JPS62229379A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は３次元画像データで示される３次元物体の任意
の斜断面画像を簡易に、しかも連続的に高速に求めるこ
とのできる画像表示装置に関する。

（従来の技術） コンピュータグラフィックスでは、３次元物体をモデル
化して３次元的に表示したり、また視点を変えたときの
上記３次元物体の斜視画像を連続的に求める等の処理が
行われている。この処理は、例えば３次元物体を成る視
点から見たときの２次元平面における上記３次元物体の
各点の座標位置（投影座標点）を、３次元物体の各点と
視点との３次元座標位置の関係からそれぞれ計算するこ
とによって行われる。

このようなコンピュータグラフィクスの手法によれば、
例えば２次元表示画面であるディスプレイ上で、上記３
次元物体のイメージ（概念）を明確に理解することが容
易となり、その情報処理に大きく貢献する。

一方、最近ではＸ線ＣＴ装置を用いて３次元物体の断面
画像を、その断面方向とは直角な方向に順次ずらしなが
ら複数枚求め、これを積重ねることによって上記３次元
物体に関する３次元画像データを求めることが行われて
いる。

このような３次元画像データによれば、例えばその３次
元画像を形成する断面画像の位置を指定するだけで、そ
の断面位置における３次元物体の断面画像を速やかに求
めることが可能となる。従って上述したコンピュータグ
ラフィクスの場合と同様に、上記３次元物体のイメージ
の認識・理解を助ける上で大きく貢献する。

ところがこのような３次元画像データから簡易に求め得
る断面画像は、その３次元画像を形成する断面方向の成
る断面である。しかし一般的には上記３次元画像の任意
の斜断面を求めたいと云う要求が強い。しかも、その斜
断面を連続的に変化させながら所望とする斜断面の画像
を求めたいと云う要求が強い。

然し乍ら、３次元画像データから任意の斜断面の画像を
得ることは、たとえコンピュータグラフィクスの手法を
用いたとしても非常に困難である。

まして任意の斜断面の画像を求める為の計算処理量は非
常に膨大であり、その斜断面を連続的に移動させながら
所望とする斜断面を求めることは極めて大変である。

（発明が解決しようとする問題点） これにも拘らず、３次元物体の任意の斜断面の画像を求
めたい場合が非常に多くあり、３次元画像処理を行う上
での大きな課題となっている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、３次元画像データからその任意の
斜断面の画像を簡易に、且つ連続的に高速に求めること
のできる画像表示装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決する為の手段） 本発明は、画像ファイルに格納された、例えば断面位置
を連続的に異ならせた複数枚の断面画像データを積重ね
てなる３次元画像に対する任意の、斜断面の情報を、そ
の斜断面の基準点の前記３次元画像上における２軸方向
の位置、およびｘｙ平面に対する３軸回転量として指示
するようにし、この指示された２軸方向の位置に従って
前記画像ファイルからその指示位置を基準とする２軸方
向に所定の断面厚を持つ３次元部分画像データを選択的
に求め、例えばこの３次元部分画像データを３次元画像
メモリに格納し、この３次元画像メモリ上において前記
任意の斜断面を構成するアドレスを前記指示された３軸
回転量に従って計算し、その計算されたアドレスの画像
データを前記３次元画像メモリから表示用画像メモリに
読出して表示装置による画像表示に供するようにしたも
のである。

（作用） このように構成された本装置によれば、任意の斜断面を
含む所定の断面厚の３次元部分画像データが、指示され
た２軸方向の位置の情報に従って３次元画像ファイルか
ら選択的にスクロールされて３次元画像メモリに読出さ
れる。

そしてこの３次元画像メモリに対して前記任意の斜断面
を形成するアドレスが３軸回転量に従って計算され、３
次元部分画像データから斜断面を構成するアドレスの画
像データのみが表示用画像メモリに選択的に読出される
。

従って３次元画像の任意の斜断面の画像を求める為の処
理が、３次元画像に対する２軸方向のスクロールと３軸
回転とにより高速に、しかも簡易に実行できる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第１図は実施例装置の概略構成図であり、工は磁気ディ
スク装置等の大容量記憶装置からなり３次元画像データ
を格納した画像ファイルである。

この画像ファイル１に格納される３次元画像は、例えば
Ｘ線ＣＴ装置により求められる複数枚の断面画像データ
を、その断面方向とは直角な方向に積重ねて構成される
３次元画像データからなる。

即ち、第２図に示すように３次元画像データは、３次元
物体をｘｙ平面で走査して求められる断面画像を、その
断面位置を２軸方向に順次変化させながら複数枚求め、
これらの複数枚のｘｙ断面画像を２軸方向に順に重ねて
構成される。

３次元画像メモリ２は、後述する制御部１０の制御を受
けて上記画像ファイルｌから選択的に読出される３次元
部分画像データ、即ち２方向に成る厚みを持つ３次元の
画像データを格納するもので斜断面画像を求める為のバ
ッファとして機能する。

しかしてアドレス計算回路３は上記３次元画像メモリ２
に格納された３次元部分画像の中の成る斜断面を構成す
るアドレスを計算し、そのアドレスの画像データを選択
的に読出して表示用画像メモリ５に格納している。この
表示用画像メモリ４に格納された画像データが、前記任
意の斜断面の画像としてディスプレイ５で表示される。

ここで前記３次元画像に対する任意の斜断面は、その斜
断面の基準点の前記３次元画像におけるＺ軸方向の位置
と、その位置におけるｘｙｚ軸に対する３軸回転量とし
て表現することができる。

即ち、第３図に示すように３次元画像りにおける任意の
斜断面Ｍは、斜断面Ｍの基準点（例えば中゛失点Ｎ）の
上記３次元画像の２軸方向における位置と、その断面位
置におけるｘｙ平面に対して上記斜断面がどの程度類い
ているか、つまり各軸を中心としてそれぞれどの程度回
転しているかによって表現することができる。

従って、前記３次元画像りに対して斜断面Ｍの基準点（
中心点）Ｎの２軸方向における位置ＺＣと、その位置Ｚ
Ｃにおけるｘｙ平面に対して斜断面Ｍがどの程度３軸回
転しているかを指定すれば、前記３次元画像における任
意の斜断面Ｍを定義（特定）することが可能となる。

そこで本装置では、上記斜断面Ｍの基準点（例えば中央
点）Ｎの前記３次元画像におけるｚ軸方向の位置Ｚｅの
情報を、その中心部（２−２０）からの２方向移動量と
して２移動指示部Ｂより指示人力するようにしている。

また上記ｘｙ平面に対する３軸回転量をｘ、ｙ、ｚの各
軸に対して回転角度Ａ、Ｂ、Ｃなる情報として３軸回転
指示部７からそれぞれ指示入力するようにしている。

２方向移動量計算回路８および座標変換パラメータ計算
回路９は、このようにして指示入力された情報に従って
、前記３次元画像りからその任意の斜断面Ｍの画像を求
める為の制御データをそれぞれ作成している。

即ち、２方向移動量計算回路８は指示入力され。

た２方向移動量（２軸方向の位置ＺＣ）から、その指示
位置ＺＣを中心とするｚ軸方向に所定の断面厚みの３次
元部分画像データが格納されている前記画像ファイルｌ
上の領域を計算し、ている。制御部１０はこの２方向移
動量計算回路８で計算された情報に従って、その領域の
画像データ、つまりｚ軸方向に（ＺＣ±Δ２）で示され
る位置の複数枚のｘｙ平面断面画像データを画像ファイ
ル１から読出し、これを３次元画像メモリ２に格納して
いる。

尚、上記３次元部分画像の２軸方向に所定の断面厚みは
、３次元画像メモリ２に格納し得るデータの容量、つま
り３次元画像メモリ２が何枚のｘｙ平面画像を格納し得
るかによって定められる。

しかして画像ファイルＩからの３次元部分画像データの
選択的な読出しによる３次元画像メモリ２への書込みは
、２方向移動量が指示（変更）される都度、繰返して行
っても良いが、制御部１０はこれをスクロール的に制御
するようにしている。

即ち、成る時点で位置ＺＣを中心とする（ＺＣ±Δ２）
の３次元部分画像データが３次元画像メモリ２に格納さ
れているとする。ここでその指示位置がＺＣからＺｅ’
に変更されたとき、（ｚ　ｃ’±Δ２）の３次元部分画
像データを再び画像ファイル１から読出して３次元画像
メモリ２に格納されている画像データの全てを更新する
ことは甚だ処理効率が悪い。

そこで制御部１０は、例えば第４図に示すようにその基
準位置がＺＣからｚｃ’に変更されたとき、これによっ
て新たに追加すべき画像データだけを前記画像ファイル
ｌから読出している。そして３次元画像メモリ２上で、
上記位置の移動により不要となった画像データが格納さ
れていた領域に、上記画像ファイルｌから新たに読出し
た画像データを格納するようにしている。

この際、制御部１０は３次元画像メモリ２上で、どこが
３次元部分画像データの区切り部分であるかを不連続線
として管理している。この不連続線によって３次元画像
メモリ２上におけるｚ軸方向に所定の厚みを持つ３次元
部分画像が管理される。

このようにしてその指示位置を基準とする２軸方向に所
定の厚みを持つ３次元部分画像データは、前記ｚ軸方向
の指示位置の情報に従って画像ファイル１から選択的に
スクロールされて読出され、３次元画像メモリ２に格納
される。

一方、前記制御部１０は上記３次元画像メモリ２に選択
的に格納された３次元部分画像データに対して次のよう
な座標変換処理を施している。

３次元画像メモリ２に格納された３次元部分画像におけ
る任意の斜断面Ｍは、その３次元画像の座標系（ｘ、ｙ
ｏｚ　）として表わされる。ここで上記任意の斜断面Ｍ
の面をｘ’ｙ’平面とし、それと直角な方向を２°軸と
する座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）を考えると、斜断面Ｍ
に関して上記入力座標系（ｘ、ｙ、ｚ　）と出力座標系
（ｘ”、ｙ’、ｚ’）との関係は、その３軸回転量をそ
れぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、＝　　（ｘ’、ｙ’、ｚ
’、１） として表現できる。但し、８審はｓｌｎ＃を示し、ｃ霧
はｃｏｓ　＃を示している。

従ってこの関係から、３次元画像メモリ２上に２方向移
動量に応じて選択的に抽出された３次元部分画像が、３
軸回転された出力座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）でどのよ
うに表わされるかを計算することができる。そしてその
計算された出方座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）における２
°が０のｘ’ｙ’平面で示される断面の画像データを選
択的に求めれば前述した斜断面Ｍの画像データを求める
ことが可能となる。

しかし出力座標系（ｘ’、ｙｏ、ｚ’）における上記斜
断面Ｍは、ここではｚ’−０で示されるｘ’ｙ’平面で
示される断面であり、これ以外の座標関係を計算しても
無意味である。

そこで本装置では出力座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ”）にお
いて斜断面Ｍを示す特定のｚ’　（例えばｚ’＝０）に
ついてのみ、これに対応する入力座標系におけるアドレ
スをそれぞれ計算することにより、斜断面Ｍに関する入
力座標系と出力座標系との関係の全てを効率良く求める
ようにしている。即ち、画像表示するべく表示用画像メ
モリ４に求めたい画像データは斜断面Ｍを構成するｘ’
ｙ“平面の画像である。

従って２゛を固定的に取扱い、出力座標（ｘ”、ｙ’　
）に対する入力座標Ｃｙ、、ｙ、ｚ　）を計算し、その
入力座標（ｘ、ｙ、ｚ　）で示される３次元画像メモリ
２のアドレスに格納された画像データを選択的に読出し
、これを表示用画像メモリ４の出力座標（ｘ’、ｙ’　
）で示されるアドレスに格納するようにしている。

ここで、前述した入力座標系と出力座標系との関係であ
る３軸回転変換をＴとした場合、その逆変換Ｗは、 Ｗ　　−（Ｔ）”−’ で示される。但し、 である。故に、出力座標（ｘ’、ｙ’、ｚ’）に対する
入力座標（ｘ、ｙ、ｚ　）はそれぞれ次のように計算す
ることができる。

ｘ−ｘ’＊ｃＢｉ：ｃｃ＋ｙｌｃＢ本５ｃ−ｚ’零５Ｂ
ｙ＝ｘ　’　（−ｃＡ＊ｓｃ＋５ＡｔｓＢ＊ｃｃ）＋ｙ
”　（ｃＡ＊ｃｃ＋ｓＡ＊ｓＢ＊ｓｃ）＋ｚ’本ｓＡ＊
ｃＢ ｚ＝ｘ　’　（ｃＡｔｓＢ＊ｃｃ＋ｓＡ本ｓｃ）＋ｙ’
　（ｃＡ）ｓＢ＊５Ｃ−ｓＡ零ｃＣ）＋ｚｌｃＡ本ｃＢ ここで、前述したように斜断面Ｍは、ｚ”＝０のｘ’ｙ
“平面として考えることができるから、実質的には上式
における定数項（ｚ’の項）がなくなる。

従って、３次元画像メモリ２から画像データを選択的に
読出し、これを表示用画像メモリ４に格納する為のアド
レス計算回路３によるアドレス計算を ｘ＝ｘ’＊ｃＢ＊ｃＣ＋ｙ’＊ｃＢ＊５Ｃｙ＝ｘ’　（
−ｃＡ＊ｓｃ＋ｓＡ＊ｓＢ＊ｃｃ）＋ｙ’　（ｃＡｌ：
ｃｃ＋５ＡｔｓＢ＊５ｃ）ｚ＝ｘ’（ｃＡ＊５ＢｔｃＣ
＋ｓＡ＊ｓＣ）＋ｙ　’　（ｃＡ＊ｓＢ＊５ｃ−ｓＡ＊
ｃｃ）として容易に実行することが可能となる。

具体的には、表示用画像メモリ４に準備された出力座標
（ｘ’、　ｙ’）の範囲を、 ｘ’ｓ≦Ｘ°≦ｘ’ｅ　　、　　ｙ’ｓ≦ｙ°≦ｙ’ｅ
として求める。そして先ずｙｏをｙｏｓに固定してＸ。

をｘ’ｓからｘ’ｅまで変化させ、そのときの（ｘ、ｙ
、ｚ　）を３軸回転量に従って座標変換パラメータ計算
回路９が求めた座標変換パラメータに従って計算する。

但し、上記座標変換パラメータは、３軸回転量Ａ、Ｂ、
Ｃによって示される、その正弦値（ｓｉｎ審）および余
弦値（ｃｏｓｔ）からなる。そしてその計算された座標
（ｘ、ｙ、ｚ　）の３次元画像メモリ２における画像デ
ータを表示用画像メモリ４の出力座標（ｘ’、　ｙ’）
のデータとする。尚、必要に応じて内挿処理等の手法を
用いて出力座標（ｘ’、　ｙ’）のデータを求めるよう
にすれば良い。

このような処理をＸｏの全てについて行い、これを前記
ｙ°をｙ’ｓからｙｏ０までを変化させながら順次繰返
し実行する。これにより、任意の斜断面Ｍを構成する出
力座標（ｘ’、ｙ’　）上の全てのデータが前記３次元
画像メモリ２から選択的に求められることになる。

即ち、計算された２の値によって３次元画像メモリ２に
格納された複数枚のｘｙ平面画像中のどの断面画像かが
指定され、その断面画像の（ｘ、ｙ　）で示されるアド
レスの画像データが選択的に読出されることなる。この
処理がＣｘ’、ｙ’　）の全てに付いて行われることに
より、斜断面Ｍの傾きに応じて３次元部分画像中の成る
２次元平面を構成する部分の画像データが選択的に読出
されることになる。

第５図は上述した処理を実行する本装置における処理の
流れを示すものである。

この図に示されるように装置が起動された場合には、先
ず前記表示用画像メモリ４等をクリアする等の初期設定
を行い（ステップａ）、３次元画像メモリ２に対する不
連続線の計算を行う（ステップｂ）。この初期設定時に
おける２軸方向の不連続線は、ｚ軸方向に所定の断面厚
みを持つ３次元部分画像を画像ファイル１から読出すと
き、その全てをそのまま３次元画像メモリ２に格納し得
ることから該３次元画像メモリ２の端として与えられる
。また３軸回転量は（０，０，０）として与えられる。

このような初期設定の下で斜断面の表示が指示されると
、２方向への移動指示を受けて（ステップｃ）、必要に
応じて前記不連続線の情報に従って３次元画像メモリ２
に対する画像データの更新領域を計算しくステップｄ）
、画像ファイルｌから画像データを選択的に読出して３
次元画像メモリ２に書込む（ステップｅ）。

尚、画像ファイル１から最初に画像データを選択的に読
出す場合には、該当領域の全ての画像データを読出して
３次元画像メモリ２に書込むことは゛勿論のことである
。また既に３次元画像メモリ２に成る領域の画像データ
が書込まれている時点で２軸方向の移動が指示された場
合には（ステッブｆ）、その指示された２の値に応じて
前記不連続線を更新しくステップｇ）、その情報に従っ
て３次元画像メモリに対する更新領域の計算（ステップ
ｄ）を行うことになる。

このような処理制御により、３次元画像メモリ２には指
示されたＺ軸上の位置の部分画像データがスクロール的
に格納されることになる。

一方、斜断面に対する３軸回転量が指示されると（ステ
ップｈ）、その指示された３軸回転量に従って座標変換
パラメータが計算される（ステップｉ）。この座標変換
パラメータの計算は、例えば角度情報Ａ、Ｂ、Ｃに応じ
てパラメータテーブルを検索し、角度Ａ、Ｂ、Ｃに応じ
て正弦値および余弦値をそれぞれ求めることによって行
われる。

このようにして求められた座標変換パラメータに従って
前述した座標変換（３軸回転）によるアドレス計算が行
われる（ステップｊ）。

ここで３軸回転量が（０，０，０）で与えられた場合に
は、その正弦値がＯとなり、余弦値が１となることから
、 Ｘ”Ｘ’、ｙ−ｙ’、ｚ−０ となり、３次元画像メモリ２上で（ｚ−０）で示される
ｘｙ平面の画像、つまり回転を伴うことのない断面画像
が指定されることになる。

このようにアドレス計算された結果に従って３次元画像
メモリ２が選択的にアクセスされ、そのアドレスに格納
された画像データが表示用画像メモリ４に選択的に読出
される（ステップｋ）。そしてこの表示用画像メモリ４
に読出された画像データが、前記２軸の位置、および３
軸回転量で指定された任意の斜断面の画像として表示さ
れる（ステップｌ）。

以上説明したように、本装置によれば３次元画像に対す
る任意の斜断面の画像を容易に求めることができる。し
かもＺ軸方向の位置の指定によって部分画像データをス
クロール的に画像メモリ２に求めるので、これによって
表示斜断面を２軸方向にスクロール的に移動させること
ができる。

また上述したように３軸回転処理により３次元部分画像
中の任意の斜断面の画像を求めるので、その計算処理を
実質的に２次元の線形演算により実施することができる
。特に上述したように（ｘ’、ｙ’　）を可変しながら
（ｘ、ｙ、ｚ　）を求める場合にあっては、３軸回転量
によって示される座標変換パラメータを定数と看做し得
るので、（ｘ’、ｙ’　）の変化に応じて上記座標変換
パラメータを増減（加減算）していくだけで必要な（ｘ
、ｙ＋ｚ　）を求めることができる。従ってその計算処
理を簡易に、且つ高速に実行することが可能となる。

また上述した如く、２軸方向の移動と３軸回転とを分離
して処理しているので、その独立した可変が可能である
等の効果も奏せられる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えば予めＸＺ平面に関する３次元画像データ、また
はｙｚ平面に関する３次元画像データを準備しておけば
、２軸方向の移動と同様に３次元画像に対する斜断面の
Ｘ方向またはｙ方向へのスクロールが可能である。また
ここでは、画像ファイル１から３次元画像メモリ２へ画
像データを読出して３軸回転処理を行ったが、ｚ軸方向
の移動を３軸回転により座標変換して求められた２のデ
ータに対するオフセットとして与えるようにすれば、画
像ファイル１から表示用画像メモリ４に直接的に斜断面
の画像データを読出すことも可能である。その他、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、画像ファイルに格納された３次元画像
に対する任意の斜断面を、Ｚ軸方向の位置およびその位
置における３軸回転量として与え、これに従って上記任
意の斜断面を構成する座標（アドレス）を計算して斜断
面の画像を求めているので、その演算処理を簡易に、且
つ高速に実行することができ、また任意の斜断面の画像
をスクロール的に連続して求めることができる等の効果
が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第２図は
３次元画像データの概念を示す図、第３図は３次元画像
に対する任意の斜断面の関係を示す図、第４図は３次元
画像メモリに対する３次元部分画像のスクロール処理の
概念を示す図、第５図は処理の流れを示す図である。 ■・・・画像ファイル、２・・・３次元画像メモリ、３
・・・アドレス計算回路、４・・・表示用画像メモリ、
５・・・ディスプレイ、６・・・２移動指示部、７・・
・３軸回転指示部、８・・・２方向移動量計算回路、９
・・・座標変換パラメータ計算回路、ｌＯ・・・制御部
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４　図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）３次元画像データを格納した画像ファイルと、こ
   の画像ファイルに格納された３次元画像に対する任意の
   斜断面を、その斜断面の基準点の前記３次元画像におけ
   るｚ軸方向の位置およびｘｙ平面に対する３軸回転量と
   して指示する手段と、指示されたｚ軸方向の位置に従っ
   て前記画像ファイルから上記ｚ軸方向の位置を基準とし
   てｚ軸方向に所定の断面厚を持つ３次元部分画像を選択
   的に求める手段と、この３次元部分画像データを格納し
   たメモリ領域における前記任意の斜断面を構成するアド
   レスを前記指示された３軸回転量に従って計算するアド
   レス計算回路と、このアドレス計算回路で計算されたア
   ドレスの画像データを選択的に読出して格納して画像表
   示に供する表示用画像メモリとを具備したことを特徴と
   する画像表示装置。
2. （２）３次元画像データは、ｚ軸方向に断面位置を異な
   らせた複数枚のｘｙ平面画像をｚ軸方向に積重ねてなる
   ものである特許請求の範囲第１項記載の画像表示装置。
3. （３）２軸方向に所定の断面厚を持つ３次元部分画像デ
   ータは、画像ファイルから選択的に読出されて３次元画
   像メモリに格納されるものである特許請求の範囲第１項
   記載の画像表示装置。
4. （４）アドレス計算回路は、表示用画像メモリの各アド
   レスに対応する３次元画像メモリのアドレスを３軸回転
   量に従って計算するものである特許請求の範囲第１項記
   載の画像表示装置。