WO2006033261A1

WO2006033261A1 - 画像処理装置、画像処理方法、情報記録媒体、ならびに、プログラム

Info

Publication number: WO2006033261A1
Application number: PCT/JP2005/016779
Authority: WO
Inventors: Hideki Yanagihara
Original assignee: Konami Digital Entertainment Co., Ltd.
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2006-03-30
Also published as: KR100898671B1; EP1796046A4; EP1796046A1; TW200617806A; KR20070041788A; US20080094391A1; JP2006092177A; HK1106052A1; TWI278789B; JP3961525B2; CN100550060C; CN101027695A

Abstract

　処理すべきポリゴン数を減らして３次元グラフィックス処理を行うため、画像処理装置（２０１）の記憶部（２０２）は、仮想３次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれを、対応付けて記憶し、判断部（２０３）は、当該仮想３次元空間内を所定の視点から所定の視線方向に見た場合に、記憶された近似多面体の面のそれぞれが見えるか否かを判断し、生成部（２０４）は、対応付けて記憶された複数の多角形のうち、判断工程にて見えると判断された近似多面体の面に対応付けられるものについて、当該所定の視点から当該所定の視線方向に見た画像を生成する。

Description

明細書

画像処理装置、画像処理方法、情報記録媒体、ならびに、プログラム技術分野

[0001] 本発明は、仮想 3次元空間内に配置されポリゴンによって形成されるオブジェクトを、処理すべきポリゴンの数を減らして描画するのに好適な画像処理装置、画像処理方法、ならびに、これらをコンピュータにて実現するプログラムおよび当該プログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体に関する。

背景技術

[0002] 従来から、コンピュータグラフィックスの分野や各種のゲーム装置における処理においては、 3次元グラフィックスの技術が利用されている。このような 3次元グラフィックスの技術では、仮想的な 3次元空間の中に描画対象となるオブジェクトを配置する。ォブジエタトの表面は多面体で表現されており、多面体の角面は多角形 (ポリゴン）となつている。このような 3次元グラフィックスの技術については、以下の文献に開示がある。

特許文献 1：特許第 3490983号

[0003] 一般に、当該 3次元空間の中に配置されたオブジェクトを当該 3次元空間の中に配置された視点から、与えられた視線方向に見た様子を 3次元グラフィックス表示する場合には、以下のような処理を行っている。すなわち、各ポリゴンのそれぞれについて、その外向き法線と視線方向を表す視線ベクトルとのなす角を対比する。そして、その角が 90度〜 180度であるようなポリゴンを視点力も遠い順にソートする。さらに、ポリゴンを遠レ、順に画像バッファに投影変換 (視点から視線方向に見た場合の透視変換を用いるのが一般的である。）して、当該ポリゴンに割り当てられたテクスチャを投影変換された領域に貼り込む。このような処理を、 Zバッファ法と呼ぶ。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力ながら、 3次元グラフィックスの処理は多大な計算を要するため、処理の対象となるポリゴンの数を簡易に（用途によっては近似的に)減らして、処理に要する時間を短くしたレ、、との要望は強い。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、仮想 3次元空間内に配置されポリゴンによって形成されるオブジェクトを、処理すべきポリゴンの数を減らして描画するのに好適な画像処理装置、画像処理方法、ならびに、これらをコンビユータにて実現するプログラムおよび当該プログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] 以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する本発明の第 1の観点に係る画像処理装置は、記憶部、判断部、生成部を備え、以下のように構成する。

[0006] まず、記憶部は、仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれを、対応付けて記憶する。

たとえば、仮想 3次元空間にビルディングやタワーのような建造物のオブジェクトが配置されている場合、当該建造物の表面のコンクリート面、窓ガラス面、鉄筋面等の各面が、多角形（ポリゴン）に分割されて表現される。

[0007] このような建造物に対する近似多面体としては、たとえば直方体や四角錐を採用することができる。ビルディングの大まかな形状は直方体であることが多ぐタワーの大ま力な形状は四角錐であることが多いからである。

そして、各多角形 (ポリゴン)を、当該直方体や当該四角錐のいずれかの面に対応付けて記憶するのである。

[0008] 一方、判断部は、当該仮想 3次元空間内を所定の視点から所定の視線方向に見た場合に、記憶された近似多面体の面のそれぞれが見えるか否かを判断する。

すなわち、本発明では、各多角形について外向き法線ベクトルを視線方向ベクトルとをなす角を計算して対比するのではなく、近似多面体の各面にっレ、て外向き法線ベクトルが視線方向ベクトルとなす角を計算して対比するのである。上記のように、近似多面体はオブジェクトの大まかな形状を表すものであるから、オブジェクトの外形を構成するポリゴンの数と、近似多面体の面の数とを比較すれば、前者は後者に比べて圧倒的に多いのが一般的である。

[0009] さらに、生成部は、対応付けて記憶された複数の多角形のうち、判断工程にて見えると判断された近似多面体の面に対応付けられるものについて、当該所定の視点から当該所定の視線方向に見た画像を生成する。

すなわち、近似多面体の各面のうち、現在の視点から現在の視線方向に見た場合に見える面に対応付けられているポリゴンのみを 3次元グラフィックス処理し、近似多面体の各面のうち見えない面に対応付けられているポリゴンについては、各種の処理を省略するのである。

[0010] 本発明によれば、仮想 3次元空間内に配置されポリゴンによって形成されるォブジェクトを、処理すべきポリゴンの数を減らして描画することができ、描画に要する計算時間を短縮することができる。

[0011] また、本発明の画像処理装置は、当該複数の多角形のそれぞれについて、当該多角形は、その外向き法線ベクトルと当該近似多面体の面の外向き法線べクトノレとがなす角が最小の近似多面体の面に対応付けて記憶されるように構成することができる。本発明は、上記発明における近似多面体の各面とオブジェクト表面の各多面体との対応関係を定めるものである。

[0012] もっとも単純には、オブジェクト表面の各多面体について、当該多面体に最も近接する近似多面体の面を対応付けることが可能である。このような対応付けによっても、オブジェクトの形状や 3次元グラフィックスの適用分野においては、十分な品質の映像が得られることも多い。

[0013] 一方、本発明では、あらかじめ近似多面体の面のうち、多面体の外向き法線べタトルとその外向き法線ベクトルとのなす角が最小となるような面に対応付ける。本発明では、多角形が見えるか見えないかの判定はある種の近似を採用していることとなる力本発明のような対応関係を採用することによって、できるだけ正確にこの判定を行うのである。

本発明によれば、ポリゴンと近似多面体の各面との対応付けを決める指針の一つが提供されるとともに、一旦そのような対応付けをしてしまえば、 3次元グラフィックス処理に要する手間は上記発明と同様なので、高速な処理が可能となる。

[0014] また、本発明の画像処理装置において、当該近似多面体は、当該オブジェクトに外接する多角柱であり、その面の一つは、当該仮想 3次元空間の地面に接し、当該複数の多角形は、当該地面に接する面以外の面に対応付けられて記憶され、判断部は、当該地面に接する面以外の面について、見えるか否かを判断するように構成すること力 Sできる。

[0015] 上記の例のように、 3次元空間内に配置される建物について描画処理を行う場合には、地面に接している面を描画の対象とすることがないのは明らかである。そこで本発明では、そのような処理を省略する。

本発明によれば、近似多面体の地面に接している面にはポリゴンを対応付けないこととし、地面に接している面についての判断処理を省略して、 3次元グラフィックス処理に要する計算量を減らし、高速な処理を行うことができる。

[0016] また、本発明の画像処理装置において、当該近似多面体は、当該オブジェクトに外接する多角錐であり、その底面は、当該仮想 3次元空間の地面に接し、当該複数の多角形は、当該底面以外の面に対応付けられて記憶され、判断部は、当該底面以外の面にっレ、て、見えるか否力を判断するように構成することができる。

上記発明では、近似多面体として多角柱 (典型的には直方体）を採用したが、本発明では、近似多面体として多角錐を採用し、その底面を地面に接する面とするものである。

本発明によれば、上記発明と同様に、近似多面体の地面に接している面にはポリゴンを対応付けないこととし、地面に接している面についての判断処理を省略して、 3 次元グラフィックス処理に要する計算量を減らし、高速な処理を行うことができる。

[0017] 本発明の第 2の観点に係る画像処理方法は、記憶部、判断部、生成部を備える画像処理装置にて実行され、記憶部には、仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれが、対応付けて記憶され、判断工程、生成工程を備え、以下のように構成する。

[0018] すなわち、判断工程では、判断部が、当該仮想 3次元空間内を所定の視点から所定の視線方向に見た場合に、記憶された近似多面体の面のそれぞれが見えるか否力を判断する。

[0019] 一方、生成工程では、生成部が、対応付けて記憶された複数の多角形のうち、判断部により見えると判断された近似多面体の面に対応付けられるものについて、当該所定の視点から当該所定の視線方向に見た画像を生成する。

[0020] 本発明のその他の観点に係るプログラムは、コンピュータを上記画像処理装置として機能させ、または、コンピュータに上記画像処理方法を実行させるように構成する。また、本発明のプログラムは、コンパクトディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリ等のコンピュータ読取可能な情報記憶媒体に記録することができる。

上記プログラムは、プログラムが実行されるコンピュータとは独立して、コンピュータ通信網を介して配布 ·販売することができる。また、上記情報記憶媒体は、コンビユータとは独立して配布 ·販売することができる。

発明の効果

[0021] 本発明によれば、仮想 3次元空間内に配置されポリゴンによって形成されるォブジェクトを、処理すべきポリゴンの数を減らして描画するのに好適な画像処理装置、画像処理方法、ならびに、これらをコンピュータにて実現するプログラムおよび当該プログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体を提供することができる。図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明の実施形態の 1つに係る画像処理装置が実現される典型的なゲーム装置の概要構成を示す説明図である。

[図 2]本発明の実施形態の 1つの画像処理装置の概要構成を示す模式図である。

[図 3]オブジェクトと仮想多面体の関係を示す説明図である。

[図 4]視点、視線の方向、仮想多面体の面、ポリゴンの関係を示す説明図である。

[図 5]本実施形態の画像処理装置にて実行される画像処理の制御の流れを示すフロ一チャートである。

符号の説明

[0023] 100 ゲーム装置 101 CPU

102 ROM

103 RAM

104 インターフェイス

105 コン卜ローラ

106 外部メモリ

107 画像処理部

108 DVD— ROMドライブ

109 NIC

110 音声処理部

201 画像処理装置

202 記憶部

203 判断部

204 生成部

301 オブジェクト

302 仮想多面体

401 ポリゴン

402 視点

403 視線

404 仮想多面体の面

411 ポリゴンの位置ベクトル

412 視線方向べクトノレ

413 ポリゴンの外向き法線ベクトル

421 仮想多面体の面の位置べクトノレ

423 仮想多面体の面の外向き法線べクトル

発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の実施形態を説明する。以下では、理解を容易にするため、三次元グラフィックス表示がされるゲーム装置に本発明が適用される実施形態を説明するが、各種のコンピュータ、 PDA (Personal Data Assistants)、携帯電話などの情報処理装置においても同様に本発明を適用することができる。すなわち、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではなレ、。したがつて、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。

実施例 1

[0025] 図 1は、本発明の画像処理装置が実現される典型的なゲーム装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

[0026] ゲーム装置 100は、 CPU (Central Processing Unit) 101と、 ROM 102と、 RAM

103と、インターフェイス 104と、コントローラ 105と、外部メモリ 106と、画像処理部 1

07と、 DVD— ROMドライブ 108と、 NIC (Network Interface Card) 109と、音声処理部 110と、を備える。

画像処理用のプログラムおよびデータを記憶した DVD— ROMを DVD— ROMドライブ 108に装着して、ゲーム装置 100の電源を投入することにより、当該プログラムが実行され、本実施形態の画像処理装置が実現される。

[0027] CPU 101は、ゲーム装置 100全体の動作を制御し、各構成要素と接続され制御信号やデータをやりとりする。また、 CPU 101は、レジスタ（図示せず）という高速ァクセスが可能な記憶域に対して ALU (Arithmetic Logic Unit) (図示せず）を用いて加減乗除等の算術演算や、論理和、論理積、論理否定等の論理演算、ビット和、ビット積、ビット反転、ビットシフト、ビット回転等のビット演算などを行うことができる。さらに、マルチメディア処理対応のための加減乗除等の飽和演算や、三角関数等、ベタトル演算などを高速に行えるように、 CPU 101自身が構成されているものや、コプロセッサを備えて実現するものがある。

[0028] ROM 102には、電源投入直後に実行される IPL (Initial Program Loader)が記録され、これが実行されることにより、 DVD— ROMに記録されたプログラムを RAM 1 03に読み出して CPU 101による実行が開始される。また、 ROM 102には、ゲーム装置 100全体の動作制御に必要なオペレーティングシステムのプログラムや各種のデータが記録される。

[0029] RAM 103は、データやプログラムを一時的に記憶するためのもので、 DVD— R 〇Mから読み出したプログラムやデータ、その他ゲームの進行やチャット通信に必要なデータが保持される。また、 CPU 101は、 RAM 103に変数領域を設け、当該変数に格納された値に対して直接 ALUを作用させて演算を行ったり、 RAM 103 に格納された値をー且レジスタに格納してからレジスタに対して演算を行レ、、演算結果をメモリに書き戻す、などの処理を行う。

[0030] インターフェイス 104を介して接続されたコントローラ 105は、ユーザがレーシングゲームなどのゲーム実行の際に行う操作入力を受け付ける。

インターフェイス 104を介して着脱自在に接続された外部メモリ 106には、レーシングゲーム等のプレイ状況 (過去の成績等）を示すデータ、ゲームの進行状態を示すデータ、チャット通信のログ (記録）のデータなどが書き換え可能に記憶される。ユーザは、コントローラ 105を介して指示入力を行うことにより、これらのデータを適宜外部メモリ 106に記録することができる。

[0031] DVD— ROMドライブ 108に装着される DVD— ROMには、ゲームを実現するためのプログラムとゲームに付随する画像データや音声データが記録される。 CPU 1 01の制御によって、 DVD— ROMドライブ 108は、これに装着された DVD— ROM に対する読み出し処理を行って、必要なプログラムやデータを読み出し、これらは R AM 103等に一時的に記憶される。

[0032] 画像処理部 107は、 DVD— ROM力読み出されたデータを CPU 101や画像処理部 107が備える画像演算プロセッサ（図示せず）によって加工処理した後、これを画像処理部 107が備えるフレームメモリ（図示せず）に記録する。フレームメモリに記録された画像情報は、所定の同期タイミングでビデオ信号に変換され画像処理部 10 7に接続されるモニタ（図示せず）へ出力される。これにより、各種の画像表示が可能となる。

画像演算プロセッサは、 2次元の画像の重ね合わせ演算やひプレンディング等の透過演算、各種の飽和演算を高速に実行できる。

[0033] また、仮想三次元空間に配置され、各種のテクスチャ情報が付加されたポリゴン情報を、 zバッファ法によりレンダリングして、所定の視点位置から仮想三次元空間に配置されたポリゴンを所定の視線の方向へ俯瞰したレンダリング画像を得る演算の高速実行も可能である。

さらに、 CPU 101と画像演算プロセッサが協調動作することにより、文字の形状を定義するフォント情報にしたがって、文字列を 2次元画像としてフレームメモリへ描画したり、各ポリゴン表面へ描画することが可能である。

[0034] また、画像演算プロセッサは、三角形や四角形のビットマップ画像（テクスチャ画像 )を他の三角形や四角形の領域に適宜変形して投影するレンダリング機能を有するのが一般的である。

[0035] NIC 109は、ゲーム装置 100をインターネット等のコンピュータ通信網（図示せず )に接続するためのものであり、 LAN (Local Area Network)を構成する際に用いられる 10BASE— T/100BASE— T規格にしたがうものや、電話回線を用いてインターネットに接続するためのアナログモデム、 ISDN (Integrated Services Digital Network )モデム、 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)モデム、ケープノレテレビジョン回線を用いてインターネットに接続するためのケーブルモデム等と、これらと CPU 1 01との仲立ちを行うインターフェース（図示せず）により構成される。

[0036] 音声処理部 110は、 DVD— ROMから読み出した音声データをアナログ音声信号に変換し、これに接続されたスピーカ（図示せず）から出力させる。また、 CPU 101 の制御の下、ゲームの進行の中で発生させるべき効果音や楽曲データを生成し、これに対応した音声をスピーカから出力させる。

音声処理部 110では、 DVD— ROMに記録された音声データが MIDIデータである場合には、これが有する音源データを参照して、 MIDIデータを PCMデータに変換する。また、 ADPCM形式や Ogg Vorbis形式等の圧縮済音声データである場合には、これを展開して PCMデータに変換する。 PCMデータは、そのサンプリング周波数に応じたタイミングで DZA (Digital/Analog)変換を行って、スピーカに出力することにより、音声出力が可能となる。

[0037] このほか、ゲーム装置 100は、ハードディスク等の大容量外部記憶装置を用いて、 ROM 102、 RAM 103、外部メモリ 106、 DVD— ROMドライブ 108に装着される DVD— ROM等と同じ機能を果たすように構成してもよい。

[0038] 図 2は、本発明の実施形態の一つに係る画像処理装置の概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。本実施形態に係る画像処理装置 201は、記憶部 202、判断部 203、生成部 204を備える。

[0039] ここで、記憶部 202は、仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれを、対応付けて記憶する。

[0040] 図 3は、仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状の例と、それに対応する近似多面体の例とを示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。なお、本図では、オブジェクトの輪郭は実線で、近似多面体の輪郭は点線で、それぞれ示すものとする。

[0041] 図 3 (a)は、仮想 3次元空間内に配置されるビルディングのオブジェクト 301と、その仮想多面体 302との関係を示すものである。

ビルディングの大まかな形状は、典型的には直方体であることが多ぐ場合によっては多角柱のような形状をとることもあるが、本例のオブジェクト 301の形状は略直方体となっている。オブジェクト 301を構成するポリゴンには、コンクリート面や窓ガラス面などのテクスチャが貼り込まれており、仮想 3次元空間内のビルディングを表現している。

[0042] そこで、仮想多面体 302として、当該ビルディングのオブジェクト 301の主要構造物

(壁面および天井）を面として持つ直方体（四角柱）を採用している。

[0043] 図 3 (b)は、仮想 3次元空間内に配置されるタワーのオブジェクト 301と、その仮想多面体 302との関係を示すものである。

タワーの大まかな形状は、典型的には多角柱や多角錐、多角錐台（多角錐の頂点付近を切断した残り）をとること力多く、本例のオブジェクト 301の形状は略四角錐となっている。オブジェクト 301を構成するポリゴンには、鉄筋を表す網目状のテクスチャのほカ上記オブジェクト 301同様、コンクリート面や窓ガラス面などのテクスチャが貝占り込まれており、仮想 3次元空間内のタワーを表現している。

[0044] そこで、仮想多面体 302として、当該タワーのオブジェクト 301の主要構造物（壁面 )を面とし、頂上を頂点として持つ四角錐を採用している。

[0045] 仮想多面体 302としては、典型的には、当該オブジェクト 301に外接する（オブジェタト 301のポリゴンを内包もしくはオブジェクト 301のポリゴンと重なる。）、もしくは、ォブジェクト 301の概形を表す（したがってオブジェクト 301のポリゴンと交差する面が存在することもありうる。）多面体、特に多角柱や多角錐を採用することが望ましい。ォブジェクト 301を構成するポリゴン数に比べて、これらの多面体の面の数は極めて小さいからである。後述するように、この仮想多面体 302の面によってポリゴン処理の刈り込みを行い、計算量を減少させるのである。

[0046] 記憶部 202は、このような仮想多面体のいずれかの面に、オブジェクトのポリゴンのそれぞれを対応付けて記憶する。以下では、このような対応付けをどのように定める、について説明する。図 4は、視点、視線方向、仮想多面体の 1つの面、 1つのポリゴンの位置関係を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

[0047] 3次元グラフィックスでは、仮想 3次元空間内に配置されるポリゴン 401を当該空間内に配置される視点 402から視線 403の方向へ見た様子を描画する。視点 402を原点、とするポリゴン 401の位ク卜ノレ r 411と、視点、402を出発点、とする視！ ¾403の方向べクトノレ s 412と、ポリゴン 401の外向き法線べクトノレ n 413と、を考える。

[0048] ポリゴン 401の位置ベクトル r 411の指す先は、ポリゴン 401内のいずれかの代表点であり、典型的には、ポリゴン 401の頂点のいずれ力 \もしくは、ポリゴン 401の重心である。

[0049] 当該ポリゴン 401のテクスチャを描画すべきか否かの判断には、厳密には、位置べタトル r 411と、外向き法線ベクトル n 413とのなす角の範囲によって判定することになる力所定の距離以上離れているオブジェクトの場合には、位置ベクトル r 411にかえて視線方向ベクトル s 412を用いて、近似計算を行うこととしても良い。すなわち、厳密には、

-1≤ (r-n)/(|r||n|)≤ 0

近似的には、

が成立するとき（両ベクトルのなす角が 90度以上 180度以下のとき）に、当該ポリゴン 401の表面力当該視点 402から見えることになる。もちろんさらに arccos(')を用いて角度そのものを得て、判断を行うこととしても良い。

[0050] したがって、本来であれば、ポリゴン 401ごとに、上記の内積の計算（ベクトル同士がなす角を求める計算）を行う必要がある。

[0051] 本実施形態では、これを、ポリゴン 401に対応付けられる仮想多面体 302の面 404 を用いて、判断する。面 404には、複数のポリゴン 401が対応付けられており、面 40 4が見えるか否かの判断で、これに対応付けられた複数のポリゴンが見えるか否かをまとめて (近似的に)判断するのである。

[0052] 本図に示すように、視点、402を原点、とする面 404の位置べク卜ノレ r' 421と、面 404 の外向き法線べクトノレ n 423と、を考える。位置べクトノレ r 421の旨す先は、面 404 内の代表点であり、典型的には面 404の重心もしくはいずれかの頂点である。

[0053] さて、仮想多面体 302の面 404が見えるか否かは、ポリゴン 401の場合の判断と同様に、

ちしくは、

- 1 ≤ (s - n')/(|s||n'|) ≤ 0

によって判断できる。

[0054] そこで、ポリゴン 401が見えるか否かの判断を、面 404が見えるか否かの判断で近似するためには、ポリゴン 401の外向き法線ベクトル n 413と、面 404の外向き法線ベクトル n' 423と、のなす角が、近いことが必要とされる。複数のポリゴン 401のそれぞれについて、当該ポリゴン 401と、仮想多面体 302の面 404のそれぞれと、について、

(η· η /(|n||n'|)

の値を求め、これが最大となる（1に近ければ近いほど、両者のなす角は小さくなる。 ) 面 404に対応付ければ良い。

[0055] 記憶部 202には、このようにして、ポリゴン 401と、面 404との対応付けを記憶するのである。

[0056] なお、ビルディングやタワーなどの建造物の場合には、その底面 (建造物が地面に接する面）が見えることはありえない。そこで、本実施形態では、仮想多面体 302の面 404として、地面に接する面は採用しなレ、。各ポリゴン 401は、仮想多面体 302の側面もしくは上面に配置される面 404のいずれかに対応付けることになる。

[0057] また、仮想多面体 302の面 404が見えるか否かによってポリゴン 401が見えるか否力を判断するのは、近似的手法であるが、本実施形態の適用分野によっては、これで十分な視覚的効果が得られることが多い。もっとも、計算量が増えない（見えないポリゴン 401の処理をできるだけ省く）範囲で、この近似をできるだけ正確にすることも可能である。

[0058] すなわち、上記の説明では、 2つのべタトノレのなす角が 90度以上 180度未満であれば見える、と判断していた力この下限を少し小さくするのである。たとえば、余裕角を 10度として、 2つのべタトノレのなす角が 80度以上 180度未満であれば見える、と判断する。具体的には、この余裕角を Θ (0° ≤ θ≤90° ,すなわち 0≤ θ≤ π /2)としたとき、

_1 ^ \r · η，)/(|Γ，| |η |) ^ cos Θ

ちしくは、

- 1 ≤ (s - n')/(|s||n'|) ≤ cos θ

によって判断できる。

[0059] これらは、ベクトル同士のなす角の関係で書けば、

π ^ arccos((r · ηノ /(|r'||n'|)) ≤ π /2_ θ

しく ίま、

π arccos((s .n )/(|s||n |)) ≤ π /2- θ

として半 IJ断することもできる。いずれの判断を用いるか、は、計算機にどのようなハードウエアや基本ライブラリが備えられているかによって、適宜選択することができる。

[0060] なお、法線ベクトルや視線方向べクトノレは長さを 1とするのが一般的である。すなわち、

|n| = |n，| = |s| = 1

この場合、上記の判断基準はそれぞれ、

_1 ^ r · Π，)/|Γ I ^ cos Θ； - 1 ≤ (s - n，) ≤ cos Θ ；

π ≥ arccos((r' ' n')/|r'|) ≥ π /2— Θ；

π ^ arccos(s ' n') ≤ π /2— θ

のように簡単化することが可能である。これを見れば明らかな通り、位置ベクトル r' 4 21を利用するよりも視線方向ベクトル s 412を利用して判断を行った方力計算時間が短くてすむと考えられる。

[0061] また、 Θを 0° (=0)としたときには、余裕が一切ないことになり、 Θを 90° (= π /2)としたときには、すべてのポリゴン 401が見えるものとして処理を行うことになる。したがつて、適用分野と計算機資源の能力に応じて Θの値を適宜定めれば良い。

[0062] 図 5は、当該画像処理装置にて実行される画像処理の制御の流れを示すフローチヤートである。以下、本図を参照して説明する。

[0063] 上記のように記憶部 202には、すでにオブジェクト 301のポリゴン 401のそれぞれが、仮想多面体 302の面 404のいずれかに対応付けて記憶されているものとする。

[0064] そこで、まず、判断部 203は、仮想多面体 302の面 404のそれぞれについて繰り返しの処理を行う。まず、面 404のすべてについて処理を行つたかを判断し（ステップ S 501)、まだ処理していない面 404があれば（ステップ S501； No)、未処理の面 404 を 1つ取得して (ステップ S502)、その面 404を、仮想 3次元空間内に配置された視点 402から視線方向ベクトル s 412の方向へ見たときに、当該面 404の外面が見えるか否かを判断する（ステップ S503)。この際には、上記のように、当該面 404に割り当てられた外向き法線ベクトル n' 423や、必要に応じて視点 402から当該面 404への位置ベクトル r' 421を用いることになる。

[0065] 面 404の外面が見える場合 (ステップ S503 ; Yes)、当該面 404に対応付けられて記憶部 202に記憶されているポリゴン 401をすベて、 Zバッファに登録し (ステップ S5 04)、ステップ S501に戻る。ここで、 Zバッファは、 RAM 103内などに用意され、後述するように、ポリゴン同士の視点からの遠近関係を判断するために使われる配列状の記憶領域である。

[0066] 一方、面 404の外面が見えない場合（ステップ S503 ; No)ステップ S501に戻る。

[0067] このように、画像処理装置 201がゲーム装置 100上に実現される場合には、 CPU 101が RAM 103と共働して判断部 203として機能する。このほか、画像処理プロセッサが有するマルチメディア命令やベクトル演算命令、並列演算命令などが利用できる場合には、上記の繰返しを並列処理したり、ベクトル演算命令を利用したりして、判断部 203の機能を果たすこととしても良い。

[0068] ついで、すべての面 404について処理が終わると（ステップ S501 ; Yes)、生成部 2 04は、 Zバッファに登録されたポリゴン 401を、視点から遠い順にソートする（ステップ S505)。そして、最も遠いポリゴン 401から最も近いポリゴン 401まで、以下の処理を繰り返す。

[0069] すなわち、ソート済み Zバッファ内に登録されたポリゴン 401のすべてについて処理をしたかを判断し (ステップ S506)、未処理のポリゴン 401があれば (ステップ S506 ; No)、未処理のポリゴン 401のうち、もっとも視点、402力ら遠いポリゴン 401を取得して (ステップ S507)、仮想 3次元空間における当該ポリゴン 401の位置情報、姿勢情報と、視点の位置や視線方向に基づいて所定の透視変換を施し (ステップ S508)、画面バッファ内に当該ポリゴン 401が投影される領域を取得し (ステップ S509)、さらに、当該領域内に当該ポリゴン 401に割り当てられたテクスチャを貼り込んで (ステツプ S510)、ステップ S506に戻る。

このように、 CPU 101が、 RAM 103や画像処理部 107の画像処理プロセッサと共働して、生成部 204として機能する。

[0070] ステップ S501〜ステップ S504の繰返し処理によって、視点 402からそのテクスチャ面が見える（と推測される）ポリゴン 401のみが Zバッファ内に登録されることになる。このため、すべてのポリゴン 401を Zバッファに登録した場合よりも、当然に計算量が少なくてすむ。すべてのポリゴン 401につレ、て見えるか見えなレ、かの前処理を行うよりも、本実施形態の近似法を用いた方が計算量を少なくすることができるのも、明らかである。

[0071] なお、かりに、実際には見えないはずのポリゴン 401が Zバッファに登録されてしまつたとしても、オブジェクト 301が閉多面体であるときは、実際には見えないはずのポリゴン 401は、それよりも視点 402に近い場所にあるポリゴン 401によって上書きされることとなる（ことがほぼ確実である）ので、レーシングゲームなどのようにリアルタイムで (プレイヤーがかならずしも注目しない）背景画像の生成に適用するには、十分な性能を有すると考えられる。

[0072] さて、上記の繰り返しステップ S506〜ステップ S510によって画面バッファに描画がされた後は (ステップ S506 ;Yes)、当該画面バッファの内容を垂直同期信号周期でディスプレイ装置に転送することによって、生成された画像を表示して (ステップ S51

1)、本処理を終了する。

[0073] このように、本実施形態によれば、計算処理対象となるポリゴンの数を減らすことによってできるだけ高速に 3次元グラフィックスを生成することができるようになる。

[0074] なお、本願においては、日本国特許出願特願 2004— 275722号を基礎とする優先権を主張するものとし、当該基礎出願の内容を、すべて、本願の内容として取り込むものとする。

産業上の利用可能性

[0075] 以上説明したように、仮想 3次元空間内に配置されポリゴンによって形成されるォブジェタトを、処理すべきポリゴンの数を減らして描画するのに好適な画像処理装置、画像処理方法、ならびに、これらをコンピュータにて実現するプログラムおよび当該プログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体を提供することができ、高速な 3次元グラフィックス処理を必要とするレーシングゲームやアクションゲームなどを実現する場合のほか、各種の仮想体験を提供するバーチャルリアリティ技術等に適用すること力 Sできる。

Claims

請求の範囲

[1] 仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれを、対応付けて記憶する記憶部、

当該仮想 3次元空間内を所定の視点から所定の視線方向に見た場合に、前記記憶された近似多面体の面のそれぞれが見えるか否かを判断する判断部、

前記対応付けて記憶された複数の多角形のうち、前記判断部により見えると判断された近似多面体の面に対応付けられるものについて、当該所定の視点から当該所定の視線方向に見た画像を生成する生成部

を備えることを特徴とする画像処理装置。

[2] 請求項 1に記載の画像処理装置であって、

当該複数の多角形のそれぞれについて、当該多角形は、その外向き法線べクトノレと当該近似多面体の面の外向き法線ベクトルとがなす角が最小の近似多面体の面に対応付けて記憶される

ことを特徴とする物。

[3] 請求項 1に記載の画像処理装置であって、

前記判断部は、当該視線方向をあらわすベクトルと、当該近似多面体の面の外向き法線ベクトルと、のなす角が、所定の下限角と所定の上限角との間にある場合に、当該近似多面体の面が見えると判定し、

当該所定の下限角は 90度以下の角度であり、当該所定の上限角は 180度であることを特徴とする物。

[4] 請求項 1に記載の画像処理装置であって、

前記判断部は、当該視点を原点としたときの当該近似多面体に含まれる代表点の位置ベクトルと、当該近似多面体の面の外向き法線ベクトルと、のなす角が、所定の下限角と所定の上限角との間にある場合に、当該近似多面体の面が見えると判定し当該所定の下限角は 90度以下の角度であり、当該所定の上限角は 180度であることを特徴とする物。

[5] 請求項 1に記載の画像処理装置であって、

当該近似多面体は、当該オブジェクトに外接する多角柱であり、その面の一つは、当該仮想 3次元空間の地面に接し、

当該複数の多角形は、当該地面に接する面以外の面に対応付けられて記憶され、前記判断部は、当該地面に接する面以外の面について、見えるか否力を判断することを特徴とする物。

[6] 請求項 1に記載の画像処理装置であって、

当該近似多面体は、当該オブジェクトに外接する多角錐であり、その底面は、当該仮想 3次元空間の地面に接し、

当該複数の多角形は、当該底面以外の面に対応付けられて記憶され、前記判断部は、当該底面以外の面について、見えるか否力を判断することを特徴とする物。

[7] 記憶部、判断部、生成部を備える画像処理装置にて実行される画像処理方法であつて、

前記記憶部には、仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれが、対応付けて記憶され、

前記判断部が、当該仮想 3次元空間内を所定の視点から所定の視線方向に見た場合に、前記記憶された近似多面体の面のそれぞれが見えるか否かを判断する判断工程、

前記生成部が、前記対応付けて記憶された複数の多角形のうち、前記判断工程にて見えると判断された近似多面体の面に対応付けられるものについて、当該所定の視点から当該所定の視線方向に見た画像を生成する生成工程

を備えることを特徴とする画像処理方法。

[8] コンピュータを、

仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれを、対応付けて記憶する記憶部、当該仮想 3次元空間内を所定の視点から所定の視線方向に見た場合に、前記記憶された近似多面体の面のそれぞれが見えるか否かを判断する判断部、

として機能させることを特徴とするプログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体。

コンピュータを、

仮想 3次元空間に配置されるオブジェクトの形状を近似する近似多面体の面のいずれかに、当該オブジェクトの表面を形成する複数の多角形のそれぞれを、対応付けて記憶する記憶部、

として機能させることを特徴とするプログラム。