(57)【要約】【課題】描画対象であるオブジェクトのサイズを大きくすることなく、そのオブジェクトに輪郭を付加することができる輪郭強調描画装置を得ることを目的とする。【解決手段】プリミティブの裏面を検索すると、そのプリミティブの裏面のデプス値から増分値ｄＺを減算することにより、そのプリミティブの裏面を視点側にずらして、そのプリミティブの内側に輪郭を付加し、その輪郭を付加したプリミティブを描画する。これにより、描画対象であるプリミティブのサイズを大きくすることなく、そのプリミティブに輪郭を付加することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
描画対象であるオブジェクトの３次元オブジェクトデータを参照して、視点から見えないオブジェクトの裏面を検索する裏面検索手段と、上記裏面検索手段により検索されたオブジェクトの裏面を所定のずらし量だけ視点側にずらして、そのオブジェクトの内側に輪郭を付加する輪郭付加手段と、上記輪郭付加手段により輪郭が付加されたオブジェクトを描画する描画手段とを備えた輪郭強調描画装置。
【請求項２】
裏面検索手段は３次元オブジェクトデータがオブジェクトの裏面に係るデータであるのか、そのオブジェクトの表面に係るデータであるのかを判定し、輪郭付加手段は上記裏面検索手段がオブジェクトの裏面に係るデータであると判定すると、そのデータに含まれる奥行値から所定のずらし量だけ減算し、描画手段は上記裏面検索手段がオブジェクトの表面に係るデータであると判定すると、そのデータにしたがって描画し、上記裏面検索手段がオブジェクトの裏面に係るデータであると判定すると、上記輪郭付加手段による減算後のデータにしたがって描画することを特徴とする請求項１記載の輪郭強調描画装置。
【請求項３】
オブジェクトの裏面の色指定を受け付ける色指定手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の輪郭強調描画装置。
【請求項４】
ずらし量の設定を受け付けるずらし量設定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の輪郭強調描画装置。
【請求項５】
オブジェクトの裏面の奥行値に応じてずらし量を設定するずらし量設定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の輪郭強調描画装置。
【請求項６】
ずらし量設定手段は、オブジェクトの頂点毎に、ずらし量を設定することを特徴とする請求項４または請求項５記載の輪郭強調描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オブジェクトの輪郭を強調して、そのオブジェクトをセルアニメーション調に描画する輪郭強調描画装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータによる３次元グラフィックスは、一般的に、実際に近いリアルな画像生成を追及しているが、リアル性を実現するのではなく、マンガやアニメ調の画像を３ＤＣＧにより生成したいという要求がある。
この要求に対しては、従来のセル画のように２次元の絵を何枚も用意するのではなく、表示対象を３次元オブジェクトとして作り上げ、これをマンガやアニメ調の絵で表示することで対処している。
【０００３】
２次元調の絵を３次元グラフィックスにより作り出すという要求に対して、３次元モデルの輪郭を強調するシルエットレンダリングという輪郭強調描画手法がある。
この輪郭強調描画手法を実現する従来の輪郭強調描画装置は、視点から見て裏面と表面により作られる辺を検出し、この辺を輪郭として強調することにより実現している。ただし、この輪郭強調描画手法を実現するには、複数の面間の結合状態を解析し、この結合状態を参照して、どの辺が輪郭線であるかを判別する必要があり、複雑な処理を実施する必要があった。
【０００４】
以下の特許文献１に開示されている輪郭強調描画装置は、複数の面間の結合状態から輪郭線になる辺を判別するのではなく、描画対象であるオブジェクトの裏面を法線方向にずらし、そのずらした部分を面よりも暗い色で描画することにより輪郭線描画を行うようにしている。
この場合、視点からみて裏面となる面を法線方向にずらして新しい面を作成することになるが、その裏面の法線は視点と逆方向であるため、新しい面は裏面よりも法線方向に大きなオブジェクトになる。このため、透視投影により投影面に投影した場合、元の裏面よりもずらした裏面は大きなものとして描画され、大きくはみ出した部分が強調された輪郭となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８３３１５公報（段落番号［００４３］から［００５２］、図８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の輪郭強調描画装置は以上のように構成されているので、オブジェクトの裏面を法線方向にずらして、そのオブジェクトに輪郭を付加すると、オブジェクトのサイズが大きくなり、隣接するオブジェクトの輪郭線が相互に重なり合うことが増えてしまうなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、描画対象であるオブジェクトのサイズを大きくすることなく、そのオブジェクトに輪郭を付加することができる輪郭強調描画装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る輪郭強調描画装置は、裏面検索手段により検索されたオブジェクトの裏面を所定のずらし量だけ視点側にずらして、そのオブジェクトの内側に輪郭を付加し、その輪郭を付加したオブジェクトを描画するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による輪郭強調描画装置を示す構成図であり、図において、ＣＰＵ１は装置全体を制御し、３次元オブジェクトデータをジオメトリエンジン２に転送する。ジオメトリエンジン２は描画対象である三角形や直線などのプリミティブ（オブジェクト）に対して回転、拡大縮小や平行移動などの座標変換を実施するとともに、ライティング計算などによる色計算やクリップ処理を実施し、スクリーン座標系における座標や色をレンダリングコントローラ３に設定する。なお、ジオメトリエンジン２は３次元オブジェクトデータを参照して、視点から見えないプリミティブの裏面を検索する裏面検索手段と、その裏面検索手段により検索されたプリミティブの裏面を所定のずらし量だけ視点側にずらして、そのプリミティブの内側に輪郭を付加する輪郭付加手段とを備えている。
【００１０】
レンダリングコントローラ３はジオメトリエンジン２により輪郭が付加されたプリミティブの色情報をフレームメモリ４に設定するとともに、そのプリミティブの奥行情報であるデプス値をデプスメモリ５に設定することにより、そのプリミティブを表示ディスプレイ上のピクセルに展開して描画する。なお、レンダリングコントローラ３は描画手段を構成している。
図２はこの発明の実施の形態１による輪郭強調描画装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００１１】
次に動作について説明する。
輪郭強調描画装置は、例えば、パソコンやＰＤＡや携帯電話などに搭載されるが、ＣＰＵ１は、例えば、パソコンから３次元オブジェクトデータが与えられると、その３次元オブジェクトデータをジオメトリエンジン２に転送する（ステップＳＴ１）。
【００１２】
ジオメトリエンジン２は、ＣＰＵ１から３次元オブジェクトデータを受けると、その３次元オブジェクトデータを構成するプリミティブデータ（例えば、３次元オブジェクトであるプリミティブを構成するポリゴンデータの他、そのプリミティブの色情報やデプス値を含んでいる）の座標変換を実施する（ステップＳＴ２）。即ち、モデル座標系のプリミティブデータを表示ディスプレイにおけるスクリーン座標系のプリミティブデータに変換する。
【００１３】
ジオメトリエンジン２は、モデル座標系のプリミティブデータをスクリーン座標系のプリミティブデータに変換すると、そのスクリーン座標系のプリミティブデータを参照して、視点から見えないプリミティブの裏面を検索する（ステップＳＴ３）。
例えば、描画対象のプリミティブが図３に示すような６角柱である場合、図３（ｂ）のように、６角柱を真上から見たときの頂点Ａ，Ｄより右側にある全ての面をプリミティブの裏面として検索する。
【００１４】
ここで、プリミティブの面が表面であるのか、裏面であるのかの判定は、次のようにして行う。
例えば、プリミティブの面の一部を構成するポリゴン（三角形）の３頂点を例えば半時計周りに取り出し、その３頂点をＶ０，Ｖ１，Ｖ２として、ベクトルＶ０Ｖ１とベクトルＶ０Ｖ２による外積を求める。そして、その外積が正値であれば、そのポリゴンは、プリミティブの表面の一部を構成していると判定し、その外積が負値であれば、そのポリゴンは、プリミティブの裏面の一部を構成していると判定する。
【００１５】
ジオメトリエンジン２は、上記のようにして、プリミティブの裏面を検索すると、そのプリミティブの裏面のデプス値から増分値ｄＺ（所定のずらし量）を減算することにより、そのプリミティブの裏面を視点側にずらす処理（図３（ｂ）において、プリミティブの裏面を左方向にずらす処理）を実施する（ステップＳＴ４）。
これにより、６角柱の頂点Ａ，Ｄにおいて、裏面が表面よりも手前側にでる箇所（図３（ｂ）において、丸で囲まれている部分）が生じて、表面と裏面が重なるため、その重なり部分が強調されて輪郭線となる。
【００１６】
なお、この実施の形態１では、プリミティブに輪郭を付加するために、スクリーン座標系においてデプス値を変化させているが、ＸＹ座標値を変化させていないので、プリミティブのサイズが大きくなることはなく、図４（ｂ）に示すように、プリミティブの内側に輪郭が付加される。因みに、従来例のように、オブジェクトの裏面を法線方向にずらして、そのオブジェクトに輪郭を付加すると、図４（ａ）に示すように、プリミティブの外側に輪郭が付加されて、プリミティブのサイズが大きくなる。
【００１７】
レンダリングコントローラ３は、ジオメトリエンジン２がプリミティブの内側に輪郭を付加すると、そのプリミティブの色情報をフレームメモリ４に設定するとともに、そのプリミティブの奥行情報であるデプス値をデプスメモリ５に設定することにより、そのプリミティブを表示ディスプレイ上のピクセルに展開して描画する（ステップＳＴ５）。
即ち、プリミティブの表面と裏面を表示ディスプレイ上に描画する。
【００１８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、プリミティブの裏面を検索すると、そのプリミティブの裏面のデプス値から増分値ｄＺを減算することにより、そのプリミティブの裏面を視点側にずらして、そのプリミティブの内側に輪郭を付加し、その輪郭を付加したプリミティブを描画するように構成したので、描画対象であるプリミティブのサイズを大きくすることなく、そのプリミティブに輪郭を付加することができる効果を奏する。
【００１９】
なお、従来例のように、視点座標系において面を拡大したり、平行移動したりする場合には、行列の積算演算が必要であり、ジオメトリエンジン２の座標変換処理において、モデル行列や視野変換行列が変更する度に、並行移動行列を積算する必要がある。また、裏面と表面が切り替わる度に、行列を積算し直すか、入れ替える必要がある。
しかし、この実施の形態１の演算量は、Ｚ座標に対する減算演算のみであって、裏面と表面の切り替わりでもＺ座標に対して減算を行うか否かの選択のみであり、処理の高速化も実現することができる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ジオメトリエンジン２が視点から見えないプリミティブの裏面を検索し、そのプリミティブの裏面を視点側にずらして、プリミティブの内側に輪郭を付加し、レンダリングコントローラ３が輪郭のあるプリミティブを描画するものについて示したが、即ち、描画対象であるプリミティブ（３次元オブジェクト）の全ての面の３次元オブジェクトデータがＣＰＵ１から転送されることを前提とし、最初に、ジオメトリエンジン２がプリミティブの輪郭強調処理を実施してから、レンダリングコントローラ３がプリミティブの表面と裏面を表示ディスプレイ上に描画するものについて示したが、例えば、ＣＰＵ１からプリミティブを構成する１つの面毎に、３次元オブジェクトデータが転送されるような場合には、次のようにしてもよい。
【００２１】
即ち、ジオメトリエンジン２は、モデル座標系のプリミティブデータをスクリーン座標系のプリミティブデータに変換すると、そのスクリーン座標系のプリミティブデータがプリミティブの裏面に係るデータであるのか、そのプリミティブの表面に係るデータであるのかを判定する。
この判定方法は、上記実施の形態１と同様のため説明を省略する。
【００２２】
ジオメトリエンジン２は、そのプリミティブデータがプリミティブの表面に係るデータである場合、そのプリミティブデータをそのままレンダリングコントローラ３に出力するが、そのプリミティブデータがプリミティブの裏面に係るデータである場合、上記実施の形態１と同様にして、そのプリミティブデータに含まれているデプス値から増分値ｄＺを減算し、減算処理後のプリミティブデータをレンダリングコントローラ３に出力する。
【００２３】
レンダリングコントローラ３は、ジオメトリエンジン２からプリミティブデータを受けると、そのプリミティブデータにしたがってプリミティブの表面又は裏面を表示ディスプレイ上に描画する。
ジオメトリエンジン２は、レンダリングコントローラ３がプリミティブの表面又は裏面を描画すると、他の面のプリミティブデータが残されていれば、上記と同様の処理を繰り返し実行する。
これにより、上記実施の形態１と同様に、描画対象であるプリミティブのサイズを大きくすることなく、そのプリミティブに輪郭を付加することができる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、ジオメトリエンジン２が搭載されているものについて示したが、図５に示すように、ジオメトリエンジン２が搭載されていない場合、上記実施の形態１におけるジオメトリエンジン２の処理をＣＰＵ１が実行するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
したがって、図５の構成の輪郭強調描画装置では、ＣＰＵ１が輪郭強調処理を実施することになる。
【００２５】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、ジオメトリエンジン２が輪郭強調処理を実施し、上記実施の形態３では、ＣＰＵ１が輪郭強調処理を実施するものについて示したが、レンダリングコントローラ３が輪郭強調処理を実施するようにしてもよく、上記実施の形態１，３と同様の効果を奏することができる。
なお、この場合、ジオメトリエンジン２は搭載されていても、搭載されていなくてもよい。
【００２６】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による輪郭強調描画装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。色指定部６はプリミティブの裏面の色指定を受け付ける色指定手段を構成している。
【００２７】
上記実施の形態１では、レンダリングコントローラ３がプリミティブデータに含まれているプリミティブの色情報にしたがってプリミティブを描画するものについて示したが、例えば、ユーザがキーボードやマウスを操作して、プリミティブの裏面の色を指定すると、色指定部６がプリミティブの裏面の色指定を受け付けるようにしてもよい。
これにより、レンダリングコントローラ３がプリミティブを描画する際、そのプリミティブの輪郭の色は、色指定部６により受け付けられたプリミティブの裏面の色になるので、ユーザが輪郭の色を任意に指定できるようになる。
【００２８】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６による輪郭強調描画装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。ずらし量設定部７はずらし量である増分値ｄＺの設定を受け付けるずらし量設定手段を構成している。
【００２９】
上記実施の形態１では、ジオメトリエンジン２がプリミティブの裏面のデプス値から所定の増分値ｄＺを減算することにより、そのプリミティブの裏面を視点側にずらすものについて示したが、例えば、ユーザがキーボードやマウスを操作して、その増分値ｄＺを指定すると、ずらし量設定部７がその増分値ｄＺの設定を受け付けるようにしてもよい。
これにより、ジオメトリエンジン２がプリミティブの裏面を視点側にずらす際、ユーザにより設定された増分値ｄＺだけずらすことになるので、ユーザが輪郭の幅を任意に設定できるようになる。
【００３０】
実施の形態７．
図８はこの発明の実施の形態７による輪郭強調描画装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。ずらし量設定部８はプリミティブの裏面のデプス値に応じて増分値ｄＺを設定するずらし量設定手段を構成している。
【００３１】
上記実施の形態６では、ずらし量設定部７がユーザにより指定された増分値ｄＺの設定を受け付けるものについて示したが、ずらし量設定部８がプリミティブの裏面のデプス値に応じて増分値ｄＺを設定するようにしてもよい。
これにより、例えば、視点から遠くに位置するプリミティブの増分値ｄＺを小さく設定して輪郭の幅を狭くし、視点から近くに位置するプリミティブの増分値ｄＺを大きく設定して輪郭の幅を広げるなどの調整が可能になる。
【００３２】
実施の形態８．
上記実施の形態６，７では、ずらし量設定部７，８が増分値ｄＺを設定するものについて示したが、その際、プリミティブの頂点毎に、増分値ｄＺを設定するようにしてもよい。
例えば、頂点Ａの増分値ｄＺを“３”、頂点Ｄの増分値ｄＺを“５”に設定すれば、プリミティブの下側の輪郭の幅を上側の輪郭の幅より太くすることができる。したがって、プリミティブの形状等に応じて輪郭の幅を木目細かく設定することができるようになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、裏面検索手段により検索されたオブジェクトの裏面を所定のずらし量だけ視点側にずらして、そのオブジェクトの内側に輪郭を付加し、その輪郭を付加したオブジェクトを描画するように構成したので、描画対象であるオブジェクトのサイズを大きくすることなく、そのオブジェクトに輪郭を付加することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による輪郭強調描画装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による輪郭強調描画装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】プリミティブのずらしを説明する説明図である。
【図４】プリミティブの輪郭を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３による輪郭強調描画装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５による輪郭強調描画装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６による輪郭強調描画装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７による輪郭強調描画装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ、２  ジオメトリエンジン（裏面検索手段、輪郭付加手段）、３  レンダリングコントローラ（描画手段）、４  フレームメモリ、５  デプスメモリ、６  色指定部（色指定手段）、７，８  ずらし量設定部（ずらし量設定手段）。
【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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