(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のシーン構築条件に基づいて仮想３次元空間にオブジェクトを配置し、それらのオブジェクトを前記仮想３次元空間に設置された仮想カメラにて撮影した画像を形成する画像の生成方法において、
前記シーン構築条件に基づいて前記仮想３次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第１の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第１の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲を包含しかつ前記第１の領域よりも小さい３次元領域である第２の領域を設定し、その第２の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想３次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行うことを特徴とする画像の生成方法。
【請求項２】
前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮することを特徴とする請求項１に記載の画像の生成方法。
【請求項３】
前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第２の領域を前記視野角が大きいほど拡大することを特徴とする請求項１に記載の画像の生成方法。
【請求項４】
前記第２の領域を、前記仮想３次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体形状に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像の生成方法。
【請求項５】
前記モデルが雨滴を表現するように構成され、前記第１の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像の生成方法。
【請求項６】
前記第２の領域における前記多数のモデルの数が、前記第２の領域の大きさに拘わらず一定となることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像の生成方法。
【請求項７】
所定のシーン構築条件に基づいて仮想３次元空間にオブジェクトを配置し、それらのオブジェクトを前記仮想３次元空間に設置された仮想カメラにて撮影した画像を形成する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記シーン構築条件に基づいて前記仮想３次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第１の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第１の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲を包含しかつ前記第１の領域よりも小さい３次元領域である第２の領域を設定する手順と、その第２の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想３次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行う手順とをコンピュータに実行させるように構成されたことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の画像のプログラム。
【請求項９】
前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第２の領域を前記視野角が大きいほど拡大するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
【請求項１０】
前記第２の領域を、前記仮想３次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体形状に設定するように構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のプログラム。
【請求項１１】
前記モデルが雨滴を表現するように構成され、前記第１の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のプログラム。
【請求項１２】
前記第２の領域における前記多数のモデルの数が、前記第２の領域の大きさに拘わらず一定となるように構成されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータグラフィックス技術を利用して降雨シーン等を含んだ画像を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータグラフィックスにより雨が降っている様子を表現する方法として、雨粒の一粒ずつをポリゴンモデルによって描画し、フレーム毎に雨粒のそれぞれの位置を演算してリアルに降雨状態を表現することが試みられている。こうした表現方法では、仮想３次元空間に、所定のシーン構築条件に基づいて降雨領域を設定し、その降雨領域のすべてのモデルについて個々に次フレームの座標を演算している。この場合、降雨領域は、画像のリアルさを追求するために仮想３次元空間において雨が降っているべき部分と判断された範囲と同一に設定されている。例えばオブジェクトが雨中の屋外に配置されているシーンではその屋外の全体が降雨領域として設定され、軒下のように仮想３次元空間に配置されたオブジェクトからみて雨が降っていることが不自然と判断される部分のみ例外的に雨粒のモデルが省略されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法では、処理すべきポリゴンの数が著しく多くなり演算処理の負荷が顕著に大きくなる。コンピュータの画像処理能力の向上によりそうした演算処理自体は家庭用ゲーム機のレベルでも十分に可能であるが、画像処理能力が向上すればそれだけキャラクタ等も緻密に表現されるようになるから、雨粒のようないわば背景的な要素についてそうした負荷の大きい処理を行うことは好ましくない。
【０００４】
そこで、本発明は、雨粒のような比較的小さいモデルを多数配置して特定の環境を表現する必要がある場合に、画像のリアリティを損なうことなくその処理を軽い負荷で実現できる画像の生成方法及びその方法の実現に使用するコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００６】
本発明の画像の生成方法は、所定のシーン構築条件に基づいて仮想３次元空間（１）にオブジェクト（２）を配置し、それらのオブジェクトを前記仮想３次元空間に設置された仮想カメラ（３）にて撮影した画像を形成する画像の生成方法において、前記シーン構築条件に基づいて、前記仮想３次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第１の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第１の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲（５）を包含しかつ前記第１の領域よりも小さい３次元領域である第２の領域（６）を設定し、その第２の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想３次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行うものである。
【０００７】
この発明の表現方法によれば、仮想３次元空間の特定の環境を表現するために配置されるべき多数のモデルを、シーン構築条件に基づいて定められる第１の領域よりも小さい第２の領域に限定して配置しているので、処理すべきモデルの数が減少し、処理の負荷が軽減される。第２の領域は撮影範囲を包含するように設定されるので、モデルを配置する領域を小さくしたことに起因して、シーン構築条件に従えば特定の環境を表現するモデルが配置されるべき部分にモデルが描かれていない不自然な画像が生成されるおそれはない。
【０００８】
本発明の画像の生成方法においては、前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮してもよい。これらに基づいて第２の領域の大きさや位置を変えることにより、シーン構築条件からみて本来配置されているべきモデルが撮影範囲内にて欠落する不都合を回避しつつ、第２の領域をなるべく小さく設定して、処理すべきモデルの数を減らすことができる。
【０００９】
前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第２の領域を前記視野角が大きいほど拡大してもよい。この場合には、視野角を大きくすれば同一サイズのスクリーンに投影されるモデルの数が増加し、視野角を小さくすれば、同一サイズのスクリーンに投影されるモデルの数が減少する。このような関係は例えば降雨状態を撮影する場合に視野角が大きくなれば画像上で表現される雨滴の密度が増し、視野角が小さくなれば画像上で表現される雨滴の密度が低下するという関係とよく一致し、モデルを利用してリアリティのある降雨画像等を表現するのに都合がよい。
【００１０】
本発明の画像の生成方法において、前記第２の領域を、前記仮想３次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体形状に設定してもよい。この場合には、仮想３次元空間に設定される絶対座標系（ワールド座標系）において、第２の領域の境界面が単純な式で表現できるので、その第２の領域内に限定してモデルを配置する処理が簡素化されてその負荷が軽減される。
【００１１】
本発明の画像の生成方法において、前記モデルは例えば雨滴を表現するように構成され、前記第１の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当するようにしてもよい。また、前記第２の領域における前記多数のモデルの数が、前記第２の領域の大きさに拘わらず一定となるようにしてもよい。
【００１２】
本発明のプログラムは、所定のシーン構築条件に基づいて仮想３次元空間（１）にオブジェクト（２）を配置し、それらのオブジェクトを前記仮想３次元空間に設置された仮想カメラ（３）にて撮影した画像を形成する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記シーン構築条件に基づいて、前記仮想３次元空間の特定の環境を表現するための多数のモデルを配置すべき第１の領域が想定される場合、前記仮想カメラによる撮影条件に基づいて、その第１の領域に、前記仮想カメラの撮影範囲（５）を包含しかつ前記第１の領域よりも小さい３次元領域である第２の領域（６）を設定する手順と、その第２の領域に限定して、前記シーン構築条件に基づいて前記仮想３次元空間における前記多数のモデルのそれぞれの位置に関する演算処理を行う手順とをコンピュータに実行させるように構成されたものである。
【００１３】
このプログラムをコンピュータで読み取って実行することにより、本発明の画像の生成方法を実施することができる。
【００１４】
なお、本発明のプログラムは、次に述べるように、上述した生成方法の好ましい態様を備えることができる。すなわち、本発明のプログラムは、前記撮影条件として、前記仮想カメラの視点の位置、前記視点からの視線の方向、及び前記視点からの前記仮想カメラの視野角の少なくともいずれかを考慮するように構成されてもよい。前記撮影条件として前記仮想カメラの視野角を考慮し、前記第２の領域を前記視野角が大きいほど拡大するように構成されてもよい。前記第２の領域を、前記仮想３次元空間に設定された絶対座標系の軸方向と各辺の方向とを一致させた直方体に設定するように構成されてもよい。前記モデルが雨滴を表現するように構成され、前記第１の領域は前記シーン構築条件に基づいて雨が降っているべきと判断される領域に相当するようにしてもよい。前記第２の領域における前記多数のモデルの数が、前記第２の領域の大きさに拘わらず一定となるように構成されてもよい。
【００１５】
さらに、本発明のプログラムは記憶媒体に記録されて使用者に提供されてもよいし、有線又は無線の伝送媒体に乗せて使用者に提供されてもよい。
【００１６】
なお、本発明において、シーン構築条件は仮想３次元空間のシーンを構築する基準となる条件である。例えばゲームの場合には、入力装置に対してプレイヤーの操作に基づいて仮想３次元空間におけるキャラクタの位置や姿勢、背景として配置されるオブジェクトの位置、視点位置や視線方向、視野角等が設定され、その設定に従って仮想３次元空間に所望のシーンが構築されるが、シーン構築条件はそのようなシーンを構築する上で必要な情報の集合として観念される。シーン構築条件には、キャラクタがいる場所に降雨等の現象が発生しているか否か等、仮想３次元空間に背景的要素として設定される環境を特定する情報も含まれる。こうした環境を特定する情報に従って、本来であれば仮想３次元空間の全体又は一部の領域に雨滴等を表現したモデルが配置されることとなるが、本発明ではそのモデルを配置すべき領域を、シーン構築条件で特定される範囲よりもさらに絞り込んで上記の通りの作用効果を得るものである。本発明において、モデルに関する演算は、仮想３次元空間を定義する絶対座標系における各モデルの座標の演算や、それらの座標についてのスクリーン座標系に至るまでの座標変換処理、スクリーン座標系への変換後のレンダリング処理等を含めてよい。第１の領域は仮想３次元空間の全体でもよいし、一部に限定されてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を示している。図１（ａ）に示すように、仮想３次元空間１にはｘ，ｙ，ｚの三軸直交座標系であるワールド座標系が設定される。キャラクタ等のオブジェクト（図では一つのみ簡略化して示す。）２、仮想カメラ３、仮想スクリーン４等は所定のシーン構築条件に従って仮想３次元空間１に配置される。こうした作業がシーン構築と呼ばれるものである。シーン構築が終わると、オブジェクト２を構成するポリゴンの頂点座標についてのワールド座標系から視点座標系へと座標変換が行われ、その視点座標系に基づいて仮想スクリーン４への投影が行われてオブジェクト２の頂点がスクリーン座標系の２次元座標に変換される。この後、テクスチャマッピング等のレンダリング処理が行われて３次元画像が生成される。こうした一連の処理において、シーン構築は３次元画像を生成する上での基礎となるものである。
【００１８】
仮想３次元空間１には、背景的要素として例えば降雨のような自然環境が設定されることがある。降雨状態を３次元画像で表現する場合、雨粒を表現するポリゴンモデルを予め用意し、そのモデルをオブジェクト２と同様に仮想３次元空間１に配置して降雨現象をリアルに表現することになる。
【００１９】
ところで、降雨状態が指定された場合において、例えば仮想３次元空間１に構築されるシーンのうち雨が降っているべき部分（例えば屋外として認識される部分）の全てに雨粒を示すポリゴンモデルを配置すると、仮想カメラ３による撮影範囲（図１（ａ）のハッチング領域）５は仮想３次元空間１の一部に限定されるにも拘わらず、その余の部分にも雨滴を示すポリゴンモデルが多数配置され、それらのポリゴンモデルについてもワールド座標系への配置から始まる各種の演算処理を行う必要があって、画像処理装置の負担が著しく増加する。
【００２０】
そこで、本実施形態では図１に示したように、仮想カメラ３による撮影条件に基づいて、仮想３次元空間１に、仮想カメラ３の撮影範囲５を包含しかつ仮想３次元空間１において本来であれば雨が降っているべき領域（本来の降雨領域と呼ぶ。）よりも小さい限定降雨領域６を設定し、その領域６に限って雨粒を表現するポリゴンモデルを配置することとした。限定降雨領域６の大きさは仮想カメラ３の視点３ａからの視野角に応じて図１（ｂ）に示すように変化させるようにした。なお、図１（ｂ）ではＹ軸方向にのみ限定降雨領域６を拡大又は縮小しているが、その他の方向にも拡大縮小してもよい。また、本実施形態では、限定降雨領域６の境界を簡単に特定するため、仮想カメラ３のよる視点位置や視線方向が変化しても、限定降雨領域６は各辺の方向がワールド座標系の軸方向と一致する直方体形状に設定した。なお、雨粒を表現するポリゴンモデルは例えば所定の長さを有する線状に構成することができる。
【００２１】
図２は上記の限定降雨領域６を設定した実例を示している。但し、図２の画面は、シーン構築条件に従って特定される視野角よりも大きな視野角で仮想３次元空間１を撮影して限定降雨領域６の境界を可視化し、さらにその境界面の階調を変えて当該領域を明瞭化している。図２は降雨時の屋外シーンであるから本来であれば全体に雨が降っているべきであるが、実際には屋外の一部に限定降雨領域が設定され、その中だけ雨滴を示すポリゴンモデルが配置されている。これによりモデルの数を減らして処理の負荷を軽減できる。
【００２２】
以上に説明した画像の表現方法は様々な分野の３次元画像処理において利用できるものである。その一例としてコンピュータを利用したゲーム機にて本発明の表現方法を実施する例を図３及び図４により説明する。
【００２３】
図３はコンピュータを利用したゲーム機の典型的な制御系のブロック図である。周知のように、コンピュータとしてのゲーム機１０は、記憶媒体（例えばＤＶＤ−ＲＯＭ）２５に記録されたゲーム用プログラムに従って所定のゲームを実行するものであり、マイクロプロセッサを主体として構成されたＣＰＵ１１と、そのＣＰＵ１１に対する主記憶装置としてのＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３と、ＣＰＵ１１からの指示に基づいて画像処理及び音声処理に適した処理を行なう画像処理装置１４及びサウンド処理装置１６と、記憶媒体からデータ等を読み取るための記憶媒体読取装置１８とを有している。ＲＯＭ１２には、ゲーム機１０の全体の動作制御に必要なプログラムとしてのオペレーティングシステムが書き込まれる。ＲＡＭ１３には記憶媒体としてのＤＶＤ−ＲＯＭ２５から読み取ったゲーム用のプログラムやデータが必要に応じて書き込まれる。画像処理装置１４はＣＰＵ１１から画像データを受け取って内蔵するフレームバッファ（不図示）上にゲーム画面に対応した画像データを展開するとともに、その描画された画像データを所定のビデオ再生信号に変換して所定のタイミングでモニタ１９に出力する。サウンド処理装置１６は、ＤＶＤ−ＲＯＭ２５から読み出された音声、楽音等のデータや音源データ等を再生してスピーカ２０から出力させる。読取装置１８は、ＣＰＵ１１からの指示に従ってＤＶＤ−ＲＯＭ２５上に記録されたプログラムやデータを読み取り、その読み取った内容に対応した信号を出力する。ＤＶＤ−ＲＯＭ２５には、本発明に係る画像の表現方法の実施に必要なプログラムやデータが記録されている。モニタ１９には家庭用のテレビ受像機が、スピーカ２０にはそのテレビ受像機の内蔵スピーカが一般に使用される。さらに、ＣＰＵ１１にはバス２４を介して入力装置２２及び外部記憶装置２３がそれぞれ接続される。外部記憶装置２３は例えば不揮発性の半導体メモリ、ハードディスク、光磁気ディスク等の書換えが可能な記憶装置である。このような構成はあくまで一例であり、本発明の表現方法が適用されるコンピュータの構成は適宜変更されてよい。
【００２４】
記憶媒体としてのＤＶＤ−ＲＯＭ２５に記録されるプログラムには、上述した方法により降雨状態を表現した画像を形成するために必要な手順を記述したモジュールが含まれる。また、ＤＶＤ−ＲＯＭ２５に記録されるデータには、上述した方法を実現するために必要なデータとして、オブジェクトを構成するポリゴンモデルのデータや各種のテクスチャのデータが含まれる。上述した雨滴を示すモデルのデータもこれらのモデルデータに含まれる。
【００２５】
降雨状態を表現するためのプログラムモジュールは、各フレームの画像データを生成する処理において、本発明に従って降雨状態を表現する必要がある場合に呼び出されてＣＰＵ１１により実行される。図４はそのプログラムモジュールに従って実行される処理の概要を示すフローチャートである。なお、降雨状態の表現に拘わる部分以外の画像データの生成に必要な演算処理は公知の技術をそのまま利用することができ、本明細書ではそれらの説明は省略する。
【００２６】
図４の処理では、まず、次のフレームに関するシーン構築条件に従って本来の降雨領域を取得する（ステップＳ１）。ここでいうシーン構築条件はプレイヤーの操作に基づいて決定されるものであり、上記の通り、仮想３次元空間１のどの範囲に雨を降らせるべきかを特定する情報を含む。続いて、次フレームにおける仮想３次元空間１の撮影条件、例えば仮想カメラ３の視点３ａの位置、視線方向、視野角等を構成する情報を取得する（ステップＳ２）。こうして取得した情報に基づいて限定降雨領域６の位置や大きさを演算する（ステップＳ３）。そして、演算された限定降雨領域６に包含されるべき雨滴のポリゴンモデルの位置を演算する（ステップＳ４）。限定降雨領域６に含まれた全ての雨滴のポリゴンモデルについて位置を演算したらその演算結果を保存し（ステップＳ５）、その後、図４の処理を終える。得られた演算結果はスクリーン座標系への座標変換やレンダリング処理で参照される。
【００２７】
以上の実施形態はあくまで本発明の一例であり、領域の設定方法は適宜変更してよい。本発明は降雨状態を表現する場合に限らず、雪や砂塵等の自然現象や、微細な埃等が舞っているような表現を行う場合にも有効に利用できる。
【００２８】
限定降雨領域６における雨滴の数は、その領域６における雨滴の密度が一定となるように制御してもよい。あるいは、領域６の雨滴の数がその領域６の大きさに拘わらず一定となるように制御してもよい。密度を一定とした場合、単に仮想カメラ３の視野を狭めて描画範囲を小さく絞り込むと極端に雨滴の数が減るおそれがあり、そうした不都合を避けるために視野角に拘わらず雨滴の数を違和感なく見えるよう制御することはゲーム機等の処理能力から見て難しいことがある。こうした場合、領域６の雨量を一定に制御すれば、仮想カメラ３の視野を狭めたときの雨滴の数が増加することになり、違和感の解消が図れることになる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の画像の表現方法によれば、仮想３次元空間の特定の環境を表現するために配置されるべき多数のモデルを、シーン構築条件に基づいて定められる第１の領域よりも小さい第２の領域に限定して配置しているので、処理すべきポリゴンの数が減少し、処理の負荷が軽減される。しかも、第２の領域は撮影範囲を包含するように設定されるので、モデルを配置する領域を小さくしたことに起因して、シーン構築条件に従えば特定の環境を表現するモデルが配置されるべき部分にモデルが描かれていない不自然な画像が生成されるおそれはない。従って、雨粒のような比較的小さいモデルを多数配置して特定の環境を表現する必要がある場合に、画像のリアリティを損なうことなくその処理を軽い負荷で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第２の領域の設定方法を模式的に示す図。
【図２】限定降雨領域を設定した実例を示す図。
【図３】本発明の方法を実行するためのゲーム機の機能ブロック図。
【図４】図３のゲーム機にて本発明の表現方法を実行するための処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  仮想３次元空間
２  オブジェクト
３  仮想カメラ
４  仮想スクリーン
５  撮影範囲
６  限定降雨領域（第２の領域）
【図１】
0003706545.tif 000002
【図２】
0003706545.tif 000003
【図３】
0003706545.tif 000004
【図４】
0003706545.tif 000005