JPH10333535A - Computer hologram generation method and device - Google Patents

Computer hologram generation method and device

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JPH10333535A
JPH10333535A JP13737197A JP13737197A JPH10333535A JP H10333535 A JPH10333535 A JP H10333535A JP 13737197 A JP13737197 A JP 13737197A JP 13737197 A JP13737197 A JP 13737197A JP H10333535 A JPH10333535 A JP H10333535A
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hologram
wavefront
light source
amplitude value
reference volume
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力 堀越
Kazuto Higuchi
和人 樋口
Takaaki Akimoto
高明 秋本
Satoshi Suzuki
智 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the generation method and device of a computer hologram capable of eliminating the waste of calculation and more efficiently and quickly calculating interference fringes. SOLUTION: A three-dimensional space is divided into small voxels, and when light from the light source of a specified array is propagated through the space, a reference volume for which the amplitude value of the wave front of the light in the respective voxels is held in the voxels is generated (101-102). The position relation (the inclination of a surface or the like) of the respective patches of an object described by a polygon model and a hologram surface is calculated (103-105) and the reference volume is cut at a cutting plane H' for forming the same inclination as the inclination of the hologram surface at the time of converting the patch to a reference position (106-107). By projecting the values of the respective elements of the cutting surface S and adding the value of the cutting surface S to the hologram H (108-110), in a hologram generation stage, the processing of generating the wave front is eliminated and a calculation amount is substantially reduced.

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、計算機によりホロ
グラムを生成する計算機ホログラム生成技術に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a computer generated hologram generating technique for generating a hologram by a computer.

【0002】[0002]

【従来の技術】計算機ホログラムの基本的な生成方法
は、物体を点光源の集合と考え、この点光源により生成
される光の波面(干渉縞)を計算により求めるという方
法である。この方法では、物体形状を詳細に表現しよう
とするにつれ、点光源の数は増大してしまう。また、計
算において、点光源は、複素振幅で表現されるため、干
渉縞を計算するためには、膨大な量の複素数演算を処理
しなければならない。現状では、これを高速に処理する
ために、並列マシンの開発や、スーパーコンピュータを
利用している。また、従来、この計算量を削減するため
の方法として、点光源の波面の参照テーブルを作成し、
干渉縞の波面計算に必要な複素数演算を参照テーブルを
参照することに置き換えることで、計算速度を上げる方
法や、垂直視差を計算せず、水平視差のみを計算する方
法がある。
2. Description of the Related Art A basic method of generating a computer generated hologram is a method in which an object is regarded as a set of point light sources, and a wavefront (interference fringe) of light generated by the point light source is calculated. In this method, the number of point light sources increases as the object shape is expressed in detail. In calculation, a point light source is represented by a complex amplitude, so that an enormous amount of complex arithmetic operations must be processed in order to calculate interference fringes. At present, in order to process this at high speed, parallel machines are being developed and supercomputers are being used. Conventionally, as a method for reducing the amount of calculation, a reference table of the wavefront of a point light source is created,
There is a method of increasing the calculation speed by replacing the complex number calculation required for the wavefront calculation of the interference fringe with reference to a reference table, and a method of calculating only the horizontal parallax without calculating the vertical parallax.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、コンピュー
タグラフィックスで使用されている三次元モデルは一般
的には、ポリゴンモデルで記述されていることが多い。
つまり、小さな面の集合により、物体を表現しているに
もかかわらず、計算機ホログラムでは、ポリゴンモデル
等の物体のモデルを一度、点光源の集合に変換し、その
点光源の集合により面を表現するという、かなり無駄な
処理をしていることになる。
The three-dimensional model used in computer graphics is generally described by a polygon model.
In other words, despite the fact that an object is represented by a set of small surfaces, computer holograms once convert a model of an object such as a polygon model into a set of point light sources, and express the surface by the set of point light sources. That is, it is a rather useless process.

【0004】本発明は、上述の計算の無駄をなくし、よ
り効率よく高速に干渉縞の計算を行うことができる計算
機ホログラムの生成方法並びに装置を提供することを課
題とする。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for generating a computer generated hologram, which can eliminate the above-mentioned waste of calculation and more efficiently calculate interference fringes at high speed.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の方法として本発明は、三次元空間を小さなボクセルに
分割し、特定の配列をしている光源からの光が前記三次
元空間を伝搬するとき、各ボクセルでの前記光の波面の
振幅値を当該ボクセルで保持した参照ボリュームを生成
し、ポリゴンモデルにより記述された物体の個々のパッ
チとホログラム面との位置関係(面の傾き等)を保存し
て、当該パッチを基準位置に変換したときのホログラム
面の傾きと同じ傾きをなす平面で、前記参照ボリューム
を切断し、その切断面の各ボクセルに保持されている値
を当該位置でのホログラム面上におけるパッチからの光
による波面の振幅値とし、この振幅値から干渉縞を生成
することを特徴とする。
As a method for solving the above-mentioned problems, the present invention divides a three-dimensional space into small voxels, and light from a light source having a specific arrangement propagates in the three-dimensional space. Then, a reference volume in which the amplitude value of the wavefront of the light at each voxel is held by the voxel is generated, and the positional relationship between individual patches of the object described by the polygon model and the hologram surface (surface inclination, etc.) Is stored, and the reference volume is cut by a plane having the same inclination as the inclination of the hologram surface when the patch is converted to the reference position, and the value held in each voxel of the cut surface is calculated at the position. , The amplitude value of the wavefront due to the light from the patch on the hologram surface, and an interference fringe is generated from the amplitude value.

【0006】また、前記特定の配列をした光源として、
複数の光源列を合成すると、ある光源(例えば平面波
等)になるような光源配列を用意し、前記光源配列を光
源とした複数の参照ボリュームを用い、同一物体に対し
て、複数の干渉縞を生成することを特徴とする。
Further, as the light source having the specific arrangement,
When a plurality of light source arrays are combined, a light source array that prepares a certain light source (for example, a plane wave) is prepared, and a plurality of interference fringes are formed on the same object using a plurality of reference volumes using the light source array as a light source. It is characterized by generating.

【0007】また、上記課題を解決するための装置とし
て本発明は、三次元モデルを基本パッチの組み合わせに
より記述して管理する物体モデル管理手段と、基本パッ
チを光源としたときの波面を計算する波面計算手段と、
基本パッチを光源とした波面振幅値を三次元空間を分割
したボクセルに保持し参照ボリュームとして管理する参
照ボリューム管理手段と、この参照ボリュームを切断す
る平面を基本パッチとホログラム面との位置関係から算
出する切断面算出手段と、前記平面で切断された参照ボ
リュームの切断面の各位置での振幅値を求める切断面振
幅値算出手段と、この振幅値を合成することで干渉縞を
生成するホログラム合成手段と、を備えることを特徴と
する。
Further, as an apparatus for solving the above problems, the present invention provides an object model managing means for describing and managing a three-dimensional model by a combination of basic patches, and calculates a wavefront when the basic patches are used as a light source. Wavefront calculation means,
Reference volume management means for storing a wavefront amplitude value using a basic patch as a light source in a voxel obtained by dividing a three-dimensional space and managing the reference volume, and calculating a plane for cutting the reference volume from the positional relationship between the basic patch and the hologram surface Cutting plane calculating means for calculating an amplitude value at each position of the cutting plane of the reference volume cut by the plane; and a hologram synthesizing means for synthesizing the amplitude values to generate interference fringes. Means.

【0008】本発明では、点光源ではなく物体を構成す
る要素(面、線等)を光源とする波面を参照ボリューム
としてテーブル化することで、より効率よく高速に干渉
縞の計算を行う。つまり、個々の点光源を計算するので
はなく、三次元モデルの基本要素(パッチ)を光源とし
て波面を予め計算し、ボクセルに分割された参照ボリュ
ームに保持しておくことで、この参照ボリュームを参照
するだけで干渉縞を生成できるようにする。
In the present invention, the calculation of interference fringes is performed more efficiently and at high speed by tabulating a wavefront using not a point light source but an element (surface, line, etc.) constituting an object as a light source as a reference volume. In other words, instead of calculating each point light source, the wavefront is calculated in advance using the basic element (patch) of the three-dimensional model as a light source, and is stored in a reference volume divided into voxels. An interference fringe can be generated only by reference.

【0009】また、前記基本要素の光源において、単に
面光源等の波面を計算した場合、光の波長が短いため、
振幅の変動を参照出来るようなテーブルのサイズはかな
り大きくなるが、ボクセルの波面は、ある配列をなす光
源からの波面であるから、複数の点光源による干渉縞の
振幅を保持すれば良く、しかも、この複数の点光源の干
渉縞の間隔(周波数)は、光の振幅幅よりもはるかに大
きいため、小さなボクセルサイズを設定しても、十分に
干渉縞を記録することが可能となる。
In addition, when the wavefront of a surface light source or the like is simply calculated in the light source of the basic element, the wavelength of light is short.
Although the size of the table that can refer to the fluctuation of the amplitude becomes considerably large, the wavefront of the voxel is a wavefront from a light source having a certain arrangement, so that it is sufficient to hold the amplitude of the interference fringe by a plurality of point light sources, and Since the interval (frequency) between the interference fringes of the plurality of point light sources is much larger than the amplitude of light, even if a small voxel size is set, the interference fringes can be sufficiently recorded.

【0010】そして、ホログラム生成の段階では、波面
を生成する処理が無くなり、テーブル参照のみで波面を
生成することができるため、計算量を大幅に削減するこ
とができる。また、点光源のテーブルではなく、個々の
基本要素の波面を用いることで、波面参照の回数が大幅
に削減される。
In the hologram generation stage, the process of generating the wavefront is eliminated, and the wavefront can be generated only by referring to the table, so that the amount of calculation can be greatly reduced. In addition, by using the wavefront of each basic element instead of the table of the point light sources, the number of times of wavefront reference is greatly reduced.

【0011】さらに、物体形状を表現する個々のパッチ
のサイズを大きく取ると、物体の概略形状を表現するこ
とになり、この場合、パッチの数も少なくなる。点光源
による記述の場合は、パッチのサイズを大きくとって
も、物体の表面積が変化無ければ、計算量は変化しない
が、本発明のように、物体を構成する要素による波面を
利用することで、テーブル参照の回数が更に少なくな
り、高速にホログラムを生成することが可能となる。
Furthermore, if the size of each patch expressing the object shape is made large, the general shape of the object is expressed, and in this case, the number of patches is reduced. In the case of description using a point light source, even if the size of the patch is large, if the surface area of the object does not change, the amount of calculation does not change.However, as in the present invention, by using the wavefront of the elements constituting the object, the table can be used. The number of times of reference is further reduced, and a hologram can be generated at high speed.

【0012】ところで、切断面の形状によっては、ホロ
グラム面の一部分しか求められない場合もあるが、ホロ
グラムはその一部分を用いても、物体の像を結像させる
機能を持っているため、一部分であっても、再生像への
影響は少なく、大きな問題とはならない。
By the way, depending on the shape of the cut surface, there is a case where only a part of the hologram surface can be obtained. Even so, the influence on the reproduced image is small and does not cause a serious problem.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用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.

【0014】図1は、本発明の方法での一実施形態例を
示すフロー図である。
FIG. 1 is a flow chart showing one embodiment of the method of the present invention.

【0015】まず、物体の三次元モデルを組み合わせに
より記述するための基本パッチの形状(例えば、線分、
正方形、三角形、正六角形、或いは半球等)を決定し、
基本パッチ形状を開口面としたときの、平面波の伝搬に
より空間に生成される各位置での振幅値を予め計算す
る。例えば、図2に示すように、基本パッチとして四角
形を選択し、この四角形を開口面23とするとき、開口
面23を透過する平面波が、伝搬空間22の中を伝搬す
るときの各位置での波面の振幅値を計算する(ステップ
101)。
First, the shape of a basic patch (for example, line segment,
Square, triangle, regular hexagon, or hemisphere)
When the basic patch shape is an aperture surface, an amplitude value at each position generated in space by propagation of a plane wave is calculated in advance. For example, as shown in FIG. 2, when a square is selected as a basic patch and this square is used as the aperture 23, a plane wave transmitted through the aperture 23 is transmitted at each position when propagating through the propagation space 22. An amplitude value of a wavefront is calculated (step 101).

【0016】ここで、伝搬空間22の中の、ある平面2
1での光の波面の振幅値を濃淡値で表すと、平面21に
示すような波面の周期による模様が生成される。この空
間22は小さな格子要素(ボクセル:例えば立方体)で
構成されていて、開口面23より伝搬する平面波の振幅
値を予め当該要素位置に登録することで、この伝搬空間
22に基本パッチ23による参照ボリューム(以下、伝
搬空間22を参照ボリューム22と呼ぶ)を作成する
(ステップ102)。
Here, a certain plane 2 in the propagation space 22
When the amplitude value of the light wavefront at 1 is represented by a gray value, a pattern with a wavefront period as shown in the plane 21 is generated. This space 22 is composed of small lattice elements (voxels: cubes, for example), and the amplitude value of the plane wave propagating from the aperture surface 23 is registered in advance at the element position, so that the basic space 23 refers to this propagation space 22. A volume (hereinafter, the propagation space 22 is referred to as a reference volume 22) is created (Step 102).

【0017】次に、図3(a)に示すように、ホログラ
ム面301、表示対象物302の座標系(x−y−z)
を設定し、表示対象物302の表面を基本パッチ23の
形状で分割し、三次元モデルとして記述する(ステップ
103)。次に、表示対象物302を構成する各パッチ
を順次選択し(ステップ104)、当該パッチを光源と
したときのホログラム面301上に生成される波面を求
めていく。ここで、ホログラム面は2次元の配列をなし
ている。
Next, as shown in FIG. 3A, the hologram surface 301 and the coordinate system (xyz) of the display object 302 are displayed.
Is set, the surface of the display object 302 is divided by the shape of the basic patch 23, and described as a three-dimensional model (step 103). Next, the patches constituting the display object 302 are sequentially selected (step 104), and the wavefront generated on the hologram surface 301 when the patch is used as a light source is determined. Here, the hologram surface has a two-dimensional array.

【0018】まず、図3(a)の様に配置された表示対
象物302を、ホログラム面301,表示対象物302
の位置関係を保持したまま、図3(b)に示すように、
パッチPの向きをx−y平面上に変換したときのホログ
ラム面301の傾きを求める。
First, the display object 302 arranged as shown in FIG.
While maintaining the positional relationship of, as shown in FIG.
The inclination of the hologram surface 301 when the direction of the patch P is converted on the xy plane is obtained.

【0019】例えば、当該パッチPとホログラム面30
1(H)の位置関係(xyz軸周りの回転、及びxyz
軸方向の平行移動)を4×4の変換マトリックスMで表
現し、 H=MP (1) の関係で表せるように、マトリックスMの各要素を決定
する(ステップ105)。
For example, the patch P and the hologram surface 30
1 (H) (rotation about xyz axis and xyz
(Parallel movement in the axial direction) is expressed by a 4 × 4 conversion matrix M, and each element of the matrix M is determined so as to be expressed by the following relationship: H = MP (1) (step 105).

【0020】次に、参照ボリューム22を切断するため
の切断平面H′を求める(ステップ106)。この切断
平面H′とは、MPの傾きと同じ傾きを有する切断平面
401(H′)であり、これを用いて、図4(a)に示
すように、参照ボリューム22を切断し、切断面402
(S)を求める(ステップ107)。そして、切断面4
02(S)の各要素(ボクセル)が保持している値を、
そのままホログラム面301に投影する(ステップ10
8)。ここで、切断面の各要素とは、参照ボリュームの
各要素の値を意味し、この参照ボリュームの要素と、ホ
ログラムの要素の位置は、厳密には一致しない。そこ
で、投影法の一例として、切断面402がホログラム面
301と図4(b)に示すように重なっていたとする。
つまり、切断面(S)402の一部が、ホログラム面3
01と重なり、この重なった部分が、ホログラム面30
1に投影されることになる。また、具体的投影法では、
例えば、図4(b)の左上のある一部分を拡大した図が
図5(c)であるとき、図5(a)で示しているホログ
ラム面301(H)を配列として、その要素501に相
当する要素の値は、図5(b)の切断面402のa,
b,c,dの要素値が対応することになる。そこで、具
体的には、例えば、要素501に重なっている要素40
2のa,b,c,d各要素の面積比率で、a,b,c,
dの振幅値を重みづけした平均値を取るなどが考えられ
る。
Next, a cutting plane H 'for cutting the reference volume 22 is obtained (step 106). The cutting plane H ′ is a cutting plane 401 (H ′) having the same inclination as the inclination of MP, and is used to cut the reference volume 22 as shown in FIG. 402
(S) is obtained (step 107). And the cut surface 4
02 (S) holds the value held by each element (voxel),
The projection is directly performed on the hologram surface 301 (step 10).
8). Here, each element of the cut plane means a value of each element of the reference volume, and the position of the element of the reference volume does not exactly match the position of the element of the hologram. Therefore, as an example of the projection method, it is assumed that the cut surface 402 overlaps the hologram surface 301 as shown in FIG.
That is, a part of the cut surface (S) 402 is
01, and this overlapped part is the hologram surface 30.
1 will be projected. In the concrete projection method,
For example, when a part of the upper left part of FIG. 4B is enlarged as shown in FIG. 5C, the hologram surface 301 (H) shown in FIG. The values of the elements to be cut are a, a of the cut surface 402 in FIG.
The element values of b, c, and d correspond. Therefore, specifically, for example, the element 40 overlapping the element 501
2, a, b, c, and d are the area ratios of each element.
An average value obtained by weighting the amplitude value of d may be used.

【0021】そして、全ての切断面の要素をホログラム
面に投影していく。
Then, all the cut surface elements are projected onto the hologram surface.

【0022】以上の処理(ステップ104〜108)を
全てのパッチについて行い、逐次ホログラム面301に
当該画素の値を加算していく(ステップ109,11
0)。
The above processing (steps 104 to 108) is performed for all patches, and the value of the pixel is sequentially added to the hologram surface 301 (steps 109 and 11).
0).

【0023】以上の処理(ステップ104〜110)に
より、物体からの光によるホログラム301上での干渉
縞を求めることができる。
By the above processing (steps 104 to 110), interference fringes on the hologram 301 due to light from the object can be obtained.

【0024】あとは、この干渉縞に参照光を合成するこ
とでホログラムが生成できる。また、参照ボリュームを
生成する際、上記の例では、平面波を用いていたが、他
に、点光源を複数配列させた基本パッチを考えることも
出来る。この場合、図6(a)に示すように、基本パッ
チ61の白の部分に点光源があるとして、計算したある
距離rでの波面が62である。
Thereafter, a hologram can be generated by synthesizing the interference light with the reference light. When generating a reference volume, a plane wave is used in the above-described example. Alternatively, a basic patch in which a plurality of point light sources are arranged can be considered. In this case, as shown in FIG. 6A, assuming that a point light source exists in the white portion of the basic patch 61, the calculated wavefront at a certain distance r is 62.

【0025】この基本パッチ61に示すような光源によ
る参照ボリュームV1を作成し、また、図6(b)の6
3に示すような基本パッチを仮定して、同様に参照ボリ
ュームV2を生成する。基本パッチ63によりある距離
rで生成される波面は、64に示すような波面である。
A reference volume V1 using a light source as shown in the basic patch 61 is created, and a reference volume V1 shown in FIG.
Assuming a basic patch as shown in FIG. 3, a reference volume V2 is similarly generated. The wavefront generated at a certain distance r by the basic patch 63 is a wavefront as shown by 64.

【0026】このような、基本パッチ61,63等によ
る参照ボリュームV1,V2の特徴は、点光源どうしの
干渉が発生し、平面波よりも、空間周波数の低い干渉縞
を生成することができる。これは、言い換えれば、参照
ボリュームの格子要素の大きさを大きくすることが出来
ると言うことである。つまり、参照ボリューム用のメモ
リ容量等を削減することが可能となる。実際には、基本
パッチ61と63を合成すると、65に示すような基本
パッチを用いた光源を想定することになり、この基本パ
ッチ65の光源による距離rでの波面としては、66に
示すような波面模様が生成される。この模様は、基本パ
ッチ65のサイズの平面波の光源により生成される波面
とほぼ同じ波面であり、参照ボリュームV1,V2の波
面を合成することで、基本パッチ65の平面波による波
面を生成することができることがわかる。
The feature of the reference volumes V1 and V2 due to the basic patches 61 and 63 is that interference between point light sources occurs and an interference fringe having a lower spatial frequency than a plane wave can be generated. This means that the size of the grid element of the reference volume can be increased. That is, the memory capacity for the reference volume can be reduced. Actually, when the basic patches 61 and 63 are combined, a light source using the basic patch as shown at 65 is assumed, and the wavefront at a distance r by the light source of the basic patch 65 is as shown at 66. A wavefront pattern is generated. This pattern is substantially the same as the wavefront generated by the light source of the plane wave of the size of the basic patch 65. By combining the wavefronts of the reference volumes V1 and V2, the wavefront of the plane wave of the basic patch 65 can be generated. We can see that we can do it.

【0027】ところで、基本パッチ65の波面は厳密に
は、平面波ではないが、これは、基本パッチ61,63
等で指定した点光源の密度に依存し、表示解像度に合わ
せて、点光源の数を調整することで、平面波を使用しな
いことによる再生ホログラムの画質劣化への影響は大幅
に削減される。
By the way, the wavefront of the basic patch 65 is not strictly a plane wave.
By adjusting the number of point light sources in accordance with the display resolution and depending on the density of the point light sources specified in the above, the influence on the image quality degradation of the reconstructed hologram due to the elimination of the plane wave is greatly reduced.

【0028】次に、上述のような特徴部分を有する本発
明での計算機ホログラム生成装置の一実施形態例の構成
と動作例を、図7のブロック図を用いて説明する。
Next, a configuration and an operation example of an embodiment of a computer generated hologram generating apparatus according to the present invention having the above-described features will be described with reference to a block diagram of FIG.

【0029】図7において、71は物体モデル管理手
段、72は参照ボリューム管理手段、73は波面計算手
段、74は切断面算出手段、75は切断面振幅値算出手
段、76はホログラム合成手段である。この構成の本装
置の動作例は、以下の通りである。
In FIG. 7, reference numeral 71 denotes an object model management unit, 72 denotes a reference volume management unit, 73 denotes a wavefront calculation unit, 74 denotes a cut plane calculation unit, 75 denotes a cut plane amplitude value calculation unit, and 76 denotes a hologram synthesis unit. . An operation example of the present apparatus having this configuration is as follows.

【0030】物体モデル管理手段71では、表示対象物
体を基本パッチで構成される三次元モデルに変換し、保
持している。参照ボリューム管理手段72では、最初
に、基本パッチ形状を決定し、その形状を光源としたと
きの光の波面(振幅値)を波面計算手段73において計
算し、その結果を参照ボリュームに登録し、管理してい
る。切断面算出手段74では、物体を記述している各基
本パッチとホログラム面との位置関係から、変換マトリ
ックスMを生成し、参照ボリュームの切断面を算出す
る。切断面振幅値算出手段75では、切断面算出手段7
4で設定された切断面で、参照ボリュームを切断したと
きの、切断面の各位置での振幅値(参照ボリューム値)
をホログラム面の各要素に投影する。ホログラム合成手
段76では、個々の基本パッチによって求められた、切
断面の投影された値を全て合成(例えば、加算)し、最
後に参照光を合成することで、一つのホログラムを生成
する。
The object model management means 71 converts an object to be displayed into a three-dimensional model composed of basic patches and holds the three-dimensional model. The reference volume management means 72 first determines a basic patch shape, calculates a wavefront (amplitude value) of light when the shape is used as a light source in the wavefront calculation means 73, and registers the result in the reference volume. Managing. The cut plane calculating means 74 generates a conversion matrix M from the positional relationship between each basic patch describing the object and the hologram plane, and calculates the cut plane of the reference volume. The cut plane amplitude value calculation means 75 includes a cut plane calculation means 7.
Amplitude value (reference volume value) at each position of the cut surface when cutting the reference volume at the cut surface set in 4
Is projected onto each element of the hologram surface. The hologram combining unit 76 combines (for example, adds) all the projected values of the cut surface obtained by the individual basic patches, and finally combines the reference light to generate one hologram.

【0031】上述のような形態をとれば、従来、処理に
時間がかかっていた波面の干渉を計算するプロセスが、
最初の参照ボリューム生成の段階のみであり、以後は、
参照ボリュームの断面を参照することで、干渉縞を生成
できることから、処理時間を大幅に短縮できる。しか
も、波面計算はオフラインで計算しておき、切断面検出
/ホログラム合成の部分をオンライン化することで、リ
アルタイムに動画ホログラムを生成することも可能とな
る。
With the above-described configuration, the process of calculating the interference of the wavefront, which has conventionally taken a long time,
This is only the initial reference volume generation stage.
Since the interference fringes can be generated by referring to the cross section of the reference volume, the processing time can be significantly reduced. In addition, the wavefront calculation is performed offline, and the cut plane detection / hologram synthesis portion is brought online, whereby a moving image hologram can be generated in real time.

【0032】なお、上述の実施形態例では、切断面の値
をホログラムにマッピングする仕方として重みづけ平均
を取っているが、他に、最大値/最小値の振幅を取るな
ど、マッピング方法は多数考えられ、マッピングの仕方
は本実施形態例に特定されない。
In the above-described embodiment, a weighted average is used as a method for mapping the values of the cut surface to the hologram. However, there are many other mapping methods such as obtaining the amplitude of the maximum value / minimum value. Considered, the way of mapping is not specified in the present embodiment.

【0033】また、本実施形態例では、パッチの形状を
四角形を用いて説明しているが、他の幾何形状も多数考
えられ、パッチ形状は特定されない。
Further, in the present embodiment, the shape of the patch is described using a quadrangle, but many other geometric shapes are conceivable, and the patch shape is not specified.

【0034】また、本実施形態例では、最初の波面計算
において、平面波を仮定している。つまり、面に対して
均一の強度の参照光を用いているが、参照光としては、
入射角度のある平面波や、球面波等考えられ、この参照
光が異なっていても、本発明には影響無く、参照光の種
類は特定されない。
In this embodiment, a plane wave is assumed in the first wavefront calculation. In other words, the reference light having a uniform intensity with respect to the surface is used.
A plane wave having an incident angle, a spherical wave, or the like can be considered. Even if the reference light is different, the present invention is not affected and the type of the reference light is not specified.

【0035】また、本実施形態例では、参照ボリューム
のボクセル形状を立方体として説明しているが、空間を
埋められる形状であればよく、ボクセル形状は特定され
ない。
Also, in the present embodiment, the voxel shape of the reference volume is described as a cube, but the shape may be any shape as long as it can fill the space, and the voxel shape is not specified.

【0036】また、参照ボリュームの全体形状も、直方
体である必要はなく、図8(a)の参照ボリューム81
に示すような台形、あるいは円筒形、球など様々な形状
が考えられ、参照ボリュームの形状は特定されない。
Also, the entire shape of the reference volume need not be a rectangular parallelepiped, and the reference volume 81 shown in FIG.
Various shapes such as a trapezoidal shape, a cylindrical shape, a sphere, and the like are considered, and the shape of the reference volume is not specified.

【0037】また、参照ボリュームの切断方法として、
本実施形態例では、ホログラム面を含む面による切断の
みを説明したが、参照ボリュームの生成には、四角いパ
ッチによる波面を生成し、三次元モデルのパッチ形状に
合わせて、参照ボリュームを面取りすることも考えられ
る。具体的には、図8の83に示すように、参照ボリュ
ーム81に対して、パッチ形状が三角形であったとき、
82に示すように、パッチの各辺を通る平面により、参
照ボリューム81の各部位をカットする。これにより、
表示対象物のパッチ形状を特定せずに、本発明を適用す
ることが可能となる。
As a method for disconnecting the reference volume,
In the present embodiment, only cutting by a plane including a hologram plane has been described.However, for generation of a reference volume, a wavefront with a square patch is generated, and the reference volume is chamfered according to the patch shape of a three-dimensional model. Is also conceivable. Specifically, as shown at 83 in FIG. 8, when the patch shape is a triangle with respect to the reference volume 81,
As shown at 82, each part of the reference volume 81 is cut by a plane passing through each side of the patch. This allows
The present invention can be applied without specifying the patch shape of the display target.

【0038】また、本実施形態例では、参照ボリューム
の格子間隔(ボクセルの大きさ)は、例えば立方体(ボ
クセル)といった固定サイズで説明しているが、空間の
位置に応じて変化させても良い。つまり、開口面近傍で
は、細かいボクセル、遠方では大きなボクセルを用いる
ことも可能である。また、ボクセルを切断する位置によ
り、当該位置での振幅値を補正して、ホログラムの干渉
縞の精度を上げる、あるいは、参照ボリュームの計算量
を削減することも考えられる。例えば、ボクセル間隔
を、波長の定数倍(例えば、1倍)にとるなどが考えら
れる。このとき、光源とホログラム面との距離に応じ
て、ボクセルのどこを切断するかを計算し、図9に示す
ように、隣り合うボクセル91,92の値901,90
2から、ホログラムの正確な位置903(波面を計算す
べき距離の位置)の振幅値を補間(例えば、図9のよう
な三角関数94による補間)し、当該ボクセルの振幅値
として値95を用いることも考えられる。
In the present embodiment, the grid spacing (the size of voxels) of the reference volume is described as a fixed size such as a cube (voxel), but may be changed according to the position of the space. . That is, it is also possible to use a small voxel near the opening surface and a large voxel at a distance. It is also conceivable to correct the amplitude value at the position where the voxel is cut to increase the accuracy of the interference pattern of the hologram, or to reduce the amount of calculation of the reference volume. For example, it is conceivable to set the voxel interval to a constant multiple (for example, 1) of the wavelength. At this time, the position of the voxel to be cut is calculated according to the distance between the light source and the hologram surface, and the values 901 and 90 of the adjacent voxels 91 and 92 are calculated as shown in FIG.
2, the amplitude value of the accurate position 903 of the hologram (the position of the distance at which the wavefront is to be calculated) is interpolated (for example, interpolation using a trigonometric function 94 as shown in FIG. 9), and the value 95 is used as the amplitude value of the voxel. It is also possible.

【0039】また、本実施形態例では、参照ボリューム
V1,V2を提示する際に、2つの参照ボリュームの波
面を合成すると説明したが、画面切替が高速にできる表
示手段を用いることで、参照ボリュームV1,V2によ
る干渉縞を別々に生成し、交互に表示する事も考えられ
る。この場合、交互表示の切替時間が高速(例えば秒1
5回の切替)にできるのであれば、再生されるホログラ
ム画像は、表示前に合成したものと同じ画像を観察する
こともできる。
In this embodiment, the wavefronts of the two reference volumes are combined when the reference volumes V1 and V2 are presented. It is also conceivable to generate interference fringes by V1 and V2 separately and display them alternately. In this case, the switching time of the alternate display is fast (for example, 1 second).
If the hologram image can be reconstructed, the same image as the one synthesized before display can be observed.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、そ
の組み合わせにより物体を記述する基本パッチ形状を光
源とした参照ボリュームを事前に用意しておくことで、
干渉縞の生成段階では波面の計算を無くすようにしたの
で、高速に干渉縞を生成することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prepare in advance a reference volume using a basic patch shape that describes an object by a combination thereof as a light source.
Since the calculation of the wavefront is eliminated in the stage of generating the interference fringes, it is possible to generate the interference fringes at a high speed.

【0041】また、参照ボリュームが基本パッチ形状に
よる波面であるため、従来の点光源ベースの参照方法に
比べて、より高速に波面生成が可能となる。
Since the reference volume is a wavefront based on the basic patch shape, the wavefront can be generated at a higher speed as compared with the conventional point light source based reference method.

【0042】また、パッチの大きさ、参照ボリュームの
大きさを制御することで、表示対象物の用途に応じて、
計算量を削減した効率的なホログラム生成を実現するこ
とができる。
Further, by controlling the size of the patch and the size of the reference volume, the size of the patch can be controlled according to the use of the display object.
Efficient hologram generation with a reduced amount of calculation can be realized.

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

【図1】本発明での方法の一実施形態例を示すフロー図
である。
FIG. 1 is a flow chart illustrating an exemplary embodiment of a method according to the present invention.

【図2】参照ボリュームの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a reference volume.

【図3】ホログラム面と表示物体の位置関係の例を示し
た図であって、(a)はホログラム面と表示対象物の位
置関係を表す図、(b)は表示対象物のパッチPをxy
平面上に変換したときの図である。
3A and 3B are diagrams illustrating an example of a positional relationship between a hologram surface and a display object, wherein FIG. 3A illustrates a positional relationship between a hologram surface and a display object, and FIG. 3B illustrates a patch P of the display object; xy
It is a figure at the time of converting into a plane.

【図4】参照ボリュームの切断例を示した図であって、
(a)は切断の様子を説明した図、(b)は切断面40
2とホログラム面との位置関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of cutting a reference volume,
(A) is a diagram for explaining the state of cutting, (b) is a cut surface 40
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a hologram surface 2 and a hologram surface.

【図5】切断面の各要素の値のホログラム面へのマッピ
ング例を示す図であって、(a)はホログラム面の拡大
図、(b)は切断面の拡大図、(c)は切断面とホログ
ラム面とのマッピング状態を示した図である。
5A and 5B are diagrams showing examples of mapping of values of respective elements of a cut surface to a hologram surface, wherein FIG. 5A is an enlarged view of a hologram surface, FIG. 5B is an enlarged view of a cut surface, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a mapping state between a plane and a hologram plane.

【図6】(a),(b),(c)は、基本パッチを点光
源の集合として表現する例を示す図である。
FIGS. 6A, 6B, and 6C are diagrams illustrating examples in which a basic patch is represented as a set of point light sources.

【図7】本発明の装置での一実施形態例を示すブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention.

【図8】(a),(b)は、参照ボリュームの別の例を
示す図である。
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing another example of a reference volume.

【図9】ボクセルの値の補間方法を説明した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a method of interpolating voxel values.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…参照ボリュームの或る一断面 22…波面の伝搬空間/参照ボリューム 23…開口面/基本パッチ 301…ホログラム面 302…表示対象物 401…切断平面 402…参照ボリュームの切断面 501…ホログラム面の或る一画素 61,63,65…基本パッチの例 62,64,66…距離rにおいて、基本パッチ61,
63,65により生成される波面 71…物体モデル管理手段 72…参照ボリューム管理手段 73…波面計算手段 74…切断面算出手段 75…切断面振幅値算出手段 76…ホログラム合成手段 81…参照ボリューム 91,92…参照ボリュームの各ボクセル 94…補間に用いる関数曲線(三角関数) 95…補間結果による当該位置の振幅値 901,902…当該ボクセルに登録されている値 903…波面を計算すべき距離の位置/ホログラムの位
Reference Signs List 21: One section of reference volume 22: Propagation space of wavefront / reference volume 23: Opening surface / basic patch 301: Hologram surface 302: Display object 401: Cutting plane 402: Cutting surface of reference volume 501: Hologram surface A certain pixel 61, 63, 65... Example of basic patch 62, 64, 66.
Wavefronts generated by 63 and 65 71: Object model management means 72 ... Reference volume management means 73 ... Wavefront calculation means 74 ... Cut plane calculation means 75 ... Cut plane amplitude value calculation means 76 ... Hologram synthesis means 81 ... Reference volume 91, 92: each voxel of the reference volume 94: function curve (trigonometric function) used for interpolation 95: amplitude value of the position based on the interpolation result 901, 902: value registered in the voxel 903: position of the distance at which the wavefront is to be calculated / Position of hologram

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智 東京都新宿区西新宿3丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Satoshi Suzuki 3-19-2 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体の三次元モデルの表面に光源がある
と仮定し、この光源からの光がホログラム面上で生成す
る波面の振幅値を計算し、当該三次元モデルからの全て
の光の波面の振幅値をホログラム面上の各位置におい
て、合成することで生成した干渉縞に、参照光をさらに
合成することでホログラムを生成する計算機ホログラム
生成方法において、 三次元空間を小さなボクセルに分割し、特定の光源列か
らの光が前記三次元空間を伝搬するとき、各ボクセルで
の前記光の波面の振幅値を当該ボクセルで保持した参照
ボリュームを生成する第1の段階と、 ポリゴンモデルにより記述された物体の個々のパッチと
ホログラム面との位置関係を保存して、当該パッチを基
準位置に変換したときのホログラム面の傾きと同じ傾き
をなす平面で、参照ボリュームを切断する第2の段階
と、 前記参照ボリュームの切断面の各ボクセルで保持してい
る値を当該位置でのホログラム面上におけるパッチから
の光による波面の振幅値とする第3の段階と、 を有することを特徴とする計算機ホログラム生成方法。
1. Assume that a light source is present on the surface of a three-dimensional model of an object, calculate the amplitude value of a wavefront generated by the light from the light source on the hologram plane, and calculate the amplitude value of all light from the three-dimensional model. In a computer generated hologram generation method that generates a hologram by further synthesizing a reference beam with an interference fringe generated by synthesizing the amplitude value of the wavefront at each position on the hologram surface, the three-dimensional space is divided into small voxels. A first step of generating a reference volume in which the voxel holds the amplitude value of the wavefront of the light at each voxel when light from a specific light source row propagates through the three-dimensional space; The positional relationship between each patch of the extracted object and the hologram surface is stored, and the reference is made on a plane having the same inclination as that of the hologram surface when the patch is converted to the reference position. A second step of cutting the volume, and a third step of setting a value held in each voxel of the cut surface of the reference volume to an amplitude value of a wavefront due to light from a patch on the hologram surface at the position. A computer generated hologram generation method, comprising:
【請求項2】 前記第1の段階では、前記特定の光源列
として、複数の光源列を合成すると、前記特定の光源列
になるような該複数の光源列を設定し、前記複数の光源
列による複数の参照ボリュームを生成し、 前記第2の段階では、前記複数の参照ボリュームによる
波面を順次用いる、 ことを特徴とする請求項1に記載の計算機ホログラム生
成方法。
2. The method according to claim 1, wherein, in the first step, when the plurality of light source arrays are combined as the specific light source array, the plurality of light source arrays are set to be the specific light source array. The computer generated hologram generation method according to claim 1, wherein a plurality of reference volumes are generated according to the following: In the second step, wavefronts based on the plurality of reference volumes are sequentially used.
【請求項3】 物体の三次元モデルからの光がホログラ
ム面上で生成する波面の振幅値を計算により求め、参照
光を前記計算された波面に合成することでホログラムを
生成する計算機ホログラム生成装置において、 三次元モデルを基本パッチの組み合わせにより記述して
管理する物体モデル管理手段と、 前記基本パッチを光源としたときの波面を計算する波面
計算手段と、 前記計算された基本パッチを光源とした波面の振幅値を
三次元空間を分割したボクセルに保持し参照ボリューム
として管理する参照ボリューム管理手段と、 前記参照ボリュームを切断する平面を前記基本パッチと
ホログラム面との位置関係から算出する切断面算出手段
と、 前記平面で切断された参照ボリュームの切断面の各位置
での振幅値を求める切断面振幅値算出手段と、 前記求めた振幅値を合成することで干渉縞を生成するホ
ログラム合成手段と、 を備えることを特徴とする計算機ホログラム生成装置。
3. A computer generated hologram generating apparatus for calculating an amplitude value of a wavefront generated on a hologram surface by light from a three-dimensional model of an object, and generating a hologram by combining reference light with the calculated wavefront. An object model management means for describing and managing a three-dimensional model by a combination of basic patches; a wavefront calculation means for calculating a wavefront when the basic patches are used as a light source; and the calculated basic patches as a light source. Reference volume management means for holding the amplitude value of the wavefront in a voxel obtained by dividing the three-dimensional space and managing it as a reference volume; and a cut plane calculation for calculating a plane for cutting the reference volume from the positional relationship between the basic patch and the hologram plane. Means for calculating an amplitude value at each position of the cut surface of the reference volume cut by the plane; If, computer generated hologram generating apparatus characterized by comprising: a hologram synthesizing means for generating interference fringes by combining the determined amplitude value.
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