(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力回路を備え、そのデジタルの画像信号出力に係る３次元画像の特殊効果形状へのレンダリング処理の制御をする制御回路を備え、前記制御回路で制御されるそれぞれフィルタ回路と画像信号回路とテクスチャメモリと出力回路とレンダリング手段及びこれに用いる少なくとも１ラインのラインメモリとを備えた装置であって、
前記制御回路は演算手段を有してそれぞれ前記特殊効果形状の形状計算及びレンダリング領域と陰面消去と読出しアドレスパラメータとに係る計算に基づき前記制御し、
前記形状計算による縮小率に基づき通過周波数が制限される前記フィルタ回路を介しテクスチャメモリに書込みした画像信号を前記読出しアドレスパラメータで読出し、
前記レンダリング手段はそれぞれ走査線１ラインごとに前記ラインメモリに書込みして前記特殊効果形状にレンダリングした画像信号を前記出力回路を介し出力することを特徴とする３次元画像特殊効果装置。
【請求項２】
本装置による画像信号の遅延時間は２フィールドであることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像特殊効果装置。
【請求項３】
前記レンダリング領域の計算はそれぞれの走査線ごとに前記分割面の交点座標とレンダリングのための射影変換パラメータの２次元の計算であることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元画像特殊効果装置。
【請求項４】
前記陰面消去に係る計算はそれぞれの走査線ごとの２次元のレンダリング処理に基づくことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の３次元画像特殊効果装置。
【請求項５】
前記入力回路または画像信号回路には前記画像信号を飛び越し走査方式から順次走査方式への変換手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の３次元画像特殊効果装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、テレビジョン画像の特殊効果装置に係り、画像信号の３次元の特殊効果形状へのレンダリング処理手段に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、テレビジョンの放送業界などの番組制作等に用いるスタジオ装置として、フェーダーレバー等でリアルタイム操作して動画等画像の拡大／縮小及び回転等、または、これらによる画像切換えなど、画像の形状変化をともなう２次元の特殊効果装置が利用されている。
ここで、通常、このような、入力した画像信号をフレームメモリ等に書込み／読出しするスタジオ装置の信号処理時間は、システム位相の関係により、飛び越し走査（インターレス）方式の画像信号で２フィールド（１フレーム）とされている。【０００３】  そしていま、動画等の画像の立方体、球体などの多面体への形状変化及び拡大／縮小等をともない、リアルタイム操作できる３次元画像の特殊効果装置が望まれている。
しかし、この従来装置は、ＣＧ（コンピュータグラフィック）の特殊効果処理手段に基づくもので、そのフレームメモリを用いたレンダリング（描画）手段は、フレームメモリへの書込みと読出し処理に通常で２フィールドの処理時間を要し、装置全体では４フィールドの処理時間すなわち遅延時間となる。【０００４】  このような従来手段の一例を、図２の従来例の特殊効果装置の要部構成図、図３の特殊効果装置の形状計算を説明する模式図、図４の特殊効果装置の形状計算を説明する模式図、図５の読出しアドレスパラメータの計算を説明する模式図に示して説明する。
図において、１は端子、２は入力回路、３はフィルタ回路、４は画像信号回路、５はテクスチャメモリ、６は制御回路、７は端子、８はレンダリング手段、９は出力回路、１０は端子、１２はフレームメモリである。【０００５】  図２において、端子１に入力し、入力回路２で量子化などの信号処理をされた動画等の画像信号は、フィルタ回路３を経由して画像信号回路４で信号処理されて出力し、フレームメモリ等を用いた画像素材用のテクスチャメモリ５に１画面ごとに書込まれる。
ここで、この画像信号がインターレス走査方式の場合、その信号処理による画質の劣化を防ぐために、これを順次（プログレッシブ）走査方式に変換する変換手段を、入力回路２または画像信号回路４に備える。また、制御回路６は演算手段を有し、３次元の特殊効果形状に係る形状計算に基づいてフィルタ回路３を制御する。
そして、上述した処理には、前記２フィールドに相当する処理時間を要する。【０００６】  図３において、前述した形状計算は、例えば、手前である前方の視点から見た図３ａの長方体の特殊効果形状を、三角形または四角形の面に分割したそれぞれの分割面を図３ｂのように平面に投影し、図に点で示した座標を計算する。
そして、図２において、前記形状計算に基づく前記それぞれの分割面の縮小率に対応してフィルタ３を制御し、画像信号の通過周波数を制御する。この制御回路６はまた、レンダリングする画像面であるレンダリング領域、陰面消去、及び読出しアドレスパラメータに係る計算、さらに、テクスチャメモリ５とレンダリング手段８の制御を行なう。
これらの制御回路６による制御は、特殊効果等を操作するための操作盤または外部より制御するための手段を端子７に接続して制御できる。【０００７】  次に、上記レンダリング領域の計算は、前記特殊効果形状の水平走査、垂直走査及び視点距離に基づく３次元領域（画像面）、すなわち、図３ａの実線及び点線で示すそれぞれの分割面に係るレンダリング領域を計算する。
また、陰面消去の計算は、前記３次元領域の前記視点から見た領域（画像面）に係り、手前に見える該領域に対し、陰になって見えない領域、すなわち、図３ａの点線で示す陰面の領域を判定して消去し、図３ｃのようにするためのものである。
ここで、図３ａの長方体の場合の陰面消去された分割面の例を図３ｃに示す。【０００８】  次にまた、読出しアドレスパラメータの計算の例を図４により説明する。
いま、前記テクスチャメモリに書込まれた画像信号は、図４ｄに示す画像文字Ｆを含む領域のものとする。そして、図４ｅのような前方の視点から見た特殊効果形状の長方体に示す該文字Ｆを含む分割面の領域のようにレンダリングする画像信号として、このテクスチャメモリから読出すためのアドレスパラメータを計算するものである。【０００９】  さらに、図２のレンダリング手段８によるレンダリング処理は、前記アドレスパラメータの計算に基づきテクスチャメモリ５から読出した１画面ごとの画像信号データを、レンダリング用のフレームメモリ１２に書込む。これにより、所期の特殊効果形状へのレンダリング処理をされた画像信号が出力回路９で生成され、端子１０を介し出力される。
この場合、フレームメモリ１２への画像信号の書込みは、通常、１フィールド相当の処理時間を要し、また、その読出しにも１フィールドの処理時間が必要である。
このように、本装置全体の画像信号の遅延時間は、通常で４フィールド相当となる。【００１０】  ここで、さらに、前述したフレームメモリ１２への書込み処理は、３次元形状の複雑さによっては、その処理をおこなうデータ量が大幅に増加し、上記のレンダリング処理時間を超えることがある。
そして、この遅延時間が１フィールドを超えると画像信号にフィールド単位の時系列での不連続が生じ、これによる特殊効果画像の自然な動きが劣化することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  前述したように、放送業界などの番組制作等のシステムでは、フレームメモリを備えたこのようなスタジオ装置の画像信号の遅延時間は、２フィールドとされている。
しかし、前述の３次元の特殊効果装置におけるフレームメモリ１２への書込み処理時間は、複雑な特殊効果形状では１フィールドを超えて時系列での不連続が生じ、画像の自然な動きが劣化することにより、リアルタイムでの操作は困難であった。
また、この装置全体での遅延時間は４フィールド以上となってシステム運用の障害となり、前記放送業界等での使用は困難であった。さらに、このフレームメモリを用いたレンダリング処理は大規模な回路手段を要する欠点があった。【００１２】  本発明は、このような背景になされ、レンダリング処理を１フレームの画像全体に対して行わず、水平走査の単位で逐次処理する。そして、その水平走査内で確実にレンダリング処理する手段を選ぶことができるものである。
したがって、レンダリング処理に必要なメモリ及び回路手段が大幅に削減でき、レンダリング処理を水平走査に基づく１ラインのラインメモリによる処理時間内とすることにより、特殊効果装置による遅延時間を２フィールドとすることができる。【００１３】  これにより、従来装置はテレビジョン放送業界の番組制作等での使用が困難であり、また、大規模な回路手段を要する問題を排除し、前記番組制作等にリアルタイム操作で使用できる３次元画像特殊効果装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明は上記目的を達成するために、次の課題解決手段によりこの問題を解決した。
本発明の３次元画像の特殊効果装置の課題解決の手段は、入力回路を備え、そのデジタルの画像信号出力に係る３次元画像の特殊効果形状へのレンダリング処理の制御をする制御回路を備え、前記制御回路で制御されるそれぞれフィルタ回路と画像信号回路とテクスチャメモリと出力回路とレンダリング手段及びこれに用いる少なくとも１ラインのラインメモリとを備えた装置であって、前記制御回路は演算手段を有してそれぞれ前記特殊効果形状の形状計算及びレンダリング領域と陰面消去と読出しアドレスパラメータとに係る計算に基づき前記制御し、前記形状計算による縮小率に基づき通過周波数が制限される前記フィルタ回路を介しテクスチャメモリに書込みした画像信号を前記読出しアドレスパラメータで読出し、前記レンダリング手段はそれぞれ走査線１ラインごとに前記ラインメモリに書込みして前記特殊効果形状にレンダリングした画像信号を前記出力回路を介し出力することを特徴とする３次元画像特殊効果装置（請求項１）。【００１５】  これにより、放送業界などでの番組制作等に使用できず、また、大規模な回路手段を要する問題を排除し、リアルタイム操作で使用できる。【００１６】  本発明の第２の課題解決手段は、本装置による画像信号の遅延時間は２フィールドであることを特徴とする（請求項２）。
これにより、放送業界などにおける番組制作等のシステムに使用できる。【００１７】  さらに、本発明の第３の課題解決手段では、前記レンダリング領域の計算はそれぞれの走査線ごとに前記分割面の交点座標とレンダリングのための射影変換パラメータの２次元の計算である（請求項３）。これにより、３次元形状の複雑さによって、そのレンダリング処理時間が変化することがない。【００１８】  さらにまた、本発明の第４の課題解決手段では、前記陰面消去に係る計算はそれぞれの走査線ごとの２次元のレンダリング処理に基づく（請求項４）。
これにより、前記レンダリング領域の計算に係り、効率的に計算できる。
また、本発明の第５の課題解決手段では、前記入力回路または画像信号回路には前記画像信号を飛び越し走査方式から順次走査方式への変換手段を備えることが望ましい（請求項５）。
【発明の効果】
【００１９】  本発明によれば、従来技術では放送業界などでの番組制作等で使用できず、また、大規模な回路手段を要する問題を排除し、放送業界などにおいてリアルタイム操作で使用できる３次元画像特殊効果装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  本発明を実施するための実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明実施例の３次元画像の特殊効果装置の要部構成図、図６は本発明実施例のレンダリング領域の計算を説明する模式図である。【００２１】  図１においては、１は端子、２は入力回路、３はフィルタ回路、４は画像信号回路、５はテクスチャメモリ、６は制御回路、７は端子、８はレンダリング手段、９は出力回路、１０は端子、１１はラインメモリである。【００２２】  本実施例の３次元画像特殊効果装置は、図１に示すように、入力回路２を備え、そのデジタルの画像信号出力に係る３次元画像の特殊効果形状へのレンダリング処理の制御をする制御回路６を備え、前記制御回路で制御されるそれぞれフィルタ回路３と画像信号回路４とテクスチャメモリ５と出力回路９とレンダリング手段８及びこれに用いる少なくとも１ラインのラインメモリ１１とを備えた装置であって、制御回路６は演算手段を有してそれぞれ前記特殊効果形状の形状計算及びレンダリング領域と陰面消去と読出しアドレスパラメータとに係る計算に基づき前記制御し、前記形状計算による縮小率に基づき通過周波数が制限されるフィルタ回路３を介しテクスチャメモリ５に書込みした画像信号を前記読出しアドレスパラメータで読出し、レンダリング手段８はそれぞれ走査線１ラインごとにラインメモリ１１に書込みして前記特殊効果形状にレンダリングした画像信号を出力回路９を介し出力するものである。【００２３】  上記構成において、端子１を介し入力回路２に入力した動画等の画像信号が、２フィールドの遅延時間で、フィルタ回路３及び画像信号回路４を介しテクスチャメモリ５に書き込まれる過程の説明は、図２〜図４を参照して前述した従来例の説明と同様である。【００２４】  また、図３により説明した、制御回路６で計算される形状計算、及びこの形状計算に基づくフィルタ回路３の制御、さらに、読出しアドレスパラメータの計算に基づきテスチャメモリ５からの画像信号を読出しすることも、前述と同様である。【００２５】  ここで、前述した従来例の制御回路６による前記レンダリング領域と陰面消去とに係る３次元領域に基づく計算は、本発明の実施例では２次元領域での計算になる。
図１において、制御回路６における２次元のレンダリング領域の計算は、例えば図５に示すように、前方の視点から見た図５ｆの長方体または図５ｇの球体の場合のそれぞれの図に、走査線を実線及び点線で示す。
そして、実線で示す１ラインの走査線と前記分割面との、点で示した交点の座標を計算し、また、レンダリングのための射影変換パラメータを計算する。さらに、この各走査線毎のレンダリング領域に係り、前記陰面消去処理をする。【００２６】  このようにして、特殊効果形状へのレンダリング処理をされた画像信号に基づき出力回路９で生成された出力信号が端子１０を介し出力される。また、制御回路６によるこれらの制御は、特殊効果等を操作するための操作盤または外部より制御するための手段を端子７に接続して制御することができ、制御回路６または前記操作盤にはフェーダーレバー等を設けて操作できる。
さらに、出力回路９は、特殊効果による形状変化等に基づくキー信号を生成し、端子１０を介し出力することができる。このキー信号を用いることにより、形状変化等をした前記画像信号出力と他の画像信号とを、画像合成手段で画像合成することもできる。
そして、通常、この装置は画像切換装置（ビデオスイッチャ）と共に用いられ、これで切換選択された画像信号が端子１に入力されたり、端子１０の画像信号出力が画像切換装置に入力される場合が多い。【００２７】  また、前述した第２の課題解決手段に係る実施例は、本装置による画像信号の遅延時間は２フィールドであることを特徴とする。
すなわち、レンダリング用のメモリとしてラインメモリ１１を用いることにより、従来装置のようにレンダリング処理を１フレームの画像全体に対して行わず、各水平走査線ごとに逐次処理する。これは、水平走査期間内でレンダリングが終了するかどうかの条件判断は、従来例のようなフレームメモリの場合に比し、容易に判定でき、確実に水平走査期間内でレンダリングする手段を選択することができる。
これにより、レンダリングの時間はラインメモリ１１への書込み及び読出しだけであり、本装置に入力した画像信号の遅延時間は、前述のように、画像素材用のテクスチャメモリ５に１画面ごとに書込みするまでの２フィールド相当だけの遅延で済む。【００２８】  さらに、前述した第２および第３の課題解決手段に係る実施例は、前記レンダリング領域の計算は、それぞれの走査線ごとに前記分割面の交点座標とレンダリングのための射影変換パラメータの２次元の計算である。
そして、前記陰面消去に係る計算はそれぞれの走査線ごとの２次元のレンダリング処理に基づくものである。【００２９】  そして、前記入力回路または画像信号回路には前記画像信号を飛び越し走査方式から順次走査方式への変換手段を備えることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明実施例の３次元画像特殊効果装置の要部構成図。
【図２】従来例の特殊効果装置の要部構成図。
【図３】特殊効果装置の形状計算を説明する模式図。
【図４】特殊効果装置の形状計算を説明する模式図。
【図５】読出しアドレスパラメータの計算を説明する模式図。
【図６】本発明実施例のレンダリング領域の計算を説明する模式図。
【符号の説明】
【００３１】  １  端子
２  入力回路
３  フィルタ回路
４  画像信号回路
５  テクスチャメモリ
６  制御回路
７  端子
８  レンダリング手段
９  出力回路
１０  端子
１１  ラインメモリ
１２  フレームメモリ
【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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