(57)【要約】【課題】  オブジェクト固有のアルファ値を用い、視点からの距離によってオブジェクトが透明になったり、不透明になったりすることがない、より自然な３次元画像を生成することができる３次元画像生成装置などを提供する。【解決手段】  ポリゴンからなる複数のオブジェクトの頂点の座標情報、アルファ値、ポリゴンに固有の輝度値を含むオブジェクト情報と、視点及び光源の位置を含む環境情報とを受信する受信手段１０１と、オブジェクト情報及び環境情報に基づき、各オブジェクトを座標変換し、各画素のＺ値を算出し、各画素の輝度値を算出する第１の算出手段１０２と、Ｚ値に基づき導出される補正係数とアルファ値とに基づきアルファ値の補正アルファ値を算出する第２の算出手段１０３と、算出された画素の輝度値、各オブジェクトをアルファブレンド処理する際の画素の輝度値、補正アルファ値に基づきアルファブレンド処理を行う処理手段１０４とを備える。【選択図】  図１
2005235015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリゴンから構成される複数のオブジェクトの頂点の３次元座標における座標情報、前記各オブジェクトの透明度を示すアルファ値及び前記各オブジェクトを構成する前記ポリゴンに固有の輝度値を少なくとも含むオブジェクト情報と、前記各オブジェクトに対する視点及び光源の位置の前記３次元座標における情報を少なくとも含む情報である環境情報とを受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された前記オブジェクト情報及び前記環境情報に基づいて、前記視点から眺めた前記各オブジェクトを２次元座標の画像に座標変換し、前記座標変換される前の前記各オブジェクトの前記視点に対する奥行きの値を示すＺ値を前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画像を構成する画素ごとに算出し、前記各画素の輝度値を算出する第１の算出手段と、
前記第１の算出手段によって算出された前記Ｚ値に基づいて導出される補正係数と前記アルファ値とに基づいて、前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画素ごとに前記アルファ値の補正値である補正アルファ値を算出する第２の算出手段と、
前記第１の算出手段によって算出された前記画素の輝度値、前記座標変換された前記各オブジェクトを半透明合成するアルファブレンド処理を行う時点における前記画素の輝度値、及び前記第２の算出手段によって算出された前記画素の前記補正アルファ値に基づいて、前記アルファブレンド処理を行う処理手段とを、
備える３次元画像生成装置。
【請求項２】
ポリゴンから構成される複数のオブジェクトの頂点の３次元座標における座標情報、前記各オブジェクトの透明度を示すアルファ値及び前記各オブジェクトを構成する前記ポリゴンに固有の輝度値を少なくとも含むオブジェクト情報と、前記各オブジェクトに対する視点及び光源の位置の前記３次元座標における情報を少なくとも含む情報である環境情報とを受信するステップと、
受信された前記オブジェクト情報及び前記環境情報に基づいて、前記視点から眺めた前記各オブジェクトを２次元座標の画像に座標変換し、前記座標変換される前の前記各オブジェクトの前記視点に対する奥行きの値を示すＺ値を前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画像を構成する画素ごとに算出し、前記各画素の輝度値を算出するステップと、
算出された前記Ｚ値に基づいて導出される補正係数と前記アルファ値とに基づいて、前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画素ごとに前記アルファ値の補正値である補正アルファ値を算出するステップと、
算出された前記画素の輝度値、前記座標変換された前記各オブジェクトを半透明合成するアルファブレンド処理を行う時点における前記画素の輝度値、及び算出された前記画素の前記補正アルファ値に基づいて、前記アルファブレンド処理を行うステップとを、
有する３次元画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元座標のオブジェクトをより自然にディスプレイに表示できる３次元画像生成装置及び３次元画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３次元画像生成装置は、一般的に、３次元空間内にポリゴンで表現されたオブジェクトを、視点や光源の情報を基にポリゴンに対して座標変換、照光処理、陰面消去を行ってフレームバッファに２次元像を生成し、ディスプレイに表示していた。陰面消去としては、輝度値を記憶するフレームバッファのほかに、奥行き情報を示すＺ値をピクセルごとに記憶するＺバッファを備えるＺバッファ法が主流である。Ｚバッファ法では、同じピクセルにデータを書き込むときは、まず初めにピクセルに記憶されているＺ値と書き込もうとするデータのＺ値とを比較し、書き込もうとするＺ値の方が小さければ輝度データとＺ値を更新する。しかし、書き込もうとするＺ値の方が大きければ更新しない。これにより、フレームバッファには常に一番手前にあるものの輝度値だけが書き込まれることになり、自動的に陰面消去処理が行われることになる。また、半透明のオブジェクトを表現するために、輝度値ＲＧＢ（Red、Green、Blue）のほかにアルファ値を設定し、このアルファ値を基に混合処理を行うアルファブレンドという技術が知られている。一般的にアルファ値は０から１の範囲の値を持ち、０は不透明、１は透明を表す。アルファ値にαの値を持つオブジェクトのあるピクセルの輝度値をフレームバッファに書き込む場合、フレームバッファに既に書き込まれている輝度値をDrgb、新たに描画すべきオブジェクトの輝度値をSrgbとすると、フレームバッファに書き込まれる輝度値Nrgbは、下記の式（１）のように表わされる。
【０００３】
Nrgb＝α×Srgb＋（１−α）×Drgb・・・（１）
【０００４】
自然界において半透明なオブジェクトは、オブジェクトとしての透明度は均一であっても観察者の視点から近いほど透明度が高く、遠いほど透明度が低い。しかしながら、アルファブレンド処理においては、視点の位置によらず、与えられたオブジェクトの透明度を均一に使用するため、自然な表現をすることが困難である。これを解決するものとして、視点に近いほど透明度を高くするようにＺ値に比例したアルファ値を生成し、アルファブレンドの処理を行い、視点方向に近づいてくるような移動オブジェクトをよりリアリスティックに表現できる３次元画像生成装置が下記の特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１４９０６２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の３次元画像生成装置では、オブジェクトごとの固有のアルファ値を用いることができず、どのオブジェクトも視点に対して一定距離近づくと透明になり、一定距離遠ざかると不透明になってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、オブジェクト固有のアルファ値を用い、視点からの距離によってオブジェクトが透明になったり、不透明になったりすることがない、より自然な３次元画像を生成することができる３次元画像生成装置及び３次元画像生成方法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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ポリゴンから構成される複数のオブジェクトの頂点の３次元座標における座標情報、前記各オブジェクトの透明度を示すアルファ値及び前記各オブジェクトを構成する前記ポリゴンに固有の輝度値を少なくとも含むオブジェクト情報と、前記各オブジェクトに対する視点及び光源の位置の前記３次元座標における情報を少なくとも含む情報である環境情報とを受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された前記オブジェクト情報及び前記環境情報に基づいて、前記視点から眺めた前記各オブジェクトを２次元座標の画像に座標変換し、前記座標変換される前の前記各オブジェクトの前記視点に対する奥行きの値を示すＺ値を前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画像を構成する画素ごとに算出し、前記各画素の輝度値を算出する第１の算出手段と、前記第１の算出手段によって算出された前記Ｚ値に基づいて導出される補正係数と前記アルファ値とに基づいて、前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画素ごとに前記アルファ値の補正値である補正アルファ値を算出する第２の算出手段と、前記第１の算出手段によって算出された前記画素の輝度値、前記座標変換された前記各オブジェクトを半透明合成するアルファブレンド処理を行う時点における前記画素の輝度値、及び前記第２の算出手段によって算出された前記画素の前記補正アルファ値に基づいて、前記アルファブレンド処理を行う処理手段とを備える３次元画像生成装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、ポリゴンから構成される複数のオブジェクトの頂点の３次元座標における座標情報、前記各オブジェクトの透明度を示すアルファ値及び前記各オブジェクトを構成する前記ポリゴンに固有の輝度値を少なくとも含むオブジェクト情報と、前記各オブジェクトに対する視点及び光源の位置の前記３次元座標における情報を少なくとも含む情報である環境情報とを受信するステップと、受信された前記オブジェクト情報及び前記環境情報に基づいて、前記視点から眺めた前記各オブジェクトを２次元座標の画像に座標変換し、前記座標変換される前の前記各オブジェクトの前記視点に対する奥行きの値を示すＺ値を前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画像を構成する画素ごとに算出し、前記各画素の輝度値を算出するステップと、算出された前記Ｚ値に基づいて導出される補正係数と前記アルファ値とに基づいて、前記座標変換された前記各オブジェクトの前記画素ごとに前記アルファ値の補正値である補正アルファ値を算出するステップと、算出された前記画素の輝度値、前記座標変換された前記各オブジェクトを半透明合成するアルファブレンド処理を行う時点における前記画素の輝度値、及び算出された前記画素の前記補正アルファ値に基づいて、前記アルファブレンド処理を行うステップとを有する３次元画像生成方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の３次元画像生成装置及び３次元画像生成方法は、上記構成を有し、オブジェクト固有のアルファ値を用い、視点からの距離によってオブジェクトが透明になったり、不透明になったりすることがない、より自然な３次元画像を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図１から図３を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置における受信部によって受信されたオブジェクトの一例を示す図である。図３は本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置における処理動作について説明するためのフローチャートである。
【００１１】
まず、本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、３次元画像生成装置１００は、受信部１０１、第１の算出部１０２、第２の算出部１０３、処理部１０４から構成されている。また、図１には３次元画像生成装置１００へ情報を入力するための入力デバイス１０５及び３次元画像生成装置１００から出力される画像を表示するディスプレイ１０６も記載されている。受信部１０１は、ポリゴンから構成される複数のオブジェクトの頂点の３次元座標における座標情報、各オブジェクトの透明度を示すアルファ値、各オブジェクトを構成するポリゴンに固有の輝度値を少なくとも含むオブジェクト情報と、各オブジェクトに対する視点及び光源の位置の３次元座標における情報を少なくとも含む環境情報とをキーボードやマウスなどの入力デバイス１０５から不図示のインターフェースなどを介して受信する。ここで、オブジェクトはポリゴンが集合して構成されるものであり、すなわち、ポリゴンはオブジェクトの各面を構成するものである。各ポリゴンはそれぞれ固有の輝度値を有している。また、オブジェクトの頂点の座標情報とは、例えば各ポリゴンの頂点の座標の情報を言う。また、環境情報には、ほかにも、例えば光源の色などの情報も含まれる。
【００１２】
第１の算出部１０２は、受信部１０１によって受信されたオブジェクト情報及び環境情報に基づいて、視点から眺めた各オブジェクトを２次元座標の画像に座標変換し、座標変換される前の各オブジェクトの視点に対する奥行きの値を示すＺ値を座標変換された各オブジェクトの画像を構成する画素ごとに算出し、各画素の輝度値を算出する。ここで、各オブジェクトを視点から眺めた２次元座標の画像に座標変換するとあるが、これは、例えば視点から眺めた各オブジェクトの像を透視投影することによって２次元座標の画像に変換するものであり、透視投影は、視点から形へと視線を伸ばし、 その視線とスクリーンの交点に形を描画するものである。また、各画素の輝度値を算出するとあるが、この算出についての一例を以下に説明する。
【００１３】
まず、３次元系において光源の色及び位置、上述したポリゴンの輝度値などからポリゴンの各頂点の輝度値を求める。そして、ポリゴンの頂点に相当する２次元座標の画像に座標変換後の画素には、求められた頂点の輝度値が割り当てられ、頂点以外に相当する画素に関しては、頂点に相当する画素の輝度値から補完することによって求められる輝度値が割り当てられる。すなわち、画素の輝度値は、同じポリゴンであっても画素によって異なる値を取り得る。
【００１４】
第２の算出部１０３は、第１の算出部１０２によって算出されたＺ値に基づいて導出される補正係数とアルファ値とに基づいて、座標変換された各オブジェクトの画素ごとにアルファ値の補正値である補正アルファ値を算出する。ここで、補正アルファ値の算出例としては、特許文献１に記載してあるように、第１の距離及びそれよりも小さい第２の距離を設定する。そして、第２の算出部１０３は、第１の距離よりも大きい位置にあるオブジェクトに対しては補正係数として０を、第２の距離よりも小さい位置にあるオブジェクトに対しては補正係数として１を、第１の距離と第２の距離との間にあるオブジェクトに対しては補正係数として視点からの距離を第１の距離から差し引いた距離に比例して０から１の間で変化する値を割り当てる。そして、割り当てられたこれらの値と上述したオブジェクトの透明度を示すアルファ値とを掛け合わすことによって補正アルファ値を算出する。また、この方法では比例計算に除算処理などの計算負荷が大きいため、Ｚ値に応じた補正係数のデータベースを用意しておき、Ｚ値から一意に補正係数を導出し、アルファ値と掛け合わせて補正アルファ値を算出するようにしてもよい。
【００１５】
ここで、このような０から１の間で変化する補正係数を用いてアルファ値と乗算する方法では、受信部１０１の受信時のオブジェクトのアルファ値はオブジェクトの最大透明度を表し、算出される補正アルファ値は完全に透明を表す０から最大透明度までの値を取る。よって、すべてのオブジェクトはＺ値が大きくなると不透明になる可能性がある。そこで、本発明では、Ｚ値が大きくなっても不透明にならないことを実現することができる。
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置における処理フローについて図３を用いて説明する。図２に示すようなオブジェクト２００、２０１、２０２が入力デバイス１０５から受信されたとする。受信されたオブジェクト２００、２０１、２０２において、従来は１つのオブジェクトに対して１個、もしくは１つの頂点に対して１個のアルファ値を設定していたが、ここではアルファ値として最大値αmaxと最小値αminとを設定する。この２つのアルファ値が受信部１０１によって受信される。
【００１７】
図３に示すように、第２の算出部１０３は、図２に示すように深さ（Ｚ）方向の２つの値ｚ０及びｚ１を設定する（ステップＳ３０１）。ここで、ｚ０とｚ１との関係はｚ１＞ｚ０＞０という関係である。そして、第２の算出部１０３は、オブジェクトがあるか否かを判断し（ステップＳ３０２）、第２の算出部１０３が、オブジェクトがあると判断した場合に第１の算出部１０２によって算出されたＺ値がｚ０より小さくないか否かを判断する（ステップＳ３０３）。第２の算出部１０３が小さいと判断した場合には補正係数Ｋに１を設定し（ステップＳ３０４）、後述するステップＳ３０８へ移行する。ステップＳ３０３において大きいと判断された場合には、第２の算出部１０３は、Ｚ値がｚ１より大きくないか否かを判断する（ステップＳ３０５）。第２の算出部１０３が大きいと判断した場合には補正係数Ｋに０を設定し（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０８へ移行する。ステップＳ３０５において小さいと判断された場合には、第２の算出部１０３は、上述したように一意に求められる０から１の間の値を取る補正係数を算出し、それを設定する（ステップＳ３０７）。このように求められた補正係数を用いて第２の算出部１０３は、下記の式（２）によって補正アルファ値を算出する（ステップＳ３０８）。
【００１８】
α＝αmin＋Ｋ×（αmax−αmin）・・・（２）
【００１９】
ここで、αは補正アルファ値でありＫは補正係数である。なお、ステップＳ３０２においてオブジェクトがないと判断した場合には、終了する。処理部１０４は、第１の算出部１０２によって算出された画素の輝度値、座標変換された各オブジェクトを半透明合成するアルファブレンド処理を行う時点における画素の輝度値、及び第２の算出部１０３によって算出された画素の補正アルファ値に基づいて、アルファブレンド処理を行う。具体的には、上述した式（１）にそれぞれの値を当てはめることによって輝度値を求める。このように、アルファブレンド処理がなされた画像は、例えばディスプレイ１０６に表示される。表示させる処理は、処理部１０４によって行われるようにしてもよい。なお、第１の算出部１０２、第２の算出部１０３、処理部１０４は、例えばＣＰＵに相当する。また、第１の算出部１０２、第２の算出部１０３、処理部１０４が行う処理を１つの処理手段によって処理させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に係る３次元画像生成装置及び３次元画像生成方法は、オブジェクト固有のアルファ値を用い、視点からの距離によってオブジェクトが透明になったり、不透明になったりすることがない、より自然な３次元画像を生成することができるため、より自然にディスプレイに表示できる３次元画像を生成する３次元画像生成装置及び３次元画像生成方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置における受信部によって受信されたオブジェクトの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る３次元画像生成装置における処理動作について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１００  ３次元画像生成装置
１０１  受信部（受信手段）
１０２  第１の算出部（第１の算出手段）
１０３  第２の算出部（第２の算出手段）
１０４  処理部（処理手段）
１０５  入力デバイス
１０６  ディスプレイ
２００、２０１、２０２  オブジェクト
【図１】
2005235015.tif 000003
【図２】
2005235015.tif 000004
【図３】
2005235015.tif 000005