JPH09147136A

JPH09147136A - モデリングデータ作成装置および方法

Info

Publication number: JPH09147136A
Application number: JP7298189A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hosaka; 肇保坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のパッチ間の円滑な接続ができるように
する。【解決手段】モデル作成部４により、オリジナルモデ
ルデータ２と分解能決定データ２９に基づいて、モデル
を取り囲む複数の平面パッチが設定され、隣接する複数
の平面パッチからモデルの表面をサンプリングしたと
き、モデルの表面上におけるサンプリング点がサンプリ
ング間隔より小さい間隔で隣接するか若しくは重なるよ
うに、平面パッチの組み合わせが調整され、調整された
複数の平面パッチからモデルまでの垂直距離などが所定
の距離分解能でサンプリングされ、モデルデータ３とし
て出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モデリングデータ
作成装置および方法に関し、電子的な映像生成、コンピ
ュータグラフィックス、またはＣＡＤなどにおいて、形
状を表現するための所定の構造のモデリングデータを作
成する場合に用いて好適なモデリングデータ作成装置お
よび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コンピュータグラフィックス
のモデリングの分野においては、できるだけ少ないパッ
チ数でのモデリングが望まれている。少数のパッチデー
タによるモデリングは、パッチ頂点の座標変換に要する
高精度演算の回数を減らすことができるからである。

【０００３】多角形パッチから成るモデルによるモデリ
ングにおいては、モデルの辺や頂点の一部を省略するこ
とによって、パッチ数を削減することが行われている。
あるいは、パッチとしてパラメトリック曲面を用い、こ
の曲面からモデル表面までの距離をサンプリングした距
離画像を、パッチに対応づけることによるモデルリング
が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モデル
の辺や頂点の一部を省略する方法によると、モデルの微
細な凹凸が省略され、また、省略を行えば行うほどパッ
チ間の円滑な接続が困難となり、パッチのリアリティが
失われてしまう。また辺と頂点を結んだリスト構造など
の複雑なデータ構造を要するため、参照の少ない簡易な
アルゴリズムによるデータの管理は困難である課題があ
った。

【０００５】また、パラメトリック曲面パッチと距離画
像を組み合わせたモデリングにおいては、パッチの円滑
な接続に加えて細かい凹凸の表現を可能にする。その一
方で、距離画像データの作成のために、パラメトリック
曲面上の点からオリジナルモデル上の点までの距離を求
める必要がある。しかし、任意の点とパラメトリック曲
面との間の距離を精度良く求めるためには多大な計算量
を要するため、簡易な計算で微細な凹凸も表現できるモ
デリングアルゴリズムが求められている。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、複数のパッチ間の円滑な接続と微細な凹凸
表現の両方の機能を持たせた距離画像を、平面とモデル
との距離を求める簡易な演算によって作成することがで
きるようにする。さらに、このようなモデルの作成によ
り、パッチ間の円滑な接続を確保したまま、きわめて多
数の平面または曲面パッチ、陰関数曲面などを、ごく少
数の平面パッチと距離画像の組合せに変換し、パッチ数
の少ない、データ構造の簡易な、分解能の変化の少ない
モデルを実現することができるようにするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のモデリ
ングデータ作成装置は、モデルを取り囲む複数の平面パ
ッチを設定するパッチ設定手段と、パッチ設定手段を制
御し、モデルを取り囲む複数の平面パッチの組み合わせ
を調整し、隣接する複数の平面パッチからモデルの表面
をサンプリングしたとき、モデルの表面上におけるサン
プリング点がサンプリング間隔より小さい間隔で隣接す
るか若しくは重なるようにする調整手段と、調整手段に
より調整された複数の平面パッチからモデルまでの垂直
距離を所定の距離分解能でサンプリングし、距離画像を
作成する距離画像作成手段とを備えることを特徴とす
る。

【０００８】請求項１５に記載のモデリングデータ作成
方法は、モデルを取り囲む複数の平面パッチを設定し、
隣接する複数の平面パッチからモデルの表面をサンプリ
ングしたとき、モデルの表面上におけるサンプリング点
がサンプリング間隔より小さい間隔で隣接するか若しく
は重なるように、平面パッチの組み合わせを調整し、調
整された複数の平面パッチからモデルまでの垂直距離を
所定の距離分解能でサンプリングし、距離画像を作成す
ることを特徴とする。

【０００９】請求項１に記載のモデリングデータ作成装
置においては、パッチ設定手段により設定されたモデル
を取り囲む複数の平面パッチが、調整手段により、隣接
する複数の平面パッチからモデルの表面をサンプリング
したとき、モデルの表面上のサンプリング点がサンプリ
ング間隔より小さい間隔で隣接するか若しくは重なるよ
うに調整され、調整された複数の平面パッチからモデル
までの垂直距離が、距離画像作成手段によって所定の距
離分解能でサンプリングされ、距離画像が作成される。
従って、各平面パッチに対応する距離画像の円滑な接続
が可能となる。

【００１０】請求項１５に記載のモデリングデータ作成
方法においては、モデルを取り囲む複数の平面パッチが
設定され、隣接する複数の平面パッチからモデルの表面
をサンプリングしたとき、モデルの表面上におけるサン
プリング点がサンプリング間隔より小さい間隔で隣接す
るか若しくは重なるように、平面パッチの組み合わせが
調整され、調整された複数の平面パッチからモデルまで
の垂直距離が所定の距離分解能でサンプリングされ、距
離画像が作成される。従って、各平面パッチに対応する
距離画像の円滑な接続が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のモデリングデー
タ作成装置において、距離画像の組合せから成るモデル
データが作成される方法を示している。まず、きわめて
多数の面によって表されたオリジナルモデル２１を、距
離画像に基づいたモデルに変換する。このモデルは、オ
リジナルモデル２１を近似する立方体の各面（概略パッ
チ３５）から成る概略パッチ群３０５および概略パッチ
群３０５を構成する各概略パッチ３５から垂直方向（概
略パッチ３５の法線方向）にオリジナルモデル２１をサ
ンプリングしたテクスチャ画像群３０７などから成る。

【００１２】図２は、図１に示したようなモデルを作成
するときのデータの流れを示している。オリジナルモデ
ルデータ２と分解能決定データ２９が、後述するＣＰＵ
１２により実行されるアプリケーションプログラムによ
って構成されるモデル作成部４（調整手段）に入力され
ると、モデル作成部４においては、オリジナルモデルデ
ータ２に基づいて、分解能決定データ２９により決定さ
れた所定の分解能のモデルデータ３が作成され、出力さ
れる。

【００１３】図３は、本発明のモデリングデータ作成装
置の一実施例の構成を示すブロック図である。ディスク
装置１１は、オリジナルモデルデータ２、分解能決定デ
ータ２９、および所定のアプリケーションプログラム等
を記憶する。中央処理装置（ＣＰＵ）１２は、ディスク
装置１１から主記億装置１３にロードしたアプリケーシ
ョンプログラムによってモデリング作成部４を構成し、
モデリング作成処理を実行するようになされている。

【００１４】上述したように、オリジナルモデル２１を
データとして表現したオリジナルモデルデータ２および
分解能決定データ２９は、ディスク装置１１に保存され
ている。ディスク装置１１に保存されているこれらのデ
ータはＣＰＵ１２に入力され、モデル作成部４における
モデル作成処理が行われ、距離画像に基づいた上記モデ
ルをデータとして表現したモデルデータ３が作成され
る。最後に、作成されたモデルデータ３がディスク装置
１４に保存される。処理の中間結果や入出力データは必
要に応じて主記憶装置１３に一時的に保存される。

【００１５】図４は、モデル作成部４に入力されるオリ
ジナルモデルデータ２に対応するオリジナルモデル２１
の形状の例を示している。オリジナルモデルデータ２と
して使用するモデルは、オリジナルモデル２１のような
複数の面と頂点から成るモデルである。オリジナルモデ
ル２１を構成する面の一部が２３ａ乃至２３ｃに、頂点
の一部が２５ａ乃至２５ｅに示されている。面２３ａ乃
至２３ｃは、頂点２５ａ乃至２５ｅの組合せにより取り
囲まれている。

【００１６】図５は、モデル作成部４に入力されるオリ
ジナルモデルデータ２の例を示している。ここで、オリ
ジナルモデルデータ２は、オリジナルモデル２１をディ
スク装置１１，１４などの記憶装置上で表すためのデー
タであり、例えば面データ２２の並び２０２と、頂点デ
ータ２４の並び２０４から構成されている。図４におけ
るオリジナルモデル２１を構成する面２３ａ乃至２３ｃ
は、それぞれ図５に示した面データ２２によって表さ
れ、図４に示した面２３ａ乃至２３ｃを取り囲む複数の
頂点２５ａ乃至２５ｅは、それぞれ図５に示した頂点デ
ータ２４によって表される。また、図５に示したよう
に、面データ２２は、面を取り囲む複数（この場合３
つ）の頂点に対応する頂点データに、矢印によって示さ
れた参照によってそれぞれ対応づけられている。

【００１７】図６は、モデル作成部４に入力される面デ
ータ２２と頂点データ２４の構成例を示している。面デ
ータ２２は、単一の面を表すデータである。すなわち、
同一の面に属する頂点データ２４を参照するためのポイ
ンタなどからなる頂点データへの参照２２０を、所定の
回転方向に従った順に、頂点の数だけ並べたものであ
る。

【００１８】頂点データ２４は、この場合、面の頂点２
５ａ乃至２５ｅのうちのひとつを表すデータである。頂
点データ２４は、頂点座標データ２４１、頂点色データ
２４３、頂点法線データ２４５、および頂点テクスチャ
座標データ２４７から成っている。頂点座標データ２４
１は、ｘ，ｙ，ｚの３要素の座標からなり、頂点色デー
タ２４３はｒ，ｇ，ｂの３種類の色成分からなってい
る。また、頂点法線データ２４５はｘ，ｙ，ｚの３要素
のベクトルからなり、頂点テクスチャ座標データ２４７
はｓ，ｔ，ｕの３要素のベクトルから構成されている。

【００１９】モデル作成部４の入力となる分解能決定デ
ータ２９は、作成するモデルの分解能を決定するデータ
であり、図７に示したように、画素分解能決定データ２
９１および距離画像分解能決定データ２９３から成る。
すなわち、分解能決定データ２９は、作成したモデルが
最終的にレンダリングされる場合に必要な分解能に対応
するデータからなる。

【００２０】本実施例においては、画素分解能を例えば
１２８画素×１２８画素とし、また、距離画像の奥行分
解能（距離分解能）を画素分解能の２倍に設定してい
る。従って、画素分解能決定データ２９１はこの場合７
ビットで表され、距離画像分解能決定データ２９３は８
ビットで表される。

【００２１】図８は、モデル作成部４において作成され
たモデルデータ３の構成例を示している。モデルデータ
３は、概略パッチデータ３４の並び３０４と、物体の形
状と表面の状態を表すテクスチャ画像データ３６の並び
３０６、および補間制御データ３０の並び３００から構
成されている。また、各概略パッチデータ３４は、テク
スチャ画像データ３６および補間制御データ３０をそれ
ぞれ１つずつ参照している。

【００２２】概略パッチデータ３４の並び３０４は、図
１においてモデルの概略の形状を表す複数の概略パッチ
３５を表すデータであり、テクスチャ画像データ３６の
並び３０６は、図１における物体の形状と表面の状態を
表すテクスチャ画像群３０７を記憶装置上で表すデータ
である。

【００２３】テクスチャ画像データ３６は、テクスチャ
画素データ３８を２次元状に並べたものであり、テクス
チャ画素データ３８は、モデルの凹凸や表面の状態を表
すデータから成る。テクスチャ画像の中の距離画像同士
が接触または重なることによってモデルが構成される。

【００２４】図９は、概略パッチデータ３４の構成例を
示している。概略パッチデータ３４は、モデル全体を取
り囲む面のひとつを表す。モデリング座標系は、モデル
を記述する座標系である。モデリング座標系（ＭＣ）に
おける頂点座標（ＭＣ頂点座標）３４０は、概略パッチ
３５の形状や大きさを表すデータである。本実施例にお
いては、オリジナルモデル２１を包囲する直方体の各面
に対応する形状および大きさとしている。

【００２５】テクスチャ座標系（ＴＣ）とは、テクスチ
ャ画像データ３６の格子に対応した座標系である。テク
スチャ座標系における頂点座標（ＴＣ頂点座標）３４２
は、概略パッチ３５の各頂点に対応づけるテクスチャ画
像データ３６の位置や倍率を決定する。

【００２６】テクスチャ座標系からモデリング座標系へ
の変換行列（またはモデリング座標系からテクスチャ座
標系への変換行列）３４４は、概略パッチ３５の頂点の
モデリング座標と、パッチ３５上のテクスチャ画像の分
解能に基づく画素数から求められる頂点のテクスチャ座
標との間の変換行列である。行列は４頂点のそれぞれの
座標から求められる。

【００２７】テクスチャ画像データへの参照３４６は、
概略パッチ３５にマッピングするテクスチャ画像データ
３６を参照するためのポインタなどからなる。

【００２８】図１０は、本実施例に基づいた方法で作成
したテクスチャ画像データ３６の例を示しており、図１
１は、テクスチャ画素データ３８の例を示している。テ
クスチャ画像データ３６は、テクスチャ座標をテクスチ
ャ画素アドレスに変換するためのテクスチャ画素アドレ
スへの変換係数３６２と、テクスチャ画素データ３８の
２次元配列との組である。テクスチャ画素データ３８
は、２次元配列テクスチャ画素アドレスｓおよびテクス
チャ画素アドレスｔを要素番号としてアクセスすること
ができる。

【００２９】テクスチャ画素データ３８は、上述したよ
うに、テクスチャ画像データ３６を構成するものであ
り、テクスチャ画素距離データ３８１、テクスチャ画素
色データ３８３、テクスチャ画素法線データ３８５、お
よびテクスチャ画素アルファデータ３８７より構成され
る。

【００３０】テクスチャ画素距離データ３８１は、概略
パッチ３５から垂直にサンプリングした、概略パッチ３
５からオリジナルモデル２１までの距離を表すデータか
らなる。テクスチャ画素色データ３８３は、概略パッチ
３５上のテクスチャ画素に投影したオリジナルモデル２
１上の色を表すデータからなる。テクスチャ画素法線デ
ータ３８５は、概略パッチ３５上のテクスチャ画素に投
影したオリジナルモデル２１上の法線ベクトルを表すデ
ータからなる。さらに、テクスチャ画素アルファデータ
３８７は、オリジナルモデル２１からパッチ３５上のテ
クスチャ画素に投影したオリジナルモデル２１の有無を
表すデータからなる。

【００３１】図１２は、補間制御データ３０の例を示し
ており、図１３は、補間制御画素データ３２の例を示し
ている。補間制御データ３０は、補間制御画素データ３
２の２次元配列であり、概略パッチ３５上の距離画像デ
ータの連続性を表す。

【００３２】補間制御画素データ３２は、ｓ方向補間制
御データ３２１およびｔ方向補間制御データ３２３から
成る。ｓ方向補間制御データ３２１およびｔ方向補間制
御データ３２３は、概略パッチ３５上の隣接テクスチャ
画素間において、モデルが連続しているかどうかを規定
するデータを表している。アドレスが（ｓ，ｔ）の画素
のｓ方向補間制御データ３２１が値１であれば、（ｓ，
ｔ）および（ｓ＋１，ｔ）の間のモデルが不連続である
ことを意味し、値０であれば連続であることを意味す
る。テクスチャ画素アドレスが（ｓ，ｔ）の画素のｔ方
向補間制御データ３２１が値１であれば、（ｓ，ｔ）お
よび（ｓ，ｔ＋１）の間のモデルが不連続であることを
意味し、値０であれば連続であることを意味している。

【００３３】図１４は、オリジナルモデル２１の一部か
ら、距離画像に基づいたモデルを構成するテクスチャ画
素データ３８の一部３９ａおよび３９ｂを作成する例を
示している。

【００３４】モデル作成においては、まず、オリジナル
モデル２１を取り囲む概略パッチの並び３０５を作成す
る。次に、オリジナルモデル２１を構成するすべての面
を概略パッチの並び３０５に含まれるパッチ３５ａ乃至
３５ｆに対してそれぞれ投影し、投影面（概略パッチ）
３５からもっとも近いオリジナルモデル２１上の面を表
すテクスチャ画像を作成する。

【００３５】例えば、オリジナルモデル２１上のひとつ
の面２３ａを投影面（概略パッチ）３５ａに対して平行
投影し、概略パッチ３５ａをテクスチャ画素中心でサン
プリングすることにより、テクスチャ画像の画素データ
の一部３９ａおよび３９ｂが得られる。サンプリング
は、テクスチャの画素中心に対応する内分を、パッチ頂
点のすべてのパラメータに対して施すことにより行う。
同様に、面２３ａをモデル上の他のすべてのパッチ３５
ｂ乃至３５ｆに対して投影し、パッチ３５ａ乃至３５ｆ
の全面に、テクスチャ画素が対応づけられたテクスチャ
画像データ３６を６面作成する。図示はしていないが、
作成したテクスチャ画像データ３６に対する後処理によ
り、画素間補間制御データ３２の作成を行う。

【００３６】以上のデータの作成時におけるデータの流
れを図１５に示す。図１４のオリジナルモデル２１を表
すオリジナルモデルデータ２は、概略パッチ決定部４２
（パッチ設定手段）に入力され、概略パッチ３５のモデ
リング座標系における頂点座標が決定され、図１４の概
略パッチ３５の並びを表す概略パッチデータの並び３０
４が作成される。

【００３７】次に、オリジナルモデルデータ２および概
略パッチデータの並び３０４は、面スキャン部４４にそ
れぞれ入力され、面頂点の各概略パッチ３５上における
テクスチャ座標が順次出力される。さらに、テクスチャ
座標データが分解能決定データ２９および概略パッチデ
ータの並び３０４とともに画素単位サンプリング部４５
に入力され、概略パッチの並び３０４に１対１対応する
テクスチャ画像データの並び３０６が作成される。最後
に、テクスチャ画像データの並び３０６に対して、補間
制御データ作成部４６（補間情報作成手段）により所定
の処理が施されることにより、補間制御データの並び３
００が作成される。

【００３８】以上のようにして作成された概略パッチデ
ータの並び３０４、テクスチャ画像データの並び３０
６、および補間制御データの並び３００を組み合わせる
ことにより、モデルデータ３を得ることができる。

【００３９】次に、モデル作成部４を構成する各部の動
作について詳述する。概略パッチ決定部４２において
は、オリジナルモデルデータ２の中の全ての頂点データ
２４を構成する頂点座標データ２４１から、モデリング
座標ｘ，ｙ，ｚの各要素の最大値および最小値を包含す
る直方体が求められ、直方体６面を表す概略パッチデー
タの並び３０４が出力される。本実施例では直方体６面
を表す概略パッチデータの並び３０４に対応する直方体
の各面（概略パッチ３５）は各辺で互いに接している
が、各辺は離れていても交わっていてもよい。

【００４０】このとき、各概略パッチ３５からオリジナ
ルモデル２１までの距離を画素分解能に対応するサンプ
リング間隔でサンプリングしたとき、各概略パッチ３５
によるオリジナルモデル２１上のサンプリング点が、オ
リジナルモデル２１上において、サンプリング間隔以内
で隣接するかまたは重なるように、モデル作成部４によ
り各概略パッチ３５の組み合わせが調整される。

【００４１】例えば、概略パッチ３５の大きさがサンプ
リング間隔より小さいような場合や、隣合う概略パッチ
３５同士のなす角度が小さいような場合（例えば鋭角の
場合）、各概略パッチ３５によるオリジナルモデル２１
上のサンプリング点が、オリジナルモデル２１上におい
て、サンプリング間隔以内で隣接しないかまたは重なら
ないような場合が起こり得る。このような場合、各概略
パッチ３５からオリジナルモデル２１をサンプリングす
ることによって得られた各距離画像同士の円滑な接続が
できなくなる場合がある。従って、このようなことが起
こらないように、概略パッチ３５の大きさを調整した
り、概略パッチ３５同士のなす角度を調整するなどし
て、概略パッチ３５の組み合わせが調整される。

【００４２】面スキャン部４４においては、オリジナル
モデルデータ２に含まれる各面に対して、テクスチャ座
標系への座標変換がそれぞれ行われ、変換結果が画素単
位サンプリング部４５（距離画像作成手段）に供給され
る。

【００４３】画素単位サンプリング部４５においては、
面スキャン部４４より供給されたオリジナルモデルデー
タ２に含まれるテクスチャ座標系に変換された面を、概
略パッチ３５に投影することにより、概略パッチ３５上
のテクスチャ画素中心におけるオリジナルモデル２１上
の点のサンプリングが行われる。次に、その結果として
得られたテクスチャ画像データの並び３０６が出力され
る。

【００４４】テクスチャ画素上のサンプリングにおいて
は、サンプリング中心のテクスチャ座標を３頂点のテク
スチャ座標の内分で表すための内分比が求められる。次
に、この内分比に基づいて、オリジナルモデルデータ２
１の表面から概略パッチ３５までの距離を補間すること
により、すべてのテクスチャ画素についての距離画像デ
ータが作成される。

【００４５】同様の方法で、色データを補間して概略パ
ッチ３５上のテクスチャ画素中心におけるサンプリング
が行われる。また、法線ベクトルについては、グーロシ
ェーディングに基づいた補間を行うことにより、同様の
サンプリングが行われる。さらに、概略パッチ３５上の
テクスチャ画素に投影されたオリジナルモデルの存在の
有無によって、テクスチャ画素アルファデータが作成さ
れる。

【００４６】最も投影面から近いオリジナルモデル２１
までの距離を求めるために、Ｚバッファ法を使用した場
合、Ｚバッファの比較によって距離画像データが更新さ
れたときに限って、他の画像データを更新することによ
り、概略パッチ３５に最も近い部分だけをサンプリング
したテクスチャ画像データの並び３０６を作成するよう
にしている。

【００４７】補間制御データ作成部４６は、テクスチャ
画像データの並び３０６を入力し、すべてのテクスチャ
画像データ３６について、補間制御データ３０を作成
し、補間制御データの並び３００を出力する。すなわ
ち、補間制御データ作成部４６は、テクスチャ画像デー
タ３６の中の所定の連結４画素に対して所定の処理を施
すことにより、１画素分の補間制御データ３０を作成す
る。この処理をすべての連結４画素の組合せについて行
い、その結果として補間制御データ３０の全体としての
補間制御データの並び３００を得る。

【００４８】図１６は、４連結のテクスチャ画素データ
３８からｓ方向補間制御データ３２１ｈおよびｔ方向補
間制御データ３２３ｈを作成する例を示している。図１
６において、まず、テクスチャ画像データ３６から連結
４画素に対応する４つのテクスチャ画素データ３８が取
り出される。ここで、テクスチャ座標（ｓ，ｔ）のテク
スチャ画素がテクスチャ画素距離データ３８１ｈ、およ
び図示せぬテクスチャ画素アルファデータ３８７ｈに対
応している。また、テクスチャ座標（ｓ＋１，ｔ）のテ
クスチャ画素がテクスチャ画素距離データ３８１ｉ、お
よびテクスチャ画素アルファデータ３８７ｉに、テクス
チャ座標（ｓ，ｔ＋１）のテクスチャ画素がテクスチャ
画素距離データ３８１ｊ、およびテクスチャ画素アルフ
ァデータ３８７ｊに、さらに、テクスチャ座標（ｓ＋
１、ｔ＋１）のテクスチャ画素がテクスチャ画素距離デ
ータ３８１ｋ、およびテクスチャ画素アルファデータ３
８７ｋにそれぞれ対応している。

【００４９】次に、テクスチャ画素アルファデータ３８
７の値が０の画素数を数える画素数計数部４８１におい
て、テクスチャ画素アルファデータ３８７ｈ，３８７
ｉ，３８７ｊ，および３８７ｋのうち、値が０のデー
タ、つまりそのテクスチャ画素に対応するモデルが存在
しないことを示すデータの数が計数される。その結果、
テクスチャ画素に対応するモデルが存在しないことを示
すデータが２個以上ある場合、この連結４画素はモデル
の縁にかかっているので、補間制御は行われない。従っ
て、ｓ方向補間制御データ３２１ｈおよびｔ方向補間制
御データ３２３ｈはどちらも値０とされる。一方、テク
スチャ画素に対応するモデルが存在しないことを示すデ
ータが２個以上ない場合、スレショルド比較部４８３に
おける処理が実行される。

【００５０】スレショルド比較部４８３においては、テ
クスチャ画素距離データ３８１ｈ，３８１ｉ，３８１
ｊ、および３８１ｋの最大値と最小値の差が求められ
る。この最大値と最小値の差が、所定のスレショルド
（しきい値）より小さければ、距離画像は連続であると
見なされ、ｓ方向補間制御データ３２１ｈおよびｔ方向
補間制御データ３２３ｈは値０とされる。ここでは、ス
レショルドを距離画像の画素分解能、つまりテクスチャ
１画素分と同一の大きさにしている。一方、最大値と最
小値の差が所定のスレショルドより大きいかまたは等し
い場合、中央値との大小比較部４８５における処理が実
行される。

【００５１】中央値との大小比較部４８５においては、
連結４画素のテクスチャ画素距離データの中央値よりも
高いものと中央値よりも低いものの組合せと、テクスチ
ャ画素アルファデータとの組合せによって、テクスチャ
座標（ｓ、ｔ）におけるｓ方向補間制御データ３２１ｈ
およびｔ方向補間制御データ３２３ｈが作成される。図
１６においては、中央値より高いものを「Ｈ」、中央値
より低いものを「Ｌ」で表している。

【００５２】ここで、テクスチャ画素アルファデータ３
８７がすべて不連続を意味する「１」である場合におい
て、「Ｈ」と「Ｌ」の境目がｔ方向（紙面に対して上下
方向）にある場合の組合せ４８７は、ｓ方向（紙面に対
して左右方向）の距離画像が不連続であるとみなされ、
ｓ方向補間制御データ３２１ｈが「１」とされ、ｔ方向
補間制御データ３２３ｈが「０」とされる。この値は、
４画素のうちテクスチャ画素アルファデータ３８７が
「１」の３画素の高低が、「Ｈ」と「Ｌ」の組合せ４８
７と一致している場合も同様である。

【００５３】また、アルファデータがすべて「１」であ
る場合において、「Ｈ」と「Ｌ」の境目がｓ方向にある
場合の組合せ４８９は、ｔ方向の距離画像が不連続であ
るとみなされ、ｓ方向補間制御データ３２１ｈが
「０」、ｔ方向補間制御データ３２３ｈが「１」とされ
る。この値は、４画素のうちテクスチャ画素アルファデ
ータ３８７が「１」の３画素の高低が「Ｈ」と「Ｌ」の
組合せ４８９と一致している場合も同様である。さら
に、以上の条件のどれにも適合しないものは、ｓ方向補
間制御データ３２１ｈ、ｔ方向補間制御データ３２３ｈ
ともに「０」とされる。

【００５４】このようにして、連結４画素の傾きの方向
と大きさが求められ、ｓ方向補間制御データ３２１ｈと
ｔ方向補間制御データ３２３ｈが作成される。この補間
制御データに基づいて、概略パッチ３５のうちオリジナ
ルモデル２１を最もよく近似するものに対応するテクス
チャ画像データ３６を選択し、レンダリングを行うこと
ができる。

【００５５】以上のモデル作成方法は、面によって構成
されたポリゴンモデル以外のモデルに対しても、モデル
を近似する所定の概略パッチからモデルまでの距離を求
め、さらに、色や法線などのデータをサンプリングする
ことにより、同様に適用することができる。このため、
異なる表現形式が混合されたオリジナルモデルに対し
て、本実施例を適用することにより、異なる表現形式を
単一の表現方式に統合することが可能となり、データ構
造を単純化することができる。

【００５６】本実施例においては、例えば曲面パッチモ
デルやＣＳＧ（Construction SolidGeometry）モデルを
用いることができる。図１７は、例えば、パラメトリッ
ク曲面パッチから成るモデル２１ｘに本実施例を適用し
た例を示している。図１７に示したように、パラメトリ
ック曲面パッチ２３ｘに対しても同様に、概略パッチ３
５ａから最も近い曲面パッチ２３ｘ上の点までの距離を
求め、また、曲面パッチ２３ｘのパッチ頂点における法
線ベクトルなどのパラメータを内分することにより、テ
クスチャ画素データ３８を作成することができる。図１
７は、テクスチャ画素データ３８の一部３９ａ，３９ｂ
が作成された状態を示している。

【００５７】同様に、パラメトリック曲面や陰関数形状
の論理演算によって表された、表現形式の異なるオリジ
ナルモデルにおいても、投影面（概略パッチ）３５ａか
ら見て最も手前にある面と投影面３５ａとの間の距離を
表す距離データからなる２次元配列を作成することによ
って、同様にテクスチャ画素データ３８を作成すること
ができるのは明らかである。

【００５８】また、オリジナルモデル上の面が頂点ごと
に着色されたものとは異なり、テクスチャ画像のマッピ
ングによって着色されている場合にも、テクスチャマッ
ピングによるレンダリングを行った結果としての画像
を、テクスチャ画素色データとすることにより、同様に
テクスチャ画素データ３８を作成することが可能であ
る。さらに、モデル作成時に、ライティングを考慮した
レンダリングを行って色データを作成することにより、
ライティング済みのテクスチャ画素色データ３８３を作
成することができる。

【００５９】また、オリジナルモデルが２値ボクセルデ
ータからなる場合にも、同様に本実施例を適用すること
が可能である。ここで、ボクセルデータとは、３次元の
モデルの密度を、３次元の正方格子でサンプリングし、
サンプリングした値を３次元配列に格納したモデルデー
タのことであり、特に、２値のボクセルデータとは、モ
デルの密度の代わりに、モデルの有無に対応した値
「１」または「０」のいずれかのデータを３次元配列の
各要素に格納したものである。

【００６０】ボクセルデータの場合には、ボクセル格子
と垂直に投影面を定め、各格子をテクスチャ画素の配列
と一致させることにより、座標変換を行うだけで距離画
像データを作成することができる。すなわち、２値ボク
セルデータは、ｘ，ｙ，ｚ空間に対応した３次元配列よ
りなり、モデルの有無に対応した値「１」または「０」
が格納されている。

【００６１】この３次元配列は直方体を形成するので、
直方体の各面が概略パッチ３５ａに一致してサンプリン
グ格子（正方格子）が概略パッチ３５ａ上のテクスチャ
画素に一致するように座標変換を行う。次に、概略パッ
チ３５ａから垂直（法線方向）に、ボクセルデータを順
にスキャンし、最初に値「１」が現れるまでの距離（ボ
クセル表面までの距離）を求める。このようにして、距
離画像データを作成することができる。

【００６２】また、各ボクセルが投影された概略パッチ
３５ａを各ボクセル毎に記録しておくことにより、ある
距離画像に対応する複数の概略パッチ３５ａの存在を調
べることができる。この場合、ボクセルが投影された複
数の概略パッチ３５ａにそれぞれ対応するテクスチャ画
素アルファデータ３８７のうち、より適切なモデルを表
す方のテクスチャ画素アルファデータ３８７の値を１と
し、他方のテクスチャ画素アルファデータ３８７の値を
０することにより、容易にテクスチャ画素アルファデー
タ３８７を作成することができる。

【００６３】以上の実施例においては、オリジナルモデ
ルを６面体の概略パッチで取り囲む場合について説明し
たが、本発明のモデリングデータ作成装置は、６面体に
限らず、任意の多角形からなる任意の多面体について適
用可能である。すなわち、プリミティブ上において、距
離画像に変換することができない程度に重要な凹凸に対
して、独立に１枚以上の概略パッチデータを追加して割
り当てることができる。

【００６４】例えば図１８に示したように、オリジナル
モデル２１から距離画像に基づいたモデルを作成する場
合において、オリジナルモデル２１を取り囲む概略パッ
チ群３０５ｘは、図１で示したオリジナルモデル２１の
外側を表現する６面の概略パッチ３５に、さらに５面の
概略パッチ３５を加えた１１面の概略パッチ３５から成
る。この概略パッチ群３０５ｘにオリジナルモデル２１
を投影し、１１面のテクスチャ画像群３０７ｘを対応づ
けることにより、オリジナルモデル２１の中を覗き込む
ような座標変換を適用した場合にも、より正確なレンダ
リング結果を再現する距離画像を作成することができ
る。

【００６５】以上のように、上記実施例においては、複
数のパッチ間の円滑な接続と微細な凹凸表現の両方の機
能を持たせた距離画像を、概略パッチ３５からオリジナ
ルモデル２１までの距離をサンプリングすることによ
り、簡易な演算によって作成することができる。さら
に、このようなモデルの作成により、パッチ間の円滑な
接続を確保したまま、きわめて多数の平面若しくは曲面
パッチ、または陰関数曲面などを、ごく少数の概略パッ
チと距離画像の組合せに変換し、パッチ数の少ない、デ
ータ構造の簡易な、ほぼ一定分解能のモデルを作成する
ことができる。

【００６６】また、このように、距離画像を対応させた
概略パッチを複数接続することにより、任意の方向から
見たモデルを作成することが可能となる。

【００６７】また、上記実施例においては、例えば５０
００面の概略パッチを６面の概略パッチに削減し、これ
にテクスチャ、法線、距離画像等のマッピングするため
のテクスチャ画像データを組み合わせることにより、モ
デルを表現することができる。これにより、パッチ処理
段階での座標変換のコストが小さくなる。従って、上記
実施例で用いた方法を、例えば、パッチの座標変換に要
する高精度演算だけを、アプリケーションプログラムを
実行するＣＰＵで実行するタイプのパーソナルコンピュ
ータやワークステーションに付加した場合、アプリケー
ションプログラムの実行効率を改善することができる。

【００６８】さらに、本実施例においては、概略パッチ
（平面パッチ）３５とオリジナルモデル２１上の点との
距離を求めることによって、距離画像を作成することが
できる。従って、曲面を使ってパッチ数を減らす方法の
ように、パラメトリック曲面とオリジナルモデル２１上
の点との距離を求める必要がないため、モデル作成コス
トを低くすることができる。

【００６９】また、上記実施例においては、概略パッチ
３５からオリジナルモデル２１上の最も近い点までの距
離を求める演算を、Ｚバッファ法によって簡易に行うこ
とができる。このＺバッファ法による距離演算は、Ｚバ
ッファ法によってポリゴンレンダリングを行う機能を有
するグラフィックスシステムにおいて、容易に実現する
ことができ、距離画像を安価に作成することが可能であ
る。さらに、距離画像の画素分解能を適切に選ぶことに
よって、エリアシングの原因となるモデルの微細な部分
を除去し、レンダリング時点で必要充分な分解能を有
し、概略パッチ上での分解能が一定のモデルを作成する
ことができる。

【００７０】また、上記実施例においては、距離画像の
サンプリングにおいて、例えば距離画像の距離分解能を
画素分解能の２倍になるように丸めるなどして距離分解
能を限定することにより、データ量とモデル品質のバラ
ンスがとられたデータを作成することができる。さら
に、このような丸めにより、直交した異なる概略パッチ
の距離画像に対応するモデル上の座標を求める演算を、
座標軸の交換および座標値のシフト演算のみの安価な演
算によって行うこと可能である。

【００７１】また、上記実施例で作成された距離画像に
対して、テクスチャ画素色データ３８３、テクスチャ画
素法線データ３８５、およびテクスチャ画素アルファデ
ータ３８７などを付加することによって、簡易なデータ
構造でモデルを表現することができる。これにより、画
像表示装置に用いる画像圧縮・復元用ハードウエアおよ
びソフトウエアを、画像と距離画像について共用するこ
とも可能である。

【００７２】さらに、上記実施例で作成したすべてテク
スチャ画像データの画素分解能を同一にするなどして、
画素分解能を限定することにより、距離画像を構成する
距離データの２次元配列にテクスチャ画素色データ３８
３、テクスチャ画素法線データ３８５、およびテクスチ
ャ画素アルファデータ３８７などを付加し、表面の性質
を表すデータ構造をモデルデータ構造と一致させること
ができる。このようにデータ構造を一致させた結果とし
て、モデルのアクセス時に、異なるデータについて別々
にデータのアドレス計算を行う必要がなくなるため、画
像表示装置におけるモデルの入力部を安価に実現するこ
とができる。

【００７３】また、上記実施例は、ポリゴンモデルに限
らず、あらゆるフォーマットのモデルに適用することが
できる。このため、異なる表現形式が混合されたオリジ
ナルモデルに対して、上記実施例を適用することによ
り、異なる表現形式を単一の表現方式に統合することが
できる。

【００７４】さらに、上記実施例で作成したテクスチャ
画像データ３６から、補間制御データ３０を作成するこ
とにより、作成したテクスチャ画像データ３６のうち、
オリジナルモデル２１を最も良く近似する概略パッチ３
５に対応するテクスチャ画像データ３６だけを選ぶよう
にすることができる。

【００７５】なお、上記実施例においては、概略パッチ
群３０５を直方体で構成するようにしたが、他の任意の
多面体で構成するようにすることが可能である。

【００７６】また、上記実施例においては、距離分解能
を画素分解能の２倍に設定するようにしたが、これに限
定されるものではない。

【００７７】

【発明の効果】請求項１に記載のモデリングデータ作成
装置、および請求項１５に記載のモデリングデータ作成
方法によれば、モデルを取り囲む複数の平面パッチが設
定され、隣接する複数の平面パッチからモデルの表面を
サンプリングしたとき、モデルの表面上におけるサンプ
リング点がサンプリング間隔より小さい間隔で隣接する
か若しくは重なるように、平面パッチの組み合わせが調
整され、調整された複数の平面パッチからモデルまでの
垂直距離が所定の距離分解能でサンプリングされ、距離
画像が作成されるようにしたので、各平面パッチに対応
する距離画像の円滑な接続が可能なモデルデータを作成
することができる。従って、パッチ間の円滑な接続を確
保したまま、きわめて多数の平面若しくは曲面パッチ、
または陰関数曲面などを、ごく少数の平面パッチと距離
画像の組合せに変換し、パッチ数の少ない、データ構造
の簡易な、分解能の変化の少ないモデルデータを構築す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】距離画像の組合せから成るモデルデータの作成
方法を説明するための図である。

【図２】本発明のモデリングデータ作成装置によるデー
タの流れを示す図である。

【図３】本発明のモデリングデータ作成装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。

【図４】複数の面と頂点からなるモデルを示す図であ
る。

【図５】オリジナルモデル２１を表すオリジナルモデル
データ２の構成例を示す図である。

【図６】図５の面データ２２と頂点データ２４の構成例
を示す図である。

【図７】分解能決定データ２９の構成例を示す図であ
る。

【図８】モデルデータ３の構成例を示す図である。

【図９】概略パッチデータ３４の構成例を示す図であ
る。

【図１０】テクスチャ画像データ３６の構成例を示す図
である。

【図１１】テクスチャ画素データ３８の構成例を示す図
である。

【図１２】補間制御データ３０の構成例を示す図であ
る。

【図１３】画素間補間制御データ３２の構成例を示す図
である。

【図１４】オリジナルモデル２１から、距離画像に基づ
いて、テクスチャ画素データ３８を作成する方法を説明
するための図である。

【図１５】モデルデータ３を作成するときのデータの流
れを示す図である。

【図１６】４連結のテクスチャ画素データ３８からｓ方
向補間制御データ３２１ｈおよびｔ方向補間制御データ
３２３ｈを作成する方法を説明するための図である。

【図１７】オリジナルモデルとしてパラメトリック曲面
パッチ２３ｘを用いた場合のテクスチャ画素データ３８
の作成方法を説明するための図である。

【図１８】概略パッチの数を増やした場合のテクスチャ
画素データ３８の作成方法を説明するための図である。

【符号の説明】

２オリジナルモデルデータ３モデルデータ４モデル作成部１１，１４ディスク装置１２ＣＰＵ１３主記憶装置２１，２１ｘオリジナルモデル２２面データ２３ｘパラメトリック曲面パッチ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ面２４頂点データ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ頂点２９分解能決定データ３０補間制御データ３２画素間補間制御データ３４概略パッチデータ３５，３５ａ概略パッチ３６テクスチャ画像データ３８テクスチャ画素データ３９ａ，３９ｂテクスチャ画素データの一部４２概略パッチ決定部４４面スキャン部４５画素単位サンプリング部４６補間制御データ作成部２０２面データの並び２０４頂点データの並び２２０頂点データへの参照２４１頂点座標データ２４３頂点色データ２４５頂点法線データ２４７頂点テクスチャ座標データ２９１画素分解能決定データ２９３距離画像分解能決定データ３００補間制御データの並び３０４概略パッチデータの並び３０６テクスチャ画像データの並び３０５，３０５ｘ概略パッチ群３０７，３０７ｘテクスチャ画像群３２１ｓ方向補間制御データ３２３ｔ方向補間制御データ３４０ＭＣ頂点座標３４２ＴＣ頂点座標３４４ＭＣからＴＣへの変換行列３４６テクスチャ画像データへの参照３４８補間制御データへの参照３６２テクスチャ画素アドレス変換係数３８１，３９１ａ，３９１ｂテクスチャ画素距離デー
タ３８３，３９３ａ，３９３ｂテクスチャ画素色データ３８５，３９５ａ，３９５ｂテクスチャ画素法線デー
タ３８７，３９７ａ，３９７ｂテクスチャ画素アルファ
データ４８１画素数計数部４８３スレショルド比較部４８５中央値との大小比較部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面パッチからモデルの表面までの垂直
距離を、所定の画素分解能に対応するサンプリング間隔
で２次元的にサンプリングすることによって得られた距
離画像によってモデリングデータを構成するモデリング
データ作成装置において、前記モデルを取り囲む複数の前記平面パッチを設定する
パッチ設定手段と、前記パッチ設定手段を制御し、前記モデルを取り囲む複
数の前記平面パッチの組み合わせを調整し、隣接する複
数の前記平面パッチから前記モデルの表面をサンプリン
グしたとき、前記モデルの表面上におけるサンプリング
点が前記サンプリング間隔より小さい間隔で隣接するか
若しくは重なるようにする調整手段と、前記調整手段により調整された複数の前記平面パッチか
ら前記モデルまでの垂直距離を所定の距離分解能でサン
プリングし、距離画像を作成する距離画像作成手段とを
備えることを特徴とするモデリングデータ作成装置。
【請求項２】前記距離画像作成手段は、前記モデルの
全ての表面を所定のレベル以上の画素分解能でサンプリ
ングすることにより、前記距離画像を作成することを特
徴とする請求項１に記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項３】前記パッチ設定手段は、前記平面パッチ
に対応する前記距離画像に現れない前記モデルの凹凸部
に対応して、前記平面パッチの数を増加させることを特
徴とする請求項１に記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項４】前記距離画像作成手段は、前記モデルの
表面の色に対応する情報を前記画素分解能でサンプリン
グし、前記距離画像に付加することを特徴とする請求項
１に記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項５】前記画素分解能は、前記距離分解能の２
分１の分解能であることを特徴とする請求項４に記載の
モデリングデータ作成装置。
【請求項６】前記距離画像作成手段は、前記モデルの
表面の法線に対応する情報を前記画素分解能でサンプリ
ングし、前記距離画像に付加することを特徴とする請求
項１に記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項７】前記画素分解能は、前記距離分解能の２
分１の分解能であることを特徴とする請求項６に記載の
モデリングデータ作成装置。
【請求項８】前記画素分解能は、前記モデルの色に対
応する前記情報をサンプリングするときの前記画素分解
能と同一であることを特徴とする請求項６に記載のモデ
リングデータ作成装置。
【請求項９】前記距離画像作成手段は、前記平面パッ
チに投影された前記モデルの局所的な存在または不存在
を表現する情報を前記画素分解能でサンプリングし、前
記距離画像に付加することを特徴とする請求項１に記載
のモデリングデータ作成装置。
【請求項１０】前記画素分解能は、前記距離分解能の
２分１であることを特徴とする請求項９に記載のモデリ
ングデータ作成装置。
【請求項１１】前記画素分解能は、前記モデルの色に
対応する前記情報をサンプリングするときの前記画素分
解能、および法線に対応する前記情報をサンプリングす
るときの前記画素分解能と同一であることを特徴とする
請求項９に記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項１２】前記距離画像の局所的な連続性または
不連続性に対応する補間情報を作成し、前記距離画像に
付加する補間情報作成手段をさらに備えることを特徴と
する請求項１に記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項１３】前記補間情報作成手段は、前記距離画
像の連結４画素の平均値と前記連結４画素を構成する各
画素との大小比較の結果に対応する情報を作成し、前記
距離画像に付加することを特徴とする請求項１２に記載
のモデリングデータ作成装置。
【請求項１４】前記補間情報作成手段は、前記モデル
の表面の傾きの方向と大きさに対応する情報を作成し、
前記距離画像に付加することを特徴とする請求項１２に
記載のモデリングデータ作成装置。
【請求項１５】平面パッチからモデルの表面までの垂
直距離を、所定の画素分解能に対応するサンプリング間
隔で２次元的にサンプリングすることによって得られた
距離画像によってモデリングデータを構成するモデリン
グデータ作成方法において、前記モデルを取り囲む複数の前記平面パッチを設定し、隣接する複数の前記平面パッチから前記モデルの表面を
サンプリングしたとき、前記モデルの表面上におけるサ
ンプリング点が前記サンプリング間隔より小さい間隔で
隣接するか若しくは重なるように、前記平面パッチの組
み合わせを調整し、調整された複数の前記平面パッチから前記モデルまでの
垂直距離を所定の距離分解能でサンプリングし、距離画
像を作成することを特徴とするモデリングデータ作成方
法。