JPH1196394A - 画像生成装置および画像生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表現精度を劣化させないで短時間にポリゴン
を削減し画像を生成する装置を提供する。 【解決手段】 画像生成装置２０は、ポリゴンの頂点座
標情報とポリゴンメッシュ情報を記憶するポリゴンメッ
シュメモリ２４、ポリゴンを統合する統合頂点が統合基
準を満たすか否かを判定する統合判定装置３０、統合頂
点が統合基準を満たす場合はメモリ装置２２の内容を統
合頂点座標情報に書換えるポリゴン削減装置３２を設け
て、画像を表示装置３６に表示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータグ
ラフィックスなどにおいて用いられる、対象物体の立体
モデルを表すポリゴンを削除して画像を生成する装置並
びに三次元画像生成方法に関する。特に、三次元スキャ
ナなどにより対象となる物体の輪郭点の三次元座標値を
抽出し、該輪郭点を全て接続することにより求めたポリ
ゴンメッシュからなる原型立体モデルを算出し、該初期
立体モデルのポリゴン数を削減して得られた簡略化立体
モデルをディスプレイに表示する装置並びに方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＡＤシステムなどにおいて設計
されるモデルは、モデルを元に製品が作られる性質上細
部に亘ってモデリングされる必要がある。一方、ＣＧな
どで要求されるモデルは、高速描写可能なモデルである
ことが望ましく、細部に亘るモデリングは一般に最終的
なＣＧ画像に描画されない冗長なポリゴンを含んでいる
ため、ＣＧでの描画に適しているとはいえない。そのた
め、ＣＡＤシステムでは描画されない冗長なポリゴンを
除去して、１フレームあたりの描画時間を短縮すること
が有効である。そこで、ＣＧモデルの高速描画を行うた
めに冗長なポリゴンを除去し、複数のポリゴンを統合す
る装置が提案されていた。

【０００３】例えば、"COMPUER GRAPHICS Proceedings,
Annual Conference Series, 1993"でHuges Hppe et.a
l.が発表した"Mesh Optimization"に示された従来のポ
リゴンメッシュ最適化手法について説明する。

【０００４】図１３は、ワイングラスの立体モデル６を
下から見た斜視図である。図において立体モデル６は、
ワイングラスを三次元レーザスキャナにより抽出したモ
デル表面のドットパターンを相互に結びつけることによ
り、ポリゴン７、８などからなる線図の三次元画像をデ
ィスプレイ９上に表示したものである。この多数のポリ
ゴンを該ポリゴンメッシュ最適化手法で統合した三次元
画像の斜視図を図１４に示す。

【０００５】図１５は、該ポリゴンメッシュ最適化手法
の工程図である。図において、対象物体を表す立体モデ
ル１は、図１３の立体モデル６のポリゴンメッシュの一
部である。該手法では、立体モデル１に対して、（ｉ，
ｊ）の辺を消去する辺消去２、（ｉ，ｊ）の辺を再分割
する辺分割３、（ｉ，ｊ）の辺の位置を入れ替える辺交
換４、のいずれかの処理を適用することによりポリゴン
を変形する。ここで、辺消去２の統合頂点ｈは、立体モ
デル１の（ｉ，ｊ）辺５の中点である。この中点は頂点
ｉと頂点ｊを統合する統合頂点として利用され、合計１
０個のポリゴンから２個のポリゴンを削除していた。

【０００６】上記ポリゴンメッシュ最適化工程において
は、立体モデル１表面の全てのドットについて、ドット
からポリゴン面への最小距離を求め、それらを総和した
量、及び、ポリゴンの頂点の総数、及び、ポリゴンメッ
シュの滑らかさを表す量によって、ポリゴンメッシュの
最適化の程度を表すエネルギーの値を定義し、辺消去２
により頂点ｉ，ｊを頂点ｈに統合することにより、該エ
ネルギーの値が減少するか否かを調べ、減少する場合に
は、統合頂点ｈを有効なものとしていた。

【０００７】また、該辺消去２により、該エネルギーの
値が減少しない場合には、辺分割３によって、該エネル
ギーの値が減少するか否かを調べ、減少する場合には、
該辺分割３を有効なものとしていた。

【０００８】さらに、該辺分割３により、該エネルギー
の値が減少しない場合には、辺交換４によって、該エネ
ルギーの値が減少するか否かを調べ、減少する場合に
は、該辺分割３を有効なものとしていた。

【０００９】更に、該辺分割３により、該エネルギーの
値が減少しない場合には、変形を棄却していた。

【００１０】該ポリゴンメッシュ最適化工程において
は、図１３の立体モデル６の全体に渡って、前記ポリゴ
ンメッシュ変形処理を実行し、該エネルギーが減少しな
くなった時点で、変形処理を終了する。

【００１１】例えば、対象物体の三次元原画像の１６８
６４ドットを４０５９頂点で結びつける８０７３平面の
三角形ポリゴンメッシュを初期値として、エネルギー最
小化に基づき隣接ポリゴンを統合し、２６２頂点と５１
５平面の三角形ポリゴンメッシュで簡略化した場合、DE
C uniprocessor Alpha workstation を用いた実験で
は、４４．５分の処理時間を要していた。また、ポリゴ
ンメッシュの最適化の程度を表すエネルギーのパラメー
タの設定によりポリゴンメッシュの削減率を決定してい
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の三
次元画像の生成手法では、立体モデルの表面の全てのド
ットに対するドットの座標とポリゴン面との距離の総
和、及び、ポリゴンの頂点の総数、及び、ポリゴンメッ
シュの滑らかさを表す量によって、定義されるエネルギ
ーの値を算出しながら、辺消去、辺分割、辺交換の３つ
のポリゴンメッシュ変形処理のうち最適なものを決定
し、不要なポリゴンを削減するものとなっているため、
変形処理の試行回数が増加し、その結果、ドットの座標
とポリゴン面との距離の総和、及び、ポリゴン頂点の総
数、及び、ポリゴンメッシュの滑らかさを表す量によっ
て定義されるエネルギー値の演算回数が増大して、バッ
チ処理並びにリアルタイムの三次元画像の生成に膨大な
時間を費やすという欠点があった。一方、隣接するポリ
ゴンの両法線ベクトルすなわちポリゴン面に垂直な両ベ
クトルの角度差を算出して、この両法線ベクトルの角度
差が所定の閾値以下である場合には、両ポリゴンを統合
する従来の手法では、統合するポリゴン面座標と三次元
スキャナや立体の６面図などにより抽出したモデル表面
の座標とを直接対比していないために、三次元モデルの
各部に必要な表現精度を維持することができないという
問題があった。

【００１３】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、第１の目的は、三次元画像の作
成を容易に行うことが可能な画像生成装置を提供するこ
とにある。また、この発明の第２の目的は、ポリゴン数
を削除可能な画像生成装置および画像作成方法並びに画
像作成プログラム記憶媒体を提供することにある。さら
に、この発明の第３の目的は、ポリゴン数の削除をより
高速に処理する画像生成装置を提供することにある。さ
らにまた、この発明の第４の目的は、立体モデルの曲率
に応じた表現精度でポリゴン数を削除する画像生成装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像生成
装置においては、対象物体に係る輪郭座標情報を収容す
るメモリと、前記対象物体をポリゴンで構成する立体モ
デルのポリゴンをその数が低減するように統合するポリ
ゴン統合装置と、前記対象物体をポリゴンで構成する立
体モデルのポリゴンをその数が低減するように統合した
場合に作成されるポリゴン面が前記輪郭座標近傍内に位
置するか否かを判定する統合判定装置を含むものであ
る。

【００１５】また、対象物体に係る輪郭座標情報と、該
対象物体をポリゴンにより構成する立体モデルの該ポリ
ゴンの頂点座標情報とを記憶するメモリ装置と、前記対
象物体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴンをそ
の数が低減するように統合するポリゴン統合装置と、対
象物体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴンをそ
の数が低減するように統合した場合に作成されるポリゴ
ンの代表点座標情報と前記輪郭座標情報とから該ポリゴ
ンの統合が統合基準を満たすか否かを判定する統合判定
装置を含むものである。

【００１６】さらに、対象物体の原型立体モデルに対応
する輪郭座標情報を記憶する第１のメモリ領域と、立体
モデルを構成するポリゴンの頂点座標情報を記憶する第
２のメモリ領域と、立体モデルのポリゴンをその数が低
減するように統合した場合に作成されるポリゴンの代表
点座標の位置に対応する前記輪郭座標情報を前記第１の
メモリ領域から読出して、代表点座標が輪郭座標情報を
基準として統合基準を満たすか否かを判定する統合判定
装置と、統合頂点が統合基準を満たす場合は、統合頂点
からなるポリゴンを採用するポリゴン統合装置とを含む
ものである。

【００１７】さらにまた、対象物体の原型立体モデルを
所定の倍率に（拡大または縮小）することにより得られ
る輪郭座標情報を記憶する第１のメモリ領域と、輪郭座
標情報に対応するポリゴンの頂点座標情報を記憶する第
２のメモリ領域と、立体モデルのポリゴンをその数が低
減するように統合した場合に作成されるポリゴンの代表
点座標の位置に対応する前記輪郭座標情報を前記第１の
メモリ領域から読出して、統合基準を満たすか否かを判
定する統合判定装置と、統合頂点が統合基準を満たす場
合は、前記統合したポリゴンを採用するポリゴン統合装
置とを含むものである。

【００１８】また、統合判定装置は、ポリゴンの頂点お
よび統合頂点座標情報から算出したポリゴン平面に対応
する前記輪郭座標情報が統合基準を満たすか否かを判定
するものである。

【００１９】さらに、統合判定装置は、立体モデルの表
面を、各部の輝度または色を形成する画素値に基づいて
複数の領域に分割し、該領域分割をもとに、相互に異な
る表面領域を覆う多角形ポリゴンの形成を禁止する追加
の統合基準に基づいて、統合基準を満たすか否かを判定
するものである。

【００２０】また、統合判定装置は、立体モデルの表面
形状の対象性を照合する追加の統合基準に基づいて、統
合基準を満たすか否かを判定するものである。

【００２１】さらに、ポリゴン統合装置は、多角形ポリ
ゴンの２頂点または３頂点を統合する、若しくは、多角
形ポリゴンの再配置によって統合するものである。

【００２２】また、倍率を対象物体の原型立体モデルの
各部の曲率に応じて変更するものである。

【００２３】さらに、この発明に係る画像生成方法にお
いては、立体モデルを構成する複数のポリゴンの頂点座
標情報と対象物体の原型立体モデルの輪郭座標情報を記
憶し、前記立体モデルのポリゴンをその数が低減するよ
うに統合した場合に作成されるポリゴンの代表点座標の
位置に対応する輪郭座標情報を読出して、代表点座標が
輪郭座標情報を基準として統合基準を満たすか否かを判
定し、統合基準を満たすときは前記統合したポリゴンを
採用するようにしたものである。

【００２４】また、ポリゴン統合装置は、多角形ポリゴ
ンの２頂点または３頂点を統合する、若しくは、多角形
ポリゴンの再配置によって統合するようにしたものであ
る。

【００２５】さらに、対象物体をポリゴンで構成する立
体モデルのポリゴンの頂点座標情報と対象物体の原型立
体モデルの輪郭座標情報をメモリに記憶するステップ
と、立体モデルのポリゴンをその数が低減するように統
合した場合に作成されるポリゴンの代表点座標の位置に
対応する輪郭座標情報を該メモリから読出して代表点座
標が輪郭座標情報を基準として統合基準を満たすか否か
を判定するステップと、該代表点が統合基準を満たす場
合は前記統合したポリゴンを採用するステップと、該統
合したポリゴンにより立体モデルを作成するステップと
を含む画像生成プログラムを記憶媒体に記憶したもので
ある。

【００２６】また、画像生成装置において、前記対象物
体に係る輪郭座標情報は、原型立体モデルの輪郭座標情
報、または前記対象物体をポリゴンにより構成する立体
モデルの輪郭座標情報である。

【００２７】さらに、本発明において、輪郭座標情報は
ボクセル空間内の対応するボクセルに記憶し、前記統合
基準は前記代表点に対応するボクセルの情報により判定
するものである。

【００２８】また、本発明において、代表点は、前記統
合した場合に作成されるポリゴン面内の点である。

【００２９】さらに、本発明において、代表点は、前記
統合した場合に作成されるポリゴンの頂点または重心点
である。

【００３０】

【発明の実施の形態】この発明の画像生成装置について
図面を参照して説明する。特に制限はないが、この発明
は対象物体の立体モデルを生成する三次元モデリングシ
ステム用に構成されている。

【００３１】図１はこの発明の実施の形態１である画像
生成装置２０のブロック図である。図において、画像生
成装置２０は、多数のポリゴンにより構成される対象物
体の原型立体モデルを、原型立体モデルの輪郭面近傍
に、ポリゴン面を保持するという制約条件の基に、ポリ
ゴンを削減し、原型立体モデルを近似する小数のポリゴ
ンで構成される簡略化立体モデルを得ることができる。

【００３２】図において、画像生成装置２０は、原型立
体モデルの輪郭面上のドットの座標に対応する輪郭座標
情報を記憶する輪郭情報メモリ装置２２を有する。

【００３３】ここで輪郭面上のドットとは、所定の単位
間隔でサンプルした、輪郭面上の点の集合のことであ
る。

【００３４】立体モデルを構成する各ポリゴンの頂点座
標及びそれらの接続関係を表すポリゴンメッシュ情報を
記憶するポリゴンメッシュメモリ装置２４を有する。

【００３５】ポリゴンメッシュより、所定の方法で隣接
する２つの頂点を選択し、選択された２つの頂点を１つ
の頂点に統合する頂点統合試行装置２６を有する。

【００３６】頂点の統合により変形する変形ポリゴンを
抽出し、該変形ポリゴンの各ポリゴン面上のサンプル点
を代表点として算出する、代表点算出装置２８を有す
る。

【００３７】代表点情報、輪郭座標情報を用いて、頂点
の統合によるポリゴン削減処理が妥当か否かを判定する
統合判定装置３０を有する。

【００３８】頂点統合基準を満たす場合には、ポリゴン
メッシュより、前記、選択された２頂点と他の１頂点か
らなるポリゴンを全て消去し、さらに、選択された２頂
点を、前記統合頂点に置き換えるポリゴン削減装置３２
を含む。

【００３９】まず、三次元スキャナ装置３４により、対
象物体の輪郭表面の各ドットの座標を取得し、これを輪
郭情報メモリ装置２２に記憶する。さらに、各ドットを
頂点とする三角形ポリゴンメッシュからなる初期ポリゴ
ンメッシュを生成し、これを、ポリゴンメッシュメモリ
２４に記憶する。なお、本実施の形態の対象物体には、
実物体やコンピュータ上の仮想物体を含むものである。

【００４０】前記輪郭座標情報は、三次元空間を表す配
列であるボクセルメモリや、輪郭点の座標値のリストメ
モリとして記憶することができるが、ここでは、ボクセ
ルメモリで記憶するものとする。

【００４１】ボクセルメモリは、例えば、立体モデルの
幅×高さ×奥行きのサイズの三次元配列メモリである。
該配列メモリ全体をボクセルメモリ、またはボクセル空
間、配列の各要素をボクセル、配列の各要素の値をボク
セル値と呼ぶ。横方向にｘ、奥行き方向にｙ、高さ方向
にｚの位置のボクセルをボクセル（ｘ，ｙ，ｚ）とする
と、ボクセル（ｘ，ｙ，ｚ）と三次元空間中の点（ｘ，
ｙ，ｚ）は１対１に対応する。

【００４２】輪郭座標情報は、原型立体モデルの輪郭面
上のドットの集合を（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），ｉ＝１，・
・，ｎとするとき、ボクセル（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），ｉ
＝１，・・・，ｎの値を「１」とし、それ以外のボクセ
ルの値を「０」にすることによって記憶する。ここでボ
クセル値「１」のボクセルを輪郭ボクセルと定義する。

【００４３】この構成により、初期値のポリゴンメッシ
ュを簡略化する際に、原型立体モデルの輪郭面上の各ド
ットとポリゴン面との距離の計算を省略することができ
る。

【００４４】頂点統合試行装置２６は、ポリゴンメッシ
ュを構成するポリゴンから、所定の順序で、隣接する２
つの頂点を選択し、選択した２つの頂点を統合した１つ
の頂点、例えば、２つの頂点の平均点（中点）に統合す
る。

【００４５】さらに、代表点算出装置２８は、頂点の統
合によって変形する各ポリゴン面上の代表点の座標を算
出する。例えば、統合頂点座標、および各変形ポリゴン
の３頂点の重心座標、を算出する。

【００４６】頂点の統合判定装置３０は、前記代表点の
各座標に対応するボクセル値を輪郭情報メモリ装置２２
から読み出し、読み出した各ボクセル値が「１」もしく
は「０」かを判定する。各ボクセル値の全てについて判
定結果が「１」の時は、代表点のすべてが、いずれかの
輪郭点に一致することになり、統合基準を満たすことに
なる。一方、各ボクセル値のうち、少なくとも１つの判
定結果が「０」の場合は、統合基準を満たさないことと
なる。

【００４７】頂点統合基準を満たすと判定された場合に
は、ポリゴン削減装置３２により、統合前のポリゴンメ
ッシュより、選択された２頂点と他の１つの頂点により
構成される全てのポリゴンを削除し、さらに、選択され
た２頂点を統合頂点に書き替えることで、ポリゴンメッ
シュを簡略化することができる。

【００４８】一方、統合基準を満たさない場合は算出し
た統合頂点を破棄する。

【００４９】この結果、原型立体モデルの表現精度が劣
化することを防止することができる。

【００５０】ここで、原型立体モデルは、初期立体モデ
ルまたは前記対象物体をポリゴンにより構成する立体モ
デルの前段の立体モデルでもよい。

【００５１】このようなポリゴンメッシュの簡略化処理
を上記の処理を、ポリゴンメッシュ上の全ての隣接する
２頂点について繰り返し、ポリゴンの数が減少しなくな
った時点でポリゴンの削減処理を終了させることができ
る。

【００５２】この簡略化された、もしくは、簡略途上の
三次元画像を表示装置３６に表示させることができる。

【００５３】図２は上記ボクセル空間５０の斜視図であ
る。図において、ボクセル空間５０は、Ｘ，ＹおよびＺ
座標で指定する立体モデル５２をデジタル情報で収容す
る。本実施の形態では、ボクセル空間を立方形状のメモ
リ空間に構成したが、立方形状の他に立体モデル５２を
収容できる手段であれば円柱形状や円錐形状のボクセル
空間を用いてもよいことは勿論である。

【００５４】図３は立体モデル５２をＡ−Ａ面で切断し
た座標Ｘ−Ｚの断面図である。立体モデル５２の輪郭５
８交差するとボクセル空間５０のボクセル５６にはボク
セル値「１」が記憶され、他の輪郭５８と交差しないボ
クセル５６にはボクセル値「０」が記憶されている。こ
の断面を拡大したものを図４に示す。

【００５５】図４は、立体モデル５２の輪郭５８上に位
置する初期値ポリゴンの頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄ、該頂点か
らなる初期値ポリゴン面、頂点ｂ，ｃを統合した統合頂
点ｅ、頂点統合により変形させた新たなポリゴン面の拡
大図である、ポリゴンの削減は、統合頂点ｅ、および、
頂点統合後のポリゴンの各重心ｆ，ｇの全てが、斜線で
示したボクセル値「１」のボクセル内にあれば統合基準
を満たすものとして、もとのポリゴン面を新しいポリゴ
ン面に変形し、そうでない場合には、統合基準を満たさ
ないものとして、変形を行わないように構成されてい
る。このように構成された三次元画像生成装置は、立体
モデルの輪郭上の各ドットと、変形後の新しいポリゴン
面との距離を演算する必要もないので、極めて高速なポ
リゴン削減処理を実行することができる。例えば、初期
値が６６，９３９個のポリゴン頂点で１３３，８６４個
の三角形ポリゴンを含むポリゴンメッシュを等倍の縮尺
でボクセル空間に記憶してから、１，３３０個のポリゴ
ンに削減した三次元の画像処理をコンピュータでシミュ
レーションした場合、４０秒の処理時間で図５の三次元
の画像を生成することができる。

【００５６】図６は本実施の形態によるポリゴンメッシ
ュを削減する画像生成の行程図である。図左側の立体モ
デル５２は輪郭に沿って生成された複数の頂点６０を有
する三角形のポリゴンメッシュで構成され、図左側に示
すポリゴンメッシュは、ａ頂点６０とｂ頂点６０を結ぶ
三角形の１辺の中点ｃを新たな統合頂点６２として、統
合頂点６２もポリゴン７０から７６の重心６４もそれぞ
れ立体モデル５２の輪郭５８が位置するボクセル値１の
ボクセルに位置する。一方、図７左側の立体モデル５２
は図６と同様に輪郭に沿って生成された複数の頂点６０
を有する三角形ポリゴンメッシュで構成され、図７左側
に示すポリゴンメッシュは、ａ頂点６０とｂ頂点６０を
結ぶ三角形の１辺の中点ｃを新たな統合頂点６２として
ポリゴンを統合しているが、立体モデルの曲率の大きい
部分の太線で示すポリゴン７７は、その重心６４が立体
モデル５２の輪郭５８から外れてボクセル値０のボクセ
ルに位置しているため、統合基準を満たさない。したが
って、ポリゴンの統合頂点６２または重心６４が位置す
るボクセル値を読出すだけで統合基準を満たすか否かを
判断できるため、従来の立体モデルの輪郭面上のドット
と統合した場合のポリゴン面との距離演算結果が閾値を
越えるか否かを判定する必要がなくポリゴン削除処理を
高速に処理することができる。また、曲率が小さな立体
モデルの場合は重心６４の判定を省略しても統合頂点６
２がボクセル値「１」のボクセル空間に位置するか否か
を判定するだけで表現精度の高い三次元画像を生成する
ことができる。

【００５７】上記実施の形態では、原型立体モデルを等
倍の縮尺でボクセル空間に記憶させたが、図８に示すボ
クセル空間のように、原型立体モデル５２を所定の倍率
で拡大または縮小してから、ボクセルに記憶してもよ
い。

【００５８】このとき該倍率をＳとすれば、Ｓ＜１のと
きは、輪郭点（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），ｉ，＝１，・・
・，ｎに対して、ボクセル（ＳｘＸｉ，ＳｘＹｉ，Ｓｘ
Ｚｉ），ｉ＝１，・・・，ｎの値を「１」とし、それ以
外のボクセルの値を「０」にすることによって記憶す
る。

【００５９】Ｓ＞１の場合は、元の単位間隔の１／Ｓ倍
の間隔で輪郭点をサンプルし直したものを改めて（Ｘ
ｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），ｉ＝１，・・・，ｎとした後、ボク
セル（ＳｘＸｉ，ＳｘＹｉ，ＳｘＺｉ），ｉ＝１，・・
・，ｎの値を「１」とし、それ以外のボクセルの値を
「０」にすることによって記憶する。

【００６０】図８はこの発明の実施の形態３である画像
生成装置のボクセル空間の断面図である。図において、
画像生成装置は、三次元スキャナなどにより抽出した原
型立体モデルを等倍または所定の倍率で拡大または縮小
して求められた輪郭座標情報を記憶する第１のメモリ領
域８２内のボクセル空間９１を含み、ポリゴンの頂点座
標情報を第２のメモリ領域８４から読みだして、このポ
リゴンの少なくとも１つの頂点を変位させた統合頂点座
標の位置に対応する輪郭座標情報を第１のメモリ領域８
２のボクセル９１から読出して、統合基準を満たすか否
かを統合判定装置３０で判定させ、統合頂点が統合基準
を満たす場合は、ポリゴン削減装置３２で、統合頂点か
らなるポリゴンを採用し、ポリゴン数を削減することが
できる。前記統合判定装置においては、前記倍率をＳ、
代表点の集合を（Ｕｉ，Ｖｉ，Ｗｉ），ｉ＝１，・・
・，ｍとするとき、ボクセル（ＳｘＵｉ，ＳｘＶｉ，Ｓ
ｘＷｉ），ｉ＝１，・・・，ｍの値がすべて「１」のと
き、統合基準を満たすものとする。例えば、幅１００ド
ット×高さ１００ドット×奥行き１００ドットの立体モ
デルを２分の１に縮小した場合、輪郭座標を表すボクセ
ル空間は幅５０ボクセル×高さ５０ボクセル×奥行き５
０ボクセルとなる。このように縮小ボクセル空間を用い
た場合、頂点統合基準が緩和される結果、立体モデルを
より少ない数のポリゴンに簡略化することができる。

【００６１】一方、拡大ボクセル空間を用いた場合に
は、より近似精度の高い簡略化ポリゴンを求めることが
できる。

【００６２】ここで、縮小率を変えることにより、簡略
化されたポリゴンの数を変えることができる。図９は初
期値の三次元配列を２分の１の倍率で縮尺したポリゴン
メッシュの斜視図である。このポリゴンメッシュの初期
値は１０６，８２６個のポリゴン頂点を２１３，６４８
個の三角形ポリゴンで構成したポリゴンメッシュであ
り、このポリゴンメッシュを１／２の縮尺でボクセル空
間に記憶してから、１，６８０個のポリゴンに削減する
画像処理をコンピュータでシミュレーションした結果、
５０秒の処理時間で画像を生成することができる。本実
施の形態によって、立体モデルの各部の曲率が小さいも
のであれば、表現精度を劣化させることなく、立体モデ
ルをより少ない数のポリゴンで近似する簡略化されたポ
リゴンメッシュを得ることができる。

【００６３】上記実施の形態では、立体モデルの縮尺倍
率を一律に定めたが、この発明の実施の形態４である画
像生成装置では、精細な立体モデルの三次元画像を生成
する場合、例えば、図９に示す人形の鼻の形状部分を倍
率１の尺度で処理し、比較的平らな面の耳の内側や底面
を倍率１／２若しくは１／３の尺度で処理することによ
り高速で且つ表現精度の高い画像を生成することができ
る。

【００６４】さらに、前記倍率は、ｘ軸方向、ｙ軸方
向、ｚ軸方向に、それぞれ異なる値を用いてもよい。

【００６５】また、この発明の実施の形態５である画像
生成装置では、図７右側の簡略化したポリゴンメッシュ
の太線のポリゴン７７の統合頂点６２と重心６４が立体
モデル５２の輪郭ボクセルに存在するか否かを判定し
て、画像生成を行ってもよいことは勿論である。

【００６６】さらに、この発明の実施の形態６である画
像生成装置では、図２に示すボクセル空間５０にデジタ
ル情報で収容した立体モデル５２と、この立体モデル５
２に近似するポリゴンメッシュのポリゴン面１００が、
輪郭ボクセル内に存在するか否かを判定することができ
る。図１０は画像生成装置のブロック図である。図示す
るワークステーション８６は、ボクセル空間５０と接続
させ、このボクセル空間５０内に収容された立体モデル
５２の輪郭座標情報を記憶させることができ、ポリゴン
メッシュを構成する多角形ポリゴン面１００が立体モデ
ル５２の輪郭ボクセルに位置するか否かを判定しなが
ら、画像を生成することができる。

【００６７】図１１のフローチャートはこの発明の実施
の形態７である画像生成の工程を示すものである。

【００６８】図において、画像生成は、まず、初期ポリ
ゴンメッシュ算出処理１０１では、入力された立体モデ
ルの輪郭面上の各ドットを全て結ぶことによって、三角
形ポリゴンメッシュの初期値を生成する。次に、輪郭座
標設定処理１０２では、原型立体モデルと簡略化立体モ
デルとの近似誤差パラメータにもとづいて倍率を定め、
該倍率に基づいて原型立体モデルを拡大または縮小し、
該拡大または縮小された原型立体モデルの輪郭を、例え
ば、輪郭面上の各ドットの座標に対応するボクセルのボ
クセル値を「１」、それ以外のボクセルのボクセル値を
「０」とすることによって、ボクセルメモリに記憶す
る。

【００６９】頂点選択処理１０３では、ポリゴンメッシ
ュの各頂点より、所定の方法で、同一ポリゴン内の隣接
する２つの頂点を選び、頂点統合試行処理１０４におい
て、該２頂点を統合する１つの頂点、例えば、２頂点の
中心点に統合する。

【００７０】さらに、代表点算出処理１０５では、統合
前のポリゴンのうち、頂点統合により変形する変形ポリ
ゴンを抽出し、該変形ポリゴン面上のサンプル点を代表
点として算出する。例えば、統合頂点座標、および各変
形ポリゴンの重心点座標を算出する。

【００７１】頂点統合判定処理１０６では、前記代表点
のそれぞれについて、それぞれの座標に対応するボクセ
ル値を、輪郭座標情報を記憶したボクセルメモリより読
み出し、ボクセル値が「１」か否かを調べ、前記、代表
点の全てに対するボクセル値が「１」の場合には頂点統
合基準を満たすものとし、少なくとも１つのボクセル値
が「０」の場合には統合基準を満たさないものとする。

【００７２】頂点統合基準を満たす場合には、ポリゴン
削減処理１０７において、ポリゴンメッシュより、前記
選択された２頂点と他の１頂点からなるポリゴンを全て
消去し、さらに、選択された２頂点を、前記統合頂点に
置き換え、ポリゴンメッシュを書き換える。

【００７３】一方、頂点統合基準を満たさない場合に
は、統合頂点を破棄し、ポリゴンメッシュ情報を書き替
えない。

【００７４】終了判定処理１０８では、ある段階のポリ
ゴンメッシュに対して、該ポリゴンメッシュ上の隣接す
る２頂点の全ての組合せについて、頂点統合基準が満た
されない場合には、それ以上、ポリゴンを削減できない
ものと判断し、処理を終了する。あるいは、ポリゴン数
があるしきい値以下になった時点で、処理を終了しても
よい。さらに、この発明の実施の形態８である上記画像
生成方法を実行するプログラムを磁気ディスク装置、光
ディスク装置、フロッピィディスクなどのデジタル情報
が記憶できる媒体に記憶し、ＣＡＤシステムやゲーム装
置用カセットに供給することができる。つまり、複数の
ポリゴンの頂点６０のボクセル情報と立体モデルの輪郭
ボクセル情報をメモリ装置２２に記憶するステップと、
該ポリゴンを統合する統合頂点ボクセル情報６２に対応
する輪郭５８のボクセル情報をメモリ装置２２から読出
してボクセル値「１」または「０」の統合基準を満たす
か否かを判定するステップと、統合頂点６２が統合基準
を満たす場合はメモリ装置２２の内容を統合頂点６２の
ボクセル情報に書換えるステップと、書換えられたボク
セル情報「１」に基づきポリゴンからなる線図をディス
プレイ４２に表示させるステップとを含む画像生成プロ
グラムを記憶させることができる。

【００７５】図１２はこの発明の他の実施の形態である
６角形のポリゴンで構成するポリゴンメッシュの斜視図
である。ポリゴンメッシュの複数の統合頂点６２とポリ
ゴン面１００を立体モデル５２の輪郭５８に対応させ
て、統合基準を満たすか否かを判断して生成されたもの
である。したがって、この発明のポリゴンは、上述した
三角形ポリゴンの他に三次元の画像を表現できるポリゴ
ンメッシュを構成できる手段であれば、４角形、６角
形、８角形などの多角形で構成できることは勿論であ
る。

【００７６】上記実施の形態では、隣接する２つのポリ
ゴン頂点をポリゴンメッシュメモリ２４から読み出して
１つの統合頂点を形成したが、多角形ポリゴンメッシュ
を簡略化できる手段であれば統合する２つの頂点の他
に、３つの頂点でも４つの頂点でも頂点の平均点に統合
頂点を形成でき、また、図１５の辺分割３や同図の辺変
換４のように多角形ポリゴンを再配置することもでき
る。この様な構成によっても上記と同様の効果を奏す
る。さらに、立体モデルの表面各部の輝度または色を形
成する画素値に対応する領域、例えば、対象物体のモデ
ルが人形の場合に黒色の目や肌色の頬にそれぞれ対応す
る輝度またはパレット色に分割された相互に異なる表面
領域が統合されないように、目と頬の部分を覆うような
多角形ポリゴンの形成を禁止する追加の統合基準を定め
ることができる。したがって、統合判定装置はこの追加
の統合基準に基づいて、統合基準を満たすか否かを判定
することができる。この様な構成によりポリゴンに動き
を与える動画処理を自然な表現で実行させることができ
る。

【００７７】また、上記実施の形態では、ポリゴンメッ
シュの全体に対して統合頂点を定めて不要なポリゴンを
削除したが、ポリゴンが削除できる手段であればポリゴ
ンメッシュの簡略化は、立体モデル形状の対称性を考慮
してポリゴンを統合することができる。すなわち、対象
物体が人形のような左右対称の立体モデルの場合は、顔
面の左右を対称にするために、例えば、右側面の顔と左
側面の顔を同等のポリゴンメッシュで構成することがで
きる。この対象性を利用して右側のポリゴンメッシュを
簡略化してから、左側に写像する座標計算を施して左側
のポリゴンメッシュに転写することができる。この様な
構成により、顔面部分の簡略化処理を約半分の処理時間
で完了させることができる。

【００７８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下の効果を奏する。

【００７９】立体モデルの輪郭ボクセルとポリゴンの代
表点座標を比較して統合基準を満たすか否かを判定する
ので、演算変数が激減し画像の表現精度を劣化させずに
画像生成を高速処理することができる。

【００８０】立体モデルの輪郭もポリゴンの頂点もボク
セル情報に変換して記憶し、両者が一致するか否かを判
定するので、頂点、輪郭の座標演算やベクトルの生成も
不要となるので、画像生成の処理が短時間で完了させる
ことができる。

【００８１】立体モデルを所定の倍率で圧縮記憶したの
で、ボクセル数を低減することができ、これにより演算
変数が激減するので画像生成の処理が短時間で完了させ
ることができる。

【００８２】立体モデルの各部の曲率に応じて倍率を変
化させるため、画像生成が短時間で且つ表現精度の高い
画像を生成することができる。

【００８３】ポリゴン面の所定の点が立体モデルの輪郭
ボクセルに位置するか否かを判定するので、より表現精
度の高いポリゴンメッシュを変形処理することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態を示す画像生成装置の
ブロック図である。

【図２】 この発明のボクセル空間の斜視図である。

【図３】 この発明のボクセル空間の断面図である。

【図４】 この発明の断面ボクセル空間の拡大図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態の画像生成装置で生成
した画像の斜視図である。

【図６】 この発明の実施の形態を示す画像生成の工程
図である。

【図７】 この発明の実施の形態を示す画像生成の工程
図である。

【図８】 この発明の実施の形態を示す画像生成の工程
図である。

【図９】 この発明の実施の形態の画像生成装置で生成
した画像の斜視図である。

【図１０】 この発明の実施の形態を示す画像生成装置
のブロック図である。

【図１１】 この発明の実施の形態を示す画像生成方法
のフローチャート図である。

【図１２】 この発明の他の実施の形態の画像生成装置
で生成した画像の斜視図である。

【図１３】 従来の初期値のポリゴンメッシュの斜視図
である。

【図１４】 従来の簡略化ポリゴンメッシュの斜視図で
ある。

【図１５】 従来のポリゴンメッシュの変形方法を示す
工程図である。従来の初期値のポリゴンメッシュの斜視
図である。

【符号の説明】

２０ 画像生成装置、２２ 輪郭情報メモリ装置、２４
ポリゴンメッシュメモリ、２６ 頂点統合試行装置、
２８ 代表点算出装置、３０ 統合判定装置、３２ ポ
リゴン削減装置、３４ 三次元スキャナ装置、３６ 表
示装置、５０ボクセル空間、５２ 立体モデル、５６
ボクセル、５８ 輪郭、６０ 頂点、６２ 統合頂点、
６４ 重心、７７ ポリゴン、８２ 第１のメモリ領
域、８４第２のメモリ領域、１００ ポリゴン面。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物体に係る輪郭座標情報を収容する
   メモリと、前記対象物体をポリゴンで構成する立体モデ
   ルのポリゴンをその数が低減するように統合するポリゴ
   ン統合装置と、前記対象物体をポリゴンで構成する立体
   モデルのポリゴンをその数が低減するように統合した場
   合に作成されるポリゴン面が前記輪郭座標近傍内に位置
   するか否かを判定する統合判定装置と、を含む画像生成
   装置。
2. 【請求項２】 対象物体に係る輪郭座標情報と、該対象
   物体をポリゴンにより構成する立体モデルの該ポリゴン
   の頂点座標情報とを記憶するメモリ装置と、前記対象物
   体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴンをその数
   が低減するように統合するポリゴン統合装置と、前記対
   象物体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴンをそ
   の数が低減するように統合した場合に作成されるポリゴ
   ンの代表点座標情報と前記輪郭座標情報とから該ポリゴ
   ンの統合が統合基準を満たすか否かを判定する統合判定
   装置と、を含む画像生成装置。
3. 【請求項３】 対象物体の原型立体モデルを所定の倍率
   に拡大または縮小することにより得られる輪郭座標情報
   及び前記対象物体をポリゴンで構成する立体モデルの頂
   点座標情報とを記憶するメモリ装置と、前記対象物体を
   ポリゴンで構成する立体モデルのポリゴンをその数が低
   減するように統合するポリゴン統合装置と、前記対象物
   体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴンをその数
   が低減するように統合した場合に作成されるポリゴンの
   代表点座標情報を前記立体モデルが前記倍率後の原型立
   体モデルと同スケールになるように変換してなる情報と
   前記輪郭座標情報とから該ポリゴンの統合が統合基準を
   満たすか否かを判定する統合判定装置と、を含む画像生
   成装置。
4. 【請求項４】 前記統合判定装置は、さらに立体モデル
   の表面を各部の輝度または色を形成する画素値に基づい
   て、複数の領域に分割し、該領域分割をもとに相互に異
   なる表面領域を覆うポリゴンの形成を禁止する追加の統
   合基準に基づいて、統合基準を満たすか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１から４に記載の画像生成装
   置。
5. 【請求項５】 前記倍率を対象物体の原型立体モデルの
   各部の曲率に応じ変更することを特徴とする請求項３に
   記載の三次元画像生成装置。
6. 【請求項６】 前記統合判定装置は、さらに立体モデル
   の表面形状の対称性を照合する追加の統合基準に基づい
   て、統合基準を満たすか否かを判定することを特徴とす
   る請求項１から５に記載の画像生成装置。
7. 【請求項７】 前記ポリゴン統合装置は、ポリゴンの２
   頂点または３頂点を統合する、若しくは、ポリゴンの再
   配置によって統合することを特徴とする請求項１から６
   に記載の画像生成装置。
8. 【請求項８】 前記対象物体に係る輪郭座標情報は、原
   型立体モデルの輪郭座標情報、または前記対象物体をポ
   リゴンにより構成する立体モデルの輪郭座標情報である
   ことを特徴とする請求項１から７に記載の画像生成装
   置。
9. 【請求項９】 前記輪郭座標情報はボクセル空間内の対
   応するボクセルに記憶し、前記統合基準は前記代表点に
   対応するボクセルの情報により判定することを特徴とす
   る請求項１から８に記載の画像生成装置。
10. 【請求項１０】 前記代表点は、前記統合した場合に作
    成されるポリゴン面内の点であることを特徴とする請求
    項１から９に記載の画像生成装置。
11. 【請求項１１】 前記代表点は、前記統合した場合に作
    成されるポリゴンの頂点または重心点であることを特徴
    とする請求項１から１０に記載の画像生成装置。
12. 【請求項１２】 対象物体をポリゴンで構成してなる立
    体モデルのポリゴンを統合により削減する画像生成方法
    であって、前記対象物体に係る輪郭座標情報を準備し、
    前記対象物体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴ
    ンをその数が低減するように統合した場合に作成される
    ポリゴン面が、前記対象物体に係る輪郭座標近傍内に位
    置するか否かを判定し、前記ポリゴン面が前記輪郭座標
    近傍内に位置すると判定した場合に、前記統合したポリ
    ゴンを採用する画像生成方法。
13. 【請求項１３】 対象物体をポリゴンで構成してなる立
    体モデルのポリゴンを統合により削減する画像生成方法
    であって、前記対象物体に係る輪郭座標情報を準備し、
    前記対象物体をポリゴンで構成する立体モデルのポリゴ
    ンをその数が低減するように統合した場合に作成される
    ポリゴンの代表点座標情報と前記対象物体に係る輪郭座
    標情報とから該ポリゴンの統合が統合基準を満たすか否
    かを判定し、前記統合基準を満たす場合に前記統合した
    ポリゴンを採用する画像生成方法。
14. 【請求項１４】 対象物体をポリゴンで構成してなる立
    体モデルのポリゴンを統合により削減する画像生成方法
    であって、対象物体の原型立体モデルを所定の倍率に拡
    大または縮小することにより得られる輪郭座標情報を準
    備し、前記対象物体をポリゴンで構成する立体モデルの
    ポリゴンをその数が低減するように統合した場合に作成
    されるポリゴンの代表点座標情報と前記輪郭座標情報と
    から該ポリゴンの統合が統合基準を満たすか否かを判定
    し、前記統合基準を満たす場合に前記統合したポリゴン
    を採用する画像生成方法。
15. 【請求項１５】 前記ポリゴンの統合は、ポリゴンの２
    頂点または３頂点を統合する、若しくは、ポリゴンの再
    配置によって統合することを特徴とする請求項１２から
    １４に記載の画像生成方法。
16. 【請求項１６】 対象物体に係る輪郭座標情報を準備す
    るステップと、前記対象物体をポリゴンで構成する立体
    モデルのポリゴンをその数が低減するように統合した場
    合に作成されるポリゴン面が、前記対象物体に係る輪郭
    座標近傍内に位置するか否かを判定するステップと、前
    記ポリゴン面が前記輪郭座標近傍内に位置すると判定し
    た場合に、前記統合したポリゴンを採用するステップと
    を含む画像生成プログラムを記憶した記憶媒体。
17. 【請求項１７】 対象物体に係る輪郭座標情報を準備す
    るステップと、前記対象物体をポリゴンで構成する立体
    モデルのポリゴンをその数が低減するように統合した場
    合に作成されるポリゴンの代表点座標情報と前記対象物
    体に係る輪郭座標情報とから該ポリゴンの統合が統合基
    準を満たすか否かを判定するステップと、前記統合基準
    を満たす場合に前記統合したポリゴンを採用するステッ
    プとを含む画像生成プログラムを記憶した記憶媒体。
18. 【請求項１８】 対象物体の原型立体モデルを所定の倍
    率に拡大または縮小することにより得られる輪郭座標情
    報を準備するステップと、前記対象物体をポリゴンで構
    成する立体モデルのポリゴンをその数が低減するように
    統合した場合に作成されるポリゴンの代表点座標情報と
    前記輪郭座標情報とから該ポリゴンの統合が統合基準を
    満たすか否かを判定するステップと、前記統合基準を満
    たす場合に前記統合したポリゴンを採用するステップと
    を含む画像生成プログラムを記憶した記憶媒体。