JPS6295666A

JPS6295666A - 画像発生装置

Info

Publication number: JPS6295666A
Application number: JP61250584A
Authority: JP
Inventors: Jiyon Hedorii Debitsudo; デビッド　ジョン　ヘドリー; Uiriamu Richiyaazu Jiyon; ジョン　ウィリアム　リチャーズ
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1986-10-21
Publication date: 1987-05-02
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: EP0221704A2; JP2508513B2; GB8525925D0; GB2181929B; DE3686233T2; EP0221704B1; US4953107A; DE3686233D1; EP0221704A3; GB2181929A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は画像信号処理に関し、特に三次元画像の生成及
び操作方法、及び装置に関する。

このように生成された画像は背景となる映像信号に画像
を付は加えることによってシミュレートされ、出来あが
ったシーンの一部を形成する。この出来あがったシーン
は、例えば、フライトシミュレータのようなシミュレー
タやテレビゲームのディスプレイ、そして更に一般的に
は映画の作成のようにデジタル信号によって場面をシミ
ュレートする時に使われる。

〔発明の概要〕

物体の三次元形状を定義するアドレスデータを記憶する
第１記憶装置と、上記物体の二次元表面の詳細を定義す
るビデオデータを記憶する第２記憶装置と、空間中の上
記物体を移動させ、且つ／または方向を変えるために上
記アドレスデータを操作する第１手段と、上記操作後に
上記物体の二次元画像を定義する変形アドレスデータを
形成するために上記操作されたアドレスデータを透視変
形するための第２手段と、上記変形アドレスデー夕の制
御に基づき、上記物体の二次元画像を定義する出力ビデ
オデータの形で、上記操作及び上記変形の後に、上記表
面の詳細データとともに上記ビデオデータを書き込む第
３記憶装置を含む画像発生装置。

〔従来の技術〕

ディズニーのまんが映画のような手作りのアニメーショ
ンは長い期間に亘ってよく知られているが、これは製作
に時間も費用もかかる。近年、映画の作成において要求
されるアニメーションを達成するのに模型を使い、この
模型を１コマずつ動かす方法が広（行われている。

更に最近では、いわゆるデジタル画像シミュレーション
がビデオや映画の動くシーンの１コマ１コマをコンピュ
ータで作成するために使われている。この技術では作成
できるシーンには制限がないとされ、ＳＦ映画のシーン
を作成するのに応用されている。デジタル画像シミュレ
ーションの特徴は莫大な量のデータを記憶し、処理しな
ければならないことであり、従ってコンピュータも処理
能力のすぐれたものが要求される。例えば、アップソン
は、コンピュータＦＸ’　８４で紹介され、１９８４年
イギリスのピンナーでオンライン出版から出版された「
将来の映画及び商用製作向は大規模デジタル映画シミュ
レータ」の中で２Ｘ１０”個のドツトから成る１コマ当
たり１．２　Ｘ　１０１１回以上の計算処理能力が要求
されることを示唆した。現在入手し得る最高処理能力を
有する汎用コンピュータは、おそらく１秒間に２×１０
８回以上の計算ができるクレイ　ＸＭＰであろう。しか
し、このコンピュータでさえ、１コマを作成するのに何
秒もかかる。より処理速度の遅い、低価格のコンピュー
タでは１コマを作成するのに何時間もかかるのも当然で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

デジタル画像シミュレーションでの中心的な問題は三次
元物体の作成及び処理であり、本発明は特にこの問題に
関するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は画像発生装置を
提供する。該画像発生装置は物体の三次元形状を定義す
るアドレスデータを記憶する第１記憶装置と、上記物体
の二次元表面の詳細を定義するビデオデータを記憶する
第２記憶装置と、空間中の上記物体を移動させ、且つ／
または方向を変えるために上記アドレスデータを操作す
る第１手段と、上記操作後に上記物体の二次元画像を定
義する変形アドレスデータを形成するために上記操作さ
れたアドレスデータを透視変形するための第２手段と、
上記変形アドレスデータの制御に基づき、上記物体の二
次元画像を定義する出力ビデオデータの形で、上記操作
及び上記変形の後に、上記表面の詳細データとともに上
記ビデオデータを書き込む第３記憶装置を含む。

〔作用〕

上記装置により、常に変化するディスプレイに対し、一
連の画像を形成するビデオ出力信号をリアルタイムで生
成でき、また画像はもっと遅く作成することもでき、以
後に表示するためにビデオテープ、ビデオディスク、ま
たはフィルムに記憶させることもできる。

〔実施例〕

本発明に係る画像発生装置の一実施例とその修正例を、
まず比較的簡潔に述べ、次にこの実施例のある部分をよ
り詳しく述べる。

第１図で、画像発生装置は第１及び第２のデータ記憶装
置（１）、　（２１を含む。記憶装置（１）はビデオ画
像を発生するのに必要な、少なくとも１つの、好ましく
は多くの物体の三次元の形状を定義するアドレスデータ
を記憶する。記憶装置（２）は、形状記憶装置Ｔｌ）に
記憶されている物体の二次元の面を詳しく定義するビデ
オデータが記憶されている。記憶装置（１１，（２１は
夫々のマイクロプロセッサ（３）、　（４）を介して、
マツピング記憶装置（５）と、更に表面詳細データ記憶
装置（６）に夫々接続されている。マイクロプロセッサ
（３）の制御によって、選択された単−の物体に関する
アドレスデータが形状記１．α装置（１）から導出され
マツピング記憶装置（５）に記憶される。同様に、マイ
クロプロセッサ（４）の制御により、選択された物体の
表面の詳細に関するビデオデータが表面データ記憶装置
（２）から導出され、表面詳細データ記憶装置（６）に
記憶される。

マツピング記憶装置（５）はポストマツプマトリクス（
７）にアドレスデータを供給し、このデータを操作して
、空間にある物体の方向を動かすまたは／及び変化させ
る。操作されたアドレスデータは透視変形装置（８）に
供給され、物体の画像を二次元で定義する変形アドレス
データに変形され、フィールド記憶装置（９）に供給さ
れ、Ｘ軸及びＹ軸方向への書き込み制御を形成する。こ
の制御により、物体の表面の詳細に関し、且つ表面詳細
データ記憶装置（６）から導出されたビデオデータがフ
ィールド記憶装置（９）に書かれ、ビデオ出力信号を形
成する。

必要とされる位置の一致は物体の表面を詳細に表わす最
初のドツトを物体の形状の正しい最初のドツトと連結さ
せ、記憶装置（１）、　（２１内の残りのアドレス及び
ビデオデータを対応する場所に記憶させることにより達
成される。また、必要とされる時間的一致は、透視変形
装置（８）からの書き込み制御と同期して、表面詳細デ
ータ記憶装置（６）からのデータを送り出す遅延装置（
１０）によって達成され、これらの書き込み制御は、該
書き込み制御に対して行われる処理によって遅延される
。フィールド記憶装置（９）はテレビモニタのような表
示装置（１１）を駆動するビデオ出力データを供給する
。これに代えて、またはこれに付は加えて、ビデオ出力
データはビデオテープやビデオディスクのような永久記
憶装置（１２）に供給され、更に引き続き、映画用フィ
ルムに移送される。以上の過程は次の製作に於いてくり
返される。

記憶装置（１）、　（２１はリードオンリメモリでもよ
いがランダムアクセスメモリのほうが好ましい。直方体
や球のような比較的簡単な形状の場合、形状を定義する
アドレスデータは、必要であれば、コンピュータを使い
数学的演算によって求めることができる。また飛行機、
宇宙船、自動車等、比較的複雑な形状の場合は、模型ま
たは実物、及びデジタイザを用いて、コンピュータによ
る詳細な分析を行うことによって求めることができる。

表面の詳細を定義するビデオデータは色調、光度、彩度
に関して以上のことを行える。

ポストマツプマトリクス（７）はオフセット（あらゆる
方向への移動）、スケーリング（拡大、縮小）ローリン
グ（回転）、ピッチング及びヨーイングの５つ及び、こ
れらを必要に応じて組み合わせた機能を行うことができ
る。

透視変形装置（８）は、前もって選択した視点に関する
透視変形を行い、操作されたアドレスデータを二次元水
平面に関する変形アドレスデータに変形する。また、デ
ータの深度に応じて光度を変え、疑似の陰を付けること
により、透視を強調する等、他の処理を付は加えること
ができる。

例えば、ある物体がころがって行く際の変形では、かく
れて見えないはずの表面を消さなければならない。この
制御には、以下で詳しく述べるＺ記憶装置（１３）が設
けられ、透視°変形装置（８）からのＺ軸方向、即ち深
度アドレスデータを受けとり、フィールド記憶装置（９
）にライトイネーブル信号ＷＥＮを供給するのに使われ
る。

スケーリングを行うには、表面詳細データ記憶装置（６
）からのビデオ信号を更に処理する必要があり、このた
めに、フィールド記憶装置（９）に先立って、フィルタ
（１４）と挿入器’　（１５）が設けられている。フィ
ルタ（１４）と挿入器（１５）は透視変形装置（８）の
出力に応じて制御される。

フィルタ（１４）は、変形が表面詳細データが適用され
ている物体の大きさを縮小する場合に生ずる偽信号を防
止する。従って、特に縮小度合が大きくフィールド記憶
装置（９）に供給される表面詳細データの量を制限せね
ばならない時に用いられる。

実際に制限するデータ量はＸ軸及びＹ軸方向の局部的縮
小要素に応じて制御される。この要素は現在処理されて
いる画像の局部における縮小比を示す。フィルタ（１４
）は、透視変形装置（８）のＸ軸及びＹ軸方向アドレス
出力に応じて、Ｘ軸即ち水平方向とＹ！ｌＩＩ卯ち垂直
方向の局部縮小要素を連続的に出力する手段を含む。

挿入器（１５）は表面詳細データを挿入するために設け
られ、表面詳細データ記憶装置（６）がら送り出された
表面詳細ビデオデータの中に挿入用の、新たに付は加え
るサンプル値を出力する。これは、表面詳細データが適
用されている物体の大きさを拡大する変形を行う時、即
ちフィールド記憶装置（９）によってより高い解像度が
要求される場合である。簡潔に言えば、これは透視変形
装置（８）から出力されるＸ及びＹアドレスを細分化し
、もって得られるサンプル値に関して挿入する必要のあ
るサンプル値の位置を決めるＸ及びＹ方向の剰余空間を
生成する。そして、必要な挿入されるサンプル値を導出
するために、必要な挿入されるサンプル値の位置周囲の
得られるサンプル値の小行列、例えば９列、が各々、夫
々の重み係数と乗算され、その乗算結果が合計され、必
要な挿入されるサンプル値かもとめられる。重み係数は
挿入器（１５）内のプログラマブルリードオンリメモリ
内の参照テーブルに記憶され、Ｘ及びＹ余剰空間値に応
じて読み出される。

背景とともにある複雑なシーン、例えば動くシーンや複
数の動く物体を作成する場合はミ第２図を修正した実施
例が用いられる。この場合節１及び第２メモリ、即ち記
憶装置（１１，＋２１はコンピュータに設けられている
ディスク内にあり、各々物体の形状を定義する第１デー
タ、対応する表面の詳細を定義する第２データを記憶す
る。この実施例は基本的には第１図と同一であるが、そ
れにビデオテープ、ビデオディスク、またはビデオカメ
ラを含む背景源（１６）が付は加えられている。具体的
には、背景源（１６）は、まず−面分の背景データをフ
ィールド記憶装置（９）に供給する。背景データは静止
像、または実録ビデオのような動（画像を定義する。

第１の物体に対するアドレスデータは該第１の物体の表
面の詳細を表、わす各々のドツトのＸ及びＹ方向書き込
み制御信号を供給する透視変形装置（８）を介してフィ
ールド記憶装置（９）に送られ、Ｚ記憶装置（１３）か
ら送られるライトイネーブル信号ＷＩＥＮの制御に基づ
いて、既に記憶されている背景データの上に表面詳細デ
ータが書き込まれる。更に透視変形装置（８）はこの場
合、表面の詳細を表わす各ドツトアドレスに対するＺ方
向のデータをＺ記憶装置（１３）に供給する。ここで、
背景データがフィールド記憶装置（９）に書き込まれた
時に各ドツトアドレスに書き込まれたＺ方向データの最
大値を書き直し、ライトイネーブル信号ＷＥＮを供給さ
せる。次に、第２の物体に対するデータが、該第２の物
体の表面の詳細を表わす各ドツトのＺ軸方向データをＺ
記憶装置（１３）に供給する透視変形装置（８）を介し
て処理され、深度を、既に記憶されているＺ方向データ
に対応する深度と比較する。

この処理は背景または第１の物体に関するものでもよい
。前者の場合、Ｘ及びＹ方向データがフィールド記憶装
置（９）に既に記憶されている背景データを書き替え、
ライトイネーブル信号ＷＥＮがフィールド記憶装置（９
）に供給される。後者の場合、第２の物体のドツトの深
度が第１の物体のドツトの深度より小さいなら、第２の
物体のＸ及びＹ方向データがフィールド記憶装置（９）
内の第１の物体のＸ及びＹ方向データを書き替えるだけ
であり、ライトイネーブル信号ＷＨＥＮはフィールド記
憶装置（９）に供給されるだけである。これらの処理は
他の残りの物体について繰り返し行われる。

１つの代替法として、深度データを背景データと関連さ
せてもよい。例えば、目標とする画像が曇り空を飛ぶ飛
行機を含むとすると、背景データは、各ドツトのＺ方向
データの最大値を関連付けた青空と選択された異なるＺ
方向データを関連づけた雲である。異なる雲は、当然具
なる深度に位置し、１場面から次の場面へと移動する。

従って、飛行機はある雲の前及び他の雲の後を飛び、空
中で比較的静止している物体、例えば太陽は雲にかくれ
たり、現われたりする。第１及び第２図の実施例におけ
るＺ記憶装置（１３）の動作は同一であり、前に短く述
べたように、かくれた表面を除去する必要がある。

本質的なことではないが、第１図の装置を用いれば、上
記の処理はリアルタイムで実行できる。

更に、第２図の装置では、必要とされる全物体のデータ
処理が十分に素早く行われるのならリアルタイムで処理
できる。従って、各フィールド期間内では背景データは
フィールド記憶装置（９）にダウンロードし、更に連続
的に各物体の表面詳細データを処理して、フィールド記
憶装置（９）に送らなければならない。もしこれが十分
に素早く行えず、しかしリアルタイム処理が必要な場合
は、並行処理が用いられる。

第３図は、並行処理を行えるように修正した実施例の一
部分を示す。ここでは、２つの物体に関するデータを同
時に処理するために２つのチャンネル（Ａ）　、　（Ｂ
）が示されているが、それ以上の物体のデータを同時に
処理する必要がある場合はチャンネルを追加することが
できる。各チャンネル（八）、（Ｂ）は第２図の実施例
の（１）〜（ｓ）、　（１０）　、　（１４）及び（１
５）に対応する要素を含む。各チャンネル（＾）、（Ｂ
）には夫々関連するＺ記憶装置（１３八）、（１３Ｂ）
に接続された夫々のフィールド記憶装置（９＾）、（９
Ｂ）が設けられている。背景データはいかなるものでも
、フィールド記憶装置（９八）に書き込まれるが、図示
されていない関連するＺ記憶装置に接続された、これも
図示されていない背景データ用付加フィールド記憶装置
も設置される。

各ドツトに対するＸ及びＹ方向データは各フィールド記
憶装置（９Ａ）　、　（９Ｂ）によって同時に２：１セ
レクタ（２１）に供給され、一方Ｚ方向データは同時に
各Ｚ記憶装置（１３Ａ）　、　（１３Ｂ）によってで比
較器（２２）に供給される。比較器（２２）はセレクタ
（２１）を制御し、最も小さい深度の物体、または背景
に関するＸ及びＹ方向データのみを表示装置（１１）ま
たは／及び永久記憶装置（１２）に送らせる。この修正
された装置では、最終データをある１場図に組み合わせ
、見えないはずの表面を除去するのに各チャンネル（Ａ
）　、　（Ｂ）に十分な処理時間を与えなければならな
い。

一般的に、背景と挿入される物体は同一解像度で処理さ
れ、即ち単位面積あたりのドツト数は同一であるが、こ
れは重要ではなく、低解像度でもかまわない時も、むし
ろ低解像度を要求される時もあり得る。

これまでの記述で、実施例とその修正例の主な原理を解
説したが、以下、実施例のある部分を残りの図を参照し
て、より詳しく説明する。

例として、この装置が１コマ当たり１１２５本の走査線
と１秒当り６０フイールドを使い、ピクチャーアスペク
ト率が５＝３の高鮮度ビデオシステム用の画像を生成す
ると仮定する。この場合、水平走査線当り２０４８のド
ツトアドレスがあり、各コマの各ドツトアドレスは、そ
れぞれ１１ビツト及び１０ビツトのデータを含むＸ及び
Ｙ方向データによって定義される。同様に各ドツトアド
レスは処理に応じて、深度、即ち８ビツトのデータを含
むＺ方向データによって定義される。

テレビシステムに於いてリアルタイム処理が必要とされ
ると、１対の交互読み出しフィールドメモリが必要であ
る。従って第１及び２図の実施例ではフィールドメモ１
月９）が図示されている。一方第３図では、セレクタ（
２１）に出カフイールドメモリ２対分の余裕がある。

第１図の実施例の場合、その構成を図示する第４図には
、ライトアドレスジェネレータ　（３１）とリードアド
レスジェネレータ（３２）とともに２つのフィールドメ
モリ、即ちフィールドＯメそり（９′）とフィールド１
メモリ　（９”）が含まれている。これらの要素はスイ
ッチ（３３）　、　（３４）　、　（３５）　、　（３
６）によって互いに接続され、各々が場面の切り換わる
頻度で作動される。入力端（３７）に供給された画像デ
ータは、スイッチ（３３）を介して選択的にフィールド
０メモリ　（９′）かフィールド１メモリ　（９”）に
供給される。表示装置（１１）または永久記憶装置（１
２）（第１図）に供給される出力画像データはスイッチ
（３４）により、選択的にフィールドＯメそり　（９′
）かフィールド１メモリ　（９”）から供給される。ラ
イトアドレスジェネレータ（３１）とリードアドレスジ
ェネレータ　（３２）は、選択的にまたは交互に、フィ
ールド０メそり　（９′）及びフィールド１メモリ　（
９”）　とスイッチ（３５）　。

（３６）とによって接続される。書き込みはスイッチ（
３３）の位置に応じ、またライトアドレスジエネレータ
（３１）の制御に基づいて、交互にフィールド０メモリ
　（９′）及びフィールドｌメモリ　（９”）に於いて
行われる。メモリ　（９′）または（９”）に１フイ一
ルド全体のデータが書き込まれると、スイッチ　（３３
）と（３６）は位置を代え、メモリ　（９′）または（
９”）に記憶されている画像データは連続的にリードア
ドレスジェネレータ　（３２）の制御に基づき、読み出
され、出力端（３８）に導出される。

一方、次のフィールドの画像データはメモリ　（９′）
または（９”）の使われていない方に書き込まれる。

マツピング記憶装置（５）とそれに関連する回路を、第
５図を参照してより詳しく述べる。マツピング記憶装置
（５）は二次元−三次元変換を行い、２つの主人力Ｘ、
　Ｙと３つの主出力α、β、Ｚを有する。

ラスタのドツトの入力ＸアドレスはＸ入力に供給され、
同様にα出力に接続されている乗算器（４１）にも供給
される。ラスタのドツトの入力ｙアドレスはＹ入力に供
給され、β出力に接続されている乗算器（４２）にも供
給される。Ｘ、　Ｙ及びＺ出力は夫々乗算器（４１）　
、　（４２）、及びＺ出力から出力される。

マツピング記憶装置（５）は、参照用テーブルとして作
動するランダムアクセスメモリであり、マイクロプロセ
ッサ（３）の制御により形状記憶装置（１）から選択さ
れた物体の形状に対応するデータを前もってロードされ
ている。従って、マツピング記憶装置（５）はラスタの
ドツトアドレスに対応するＸ。

Ｘ座標を物体の三次元形状に配置するプログラムを含ん
でいる。各ドツトアドレスに対し、３つのパラメータ、
即ちＸ、及びＹ方向の倍率乗数であるα、βと絶対深度
座標であるＺ、が記憶されている。−次元で考えると、
必要な変形を達成するための水平線走査に於ける各ドツ
トアドレスの効果はドツトアドレスの水平方向への移動
と同様である。このアドレス変更は原アドレスのＸ座標
に倍率乗数を乗算することによって行われる。実際には
、変形による二次元の移動によって、各ドツトアドレス
は影響を受けるので、原ドツトアドレスのＸ及びＸ座標
にも同様に夫々の倍率乗数を乗算しなければならない。

従って、各ドツトアドレスはマツピング記憶装置（５）
のＸ及びＹ入力に供給されるので、マツピング記憶装置
（５）はドツトアドレスに対する適当な倍率乗数α、β
をアクセスし、それらをα及びβ出力に供給する。更に
、変形によって第３の、即ち深度方向のドツトアドレス
の移動も必要となるが、このために必要なマツピング記
憶装置（５）の処理は、Ｚ出力、即ち、入力アドレスの
Ｘ、Ｙ座標によって指定されたドツトアドレス及び実行
する変形に対応したアドレスのＺ座標をアクセスし、供
給することである。

入力ドツトアドレスに対応する倍率乗数α、βは夫々乗
算器（４１）　、　（４２）に供給される。同様に入力
ドツトのｘ、ｙアドレスも夫々乗算器（４１）　。

（４２）に入力される。乗算器（４１）　、　（４２）
は入力Ｘ。

ｙアドレスを新要求値になるように倍率を変え、該新要
求値は、マツピング記憶装置（５）から供給されるＺア
ドレスと共に、夫々の出力に供給され、この結果、アド
レスはＸ′、Ｙ′、Ｚ′　となる。

この動作は、第６及び７図を参照してこれから述べる簡
単な例によって、よりよ（理解されよう。

まず、形状記憶装置（１１に記憶されている第１ビデオ
データは第６図に示すような平面の立方体を定義すると
仮定する。また表面データ記憶装置（２）（第１図）に
記憶されている第２ビデオデータは該立方体をさいころ
に変形する表面の詳細を定義すると仮定する。第１、第
２データで表わされる画像は大きさが一致していること
が望ましいが、フィールド内の位置や方向は比較的重要
でない。

これは、所定の最初に処理される表面の詳細を表わすド
ツト、即ち第７図の正方形の角のうちのひとつは、この
形状の適切なドツト、即ち立方体のあらゆる面のあらゆ
る角と一致され得るので、２つのデータは常に対応関係
が維持され得るがらである。

従って、マツピング記憶装置（５）からのＸ　／　、　
Ｙ　／。

Ｚ′アドレスは、立方体の表面の詳細を表わす各ドツト
の空間の位置を表わし、これらのアドレスが以下に述べ
るように更に処理された後、表面の詳細のドツトの各々
はフィールド記憶装置（９）（第１図）のどこに書かれ
るか、また書かれるが否がを制御し、最終画像を定義す
る出力ビデオデータを生成する。ポストマツプマトリク
ス（７）内の空間にあるさいころの方向を以後変えるに
は、最終画像内の見える表面を変えればよいことがわか
る。

ここでは単純なさいころの例をあげたが、この方法は非
常に複雑な形状や表面が複雑な物体にも、　応用できる
。例えば、飛行機を例にとると、形状を定義するアドレ
スデータはデジタイザによって入力され、形状記憶装置
（１）に供給される。一方、飛行機の表面の詳細のビデ
オデータは図、または写真によって得、そのうち必要な
データはビデオカメラによって入力され、デジタル化さ
れ、表面データ記憶装置（２）に供給される。更に、記
憶装置ｆｌｙ、　（２１は通常、マイクロプロセッサ（
３）、　（４１の選択に応じられるように、異なる物体
に対応した多種のデータ群と、それらに対応した表面詳
細データを保持している。更に、前述の説明では記憶装
置（１１，（２１は別々の存在であるとしているが、こ
れらは１つのメモリ素子内の２つの部分として形成され
ていることは明白である。

第５図は、第１図のポストマツプマトリクス（７）と透
視変形装置（８）を示す。簡潔に言えば、ポストマツプ
マトリクス（７）は、オフセット（二次元のみ可能）、
スケーリング、ローリング、ピッチング及びヨーイング
の５つのいずれか、または組みあわせた、三次元処理を
行うものである。これらの処理は全て公知であり、必要
なマトリクスについては、１９８４年、チャツプマンア
ンドホールコンピユーテイングから出版されたデニスハ
リス著「コンピュータグラフィクスと応用」に述べられ
ている。これらの１つ１つの処理には４×３のマトリク
スで十分であるが、第４行を加え４×４のマトリクスと
し、２つまたはそれ以上の機能をかけあわせて、例えば
オフセット点に対するローリング、のような組みあわせ
を可能にしている。この例では、オフセット、ローリン
グ、オフセットバンクの機能が使われ、適切なマトリク
スが互いに乗算され、必要な効果に対応した１つのマト
リクスが作られる。この乗算はマイクロプロセッサ（４
３）内で行われ、必要な時は作成されたマトリクスは係
数群として、乗算器や加算器を含むポストマツプマトリ
クス（７）にダウンロードされる。

ポストマツプマトリクス（７）として使われるビデオ信
号処理回路の一例を第８及び９図を参照して説明する。

上述のように、ポストマツプマトリクス（７）がオフセ
ット、スケーリング、ローリング、ピッチング、ヨーイ
ング等の三次元的効果を達成するために行う数学的処理
は、例えば上記「コンピュータグラフィクスと応用」か
ら公知である。しかしながら、本件の場合、画像はリア
ルタイム処理をされなければならず、各場面に必要な処
理はビデオフィールド率で行われなければならず、この
例の場合、１秒間に６０フイールドである。このような
高速度で処理を行うことは１台のコンピュータでは不可
能なので、この例では高速マイクロプロセッサとハード
ウェアマトリクス回路を含む混合装置を用いる。基本的
には、マイクロプロセッサは、１つの４×４マトリクス
の係数の１算を要求されるが、この４×４マトリクスは
、必要であればオフセット、スケーリング、ローリング
、ピッチング、ヨーイングの２つかそれ以上の対応する
マトリクスを組み合わせた混合マトリクスとなる。

あるドツトの三次元入力アドレスがｘ、ｙ、ｚで変形後
のドツトの出力アドレスがＸｎｅｌＩ＋、　３１ｎｅＷ
。

ｚｎｅ−であると仮定する。一般的には、次の式では正
確な変形は未だ指定されていない。

ｘｎｅｗ　＝　ａｔｘ＋　ｂ１ｙ＋　ＣＩＺ＋　６１ｙ
ｎｅｗ　＝　ａ２ｘ＋　ｂ２ｙ＋　ｃ２ｚ＋　ｄ２ｚｎ
ｅｗ　＝　ａ３ｘ＋　ｂ３ｙ＋　Ｃ３Ｚ＋　ｄ３ここで
、ａｌ＋ａ２＋ａ３＋ｌ）１＋ｂ２＋ｔ１３１ＣＬ＋Ｃ
２＋Ｃ３＋ｄ１１ｄ２Ｉｄ３は実行される変形によって
決まる係数である。上の式をマトリクス形式で書き直す
と次のようになる。

中央のマトリクスを４×４とし、乗算ができるように書
き替えると次のようになる。

ピッチング、ヨーイングの三次元的効果のいずれでも、
またどのような組み合わせでも、適切なマトリクス、組
み合わせの場合は複数のマトリクスを選択し、マトリク
ス中のパラメータ値を必要に応じて交換し、更に組み合
わせの場合にはマトリクス同士を乗算することによって
達成できる。この最初のステップはプログラムメモリ　
（５１）に記憶されているプログラムによって制御され
、オフセット、スケーリング、ローリング、ピッチング
、ヨーイングのうちのどれを指定したかを示す選択入力
によって、具体的には、オフセット距離、スケーリング
係数、ローリング、ピッチング、ヨーイングの場合は角
度に基づいて、第８図に示すマイクロプロセッサ（５０
）によって実行される。上記プログラムの制御に基づき
、マイクロプロセッサ（５０）は適切な４×４マトリク
スを選択し、パラメータを交換し、必要な場合はパラメ
ータを交換したマトリクスを乗算し、必要な係数ａ１〜
ｄ３を含む出力マトリクスを作成し、夫々のラッチ回路
（５２）を介して夫々の出力に供給される。処理される
ビデオ信号の各々のフィールド期間の間、マイクロプロ
セッサ（５０）は上述の処理を実行し、次のフィールド
期間で使われる係数ａ１〜ｄ３が得られる。

係数ａ１〜ｄ３は第９図にブロックで示されているハー
ドウェアマトリクス回路に供給される。

マトリクス回路は９個の乗算器（６０）〜（６８）と加
算器（６９）〜（７７）を含む。あるフィールドの各ド
ツトの出力ｘｎｅｗは該ドツトの入力ｘ、ｙ。

２座標を夫々乗算器（６０）　、　（６１）　、　（６
２）に供給することによって得られる。これらは前回の
フィールドの終了時に、マイクロプロセッサ（５０）　
（第８図）からダウンロードされた係数ａ１＋ｂ１＋ｃ
ｉと夫々乗算される。乗算器（６０）　、　（６１）の
出力は加算器（６９）によって加算され、その出力は加
算器（７０）によって乗算器（６２）の出力と加算され
、更に加算器（７０）の出力は加算器（７１）によって
係数ｄ１　と加算される。そして、加算器（７１）の出
力がｘｎｅｗとなる。出力ｙｎｅ−及びｚｎｅｗも同様
にして得られる。

この３つの出力アドレスＸｎｅＷ＋　ｙｎｅｌｌｌ＋　
Ｚｎｅ鍔は、第５図ではｘ’、　ｙ’、　ｚ’　と符番
され、透視変形装置（８）に供給される。透視変形装置
（８）は、Ｘ　／／　、　Ｙ　／１アドレスをＺ　ｔｒ
アドレスに応じて、また選択された目視距離に適応する
ことにより、幾何学的透視図を生成する。これも公知技
術であり、方法については上記「コンピュータグラフィ
クスと応用」に記載されている。透視変形を行う必要性
は簡単な例で説明できる。例えば、二次元の長方形がそ
れ自身の上辺と一致する水平線に対して後方に移動した
とする。上述のように、画像の各ドツトはＺアドレスを
得る（軸に沿って存在するドツトの２アドレスは０であ
る）。しかし、初めは、画像の底辺の長さは上辺の長さ
と同じ長さとなってしまう。言いかえれば、移動が三次
元で行われていると、目をだますための透視効果が全く
出ていないのである。透視変形装置（８）の作用は幾何
学的透視効果を加えることであり、上述の簡単な例では
、底辺を短くし、更に間にはいる水平線を短くすること
である。

次に、かくれた表面を除去する方法について、第１〜３
図を参照し、メモリ　（９′）または（９”）のうちの
１つとライトアドレスジェネレータ　（３１）をより詳
しく示す第１０図を参照して、第４図のフィールドメモ
リの配置を述べることにより、説明する。メモリ　（９
′）及び（９”）は各々光度／色度メモリ　（８１）と
Ｚメモリ　（８２）を含む。以下に説明するように、Ｚ
メモリ　（８２）はメモリ　（９′）及び（９”）と共
通であることが好ましい。光度／色度メモリ　＜８１）
　（以下Ｘ／Ｙメモリ　（８１）とよぶ）は、二次元、
即ちＸ及びＹアドレス、即ちテレビジョンスクリーンの
平面内のサンプルのラスク位置に応じてパルスコードに
変調された光度及び色度信号を形成する８ビツトデータ
を記憶する。従って、上述の例では、Ｘ／Ｙメモリ　（
８１）は、約５２０本の走査線の各々に対する２０４８
の、サンプルに関するデータを記憶しなければならない
。

Ｘ／Ｙメそり　（８１）に記憶されるデータは、サンプ
ルの実際値、即ち光度及び色度（Ｕ／Ｖ）データである
ことを強調する。

Ｚメモリ　（８２）はＸ／Ｙメそり　（８１）に記憶さ
れている光度９色度サンプルデータの各々に対するＺア
ドレス、即ち深度情報を表わす８ビツトデータを記憶す
る。そして、Ｘ／Ｙメモリ　（８１）内と同様、このデ
ータはそれぞれのサンプルの二次元Ｘ、Ｙアドレスに応
じて記憶される。しかしながら、Ｚメモリ　（８２）に
記憶されているデータはサンプルのＺ方向、即ち深度方
向の位置のみに関し、サンプルの実際値に７は関係ない
ことを強調しておく。Ｚメモリ（８２）に記憶されるデ
ータは８ビツト長であるが、これは重要でない。これよ
り短いデータも長いデータも、Ｚ方向に隣接する２つの
サンプル位置を表示する際の精度に応じて、使われ得る
。

ライトアドレスジェネレータ　（３１）は、上述のよう
にｘ、ｙ、ｚアドレス信号を発生する。Ｘ及びＹアドレ
ス信号はＸ／Ｙメモリ　（８１）に供給され、Ｚアドレ
ス信号はＺメモリ　（８２）に供給される。入力（８３
）を介してＸ／Ｙメそり　（８１）に供給される８ビツ
トデータは、Ｚメモリ　（８２）に関連する比較回路か
ら発生されるライトイネーブル信号０に応じて、記憶さ
れるか、あるいは記憶されない。この比較は書き込みの
前に行われる。

何故なら、Ｘ／Ｙメそり　（８１〉　に書き込まれるデ
ータはＸ／Ｙメそり　（８１）から読み出される出力フ
ィールドに関するからであり、従って、かくれた表面の
データは書き込まれない。よって、Ｘ／Ｙメモリ　（８
１）からの各入力データに対し、比較回路は、Ｚメモリ
　（８２）内に保持されているデータをサンプルの位置
に関して、入力データに対応するＺアドレスとチｘ　ツ
クし、Ｚアドレスが、Ｘ／Ｙメそり（８１）内に既に書
き込まれているいがなるデータよりも目視平面に近く、
且つサンプル位置に対応していることが示された時にの
み、入力データはＸ／Ｙメモリ　（８１）に書き込まれ
る。

このため、Ｚメそり　（８２）内のＸ／Ｙ位置は各フィ
ールドの垂直方向空白期間内では、ゼロデータレベルに
セットされている。このゼロデータレベルは、目視平面
から最も遠い背景データに対応するＺ値に対応するので
選ばれた。Ｚメモリ　（８２）内の全データが、このよ
うに各フィールドに先立ってリセットされるので、Ｚメ
モリ　（８２）は上、述のようにメモリ　（９′）及び
（９”）に対し共通であ。

る。比較回路は比較を行うのにある時−間を要するので
、Ｘ、Ｙアドレス信号は遅延回路（８４）を介してＸ／
Ｙメそり　（８１）に供給されるか、または、ライトイ
ネーブル信号ＷＥＮが供給された時に得られるように、
ラッチされる。

Ｚメモリ　（８２）に関連した比較回路について、第１
１図を参照して詳しく述べる。

Ｘ、Ｙアドレス信号及びＺアドレス信号（以下Ｗｉ単に
Ｚデータと呼ぶ）は共通に垂直バス（９１）を通ってバ
ッファ回路（９２）　、または水平バス（９３）を通っ
てバッファ回路（９４）に供給される。

垂直及び水平バスイネーブル信号ＶＢＵＳＥＮ、ＩＩＢ
ＵＳＥＮは夫々バッファ回路（９２）及び（９４）に供
給され、バッファ回路（９２）　、　（９４）の出力は
共通にラッチ回路（９５）　、　（９６）及び比較回路
（９７）に接続されている。チップイネーブル信号面と
アドレスクロックＡＤＤＲＣＬＫはラッチ回路（９５）
に供給され、ラッチ回路（９５）はＺメモリ　（８２）
を形成するランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）のイネ
ーブル入力及びアドレス入力に出力信号を供給する。ラ
ッチ回路（９６）はＺメモリ（８２）のデータ入力に出
力信号を供給し、一方Ｚメモリのデータ出力は比較回路
（９７）の第２人力に接続されている。データラッチイ
ネーブル信号ＯＬＥはランチ回路（９６）と比較回路（
９７）に供給され、また、ライトイネーブル信号ＨＥＮ
は比較回路（９７）によって発生され、Ｘ／Ｙメモリ　
（８１）　（第１０図）とＯＲ回路（９８）の１つの入
力に供給される。ＯＲ回路（９８）の第２人力には、ラ
イトパルスＷＲが供給され、更にＯＲ回路（９８）の出
力はＺメモリ　（８２）の書き込み入力に供給される。

この回路の動作を、１メモリサイクル時間以上を示すタ
イミングチャートである第１２図を参照して説明する。

まず、バ・ソファ回路（９２）また巳よ（９４）の１つ
が、Ｘ及びＹアドレス信号を供給し、該信号はラッチ回
路（９５）にう・ノチされる。次ＧこＺデータ、正確に
言えばサンプル位置Ｇこ関する新しいＺデータが、バッ
ファ回路（９２）または（９４）によって供給され、ラ
ンチ回路（９６）内に保持され、また同様に比較回路（
９７）のＰ入力にもう・ノチされる。

ランチ回路（９５）は次のアドレスクロ・ツク＾ＤＤＲ
ＣＬＫを受けるとＸ、Ｙアドレス信号をＺメモリ　（８
２）に供給する。Ｚメモリ　（８２）はアクセスタイム
後に、記憶されている旧Ｚデータを、比較回路（９７）
のＱ入力に供給し、ここでデータはラッチされる。

新及び旧Ｚデータは次に比較回路（９７）によって比較
される。もし新Ｚデータが旧２データより大きければ、
即ち、ドツトアドレスに関する新Ｚデータが旧Ｚデータ
より目視平面から近い位置を表わすなら、（または、こ
れがあるフィールド内のドツトアドレスに関する最初の
人力Ｚデータであり、旧ＺデータがＯであるため、それ
より大きい時は）比較回路（９７）はライトイネーブル
信号ｉを供給する。

Ｘ／Ｙメそり　（８１）　（第１０図）がライトイネー
ブル信号ＷＥＮを受けると、Ｘ／Ｙ位置に関する入力サ
ンプルデータをＸ／Ｙメそり　（８１）の適切な位置に
書き込む（または書き替える）。しかしながら、ライト
イネーブル信号ηＮがＯＲ回路（９８）の第１人力に、
ライトパルス罷のタイミングで入力されると、ライトパ
ルスＷＲはＺメモリ　（８２）の書き込み入力に供給さ
れ、そして新ＺデータがＺメモリ　（８２）の適切なＸ
／Ｙ位置に書き替えられる。

尚、多くの変化変様が上記装置の正確な形状及び発生さ
れた画像や達成された効果に於いて、添付されたクレー
ムの範囲から逸脱せずになされることは、理解されよう
。

〔発明の効果〕

上述の実施例から、本発明は、ビデオや映画フィルムの
動（シーンのための画像を生成するのに使われることが
理解されよう。用いる入力データに依り、内容は現実の
ものから複雑なＳＦ用のものまで含むであろう。このよ
うな実施例は、ある場合にはリアルタイムの動作を発生
したり、フライトシミュレータやテレビゲームのように
、三次元の物体の動きをリアルタイムで制御することが
できる。複雑な形状の表面の詳細なデータも設定でき、
広範囲の物体形状や表面詳細を記憶しておき、選択して
使用することもできる。背景の画像は、映画や実録ビデ
オから入力して合体したり、もし必要であれば、発生し
た物体や背景に異なる解像度を指定することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る画像発生装置の一実施例を示す
簡略化したブロック図、第２図は、修正した一実施例を
示す簡略化したブロック図、第３図は、第２図の実施例
を更に修正したものの一部分を示す簡略化したブロック
図、第４図は、第１図の実施例のメモリ装置をより詳細
に示すブロック図、第５図は、第１図の実施例の一部分
を詳細に示すブロック図、第６図は、ある三次元形状を
示す図、第７図は、第６図の形状に適用される二次元表
面の詳細を示す図、第８図は、第５図のポストマツプマ
トリクスの一部分をより詳細に示すブロック図、第９図
は、第８図のポストマツプマトリクスの別の部分をより
詳細に示すブロック図、第１Ｏ図は、第４図のメモリ装
置をより詳細に示すブロック図、第１１図は、第１０図
のメモリ装置をより詳細に示すブロック図、第１２図は
、第１１図のメモリ装置の動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。図中、（１）は形状記憶装置、（２）は表面データ記憶
装置、（３１，（４）はマイクロプロセッサ、（５）は
マツピング記憶装置、（６）は表面詳細データ記憶装置
、（７）はポストマツプマトリクス、（８）は透視変形
装置、（９）はフィールド記憶装置、（１０）は遅延装
置、（１１）は表示装置、（１２）は永久記憶装置、（
１３）はＺ記憶装置、（１４）はフィルタ、（１５）は
挿入器、（１６）は背景源を示す。第４図

Claims

【特許請求の範囲】

物体の三次元形状を定義するアドレスデータを記憶する
第１記憶装置と、上記物体の二次元表面の詳細を定義す
るビデオデータを記憶する第２記憶装置と、空間中の上
記物体を移動させ、且つ／または方向を変えるために上
記アドレスデータを操作する第１手段と、上記操作後に
上記物体の二次元画像を定義する変形アドレスデータを
形成するために上記操作されたアドレスデータを透視変
形するための第２手段と、上記変形アドレスデータの制
御に基づき、上記物体の二次元画像を定義する出力ビデ
オデータの形で、上記操作及び上記変形の後に、上記表
面の詳細データとともに上記ビデオデータを書き込む第
３記憶装置を含む画像発生装置。