JP3858851B2 - 3次元グラフィックス表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元グラフィックス表示装置に関し、特に3次元コンピュータグラフィックスのレンダリングに用いるモデルを適宜切り替えることにより、レンダリング速度の高速化を図る手段を備えた装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
3次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う際、ポリゴン数の多い3Dモデルや、ファイルサイズが大きく精密な画像をテクスチャマッピングした3Dモデルをレンダリングすると、多大な演算が必要となり、レンダリングに多くの時間が必要となる。
【0003】
レンダリングを高速化するためには、表示する3Dモデルのポリゴン数の削減やテクスチャマッピング画像の低サイズ化といったモデルの低解像度化を行って演算量を削減すればよいが、モデルの低解像度化を行うと、コンピュータグラフィックスの品質が低下してしまう。
【0004】
そこで、コンピュータグラフィックスの品質低下を最小限に抑えつつ、高速なレンダリングを行うための手法として考案されたのが、LOD(Level of Detail)と呼ばれる手法である。このLOD手法の詳細は、「ブイ・アール・エム・エル97インターナショナルスタンダード (VRML97 International Standard)、ISO/IEC 14772-1:1997)6.26 節」に記載されている。
【0005】
近距離にあるオブジェクトは画面上に大きく表示されるので、そのオブジェクトの3Dモデルを低解像度化すると、コンピュータグラフィックスの品質は顕著に低下するが、遠距離にあるオブジェクトは、画面上で小さく表示されるため、ポリゴン数の削減やテクスチャ画像の低サイズ化などの低解像度化を行ったモデルを用いても、さほどコンピュータグラフィックスの品質は低下しない。
【0006】
LOD手法は、この点に着目し、それぞれのオブジェクトについて、ポリゴン数、テクスチャ画像のサイズなどを変えた数種類の解像度のモデルを格納し、近距離にあるオブジェクトは高ポリゴン数、高サイズテクスチャ画像を用いた高解像度のモデルを用いてレンダリングし、遠距離になるにつれ、簡略化し低解像度化したモデルを用いてレンダリングを行うことでコンピュータグラフィックスの品質低下を最小限に抑えつつ、レンダリング時間の高速化を図っている。
【0007】
【非特許文献1】
“ブイ・アール・エム・エル97インターナショナルスタンダード (VRML97 International Standard )”、[online]、ISO/IEC 14772-1:1997、6.26節、[平成15年6月6日検索]、インターネット<URL:http://www.web3d.org/Specifications/VRML97/part1/nodesRef.html>
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したLOD手法によれば、視点とオブジェクトの距離のみをモデルの解像度切り換えの判断基準としているため、対象オブジェクトが視点の近くにあっても高い解像度のモデルを用いる必要が無い場合、例えば、オブジェクトが斜め方向や裏側方向から見える場合についても、高解像度のモデルを用いてレンダリングを行うこととなり、多大な演算を行ってしまうという問題があった。
【0009】
従って、本発明の目的は、レンダリングに用いるモデルを適宜切り替えることにより、レンダリング速度の高速化を図ることができる3次元グラフィックス表示装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、ユーザの視点位置、視線方向などの視点及び視線情報を格納しておく視点及び視線情報格納ベースと、仮想空間に配置するオブジェクトの複数の解像度の3次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、オブジェクトの詳細レベルを計算する2つ以上の詳細レベル計算手段と、2つ以上の詳細レベル計算手段のそれぞれで求められた詳細レベルを統合し、レンダリングに用いる3Dモデルの詳細レベルを決定する詳細レベル統合手段と、詳細レベル統合手段で詳細レベルを統合する際の統合ルールを格納しておく統合ルール格納ベースと、詳細レベル統合手段で決定された詳細レベルに従って、レンダリングに用いる3Dモデルを切り替えるモデル切替手段と、モデル切替手段から送られた3Dモデルを用いてコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段とを有し、詳細レベル計算手段は、少なくとも1つは、各オブジェクトの観測に適した視線角度を示す推奨視線ベクトルを格納する推奨視線ベクトル格納ベースと、視点及び視線情報格納ベースに格納されている視線方向と推奨視線ベクトル格納ベースに格納されている推奨視線ベクトルのなす角度(視線ずれ角)を計算する視線ずれ角計算手段と、視線ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために視線ずれ角の閾値を格納する視線ずれ角閾値格納ベースと、視線ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの視線ずれ角から詳細レベルを決定する視線ずれ角比較手段と、を有することを特徴とする3次元グラフィックス表示装置を提供するものである。
【0011】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、ユーザの視点位置、視線方向などの視点及び視線情報を格納しておく視点及び視線情報格納ベースと、仮想空間に配置するオブジェクトの複数の解像度の3次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、オブジェクトの詳細レベルを計算する2つ以上の詳細レベル計算手段と、2つ以上の詳細レベル計算手段のそれぞれで求められた詳細レベルを統合し、レンダリングに用いる3Dモデルの詳細レベルを決定する詳細レベル統合手段と、詳細レベル統合手段で詳細レベルを統合する際の統合ルールを格納しておく統合ルール格納ベースと、詳細レベル統合手段で決定された詳細レベルに従って、レンダリングに用いる3Dモデルを切り替えるモデル切替手段と、モデル切替手段から送られた3Dモデルを用いてコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段とを有し、詳細レベル計算手段は、少なくとも1つは、各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベースと、視点及び視線情報格納ベースに格納されている視点位置を始点とし推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている観測基準点を終点とするベクトルと推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている推奨方向ベクトルのなす角度(方向ずれ角)を計算する方向ずれ角計算手段と、方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベースと、方向ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較手段と、を有することを特徴とする3次元グラフィックス表示装置を提供するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0013】
〔第1の実施の形態〕
図1は本発明の第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
この3次元グラフィックス表示装置は、ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更部1と、仮想空間におけるユーザの視点位置,視線方向などの視点及び視線情報を格納しておく視点及び視線情報格納ベース2と、仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数の3次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベース3と、視点及び視線情報格納ベース2の視点及び視線情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算部4と、詳細レベル計算部4で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替部6と、モデル切替部6から送られたモデルを用いて3Dコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング部7と、レンダリング部7で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力部8と、から構成されている。
【0014】
詳細レベル計算部4は、更に、各オブジェクトの観測に適した視線角度を示す推奨視線ベクトルを格納する推奨視線ベクトル格納ベース41と、視線ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために視線ずれ角の閾値を格納する視線ずれ角閾値格納ベース42と、視点及び視線情報格納ベース2に格納されている視線方向と推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている推奨視線ベクトルのなす角度(視線ずれ角)とを計算する視線ずれ角計算部43と、視線ずれ角計算部43によって算出された各オブジェクトの視線ずれ角から詳細レベルを決定する視線ずれ角比較部44と、から構成されている。
【0015】
以上の構成において、視点及び視線情報格納ベース2に格納される視点及び視線情報は、ユーザの操作入力や、他モジュールからの視点位置変更要求を受けた視点位置変更部1によって、随時更新される。
【0016】
なお、本実施の形態において、詳細レベルは、最も解像度が高いモデルの詳細レベルを詳細レベル0とし、詳細レベルの数値が大きくなるにつれ、簡略化した低解像度のモデルとなるように定義する。また、推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている推奨視線ベクトルは、オブジェクトのモデルを作成する際に予め設定しておくこともできるし、モデルを仮想空間内に配置する際に設定することも可能である。同様に、視線ずれ角閾値格納ベース42に格納される視線ずれ角の閾値についても、モデル作成時,モデル配置時のいずれでも設定することが可能である。
【0017】
次に、第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。
視点及び視線情報格納ベース2に格納されているユーザの視点位置,視線方向といった視点及び視線情報が更新されると、視線ずれ角計算部43では各オブジェクトについて推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている推奨視線ベクトルと視点及び視線情報格納ベース2に格納されている視線方向とのなす角度(視線ずれ角)の算出を行う。
【0018】
視線ずれ角計算部43で算出された各オブジェクトの視線ずれ角は、視線ずれ角比較部44へと伝達され、視線ずれ角比較部44では、視線ずれ角閾値格納ベース42に格納されている各オブジェクトの視線ずれ角の閾値と照らし合わせ、オブジェクトの詳細レベルを決め、モデル切替部6へ伝達する。モデル切替部6では、モデル格納ベース3に格納されているモデルの中からレンダリングに使用するモデルを選び、レンダリング部7へと伝達する。レンダリング部7では、伝達されたモデルを用いて3次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う。
【0019】
このように、第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置では、各オブジェクトに対して観測に適した角度を設定し、観測に適した角度に近い方向から観測する際には高解像度のモデルを、また観測に適した角度から離れて観測する場合には、低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、オブジェクトの特性に合わせて観測に適した角度を設定し、観測に適した角度から見るオブジェクトは詳細に表示し、観測に適さない角度から見るオブジェクトを簡略化して表示することで、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることが可能になる。
【0020】
<実施例1−1>
次に、本発明の第1の実施の形態の実施例について説明する。
図2は、モデル格納ベース3に格納されているモデルの構造を示す図である。
図2に示すモデルは、書籍を収納した書架を表す書架オブジェクト100のモデルであり、書籍,棚まで精密にモデリングした書架モデルのモデル101と、モデル101のポリゴン数を削減することで簡略化を施したモデル102,モデル103である。これらのモデルを解像度が高い順から並べると、モデル101、モデル102、モデル103の順となる。このモデル101〜103が、書架オブジェクト100のモデルとしてモデル格納ベース3に格納されている。
【0021】
図3は、この書架オブジェクト100と推奨視線ベクトル104の関係を示した図である。
書架オブジェクト100を正面から見る角度が観測に適した角度となるように推奨視線ベクトル104が設定され、推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている。
【0022】
また、視線ずれ角閾値格納ベース42には、視線ずれ角の閾値として、角度θ1,θ2(0<θ1<θ2<π)と、
・視線ずれ角θが、0≦θ<θ1の時,詳細レベル0
・視線ずれ角θが、θ1≦θ<θ2の時,詳細レベル1
・視線ずれ角θが、θ≧θ2の時,詳細レベル2
というルールが格納されている。
【0023】
以下、図4,図5,図6を参照して、実施例1−1の動作を説明する。
図4は、ユーザがモデルを観測する場面を示した模式図である。この図では、推奨視線ベクトル104が設定された書架オブジェクト100と、仮想空間中のユーザ105と、その視線ベクトル106との関係を3つの場面で示している。図5は、図4の位置関係での視線ずれ角比較部における処理を示す図である。図6は、図4の位置関係で図5の処理が行なわれたときの画面出力の例を示す図である。
【0024】
まず、ユーザ105と書架オブジェクト100が図4(a)の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。
視線ずれ角計算部43で、視線ずれ角θaが算出され、視線ずれ角比較部44へと伝達される。視線ずれ角比較部44では、視線ずれ角閾値格納ベース42に格納されている視線ずれ角の閾値θ1、θ2から書架オブジェクト100の詳細レベルを詳細レベル0に決定する(図5(a))。詳細レベルは、モデル切替部6へと伝達され、モデル切替部6では、モデル格納ベース3に格納されているモデルの中からレンダリングに用いるモデルとして、モデル101を選択し、レンダリング部7に伝達する。レンダリング部7では、モデル101を用いてレンダリングを行い、出力部8には、図6(a)に示す出力111が得られる。
【0025】
次に、ユーザ105と書架オブジェクト100が図4(b)の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。
視線ずれ角計算部43で算出した視線ずれ角θbが伝達された視線ずれ角比較部44では、視線ずれ角閾値格納ベース42に格納されている視線ずれ角の閾値θ1、θ2から書架オブジェクト100の詳細レベルを詳細レベル1に決定する(図5(b))。詳細レベルは、モデル切替部6へと伝達され、モデル切替部6では、モデル格納ベース3に格納されているモデルの中からレンダリングに用いるモデルとして、モデル102を選択し、レンダリング部7に伝達する。レンダリング部7では、モデル102を用いてレンダリングを行い、出力部8には、図6(b)に示す出力112が得られる。出力112では、書籍の表示領域が小さいため、書籍部分のポリゴンを簡略化したモデルを用いてもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。
【0026】
次に、ユーザ105と書架オブジェクト100が図4(c)の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。
視線ずれ角計算部43で視線ずれ角θcが算出され、視線ずれ角比較部44では、視線ずれ角閾値格納ベース42に格納されている視線ずれ角の閾値θ1、θ2から書架オブジェクト100の詳細レベルを詳細レベル2に決定する(図5(c))。詳細レベルは、モデル切替部6に伝達され、モデル切替部6では、レンダリングに用いるモデルをモデル103に決定し、モデル103をレンダリング部7に伝達する。レンダリング部7では、モデル103を用いてレンダリングを行い、出力部8には、図6(c)に示す出力113が得られる。出力113では、書架前面の表示領域が非常に小さいため、書架前面部分のポリゴンを簡略化したモデルを用いてもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。
【0027】
このように、実施例1−1では、書架オブジェクト100を正面から見る角度に推奨視線ベクトル104が設定されている。これにより、書架オブジェクト100を正面付近から観測する場合には、収納書籍の形状まで正確にモデリングした高解像度なモデル101を用い、書架オブジェクト100を斜め方向から見るとき、つまり書籍の詳細が観測できない場合には、簡略化したモデル102を用い、さらに斜め方向で、書架前面が殆ど見えないような位置から観測する場合には、棚、書籍を完全に省略したモデル103を用いてレンダリングを行うことができるので、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることができる。
【0028】
<実施例1−2>
本発明の第1の実施の形態の他の実施例について説明する。
図7は、モデル格納ベース3に格納されているモデルの構造を示す図である。
図7に示すモデルは、画像をはめ込んだ額縁を表す額縁オブジェクト200であり、オリジナルの画像201pをテクスチャマッピングしたモデル201と、画像201pの解像度を下げ画像サイズを小さくした画像202p、画像203pをテクスチャマッピングしたモデル202、モデル203である。画像201p、202p、203pの画像解像度は高い順に、画像201p、202p、203pで、画像サイズは画像解像度に比例するものとする。モデルを解像度が高い順から並べると、モデル201、モデル202、モデル203の順となる。このモデル201〜203が、額縁オブジェクト200のモデルとしてモデル格納ベース3に格納されている。
【0029】
図8は、この額縁オブジェクト200と推奨視線ベクトル204の関係を示した図である。
額縁オブジェクト200を正面から見る角度を観測に適した角度として、推奨視線ベクトル204が設定され、推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている。
【0030】
また、視線ずれ角閾値格納ベース42には、視線ずれ角の閾値として、角度θ1、θ2(0<θ1<θ2<π)と、
・視線ずれ角θが、0≦θ<θ1の時、詳細レベル0
・視線ずれ角θが、θ1≦θ<θ2の時、詳細レベル1
・視線ずれ角θが、θ≧θ2の時、詳細レベル2
というルールが格納されている。
【0031】
以下、図9,図10を参照して、実施例1−2の動作を説明する。
図9は、ユーザがモデルを観測する場面を示した模式図である。この図では、推奨視線ベクトル204が設定された額縁オブジェクト200と、仮想空間中のユーザ105と、その視線ベクトル106との関係を3つの場面で示している。図10は、図9の位置関係で実施例1−1と同様の処理がなされたときの画面出力の例を示す図である。
【0032】
出力211では、額縁オブジェクトにはめ込まれた画像の詳細を見ることができるため、テクスチャマッピングする画像201pは、モデル201のような高解像度の画像が必要である。
【0033】
出力212では、額縁オブジェクト200の表示領域が小さいため、テクスチャマッピングする画像202pが低解像度であるモデル202を用いてもコンピュータグラフィックスの品質低下はほとんどないことがわかる。
【0034】
出力213では、額縁オブジェクト200の表示領域が非常に小さいため、テクスチャマッピングする画像203pが非常に低解像度であるモデル203を用いてもコンピュータグラフィックスの品質は、ほとんど低下しないことがわかる。
【0035】
実施例1−1では、モデルの簡略化を行う際にポリゴン数を削減することでモデルの簡略化を行っていたが、実施例1−2のように、テクスチャマッピングする画像の解像度を下げ画像サイズを小さくすることでモデルの簡略化を行うことでも、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることができるという同様の効果が得られる。
【0036】
〔第2の実施の形態〕
図11は、第2の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
第2の実施の形態においては、図1に示された第1の実施の形態における3次元グラフィックス表示装置の構成に加え、推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている推奨視線ベクトルを適宜変更する推奨視線ベクトル変更部9を有している。
【0037】
推奨視線ベクトル変更部9は、他のモジュールからの信号などにより推奨視線ベクトル格納ベース41に格納されている推奨視線ベクトルを適宜変更する。推奨視線ベクトル格納ベース41の推奨視線ベクトルが変更されると、視線ずれ角計算部43では、該当オブジェクトの視線ずれ角の再計算が行われ、視線ずれ角比較部44では、オブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部6で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。
【0038】
このように、推奨視線ベクトル変更部9を備えることで、例えば、各々のユーザに対する観測推奨角度を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、3次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になる。
【0039】
〔第3の実施の形態〕
図12は、第3の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
第3の実施の形態においては、図1に示された第1の実施の形態における3次元グラフィックス表示装置の構成に加え、視線ずれ角閾値格納ベース42に格納された各オブジェクトの視線ずれ角の閾値を変更できる視線ずれ角閾値変更部10を有している。
【0040】
視線ずれ角閾値変更部10は、他のモジュールからの信号などにより視線ずれ角閾値格納ベース42に格納されている視線ずれ角の閾値を変更する。視線ずれ角閾値格納ベース42の視線ずれ角の閾値が変更されると、視線ずれ角計算部43では該当オブジェクトの視線ずれ角の再計算が行われ、視線ずれ角比較部44ではオブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部6で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。
【0041】
このように、視線ずれ角閾値変更部10を備えることで、例えば、各々のユーザに対する視線ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部7でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。
【0042】
〔第4の実施の形態〕
図13は、第4の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
図に示すように、第4の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置は、第2の実施の形態,第3の実施の形態で新たに備えた推奨視線ベクトル変更部9および視線ずれ角閾値変更部10を共に備えた3次元グラフィックス表示装置である。
【0043】
これによれば、第2の実施の形態,第3の実施の形態による効果、即ち、例えば、各々のユーザに対する観測推奨角度を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、3次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になり、また、各々のユーザに対する視線ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部7でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨角度を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。
【0044】
〔第5の実施の形態〕
図14は、第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
この3次元グラフィックス表示装置は、ユーザの視点情報の変更を行う視点位置変更部1と、仮想空間におけるユーザの視点位置,視線方向などの視点及び視線情報を格納しておく視点及び視線情報格納ベース2と、仮想空間に配置するそれぞれのオブジェクトに対して解像度の異なる複数のモデルを詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベース3と、視点及び視線情報格納ベース2の視点及び視線情報に従ってレンダリングに用いる各オブジェクトの詳細レベルを計算する詳細レベル計算部4と、詳細レベル計算部4で算出された詳細レベルに従ってレンダリングに使用する各オブジェクトのモデルを切り替えるモデル切替部6と、モデル切替部6から送られたモデルを用いて3Dコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング部7と、レンダリング部7で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力部8と、から構成されている。
【0045】
詳細レベル計算部4は、更に、各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベース45と、後述する方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベース46と、視点及び視線情報格納ベース2に格納されている視点位置を始点とし推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている観測基準点を終点とするベクトルと推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている推奨方向ベクトルとのなす角度(方向ずれ角)を計算する方向ずれ角計算部47と、方向ずれ角計算部47によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較部48と、から構成されている。
【0046】
以上の構成において、視点及び視線情報格納ベース2に格納される視点及び視線情報は、ユーザの操作入力や、他モジュールからの視点位置変更要求を受けた視点位置変更部1によって、随時更新される。
【0047】
なお、本実施の形態においては、詳細レベルは、最も解像度が高いモデルの詳細レベルを詳細レベル0とし、詳細レベルの数値が大きくなるにつれ、簡略化した低解像度のモデルとなるように定義する。また、推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている観測基準点、推奨方向ベクトルは、オブジェクトのモデルを作成する際に予め設定しておくこともできるし、モデルを仮想空間内に配置する際に設定することも可能である。同様に、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納される方向ずれ角の閾値についても、モデル作成時、モデル配置時のいずれに設定することが可能である。
【0048】
次に、第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。
視点及び視線情報格納ベース2に格納されているユーザの視点位置、視線方向といった視点及び視線情報が更新されると、方向ずれ角計算部47では、モデル格納ベース3に格納されている各オブジェクトについて、視点及び視線情報格納ベース2に格納されている視点位置を始点とし推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている観測基準点を終点とするベクトルと推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている推奨方向ベクトルのなす角度(方向ずれ角)の計算を行う。方向ずれ角計算部47で算出された各オブジェクトの方向ずれ角は、方向ずれ角比較部48に伝達され、方向ずれ角比較部48では、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納されている各オブジェクトの方向ずれ角の閾値を照らし合わせ、オブジェクトの詳細レベルを求める。求められた詳細レベルは、モデル切替部6へと伝達され、モデル切替部6では、モデル格納ベース3に格納されているモデルの中からレンダリングに使用するモデルを決定する。そして、決定したモデルをレンダリング部7へと伝達する。レンダリング部7では、伝達されたモデルを用いて3次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う。
【0049】
このように、第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置では、各オブジェクトに対して観測に適した方向を設定し、観測に適した方向に近い方向に視点がある際には高解像度のモデルを、また観測に適した方向から離れた所に視点がある場合には、低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、観測に適した方向のオブジェクトを詳細に表示し、観測に適さない方向のオブジェクトを簡略化して表示することで、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることが可能になる。
【0050】
<実施例5−1>
次に、本発明の第5の実施の形態の実施例について説明する。なお、モデル格納ベース3には、図2に示すモデルが格納されているとする。
【0051】
図15は、実施例5−1における書架オブジェクト100と観測基準点307、推奨方向ベクトル304の関係を示した図である。書架オブジェクト100の前面の中心付近に観測基準点307が設定され、推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている。
【0052】
また、書架オブジェクト100を正面から見る方向を観測に適した角度とするように推奨視線ベクトル304が設定され、推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている。
【0053】
また、方向ずれ角閾値格納ベース46には、方向ずれ角の閾値として、角度θ1、θ2(0<θ1<θ2<π)と、
・方向ずれ角θが、0≦θ<θ1の時、詳細レベル0
・方向ずれ角θが、θ1≦θ<θ2の時、詳細レベル1
・方向ずれ角θが、θ≧θ2の時、詳細レベル2
というルールが格納されている。
【0054】
図16は、実施例5−1において、ユーザがモデルを観測する場面を示した模式図である。この図では、観測基準点307と、推奨方向ベクトル304が設定された書架オブジェクト100と、仮想空間中のユーザ105と、その視線ベクトル106との関係を3つの場面で示している。図17は、図16の位置関係での視線ずれ角比較部における処理を示す図である。図18は、図16の位置関係で図17の処理が行なわれたときの画面出力の例を示す図である。
【0055】
まず、ユーザ105と書架オブジェクト100が図16(a)の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。
方向ずれ角計算部47で、方向ずれ角θaが算出され、方向ずれ角比較部48へと伝達される。方向ずれ角比較部48では、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納されている方向ずれ角の閾値θ1、θ2から書架オブジェクト100の詳細レベルを詳細レベル0に決定する(図17(a))。決定された詳細レベルはモデル切替部6へと伝達され、モデル切替部6では、レンダリングに用いるモデル101をレンダリング部7に伝達する。レンダリング部7では、モデル101を用いてレンダリングを行い、出力部8には、図18(a)に示す出力311が得られる。
【0056】
次に、ユーザ105と書架オブジェクト100が図16(b)の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。
方向ずれ角計算部47で算出した方向ずれ角θbが伝達された方向ずれ角比較部48では、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納されている方向ずれ角の閾値θ1、θ2から書架オブジェクト100の詳細レベルを詳細レベル1に決定する(図17(b))。そして、決定された詳細レベルはモデル切替部6へと伝達され、モデル切替部6では、レンダリングに用いるモデルをモデル102に決定し、レンダリング部7に伝達する。レンダリング部7では、モデル102を用いてレンダリングを行い、出力部8には、図18(b)に示す出力312が得られる。出力312では、書籍の表示領域が小さいため、書籍部分のポリゴンを簡略化したモデル102を用いてレンダリングを行ってもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。
【0057】
次に、ユーザ105と書架オブジェクト100が図16(c)の位置関係になったときの処理の流れについて説明する。
方向ずれ角計算部47で方向ずれ角θcが算出され、方向ずれ角比較部48に伝達される。方向ずれ角比較部48では、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納されている方向ずれ角の閾値θ1、θ2 から書架オブジェクト100の詳細レベルを詳細レベル2に決定する(図17(c))。決定された詳細レベルはモデル切替部6へと伝達され、モデル切替部6では、レンダリングに用いるモデルをモデル103に決定し、レンダリング部7に伝達する。レンダリング部7では、モデル103を用いてレンダリングを行い、出力部8には、図18(c)に示す出力313が得られる。出力313では、書架前面の表示領域が非常に小さいため、書架前面部分のポリゴンを簡略化したモデル103を用いてレンダリングを行ってもコンピュータグラフィックスの品質低下は少ないことがわかる。
【0058】
実施例5−1では、書架オブジェクト100を正面から見る方向に推奨方向ベクトル304が設定されている。これにより、書架オブジェクト100を正面方向から観測する場合には、収納書籍の形状まで正確にモデリングした高解像度なモデル101を用い、書架オブジェクト100を斜め方向から見るとき、つまり書籍の詳細が観測できない場合には、簡略化し低解像度化したモデル102を用い、さらに斜め方向で、書架前面が殆ど見えないような位置から観測する場合には、棚、書籍を完全に省略したモデル103を用いてレンダリングを行うことができるので、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることができる。
【0059】
〔第6の実施の形態〕
図19は、第6の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
この3次元グラフィックス表示装置は、図14に示された第5の実施の形態における3次元グラフィックス表示装置の構成に加え、推奨方向ベクトル格納ベース45に格納された各オブジェクトの推奨方向ベクトルを変更できる推奨方向ベクトル変更部13を有している。
【0060】
次に、第6の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。
推奨方向ベクトル変更部13は、他のモジュールからの信号などにより、推奨方向ベクトル格納ベース45に格納されている推奨方向ベクトルを適宜変更する。推奨方向ベクトル格納ベース45の推奨方向ベクトルが変更されると、方向ずれ角計算部47では、該当オブジェクトの方向ずれ角の再計算が行われ、方向ずれ角比較部48では、オブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部6で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。
【0061】
推奨方向ベクトル変更部13を備えることで、例えば、各々のユーザに対する観測推奨方向を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、3次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になる。
【0062】
〔第7の実施の形態〕
図20は、第7の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
この3次元グラフィックス表示装置は、図14に示された第5の実施の形態における3次元グラフィックス表示装置の構成に加え、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納された各オブジェクトの方向ずれ角の閾値を変更できる方向ずれ角閾値変更部14を有している。
【0063】
次に、第7の本実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。
方向ずれ角閾値変更部14は、他のモジュールからの信号などにより、方向ずれ角閾値格納ベース46に格納されている方向ずれ角の閾値を変更する。方向ずれ角閾値格納ベース46の方向ずれ角の閾値が変更されると、方向ずれ角計算部47では、該当オブジェクトの方向ずれ角の再計算が行われ、方向ずれ角比較部48では、オブジェクトの詳細レベルの再計算が行われ、再計算された詳細レベルに従ってモデル切替部6で、レンダリングに使用するモデルの切り替えを行う。
【0064】
方向ずれ角閾値変更部14を備えることで、例えば、各々のユーザに対する方向ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部7でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。
【0065】
〔第8の実施の形態〕
図21は、第8の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
第6の実施の形態,第7の実施の形態で新たに備えた推奨方向ベクトル変更部13および方向ずれ角閾値変更部14を共に備えた3次元グラフィックス表示装置である。
【0066】
これによれば、第6の実施の形態,第7の実施の形態による効果、即ち、例えば、各々のユーザに対する観測推奨方向を個別に設定してオブジェクトの見せ方を変更したり、時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してオブジェクトの見せ方を変更するなど、3次元グラフィックスの内容の木目細やかな制御が可能になり、各々のユーザに対する方向ずれ角の閾値を個別に設定し、コンピュータグラフィックスの品質低下をユーザ毎に制御したり、レンダリング部7でのレンダリング時間等のパラメータに従って観測推奨方向を変更してレンダリングに要する時間を制御するといったことが可能になる。
【0067】
〔第9の実施の形態〕
図22は、第9の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
この3次元グラフィックス表示装置は、仮想空間に配置するオブジェクトの複数の解像度の3次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベース3と、オブジェクトの詳細レベルを計算する2つ以上の詳細レベル計算部4−1,4−2,...,4−n(nは2以上の整数)と、2つ以上の詳細レベル計算部4−1,...,4−nのそれぞれで求められた詳細レベルを統合し、レンダリングに用いる3Dモデルの詳細レベルを決定する詳細レベル統合部16と、詳細レベル統合部16で詳細レベルを統合する際の統合ルールを格納しておく統合ルール格納ベース17と、詳細レベル統合部16で決定された詳細レベルに従って、レンダリングに用いる3Dモデルを切り替えるモデル切替部6と、モデル切替部6で選択された3Dモデルを用いてコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング部7と、レンダリング部7で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力部8と、から構成されている。
【0068】
ここで、詳細レベル計算部4−1,4−2,...,4−nには、任意の計算方法で詳細レベルを計算することができるものとする。例えば、第1の実施の形態における詳細レベル計算部4による詳細レベルの計算方法や、第2の実施の形態における詳細レベル計算部4による詳細レベルの計算方法、あるいは、従来技法であるLOD手法による詳細レベルの計算方法が挙げられる。
【0069】
また、統合ルール格納ベースに格納する詳細レベル統合のための統合ルールの一例としては、
・詳細レベルの平均値を、小数点切り上げて整数化したもの
・詳細レベル中の最小値を統合後の詳細レベルとする
・詳細レベル中の最大値を統合後の詳細レベルとする
等が考えられる。
【0070】
次に、第9の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の動作について説明する。
詳細レベル計算部4−i(1≦i≦n)において詳細レベルが計算されると、詳細レベル統合部16では、統合ルール格納ベース17に格納されている詳細レベル統合ルールに従って、詳細レベル計算部4−1,...,4−nで求められた詳細レベルから、レンダリングに使用するモデルの詳細レベルを算出する。詳細レベル統合部16で算出された詳細レベルは、モデル切替部6へと伝達される。
【0071】
モデル切替部6では、モデル格納ベース3に格納されているモデルの中から詳細レベルに従ってレンダリングに使用するモデルを決定し、決定したモデルをレンダリング部7へと伝達する。レンダリング部7では、伝達されたモデルを用いて3次元コンピュータグラフィックスのレンダリングを行う。
【0072】
例えば、詳細レベル計算部として、第1の実施の形態で説明した詳細レベル計算部4による詳細レベル計算と、従来技術のLOD手法による詳細レベル計算が備えられ、また、統合ルール格納部に、詳細レベル中の最大値を統合後の詳細レベルとするという統合ルールが格納されている場合について説明する。
【0073】
詳細レベル計算部4から算出した詳細レベルが詳細レベル0で、LOD手法により算出した詳細レベルが詳細レベル0の場合、つまり、観測に適した角度から、かつ近距離からオブジェクトを観測する場合、詳細レベル統合部16で統合した詳細レベルは0となり、オブジェクトは高解像度のモデルを用いてレンダリングされる。一方、視線ずれ角比較部44から算出した詳細レベルが詳細レベル0で、LOD手法により算出した詳細レベルが詳細レベル2の場合、つまり、観測に適した角度から、かつ遠距離からオブジェクトを観測する場合、詳細レベル統合部16で統合した詳細レベルは2となり、オブジェクトは低解像度のモデルを用いてレンダリングされる。
【0074】
このように、第9の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置では、各詳細レベル計算部において詳細レベルが計算されると、詳細レベル統合部では、統合ルール格納ベースに格納されている詳細レベル統合ルールに従って、詳細レベル計算部で求められた詳細レベルから、レンダリングに使用するモデルの詳細レベルを算出する。詳細レベル統合部で算出された詳細レベルは、モデル切替部へと伝達される。モデル切替部では、モデル格納ベースに格納されているモデルの中から詳細レベルに従ってレンダリングに使用するモデルを決定する。これらの働きにより、2つ以上の観点から求めたオブジェクトの詳細レベルを統合して、レンダリングに用いるモデルを切り替えることにより、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度の高速化を図ることが可能になる。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の3次元グラフィックス表示装置によれば、以下のような効果がある。
(1)第1の効果は、オブジェクトごとに観測に適した角度を設定し、ユーザの視線の向きがオブジェクトの観測に適した角度に近い場合は、高解像度のモデルを用いてレンダリングを行い、ユーザの視線の向きが観測に適した角度から大きく外れている場合には、簡略化した低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、観測に適した角度から見るオブジェクトを詳細に表示し、観測に適さない角度から見るオブジェクトを簡略化して表示することができる。その結果、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度を高速化できる。
(2)第2の効果は、オブジェクトごとに観測に適した方向を設定し、ユーザの視点の位置がオブジェクトの観測に適した方向に近い場合は、高解像度のモデルを用いてレンダリングを行い、ユーザの視線の位置が観測に適した方向から大きく外れている場合には、簡略化した低解像度のモデルを用いてレンダリングを行う。つまり、観測に適した方向から見るオブジェクトを詳細に表示し、観測に適さない方向から見るオブジェクトを簡略化して表示することができる。その結果、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度を高速化できる。
(3)第3の効果は、2つ以上の部を用いてオブジェクトをどの程度詳細に表示するかを判断し、その判断に基づいて、レンダリングに用いるモデルの解像度を決定することができる。その結果、コンピュータグラフィックスの品質を低下させることなく、レンダリング速度を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図2】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置のモデル格納ベースに格納されるモデルの構造の1例を示す図である。
【図3】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の推奨視線ベクトル格納ベースに格納されるデータの1例を示す図である。
【図4】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置におけるユーザとオブジェクトの関係を示す図である。
【図5】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における視線ずれ角比較部での処理を示す図である。
【図6】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における画面出力を示す図。
【図7】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置におけるモデル格納ベースに格納されるモデルの構造の1例を示す図である。
【図8】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における推奨視線ベクトル格納ベースに格納されるデータの1例を示す図である。
【図9】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置におけるユーザとオブジェクトの関係を示す図である。
【図10】第1の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における画面出力を示す図である。
【図11】第2の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図12】第3の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図13】第4の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図14】第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図15】第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における推奨方向ベクトル格納ベースに格納されるデータの1例を示す図である。
【図16】第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置におけるユーザとオブジェクトの関係を示す図である。
【図17】第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における方向ずれ角比較部での処理を示す図である。
【図18】第5の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置における画面出力を示す図である。
【図19】第6の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図20】第7の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図21】第8の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【図22】第9の実施の形態による3次元グラフィックス表示装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 視点位置変更部
2 視点及び視線情報格納ベース
3 モデル格納ベース
4 詳細レベル計算部
4−1〜4−n 詳細レベル計算部
41 推奨視線ベクトル格納ベース
42 視線ずれ角閾値格納ベース
43 視線ずれ角計算部
44 視線ずれ角比較部
45 推奨方向ベクトル格納ベース
46 方向ずれ角閾値格納ベース
47 方向ずれ角計算部
48 方向ずれ角比較部
6 モデル切替部
7 レンダリング部
8 出力部
9 推奨視線ベクトル変更部
10 視線ずれ角閾値変更部
13 推奨方向ベクトル変更部
14 方向ずれ角閾値変更部
16 詳細レベル統合部
17 統合ルール格納ベース
100 書架オブジェクト
101〜103 モデル
104 推奨視線ベクトル
105 ユーザ
106 視線方向
111〜113 出力
200 額縁オブジェクト
201〜203 モデル
201p〜203p 画像
204 推奨視線ベクトル
Claims (2)
- ユーザの視点位置、視線方向などの視点及び視線情報を格納しておく視点及び視線情報格納ベースと、
仮想空間に配置するオブジェクトの複数の解像度の3次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、
オブジェクトの詳細レベルを計算する2つ以上の詳細レベル計算手段と、2つ以上の詳細レベル計算手段のそれぞれで求められた詳細レベルを統合し、レンダリングに用いる3Dモデルの詳細レベルを決定する詳細レベル統合手段と、
詳細レベル統合手段で詳細レベルを統合する際の統合ルールを格納しておく統合ルール格納ベースと、
詳細レベル統合手段で決定された詳細レベルに従って、レンダリングに用いる3Dモデルを切り替えるモデル切替手段と、
モデル切替手段から送られた3Dモデルを用いてコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、
レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段とを有し、
前記詳細レベル計算手段は、少なくとも1つは、
各オブジェクトの観測に適した視線角度を示す推奨視線ベクトルを格納する推奨視線ベクトル格納ベースと、
前記視点及び視線情報格納ベースに格納されている視線方向と前記推奨視線ベクトル格納ベースに格納されている推奨視線ベクトルのなす角度(視線ずれ角)を計算する視線ずれ角計算手段と、
前記視線ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために視線ずれ角の閾値を格納する視線ずれ角閾値格納ベースと、
前記視線ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの視線ずれ角から詳細レベルを決定する視線ずれ角比較手段と、
を有することを特徴とする3次元グラフィックス表示装置。 - ユーザの視点位置、視線方向などの視点及び視線情報を格納しておく視点及び視線情報格納ベースと、
仮想空間に配置するオブジェクトの複数の解像度の3次元モデルをその詳細レベルと共に格納しておくモデル格納ベースと、
オブジェクトの詳細レベルを計算する2つ以上の詳細レベル計算手段と、2つ以上の詳細レベル計算手段のそれぞれで求められた詳細レベルを統合し、レンダリングに用いる3Dモデルの詳細レベルを決定する詳細レベル統合手段と、
詳細レベル統合手段で詳細レベルを統合する際の統合ルールを格納しておく統合ルール格納ベースと、
詳細レベル統合手段で決定された詳細レベルに従って、レンダリングに用いる3Dモデルを切り替えるモデル切替手段と、
モデル切替手段から送られた3Dモデルを用いてコンピュータグラフィックスのレンダリングを行うレンダリング手段と、
レンダリング手段で生成されたコンピュータグラフィックスの表示を行う出力手段とを有し、
前記詳細レベル計算手段は、少なくとも1つは、
各オブジェクトの観測に適した部位を示す観測基準点、および観測に適した方向を示す推奨方向ベクトルを格納する推奨方向ベクトル格納ベースと、
前記視点及び視線情報格納ベースに格納されている視点位置を始点とし前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている観測基準点を終点とするベクトルと前記推奨方向ベクトル格納ベースに格納されている推奨方向ベクトルのなす角度(方向ずれ角)を計算する方向ずれ角計算手段と、
前記方向ずれ角に応じて詳細レベルを決定するために方向ずれ角の閾値を格納する方向ずれ角閾値格納ベースと、
前記方向ずれ角計算手段によって算出された各オブジェクトの方向ずれ角から詳細レベルを決定する方向ずれ角比較手段と、
を有することを特徴とする3次元グラフィックス表示装置。
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