JPH11296699A - 3次元画像作成装置 - Google Patents

3次元画像作成装置

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JPH11296699A
JPH11296699A JP10103066A JP10306698A JPH11296699A JP H11296699 A JPH11296699 A JP H11296699A JP 10103066 A JP10103066 A JP 10103066A JP 10306698 A JP10306698 A JP 10306698A JP H11296699 A JPH11296699 A JP H11296699A
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裕志 長島
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に描画可能な2次元画像から複雑な形状
の3次元画像を作成する。 【解決手段】 デジタイザ4で描画操作を行うと、ブラ
シ生成部5で生成されるブラシ形状で、濃度レイヤ0デ
ータメモリ10〜濃度レイヤnデータメモリ1nのうち
の1つに記憶される濃度データを作成することができ
る。距離データメモリ8には、基本形状に対する基本座
標点までの距離が初期設定される。選択部9で選択され
る2次元の濃度データに基づいて、距離演算部20は、
基本形状上の各点を変形する変形量を演算する。選択部
9は、複数のレイヤ構造を有する濃度データを順次読出
し、基本形状または変形された基本形状上の各点の近傍
のデータから、各点における法線方向を、法線算出部2
1によって算出させる。レンダリング処理部22は、法
線方向に基本形状または変形された形状上の各点に対す
る変形を行い、表示デバイス24で画像として表示す
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、コンピュータグラ
フィックスで、2次元画像に基づく3次元画像を作成す
る3次元画像作成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、コンピュータグラフィックス
を利用して各種3次元画像を作成するための手法が開発
されている。最も基本的と考えられる手法は、3次元形
状を空間座標で定義し、任意の方向から見る状態を、レ
ンダリング処理で2次元の平面上に投影される3次元画
像として表示する手法である。
【0003】また、ペイントなどと呼ばれる2次元画像
の描画用ツールを用いると、絵筆などを用いて実際に絵
画を描くような感覚で、コンピュータグラフィックスの
表示画面中に絵を描くことができる。描く絵に対して、
立体感や遠近感が得られるような絵画手法を適用すれ
ば、3次元画像の描画も可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】3次元画像を得るため
に3次元の形状を表す空間座標を入力する手法は、3次
元形状が複雑になると必要な空間座標の数が多くなり、
定義や座標入力が困難である。また、滑らかに形状が変
化するような形状では、空間座標を決定することも困難
である。さらに、デザイナが感覚的に想起する空間的な
形状のイメージと、数値的な座標で表される幾何学形状
との関連性がつかみにくく、特に修正などを施す場合
に、形状を定義する空間座標を修正しなければならない
ので、非常に煩わしい。
【0005】コンピュータグラフィックスの描画ツール
を用いて3次元画像を直接描画する手法は、描画するオ
ペレータに絵画作成の能力を必要とし、作成された3次
元画像の利用も、たとえば表示色の変更などのように、
限られた範囲のみ可能である。
【0006】本発明の目的は、複雑な3次元形状モデル
を容易に作成し、作成される3次元形状モデルを変形し
ての利用も容易な3次元画像作成装置を提供することで
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本形状に変
形を加えて、3次元モデルのレンダリング画像を作成す
る3次元画像作成装置において、基本形状にマッピング
される2次元の濃度データを記憶する濃度データ記憶手
段と、濃度データ記憶手段に記憶される濃度データを読
出し、基本形状に対して予め定める演算処理を施し、演
算結果に従って基本形状を変形し、3次元モデルを作成
する変形演算手段とを含むことを特徴とする3次元画像
作成装置である。
【0008】本発明に従えば、濃度データ記憶手段に
は、変形を加えて3次元モデルのレンダリング画像を作
成する基本形状にマッピングされる2次元の濃度データ
が記憶される。変形演算手段は、濃度データに基づき、
基本形状に対して予め定める演算処理を施し、演算結果
に従って基本形状を変形し、3次元モデルを作成する。
2次元の濃度データを描画処理によって作成すれば、基
本形状に基づく3次元モデルを作成することができるの
で、基本形状と2次元の濃度データとの組合せで、複雑
な形状でも濃度データの段階では単純な画像として編集
することができる。2次元の濃度データを修正すれば、
作成される3次元画像に対する修正も行われるので、同
一の基本形状に基づいても、異なる2次元の濃度データ
を利用して、異なる3次元画像を容易に得ることができ
る。
【0009】また本発明で前記濃度データ記憶手段に
は、同一の基本形状にマッピングされ、レイヤ構造を有
する複数個の濃度データが記憶可能であり、前記変形演
算手段は、該複数個の濃度データを、レイヤ化された順
序に従い、基本形状に対する演算処理を施すことを特徴
とする。
【0010】本発明に従えば、レイヤ構造を有する複数
個の2次元の濃度データを、レイヤ化された順序で基本
形状に対して演算処理して3次元モデルを作成すること
ができるので、比較的単純な濃度データを組合せて複数
な形状の3次元画像を容易に得ることができる。
【0011】また本発明で前記変形演算手段は、前記レ
イヤ構造の各濃度データを、レイヤ化された順序で重ね
たときの最下位のレイヤの濃度データから前記基本形状
に対する演算処理を進め、該基本形状または下位のレイ
ヤによる変形後の形状を表す3次元座標の法線方向に、
各レイヤの演算結果に基づく変形を行うことを特徴とす
る。
【0012】本発明に従えば、レイヤ構造を有する複数
個の2次元の濃度データを、基本形状の法線方向に反映
させて3次元画像を作成するので、濃淡の緩やかな変化
と急激な変化とを、3次元形状の緩やかな変化と急激な
変化とに対応させることができる。
【0013】また本発明で前記変形演算手段は、前記演
算を、前記基本形状を構成する各点の座標と予め定める
基本座標との間の距離に、前記下位のレイヤの濃度デー
タ上の対応する点の濃度を乗算して行うことを特徴とす
る。
【0014】本発明に従えば、基本形状に変形を施す際
に、基本形状を構成する各点の座標と予め定める基本座
標との間の距離に、下位のレイヤの濃度データ上の対応
する点の濃度を乗算し、その乗算結果が法線方向の変形
量となるので、基本座標の設定によっても作成される3
次元画像を変えることができる。
【0015】本発明は、前記変形演算手段によって、前
記レイヤ構造を有する複数個の濃度データに基づいて施
される前記基本形状に対する変形の結果を、各レイヤ毎
にレンダリング処理を行い、処理結果を画像表示するレ
イヤ表示手段をさらに含むことを特徴とする。
【0016】本発明に従えば、レイヤ構造を有する複数
個の2次元の濃度データに基づく基本形状に対する変形
の過程は、各レイヤ毎にレンダリング処理結果を画像表
示することができるので、各レイヤ毎の濃度データと変
形との関連性を把握することができる。
【0017】また本発明は、前記濃度データ記憶手段に
記憶される濃度データを、表示しながら描画操作に応じ
て入力または編集が可能な描画編集手段をさらに含むこ
とを特徴とする。
【0018】本発明に従えば、基本形状を変形して3次
元画像を得るための2次元の濃度データを、描画操作に
応じて入力または変形が可能であるので、2次元ペイン
ト描画の感覚で3次元のモデリングを仕上げることが可
能になる。レイヤ構造を有する複数の濃度データを描画
すれば、複雑な形状の3次元画像も容易に作成すること
ができる。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態の
3次元画像作成装置1の概略的な電気的構成を示す。C
PU2は、バス3を介して各構成部分と接続される。ま
た、描画処理を行うデジタイザ4は、オペレータによる
描画処理が行われるようなときに割込み信号などでCP
U2に描画処理が行われることを知らせる。描画操作に
伴って発生される2次元座標などは、バス3を介してC
PU2に読込まれる。
【0020】CPU2に対しバス3を介して接続される
構成部分としては、ブラシ生成部5、グラフィック生成
部6、モデリングデータメモリ7、距離データメモリ8
などが含まれる。選択部9は、バス3を介してCPU2
に接続される濃度レイヤ0データメモリ10〜濃度レイ
ヤnデータメモリ1nのうちの1つの濃度レイヤデータ
メモリを選択する。距離演算部20は、距離データメモ
リ8からと選択部9からとの出力に基づいて、距離演算
を行い、演算結果をバス3を介してCPU2に出力可能
である。選択部9で選択される濃度レイヤデータメモリ
から、各点およびその周囲についてのデータが読出さ
れ、各点での濃度データの法線方向が、法線算出部21
によって算出され、バス3を介してCPU2に出力され
る。
【0021】バス3には、さらにレンダリング処理部2
2が接続される。レンダリング処理部22は、レンダリ
ングメモリ23を有し、3次元形状に基づく3次元画像
をレンダリング処理によって作成し、レンダリングメモ
リ23に格納する。表示デバイス24は、陰極線管(C
RT)や液晶表示素子(LCD)などであり、レンダリ
ングメモリ23の記憶内容を読出して画像表示する。バ
ス3に接続されるマッピング処理部25は、濃度レイヤ
0データメモリ10〜濃度レイヤnデータメモリ1nに
記憶される2次元濃度データと、基本となる3次元形状
との間のマッピング処理を行う。マッピング処理部25
でマッピング処理を行った処理結果は、マッピング情報
メモリ26に記憶される。
【0022】CPU2は、予め設定されるプログラムに
従って動作し、3次元画像作成装置1としての各種制御
を行う。デジタイザ4は、たとえばペンとタブレットと
の組合せを有し、ペンでタブレット上の2次元座標を指
定することができる。また、ペンには、タブレットに対
して押圧する力に対応した出力を導出する筆圧機構も設
けられることが好ましい。ブラシ生成部5は、デジタイ
ザ4のペンに対し、種々の形状のブラシとしてのデータ
を付加する。ブラシは、その種類に応じた太さと、濃度
分布のプロフィールなどが与えられ、ペンに筆圧機能が
備えられていれば、筆圧に応じて太さを変化させること
も可能である。ブラシ生成部5では、濃度レイヤ0デー
タメモリ10〜濃度レイヤnデータメモリ1nにそれぞ
れ記憶されている濃度レイヤに対し、デジタイザ4によ
って指定される座標の周囲に描画処理を行う。グラフィ
ック生成部6では、濃度レイヤ0データメモリ10〜濃
度レイヤnデータメモリ1nに記憶されている2次元濃
度データに、グラフィックス処理を施して画像を生成す
る。たとえば、濃度を連続的に変化させるグラデーショ
ンなどは、デジタイザ4の描画操作でも得ることができ
るけれども、グラフィック生成部6で自動的に行うこと
もできる。
【0023】モデリングデータメモリ7には、3次元モ
デルを作成するための基本形状を表す空間座標が記憶さ
れる。距離データメモリ8には、最初は、基本形状にお
ける対応する基本座標までの距離が設定され、レイヤ毎
に基本形状が変形されてゆくと、距離演算部20の演算
結果が入るようになる。選択部9は、複数のレイヤを記
憶する濃度レイヤ0データメモリ10〜濃度レイヤnデ
ータメモリ1nから1つの濃度レイヤを選択し、距離演
算部20に与える。距離演算部20では、距離データメ
モリ8から読出された距離データに濃度データを乗算
し、乗算結果を再び距離データメモリに記憶する。
【0024】選択部9および距離演算部20で演算され
るデータは、2次元濃度データの各点毎に切換えられ
る。法線算出部21では、各点の近傍のデータを参照し
て、各点毎の法線ベクトルを求める。レンダリング処理
部22では、各レイヤ毎に基本形状が変形されてゆく過
程で得られる3次元モデルにレンダリング処理を施し、
処理結果をレンダリングメモリ23に記憶する。レンダ
リングメモリ23の記憶内容は、表示デバイス24によ
って読出され、3次元画像として表示される。マッピン
グ処理部25は、レンダリング処理部22によるレンダ
リング処理の際に、2次元濃度データと対応する基本形
状用の点の一座標と、レンダリング処理によって表示さ
れる3次元画像上の画素との対応関係を示すマッピング
座標値も算出し、マッピング情報メモリ26に書込む。
【0025】表示デバイス24で3次元画像を表示する
と、デジタイザ4を用いて表示される画像に対する修正
などの描画操作を行うこともできる。そのような場合に
は、デジタイザ4によって規定される表示デバイス24
の表示画像上のスクリーン座標に対応して、マッピング
情報メモリ26からマッピング座標を読出し、CPU2
に入力することができる。CPU2は、マッピング座標
に基づいて、各レイヤの濃度レイヤ0データメモリ10
〜濃度レイヤnデータメモリ1nのうちの1つの2次元
濃度に対する修正を行うことができる。
【0026】図2は、基本座標点29および基本形状3
0に基づいて、形状の変更を行う基本的な考え方を示
す。基本形状30は、基本座標点29を中心とする円筒
面であり、基本座標点29と基本形状30上の1点Q0
とを結ぶ直線と、基本形状30上の1点Q0における法
線方向とは等しい。第1のレイヤの2次元濃度データに
よる基本形状30上の1点Q0に対する点の濃度がa/
bであるとすると、第1レイヤによる基本形状30の変
形で、第1の変形形状31が得られる。変形形状31上
で、基本形状30上の点Q0に対応する点Q1は、点Q
0と基本座標点29とを結ぶ線分をa:bに分割する点
である。変形形状31上の点Q1の周囲の点も、同様に
基本形状30に対し第1レイヤの2次元濃度データの濃
度に基づいて変形する。この結果、変形形状31上の点
Q1での法線方向は、必ずしも元の基本形状30上の点
Q0での法線方向とは一致しなくなる。次に変形形状3
1に対し、第2の2次元濃度データを用いる変形処理を
施す。第2の変形処理は、変形形状31上の点Q1と基
本座標点29との間の線分の長さを、第2の濃度データ
であるc/dに基づいて、c:dに分割する位置に対応
する点Q2がくるような変形形状32として得られる。
以下、第3のレイヤの2次元濃度データに基づく変形を
行えば、たとえば第2の変形形状32上の点Q2は、第
3の変形形状33上の点Q3のように変化する。
【0027】このように、基本形状30にまず第1レイ
ヤを作用させて変形させ、その変形形状31に第2レイ
ヤを、さらにその変形形状32に第3レイヤを順次作用
させることができるのは、2次元濃度データがレイヤ構
造を有しているからである。概念的には、基本形状30
上に、第1レイヤから順に積重ねられ、変形結果も、基
本形状30、基本形状31、基本形状32という順に重
なって順次形成されると考えられる。したがって基本形
状30に対しては、最下位の第1レイヤの2次元濃度デ
ータを作用させて変形させ、その変形後の形状に対し
て、順次下位のレイヤの2次元濃度データを作用させる
ことになる。
【0028】図3〜図9は、ドレープの付いたようなス
カートの形状を描画する例を示す。図3に示すような円
筒状の基本形状に対し、図4に示すような濃度のグラデ
ーションを有する第1レイヤの2次元濃度データを作用
させると、図5に示すような円錐台形状を得ることがで
きる。さらに図6に示すような、左右方向に周期的に濃
淡を示す2次元濃度データを第2レイヤとして作用させ
ると、図7に示すように、前後方向が圧縮され、偏平化
する。さらに図8に示すような第3レイヤとしての2次
元濃度データを作用させると、図9に示すようなドレー
プを与えることができる。
【0029】また、図7に示す偏平化された状態で、図
10に示すような2次元濃度データを作用させると、図
11に示すように、上部に凹みを付けることができる。
【0030】本実施形態を適用すると、図3〜図11に
示すようなスカートなどの衣服の3次元表示ばかりでは
なく、基本形状を平板状にすれば、カーテンなどの3次
元表示も容易に行うことができる。また得られる3次元
表示に対し、表面にテクスキャマッピングを施したり、
バンプマッピングを施したりして、さらに立体感や材質
感を付加することもできる。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、3次元画
像を2次元濃度データに基づいて容易に作成することが
できる。濃度が予め定める演算処理によって3次元形状
のに対応するので、2次元的な濃淡に従って3次元形状
を変形し、複雑な形状や滑らかに変化するような形状も
容易に作成することができる。
【0032】また本発明によれば、レイヤ化された複数
個の2次元の濃度データに基づいて3次元形状の変形を
行うことができるので、複数な形状の3次元画像も比較
的簡単な形状の2次元の濃度データの組合せで容易に作
成することができる。
【0033】また本発明によれば、レイヤ構造の濃度デ
ータは、順次基本形状から変形後の形状に、正面の法線
方向が演算結果に従って変化して変形が行われるので、
レイヤ間演算によって複雑な形状のモデリングを行うこ
とができる。
【0034】また本発明によれば、3次元形状の基本と
なる基本形状と基準となる基準座標とに基づいて、濃度
データによる変形が行われるので、基本形状や基準座標
の設定を変えても、得られる3次元画像を変えることが
できる。
【0035】また本発明によれば、レイヤ構造を有する
複数個の濃度データに基づく変形の過程は、レンダリン
グ処理して3次元画像としてそれぞれ表示することがで
きるので、各レイヤの濃度データと変形との関係を把握
し、複雑な形状が形成される過程を容易に把握すること
ができる。
【0036】また本発明によれば、濃度データ記憶手段
に記憶される濃度データは描画操作に応じて入力または
編集が可能であるので、ペイント感覚の描画操作で複雑
な形状の3次元画像を容易に作成することができる。複
数個のレイヤ構造化された2次元の濃度データを用いる
ときには、各レイヤの比較的簡単な修正で複雑な3次元
画像の修正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の3次元画像作成装置の
概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図2】図1の実施形態で基本形状30がレイヤ化され
た2次元の濃度データで変形される過程を示す図であ
る。
【図3】図2の基本形状30の一例を示す斜視図であ
る。
【図4】図3の基本形状を変形するための第1レイヤの
濃度データの例を示す図である。
【図5】図3の基本形状に対して図4の濃度データを作
用させた変形状態を示す斜視図である。
【図6】図5の3次元形状に対して作用させる濃度デー
タの例を示す図である。
【図7】図5の形状に図6の濃度データを作用させた変
形形状を示す斜視図である。
【図8】図7の形状に作用させる濃度データを示す図で
ある。
【図9】図7の形状に図8の濃度データを作用させた変
形形状を示す斜視図である。
【図10】図7の形状に作用させる濃度データを示す図
である。
【図11】図7の形状に図9の濃度データを作用させた
変形形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 3次元画像作成装置 2 CPU 4 デジタイザ 5 ブラシ生成部 6 グラフィック生成部 7 モデリングデータメモリ 8 距離データメモリ 9 選択部 10 濃度レイヤ0データメモリ 1n 濃度レイヤnデータメモリ 20 距離演算部 21 法線算出部 22 レンダリング処理部 23 レンダリングメモリ 24 表示デバイス 25 マッピング処理部 26 マッピング情報メモリ 29 基本座標点 30 基本形状
【手続補正書】
【提出日】平成11年7月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本形状に変
形を加えて、3次元モデルのレンダリング画像を作成す
る3次元画像作成装置において、基本形状にマッピング
される2次元の濃度データを記憶する濃度データ記憶手
段と、濃度データ記憶手段に記憶される濃度データを読
出し、基本形状に対して予め定める演算処理を施し、演
算結果に従って基本形状を変形し、3次元モデルを作成
する変形演算手段とを含み、濃度データ記憶手段には、
同一の基本形状にマッピングされ、レイヤ構造を有する
複数個の濃度データが記憶可能であり、変形演算手段
は、該複数個の濃度データを、レイヤ化された順序に従
い、最初の濃度データで基本形状に対する演算処理を施
し、次の濃度データ以降は、先行する濃度データでの演
算結果に対してさらに演算処理を施すことを特徴とする
3次元画像作成装置である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】削除
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】また、レイヤ構造を有する複数個の2次元
の濃度データを、レイヤ化された順序で、まず最初のレ
イヤの濃度データで基本形状に対して演算処理して、以
降は先行するレイヤの濃度データによる演算結果に対し
て次のレイヤの濃度データによる演算処理を行って、3
次元モデルを作成することができるので、比較的単純な
濃度データを組合せて複数な形状の3次元画像を容易に
得ることができる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、3次元画
像を2次元濃度データに基づいて容易に作成することが
できる。濃度が予め定める演算処理によって3次元形状
の変形状態に対応するので、2次元的な濃淡に従って3
次元形状を変形し、複雑な形状や滑らかに変化するよう
な形状も容易に作成することができる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0032
【補正方法】変更
【補正内容】
【0032】また、レイヤ化された複数個の2次元の濃
度データに基づいて3次元形状の変形を順次行うことが
できるので、複数な形状の3次元画像も比較的簡単な形
状の2次元の濃度データの組合せで容易に作成すること
ができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基本形状に変形を加えて、3次元モデル
    のレンダリング画像を作成する3次元画像作成装置にお
    いて、 基本形状にマッピングされる2次元の濃度データを記憶
    する濃度データ記憶手段と、 濃度データ記憶手段に記憶される濃度データを読出し、
    基本形状に対して予め定める演算処理を施し、演算結果
    に従って基本形状を変形し、3次元モデルを作成する変
    形演算手段とを含むことを特徴とする3次元画像作成装
    置。
  2. 【請求項2】 前記濃度データ記憶手段には、同一の基
    本形状にマッピングされ、レイヤ構造を有する複数個の
    濃度データが記憶可能であり、 前記変形演算手段は、該複数個の濃度データを、レイヤ
    化された順序に従い、基本形状に対する演算処理を施す
    ことを特徴とする請求項1記載の3次元画像作成装置。
  3. 【請求項3】 前記変形演算手段は、前記レイヤ構造の
    各濃度データを、レイヤ化された順序で重ねたときの最
    下位のレイヤの濃度データから前記基本形状に対する演
    算処理を進め、該基本形状または下位のレイヤによる変
    形後の形状を表す3次元座標の法線方向に、各レイヤの
    演算結果に基づく変形を行うことを特徴とする請求項2
    記載の3次元画像作成装置。
  4. 【請求項4】 前記変形演算手段は、前記演算を、前記
    基本形状を構成する各点の座標と予め定める基本座標と
    の間の距離に、前記下位のレイヤの濃度データ上の対応
    する点の濃度を乗算して行うことを特徴とする請求項3
    記載の3次元画像作成装置。
  5. 【請求項5】 前記変形演算手段によって、前記レイヤ
    構造を有する複数個の濃度データに基づいて施される前
    記基本形状に対する変形の結果を、各レイヤ毎にレンダ
    リング処理を行い、処理結果を画像表示するレイヤ表示
    手段をさらに含むことを特徴とする請求項2〜4のいず
    れかに記載の3次元画像作成装置。
  6. 【請求項6】 前記濃度データ記憶手段に記憶される濃
    度データを、表示しながら描画操作に応じて入力または
    編集が可能な描画編集手段をさらに含むことを特徴とす
    る請求項1〜5のいずれかに記載の3次元画像作成装
    置。
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