米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 計算機;電気通信 -> 松下電器産業株式会社

発明の名称 三次元画像生成方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−200876
公開日 平成7年(1995)8月4日
出願番号 特願平5−337779
出願日 平成5年(1993)12月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 西尾 一孝 / 中 俊弥
要約 目的
三次元コンピュータ・グラフィックスにおいて、いくつかの参照視点から生成した画像を変形することで任意の視点から臨んだ画像を生成する。

構成
三次元物体の形状、表面模様を保存する三次元物体形状保存部101と、参照視点または任意の視点に関する視線ベクトルを算出する視点入力部106と、視線ベクトルを基に幾何変換行列を生成し、三次元物体に変換を施すことで投影面上の画像を生成する三次元画像生成部102と、参照視点から臨んだ画像を分割する境界を発生する分割境界発生部108と、分割境界に応じて参照視点の画像を分割する画像分割部103と、分割画像を参照視点の視線情報とともに保存する画像保存部104と、任意の視線ベクトルに応じて、保存している参照視点の画像の変形を行う画像変形部105と、変形画像を順次合成する画像合成部107とを備えた構成である。
特許請求の範囲
【請求項1】三次元物体を平面上に投影した画像を変形することで任意の視点位置から前記三次元物体を臨んだ画像を生成する画像生成方法であって、前記三次元物体を参照視点から臨んで二次元平面上に投影した画像を複数に分割して保存し、前記分割した画像をそれぞれ独立に変形して得られる画像を合成し、前記合成した画像を前記任意の視点位置から臨んだ投影画像とすることを特徴とする画像生成方法。
【請求項2】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、投影面の直交軸に平行となるように分割することを特徴とする請求項1記載の画像生成方法。
【請求項3】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、三次元物体の境界箱の稜線を投影した線で分割することを特徴とする請求項1記載の画像生成方法。
【請求項4】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、三次元物体の境界箱の頂点を通る平行線で分割することを特徴とする請求項2記載の画像生成方法。
【請求項5】参照視点から臨んだ画像の分割の際に、任意の領域で分割することを特徴とする請求項1記載の画像生成方法。
【請求項6】三次元物体を複数の部分物体に分割し、前記部分物体の境界箱を用いて分割することを特徴とする請求項3記載の画像生成方法。
【請求項7】三次元物体を複数の部分物体に分割し、前記部分物体の境界箱を用いて分割することを特徴とする請求項4記載の画像生成方法。
【請求項8】画像を拡大もしくは縮小することにより変形させることを特徴とする請求項1記載の画像生成方法。
【請求項9】画像を任意に変形させることを特徴とする請求項1記載の画像生成方法。
【請求項10】参照視点を複数とし前記各参照視点から臨んで投影した画像を分割し保存し、生成しようとする視点に近い参照視点から臨んで投影した画像を用いることで、画像生成することを特徴とする請求項1記載の画像生成方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元コンピュータ・グラフィックスの分野における三次元画像生成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、三次元コンピュータ・グラフィックスの分野では、画像生成を効率的に行う三次元画像生成方法が必要となっている。以下、従来の三次元画像生成方法の一例について図面を用いて説明する。
【0003】図9において、三次元物体読込処理901では、三次元物体の読み込みを行う。三次元物体は形状モデラなどを用いて三次元座標の組などとして計算機上で表される。これら情報は、計算機の記憶装置などに保存される。視点入力処理902で表示方向もしくは視点位置、注視点位置などの視点情報を視点入力として与える。そして、画像生成処理903で画像生成を行う。
【0004】画像生成法は、レイトレーシング法や、Zバッファ法などを用いて行われる。画像生成の手順は、視点情報をもとに三次元物体を投影面上に幾何変換する変換行列の生成を行う。そして、三次元物体を頂点もしくは各面を幾何変換し、さらに、表面の模様を添付するためテクスチャ・マッピング関数の生成と、テクスチャの添付をするマッピング処理を行い順次投影していく。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の上記のような手法では、視点入力の度に、三次元物体に対して幾何変換とマッピング処理を行う必要があった。得られる画像は、実世界に忠実でありながらも、物体数の増加に伴い計算時間も増大するものであった。
【0006】本発明はかかる点に鑑み、幾何変換や、テクスチャ・マッピングの処理を用いることなく、任意の視点から臨んだ画像を容易に生成することができる三次元画像生成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達するため、三次元物体を参照視点から臨んで二次元平面上に投影した画像を複数に分割して保存し、前記分割した画像をそれぞれ独立に変形して得られる画像を合成し、前記合成した画像を前記任意の視点位置から臨んだ投影画像とするものである。
【0008】
【作用】本発明では、参照視点から臨んだ画像を分割し保存し、分割画像をそれぞれ独立に変形して、これら画像を合成することで任意の視点位置から臨んだ画像とすることにより、幾何変換や、テクスチャ・マッピングの処理を用いることなく、任意の視点から臨んだ画像を容易に生成する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、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三次元画像生成方法を実現する装置の構成を表す図、図2は本発明の一実施例における三次元画像生成方法の手順を表す図、図3は三次元物体の投影画像の分割位置を表す図、図4は参照視点から臨んだだときの投影画像を表す図、図5は参照視点から臨んだときの投影画像の大きさを表す図、図6は三次元物体に対する視線を表す角θ、φを表す図、図7は画像変形による三次元物体の生成を表す図、図8は三次元物体の投影を表す図である。
【0010】図1において、三次元物体形状保存部101では、三次元物体の形状、表面の模様などを保存する。視点入力部106では、参照視点もしくは任意の視点に関する視線ベクトルを算出する。三次元画像生成部102では、視線ベクトルを基に幾何変換行列を生成し、三次元物体に変換を施すことで投影面上の画像を生成する。分割境界発生部108では、参照視点から臨んだ画像を分割する境界を発生し、画像分割部103では、この分割境界に応じて参照視点の画像を分割する。画像保存部104では、分割した画像を参照視点の視線情報とともに保存する。画像変形部105では、視点ベクトル入力部より得る任意の視線ベクトルに応じて、画像保存部104で保存している参照視点の画像の変形を行う。画像合成部107では、画像変形部105で変形した画像を順次合成して出力する。
【0011】以上のように構成された画像生成装置について、図1から図8を用いてその動作を説明する。本実施例の手順を示す図2において、三次元物体読込処理201では、三次元物体形状保存部101への三次元物体の形状の保存を行う。参照視点作成処理202では、参照画像を生成するための参照視点を発生させる。画像生成処理203では、三次元画像生成部102により参照視点に基づく画像生成を行う。領域分割処理204では分割境界発生部108を用いて、参照画像の分割を図る。
【0012】画像保存処理205では、分割した参照画像を画像保存部104に保存する。視点入力処理206では、任意の視点を視点入力部106に入力する。参照視点選択処理207では、視点位置に近い参照視点を選び参照画像を選択する。画像変形処理208では、画像変形部105により分割した参照画像の変形を図る。画像合成処理209では、分割し、そして視点に応じて変形した参照画像を画像合成部107で合成する。これにより、任意の視点位置から臨んだ画像生成とする。視点入力処理206から画像合成処理209までを繰り返すことで、所望の視点から臨んだ画像生成を行う。
【0013】三次元物体形状保存部101では、三次元形状モデラなどの利用により得られた物体の形状を保存する。三次元物体は多角形の集合などで表され、多角形の頂点の座標などを保存する。三次元物体の表面模様などは、その模様の様式を表すテクスチャとその多角形への張り付け方法を表すマッピング・データの組であるテクスチャ・データとして保存される。
【0014】視点入力部106では、三次元物体の画像生成の際に臨む視線ベクトルを得る。視線ベクトルは視点位置と注視点位置の間の方向ベクトルであり、これらの値から算出するか、直接に視線ベクトルを得る。
【0015】三次元画像生成部102では、参照視点から臨んだ三次元物体の投影画像を生成する。参照視点に関する視線ベクトルを基に、三次元物体を投影面上に変換する幾何変換行列を生成し、この幾何変換行列を全ての三次元物体に乗じることで三次元画像の生成を行う。画像生成手法として、レイ・トレーシング法や、Zバッファ法などが存在する。
【0016】分割境界発生部108では、参照視点から臨んだ画像を分割する境界を生成する。分割境界は、三次元物体の境界箱に応じる手法、投影面上の軸に平行に行う手法がある。図3に領域分割の例を示しており、波線で境界を表している。(a)は境界箱の稜線の投影面上の線での投影面上の軸に平行に行う組み合わせでの分割を表し、(b)は境界箱の稜線の投影面上の線での分割を表し、(c)投影面の軸に平行に行う様子を表す。
【0017】境界箱の投影後の線は、境界箱を三次元物体として生成しそのまま投影することにより行う手法や、境界箱の頂点を透視変換して投影面上の頂点を算出し、これら投影面上の頂点を結ぶ線分とする手法などがある。また、別の領域分割の手法として投影画面をディスプレイなどの表示装置で示しておき、その上をポインティング・デバイスで直接もしくは間接的に直線、曲線などを描画することにより、領域と定める手法がある。
【0018】画像分割部103では、投影面上に投影された画像を分割境界発生部108で生成した境界で部分画像に分割する。
【0019】画像保存部105では、画像分割部103で分割した部分画像を参照視点の情報とともに保存しておく。参照視点の情報として視線ベクトルや、三次元物体に対する視線の角度θ、φを表す。三次元物体に対する視線の角度を図6に示す。三次元物体の中心を基準とした極座標形式で表し、水平方向の角度をθ、水平面となす垂直方向の角度をφとする。
【0020】図4には、三次元物体の例である直方体をいくつかの参照視点で臨んだ画像の例を示す。(a)では直方体401の外形を示しており、Aは直方体の上底を、B、Cは側面を示す。(b)では図6に示す視線方向θ、φの値を、0度、45度、90度と変更した時の画像を横軸方向にθ、縦軸方向にφで表している。402、403、404はφが90度の時のθを0度、45度、90度と変化させた図面である。402、403、404は、上底Aのみを表している画像であるため、いずれか一つを保存しておき、それをθの値に応じて回転した画像を生成することも可能である。
【0021】例えば402を45度回転した図面が403であり、402を90度回転した図面が404であるため、402を保存しθと同じ値で回転させることで生成可能である。405、406、407はφが45度の時、θをそれぞれ0度、45度、90度としたものである。408、409、410はφが0度の時、θを0度、45度、90度としたものである。これら画像を分割境界を境界箱の稜線としたときの部分画像は、402〜410の各画像の上底A、側面B、側面Cの各部分のみからなる画像である。
【0022】画像変形部105では、画像保存部104で保存した部分画像を変形する。部分画像の変形方式は単純に画像を拡大、縮小のみで行う方法や、アフィン変換を伴う方法がある。変形方式を次に示す。
【0023】図8では直方体401を臨んだ様子を表している。(a)は直方体401を上底から見た図、(b)は直方体401を側面方向から見た図である。図中θ、φは視線方向の角度を表す。図6に示すように、直方体401の辺の長さは、上底Aと側面Bによりなす辺をa、上底Aと側面Bによりなす辺をb、側面Bと側面Cによりなす辺をcとする。
【0024】図8(a)のように、投影面に側面が投影されたとき側面の幅は、側面Bがa・cosθ側面Cがb・sinθとなる。また、図8(b)のように、側面Bもしくは側面Cが投影された時の高さはc・cosφ、上底Aが投影されたときの高さは(a・sinθ+b・cosθ)・sinφと表される。
【0025】図7にいくつかの視点位置から臨んだ図面を示す。(a)はθ=0、0<φ<90の時を、(b)はφ=0、0<θ<90の時を、(c)は0<θ<90、0<φ<90の時を示す。図7に示すWA’、WB’、WC’、HA’、HB’、HC’は上底A、側面B、側面Cの投影後の幅、高さを表す。またHB1’、HC1’は、頂点Blb、Crbの二つの水平軸からの高さを表す。WA’、WB’、WC’、HA’、HB’、HC’、HB1’、HC1’は前述の関係より、それぞれ(数1)の様に表される。
【0026】
【数1】

【0027】図5に参照視点から投影した図のうち、図4(b)で示した405、409、406を示す。WA、WB、WC、HA、HB、HCは上底A、側面B、側面Cの投影後の幅、高さを表す。参照視点の角度をθ=α、φ=βとすれば、WA、WB、WC、HA、HB、HCは、それぞれ(数2)の様に表される。複数の参照画像を保存しているときには、視点と参照視点が近いものを用いるが、θ、φのいずれかが一致しておれば、それらを優先させる。さらに、θ、φが一致していれば、参照画像をそのまま何も変形せずに用いる。
【0028】
【数2】

【0029】図7(a)の様に、θ=0となる視点状態の時には、図5(a)の参照画像を用いる。そして、図5(a)の上底Aと、側面Bの部分画像の幅はそのままで高さを変更する。
【0030】(数3)に示す通りに拡大・縮小を図り、投影後の幅WA’、高さHA’、HB’を得る。また、上底A、側面Bと二つの部分画像とせずに一つの部分画像として扱い、この高さが(数4)に示す関係となるように変形することも一つの手法である。
【0031】
【数3】

【0032】
【数4】

【0033】また、図7(b)の様にφ=0となる視点状態の時には、図5(b)の参照画像を用いる。そして、図5(b)の側面Bと、側面Cの部分画像の高さはそのままで横幅を変更する。(数5)に示す通りに拡大・縮小を図る。また、側面B、側面Cと二つの部分画像とせずに一つの部分画像として、これらの幅の合計が(数6)に示す関係となるように変形することも一つの手法である。
【0034】
【数5】

【0035】
【数6】

【0036】さらに、図7(c)の様な視点状態の時には、図5(c)の参照画像を用いる。そして、上底A、側面Bと、側面Cの部分画像の幅、高さと、頂点Blb、Crbの水平軸からの高さHB1’、HC1’、頂点Altと頂点Albとの投影面上の垂直方向の差HA1’、頂点Albと頂点Artとの投影面上の垂直方向の差HA2’、頂点Artと頂点Arbとの投影面上の垂直方向の差HA3’を(数7)に示す通りとなるように変形を図る。
【0037】
【数7】

【0038】上記のように変形後の画像の形状が判断できるので、参照画像にアフィン変換を施して変形させることで任意の視点から臨んだ画像を生成する。
【0039】画像合成部107では、各分割画像を変形した画像を全て合成することで、三次元物体を視点入力部106で入力した視点から臨んだ画像とする。
【0040】
【発明の効果】以上のように本発明では、三次元物体に対して参照視点から臨み、二次元平面上に投影した画像を複数に分割して保存し、前記分割した画像をそれぞれ独立に変形して得られる画像を合成し、前記合成した画像を任意の参照視点位置から臨んだ投影画像とする幾何変換や、テクスチャ・マッピングの処理を用いることなく、任意の視点から臨んだ画像を容易に生成することができる。
【0041】また、三次元物体の境界箱により、参照視点から投影された画像の大きさがわかり、任意の視点を与えたときに、その視点により生成される画像の大きさもわかるため、参照画像を変形させ、画像の形状を一致させることで、任意の視点から臨んだ画像とすることにより、三次元画像生成を行わずに、いくつかの画像変形のみで画像生成を図れる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013