JPS63259778A

JPS63259778A - 画像デ−タの表示方法

Info

Publication number: JPS63259778A
Application number: JP9306487A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Usami; 芳明宇佐美
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-17
Filing date: 1987-04-17
Publication date: 1988-10-26

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、計算機により画像を生成するコンピュータ・
グラフィックスにおける表示方法として好適な、奥行き
情報付き画像データのボカシ表示方法に関する。

〔従来の技術〕

三次元コンピュータ・グラフィックスの表示手法は、空
間上の仮想のスクリーンを想定し、そのスクリーン上の
各画素について、表示すべき三次元図形を投影して、視
点から見た画像を生成するものである。このとき、実際
の表示装置は有限の解像度を持つので、これに合わせて
スクリーン上でサンプリングを行なう必要がある。大半
の従来方法では、このサンプリングはスクリーン上の画
素単位の１点のみで行なわれる。即ち、視線が視点から
遠く離れても、広がりを持たない線であることを仮定し
ており、得られる画像は針穴写真機で撮影した写真の様
に、画面全面で焦点（ピント）が合致したものとなる。

従って、人間が上記手続きにより生成された画像を目視
すると、全面で焦点合致しているために、注目部分と背
景部分との識別が困難であるという問題を生じていた。

この問題を解決するために、例えばニーシーエムコンピ
ュータ　グラフィックス１８　、３　（１９８４年）第
１２９頁から第１３５頁（ＡＣＭ　ＣｏｍｐｕｔｅｒＧ
ｒａｐｈｉｃｓ、　１８．３　（１９８４）　ｐｐｌ　
２９−１３５）において論じられているように、スクリ
ーン上の画素の一点でサンプリングするのではなく、広
がりを持った錐体状の領域でサンプリングする方法があ
る。この方法は、視点に達する光線が、レンズにより絞
り込まれて焦点に像を結ぶことを忠実に再現する方法で
あり、三次元空間内でレンズの焦点位置にある図形には
ピントが合い、その他はポカして表示することができる
。よって注目部分と背景部分の識別が容易にできる長所
を持つ。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、視点から光源へ向かって光線を追跡す
るレイトレーシング法による画像生成が基本である。画
素上の１点でサンプリングする通常のレイトレーシング
法でもスクリーン上の全画素についての光線追跡しなが
ら、全図形と一直線状の光線との交差判定の計算が必要
なため多くの演算時間を必要とする。更に、レンズの焦
点を考慮して錐体状領域でサンプリングした場合には、
交差判定が図形と錐体状の光線との間で行なう必要があ
り、この交差計算に多くの時間を要する。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、奥行き情報付き
の画像データの焦点を任意に設定して、かつ高速に表示
するための処理方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、時間がかかる三次元空間上での錐体状のサ
ンプリングをせずに、通常の１点のみのサンプリングを
行なって隠れ面処理を行なって、スクリーン上に投影さ
れた二次元の画像データと、視点からスクリーン上の各
画素の属する三次元図形までの奥行き情報とを入力とし
て、焦点の設定に応じて画像データの平滑化操作である
フィルタリングを行なうことにより、達成することがで
きる。

〔作用〕

画像データのフィルタリングは、各画素についての奥行
き情報値と焦点設定値との比較により行なわれる。そし
て、このフィルタリング処理は注目画素とその周囲の隣
接する画素の輝度値の平均化処理である。これら処理は
、二次元の画像データのレベルで処理可能で、複雑な三
次元的な交差判定等は不要である。従って処理は比較的
単純であり、高速に処理することが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。同図
において、１は視点、２はスクリーン、３は図形＃１．
４は図形＃２を示す。この３および４の図形は二次元空
間上に定義されているもので、例えば図形の頂点のｘ、
ｙ、ｚ座標値が記録されている。そして、同じく三次元
空間上に１および２の位置が指定されると、投影変換に
より２のスクリーン上に投影図形を描くことができる。

さらに、２の上では１に対して最も手前側にある図形の
みを残して表示する隠れ面処理も行なったものである。

そして、各画素には所属する図形の画素の法線ベクトル
の成分により、光源ベクトルとの内積計算をするシェー
ディング処理が施されている。ところで２は実際には、
ｍＸｎ個の画素に分割されており、各画素に対して５の
シェーディング処理で得られる輝度情報と６の隠れ面処
理で得られる奥行き情報が格納されている。ここで５は
物体（図形）の表示輝度であり、例えばＲＧＢの色成分
である。また、６は三次元空間上での１から各図形まで
の奥行き距離であり、各画素に投影されている図形が１
からどれだけ離れているかという情報を持つ。本発明の
概略は、５と６が与えられているときに、６の値に従っ
て５の値にフィルタリング処理を施すものである。この
フィルタリングとは７の注目画素に隣接する（ハツチン
グ部分）画素の輝度情報を平均化する処理である。

そして奥行き値に応じて、平均化する画素の範囲を変化
させること、及び平均化の際の加重平均の重み値を変化
させることにより、焦点を合わせる範囲を制御する。

次に、第２図のフローチャートに従って、本発明の詳細
な説明する。まず、ステップ１０１では焦点の位置と範
囲を設定する。ここで６に格納されている奥行き情報は
、例えば視線方向を２軸にとると、第３図のようになる
。同図では視点位置を２＝０の点にとり、視線を２軸の
正の方向としている。焦点の設定は、Ｚ軸上でボカシ量
ｆを決めることにより行なわれる。例えば、ｚ　”　ｚ
　ｃのときはｆ＝ｏ、Ｚ＝Ｚｉ＋０ｒＺｔのときにはｆ
＝１、Ｚ”ＺａＯｒＺｅのときにはｆ＝２のように指定
する。ここでｆは、後で述べるフィルタリング処理が及
ぶ範囲を規定する量であり、注目画素７のスクリーン上
のアドレスを（ａｘ、ａｙ）とすると、ｌ　ｘ　　ａｗ
ｌ　＋　ｌ　ｙ　　ａｙｌ＜２　ｆを満足するアドレス
（ｘ、ｙ）の画素がフィルタリング処理の対象となる。

例えば、ｆ＝１のときのフィルターは３×３画素の大き
さで□あり、ｆ＝２のときには５×５の大きさである。

ｆ＝１のときのフィルターの画素のアドレスを第４図に
示す。

ステップ１０２は輝度情報を入力するステップで、先述
のようにすでに三次元図形のシェーディング処理された
結果を入力する。輝度情報は第１図のようにｍ　Ｘ　ｎ
個の画素単位のデータで、例えば各各にシェーディング
結果のＲＧＢの色成分を格納してあり、このステップで
はこれらのデータをファイル等から入力する。

ステップ１０３では、全画素の奥行き情報を入力する。

この奥行き情報とは、例えば第３図に図示したように、
視点を原点とし、視線を２軸方向とした場合には、視点
から当該画素に投影される図形までの２軸上の距離値で
ある。

ステップ１０４以降の処理は、ｍＸｎ個の全画素につい
て繰り返し適用する。ステップ１０４のボカシ量の算出
とは、入力された奥行き情報に対して、ボカシ量ｆを割
当てる処理である。第３図のような例においては、ｚｄ＜ｚ＜ｚｂ　　　　　　のときｆ＝０というような
割当てを行なう。

ステップ１０５のフィルタリング範囲の算出処理は、ボ
カシ量ｆに対応してフィルターの大きさを割り当てる処
理であり、例えば前述のようにｆ＝１のときには３×３
画素、ｆ＝２のときには５×５画素のフィルターの割り
当てを行なう。

ステップ１０６では非ボカシ画素の検出を行なう。本ス
テップの処理を第５図により、説明する。

いまスクリーン上で左上の領域にある注目画素７につい
て処理しているものとする。７のＺ値は、Ｚｅ以下の値
であり、５×５のフィルターが割当てられている。一方
、スクリーン中の画素内に示した数字は、第１図におけ
る２つの図形の番号であり、１は図形＃１を、２は図形
＃２を示す。そして、図形＃１はｚａ＜ｚ＜ｚｂの範囲
内に、図形＃２はｚｂ＜ｚ＜ｚａの範囲内に存在してい
るものとする。すると、フィルタリング処理の及ぶ範囲
は、図中のハツチングで場す領域となるが、この中に属
する画素の奥行情報をすべて調べて、ｆ＝ｏが設定され
ている画素を検出する。第５図では、フィルターの右下
に、ｆ＝ｏの画素が含まれていることがわかる。本ステ
ップで検出した非ボカシ画素は、フィルタリング処理か
ら除外する。

よって、本例では５×５の２５画素のうち、非ボカシ画
素数が１であるので、残りの２４画素でフィルタリング
する。図形＃１は焦点合致位置にあり、背景とは明確に
分離されねばならない。この非ボカシ画素を検出するこ
とで、背景部分に図形＃１の輝度情報の混入を防ぐこと
ができ、ボカシ領域と、非ボカシ領域の分離を明確にす
ることができる。

ステップ１０７は重み係数を決定する処理である。重み
係数とは第６図に示すように、フィルタリングの際の輝
度値に乗じるための係数である。

第６図では、３×３画素のフィルターの例を示す。

フィルター内に含まれる画素の輝度値をａｌｌ。

ａ１２．・・・・・・、ａ８８とし、それぞれに乗じる
重み係数のパターンの４つの例を示しである。この４つ
のパターンの割当ては、ｆ＝１の領域を更に４つに再分
割して行なわれる。上記４つのパターンでは、パターン
＃１が最もボカシ効果が弱く、パターン＃４が最も強い
。このように、同一サイズのフィルターにおいて、重み
係数のパターンを変化させることにより、ボカシ量を更
にキメ細かく制御することが可能である。

ステップ１０８は、フィルタリング処理で、本ステップ
により、当該画素の輝度情報が決定する。

例えば、第６図のパターン＃１の場合には、ａｎ１＝　
（（ａｔｉ＋ａｉｓ＋ａｇｘ＋ａｓａ）＋２　（ａ１２
＋ａｚｔ＋ａ２ａ＋ａａ２）＋４ａ２２）／１６として、輝度情報を求める。さらに、パターン＃２〜４
の場合は以下のように、ａ＃ｚ＝　（（ａｘｘ＋ａｘａ＋ａａｘ＋ａａａ）＋２
　（ａ１２＋ａ２ｚ＋ａｓ＋ａ＋ａａ２）＋４ａ２２）
／１５ａ＃ｓ＝　（（ａｔｚ＋ａｔａ＋ａｓｔ＋ａｓａ）＋２
　　（ａｔ２＋ａ２ｚ＋ａｚａ＋ａａ２＋ａｚｚ））ａ
　＃１＝　　（（ａｔｔ＋　ａ１ｓ＋　ａａｚ＋　ａｇ
ａ＋　ａｘ２＋　ａ２１＋　ａ２ａ＋　ａｓ２＋　ａ２
２）／９として求める。このとき、輝度情報がＲＧＢ成
分の場合には、各成分毎に上記フィルタリング演算を適
用する。また、ステップ１０６で検出された画素は、上
記の処理からは除外する。

以上の処理により、奥行き情報付き画像の任意の部分を
ボカシ表示することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、奥行き情報と輝度情報のみから、任意
の位置で焦点を設定できるので、隠れ面処理やシェーデ
ィング処理のアルゴリズムに依存せずに適用可能である
。例えばレイトレーシング法のみならず、２バツフア法
やスキャンライン法で作成した画像に対しても適用しう
る。また、フィルタリングは二次元の画像データに対し
て処理されるので、演算量は少なく、高速処理が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要図、第２図は本発明のフローチャ
ート、第３図は奥行き情報とフィルターの説明図、第４
図はフィルターの画素配列の説明図、第５図は非ボカシ
画素検出処理の説明図、第６図は重み係数パターンの説
明図である。１・・・視点、２・・・スクリーン、５・・・輝度情報
、６・・・奥行き情報。

Claims

【特許請求の範囲】１、三次元図形に投影変換処理と隠れ面処理およびシェ
ーディング処理を適用して得られる、二次元のスクリー
ン上の各画素単位の当該図形の輝度情報と、同じく各画
素単位の当該図形と視点間の距離を示す奥行き情報を入
力とし、焦点位置を視線軸上で設定し、当該奥行き情報
の値と上記設定値に基づき画像の平滑化操作であるフィ
ルタリングのためのフィルターを選択し、フィルタリン
グを行なつてボカシ画像を生成することを特徴とする画
像データの表示方法。２、前記フィルタリング処理において、フィルター内で
焦点が合致している画素を非ボカシ画素として検出し、
フィルタリング処理から除外することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の画像データの表示方法。３、前記フィルターにおいて、フィルター内に属する画
素の輝度情報に重み係数を乗じ、当該重み係数のパター
ンを変化させることにより、ボカシ量を更に細かく制御
することを特徴とする特許請求の範囲第１図記載の画像
データの表示方法。