(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の三次元物体の形状データを格納しておく記憶装置と、前記三次元物体の二次元透視画像を表示するため前記形状データを三次元透視変換処理するデータ処理装置と、該データ処理装置に応答して作動する画像表示装置とを備えて成る三次元画像処理システムにおいて、
該画像表示装置の画像表示面の所望の二次元位置を指定するための入力装置と、
前記二次元透視画像のうち該入力装置によって指定された二次元位置に最も近い面の中心座標を示す三次元中心座標データを得るための第１計算部と、
前記三次元中心座標データと前記二次元透視画像の視点位置データとに基づき、前記二次元透視画像のための視点座標系における前記中心座標の深さを示す深さデータを得るための第２計算部と、
前記視点位置データと前記二次元座標データと該深さデータとに基づいて前記二次元透視画像における前記所望位置に相応する三次元座標位置を示す設定座標位置データを得るための第３計算部とを備え、
前記三次元物体の二次元透視画像を示す画像データを作成するための光源又はカメラ位置の設定を前記設定座標位置データに従って行うようにしたことを特徴とする三次元画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光源位置又は視点位置を簡単に設定することができる三次元画像処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械、電気、建築等の分野における三次元の計算機援用設計（ＣＡＤ）システム、或いはその他のコンピュータ・グラフィックス・システムの如きコンピュータ画像処理システムにおいては、所与の三次元物体をＣＲＴ表示装置に二次元表示させる場合、所要の条件に適った視点位置又は光源位置を設定しなければならない場合が多々生じる。例えば、建築物又は室内のある面を明視部分として表示したい場合、その要求を満たすことのできる光源位置を所与の三次元座標系内において設定しなければならない場合を挙げることができる。この種の要求は建築の分野に限定されるものではなく、コンピュータ・グラフィックスを扱う種々の分野で頻繁に生じるものである。
【０００３】
このような場合、従来では、（１）所望の状態が得られるような光源位置座標をキーボードから入力するか、（２）三次元物体の三面図のどれか一つの表示面上の任意の点を指示し、その視線方向に垂直な基準面上に光源を設定する方法が採用されている。。また、（３）透視変換等により三次元物体を二次元表示した画面上において明視部分を持たせたい面を指示することにより、現在の視点座標と指示面の法線ベクトルとから光源の三次元座標位置を算出する方法も提案されている（特開平５−２６６２１０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）の方法では、操作者が座標系における三次元物体と光源（視点）との相対位置関係を把握する必要がある。したがって、操作者に空間位置を把握する能力が要求されるほか、実際には、設定操作を多数回繰り返さなければ所望の位置に光源を設定できないため、時間が掛かるという問題点を有している。また、（２）の方法では、操作者に三面図から三次元空間を把握する能力が要求されるほか、光源位置を基準面上にしか設定できないので、所望の位置に光源を設定するためには一度設定してから移動させなくてはならず、やはり手間が掛かるという問題を有している。さらに、（３）の方法では、操作者に三次元空間の把握能力がなくてもよいが、光源の位置を直接設定することができない。したがって、平行光の設定には向いているが、点光源等の光源位置を必要とする設定には向いていない上に視点位置の設定にはこの方法は使用できないという問題点を有している。
【０００５】
本発明の目的は、したがって、所与の三次元物体を表す三次元座標系内において、所望の条件に適った光源座標位置又は視点座標位置を経験や熟練に頼らず誰でも簡単に設定することができるようにした、三次元画像処理システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、所与の三次元物体の形状データを格納しておく記憶装置と、前記三次元物体の二次元透視画像を表示するため前記形状データを三次元透視変換処理するデータ処理装置と、該データ処理装置に応答して作動する画像表示装置とを備えて成る三次元画像処理システムにおいて、該画像表示装置の画像表示面の所望の二次元位置を指定するための入力装置と、前記二次元透視画像のうち該入力装置によって指定された二次元位置に最も近い面の中心座標を示す三次元中心座標データを得るための第１計算部と、前記三次元中心座標データと前記二次元透視画像の視点位置データとに基づき、前記二次元透視画像のための視点座標系における前記中心座標の深さを示す深さデータを得るための第２計算部と、前記視点位置データと前記二次元座標データと該深さデータとに基づいて前記二次元透視画像における前記所望位置に相応する三次元座標位置を示す設定座標位置データを得るための第３計算部とを備え、前記三次元物体の二次元透視画像を示す画像データを作成するための光源又はカメラ位置の設定を前記設定座標位置データに従って行うようにした点にある。
【０００７】
【作用】
入力装置によって二次元透視画像上で光源又はカメラの所望位置を指定すると、二次元透視画像上でその指定された位置に最も近い三次元物体の面の中心座標を示す三次元中心座標データが第１計算部から得られる。第２計算部では、この三次元中心座標データから二次元透視画像のための視点座標系における三次元中心座標の深さが計算され、深さデータとして出力される。この深さデータが指定された位置の二次元データに加えられて三次元座標位置データとされ、これが設定座標位置データとして出力される。そして、この設定座標位置データによって示される三次元位置に光源又はカメラ位置が設定される。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の一実施例につき詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明により構成された三次元画像処理システム１の概略構成を示す図である。三次元画像処理システム１は、所要の三次元物体の形状データが格納されている記憶装置２とこの形状データを処理するための画像データ処理部３とを有しており、画像データ処理部３からの表示用画像データＡがＣＲＴ表示装置（ＣＲＴ）４に入力され、ここで所要の画像が表示される。ＣＲＴ４に表示された画像上の所望の位置を画像データ処理部３に指示するため、画像データ処理部３には入力装置５が接続されており、入力装置５の操作に従う入力信号Ｂが画像データ処理部３に入力されている。入力装置５としては、例えばマウスを用いることができる。
【００１０】
図２は画像データ処理部３の構成を示すブロック図である。ここで、１１は記憶装置２内に格納されている形状データのうち所要の形状データＣを読み出すためのデータ読出部、１２はデータ読出部１１から形状データＣを受け取って三次元透視変換を行い、二次元透視画像表示のための二次元画像データを含む画像データＤを出力する二次元透視画像データ作成部、１３は画像データＤを受け取り、この画像データＤに従う画像をＣＲＴ４上に表示するための表示用画像データＡを作成して出力するための表示制御部である。
【００１１】
図３は、上述のシステムにより、三次元物体である立方体Ｓが、ＣＲＴ４の画面上に、予め設定されている視点座標系の視点Ｘから見た二次元透視画像ＳＡとして表示されている様子が示されている。
【００１２】
図２に戻ると、図３に示した如く二次元透視画像ＳＡが表示されているＣＲＴ４上において光源の位置を入力装置５によって指定することによってその光源の三次元座標系内における座標位置を自動的に設定するため、第１計算部１４、第２計算部１５、第３計算部１６及び設定部１７から成る光源位置設定部２０が設けられている。
【００１３】
入力装置５からの入力信号Ｂは二次元透視画像データ作成部１２に入力されており、入力信号Ｂはここで処理されてＣＲＴ４の画面上においてカーソルＹとして表示される（図３参照）。入力信号Ｂは、また、第１計算部１４のデータ検索部１４Ａにも入力されており、操作者が入力装置５によってカーソルＹの位置を確定する操作を行うと、データ検索部１４Ａはこの確定されたカーソル位置を示す入力信号Ｂに従う二次元指定座標データＰに基づいて、カーソルＹに最も近い二次元透視画像ＳＡの面ＳＡ１のデータＥを、データ読出部１１を介して記憶装置２から取り込むというデータ検索動作を実行する。
【００１４】
このようにして検索されたデータＥは第１計算部１４の中心座標計算部１４Ｂに送られ、ここで面ＳＡ１の中心座標位置Ｚが計算され、この計算結果を示す三次元中心座標データＦが第１計算部１４の出力として出力される。
【００１５】
三次元中心座標データＦは、二次元透視画像データ作成部１２から視点Ｘの座標位置を示す視点座標データＧが入力されている第２計算部１５に入力されている。第２計算部１５は三次元中心座標データＦ及び視点座標データＧに基づいて、二次元透視画像ＳＡのための視点座標系における中心座標位置Ｚの深さが計算される。
【００１６】
ここで、中心座標位置Ｚの深さとは、図４を参照して説明すると、視点Ｘから中心座標位置Ｚを見た場合の視線経路ＸＺにおいて、視線経路ＸＺとＣＲＴ４の画面位置との交点ＣＲと中心座標位置Ｚとの距離ａである。
【００１７】
この距離ａを示す深さデータＨは、同じく視点座標データＧが入力されている第３計算部１６に入力される。
【００１８】
第３計算部１６は、二次元透視画像データ作成部１２からカーソルＹにより指定された二次元指定座標データＰをさらに受け取っており、これらの入力データに基づいて光源位置Ｑを示す三次元の光源座標データＩが演算され出力される。
【００１９】
この光源位置Ｑは、図４に示されるように、視点座標系において、視点Ｘから指定位置を示すカーソルＹを見た場合の視線経路ＸＱの延長線上であって、カーソルＹの位置より深さａだけ進んだ点に定められている。
【００２０】
光源座標データＩは設定部１７に入力され、ここで所定の三次元空間座標系のデータに変換され、さらに光源の方向性（もしあれば）を加味したデータが付加されて光源についての全ての内容を含む光源データＪとして出力され、二次元透視画像データ作成部１２に入力される。
【００２１】
この結果、二次元透視画像データ作成部１２では、光源データＪに基づいて立方体Ｓの各面に明暗を付けた二次元透視画像を示す画像データを作成することが可能となる。
【００２２】
上記では、カーソルＹによって光源位置を設定する場合の一実施例について説明したが、カーソルＹにより、全く同様にして視点位置を設定することも可能である。
【００２３】
上記の構成によれば、操作者は二次元透視画像ＳＡ上のカーソルＹを入力装置５により自由に移動させ、これにより任意の位置を指定するだけで、三次元空間上のおおよその目的の位置にライト（光源）またはカメラ（視点）の位置を設定できる。
【００２４】
このように、操作者には三次元システム操作の経験を全く要求しないので、光源又は視点の位置を簡単に設定することができ、また試行錯誤の必要なしにそれらの設定ができる。この結果、操作時間を短縮でき、作業能率を著しく向上させることができる。
【００２５】
なお、図２に示した構成の機能と同一の機能は、コンピュータに所定のプログラムを実行させることによっても同様にして実施することができる。
【００２６】
図５は、画像データ処理部３を公知の構成のコンピュータシステムとし、このコンピュータシステムに格納された画像データ処理プログラムを実行させて本発明による三次元画像処理システムを構成する場合の、画像データ処理プログラムを示すフローチャートである。
【００２７】
以下、このフローチャートに基づいてその動作を説明する。画像データ処理プログラムの実行が開始されると、ステップ３１において記憶装置２から所要の三次元物体の形状データＣの読み出しが行われ、次のステップ３２においてその形状データＣに基づく二次元透視画像ＳＡがＣＲＴ４において表示される。次いで、ステップ３３において、入力装置５によって指定された二次元透視画像ＳＡにおける光源（又は視点）位置を示す二次元指定座標データＰが入力される。
【００２８】
ステップ３４では指定位置に最も近い面ＳＡ１のデータＥが記憶装置２から読み込まれ、ステップ３５で光源（又は視点）の位置とすべき三次元位置座標が算出される。そして、ステップ３６で光源又は視点が設定され、このプログラムの実行が終了する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、操作者は入力装置により二次元透視画像上の任意の位置を指定するだけで、三次元空間上のおおよその目的の位置に光源または視点の位置を設定できる。このように、操作者には三次元システム操作の経験を全く要求しないので、光源又は視点の位置を経験、熟練を要することなく誰でも簡単に設定することができ、また試行錯誤の必要なしにそれらの設定ができるので、操作時間を短縮でき、作業能率を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による三次元画像処理システムの一実施例の概略構成図。
【図２】図１の画像データ処理部の詳細ブロック図。
【図３】図１に示した三次元画像処理システムによる二次元透視画像表示を説明するための説明図。
【図４】図２の第２計算部及び第３計算部における動作を説明するための説明図。
【図５】図２に示す画像データ処理部の機能と同様の機能をコンピュータを用いて実現するための画像データ処理プログラムを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  三次元画像処理システム
２  記憶装置
３  画像データ処理部
４  ＣＲＴ表示装置
５  入力装置
１２  二次元透視画像データ作成部
１３  表示制御部
１４  第１計算部
１５  第２計算部
１６  第３計算部
Ａ  表示用画像データ
Ｂ  入力信号
Ｃ  形状データ
Ｄ  画像データ
Ｅ  データ
Ｆ  三次元中心座標データ
Ｇ  視点座標データ
Ｈ  深さデータ
Ｉ  光源座標データ
Ｐ  二次元指定座標データ
Ｑ  光源位置
Ｓ  立方体
ＳＡ  二次元透視画像
ＳＡ１  面
Ｘ  視点
Ｙ  カーソル
Ｚ  中心座標位置
ａ  深さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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