JP2001079261A

JP2001079261A - 画像生成システム及び情報記憶媒体

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Publication number: JP2001079261A
Application number: JP25657999A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kikko; 繁橘高
Original assignee: Namco Ltd
Current assignee: Namco Ltd
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-27
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP4167358B2; US6847361B1

Abstract

(57)【要約】【課題】より少ない処理負担でセルアニメ風の演出が
可能な陰影付けを行う画像生成システム及び情報記憶媒
体を提供すること。【解決手段】３次元オブジェクトに与えられた明るさ
情報に基づき、３次元オブジェクトを透視変換して得ら
れた２次元画像の各画素に明るさ情報を設定し、各画素
毎に設定された明るさ情報に基づき当該２次元画像を複
数のエリアに分割しエリア単位に段階的に陰影付を行
う。前記明るさ情報をあらかじめ設定しておいてもよい
し所与の条件に基づいてリアルタイムに演算してもよ
い。各画素の明るさ情報と所与のしきい値に基づき描画
対象画素を判別し、基準となる色情報に基づいて描画対
象画素の色情報の調整処理を行う手段を含み、陰影の段
階数に応じて前記しきい値を変更して、描画対象画素の
色情報の調整処理を複数回行うようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像生成システム
及び情報記憶媒体に関する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、仮想的な３次元空間であるオブジェクト空間内の所
与の視点から見える画像を生成する画像生成システムが
知られており、いわゆる仮想現実を体験できるものとし
て人気が高い。このような画像生成システムではプレー
ヤの仮想現実感の向上のためによりリアルな画像を生成
することが望まれていた。

【０００３】ところが一方ではさまざまなアニメ映画や
アニメ画像が人気を博している。これらは実写に近いリ
アリティで人を魅了するのではなく、アニメ特有のセル
画風の画像の楽しさで人を魅了するものである。

【０００４】しかしかかるアニメ画像はあらかじめ用意
されたアニメのセル画を再生することにより映写される
ものであるため映画やゲームのオープニングのムービー
画像等に用いられ、リアルタイムに変化するゲーム画像
等としては用いられていなかった。リアルタイムに変化
するゲーム画像としては、スムーズシェーディングによ
り滑らかな陰影づけが施された滑らかな画像か、陰影計
算がまったくなされていない２次元画像のいずれかであ
った。

【０００５】そこで本出願人は、セルアニメ風の画像を
プレーヤの操作入力等に応じてリアルタイムに変化させ
る画像生成システムを提案し、その開発を行っている。
ここにおいてセルアニメ風の画像演出を行うためはどの
ように陰影をほどこすかという問題点がある。

【０００６】理論的には３次元オブジェクトにたいして
セルアニメ風のレンダリングを施すことによりセルアニ
メの画像をリアルタイムに変化させることができ、かか
る手法としてアニメシェーダーが知られている。しかし
アニメシェーダーの手法は処理負担が重いためリアルタ
イム性が要求される家庭用、業務用ゲームシステム等に
おいては採用しづらい。

【０００７】本発明は、以上のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、より少ない
処理負担でセルアニメ風の画像演出が可能な陰影付けを
行う画像生成システム及び情報記憶媒体を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像を生成す
るための画像生成システムであって、３次元オブジェク
トに与えられた明るさ情報に基づき前記３次元オブジェ
クトを複数のエリアに分割する手段と、分割されたエリ
ア単位に段階的な陰影を施す手段と、を含むことを特徴
とする。

【０００９】また本発明に係る情報記憶媒体は、コンピ
ュータにより使用可能な情報記憶媒体であって、上記手
段を実行するためのプログラムを含むことを特徴とす
る。また本発明に係るプログラムは、コンピュータによ
り使用可能なプログラム（搬送波に具現化されるプログ
ラムを含む）であって、上記手段を実行するための処理
ルーチンを含むことを特徴とする。

【００１０】ここにおいて明るさ情報の形式は問わな
い。例えば３次元オブジェクトの各頂点やポリゴン面や
画素単位で明るさ情報を与えられていてもよい。また手
前ほど明るいとか上に行くほど明るいとか明るさを決定
するための複数のパターンがある場合にそのパターンを
識別するための情報としてあたえられいてもよい。

【００１１】本発明によれば３次元オブジェクトに段階
的な陰影付けを行うことによりセルアニメ風の画像を生
成することができる。

【００１２】このため、セルアニメ風の画像がプレーヤ
の操作入力等に応じてリアルタイムに変化するリアルタ
イムアニメーション画像を生成することができる。

【００１３】また本発明に係る画像生成システム、情報
記憶媒体及びプログラムは、前記明るさ情報に基づき、
前記３次元オブジェクトを透視変換して得られた２次元
画像の各画素に明るさ情報を設定して、設定された明る
さ情報に基づき当該２次元画像を複数のエリアに分割す
ることを特徴とする。

【００１４】明るさ情報の設定は例えば３次元オブジェ
クトに与えられた明るさ情報に基づきスムーズシェーデ
ィングを行い２次元画像の各画素の明るさ情報を演算す
るようにしてもよい。

【００１５】本発明によれば、３次元オブジェクトの各
画素の明るさ情報に応じて段階的に陰影を施すことがで
きる。

【００１６】また本発明に係る画像生成システム、情報
記憶媒体及びプログラムは、前記明るさ情報をあらかじ
め設定しておくことを特徴とする。

【００１７】例えば外部入力の影響を受けてリアルタイ
ムに明るさが変化しない画像を生成する際には、明るさ
情報をあらかじめ設定しておくことで演算負荷の軽減を
図ることができる。

【００１８】また本発明に係る画像生成システム、情報
記憶媒体及びプログラムは、所与の条件に基づいて、前
記明るさ情報をリアルタイムに演算することを特徴とす
る。

【００１９】所与の条件とは例えば、オブジェクトの形
状や配置に関する情報、光源情報、視点情報等である。

【００２０】このように所与の条件により明るさ情報を
リアルタイムに演算することにより、プレーヤの操作入
力によりオブジェクトの形状や配置や光源や視点位置等
がリアルタイムに変化する場合にも段階的な陰影を施す
ことができる。

【００２１】また本発明に係る画像生成システム、情報
記憶媒体及びプログラムは、分割されたエリア単位に色
情報の調整処理を行うことにより段階的な陰影を施すこ
とを特徴とする。

【００２２】色情報の調整処理とは、例えばＲＧＢやＨ
ＳＶやＨＬＳ等の値に四則演算や論理演算やテーブル演
算を施すことを意味する。

【００２３】例えば明るさ情報を用いてピクセルテスト
を行い、フレームバッファ上のＲＧＢやＨＳＶやＨＬＳ
等の各値に基準となるＲＧＢやＨＳＶやＨＬＳ等の各値
を加算又は減算する処理を行うようにしてもよい。

【００２４】また本発明に係る画像生成システム、情報
記憶媒体及びプログラムは、前記各画素の明るさ情報と
所与のしきい値を比較することにより描画対象画素を判
別し、描画対象画素の色情報の調整処理を行う手段を含
むことを特徴とする。

【００２５】本発明によれば、しきい値の調整だけを行
えばよく、どこで色が変わるかは演算しなくてよい。し
たがって陰影付けのアルゴリズムが簡単になり、演算負
荷の軽減を図ることができる。

【００２６】また本発明に係る画像生成システム、情報
記憶媒体及びプログラムは、陰影の段階数に応じて前記
しきい値を変更して、描画対象画素の色情報の調整処理
を複数回行うことを特徴とする。

【００２７】本発明によれば段階付けられた陰影によっ
て複数のエリアに分割されていても前記しきい値を変更
して前記調整処理を複数回実行することで、自動的に段
階的な陰影付けを行うことができる。このため、簡単な
アルゴリズム及び少ない処理負担で多数の段階を有する
陰影付けも行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を用いて説明する。

【００２９】１．構成図１に、本実施形態のブロック図の一例を示す。なお同
図において本実施形態は、少なくとも処理部１００を含
めばよく（或いは処理部１００と記憶部１７０、或いは
処理部１００と記憶部１７０と情報記憶媒体１８０を含
めばよく）、それ以外のブロック（例えば操作部１６
０、表示部１９０、音出力部１９２、携帯型情報記憶装
置１９４、通信部１９６）については、任意の構成要素
とすることができる。

【００３０】ここで処理部１００は、システム全体の制
御、システム内の各ブロックへの命令の指示、ゲーム処
理、画像処理、音処理などの各種の処理を行うものであ
り、その機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ
等）、或いはＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハード
ウェアや、所与のプログラム（ゲームプログラム）によ
り実現できる。

【００３１】操作部１６０は、プレーヤが操作データを
入力するためのものであり、その機能は、レバー、ボタ
ン、筺体などのハードウェアにより実現できる。

【００３２】記憶部１７０は、処理部１００や通信部１
９６などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ
などのハードウェアにより実現できる。

【００３３】情報記憶媒体（コンピュータにより使用可
能な記憶媒体）１８０は、プログラムやデータなどの情
報を格納するものであり、その機能は、光ディスク（Ｃ
Ｄ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディス
ク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯ
Ｍ）などのハードウェアにより実現できる。処理部１０
０は、この情報記憶媒体１８０に格納される情報に基づ
いて本発明（本実施形態）の種々の処理を行う。即ち情
報記憶媒体１８０には、本発明（本実施形態）の手段
（特に処理部１００に含まれるブロック）を実行するた
めの情報（プログラム或いはプログラム及びデータ）が
格納される。

【００３４】なお、情報記憶媒体１８０に格納される情
報の一部又は全部は、システムへの電源投入時等に記憶
部１７０に転送されることになる。また情報記憶媒体１
８０に記憶される情報は、本発明の処理を行うためのプ
ログラムコード、画像データ、音データ、表示物の形状
データ、テーブルデータ、リストデータ、本発明の処理
を指示するための情報、その指示に従って処理を行うた
めの情報等の少なくとも１つを含むものである。

【００３５】表示部１９０は、本実施形態により生成さ
れた画像を出力するものであり、その機能は、ＣＲＴ、
ＬＣＤ、或いはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
などのハードウェアにより実現できる。

【００３６】音出力部１９２は、本実施形態により生成
された音を出力するものであり、その機能は、スピーカ
などのハードウェアにより実現できる。

【００３７】携帯型情報記憶装置１９４は、プレーヤの
個人データやセーブデータなどが記憶されるものであ
り、この携帯型情報記憶装置１９４としては、メモリカ
ードや携帯型ゲーム装置などを考えることができる。

【００３８】通信部１９６は、外部（例えばホスト装置
や他の画像生成システム）との間で通信を行うための各
種の制御を行うものであり、その機能は、各種プロセッ
サ、或いは通信用ＡＳＩＣなどのハードウェアや、プロ
グラムなどにより実現できる。

【００３９】なお本発明（本実施形態）の手段を実行す
るためのプログラム或いはデータは、ホスト装置（サー
バー）が有する情報記憶媒体からネットワーク及び通信
部１９６を介して情報記憶媒体１８０に配信するように
してもよい。このようなホスト装置（サーバー）の情報
記憶媒体の使用も本発明の範囲内に含まれる。

【００４０】処理部１００は、ゲーム処理部１１０、画
像処理部１４０、音処理部１５０を含む。

【００４１】ここでゲーム処理部１１０は、コイン（代
価）の受け付け処理、各種モードの設定処理、ゲームの
進行処理、選択画面の設定処理、オブジェクトの位置や
回転角度（Ｘ、Ｙ又はＺ軸回り回転角度）を求める処
理、オブジェクトを動作させる処理（モーション処
理）、視点位置や視線角度（視線方向）を求める処理、
マップオブジェクトなどのオブジェクトをオブジェクト
空間へ配置する処理、ヒットチェック処理、ゲーム結果
（成果、成績）を演算する処理、複数のプレーヤが共通
のゲーム空間でプレイするための処理、或いはゲームオ
ーバー処理などの種々のゲーム処理を、操作部１６０か
らの操作データや、携帯型情報記憶装置１９４からの個
人データ、保存データや、ゲームプログラムなどに基づ
いて行う。

【００４２】画像処理部１４０は、ゲーム処理部１１０
からの指示等にしたがって、各種の画像処理を行うもの
である。また、音処理部１５０は、ゲーム処理部１１０
からの指示等にしたがって、各種の音処理を行うもので
ある。

【００４３】なお画像処理部１４０、音処理部１５０の
機能は、その全てをハードウェアにより実現してもよい
し、その全てをプログラムにより実現してもよい。或い
は、ハードウェアとプログラムの両方により実現しても
よい。

【００４４】ゲーム処理部１１０は、移動・動作演算部
１１４を含む。

【００４５】移動・動作演算部１１４は、車などのオブ
ジェクトの移動情報（位置データ、回転角度データ）や
動作情報（オブジェクトの各パーツの位置データ、回転
角度データ）を演算するものであり、例えば、操作部１
６０によりプレーヤが入力した操作データやゲームプロ
グラムなどに基づいて、オブジェクトを移動させたり動
作させたりする処理を行う。

【００４６】より具体的には、移動・動作演算部１１４
は、オブジェクトの位置や回転角度を例えば１フレーム
（１／６０秒）毎に求める処理を行う。例えば（ｋ−
１）フレームでのオブジェクトの位置をＰＭk-1、速度
をＶＭk-1、加速度をＡＭk-1、１フレームの時間を△ｔ
とする。するとｋフレームでのオブジェクトの位置ＰＭ
k、速度ＶＭkは例えば下式（１）、（２）のように求め
られる。

【００４７】ＰＭk＝ＰＭk-1＋ＶＭk-1×△ｔ（１）ＶＭk＝ＶＭk-1＋ＡＭk-1×△ｔ（２）画像処理部１４０は、ジオメトリ処理部（３次元座標演
算部）１４２、描画部（レンダリング部）１４６を含
む。

【００４８】ここで、ジオメトリ処理部１４２は、座標
変換、クリッピング処理、透視変換、或いは光源計算な
どの種々のジオメトリ処理（３次元座標演算）を行う。

【００４９】描画部１４６は、陰影処理部１４４を含
み、ジオメトリ処理後（透視変換後）のオブジェクトデ
ータと、テクスチャバッファに記憶されるテクスチャと
に基づいて、オブジェクト描画する処理を行う。

【００５０】陰影処理部１４４は、３次元オブジェクト
に与えられた明るさ情報に基づき前記３次元オブジェク
トを複数のエリアに分割し、分割されたエリア単位に段
階的な陰影を施す処理を行う。明るさ情報に基づき、前
記３次元オブジェクトを透視変換して得られた２次元画
像の各画素に明るさ情報を設定して、設定された明るさ
情報に基づき当該２次元画像を複数のエリアに分割する
ようにしてもよい。

【００５１】前記明るさ情報はあらかじめ設定しておい
てもよいし、所与の条件に基づいてリアルタイムに演算
するようにしてもよい。

【００５２】また分割されたエリア単位に色情報の調整
処理を行うことにより段階的な陰影を施すようにしても
よい。

【００５３】また各画素の明るさ情報と所与のしきい値
を比較することにより描画対象画素を判別し、描画対象
画素の色情報の調整処理を行うようにしてもよい。陰影
の段階数に応じて前記しきい値を変更して、描画対象画
素の色情報の調整処理を複数回行うようにしてもよい。

【００５４】なお、本実施形態の画像生成システムは、
１人のプレーヤのみがプレイできるシングルプレーヤモ
ード専用のシステムにしてもよいし、このようなシング
ルプレーヤモードのみならず、複数のプレーヤがプレイ
できるマルチプレーヤモードも備えるシステムにしても
よい。

【００５５】また複数のプレーヤがプレイする場合に、
これらの複数のプレーヤに提供するゲーム画像やゲーム
音を、１つの端末を用いて生成してもよいし、ネットワ
ーク（伝送ライン、通信回線）などで接続された複数の
端末を用いて生成してもよい。

【００５６】２．本実施形態の特徴と動作本実施の形態の特徴は３次元オブジェクトに与えられた
明るさ情報に基づき前記３次元オブジェクトを複数のエ
リアに分割し、分割されたエリア単位に段階的な陰影を
施す点にある。

【００５７】図２はドーナッツ型の３次元オブジェクト
に滑らかな陰影付けを行った場合の画像を表しており、
図３はドーナッツ型の３次元オブジェクトに本実施の形
態の陰影付けを行った画像を表している。

【００５８】従来の３次元ＣＧでは、図２に示すように
スムーズシェーディング等の手法を用いて滑らかな陰影
付けを行いより実写に近いリアルで自然な画像を生成す
るのが一般的であった。

【００５９】これに対し本実施の形態では、３次元オブ
ジェクトにセルアニメ風の演出を行うことを目的として
いるため、図３に示すように境目のはっきり分かる段階
的な陰影付けを施している。

【００６０】以下本実施の形態で３次元オブジェクトに
セルアニメ風の演出を行う手法について説明する。

【００６１】図４は、３次元オブジェクトに与えられた
明るさ情報に基づき透視変換して得られた２次元画像の
各画素に明るさ情報を設定する手法について説明するた
めの図である。

【００６２】２００は３次元オブジェクトのポリゴン面
を示しており、ポリゴンの頂点Ａ（２１０）と頂点Ｂ
（２２０）に明るさ情報として輝度情報が設定されてい
る。

【００６３】なお、頂点の輝度情報はあらかじめ設定し
ておいてもよいし、オブジェクトの形状や配置に関する
情報、光源情報、視点情報等の条件に基づいて、リアル
タイムに演算して設定してもよい。ここでは頂点Ａ（２
１０）の輝度は1,0で頂点Ｂ（２２０）の輝度は０であ
るとする。

【００６４】本実施の形態実施の形態ではこの輝度値に
基づき頂点間の各ピクセル（画素）にスムーズシェーデ
ィングの手法により輝度情報を保管する。

【００６５】２３０は２００を構成する各ピクセルにス
ムーズシェーディングの手法により輝度情報（０〜1,
0）が設定されている様子を模式的に表している。

【００６６】図５は各画素毎に設定された明るさ情報に
基づき当該２次元画像を複数のエリアに分割しエリア単
位に段階的に陰影を施す手法について説明するための図
である。

【００６７】本実施の形態では各ピクセルに設定された
輝度情報（図５の２３０参照）を用いて、ピクセルテス
トを行う。即ち、所定のしきい値以上の輝度値を有する
ピクセルのＲＧＢの値に所定の値を加算する処理を行
う。

【００６８】例えばしきい値を0,7として、２４０のエ
リアのＲＧＢ値の初期値が（０、０、０）であるとす
る。２４０に示すように輝度値0,7のエリア２５０のピ
クセルに対しては（注１）に示すような加算処理が行わ
れ、当該エリアに属するピクセルのＲＧＢは（0,3、0,
3、0,3）となる。これに対し輝度値0,7未満のエリア２
６０では加算処理が行われないのでＲＧＢは（０、０、
０）のままである（注２参照）。

【００６９】このようにするとしきい値を設定して加算
処理を施すだけで、各エリア単位でＲＧＢの値の調整を
行うことができる。したがってどこで色が変わるかを意
識せずに、エリア単位で段階的な陰影を施すことができ
る。

【００７０】次に３段階に分けて段階的な陰影を施す場
合を例にとり本実施の形態の動作例について説明する。

【００７１】図６は本実施の形態の動作例について説明
するためのフローチャート図であり、図７〜図１０は３
次元オブジェクトに段階的な陰影付けを施す処理過程に
ついて説明するための図である。

【００７２】まず３次元オブジェクトの形状や配置に関
する情報、光源情報、視点情報等に基づいて頂点の輝度
値を求める。同時に３次元オブジェクトをスクリーン座
標形に透視変換し、各画素のＲＧＢの各値を仮のバッフ
ァのＲＧＢ各プレーンに描画する（ステップＳ１０）。

【００７３】図７に示すように、仮のバッファ３００は
Ｒ、Ｇ、Ｂ、αの各プレーン３１０、３２０、３３０を
有している。仮のバッファのＲＧＢ各プレーンに描画さ
れるのは３次元オブジェクトの基本色の画像のＲＧＢ値
である。基本色とは明暗を考慮しない色の情報であり、
例えば単色の３次元オブジェクトであれば、すべての画
素が同じ値を有する。またテクスチャがマッピングされ
る場合には、明暗を考慮しない模様のみに基づいた色の
ＲＧＢ値が描画されることになる。

【００７４】図７の３１０、３２０、３３０は仮のバッ
ファのＲＧＢ各プレーンにおいて３次元オブジェクトの
透視変換後のオブジェクト（以下透視変換オブジェクト
という）のＲＧＢ値が描画されている様子を模式的に表
したものである。透視変換後のオブジェクト（四角形）
の全画素のＲＧＢ値に（0.3,0.1,0.1）がセットされて
いるとして以下説明する。

【００７５】つぎに頂点の輝度値をα値として仮のバッ
ファのαプレーンにスムーズシェーディングを行い、各
ピクセルのαチャネルに輝度値を補完する（ステップＳ
２０）。図７の３４０は仮のバッファのαプレーンに透
視変換オブジェクト（四角形）のα値が描画されている
様子を模式的に表したものである。なおここでは、透視
変換オブジェクト部分（四角形）の３４４と背景部３４
２の区別を付けるため背景部３４２の輝度値を０とし、
透視変換オブジェクト部分（四角形）３４４の輝度値が
０より大きな値になるようにする。３４６は輝度値が0.
3の境界線（左上側が0.3以上）であり、３４８は輝度値
が0.7の境界線（左上側が0.7以上）である。

【００７６】次にフレームバッファの初期化を行う（ス
テップＳ３０）。

【００７７】次に第１のしきい値によるピクセルテスト
を行う。仮のバッファのαプレーン３４０の輝度値を参
照し、第１のしきい値で描画対象ピクセルを判別する。
各ピクセルの輝度値が第１のしきい値より大きい場合に
当該ピクセルを描画対象ピクセルとし、仮のバッファ上
の描画対象ピクセルとフレームバッファの描画対象ピク
セルの各ＲＧＢ値を加算した値をフレームバッファのＲ
ＧＢ各プレーンに描画する（ステップＳ４０）。

【００７８】図８（Ａ）（Ｂ）は、第１のしきい値によ
るピクセルテスト時の仮のバッファのαプレーン３４０
及びフレームバッファ３５０の様子を表した図である。
第一のしきい値を０としてピクセルテストを行うと、図
８（Ａ）の透視変換オブジェクト部分３４４の輝度値が
０より大きいため、その部分が描画対象エリアとなる
（注３参照）。したがって図８（Ｂ）に示すように、フ
レームバッファ３５０のＲ、Ｇ、Ｂプレーンの対応する
ピクセルにたいして、フレームバッファ上のＲＧＢ値
（０、０、０）と対応する仮のバッファ上のＲＧＢ値
（0.3、0.1、0.1）を加算したＲＧＢ値（0.3、0.1、0.
1）が描画される（注４参照）。

【００７９】次に第２のしきい値によるピクセルテスト
を行う。仮のバッファのαプレーン３４０の輝度値を参
照し、第２のしきい値で描画対象ピクセルを判別する。
各ピクセルの輝度値が第２のしきい値より大きい場合に
当該ピクセルを描画対象ピクセルとし、仮のバッファ上
の描画対象ピクセルとフレームバッファの描画対象ピク
セルの各ＲＧＢ値を加算した値をフレームバッファのＲ
ＧＢ各プレーンに描画する（ステップＳ５０）。

【００８０】図９（Ａ）（Ｂ）は、第２のしきい値によ
るピクセルテスト時の仮のバッファのαプレーン３４０
及びフレームバッファ３５０の様子を表した図である。
第２のしきい値を0.3としてピクセルテストを行うと、
図９（Ａ）の輝度＝0.3の境界線３４６の左上側の斜線
部分の輝度値が0.3より大きいため、その部分が描画対
象エリアとなる（注５参照）。したがって図９（Ｂ）に
示すように、フレームバッファ３５０のＲ、Ｇ、Ｂプレ
ーンの対応するピクセルにたいして、フレームバッファ
上のＲＧＢ値（0.3、0.1、0.1）と対応する仮のバッフ
ァ上のＲＧＢ値（0.3、0.1、0.1）を加算したＲＧＢ値
（0.6、0.2、0.2）が描画される（注６参照）。

【００８１】輝度値が0.3以下のエリアは描画されない
ので図８（Ｂ）のＲＧＢ値（0.3、0.1、0.1）のままで
ある。この段階で透視変換オブジェクトは２つのエリア
に分割され、各エリア単位で段階的な陰影付けが行われ
ている。

【００８２】次に第３のしきい値によるピクセルテスト
を行う。仮のバッファのαプレーン３４０の輝度値を参
照し、第３のしきい値で描画対象ピクセルを判別する。
各ピクセルの輝度値が第３のしきい値より大きい場合に
当該ピクセルを描画対象ピクセルとし、仮のバッファ上
の描画対象ピクセルとフレームバッファの描画対象ピク
セルの各ＲＧＢ値を加算した値をフレームバッファのＲ
ＧＢ各プレーンに描画する（ステップＳ６０）。

【００８３】図１０（Ａ）（Ｂ）は、第３のしきい値に
よるピクセルテスト時の仮のバッファのαプレーン３４
０及びフレームバッファ３５０の様子を表した図であ
る。第２のしきい値を0.7としてピクセルテストを行う
と、図１０（Ａ）の輝度＝0.7の境界線３４８の左上側
の斜線部分の輝度値が0.7より大きいため、その部分が
描画対象エリアとなる（注８参照）。したがって図１０
（Ｂ）に示すように、フレームバッファ３５０のＲ、
Ｇ、Ｂプレーンの対応するピクセルにたいして、フレー
ムバッファ上のＲＧＢ値（0.6、0.2、0.2）と対応する
仮のバッファ上のＲＧＢ値（0.3、0.1、0.1）を加算し
たＲＧＢ値（0.9、0.3、0.3）画される（注９参照）。

【００８４】輝度値が0.7以下のエリアは描画されない
ので図９（Ｂ）のＲＧＢ値（0.6、0.2、0.2）（注１０
参照）と（0.3、0.1、0.1）（注１１参照）のままであ
る。この段階で透視変換オブジェクトは、もっとも明る
いエリア４１０と注くらいの明るさのエリア４２０とも
っとも位エリア４３０の３つのエリアに分割され、各エ
リア単位で段階的な陰影付けが行われている。このよう
にエリア単位で段階的な陰影付けを行うことで３次元オ
ブジェクトに対してセルアニメ風の画像演出を行うこと
ができる。

【００８５】しかも本実施の形態では、仮のバッファの
αプレーンの輝度値にたいしてしきい値を設定して描画
対象ピクセルを判定し、描画対象ピクセルにたいしてＲ
ＧＢ加算処理を行うことにより陰影付けを実現する。こ
のためしきい値の調整だけ行えはればよく、どこで色が
変わるかは演算しなくてよい。したがって陰影付けのア
ルゴリズムが簡単になり、演算負荷も減少する。

【００８６】またスムーズシェーディングによるα値の
補完とα値によるピクセルテストのみで、境界による色
分けができる。α値の補完やα値としきい値の比較の部
分をハードウエア化することによりさらに処理を高速に
することができる。

【００８７】３．ハードウェア構成次に、本実施形態を実現できるハードウェアの構成の一
例について図１１を用いて説明する。

【００８８】メインプロセッサ９００は、ＣＤ９８２
（情報記憶媒体）に格納されたプログラム、通信インタ
ーフェース９９０を介して転送されたプログラム、或い
はＲＯＭ９５０（情報記憶媒体の１つ）に格納されたプ
ログラムなどに基づき動作し、ゲーム処理、画像処理、
音処理などの種々の処理を実行する。

【００８９】コプロセッサ９０２は、メインプロセッサ
９００の処理を補助するものであり、高速並列演算が可
能な積和算器や除算器を有し、マトリクス演算（ベクト
ル演算）を高速に実行する。例えば、オブジェクトを移
動させたり動作（モーション）させるための物理シミュ
レーションに、マトリクス演算などの処理が必要な場合
には、メインプロセッサ９００上で動作するプログラム
が、その処理をコプロセッサ９０２に指示（依頼）す
る。

【００９０】ジオメトリプロセッサ９０４は、座標変
換、透視変換、光源計算、曲面生成などのジオメトリ処
理を行うものであり、高速並列演算が可能な積和算器や
除算器を有し、マトリクス演算（ベクトル演算）を高速
に実行する。例えば、座標変換、透視変換、光源計算な
どの処理を行う場合には、メインプロセッサ９００で動
作するプログラムが、その処理をジオメトリプロセッサ
９０４に指示する。

【００９１】データ伸張プロセッサ９０６は、圧縮され
た画像データや音データを伸張するデコード処理を行っ
たり、メインプロセッサ９００のデコード処理をアクセ
レートする処理を行う。これにより、オープニング画
面、インターミッション画面、エンディング画面、或い
はゲーム画面などにおいて、ＭＰＥＧ方式等で圧縮され
た動画像を表示できるようになる。なお、デコード処理
の対象となる画像データや音データは、ＲＯＭ９５０、
ＣＤ９８２に格納されたり、或いは通信インターフェー
ス９９０を介して外部から転送される。

【００９２】描画プロセッサ９１０は、ポリゴンや曲面
などのプリミティブ面で構成されるオブジェクトの描画
（レンダリング）処理を高速に実行するものである。オ
ブジェクトの描画の際には、メインプロセッサ９００
は、ＤＭＡコントローラ９７０の機能を利用して、オブ
ジェクトデータを描画プロセッサ９１０に渡すと共に、
必要であればテクスチャ記憶部９２４にテクスチャを転
送する。すると、描画プロセッサ９１０は、これらのオ
ブジェクトデータやテクスチャに基づいて、Ｚバッファ
などを利用した陰面消去を行いながら、オブジェクトを
フレームバッファ９２２に高速に描画する。また、描画
プロセッサ９１０は、αブレンディング（半透明処
理）、ミップマッピング、フォグ処理、トライリニア・
フィルタリング、アンチエリアシング、シェーディング
処理なども行うことができる。そして、１フレーム分の
画像がフレームバッファ９２２に書き込まれると、その
画像はディスプレイ９１２に表示される。

【００９３】サウンドプロセッサ９３０は、多チャンネ
ルのＡＤＰＣＭ音源などを内蔵し、ＢＧＭ、効果音、音
声などの高品位のゲーム音を生成する。生成されたゲー
ム音は、スピーカ９３２から出力される。

【００９４】ゲームコントローラ９４２からの操作デー
タや、メモリカード９４４からのセーブデータ、個人デ
ータは、シリアルインターフェース９４０を介してデー
タ転送される。

【００９５】ＲＯＭ９５０にはシステムプログラムなど
が格納される。なお、業務用ゲームシステムの場合に
は、ＲＯＭ９５０が情報記憶媒体として機能し、ＲＯＭ
９５０に各種プログラムが格納されることになる。な
お、ＲＯＭ９５０の代わりにハードディスクを利用する
ようにしてもよい。

【００９６】ＲＡＭ９６０は、各種プロセッサの作業領
域として用いられる。

【００９７】ＤＭＡコントローラ９７０は、プロセッ
サ、メモリ（ＲＡＭ、ＶＲＡＭ、ＲＯＭ等）間でのＤＭ
Ａ転送を制御するものである。

【００９８】ＣＤドライブ９８０は、プログラム、画像
データ、或いは音データなどが格納されるＣＤ９８２
（情報記憶媒体）を駆動し、これらのプログラム、デー
タへのアクセスを可能にする。

【００９９】通信インターフェース９９０は、ネットワ
ークを介して外部との間でデータ転送を行うためのイン
ターフェースである。この場合に、通信インターフェー
ス９９０に接続されるネットワークとしては、通信回線
（アナログ電話回線、ＩＳＤＮ）、高速シリアルインタ
ーフェースのバスなどを考えることができる。そして、
通信回線を利用することでインターネットを介したデー
タ転送が可能になる。また、高速シリアルインターフェ
ースのバスを利用することで、他の画像生成システム、
他のゲームシステム、或いは情報処理機器（パーソナル
コンピュータ、プリンタ、マウス、キーボード）などと
の間でのデータ転送が可能になる。

【０１００】なお、本発明の各手段は、その全てを、ハ
ードウェアのみにより実行してもよいし、情報記憶媒体
に格納されるプログラムや通信インターフェースを介し
て配信されるプログラムのみにより実行してもよい。或
いは、ハードウェアとプログラムの両方により実行して
もよい。

【０１０１】そして、本発明の各手段をハードウェアと
プログラムの両方により実行する場合には、情報記憶媒
体には、本発明の各手段をハードウェアを利用して実行
するためのプログラム（プログラム及びデータ）が格納
されることになる。より具体的には、上記プログラム
が、ハードウェアである各プロセッサ９０２、９０４、
９０６、９１０、９３０等に処理を指示すると共に、必
要であればデータを渡す。そして、各プロセッサ９０
２、９０４、９０６、９１０、９３０等は、その指示と
渡されたデータとに基づいて、本発明の各手段を実行す
ることになる。

【０１０２】図１２（Ａ）に、本実施形態を業務用ゲー
ムシステムに適用した場合の例を示す。プレーヤは、デ
ィスプレイ１１００上に映し出されたゲーム画像を見な
がら、レバー１１０２、ボタン１１０４等を操作してゲ
ームを楽しむ。内蔵されるシステムボード（サーキット
ボード）１１０６には、各種プロセッサ、各種メモリな
どが実装される。そして、本発明の各手段を実行するた
めのプログラム（或いはプログラム及びデータ）は、シ
ステムボード１１０６上の情報記憶媒体であるメモリ１
１０８に格納される。以下、この情報を格納情報と呼
ぶ。

【０１０３】図１２（Ｂ）に、本実施形態を家庭用のゲ
ームシステムに適用した場合の例を示す。プレーヤはデ
ィスプレイ１２００に映し出されたゲーム画像を見なが
ら、ゲームコントローラ１２０２、１２０４を操作して
ゲームを楽しむ。この場合、上記格納情報は、本体シス
テムに着脱自在な情報記憶媒体であるＣＤ１２０６、或
いはメモリカード１２０８、１２０９等に格納されてい
る。

【０１０４】図１２（Ｃ）に、ホスト装置１３００と、
このホスト装置１３００とネットワーク１３０２（ＬＡ
Ｎのような小規模ネットワークや、インターネットのよ
うな広域ネットワーク）を介して接続される端末１３０
４-1〜１３０４-nとを含むシステムに本実施形態を適用
した場合の例を示す。この場合、上記格納情報は、例え
ばホスト装置１３００が制御可能な磁気ディスク装置、
磁気テープ装置、メモリ等の情報記憶媒体１３０６に格
納されている。端末１３０４-1〜１３０４-nが、スタン
ドアロンでゲーム画像、ゲーム音を生成できるものであ
る場合には、ホスト装置１３００からは、ゲーム画像、
ゲーム音を生成するためのゲームプログラム等が端末１
３０４-1〜１３０４-nに配送される。一方、スタンドア
ロンで生成できない場合には、ホスト装置１３００がゲ
ーム画像、ゲーム音を生成し、これを端末１３０４-1〜
１３０４-nに伝送し端末において出力することになる。

【０１０５】なお、図１２（Ｃ）の構成の場合に、本発
明の各手段を、ホスト装置（サーバー）と端末とで分散
して実行するようにしてもよい。また、本発明の各手段
を実行するための上記格納情報を、ホスト装置（サーバ
ー）の情報記憶媒体と端末の情報記憶媒体に分散して格
納するようにしてもよい。

【０１０６】またネットワークに接続する端末は、家庭
用ゲームシステムであってもよいし業務用ゲームシステ
ムであってもよい。そして、業務用ゲームシステムをネ
ットワークに接続する場合には、業務用ゲームシステム
との間で情報のやり取りが可能であると共に家庭用ゲー
ムシステムとの間でも情報のやり取りが可能な携帯型情
報記憶装置（メモリカード、携帯型ゲーム装置）を用い
ることが望ましい。

【０１０７】なお本発明は、上記実施形態で説明したも
のに限らず、種々の変形実施が可能である。

【０１０８】例えば、本発明のうち従属請求項に係る発
明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略
する構成とすることもできる。また、本発明の１の独立
請求項に係る発明の要部を、他の独立請求項に従属させ
ることもできる。

【０１０９】また、本実施形態では、ジオメトリ処理と
して座標変換や透視変換を例に挙げたが、本発明のジオ
メトリ処理はこれらに限定されない。

【０１１０】また、本実施の形態では３次元オブジェク
トの明るさ情報が頂点に与えられている場合を例にとり
説明したがこれに限られない。プリミティブ面や画素に
与えられている場合でもよい。

【０１１１】また色情報としてＲＧＢを例にとり説明し
たがこれに限られない。例えばＨＳＶやＨＬＳ等の値で
もよい。

【０１１２】また色情報の調整の例として加算する場合
を例にとり説明したがこれに限られない。例えば加算以
外に四則演算や論理演算やテーブル演算を施す場合でも
よい。

【０１１３】また本実施の形態では仮のバッファに一旦
描画を行い、その後にフレームバッファに描画を行う２
パス形式を採用している場合を例にとり説明したがこれ
に限られない。例えば１パスでフレームバッファにかき
こむ場合でも実現可能であり、３パス又はそれ以上のパ
スでフレームバッファいに描画を行う場合でもよい。

【０１１４】また本発明はレーシングゲーム以外にも種
々のゲーム（格闘ゲーム、シューティングゲーム、ロボ
ット対戦ゲーム、スポーツゲーム、競争ゲーム、ロール
プレイングゲーム、音楽演奏ゲーム、ダンスゲーム等）
に適用できる。

【０１１５】また本発明は、業務用ゲームシステム、家
庭用ゲームシステム、多数のプレーヤが参加する大型ア
トラクションシステム、シミュレータ、マルチメディア
端末、画像生成システム、ゲーム画像を生成するシステ
ムボード等の種々の画像生成システムに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の画像生成システムのブロック図の
例である。

【図２】ドーナッツ型の３次元オブジェクトに滑らかな
陰影付けを行った場合の画像を表した図である。

【図３】ドーナッツ型の３次元オブジェクトに本実施の
形態の陰影付けを行った画像を表した図である。

【図４】３次元オブジェクトに与えられた明るさ情報に
基づき透視変換して得られた２次元画像の各画素に明る
さ情報を設定する手法について説明するための図であ
る。

【図５】各画素毎に設定された明るさ情報に基づき当該
２次元画像を複数のエリアに分割しエリア単位に段階的
に陰影付を行う手法について説明するための図である。

【図６】図６は本実施の形態の動作例について説明する
ためのフローチャート図である。

【図７】図７は３次元オブジェクトに段階的な陰影付け
を行う処理過程について説明するための図である。

【図８】図８（Ａ）（Ｂ）は３次元オブジェクトに段階
的な陰影付けを行う処理過程について説明するための図
である。

【図９】図９（Ａ）（Ｂ）は３次元オブジェクトに段階
的な陰影付けを行う処理過程について説明するための図
である。

【図１０】図１０（Ａ）（Ｂ）は３次元オブジェクトに
段階的な陰影付けを行う処理過程について説明するため
の図である。

【図１１】本実施形態を実現できるハードウェアの構成
の一例を示す図である。

【図１２】図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本実施形
態が適用される種々の形態のシステムの例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１００処理部１１０ゲーム処理部１１２編集画面表示部１１４移動・動作演算部１４０画像処理部１４２ジオメトリ処理部１４４陰影処理部１４６描画部１５０音処理部１６０操作部１７０記憶部１７２メインメモリ１７４フレームバッファ１７６テクスチャ記憶部１８０情報記憶媒体１９０表示部１９２音出力部１９４携帯型情報記憶装置１９６通信部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を生成するための画像生成システム
であって、３次元オブジェクトに与えられた明るさ情報に基づき前
記３次元オブジェクトを複数のエリアに分割する手段
と、分割されたエリア単位に段階的な陰影を施す手段と、を含むことを特徴とする画像生成システム。
【請求項２】請求項１において、前記明るさ情報に基づき、前記３次元オブジェクトを透
視変換して得られた２次元画像の各画素に明るさ情報を
設定して、設定された明るさ情報に基づき当該２次元画
像を複数のエリアに分割することを特徴とする画像生成
システム。
【請求項３】請求項１又は２のいずれかにおいて、前記明るさ情報をあらかじめ設定しておくことを特徴と
する画像生成システム。
【請求項４】請求項１又は２のいずれかにおいて、所与の条件に基づいて、前記明るさ情報をリアルタイム
に演算することを特徴とする画像生成システム。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、分割されたエリア単位に色情報の調整処理を行うことに
より段階的な陰影を施すことを特徴とする画像生成シス
テム。
【請求項６】請求項２乃至５のいずれかにおいて、前記各画素の明るさ情報と所与のしきい値を比較するこ
とにより描画対象画素を判別し、描画対象画素の色情報
の調整処理を行う手段を含むことを特徴とする画像生成
システム。
【請求項７】請求項６において、陰影の段階数に応じて前記しきい値を変更して、描画対
象画素の色情報の調整処理を複数回行うことを特徴とす
る画像生成システム。
【請求項８】コンピュータが使用可能な情報記憶媒体
であって、３次元オブジェクトに与えられた明るさ情報に基づき前
記３次元オブジェクトを複数のエリアに分割する手段
と、分割されたエリア単位に段階的な陰影を施す手段と、を
実行するためのプログラムが記憶されていることを特徴
とする情報記憶媒体。
【請求項９】請求項８において、前記明るさ情報に基づき、前記３次元オブジェクトを透
視変換して得られた２次元画像の各画素に明るさ情報を
設定して、設定された明るさ情報に基づき当該２次元画
像を複数のエリアに分割することを特徴とする情報記憶
媒体。
【請求項１０】請求項８又は９のいずれかにおいて、前記明るさ情報をあらかじめ設定しておくことを特徴と
する情報記憶媒体。
【請求項１１】請求項８又は９のいずれかにおいて、所与の条件に基づいて、前記明るさ情報をリアルタイム
に演算することを特徴とする情報記憶媒体。
【請求項１２】請求項８乃至１１のいずれかにおい
て、分割されたエリア単位に色情報の調整処理を行うことに
より段階的な陰影を施すことを特徴とする情報記憶媒
体。
【請求項１３】請求項９乃至１２のいずれかにおい
て、前記各画素の明るさ情報と所与のしきい値を比較するこ
とにより描画対象画素を判別し、描画対象画素の色情報
の調整処理を行う手段を含むことを特徴とする情報記憶
媒体。
【請求項１４】請求項１３において、陰影の段階数に応じて前記しきい値を変更して、描画対
象画素の色情報の調整処理を複数回行うことを特徴とす
る情報記憶媒体。