(57)【要約】【課題】本発明の課題は、３次元テクスチャを海面表現に適用することができ、海面の状況をよりリアルに表現することができるコンピュータグラフィックスによる海面表現方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、リアルタイムで海面に生じる波の映像を発生させるコンピュータグラフィックスによる海面表現方法において、白波を順次多くした２枚以上の海面の２次元テクスチャをテクスチャ座標系の高さ方向に順次配置することにより海面用３次元テクスチャを作成し、作成した海面用３次元テクスチャの高さ方向の座標の値を、３次元波の海面ポリゴンの海面の高さの各頂点に対応させて海面用３次元テクスチャを海面ポリゴンに貼り付けることを特徴とする。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアルタイムで海面に生じる波の映像を発生させるコンピュータグラフィックスによる海面表現方法において、
白波を順次多くした２枚以上の海面の２次元テクスチャをテクスチャ座標系の高さ方向に順次配置することにより海面用３次元テクスチャを作成するステップと、
前記ステップで作成した海面用３次元テクスチャの高さ方向の座標の値を、３次元波の海面ポリゴンの海面の高さの各頂点に対応させて海面用３次元テクスチャを海面ポリゴンに貼り付けるステップと
よりなることを特徴とするコンピュータグラフィックスによる海面表現方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリアルタイムで海面に生じる波の映像を発生させるリアルタイムコンピュータグラフィックスによる海面表現方法に関する。
【０００２】
本発明は、海面の表現が重要な要素となる乗り物に関する操縦訓練、戦闘訓練、各種教育、研究開発等に必要なシミュレーションシステムに用いることができる。
【０００３】
【従来の技術】
図７は従来の２次元テクスチャの貼り付けを示す説明図である。すなわち、２次元テクスチャの貼り付けは、図７に示すように、１枚の海面模様の２次元テクスチャ１１を、海面のポリゴン１２に貼り付けるものである。ここで、テクスチャとは、コンピュータグラフィックスで、物体の表面の質感を表現するために貼り付ける画像をいい、テクスチャを物体表面に貼り付けることをテクスチャマッピングという。また、ポリゴンとは、直訳すると「多角形」であり、一般的には立体は多角形の平面であるポリゴンを張り合わせて作り上げるものであり、秒間何百ポリゴンと言うのは１秒間に何枚の板を表示できるかと言う単位である。
【０００４】
図８は従来のテクスチャアニメーションを示す説明図である。すなわち、テクスチャアニメーションは、図８に示すように、海面模様の２次元テクスチャ１１１を海面のポリゴン１２に貼り付け、一定時間間隔で海面模様の２次元テクスチャ１１２……１１ｎを切り替えて海面のポリゴン１２に貼り付け、アニメーションさせることによって白波の発生を表現するものである。テクスチャアニメーションは２次元テクスチャの貼り付け方法に比べ、海面の模様に変化をつけられる。
【０００５】
図９は２次元テクスチャの手法を示す説明図である。すなわち、ポリゴンをスクリーン上に描画する際、ポリゴンの各頂点に設定したｕｖ座標から、描画するピクセルのｕｖ座標を補間して求め、その座標値のテクセルをピクセルの色とする。ここで、テクセルとは、テクスチャ画像での１画素のことを示す。
【０００６】
図１０は２次元テクスチャにより表現された海面をディスプレイ上に表示した中間画像である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の２次元テクスチャの貼り付けの問題点を以下に示す。
【０００８】
▲１▼  海面に対して、白波が波の頂点で発生するとは限らない。
【０００９】
▲２▼  波の模様の変化を表現することが出来ない。
【００１０】
▲３▼  同じテクスチャを繰り返し貼り付けるので、繰り返しの模様が目立ち、違和感が生じる。
【００１１】
上記の理由から、白波の状態により海面状況を判断する訓練システムにおいては不十分である。
【００１２】
また、従来のテクスチャアニメーションの問題点を以下に示す。
【００１３】
▲１▼  模様の変化をスムーズに表現するためには多くのテクスチャと、処理能力の高いハイスペックなマシンが必要となる。
【００１４】
▲２▼  アニメーションする基準が波高や海面の荒さに関係していない。
【００１５】
▲３▼  シーステート毎にテクスチャを変えることで海面の変化を表現しなければならず、膨大な量のテクスチャを用意する必要がある。ここで、シーステートとは、海洋波を「風浪」と「うねり」に分けた場合の「風浪」の平均波高（１／３有義波高に相当）をクラス分けしたものである。
【００１６】
▲４▼  海面全体が同時にアニメーションするので、繰り返しの模様が目立ち、違和感が生じる。
【００１７】
上記の理由から、白波の状態により海面状況を判断する訓練システムにおいては不十分である。
【００１８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、３次元テクスチャを海面表現に適用することができ、海面の状況をよりリアルに表現することができるコンピュータグラフィックスによる海面表現方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、リアルタイムで海面に生じる波の映像を発生させるコンピュータグラフィックスによる海面表現方法において、白波を順次多くした２枚以上の海面の２次元テクスチャをテクスチャ座標系の高さ方向に順次配置することにより海面用３次元テクスチャを作成するステップと、前記ステップで作成した海面用３次元テクスチャの高さ方向の座標の値を、３次元波の海面ポリゴンの海面の高さの各頂点に対応させて海面用３次元テクスチャを海面ポリゴンに貼り付けるステップとよりなることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャの手法を示す説明図である。すなわち、３次元空間ポリゴンをスクリーン上に描画する際、ポリゴンの各頂点に設定したｕｖｗ座標から、描画する目的のピクセルのｕｖｗ座標を補間して求め、その座標値のボクセルをピクセルの色とする。ここで、ボクセルとは、テクセルの概念を３次元に拡張したものを指し、３次元テクスチャ画像での１画素のことを示す。ここで、３次元テクスチャとは、３次元コンピュータグラフィックスで、物体の表面の質感を表現するために貼り付ける画像をいい、テクスチャを物体表面に貼り付けることをテクスチャマッピングという。同じ立方体のグラフィックでも、金属のテクスチャを貼り付ければ金属片に見え、木目のテクスチャを貼り付ければ木片に見える。また、ポリゴンとは、直訳すると「多角形」であり、一般的には立体は多角形の平面であるポリゴンを張り合わせて作り上げるものであり、秒間何百ポリゴンと言うのは１秒間に何枚の板を表示できるかと言う単位である。この数が大きいと当然再現性が良くなる。この方式の利点としては、３次元空間ポリゴンの頂点の座標を指定してやるだけで良いので、３次元空間を容易に表現できることである。ポリゴン数を増やすと当然座標計算に時間がかかるのでそれだけマシンパワーを必要とする。
【００２２】
図２は本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャの機能を示す説明図である。すなわち、３次元テクスチャとは、２枚以上の２次元テクスチャ２０ａ，２０ｂ，………，２０ｎをテクスチャ座標系（ｕ，ｖ，ｗ）の高さ方向（ｗ）に３次元的に重ねることで、３次元データ（ボリュームデータ）を可視化する機能である。
【００２３】
図３は本発明の実施形態例に係る海面用３次元テクスチャを示す説明図である。すなわち、３次元テクスチャの３次元波への適用において、先ず図３に示すように海面用の３次元テクスチャを作成する。海面用３次元テクスチャは複数の海面の２次元テクスチャａ，ｂ，ｃ，ｄをテクスチャ座標系（ｕ，ｖ，ｗ）の高さ方向（ｗ）に３次元的に重ねて構成される。この場合、２次元テクスチャａが最も白波の少ない海面を表し、２次元テクスチャｂ，２次元テクスチャｃと順次白波が多くなる海面を表し、２次元テクスチャｄが最も白波の多い海面を表すように配置する。
【００２４】
図５は本発明の実施形態例に係る海面用３次元テクスチャをディスプレイ上に表示した中間画像である。
【００２５】
図４は本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャの３次元波への適用を示す説明図であり、図３，図５に示す３次元テクスチャの高さ方向（ｗ座標の値）を、３次元波のポリゴンの海面の高さに対応させる。すなわち、リアルタイムで海面に生じる波の映像を発生させるリアルタイムコンピュータグラフィックスによる海面表現方法において、白波を順次多くした２枚以上の海面の２次元テクスチャをテクスチャ座標系の高さ方向に順次配置することにより、海面用３次元テクスチャを作成し、作成した海面用３次元テクスチャの高さ方向の座標の値を、３次元波の海面ポリゴンの海面の高さの各頂点に対応させて海面用３次元テクスチャを海面ポリゴンに貼り付ける。
【００２６】
したがって、一つの３次元テクスチャで、様々なシーステートに対応することができる。また、海面の高さを３次元テクスチャのｗ座標と対応させることによって、波の高さによって海面の模様を変化させることができる。なお、各２次元テクスチャ間は補間して描画されるため、海面の模様はスムーズに変化する。
【００２７】
図６は本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャにより表現された海面の変化をディスプレイ上に表示した中間画像である。
【００２８】
なお、本発明の実施形態例に係るコンピュータグラフィックスによる海面表現方法の具体的適用例として、操船シミュレータ、海難救助訓練システム、ヘリの洋上訓練シミュレータ等がある。
【００２９】
本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャを海面表現に適用することで、以下の利点が得られる。
【００３０】
▲１▼  図６（ａ）〜（ｄ）に示すように３次元テクスチャを海面表現に適用することにより波や風の状態に基づいた白波をリアルタイムで表現できる為、図１０に示すように２次元テクスチャを海面表現に適用するものと比較し、よりリアルな海面の状況、白波の発生が、ローコストで実現できる。また、時間、波高によって海面に変化をつけることができる。
【００３１】
▲２▼  テクスチャの作成方法次第では、様々なシーステートを１つの３次元テクスチャで表現することが可能である。
【００３２】
▲３▼  波高に応じて海面の変化を表現できる為、テクスチャの繰り返しが目立たない。
【００３３】
▲４▼  処理が軽く、一般市販のパソコン（ＰＣ）で十分に対応可能であるため、システム全体の低価格化を可能にできる。
【００３４】
▲５▼  海面の状況をよりリアルに表現することができるため、白波の状況で判断を要する訓練等をより効率的に行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、３次元テクスチャを海面表現に適用することができ、海面の状況をよりリアルに表現することができるコンピュータグラフィックスによる海面表現方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャの手法を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャの機能を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る海面用３次元テクスチャを示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャの３次元波への適用を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態例に係る海面用３次元テクスチャを構成する各２次元テクスチャをディスプレイ上に表示した中間画像である。
【図６】本発明の実施形態例に係る３次元テクスチャにより表現された海面の変化をディスプレイ上に表示した中間画像である。
【図７】従来の２次元テクスチャの貼り付けを示す説明図である。
【図８】従来のテクスチャアニメーションを示す説明図である。
【図９】２次元テクスチャの手法を示す説明図である。
【図１０】２次元テクスチャにより表現された海面をディスプレイ上に表示した中間画像である。
【符号の説明】
１１  海面模様の２次元テクスチャ
１２  海面のポリゴン
２０ａ，２０ｂ，………，２０ｎ  ２次元テクスチャ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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