JP2003228725A - ３次元画像処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元動画像において、遠方にある複数の３
次元物体を表示する際、視覚的劣化を招くことなく描画
時間を短縮する。 【解決手段】 詳細なポリゴンで構成される３次元形状
モデルから簡略化モデルを自動生成し、レンダリング時
に視覚的劣化を伴わない範囲で、視点から遠方にいくに
従って、簡略化したモデルに置き換える。さらに遠方に
いった場合には、前記簡略化モデル群をキャプチャし、
その画像をテクスチャ画像として利用し、描画する。簡
略化形状モデルおよびテクスチャ画像への置換えは、レ
ンダリング時に動的かつ自動的に行う。これにより、詳
細なポリゴンで構成される３次元形状モデルの複雑さに
依存することなくテクスチャ・マッピングの時間だけで
高速に元の３次元形状モデルと同等な画像が表示可能と
なる。そして、対象が常に視点の方向を向くような不自
然さがなくなり、より自然な画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータを用
いて生成する３次元動画像の技術に関するものであり、
特に画像生成及び表示の高速化を図る技術に関する。

【０００２】

【背景技術】グラフィック・ハードウェアの性能の向上
により、リアルタイムに３次元仮想空間をウォーク・ス
ルーできるアプリケーションが様々な分野で使われるよ
うになってきている。景観シミュレーションにおいては
現実感を向上させるため、樹木や草などの自然物景観要
素を多数配置することが多い。しかし樹木や草のような
複雑な構造をもつ形状は、３次元モデルとして表現する
には膨大な幾何データ（ポリゴンデータ等）が必要とな
り、これらを多数配置したシーンは動画によるビジュア
ル・シミュレーションには適さない。このため、高いフ
レーム・レートでの表示が必要とされるリアルタイム・
レンダリングを実現するためには、なんらかの工夫が不
可欠である。

【０００３】複雑なシーンを高速化する手法は、シーン
の見えない領域を高速に除去する手法、ＬＯＤ制御、描
画された画像をキャプチャし再利用する手法がある。Cl
arkは、シーンの階層構造を作成し視体積の外にある物
体を高速に除去する手法（「J. H. Clark, "Hierarchic
al geometric models for visible surface algorithm
s", Communications of the ACM, Vol.19, No.10, pp.5
47‐554, Oct.1976」）を提案している。近年、前方に
あるいくつかの物体に隠されている後方の物体を高速に
除去（陰面消去）する手法（オクルージョン・カリング
（occlusion culling）；例えば「N．Greene, M. Kass
and G. Miller, "Hierarchical Z-buffer Visibility",
Computer Graphics (Proc. ACM SIGGRAPH), 1993, pp.2
31-238」，「Z. Hansong, D. Manocha, T. Hudson and
K. E. Ho., "Visibility Culling using Hierarchical
Occlusion Maps" Computer Graphics (Proc. ACM SIGGR
APH), pp.77-88,1997）」，「H. Zhang, D. Manocha,
T. Hudson, K. E. Ho. III, "VisibilityCulling using
Hierarchical Occlusion Maps", Computer Graphics
(Proc. ACMSIGGRAPH), pp.77-88, 1997」等）も複数提
案されている。このような、見えない部分を高速に消去
する手法は、シーン全体が複雑であるが可視領域がそれ
ほど複雑でない場合のみに有効である。

【０００４】また、ＬＯＤ制御は、物体の視覚的重要度
（例えば物体のスクリーンでの大きさなど）に応じて、
物体の詳細さの度合い（ポリゴン数など）を変更する手
法である。ＬＯＤ制御では簡略化された物体ができるだ
け元のモデルの形を保っていることが重要であり、さま
ざまなポリゴンモデルの自動的な簡略化の手法（「M.Ga
rland, "Multiresolution Modeling: Survey & Future
Opportunities", Eurographics '99, State of the Art
Report (STAR), 1999」や「H. Hoppe, "Progressive m
eshes", Computer Graphics (Proc. ACM SIGGRAPH), p
p.99-108, 1996」）が研究されている。ＬＯＤ制御で
は、可視ないくつかの物体の複雑さを軽減することがで
き、非常に多くの物体が視野にない場合に有効である。
複雑なポリゴンモデルをテクスチャ画像としてキャプチ
ャしておき再利用する手法は、コンピュータ・ゲームな
どにおいて木などを表示する際に利用されている。ビル
ボードと呼ばれる手法（「D. Blythe, et al., "Advanc
ed Graphics Programming Techniques Using OpenGL",
SIGGRAPH'99, Course Notes, 1999」）では、元のポリ
ゴンモデルの複雑さに依存することなくテクスチャ・マ
ッピングだけの時間で木などを表示可能であるが、対象
物が常に視点の方向を向くため不自然さがあったり、近
接した場合にテクスチャの荒さが目立つなどの問題があ
る。描画された画像をキャプチャし再利用する手法は、
テクスチャマッピングをハードウェアで高速に行えるこ
とを利用した手法であり、元のポリゴンモデルの複雑さ
に依存せず、ほぼテクスチャマッピングの表示にかかる
時間だけで描画が可能であるという特徴をもつ。Aliaga
らの手法（「D. G. Aliaga and A. Lastra,"Automatic
Image Placement to Provide A Guaranteed Frame Rat
e", ComputerGraphics (Proc．ACM SIGGRAPH), 199
9」）では、幾何要素を事前にキャプチャしておいたテ
クスチャ画像に動的かつ適応的に置き換え、一定のフレ
ームレートを保証している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、３次
元動画像において、遠方にある複数の３次元物体を表示
する際、視覚的劣化を招くことなく描画時間を短縮する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、仮想３次元空間内において、３次元動
画像をリアルタイムで得る３次元画像処理システムであ
って、３次元形状を処理する３次元形状処理手段と、視
点と対象との距離を得る距離獲得手段と、前記３次元形
状処理手段からの３次元形状を用いて視点方向の画像を
得る画像生成手段と、前記画像生成手段から、テクスチ
ャ画像を記憶するテクスチャ画像キャプチャ手段と、前
記距離獲得手段からの距離により、前記画像生成手段か
らの画像を前記テクスチャ画像キャプチャ手段で記憶し
ているテクスチャ画像に切り換える手段と、前記キャプ
チャ手段で記憶しているテクスチャ画像と、現在の視線
方向の画像との誤差が大きくなったとき、前記テクスチ
ャ画像キャプチャ手段に対して、前記画像生成手段から
テクスチャ画像を得ることを指示するキャプチャ指示手
段とを備える。

【０００７】前記キャプチャ指示手段において、前記誤
差をキャプチャ手段で記憶しているテクスチャ画像にお
ける視線方向と、現在の視線方向との視差が一定値を越
えると、誤差が大きくなったとして、テクスチャ画像を
得ることもできる。前記３次元形状処理手段は、前記距
離獲得手段からの距離により、複数の詳細レベルで３次
元形状を生成することで、３次元形状モデルの複雑さを
軽減することができるので、より高速に画像を表示する
こともできる。前記距離獲得手段は、前記仮想３次元空
間を上から見た平面を２次元グリッドで区切ったグリッ
ド単位で、視点位置と対象画像位置との距離を判別する
こともできる。本３次元画像処理システムをコンピュー
タ・システムに構成させるコンピュータ・プログラムお
よびコンピュータ・プログラムを記録した記録媒体も本
発明である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態である画像処
理システムは、上述の手間を省き、違和感を取り除くた
めに、自然物形状を自動生成やテクスチャへの置換えに
伴う位置の誤差の見積もりを行う等、視覚的違和感を容
易に抑えることのできるものである。上述のシステムの
説明を、図面を用いて以下にて説明する。

【０００９】＜本システムの概要＞本システムにおける
処理を、草が群生している地面上を人がウォーク・スル
ーする場合を例に、詳細なポリゴンで構成される多数の
草を、できるだけ視覚的劣化を生じさせない範囲で簡略
化した表現を利用し、レンダリング速度を向上できるこ
とで説明する。図１は、本システムにおける処理におい
て、視点からの距離とポリゴンで構成された葉の形状の
関係を示す図である。図１のように、本システムでは、
例えば草形状は生成時に、詳細モデルと（例えば３段階
の）簡略化モデルを自動生成し、ランダムな値によって
すべての草が同じ形にならないように設定している。レ
ンダリング時に視覚的劣化を伴わない範囲で、視点から
遠方にいくに従って、草形状を簡略化した形状に置き換
える。さらに遠方にいった場合には、前処理段階でキャ
プチャしておいた画像を再利用し、テクスチャ画像とし
て描画する。簡略化形状およびテクスチャ画像への置換
えは、レンダリング時に動的かつ自動的に行われる。画
像のキャプチャは、ウォーク・スルーを行う平面をグリ
ッドに分割し、各グリッドの中心に視点を置き、設定さ
れた角度ごとに、また視点からの距離に応じて、表示さ
れた画像をキャプチャする。なお、画像のキャプチャの
詳細については後述する。視点がグリッド内にあり、平
面に垂直な軸まわりに視線方向がある範囲内だけ回転し
た場合には、同じ画像を再利用する。視点や視線方向が
少しだけ移動した場合にも、同じ画像を再利用するた
め、草の地面上で本来の位置と画像上の位置に微妙なず
れが生じる。本システムは、この誤差をウォーク・スル
ーを行う平面における視点からの角度として見積もり誤
差を一定範囲内に抑えたまま、形状の簡略化表現および
テクスチャ画像への置換えによって描画速度を向上させ
る。

【００１０】次に本発明のシステムを実行するための構
成例を図２に示す。図２は、通常のパーソナル・コンピ
ュータに高性能のグラフィック・ボードを組み込んだ場
合の構成である。図２において、パーソナル・コンピュ
ータのＣＰＵ１０２は、このシステムの全体の処理を制
御している。Ｉ／Ｏインタフェース１０４は、入力デバ
イス（図示せず）からの入力をシステムへ入力したり、
外部に接続されている出力デバイス（図示せず）に出力
している。画像処理部１１０は、このシステムにおける
画像処理を行うグラフィック・ボードが搭載されてお
り、３Ｄ演算・描画部１１２，２Ｄ描画部１１４，ＶＲ
ＡＭ１１６，画像合成部１１８で構成されている。記憶
装置１０８はＣＰＵ１０２や画像処理装置１１０等で用
いる本発明のシステムのプログラムやデータを格納して
いる。なお、記憶装置１０８はフレキシブルディスク、
光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカセッ
ト、磁気テープ、ハードディスク等の記録メディア及び
読み出し・記録装置である。また、ＲＡＭ１０６はシス
テムを実行するために、プログラムやデータ、演算処理
の結果等を一時的に格納するために用いる。ＣＰＵ１０
２は本システムの物体の物理計算を実行し、実世界のシ
ミュレーションを行う。３Ｄ演算・描画部１１２は、シ
ミュレーションを行った結果の３次元表示を行うため
に、物体の３次元表現であるポリゴンを処理して３次元
画像の作成に必要な透視変換等の座標変換処理を行う。
また、色、陰影および位置の計算を行い、ポリゴンにテ
クスチャ・マッピングを行う。そして、画像合成部１１
８に３次元グラフィックスのデータを送る。２Ｄ描画部
１１４は文字キャラクタ等の表示データを画像合成部１
１８に送る。画像合成部１１８は送られてきた３次元画
像と２次元画像を合成し、表示装置（図示せず）に送
る。ＶＲＡＭ１１６は、３Ｄ演算・描画部１１２や２Ｄ
描画部１１４が用いる画像データ（例えば、ジオメトリ
・データ，頂点座標データ，結線情報データ，テクスチ
ャ・データ等）を格納する。なお、この図２の構成は、
高機能な３Ｄグラフィック処理機能を搭載しているパー
ソナル・コンピュータであるが、ＣＰＵ１０２が３Ｄグ
ラフィック処理機能を行ってもよいし、パーソナル・コ
ンピュータに限らず３次元画像を処理する専用のハード
ウェアでもよい。

【００１１】以下では、上述のシステムの具体的な処理
を、図３〜図１２を参照して詳細に説明する。 ＜群生草形状の生成と簡略化表現＞ （群生草形状の生成）群生草形状として、数種の小型植
物が同じ場所に共生し群生する形状を利用する。ビジュ
アルシミュレーションの際の表示の高速化を前提とし、
草形状は３次元形状として植物らしく見える範囲で詳細
部を簡略化したものを扱う。図３は基本形状となる植物
の種類として、本システムで用意した育成型の分類によ
る３種類の雛型である。この雛型となる基本形状に対
し、いくつかのランダムに決定されるパラメータ指定を
して形状が決定される。乱数は形状に多様性を持たせる
ために付加し、形状を大きく変更しないものとした。

【００１２】・茎形状生成 茎は湾曲を表現するためいくつかの円柱を連ねる。ただ
し、茎の太さは先になるほど細くなるので、実際には円
柱に近い円錐体である。幹となる茎における円柱の連結
部は枝となる茎の出る節となり、この枝となる茎は節の
場所から斜め上方向へ生成される。枝となる茎は円柱単
位で下方向へ少しずつ湾曲させ、植物としての自然な曲
線を表現する。 ・葉形状生成 葉は湾曲した枝となる茎の途中から湾曲に沿うように生
成する。葉の幅は枝から左右対称的に設定する。葉の大
きさはパラメータにより上の枝ほど大きく太くしたり、
細く短くしたり調節できる。 ・群生配置処理 一定平面上（地面）の一定の広さの正方領域内に、群生
配置数や草形状の種類比率などを与え生成する。なお個
々の草形状の配置座標や方向についてはシステムが乱数
設定する。図４は各種草形状の生成例を、図５は群生配
置処理による群生草形状の生成例を示す図である。

【００１３】（簡略化形状の生成）簡略化形状は、次に
述べる規則でシステムが自動生成する。先述の群生草形
状の生成処理により作成された１つの詳細形状をレベル
０とし、このレベル０の詳細形状を簡略化した、３つの
形状を作り、その形状を簡略の進む方向へ向かってレベ
ル１からレベル３とする。簡略化の際には、細部の形状
を保存せずに、輪郭を保存することを主眼に置き簡略化
形状を生成する。図６は以下に説明する簡略化形状の生
成法による直立型の草の生成例を示す図である。この図
６を見てもわかるように、葉については分割ポリゴン数
を減らしている。茎は、レベル０では多角柱だが、簡略
化されるに従って四角柱（レベル１）、実線（レベル
２）、点線（レベル３）とした。レベル３で点線を用い
たのは茎が遠方にある際のかすれを表現するためであ
る。アンチエイリアシングがハードウェアで高速に利用
できる場合は、アンチエイリアシング処理を行ってもよ
い。茎は先にいくに従って細くなるから、末端の細い枝
茎は簡略化レベルが進むにつれ先端から非表示にする。
ユーザは、詳細形状であるレベル０の形状だけをパラメ
ータによってデザインすればよく、簡略化形状を別にデ
ザインする必要はない。

【００１４】＜グリッド分割に基づく群生草形状の簡略
化＞ ［グリッド単位の管理］幾何形状からテクスチャ画像へ
の切換え効率の向上を主な目的として、表示させる群生
草形状モデルは２次元グリッド単位で管理し、グリッド
ごとに簡略化レベルを設定する。図７はグリッドを真上
から見た模式図で、８×８の正方グリッド格子部分を表
している。図の円をひとつの簡略化レベル間の切換えラ
インとすると、視野内の可視部分のグリッドのレベル切
換えは、網掛けの濃さの変化に示したように行われ、円
の外側で簡略化レベルが一つ上がる。また、グリッド単
位のビュー・フラスタム・カリング（view frustum cul
ling：視野内に存在しない対象に対して描画を行わない
という手法）も併せて行い、提案する高速化手法の効率
をさらに向上させている。

【００１５】［簡略化表現への切換え］表示させる群生
草形状モデルを２次元グリッドごとに分割し、グリッド
ごとに形状の注目する長さをもとにして、ビューポート
変換及びウィンドウサイズを考慮した式から、簡略化レ
ベルの切換え基準値を算出する。この基準値は注目する
長さのレンダリング・ピクセル数となる。この基準値と
しきい値を比較判定することにより、見た目の大きさに
対応する簡略化レベルを選択する。注目する稜線の長さ
をｌとし、画角を２θ，スクリーンのピクセル幅をｗ，
視点から対象形状までの距離をｄとしたとき、注目する
稜線のスクリーンでのピクセル数は

【数１】 で表すことができる（「北嶋克寛, 遊佐洋子, 「リアル
タイム景観シミュレータのための形状のグルーピングと
多重表現に基づく描画時間の短縮」, 電子情報通信学会
論文誌D-II Vol.J77-D-II No.2, pp.311-320, 199
4」）。式（１）のｌは茎の直径の最大値に設定した。
また、ｐは、稜線がスクリーンの中心にあり、水平線に
平行な場合の長さである。しかしながら、この状態は、
稜線の長さｐが最も大きくなる状態であり、稜線がさま
ざまな位置や方向を向いている場合に簡略化がされにく
くなるように作用する。各レベルの簡略化の段階をどの
ように変えるのかは、草形状の簡略化表現の生成法、簡
略化の段階などによって異なる。本システムでは、茎の
直径を代表値にとり、直径の長さのスクリーン上でのピ
クセル数が、以下の表１に示される値で簡略化のレベル
を変更する。レベル４は、後に述べるテクスチャ矩形表
現を指す。高速化が必要な場合などの目的に応じて、こ
の設定値を変更することで簡略化レベルの制御を行うこ
とができる。図８は表１の設定値によるしきい値での草
形状の見え方の変化を示す図であり、図８（ａ）はレベ
ル０と１の、図８（ｂ）はレベル１と２の、図８（ｃ）
はレベル２と３の見え方の変化である。このように、視
覚的な劣化を引き起こさないように形状の簡略化を実現
している。

【表１】

【００１６】＜群生草形状のテクスチャ表現への置換え
手法＞ ［テクスチャ矩形表現］簡略化表現のレベル４として群
生草形状のテクスチャ表現を組み込む。一つのグリッド
内にある群生草形状の幾何表現を、一つのテクスチャ画
像として取り込み、幾何表現の代わりにテクスチャ画像
を利用する。各グリッドの中心を視点とし、レベル４の
グリッドの草形状をレベル３の草形状として表示し、そ
の画像をメモリ内に取り込む。視線方向を３０°ずつ回
転させ（すなわち、視野角を３０°とし）、合計１２方
向について画像をキャプチャする。ここで、１２方向
（すなわち３０°ずつの回転）としたが、この正当性に
ついては次節に述べる。画像を取り込む際に、グリッド
ごとに個別にキャプチャするよりも、複数のグリッドの
草をまとめてキャプチャしたほうが効率的である。この
際に問題となるのが、視点位置や方向がテクスチャ画像
をキャプチャした位置や方向と異なる場合に、キャプチ
ャされた画像の草の位置が幾何形状の草の位置とどれだ
けずれているかということである。次節では、視点から
１２方向に画像をキャプチャする場合に、視点から草ま
での奥行き方向の長さと横方向の長さを変化させた際
に、テクスチャに置き換えられる際の草の位置ずれが視
点からの角度のずれとしてどれだけ生じるかを考察す
る。なお、画像に置き換える場合には、テクスチャ画像
が重ね合った場合に不自然にならないように、αブレン
ディングにより画像中の背景部分のピクセルのα値を変
更し透過マッピングする。

【００１７】［テクスチャ矩形への置換えに伴う誤差］
３次元形状の草をテクスチャ画像に置き換える際に、画
像をキャプチャした位置と異なる視点位置及び視線方向
でそのテクスチャ画像を再利用した場合、草の位置に誤
差が生じる。遠方の草をテクスチャ画像に置き換える際
に、もっとも視覚的違和感を引き起こす要因は、ポリゴ
ン形状からテクスチャ画像に切り換わる際の平面（地
面）上での草の位置ずれである。ここでは、ポリゴン形
状の草をテクスチャ画像に置き換えた際の平面上（地面
上）での位置ずれを考える。図９は草が配置される平面
（地面）を真上から見た様子を示す図である。太線の四
角形に示した領域内の草が、太い点線で示されるテクス
チャ平面に投影されるとする。太線の四角形領域の中心
を原点としたとき、（ｘ，ｙ）の位置にある草ＡはＡ’
に投影される。テクスチャ平面の法線方向から視点に向
かう角度をθ、テクスチャ平面の中心から視点までの距
離をｌとする。ＡからＡ’に投影される際の視点からの
位置ずれの角度ａは次式で表される。

【数２】 ただし、ｌｘ＝ｘ／ｌ，ｌｙ＝ｙ／ｌである。

【００１８】ｌｘは視点からの奥行き方向の距離の±ｌ
ｘ倍以内の草の位置ずれを表し、ｌｙは視点からの奥行
き方向の距離に対して横方向に±ｌｙ倍の位置ずれを表
している。図１０は式（２）を用いて、ｌｘを−０．１
から０．１まで、ｌｙを−０．３から０．３まで移動さ
せたときのａの値の３次元グラフを示す図である。ただ
し、前に述べたように、テクスチャ画像を３０°ずつ回
転させてキャプチャすることから、θは１５度としてあ
る。このθの値が小さくなるほどａの値は小さくなるの
で、図１０のグラフは、最大の角度誤差を見積もってい
ることになる。ｌｘを−０．１から０．１まで、ｌｙを
−０．３から０．３までとする条件での、最大の角度誤
差は約２．７°になる。図１０に示されたグラフの条件
を満たすように、テクスチャをキャプチャし再利用すれ
ば位置ずれの最大誤差を２．７°以内にすることができ
る。ｌｘを−０．１から０．１（すなわち距離に対して
１０％）までの範囲としたので、（地面に投影した）視
点からテクスチャ平面までの距離の０．１倍の範囲内の
間隔で奥行き方向にテクスチャをキャプチャする。テク
スチャ平面の横方向に関しては、３０°ごとにキャプチ
ャするので

【数３】 であるから、横方向は視点からの距離の０．２７倍まで
の範囲の草をキャプチャすればよい。画像のキャプチャ
は、各グリッドに関してグリッドの中心を視点とし、視
点から各方向（３０°ごとに１２方向）ごとに、次の処
理によって行う。視点からレベル４に切り換わる距離を
ｌとする。視点からの半径がｌ以内の円に交差している
グリッド内の草は、簡略化レベルが３以下の幾何形状と
して扱われる。奥行き方向に関しては、視点からの距離
の前後１０％のずれが許されるので、ｌを１．１倍した
ものを基準として、これを０．９倍した値よりも大き
く、１．１倍した値よりも小さい範囲の草をキャプチャ
の対象とすればよい。すなわち、ｌ（＞１．１ｌ×０．
９）から１．２ｌ（＜１．１ｌ×１．１）の範囲で、テ
クスチャ平面への横方向に０．２７ｌの範囲にある草を
ひとつのテクスチャ画像としてキャプチャする。ｌ＝
１．３ｌ（＜１．１ｌ×１．２）として、グリッド内の
草をすべてカバーするまで処理を繰り返す。ウォーク・
スルーによる視点座標及び視点方向が変化する移動につ
いて、テクスチャ矩形は視線方向へ回転させながら、テ
クスチャ画像が更新する必要が生じた際に最適なものへ
更新する。

【実施例】次に、上述した本システムの実施例を以下に
て説明する。図１１には本システムの実行画面を示す。
図１１（ａ）は簡略化をまったく行わない場合であり、
図１１（ｂ）はテクスチャ置換えによる簡略化を行った
場合である。図１１（ａ），（ｂ）の画像から、本シス
テムによる処理により、テクスチャ置き換えによって形
状を簡略化しても視覚的な劣化や違和感を生じることが
ない。また、特に動画においてはこれらの画像の違いは
ほとんど見分けがつかないうえに、３次元画像処理の高
速化を図ることができる。この高速化の詳細は後述す
る。なお、図１２は、図１１（ｂ）に建物を付加した場
合の実行例である。

【００１９】図１３は、グリッドのセル数に対する、テ
クスチャのキャプチャ枚数及びテクスチャ画像のキャプ
チャに要した時間を表すグラフである。測定は、５×５
（２５セル），８×８（６４セル），１２×１２（１４
４セル），１６×１６（２５６セル）グリッドの各場合
に関して行った。図１３より、グリッドのセル数にほぼ
比例して、テクスチャ枚数及びテクスチャのキャプチャ
時間が増加していることがわかる。なお、すべての実行
結果は、ＣＰＵにAthlon１GHz、384MBのメモリ、グラフ
ィックカードにGeForce３が搭載されているパーソナル
・コンピュータを利用して測定した。図１４は、あるウ
ォーク・スルーのフレームレートを測定したグラフであ
り、図１４（ａ）は８×８の、図１４（ｂ）は１６×１
６のグリッドで測定を行った結果である。また、図１５
は、図１４のウォーク・スルーのポリゴン数を測定した
グラフであり、図１５（ａ）は８×８の、図１５（ｂ）
は１６×１６のグリッドで測定を行った結果である。そ
れぞれ、テクスチャ画像を併用する簡略化、すなわち本
システムで用いる遠方形状をテクスチャ画像に置き換え
る簡略化処理を行った場合、３次元形状の簡略化のみを
行った場合、そして簡略化を行わなかった場合に関して
測定した。いずれの場合も草形状数は６０００で、草の
位置はグリッドの範囲内にランダムに決定させた。以下
では、図１４及び図１５のグラフを参照して、ウォーク
スルーにおけるフレームレートとポリゴン数についての
考察をする。

【００２０】図１４（ａ）および図１４（ｂ）におい
て、１１０フレームを過ぎたあたりから、テクスチャを
併用する簡略化を行った場合と、３次元形状の簡略化の
みを行った場合のグラフがほぼ同じ値をとっている。こ
れは、視界内の草形状が視点に接近してきてテクスチャ
への置換えが行われていないからである。このことは、
図１５（ａ）および図１５（ｂ）のグラフからも、１１
０フレームあたりからポリゴン数が一致してきているこ
とからわかる。そして、図１４（ａ）のようにグリッド
数が８×８の場合には、テクスチャを併用する簡略化の
処理を行うほうが、簡略化を行わないよりも最大約３．
５倍の高速化を実現する。同様に、図１４（ｂ）のよう
に１６×１６のグリッドの場合には、最大約５倍の高速
化を実現している。これは、グリッドが細く分割されて
いるほど、草形状のテクスチャへの置換えがより小さい
単位で行われ、より多くの草がテクスチャに置き換えら
れるからである。なお、図１５（ａ）と図１５（ｂ）を
比較して、図１５（ａ）の場合よりも図１５（ｂ）のポ
リゴン数が少ないのは、グリッドが細かいほうが、視体
積の外にある草の判定や草のレベルの制御がより小さい
単位で行われるからである。このように、グリッド数は
細かいほうがよいが、図１３に示したように、グリッド
数が増えるに応じてテクスチャ枚数（すなわちメモリの
消費量）及びテクスチャのキャプチャ時間が増加する。

【００２１】なお、上記で説明した手法では、ユーザの
視点位置は群生草形状モデルの存在する一定の高さ範囲
に限定されているが、ユーザの移動については一定平面
上の自由な移動経路選択が可能である。また、本システ
ムでは草の位置の誤差だけを考慮したが、relief textu
re mapping（M. M. Oliveira, G. Bishop, D. McAllist
er, "Relief Texture Mapping", Computer Graphics (P
roc. ACM SIGGRAPH),pp.359-368，2000）等と組み合わ
せることにより、位置の誤差だけでなく視点の移動によ
る視差も考慮したシステムの構築が可能となる。また、
本システムに用いる３次元ポリゴン形状の一例として、
草や樹木のモデルを用いて説明したが、これらのモデル
に限らず他の３次元モデルを用いることも可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の手法を用いた画像処理システム
により、３次元群生草形状、つまり遠方にある複数の３
次元物体を動画表示する際、以下にまとめたように視覚
的劣化を招くことなく描画時間を短縮することができ
た。 ３次元群生草形状の表示の高速化を実現 視点に近い草形状は詳細なモデルを利用し、遠くにいく
にしたがって簡略化を行い、さらに遠方のモデルはあら
かじめキャプチャしておいた画像のテクスチャマッピン
グを施すことによって、処理対象のポリゴン数を減ら
し、描画速度を向上させた。高速化の度合いはテクスチ
ャ画像に置き換えられる形状のポリゴン数が多いほど高
速化の度合いが高いが、本システムによる実施例では形
状の簡略化手法を用いない場合と比較して最大５倍程度
の高速化を実現した。 簡略化による画質の劣化の少ない表示を実現 遠方形状をテクスチャ画像に置き換える際の基準とし
て、本システムでは視点からの草の位置ずれ（角度誤
差）として置換え誤差を見積もり、その最大誤差を見積
もる手法を用いた。これにより、テクスチャに置き換え
ることによる視覚的劣化や違和感を抑え、画質の高さを
ほぼ保ったまま、描画速度の高速化を図ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 視点からの距離とポリゴンで構成された葉の
形状の関係を示す図である。

【図２】 本発明のシステムを実行するための構成例を
示す図である。

【図３】 基本形状となる植物の雛型を示す図である。

【図４】 各種草形状の生成例を示す図である。

【図５】 群生配置処理による群生草形状の生成例を示
す図である。

【図６】 簡略化形状の生成法による直立型の草の生成
例を示す図である。

【図７】 グリッドを真上から見た模式図である。

【図８】 設定値によるしきい値での草形状の見え方の
変化を示す図である。

【図９】 草が配置される平面を真上から見た様子を示
す図である。

【図１０】 式（２）においてｌｘを−０．１から０．
１までｌｙを−０．３から０．３まで移動させたときの
ａの値の変化を示す３次元グラフである。

【図１１】 本システムの実行画面を示す。

【図１２】 本システムの実行例を示す。

【図１３】 グリッドのセル数に対する、テクスチャの
キャプチャ枚数及びテクスチャ画像のキャプチャに要し
た時間を表すグラフである。

【図１４】 ウォーク・スルーのフレームレートの測定
を行った結果のグラフである。

【図１５】 ウォーク・スルーのポリゴン数の測定を行
った結果のグラフである。

【符号の説明】

１０２ ＣＰＵ １０４ Ｉ／Ｏインタフェース １０６ ＲＡＭ １０８ 記憶装置 １１０ 画像処理部 １１２ ３Ｄ演算・描画部 １１４ ２Ｄ描画部 １１６ ＶＲＡＭ １１８ 画像合成部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仮想３次元空間内において、３次元動画
   像をリアルタイムで得る３次元画像処理システムであっ
   て、 ３次元形状を処理する３次元形状処理手段と、 視点と対象との距離を得る距離獲得手段と、 前記３次元形状処理手段からの３次元形状を用いて視点
   方向の画像を得る画像生成手段と、 前記画像生成手段から、テクスチャ画像を記憶するテク
   スチャ画像キャプチャ手段と、 前記距離獲得手段からの距離により、前記画像生成手段
   からの画像を前記テクスチャ画像キャプチャ手段で記憶
   しているテクスチャ画像に切り換える手段と、 前記キャプチャ手段で記憶しているテクスチャ画像と、
   現在の視線方向の画像との誤差が大きくなったとき、前
   記テクスチャ画像キャプチャ手段に対して、前記画像生
   成手段からテクスチャ画像を得ることを指示するキャプ
   チャ指示手段とを備えることを特徴とする３次元画像処
   理システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の３次元画像処理システ
   ムにおいて、 前記キャプチャ指示手段において、前記誤差をキャプチ
   ャ手段で記憶しているテクスチャ画像における視線方向
   と、現在の視線方向との視差が一定値を越えると、誤差
   が大きくなったとして、テクスチャ画像を得ることを特
   徴とする３次元画像処理システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の３次元画像処理
   システムにおいて、 前記３次元形状処理手段は、前記距離獲得手段からの距
   離により、複数の詳細レベルで３次元形状を生成するこ
   とを特徴とする３次元画像処理システム。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の３次元
   画像処理システムにおいて、 前記距離獲得手段は、前記仮想３次元空間を上から見た
   平面を２次元グリッドで区切ったグリッド単位で、視点
   位置と対象画像位置との距離を判別することを特徴とす
   る３次元画像処理システム。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の３次元
   画像処理システムをコンピュータ・システムに構成させ
   るためのプログラム。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の３次元
   画像処理システムをコンピュータ・システムに構成させ
   るためのプログラムを格納した記録媒体。