JPH11353498A - 三次元画像処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 急激に輝度値が変わるハイライト効果に対応
可能であると共に、少ないコスト及び物量で高品位の陰
影処理を高速で行うことができる三次元画像処理方法お
よび装置を提供する。 【解決手段】 三次元画像の陰影を発生させる三次元画
像処理方法において、画素毎の法線情報１７に対応する
陰影値１８が記録された法線−陰影値テーブル１２を用
いて、陰影を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元画像処理方
法および装置に関し、特に、ポリゴンに陰影値をつける
際の三次元画像処理方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元画像処理を行う装置とし
て、例えば、特開平６−２６６８５４号公報に開示され
たシェーディング処理装置及び特開平６−３３３０５
９号公報に開示された立体画像処理装置が知られてい
る。

【０００３】シェーディング処理装置は、立体に向か
う光源ベクトルに対し、立体データの３次元の回転操作
とは逆方向の回転補正を行うベクトル回転回路と、立体
に向かう視線ベクトルに対し、立体データの３次元の回
転操作とは逆方向の回転補正を行うベクトル回転回路
と、法線ベクトル群と回転補正された光源ベクトルと視
線ベクトルとの内積に応じて立体画像に付加する陰影値
を算出するシェーディング演算回路とを備える。これに
より、幾何変換処理部と並列にシェーディング処理がで
き応答性が極めて良好になる。

【０００４】また、立体画像処理装置は、ポリゴンの
Ｘ，Ｙ端点情報及びマッピングパターン情報を格納する
ポリゴン端点メモリと、法線ベクトル群を格納する法線
ベクトルメモリと、ポリゴン端点メモリからの各端点情
報を幾何変換する幾何変換装置と、法線ベクトル群と光
源ベクトル及び視線ベクトルから輝度値を算出するシェ
ーディング装置と、幾何変換装置からの輝度値をそれぞ
れ変換する外形処理装置と、外形処理装置からの２辺間
の各アドレス情報を演算し、マッピングパターン情報及
び輝度値を算出する内部描画処理装置と、内部描画処理
装置からの情報及びマッピングパターンメモリからの色
値と輝度値を乗算し、シェーディング処理された画像デ
ータを出力するスムージング処理装置とを備える。これ
により、ポリゴン面に対して、高速にマッピングとシェ
ーディングを行うことが可能となり、ＣＲＴにリアルタ
イムに表示することができる。

【０００５】このように、三次元画像処理においてポリ
ゴンに陰影値をつける場合、ポリゴンの各頂点からの距
離の割合により各頂点からの色値を加算平均するグーロ
シェーディング方法、或いは、ポリゴン上の各画素の法
線ベクトルを個別に計算して陰影値を計算するフォンシ
ェーディング方法等によるのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、グーロ
シェーディング方法では、光線と法線の角度で急激に輝
度が変わるハイライトなどの表現には対応できず、ま
た、フォンシェーディング方法では、計算に時間がかか
って処理が遅く、多数の計算機を並列動作させて処理速
度を高める並列処理を行うとコストや物量が多大なもの
になってしまう。

【０００７】本発明の目的は、急激に輝度値が変わるハ
イライト効果に対応可能であると共に、少ないコスト及
び物量で高品位の陰影処理を高速で行うことができる三
次元画像処理方法および装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る三次元画像処理方法は、三次元画像の
陰影を発生させる三次元画像処理方法において、画素毎
の法線データに対応する陰影値が記録された法線−陰影
値テーブルを用いて、陰影を発生させることを特徴とし
ている。

【０００９】上記構成を有することにより、画素毎の法
線データに対応する陰影値が記録された法線−陰影値テ
ーブルを用いて、処理対象の画素の法線データから対応
する陰影値を求め、三次元画像の陰影を発生させること
ができる。これにより、少ないコスト及び物量で高品位
の陰影処理を高速で行うことができ、各画素毎に法線と
光源を計算要素として陰影値を算出することで、急激に
輝度値が変わるハイライト効果にも対応可能である。

【００１０】また、本発明に係る三次元画像処理装置に
より、上記三次元画像処理方法を実現することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の実施の形態に係る三次元
画像処理装置による陰影処理データ作成方法を示し、
（ａ）は三次元画像処理装置の構成ブロック図、（ｂ）
は画素データ及び陰影処理データの概念的な説明図であ
る。

【００１３】図１に示すように、三次元画像処理装置１
０は、データ処理部１１と、例えばメモリに確保された
法線−陰影値テーブル１２と、描画部１３とを有してい
る。法線−陰影値テーブル１２は、法線部１４と陰影値
部１５の２つデータ領域に区画されている（（ａ）参
照）。

【００１４】データ処理部１１は、ポリゴンデータの処
理を行い、ポリゴンを構成する各画素の画素データ１６
を出力する。この画素データ１６は、少なくとも各画素
毎の法線情報１７を持っている（（ｂ）参照）。

【００１５】ここで、画素データ１６の座標系は視野座
標系に変換済みであるとし、また、各画素データ１６の
法線情報１７は、法線−陰影値テーブル１２の法線部１
４のレンジに合うように正規化されているとする。

【００１６】法線−陰影値テーブル１２には、法線と陰
影値の関係を示すデータが格納される。このデータは、
ポリゴンの処理を行う前に計算して得られる。

【００１７】法線と陰影値の関係は、例えばランバート
の余弦則（Ｌａｍｂｅｒｔ’ｓ ｃｏｓｉｎｅ ｌａ
ｗ）等を使い、法線方向を変数とし、光源やポリゴンの
材質等の他の要因は固定値とする。陰影に関係する全法
線方向について陰影値が算出され、この算出結果から得
られた対応関係に基づき、陰影値と法線が法線部１４と
陰影値部１５にそれぞれ格納される。

【００１８】従って、法線−陰影値テーブル１２によ
り、例えば、ある法線情報１７について法線部１４を参
照し、陰影値部１５から、法線部１４の法線情報１７に
対応する陰影値１８を得ることができ、この陰影値１８
からなる陰影処理データ１９（（ｂ）参照）が出力され
る。

【００１９】描画部１３は、陰影処理データ１９を受け
て、陰影値１８に基づく描画処理を行う。

【００２０】この三次元画像処理装置１０が、データ処
理部１１から法線情報１７を含む画素データ１６を受け
取った場合、先ず、画素データ１６のある画素について
法線の全方向における法線情報１７と陰影値１８の関係
を計算し、その計算結果から構成される法線−陰影値テ
ーブル１２を用意する。

【００２１】次に、用意された法線−陰影値テーブル１
２により、画素データ１６の各画素についての法線情報
１７から、対応する陰影値１８を引き出す。引き出した
陰影値１８から陰影処理データ１９を作成し、作成され
た陰影処理データ１９は描画部１３へと送られ、描画さ
れる。

【００２２】図２は、図１の三次元画像処理装置による
陰影処理データ作成方法の具体例を示し、（ａ）は三次
元画像処理装置の構成ブロック図、（ｂ）は画素データ
及び陰影処理データの概念的な説明図である。

【００２３】図２に示すように、データ処理部１１から
ポリゴンを構成する各画素データ１６が出力され、この
画素データ１６が法線−陰影値テーブル１２に入力し、
法線−陰影値テーブル１２により、法線情報１７に対応
する陰影値１８を得て、この陰影値１８からなる陰影処
理データ１９が描画部１３に出力される（（ａ）参
照）。

【００２４】ポリゴンの処理を行う前に、これから描画
しようとする同一属性のポリゴンデータの所定の画素に
ついて、上位の処理装置（図示しない）により、法線に
対する陰影値の関係を計算する。この計算は、所定の画
素を陰影表現に関係する法線の全方位をある単位で区分
けしたその区分についてそれぞれ行われ、得られた陰影
値は、法線−陰影値テーブル１２に格納される。

【００２５】法線の単位区分けは、例えば、緯度及び経
度の範囲で行われ（（ｂ）参照）、計算は、ランバート
の余弦則等を使って、法線方向と光源及びポリゴンの材
質等を計算要素としてこれに基づき行われる。この際、
法線方向以外のパラメータは固定値とし、また、座標に
より陰影値の変化がないような条件、例えば拡散光の成
分をなくすような条件に設定される。

【００２６】法線−陰影値テーブル１２の中の法線部１
７には、法線の区分け分に相当する項目が用意され、陰
影値部１８には、法線部１７の各項目に１対１で対応付
けることができるように、法線部１７の項目数と同数の
項目が用意される。

【００２７】図３は、図２に示す陰影処理データ作成方
法のフローチャートである。図３に示すように、先ず、
これから描画しようとする同一属性のポリゴンデータの
所定の画素について、法線に対する陰影値の関係を計算
し、その結果を法線−陰影値テーブル１２に格納する
（ステップＳ１０１）。

【００２８】次に、法線−陰影値テーブル１２の用意が
できたならば、データ処理装置１１によりポリゴンデー
タの処理を行い、ポリゴンを構成する各画素毎の法線情
報１７を計算する（ステップＳ１０２）。画素データ１
６は、データ処理装置１１で計算されたポリゴンデータ
の内のある画素についてのデータであり、法線情報１７
は、画素データ１６についての法線データである。

【００２９】この法線情報１７が法線−陰影値テーブル
１２に入力すると、法線−陰影値テーブル１２の中の法
線データ部１４を参照して、法線データ部１４上の法線
情報１７に対応するテーブル対応位置が検索される。

【００３０】検索したテーブル対応位置に基づき、陰影
値部１８を参照して陰影値部１８上のテーブル対応位置
を求める。このテーブル対応位置から、法線データ部１
４上の法線情報１７に対応する陰影値部１８上の陰影値
情報１９が求められ、画素データ１６の陰影値情報１９
として、陰影値部１８から引き出され出力される（ステ
ップＳ１０３）。

【００３１】次に、ポリゴン上の各画素データ１６につ
いて陰影値情報１９の引き出しが済んだか否かが判定さ
れ（ステップＳ１０４）、済んでいない（ＮＯ）場合
は、ステップＳ１０３へ戻り、済んでいる（ＹＥＳ）場
合は、全てのポリゴンについて陰影値情報１９の計算が
済んだか否かが判定される（ステップＳ１０５）。

【００３２】全てのポリゴンについて陰影値情報１９の
計算が済んでいない（ＮＯ）場合は、ステップＳ１０２
へ戻り、計算が済んでいる（ＹＥＳ）場合は、法線−陰
影値テーブル１２を用いた陰影値情報１９の出力が終了
する。出力された陰影値情報１９は、描画部１３に送ら
れ、隠面処理やブレンド処理等のその後の処理が行われ
て描画される。

【００３３】そして、法線−陰影値テーブル１２が用意
された後は、描画対象となるポリゴンの属性が変わり法
線−陰影値テーブル１２の内容を変更しなければならな
いときまで、データ処理装置１１から出力された出力デ
ータに基づく処理が続けられる。

【００３４】なお、上記実施の形態において、以下に示
すような対応も可能である。

【００３５】１．三次元グラフィックスを処理する場
合、ポリゴンデータは各頂点の情報だけを持つものが一
般的であると思われるので、この場合には、各頂点から
ポリゴン上の各画素までの距離の割合によって、各画素
の法線を加算平均で計算することが考えられる。従っ
て、データ処理装置１１に、各画素の法線を加算平均で
計算する機能を組み合わせてもよい。

【００３６】２．法線−陰影値テーブル１２について法
線の区分けを多くした場合、予め計算する量が多くなり
テーブルの数も多くなる。一方、区分けが少ない場合
は、陰影の変化が荒くなり品質が落ちてしまう。これを
改善するため、区分けを少なくしてその区間の陰影値を
出す場合、ある区間からの法線の離間割合によってそれ
ぞれの区間の陰影値の加算平均による補完を行い、品質
を上げることが考えられる。従って、このような補完機
能を組み合わせてもよい。

【００３７】３．各画素毎に法線方向の情報を持った平
面情報をポリゴンに張り付けて表面の材質をリアルに見
せるバンプマッピングにおいても、対応可能である。

【００３８】このように、本発明に係る三次元画像処理
方法により、法線−陰影値テーブルを参照することによ
る陰影値計算を行って三次元画像処理における陰影を発
生させることができるので、三次元描画装置等の三次元
画像処理において、ポリゴンの各画素の法線と光源を基
にポリゴン上の各画素の陰影値を求める処理を行う際に
有効である。

【００３９】また、この三次元の陰影処理は、ポリゴン
上の各画素の法線より予め計算しておいた法線と陰影値
のテーブルから陰影値を引き出すことによって行われる
ため、処理の高速化が可能となる。

【００４０】従って、同一属性で大量のポリゴンを処理
する場合、少ないコスト及び物量で高品位の陰影処理を
高速で行うことができる。

【００４１】コスト及び物量に関しては、従来の機能に
対して法線−陰影値テーブル（例えばある程度のメモ
リ）と多少の制御回路の追加で実現可能である。品質に
関しては、各画素毎に陰影値を法線と光線から算出する
ことになるので、法線と光線の関係で急激に輝度値が変
わるハイライト効果にも対応できるようになり高品位な
陰影処理が可能である。

【００４２】処理速度に関しては、法線−陰影値テーブ
ルを用意するために若干時間がかかるが、用意後は法線
−陰影値テーブルを参照するだけの処理になるので、実
際の描画開始後は高速処理が可能である。特に、ＴＶゲ
ームのグラフィックス等、描画するポリゴンが変わらな
い場合は、法線−陰影値テーブルを固定値として持つこ
とも可能なので、法線−陰影値テーブルをその都度用意
するための時間を省略することができ、更に処理時間の
短縮に効果がある。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素毎の法線データに対応する陰影値が記録された法線
−陰影値テーブルを用いて、処理対象の画像の法線デー
タから対応する陰影値を求め、三次元画像の陰影を発生
させることができるので、少ないコスト及び物量で高品
位の陰影処理を高速で行うことができ、各画素毎に法線
と光源を計算要素として陰影値を算出することで、急激
に輝度値が変わるハイライト効果にも対応可能である。

【００４４】また、本発明に係る三次元画像処理装置に
より、上記三次元画像処理方法を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態に係る三次元画像処理装置に
よる陰影処理データ作成方法を示し、（ａ）は三次元画
像処理装置の構成ブロック図、（ｂ）は画素データ及び
陰影処理データの概念的な説明図である。

【図２】図１の三次元画像処理装置による陰影処理デー
タ作成方法の具体例を示し、（ａ）は三次元画像処理装
置の構成ブロック図、（ｂ）は画素データ及び陰影処理
データの概念的な説明図である。

【図３】図２に示す陰影処理データ作成方法のフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１０ 三次元画像処理装置 １１ データ処理部 １２ 法線−陰影値テーブル １３ 描画部 １４ 法線部 １５ 陰影値部 １６ 画素データ １７ 法線情報 １８ 陰影値 １９ 陰影処理データ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三次元画像の陰影を発生させる三次元画像
   処理方法において、 画素毎の法線データに対応する陰影値が記録された法線
   −陰影値テーブルを用いて、陰影を発生させることを特
   徴とする三次元画像処理方法。
2. 【請求項２】三次元画像の陰影を発生させる三次元画像
   処理方法において、 ポリゴンデータの処理前に、陰影に関する全方向の法線
   について陰影値を算出し、算出結果を法線−陰影値テー
   ブルに格納する工程と、 ポリゴンデータの処理を行って各画素毎の法線データを
   計算する工程と、 各画素についての法線データから、前記法線−陰影値テ
   ーブルを参照し陰影値を引き出し出力する工程と、 全てのポリゴンに対し、各画素について陰影値を引き出
   し出力する工程とを有することを特徴とする三次元画像
   処理方法。
3. 【請求項３】前記法線−陰影値テーブルには、陰影に関
   係する全法線方向について算出された陰影値との対応関
   係に基づき、１対１対応の法線情報と陰影値情報が格納
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   三次元画像処理方法。
4. 【請求項４】前記陰影値の算出は、各画素毎に法線と光
   源を算出要素として行われることを特徴とする請求項３
   に記載の三次元画像処理方法。
5. 【請求項５】三次元画像の陰影を発生させる三次元画像
   処理装置において、 画素毎の法線データに対応する陰影値が記録された法線
   −陰影値テーブルを備え、前記法線−陰影値テーブル用
   いて陰影を発生させることを特徴とする三次元画像処理
   装置。
6. 【請求項６】前記法線−陰影値テーブルは、陰影に関係
   する全法線方向について算出された陰影値との対応関係
   に基づき、１対１対応の法線情報と陰影値情報がそれぞ
   れ格納された法線部と陰影値部の２つデータ領域に区画
   されていることを特徴とする請求項５に記載の三次元画
   像処理装置。
7. 【請求項７】前記陰影値の算出は、各画素毎に法線と光
   源を算出要素として行われることを特徴とする請求項６
   に記載の三次元画像処理装置。