JPH10124702A - Device for manufacturing flame picture - Google Patents

Device for manufacturing flame picture

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Publication number
JPH10124702A
JPH10124702A JP8283586A JP28358696A JPH10124702A JP H10124702 A JPH10124702 A JP H10124702A JP 8283586 A JP8283586 A JP 8283586A JP 28358696 A JP28358696 A JP 28358696A JP H10124702 A JPH10124702 A JP H10124702A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
color
particles
polygon
flame
radius
Prior art date
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Pending
Application number
JP8283586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Takakura
章 高倉
Teruaki Iinuma
輝明 飯沼
Masataka Yamaji
山地  正高
Akira Sato
佐藤  明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP8283586A priority Critical patent/JPH10124702A/en
Publication of JPH10124702A publication Critical patent/JPH10124702A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily manufacture a real flame picture. SOLUTION: A flame picture manufacturing device 18 manufactures a flame picture by generating plural particles from a prescribed generating source prepared by a projection processor 14 from the shape of a candle or the like inputted from a shape inputting device 10 in each calculation step. That is, the flame picture manufacturing device 18 generates particles having particle information such as a center position coordinate, radius, and center color by using a designated and inputted parameter, moves the pertinent particles according to a rule of motion, changes the radius, defines the center of each particle as a common vertex, replaces it with plural polygons inscribed to a circle with the radius, decides each polygon color by interpolating a color inside the polygon based on the center color set at the common vertex of each polygon and a color differently set at an inscribed vertex, and synthesizes the colors decided for all the particles.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータグラ
フィックス(CG)の画像制作、例えばCGカレンダ
ー、CGホログラム、CGアニメーション、CGコマー
シャル、CGポスター、ハイビジョンCG静止画番組等
の制作等に適用して好適な、炎画像制作装置に関する。
The present invention is applied to the production of computer graphics (CG) images, for example, the production of CG calendars, CG holograms, CG animations, CG commercials, CG posters, high-vision CG still picture programs, and the like. The present invention relates to a suitable flame image production apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】CGにより炎画像を制作する技術として
は、例えばN.CHIBA et al,THE JOURN
AL OF VISUALIZATION AND C
OMPUTER ANIMATION,VOL.5:3
7−53(1994)に紹介されている。この技術は、
計算ステップ毎に所定の発生源から炎の元になる粒子を
複数個発生させると共に、各粒子を所定の運動規則に従
って移動させ、最終的に消滅させることにより、仮想的
な炎画像を制作するものである。
2. Description of the Related Art Technologies for producing a flame image by CG include, for example, N.I. CHIBA et al, THE JOURN
AL OF VIZUALIZATION AND C
OMPUTER ANIMATION, VOL. 5: 3
7-53 (1994). This technology is
A virtual flame image is created by generating a plurality of particles that are the source of a flame from a predetermined source at each calculation step, moving each particle according to a predetermined motion rule, and finally extinguishing it. It is.

【0003】この技術では、計算ステップ毎に各粒子の
軌跡を仮定し、それを基準に炎の色を計算している。こ
れを、1つの粒子について説明すると、図15に示すよ
うに、任意のステップと次のステップでの同一粒子の位
置を結ぶ線分からなる軌跡を仮定し、この軌跡から、垂
線にθの角度で広がる2つの四角形のポリゴンと、両端
にそれぞれ位置する半円錐形からなる山形を考える。
In this technique, the trajectory of each particle is assumed for each calculation step, and the color of the flame is calculated based on the trajectory. This will be described for one particle. As shown in FIG. 15, assuming a trajectory consisting of a line segment connecting the position of the same particle in an arbitrary step and the next step, and from this trajectory, a perpendicular to the angle of θ Consider a mountain that consists of two quadrangular polygons that spread and half-cones located at both ends.

【0004】そして、各計算ステップの粒子位置にあた
る上記山形の尾根の始点と終点には、それぞれの粒子が
有する最高温度の色を割り当て、他の点については山の
高さに応じて補間された色を割り当てることにより、炎
粒子の流線を作成する。この計算処理を全ての粒子につ
いて、各計算ステップ毎に実行することにより、全体で
炎の揺らぎが表現されたアニメーション画像を制作して
いる。
[0004] The highest temperature of each particle is assigned to the starting point and the ending point of the mountain ridge corresponding to the particle position in each calculation step, and the other points are interpolated according to the height of the mountain. Create a streamline of flame particles by assigning colors. By executing this calculation process for each particle for each calculation step, an animation image expressing the fluctuation of the flame as a whole is produced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記文
献に紹介されている技術は、かつてのようにオペレータ
が手作業で絵画的手法により、1フレーム毎に少しずつ
異なる炎の形状を描き、全体として揺らぎが表現された
炎のアニメーション画像とする方法に比べ、格段に作業
効率が改善されてはいるものの、リアルな炎画像を容易
に制作するためには、必ずしも十分でなかった。
However, according to the technique introduced in the above-mentioned document, as in the past, an operator manually draws a slightly different shape of a flame every frame by a pictorial technique, and as a whole, Although the work efficiency is remarkably improved as compared with the method of using an animation image of a flame expressing fluctuation, it is not always enough to easily produce a realistic flame image.

【0006】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、リアルな炎画像を容易に作成するこ
とができる炎画像制作装置を提供することを課題とす
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a flame image producing apparatus capable of easily creating a realistic flame image.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、計算ステップ
毎に所定の発生源から炎の元になる複数の粒子を発生さ
せて仮想的な炎画像を制作する炎画像制作装置におい
て、前記粒子に対して、少なくとも中心位置座標、半径
及び中心色からなる粒子情報を設定する手段と、前記粒
子を、予め設定した運動規則に従ってそれぞれ移動させ
る手段と、前記粒子の半径を変化させる手段と、前記粒
子を、その中心位置座標を共通の頂点とし、且つその半
径の円に内接する複数のポリゴンに置換する手段と、各
ポリゴンについて、前記共通の頂点に設定される中心色
と、別途設定される内接頂点の色とに基づいて、ポリゴ
ン内部の色を補間計算して各ポリゴンの色を決定する手
段と、全粒子について決定された各ポリゴンの色を合成
して炎画像を制作する手段と、を備えた構成とすること
にり、前記課題を解決したものである。
According to the present invention, there is provided a flame image producing apparatus for producing a virtual flame image by generating a plurality of particles which are a source of a flame from a predetermined source for each calculation step. For, at least the center position coordinates, means for setting particle information consisting of a radius and a center color, means for moving the particles according to a preset motion rule, means for changing the radius of the particles, Means for replacing a particle with a plurality of polygons whose center position coordinates are a common vertex and which is inscribed in a circle of that radius; and for each polygon, a center color set at the common vertex is separately set. A means for determining the color of each polygon by interpolating and calculating the color inside the polygon based on the color of the inscribed vertex, and producing a flame image by combining the color of each polygon determined for all particles Nisato be configured to include a means, it is obtained by solving the above problems.

【0008】即ち、本発明においては、計算ステップ毎
に、発生させた複数の粒子を、運動規則に従ってそれぞ
れ移動させながら、その半径を変化させると共に、各粒
子を、その中心を共通の頂点とし、且つその半径の円に
内接する複数のポリゴンに置換し、該ポリゴンを用いて
炎の単位となる色(=炎粒子)を決定し、それらを合成
して炎画像を制作するようにしたので、計算ステップ毎
に炎粒子を移動せると共に、その大きさも変化させるこ
とが可能となるため、一段とリアルな炎画像を容易に制
作することが可能となった。
That is, in the present invention, the radius of each particle is changed while moving each of the generated particles in accordance with the motion rule in each calculation step, and the center of each particle is set to a common vertex. In addition, the image is replaced with a plurality of polygons inscribed in a circle of that radius, and the colors (= flame particles) serving as a unit of the flame are determined using the polygons, and a flame image is produced by synthesizing them. Since the flame particles can be moved and the size can be changed at each calculation step, it is possible to easily produce a more realistic flame image.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0010】図1は、本発明に係る一実施形態の炎画像
制作装置を含む画像制作システムの概略構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image production system including a flame image production apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0011】上記画像制作システムは、炎の発生源とな
る形状、例えば“蝋燭”や、火の鳥のアニメーション制
作の場合の“鳥”等が予め格納されている、メモリ等か
らなる形状入力装置10と、入力された形状について投
影画像を作成する際に使用するライト、カメラに関する
情報を入力するためのライト、カメラ情報入力装置12
と、これら各装置10、12から入力された形状とライ
ト、カメラ情報とに基づいて、該形状を2次元投影処理
する投影処理装置14と、炎画像を制作する際に使用す
る各種パラメータを指定する炎パラメータ指定装置16
と、投影された形状の一部又は全部を発生源として、炎
の元になる複数の粒子を発生させると共に、該粒子を各
種パラメータに従って変化させることにより仮想的な炎
画像を制作する炎画像制作装置18と、を備えている。
The above image production system is a shape input device comprising a memory or the like in which a shape serving as a source of fire, for example, "candle" or "bird" in the case of producing an animation of a firebird is stored in advance. 10, a light used to create a projection image for the input shape, a light for inputting information about the camera, and a camera information input device 12
And a projection processing device 14 for performing two-dimensional projection processing of the shape based on the shape, light and camera information input from each of the devices 10 and 12, and various parameters used when producing a flame image. Flame parameter specifying device 16
Flame image production for generating a plurality of particles that are the source of a flame by using a part or the whole of the projected shape as a generation source, and generating a virtual flame image by changing the particles according to various parameters. A device 18.

【0012】なお、上記ライト、カメラ情報入力装置1
2は、CGにおいて、投影画像を作成する際に一般に用
いられる情報を入力するもので、ここで入力されるライ
ト情報としては、形状入力装置10から入力された形状
に対して照明するライトの位置、ライトの色、ライトの
種類(点光源、面光源、平行光源)があり、又、カメラ
情報としては、視点の位置座標(3次元)、画角、注視
点等の情報がある。
The light and camera information input device 1
Numeral 2 is for inputting information generally used when creating a projection image in the CG. The light information input here includes a position of a light illuminating the shape input from the shape input device 10. , The color of the light, and the type of light (point light source, surface light source, parallel light source), and the camera information includes information such as the position coordinates (three-dimensional) of the viewpoint, the angle of view, and the gazing point.

【0013】又、上記炎パラメータ指定装置16では、
次の表1に示すような炎パラメータを指定することがで
きる。
Further, in the above flame parameter designating device 16,
Flame parameters such as those shown in Table 1 below can be specified.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】上記表1で、No.1の画像サイズは、計
算ステップ毎に制作する1フレーム分の画像のXY方向
の大きさ、No.2のフレーム総数は、炎画像を制作す
るに要する画像フレームの全数、No.3のフレーム処
理数は、1秒当りで制作するフレーム数、No.7の中
心色は、(red:1.0,grn:1.0,blu:
1.0)が白色、No.6のalpha は、後述する(1
3)式に適用する定数である。
In Table 1 above, No. The image size of No. 1 is the size in the XY direction of the image of one frame produced for each calculation step, The total number of frames of No. 2 is the total number of image frames required to produce a flame image. 3 is the number of frames to be produced per second, The center color of 7 is (red: 1.0, grn: 1.0, blue:
1.0) is white, No. The alpha of 6 will be described later (1
3) A constant applied to the equation.

【0016】又、No.7、8は、上昇移動ベクトルの
計算に用いるパラメータ、No.9〜12は渦場移動ベ
クトルの計算に用いるパラメータ、No.13のポリゴ
ンサイズは粒子に設定するポリゴンのスケール値で1.
0は粒子の初期半径であり、No.14の形状は、発生
源を構成するポリゴンであり、No.15のフィルタ定
数は、後述する図10に示すフィルタの縦横それぞれの
数である。
In addition, No. Nos. 7 and 8 are parameters used for calculating the ascending movement vector. Nos. 9 to 12 are parameters used for calculating the vortex field movement vector. The polygon size of 13 is the scale value of the polygon set to the particle.
0 is the initial radius of the particle. The shape of No. 14 is a polygon constituting the generation source. The fifteen filter constants are the numbers in the vertical and horizontal directions of the filter shown in FIG.

【0017】本実施形態の炎画像制作装置18は、CG
制作時に、前記形状入力装置10、ライト、カメラ情報
入力装置12からデータを読み込み、炎の揺らぎを表現
する画像の制作を自動的に行う装置である。
The flame image producing apparatus 18 of the present embodiment has a CG
At the time of production, the apparatus reads data from the shape input device 10, the light, and the camera information input device 12, and automatically produces an image expressing the fluctuation of the flame.

【0018】この炎画像制作装置18は、計算ステップ
毎に、(A)粒子に対して、中心位置座標、半径、疑似
エネルギ及び中心色からなる粒子情報を設定する手段
と、(B)粒子を、予め設定した運動規則に従ってそれ
ぞれ移動させる手段と、(C)粒子の半径、疑似エネル
ギ及び中心色の少なくとも前二者を変化させる手段と、
(D)粒子を消滅させる手段と、(E)粒子を、その中
心位置座標を共通の頂点とし、且つその半径の円に内接
する複数のポリゴンに置換する手段と、(F)各ポリゴ
ンについて、前記共通の頂点に設定される中心色と、別
途設定される内接頂点の色とに基づいて、ポリゴン内部
の色を補間計算して各ポリゴンの色を決定する手段と、
(G)全粒子について決定された各ポリゴンの色を合成
して炎画像を制作する手段と、(H)各ポリゴン色の合
成が終了した画像に対して、画素値の平滑化処理を施す
手段とが、それぞれソフトウェアで構築されている。以
下、これら(A)〜(H)の各手段について詳述する。
The flame image producing apparatus 18 sets (A) means for setting particle information including a center position coordinate, a radius, a pseudo energy, and a center color for each of the calculation steps; (C) means for changing at least the former of the particle radius, pseudo energy and center color,
(D) means for eliminating particles, (E) means for replacing the particles with a plurality of polygons whose center position coordinates are a common vertex and which is inscribed in a circle of the radius, and (F) for each polygon, Means for determining the color of each polygon by interpolation calculation of the color inside the polygon based on the center color set to the common vertex and the color of the inscribed vertex set separately,
(G) means for creating a flame image by combining the colors of the polygons determined for all particles, and (H) means for performing pixel value smoothing processing on the image for which the synthesis of each polygon color has been completed. And are each built with software. Hereinafter, each of these means (A) to (H) will be described in detail.

【0019】(A)任意の粒子iに対して、中心位置座
標、半径、疑似エネルギ及び中心色からなる粒子情報を
設定する手段。これは、具体的には、炎を粒子の集まり
で構成するため、個々の粒子iを、計算ステップに当る
時間(計算時刻)tで規定される、(1)3次元の中心
位置座標:Pi(t)=(px,py,pz)と、(2)半
径:Ri(t),(3)疑似エネルギ:Ei(t),(4)中心
色:Ci(t)=(red,grn,blu,alpha )から
なる粒子情報を保持するものとして生成する機能と、各
粒子情報の初期値を設定する機能とで構成される。
(A) Means for setting particle information including a center position coordinate, a radius, a pseudo energy, and a center color for an arbitrary particle i. Specifically, since the flame is composed of a group of particles, each particle i is defined by a time (calculation time) t corresponding to a calculation step. (1) Three-dimensional center position coordinates: Pi (t) = (px, py, pz), (2) radius: Ri (t), (3) pseudo energy: Ei (t), (4) center color: Ci (t) = (red, grn, blu, alpha) and a function to set the initial value of each particle information.

【0020】(1)3次元の中心位置座標の初期位置:
Pi(t=0)は、形状入力装置10から入力された発生源に
あたる物体形状を構成する、例えば図2に示す面(ポリ
ゴン)上の位置を、ユーザが指定することにより自動設
定できる。その際に発生させる粒子の数:Nは、例えば
指定した面の面積areaに比例するとした次の(1)式で
設定することができる。この式でconst (定数)はユー
ザが予め指定する。
(1) Initial position of three-dimensional center position coordinates:
Pi (t = 0) can be automatically set by designating the position on the plane (polygon) shown in FIG. 2 which constitutes the object shape corresponding to the source input from the shape input device 10, for example, by the user. The number of particles N generated at that time can be set by the following equation (1), which is proportional to the area area of the designated surface, for example. In this equation, the user designates const (constant) in advance.

【0021】N=area×const …(1)N = area × const (1)

【0022】又、他の粒子情報の各初期値、即ち(2)
半径:Ri(t=0)、(3)疑似エネルギ:Ei(t=0)、
(4)中心色:Ci(t=0)も、ユーザが、予め指定するこ
とにより設定れさる。
Each initial value of other particle information, that is, (2)
Radius: Ri (t = 0), (3) Pseudo energy: Ei (t = 0),
(4) Center color: Ci (t = 0) is also set by the user in advance.

【0023】(B)発生させた複数の粒子iを、予め設
定した運動規則に従ってそれぞれ移動させる手段。これ
は、個々の粒子に対して、時間tにおける3次元の中心
位置座標:Pi(t)=(px,py,pz)を、1時刻前
の時間t−1の中心位置座標:Pi(t-1)から、次の
(2)式で変更することにより、各粒子の位置を計算時
刻単位で変化させる機能を有している。
(B) means for moving the plurality of generated particles i according to a preset motion rule. This means that, for each particle, the three-dimensional center position coordinate at time t: Pi (t) = (px, py, pz) and the center position coordinate at time t−1 one time earlier: Pi (t) The function has a function of changing the position of each particle in units of calculation time by changing from -1) by the following equation (2).

【0024】 Pi(t)=Pi(t-1)+Masc(t)+Mvor(t)+Mstr(t) …(2)Pi (t) = Pi (t-1) + Masc (t) + Mvor (t) + Mstr (t) (2)

【0025】この(2)式は、各粒子の中心位置が、気
流の上昇による上昇移動ベクトル:Masc(t)、気流の回
転による渦場移動ベクトル:Mvor(t)、粒子同士の引力
又は斥力による移動ベクトル:Mstr(t)からなる3つの
運動規則に従って変更されることを表わしている。
In the equation (2), the center position of each particle is represented by an ascending movement vector due to the rise of the airflow: Masc (t), a vortex field movement vector due to the rotation of the airflow: Mvor (t), the attraction or repulsion between the particles. The motion vector is changed according to three motion rules consisting of Mstr (t).

【0026】以下、上記(2)式に含まれる運動規則で
ある各移動ベクトルについて順次説明する。
Hereinafter, the respective motion vectors, which are the motion rules included in the above equation (2), will be sequentially described.

【0027】(1)上昇移動ベクトル:Masc(t) この上昇移動ベクトル:Masc(t)は、例えば時間tにお
ける上昇の方向をDasc(t)、上昇の大きさをconst とし
たとき、次の(3)式で表わされる。このconst は、予
めユーザが指定する。
(1) Ascending movement vector: Masc (t) This ascending movement vector: Masc (t) is, for example, assuming that the rising direction at time t is Dasc (t) and the magnitude of the rising is const, It is expressed by equation (3). This const is specified by the user in advance.

【0028】 Masc(t)=const ・Dasc(t) …(3)Masc (t) = const · Dasc (t) (3)

【0029】(2)渦場移動ベクトル:Mvor(t) この渦場移動ベクトルは、気流の回転効果として、仮想
的な大小さまざまな渦の速度場を合成して発生させるこ
とができる。個々の渦は、以下に示す(0)〜(iii )
のステップで生成されるものとする。
(2) Vortex field movement vector: Mvor (t) This vortex field movement vector can be generated by synthesizing virtual vortex velocity fields of various sizes, as a rotating effect of airflow. Individual vortices are shown in (0) to (iii) below.
Shall be generated in the step.

【0030】ステップ(0):渦の回転速度の定義(図
3) 渦の回転速度v(d) を以下のように定める。
Step (0): Definition of Vortex Rotation Speed (FIG. 3) The vortex rotation speed v (d) is determined as follows.

【0031】 v(d) =(vmax /const )・d (0.0 ≦d≦const ) …(4A) v(d) =vmax ・(1.0 −sin θ) (const <d≦Rv ) …(4B) d:渦の中心からの距離 Rv :渦の半径 vmax :渦の最大回転速度 const :任意の定数(0.0 ≦d≦Rv ) θ:(π/2.0 )・(Rv −d)/RvV (d) = (v max / const) · d (0.0 ≦ d ≦ const) (4A) v (d) = v max · (1.0−sin θ) (const <d ≦ Rv) (( 4B) d: distance from the center of the vortex Rv: radius of the vortex v max : maximum rotation speed of the vortex const: arbitrary constant (0.0 ≦ d ≦ Rv) θ: (π / 2.0) · (Rv−d) / Rv

【0032】ステップ(i):渦の発生 渦の発生は、その中心位置、半径、回転速度、回転方
向、渦の個数を初期的に任意に与えることで行う。
Step (i): Generation of Vortex The generation of a vortex is performed by initially giving the center position, radius, rotation speed, rotation direction, and number of vortices arbitrarily.

【0033】ステップ(ii):渦の成長(図4) 渦の成長は発生後、渦の半径が計算ステップ毎に一定の
割合で増加すると考える。
Step (ii): Vortex Growth (FIG. 4) After the vortex growth occurs, it is considered that the radius of the vortex increases at a constant rate at each calculation step.

【0034】 Rv(t) =Rv(0) ・(1.0 +t/Tv ) …(5) Rv(0) :渦の初期半径 Tv :渦の寿命時間 t:任意の時間Rv (t) = Rv (0) · (1.0 + t / Tv) (5) Rv (0): Initial radius of vortex Tv: Lifetime of vortex t: Arbitrary time

【0035】ステップ(iii ):渦の衰退(図5) 渦の衰退は発生後、渦の回転速度が計算ステップ毎に一
定の割合で減少すると仮定する。
Step (iii): Vortex Decay (FIG. 5) After the vortex decline occurs, it is assumed that the rotation speed of the vortex decreases at a constant rate at each calculation step.

【0036】 v(t) =v(0) ・(1.0 −t/Tv ) …(6) v(0) :渦の初期回転速度 Tv :渦の寿命時間 t:任意の時間V (t) = v (0) · (1.0−t / Tv) (6) v (0): initial rotation speed of vortex Tv: life time of vortex t: arbitrary time

【0037】(3)粒子同士の引力(斥力)による移動
ベクトル:Mstr(t) これは、任意の時間tにおける粒子同士の引力又は斥力
により移動ベクトルであり、粒子iの移動ベクトル:M
str i (t) は、次の(7)式で与えられる。
(3) Movement vector due to attraction (repulsion) between particles: Mstr (t) This is a movement vector due to attraction or repulsion between particles at an arbitrary time t, and the movement vector of particle i: M
str i (t) is given by the following equation (7).

【0038】[0038]

【数1】 const :任意の定数 N:全粒子数 Pi(t):粒子iの中心位置座標 Pj(t):粒子jの中心位置座標(Equation 1) const: Arbitrary constant N: Total number of particles Pi (t): Coordinates of center position of particle i Pj (t): Coordinates of center position of particle j

【0039】(C)発生させた各粒子iの半径、疑似エ
ネルギ及び中心色の少なくとも前二者を変化させる手
段。これは、計算する総時間をTとしたとき、時間tの
計算ステップにおける粒子iの半径:Ri(t)を、粒子の
初期半径:Ri(0)を基に、次の(8)式で計算する機能
を有している。
(C) Means for changing at least the former of the radius, pseudo energy and center color of each generated particle i. When the total time to be calculated is T, the radius of the particle i in the calculation step of the time t: Ri (t) is calculated by the following equation (8) based on the initial radius of the particle: Ri (0). It has a function to calculate.

【0040】 Ri(t)=(1.0 −t/T)・Ri(0) …(8)Ri (t) = (1.0−t / T) · Ri (0) (8)

【0041】又、この手段は、各計算ステップ毎に、前
記疑似エネルギ:Ei(t)を設定する機能を有している。
即ち、時間tの粒子iに対して設定する疑似エネルギE
i(t)は、例えば計算する総時間をTとして、次の(9)
式で計算することができる。
This means has a function of setting the pseudo energy: Ei (t) for each calculation step.
That is, the pseudo energy E set for the particle i at time t
i (t) is, for example, the following (9), where T is the total time for calculation.
It can be calculated by the formula.

【0042】Ei(t)=exp (−t/T) …(9)Ei (t) = exp (−t / T) (9)

【0043】更に、この手段は、各ステップ毎に、中心
色:Ci(t)を設定する機能を有している。但し、この実
施形態では、上記粒子iの中心色:Ci(t)は常に一定と
する。
Further, this means has a function of setting a center color: Ci (t) for each step. However, in this embodiment, the center color of the particle i: Ci (t) is always constant.

【0044】(D)発生させた粒子を消滅させる手段。
これは、発生させた粒子を所定の条件の下で消滅させる
機能を有している。具体的な粒子消滅の方法としては、
例えば、前記疑似エネルギEi(t)が所定の閾値以下にな
った時点で消滅させる方法や、発生時点から所定の時間
(寿命)が経過した時点で消滅させる方法等が挙げられ
る。
(D) Means for eliminating generated particles.
This has a function of extinguishing the generated particles under predetermined conditions. As a specific method of annihilation of particles,
For example, there is a method of extinguishing when the pseudo energy Ei (t) becomes equal to or less than a predetermined threshold value, and a method of extinguishing when a predetermined time (lifetime) has elapsed from the generation time.

【0045】以上詳述した炎画像制作装置16が有する
(A)〜(D)の各手段を用いて、計算ステップ毎に粒
子を運動させることにより、図6に概念的に誇張して示
したような粒子の集合からなる炎が生成されることにな
る。なお、前記図2に示した炎の発生源にあたるポリゴ
ンは、この図6に破線で示したように炎の下端に位置し
ている。
FIG. 6 conceptually exaggerates FIG. 6 by moving particles at each calculation step using each of the means (A) to (D) of the flame image producing apparatus 16 described in detail above. A flame composed of such a collection of particles will be generated. The polygon which is the source of the flame shown in FIG. 2 is located at the lower end of the flame as shown by the broken line in FIG.

【0046】(E)発生された粒子を、その中心位置座
標を共通の頂点とし、且つその半径の円に内接する複数
のポリゴンに置換する手段。図7は、この手段によるポ
リゴン置換機能を具体的に示したものであり、この実施
形態では、中心位置座標:Pi(t)で半径:Ri(t)の円形
で表わされる粒子を、その中心を共通の頂点とし、他の
頂点がそれぞれ円に内接する4つの三角形のポリゴンで
置換する場合を示してある。
(E) Means for replacing the generated particles with a plurality of polygons whose center position coordinates are set to a common vertex and which is inscribed in a circle having that radius. FIG. 7 specifically shows a polygon replacement function by this means. In this embodiment, a particle represented by a circle having a center position coordinate: Pi (t) and a radius: Ri (t) is represented by a center. Is a common vertex, and the other vertices are each replaced by four triangular polygons inscribed in the circle.

【0047】(F)置換された各ポリゴンについて、共
通頂点に設定される中心色と、別途設定される内接頂点
の色とに基づいてポリゴン内部の色を補間計算して、各
ポリゴンの色を決定する手段。この実施形態では、上記
図7に示した三角形の各ポリゴンについて、粒子の中心
に位置する共通の頂点に最高の温度にあたる中心色を、
円に内接する側の2つの頂点に最低温度にあたる色(例
えば、黒)を割り当て、これら頂点の色を基準として、
いわゆるグーローシェーディング(Gouraud shading)
によりポリゴン内部の色を補間して設定する。
(F) For each of the replaced polygons, the color inside each polygon is calculated by interpolation based on the center color set at the common vertex and the color of the inscribed vertex set separately. Means to determine. In this embodiment, for each of the triangular polygons shown in FIG. 7, the central color corresponding to the highest temperature at the common vertex located at the center of the particle is represented by:
The colors corresponding to the lowest temperature (for example, black) are assigned to the two vertices inscribed in the circle, and based on the colors of these vertices,
So-called Gouraud shading
Is set by interpolating the color inside the polygon.

【0048】ここで、グーローシェーディグの原理を説
明すると、図8に示すように、任意の三角形(3次元)
ポリゴンの各頂点の座標をP0 、P1 、P2 、各頂点に
対応する色をC0 、C1 、C2 としたとき、画素iの色
Cg は下記(10)〜(12)式を用いて算出される。
Now, the principle of the Gouraud shading will be described. As shown in FIG.
Assuming that the coordinates of each vertex of the polygon are P0, P1, and P2, and the colors corresponding to each vertex are C0, C1, and C2, the color Cg of the pixel i is calculated using the following equations (10) to (12). .

【0049】 (i)頂点P0 、P1 の間をt:(1−t)の比で補間する点P01の色C01: C01=C0 ・(1.0 −t)+C1 ・t (0.0 ≦t≦1.0 ) …(10) (ii)頂点P0 、P2 の間をs:(1−s)の比で補間する点P02の色C02: C02=C0 ・(1.0 −s)+C1 ・s (0.0 ≦s≦1.0 ) …(11) (iii )頂点P01、P02の間をk:(1−k)の比で補間する点の色(画素i の色)Cg : Cg =C01・(1.0 −k)+C02・k (0.0 ≦k≦1.0 ) …(12)(I) Color C01 of point P01 to be interpolated between vertices P0 and P1 at a ratio of t: (1-t): C01 = C0. (1.0-t) + C1.t (0.0≤t≤1.0) (10) (ii) The color C02 of the point P02 to be interpolated between the vertices P0 and P2 at a ratio of s: (1-s): C02 = C0. (1.0-s) + C1.s (0.0.ltoreq.s.ltoreq.1.0 (11) (iii) The color of the point (the color of the pixel i) to be interpolated between the vertices P01 and P02 at the ratio of k: (1-k) Cg: Cg = C01 ((1.0-k) + C02 ・ k (0.0 ≦ k ≦ 1.0)… (12)

【0050】(G)全粒子について決定された各ポリゴ
ンの色を合成して炎画像を制作する手段。これは、3次
元的に分布する複数の粒子を2次元の画像空間へ投影す
る際、同じ投影方向に並ぶ粒子が重なっている場合、そ
の部分について、そのポリゴン色を奥行き方向に加算す
る処理を行うことにあたる。このポリゴン色の加算は、
図9に1つの画素(pixel )に対して、3つのポリゴン
が関係している場合を概念的に示すように、前記図7の
ように設定した複数の三角形に対して、例えばZバッフ
ァリング等の隠面消去処理を施さないグーローシェーデ
ィングを行うことにあたる。
(G) Means for producing a flame image by synthesizing the color of each polygon determined for all particles. When projecting a plurality of particles distributed three-dimensionally into a two-dimensional image space, if particles arranged in the same projection direction are overlapped, a process of adding the polygon color in the depth direction for that part is performed. That's what you do. This addition of polygon colors
FIG. 9 conceptually shows a case where three polygons are related to one pixel (pixel). As shown in FIG. 9, for a plurality of triangles set as shown in FIG. This is equivalent to performing Gouraud shading without performing hidden surface removal processing.

【0051】具体的には、前記グーローシェーディング
の際、重なっているポリゴンの隠面消去処理は行わず、
シェーディング前の画素値をPXi-1 、粒子iの色をC
i としたとき、シェーディング後の画素値PXi を次の
(13)式により算出することにより行う。但し、この
式でalpha は0から1の間の任意の定数である。
Specifically, at the time of the Gouraud shading, the hidden surface elimination processing of the overlapping polygons is not performed.
The pixel value before shading is PXi-1 and the color of particle i is C
When i is set, the pixel value PXi after shading is calculated by the following equation (13). However, in this expression, alpha is an arbitrary constant between 0 and 1.

【0052】 PXi =PXi-1 +alpha ・Ci (0.0 <alpha <1.0 ) …(13)PXi = PXi−1 + alpha · Ci (0.0 <alpha <1.0) (13)

【0053】(H)ポリゴン色の合成(加算)が終了し
た画像に対して、画素値の平滑化処理を施す手段。これ
は、ポリゴン色の加算が終了した1フレーム分の画像を
構成する各画素に対して、図10に示す3×3のフィル
タを適用し、その中心の画素値n(i,j) を、その横と縦
のそれぞれの近傍の画素値を用いて、次の(14)、
(15)式によりそれぞれ平均化する処理機能にあた
る。
(H) A means for performing pixel value smoothing processing on an image for which polygon color synthesis (addition) has been completed. That is, a 3 × 3 filter shown in FIG. 10 is applied to each pixel constituting an image of one frame after the addition of polygon colors is completed, and a pixel value n (i, j) at the center thereof is calculated by: Using the neighboring pixel values of the horizontal and vertical directions, the following (14),
This corresponds to a processing function for averaging each using the equation (15).

【0054】 n(i,j) =(n(i-1,j) +n(i,j) +n(i+1,j) )/3.0 …(14) n(i,j) =(n(i,j-1) +n(i,j) +n(i,j+1) )/3.0 …(15)N (i, j) = (n (i-1, j) + n (i, j) + n (i + 1, j)) / 3.0 (14) n (i, j) = ( n (i, j-1) + n (i, j) + n (i, j + 1)) / 3.0 (15)

【0055】以上の計算処理を、計算ステップ毎に発生
源から複数の粒子を発生させると共に、それらを移動さ
せながら行うことにより、全計算ステップに相当するフ
レームからなる炎アニメーション画像を制作することが
できる。
By performing the above calculation process while generating a plurality of particles from the source for each calculation step and moving them, a flame animation image consisting of frames corresponding to all calculation steps can be produced. it can.

【0056】次に、本実施形態の作用を、図11のフロ
ーチャートを参照しながら説明する。
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0057】まず、ステップ1で、炎の粒子情報を入力
する。即ち、パラメータ指定装置16により粒子を付加
する形状(発生源)を指定し、形状入力装置10から入
力すると共に、表1に示した粒子の半径、疑似エネル
ギ、中心色をそれぞれ初期値として指定して入力する。
First, in step 1, flame particle information is input. That is, the shape (source) to which particles are added is specified by the parameter specifying device 16 and input from the shape input device 10, and the radius, pseudo energy, and center color of the particles shown in Table 1 are specified as initial values. Enter

【0058】次いで、ステップ2で粒子の運動規則の情
報を入力する。即ち、上記パラメータ指定装置16によ
り、表1に示した上昇、渦場、逆の各移動ベクトルを算
出するためのパラメータを指定して入力する。
Next, in step 2, information on the particle motion rules is input. That is, the parameters for calculating the ascending, vortex field, and reverse movement vectors shown in Table 1 are designated and input by the parameter designating device 16.

【0059】次いで、ステップ3で前記炎画像制作装置
18により、時間tの計算ステップにおける前記(1)
〜(9)式等により計算される粒子情報の変更処理を行
い、ステップ4で、変更後の粒子情報に基づいて、前述
した各粒子のポリゴン置換、奥行方向のポリゴン色の加
算等の処理からなる炎画像制作処理を行い、ステップ5
で時間tにおける1フレーム分の炎画像を出力する。
Next, in step 3, the flame image producing apparatus 18 calculates the time (t) in the step (1).
The process of changing the particle information calculated by Equations (9) to (9) is performed, and in step 4, based on the changed particle information, the processes of the above-described polygon replacement of each particle and addition of the polygon color in the depth direction are performed. Perform the following flame image production processing, and step 5
Outputs a flame image for one frame at time t.

【0060】次のステップ6で、次の計算ステップで制
作するフレームがある場合には、時間t+1について、
上記ステップ3〜5の処理を最終フレームになるまで繰
り返す。以上の処理により、炎アニメーション画像の制
作が終了する。
In the next step 6, if there is a frame to be produced in the next calculation step, at time t + 1,
Steps 3 to 5 are repeated until the last frame is reached. With the above processing, the production of the flame animation image ends.

【0061】以上詳述した本実施形態によれば、特徴を
明らかにするため抽出した一部のフレーム画像である図
12〜図14に示すように、炎の揺らぎが表現された炎
画像を制作することができる。
According to the above-described embodiment, as shown in FIGS. 12 to 14, which are partial frame images extracted to clarify the characteristics, a flame image expressing the fluctuation of the flame is produced. can do.

【0062】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。
Although the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof.

【0063】例えば、前記実施形態では、粒子の半径
を、前記(8)式で変化させる場合を示したが、これに
限らず、小→大→小のように途中で最大値を経るように
変化させてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the radius of the particle is changed by the equation (8) has been described. However, the present invention is not limited to this. It may be changed.

【0064】又、粒子をポリゴン置換する際のポリゴン
数が4の場合について説明したが、これに限定されな
い。又、ポリゴンの形状も三角形に限定されない。
Further, the case where the number of polygons at the time of replacing a particle with polygons is 4 has been described, but the present invention is not limited to this. Further, the shape of the polygon is not limited to a triangle.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
リアルな炎画像を容易に制作することができる。
As described above, according to the present invention,
Realistic flame images can be easily produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態の炎画像制作装置を含む画像合成シス
テムの概略構成を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an image composition system including a flame image production device according to an embodiment.

【図2】粒子の初期位置の設定方法を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for setting an initial position of a particle.

【図3】渦場を構成する渦を概念的に示す線図FIG. 3 is a diagram conceptually showing a vortex constituting a vortex field.

【図4】渦の成長を概念的に示す線図FIG. 4 is a diagram conceptually showing vortex growth.

【図5】渦の衰退を概念的に示す線図FIG. 5 is a diagram conceptually showing the decline of a vortex.

【図6】炎の構成を概念的に示す説明図FIG. 6 is an explanatory view conceptually showing a configuration of a flame.

【図7】粒子のポリゴン置換を概念的に示す説明図FIG. 7 is an explanatory diagram conceptually showing polygon replacement of particles.

【図8】グーローシェーディングの原理を説明するため
の線図
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of Gouraud shading;

【図9】ポリゴン色の加算処理を概念的に示す説明図FIG. 9 is an explanatory diagram conceptually showing a process of adding polygon colors.

【図10】平滑化処理の原理を示す説明図FIG. 10 is an explanatory diagram showing the principle of a smoothing process.

【図11】実施形態の作用を示すフローチャートFIG. 11 is a flowchart showing the operation of the embodiment.

【図12】実施形態により制作した1フレーム分の炎画
像の一例を示す説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a flame image for one frame produced according to the embodiment;

【図13】実施形態により制作した1フレーム分の炎画
像の他の一例を示す説明図
FIG. 13 is an explanatory diagram showing another example of a flame image for one frame produced according to the embodiment;

【図14】実施形態により制作した1フレーム分の炎画
像の更に他の一例を示す説明図
FIG. 14 is an explanatory diagram showing still another example of a flame image for one frame produced by the embodiment.

【図15】従来法を説明するための線図FIG. 15 is a diagram for explaining a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…形状入力装置 12…ライト、カメラ情報入力装置 14…投影処理装置 16…炎パラメータ指定装置 18…炎画像制作装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Shape input device 12 ... Light and camera information input device 14 ... Projection processing device 16 ... Flame parameter designation device 18 ... Flame image production device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 明 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akira Sato 1-1-1 Ichigaya Kagacho, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Dai Nippon Printing Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】計算ステップ毎に所定の発生源から炎の元
になる複数の粒子を発生させて仮想的な炎画像を制作す
る炎画像制作装置において、 前記粒子に対して、少なくとも中心位置座標、半径及び
中心色からなる粒子情報を設定する手段と、 前記粒子を、予め設定した運動規則に従ってそれぞれ移
動させる手段と、 前記粒子の半径を変化させる手段と、 前記粒子を、その中心位置座標を共通の頂点とし、且つ
その半径の円に内接する複数のポリゴンに置換する手段
と、 各ポリゴンについて、前記共通の頂点に設定される中心
色と、別途設定される内接頂点の色とに基づいて、ポリ
ゴン内部の色を補間計算して各ポリゴンの色を決定する
手段と、 全粒子について決定された各ポリゴンの色を合成して炎
画像を制作する手段と、を備えていることを特徴とする
炎画像制作装置。
1. A flame image producing apparatus for producing a virtual flame image by generating a plurality of particles which are a source of a flame from a predetermined source for each calculation step, wherein at least a center position coordinate for the particles is provided. Means for setting particle information comprising a radius and a center color; means for moving the particles in accordance with preset movement rules; means for changing the radius of the particles; and coordinates of the center position of the particles. Means for replacing a plurality of polygons with a common vertex and inscribed in a circle having the same radius, based on a center color set for the common vertex and a color of an inscribed vertex separately set for each polygon Means for determining the color of each polygon by interpolation calculation of the color inside the polygon, and means for producing a flame image by combining the colors of each polygon determined for all particles. Flame image production apparatus according to claim and.
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