JP2006133940A - 詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた時間内で、大量のデータを高速に処理しつつ、ユーザの目を惹きやすいダイナミックな変形箇所ほど高精細な画像を生成し、かつ詳細度レベル切り替え時のホッピング症状を無くす。
【解決手段】変位量算出部、詳細度決定部および細分割部を備え、３次元形状モデルの時刻間における変位量を算出し、変位量に応じて決定した詳細度に従って３次元形状モデルを分割することにより、限られた時間内で、大量のデータを高速に処理しつつ、ユーザの目を惹きやすいダイナミックな変形箇所ほど高精細な画像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は３次元形状モデルのレンダリング技術分野において、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチの頂点座標の時刻間における変位量によって、ポリゴンおよび曲面パッチの詳細度を決定しレンダリングを行う、リアルタイム画像生成装置に関するものである。

近年、３次元グラフィックスの分野において、より一層高度な表現が求められており画像生成時における処理内容は、ますます複雑化する傾向にある。そのため、コンピュータの処理能力が急速に向上してはいるが、限られた時間内でより複雑な処理をより高速に行う技術が求められている。

このような技術の１つにＬｅｖｅｌ Ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ（以下ＬＯＤ）がある。

ＬＯＤとは、描画対象の３次元形状モデルを構成するモデルデータに対し、視点（カメラ）に近いモデルデータほど詳細度を高くし、視点から遠いモデルデータほど詳細度を低くすることにより、画質を一律に落とさずに、全体の描画負荷を軽減することによって高速化を図る手法である（例えば、非特許文献１参照）。

また、この手法を応用して、詳細度の切り替え距離を視点からのＺ方向ではなく視点と車両オブジェクトとの直線距離とすることにより、視野に入る車両オブジェクトの詳細度を可変設定する画像生成装置があった（例えば、特許文献１参照）。

図１１は、前記非特許文献１および特許文献１に記載された従来の画像生成装置の処理手順を示す図である。

図１１において、ステップ１１１で３次元形状モデルをモデリング変換し、ステップ１１２で視点、視線を決定し、ステップ１１３では、視点・視線に対応するビューボリュームを生成し、ステップ１１４ではビューボリュームの境界で３次元形状モデルをクリッピングする。さらにステップ１１５で、各モデルまたはモデルを形成するプリミティブ単位で視点からの距離を算出し、ステップ１１６で予め準備されている距離と詳細度のテーブルを参照してモデルまたはプリミティブの詳細度を決定し、ステップ１１７でモデルまたはプリミティブを詳細度に応じたサイズのポリゴンデータに分割し、レンダリング処理を行っていた。
Ｍａｒｔｉｎ Ｒｅｄｄｙ著 「Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌｌｙ Ｍｏｄｅｕｌａｔｅｄ Ｌｅｖｅｌ ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ ｆｏｒ ＶｉｒｔｕａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」１９９７ 特開２０００−２０７５７９号公報（第６頁、図２）

しかしながら、前記従来の構成では、３次元モデル形状が時々刻々と変化する変形アニメーションや物理シミュレーション画像を生成する際に、すべての３次元形状モデルを構成する全オブジェクトまたはプリミティブが、視点からの距離によって詳細度を決定されるため、ユーザの目を惹きやすいダイナミックに変形する箇所であっても、距離によって粗く表示されてしまうという課題を有していた。

図１２は従来の画像生成装置による旗のシミュレーション結果のイメージ図である。

図１２において、１２１、１２２、１２３は、旗のモデルの一部分、１２１ａ、１２２ａおよび１２３ａは、１２１、１２２および１２３の拡大イメージである。

１２２、１２３は視点からの距離がほぼ等しく、１２１は１２２、１２３よりも視点からの距離が大きい。

図１２に示す様に、旗を変形させる要素として風が前方から後方（Ｚ方向）に吹く物理シミュレーションでは、時刻の変化に応じて動的に、うねり（変形）が大きい部分１２１、１２２や、うねり（変形）が比較的小さく平坦な部分１２３が発生する。

このように前記従来の構成では、視点からの距離がほぼ等しい１２２ａ、１２３ａの部分は、うねり（変形）の大小にかかわらず同程度の高い詳細度で分割されてしまう。また、うねり（変形）が１２２ａと同様に大きい１２１ａの部分は視点からの距離が大きいため、詳細度は低くなり分割数は少なくなる。

従って、１２１と１２２は同様に大きな変形を行っているにもかかわらず、１２１は粗く、１２２は細かく表示されるため、同様に複雑な動きを行う部分を一様に滑らかに表現できないという課題を有していた。

また、すべてのオブジェクトまたはプリミティブが、視点からの距離によって詳細度を決定するため、同じ距離を持つものは同一の詳細度で描画される。そのため、視点および視線を変更するアニメーションを行うと、ある時点で、全オブジェクトまたは全プリミティブに対し詳細度のレベル切り替えが発生するため、ホッピングと呼ばれる画面全体が揺れるショック症状が発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、３次元リアルタイム画像生成システムであり、限られた時間内で、大量の３次元形状モデルデータを高速に処理しつつダイナミックに変形する箇所ほど高精細な画像を生成する詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のリアルタイム画像生成装置は、ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を保存しておく座標メモリと、現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出する座標変換部と、前記座標メモリに保存されている頂点座標情報と前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、ポリゴンまたは曲面パッチの変位量を算出する変位量算出部と、前記変位量算出部が算出した変位量に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する詳細度決定部と、前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する細分割部とを有し、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチを詳細度に従ってレンダリングした画像をリアルタイムに生成する。

本構成によって、ポリゴンおよび曲面パッチの時刻間における変位量を算出し、その変位量に従った詳細度を決定し、決定した詳細度に従って、ポリゴンおよび曲面パッチを分割してレンダリングした画像を生成することができる。

本発明の詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置によれば、３次元モデル形状が時々刻々と変化する変形アニメーションや物理シミュレーション画像を生成する際にも、限られた時間内で大量の３次元形状モデルデータを高速に処理しつつ、ユーザの目を惹きやすいダイナミックな変形箇所ほど高精細な画像を生成することができる。

また、同様に複雑な変形を行う部分を、カメラからの距離にかかわらず、一様に滑らかに表現することができる。

また、視点および視線を変更するアニメーションを行った場合でも、詳細度の一斉レベル切り替えによるホッピングを発生せずに描画できる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の機能ブロック図である。本実施の形態では、３次元形状モデルはポリゴンおよび曲面パッチの双方によって構成されることとする。

図１において、１１は座標メモリで、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチをスクリーン座標に変換した頂点座標データを保存する。１２は座標変換部で、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチにスクリーン座標変換を施しスクリーン座標系における頂点座標データを算出する。１３は変位量算出部で、座標メモリ１１に保存されている頂点座標データと座標変換部１２が算出した頂点座標データとの差分を計算し、ポリゴンおよび曲面パッチの変位量を算出する。１４は詳細度決定部で、所定の詳細度テーブルを参照し、変位量算出部１３で算出した変位量に対応する詳細度を決定する。１５は細分割部で、詳細度決定部１４で得られた詳細度に応じて、ポリゴンおよび曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する。１６はレンダリング部で、細分割部１５で得られた分割後のポリゴンまたは曲面パッチをレンダリングして描画する。１０は本実施の形態における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置のシステムＬＳＩで、座標メモリ１１、座標変換部１２、変位量算出部１３、詳細度決定部１４、細分割部１５およびレンダリング部１６によって構成される。

以下、本実施の形態における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の詳細な動作について図１、図３、図４、図５、図６、図７および図８を用いて説明する。

図３は、３次元形状モデルを構成するポリゴンの例である。

図３において、３１は詳細度０の分割前のポリゴン、３２はポリゴン３１を詳細度１で分割した分割ポリゴン、３３はポリゴン３１を詳細度２で分割した分割ポリゴン、３４はポリゴン３１を詳細度３で分割した分割ポリゴンである。３５は分割前のポリゴンの側面、３６は分割ポリゴンの側面である。ポリゴンの分割方法はたとえば、向かい合う各辺の中点座標Ｐ１、Ｐ２とポリゴンに与えられた曲率φを用いて新しい頂点Ｐ３を算出する。

図４は、３次元形状モデルを構成する曲面パッチの例である。

図４において、４１は詳細度０の分割前の曲面パッチ、４２は曲面パッチ３１を詳細度１で分割した分割曲面パッチ、４３は曲面パッチ３１を詳細度２で分割した分割曲面パッチ、４４は曲面パッチ３１を詳細度３で分割した分割曲面パッチである。４５は曲面パッチを構成する有理ベジェ曲線で、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は有理ベジェ曲線４５を形成する制御点データであり、Ｂ１、Ｂ４は端点である。

曲面パッチの分割方法はたとえば、有理ベジェ曲線４５において、直線Ｂ１Ｂ２、Ｂ２Ｂ３、Ｂ３Ｂ４を１／２：（１−１／２）に内分する点（すなわち中点）を、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とし、更に、直線Ｃ１Ｃ２、Ｃ２Ｃ３の中点を、Ｄ１、Ｄ２とし、更に、直線Ｄ１Ｄ２の中点を求めることによって、新しい頂点Ｂ５を算出することにより、分割有理ベジェ曲線Ｂ１Ｂ５およびＢ５Ｂ４が得られる。

図３、図４に示すように、詳細度が低いほど頂点数は少なく高速に処理できるが形状は粗くなる。詳細度が高いほど形状は滑らかになるが、頂点数は増加する。できるだけ形状の滑らかさを保ちつつ頂点処理能力を有効に活用するために、本実施の形態が行う処理について、従来例と同様、旗の物理シミュレーションを例に説明する。シミュレーションに用いる旗は曲面パッチのメッシュによって構成されている。

図５は、旗の３次元モデルを構成するメッシュの一部分のイメージ図である。

図５において、５０はメッシュの一部分、５１は時刻ｔ１における代表曲面パッチ、５２は時刻ｔ２における代表曲面パッチ、５３は５２の周辺曲面パッチ、５４は分割曲面パッチである。

図６は、スクリーンに表示された旗の一部分である。

図６において、６１は時刻ｔ１における旗の一部分、６２は時刻ｔ２における旗の一部分で、Ｐは旗を構成する曲面パッチの１頂点である。Ｄｕは時刻ｔ１−ｔ２間のスクリーン座標におけるＵ方向（水平方向）の変位量で、Ｄｖは時刻ｔ１−ｔ２間のスクリーン座標におけるＶ方向（垂直方向）の変位量である。

図７は、詳細度のテーブル及び分割数テーブルである。

図７において７１は変位量を用いたテーブルである。

図８は、旗の物理シミュレーション結果のイメージ図である。

図８において８１、８２および８３は、旗のモデルの１部分、８１ａ、８２ａおよび８３ａは８１、８２および８３の拡大イメージである。８０は、旗を変形させる要素として風が前方から後方（Ｚ方向）に吹く物理シミュレーション結果で、時刻の変化に応じて動的に、うねり（変形）が大きい部分８１、８２や、うねり（変形）が比較的小さく平坦な部分８３が発生する。８２、８３は視点からの距離がほぼ等しく、８１は８２、８３よりも視点からの距離が大きい。

まず旗の３次元モデルを構成する曲面パッチのメッシュの中で、水平／垂直方向にほぼ均等間隔に複数の曲面パッチを抽出し、代表曲面パッチ５１とする。

座標メモリ１１には時刻ｔ１における代表曲面パッチ５１の頂点（ｘ１、ｙ１、ｚ１、ｗ１）に、スクリーン座標変換を施したスクリーン座標における頂点Ｐの座標（ｘｕ１、ｙｖ１）を保存しておく。

座標変換部１２で、時刻ｔ２における代表曲面パッチ５２の頂点（ｘ２、ｙ２、ｚ２、ｗ２）に、スクリーン座標変換を施し、スクリーン座標における頂点Ｐの座標（ｘｕ２、ｙｖ２）を算出する。また、算出した頂点座標（ｘｕ２、ｙｖ２）を座標メモリ１１に保存しておく。

次に変位量算出部１３において、座標メモリ１１に保存されている時刻ｔ１における頂点座標（ｘｕ１、ｙｖ１）と時刻ｔ２における頂点座標（ｘｕ２、ｙｖ２）を用いて、頂点Ｐの時刻ｔ１−ｔ２間におけるＵ方向の変位量Ｄｕ、およびＶ方向の変位量Ｄｖを（式１）で算出する。

（式１） Ｄｕ＝Ｘｕ２−Ｘｕ１
Ｄｖ＝Ｙｖ２−Ｙｖ１
さらに、詳細度決定部１４において、詳細度テーブル７１を参照し、代表曲面パッチ５２の変位量ＤｕおよびＤｖに対応するＵ方向の詳細度およびＶ方向の詳細度を決定する。

また、代表曲面パッチ５２に隣接する周辺パッチ５３についても、代表曲面パッチ５２と同様の詳細度を決定する。

次に、細分割部１５において、詳細度テーブル７１を参照し、決定した詳細度に対応する分割数にしたがって、代表曲面パッチ５２および周辺パッチ５３の頂点座標から分割曲面パッチ５４の頂点座標を算出する。

最後に、レンダリング部１６において、細分割後の曲面パッチのレンダリング処理を行い、図８に示すシミュレーション画像が得られる。

図８において、視点からの距離にかかわらず、うねり（変形）が大きい部分８１や８２は、８１ａおよび８２ａが示す様に、同程度の詳細度によって分割されレンダリングされる。また、視線に近いがうねり（変形）が小さい部分８３は、比較的低い詳細度によって分割されレンダリングされる。

かかる構成によれば、ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を保存しておく座標メモリと、現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出する座標変換部と、前記座標メモリに保存されている頂点座標情報と前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、ポリゴンまたは曲面パッチの変位量を算出する変位量算出部と、前記変位量算出部が算出した変位量に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する詳細度決定部と、前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する細分割部とを有し、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチを変位量に応じた詳細度に従ってレンダリングした画像をリアルタイムに生成することにより、３次元モデル形状が時々刻々と変化する変形アニメーションや物理シミュレーション画像を生成する際にも、限られた時間内で大量の３次元形状モデルデータを高速に処理しつつ、ユーザの目を惹きやすいダイナミックな変形箇所ほど高精細な画像を生成することができる。

また、同様に複雑な変形を行う部分を、カメラからの距離にかかわらず、一様に滑らかに表現することができる。

また、視点および視線を変更するアニメーションを行った場合でも、詳細度の一斉レベル切り替えによるホッピングを発生せずに描画できる。

なお、本実施の形態において、変位量算出部で扱う時刻ｔ１およびｔ２の間隔については特に言及しなかったが、１フレーム毎に変位量および詳細度を算出しても良いし、数フレーム間隔に変位量および詳細度を算出しても良い。

また、本実施の形態において、Ｕ方向およびＶ方向の変位量に応じて、Ｕ方向およびＶ方向の詳細度を別々に算出したが、Ｕ方向またはＶ方向の変位量のいずれか一方や、双方の平均を代表変位量として、この代表変位量に応じてＵ方向およびＶ方向の詳細度を同時に算出し、両方向に同じ分割数で分割曲面パッチを生成しても良い。

また、本実施の形態において、変位量はスクリーン座標に変換した頂点座標を用いて算出したが、モデリング座標に変換した頂点座標を用いて変位量を算出し、一般的なＬＯＤの手法と組み合わせて利用しても良い。

（実施の形態２）
図１は、本発明の実施の形態２における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の機能ブロック図である。

図１において、１１は座標メモリで、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチをスクリーン座標に変換した頂点座標データと、変位量を保存する。１３は変位量算出部で、座標メモリ１１に保存されている頂点座標データと座標変換部１２が算出した頂点座標データとの差分を計算し、ポリゴンおよび曲面パッチの変位量を算出し、座標メモリ１１に保存する。１４は詳細度決定部で、座標メモリ１１に保存されている変位量に対する変位量算出部１３で算出した変位量の符号変化に応じて詳細度を決定する。また、座標変換部１２、細分割部１５およびレンダリング部１６は本発明の実施の形態１と同様の処理を行う。

以下、本実施の形態における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の詳細な動作について図１、図７および図９を用いて説明する。

図９は、スクリーンに表示された３次元形状モデルの一部分である。

図９において、９１は時刻ｔ１における３次元形状モデルの一部分、９２は時刻ｔ２における３次元形状モデルの一部分で、Ｐｔ０、Ｐｔ１、Ｐｔ２は曲面パッチを構成する１頂点で、それぞれ時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２におけるスクリーン上の位置を表す。Ｄｕ１は時刻ｔ０−ｔ１間のスクリーン座標におけるＵ方向（水平方向）の変位量で、Ｄｖ１は時刻ｔ０−ｔ１間のスクリーン座標におけるＶ方向（垂直方向）の変位量である。さらに、Ｄｕ２は時刻ｔ１−ｔ２間のスクリーン座標におけるＵ方向（水平方向）の変位量で、Ｄｖ２は時刻ｔ１−ｔ２間のスクリーン座標におけるＶ方向（垂直方向）の変位量である。

まず旗の３次元モデルを構成する曲面パッチのメッシュの中で、水平／垂直方向にほぼ均等間隔に複数の曲面パッチを抽出し、代表曲面パッチ５１とする。

座標メモリ１１には時刻ｔ１における代表曲面パッチ５１の頂点（ｘ１、ｙ１、ｚ１、ｗ１）に、スクリーン座標変換を施したスクリーン座標における頂点Ｐの座標（ｘｕ１、ｙｖ１）と、時刻ｔ０−ｔ１間における代表曲面パッチ５１の変位量（Ｄｕ１、Ｄｖ１）を保存しておく。

座標変換部１２では、時刻ｔ２における代表曲面パッチ５２の頂点（ｘ２、ｙ２、ｚ２、ｗ２）に、スクリーン座標変換を施し、スクリーン座標における頂点Ｐの座標（ｘｕ２、ｙｖ２）を算出する。また、算出した頂点座標（ｘｕ２、ｙｖ２）を座標メモリ１１に保存しておく。

次に変位量算出部１３において、座標メモリ１１に保存されている時刻ｔ１における頂点座標（ｘｕ１、ｙｖ１）と時刻ｔ２における頂点座標（ｘｕ２、ｙｖ２）を用いて、頂点Ｐの時刻ｔ１−ｔ２間における代表曲面パッチ５１の変位量（Ｄｕ２、Ｄｖ２）を（式２）で算出する。

（式２） Ｄｕ２＝Ｘｕ２−Ｘｕ１
Ｄｖ２＝Ｙｖ２−Ｙｖ１
また、算出した変位量（Ｄｕ２、Ｄｖ２）を座標メモリ１１に保存しておく。

さらに、詳細度決定部１４において、詳細度テーブル７１を参照し、代表曲面パッチ５２の変位量（Ｄｕ２、Ｄｖ２）に対応するＵ方向の詳細度およびＶ方向の詳細度を仮決定する。次に、座標メモリ１１に保存しておいた代表曲面パッチ５２の時刻ｔ０−ｔ１間における変位量（Ｄｕ１、Ｄｖ１）と時刻ｔ１−ｔ２間における変位量（Ｄｕ２、Ｄｖ２）の各要素について符号比較を行う。

図９において、Ｄｕ１およびＤｕ２は同一符号であるが、Ｄｖ１およびＤｖ２は符号が反転している。同一符号であるＵ方向については、仮決定の詳細度を採用し、符号が反転しているＶ方向については、仮決定の詳細度よりも１レベル高い詳細度に決定する。さらに、代表曲面パッチ５２に隣接する周辺パッチ５３についても、代表曲面パッチ５２と同様の詳細度を決定する。

かかる構成によればある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報と、ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチの変位量を保存する座標メモリと、現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出する座標変換部と、前記座標メモリに保存されている頂点座標情報と前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、ポリゴンまたは曲面パッチの変位量を算出する変位量算出部と、前記座標メモリに保存されている変位量に対する前記座標変換部が算出した変位量の符号変化に応じてポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する詳細度決定部と、前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する細分割部とを有し、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチを変位量に応じた詳細度に従ってレンダリングした画像をリアルタイムに生成することにより、３次元モデル形状が時々刻々と変化する変形アニメーションや物理シミュレーション画像を生成する際にも、限られた時間内で大量の３次元形状モデルデータを高速に処理しつつ、ユーザの目を惹きやすいダイナミックな変形箇所ほど高精細な画像を生成することができる。

また、同様に複雑な変形を行う部分を、カメラからの距離にかかわらず、一様に滑らかに表現することができる。

また、視点および視線を変更するアニメーションを行った場合でも、詳細度の一斉レベル切り替えによるホッピングを発生せずに描画できる。

さらに、変形の方向が急激に変化する時点でより高精細な画像を生成することができる。

なお、本実施の形態において、変形の方向が急激に変化する時刻ｔ２の詳細度をより高く決定したが、変位量の符号反転の影響で、時刻ｔ２以降に点Ｐｔ２周辺曲面パッチがよりダイナミックな変形を行う可能性が高いため、時刻ｔ２以降の複数フレームにおいて、より高い詳細度を維持してもよい。

（実施の形態３）
図２は、本発明の実施の形態３における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の機能ブロック図である。

図２において、２１は光源計算部で、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチに光源計算処理を施す。２２は詳細度決定部で、各ポリゴンおよび曲面パッチの光源計算結果に応じて詳細度を決定する。細分割部２３およびレンダリング部２４は本発明の実施の形態１の細分割部１５およびレンダリング部１６と同様の処理を行う。

以下、本実施の形態における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の詳細な動作について図２、図７および図１０を用いて説明する。

図７は、詳細度のテーブル及び分割数テーブルである。

図７において７２は輝度値を用いたテーブルである。

図１０は本実施の形態における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置のレンダリング結果のイメージ図である。

図１０において、１０１は３次元形状モデル、１０２は光源と光線の方向、１０３は光源の影響が小さい箇所、１０４は光源の影響が大きい箇所、１０３ａは１０３の拡大イメージ図、１０４ａは１０４の拡大イメージ図である。

まず、光源計算部２１において、３次元形状モデルを構成する各ポリゴンおよび曲面パッチの頂点のうち代表頂点に光源計算処理を施し、光源計算後の頂点色（ｒ、ｇ、ｂ）を用いて輝度値Ｌを（式３）で算出する。

（式３） Ｌ＝ｒ＋ｇ＋ｂ
次に、詳細度決定部２２では、詳細度テーブル７２を参照し、各ポリゴンおよび曲面パッチの輝度値に対応する詳細度を決定する。

次に、細分割部２３において、詳細度テーブル７２を参照し、決定した詳細度に対応する分割数にしたがって、ポリゴンおよび曲面パッチの頂点座標から分割ポリゴンおよび分割曲面パッチの頂点座標を算出する。

最後に、レンダリング部２４において、細分割後の曲面パッチのレンダリング処理を行い、図１０に示すレンダリング結果画像が得られる。

図１０において、視点からの距離にかかわらず、光源の影響が小さい箇所１０３は比較的低い詳細度によって分割されレンダリングされる（１０３ａ参照）。また、光源の影響が大きい箇所１０４は高い詳細度によって分割されレンダリングされる（１０４ａ参照）。

かかる構成によればポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点に光源計算を施して頂点色を算出する光源計算部と、前記光源計算部が算出した頂点色に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する詳細度決定部と、前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する細分割部とを有し、３次元形状モデルを構成するポリゴンおよび曲面パッチを光源計算結果に応じた詳細度に従ってレンダリングした画像をリアルタイムに生成することにより、限られた時間内で大量の３次元形状モデルデータを高速に処理しつつ、ユーザの目を惹きやすい光源の影響が大きい明るい箇所ほど高精細な画像を生成することができる。

また、視点および視線を変更するアニメーションを行った場合でも、詳細度の一斉レベル切り替えによるホッピングを発生せずに描画できる。

なお、本実施の形態において、ポリゴンおよび曲面パッチを形成する頂点のうち、代表頂点における輝度値を算出して詳細度を決定したが、全頂点の光源計算結果の平均値から輝度値を算出してもよい。

また、本実施の形態において、３次元形状モデルを構成する全ポリゴンおよび曲面パッチについて処理を行ったが、実施の形態１と同様に、予め選定した代表ポリゴンおよび代表曲面パッチについてのみ光源計算処理を行い、詳細度を決定し、周辺ポリゴンおよび周辺曲面パッチに同じ詳細度を適用しても良い。

また、輝度値の算出式は別の式を用いても良い。

本発明にかかる詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置は、限られた時間内で、３次元形状モデルの変形量または光源計算結果に応じた詳細度を動的に算出し、詳細度に従ったリアルタイム画像を生成する力を有し、高性能なグラフィックシステムだけではなく、携帯電話等の組み込み機器、ゲーム等のアミューズメント機器、デジタルテレビやＤＶＤレコーダー等のＡＶ機器としても有用である。

また、グラフィカルエージェントを含んだＧＵＩシステム等の用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１および２における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の機能ブロック図 本発明の実施の形態３における詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置の機能ブロック図 ３次元形状モデルを構成するポリゴン例の図 ３次元形状モデルを構成する曲面パッチ例の図 旗の３次元モデルを構成するメッシュの一部分のイメージ図 スクリーンに表示された旗の一部分の図 詳細度のテーブル及び分割数テーブル図 旗の物理シミュレーション結果のイメージ図 スクリーンに表示された３次元形状モデルの一部分の図 レンダリング結果のイメージ図 従来の画像生成装置の処理手順を示す図 従来の画像生成装置による旗のシミュレーション結果のイメージ図

符号の説明

１０ 詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置のシステムＬＳＩ
１１ 座標メモリ
１２ 座標変換部
１３ 変位量算出部
１４ 詳細度決定部
１５ 細分割部
１６ レンダリング部
２０ 詳細度を用いたリアルタイム画像生成装置のシステムＬＳＩ
２１ 光源計算部
２２ 詳細度決定部
２３ 細分割部
２４ レンダリング部
３１ 詳細度０の分割前のポリゴン
３２ 詳細度１で分割した分割ポリゴン
３３ 詳細度２で分割した分割ポリゴン
３４ 詳細度３で分割した分割ポリゴン
３５ 分割前のポリゴンの側面
３６ 分割ポリゴンの側面
４１ 詳細度０の分割前の曲面パッチ
４２ 詳細度１で分割した分割曲面パッチ
４３ 詳細度２で分割した分割曲面パッチ
４４ 詳細度３で分割した分割曲面パッチ
４５ 曲面パッチを構成する有理ベジェ曲線
５０ メッシュの一部分
５１ 時刻ｔ１における代表曲面パッチ
５２ 時刻ｔ２における代表曲面パッチ
５３ ５２の周辺曲面パッチ
５４ 分割曲面パッチ
６１ 時刻ｔ１における旗の一部分
６２ 時刻ｔ２における旗の一部分
７１ 変位量を用いたテーブル
７２ 輝度値を用いたテーブル
８１，８２ うねり（変形）が大きい部分
８３ うねり（変形）が比較的小さい部分
８１ａ，８２ａ ８１、８２の拡大イメージ
９１ 時刻ｔ１における３次元形状モデルの一部分
９２ 時刻ｔ２における３次元形状モデルの一部分
１０１ ３次元形状モデル
１０２ 光源と光線の方向
１０３ 光源の影響が小さい箇所
１０４ 光源の影響が大きい箇所
１０３ａ １０３の拡大イメージ
１０４ａ １０４の拡大イメージ
１２１，１２２ 旗のうねり（変形）が大きい部分
１２３ 旗のうねり（変形）が小さい部分
１２１ａ １２１の拡大イメージ
１２２ａ １２２の拡大イメージ
１２３ａ １２３の拡大イメージ

Claims (10)

1. ３次元形状モデルを構成する複数のポリゴンまたは曲面パッチを、詳細度に応じて分割し、レンダリングした結果をディスプレイ上に表示するリアルタイム画像生成装置であって、
   ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を保存しておく
   座標メモリと、
   現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出する
   座標変換部と、
   前記座標メモリに保存されている頂点座標情報と前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、ポリゴンまたは曲面パッチの変位量を算出する
   変位量算出部と、
   前記変位量算出部が算出した変位量に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する
   詳細度決定部と、
   前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する
   細分割部とを有することを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
2. 請求項１において、
   前記詳細度決定部は、変位量と詳細度の対応づけを行う所定の詳細度テーブルを参照することにより詳細度を決定し、
   前記細分割部は、詳細度と分割数の対応づけを行う所定の分割数テーブルを参照することにより分割数を決定し、決定した分割数に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する
   ことを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
3. 請求項１において、
   前記座標メモリは、ある時刻における代表ポリゴンまたは代表曲面パッチを形成する頂点座標情報を保存し、
   前記座標変換部は、現在の時刻における代表ポリゴンまたは代表曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出し、
   前記変位量算出部は、前記座標メモリに保存されている頂点座標情報と前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、代表ポリゴンまたは代表曲面パッチの変位量を算出し、
   前記詳細度決定部は、前記変位量算出部が算出した変位量に応じて、代表ポリゴンまたは代表曲面パッチの代表詳細度を決定し、代表ポリゴンの周辺ポリゴンまたは代表曲面パッチの周辺曲面パッチの詳細度を前記代表詳細度と同じ値に決定する
   ことを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
4. 請求項１において、
   前記座標メモリは、ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報と、ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチの変位量を保存し、
   座標変換部は、現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出し、
   前記変位量算出部は、前記座標メモリに保存されている頂点座標情報と前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、ポリゴンまたは曲面パッチの変位量を算出し、
   前記詳細度決定部は、前記座標メモリに保存されている変位量に対する前記座標変換部が算出した変位量の符号変化に応じてポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する
   ことを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
5. 前記座標メモリは、ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチの
   スクリーン座標における頂点座標情報を保存し、
   前記座標変換部は、現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチのスクリーン座標における頂点座標情報を算出する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリアルタイム画像生成装置。
6. ３次元形状モデルを構成する複数のポリゴンまたは曲面パッチを、詳細度に応じて分割し、レンダリングした結果をディスプレイ上に表示するリアルタイム画像生成装置であって、
   ポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点に光源計算を施して頂点色を算出する
   光源計算部と、
   前記光源計算部が算出した頂点色に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する
   詳細度決定部と、
   前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する
   細分割部とを有することを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
7. 請求項６において、
   前記詳細度決定部は、頂点色と詳細度の対応づけを行う所定の詳細度テーブルを参照することにより詳細度を決定し、
   前記細分割部は、詳細度と分割数の対応づけを行う所定の分割数テーブルを参照することにより分割数を決定し、決定した分割数に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する
   ことを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
8. 請求項６において、
   前記光源計算部は、代表ポリゴンまたは代表曲面パッチを形成する頂点に光源計算を施して頂点色を算出し、
   前記詳細度決定部は、前記光源計算部が算出した頂点色に応じて、代表ポリゴンまたは代表曲面パッチの代表詳細度を決定し、代表ポリゴンの周辺ポリゴンまたは代表曲面パッチの周辺曲面パッチの詳細度を前記代表詳細度と同じ値に決定する
   ことを特徴とするリアルタイム画像生成装置。
9. ３次元形状モデルを構成する複数のポリゴンまたは曲面パッチを、詳細度に応じて分割し、レンダリングした結果をディスプレイ上に表示するリアルタイム画像生成装置の集積回路であって、
   ある時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を保存しておく
   座標メモリと、
   現在の時刻におけるポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点座標情報を算出する
   座標変換部と、
   前記座標メモリに保存されている頂点座標情報前記座標変換部が算出した頂点座標情報との差分から、ポリゴンまたは曲面パッチの変位量を算出する
   変位量算出部と、
   前記変位量算出部が算出した変位量に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する
   詳細度決定部と、
   前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、
   分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する
   細分割部とを有することを特徴とする集積回路。
10. ３次元形状モデルを構成する複数のポリゴンまたは曲面パッチを、詳細度に応じて分割してレンダリングした結果をディスプレイ上に表示するリアルタイム画像生成装置の集積回路であって、
    ポリゴンまたは曲面パッチを形成する頂点に光源計算を施して頂点色を算出する
    光源計算部と、
    前記光源計算部が算出した頂点色に応じて、ポリゴンまたは曲面パッチの詳細度を決定する
    詳細度決定部と、
    前記詳細度決定部が決定した詳細度に従ってポリゴンまたは曲面パッチを分割し、分割ポリゴンまたは分割曲面パッチを生成する
    細分割部とを有することを特徴とする集積回路。

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