KR19980701470A

KR19980701470A - 특수 효과 장치, 화상 처리 방법, 및 새도우 생성 방법

Info

Publication number: KR19980701470A
Application number: KR1019970704860A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 미나미; 아키히로 다카시마
Original assignee: 이데이 노부유키; 소니(주)
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-05-15
Also published as: US6014472A; JP3840663B2; WO1997018667A1

Abstract

소스 비디오 신호에 대하여 3차원 화상 변환을 행하는 것에 따라 가상적인 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 생성하여, 이 객체 비디오 신호(V₁)를 XY 평면에 투영하는 것에 의해서, 3차원 화상 변환을 시각적으로 나타내기 위한 2차원 객체 비디오 신호(V₂)를 생성한다. 또한, 3차원 화상 변환이 행해진 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 섀도우면에 투영하는 것에 의해서 3차원 섀도우 신호(V₃, V₅)를 생성하여, 이 3차원 섀도우 신호를 XY 평면에 투영함으로써 상기 2차원 객체 비디오 신호에 대응한 2차원 섀도우 신호(V₄, V₆)를 생성한다. 이것에 의해서, 3차원 화상 변환이 행해진 객체 비디오 신호에 대한 섀도우 신호를 연산에 의해 생성할 수 있다.

Description

특수 효과 장치, 화상 처리 방법, 및 섀도우 생성 방법

먼저, 도 1을 참조하여 종래의 특수 효과 장치를 기술한다.

종래에, 화상 처리 장치의 분야에서는, 외부 장치로부터 공급된 소스 비디오 신호에 대해 3차원적으로 화상 변환을 하기 위한 특수 효과 장치가 실현되었었다. 이런 유형의 특수 효과 장치에서는, 섀도우가 3차원 위치로 화상 변환된 객체 비디오 신호에 부여되어 입체적인 효과를 만들어 낸다. 객체 비디오 신호는 3차원적으로 변환되는 비디오 신호이다. 종래의 특수 효과 장치에서는, 객체 비디오 신호에 섀도우를 부여하기 위하여, 오퍼레이터는 객체 비디오 신호의 기초가 되는 제 1 소스 비디오 신호에 대해 원하는 제 1 의 3차원 변환 처리를 행하기 위해서는 3차원 조이스틱 등의 포인팅 장치를 조작한다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 3차원적으로 변환된 신호는 객체 비디오 신호(Vobj)로서 나타내어지고, 객체 비디오 신호(Vobj)는 모니터 상에 표시된다. 다음으로, 오퍼레이터는 제 2 소스 비디오 신호에 대해 제 2의 3차원 변환 처리를 행하기 위해서 포인팅 장치를 조작하고, 상기 제 2 소스 비디오 신호는 예를 들면 흑색을 갖는 섀도우 비디오 신호의 기초가 된다. 특히, 오퍼레이터는 섀도우의 색을 갖는 비디오 신호에 대해 3차원 변환 처리를 행하므로 3차원적으로 변환된 섀도우 비디오 신호(Vshadow)는 모니터 상에 표시되는 객체 비디오 신호(Vobj)의 섀도우처럼 보인다.

그러나, 이와 같은 종래의 특수 효과 장치에서, 3차원 변환 처리는 객체 비디오 신호(Vobj) 및 섀도우 비디오 신호(Vshadow)에 대해 각각 행하여지므로, 객체 비디오 신호(Vobj)의 섀도우와 같은 자연적인 섀도우처럼 보이는 섀도우 비디오 신호(Vshadow)를 만들어 내는 것이 매우 어렵다. 또한, 숙련된 오퍼레이터조차도 자연적인 섀도우처럼 보이는 섀도우 비디오 신호(Vshadow)를 만들어 내는데는 시행착오를 반복하게 되므로, 섀도우 비디오 신호를 생성하는데 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 종래의 특수 효과 장치에서는, 상술한 바와 같이, 3차원 변환 처리가 객체 비디오 신호(Vobj) 및 섀도우 비디오 신호(Vshadow)에 대해 각기 행하여지므로, 도 1A에 도시되어 있는 객체 비디오 신호(Vobj)가 도 1B에 도시되어 있는 객체 비디오 신호(Vobj)의 위치로 3차원 변환될지라도, 섀도우 비디오 신호(Vshadow)는 이동하지 않는다. 그러므로, 새로운 자연적인 섀도우가 객체 비디오 신호(Vobj)에 대하여 생성되어야 한다. 따라서, 섀도우 비디오 신호는 객체 비디오 신호가 3차원 변환될 때마다 생성되어야 하므로, 조작이 매우 난해한 문제점이 있었다.

본 발명은 화상 처리 장치, 특히 3차원적으로 화상 변환된 객체(object) 비디오 신호에 대해 섀도우를 덧붙임으로써 입체감 있는 상을 얻기 위한 특수 효과 장치에 관한 것이다.

도 1A 및 1B는 배경 기술을 설명하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 특수 효과 장치의 전체 구성을 도시하는 블럭도.

도 3은 본 발명의 특수 효과 장치에서 정의된 월드(world) 좌표계를 설명하는 도면.

도 4A 및 4B는 객체 비디오 신호를 얻기 위한 변환 처리를 설명해 주는 도면.

도 5A 및 5B는 프레임 메로리 상의 어드레스 및 모니터 스크린 상의 어드레스 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 6은 섀도우 좌표계를 설명해 주는 도면,

도 7A 및 7B는 점광원 모드 시에 섀도우 비디오 신호를 얻기 위한 변환 처리를 설명해 주는 도면.

도 8은 점광원 모드 시에 3차원 객체 비디오 신호로부터 3차원 섀도우 비디오 신호를 얻기 위한 투시 변환 처리를 설명해 주는 도면.

도 9A 및 9B는 점광원 및 3차원 객체 비디오 신호에 대해 변환 처리를 행하기 위한 절차를 도시하는 흐름도.

도 10A 및 10B는 평행 광원 모드 시에 섀도우 비디오 신호를 얻기 위한 변환 처리를 설명해 주는 도면.

도 11A 및 11B는 평행 광원 및 3차원 객체 비디오 신호에 대하여 변환 처리를 행하기 위한 절차를 도시하는 흐름도.

도 12A 및 12B는 월드 좌표계 및 섀도우 좌표계에서의 각각의 구면 좌표 및 직각 좌표 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 13은 평행 광원 모드 시에 3차원 객체 비디오 신호로부터 3차원 섀도우 비디오 신호를 얻기 위한 투시 변환 처리를 설명해 주는 도면.

도 14A 및 14B는 가상의 3차원 객체 비디오 신호로부터 가상의 3차원 섀도우 비디오 신호를 얻기 위한 투시 변환 처리를 설명해 주는 도면.

도 15A 및 15B는 섀도우 좌표계의 원점을 자동적으로 설정하기 위한 원점 설정 모드를 설명해 주는 도면.

도 16A 및 16B는 본 발명에 따른 특수 효과 장치의 효과를 설명해 주는 도면.

본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 고려하여 이루어졌으며, 오퍼레이터의 체험을 다시 되풀이하지 않고 객체 비디오 신호에 대해 적절한 섀도우를 부여할 수 있는 특수 효과 장치를 제공하도록 의도되었다. 또한, 본 발명은 객체 비디오 신호의 공간적 이동과 결부된 섀도우 비디오 신호를 자동적으로 생성할 수 있는 특수효과 장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 상세히 설명하면, 본 발명의 특수 효과 장치는, 소스 비디오 신호에 대해 3차원적으로 화상 변환을 행함으로써 가상의 3차원 객체 비디오 신호를 생성하고 이어서 2차원 평면상에 가상의 3차원 객체 비디오 신호를 투영함으로써 3차원 화상 변환 처리를 나타내는 2차원 객체 비디오 신호를 생성하기 위한 객체 신호 생성부, 및 3차원 비디오 신호를 미리 설정한 섀도우면 상에 투영함으로써 가상의 3차원 섀도우 신호를 생성하고 이어서 스크린 상에 가상 3차원 섀도우 신호를 투영함으로써 2차원 섀도우 신호를 생성하기 위한 섀도우 신호 생성부를 포함한다. 이에 따라서, 3차원적으로 변환된 객체 비디오 신호에 대응하는 섀도우 비디오 신호는 연산에 의해 자동적으로 얻어질 수 있다.

또한, 본 발명의 특수 효과 장치는, 소스 비디오 신호에 대하여 가상 공간상에 3차원 화상 변환을 하기 위한 3차원 변환 행렬과, 3차원 공간 상에 가상적으로 존재하는 비디오 신호를 스크린 상에 투시 변환하기 위한 투시 변환 연산을 기초로 하여 소스 비디오 신호로부터 2차원 객체 비디오 신호를 생성하기 위한 객체 신호 생성부, 소스 비디오 신호를 가상 공간 상에 3차원 화상 변환하기 위한 3차원 화상 변환 행렬과, 3차원 공간 상에 가상적으로 존재하는 비디오 신호를 섀도우면 상에 투시 변환하기 위한 투시 변환 행렬과, 섀도우면 상에 가상적으로 존재하는 비디오 신호를 스크린 상에 투시 변환하기 위한 투시 변환 행렬을 기초로 하여 2차원 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 신호 생성부, 및 2차원 객체 비디오 신호가 3차원 화상 변환을 시각적으로 표시하는 비디오 신호가 되도록 비디오 신호 생성 수단을 제어하고 섀도우 신호 생성 수단에 의해 생성된 2차원 신호가 2차원 객체 비디오 신호의 섀도우를 나타내는 비디오 신호가 되도록 섀도우 신호 생성 수단을 제어하는 제어 수단(CPU)을 포함한다. 이에 따라서, 3차원적으로 변환된 객체 비디오 신호에 대하여 자연적인 섀도우가 부여될 수 있다.

또한, 본 발명의 특수 효과 장치는, 소스 비디오 신호에 대해 3차원 화상 변환을 행함으로써 가상의 3차원 비디오 신호를 생성하기 위한 비디오 신호 생성부, 3차원 비디오 신호에 대하여 투시 변환을 행함으로써 섀도우면 상에 존재하는 가상의 3차원 섀도우 신호를 생성하기 위한 섀도우 신호 생성부, 및 3차원 비디오 신호가 3차원 공간에서 가상적으로 움직이도록 비디오 신호 처리부를 제어하고, 섀도우 신호가 3차원 비디오 신호의 가상 움직임에 결부된 섀도우면 상에서 움직이도록 섀도우 신호 생성부를 제어하는 제어 수단(CPU)을 포함한다. 따라서, 객체 비디오 신호의 3차원 공간 상에서의 이동에 수반하여 섀도우 신호가 섀도우면 상에서 이동하는 효과를 얻을 수 있다.

(1) 전체 구성

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 특수 효과 장치(1)의 구성을 설명한다.

CPU(8)은 특수 효과 장치(1)의 모든 회로를 제어하기 위한 프로세서이다. CPU(8)는 오퍼레이터에 의해 제어 패널(5)을 조작함으로써 얻어지는 각각의 파리미터(parameters)들을 인터페이스 회로(I/F)(5a) 및 데이타 버스를 통해 수신되고, 이어서 파라미터들을 기초로 하여 각각의 회로를 제어한다. 제어 패널(5)은 투시치(P_z), 섀도우 좌표계의 X_s축, Y_s, Z_s축의 회전각(θ_X, θ_Y, θ_Z), 섀도우 좌표계의 원점(x_so, y_so, z_so), 평행 광원 또는 점광원인지를 나타내는 광원의 종류, 점광원의 위치(x_L, y_L, z_L), 평행 광원의 위치(γ, β, α), 및 3차원 변환에 관련되는 파라미터(r₁₁내지 r₃₃, 1_X, 1_Y, 1_Z,_S)들을 입력한다. 이 파라미터들은 뒤에서 설명한다. 또한, CPU(8)는 제어 패널(5)로부터 입력된 파리미터들을 수신하여 실시간적으로 그것들을 독출 어드레스의 연산에 반영한다. 구체적으로 설명하면, CPU(8)는 각각의 프레임에 대해 제어 패널(5)로부터 공급된 파라미터들의 변화를 검색하고, 각 프레임에 대해 상기 공급된 파라미터들을 토대로 독출 어드레스를 연산하기 위한 파라미터(b₁₁내지 b₃₃, b₁₁', b₃₃', b₁₁내지 b₃₃)들을 연산한다. 이에 따라서, 파라미터들은 오퍼레이터의 조작에 따라서 각각의 프레임에 대해 실시간적으로 변화될 수 있고, 변화된 파라미터들에 따라서 실시간적으로 소스 비디오 신호에 대해 특수 효과가 행하여질 수 있다.

유의해야 할 것은, 본 발명의 특수 효과 장치는 제어 패널(5)로부터 광원의 종류를 입력함으로써 잠광원 및 평행 광원 중에서 원하는 광원을 선택할 수 있다는 것이다. 이하의 설명에서는, 점광원에 의해 객체의 섀도우를 생성하는 모드는 점광원 모드로서, 그리고 평행 광원으로 객체의 섀도우를 생성하는 모드는 평행 광원 모드로서 언급된다.

또한, CPU(8)는 프로그램 메모리로서 구비된 ROM(6)에 기억되는 프로그램을 토대로 각 회로를 제어하고, 독출 어드레스를 연산한다. 또한, 이와 유사하게, CPU(8)는 워크(work) 메모리로서 구비된 RAM(7)에 기억되는 데이타를 토대로하여 각 회로를 제어하고, 독출 어드레스를 연산한다.

객체 신호 생성부(10)는 외부 장치로부터 소스 비디오 신호(V₀)를 수신하고, 이어서 2차원 객체 비디오 신호(V₂)를 생성하기 위하여 이 소스 비디오 신호(V₀)에 대해 3차원 변환 처리를 행한다. 또한, 객체 신호 생성부(10)는 소스 비디오 신호(V₀)를 고정시키는 소스 키(key) 신호(K₀)를 수신하고, 소스 비디오 신호와 동일해지도록 소스 키 신호(K₀)에 대해 3차원 변환 처리를 행하여 객체 키 신호(K₂)를 생성한다. 구체적으로, 객체 신호 생성부(10)는 소스 비디오 신호(V₀)를 일시적으로 기억하기 위한 프레임 메모리(12), 소스 비디오 신호를 고정시키기 위해 소스 키 신호(K₀)를 일시적으로 기억하는 프레임 메모리(13), 및 프레임 메모리(12)와 프레임 메모리(13)에 대해 3차원 변환 조작에 대응하여 연산된 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 공급하기 위한 독출 어드레스 발생 회로(14)를 구비한다.

프레임 메모리(12)는 공급된 소스 비디오 신호(V₀)를 일시적으로 기억하기 위한 메모리이다. 연속되는 기록 어드레스들이 도시되어 있지 않은 기록 어드레스 발생 회로로부터 프레임 메모리(12)에 공급되기 때문에, 공급된 소스 비디오 신호(V₀)는 변형되지 않고 프레임 메모리(12)에 저장된다. 또한, 3차원 변환 조작에 대응하여 연산된 독출 어드레스(X_M, Y_M)가 독출 어드레스 발생 회로(14)로부터 프레임 메모리(12)에 공급되기 때문에, 3차원 변환된 객체 비디오 신호(V₂)는 각각의 프레임에 대해 프레임 메모리(12)로부터 출력된다. 출력된 객체 비디오 신호(V₂)는 믹서(30)로 송출된다.

프레임 메모리(13)는 소스 비디오 신호(V₀)를 고정하기 위해 소스 키 신호(K₀)를 일시적으로 저장하기 위한 메모리이다. 프레임 메모리(12)에 공급된 연속되는 기록 어드레스와 동일한 기록 어드레스가 소스 비디오 신호(V₀)와 같이 프레임 메모리(13)에 공급되기 때문에, 공급된 소스 키 신호(K₀)는 변형되지 않고 프레임 메모리(13)에 기억된다. 또한, 프레임 메모리(12)에 공급된 독출 어드레스와 동일한 어드레스(X_M, Y_M)가 프레임 메모리(13)에 공급되기 때문에, 3차원 변환된 객체 키 신호(K₂)는 3차원 변환된 객체 비디오 신호(V₂)와 같이 프레임 메모리(13)로부터 출력된다. 출력된 객체 키 신호(K₂)는 믹서(30)에 출력된다.

독출 어드레스 발생 회로(14)는, 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 연속하여 공급되는 모니터 스크린(3) 상의 어드레스(X_S, Y_S)와, CPU(8)에 의해 연산된 화상 변환 행렬의 파라미터(b₁₁내지 b₃₃)들을 토대로하여, 프레임 메모리(12) 및 프레임 메모리(13)에 공급되는 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 생성한다. 독출 어드레스 발생 회로(14)에서의 구체적인 연산에 대해서는 뒤에서 설명한다.

섀도우 신호 생성부(20)는 섀도우 비디오 신호 및 섀도우 키 신호를 생성하기 위한 회로이다. 먼저, 점광원 모드가 선택되는 경우에, 섀도우 신호 생성부(20)는 외부 장치로부터 공급된 소스 비디오 신호(V₀)를 수신하고, 섀도우 색이 매트 처리(mat-proceesed)된 소스 비디오 신호에 대해 3차원 변환 처리를 행하여 섀도우 비디오 신호(V₄)를 생성한다. 또한, 섀도우 신호 생성부(20)는 소스 비디오 신호를 고정하기 위한 소스 키 신호(K₀)를 수신하고, 섀도우 비디오 신호(V₄)와 같이 소스 비디오 신호에 대해 3차원 변환 처리를 행하여 섀도우 키 신호(K₄)를 생성한다. 평행 광원 모드가 선택되는 경우에, 섀도우 신호 생성부(20)는 외부 장치로부터 공급된 소스 비디오 신호(V₀)를 수신하고, 섀도우 색이 매트 처리된 소스 비디오 신호에 대해 3차원 변환 처리를 행하여 섀도우 비디오 신호(V₆)를 생성한다. 또한, 섀도우 신호 생성부(20)는 소스 비디오 신호를 고정하기 위한 소스 키 신호(K₀)를 수신하고, 섀도우 비디오 신호(V₆)와 같이 소스 비디오 신호에 대해 3차원 변환 처리를 행하여 키 신호(K₆)를 생성한다. 구체적으로, 섀도우 신호 생성부(20)는 객체 신호 생성부(10)와 유사한 회로 구성으로 구성되어 있으며, 소스 비디오 신호(V₀)를 매트 처리하기 위한 칼라 매트 발생 회로(21), 매트 처리된 소스 비디오 신호를 일시적으로 기억하기 위한 프레임 메모리(22), 소스 키 신호(K₀)를 일시적으로 기억하기 위한 프레임 메모리(23), 프레임 메모리(22) 및 프레임 메모리(23)에 연산된 독출 어드레스를 공급하기 위한 독출 어드레스 발생 회로(24)를 구비한다.

칼라 매트 발생 회로(21)는 소스 비디오 신호(V₀)의 색이 섀도우의 색처럼 보이도록 소스 비디오 신호(V₀)에 대해 매트 처리를 행하는 회로이다. 가장 간단한 예를 들면, 소스 비디오 신호(V₀)의 채도 및 휘도의 레벨이 감소되고, 이에 따라서 소스 비디오 신호의 색은 섀도우의 색(흑색)에 가까워진다.

프레임 메모리(22)는 매트 처리된 소스 비디오 신호를 일시적으로 기억하기 위한 메모리이다. 연속적인 기록 어드레스들이 비도시된 기록 어드레스 발생 회로로부터 프레임 메모리(22)에 공급되므로, 매트 처리된 소스 비디오 신호는 화상 변환되지 않고 프레임 메모리(22)에 기억된다. 점광원 모드 시에, 3차원 변호나 조작 및 점광원에 기초하여 연산된 독출 어드레스(X_M', Y_M')가 독출 어드레스 발생 회로(24)로부터 프레임 메모리(22)에 공급되므로, 3차원 변환된 섀도우 비디오 신호(V₄)는 프레임 메모리(22)로부터 출력된다. 평행 광원 모드 시에, 3차원 변환 조작 및 평행 광원에 기초하여 연산된 독출 어드레스(X_M, Y_M)가 독출 어드레스 발생 회로(24)로부터 프레임 메모리(22)에 공급되므로, 3차원 변환된 섀도우 비디오 신호(V₆)는 프레임 메모리(22)로부터 출력된다.

프레임 메모리(23)는 소스 비디오 신호(V₀)를 고정하기 위해 소스 키 신호(K₀)를 일시적으로 기억하기 위한 메모리이다. 프레임 메모리(22)에 공급된 연속적인 기록 어드레스들과 동일한 어드레스들이 프레임 메모리(23)에 공급되므로, 공급된 소스 키 신호(K₀)는 화상 변환되지 않고 프레임 메모리(23)에 기억된다. 점광원 모드 시에, 프레임 메모리(22)에 공급된 독출 어드레스와 동일한 어드레스(X_M', Y_M')가 프레임 메모리(22)에 공급되므로, 3차원 변환된 섀도우 키 신호(K₄)는 3차원 변환된 섀도우 비디오 신호(V₄)와 같이 프레임 메모리(23)로부터 출력된다. 평행 광원 모드 시에, 프레임 메모리(22)에 공급된 독출 어드레스와 동일한 어드레스(X_M, Y_M)가 프레임 메모리(23)에 공급되므로, 3차원 변환된 섀도우 키 신호(K₆)는 섀도우 비디오 신호(V₆)와 같이 프레임 메모리(23)로부터 출력된다.

독출 어드레스 발생 회로(24)는 프레임 메모리(22) 및 프레임 메모리(23)에 공급되는 독출 어드레스를 생성사기 위한 회로이다. 점광원 모드 시에, 독출 어드레스 발생 회로(24)는 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 연속하여 공급되는 모니터 스크린(3) 상에서의 어드레스(X_S, Y_S), 및 CPU(8)에 의해 연산된 화상 변환 행렬의 파라미터(b₁₁' 내지 b₃₃')들에 기초하여 독출 어드레스(X_M', Y_M')를 생성한다. 평행 광원 모드 시에, 독출 어드레스 발생 회로(24)는 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 연속하여 공급되는 모니터 스크린 상에서의 어드레스(X_S, Y_S), 및 CPU(8)에 의해 연산된 화상 변환 행렬의 파라미터(b₁₁내지 b₃₃)들에 기초하여 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 생성한다. 독출 어드레스 발생 회로(24)에서의 구체적인 연산은 뒤에서 기술함을 유의한다.

스크린 어드레스 발생 회로(9)는 래스터 스캔(raster scan)의 순서에 대응하는 순서로 모니터 스크린(3)의 스크린 전체면에 어드레스 지정하기 위한 회로이다. 구체적으로, 스크린 어드레스(X_S, Y_S)는 내부에서 발생된 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호에 기초하여 생성된다.

제 1 믹서(30)는 객체 신호 생성부(10) 및 섀도우 신호 생성부(20)로부터 공급된 신호들은 혼합하기 위한 회로이다. 점광원 모드 시에, 제 1 믹서(30)는 객체 신호 생성부(10)로부터 출력된 객체 비디오 신호(V₂) 및 객체 키 신호(K₂)를 수신하고, 섀도우 신호 생성부(20)로부터 출력된 섀도우 비디오 신호(V₄) 및 섀도우 키 신호(K₄)를 수신하여, 객체 비디오 신호(V₂) 및 섀도우 비디오 신호(V₄)를 혼합함으로써 얻은 혼합 비디오 신호(V_MIX'), 및 객체 키 신호(K₂)와 섀도우 키 신호(K₄)를 혼합함으로써 얻은 혼합 키 신호(K_MIX')를 생성한다, 구체적으로는, 혼합 비디오 신호(V_MIX') 및 혼합 키 신호(K_MIX')는 다음 식으로서 나타내어진다.

[수학식 a]

V_MIX'= K₂V₂+ (1-K₂)K₄V₄

K_MIX'=1-(1-K₂) (1-K₄)

또한, 평행 광원 모드 시에, 제 1 믹서(30)는 객체 신호 생성부(10)로부터 출력된 객체 비디오 신호(V₂) 및 객체 키 신호(K₂)를 수신하고, 섀도우 신호 생성부(20)로부터 출력된 섀도우 비디오 신호(V₆) 및 섀도우 키 신호(K₆)를 수신하여, 객체 비디오 신호(V₂) 및 섀도우 비디오 신호(V₆)를 혼합함으로써 얻은 혼합 비디오 신호(V_MIN), 및 객체 키 신호(K₂)와 섀도우 키 신호(K₆)를 혼합함으로써 얻은 혼합 키 신호(K_MIX)를 생성한다. 구체적으로는, 혼합 비디오 신호(V_MIX) 및 혼합 키 신호(K_MIX)는 다음 식으로서 나타내어진다.

[수학식 b]

V_MIX= K₂V₂+ (1-K₂)K₆V₆

K_MIX= 1-(1-K₂) (1-K₆)

제 2 믹서(40)는 제 1 믹서(30)로부터 출력된 혼합 비디오 신호 및 외부 장치로부터 공급된 배경(background) 비디오 신호(V_BK)를 혼합하기 위한 회로이다. 점광원 모드 시에, 제 2 믹서(40)는 제 1 믹서(30)로부터 출력된 혼합 비디오 신호(V_MIX') 및 혼합 키 신호(K_MIX')를 수신하고 외부 장치로부터 공급된 배경 비디오 신호(V_BK)를 수신하며, 그리고 나서 혼합 키 신호(K_MIX')에 기초하여 혼합 비디오 신호(V_MIX') 및 배경 비디오 신호(V_BK)를 혼합하여 출력 비디오 신호(V_OUT')를 생성한다. 구체적으로, 출력 비디오 신호(V_OUT')는 다음 식과 같이 나타내어진다.

[수학식 c]

V_OUT' = K_MIX'V_MIX' + (1-K_MIX')V_BK

점광원 모드 시에, 제 2 믹서(40)는 제 1 믹서(30)로부터 출력된 혼합 비디오 신호(V_MIX) 및 혼합 키 신호(K_MIX)를 수신하고 외부 장치로부터 공급된 배경 비디오 신호(V_BK)를 수신하며, 그리고 나서 혼합 키 신호(K_MIX)에 기초하여 혼합 비디오 신호(V_MIX)및 배경 비디오 신호(V_BK)를 혼합하여 출력 비디오 신호(V_OUT)를 생성한다. 구체적으로, 출력 비디오 신호(V_OUT'')는 다음 식과 같이 나타내어진다.

[수학식 d]

V_OUT= K_MIXV_MIX+ (1-K_MIX)V_BK

생성된 출력 비디오 신호(V_OUT' 또는 V_OUT)는 외부 장치로 출력되어 모니터 스크린(3)상에 표시된다.

(2) 월드 좌표계의 정의

먼저, 본 발명의 설명에 이용되는 월드 좌표계가 도 3을 참조하여 설명된다. 월드 좌표계는 X축, Y축, Z축으로 이루어진 3차원 직각 좌표계이다. 즉, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 스크린면(3)이 X축 및 이 X축과 직교하는 Y축에 의해 정의되는 XY 평면 상에 존재한다고 가정하면, X축은 스크린면(3)의 수평(좌우) 방향이고, Y축은 스크린면(3)의 수직(상하) 방향이다.

또한, 스크린면(3)의 깊이 방향은 XY 평면과 직교하는 Z축의 양의 방향으로서 정의되고, 도면에서 스키린면(3)의 앞쪽, 즉 스크린면을 바라보는 시점(PZ)이 있는 쪽이 Z축의 음의 방향으로서 정의된다.

또한, 스크린면(3)의 중심은 X축, Y축, Z축으로 이루어진 월드 좌표계의 원점과 일치한다고 정의한다.

X축 상에서, 스크린 영역에서 좌우 방향으로 안쪽(원점)에서 바깥쪽으로 가상의 좌표치들이 연속하여 설정된다. 스크린 영역의 X축 상에서, -4 내지 +4 사이의 가상 좌표치들은 시점(PZ)으로부터 스크린면(3)을 바라보는, 좌측에서 우측 방향으로 설정된다.

또한, Y축 상에서, 스크린 영역에서의 상하 방향으로 안쪽(원점)에서 바깥쪽 방향으로 가상의 좌표치들이 연속하여 설정된다. 스크린 영역의 Y축 상에서, -3 내지 +3 사이의 가상 좌표치들은 시점(PZ)으로부터 스크린면(3)을 바라보는, 밑에서 위쪽 방향으로 설정된다.

또한, 오퍼레이터의 시점(PZ)은 Z축 상의 좌표치 -16의 위치에 가상적으로 설정된다.

(3) 객체 비디오 신호를 생성하는 변환 처리에 대한 설명

우선, 소스 비디오 신호(V₀)로부터 객체 비디오 신호(V₂)를 생성하기 위한 변환 처리에 대해 도 4A 및 4B를 참조하여 기술한다.

먼저, 2차원 데이타인 소스 비디오 신호(V₀)는 화상 변환되지 않고 프레임 메모리(12)에 기억된다. 그러므로, 도 4A 및 4B에서 도시된 바와 같이, 소스 비디오 신호(V₀)는 월드 좌표계의 XY 평면 상에 존재하므로, 소스 비디오 신호(V₀)의 화상은 XY 평면 상에 존재하는 스크린면(3) 상에 표시된다.

유의해야 할 것은, 도 4A는 월드 좌표계의 3차원 좌표에 의해 나타내어지는 공간에서, XY 평면이 Z축 상의 시점(PZ)에서 보이는 상태를 도시하고 있다는 점이다. 다시 말해서, 도 4A는 스크린면(3) 상에 표시되는 영상을 도시한다. 또한, 도 4B는 월드 좌표계의 3차원 좌표에 의해 나타내어지는 공간에서, XZ 평면이 Y축 상의 양의 방향 쪽의 시점에서 보이는 상태를 도시하고 있다. 그러므로, XY 평면 상에 존재하는 소스 비디오 신호(V₀)는 스크린면(3)과 중첩된다.

오퍼레이터는 제어 패널을 조작하고, 그에 따라서 3차원 화상 변환 처리가 월드 좌표 공간에서 소스 비디오 신호(V₀)에 대해 행하여진다. 즉, 각각의 프레임에 대해 설정되어 있는 파라미터들을 포함한 3차원 변환 행렬(T₀)을 소스 비디오 신호(V₀)의 각 화소에 대하여 오퍼레이터가 조작을 행하고, 이에 의하여 소스 비디오 신호(V₀)가 3차원 공간 위치로 변환된다. 도 4B에서, 3차원 변환된 비디오 신호는 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로서 나타내어진다. 도 4A 및 4B에 도시되어 있는 3차원 변환은 비디오 신호(V₀)가 X축을 회전 중심으로 하여 약 45°회전하고, Z축의 양의 방향으로 평행이동하는 경우의 예이다.

3차원 변환에 이용되는 3차원 변환 행렬(T₀)은 다음 식으로서 나타내어진다.

[수학식 1]

3차원 변환 행렬(T₀)에 이용된 변환 파라미터(r₁₁내지 r₃₃)들은, 소스 비디오 신호(V₀)를 X축, Y축, Z축 둘레로 회전시키기 위한 요소와, X축, Y축, Z축 방향으로 소스 비디오 신호의 스케일을 각각 확대/축소하기 위한 요소와, X축, Y축, Z축 방향으로 소스 비디오 신호를 각각 비스듬하게 하기 위한 요소를 포함하는 파라미터들이다. 파라미터(l_x, l_y, l_z)들은 X축, Y축, Z축 방향으로 소스 비디오 신호를 각각 평행이동하기 위한 요소들을 포함하는 파라미터들이다. 파라미터(s)는 각각의 3차원 축방향으로 전체 소스 비디오 신호를 균일하게 확대/축소하기 위한 요소를 포함하는 파라미터이다.

변환 행렬(T₀)은 이를테면 회전 변환 등의 좌표계, 및 평행이동 변환과 확대/축소 변환의 좌표계를 하나의 좌표계에서 나타내므로, 행렬은 4×4 행렬을 갖고 일반적으로는 이를 동차(homogeneous) 좌표계라 한다는 것을 유의한다.

XY 평면 상에 존재하는 소스 비디오 신호(V₀)가 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로서 나타내어진 3차원 위치로 변환된 후에, 다음의 투시 변환처리로 진행한다. 투시 변환 처리는 투시 변환 행렬(P₀)에 의해 XY 평면상에서 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 통해서 보이는 변환 처리이다. 바꾸어 말하면, 투시 변환 처리는 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 Z축 상의 가상의 시점(PZ)으로부터 보이게 될 때 XY 평면 상에 투시되는 비디오 신호의 화상을 얻기 위한 변환이다. 도 4B에서, XY 평면에 투시된 비디오 신호는 2차원 객체 비디오 신호(V₂)로서 표시된다. 도 4B의 경우에, XY 평면의 스크린면(3) 상에 투시된 XY 평면 상의 객체 비디오 신호(V₂)는 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 가상 시점(PZ)으로부터 보이게 되는 스크린면(3)의 깊이 방향으로 존재하는 비디오 화상이다.

투시 변환 행렬(P₀)은 다음 식으로서 나타내어진다.

[수학식 2]

투시 변환 행렬(P₀)의 파라미터(P_Z)는 3차원 변환 비디오 신호(V₂)가 XY 평면에 투시될 때 원근법을 적용하기 위한 투시치이다. 즉, 도 4B의 경우에, 3차원 공간에서의 3차원 객체 비디오 신호(V₁)는 XY 평면에 대해 45°의 각으로 기울어져 있게 된다. 가상 시점(PZ)으로부터 보는 경우에, 가상 시점(PZ)으로부터 원거리의 부분은 작게 보이고, 근거리 부분은 크게 보인다. 그러므로, 투시치를 나타내는 파라미터(P_Z)를 이용함으로써, XY 평면 상에 투시되는 2차원 객체 비디오 신호(V₂)는 3차원 공간에서 존재하는 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 가상 시점(PZ)으로부터의 거리에 따라서 변환되는 것이다.

3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 스크린면(3) 상에서 투시 변환되는 위치는 가상 시점(PZ)과 스크린면(3) 사이의 거리, 및 가상 시점(PZ)과 3차원 객체 비디오 신호(V₁) 사이의 거리에 따라 변화한다. 투시 변환은 오퍼레이터에 의해 가상 시점(PZ)의 위치에 따라 투시치(P_Z)를 설정함으로써 가상 시점(PZ)의 위치에 따라 실행되어질 수 있다. 통상적으로, 시점(PZ)의 위치는 Z축 상의 좌표치 -16이고, 투시치(P_Z)는 1/16이 기준치가 되도록 설정된다.

전술한 바와 같이, 소스 비디오 신호(V₀)로부터 2차원 객체 비디오 신호(V₂)를 생성하기 위한 변환 처리는, 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해 소스 비디오 신호(V₀)로부터 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 얻기 위한 공간적 화상 변환 단계와, 이 공간적 화상 변환 단계에 의해 얻어진 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 투시 변환 행렬(P₀)에 의해 2차원 객체 비디오 신호(V₂)로 변환하기 위한 투시 변환 단계를 포함한다. 그러므로, 소스 비디오 신호(V₀)로부터 2차원 객체 비디오 신호(V₂)를 얻기 위한 변환 행렬(T_obj)은 3차원 변환 행렬(T₀)과 투시 변환 행렬(P₀) 사이에 다음과 같은 곱으로서 나타내어진다.

[수학식 3]

여기서, 본 발명의 특수 효과 장치를 이용하는 화상 처리 장치는 외부 장치로부터 공급된 2차원 소스 비디오 신호(V₀)를 일단 기입하고, 연산된 2차원 독출 어드레스(X_S, Y_S)를 프레임 메모리(12)에 공급한다. 이에 따라서, 오퍼레이터는 프레임 메모리(12)로부터 독출된 비디오 신호에 대해 원하는 공간적 화상 변환(3차원 화상 변환)을 행할 수 있다. 그러므로, 프레임 메모리(12)에 기억되는 소스 비디오 신호(V₀) 및 프레임 메모리(12)로부터 독출되는 객체 비디오 신호(V₂)는 모두 2차원 데이타이다. 즉, 3차원 공간에서 Z축 방향의 데이타는 2차원 독출 어드레스(X_S, Y_S)의 연산에 실질적으로 이용되지는 않는다.

그러므로, 수학식 3에서 Z축 방향의 성분을 연산하기 위한 3행과 3열의 파라미터들은 프레임 메모리(12)에 대해 독출 어드레스를 연산하는데 필요하지는 않은 것이다.

그러므로, 실제의 2차원 독출 어드레스의 연산에 필요한 파라미터들을 갖는 3차원 변환 행렬을 T₃₃으로서 언급되며, 이 행렬(T₃₃)은 3행 3열의 파라미터들이 상기 수학식 3으로부터 제외된 다음의 식으로서 나타내어진다.

[수학식 4]

여기서, 프레임 메모리(12) 및 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터들 간의 관계를 설명한다.

도 5A에서, 프레임 메모리(12) 상의 2차원 어드레스는 (X_MY_M)라 하고, 프레임 메모리(12)의 위치 벡터는 [X_MY_M], 모니터 스크린(3)의 어드레스는 (X_S, Y_S), 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터는 [X_SY_S]라 가정한다. 프레임 메모리(12) 상의 2차원 위치 벡터[X_MY_M]는 동차 좌표계에서 벡터 [x_my_mH₀]로서 표현될 수 있다. 또한, 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터[X_SY_S]는 동차 좌표계에서 벡터 [x_sy_sl]로서 표현될 수 있다.

동차 좌표계의 파라미터 H₀는 벡터 크기의 확대/축소 비율을 나타내는 파라미터음을 유의한다.

3차원 변환 행렬(T₃₃)은 프레임 메모리(12) 상의 위치 벡터 [x_my_mH₀]에 대해 행하여지고, 따라서 프레임 메모리(12) 상의 위치 벡터 [x_my_mH₀]는 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터 [x_sy_sl]로 변환된다. 그러므로, 프레임 메모리(12) 상의 위치 벡터 [x_my_mH₀] 및 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터 [x_sy_sl] 사이의 관계식은 다음 식과 같이 나타내어질 수 있다.

[수학식 5]

[x_sy_sl] = [x_my_mH₀]·T₃₃

유의해야 할 것은, 프레임 메모리(12) 상의 위치 벡터 [x_my_mH₀]에 이용된 동차 좌표계의 파라미터 H₀및 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터 [x_sy_sl]에 이용된 동차 좌표계의 파리미터 l' 사이의 관계는, 3차원 변환 행렬(T₃₃)에 의해서, 프레임 메모리(12) 상의 2차원 위치 벡터 [x_my_m]가 모니터 스크린(3) 상의 2차원 위치 벡터 [x_Sy_S]로 변환되고 프레임 메모리(12) 상의 2차원 위치 벡터 [x_my_m]의 확대/축소 비율 H₀은 모니터 스크린(3) 상에서 동차 좌표계의 위치 벡터 [x_Sy_S]의 확대/축소 비율 1로 변환되는 것을 나타낸다는 것이다.

전술한 바와 같이, 수학식 5는 행렬(T₃₃)에 의해 프레임 메모리(12) 상의 점에 대응하는 모니터 스크린(3) 상의 점을 얻기 위한 관계식이다. 여기서, 특수 효과 장치를 이용하는 화상 처리 장치에 있어서, 변한 이전의 소스 비디오 신호는 프레임 메모리(12)에 기억되고, 모니터 스크린(3) 상의 점에 대응하는 변환 행렬(T₃₃)에 의해 얻은 프레임 메모리(12) 상의 점은 독출 어드레스에 의해 지정된다. 이것에 의해서, 공간적 화상 변환이 소스 비디오 신호에 대해 행하여진다. 즉, 화상 변환은 신호가 프레임 메모리(12)에 기입될 때가 아니라 신호가 프레임 메모리(12)로부터 독출될 때 행하여진다.

이와 같은 종류의 화상 처리 장치에 있어서, 프레임 메모리(12) 상의 점에 대응하는 모니터 스크린(3) 상의 점을 구하지 못하는 수학식 5의 연산이 실행되지는않지만, 모니터 스크린(3) 상의 점에 대응하는 프레임 메모리(12) 상의 점을 구하는 것은 필요하다. 그러므로, 수학식 5 를 변환하여 다음의 식과 같이 표현되는 관계식을 이용함으로써 모니터 스크린(3) 상의 점에 대응하는 프레임 메모리(12) 상의 점을 구할 수 있다.

[수학식 6]

[x_my_mH₀]=[x_sy_sl]·T₃₃ ^-1

그러므로, 수학식 6 에 따라서, 모니터 스크린(3) 상의 위치 벡터 [x_sy_sl]가 지정되는 경우에, 프레임 메모리(FM) 상의 위치 벡터[x_my_mH₀] 가 변한 행렬(T₃₃ ^-1)에 의해 연산된다. 유의해야 하는 것은, 변환 행렬(T₃₃ ^-1)은 변환 행렬(T₃₃)의 역행렬이라는 것이다.

다음으로, 프레임 메모리(FM) 상의 2차원 위치 벡터 [X_MY_M]를 구하기 위하여, 변환 행렬(T₃₃) 및 역행렬(T₃₃ ^-1)은 다음과 같이 정의된다. 즉, 변환 행렬(T₃₃)의 각 성분은 다음과 같이 정의된다.

[수학식 7]

t5

역행렬(T₃₃ ^-1)의 파라미터들은 다음의 식과 같이 정의된다.

[수학식 8]

t6

여기서,

수학식 8을 수학식 6에 대입하면, 다음과 같은 식을 얻는다.

[수학식 9]

이것에 의해서, 다음의 관계식을 얻을 수 있다.

[수학식 10]

x_m= b₁₁x_s+ b₂₁y_s+ b₃₁

y_m= b₁₂x_s+ b₂₂y_s+ b₃₂

H₀= b₁₃x_s+ b₂₃y_s+ b₃₃

여기서, 프레임 메모리(12) 상의 동차 죄표계의 위치 벡터 [x_my_mH₀]가 프레임 메모리(12) 상의 2차원 위치 벡터 [X_MY_M]으로 변횐되는 경우가 이제 설명된다.

2차원 위치 벡터 [X_MY_M]가 동차 좌표계로 표시될 때 이용된 파라미터 H₀는 동차 좌표계의 위치 벡터 [X_MY_M]의 확대/축소 비율을 나타내는 파라미터이므로, 동차 좌표계의 위치 벡터의 방향을 나타내는 파라미터 x_m및 y_m은 동차 좌표계의 위치 벡터를 2차원 위치 벡터로 변환하기 위하여 동차 좌표계의 위치 벡터의 확대/축소 비율을 나타내는 파라미터 H₀로 정규화될 수도 있다. 그러므로, 모니터 스크린(3) 상의 2차원 위치 벡터의 각각의 파라미터 x_m및 y_m는 다음의 식과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 11]

모티터 스크린(3) 상의 동차 좌표계의 벡터 [x_sy_sl]가 2차원 위치 벡터 [x_sy_s]로 변환되는 경우는, 유사한 방식으로, 동차 좌표계의 위치 벡터의 방향을 나타내는 파라미터 x_S및 y_S은 동차 좌표계의 위치 벡터의 확대/축소 비율을 나타내는 파라미터 1로 정규화될 수도 있다. 그러므로, 모니터 스크린(3) 상의 2차원 위치 벡터의 각각의 파라미터 x_S및 y_S는 다음의 식과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 12]

X_S= x_s

Y_S= y_s

프레임 메모리(12)에 공급도는 2차원 어드레스(X_M, Y_M)는 수학식 10으로부터 다음의 식과 같이 구해진다.

[수학식 13]

[수학식 14]

다음으로, 역행렬(T₃₃ ^-1)의 각각의 파라미터(b₁₁내지 b₃₃)들을 구한다.

[수학식 15]

[수학식 16]

[수학식 17]

[수학식 18]

[수학식 19]

[수학식 20]

[수학식 21]

[수학식 22]

[수학식 23]

여기서,

[수학식 24]

W₁= -a₂₂a₃₁a₁₃+ a₂₁a₃₂a₁₃+ a₁₂a₃₁a₂₃- a₁₁a₃₂a₂₃-a₁₂a₂₁a₃₃+ a₁₁a₂₂a₃₃

여기서, 값(a₁₁내지 a₁₁)들을 수학식 7로부터 구한다.

[수학식 25]

a₁₁= r₁₁, a₁₂= r₁₂, a₁₃= r₁₃P_z

[수학식 26]

a₂₁= r₂₁, a₂₂= r₂₂, a₂₃=r₂₂P_z

[수학식 27]

a₃₁= 1_x, a₃₂= 1_y, a₃₃= 1_zp_z+ s

그러므로, 이 값들을 수학식 15 내지 수학식 24에 대입함으로써 다음의 식들을 구할 수 있다.

[수학식 28]

[수학식 29]

[수학식 30]

[수학식 31]

[수학식 32]

[수학식 33]

[수학식 34]

[수학식 35]

[수학식 36]

[수학식 37]

W₁=-r₂₂l_xr₁₃P_z+ r₂₁l_yr₁₃P_z+ r₁₂l_xr₂₃P_z- r₁₁l_yr₂₃P_z- r₁₂r₂₁(l_zP_z+ s) + r₁₁r₂₂(l_zP_z+ s)

수학식 28 내지 수학식 37의 값들을 수학식 13 내지 수학식 14에 대입함으로써, 프레임 메모리(12)에 공급되는 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 다음의 식과 같이 구한다.

[수학식 38]

[수학식 39]

여기서, H₀는 다음의 식으로서 나타내어진다.

[수학식 40]

H₀=(-r₂₂l_x+ r₂₁l_y)X_S+ (r₁₂l_x- r₁₁l_y)Y_S+ (-r₁₂r₂₁+ r₁₁r₂₂)

그러므로, 프레임 메모리(12)에 공급되는 독출 어드레스(X_M, Y_M)는 오퍼레이터가 원하는 공간적 화상 변환 장치에 의해 결정된 3차원 변환 행렬(T₀)의 각 파라미터(r₁₁내지 r₃₃, l_x, l_y, l_z, s)들, 및 미리 설정된 파라미터인 투시치(P_z)를 이용함으로써 나타내어질 수 있다.

그러므로, 모니터 스크린(3)의 래스터 스캔의 순서에 대응하도록 어드레스를 지정하기 위한 스크린 어드레스(X_S, Y_S)가 수학식 6 내지 수학식 40에 대해 공급되는 경우에, 공급된 스크린 어드레스에 대응하는 프레임 메모리(12) 상의 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 순서대로 연산할 수 있다.

(4) 섀도우 좌표계에 대한 설명

다음으로, 도 6을 참조하여 섀도우 좌표계를 설명한다. 섀도우 좌표계는 월드 좌표계와 같이 X_S축, Y_S축,Z_S축으로 구성되는 3차원 직각 좌표계에 의해 정의된다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 객체 비디오 신호(V_obj)에 부여되는 섀도우는 섀도우 비디오 신호(V_shadow)로서 정의되고, 섀도우 신호(V_shadow)가 투영되는 면은 섀도우 좌표계의 XY 평면으로서 정의되며, 이를 섀도우면이라 한다. 객체 비디오 신호(V_obj)의 섀도우를 투영하기 위한 광원이 존재하는 방향은 섀도우 좌표계에서 Z축의 음의 방향으로서 정의된다. 하기에서 기술되는 바와 같이, 본 발명의 특수 효과 장치는 광원으로서 점광원을 사용하여 섀도우를 생성하는 점광원 모드와, 광원으로서 평행 광원을 사용하여 섀도우를 생성하는 평행 광원 모드를 갖는다. 오퍼레이터는 이 모드들을 자유로이 설정할 수 있다. 또한, 오퍼레이터는 월드 좌표계의 X축, Y축, Z축에 대응하는 섀도우 좌표계의 X_S축, Y_S축, Z_S축의 각각의 각도를 자유롭게 설정할 수 있다.

(5) 점광원 모드 시에 섀도우 비디오 신호를 생성하는 변환 처리에 관한 설명

우선, 점광원 모드 시에, 섀도우 비디오 신호(V₄)를 얻기 위해 소스 비디오 신호를 변환하는 변환 처리를 도 7A 및 7B를 참조하여 기술한다. 유의해야 할 점은, 도 4A 및 4B와 같이, 도 7A는 월드 좌표계의 Z축 상에 설정된 시점(PZ)으로부터 월드 좌표계의 XY 평면을 바라보는도면이고, 도 7B는 월드 좌표계의 X축 상의 양의 위치로부터 월드 좌표계의 YZ 평면을 바라보는 도면이라는 것이다.

먼저, 도 4A 및 4B를 이용하여 기술한 바와 같이, 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해 3차원 공간적 위치로 변환된 3차원 객체 비디오 신호(V₁)는 점광원에 따라서 투시 변환 행렬(P_SPOT)에 의해 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면 상에 투시 변환된다. 이것이 의미하는 바는, 점광원(60)을 시점으로서 가정하는 경우에는, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 점광원(60)으로부터 바라볼 때, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면 상에 투시 변환되는 비디오 신호가 얻어진다는 것이다. 도 7B에서, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면 상에 투시 변환된 비디오 신호는 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)로서 언급한다. 점광원에 따른 투시 변환 행렬(T_SPOT)의 구체적인 설명이 하기에서 기술된다.

다음으로, 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)는 월드 좌표계의 XY 평면 상에 투시 변환되도록 전술한 바와 같은 투시 변환 행렬(P₀)에 의해 투시 변환된다. 이것이 의미하는 바는, 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)를 Z축 상의 가상 시점(PZ)으로부터 바라볼 때, 월드 좌표계의 XY 평면 상에 투시되는 비디오 신호가 얻어진다는 것이다. 도 7B에서, 월드 좌표계의 XY 평면에 투시된 비디오 신호는 2차원 섀도우 비디오 신호(V₄)로서 언급된다.

도 7B에서 도시되어 있는 전술한 바와 같은 처리를 요약한다. 2차원 소스 비디오 신호(V₀)로부터 2차원 섀도우 비디오 신호(V₄)를 얻기 위한 변환 처리는, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 얻기 하여 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해 객체 비디오 신호(V₀)를 3차원적으로 변환하는 3차원 변환 단계와, 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)를 얻기 위하여 점광원에 따른 투시 변환 행렬(P_SPOT)에 의해 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면 상에 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 투시하는 투시 변환 단계와, 2차원 섀도우 비디오 신호(V₄)를 얻기 위하여 투시 변환 행렬(P₀)에 의해 월드 좌표계의 XY 평면 상에 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)를 투시하는 단계를 포함한다. 그러므로, 2차원 소스 비디오 신호(V₀)로부터 2차원 섀도우 비디오 신호(V₄)를 얻기 위한 변환 행렬(T_shasow')이 다음의 식으로서 표현된다.

[수학식 41]

T_shasow' = T₀·P_SPOT·P₀

다음으로, 점광원을 사용하는 경우에 점광원에 따른 투시 변환 행렬(P_SPOT)이 도 8과 도 9A 및 9B를 참조하여 설명된다. 도 8은 섀도우 좌표계의 X축 방향으로 부터 Y_SZ_S평면을 바라보는 도면이고, 점광원(60), 3차원 객체 비디오(V₁), 및 3차원 섀도우 비디오(V₃) 사이의 위치 관계를 도시하고 있다. 유의해야 할 점은, 점광원에 따른 투시 변환 행렬(P_SPOT)은 점광원을 이용하는 점광원 모드 시에 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로부터 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)를 얻기 위한 변환 행렬이라는 것이다.

도 9A는 점광원(60)에 대한 변환 처리를 나타낸 흐름도이고, 도 9B는 객체 비디오 신호에 대한 변환 처리를 도시한 흐름도이다.

먼저, 점광원(60)에 대한 변환 처리의 흐름도를 도 9A를 참조하여 설명한다.

단계(SP1)에서는, 월드 좌표계에서 도시된 점광원(60)의 위치가 변환 행렬(F^-1)에 의해 섀도우 좌표계에서의 위치로 변환된다. 이러한 이유로서, 나중 단계(SP5)에서 기술되는 바와 같이 투시 변환 행렬(P_SO')은 섀도우 좌표계에서는 투시 변환 행렬이지만, 월드 좌표계에서는 투시 변환 행렬이 아니다. 그러므로, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 투시 변환 행렬(P_SO')에 의해 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시되는 경우에는, 월드 좌표계에서 점광원(60)의 위치는 섀도우 좌표계에서의 위치로 변횐되는 것이 요구된다.

여기서, 변환 행렬(F^-1)을 구체적으로 설명한다. 먼저, 월드 좌표계의 X축에 대한 섀도우 좌표계의 X_S축의 회전각은 θ_X, 월드 좌표계의 Y축에 대한 섀도우 좌표계의 Y_S축의 회전각은 θ_Y, 월드 좌표계의 Z축에 대한 섀도우 좌표계의 Z_S축의 회전각은 θ_Z, 섀도우 좌표계의 원점은(x_so, y_so, z_so)로 정의되어진다. 섀도우 좌표계에서 월드 조표계로의 변환 행렬(F)은 월드 좌표계에서 섀도우 좌표계로의 변환 행렬(F^-1)에 대한 역행렬이고, 회전 행렬 및 변환 행렬 간의 곱으로 간단하게 표현될 수 있으므로, 섀도우 좌표계에서 월드 좌표계로의 변환 행렬(F)이 먼저 얻어진다. 섀도우 좌표계에서 월드 좌표계로의 변환 행렬(F)은 다음의 식으로서 표현될 수 있다.

[수학식 42]

F = R_X(θ_X)·R_Y(θ_Y)·R_Z(θ_Z)·L(x_so, y_so, z_so)

여기서, 행렬 R_X(θ_X), 행렬 R_Y(θ_Y), 및 행렬 R_Z(θ_Z)은 회전을 위한 행렬이고, 다음의 식들로서 표현될 수 있다.

[수학식 43]

[수학식 44]

[수학식 45]

또한, 행렬 L(x_so, y_so, z_so)은 평행이동을 위한 행렬이고 다음의 식과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 46]

그러므로, 섀도우 좌표계에서 월드 좌표계로의 변환 행렬(F)은 월드 좌표계에서 섀도우 좌표계로의 변환 행렬(F^-1)에 대한 역행렬이고, 이 변환 행렬(F^-1)은 다음의 식으로 표현될 수 있다.

[수학식 47]

F^-1= L^-1(x_so,y_so,z_so)·R_X ^-1(θ_X)·R_Y ^-1(θ_Y)·R_Z ^-1(θ_Z)

= L(-x_so,-y_so,-z_so)·R_X(-θ_X)·R_Y(-θ_Y)·R_Z(-θ_Z)

여기서, 행렬R_X(-θ_X), 행렬 R_Y(-θ_Y), 및 행렬R_Z(-θ_Z)은 회전을 위한 행렬이고, 다음의 식들로서 표현될 수 있다.

[수학식 48]

[수학식 49]

[수학식 50]

또한, 행렬 L(-x_so,-y_so,-z_so)은 평행이동을 위한 행렬이고 다음의 식과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 51]

단계(SP2)에서는, 도 8에서 도시된 바와 같이, 점광원(60)의 위치는 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의해 Z_S축 상의 가상의 점광원(61)의 위치로 이동된다. 그것은 왜냐하면, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)에 대하여 3차원 섀도우 비디오(V₃)를 얻기 위하여, 3차원 객체 비디오(V₁)를 점광원(60)의 위치로부터 바라볼 때, 3차원 섀도우 비디오(V₃)는 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면 상에 3차원 객체 비디오(V₁)를 투시함으로써 얻을 수 있다. 그러나, 시점인 점광원이 Z_S축 상에 위치하는 것이 투시 변환 처리를 실행하는데 필요하다. 그러므로, 점광원(60)의 위치는 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의해 Xs축 상에 가상의 광원(61)의 위치로 평행이동 된다.

여기서, 오퍼레이터에 의해서 미리 설정된 점광원(60)의 좌표는 (x_L, y_L, z_L)로서 정의되고, 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)은 다음의 식으로 표현될 수 있다.

[수학식 52]

점광원에 대한 변환 처리는 단계(SP1) 및 단계(SP2)에 의해 종료된다.

다음으로, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로부터 3차원의 섀도우 비디오 신호를 생성하기 위한 투시 변환 행렬(P_SPOT)이 도 9B를 참조하여 설명된다.

단계(SP3)에서는, 단계(SP1)에서와 같이, 월드 좌표계로 도시된 3차원 객체 비디오 신호(V₁)는 변환 행렬(F^-1)에 의해 섀도우 좌표계의 신호로 변환된다. 이같은 이유는 하기에서 기술되는 단계(SP5)에서 이용된 투시 변환 행렬(P_SO')은 섀도우 좌표계에서의 투시 변환 행렬이지만 월드 좌표계에서의 투시 변환 행렬은 아닌 것이다. 그러므로, 투시 변환 행렬(P_SO')에 의해 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면 상에 3차원 객체 비디오(V₁)가 투시되는 경우에는, 월드 좌표계에서 도시된 3차원 객체 비디오(V₁)가 섀도우 좌표계의 신호로 변횐되는 것이 요구된다.

단계(SP4)에서는, 단계(SP2)에서와 같이, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)는 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의해 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 평행하게 이동된다. 도 8에서, 평행이동된 비디오 신호는 가상의 3차원 객체 비디오 신호(V₁')로서 정의된다. 비디오 신호는 하기와 같은 이유 때문에 평행하게 이동된다. 점광원(60)의 위치는 Z_S축 상의 가상의 광원(61)에 위치하게 되도록 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의해 평행하게 이동되기 때문에, 3차원 객체 비디오 신호(V₁) 또한 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의해 평행하게 이동되어야 하므로, 점광원(60)에 대한 3차원 객체 비디오 신호(V₁)의 상대적인 위치 관계, 및 가상의 점광원(61)에 대한 가상의 객체 비디오 신호(V₁')의 상대적 위치 관계가 변화되지 않는다.

다음으로, 단계(SP5)에서는, 투시 변한 행렬(P_SO')에 의해서 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁')를 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시시킨다. 도 8에서는, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시된 비디오 신호를 가상의 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃')로서 언급된다. 이 가상 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃')는 가상 점광원(61)을 시점으로 하여, 가상 점광원(61)으로부터 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁')를 바라볼 때에, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시되는 비디오 신호이다.

구체적으로, 이 투시 변환 행렬(P_SO')은, 수학식 2에서 나타낸 투시 변환 행렬(P₀) 및 시점(P_Z)과의 관계로부터, 투시 변환할 때의 시점이 가상 점광원(61)의 위치, 즉 (0, 0,_ZL)의 위치에 있다라고 고려될 수 있으므로, 수학식 2에서, P_Z를 -1/_ZL로 대체함으로써 투시 변환 행렬(P_SO')은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

[수학식 53]

다음으로, 단계(SP6)에서는, 평행이동 행렬(T_XsYs)에 의해서, 가상 섀도우 비디오 신호(V₃')를, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 평행하게 이동한다. 도 8에서는, 평행이동된 비디오 신호를 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)로서 언급된다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)는, 점광원(60)을 시점으로 하여, 점광원(60)의 위치에서 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 바라볼 때, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시되는 비디오 신호이다. 이 비디오 신호는 다음과 같은 이유 때문에 평행하게 이동된다. 단계(SP4)에서, 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의해 3차원 객체 비디오 신호(V₁₎를 평행이동하였기 때문에, 그 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)에 의한 평행하게 이동된 신호가 복구된다.

여기에서, 평행이동 행렬(T_XsYs)은 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)의 역행렬이므로, 평행이동 행렬(T_XsYs)은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

[수학식 54]

다음에, 단계(SP7)에서는, 수학식 42에 의해 나타나는 변환 행렬(F)에 의해서, 섀도우 좌표계에서 나타나는 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)를 월드 좌표계에서 나타낸 신호로 변환한다. 이것에 의해서, 월드 좌표계의 좌표치로 나타나는 3차원 섀도우 비디오 신호(V₃)를 얻을 수 있다.

도 9B의 흐름도에 나타나는 처리를 정리한다. 월드 좌표계의 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로부터 월드 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호를 구하기 위한 처리는, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 월드 좌표계에서 섀도우 좌표계로 변환하는 단계(SP3)와, 섀도우 좌표계에서 3차원 객체 비디오 신호를 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투영하여 섀도우 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호를 생성하는 단계 (SP4, SP5 및 SP6)와, 섀도우 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호를 섀도우 좌표계에서 월드 좌표계로 변한하는 단계(SP7)를 포함한다.

따라서, 월드 좌표계의 3차원 객체 비디오 신호(V₁)에서 월드 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호를 구하기 위해 점광원에 따른 투시 변환 행렬(P_SPOT)은, 변환 행렬(F₁)과, 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)과, 투시 변환 행렬(P_SO')과, 평행이동 행렬(T_XsYs ^-1)과, 변환 행렬(F^-1)과의 곱으로 나타낼 수 있기 때문에, 투시 변환 행렬(P_SOPT)은 다음의 식과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 55]

P_{SPOT =}F^-1·T_XsYs ^-1·P_SO'·T_XsYs ^-1·F^-1

따라서, 이 변환 행렬(P_SPOT)을 수학식 41에 대입함으로써, 점광원 모드일 때에, 2차원의 소스 비디오 신호로부터 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₄)를 구하기 위한 변환 행렬(T_shadow')은 다음과 같은 식으로서 표현될 수 있다.

[수학식 56]

T_shadow' = T₀·P_SPOT·P₀

= T₀·F^-1·T_XsYs ^-1·P_SO'·T_XsYs ^-1·F^-1·P₀

여기에서, 이 변환 행렬(T_shadow')에 근거하여, 섀도우 비디오 신호(V₄)를 프레임 메모리(22)로부터 읽어 내기 위한 독출 어드레스를 연산하는 방법은, 수학식 3에 나타나는 행렬(T_obj)에 근거하여, 객체 비디오 신호(V₂)를 프레임 메모리(12)로 부터 읽어 내기 위한 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 구하는 연산 방법과 동일 하다. 결국, 수학식 3 내지 수학식 14 에 나타나는 연산과 완전히 같은 연산 방법이다.

구체적으로는, 이 변환 행렬(T_shadow')은 4행 4열의 행렬이기 때문에, 수학식 4와 같이, Z축 방향의 성분(3행 3열)을 제외한 행렬을 (T_33shadow')라하고, 이 행렬(T_33shadow')에 대한 역행렬(T_33shadow')^-1의 각 파라미터를 다음의 식으로 정의된다.

[수학식 57]

또한, 섀도우 신호 발생부(20)의 독출 어드레스 발생 회로(24)로부터 공급되는 독출 어드레스를(X_M', Y_M')으로 정의한다. 수학식 3에서 수학식 14까지의 연산 방법을 참조하면, 이 독출 어드레스(X_M', Y_M')를 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

[수학식 58]

[수학식 59]

따라서, 프레임 메모리(22)로 공급되는 독출 어드레세(X_M', Y_M')를 오퍼레이터가 원하는 공간적 화상 변환 처리에 의해서 결정되는 3차원 변환 행렬(T₀)의 각 파라미터(r₁₁~r₃₃. l_x, l_y, l_z, s)들, 미리 설정되는 파라미터인 투시치 P_Z, 점광원의 위치(x_L, y_L, z_L), 섀도우 좌표계의 각 축의 회전각(θ_X, θ_Y, θ_Z), 및 섀도우 좌표계의 원점(x_so, y_so, z_so)을 이용하여 나타낼 수 있다.

따라서, 수학식 6 내지 수학식 40에 대하여, 모너터 스크린(3)의 래스터 스캔의 순서에 대응하도록 어드레스를 지정하기 위한 스크린 어드레스(X_S, Y_S)를 공급하면, 그 공급된 스크린 어드레스에 대응하는 프레임 메모리(22) 상의 독출 어드레스(X_M', Y_M')를 순서대로 연산할 수 있다. 이것에 의해서, 2차원의 객체 비디오 신호(V₂)에 대응한 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₄)를 생성할 수 있다.

(6) 평행 광원 모드 시에 섀도우 비디오 신호를 생성하기 위한 변환 처리에 관한 설명.

우선, 도 10A 및 도 10B를 참조하면서, 평행 광원을 사용한 평행 광원 모드시에, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로부터 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 구하기 위한 변환 처리에 대하여 설명한다. 또한, 도 10A 및 도 10B는, 도 7A 및 도 7B와 같게, 도 10A는 월드 좌표계측의 Z축 상에 설정된 시점(PZ)에서 월드 좌표계의 XY 평면을 볼 때의 도면이고, 도 10B는 월드 좌표계의 X축의 양의 방향의 위치에서 월드 좌표계의 YZ 평면을 볼 때의 도면이다.

먼저, 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해서 3차원의 공간적 위치로 변환된 3차원 객체 비디오 신호(V₁)는, 평행 광원에 의한 투시 변환 행렬(P_PARA)에 의해서 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투영된다. 도 10B에 있어서는, 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시된 비디오 신호를 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)로 언급한다. 이 평행 광원에 의한 투시 변환 행렬(P_PARA)은 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 투시 변한하여 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 구하기 위한 변환 행렬이다.

다음에, 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)는 먼저 설명한 투시 변환 행렬(P₀)에 의해서 월드 좌표계의 XY 평면에 투영된다. 이것은, Z축 상의 가상 시점(PZ)에서 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 볼 때에, 월드 좌표계의 XY 평면에 투시되는 비디오 신호를 얻는 것을 의미한다. 도 10B에 있어서는, 월드 좌표계의 XY 평면에 투시된 비디오 신호를 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₆)로 언급한다.

도 11B의 흐름도에 나타낸 전술한 바와 같은 처리를 정리한다. 2차원의 소스 비디오 신호(V₀)에서 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₆)를 구하기 위한 변환 처리는, 소스 비디오 신호(V₀)를 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해서 3차원 변환하여 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 얻기 위한 3차원 변환 단계와, 이 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 평행 광원에 의한 투시 변환 행렬(P_PARA)에 의하여 섀도우 좌표계의 XsYs 평면에 투시하여 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 얻기 위한 투시 변환 단계와, 이 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 투시 변환 행렬(P₀)에 의해서 월드 좌표계의 XY 평면에 투시하여 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₆)를 얻기 위한 단계로 구성된다. 따라서, 2차원의 소스 비디오 신호(V₀)로부터 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₆)를 구하기 위한 변환 행렬(T_shadow'')은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 60]

T_shadow= T₀·P_PARA·P₀

다음에, 도 11A 및 11B 내지 도 14A 및 14B를 참조하여, 평행 광원을 사용한 때의 평행 광원에 의한 투시 변환 행렬(P_PARA)에 대하여 설명한다.

도 11A는 평행 광원(70)에 대한 변환 처리의 흐름도를 나타내고, 도 11B는 3차원 객체 비디오 신호(V₁)에 대한 변환 처리의 흐름도를 나타내고 있다.

우선, 도 11A를 참조하면서, 평행 광원(70)에 대한 변환 처리의 흐름도를 설명한다.

단계(SP11)에서는, 월드 좌표계에서의 구면 좌표에 의해서 정의되어 있는 평행 광원(70)의 좌표를 월드 좌표계의 직교 좌표로 변환한다. 평행 광원의 위치는 직교 좌표계에서 나타내는 것보다도 구면 좌표계에서 나타내는 쪽이 일반적이다. 구면 좌표계란 평행 광원의 위치를 반경(γ), 위도(α), 및 경도(β)로 나타내는 좌표계이다. 도 12A는 월드 좌표계에서 직교 좌표계와 구면 좌표계 간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12A에 도시된 바와 같이, 직교 좌표계와 구면 좌표계의 관계에서는, 위도(α)의 기준을 Y축의 음의 방향으로서 정의하고, 경도의 기준을 XY 평면으로서 정의한다. 결국, 구면 좌표의 적도면이 직교 좌표의 XY 평면에 일치하고, 위도 0(rad) 및 경도 0(rad)의 방향은 Y축의 음의 방향과 일치한다. 따라서, 구면 좌표로 정의된 평행 광원(70)의 위치를 (γ, α, β), 직교 좌표의 위치로 변화된 평행 광원의 위치를 (x_L, y_L, z_L)로 가정하면, 이 광원 위치(x_L, y_L, z_L)는 다음의 식으로서 표현될 수 있다.

[수학식 61]

x_L= rcosβcosα

y_L= rcosβsinα

z_L= -rsinβ

따라서, 구면 좌표로 정의된 광원의 위치를 직교 좌표로 변환하기 위해서는, 이 수학식 61에 대해, 오퍼레이터에 의해서 설정된 구면 좌표계의 광원 위치(γ, α, β)를 대입함으로써, 직교 좌표의 위치로 변환된 광원 위치 (x_L, y_L, z_L)를 구할 수 있다.

단계(SP12)에서는, 변환 행렬(F^-1)에 의해서 평행 광원의 좌표를 월드 좌표계에서 섀도우 좌표계로 변환한다. 변한 행렬(F^-1)에 관하여는 단계(SP1)에서 설명하였기 때문에 그 설명은 생략한다. 섀도우 좌표계로 변환된 광원의 위치를 (x_L', y_L', z_L')로 정의하면, 동차 좌표계에서 나타내어진 월드 좌표계에서의 광원의 벡터[x_Ly_Lz_L1]와, 동차 좌표계에서 나타내어진 섀도우 좌표계에서의 광원의 벡터[x_L'y_L' z_L'1]와, 변환 행렬(F^-1)과의 관계는 다음의 식으로 표현될 수 있다.

[수학식 62]

[x_L'y_L' z_L'1] = [x_Ly_Lz_L1]·F^-1

단계(SP13)에서는, 단계(SP12)에서 구한, 섀도우 좌표계의 직교 좌표에서의 광원의 위치(x_L', y_L', z_L')를, 섀도우 좌표계에서의 구면 좌표로 나타내도록 변환한다. 도 12B는 섀도우 좌표계에서의 직교 좌표와 구면 좌표와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 12B에 도시된 바와 같이, 섀도우 조표계에서의 직교 좌표계와 구면 좌표계의 관계에서는, 위도(α_s)의 기준은 Y_S축의 음의 방향으로 정의되고, 경도(β_s)의 기준은 X_SY_S평면으로 정의된다. 결국, 구면 죄표의 적도면이 직교 좌표의 X_SY_S평면과 일치하고, 위도 0(rad) 및 경도 0(rad)의 방향이 Y_S축의 음의 방향과 일치한다.

따라서, 섀도우 좌표계에서 직교 좌표로 나타낸 광원의 위치(x_L', y_L', z_L'), 및 섀도우 좌표계에서 구면 좌표로 나타낸 광원의 위치(γ', α', β')와의 관계는 다음의 식으로 표현된다.

[수학식 63]

따라서, 단계(SP12)에서의 얻은 광원의 위치(x_L', y_L', z_L')를 이 수학식 63에 대입함으로써, 평행 광원(70)의 위치를 섀도우 좌표계에서의 구면 좌표로 나타낼 수 있다.

다음에, 단계(SP14)에서는, 도 13에서 도시된 바와 같이, 회전 행렬 Rz(-α')에 의해서 단계(SP13)로 구한 평행 광원의 위치(γ', α', β')를 섀도우 좌표계의 Zs축 주위로 -α(rad) 만큼 회전한다. 결국, 회전 처리 후의 평행 광원의 위치는 (γ', 0, β')와 같이 나타낼 수 있다. 도 13에서는, 회전 행렬 Rz(-α')에 의해서 회전된 광원을 가상 평행 광원(71)으로서 언급한다. 그러므로, 평행 광원(70)의 위치를 회전시킴으로써, 도 11에서 도시된 바와 같이 평행 광원(71)의 광속(light beam)은 Y_SZ_S평면에 평행하게 된다. 평행 광원(71)의 광속을 Y_SZ_S평면에 평행하게 되도록 평행 광원을 회전 변환하는 이유는, 후술하는 단계(SP17)에 있어서, 객체 비디오 신호(V₁)를 투시 변환 행렬(P_SO)에 의하여 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시시킬 때에, 입사하는 평행 광원의 광속이 Y_SZ_S평면에 평행하면, 3차원 객체 비디오 신호가 X_SY_S평면에 투시될지라도, X_S축 방향의 좌표치가 변화하지 않기 때문에, 객체 비디오 신호를 X_SY_S평면에 투시시키기 위한 투시 변환 행렬이 매우 간단하게 표현되기 때문이다.

구체적으로는, 회전 행렬 Rz(-α')는 Zs축 주위의 행렬이기 때문에 회전 행렬 Rz(-α')은 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

[수학식 64]

단계(SP11, SP12, SP13 및 SP14)에 의해서, 평행 광원(70)에 대한 변환 처리는 종료된다.

다음에, 도 11B를 참조하여, 평행 광원을 사용한 평행 광원 모드일 때에, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로부터 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 생성하기 위한 투시 변환 행렬(P_PARA)에 대하여 설명한다.

단계(SP15)에서는, 단계(SP11)와 같이, 변환 행렬(F^-1)에 의해서, 월드 좌표계의 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 섀도우 좌표계의 신호로 변환한다. 이 이유는, 단계(SP11)에서 설명한 평행 광원에 대한 처리와 같이, 후술하는 투시 변환 행렬(Pso)은 월드 좌표계에서의 투시 변환 행렬이 아니고 섀도우 좌표계에서의 투시 변환 행렬이기 때문이다. 따라서, 3차원 객체 비디오(V₁)를 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시시키는 경우에는, 월드 좌표계에서 나타나는 3차원 객체 비디오(V₁)의 각 화소의 위치를 월드 좌표계에서 섀도우 좌표계로 변환할 필요가 있다.

단계(SP16)에서는, 단계(SP15)에서 섀도우 좌표계의 신호로 변환된 객체 비디오 신호(V₁)를 회전 행렬 Rz(-α')에 의해서 Z축의 주위로 -α'(rad) 회전시킨다. 이와 같은 이유는, 도 13에 도시된 바와 같이, 단계(SP14)에서 회전 행렬 Rz(-α')에 의해서 평행 광원(70)의 위치 (γ', α', β')를 Z축 주위로 -α'(rad) 회전하였기 때문에, 그 평행 광원(70)의 회전 처리와 대응하도록 개체 비디오 신호(V₁)를 회전시킬 필요가 있기 때문이다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 회전 행렬 Rz(-α')에 의해서 Zs축의 주위로 -α'(rad) 회전된 3차원 객체 비디오 신호를 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로서 언급한다. 따라서, 섀도우 좌표계의 원점에 대하여 3차원 객체 비디오 신호(V₁)와 평행 광원(70)의 상대적인 위치 관계와, 섀도우 좌표계의 원점에 대하여 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁)와 가상 평행 광원(71)의 상대적 위치 관계는 완전히 동일하다.

다음에, 단계(SP17)에서, 투시 변환 행렬(Pso)에 의해서 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시한다. 도 14A 및 도 14B를 참조하면서, 이 투시 변환 행렬을 설명한다. 우선, 도 13, 도 14A 및 도 14B에 도시된 바와 같이, 가상 객체 비디오 신호(V₁)를 투시 변환 행렬(Pso)에 의해서 X_SY_S평면에 투시한 비디오 신호는 가상 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)로 언급한다. 도 12A는 이 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁)와 가상 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)와의 위치 관계를 3차원적으로 나타낸 도면이고, 도 12B는 Xs축의 양의 방향에서 YsZs 평면을 볼 때 가상 3차원 객체 비디오 신호(V₁)와 가상 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)와의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 여기에서, 가상 객체 비디오 신호(V₁) 상의 화소점을 (x₀, y₀, z₀)로 정의하고, 이 화소(x₀, y₀, z₀)를 투시 변환 행렬(Pso)에 의해서 XsYs 평면에 투시하여 생성된 가상 섀도우 비디오 신호(V₅) 상의 화소점을 (x_s, y_s, z_s)로 정의하면, 도 14B에 나타낸 기하학적인 관계로부터 다음의 관계식을 얻을 수 있다.

[수학식 65]

x_s= x₀

y_s= y₀+ z₀cotβ'

z_s= 0

또한, 가상 객체 비디오 신호(V₁) 상의 점(x₀, y₀, z₀)과, 가상 섀도우 비디오 신호(V₅) 상의 점(x_s, y_s, z_s)과, 투시 변환 행렬(Pso)과의 관계식은, 다음의 식으로 표현될 수 있다.

[수학식 66]

[x_sy_sz_s1] = [x₀y₀z₀1]·Pso

따라서, 수학식 65 및 수학식 66으로부터 다음의 식을 얻을 수 있다.

[수학식 67]

다음에, 단계(SP18)에서는, 회전 행렬 Rz(α')에 의해서 가상 섀도우 비디오 신호(V₅)를 Zs축의 주위로 회전 이동한다. 도 13에서는, 회전 이동된 비디오 신호를 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)로서 나타낸다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)는 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 평행 광원(70)에 의하여 섀도우 좌표계의 X_SY_S평면에 투시한 비디오 신호이다. 이와 같이 변환하는 이유는, 단계(SP16)에서 회전 행렬 Rz(-α')에 의해서 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 회전 이동하였기 때문에, 그 회전 행렬 Rz(-α')에 의해 회전 처리를 복구한다.

결국, 회전 행렬 Rz(-α')와 회전 행렬 Rz(α')와는 역행렬의 관계에 있으므로 회전 행렬 Rz(α')는 다음의 식으로 나타내어질 수 있다.

[수학식 68]

다음에, 단계(SP19)에서는, 수학식 42에 의해서 나타나는 변환 행렬(F)에 의해서, 섀도우 좌표계에서 나타나는 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 월드 좌표계의 신호로 변환한다. 이것에 의해서, 월드 좌표계의 좌표치로 나타나는 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 얻을 수 있다.

도 11B의 흐름도에 나타나는 처리를 정리한다. 월드 조표계의 3차원 객체 비디오 신호(V₁)로부터 월드 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 구하기 위한 처리는, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)를 월드 좌표계에서 섀도우 좌표계로 변환하는 단계(SP15)와, 섀도우 좌표계에서 3차원 객체 비디오 신호를 섀도우 좌표계의 X_SY_S면에 투영하여 섀도우 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호를 생성하는 단계(SP16, SP17 및 SP18)와, 섀도우 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호를 섀도우 좌표계에서 월드 좌표계로 변환하여 월드 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 얻기 위한 단계(SP19)를 포함한다.

따라서, 월드 좌표계의 3차원 객체 비디오 신호(V₁)에서 월드 좌표계의 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)를 구하기 위한 투시 변환 행렬(P_PARA)은 변환 행렬(F^-1)과, 회전 행렬 Rz(-α')와, 투시 변환 행렬(Pso)과, 회전 행렬 Rz(α')와, 변환 행렬(F^-1)의 곱으로 다음의 식처럼 나타낼 수 있다.

[수학식 69]

P_PARA= F^-1·Rz(-α)·Pso·Rz(α')·F

따라서, 이 변환 행렬(P_PARA)을 수학식 60에 대입하면, 평행 광원 모드일 때에, 2차원의 소스 비디오 신호로부터 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₄)를 구하기 위한 변환 행렬(T_shadow)은 다음의 식으로 표현될 수 있다.

[수학식 70]

T_shadow= T₀·P_PARA·P₀

T₀·F^-1·Rz(-α')·Pso·Rz(α')·F·P₀

여기에서, 이 변환 행렬(T_shadow)에 근거하여 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₆)를 프레임 메모리(22)로부터 읽어내기 위한 독출 어드레스를 연산하는 연산 방법은, 수학식 3에 나타나는 행렬(T_obj)에 근거하여 2차원의 객체 비디오 신호(V₂)를 프레임 메모리(12)로부터 읽어 내기 위한 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 구하는 연산 방법과 완전히 같다. 즉, 수학식 3 내지 수학식 14에 나타나는 연산과 완전히 같은 연산 방법이다.

구체적으로는, 이 행렬(T_shadow)은 4행 4열의 행렬이기 때문에, 수학식 4와 같이, Z축 방향의 성분(3행 및 3열)을 제외한 행렬을 (T_33shadow)로 하고, 변환 행렬(T_33shadow)의 역행렬(T_33shadow)^-1의 각 파리미터를 다음의 식으로 정의한다.

[수학식 71]

또한, 섀도우 신호 발생부(20)의 독출 어드레스 발생 회로(24)로부터 공급되는 독출 어드레스를 (X_M, Y_M)로 한다. 수학식 3 내지 수학식 14까지의 연산 방법을 참조하면, 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

[수학식 72]

[수학식 73]

따라서, 프레임 메로리(22)로 공급되는 독출 어드레스(X_M, Y_M)는 오퍼레이터가 원하는 공간적 화상 변환 처리에 의해서 결정되는 3차원 변환 행렬(T₀)의 각 파라미터(r₁₁~r₃₃, l_x, l_y, l_z, 및 s), 미리 설정되는 투시치(P_z), 점광원의 위치(x_L, y_L, z_L), 섀도우 좌표계의 각 축의 회전각(θ_X, θ_Y, θ_Z), 섀도우 좌표계의 원점의 위치(x_so, y_so, z_so)를 이용하여 나타낼 수 있다.

따라서, 수학식 6 내지 수학식 40에 대하여 모니터 스크린(3)의 래스터 스캔의 순서에 대응하도록 어드레스 지정하기 위한 스크린 어드레스(X_S, Y_S)를 공급하면, 그 공급된 스크린 어드레스에 대응한 프레임 메모리(22) 상의 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 순서대로 연산할 수 있다. 이것에 의해서, 2차원의 객체 비디오 신호(V₂)에 대응한 2차원의 섀도우 비디오 신호(V₆)를 생성할 수 있다.

(7) 섀도우 좌표계의 설정에 관한 설명

먼저 설명한 바와 같이, 객체 비디오 신호에 대한 섀도우가 투영되는 섀도우면을 제공하기 위한 섀도우 좌표계를 설정하기 위해서는, 월드 좌표계의 X축, Y축, Z축에 대한 섀도우 좌표계의 Xs축, Ys축, Zs축의 각각의 회전각(θ_X, θ_Y, θ_Z), 및 월드 좌표계의 원점에 대한 섀도우 좌표계의 원점(x_so, y_so, z_so)의 설정이 필요하다. 본 발명의 특수 효과 장치에 있어서는, 상술한 바와 같이, 오퍼레이터가 임으로 섀도우 좌표계의 Xs축, Ys축, Zs축의 각 회전각 및 섀도우 좌표계의 원점을 설정한다. 수학식 42 및 수학식 47에 대하여, 각각의 축들의 회전각(θ_X, θ_Y, θ_Z) 및 원점(x_so, y_so, z_so)이 대입된다. 그러나, 섀도우 좌표계의 원점으로서 오퍼레이터가 근거없는 위치를 설정하면, 도 15A에 도시된 바와 같이, 3차원 변환된 객체 비디오 신호(V₁)외 3차원 섀도우 비디오 신호(V₅)가 공간적으로 서로 떨어져 있게 된다. 이러한 것이 발생하는 이유는, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 섀도우면 상에 존재하고 있지 않기 때문인데, 즉 바꿔 말해서, 섀도우면 상에 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 존재하도록 섀도우면을 설정할 수 없다는 것이다. 물론, 오퍼레이터다, 도 15A에 나타나는 것 같은 섀도우면을 바란다면 문제는 없다. 그러나, 광원으로부터의 빛에 의해서 지면 상에 존재하는 물체에 대해 섀도우를 부여하는 것같은 효과를 얻기 위해서는, 이 지면을 섀도우가 투영되는 섀도우면으로서 설정할 필요가 있다. 즉, 공간적으로 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 섀도우면 상에 존재하도록, 섀도우 좌표계의 원점을 설정할 필요가 있다. 그 때문에, 본 발명의 특수 효과 장치는 섀도우 좌표계의 원점을 자동적으로 설정하기 위한 원점 설정 모드를 갖고 있다.

이 원점 설정 모드에서는, 우선, 오퍼레이터가 소스 비디오 신호(V₀) 상에 있는 점을 지정한다. 이 지정된 점을 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해서 3차원 공간 상에 변환하여, 그 3차원 공간 상에 변환된 객체 비디오 신호(V_obj) 상의 대응점을 섀도우 좌표계의 원점으로서 지정된 점으로 설정한다. 이것에 의해서, 3차원 객체 비디오 신호(V_obj) 상의 점에 섀도우 좌표계의 원점이 설정되기 때문에, 결과적으로 3차원 객체 비디오 신호(V_obj)가 섀도우면 상에 존재하게 된다.

구체적으로는, 도 15B에 도시된 바와 같이, 소스 비디오 신호(V₀)의 오른쪽 상의 점을 a, 왼쪽 상의 점을 b, 오른쪽 밑의 점을 c, 및 왼쪽 밑의 점을 d로 하여, 이들에 대응하는 3차원 객체 비디오 신호(V_obj) 상의 각각의 점을, a', b', c' 및 d'로 한다. 또한, 그 소스 비디오 신호(V₀) 상의 네 점 a, b, c, 및 d의 각각의 좌표를 (x_a, y_a, 0), (x_b, y_b, 0), (x_c, y_c, 0), 및 (x_d, y_d, 0)으로 하고, 3차원 객체 비디오 신호(V_obj) 상의 점 a', b', c' 및 d'의 각각의 좌표를 (x_a', y_a', z_a'), (x_b', y_b', z_b'), (x_c', y_c', z_c'), 및 (x_d', y_d', z_d')로 한다.

다음에, 오퍼레이터에 의해서, 소스 비디오 신호(V₀) 상의 점 d가 지정된 경우를 설명한다. 오퍼레이터에 의해서 지정된 소스 비디오 신호 상의 점 d (x_d, y_d, 0)는 3차원 변환 행렬(T₀)에 의해 점 d를 변환함으로써 객체 비디오 신호(V_obj) 상에 대응하는 점 d' (x_d', y_d', z_d')가 된다. 여기에서, 점 d (x_d, y_d, 0)와 점 d' (x_d', y_d', z_d')를, 각기 동차 좌표계의 벡터로 나타나는 벡터 [x_dy_d0 1] 및 벡터 [x_d' y_d' z_d' 1]로 나타내기 때문에, 이것들의 벡터와, 3차원 변환 행렬(T₀)과의 관계는다음의 식으로 나타낼 수 있다.

[수학식 74]

그러므로, 수학식 73에 의해 다음의 관계식을 얻을 수 있다.

[수학식 75]

x_d' = (r₁₁x_d+ r₂₁y_d+ l_x) /s

y_d' = (r₁₂x_d+ r₂₂y_d+ l_y) /s

z_d' = (r₁₃x_d+ r₂₃y_d+ l_z) /s

따라서, 수학식 42 및 수학식 47에 나타나는 이동 행렬(L)의 파라미터인 섀도우 좌표계의 원점(x_so, y_so, z_so)에, 수학식 74에 의해서 얻어진 점(x_d', y_d', z_d')를 대입하므로써, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)상에 섀도우 좌표계의 원점이 설정된다. 즉, 3차원 공간 상에서, 3차원 객체 비디오 신호(V₁)가 섀도우면 상에 존재하도록 섀도우 좌표계가 설정된다. 이것에 의해서, 본 발명의 특수 효과 장치는 태양에서의 빛에 의해서 지상에 존재하는 물체의 섀도우가 지면 상에 투영되는 것 같은 자연적인 효과를 얻을 수 있다.

(8) 특수 효과 장치의 동작 및 효과의 설명

다음에, 이 특수 효과 장치의 동작 및 본 발명의 효과를 설명한다.

우선, 오펴레이터는 제어 패널(5)에 마련된 3차원 포인팅 디바이스 또는 키 등을 조작하여, 본 발명의 특수 효과 장치에서 사용되는 독출 어드레스의 연산에 필요로 되는 각 파라미터를 입력한다. 이 독출 어드레스의 연산에 필요한 파라미터는 투시치(Pz), 섀도우 좌표계의 Xs축, Ys축, 및 Zs축의 각각의 회전각(θ_X, θ_Y, θ_Z), 섀도우 좌표계의 원점(x_so, y_so, z_so), 평행 광원 또는 점광원인지를 나타내는 광원의 종류, 그 광원의 위치(x_L, y_L, z_L) 또는 (γ, α, β) 등이다. 섀도우 좌표계의 원점을 자동 설정하는 모드가 지정되어 있는 경우에는, 소스 비디오 신호의 4구석의 점(a~d)중의 어느 것이 지정되어 있는지를 나타내는 데이타가 제어 패널(5)로부터 입력된다.

먼저, 광원의 종류로서, 점광원이 지정된 경우를 설명한다.

CPU(8)는, 제어 패널(5)로부터 입력되는 이들의 파라미터를 받아들여, 실시간에 독출 어드레스의 연산에 반영시킨다. 구체적으로, CPU(8)는 제어 패널(5)로 부터 공급되는 파라미터의 변화를 각 프레임 주기로 제어하고, 공급된 파라미터에 근거하여 독출 어드레스를 연산하기 위한 파라미터(b₁₁~b₃₃, b₁₁'~b₃₃')를 각 프레임 주기로 연산한다. 따라서, 오퍼레이터의 조작에 따라서 이것들의 파라미터를 실시간적으로 가변 가능하고, 그 가변된 파라미터에 따라서 실시간에 독출 어드레스가 연산된다. 또한, CPU(8)는이것들의 파라미터를 설정치로서 프레임마다 RAM(7)에 기억할 수 있다. 유의해야 할 점은, 이 때에 오퍼레이터는 소스 비디오 신호(V₀)에 대하여 3차원 화상 변환의 지시를 하지 않기 때문에, 모니터 스크린(3)에 소스 비디오 신호(V₀)가 표시된다.

다음에, 오퍼레이터는 제어 패널(5)에 마련된 3차원 포인팅 디바이스 등을 조작함으로써, 소스 비디오 신호(V₀)에 대하여 3차원의 화상 변환 조작을 지령한다.오퍼레이터에 의해서 3차원의 화상 변환이 지령되면, CPU(8)는 오퍼레이터가 지정한 3차원 변환 행렬(T₀)의 각 파라미터(r₁₁~r₃3,1x, 1y, 1z, 및 s)들을 제어 패널(5)로부터 받아 이들의 파라미터를 실시간에 독출 어드레스의 연산에 반영시킨다. 구체적으로, CPU(8)는, 제어 패널(5)로부터 공급되는 이 파라미터들의 변화를 프레임 주기로 감시하고, 공급된 파라미터에 근거하여 독출 어드레스를 연산하기 위한 파라미터(b₁₁~b₃₃, 및 b₁₁'~b₃₃')들을 프레임 주기로 연산한다. 다음에, CPU(8)는 받아들인 파라미터(r₁₁~r₃₃, 1x, 1y,1z, 및 s)들에 근거하여, 수학식 8에 나타나는 3차원 변환 행렬(T₃₃ ^-1)의 각 파라미터(b₁₁~b₃₃)들을 제어한다. 구체적으로, 수학식 28~수학식 37에 파라미터(r₁₁~r₃₃, 1x, 1y, 1z, 및 s) 들 대입함으로써, 파라미터(b₁₁~b₃₃)들을 구할 수 있다. 또한, CPU(8)는 받아들인 3차원 변환 행렬(T₀)의 파라미터(r₁₁~r₃₃, 1x, 1y, 1z, 및 s), 섀도우 좌표에 관한 파라미터(θ_X, θ_Y, θ_Z,x_so, y_so, 및 z_so), 광원에 관한 파라미터(x_L, y_L, 및 z_L) 받아들이어, 이 파라미터들에 근거하여 수학식 57에 나타나는 3차원 변환 행렬(T_33shadow')^-1의 각 파라미터(b₁₁'~b₃₃')를 연산한다. CPU(8)는 연산한 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 객체 신호 생성부(10)의 독출 어드레스 발생 회로(14)로 공급하여, 연산한 파라미터(b₁₁'~b₃₃')를 섀도우 신호 생성부(20)의 독출 어드레스 발생 회로(24)로 공급한다.

객체 신호 생성부(10)의 독출 어드레스 발생 회로(14)는 CPU(8)로부터 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 받아들임과 동시에, 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 스크린 어드레스(X_S, Y_S)를 받아들이어, 수학식 13 및 14에 근거하여 객체 신호용의 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 프레임 주기로 생성한다. 생성된 독출 어드레스(X_M, Y_M)는 비디오 신호용의 프레임 메모리(12) 및 키 신호용의 프레임 메모리(13)에 각각 공급되어, 그 결과로서, 프레임 메모리(12)로부터는 객체 비디오 신호(V₂)가 출력되고, 프레임 메모리(13)로부터는 객체 키 신호(K₂)가 출력된다.

다른 한편, 섀도우 신호 생성부(20)의 독출 어드레스 발생 회로(24)는 CPU(8)로부터 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 받아들임과 동시에, 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 스크린 어드레스(X_S, Y_S)를 받아들이어, 수학식 58 및 수학식 59에 근거하여 섀도우 신호용의 독출 어드레스(X_M', Y_M')를 프레임 주기로 생성한다. 생성된 독출 어드레스(X_M', Y_M')는 비디오 신호용의 프레임 메모리(22) 및 키 신호용의 프레임 메모리(23)에 각각 공급되어, 그 결과로서, 도 7B에 도시된 바와 같이, 프레임 메모리(22)로부터는 섀도우 비디오 신호(V₄)가 출력되고, 프레임 메모리(23)로부터는 섀도우 키 신호(K₄)가 출력된다.

제 1 믹서(30)는 객체 신호 생성부(10)로부터 객체 비디오 신호(V₂) 및 객체 키 신호(K₂)를 받아들임과 동시에, 섀도우 신호 생성부(20)로부터 섀도우 비디오 신호(V₄) 및 섀도우 키 신호(K₄)를 받아들이어, 수학식 a에 근거하여 혼합 비디오 신호(V_MIX')와 혼합 키 신호(K_MIX')를 생성한다.

제 2 믹서(40)는 외부에서 공급된 배경 비디오 신호(V_BK)와, 제 1 믹서(30)로부터 출력된 혼합 비디오 신호(V_MIX') 및 혼합 키 신호(K_MIX')를 받아들이어, 수학식 c을 토대로 출력 비디오 신호(V_OUT')를 생성한다.

다음에, 광원으로서 평행 광원이 지정된 경우에 대하여 설명한다.

CPU(8)는 우선, 제어 패널(5)로부터, 섀도우 좌표의 각 축에 관한 파라미터(θ_X, θ_Y, θ_Z), 섀도우 좌표계의 원점에 관한 파라미터(x_so, y_so, z_so), 및 평행 광원에 관한 파라미터(γ, α, β) 를 받아들인다. 또한, 제어 패널(5)에 마련된 3차원 포인팅 디바이스의 조작 상태에 근거하여 CPU(8)는 제어 패널(5)로부터, 3차원 변환 행렬(T₀)의 파라미터(r₁₁~r₃₃, 1x, 1y, 1z, 및 s)를 받아들인다. CPU(8)는 제어 패널(5)로부터 공급되는 이 파라미터들의 변화를 프레임 주기로 실시간적으로 제어하고, 공급된 파라미터에 근거하여 독출 어드레스를 연산하기 위한 파라미터(b₁₁~b₃₃및 b₁₁~b₃₃)를 프레임 주기로 연산한다. 따라서, 오퍼레이터의 조작에 따라서 프레임 주기로 이 파라미터들을 실시간에 가변 가능하고, 그 가변된 파라미터에 따라서 실시간에 독출 어드레스가 연산된다.

다음에, CPU(8)는 받아들인 파라미터(r₁₁~r₃₃, 1x, 1y, 1z, 및 s)들에 근거하여 수학식 8에 나타나는 3차원 변환 행렬(T₃₃ ^-1)의 각 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 연산한다. 구체적으로는, 수학식 28 내지 수학식 37에 파라미터(r₁₁~r₃₃, 1x, 1y, 1z, 및 s)를 대입함으로써, 파리미터(b₁₁~b₃₃)를 구할 수 있다. 또한, CPU(8)는 받아들인 3차원 변환 행렬(T₀)의 파라미터(r₁₁~r₃₃, lx, ly, lz, 및 s), 섀도우 좌표에 관한 파라미터(θ_X, θ_Y, θ_Z,x_so, y_so, z_so), 및 광원에 관한 파라미터(γ, α, β)를 받아들이어, 이 파라미터들에 근거하여 수학식 71에 나타나는 3차원 변환 행렬(T_33shadow)^-1의 각 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 연산한다. CPU(8)는 연산한 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 객체 신호 생성부(10)의 독출 어드레스 발생 회로(14)로 공급하고, 연산한 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 섀도우 신호 생성부(20)의 독출 어드레스 발생 회로(24)로 공급한다.

객체 신호 생성부(10)의 독출 어드레스 발생 회로(14)는 CPU(8)로부터 파라미터(b₁₁~b₃₃)를 받아들임과 동시에, 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 스크린 어드레스(Xs, Ys)를 받아들이어, 수학식 13 및 수학식 14을 토대로 객체 신호용의 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 프레임 주기로 생성한다. 생성된 독출 어드레스(X_M, Y_M)는 비디오 신호용의 프레임 메모리(12) 및 키 신호용의 프레임 메모리(13)에 각각 공급되어, 그 결과로서, 프레임 메모리(12)로부터는 객체 비디오 신호(V₂)가 출력되고, 프레임 메모리(13)로부터는 객체 키 신호(K₂)가 출력된다.

다른 한편, 섀도우 신호 생성부(20)의 독출 어드레스 발생 회로(24)는 CPU(8)로부터 파라미터(b₁₁'~b₃₃')를 받아들임과 동시에, 스크린 어드레스 발생 회로(9)로부터 스크린 어드레스(Xs, Ys)를 받아들이엇, 수학식 72 및 수학식 73을 토대로 섀도우 신호용의 독출 어드레스(X_M, Y_M)를 프레임 주기로 생성한다. 생성된 독출 어드레스(X_M, Y_M)는 비디오 신호용의 프레임 메모리(22) 및 키 신호용의 프레임 메모리(23)에 각각 공급되고, 그 결과로서, 도 10B에 도시된 바와 같이, 프레임 메모리(22)로부터는 섀도우 비디오 신호(V₆)가 출력된다.

제 1 믹서(30)는 객체 신호 생성부(10)로부터 객체 비디오 신호(V₂) 및 객체 키 신호(K₂)를 받아들임과 동시에, 섀도우 신호 생성부(20)로부터 섀도우 비디오 신호(V₆) 및 섀도우 키 신호(K₆)를 받아들이어, 수학식 b를 토대로 혼합 비디오 신호(V_MIX)와 혼합 키 신호(K_MIX)를 생성한다.

제 2 믹서(40)는 외부 장치에서 공급된 배경 비디오 신호(V_BK)와, 제 1 믹서(30)로부터 출력된 혼합 비디오 신호(V_MIX)와 혼합 키 신호(K_MIX)를 받아들이어, 수학식 d를 토대로 출력 비디오 신호(V_OUT)를 생성한다.

이상의 특수 효과 장치에 의하면, 오퍼레이터의 경험에 의지하지 않고 객체 비디오 신호에 대하여 적절한 섀도우를 용이하게 덧붙일 수 있다. 또한, 객체 비디오 신호의 공간계적인 이동에 연동하여, 자동적으로 섀도우 비디오 신호를 생성하게 된다.

구체적으로, 본 발명의 특수 효과 장치는 소스 비디오 신호에 대하여 3차원 화상 변환을 행하는 것에 따라 가상적인 3차원 객체 비디오 신호를 생성하고, 이 가상적인 3차원 객체 비디오 신호를 스크린면에 투영하는 것에 의해서, 2차원 객체 비디오 신호를 생성한다. 또한, 이 3차원 비디오 신호를 미리 설정된 섀도우면에 투영하는 것에 의해서 가상적인 3차원 섀도우 신호를 생성하고, 상기 가상적인 3차원 섀도우 신호를 상기 스크린면에 투영하는 것에 의해서, 2차원의 섀도우 신호를 생성한다. 따라서, 생성된 2차원의 객체 신호에 대응한 2차원의 섀도우 신호를 자동적으로 생성할 수 있고, 오퍼레이터의 조작성을 향상시킬 수 있다. 또한, 3차원 화상 변환 행렬과, 섀도우면에 투영 변환한 행렬과, 스크린면으로의 투영 변환 행렬과의 연산에 의해서, 2차원 섀도우 신호를 생성하기 때문에, 오퍼레이터의 조작 경험에 의지하지 않고 도 16A에 도시된 바와 같이, 객체 비디오 신호(V_obj)에 대하여 자연스러운 섀도우 비디오 신호(V_shadow)를 생성할 수 있으므로, 원근감 있는 입체적인 영상을 생성할 수 있다.

또한, 도 16B에 도시된 바와 같이, 오퍼레이터가 제어 패널의 3차원 포인팅디바이스를 조작하는 것에 의해서, 객체 비디오 신호(V_obj)를 3차원 공간 상에서 객체 비디오 신호(V_obj')의 위치로 이동시킨 경우에는, CPU가 제어 패널로부터의 파라미터를 프레임 주기로 감시하고, 각 프레임마다 공급된 파라미터를 토대로 섀도우 비디오 신호(V_shadow)를 생성하기 위한 독출 어드레스를 연산하므로, 그 객체 비디오 신호(V_obj)의 3차원 공간에서의 이동에 따라 섀도우 비디오 신호(V_shadow)가 섀도우면상에 존재하는 섀도우 비디오 신호(V_shadow')의 위치로 이동된다. 즉, 객체 비디오 신호(V_obj)의 움직임에 연동한 섀동 비디오 신호(V_shadow)를 용이하게 실시간에 생성할 수 있다.

따라서, 도 16A에 도시된 바와 같은 상태로부터 도 16B에 도시된 상태가 되도록 객체 비디오 신호(V_obj)가 이동하면, 섀도우 비디오 신호(V_shadow)도 그 이동에 결부된 섀도우면 상에서 이동하기 때문에, 섀도우면을 지상이라고 가정할 때에는 마치 객체가 지상에서 하늘로 상승하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 특수 효과 장치는, 섀도우 비디오 신호(V_shadow)를 생성하기 위한 광원의 종류로서 점광원 또는 평행 광원을 설정할 수 있고, 설정된 광원에 따라 섀도우 비디오 신호(V_shadow)를 연산하는 각각의 모드를 지니고 있기 때문에, 광원에 따른 자연스러운 섀도우를 생성할 수 있다. 도 16A 및 도 16B에 도시된 예는 객체 비디오 신호를 공간적으로 이동시키는 예를 나타내었지만, 객체 비디오 신호(V_obj)를 3차원 공간 상에서 고정하여, 광원의 위치를 공간적으로 이동시킬 수도 있다.

또한, 본 발명의 특수 효과 장치는, 섀도우면을 설정하는 원점 설점 모드를 지니고 있기 때문에, 3차원 변환된 3차원 객체가 공간적으로 섀도우면 상에 존재하도록 섀도우면을 설정할 수 있다. 따라서, 섀도우면을 지상이라과 생각하면, 지상면에 존재하는 객체를 표현할 수 있다.

Claims

소스 비디오 신호에 대하여 공간적 화상 변환을 주는 특수 효과 장치에 있어서,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 3차원 화상 변환을 행함으로써 가상적인 3차원 비디오 신호를 생성하고, 상기 가상적인 3차원 비디오 신호를 2차원 평면에 투영함으로써 상기 3차원 화상 변환 처리를 나타내는 2차원 비디오 신호를 생성하는 비디오 신호 생성 수단과,

상기 3차원 비디오 신호를 섀도우면에 투영함으로써 가상적인 3차원 섀도우 신호를 생성하고, 상기 가상적인 3차원 섀도우 신호를 상기 스크린면에 투영함으로써 2차원의 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 신호 생성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 효과 장치.
소스 비디오 신호에 대하여 공간적 화상 변환을 주는 특수 효과 장치에 있어서,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 가상 공간 상에 3차원 화상 변환을 하기 위한 3차원 화상 변환 연산과, 3차원 공간 상에 가상적으로 존재하는 비디오 신호를 스크린면 상에 투시 변환하기 위한 투시 변환 연산에 근거하여, 소스 비디오 신호로부터 2차원 비디오 신호를 생성하는비디오 신호 생성 수단과,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 가상 공간 상에 3차원 화상 변환하기 위한 3차원 화상 변환 연산과, 3차원 공간 상에 가상적으로 존재하는 비디오 신호를 섀도우면에 투시 변환하기 위한 투시 변환 연산과, 상기 섀도우면 상에 가상적으로 존재하는 비디오 신호를 스크린면에 투시 변환하기 위한 투시 변환 연산에 근거하여, 2차원 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 신호 생성 수단과,

상기 2차원 비디오 신호가 상기 3차원 화상 변환을 시각적으로 나타내는 비디오 신호가 되도록 상기 비디오 신호 생성 수단을 제어하고, 상기 신호 생성 수단에 의해서 생성된 상기 2차원 섀도우 신호가 상기 2차원 비디오 신호의 섀도우를 나타내는 비디오 신호가 되도록 상기 섀도우 신호 생성 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 효과 장치.
소스 비디오 신호에 대하여 공간적 화상 변환을 주는 특수 효과 장치에 있어서,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 시각적으로 3차원 화상 변환이 행해진 것 같이 보이는 2차원의 비디오 신호를 생성하는 비디오 신호 생성 수단과,

가상적으로 설정된 광원과 상기 3차원 화상 변환을 토대로, 상기 2차원 비디오 신호의 섀도우 보는 것 같은 2차원 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 신호 생성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 효과 장치.
소스 비디오 신호에 대하여 공간적 화상 변환을 주는 특수 효과 장치에 있어서,

가상적인 3차원 비디오 신호를 생성하기 위해 상기 소스 비디오 신호에 대하여 3차원 화상 변환을 행하는 비디오 신호 생성 수단과,

상기 3차원 비디오 신호에 대해 투시 변환을 행하여 섀도우면 상에 존재하는 가상적인 3차원 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 신호 생성 수단과,

상기 3차원 비디오 신호를 3차원 공간에서 가상적으로 이동하도록 상기 비디오 신호 생성 수단을 제어하고, 상기 3차원 비디오 신호의 가상적인 이동에 연동하는 상기 섀도우 신호가 상기 섀도우면 상에서 이동하도록 상기 섀도우 신호 생성수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 효과 장치.
소스 비디오 신호에 대하여 공간적 화상 변환을 주는 특수 효과 장치에 있어서,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 시각적으로 3차원 화상 변환이 행해진 것 같이 보이는 2차원의 비디오 신호를 생성하는 비디오 신호 생성 수단과,

상기 3차원 화상 변환을 행하기 위한 변환 행렬에 의하여 상기 2차원 비디오 신호에 대응하는 2차원 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 신호 생성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 효과 장치.
소스 비디오 신호에 대하여 공간적 화상 변환을 주는 화상 처리 방법에 있어서,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 3차원 화상 변환을 행함으로써 가상적인 3차원 비디오 신호를 생성하고, 상기 가상적인 3차원 비디오 신호를 스크린면에 투영함으로써 상기 3차원 화상 변환 처리를 나타내는 2차원 비디오 신호를 생성하는 단계와,

상기 3차원 비디오 신호를 섀도우면에 투영함으로써 가상적인 3차원 섀도우 신호를 생성하고, 상기 가상적인 3차원 섀도우 신호를 상기 스크린면에 투영함으로써 2차원 섀도우 비디오 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
소스 비디오 신호에 대하여 행해지는 3차원 변환 처리에 근거하여 생성된 객체 신호에 대응한 섀도우 신호를 생성하는 섀도우 생성 방법에 있어서,

상기 소스 비디오 신호에 대하여 행해지는 3차원 변환을 행하기 위한 3차원 변환 연산과, 상기 3차원 변환 연산에 근거하여 생성된 3차원 객체 신호를 미리 설정된 섀도우면에 투시하는 투시 변환 연산과, 상기 투시 변환에 근거하여 생성된 3차원 섀도우 신호를 스크린면에 투시하는 투시 변환 연산에 근거하여, 상기 소스 비디오 신호로부터 섀도우 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 섀도우 생성 방법.