JPWO2013118190A1

JPWO2013118190A1 - グラデーション描画装置

Info

Publication number: JPWO2013118190A1
Application number: JP2013557241A
Authority: JP
Inventors: 琴由笹山; 正一朗窪山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2015-05-11
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: CN104106099A; US20150029191A1; CN104106099B; WO2013118190A1; DE112012005849T5; JP5788028B2; US9607430B2

Abstract

モデル生成部２は、基線上に３次元モデルを配置する。モデルレンダリング部４は、３次元モデルのレンダリングを行う。距離マップ生成部５は、レンダリング後の３次元モデルの深度を基線からの距離に変換する。アルファマップ生成部７は、基線からの距離をアルファ値に変換する。

Description

本発明は、リアルタイムに基線からの距離に応じたアルファマップを生成することのできるグラデーション描画装置に関する。

ディスプレイ上に、同一色同士の濃淡の変化や異なる色同士の変化を持つグラデーション描画を実現する方法として、グラデーション描画の基準となる基線を設け、各ピクセルと基線との距離を色に変換する方法があった（例えば、特許文献１参照）。
また、別の方法として、２次元描画ハードウェアでサポートしているアルファブレンド機能を用いてグラデーション描画を実現する方法があった（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載されたグラデーション描画装置では、期待するグラデーション形状に合わせて３次元モデルを生成し、その３次元モデルのレンダリング後の深度をアルファ値に設定するものであった。

特開２０１０−１６５０５８号公報国際公開第２０１１／１０１９０４号

しかしながら、基線からの距離に応じて異なるグラデーション効果を設定するアルファマップを複数枚生成するような場合、特許文献２に記す方法では、３次元モデルのレンダリング処理とフレームバッファへのアクセス回数が増えるため、処理時間が増えるという問題があった。また、特許文献１に記す方法では、ソフトウェアで複数の基線と各ピクセルとの距離を求めるため、各ピクセルに設定する距離を求めるのに時間がかかるという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アルファマップを高速に生成することが可能なグラデーション描画装置を得ることを目的とする。

この発明に係るグラデーション描画装置は、基線上に３次元モデルを配置し、レンダリングを行うモデルレンダリング部と、レンダリング後の３次元モデルの深度を基線からの距離に変換する距離マップ生成部と、基線からの距離をアルファ値に変換するアルファマップ生成部とを備えたものである。

この発明のグラデーション描画装置は、基線上に３次元モデルを配置し、レンダリング後の３次元モデルの深度を基線からの距離に変換して、基線からの距離をアルファ値に変換するようにしたので、アルファマップを高速に生成することができる。

この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置におけるモデルレンダリング部の動作を示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置におけるモデルレンダリング部の他の例の動作を示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における深度から距離への変換関数を示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における変換後の距離マップを示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における距離マップ生成部の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における距離からアルファ値への変換関数を示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における変換関数Ａで距離からアルファ値へ変換したアルファマップを示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における変換関数Ｂで距離からアルファ値へ変換したアルファマップを示す説明図である。この発明の実施の形態１のグラデーション描画装置における変換関数Ｃで距離からアルファ値へ変換したアルファマップを示す説明図である。この発明の実施の形態２のグラデーション描画装置におけるモデルの頂点座標と色設定を示す説明図である。この発明の実施の形態２のグラデーション描画装置における色値から距離への変換関数を示す説明図である。この発明の実施の形態２のグラデーション描画装置におけるモデルレンダリング部のモデル形状を示す説明図である。この発明の実施の形態２のグラデーション描画装置におけるモデルの頂点座標と色設定の他の例を示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１のグラデーション描画装置を示す構成図である。
図１において、グラデーション描画装置は、入力部１、モデル生成部２、モデルデータベース（モデルＤＢ）３、モデルレンダリング部４、距離マップ生成部５、変換関数データベース（変換関数ＤＢ）６、アルファマップ生成部７、出力部８を備えている。入力部１は、モデル生成のためのパラメータやグラデーション描画の基準となる基線の座標を入力するための入力インタフェースである。モデル生成部２は、モデルデータベース３のモデルデータを用いて基線上に配置するモデルを生成するための処理部である。モデルデータベース３は、円錐や三角錐などの基本形状モデルを保存しておくデータベースである。

モデルレンダリング部４は、モデル生成部２で生成したモデルをレンダリングするための処理部である。距離マップ生成部５は、変換関数データベース６のデータに基づいて、レンダリング後のフレームバッファ（図示せず）の深度を基線からの距離に変換するための処理部である。変換関数データベース６は、距離マップ生成部５で用いる深度から距離への変換関数やアルファマップ生成部７で用いる距離からアルファ値への変換関数を格納するための変換関数のデータベースである。アルファマップ生成部７は、変換関数データベース６に格納されている変換関数の変換テーブルに基づいて、基線からの距離をアルファ値に変換するための処理部である。出力部８は、生成したアルファマップを出力するための外部インタフェースである。

次に、実施の形態１の動作について説明する。
まず、入力部１には、モデルや基線を生成するためのパラメータなどを入力する。モデル生成部２では、入力されたパラメータから使用するモデルを決定し、使用するモデルをモデルデータベース３から取得する。ここで、このモデルは複数選択することが可能である。たとえば、ポリラインで構成した基線上にモデルを配置する場合、ライン上とノード上に異なるモデルを使用するなど、エリア、種別などでモデルを使い分けることが可能である。モデル生成部２では、使用するモデルに対して拡縮・回転・移動を行って基線上に配置する。次に、モデルレンダリング部４では、基線上に配置したモデルを真上から平行投影でレンダリングする。次に、距離マップ生成部５では、モデルをレンダリングした後のフレームバッファの深度を取得し、深度を基線からの距離に変換する。変換時には、変換関数データベース６から取得した適切な変換関数を使用する。次に、アルファマップ生成部７では、距離マップ生成部５で生成した基線からの距離をアルファ値に変換する。最後に、出力部８では、生成したアルファマップを外部に出力する。

次に、モデルレンダリング部４の処理の流れについて、図２を用いて説明する。図２は、モデル配置の一例として、三角柱状のモデルを基線に配置する様子を示している。このモデルの軸はローカル座標系を表しており、このモデルは、ＸＺ平面でＺ軸を中心として左右対称となっている。視点から平行投影でレンダリングし、その深度を距離に変換するため、左右対称の図形とする。なお、ＧＢＣ−ＨＥＦのような三角柱モデルをモデルデータベース３から取得し、２つ合わせてＡＢＣ−ＤＥＦを生成してもよい。このモデルを拡縮・回転・平行移動させて基線上に配置する（図中、矢印１００参照）。この例では、Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３−Ｐ４の大きさのディスプレイの辺上にある２頂点から構成される基線上にモデルを配置した様子を表している。また、モデルを複数個用いたときの例を図３に示す。図３では、ライン上に三角形状のモデル、ノード上に球の１／４のモデルを配置する様子を表している。

このようにすることにより、複数のモデルをシーンに応じて適切に使い分けることにより、少ないモデルでレンダリング可能となるため、レンダリング速度を向上させることが可能となる。

距離マップ生成部５の処理の流れについて、図４を用いて説明する。図４は、深度から距離への変換関数を示している。この関数には、変換関数データベース６から取得した変換テーブルを用いる。また、深度を入力値とし、距離を出力とするルックアップテーブルを定義して処理の高速化を図ることも可能である。このような変換テーブルに従って、深度を距離に変換した分布（距離マップ）を図５に示す。

距離マップ生成部５の処理の流れについて、図６を用いて更に説明する。図６は、深度を基線からの距離に変換する処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳＴ１において、フレームバッファから３次元モデルレンダリング後の深度を取得する。次に、ステップＳＴ２において、深度を距離に変換するための変換テーブルを変換関数データベース６から取得する。最後にステップＳＴ３において、取得した変換テーブルで深度を基線からの距離に変換する。なお、この処理は、グラデーション描画をピクセル数分行うが、ステップごとにピクセル回数分処理してもよいし、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ３のセットをピクセル数分繰り返してもよい。

次に、アルファマップ生成部７の処理の流れについて、図７〜図１０を用いて説明する。
図７は、変換関数データベース６に格納されている変換関数の一例を示している。アルファマップ生成部７は、変換関数Ａで基線からの距離をアルファ値に変換する処理を行うと、図８に示すアルファマップとなる。また、変換関数Ｂで基線からの距離をアルファ値に変換する処理を行うと、図９に示すアルファマップとなる。また、変換関数Ｃで基線からの距離をアルファ値に変換する処理を行うと、図１０に示すアルファマップとなる。このような変換関数は、関数で定義してもよいし、ルックアップテーブルとして定義して高速化してもよい。

そして、アルファマップ生成部７で生成されたアルファマップは出力部８によって外部に送出される。

以上のように、アルファマップを生成する前に、基線からの距離を保存した距離マップを生成することで、各ピクセルと基線との距離を求める処理が短縮可能となる。結果として、アルファマップを高速に生成可能となる。

また、アルファ値に変換するための関数を複数設けることで、同一ピクセル値に対して複数のアルファ値を求めることが可能となる。こうすることで、基線に対して複数の効果を持ったグラデーションを実現することが可能となる。

また、複数のモデルをシーンに応じて適切に使い分けることにより、少ないモデルでレンダリング可能となるため、レンダリング速度を向上させることが可能となる。

以上説明したように、実施の形態１のグラデーション描画装置によれば、基線上に配置された３次元モデルのレンダリングを行うモデルレンダリング部と、レンダリング後の３次元モデルの深度を基線からの距離に変換する距離マップ生成部と、基線からの距離をアルファ値に変換するアルファマップ生成部とを備えたので、アルファマップを高速に生成することができる。

また、実施の形態１のグラデーション描画装置によれば、基線からの距離とアルファ値との関係を示す関数を複数備え、アルファマップ生成部は、複数の関数毎にアルファマップを複数生成するようにしたので、基線に対して複数の効果を持ったグラデーションを実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、３次元モデルをレンダリングした後の深度を距離に変換したが、深度ではなく、色値を用いて距離に変換することも可能であり、これを実施の形態２として説明する。ここで、図面上の構成は実施の形態１と同様であるため、図１を用いて実施の形態２の構成を説明する。

実施の形態２におけるモデルレンダリング部４は、基線上に配置された３次元モデルに対し、その３次元モデルの各頂点の位置に対応した色値でレンダリングを行うよう構成されている。また、距離マップ生成部５は、レンダリング後の色値を基線からの距離に変換するよう構成されている。さらに、変換関数データベース６には、レンダリング後の色値から距離への変換関数の変換テーブルが格納されている。これ以外の構成は実施の形態１と同様である。

次に、実施の形態２の動作について説明する。
実施の形態２は、１つのポリゴンの頂点に異なる色を設定してレンダリングすると、グラデーション描画されたポリゴンが生成可能であることを利用する。以下、ＡＲＧＢ１５５５の描画ハードウェアを用いて描画するときを例にして説明する。
モデル形状は、図２と同じものを用いるが、図１１の上図のようにポリゴンの各頂点に異なる色を設定してレンダリングを行う。なお、色は、実施の形態１の深度の役割を果たすため、各頂点のＺ座標の値に応じてポリゴンの頂点色を設定する。例えば、ＲＧＢのうち、Ｂ（青色値）のみを用いる場合、図１１の下図に示すように、モデルの頂点Ａ、Ｃ、Ｄ、ＦにＢ＝０、頂点Ｂ、ＥにＢ＝３１を設定する。

距離マップ生成部５は、モデルレンダリング部４でレンダリングされたモデルの色値に基づいて基線からの距離に変換する。図１２に、実施の形態２で用いる色値から距離への変換テーブルを示す。このような変換テーブルを用いて距離への変換を行った後の動作は実施の形態１と同様である。

また、図１３に示すように、図２のモデルに頂点を４つ増やすと、頂点色を細かく指定することが可能となるため、分割能が向上する。なお、図１４に示すように、Ｃ、Ｄ、Ｈ、ＩのＺの値はＥ、Ｊの１／２であり、Ｃ、Ｄ、Ｈ、ＩのＸの値はそれぞれＡ、Ｂ、Ｆ、ＧのＸの値の１／２である。例えば、青と緑を使用するときは、頂点Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｂ，Ｆ，Ｈ，Ｉ，ＧにＧ＝０、頂点Ｅ，ＪにＧ＝３１、頂点Ａ，Ｂ，Ｆ，ＧにＢ＝０、頂点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｈ，Ｉ，ＪにＢ＝３１を指定してレンダリングを行うことで、分割能を２倍にすることが可能となる。

以上説明したように、実施の形態２のグラデーション描画装置によれば、基線上に配置された３次元モデルに対し、３次元モデルの各頂点の位置に応じた色値でレンダリングを行うモデルレンダリング部と、レンダリング後の色値を基線からの距離に変換する距離マップ生成部と、基線からの距離をアルファ値に変換するアルファマップ生成部とを備えたので、アルファマップを高速に生成することが可能となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係るグラデーション描画装置は、基線からの距離を３次元モデルの深度や色値に基づいて求め、その距離をアルファ値に変換するものであり、例えば、地図をグラデーション表示するカーナビゲーション装置等に用いるのに適している。

１入力部、２モデル生成部、３モデルデータベース、４モデルレンダリング部、５距離マップ生成部、６変換関数データベース、７アルファマップ生成部、８出力部。

また、実施の形態１のグラデーション描画装置によれば、基線からの距離とアルファ値との関係を示す関数を複数備え、アルファマップ生成部は、複数の関数毎にアルファマップをそれぞれ生成するようにしたので、基線に対して複数の効果を持ったグラデーションを実現することができる。

Claims

基線上に配置された３次元モデルのレンダリングを行うモデルレンダリング部と、
レンダリング後の３次元モデルの深度を前記基線からの距離に変換する距離マップ生成部と、
前記基線からの距離をアルファ値に変換するアルファマップ生成部とを備えたグラデーション描画装置。
基線からの距離とアルファ値との関係を示す関数を複数備え、アルファマップ生成部は、前記複数の関数毎にアルファマップを複数生成することを特徴とする請求項１記載のグラデーション描画装置。
基線上に配置された３次元モデルに対し、当該３次元モデルの各頂点の位置に応じた色値でレンダリングを行うモデルレンダリング部と、
レンダリング後の色値を前記基線からの距離に変換する距離マップ生成部と、
前記基線からの距離をアルファ値に変換するアルファマップ生成部とを備えたグラデーション描画装置。