KR100898671B1

KR100898671B1 - 화상처리장치, 화상처리방법, 및, 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 정보기록매체

Info

Publication number: KR100898671B1
Application number: KR1020077006386A
Authority: KR
Inventors: 히데키 야나기하라
Original assignee: 가부시키가이샤 코나미 데지타루 엔타테인멘토
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2009-05-22
Also published as: TWI278789B; JP2006092177A; WO2006033261A1; EP1796046A4; CN100550060C; CN101027695A; US20080094391A1; JP3961525B2; HK1106052A1; KR20070041788A; TW200617806A; EP1796046A1

Abstract

처리해야 할 폴리곤 수를 줄여 3차원 그래픽스 처리를 실행하기 위해, 화상처리장치(201)의 기억부(202)는 가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 폴리곤의 각각을 대응지어 기억하고, 판단부(203)는 해당 가상 3차원 공간 내를 소정의 시점에서 소정의 시선방향으로 본 경우에, 기억된 근사다면체 면의 각각이 보이는지 보이지 않는지를 판단하며, 생성부(204)는 대응지어 기억된 복수의 다각형 중, 판단공정에서 보인다고 판단된 근사다면체의 면에 대응지어지는 것에 대해, 해당 소정의 시점에서 해당 소정의 시선방향으로 본 화상을 생성한다.

화상처리장치, 화상처리방법, 정보기록매체, 폴리곤, 근사다면체, 가상다면체, 다각형, 게임장치,

Description

화상처리장치, 화상처리방법, 및, 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 정보기록매체{IMAGE PROCESSOR, IMAGE PROCESSING METHOD, AND COMPUTER-READABLE INFORMATION RECORDING MEDIUM HAVING A PROGRAM RECORDED THEREON}

본 발명은 가상 3차원 공간 내에 배치되어 폴리곤에 의해서 형성되는 오브젝트를 처리해야 할 폴리곤의 수를 줄여서 묘화하는데에 매우 적합한 화상처리장치, 화상처리방법, 및, 이들을 컴퓨터로 실현하는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 정보기록매체에 관한 것이다.

종래부터 컴퓨터 그래픽스의 분야나 각종의 게임장치에 있어서의 처리에 있어서는 3차원 그래픽스의 기술이 이용되고 있다. 이와 같은 3차원 그래픽스의 기술에서는 가상적인 3차원 공간 속에 묘화 대상이 되는 오브젝트를 배치한다. 오브젝트의 표면은 다면체로 표현되어 있고, 다면체의 각면(角面)은 다각형(폴리곤)으로 되어 있다. 이와 같은 3차원 그래픽스의 기술에 대해서는 이하의 문헌에 개시가 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허 제3490983호

일반적으로 해당 3차원 공간 속에 배치된 오브젝트를 해당 3차원 공간 속에 배치된 시점에서 부여된 시선방향으로 본 모양을 3차원 그래픽스 표시하는 경우에는 이하와 같은 처리를 실행하고 있다. 즉, 각 폴리곤의 각각에 대해서 그 외향법 선과 시선방향을 나타내는 시선벡터가 이루는 각를 대비한다. 그리고 그 각이 90도∼180도인 폴리곤을 시점에서 먼 순서로 소트한다. 또한, 폴리곤을 먼 순서로 화상버퍼에 투영변환(시점에서 시선방향으로 본 경우의 투시변환을 이용하는 것이 일반적이다.)하여 해당 폴리곤에 할당된 텍스처를 투영변환된 영역에 첨부한다. 이와 같은 처리를 Z버퍼법이라 부른다.

그러나 3차원 그래픽스의 처리는 다대한 계산을 요하기 때문에 처리의 대상이 되는 폴리곤의 수를 간이하게(용도에 따라서는 근사적으로) 줄여서, 처리에 요하는 시간을 짧게 하고 싶다는 요망은 강하다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 가상 3차원 공간내에 배치되어 폴리곤에 의해서 형성되는 오브젝트를 처리해야 할 폴리곤의 수를 줄여서 묘화하는데에 매우 적합한 화상처리장치, 화상처리방법, 및, 이들을 컴퓨터로 실현되는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 정보기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 원리에 따라서 하기의 발명을 개시한다.

본 발명의 제 1 관점에 관련되는 화상처리장치는 기억부, 판단부, 생성부를 구비하고, 이하와 같이 구성한다.

우선, 기억부는 가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 다각형 각각을 대응지어 기억한다.

예를 들면, 가상 3차원 공간에 빌딩이나 타워와 같은 건조물의 오브젝트가 배치되어 있는 경우, 해당 건조물 표면의 콘크리트면, 유리창면, 철근면 등의 각 면이 다각형(폴리곤)으로 분할되어 표현된다.

이와 같은 건조물에 대한 근사다면체로서는 예를 들면 직육면체나 사각뿔을 채용할 수 있다. 빌딩의 대략적인 형상은 직육면체인 것이 많고, 타워의 대략적인 형상은 사각뿔인 것이 많기 때문이다.

그리고 각 다각형(폴리곤)을 해당 직육면체나 해당 사각뿔의 어느 하나의 면에 대응지어 기억하는 것이다.

한편, 판단부는 해당 가상 3차원 공간 내를 소정의 시점에서 소정의 시선방향으로 본 경우에, 기억된 근사다면체 면의 각각이 보이는지 보이지 않는지를 판단한다.

즉, 본 발명에서는 각 다각형에 대해 외향법선벡터를 시선방향벡터를 이루는 각을 계산해서 대비하는 것은 아니고, 근사다면체의 각 면에 대해 외향법선벡터가 시선방향벡터와 이루는 각을 계산해서 대비하는 것이다. 상기와 같이, 근사다면체는 오브젝트의 대략적인 형상을 나타내는 것이기 때문에, 오브젝트의 외형을 구성하는 폴리곤의 수와 근사다면체 면의 수를 비교하면, 전자는 후자에 비해 압도적으로 많은 것이 일반적이다.

또한, 생성부는 대응지어 기억된 복수의 다각형 중, 판단공정에서 보인다고 판단된 근사다면체의 면에 대응지어지는 것에 대해서만, 해당 소정의 시점에서 해당 소정의 시선방향으로 본 화상을 생성한다.

즉, 근사다면체의 각 면 중, 현재의 시점에서 현재의 시선방향으로 본 경우에, 보이는 면에 대응지어져 있는 폴리곤만을 3차원 그래픽스 처리하고, 근사다면체의 각 면 중, 보이지 않는 면에 대응지어져 있는 폴리곤에 대해서는 각종의 처리를 생략하는 것이다.

본 발명에 따르면, 가상 3차원 공간 내에 배치되어 폴리곤에 의해서 형성되는 오브젝트를 처리해야 할 폴리곤의 수를 줄여서 묘화할 수 있어, 묘화에 요하는 계산시간을 단축할 수 있다.

또, 본 발명의 화상처리장치는 해당 복수의 다각형 각각에 대해 해당 다각형은 그 외향법선벡터와 해당 근사다면체 면의 외향법선벡터가 이루는 각이 최소 근사다면체의 면에 대응지어져 기억되도록 구성할 수 있다.

본 발명은 상기 발명에 있어서의 근사다면체의 각 면과 오브젝트 표면의 각 다면체의 대응관계를 정하는 것이다.

무엇보다 단순하게는 오브젝트 표면의 각 다면체에 대해 해당 다면체에 가장 근접하는 근사다면체의 면을 대응지우는 것이 가능하다. 이와 같은 대응지움에 의해서도 오브젝트의 형상이나 3차원 그래픽스의 적용분야에 있어서는 충분한 품질의 영상이 얻어지는 일도 많다.

한편, 본 발명에서는 미리 근사다면체의 면 중, 다면체의 외향법선벡터와 그 외향법선벡터가 이루는 각이 최소가 되는 면에 대응지운다. 본 발명에서는 다각형이 보이는지 보이지 않는지의 판정은 어떤 종류의 근사를 채용하고 있는 것이 되는데, 본 발명과 같은 대응관계를 채용함으로써 가능한 한 정확하게 이 판정을 실행하는 것이다.

본 발명에 따르면, 폴리곤과 근사다면체 각 면의 대응지움을 결정하는 지침의 하나가 제공되는 동시에, 일단 그와 같은 대응지움을 해 버리면, 3차원 그래픽스 처리에 요하는 수고는 상기 발명과 똑같으므로 고속인 처리가 가능하게 된다.

또, 본 발명의 화상처리장치에 있어서, 해당 근사다면체는 해당 오브젝트에 외접하는 다각기둥이며, 그 면의 하나는, 해당 가상 3차원 공간의 지면에 접하고, 해당 복수의 다각형은 해당 지면에 접하는 면 이외의 면에 대응지어져 기억되며, 판단부는 해당 지면에 접하는 면 이외의 면에 대해 보이는지 보이지 않는지를 판단하도록 구성할 수 있다.

상기의 예와 같이, 3차원 공간 내에 배치되는 건물에 대해 묘화처리를 실행하는 경우에는 지면에 접하고 있는 면을 묘화의 대상으로 하는 일이 없는 것은 명백하다. 그래서 본 발명에서는 그와 같은 처리를 생략한다.

본 발명에 따르면, 근사다면체의 지면에 접하고 있는 면에는 폴리곤을 대응지우지 않는 것으로 하고, 지면에 접하고 있는 면에 대한 판단처리를 생략하여, 3차원 그래픽스 처리에 요하는 계산량을 줄여 고속인 처리를 실행할 수 있다.

또, 본 발명의 화상처리장치에 있어서, 해당 근사다면체는 해당 오브젝트에 외접하는 다각뿔이며, 그 밑면은 해당 가상 3차원 공간의 지면에 접하고, 해당 복수의 다각형은 해당 밑면 이외의 면에 대응지어져 기억되며, 판단부는 해당 밑면 이외의 면에 대해 보이는지 보이지 않는지를 판단하도록 구성할 수 있다.

상기 발명에서는 근사다면체로서 다각기둥(전형적으로는 직육면체)을 채용했는데, 본 발명에서는 근사다면체로서 다각뿔을 채용하고, 그 밑면을 지면에 접하는 면으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 발명과 똑같이 근사다면체의 지면에 접하고 있는 면에는 폴리곤을 대응지우지 않는 것으로 하고, 지면에 접하고 있는 면에 대한 판단 처리를 생략하여 3차원 그래픽스 처리에 요하는 계산량을 줄이며, 고속인 처리를 실행할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점에 관련되는 화상처리방법은 기억부, 판단부, 생성부를 구비하는 화상처리장치에서 실행되고, 기억부에는 가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 다각형 각각이 대응지어져 기억되며, 판단공정, 생성공정을 구비하고, 이하와 같이 구성한다.

즉, 판단공정에서는 판단부가 해당 가상 3차원 공간 내를 소정의 시점에서 소정의 시선방향으로 본 경우에, 기억된 근사다면체 면의 각각이 보이는지 보이지 않는지를 판단한다.

한편, 생성공정에서는 생성부가 대응지어져 기억된 복수의 다각형 중, 판단부에 의해 보인다고 판단된 근사다면체의 면에 대응지어지는 것에 대해서만, 해당 소정의 시점에서 해당 소정의 시선방향으로 본 화상을 생성한다.

본 발명의 그 밖의 관점에 관련되는 프로그램은, 컴퓨터를 상기 화상처리장치로서 기능시키고, 또는 컴퓨터에 상기 화상처리방법을 실행시키도록 구성한다.

또, 본 발명의 프로그램은, 콤팩트디스크, 플렉시블디스크, 하드디스크, 광자기디스크, 디지털비디오디스크, 자기테이프, 반도체메모리 등의 컴퓨터 판독 가능한 정보기억매체에 기록할 수 있다.

상기 프로그램은 프로그램이 실행되는 컴퓨터와는 독립해서 컴퓨터통신망을 통하여 배포ㆍ판매할 수 있다. 또, 상기 정보기억매체는 컴퓨터와는 독립해서 배포ㆍ판매할 수 있다.

본 발명에 따르면, 가상 3차원 공간 내에 배치되어 폴리곤에 의해서 형성되는 오브젝트를 처리해야 할 폴리곤의 수를 줄여서 묘화하는데에 매우 적합한 화상처리장치, 화상처리방법, 및, 이들을 컴퓨터로 실현하는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 정보기록매체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 하나에 관련되는 화상처리장치가 실현되는 전형적인 게임장치의 개요 구성을 나타내는 설명도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태의 하나인 화상처리장치의 개요 구성을 나타내는 모식도이다.

도 3은 오브젝트와 가상다면체의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 4는 시점, 시선의 방향, 가상다면체의 면, 폴리곤의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 5는 본 실시형태의 화상처리장치에서 실행되는 화상처리의 제어의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 게임장치 101: CPU

102: ROM 103: RAM

104: 인터페이스 105: 컨트롤러

106: 외부메모리 107: 화상처리부

108: DVD-ROM드라이브 109: NIC

110: 음성처리부 201: 화상처리장치

202: 기억부 203: 판단부

204: 생성부 301: 오브젝트

302 가상다면체 401: 폴리곤

402: 시점 403: 시선

404: 가상다면체의 면 411: 폴리곤의 위치벡터

412: 시선방향벡터 413: 폴리곤의 외향법선벡터

421: 가상다면체 면의 위치벡터

423: 가상다면체 면의 외향법선벡터

이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이하에서는 이해를 용이하게 하기 위해 3차원 그래픽스 표시가 되는 게임장치에 본 발명이 적용되는 실시형태를 설명하는데, 각종의 컴퓨터, PDA(Personal Data Assistants), 휴대전화 등의 정보처리장치에 있어서도 똑같이 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 이하에 설명하는 실시형 태는 설명을 위한 것이며, 본원 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서 당업자이면 이들 각 요소 또는 전체 요소를 이것과 균등한 것으로 치환한 실시형태를 채용하는 것이 가능한데, 이들 실시형태도 본 발명의 범위에 포함된다.

실시예 1 　

도 1은 본 발명의 화상처리장치가 실현되는 전형적인 게임장치의 개요 구성을 나타내는 설명도이다. 이하, 본 도면을 참조해서 설명한다.

게임장치(100)는 CPU(Central Processing Unit, 101)와, ROM(102)과, RAM (103)과, 인터페이스(104)와, 컨트롤러(105)와, 외부메모리(106)와, 화상처리부(107)와, DVD-ROM드라이브(108)와, NIC(Network Interface Card, 109)와, 음성처리부(110)를 구비한다.

화상처리용의 프로그램 및 데이터를 기억한 DVD-ROM을 DVD-ROM드라이브(108)에 장착하여 게임장치(100)의 전원을 투입함으로써 해당 프로그램이 실행되고, 본 실시형태의 화상처리장치가 실현된다.

CPU(101)는 게임장치(100) 전체의 동작을 제어하고, 각 구성요소와 접속되어 제어신호나 데이터를 교환한다. 또, CPU(101)는 레지스터(도시하지 않음)라고 하는 고속 액세스가 가능한 기억영역에 대해서 ALU(Arithmetic Logic Unit, 도시하지 않음)를 이용하여 가감승제 등의 산술연산이나, 논리합, 논리곱, 논리부정 등의 논리연산, 비트합, 비트곱, 비트반전, 비트시프트, 비트회전 등의 비트연산 등을 실행할 수 있다. 또한, 멀티미디어 처리 대응을 위한 가감승제 등의 포화연산이나, 삼각함수 등, 벡터연산 등을 고속으로 실행할 수 있도록 CPU(101) 자신이 구성되어 있는 것이나, 코프로세서를 구비하여 실현되는 것이 있다.

ROM(102)에는 전원투입 직후에 실행되는 IPL(Initial Program Loader)이 기록되고, 이것이 실행됨으로써 DVD-ROM에 기록된 프로그램을 RAM(103)에 판독하여 CPU(101)에 의한 실행이 개시된다. 또, ROM(102)에는 게임장치(100) 전체의 동작 제어에 필요한 오퍼레이팅 시스템의 프로그램이나 각종의 데이터가 기록된다.

RAM(103)은 데이터나 프로그램을 일시적으로 기억하기 위한 것으로, DVD-ROM으로부터 판독한 프로그램이나 데이터, 그 밖의 게임의 진행이나 채팅통신에 필요한 데이터가 홀딩된다. 또, CPU(101)는 RAM(103)에 변수영역을 설치하고, 해당 변수에 격납된 값에 대해서 직접 ALU를 작용시켜 연산을 실행하거나, RAM(103)에 격납된 값을 일단 레지스터에 격납하고 나서 레지스터에 대해서 연산을 실행하며, 연산결과를 메모리에 써서 되돌리는 등의 처리를 실행한다.

인터페이스(104)를 통하여 접속된 컨트롤러(105)는 사용자가 레이싱게임 등의 게임실행 때에 실행하는 조작입력을 접수한다.

인터페이스(104)를 통하여 착탈 자유롭게 접속된 외부메모리(106)에는 레이싱게임 등의 플레이상황(과거의 성적 등)을 나타내는 데이터, 게임의 진행상태를 나타내는 데이터, 채팅통신의 로그(기록)의 데이터 등이 개서 가능하게 기억된다. 사용자는 컨트롤러(105)를 통하여 지시입력을 실행함으로써 이들 데이터를 적절히 외부메모리(106)에 기록할 수 있다.

DVD-ROM드라이브(108)에 장착되는 DVD-ROM에는 게임을 실현하기 위한 프로그램과 게임에 부수하는 화상데이터나 음성데이터가 기록된다. CPU(101)의 제어에 의해서 DVD-ROM드라이브(108)는 이것에 장착된 DVD-ROM에 대한 판독처리를 실행해서 필요한 프로그램이나 데이터를 판독하고, 이들은 RAM(103) 등에 일시적으로 기억된다.

화상처리부(107)는 DVD-ROM으로부터 판독된 데이터를 CPU(101)나 화상처리부(107)가 구비하는 화상연산프로세서(도시하지 않음)에 의해서 가공처리한 후, 이것을 화상처리부(107)가 구비하는 프레임메모리(도시하지 않음)에 기록한다. 프레임메모리에 기록된 화상정보는 소정의 동기타이밍으로 비디오신호로 변환되어 화상처리부(107)에 접속되는 모니터(도시하지 않음)에 출력된다. 이에 따라 각종의 화상표시가 가능하게 된다.

화상연산프로세서는 2차원 화상의 중합연산이나 α블렌딩 등의 투과연산, 각종의 포화연산을 고속으로 실행할 수 있다.

또, 가상 3차원 공간에 배치되고, 각종의 텍스처정보가 부가된 폴리곤정보를 Z버퍼법에 의해 렌더링하여 소정의 시점위치로부터 가상 3차원 공간에 배치된 폴리곤을 소정의 시선방향으로 부감한 렌더링화상을 얻는 연산의 고속실행도 가능하다.

또한, CPU(101)와 화상연산프로세서가 협조 동작함으로써 문자의 형상을 정의하는 폰트정보에 따라서 문자열을 2차원 화상으로서 프레임메모리에 묘화하거나, 각 폴리곤 표면에 묘화하는 것이 가능하다.

또, 화상연산프로세서는 3각형이나 4각형의 비트맵 화상(텍스처화상)을 다른 3각형이나 4각형의 영역에 적절히 변형해서 투영하는 렌더링 기능을 갖는 것이 일반적이다.

NIC(109)는 게임장치(100)를 인터넷 등의 컴퓨터통신망(도시하지 않음)에 접속하기 위한 것이고, LAN(Local Area Network)을 구성할 때에 이용되는 10BASE-T/100BASE-T규격에 따르는 것이나, 전화회선을 이용해서 인터넷에 접속하기 위한 아날로그모뎀, ISDN(Integrated Services Digital Network)모뎀, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)모뎀, 케이블텔레비전회선을 이용해서 인터넷에 접속하기 위한 케이블모뎀 등과, 이들과 CPU(101)의 중개를 실행하는 인터페이스(도시하지 않음)에 의해 구성된다.

음성처리부(110)는 DVD-ROM으로부터 판독한 음성데이터를 아날로그음성신호로 변환하고, 이것에 접속된 스피커(도시하지 않음)로부터 출력시킨다. 또, CPU (101)의 제어하에 게임의 진행중에 발생시켜야 할 효과음이나 악곡데이터를 생성하고, 이것에 대응한 음성을 스피커로부터 출력시킨다.

음성처리부(110)에서는 DVD-ROM에 기록된 음성데이터가 MIDI데이터인 경우에는 이것이 갖는 음원데이터를 참조하여 MIDI데이터를 PCM데이터로 변환한다. 또, ADPCM형식이나 Ogg Vorbis형식 등의 압축완료음성데이터인 경우에는 이것을 전개해서 PCM데이터로 변환한다. PCM데이터는 그 샘플링 주파수에 따른 타이밍으로 D/A(Digital/Analog)변환을 실행해서 스피커에 출력함으로써 음성 출력이 가능하게 된다.

이 밖에 게임장치(100)는 하드디스크 등의 대용량 외부기억장치를 이용하여 ROM(102), RAM(103), 외부메모리(106), DVD-ROM드라이브(108)에 장착되는 DVD-ROM 등과 같은 기능을 실행하도록 구성해도 좋다.

도 2는 본 발명의 실시형태의 하나에 관련되는 화상처리장치의 개요 구성을 나타내는 모식도이다. 이하, 본 도면을 참조해서 설명한다. 본 실시형태에 관련되는 화상처리장치(201)는 기억부(202), 판단부(203), 생성부(204)를 구비한다.

여기에서, 기억부(202)는 가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 다각형 각각을 대응지어 기억한다.

도 3은 가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상의 예와, 그것에 대응하는 근사다면체의 예를 나타내는 설명도이다. 이하, 본 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 본 도면에서는 오브젝트의 윤곽은 실선으로, 근사다면체의 윤곽은 점선으로 각각 나타내는 것으로 한다.

도 3의 (a)는 가상 3차원 공간 내에 배치되는 빌딩의 오브젝트(301)와, 그 가상다면체(302)의 관계를 나타내는 것이다.

빌딩의 대략적인 형상은 전형적으로는 직육면체인 것이 많고, 경우에 따라서는 다각기둥과 같은 형상을 취하는 일도 있는데, 본 예의 오브젝트(301)의 형상은 대략 직육면체로 되어 있다. 오브젝트(301)를 구성하는 폴리곤에는 콘크리트면이나 유리창면 등의 텍스처가 첨부되어 있고, 가상 3차원 공간 내의 빌딩을 표현하고 있다.

그래서 가상다면체(302)로서 해당 빌딩의 오브젝트(301)의 주요 구조물(벽면 및 천정)을 면으로서 갖는 직육면체(사각기둥)를 채용하고 있다.

도 3의 (b)는 가상 3차원 공간 내에 배치되는 타워의 오브젝트(301)와, 그 가상다면체(302)의 관계를 나타내는 것이다.

타워의 대략적인 형상은 전형적으로는 다각기둥이나 다각뿔, 다각뿔대(다각뿔의 꼭짓점 부근을 절단한 나머지)를 취하는 것이 많고, 본 예의 오브젝트(301)의 형상은 대략 사각뿔로 되어 있다. 오브젝트(301)를 구성하는 폴리곤에는 철근을 나타내는 그물코 형상의 텍스처 외, 상기 오브젝트(301)와 똑같이 콘크리트면이나 유리창면 등의 텍스처가 첨부되어 있고, 가상 3차원 공간 내의 타워를 표현하고 있다.

그래서 가상다면체(302)로서 해당 타워의 오브젝트(301)의 주요 구조물(벽면)을 면으로 하고, 정상(頂上)을 꼭짓점으로서 갖는 사각뿔을 채용하고 있다.

가상다면체(302)로서는 전형적으로는 해당 오브젝트(301)에 외접하는(오브젝트(301)의 폴리곤을 내포 또는 오브젝트(301)의 폴리곤과 겹친다.), 또는, 오브젝트(301)의 개형(槪形)을 나타내는(따라서 오브젝트(301)의 폴리곤과 교차하는 면이 존재하는 일도 있을 수 있다.) 다면체, 특히 다각기둥이나 다각뿔을 채용하는 것이 바람직하다. 오브젝트(301)를 구성하는 폴리곤 수에 비해 이들 다면체 면의 수는 매우 작기 때문이다. 후술하는 바와 같이, 이 가상다면체(302)의 면에 의해서 폴리곤 처리의 가지치기를 실행하고, 계산량을 감소시키는 것이다.

기억부(202)는 이와 같은 가상다면체의 어느 하나의 면에 오브젝트의 폴리곤의 각각을 대응지어 기억한다. 이하에서는 이와 같은 대응지움을 어떻게 정할지에 대해 설명한다. 도 4는 시점, 시선방향, 가상다면체의 하나의 면, 1개의 폴리곤의 위치관계를 나타내는 설명도이다. 이하, 본 도면을 참조해서 설명한다.

3차원 그래픽스에서는 가상 3차원 공간 내에 배치되는 폴리곤(401)을 해당 공간 내에 배치되는 시점(402)으로부터 시선(403)의 방향으로 본 모양을 묘화한다. 시점(402)을 원점으로 하는 폴리곤(401)의 위치벡터(r411)와, 시점(402)을 출발점으로 하는 시선(403)의 방향벡터(s412)와, 폴리곤(401)의 외향법선벡터(n413)를 생각한다.

폴리곤(401)의 위치벡터(r411)가 가리키는 앞은 폴리곤(401) 내의 어느 하나의 대표점이며, 전형적으로는 폴리곤(401)의 꼭짓점의 어느 하나, 또는, 폴리곤 (401)의 무게중심이다.

해당 폴리곤(401)의 텍스처를 묘화해야할 것인지 아닌지의 판단에는, 엄밀하게는 위치벡터(r411)와 외향법선벡터(n413)가 이루는 각의 범위에 의해서 판정하게 되는데, 소정의 거리 이상 떨어져 있는 오브젝트의 경우에는 위치벡터(r411)에 대신하여 시선방향벡터(s412)를 이용해서 근사계산을 실행하는 것으로 해도 좋다. 즉, 엄밀하게는,

-1≤(rㆍn)/(|r||n|)≤0

근사적으로는,

-1≤(sㆍn)/(|s||n|)≤0

이 성립할 때(양 벡터가 이루는 각이 90도 이상 180도 이하일 때)에 해당 폴리곤(401)의 표면이 해당 시점(403)으로부터 보이게 된다. 물론 또한 arccos (ㆍ)를 이용해서 각도 그 자체를 얻어 판단을 실행하는 것으로 해도 좋다.

따라서 본래이면, 폴리곤(401)마다 상기의 내적(內積)의 계산(벡터끼리가 이 루는 각을 구하는 계산)을 실행할 필요가 있다.

본 실시형태에서는 이것을 폴리곤(401)에 대응지어지는 가상다면체(302)의 면(404)을 이용하여 판단한다. 면(404)에는 복수의 폴리곤(401)이 대응지어져 있고, 면(404)이 보이는지 보이지 않는지의 판단으로 이것에 대응지어진 복수의 폴리곤이 보이는지 보이지 않는지를 정리하여(근사적으로) 판단하는 것이다.

본 도면에 나타내는 바와 같이, 시점(402)을 원점으로 하는 면(404)의 위치벡터(r'421)와, 면(404)의 외향법선벡터(n'423)를 생각한다. 위치벡터(r'421)가 가리키는 앞은 면(404)내의 대표점이며, 전형적으로는 면(404)의 무게중심 또는 어느 하나의 꼭짓점이다.

그런데, 가상다면체(302)의 면(404)이 보이는지 보이지 않는지는 폴리곤(401) 경우의 판단과 똑같이,

-1≤(r'ㆍn')/(|r'||n'|)≤0

또는,

-1≤(sㆍn')/(|s||n'|)≤0

에 의해 판단할 수 있다.

그래서 폴리곤(401)이 보이는지 보이지 않는지의 판단을 면(404)이 보이는지 보이지 않는지의 판단으로 근사하기 위해서는 폴리곤(401)의 외향법선벡터(n413)와 면(404)의 외향법선벡터(n'423)가 이루는 각이 가까운 것이 필요하게 된다. 복수의 폴리곤(401)의 각각에 대해 해당 폴리곤(401)과 가상다면체(302)의 면(404)의 각각에 대해,

(nㆍn')/(|n||n'|)

의 값을 구하고, 이것이 최대가 되는(1에 가까우면 가까울수록 양자가 이루는 각은 작아진다.) 면(404)에 대응지우면 좋다.

기억부(202)에는 이와 같이 하여 폴리곤(401)과 면(404)의 대응지움을 기억하는 것이다.

또한, 빌딩이나 타워 등의 건조물의 경우에는 그 밑면(건조물이 지면에 접하는 면)이 보이는 일은 있을 수 없다. 그래서 본 실시형태에서는 가상다면체(302)의 면(404)으로서 지면에 접하는 면은 채용하지 않는다. 각 폴리곤(401)은 가상다면체(302)의 측면 또는 상면에 배치되는 면(404)의 어느 하나에 대응지우게 된다.

또, 가상다면체(302)의 면(404)이 보이는지 보이지 않는지에 의해서 폴리곤(401)이 보이는지 보이지 않는지를 판단하는 것은 근사적 수법인데, 본 실시형태의 적용분야에 따라서는 이것으로 충분한 시각적 효과가 얻어지는 일이 많다. 무엇보다 계산량이 증가하지 않는(보이지 않는 폴리곤(401)의 처리를 가능한 한 생략한다) 범위에서 이 근사를 가능한 한 정확하게 하는 것도 가능하다.

즉, 상기의 설명에서는 2개의 벡터가 이루는 각이 90도 이상 180도 미만이면 보인다고 판단하고 있었는데, 이 하한을 조금 작게 하는 것이다. 예를 들면, 여유각을 10도로 하여 2개의 벡터가 이루는 각이 80도 이상 180도 미만이면 보인다고 판단한다. 구체적으로는 이 여유각을 θ(0°≤θ≤90°, 즉 0≤θ≤π/2)로 했을 때,

-1≤(r'ㆍn')/(|r'||n'|)≤cosθ

또는,

-1≤(sㆍn')/(|s||n'|)≤cosθ

에 의해 판단할 수 있다.

이들은 벡터끼리가 이루는 각의 관계로 쓰면,

π≥arccos((r'ㆍn')/(|r'||n'|))≥π/2-θ

또는,

π≥arccos((sㆍn')/(|s||n'|))≥π/2-θ

로서 판단할 수도 있다. 어느 것의 판단을 이용할지는 계산기에 어떠한 하드웨어나 기본 라이브러리가 구비되어 있는지에 의해서 적절히 선택할 수 있다.

또한, 법선벡터나 시선방향벡터는 길이를 1로 하는 것이 일반적이다. 즉,

|n|=|n'|=|s|=1

이 경우, 상기의 판단기준은 각각,

-1≤(r'ㆍn')/|r'|≤cosθ;

-1≤(sㆍn')≤cosθ;

π≥arccos((r'ㆍn')/|r'|)≥π/2-θ;

π≥arccos(sㆍn')≥π/2-θ

와 같이 간단화하는 것이 가능하다. 이것을 보면 명백한 바와 같이, 위치벡터(r'421)를 이용하는 것보다도 시선방향벡터(s412)를 이용하여 판단을 실행하는 것이 계산시간을 짧게하여 끝낸다고 생각된다.

또, θ를 0°(=0)으로 했을 때에는 여유가 일절 없게 되고, θ를 90°(=π /2)로 했을 때에는 모든 폴리곤(401)이 보이는 것으로서 처리를 실행하게 된다. 따라서, 적용분야와 계산기 자원의 능력에 따라서 θ의 값을 적절히 정하면 좋다.

도 5는 해당 화상처리장치에서 실행되는 화상처리의 제어의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 이하, 본 도면을 참조해서 설명한다.

상기와 같이 기억부(202)에는 이미 오브젝트(301)의 폴리곤(401)의 각각이 가상다면체(302) 면(404)의 어느 하나에 대응지워져 기억되어 있는 것으로 한다.

그래서, 우선, 판단부(203)는 가상다면체(302) 면(404)의 각각에 대해 반복처리를 실행한다. 우선, 면(404)의 모두에 대해 처리를 실행했는지를 판단하고(스텝S501), 아직 처리하고 있지 않은 면(404)이 있으면(스텝S501; No), 미처리의 면(404)을 1개 취득하여(스텝S502), 그 면(404)을 가상 3차원 공간 내에 배치된 시점(402)으로부터 시선방향벡터(s412)의 방향으로 보았을 때에 해당 면(404)의 외면이 보이는지 보이지 않는지를 판단한다(스텝S503). 이때에는 상기와 같이, 해당 면(404)에 할당된 외향법선벡터(n'423)나, 필요에 따라서 시점(402)으로부터 해당 면 (404)으로의 위치벡터(r'421)를 이용하게 된다.

면(404)의 외면이 보이는 경우(스텝S503; Yes), 해당 면(404)에 대응지어져 기억부(202)에 기억되어 있는 폴리곤(401)을 모두 Z버퍼에 등록하고(스텝S504), 스텝S501로 되돌아간다. 여기에서, Z버퍼는 RAM(103)내 등에 준비되고, 후술하는 바와 같이, 폴리곤끼리의 시점으로부터의 원근관계를 판단하기 위해 사용되는 배열형상의 기억영역이다.

한편, 면(404)의 외면이 보이지 않는 경우(스텝S503; No) 스텝S501로 되돌아 간다.

이와 같이, 화상처리장치(201)가 게임장치(100)상에 실현되는 경우에는 CPU (101)가 RAM(103)과 공동하여 판단부(203)로서 기능한다. 이 밖에 화상처리프로세서가 갖는 멀티미디어명령이나 벡터연산명령, 병렬연산명령 등을 이용할 수 있는 경우에는 상기의 반복을 병렬처리하거나, 벡터연산명령을 이용하거나 하여 판단부(203)의 기능을 실행하는 것으로 해도 좋다.

이어서, 모든 면(404)에 대해 처리가 끝나면(스텝S501; Yes), 생성부(204)는 Z버퍼에 등록된 폴리곤(401)을 시점으로부터 먼 순서로 소트한다(스텝S505). 그리고 가장 먼 폴리곤(401)에서 가장 가까운 폴리곤(401)까지 이하의 처리를 반복한다.

즉, 소트완료Z버퍼 내에 등록된 폴리곤(401)의 모두에 대해 처리를 했는지를 판단하고(스텝S506), 미처리의 폴리곤(401)이 있으면(스텝S506; No), 미처리의 폴리곤(401) 중, 가장 시점(402)으로부터 먼 폴리곤(401)을 취득하여(스텝S507), 가상 3차원 공간에 있어서의 해당 폴리곤(401)의 위치정보, 자세정보와, 시점의 위치나 시선방향에 의거하여 소정의 투시변환을 실시하며,(스텝S508), 화면버퍼 내에 해당 폴리곤(401)이 투영되는 영역을 취득하고(스텝S509), 또한, 해당 영역 내에 해당 폴리곤(401)에 할당된 텍스처를 첨부하고(스텝S510), 스텝S506으로 되돌아간다.

이와 같이, CPU(101)가 RAM(103)이나 화상처리부(107)의 화상처리프로세서와 공동하여 생성부(204)로서 기능한다.

스텝S501∼스텝S504의 반복처리에 의해서 시점(402)으로부터 그 텍스처 면이 보이는(라고 추측되는) 폴리곤(401)만이 Z버퍼 내에 등록되게 된다.

이로 인해, 모든 폴리곤(401)을 Z버퍼에 등록한 경우보다도 당연히 계산량이 적게하여 끝난다. 모든 폴리곤(401)에 대해 보이는지 보이지 않는지의 전처리를 실행하는 것보다도 본 실시형태의 근사법을 이용한 것이 계산량을 적게 할 수 있는 것도 명백하다.

또한, 만일, 실제로는 보이지 안 어야 할 폴리곤(401)이 Z버퍼에 등록되어 버렸다고 해도 오브젝트(301)가 폐(閉)다면체일 때는 실제로는 보이지 안 어야 할 폴리곤(401)은 그것보다도 시점(402)에 가까운 장소에 있는 폴리곤(401)에 의해서 덮어쓰게 되므로(일이 거의 확실한), 레이싱게임 등과 같이 실시간으로(플레이어가 반드시 주목하지 않는) 배경화상의 생성에 적용하는데에는 충분한 성능을 가진다고 생각할 수 있다.

그런데, 상기의 반복 스텝S506∼스텝S510에 의해서 화면버퍼에 묘화가 된 후는(스텝S506; Yes), 해당 화면버퍼의 내용을 수직동기신호주기로 디스플레이장치에 전송함으로써 생성된 화상을 표시하고(스텝S511), 본 처리를 종료한다.

이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 계산처리대상이 되는 폴리곤의 수를 줄임으로써 가능한 한 고속으로 3차원 그래픽스를 생성할 수 있게 된다.

또한, 본원에 있어서는 일본국 특허출원 특원2004-275722호를 기초로 하는 우선권을 주장하는 것으로 하고, 해당 기초 출원의 내용을 모두 본원의 내용으로서 집어넣는 것으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 가상 3차원 공간 내에 배치되어 폴리곤에 의해서 형성되는 오브젝트를 처리해야 할 폴리곤의 수를 줄여서 묘화하는데에 매우 적합한 화상처리장치, 화상처리방법, 및, 이들을 컴퓨터로 실현하는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있어, 고속의 3차원 그래픽스 처리를 필요로 하는 레이싱게임이나 액션게임 등을 실현하는 경우 외에, 각종의 가상체험을 제공하는 가상현실기술 등에 적용할 수 있다.

Claims

가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 다각형 각각을 대응지어 기억하는 기억부와,

해당 가상 3차원 공간 내를 소정의 시점에서 소정의 시선방향으로 본 경우에, 당해 근사다면체면의 외부로 향하는 법선 벡터와 시점으로부터 당해 근사다면체로 향하는 벡터가 이루는 각도에 기초하여 상기 기억된 근사다면체 면이 각각 보이는지 보이지 않는지를 판단하는 판단부와,

상기 대응지어 기억된 복수의 다각형 중 상기 판단부에 의해 보인다고 판단된 근사다면체의 면에 대응지어진 다각형만을 당해 소정 시점으로부터 먼것으로부터 가까운 것으로의 순서로 묘화하는 것에 의하여, 가상 3차원 공간을 해당 소정의 시점에서부터 해당 소정의 시선방향으로 본 화상을 생성하는 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상처리장치.
제 1 항에 있어서,

해당 복수의 다각형 각각에 대해, 해당 다각형은 그 외향법선벡터와 해당 근사다면체 면의 외향법선벡터가 이루는 각이 최소 근사다면체의 면에 대응지어 기억되는 것을 특징으로 하는 화상처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 판단부는 해당 시선방향을 나타내는 벡터와 해당 근사다면체 면의 외향 법선벡터가 이루는 각이 소정의 하한각과 소정의 상한각의 사이에 있는 경우에, 해당 근사다면체의 면이 보인다고 판정하고,

해당 소정의 하한각은 90도 이하의 각도이며, 해당 소정의 상한각은 180도인 것을 특징으로 하는 화상처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 판단부는 해당 시점을 원점으로 했을 때의 해당 근사다면체에 포함되는 대표점의 위치벡터와 해당 근사다면체 면의 외향법선벡터가 이루는 각이 소정의 하한각과 소정의 상한각의 사이에 있는 경우에, 해당 근사다면체의 면이 보인다고 판정하고,

해당 소정의 하한각은 90도 이하의 각도이며, 해당 소정의 상한각은 180도인 것을 특징으로 하는 화상처리장치.
제 1 항에 있어서,

해당 근사다면체는 해당 오브젝트에 외접하는 다각기둥이며, 그 면의 하나는 해당 가상 3차원 공간의 지면에 접하고,

해당 복수의 다각형은 해당 지면에 접하는 면 이외의 면에 대응지어져 기억되며,

상기 판단부는 해당 지면에 접하는 면 이외의 면에 대해 보이는지 보이지 않는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 화상처리장치.
제 1 항에 있어서,

해당 근사다면체는 해당 오브젝트에 외접하는 다각뿔이며, 그 밑면은 해당 가상 3차원 공간의 지면에 접하고,

해당 복수의 다각형은 해당 밑면 이외의 면에 대응지어져 기억되며,

상기 판단부는 해당 밑면 이외의 면에 대해 보이는지 보이지 않는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 화상처리장치.
기억부, 판단부, 생성부를 구비하는 화상처리장치에서 실행되는 화상처리방법에 있어서,

상기 기억부에는 가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 다각형 각각이 대응지어져 기억되고,

상기 판단부가 해당 가상 3차원 공간 내를 소정의 시점에서 소정의 시선방향으로 본 경우에, 당해 근사다면체면의 외부로 향하는 법선 벡터와 시점으로부터 당해 근사다면체로 향하는 벡터가 이루는 각도에 기초하여 상기 기억된 근사다면체 면이 각각 보이는지 보이지 않는지를 판단하는 판단공정을 구비하고,

상기 생성부가 상기 대응지어 기억된 복수의 다각형 중 상기 판단공정에서 보인다고 판단된 근사다면체의 면에 대응지어진 다각형만을 당해 소정 시점으로부터 먼것으로부터 가까운 것으로의 순서로 묘화하는 것에 의하여, 가상 3차원 공간을 해당 소정의 시점에서부터 해당 소정의 시선방향으로 본 화상을 생성하는 생성공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상처리방법.
컴퓨터를,

가상 3차원 공간에 배치되는 오브젝트의 형상을 근사하는 근사다면체 면의 어느 하나에 해당 오브젝트의 표면을 형성하는 복수의 다각형 각각을 대응지어 기억하는 기억부와,

해당 가상 3차원 공간 내를 소정의 시점에서 소정의 시선방향으로 본 경우에, 당해 근사다면체면의 외부로 향하는 법선 벡터와 시점으로부터 당해 근사다면체로 향하는 벡터가 이루는 각도에 기초하여 상기 기억된 근사다면체 면이 각각 보이는지 보이지 않는지를 판단하는 판단부와,

상기 대응지어 기억된 복수의 다각형 중 상기 판단부에 의해 보인다고 판단된 근사다면체의 면에 대응지어진 다각형만을 당해 소정 시점으로부터 먼것으로부터 가까운 것으로의 순서로 묘화하는 것에 의하여, 가상 3차원 공간을 해당 소정의 시점에서부터 해당 소정의 시선방향으로 본 화상을 생성하는 생성부로서 기능시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 정보기록매체.
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