JPH07200870A - 立体視用３次元画像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置構成を簡素化し全体としての計算量を低
減しうる立体視用３次元画像生成装置を提供する。 【構成】 透視投影変換処理部１６からシェーディング
処理部１９に至るまでの各処理部を左右の画像用に共通
化し、得られたラスタデータを各画素の奥行き情報に基
づいて左右ずらし処理部２０にて左右の画像用にずらし
て左右のディスプレイ２３、２４に表示する。このと
き、共通化された一連の処理は、左右の目の中央に視点
を置いたものとして処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、左右両眼にそれぞれ視
差に基づく異なる画像を提示する立体視用の３次元画像
生成装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】数値データによる対象物の３次元モデル
を計算機内に構築し、該モデルを立体的に表示する方法
が、数値解析やＣＡＤの分野のみならず多くのアプリケ
ーションソフトウェアで重要となっている。このような
立体表示は、単に３次元モデルを２次元に投影して平面
ディスプレイに表示することが行われて来たが、近年
は、左右の目に見える画像をそれぞれ提示することによ
って立体的に表示する立体視が実現されるようになって
いる。

【０００３】このような立体視のために２つの画像を立
体的に提示する方法には、次の２つの方法がある。 （１）左目用の画像と右目用の画像とを１つのディスプ
レイ上に時分割して表示し、液晶シャッター等を時分割
に同期して開閉するメガネを用いて見せる方法。 （２）２つのディスプレイを用意し、それぞれのディス
プレイに左右の目から見える画像を提示して、それぞれ
の目で見るようにする方法。

【０００４】いずれの方法においても、２つの立体視用
の画像を生成する場合には、従来、例えば図６に示すよ
うに、表示するモデルデータをモデリング変換した後、
透視投影変換からクリッピング処理を経て隠面消去・シ
ェーディング処理までを左右それぞれの画像用に独立し
た構成をとって、左右それぞれ独立に行っている。得ら
れた表示用データ（ラスタデータ）は、対応するそれぞ
れのフレームバッファに書き込まれた後、各ディスプレ
イに個別に表示されたり、１つのディスプレイに時分割
して表示される。なお、このほかに、モデリング変換か
らすべて左右独立した構成をとっているものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の装
置では、透視投影変換からクリッピング処理、隠面消去
処理、シェーディング処理に至る一連の過程が左右のデ
ィスプレイ用にそれぞれ独立した構成で独立に処理され
ている。これは、図７に示すようにある対象物を上から
見た場合に、左右の目から見える各画像が、両目の間隔
の分だけ視点がずれているために、それぞれの目で見た
対象物の形状や色などが異なって見えるためである。

【０００６】しかしながら、上記従来の立体視用３次元
画像生成装置では、左右の目から見た各画像がそれぞれ
独立した構成で取り扱われるために、１つの画像を生成
する場合と比較して２倍の装置構成を必要とするという
問題点があった。また、上記の各種処理をそれぞれ左右
１セットで処理する場合には、例えば左右の画像を順に
生成して同期させるため、左右１セットの画像を生成し
終わるまでの計算量が多くなり、そのため、処理時間が
長くなるという問題点があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、装置構成を簡素化し全体と
しての計算量を低減しうる立体視用３次元画像生成装置
を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はつぎの構成を有する。すなわち本発明は、
左目用の画像と右目用の画像とを生成してそれぞれ左目
と右目とに表示する立体視用３次元画像生成装置におい
て、表示対象物の３次元モデルデータを左右の目の中央
に視点を置いた視野座標系に変換する視野座標変換処理
手段と、該視野座標変換処理手段の処理結果に立体的な
視覚効果を実現する処理を加える立体効果実現処理手段
と、該立体効果実現処理手段の処理結果に視点の差に応
じた左右ずらし処理を加えて左目用の画像と右目用の画
像を生成する左右ずらし処理手段と、を有することを特
徴とする立体視用３次元画像生成装置である。

【０００９】また本発明においては、前記立体効果実現
処理手段の処理結果である画素データを視点からの奥行
き方向に比例して左または右にずらして、左目用の画像
と右目用の画像とを生成する左右ずらし処理手段を備え
ることができる。また本発明においては、前記左右ずら
し処理手段が、ずらした画素間の補間を行う補間手段を
含むことができる。

【００１０】

【作用】上記のように構成された本発明にあっては、左
右の画像を立体視で見たときに認識される１つの像が、
左右の目の中央に視点を置いて得られる像と近似してい
ることを利用し、ラスタデータを得るまでの処理を左右
の目の中央に視点を置いたものとして処理する。すなわ
ち、視野座標変換処理手段によって、表示対象物の３次
元モデルデータを左右の目の中央に視点を置いた視野座
標系に変換した後、立体効果実現処理手段によって、視
野座標変換処理手段の処理結果に、立体的な視覚効果を
実現する処理を加える。

【００１１】左右ずらし処理手段は、立体効果実現処理
手段の処理結果（ラスタデータ）に、視点の差、つま
り、仮に設定した視点（左右の目の中央）と左右それぞ
れの目の視点との差に応じた左右ずらし処理を加えて、
左目用の画像と右目用の画像を生成する。こうして得ら
れた左右の画像データは、例えばフレームバッファに書
き込まれて、左右のディスプレイに表示される。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の１実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図１は本発明に係る立体視用３次元画像
生成装置の１実施例構成を示す機能ブロック図、図２は
同実施例における立体視用画像生成過程を示すフローチ
ャート、図３は各種処理後のデータの変化を示す図、図
４と図５は左右ずらし処理の説明に供する図である。

【００１３】本実施例の立体視用３次元画像生成装置
は、図１に示すように、大別して、各部を総合的に制御
するとともに表示対象物の３次元モデルデータを送出す
る制御部１０と、座標計算等を行うジオメトリエンジン
部１１と、左右の表示用のラスタデータを生成するラス
タエンジン部１２と、左目用の表示部１３と、右目用の
表示１４とから構成されている。

【００１４】制御部１０から送出される３次元モデルデ
ータは、３次元の表示対象物を数値的に表現したデータ
である。ジオメトリエンジン部１１は、モデリング変換
を行うモデリング変換処理部１５と、透視投影変換を行
う透視投影変換処理部１６と、クリッピング処理を行う
クリッピング処理部１７とで構成されている。モデリン
グ変換は、３次元モデルデータの座標系を物体座標系
（絶対座標系）に変換する処理である。また、透視投影
変換は、視点を固定してその視点の位置と方向をもとに
対象を投影する処理であり、物体座標系を視野座標系に
変換する処理である。

【００１５】従来は、左右の目の視点の位置が異なるた
め、前述のように、左目用と右目用の２つの透視投影変
換を行っていたが、本実施例では、左右の目の中央の位
置を視点として１つの透視投影変換を行うようになって
いる。これは、左右の画像を立体視で見たときに認識さ
れる１つの像が、左右の目の中央に視点を置いて得られ
る像と近似していることを利用したものである。また、
クリッピング処理は、ディスプレイ上に表示領域を指定
し、外側にはみでたデータを取り除く処理である。

【００１６】また、ラスタエンジン部１２は、隠面消去
処理を行う隠面消去処理部１８と、シェーディング処理
を行うシェーディング処理部１９と、得られたラスタデ
ータを左右の表示用にずらす処理を行う左右ずらし処理
部２０とで構成され、隠面消去処理部１８には、隠面消
去処理に用いるＺバッファ１８ａが接続されている。隠
面消去処理は、現実感の強い本物に近い画像を得るた
め、実際には隠れて見えない面（隠面）を消去する処理
であって、これにより、物体の裏側および他の物体の陰
になる部分の面は除去され、正面から見える部分のみが
残されて表示されることになる。

【００１７】本実施例では、隠面消去の手法として、い
わゆるＺバッファ法を用いている。これは、各画素（ピ
クセル）ごとのＺ軸方向（奥行き方向）の距離を記憶す
るメモリ（前記Ｚバッファ１８ａ）を設け、新たに画素
データを書き込む際に、新旧の距離データを比較し、視
点に近いほうの画素データを残すようにする方法であ
る。また、シェーディング処理は、３次元物体のモデル
を表示するときに、モデルに当たった光が特定の方向に
どれだけ反射してくるかを計算し、面の向きと方向に応
じて面に陰影をつける処理である。このシェーディング
処理を行うと、さらに物体の相互関係が明らかとなり、
現実感が増す。こうした隠面消去処理やシェーディング
処理によって立体的な視覚効果が実現され、これらの処
理で得られた画像データ（ラスタデータ）は立体感のあ
るものとなる。

【００１８】また、左右ずらし処理の内容は、後で詳述
するが、仮に設定した視点（本実施例では左右の目の中
央）と左右それぞれの目の視点との差に応じて、対象物
のラスタデータの奥行きの値（Ｚ値）に合わせてずらす
というものであって、これにより、左目用の画像と右目
用の画像が生成される。

【００１９】左右の表示部１３と１４は、それぞれ、左
右ずらし処理によって得られたデータを格納するフレー
ムバッファ２１、２２と、画像を表示するディスプレイ
２３、２４とで構成されている。フレームバッファ２
１、２２は、ディジタル形式の画像データを記憶する大
容量のメモリであって、表示速度で内容を読み出し、Ｄ
／Ａ変換して表示すると同時に、画素データを書き込む
ことができる。

【００２０】なお、座標変換処理手段は透視投影変換処
理部１６、立体効果実現処理手段は隠面消去処理部１８
とシェーディング処理部１９、左右ずらし処理手段は左
右ずらし処理部２０によってそれぞれ構成されている。

【００２１】次に、このように構成された本装置による
画像生成過程を、図２に示すフローチャートに従って説
明する。まず、制御部１０から表示対象物の３次元モデ
ルデータ３０（図３（ａ）参照）がモデリング変換処理
部１５に送られると（Ｓ１）、モデリング変換処理部１
５は、モデルデータ３０に対して拡大、縮小、回転、平
行移動などのモデリング変換を行って、物体座標系にお
けるモデルデータ３１（図３（ｂ）参照）を計算し、こ
のデータを透視投影変換処理部１６に送る（Ｓ２）。

【００２２】次いで、透視投影変換処理部１６は、モデ
ルデータ３１に対してあらかじめ設定された視点の位置
や方向を元にして透視投影変換を行って、視野座標系に
おけるモデルデータ３２（図３（ｃ）参照）を計算し、
このデータをクリッピング処理部１７に送る（Ｓ３）。
このとき、前述のように、従来は、左右の目の視点の位
置が異なるため、左目用と右目用の２つの透視投影変換
を別々に行っていたが、本実施例では、左右の目の中央
の位置を視点として１つの透視投影変換を行う。このた
め、データ処理時間の多くを占有する透視投影変換の為
のデータ処理量は約半減する。

【００２３】次いで、クリッピング処理部１７は、あら
かじめ指定された表示領域外のデータを取り除いて、モ
デルデータ３２を表示サイズに合わせた後、このデータ
を隠面消去処理部１８に送る（Ｓ４）。次いで、隠面消
去処理部１８は、クリッピング処理されたモデルデータ
３２に対してＺバッファ法による隠面消去処理を行っ
て、実際には隠れて見えない面を消去したデータ３３
（図３（ｄ）参照）を計算し、このデータをシェーディ
ング処理部１９に送る（Ｓ５）。

【００２４】次いで、シェーディング処理部１９は、隠
面消去処理が施されたデータ３３に対してシェーディン
グ処理を行って、面の向きと方向に応じて面に陰影をつ
けたデータ３４（図３（ｅ）参照）を計算し、このデー
タをラスタデータとして左右ずらし処理部２０に送る
（Ｓ６）。モデルデータ３２は、こうした隠面消去処理
（Ｓ５）およびシェーディング処理（Ｓ６）を経ること
によって順次立体感が付与され、最終的に、現実感の強
い本物に近い画像データ（ラスタデータ）３４に変化す
ることになる。

【００２５】ラスタデータ３４が左右ずらし処理部２０
に入力されると、左右ずらし処理部２０は、ラスタデー
タ３４に対して左右ずらし処理を左目用と右目用に並行
して行って、左目用の画像３５（図３（ｆ）参照）と右
目用の画像３６（図３（ｇ）参照）をそれぞれ生成する
（Ｓ７）。すなわち、仮に設定した視点（本実施例では
左右の目の中央）と左右それぞれの目の視点との差に応
じて、ラスタデータ３４の各ピクセル（画素）データ
を、奥行きの値（Ｚ値）、つまり視点座標系におけるＺ
軸方向の値に比例してずらす。これにより、Ｚ値が大き
いほどずらし量は大きくなる。

【００２６】実際のずらし量は、視点と対象物との距離
や対象物の大きさと、表示サイズに応じて比例する量と
なる。例えば、左目用の画像を生成する場合を例にとる
と、図４に示すように、稜線Ａと稜線Ｂを比較すれば稜
線ＢのほうがＺ値が大きいため、そのＺ値に比例して図
中矢印で示した左方向へのずらし量が大きくなる。これ
を実際にずらして表示すると、図５（ａ）と（ｂ）に示
すように、稜線Ｂが左方向にずれて見えることになる。

【００２７】ステップ７で生成された左目用の画像３５
と右目用の画像３６はそれぞれ対応するフレームバッフ
ァ２１、２２に格納され（Ｓ８、Ｓ９）、左右のディス
プレイ２３、２４に表示される（Ｓ１０、Ｓ１１）。こ
れを立体視鏡や立体視用メガネを用いて見ると、対象物
を立体視することができる。

【００２８】したがって、本実施例によれば、透視投影
変換処理部１６、クリッピング処理部１７、隠面消去処
理部１８、シェーディング処理部１９を左右の画像用に
共通化したので、これらの処理における計算量が概略半
減され、左右ずらし処理部２０の追加はあるものの、全
体としては装置構成が簡素化され、その分装置全体の計
算量を少なくすることができ、処理時間の短縮が図られ
る。

【００２９】なお、本実施例では、立体効果を出す手法
として、隠面消去処理とシェーディング処理を用いてい
るが、シェーディング処理についてはこれに限定される
ものではなく、他のレンダリング処理、例えばレイ・ト
レーシング（光線追跡法）などを用いてもよい。また本
実施例では、左右別々のディスプレイに左目用の画像と
右目用の画像を表示するとしたが、１つのディスプレイ
を時分割して使用してもよいし、その他左右の目にそれ
ぞれ異なる画像を提示できる提示手段を使用してもよい
ことは明らかである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
示対象物の３次元モデルデータに対する座標変換処理か
ら立体効果実現処理に至るまでの一連の処理を左右の画
像用に共通化したので、装置構成が簡素化され、その分
装置全体の計算量が低減され、処理時間の短縮が図られ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体視用３次元画像生成装置の１実施
例の機能ブロック図である。

【図２】同実施例における立体視用画像生成過程を示す
フローチャートである。

【図３】立方体を例に各種処理後のデータの変化を示す
説明図である。

【図４】左右ずらし処理において左目用の画像を得るた
めのずらし量の説明図である。

【図５】図４のずらし量に応じてずらした画像を示す図
である。

【図６】従来の立体視用３次元画像生成装置のデータの
流れを示す機能ブロック図である。

【図７】対象物を左右の目から見た様子を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ 制御部 １５ モデリング変換処理部 １６ 透視投影変換処理部（座標変換処理手段） １７ クリッピング処理部 １８ 隠面消去処理部（立体効果実現処理手段） １９ シェーディング処理部（立体効果実現処理手段） ２０ 左右ずらし処理部（左右ずらし処理手段） ２１、２２ フレームバッファ ２３、２４ ディスプレイ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左目用の画像と右目用の画像とを生成し
   てそれぞれ左目と右目とに表示する立体視用３次元画像
   生成装置において、 表示対象物の３次元モデルデータを左右の目の中央に視
   点を置いた視野座標系に変換する視野座標変換処理手段
   と、 該視野座標変換処理手段の処理結果に立体的な視覚効果
   を実現する処理を加える立体効果実現処理手段と、 該立体効果実現処理手段の処理結果に視点の差に応じた
   左右ずらし処理を加えて左目用の画像と右目用の画像を
   生成する左右ずらし処理手段と、 を有することを特徴とする立体視用３次元画像生成装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記立体効果実現処理手段の処理結果である画素データ
   を視点からの奥行き方向に比例して左または右にずらし
   て、左目用の画像と右目用の画像とを生成する左右ずら
   し処理手段を備えたことを特徴とする立体視用３次元画
   像生成装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 前記左右ずらし処理手段が、ずらした画素間の補間を行
   う補間手段を含むことを特徴とする立体視用３次元画像
   生成装置。