JP3514945B2 - 画像作成方法および画像作成装置 - Google Patents
画像作成方法および画像作成装置Info
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- JP3514945B2 JP3514945B2 JP13562297A JP13562297A JP3514945B2 JP 3514945 B2 JP3514945 B2 JP 3514945B2 JP 13562297 A JP13562297 A JP 13562297A JP 13562297 A JP13562297 A JP 13562297A JP 3514945 B2 JP3514945 B2 JP 3514945B2
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- reflection model
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/50—Lighting effects
- G06T15/80—Shading
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
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- Computer Graphics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Generation (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、グラフィックスコ
ンピュータ，ゲーム機，ビデオ機器などにおいて表示さ
れる画像を生成する技術に関し、特に、表示画像に陰影
を付加して立体感を与える技術に関する。
ンピュータ，ゲーム機，ビデオ機器などにおいて表示さ
れる画像を生成する技術に関し、特に、表示画像に陰影
を付加して立体感を与える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】グラフィックスコンピュータ，ゲーム
機，ビデオ機器などにおいて表示される画像を生成する
方法として、３次元空間で定義された物体に原画像を変
形して貼り付けて画像を作成するテクスチャマッピング
と呼ばれる方法が知られている。
機，ビデオ機器などにおいて表示される画像を生成する
方法として、３次元空間で定義された物体に原画像を変
形して貼り付けて画像を作成するテクスチャマッピング
と呼ばれる方法が知られている。
【０００３】図３は、このテクスチャマッピングの様子
を示している。すなわち、長方形状の原画像（テクスチ
ャ）１０１を、立体として定義された球面の領域に貼り
付けることにより、球面１０２の画像が生成される。
を示している。すなわち、長方形状の原画像（テクスチ
ャ）１０１を、立体として定義された球面の領域に貼り
付けることにより、球面１０２の画像が生成される。
【０００４】しかし、このようにして生成された物体の
画像は、３次元空間で定義されているものの、２次元的
に表示される単調な図形に過ぎないため立体感に乏し
い。そこで、表示される物体の形状や空間内での位置を
認識しやすくするために、仮想的な光源を用いて物体に
光をあてて陰影をつくり、立体感を与えることが行われ
る。
画像は、３次元空間で定義されているものの、２次元的
に表示される単調な図形に過ぎないため立体感に乏し
い。そこで、表示される物体の形状や空間内での位置を
認識しやすくするために、仮想的な光源を用いて物体に
光をあてて陰影をつくり、立体感を与えることが行われ
る。
【０００５】このような陰影をつくる方法として、想定
する光源の種類や物体表面での反射の様子が異なる種々
のモデルが用いられるが、以下に説明する完全散乱反射
モデルと鏡面反射モデルの２つが代表的である。
する光源の種類や物体表面での反射の様子が異なる種々
のモデルが用いられるが、以下に説明する完全散乱反射
モデルと鏡面反射モデルの２つが代表的である。
【０００６】図４は、完全散乱反射モデルにより球面１
０２に陰影をつくる様子を示している。
０２に陰影をつくる様子を示している。
【０００７】完全散乱反射モデルでは、仮想的な光源
は、平行光源Ｌであり、方向と色だけを持つとする。ま
た、物体の表面は、ザラザラであり、光源の位置に依存
する特定の反射方向を持たず、色だけを持つとする。
は、平行光源Ｌであり、方向と色だけを持つとする。ま
た、物体の表面は、ザラザラであり、光源の位置に依存
する特定の反射方向を持たず、色だけを持つとする。
【０００８】ここで、上記の平行光源Ｌの色を（Ｌr，
Ｌg，Ｌb）とし、その方向を（Ｌx，Ｌy，Ｌz）とす
る。一方、物体表面上の点Ｐの色（テクスチャ情報）を
（Ｒt，Ｇt，Ｂt）とし、点Ｐにおける法線Ｎを（Ｎx，
Ｎy，Ｎz）とすると、その物体表面上の点Ｐからの反射
光の色は（１）式で与えられる。なお、ここでは、固定
小数点を用いて計算するためのシフトやクランプを省略
している。
Ｌg，Ｌb）とし、その方向を（Ｌx，Ｌy，Ｌz）とす
る。一方、物体表面上の点Ｐの色（テクスチャ情報）を
（Ｒt，Ｇt，Ｂt）とし、点Ｐにおける法線Ｎを（Ｎx，
Ｎy，Ｎz）とすると、その物体表面上の点Ｐからの反射
光の色は（１）式で与えられる。なお、ここでは、固定
小数点を用いて計算するためのシフトやクランプを省略
している。
【０００９】
Ｒ ＝ Ｒt * Ｌr *（Ｌx * Ｎx ＋Ｌy * Ｎy ＋Ｌz * Ｎz ）
Ｇ ＝ Ｇt * Ｌg *（Ｌx * Ｎx ＋Ｌy * Ｎy ＋Ｌz * Ｎz ） （１）
Ｂ ＝ Ｂt * Ｌb *（Ｌx * Ｎx ＋Ｌy * Ｎy ＋Ｌz * Ｎz ）
すなわち、完全散乱反射モデルでは、物体表面上の点か
らの反射光は、観察者の位置には関係なく、光源の方
向、色と物体上の点の法線と色により決まる。
らの反射光は、観察者の位置には関係なく、光源の方
向、色と物体上の点の法線と色により決まる。
【００１０】次に、鏡面反射モデルについて説明する。
【００１１】図５は、鏡面反射モデルにより球面１０２
に陰影をつくる様子を示している。
に陰影をつくる様子を示している。
【００１２】鏡面反射モデルでは、仮想的な光源が、点
光源Ｈであり、光源の位置と色を持つとする。この点光
源Ｈからは、光が全方向に同じように発散している。ま
た、物体の表面は、鏡のようにツルツルであり、反射光
は物体上の点Ｐにおける法線Ｎに対して対称な方向に出
射する。
光源Ｈであり、光源の位置と色を持つとする。この点光
源Ｈからは、光が全方向に同じように発散している。ま
た、物体の表面は、鏡のようにツルツルであり、反射光
は物体上の点Ｐにおける法線Ｎに対して対称な方向に出
射する。
【００１３】観察者の視点Ｓと物体上の点Ｐを結ぶ直線
ＰＳが反射光ＰＲとなす角度をθとすると、その物体上
の点のからの反射光の色は（２）式で与えられる。な
お、ｎは、物体の材質などにより変わる値である。ｎの
値が大きいほど物体の表面がツルツルであることに相当
し、光を反射する物体上の領域が大きくなる。
ＰＳが反射光ＰＲとなす角度をθとすると、その物体上
の点のからの反射光の色は（２）式で与えられる。な
お、ｎは、物体の材質などにより変わる値である。ｎの
値が大きいほど物体の表面がツルツルであることに相当
し、光を反射する物体上の領域が大きくなる。
【００１４】
Ｒ ＝ Ｈr *（cosθ）n
Ｇ ＝ Ｈg *（cosθ）n （２）
Ｂ ＝ Ｈb *（cosθ）n
すなわち、鏡面反射モデルでは、物体の表面における反
射の状態が、観察者の位置に依存して変化する。また、
この反射の状態は、物体上の点の色（テクスチャ情報）
には無関係である。
射の状態が、観察者の位置に依存して変化する。また、
この反射の状態は、物体上の点の色（テクスチャ情報）
には無関係である。
【００１５】次に、上述した完全散乱反射モデルと鏡面
反射モデルの組み合わせについて説明する。
反射モデルの組み合わせについて説明する。
【００１６】図６は、上記の２種類の反射モデルを組み
合わせて、平行光源Ｌと点光源Ｈからの光による陰影を
球面１０２につくる様子を示している。
合わせて、平行光源Ｌと点光源Ｈからの光による陰影を
球面１０２につくる様子を示している。
【００１７】このように、２種類の反射モデルを組み合
わせて物体に陰影をつくると、１種類の反射モデルを用
いて陰影をつくる場合よりも現実の物体の陰影に近くな
り、立体感をよく表現できるようになる。この計算は
（３）式で表される。
わせて物体に陰影をつくると、１種類の反射モデルを用
いて陰影をつくる場合よりも現実の物体の陰影に近くな
り、立体感をよく表現できるようになる。この計算は
（３）式で表される。
【００１８】
Ｒ ＝ Ｒt *Ｌr *（Ｌx *Ｎx ＋Ｌy *Ｎy ＋Ｌz *Ｎz ）＋Ｈr *（cosθ）n
Ｇ ＝ Ｇt *Ｌg *（Ｌx *Ｎx ＋Ｌy *Ｎy ＋Ｌz *Ｎz ）＋Ｈg *（cosθ）n
Ｂ ＝ Ｂt *Ｌb *（Ｌx *Ｎx ＋Ｌy *Ｎy ＋Ｌz *Ｎz ）＋Ｈb *（cosθ）n
（３）
（３）式の各式の第１項目は完全散乱反射モデルによる
反射を表しており、第２項目は鏡面反射モデルによる反
射を表している。
反射を表しており、第２項目は鏡面反射モデルによる反
射を表している。
【００１９】ところが、（３）式を用いて物体上の全て
の点について反射光の計算を行なおうとすると、その計
算量は莫大になる。このため、上記の計算を高速に実行
することは事実上不可能である。そこで、このような計
算を行う場合には、物体の表面を小さな多角形の領域に
分割し、その頂点でのみ上述の計算を行なうことによ
り、計算量を削減することが行われる。
の点について反射光の計算を行なおうとすると、その計
算量は莫大になる。このため、上記の計算を高速に実行
することは事実上不可能である。そこで、このような計
算を行う場合には、物体の表面を小さな多角形の領域に
分割し、その頂点でのみ上述の計算を行なうことによ
り、計算量を削減することが行われる。
【００２０】図７は、上述の計算を行なうために、球の
表面が小さな三角形の領域に分割される様子を示してい
る。
表面が小さな三角形の領域に分割される様子を示してい
る。
【００２１】このように分割された物体表面の三角形上
では、その三角形の内部に含まれる全ての画素の色が、
３つの頂点で計算された色を用いた線形内挿により計算
される。このような方法は、「グーローシェーディン
グ」と呼ばれる。
では、その三角形の内部に含まれる全ての画素の色が、
３つの頂点で計算された色を用いた線形内挿により計算
される。このような方法は、「グーローシェーディン
グ」と呼ばれる。
【００２２】図８は、グーローシェーディングにより、
物体表面の三角形に含まれる全ての画素の色が計算され
る様子を示している。すなわち、表面上の点の色（テク
スチャ情報）が与えられた三角形３ａと、その色変化情
報が与えられた三角形３ｂとを用いて線形内挿計算を行
うことにより、全ての画素の色が計算された三角形３ｃ
が得られる。
物体表面の三角形に含まれる全ての画素の色が計算され
る様子を示している。すなわち、表面上の点の色（テク
スチャ情報）が与えられた三角形３ａと、その色変化情
報が与えられた三角形３ｂとを用いて線形内挿計算を行
うことにより、全ての画素の色が計算された三角形３ｃ
が得られる。
【００２３】このような内挿計算はグラフィックプロセ
ッサ（ＧＰＵ）により行われるのが通常であり、その計
算結果は画像メモリに書き込まれる。
ッサ（ＧＰＵ）により行われるのが通常であり、その計
算結果は画像メモリに書き込まれる。
【００２４】グラフィックプロセッサは、三角形を構成
する３つの頂点，３頂点の色情報，テクスチャ情報を用
いて、色情報の線形内挿，テクスチャの内挿，およびそ
れらの乗算を行なうハードウェアである。
する３つの頂点，３頂点の色情報，テクスチャ情報を用
いて、色情報の線形内挿，テクスチャの内挿，およびそ
れらの乗算を行なうハードウェアである。
【００２５】また、上記の色情報，テクスチャ情報は、
いずれも（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ａ）の４つの成分から構成され
るのが通常である。ここで、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、それぞ
れ赤，緑，青を表す色情報である。また、（Ａ）は、半
透明描画を行うために用いられる情報であり、通常「ア
ルファチャネル」と呼ばれる。従って、グラフィックプ
ロセッサは、上記の（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ａ）からなる４つの
成分を処理するために、色情報内挿回路およびテクスチ
ャマッピング回路を各々４回路ずつ備えているのが通常
である。
いずれも（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ａ）の４つの成分から構成され
るのが通常である。ここで、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、それぞ
れ赤，緑，青を表す色情報である。また、（Ａ）は、半
透明描画を行うために用いられる情報であり、通常「ア
ルファチャネル」と呼ばれる。従って、グラフィックプ
ロセッサは、上記の（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ａ）からなる４つの
成分を処理するために、色情報内挿回路およびテクスチ
ャマッピング回路を各々４回路ずつ備えているのが通常
である。
【００２６】図９は、従来のグラフィックプロセッサの
構成を示している。
構成を示している。
【００２７】テクスチャマッピング回路１１は、入力さ
れたテクスチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）と三角形の
３頂点座標を用いて、テクスチャマッピングを行う。ま
た、色情報内挿回路１２は、三角形の３頂点色情報と上
記の３頂点座標を用いて、色情報の内挿計算を行う。
れたテクスチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）と三角形の
３頂点座標を用いて、テクスチャマッピングを行う。ま
た、色情報内挿回路１２は、三角形の３頂点色情報と上
記の３頂点座標を用いて、色情報の内挿計算を行う。
【００２８】そして、テクスチャマッピング回路１１か
らの出力と色情報内挿回路１２からの出力は、変調回路
１３に入力されて乗算部１３ａで乗算される。この乗算
結果が出力画像（Ｒo，Ｇo，Ｂo，Ａo）となる。
らの出力と色情報内挿回路１２からの出力は、変調回路
１３に入力されて乗算部１３ａで乗算される。この乗算
結果が出力画像（Ｒo，Ｇo，Ｂo，Ａo）となる。
【００２９】なお、変調回路１３では、乗算による変調
の代わりに、加算による変調が行われる場合もある。
の代わりに、加算による変調が行われる場合もある。
【００３０】図８に示したグーローシェーディングは、
このような従来のグラフィックプロセッサが有する機能
の一例である。従来のグラフィックプロセッサは、テク
スチャ情報に線形内挿後の色変化情報を乗算することに
より、グーローシェーディングを行う。
このような従来のグラフィックプロセッサが有する機能
の一例である。従来のグラフィックプロセッサは、テク
スチャ情報に線形内挿後の色変化情報を乗算することに
より、グーローシェーディングを行う。
【００３１】しかし、例えば、前述した完全散乱反射モ
デルと鏡面反射モデルにより与えられる２種類の色変化
情報を用いてテクスチャを変調するためには、グラフィ
ックプロセッサが、２つのグーローシェーディング回路
を備える必要がある。
デルと鏡面反射モデルにより与えられる２種類の色変化
情報を用いてテクスチャを変調するためには、グラフィ
ックプロセッサが、２つのグーローシェーディング回路
を備える必要がある。
【００３２】図１０は、２種類の色変化情報を用いてテ
クスチャが変調される様子を示している。
クスチャが変調される様子を示している。
【００３３】すなわち、テクスチャマッピング回路から
のテクスチャ情報４ａを、第１の色内挿回路２２ａから
の第１の色変化情報４ｂを用いて変調することにより、
変調されたテクスチャ４ｃを得る。そして、この変調さ
れたテクスチャ４ｃを、第２の色内挿回路２２ｂからの
第２の色変化情報４ｄを用いてさらに変調して、変調さ
れたテクスチャ４ｅを得る。ここでは、前述の完全散乱
反射を用いる計算と鏡面反射モデルを用いる計算を行う
ために、第１の色変化情報を用いる変調を乗算により行
い、第２の色変化情報を用いる変調を加算により行う。
のテクスチャ情報４ａを、第１の色内挿回路２２ａから
の第１の色変化情報４ｂを用いて変調することにより、
変調されたテクスチャ４ｃを得る。そして、この変調さ
れたテクスチャ４ｃを、第２の色内挿回路２２ｂからの
第２の色変化情報４ｄを用いてさらに変調して、変調さ
れたテクスチャ４ｅを得る。ここでは、前述の完全散乱
反射を用いる計算と鏡面反射モデルを用いる計算を行う
ために、第１の色変化情報を用いる変調を乗算により行
い、第２の色変化情報を用いる変調を加算により行う。
【００３４】このように、２種類の色変化情報を用いて
テクスチャの変調を行う場合には、色変化情報を内挿す
る回路を２重にする必要がある。また、グラフィックプ
ロセッサに入力される色変化情報は、完全散乱反射モデ
ルによるものと、鏡面反射モデルによるものの２種類が
必要になりるため、バスバンド幅が余分に必要となる。
テクスチャの変調を行う場合には、色変化情報を内挿す
る回路を２重にする必要がある。また、グラフィックプ
ロセッサに入力される色変化情報は、完全散乱反射モデ
ルによるものと、鏡面反射モデルによるものの２種類が
必要になりるため、バスバンド幅が余分に必要となる。
【００３５】図１１は、２種類の色変化情報を用いてテ
クスチャの変調を行うようにされたグラフィックプロセ
ッサの構成を示している。
クスチャの変調を行うようにされたグラフィックプロセ
ッサの構成を示している。
【００３６】このグラフィックプロセッサは、図９に示
した従来のグラフィックプロセッサと同様の構成を有し
ているが、色情報内挿回路を２つ備えている点が異なっ
ている。
した従来のグラフィックプロセッサと同様の構成を有し
ているが、色情報内挿回路を２つ備えている点が異なっ
ている。
【００３７】テクスチャマッピング回路２１は、入力さ
れたテクスチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）と三角形の
３頂点座標を用いて、テクスチャマッピングを行う。ま
た、第１の色情報内挿回路２２は、完全散乱反射モデル
による三角形の３頂点色情報である第１の３頂点色情報
（Ｒg，Ｇg，Ｂg，Ａg）と上記の３頂点座標を用いて、
色情報の内挿計算を行う。そして、テクスチャマッピン
グ回路２１からの出力と第１の色情報内挿回路２２から
の出力は、変調回路２３の乗算部２３ａで乗算される。
れたテクスチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）と三角形の
３頂点座標を用いて、テクスチャマッピングを行う。ま
た、第１の色情報内挿回路２２は、完全散乱反射モデル
による三角形の３頂点色情報である第１の３頂点色情報
（Ｒg，Ｇg，Ｂg，Ａg）と上記の３頂点座標を用いて、
色情報の内挿計算を行う。そして、テクスチャマッピン
グ回路２１からの出力と第１の色情報内挿回路２２から
の出力は、変調回路２３の乗算部２３ａで乗算される。
【００３８】また、このグラフィックプロセッサは、鏡
面反射モデルによる三角形の３頂点色情報である第２の
３頂点色情報（Ｒh，Ｇh，Ｂh，Ａh）と上記の３頂点座
標を用いて色情報の内挿計算を行う第２の色情報内挿回
路を備えている。そして、この第２の色情報内挿回路か
らの出力が、変調回路２３の加算部２３ｂで乗算部２３
ａからの乗算出力に加算されて出力画像（Ｒo，Ｇo，Ｂ
o，Ａo）とされる。
面反射モデルによる三角形の３頂点色情報である第２の
３頂点色情報（Ｒh，Ｇh，Ｂh，Ａh）と上記の３頂点座
標を用いて色情報の内挿計算を行う第２の色情報内挿回
路を備えている。そして、この第２の色情報内挿回路か
らの出力が、変調回路２３の加算部２３ｂで乗算部２３
ａからの乗算出力に加算されて出力画像（Ｒo，Ｇo，Ｂ
o，Ａo）とされる。
【００３９】このように構成されたグラフィックプロセ
ッサによれば、２種類の色変化情報を内挿するために内
挿回路を２重に構成したり、バスバンド幅を２倍にする
ことにより、従来と同じ速度で処理を行うようにするこ
とができる。
ッサによれば、２種類の色変化情報を内挿するために内
挿回路を２重に構成したり、バスバンド幅を２倍にする
ことにより、従来と同じ速度で処理を行うようにするこ
とができる。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】２種類の色変化情報を
用いてテクスチャの変調を行うと、現実の物体の陰影に
近い立体感を表現できるようになるものの、グラフィッ
クプロセッサなどのハードウェアの規模が大きくなった
り、処理時間が増加するという問題がある。
用いてテクスチャの変調を行うと、現実の物体の陰影に
近い立体感を表現できるようになるものの、グラフィッ
クプロセッサなどのハードウェアの規模が大きくなった
り、処理時間が増加するという問題がある。
【００４１】本発明は、このような問題を解決するため
に行われたものであり、ハードウェアの規模を大きくし
たり処理速度を低下させることなく、２種類の色変化情
報を用いて行う、従来例とほぼ同等の効果を持つ処理を
実行できる画像生成方法および画像生成装置を提供する
ことを目的とする。
に行われたものであり、ハードウェアの規模を大きくし
たり処理速度を低下させることなく、２種類の色変化情
報を用いて行う、従来例とほぼ同等の効果を持つ処理を
実行できる画像生成方法および画像生成装置を提供する
ことを目的とする。
【００４２】
【課題を解決するための手段】（１）上記の課題に対応
した本発明の方法は、画像作成装置において、画像を構
成する単位となる多角形領域に貼り付ける画像データを
作成するための方法であって、テクスチャデータを、第
１反射モデルを用いて計算した３つの色成分に基づいて
変調して、変調されたテクスチャデータを生成する処理
と、前記変調されたテクスチャデータを、前記第１反射
モデルとは異なる第２反射モデルを用いて計算した１つ
の輝度成分に基づいて変調する処理とを実行することを
特徴とする。この方法において、以下のような構成を採
用することが可能である。 （２）テクスチャデータを３つの色成分に基づいて変調
する処理は、テクスチャデータに色成分を構成するデー
タを乗算する処理を含む。 （３）変調されたテクスチャデータを１つの輝度成分に
基づいて変調する処理は、変調されたテクスチャデータ
に１つの輝度成分を構成するデータを加算する処理を含
む。 （４）第１反射モデルは完全散乱反射モデルであり、第
２反射モデルは鏡面反射モデルである。 （５）テクスチャデータのアルファチャンネルデータを
１つの輝度成分に基づいて変調する処理をさらに実行す
る。 （６）アルファチャンネルデータを１つの輝度成分に基
づいて変調する処理は、１つの輝度成分を構成するデー
タをアルファチャンネルデータに加算する処理を含む。 （７）１つの輝度成分は鏡面反射モデルを用いて計算し
た単一のパラメータからなるようにする。
した本発明の方法は、画像作成装置において、画像を構
成する単位となる多角形領域に貼り付ける画像データを
作成するための方法であって、テクスチャデータを、第
１反射モデルを用いて計算した３つの色成分に基づいて
変調して、変調されたテクスチャデータを生成する処理
と、前記変調されたテクスチャデータを、前記第１反射
モデルとは異なる第２反射モデルを用いて計算した１つ
の輝度成分に基づいて変調する処理とを実行することを
特徴とする。この方法において、以下のような構成を採
用することが可能である。 （２）テクスチャデータを３つの色成分に基づいて変調
する処理は、テクスチャデータに色成分を構成するデー
タを乗算する処理を含む。 （３）変調されたテクスチャデータを１つの輝度成分に
基づいて変調する処理は、変調されたテクスチャデータ
に１つの輝度成分を構成するデータを加算する処理を含
む。 （４）第１反射モデルは完全散乱反射モデルであり、第
２反射モデルは鏡面反射モデルである。 （５）テクスチャデータのアルファチャンネルデータを
１つの輝度成分に基づいて変調する処理をさらに実行す
る。 （６）アルファチャンネルデータを１つの輝度成分に基
づいて変調する処理は、１つの輝度成分を構成するデー
タをアルファチャンネルデータに加算する処理を含む。 （７）１つの輝度成分は鏡面反射モデルを用いて計算し
た単一のパラメータからなるようにする。
【００４３】（８）上記の課題に対応した本発明の装置
は、画像を構成する単位となる多角形領域に貼り付ける
画像データを作成する画像作成装置であって、テクスチ
ャデータを、第１反射モデルを用いて計算した３つの色
成分に基づいて変調して、変調されたテクスチャデータ
を生成する第１変調手段と、前記変調されたテクスチャ
データを、前記第１反射モデルとは異なる第２反射モデ
ルを用いて計算した１つの輝度成分に基づいて変調する
第２変調手段とを有することを特徴とする。この装置に
おいて、以下のような構成を採用することが可能であ
る。 （９）第１変調手段は、テクスチャデータに３つの色成
分を構成するデータを乗じるための乗算部を含む。 （１０）第２変調手段は、変調されたテクスチャデータ
に１つの輝度成分を構成するデータを加算するための加
算部を含む。 （１１）第１反射モデルは完全散乱反射モデルとし、第
２反射モデルは鏡面反射モデルとする。 （１２）テクスチャデータのアルファチャンネルデータ
を１つの輝度成分に基づいて変調する第３変調手段をさ
らに含める。 （１３）第３変調手段は、１つの輝度成分を構成するデ
ータをアルファチャンネルデータに加算する加算部を含
むようにする。 （１４）１つの輝度成分は鏡面反射モデルを用いて計算
した単一のパラメータからなるようにする。 （１５）上記の課題に対応した本発明の他の装置は、画
像を構成する単位となる多角形領域に貼り付ける画像デ
ータを作成する装置であって、テクスチャデータを提供
するテクスチャマッピング回路と、完全散乱反射モデル
に基づく３つの色成分からなる一組の色情報と、鏡面反
射モデルに基づく１つの輝度成分とを出力する内挿回路
と、前記３つの色成分に基づき前記テクスチャデータを
変調し、変調されたテクスチャデータを出力する第１変
調回路と、前記１つの輝度成分に基づき、前記変調され
たテクスチャデータを変調し、画像データを出力する第
２変調回路とを有することを特徴とする。
は、画像を構成する単位となる多角形領域に貼り付ける
画像データを作成する画像作成装置であって、テクスチ
ャデータを、第１反射モデルを用いて計算した３つの色
成分に基づいて変調して、変調されたテクスチャデータ
を生成する第１変調手段と、前記変調されたテクスチャ
データを、前記第１反射モデルとは異なる第２反射モデ
ルを用いて計算した１つの輝度成分に基づいて変調する
第２変調手段とを有することを特徴とする。この装置に
おいて、以下のような構成を採用することが可能であ
る。 （９）第１変調手段は、テクスチャデータに３つの色成
分を構成するデータを乗じるための乗算部を含む。 （１０）第２変調手段は、変調されたテクスチャデータ
に１つの輝度成分を構成するデータを加算するための加
算部を含む。 （１１）第１反射モデルは完全散乱反射モデルとし、第
２反射モデルは鏡面反射モデルとする。 （１２）テクスチャデータのアルファチャンネルデータ
を１つの輝度成分に基づいて変調する第３変調手段をさ
らに含める。 （１３）第３変調手段は、１つの輝度成分を構成するデ
ータをアルファチャンネルデータに加算する加算部を含
むようにする。 （１４）１つの輝度成分は鏡面反射モデルを用いて計算
した単一のパラメータからなるようにする。 （１５）上記の課題に対応した本発明の他の装置は、画
像を構成する単位となる多角形領域に貼り付ける画像デ
ータを作成する装置であって、テクスチャデータを提供
するテクスチャマッピング回路と、完全散乱反射モデル
に基づく３つの色成分からなる一組の色情報と、鏡面反
射モデルに基づく１つの輝度成分とを出力する内挿回路
と、前記３つの色成分に基づき前記テクスチャデータを
変調し、変調されたテクスチャデータを出力する第１変
調回路と、前記１つの輝度成分に基づき、前記変調され
たテクスチャデータを変調し、画像データを出力する第
２変調回路とを有することを特徴とする。
【００４４】
【００４５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施の
形態について説明する。
形態について説明する。
【００４６】本発明の画像生成方法において、完全散乱
反射モデルと鏡面反射モデルを組み合わせて物体に陰影
をつくる場合の計算は（４）式で表される。
反射モデルと鏡面反射モデルを組み合わせて物体に陰影
をつくる場合の計算は（４）式で表される。
【００４７】
Ｒ ＝ Ｒt *Ｌr *（Ｌx *Ｎx ＋Ｌy *Ｎy ＋Ｌz *Ｎz ）＋Ｈ *（cosθ）n
Ｇ ＝ Ｇt *Ｌg *（Ｌx *Ｎx ＋Ｌy *Ｎy ＋Ｌz *Ｎz ）＋Ｈ *（cosθ）n
Ｂ ＝ Ｂt *Ｌb *（Ｌx *Ｎx ＋Ｌy *Ｎy ＋Ｌz *Ｎz ）＋Ｈ *（cosθ）n
（４）
この（４）式は、前述した（３）式の各式の第２項目に
より与えられる、鏡面反射モデルによる反射光が白色光
であるとしたものに相当する。これは、鏡面反射モデル
による反射光が、局所的な強い反射を表すため、その画
素値が飽和していわゆる「白つぶれ」することが多く、
白色光であると仮定しても実際には問題がないことに基
づいている。（４）式中のＨの値は、例えば、（Ｈr，
Ｈg，Ｈb）のうちの最大値とする等の処理により得られ
る。
より与えられる、鏡面反射モデルによる反射光が白色光
であるとしたものに相当する。これは、鏡面反射モデル
による反射光が、局所的な強い反射を表すため、その画
素値が飽和していわゆる「白つぶれ」することが多く、
白色光であると仮定しても実際には問題がないことに基
づいている。（４）式中のＨの値は、例えば、（Ｈr，
Ｈg，Ｈb）のうちの最大値とする等の処理により得られ
る。
【００４８】本発明の画像生成方法は、このことを利用
して物体に陰影を作るための情報量を削減するものであ
り、これに対応してハードウェアも簡略化することがで
きる。
して物体に陰影を作るための情報量を削減するものであ
り、これに対応してハードウェアも簡略化することがで
きる。
【００４９】図１は、本発明の画像生成装置の実施の形
態としてのグラフィックプロセッサの一構成例を示して
いる。
態としてのグラフィックプロセッサの一構成例を示して
いる。
【００５０】このグラフィックプロセッサは、（４）式
を用いて物体に陰影を与える計算を行うようにされたも
のであり、例えば、３次元画像を比較的高精度かつ高速
度に表示することが要求される家庭用ゲーム機に使用す
るのに好適なものである。
を用いて物体に陰影を与える計算を行うようにされたも
のであり、例えば、３次元画像を比較的高精度かつ高速
度に表示することが要求される家庭用ゲーム機に使用す
るのに好適なものである。
【００５１】テクスチャマッピング回路３１は、入力さ
れたテクスチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）と三角形の
３頂点座標を用いて、テクスチャマッピングを行うため
のテクスチャマッピング手段である。なお、上記のテク
スチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）は、このグラフィッ
クプロセッサが使用されるシステムのビデオメモリ（Ｖ
ＲＡＭ）から供給される。また、三角形の３頂点座標
は、このグラフィックプロセッサが使用されるシステム
のＣＰＵから供給される。
れたテクスチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）と三角形の
３頂点座標を用いて、テクスチャマッピングを行うため
のテクスチャマッピング手段である。なお、上記のテク
スチャ情報（Ｒt，Ｇt，Ｂt，Ａt）は、このグラフィッ
クプロセッサが使用されるシステムのビデオメモリ（Ｖ
ＲＡＭ）から供給される。また、三角形の３頂点座標
は、このグラフィックプロセッサが使用されるシステム
のＣＰＵから供給される。
【００５２】内挿回路（ＤＤＡ）３２は、完全散乱反射
モデルによる三角形の３頂点色情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg ）
と、鏡面反射モデルによる三角形の３頂点の輝度情報
（Ａg）と、上記の３頂点座標とを用いて、色情報およ
び輝度情報の内挿計算を行うための内挿手段である。こ
の３頂点色情報および輝度情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg，Ａg）
も、このグラフィックプロセッサが使用されるシステム
のＣＰＵから供給される。
モデルによる三角形の３頂点色情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg ）
と、鏡面反射モデルによる三角形の３頂点の輝度情報
（Ａg）と、上記の３頂点座標とを用いて、色情報およ
び輝度情報の内挿計算を行うための内挿手段である。こ
の３頂点色情報および輝度情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg，Ａg）
も、このグラフィックプロセッサが使用されるシステム
のＣＰＵから供給される。
【００５３】変調回路３３は、入力されるテクスチャ
（原画像）情報を三角形の頂点色情報を用いて変調する
ための変調手段である。テクスチャマッピング回路３１
から出力される色成分（Ｒt，Ｇt，Ｂt ）と内挿回路３
２から出力される色成分（Ｒg，Ｇg，Ｂg ）とが、この
変調回路３３の乗算部３３ａで乗算される。
（原画像）情報を三角形の頂点色情報を用いて変調する
ための変調手段である。テクスチャマッピング回路３１
から出力される色成分（Ｒt，Ｇt，Ｂt ）と内挿回路３
２から出力される色成分（Ｒg，Ｇg，Ｂg ）とが、この
変調回路３３の乗算部３３ａで乗算される。
【００５４】上記の内挿回路３２から出力される輝度成
分（Ａg ）は、変調回路３３の第１の加算部３３ｂで乗
算部３３ａからの乗算出力に加算されて出力画像の色成
分（Ｒo，Ｇo，Ｂo ）が生成される。この輝度成分（Ａ
g ）は、鏡面反射モデルによる物体表面の反射光の輝度
成分Ｈ *（cosθ）nに相当するものである。
分（Ａg ）は、変調回路３３の第１の加算部３３ｂで乗
算部３３ａからの乗算出力に加算されて出力画像の色成
分（Ｒo，Ｇo，Ｂo ）が生成される。この輝度成分（Ａ
g ）は、鏡面反射モデルによる物体表面の反射光の輝度
成分Ｈ *（cosθ）nに相当するものである。
【００５５】また、このグラフィックプロセッサは、入
力されるテクスチャ情報が輝度成分（アルファチャネ
ル）を有する場合には、第２の加算部３３ｃで、テクス
チャマッピング回路３１から出力されるテクスチャ情報
の輝度成分（Ａt ）に、色情報内挿回路３２から出力さ
れる３頂点色情報の輝度成分（Ａg ）が加算され、出力
画像の輝度成分（Ａo ）が生成される。
力されるテクスチャ情報が輝度成分（アルファチャネ
ル）を有する場合には、第２の加算部３３ｃで、テクス
チャマッピング回路３１から出力されるテクスチャ情報
の輝度成分（Ａt ）に、色情報内挿回路３２から出力さ
れる３頂点色情報の輝度成分（Ａg ）が加算され、出力
画像の輝度成分（Ａo ）が生成される。
【００５６】上記のような構成によれば、従来の構成に
変調回路に加算器を追加するだけで、完全散乱反射モデ
ルと鏡面反射モデルを組み合わせて物体に陰影をつくる
ことができるグラフィックプロセッサを実現することが
できる。
変調回路に加算器を追加するだけで、完全散乱反射モデ
ルと鏡面反射モデルを組み合わせて物体に陰影をつくる
ことができるグラフィックプロセッサを実現することが
できる。
【００５７】すなわち、従来のグラフィックプロセッサ
では、２つの反射モデルを用いて物体に陰影をつくるよ
うにするためには、２種類の色変化情報として６チャネ
ル分の情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg ），（Ｒh，Ｇh，Ｂh ）が
必要であったのに対し、上述した本発明に係るグラフィ
ックプロセッサでは、４チャネル分の情報（Ｒg，Ｇg，
Ｂg，Ａg）だけで済む。このため、本発明に係るグラフ
ィックプロセッサでは、色情報内挿回路を通常の４回路
よりも増加させる必要がなく、ハードウェアをコンパク
トに構成することができる。
では、２つの反射モデルを用いて物体に陰影をつくるよ
うにするためには、２種類の色変化情報として６チャネ
ル分の情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg ），（Ｒh，Ｇh，Ｂh ）が
必要であったのに対し、上述した本発明に係るグラフィ
ックプロセッサでは、４チャネル分の情報（Ｒg，Ｇg，
Ｂg，Ａg）だけで済む。このため、本発明に係るグラフ
ィックプロセッサでは、色情報内挿回路を通常の４回路
よりも増加させる必要がなく、ハードウェアをコンパク
トに構成することができる。
【００５８】図２は、以上説明した本発明に係る画像生
成方法および画像生成装置を適用した画像作成システム
の構成例を示している。このような画像作成システム
は、例えば、３次元画像を比較的高精度かつ高速度に表
示することが要求される家庭用ゲーム機に使用されるも
のである。
成方法および画像生成装置を適用した画像作成システム
の構成例を示している。このような画像作成システム
は、例えば、３次元画像を比較的高精度かつ高速度に表
示することが要求される家庭用ゲーム機に使用されるも
のである。
【００５９】この図において、マイクロプロセッサ等か
らなる中央処理装置であるＣＰＵ１は、作成される表示
画像の三角形領域（ポリゴン）に対して、頂点座標を算
出したり、対象物体の属性と光源データとから法線ベク
トルと光源ベクトルとの内積計算等を行うためのもので
ある。そして、このＣＰＵ１から、三角形領域の３頂点
座標と、３頂点色情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg，Ａg）が、後述
するグラフィックプロセッサ６に送られる。
らなる中央処理装置であるＣＰＵ１は、作成される表示
画像の三角形領域（ポリゴン）に対して、頂点座標を算
出したり、対象物体の属性と光源データとから法線ベク
トルと光源ベクトルとの内積計算等を行うためのもので
ある。そして、このＣＰＵ１から、三角形領域の３頂点
座標と、３頂点色情報（Ｒg，Ｇg，Ｂg，Ａg）が、後述
するグラフィックプロセッサ６に送られる。
【００６０】また、ＣＰＵ１は、入力パッドやジョイス
ティック等の入力デバイス４の操作情報をインタフェー
ス３およびメインバス９を介して取り出す。そして、上
記ＣＰＵ１は、取り出された操作情報に基づいて、第１
のメモリであるメインメモリ２に記憶されている３次元
画像の情報を上記メインバス９を介してグラフィックプ
ロセッサ６に送る。
ティック等の入力デバイス４の操作情報をインタフェー
ス３およびメインバス９を介して取り出す。そして、上
記ＣＰＵ１は、取り出された操作情報に基づいて、第１
のメモリであるメインメモリ２に記憶されている３次元
画像の情報を上記メインバス９を介してグラフィックプ
ロセッサ６に送る。
【００６１】グラフィックプロセッサ（ＧＰＵ）６は、
送られた３次元画像の情報を変換して画像データを生成
するためのものであり、前述した本発明に係る画像合成
装置を用いて構成される。ＧＰＵ６で生成された画像デ
ータによる３次元画像が第２のメモリであるビデオメモ
リ５上に描かれる。
送られた３次元画像の情報を変換して画像データを生成
するためのものであり、前述した本発明に係る画像合成
装置を用いて構成される。ＧＰＵ６で生成された画像デ
ータによる３次元画像が第２のメモリであるビデオメモ
リ５上に描かれる。
【００６２】ビデオメモリ５上に描かれた３次元画像デ
ータは、ビデオ信号のスキャン時に読み出されて図示し
ない表示装置上に３次元画像が表示される。
ータは、ビデオ信号のスキャン時に読み出されて図示し
ない表示装置上に３次元画像が表示される。
【００６３】また、上述のように３次元画像を表示する
と同時に、上記ＣＰＵ１によって取り出された操作情報
中の上記表示された３次元画像に対応する音声情報が、
オーディオプロセッサ７に送られる。上記オーディオプ
ロセッサ７は、この送られた音声情報に基づいてオーデ
ィオメモリ８内に記憶されている音声データを表示す
る。
と同時に、上記ＣＰＵ１によって取り出された操作情報
中の上記表示された３次元画像に対応する音声情報が、
オーディオプロセッサ７に送られる。上記オーディオプ
ロセッサ７は、この送られた音声情報に基づいてオーデ
ィオメモリ８内に記憶されている音声データを表示す
る。
【００６４】
【発明の効果】本発明により、物体に陰影を作るための
情報量を削減することができ、これに対応してハードウ
ェアも簡略化することができる。
情報量を削減することができ、これに対応してハードウ
ェアも簡略化することができる。
【図１】本発明に係る画像作成装置の一構成例を示す図
である。
である。
【図２】本発明に係る画像作成装置を適用した 画像作
成装置の一例を示すブロック図である。
成装置の一例を示すブロック図である。
【図３】テクスチャマッピングについて説明するための
図である。
図である。
【図４】完全散乱反射モデルについて説明するための図
である。
である。
【図５】鏡面反射モデルについて説明するための図であ
る。
る。
【図６】完全散乱反射モデルと鏡面反射モデルを組み合
わせて物体に陰影をつくる様子を示す図である。
わせて物体に陰影をつくる様子を示す図である。
【図７】物体の表面が三角形の領域に分割される様子を
示す図である。
示す図である。
【図８】グーローシェーディングにより、三角形に含ま
れる全ての画素の色が計算される様子を示す図である。
れる全ての画素の色が計算される様子を示す図である。
【図９】従来のグラフィックプロセッサの構成を示す図
である。
である。
【図１０】２種類の色変化情報を用いてテクスチャが変
調される様子を示す図である。
調される様子を示す図である。
【図１１】２種類の色変化情報を用いてテクスチャの変
調を行うようにされた従来のグラフィックプロセッサの
構成を示す図である。
調を行うようにされた従来のグラフィックプロセッサの
構成を示す図である。
３１ テクスチャマッピング回路、 ３２ 内挿回路、
３３ 変調回路、３３ａ 乗算部、 ３３ｂ 第１の
加算部、 ３３ｃ 第２の加算部
３３ 変調回路、３３ａ 乗算部、 ３３ｂ 第１の
加算部、 ３３ｃ 第２の加算部
Claims (15)
- 【請求項１】 画像作成装置において、画像を構成する
単位となる多角形領域に貼り付ける画像データを作成す
るための方法であって、テクスチャデータを、第１反射モデルを用いて計算した
３つの色成分に基づいて変調して、変調されたテクスチ
ャデータを生成する処理 と、 前記変調されたテクスチャデータを、前記第１反射モデ
ルとは異なる第２反射モデルを用いて計算した１つの輝
度成分に基づいて変調する処理とを実行する方法。 - 【請求項２】 前記テクスチャデータを３つの色成分に
基づいて変調する処理は、前記テクスチャデータに前記
色成分を構成するデータを乗算する処理を含む、請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 前記変調されたテクスチャデータを１つ
の輝度成分に基づいて変調する処理は、前記変調された
テクスチャデータに前記１つの輝度成分を構成するデー
タを加算する処理を含む、請求項１または２記載の方
法。 - 【請求項４】 前記第１反射モデルは完全散乱反射モデ
ルであり、前記第２反射モデルは鏡面反射モデルであ
る、請求項１、２または３記載の方法。 - 【請求項５】 前記テクスチャデータのアルファチャン
ネルデータを前記１つの輝度成分に基づいて変調する処
理をさらに実行する、請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の方法。 - 【請求項６】 前記アルファチャンネルデータを前記１
つの輝度成分に基づいて変調する処理は、前記１つの輝
度成分を構成するデータを前記アルファチャンネルデー
タに加算する処理を含む、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記１つの輝度成分は鏡面反射モデルを
用いて計算した単一のパラメータからなる、請求項１乃
至６のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項８】 画像を構成する単位となる多角形領域に
貼り付ける画像データを作成する画像作成装置であっ
て、テクスチャデータを、第１反射モデルを用いて計算した
３つの色成分に基づいて変調して、 変調されたテクスチ
ャデータを生成する第１変調手段と、 前記変調されたテクスチャデータを、前記第１反射モデ
ルとは異なる第２反射モデルを用いて計算した１つの輝
度成分に基づいて変調する第２変調手段とを有する画像
作成装置。 - 【請求項９】 前記第１変調手段は、前記テクスチャデ
ータに前記３つの色成分を構成するデータを乗じるため
の乗算部を含む、請求項８記載の画像作成装置。 - 【請求項１０】 前記第２変調手段は、前記変調された
テクスチャデータに前記１つの輝度成分を構成するデー
タを加算するための加算部を含む、請求項８または９記
載の画像作成装置。 - 【請求項１１】 前記第１反射モデルは完全散乱反射モ
デルであり、前記第２反射モデルは鏡面反射モデルであ
る、請求項８、９または１０記載の画像作成装置。 - 【請求項１２】 前記テクスチャデータのアルファチャ
ンネルデータを前記１つの輝度成分に基づいて変調する
第３変調手段をさらに有する請求項８乃至１１のいずれ
か１項に記載の画像作成装置。 - 【請求項１３】 前記第３変調手段は、前記１つの輝度
成分を構成するデータを前記アルファチャンネルデータ
に加算する加算部を含む、請求項１２記載の画像作成装
置。 - 【請求項１４】 前記１つの輝度成分は鏡面反射モデル
を用いて計算した単一のパラメータからなる、請求項８
乃至１３のいずれか１項に記載の画像作成装置。 - 【請求項１５】 画像を構成する単位となる多角形領域
に貼り付ける画像データを作成する装置であって、 テクスチャデータを提供するテクスチャマッピング回路
と、 完全散乱反射モデルに基づく３つの色成分からなる一組
の色情報と、鏡面反射モデルに基づく１つの輝度成分と
を出力する内挿回路と、 前記３つの色成分に基づき前記テクスチャデータを変調
し、変調されたテクスチャデー タを出力する第１変調回
路と、 前記１つの輝度成分に基づき、前記変調されたテクスチ
ャデータを変調し、画像データを出力する第２変調回路
とを有する装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13562297A JP3514945B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 画像作成方法および画像作成装置 |
| US09/082,671 US6774896B2 (en) | 1997-05-26 | 1998-05-21 | Method and apparatus for generating image data by modulating texture data with color data and brightness data |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13562297A JP3514945B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 画像作成方法および画像作成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10326351A JPH10326351A (ja) | 1998-12-08 |
| JP3514945B2 true JP3514945B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=15156120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13562297A Expired - Fee Related JP3514945B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 画像作成方法および画像作成装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6774896B2 (ja) |
| JP (1) | JP3514945B2 (ja) |
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| JP3679378B2 (ja) * | 2002-03-22 | 2005-08-03 | コナミ株式会社 | ゲーム装置及びプログラム |
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