JPH11509009A - 気象現象効果シミュレーション方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 雪のような粒子の動きが、上記粒子が移動する三次元の世界空間の予め決められた視点からの外観を表す、コンピュータによって生成された画像においてシミュレーションされる。予め決められた寸法の隣接する立方体の規則的な配列から形成された三次元モデルが、画成される。１つの物体は、各立方体の寸法に対応する寸法によって画成され、上記物体は上記物体が粒子の動きを表すような特徴を有し、上記粒子の動きは上記物体が占有する塊り部分を通る動きである。上記立方体の配列によって形成された三次元のモデルは、上記視点が上記モデルの領域内で位置されるように、世界空間において仮想的に位置決めされ、上記モデルの領域は、上記視点からの粒子の視野が常に上記モデル内にあるように選択される。上記視点は世界空間を介して移動するので、それは、各ステップの大きさが上記立方体の任意のある１つの側面の長さに対応するように、複数のステップで移動される。上記モデルは、上記モデルの上記選択された領域内で上記視点を保持するように世界空間において移動される。生成された上記画像は上記モデルを含み、上記モデルにおいて上記移動している粒子を表す物体は上記立方体の各々を占有する。上記立方体の可視性は、上記モデルの境界を隠すように、上記視点からの距離を有してフェードアウトされる。上記視点の動きに関連して予め決められた方向において上記視点を通して記述される１本のライン上の仮想上のポイントが常に、上記モデルの予め決められた中央の領域内にあるように、上記モデルは上記視点に対して位置決めされる。上記仮想上のポイントと上記視点との間の距離は、上記視点の動きの速度の関数である。

Description

【発明の詳細な説明】 気象現象効果シミュレーション方法及び装置 本発明は、コンピュータによって生成される画像において雪のような気象現象 効果の外観をシミュレーションする装置及び方法に関する。 例えば、訓練中のパイロットによって使用される、スクリーン上の画像を生成 することができるシミュレータは周知である。上記画像は、例えば、地形に対し て移動する可能性がある視点から見えるような上記地形やビル群を表すディジタ ル情報のデータベースから生成される。従って、ディジタルデータは世界空間の モデルを表し、上記画像は特定の位置からのその世界空間の外観を表す。一般的 には、上記モデルは、既知の幾何学的構造、位置、方向及び表面の属性の一連の 平面多角形の物体に基づいている。そのようなシステムの例は、例えば、米国特 許明細書第５３６３４７５号及び第５４１２７９６号において説明されている。 これらの２つの米国特許のうちの第１の米国特許は、リアルタイムで光点を含む 物体の処理を取り扱うことに関して画像発生器の基本的動作を説明し、第２の米 国特許は大気中の霧のシミュレーションを取り扱う。 霧や雪のような気象現象効果のシミュレーションは、そのような現象効果が、 航空機からの光景を参照することによって航空機の動きをモニタするパイロット の能力に関して有するような強い影響を与えることが実際に重要であると考えら れる。米国特許第５４１２７９６号に係る発明の実施が最近になって利用可能に なるまで、層状の霧の実際的なシミュレーションは利用できなかった。雪の実際 的なシミュレーションを提供する試みは現在まで成功していない。霧は実質的に 広い空間にわたり同一の特性を有する現象効果として表されるが、自然の雪は一 連の分離した要素として表されなければならず、それらの要素を、実際性を達成 するならば一様な方法では移動させることはできない。リアルタイムではないシ ステムにおいては、利用可能な十分な計算力及び時間を提供する必要とされる詳 細度のレベルは、生成されることができるが、このことは、単一画像を生成する ために利用できる計算機資源が必然的に制限されるリアルタイムシステムにおけ る場合に対応しない。 ある１つの雪のシミュレータは、地上の航空機の近くに降る雪の外観を表すよ うに表示していた。個々の雪片は、従来のシステムにおいて採用される同様の方 法で生成される光点のストリングによって表され、上記従来のシステムは、互い にある１本の道に沿って進む、移動している複数の乗物の光のシミュレーション のためのシステムである。効果的に、雪は限られた世界空間内で移動する多くの 光点として表され、上記世界空間内ではシミュレーションされる航空機が静止し ていた。そのようなシステムはこれらの限られた環境において実際的な画像を提 供することに成功したが、それは、航空機が移動している場所の雪の外観の実際 的なシミュレーションを可能にする、十分に広い世界空間における実際的なシミ ュレーションを提供することはできなかった。 雪の実際的なシミュレーションを提供するある１つの試みにおいて、光点に依 存する上記のモデルは雪のモジュールを繰り返すことに依存することによって形 成され、各モジュールは雪片をシミュレーションするために１組の光のストリン グを含み、各モジュールはモジュールの配列によって形成された三次元トーラス （円環）の一部分を表す。視点は上記トーラスの１つのモジュール内に位置され 、上記トーラスは上記視点との移動で動かされた。個々の雪片と上記視点との間 の相対的な動きは、上記視点が、連続するモジュールを通して移動するように見 えるように、上記トーラスをその中心のまわりで回転することによって達成され た。このアプローチによって、上記トーラスと上記視点との間の相対的な動きが 、世界空間における個々の雪片の動きとその世界空間に対する上記視点の動きと の両方を考慮することが可能になるので、上記アプローチは採用された。いくつ かの情況において、上記雪の“トーラス”の単純な回転は雪の個々の粒子と上記 視点との間の正確な動きを達成することができたので、そのような情況では、例 えば直進して飛行しているとき、この装置は満足できる結果を提供した。不幸に も、航空機が１度の旋回を行ったとき、特に、鋭い旋回がよくある場所で移動す るとき、上記シミュレータの可視スクリーン上に表される視野をわたる雪の動き を実際的に表すことはできなかった。上記雪のモデルは完全に非実際的な方法で 航空機とターンした。従って、上述された雪のトーラスに依存する幾つかのシス テム が実施されたが、幾人のユーザーはそれらが不十分であることが分かった。 本発明の目的は、上記で概説された問題を回避又は軽減することである。 本発明によると、コンピュータによって生成される画像において粒子の動きを シミュレーションする方法を提供し、上記画像は、粒子が移動する三次元の世界 空間の予め決められた視点からの外観を表し、ここで、三次元モデルは、予め決 められた寸法の隣接したモデルの一部分の規則的な配列から形成されて画成され 、１つの物体は各モデルの一部分の寸法に対応する寸法によって画成され、上記 物体は上記物体が粒子の動きを表すような特徴を有し、上記粒子の動きは上記物 体が占有する塊り（体積又はボリューム）部分を通る動きであり、上記三次元モ デルは、上記視点が上記モデルの領域内に位置されるように世界空間において仮 想的に位置決めされ、上記モデルの領域は上記視点からの粒子の視野が常に上記 モデル内にあるように選択され、上記世界空間のモデルの位置は複数のステップ で移動され、各ステップの大きさは上記複数の部分の寸法に対応し、上記モデル は、上記選択された領域内で上記視点を保持するように、世界空間における上記 視点の動きに応答して移動され、上記モデルを含む世界空間の１つの画像は、上 記物体が上記モデルの各部分を占有する移動している粒子を表すように生成され る。 本発明はまた、コンピュータによって生成される画像において粒子の動きをシ ミュレーションする装置を提供し、上記画像は、粒子が移動する三次元の世界空 間の予め決められた視点からの外観を表し、上記装置は、予め決められた寸法の 隣接するモデルの複数の部分の規則的な配列から形成される三次元モデルを画成 する手段と、各モデルの部分の寸法に対応した寸法を有する１つの物体を画成す る手段とを備え、上記物体は上記物体が粒子の動きを表すような特徴を有し、上 記粒子の動きは上記物体が表す塊り（体積又はボリューム）部分を通る動きであ り、上記視点が上記モデルの領域内に位置されるように世界空間において上記三 次元モデルを仮想的に位置決めする手段を備え、上記モデルの領域は、上記視点 からの粒子の視野が常に上記モデル内にあるように選択され、上記世界空間のモ デルの位置を各ステップで移動する手段を備え、各ステップの各々の大きさは上 記複数の部分の寸法に対応し、上記移動する手段は、上記選択された領域内で上 記視点を保持するように世界空間において上記視点の動きに応答し、上記物体が 上記モデルの各部分を占有する上記移動している粒子を表すように、上記モデル を含む上記世界空間の１つの画像を生成する手段を含む。 上記視点が常に上記モデル内にあり、そのモデルが、上記視野における粒子の 分布において突然の変化又は不連続な変化なしに、複数のステップで移動するの で、実際的な画像が生成される。上記モデルの個々の領域は一様に互いに類似し 、それゆえ、上記モデルが連続した複数の画像の間で視点に関連して移動すると いう事実は、認識されない。 上記粒子は雪片、雨粒等であってもよい。上記視点に関連して予め決められた 方向で上記視点を介して描かれた１本のライン上の仮想上のポイントが常に、上 記モデルの予め決められた中央の場所内にあるように、上記モデルは上記視点に 関連して位置決めされてもよい。上記仮想上のポイントと上記視点との間の距離 は視点の速度の関数である。従って、上記仮想上のポイントは、上記視点の前に 延在する想像上の望遠鏡のポールの端部に位置されるポイントとして認識するこ とができる。航空機からの眺めをシミュレーションする場合において、上記想像 上のポールは上記シミュレーションされる航空機の先頭部分から最後尾にわたる 軸（Ｕ−軸）に平行して延在する。 上記モデルが上記視点の回転と共に回転しないように、上記モデルの方向は世 界空間において固定される。個々のモデルの複数部分は好ましくは単純な複数の 立方体（又は正六面体）であり、上記立方体の各々の内部には予め決められた構 造の粒子の分布がある。各立方体は一連のサブ立方体から形成され、上記サブ立 方体の各々はその隣のサブ立方体とは異なる粒子の分布を有する。 上記モデルの複数部分又は複数の立方体は隣接するように言及され、かつ上記 モデルがこれらの隣接する立方体の寸法に対応するステップで移動されるが、各 立方体によって表される上記粒子の分布は上記立方体の境界を越えて広がり、こ れによって、隣接する立方体における粒子の分布の間に重複が存在する。このこ とは立方体構造の端部を除去する。個々の立方体の可視性は、上記モデル構造の 外部の境界を隠すべき領域を用いてフェードアウトされる。 上記粒子を、例えばラスター光点又はカリグラフィック（calligraphic）光点 であるそれぞれの光点によって表してもよい。上記光点は、各ストリングの光点 が同調して移動するようなストリングに存在してもよい。あるいは代わって、上 記粒子は例えば三角形のようなポリゴンによって表されてもよい。 図１は、立方体の配列で形成される雪のモデルの表示であり、上記モデルは本 発明の１つの実施形態において使用され、 図２及び図３は、航空機のモデルに関連する仮想上の位置を表す図１のモデル の側面図及び上面図であり、上記航空機からの光景はシミュレーションされるべ きであり、 図４は、上記航空機が移動するときの世界空間を介する上記モデルの動きを示 し、 図５は、図１の上記モデルにおけるサブ立方体の分布を表す上面図であり、 図６、図７及び図８は、１つのサブ立方体においてシミュレーションされる雪 片の位置を表す互いに直交した方向における上面図であり、 図９は、図１の上記モデルの１つの立方体のある１つの側面を形成する１６個 のサブ立方体の１つの層の上方からの上面図を表す。 図１は、２層で配置された７４個の立方体（又は正六面体）から形成されるモ デルの三次元の表示である。上記モデルは、航空機が飛行する世界空間の１つの 画像を生成するシミュレータにおいて雪をシミュレーションすることに使用され る。図１において表される世界空間の座標システムｘ、ｙ、ｚを仮定すると、上 記モデルは３つの軸の各々の方向で世界空間を介して移動するが、これらの軸に 対して回転しない。よって、各立方体の端部は常に、３つの軸のうちの１つに対 して平行である。上記モデル構造の各立方体の部分は、上記立方体の塊り（体積 又はボリューム）部分に対応する塊り内での雪の動きを表す同一の物体によって 占有される。典型的に、各立方体は、上記モデル構造が２００フィートの高度に 位置するように、１００フィートの一辺を有する。 図２は図１のモデル構造の側面図であり、図３は図１のモデル構造の上面図で ある。図２及び図３において、上記モデル構造に対して中央に位置された仮想上 の空間１は、破線によって輪郭を描かれている。上記空間は、立方体の上層の半 分の位置に設けられかつ立方体の下層の半分の位置に設けられた、仮想上の１０ ０フィートの立方体である。 航空機の表示２はまた図２及び図３において示され、破線３は、上記モデルが 固定される世界空間に対する航空機のＵ−軸（航空機の先頭部から最後尾にわた る軸）を表す。ポイント４は、航空機２内にある視点から延在するライン３上に 位置される。上記視点と上記ポイント４の間の間隔は、航空機の速度の関数であ る。 上記システムは、上記ポイント４が常に領域１内に設けられることを確立する ように、上記モデルが世界空間を介して移動されるような処理を行う。その通常 の処理の一部分では、画像発生器はシミュレーションされる航空機の世界空間の 座標を計算し、上記モデルの動きは上記ポイント４の位置と上記領域１の間の必 要とする関係を保持するように動く。上記モデルは、上記立方体の各々の横の寸 法と距離的に等しいステップの各々で移動される。これは図４において図示され る。 図４を参照すると、ポイント４が位置４ａにあると、上記モデル構造はポイン ト５、６、７及び８のそのコーナーで位置決めされる。ポイント４が位置４ｂに あるときには、そのポイントを中央の領域１内で保持するために、上記モデルは 、そのコーナーがポイント９、１０、１１及び１２であるような位置に移動され る。このことは、ポイント４が上記構造の中央の領域内に残るように、上記モデ ル構造の中央の領域を１００フィートだけ垂直方向でかつ上方向に実際に移動す る。ポイント４が位置４ｃに到達すると、上記モデル構造は再度、その構造の中 央部分内でポイント４ｃを保持するように移動される。結果として、上記モデル 構造は、そのコーナーがポイント１３、１４、１５及び１６であるような位置に ある。よって、上記モデル構造が視点のまわりの適切な位置であることを常に保 証するように、上記モデル構造がどのように仮想上の世界空間を介して航空機の 後について行くかを見ることができる。 上記視点とポイント４との間の間隔は航空機の速度に依存して調整され、関連 する画像発生器による上記構造の個々の立方体の処理をイネーブル（実行）する ために十分な時間の進行を提供する。航空機が地上で静止すると、視点は中央の 領域１に位置され、視点とポイント４との間の間隔は、航空機が飛行していると きに例えば２００フィートに増加される。従って、ポイント４は、あたかもそれ が航空機のＵ−軸に平行に延在した望遠鏡のポールの端部上に設けられるように 位置決めされ、上記ポールの長さは航空機の速度の関数である。それゆえ、ポイ ント４はすでに、航空機の風防の前方で静止している。 図５は、立方体の各々が１６個のドットの配列によって表されるような図１の 構造の正面図である。実際、各立方体は、サブ立方体の各々が雪片の異なる分布 を画成するように、全体で６４個のサブ立方体の各々から構成され、それは１６ 個の立方体の４層である。図５において示される上記ドットは個々のサブ立方体 の中心を表す。 図６、図７及び図８は、１つの独立したサブ立方体における雪片の分布の互い に直交する方向における外観である。図６乃至図８における各三角形は単一の雪 片の位置を表す。雪片はそれぞれの直線上に位置される光点のストリングとして 定義され、上記三角形のうちの５つは雪片の２つのストリングを表すために図６ 乃至図８において陰を付けられ、１つは３つの雪片を備え、１つは２つの雪片を 備え、それぞれライン１７及び１８上に位置される。各ストリングにおける雪片 は同調して（同期して）移動するが、１つのストリングの雪片はもう１つのスト リングの雪片とは異なる方法で移動することができる。よって、複雑な現象効果 を達成することが可能である。 図９は１つの立方体の１６個のサブ立方体の上面図であり、立方体の境界はラ インによって示される。隣接するサブ立方体の光点の間に重複が存在し、それゆ え隣接する立方体の光点の間にも重複が存在するであろう。典型的には、任意の １つの２５フィートのサブ立方体の光点は、１つの３３フィートの仮想上の立方 体内に位置されるであろう。それゆえ、図１の構造を画成する複数の立方体は隣 接して重複していないが、立方体によって表される雪片の分布は重複する。この ことは“ポッピング”効果を含む生成された画像の可能性を減少するが、上記ポ ッ ピング効果とは、以前雪のなかった領域において突然に雪の表示が出現すること である。 各立方体はサブ立方体の配列に分割され、冗長な処理を減少する。各サブ立方 体は、上記視点からのその範囲に依存する可視性を割り当てられる。よって、上 記視点から３００フィート以上離れたサブ立方体はいずれも、画像発生器によっ て処理されない。 個々の雪片は、画像発生器の設計者に周知である技術によって表され、上記画 像発生器は光のストリングの移動の外観をシミュレーションするために使用され る。移動する光のストリングは定義されたパスに沿って継続的に移動する点のシ ーケンスであり、上記点は開始点Ｐｓで出現し、終了点Ｐｅで消滅する。典型的 な画像発生器において、次の属性が光のストリングに対して定義される。 ａ）三次元空間における開始点及び終了点（Ｐｓ：Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ Ｐｅ： Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ） ｂ）ＰｓとＰｅの間の（直線的な又は曲線的な）動きのパス ｃ）動きの速度 ｄ）複数のポイントの間の空間的分割又は時間的間隔 ｅ）複数のポイントの輝度、色彩、指向性及びフェードアウトの範囲 ある１つの典型的なアプリケーションは高速道路に沿った自動車の交通量をシ ミュレーションするアプリケーションである。そのようなアプリケーションにお いて、上記光は、観察者の目の位置に対する方向に依存するヘッドライト又はテ ールライトを表すように白色及び赤色でモデル化される。雪のシミュレーション のここでの使用では、光は、降ってくる粒子（例えば雪片）を表すために使用さ れ、上記粒子は与えられた軌道に沿って移動し、上記立方体構造の天井の高さで 出現し、床の高さで消滅する。それらの全方向性の輝度は、周囲の光の照明又は 航空機の滑降の光の照明を表すように制御される。 画像発生器は、真の経過時間を追跡する一極集中化されたリアルタイムクロッ ク“Ｔ＿ａｂｓ”を保持する。すべての移動しているストリングの処理は、単一 の物体の多数のコピーが同一の方法で振る舞うように、このデータに戻って参照 する。さらに、マルチチャネルの画像発生器の各チャネルは、複数のチャネルに わたるストリング処理において絶対的な同期性を保証するためにＴ＿ａｂｓへの アクセスを有する。 次の説明は、直線のパス上で単一の全方向性の光の最も簡単な場合をカバーす る。同様の技術が多数のポイント又は曲がったパスに対して存在する。 属性データ： 開始点 Ｐｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ） ｆｔ 終了点 Ｐｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ） ｆｔ ポイント速度 Ｖ ｆｔ／ｓｅｃ 得られるデータ： ラインの長さ Ｌ（Ｐｅ−Ｐｓから計算される） ｆｔ ポイントの間隔 Ｐ（Ｌ／Ｖから計算される） ｓｅｃ 変数： 現在のストリング時間 Ｔ＿ｓｔｒｉｎｇ ｓｅｃ 以下の計算は各画像発生器の更新フレームに入力される：現在のＴ＿ｓｔｒｉｎ ｇはストリング間隔Ｐ及びＴ＿ａｂｓから計算される。 Ｔ＿ｓｔｒｉｎｇ＝ＭＯＤ（Ｔ＿ａｂｓ，Ｐ） ここで、ＭＯＤは商Ｔ＿ａｂｓ／Ｐの剰余を生成する係数演算である（剰余がな く割り切れた時には、０が結果値である）。 ラインの比率的な位置ｒは次から計算される。 ｒ＝Ｔ＿ｓｔｒｉｎｇ／Ｐ ここで、ｒは（Ｐｓで）０．０から（Ｐｅで）１．０に線形的に増加する。 上記ラインのパス上の現在の位置Ｐｐは以下の式によって得られる。 Ｐｐ＝Ｐｓ＋ｒ（Ｐｅ−Ｐｓ） 即ち、Ｘｐ＝Ｘｓ＋ｒ（Ｘｅ−Ｘｓ） Ｙｐ＝Ｙｓ＋ｒ（Ｙｅ−Ｙｓ） Ｚｐ＝Ｚｓ＋ｒ（Ｚｅ−Ｚｓ） 次いで、Ｐｐの座標は通常のグラフィックスの遠近法的な分割、クリッピング 及びスケーリングを経て、二次元スクリーン空間におけるポイントを生成する。 フェードアウトの範囲の属性は、ポイントが非常に暗くなるのでどの時点で認識 することができなくなるかを決定するために使用され、上記表示から放棄されて もよい。 上記ポイントは、上記画像発生器及び表示能力に依存するラスター光点又はカ リグラフィック光点として表示される。一般的に、カリグラフィック光点を用い て達成される高品質性は雪のエミュレーションのためには必要とされないので、 ラスター光点が表示されるであろう。上述された各々発生された一連の光のスト リングは各サブ立方体に対して生成され、図６乃至図８において図示されたよう な分割を生じる。６４個のサブ立方体は共に１つの立方体を画成し、上記立方体 は図１において示されるモデル構造を形成する各立方体において繰り返される。 上記画像発生器が必要とされる画像情報を生成するために世界空間内において任 意の物体を処理するように、上記画像発生器は範囲内において各サブ立方体を処 理する。従って、各サブ立方体の多数のコピーは生成され、１つは各立方体にお いて使用される。これらの多数のコピーは、マルチチャネル画像発生器の複数の チャネルにわたって正確に同調して振る舞う。このことによって、上記画像発生 器は、不連続さが全く認識されずに雪の構造の任意の反復に“ジャンプする”こ とが可能になる。 任意の簡便なアプローチが、個々のサブ立方体において使用する適切な１組の ストリングを生成するために採用されてもよい。例えば、簡単なプログラムが、 無作為抽出された一連のストリングを生成するために記述されることができ、上 記プログラムは、例えばランダムの種に依存して、連続して生成されるサブ立方 体の間の相違とサブ立方体の境界に対する範囲とを保証し、上記サブ立方体内に おいてすべてのサブ立方体の光点は（隣接するサブ立方体の間の種々の重複を与 えるために）位置され、また、上記プログラムは、上記光点の選ばれた個数と、 光のストリングの許容可能な角度の範囲と、個々のストリングにおける光点の間 の間隔の範囲と、光点に対する速度の範囲とを保証する。従って、かなり複雑で 不規則なパターンが容易に生成されることができる。 上記画像発生器のホストソフトウェアは、表示されるべき雪の現象効果の詳細 を記憶し、必要な計算を実行して、表示されるシーンの他の特徴と雪を組み合わ せる。上記計算処理は従来技術であり、例えば米国特許第５３６３４７５号にお いて説明されるような手順に従ってもよい。しかしながら、詳細は、情報の細部 を雪のシミュレーションに与えるために必要である特定の計算が以下で与えられ る。 従来技術のように、航空機の重心でその原点を有する座標システムにおける空 間である航空機空間は、（Ｕ，Ｖ，Ｗ）として表される。速度ＵＡ，ＶＡ及びＷ Ａは、大気の速度、風速及び乱流の組み合わされた現象効果のために、上記航空 機に対する雪の粒子の動きを表す。これらの速度は飛行機の軸Ｕ、Ｖ及びＷに関 連し、航空機の重心に関する。飛行停止機能が利用可能であり、これに依存する ときは、雪の粒子の動きは風速と乱流だけの結果である。 これらの雪の粒子の速度の成分は、（変数であってもよい）フレーム期間ＴＩ ＭＥによって乗算され、前の画像生成サイクルから移動された距離を表す表示ス クリーンベクトルＳＮＰＵ、ＳＮＰＶ及びＳＮＰＷを生成する。この変位ベクト ルは航空機の軸から世界空間の軸に回転され、雪の粒子の位置を生成するために 次のように回転マトリクスを使用して世界空間において移動されるデルタ距離（ 偏移距離又は増分距離）を生成する。 雪の粒子の偏北距離（Snow particle Northing）ＳＮＰＮＧ＝ＳＮＰＮＧ＋（ ＳＮＰＵ＊ＢＥ１１＋ＳＮＰＶ＊ＢＥ２１＋ＳＮＰＷ＊ＢＥ３１） 雪の粒子の偏東距離（Snow particle Easting）ＳＮＰＥＧ＝ＳＮＰＥＧ＋（ ＳＮＰＵ＊ＢＥ１２＋ＳＮＰＶ＊ＢＥ２２＋ＳＮＰＷ＊ＢＥ３２） 雪の粒子の高度（Snow particle height） ＳＮＰＨＤ＝ＳＮＰＨＤ＋（ ＳＮＰＵ＊ＢＥ１３＋ＳＮＰＶ＊ＢＥ２３＋ＳＮＰＷ＊ＢＥ３３） 上記の回転マトリクスは従来技術であり、そのマトリクスを表すために使用さ れる概念である。 図２、図３及び図４におけるポイント４として表され、かつ視点を介してＵ− 軸の方向において記述されたライン上に位置されるポイントは、中心点として以 後参照される。上記中心点は、真の大気の速度を表すＶＴに依存する０から２０ ０フィートまでの距離で眼点（eye point；視点）の上に投射される。遅い速度 では、上記中心点は眼点に近いが、制限速度ＳＮＶＬＫに到達するまで速度を増 して眼点から離れて前方に伸長する。ＳＮＶＲＧは線形速度比の利得であり、そ れは１個の最大に制限された制限速度に対する真の大気の速度の比率である。 中心点の航空機の原点からの高度の変位を計算するために、次の変換が実行さ れる。 ＳＦＰＨＤ＝ （ＰＥＸＡＣ＋（ＳＮＦＰＸ＊ＳＮＶＲＧ））＊ＢＥ１３＋ （ＰＥＹＡＣ ）＊ＢＥ２３＋ （ＰＥＺＡＣ ）＊ＢＥ３３ ＳＦＰＨＤは、航空機に対する世界空間における中心点の高度の変位を表す。 航空機の空間におけるパイロットの眼点はＰＥＸＡＣ、ＰＥＹＡＣ及びＰＥＺＡ Ｃによって表される。航空機のＵ−軸に沿った中心点の変位は（ＳＮＦＰＸ＊Ｓ ＮＶＲＧ）によって与えられ、ここで、ＳＮＦＰＸは上記眼点からの中心点の最 大距離であり、ＳＮＶＲＧは線形速度比の利得である。世界空間への回転はＢＥ １３、ＢＥ２３及びＢＥ３３によって与えられる。同様の計算は偏北距離及び偏 東距離に対して行われる。 次いで、中心点の成分は、ＳＮＰＮＧ、ＳＮＰＥＧ及びＳＮＰＨＤと比較され 、立方体構造の中心部分が中心点を越えて位置決めされるまで、立方体の反復の 寸法（１００フィート）は加算又は減算される。ヒステリシスは、潜在的な振動 す る行動を防ぐようにこの機構において存在する。これは以下のような高度の寸法 に対して達成される。 ＤＯ ＷＨＩＬＥ（ＳＮＰＨＤ．ＧＴ．（ＳＦＰＨＤ＋ＳＮＲＨＹ）） ＳＮＰＨＤ＝ＳＮＰＨＤ−ＳＮＲ ＥＮＤ ＤＯ ＤＯ ＷＨＩＬＥ（ＳＮＰＨＤ．ＬＴ．（ＳＦＰＨＤ−ＳＮＲＨＹ）） ＳＮＰＨＤ＝ＳＮＰＨＤ＋ＳＮＲ ＥＮＤ ＤＯ 上述において、ＳＮＲは上記構造における各立方体の寸法（１００フィート） であり、ＳＮＲＨＹは，振動するスイッチを停止するヒステリシスを与えるため にＳＮＲ／２＋５％である。 従って、視点に対して雪の構造を正確に位置決めするために要求される必要な 情報は、容易に達成される。 中心点は地面取扱いタスクを実行するときに眼点に近接し、このことは、素早 い又は大きな飛行方向の変更が、不必要な立方体のジャンプをせずに上記立方体 構造内で可能であることを保証する。しかしながら、中心点は例えば、飛行中は 眼点の２００フィート上方である。このことは、画像発生器に、３００フィート の視野より前に雪の立方体を処理するために十分なフィードフォワード又は時間 の進行を与える。眼点と中心点との間の距離の動的な拡大は、上記眼点に関連し て上記立方体構造の位置を制御するだけであり、認識可能なきっかけをそれ自身 では全く分け与えないことに注意すべきである。 上記立方体構造がオイラー角を固定し、よって世界空間に関連して回転しない ので、眼点が重心のまわりを回転すると、雪は任意の他の地球上に配置されたモ デルとして振る舞う。 前述の説明は、雪が眼点に関連して移動されることを暗示してきたが、実際に は、雪が世界空間に対して主として静止しかつ航空機が通常は立方体構造を介し て飛行していることは明白になり、上記立方体構造は眼点の浸入を保持するため に必要とされるように１００フィートだけジャンプする。理論的には、地球の相 対的な動きだけが風の成分によって生成され、上記風の成分はより速い大気の速 度では取るに足らない。 従って、非常に実際的な表示によって、眼点がシミュレーションされる雪を介 して移動しているような印象を与えることと、風の状況が生成される画像に影響 を与えることが可能になることと、変換と回転の両方に対して適切な立方体を保 持することとを達成する。 要約すると、本発明は以下の特徴を提供する。 １．シミュレーションされる乗物は上記モデルを介して移動することが明白であ り、粒子の継目のない可視的な流れが認識される。 ２．正確な変換の軸はすべての乗物の動きに対して得られる。 ３．正確な回転の軸はすべての乗物の動きに対して得られる。 ４．正確な軸は安定した風及び突風の両方の現象効果に対して得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 オリーブ，グラハム・ジョン イギリス、アールエイチ15・０ピーエル、 ウエスト・サセックス、バージェス・ヒ ル、ザ・ライディングズ 53番 (72)発明者 バーリッジ，ポール・ヘンリー イギリス、ビーエヌ３・６イーエル、イー スト・サセックス、ホーブ、チャンクトン ベリー・ロード ７番 【要約の続き】 モデルにおいて上記移動している粒子を表す物体は上記 立方体の各々を占有する。上記立方体の可視性は、上記 モデルの境界を隠すように、上記視点からの距離を有し てフェードアウトされる。上記視点の動きに関連して予 め決められた方向において上記視点を通して記述される １本のライン上の仮想上のポイントが常に、上記モデル の予め決められた中央の領域内にあるように、上記モデ ルは上記視点に対して位置決めされる。上記仮想上のポ イントと上記視点との間の距離は、上記視点の動きの速 度の関数である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．三次元の世界空間の予め決められた視点からの外観を表すコンピュータによ って生成された画像において粒子の動きをシミュレーションする方法であって、 上記三次元の世界空間を介して上記粒子は移動し、ここで、予め決められた寸法 の隣接するモデルの複数部分の規則的な配列から形成された三次元のモデルは、 画成され、１つの物体は各モデルの一部分の寸法に対応する上記物体の寸法で画 成され、上記物体は、上記物体が、それが占有する塊り部分を通る粒子の動きを 表すような特徴を有し、上記三次元モデルは、上記視点が上記モデルの領域内に 位置されるように、世界空間に仮想的に位置決めされて、上記モデルの領域は、 上記視点からの粒子の視野が常に上記モデル内にあるように選択され、上記世界 空間のモデルの位置は複数のステップで移動され、各ステップの大きさは複数部 分の寸法に対応し、上記モデルは、上記選択された領域内で上記視点を保持する ように、世界空間において上記視点の動きに応答して移動し、上記モデルを含む 世界空間の１つの画像は、上記物体が上記モデルの各部分を占有する上記移動し ている粒子を表すように生成される方法。 ２．上記視点に関連して予め決められた位置における仮想上のポイントが常に上 記モデルの予め決められた領域内にあるように、上記モデルは上記視点に関連し て位置決めされる先行する請求項のうちの１つに記載の方法。 ３．上記モデルは規則的な形状であり、上記モデルの上記予め決められた領域は 上記モデルに対して中心に位置される請求項２記載の方法。 ４．上記仮想上のポイントは１つのライン上に位置され、上記１つのラインは、 上記視点に関連して予め決められた方向で上記視点から延在し、上記仮想上のポ イントと上記視点との間の距離は上記視点の速度の関数である請求項２又は３記 載の方法。 ５．上記モデルは一連の複数の立方体として画成され、上記立方体の各々におい て、各立方体が一様に互いに類似であるような粒子の分布が存在する先行する請 求項のうちの１つに記載の方法。 ６．各立方体は一連のサブ立方体から形成され、上記サブ立方体の各々は上記サ ブ立方体内に粒子の異なる分布を有する請求項５記載の方法。 ７．隣接する立方体の粒子は重複する請求項５又は６記載の方法。 ８．上記個々の立方体の可視性は、上記立方体構造の境界が隠されるように、上 記視点からの範囲を有してフェードアウトされる請求項５、６又は７記載の方法 。 ９．上記粒子はそれぞれ光点によって表される先行する請求項のうちの１つに記 載の方法。 １０．上記粒子はラスター光点によって表される請求項９記載の方法。 １１．上記粒子はカリグラフィック光点によって表される請求項９記載の方法。 １２．上記粒子は、予め決められた方法で共に移動する光点のストリングによっ て表される請求項１０又は１１記載の方法。 １３．上記粒子はそれぞれのポリゴンによって表される請求項１乃至８のうちの １つに記載の方法。 １４．三次元の世界空間の予め決められた視点からの外観を表すコンピュータに よって生成された画像において粒子の動きをシミュレーションする装置であって 、上記三次元の世界空間を介して上記粒子は移動し、上記装置は、 予め決められた寸法の隣接するモデルの複数部分の規則的な配列から形成され る三次元のモデルを画成する手段と、 物体を画成する手段とを備え、上記物体の寸法は各モデルの部分の寸法に対応 し、上記物体は上記物体が粒子の動きを表すような特徴を有し、上記粒子の動き は上記物体が表す塊り部分を通る動きであり、 上記視点が上記モデルの領域内に位置されるように世界空間における三次元の モデルを仮想的に位置決めする手段を備え、上記モデルは、上記視点からの粒子 の視野が常に上記モデル内にあるように選択され、 複数のステップで上記世界空間のモデルの位置を移動する手段を備え、上記ス テップの各々の大きさは上記複数部分の寸法に対応し、上記移動する手段は、上 記選択された領域内で上記視点を保持するように、世界空間における上記視点の 動きに応答し、 上記物体が上記モデルの各部分を占有する上記移動している粒子を表すように 、 上記モデルを含む世界空間の画像を生成する手段を備えた装置。 １５．添付の図面を参照して実質的にここに上述された、コンピュータによって 生成された画像において粒子の動きをシミュレーションする方法。