JPH0729032A - ３次元画像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コンピュータグラフィックス（Ｃ
Ｇ）や各種の画像処理分野において、計算機で生成した
場面（シーン）を実物に近い高画質で、しかも高速に生
成および処理するための対話的な画像生成方法および装
置に関し、物体表面の属性の参照関係と属性間の親子関
係を統一的に管理することが可能な３次元画像生成装置
を提供することを目的とする。 【構成】 場面指定部３では、場面の形状データと属性
データに対して、視点の情報やレンダリングの手法など
を定義し、さらにその定義に従ってレンダリングされた
場面上のアクティブな物体をマウスなどのユーザーイン
ターフェースを用いて指示し、形状階層リスト生成部５
では、形状入力部１から渡される物体の形状データが一
つの場面内でどのような階層構造を成しているかを定義
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータグラフィ
ックス（ＣＧ）や各種の画像処理分野において、計算機
で生成した場面（シーン）を実物に近い高画質で、しか
も高速に生成および処理するための対話的な画像生成方
法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＧの利用分野として、従来は非可視デ
ータ（例えば、構造解析や流体解析など）の可視化方法
の一つとして位置付けられていたが、最近は、インテリ
アにおけるコーディネーションや服飾デザインなどの分
野でも広くＣＧが利用されるようになってきた。このよ
うな、応用を考えた場合に、従来の様な画像生成の高速
化だけではなく、人間の感性にも訴えることのできる高
画質な画像生成や一般のユーザにも簡単に使えるユーザ
ーインターフェースが必要となる。

【０００３】ＣＧの一応用としてインテリアシミュレー
ションを例にとると、部屋の中の椅子や机といった部品
の形状の緻密さを表現するために、ＣＡＤなどではパラ
メトリックな自由曲面で表現する方法がある。また、そ
れらの形状の表面の光学属性を表現するために、レンダ
リング時に、グローシェーディングやフォンシェーディ
ングなどの輝度計算方法がある。さらに、最近では物体
表面の模様や凹凸感を表現するために、テクスチャマッ
ピングやバンプマッピングなどのマッピング手法が用い
られる。

【０００４】この内、テクスチャマッピングは物体表面
の模様、例えば、木目調やタイル模様などの図がらを写
真などから、カラースキャナーで読み取ったものを物体
に張り付ける（マッピング）ことで表現する手法であ
る。また、ＣＧのレンダリング手法としては、ハードの
利点を生かして高速に隠面消去するＺバッファ法や物体
相互間での光の反射や屈折を表現するレイトレーシング
などがある。さらに、物体相互間での２次的な光の反射
を表現するためにラジオシティ法が用いられる。

【０００５】この方法は、視点に依存しないで物体間で
のエネルギの伝搬を計算する方法で、ラジオシティで計
算したデータは、各物体単位で照度データとして保存
し、視点が決まった時点で照度マッピングされる。以上
のように、テクスチャマッピングや照度のマッピングを
用いる高画質のレンダリングでは、物体表面のマッピン
グデータの変更や光学属性の対話的な変更が有用とな
る。その反面、この様な機能を実現しようとするとデー
タの参照関係が複雑になるので、テクスチャなどの表面
属性の管理機構が必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高画質の３次元画像生成装置では、その一応用例として
インテリアシミュレーションを取った場合に、一つの部
屋の中に配置されたたくさんの部品（机や椅子など）の
表面の模様や光学属性（反射率や透過率など）を変更す
る場合に、ユーザーが指定した物体に対して、それと属
性に関して同等とみなすグループの範囲を決める方法が
明確でなく、また、これらの情報（物体と各属性との参
照関係など）をデータの中で統一的に管理できないとい
った問題を有していた。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑み、物体表面の属
性の参照関係と属性間の親子関係を統一的に管理するこ
とが可能な３次元画像生成装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
本発明の３次元画像生成装置では、一つの場面内の物体
に対して、場面内の全ての物体を管理する際に、その物
体が参照している表面属性または光源の場合は光学属性
の参照回数を計測する参照カウンタと、それぞれの属性
を識別する識別カウンタとをデータ管理部に備える。

【０００９】さらに、その参照関係を検索する場合に、
ユーザからの指定に応じて、指定された形状だけ、指定
された形状と同一の模様の指定された部品、さらに同一
の模様を指定された場面内の全ての物体の３つの範囲の
切替える機構を備える機構を備える。また、表面の属性
の内、物体の光学属性（反射率や透過率など）の参照関
係を物体毎に指定されている模様の参照関係を用いて、
それと同等の関係で管理する機構を備える。

【００１０】

【作用】本発明は上記した構成により、与えられた場面
の指定された物体表面の属性を編集する場合に、物体の
面単位、部品単位、場面単位の３種類のモードで統一的
に編集ができる。また、データ内部での無駄な重複と検
索をなくすことができる。さらに、表面の属性の内で光
学属性を模様の参照関係と同等に扱うことが可能とな
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例の３次元画像生成装
置について、図面を参照しながら説明する。図１は本発
明の一実施例における３次元画像生成装置を示すもので
ある。

【００１２】図１において、１は形状入力部で、形状入
力部１では、ＣＡＤなどを用いてモデリングされた物体
の形状データを多角形のポリゴンデータに分割し、それ
ぞれ３次元の形状データとして、画像生成データ編集部
に渡す。２は属性入力部で、属性入力部２では、形状入
力部１でモデリングされた物体のデータに対する物体毎
の表面属性データを定義する。この際、テクスチャなど
の画像データはカラースキャナを用いてラスタデータと
して入力し、アフィン変換やフィルタリングなどの画像
処理を行なって必要なフォーマットに変換する。また、
テクスチャ以外の反射率や透過率などの光学属性は、物
体毎に属性編集ツールなどを用いて定義する。

【００１３】３は場面指定部で、場面指定部３では、形
状入力部１と属性入力部２で与えられる場面の形状デー
タと属性データに対して、視点の情報やレンダリングの
手法などを定義し、さらにその定義に従ってレンダリン
グされた場面上のアクティブな物体をマウスなどのユー
ザーインターフェースを用いて指示する。

【００１４】４は画像生成データ編集部で、画像データ
編集部４は、形状階層リスト生成部５と属性管理部７と
計測機構８とからなり、形状階層リスト生成部５では、
形状入力部１から渡される物体の形状データが一つの場
面内でどのような階層構造を成しているかを定義する。
６は属性データのグルーピングの機構である影響範囲特
定機構、７は属性を管理する属性管理部、８はテーブル
参照リストを用いて参照回数を計数する計測機構、９は
画像生成部である。

【００１５】以上のように構成された３次元画像生成装
置について、以下図１を用いてその動作を説明する。

【００１６】まず、形状入力部１において、物体を複数
の多角形（ポリゴン）に分割しそのポリゴンの集合とし
て物体（部品）を定義する。例えばインテリアシミュレ
ーションを例にとると、部品は机や椅子に相当する。ポ
リゴンの細かさは、部品が曲面から構成され、それを精
密に表現する度合に応じて変化する。形状データは一般
に、部品単位にＩＤで管理される。形状入力部１から渡
されるデータはポリゴン頂点の３次元座標（ｘ，ｙ，
ｚ）とマッピングを行なう場合はそのマッピング座標
（ｕ，ｖ）である。

【００１７】属性入力部２では、ポリゴン単位の物体表
面属性を設定する。一般に、表面属性とは模様（テクス
チャ）、光学属性（反射率、透過率など）、光源の場合
は、光量や光学特性（減衰率、配光特性など）である。
テクスチャはカラースキャナを用いて床材や壁材の２次
元画像データからＲＧＢの３成分データとして入力す
る。

【００１８】形状階層リスト生成部５では、形状入力部
１から与えられる各部品のポリゴン単位の形状データ
を、シーンに応じて＜＜部屋−−部屋の中の部品−−部
品を構成するポリゴン＞＞と言った階層構造に組み立て
る。さらにこの階層構造のそれぞれのノードにあたる部
品単位に、属性入力部２で与えられる属性を定義する。
また、このノードにはワールド座標で定義される物体を
上述のシーンに配置する場合の移動量を移動マトリック
スで指定したものが指定される。

【００１９】一般にこの階層構造は親子関係があり、親
の部品に定義された属性等は特に再指定し直さない限り
は子に影響させる構造をとる。画像生成データ編集部４
の中の属性管理部７において、この階層構造に対する各
属性の影響範囲や属性相互の関係を管理する。図２に形
状の階層データと属性の関係の管理法の一例を示す。

【００２０】図２において、ｒｏｏｔを親（最上位の階
層）として、ｄｍＳｃｅｎｅは一つのシーン（これから
生成する場面に相当）に、ｄｍＮｏｄｅがシーン内の部
品に、さらにｄｍＬｅａｆが部品を構成するプリミティ
ブにそれぞれ対応する。これらは一シーン内で図２に示
すような階層構造を成し、計算機のメモリなどに展開さ
れる。また、属性の実体は、拡散反射テーブル、鏡面反
射テーブル、テクスチャテーブルなどのエントリで指定
する。ｄｍＳｃｅｎｅでは、複数のシーンを必要とする
場合は＊ｎｅｘｔでそれを指定する。また、シーンを生
成する場合の画像生成パラメタ（画質のレベルなど）を
定義する。

【００２１】次に、ｄｍＮｏｄｅでは、上位のｄｍＳｃ
ｅｎｅに配置する部品（例えばテーブルや机など）を定
義する。このノードには、場面内で部品を配置する時の
座標を、移動マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）の形で指定
し、さらに、複数の場面（ｄｍＳｃｅｎｅ）で共通に参
照される部品の場合は、その参照関係を管理する。さら
に、ｄｍＮｏｄｅで定義される部品を構成するプリミテ
ィブ（ポリゴン）をｄｍＬｅａｆで定義する。

【００２２】ここでは、ポリゴン形状と光源の場合は光
源の形状へのポインタで指定し、さらに、そのポリゴン
表面の属性（テクスチャや反射率など）を指定する。ま
た、形状ポインタで指定された各プリミティブには、ポ
リゴンの３次元座標と表面属性テーブルへのポインタが
必要に応じて定義される。ここで属性テーブルである
が、一般には、テクスチャ、拡散反射率、鏡面反射率な
どの光学属性は個別に指定可能であるが、ここでは、そ
れを一つのグループとみなしテクスチャデータをラベル
として管理している。したがって、テクスチャ（模様）
が同じで拡散反射率だけが異なる属性を定義する場合
は、新たな表面属性エントリとして、属性テーブルに指
定する必要がある。

【００２３】一般に、一つのシーン内で、属性データは
複数の物体から参照される場合が多く、図２の構造にお
いて部品（ｄｍＮｏｄｅ，ｄｍＬｅａｆ）毎に属性を別
々に定義するとメモリの無駄と検索時の時間の浪費が生
じる。このため、共通の属性データはそれぞれ１つの共
有テーブルに登録する機構を属性管理部７に持たせる。
この３種類のテーブルはシーンで１つずつ持たせ、複数
の部品で共有させる（図２の属性テーブル）。

【００２４】さらに複数の部品（ｄｍＮｏｄｅ）から重
複して参照している場合は、テーブル参照リストを用い
て参照回数を計数する機構を計測機構８に持たせ、どの
属性がどの物体から参照されているかで管理する（差分
リスト）。この差分管理は表面の属性のみならず、部品
の形状についても同様に差分リストを持たせる。

【００２５】ここで、属性データのグルーピングの機構
を影響範囲特定機構６に設ける。この機構内の参照リス
トを持たせ、シーン内で検索する範囲を次の３つのモー
ドで切替えることで変更することができる。

【００２６】（１）場面指定部３で指定される画面上の
指定されたｄｍＮｏｄｅのみを変更する。

【００２７】（２）指定されるＮｏｄｅが属する部品
（Ｎｏｄｅ）内でＮｏｄｅと同じ属性を指定するプリミ
ティブを変更する。

【００２８】（３）指定されるＮｏｄｅと同じ属性を指
定する物体の属性をシーン全体で変更する。

【００２９】また、Ｎｏｄｅの指定は、レンダリングさ
れた画像（２次元）上をマウスなどで指定することによ
り場面指定部３でその物体を検索する。また、図２にお
いて、鏡面反射と拡散反射の属性のグルーピングを検索
する場合に、上述のテクスチャの参照関係を用い、それ
と同じ参照関係で変更する。図３、図４、図５に上述の
３つのモードの実施例のフローチャートを示す。

【００３０】テクスチャデータ自身の変更は、各ポリゴ
ン単位（ｄｍＮｏｄｅ）に属性データ（ｒａｙ１，ｒｅ
ｆｌｅｃｔ１，ｔｅｘｔｕｒｅ１）の指し示すテーブル
のインデックスに対応するデータを置き変えることで対
応する。例えば、指定の物体表面のみの表面属性を変え
る場合に、ユーザーは、まずレンダリングされた画面上
の物体をマウスでピックする。そのピック座標を基に、
シーン内のポリゴン（ｄｍＮｏｄｅ）を検索する。

【００３１】ポリゴンには、各属性のデータ（ｒａｙ
１，ｒｅｆｌｅｃｔ１，ｔｅｘｔｕｒｅ１）が指定され
ているので、共有テーブルの中のエントリを検索する。
さらにユーザーがそのテクスチャ（または光学属性）を
変更する指示を与えると、その変更テクスチャがテクス
チャネームリストにすでに登録されているかを調べ、既
存のものが選択された場合は、共有テクスチャテーブル
に指定されたテクスチャのインデックスを指定する。も
し、テクスチャ（または光学属性）が未使用の場合は、
共有テクスチャテーブルにその実体を登録し、それを指
し示すようにプリミティブが指定するインデックスを変
更する。

【００３２】以上に述べたのと同様の操作により、ユー
ザーが指定したモードと物体に対して、それと同じテク
スチャを持つ他の物体に対しても、指定した属性に変更
することが可能となる。

【００３３】本実施例では、物体表面の属性変更の際の
レンダリングデータの管理についてのみ述べたが、全く
同様の管理方法を用いることで、照明の条件変更（減衰
率や配光特性など）の管理を行なうことができる。つま
り、表面属性の参照関係の管理機構を設けたのと同様
に、光学属性の管理機構を付加すれば良い。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は、ＣＧで生成され
た高画質のシーン内の物体の表面属性を編集する際に、
指定された物体と指定されたグループ関係で統一的に変
更が可能であり、さらに、内部データの無駄な重複が無
いためメモリを効率的に利用できる。

【００３５】また、本来、目視だけでは差がわかりにく
い光学属性についても、物体表面の模様を用いてグルー
プ化されるために、明解なユーザーインターフェースを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における３次元画像生成装置
の構成図

【図２】データ管理部のデータ構造の構成図

【図３】部品の指定面個別変換のフローチャート

【図４】部品の表面属性一括変換のフローチャート

【図５】シーンの表面属性一括変換のフローチャート

【符号の説明】

１ 形状入力部 ２ 属性入力部 ３ 場面指定部 ４ 画像生成データ編集部 ５ 形状階層リスト生成部 ６ 影響範囲特定機構 ７ 属性管理部 ８ 計測機構 ９ 画像生成部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を多角形に分割し、その３次元の形状
   データを入力する形状入力部と、前記３次元の形状デー
   タの表面の光学属性、模様および光源情報を入力する属
   性入力部と、前記形状データを観察する視点情報および
   レンダリング方法を指定し、また表示された画像上の物
   体を指示する場面指定部と、前記形状入力部から入力さ
   れる物体の３次元形状データと前記、属性入力部から入
   力される属性データとを階層的な構造で管理する形状階
   層リスト生成部と、前記属性入力部で入力される形状の
   属性データの各形状からの参照関係を管理する属性管理
   部と、前記形状階層リスト生成部で管理される、場面の
   階層データと、前記場面指定部で指示される画像の制御
   情報を用いて、指示された方法に従って、前記場面を生
   成する画像生成部とを具備し、 前記場面指定部で指示される物体表面の属性または光源
   情報を変更するに際し、前記属性管理部に場面内の複数
   の形状から参照される共有の表面属性テーブル、または
   光源属性テーブルと、前記表面属性または光源情報が複
   数の形状から参照されている回数を計測する計測機構
   と、前記表面属性の場面内での影響範囲を特定する影響
   範囲特定機構とを備え、その計測機構に定義された参照
   関係に従って表面属性の集合を決定し、さらに、その計
   測機構が参照する範囲を決定する際に、前記場面指定部
   で指示された形状、または複数の形状の集合に対して検
   索することを特徴とする３次元画像生成装置。
2. 【請求項２】物体を多角形に分割し、その３次元の形状
   データを入力する形状入力部と、前記３次元の形状デー
   タの表面の光学属性、模様および光源情報を入力する属
   性入力部と、前記形状データを観察する視点情報および
   レンダリング方法を指定し、また表示された画像上の物
   体を指示する場面指定部と、前記形状入力部から入力さ
   れる物体の３次元形状データと、前記属性入力部から入
   力される属性データとを階層的な構造で管理する形状階
   層リスト生成部と、前記属性入力部で入力される形状の
   属性データの各形状からの参照関係を管理する属性管理
   部と、前記形状階層リスト生成部で管理された場面の階
   層データと、前記場面指定部で指示される画像の制御情
   報を用いて、指示された方法に従って、前記場面を生成
   する画像生成部とを備え、 前記場面指定部で指示される物体表面の属性を変更する
   際、前記属性管理部に物体表面の模様の情報と光学属性
   とを対応させて管理する機構を備え、前記物体の光学属
   性を変更する場合に、場面内で前記場面指定部で指示さ
   れた物体表面と同じ模様を持つ物体または、場面内の複
   数の物体の集合の光学属性を、前記模様の物体からの参
   照関係に従って検索して同様に変更することを特徴とす
   る３次元画像生成装置。