(57)【要約】ゾウのグラフィックモデルが、ゾウの物理モデルの異なる方向のビットマップシルエットを使用してボクセルブロックからボクセルを削ることにより作製される。これは、ユーザが、例えば、バーチャル環境及びビデオゲームにおいて物体のグラフィックス表現を作製することができるようにするための直観的に単純なツールを与える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフィックオブジェクトを作製するためのソフトウェアアプリケーションにおいて、
− 複数のそれぞれのビットマップを受け取るための入力部であって、該それぞれのビットマップは、それぞれの指標を有すると共に第１及び第２のピクセル値のうちの１つを有するピクセルを有する、入力部と、
− 複数のボクセルの領域で動作して、前記それぞれのビットマップに対して前記ボクセルの内どの特定のものを前記オブジェクトのボクセル表現に割り当てるかを、前記それぞれの指標及び前記それぞれのビットマップの前記ピクセル値の制御の下で決定する識別器と、
を有するソフトウェアアプリケーション。
【請求項２】
ユーザが前記グラフィックオブジェクトの形状を変更することを可能にするソフトウェアツールを有する、請求項１に記載のアプリケーション。
【請求項３】
前記グラフィックオブジェクト上にテクスチャをマッピングするためのソフトウェアツールを有する、請求項１に記載のアプリケーション。
【請求項４】
− 所定のグラフィックエンティティのアニメーションのためのスクリプトと、
− 前記エンティティを前記グラフィックオブジェクトと組み合わせて、前記スクリプトを通じて前記オブジェクトのアニメーションを可能にするためにするソフトウェアツールと、
を有する請求項１に記載のアプリケーション。
【請求項５】
非職業的目的のために市販される請求項１に記載のアプリケーション。
【請求項６】
ＰＣ用の周辺装置であって、前記ＰＣ上の他の処理のためのビットマップを作製するための光センサのアレイを有する装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、該装置は参照システムを有し、該参照システムは、物体のそれぞれのビットマップを、該参照システムに対する前記物体のそれぞれの方位において作製するためのシステムであるような装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、グラフィックオブジェクトを作製するためのソフトウェアアプリケーションと協動するような装置において、前記アプリケーションが、
− 複数のそれぞれのビットマップを受け取るための入力部であって、該それぞれのビットマップは、前記それぞれの方位を表すそれぞれの指標を有すると共に第１及び第２のピクセル値のうちの１つを有するピクセルを有する、入力部と、
− 複数のボクセルの領域で動作して、前記それぞれのビットマップに対して前記ボクセルの内どの特定のものを前記オブジェクトのボクセル表現に割り当てるかを、前記それぞれの指標及び前記それぞれのビットマップの前記ピクセル値の制御の下で決定する識別器と、
を有するような装置。
【請求項９】
− 光センサのアレイを有する装置と、
− バーチャルオブジェクトを作製するためのソフトウェアアプリケーションと、を有するデータ処理システムであって、該アプリケーションは、
− 複数のそれぞれのビットマップを受け取るための入力部であって、該それぞれのビットマップは、それぞれの指標を有すると共に第１及び第２のピクセル値のうちの１つを有するピクセルを有する、入力部と、
− 複数のボクセルの領域で動作して、それぞれのビットマップに対して前記ボクセルの内どの特定のものを前記オブジェクトのボクセル表現に割り当てるかを、前記それぞれの指標及び前記それぞれのビットマップの前記ピクセル値の制御の下で決定する識別器と、
を有する、データ処理システム。
【請求項１０】
グラフィックモデルを作製することを可能にする方法であって、
− 各々が２つのピクセル値のうち１つを有するような複数のピクセルを有するビットマップの組を提出することを可能にするステップと、
− 前記ビットマップを用いてボクセルのブロックをグラフィック三次元モデルに成形するステップと、
を有する方法。
【請求項１１】
各々が２つのピクセル値のうち１つを有するような複数のピクセルを有するビットマップの組を用いて、ボクセルのブロックをグラフィックモデルに成形することにより作製されるグラフィックモデル。
【請求項１２】
ゾウ又はペンギンの形に形成された請求項１１に記載のグラフィックモデル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理システム及び方法に関し、限定的ではないが特には、玩具及びビデオゲームの環境における画像処理システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオゲーム、グラフィックゲーム及び他のコンピュータ関連のエンターテインメントソフトウェア・アプリケーションはますます普及してきており、現在これらは携帯電話にすら用いられている。マルチプレイヤのゲーム又はアプリケーションにおいて、プレーヤは、アバタール（ａｖａｔａｒ）として知られているアニメーションのグラフィック表現をバーチャル環境中における自らの代理として使用する。電子ペット玩具専用の装置、例えばユーザがディスプレイモニタに描かれるバーチャル動物の世話をしなければならない育成ゲームであるタマゴッチ等が市販されている。
【０００３】
グラフィックの生物及びオブジェクトを含むバーチャル対話式世界の作製は、子供は言うまでもなく、素人では巧妙に適用するのが難しい芸術形式である。それにもかかわらず、素人又は子供がこの種の生物及びオブジェクトを作製することを可能にするソフトウェアアプリケーションは、以前は達成不能であったような電子世界の側面に対する制御を支援するので歓迎される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明者は、ユーザーフレンドリー且つ容易に理解される態様で電子オブジェクト及び生物を作製することを可能にするシステム及びツールを提案する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三次元物体を電子形式の二次元の輪郭又はシルエットにマッピングするためのツールを提供する。例えば、この三次元オブジェクトが照光され、その影が光センサのアレイ上へ投影される。この光センサが影を二次元のビットマップに変換することを可能にする。三次元オブジェクトを回転させることにより、他の影及び他のビットマップが与えられる。好適には、各ビットマップは、光源、物体及びセンサーアレイの相対的な方位に関する情報と関係している。ビットマップ及び相対的な方位の収集は、物体の形状の三次元グラフィック表現を再構築することを可能にする。例えば、ビットマップがその適当な方位のボクセル・スペースに投影されるとき、断面として特定のビットマップを有する円柱に属さない各ボクセルはボクセル・スペースから取り除かれる。
【０００６】
この方法は、表面がどこも凸面であるオブジェクトなら容認できるほどに良く機能する。しかし、凹面部分を有する物体（例えば誰かが噛んだリンゴ又はティーカップ）はゆがめられたグラフィック表現を引き起こす可能性がある。これは、凹部が、その凹部を囲んでいる物体の部分によってオブジェクトの全ての方位において遮蔽されていることによる。従って本発明者は、凹部、スルーホール及び副産物等を作製するなど、ユーザが表面を改善するために三次元グラフィックオブジェクトを変形させることができるようにするソフトウェアツールを提供することを提案する。グラフィックオブジェクトは、好ましくは統一性を与えられる。即ち、ユーザが特定の場所でその表面を移動させるか又は修正することによって（物理世界において引くか又は押すことに相当）グラフィックオブジェクトを変形させるときに、モデルの連続性が保証されることを保証するために、その場所の近傍も変形される。例えば、中間のグラフィックオブジェクトを得るために最初にゾウの（モデルの）影（ｓｈａｄｏｗｇｒａｍｓ）を使用することによりバーチャルゾウが作製され、そして次に、ゾウの形状の又は全く異なるバーチャル生物の形状のより近い近似を得るために、中間のオブジェクトのボクセルが変形される。
【０００７】
グラフィック・モデルが、人型生物、四足生物、クモ型生物、ペンギン型生物、その他のアニメーションで表現された生物を表すことになっていると仮定する。好適には、ソフトウェアツールは、場合によっては幾らかリスケーリングした後にグラフィックモデルにより覆われることができる、所定の骨格又はマッチ棒図を有する。このモデルは、例えばマッチ棒図の四肢及び関節において、モデルの特定のボクセルが骨格の特定の位置と共に動作すると規定することによって、骨格に取り付けられる。骨格は、例えば歩行、飛行、ジャンプ、回転その他のための所定のスクリプトを使用することにより運動可能である。グラフィックモデルに対して規定される密着性及び弾力のために、その表面は、骨格の動きをより自然に追うことができる。
【０００８】
物体が一つ以上の対称軸又は一つ以上の対称面を有する場合、オブジェクトを記述するために必要なビットマップはより少ない。このときには対称操作により、スキャンされた物体の一部からグラフィックオブジェクトが再構築される。
【０００９】
シャドウキャスティング法を用いて、単一の合成グラフィックオブジェクトに対して複数のグラフィックオブジェクトを別々に作製することができる。例えば、蒸気機関車のグラフィックモデルは、基本の構成要素（例えばスポークホイール、運転台、ボイラー及び火室）を所定のグラフィック要素（立方体、球、ロッド、シリンダ）と組み合わせてシャドウキャスティングし、グラフィックオブジェクトをバーチャル環境で組み立てることことによって作製される。
【００１０】
バーチャル環境において三次元が必要とされない場合、物体は、二次元のシルエットを作製するために、上記の通りにシャドウキャスティングを使用して単一のビットマップ上へマッピングされる。
【００１１】
これに特定の外観を与えるためにテクスチャ・マッピングが最終的なグラフィック・モデルに適用されることができる。
【００１２】
ユーザは、例えば取り込まれたシルエットに基づいて自身でビットマップを作製し、インターネット上のサービスにビットマップの組を提出することができる。このサービスは、この組をボクセル又は他の表示に関して三次元グラフィックモデルに変換してこれをユーザへ返送し、改良若しくはカスタマイズさせるか、又はバーチャル環境中での使用若しくは装飾として用いるための準備をする。このサービスは、例えば、ユーザによって提出される仕様書による改善、及び、上記のようなアニメーションのためのスクリプトの提供も扱うことができる。
【００１３】
従って、本発明者は、シャドウキャスティングにより作製された中間グラフィックモデルのためのビットマップから始め、そして次に、その表面を、弾性若しくは非弾性変形、チッピング若しくは穴あけによるボクセルの削除、テクスチャマッピング、又はカラーリング等を用いて修正することによって実際の物体からグラフィックオブジェクトを作製するための、比較的安価なソフトウェアツールを提供する。このツールは、比較的使いやすく、また特に、玩具として、娯楽として、教育的な目的のために又は迅速な試作のために興味深い。このツールは、とりわけ市販のＰＣの十分な処理力によって低コストである。
【００１４】
また、シャドウキャスティング器材の代わりに、ユーザはデジタルカメラを使用して物体の画像を撮影し、これらのデジタル画像を画像編集ソフトウェアプログラム又は写真編集ソフトウェアプログラムをを使用してビットマップシルエットに変換する。ユーザはそれから、カメラに関するオブジェクトの相対的な方位をシルエットの視点と関連させるために、異なるシルエットの相対的な角位置をある程度特定しなければならない。この目的のため、例えば、所定の角度を有する三脚及び紙目標が、使われることができる。本発明は、例示により図面を参照して、以下で更に詳細に説明される。図を通して、同じ参照番号は、類似した又は対応する特徴を示す。
【００１５】
【発明の実施の形態】
上記のように、本発明の一つの側面はグラフィックオブジェクトを作製するためのソフトウェアアプリケーションに関する。このアプリケーションは、複数のそれぞれのビットマップを受信するための入力を有する。各々のビットマップは、それぞれの指標を有し、更に、第１及び第２のピクセル値（例えば白及び黒）のうちの１つを有するピクセルを有する。アプリケーションは、複数のボクセルの領域で動作する識別器を備える。この識別器は、それぞれのビットマップに対して、ボクセルの内どの特定のものがオブジェクトのボクセル表現に割り当てられるべきかを、それぞれの指標及びそれぞれのビットマップのピクセル値の制御の下で決定する。アプリケーションは、ユーザがグラフィックオブジェクトの形状を修正することができるようにするための又はグラフィックオブジェクト上のテクスチャをマッピングするためのソフトウェアツールを有してよい。アプリケーションは、また、所定のグラフィックエンティティのアニメーションのためのスクリプトと、前記エンティティをグラフィックオブジェクトと組み合わせるための、前記エンティティを皮としてカバーするようなソフトウェアツールを有してよい。これは、スクリプトによるオブジェクトのアニメーションを可能にする。
【００１６】
本発明の別の態様は、ＰＣ用の周辺装置に関する。この装置は、ＰＣ上の他の処理のためのビットマップを作製するための光センサのアレイと、参照システムであって、物体のそれぞれのビットマップを該参照システムに対する前記物体のそれぞれの方位において作製するための参照システムと、を有する。それぞれの方位は、それぞれのビットマップと関連するそれぞれの指標によって表される。本装置は、以前に説明したソフトウェアアプリケーションと協動する。
【００１７】
さらにもう一つの態様は、人がグラフィックモデルを作ることができるようにするための、例えばインターネット上のサービスに関する。この人はビットマップの組をサービスプロバイダに提出することが可能になる。このビットマップの各々は２つのピクセル値のうちの１つを有する複数のピクセル及び互いに対して相対的な方位に関する情報を有する。説明されたように、ビットマップはボクセルブロックをグラフィック三次元モデルに形成するのに用いられる。
【００１８】
図１は、本発明のシステム１００のブロック図である。システム１００は、光源１０４によって伝播される光に感度のあるセンサ１０２を有する。センサ１０２と光源１０４との間に位置する物体１０６によって遮断される光によって、センサ１０２上に影が生じる。センサ１０２は、好適には感光性セルのアレイを有し、このため、入射光の存在又は不在に対する個々のセルの高い又は低い反応は前記アレイ中のセルの場所と共に、物体のビットマップのピクセルのバイナリ値を決定する。
【００１９】
好適には、センサ１０２は異なる方位でオブジェクト１０６の異なるビットマップを作ることができる参照システム１０８と協動する。例えば、参照システム１０８は、オブジェクト１０６のサポート及びコントローラ１１０を有する。次のビットマップを作る前に、このコントローラ１１０の制御下で該サポートはある角度に亘ってオブジェクト１０６を回転させる。好適には、この角度は少なくとも定性的にユーザがプログラム可能である。例えばユーザは、ビットマップごとにスケール上の非常に小さい尺度から大きい尺度までの特定の値に、所望の角度をセットすることができる。このように、角度／ビットマップ対の組は、人が方位に従ってビットマップに対して指示することを可能にする。
【００２０】
コントローラ１１０は、ＰＣ １１２にビットマップデータを伝達し、ここでこのデータはソフトウェアアプリケーション１１４の制御下で、場合によってはユーザ制御１１６の制御下で、処理される。ビットマップデータは、種々の方位に対するビットマップのうちの少なくとも１つの黒いピクセルによってカバーされないボクセルを取り除くことによって、三次元グラフィックオブジェクトをボクセルのブロックから作り上げるために用いられる。フィードバックループは、曖昧さを解決するために特定の方位において更なるビットマップが必要なことをユーザに知らせることができる。ユーザは、オブジェクトを拡大・縮小することができ、テクスチャマッピング工程によりテクスチャを制御することができ、また、上記のように形状を修正することができる。結果及び処理は、ディスプレイモニタ１１８に表示される。
【００２１】
センサ１０２及び光源１０４の静止構成間の物体１０６を回転させる代わりに、オブジェクト１０６は静止している状態に保たれることができ、センサ−光源対がオブジェクト１０２の周りを回転することができる。図１は、回転の単一の軸を、換言すれば、円に沿って特定の角度から見られるビットマップを、示す。オブジェクト１０６が、全てが同じ円上にあるわけではない種々の位置から取り出されるビットマップのクラスタによって表されることが可能であることは明らかである。例えば、他の幾何学形状、例えば球の表面である。後者の場合、各々のビットマップは、２つのパラメータ（例えば球面座標系において使用される角度２及びＮ）を使用して指標を付けられる。次に、コントローラ１１０は、光源１０４及びセンサ１０２の回転軸及び／又は平面の方位を制御する。
【００２２】
システムは特に、娯楽のために又は玩具として興味深いので、高い精度はまず最初は主要な問題ではない。例えば、光源１０４からの光線は互いに平行でないかもしれない；光度が最大から最低限まで段階的に変化するような境界シャドウゾーンを引き起こす；センサ１０２は有限な解像度しか有しない；幾つかのオブジェクトは、投影された影を用いることでは容易にマッピングされない、などのことを生じさせる。しかし、ビットマップデータの統合から現れる中間のバーチャルモデルは、ユーザに図面ツールを提供しゼロから始めさせるのと比較して、意味がある結果に非常に近い。光源１０４は、平行ビームを生じさせる光源であってよく、フレネルレンズを備える単一光源、又は、機械的に据え付けた、レーザ若しくは他の平行ビームの光源が、境界シャドウゾーンを低減するために用いられることができる。
【００２３】
センサ１０２は、迷光をブロックする手段を有するフラットパネルセンサーアレイ、又は（電子カメラのように）光を集めてその光をＣＣＤ又はＣＭＯＳ配列に集中させるレンズを有してよい。
【００２４】
上述したように、ソフトウェアツールが、好ましくは直観的に単純である方法で中間のモデルを改良するために提供される。即ち、穴は、バーチャルドリルを使用してあけられることができ；チップは、バーチャルのみ又はバーチャルアイスクリームさじ（これは発明者の大好物である）を使用して除去されることができ；バーチャル旋盤又はルータが用いられることができ；モデルの弾性を制御することによって再形成が押す及び引くことにより行われる；等全てバーチャル環境内で行われる。
【００２５】
図２は、センサ１０２に関する種々の方位のゾウの物理モデルのシルエットビットマップ２０２、２０４及び２０６を示す。
【００２６】
図３は、ビットマップ２０４をボクセルのブロック３０４に適用する結果３０２を示し、このブロック３０４は有限の寸法を有する。結果は、ゾウのシルエットの断面を有する円柱である。
【００２７】
図４は、ソフトウェアアプリケーション１１４に関して上述されたことについて説明する。アプリケーション１１４は、ブロック３０４のカービングを実行する識別器４０２を有する。カービング手順の例は、以下のとおりである。各々の指標ｉ（ｉ＝１、２、…、Ｎ）に対して、指標ｉに対応するビットマップの黒いピクセルによってカバーされないブロックからのボクセルを取り除く。ここで、「ｉ」はビットマップにそのそれぞれの方位に従って指示することを可能にするランニングラベルである。識別器４０２は、また、円柱（例えば円柱３０２）のボクセルスペースとの交点を計算するために用いられてもよい。一部のボクセルは部分的にだけ交点に属してもよく、バーチャルモデルのギザギザの表面を避けるためには適当なろ過が望ましい。
【００２８】
入力は、ビットマップ及びこれらビットマップが関連する指標のために入力４０６で提供される。入力パラメータは、例えば、拡大・縮小する目的で、ユーザによって入力４０８で提供されてもよい。ボクセルカービングの結果はメモリ４１０に保存され、ディスプレイモニタ４１２に表示される。アプリケーション１１４は、ユーザがボクセルを削るための、そうでなければ入力４１４でユーザ制御の下でビットマップの結果を修正するための、シェーピングツールを有する。ユーザは、モニタ４１２を介してこれらの操作の視覚的なフィードバックを得る。
【００２９】
作製プロセスは、玩具として又は娯楽のために使われるときに、好ましくは特別なグラフィック及び／又は音声効果を伴う。例えば、ビットマップをカービングツールとして使用して、ボクセルのブロックからビットマップシルエットによってカバーされない全てのボクセルのブロックを除去するときに、この除去はブロックの適当な場所から噴出されるチップの雨によって示され、また、急速な彫刻又は爆発の音によって示される。これとは別に、Ｂｌａｃｋ ＨｉｌｌｓのＲｕｓｈｍｏｒｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｎｕｍｅｎｔ山は、Ｇｕｔｚｏｎ Ｂｏｒｇｌｕｍによって、爆発物を用いて数インチの精度で彫刻された。同様に、Ｋｏｒｚｃｚａｋ ＺｉｏｌｋｏｗｓｋｉによりデザインされたＣｒａｚｙ Ｈｏｒｓｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｎｕｍｅｎｔは、爆発物を使用して彫刻されている。
【００３０】
以下の特許文献が参照として組み込まれる：
−  Ｇｒｅｇ Ｒｏｅｌｏｆｓにより１１／２８／００に”ＧＵＩ ＨＡＳ ＬＩＢＲＡＲＹ ＭＥＴＡＰＨＯＲ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＮＯＮ−ＥＵＣＬＩＤＥＡＮ ＧＥＯＭＥＴＲＹ ”として出願の米国特許第０９／７２４６５６号（代理人整理番号ＵＳ ００８０７２）。この文書は、ユーザがバーチャル環境と相互作用することを可能にするＧＵＩを有するデータ処理システムに関する。この環境は、ライブラリメタファーに基づく記憶装置のグラフィック表現を有する。記憶装置は、情報アイテムを視覚的に保管するために用いられる。バーチャル環境は、経路に依存するジオメトリーを有する。これによって、以前に記憶されていたアイテムの組織を視覚的に分裂させることなく追加的な部材を加えるような記憶装置の修正が可能になる。
−  Ｇｒｅｇ Ｒｏｅｌｏｆｓにより２／５／０１に”ＶＩＲＴＵＡＬ ＭＯＤＥＬ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＶＩＡ ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ”として出願の米国特許第０９／７７７，５０４号（代理人整理番号ＵＳ ０１００２４）。この文書は、物理構造のバーチャルモデルを作製するシステムに関する。このシステムは、ベースボードと、センサデータを提供する少なくとも一つのセンサと、前記センサによって検出されると共に前記ベースボードに載置可能である少なくとも一つの構築構成要素と、前記センサに接続されると共に前記センサからデータを受信する、前記センサデータに基づいて前記ベースボードに載置される各構成要素の位置及び寸法を決定するためのコンピュータとを有し、前記コンピュータは、コンピュータディスプレイに表示されるべき、各構成要素の位置及び寸法に基づいてベースボードに載置される各部品から成る構造のバーチャルモデルを作製する。構築構成要素は、電気サインを有する電気接触点を有する。
センサは、電力源に接続している回路基板であり、ボルト計、電流計、切換ネットワーク、並びに、前記ボルト計からデータを受け取ると共に前記ボルト計、電流計及び切換ネットワークを制御するプロセッサを有する。センサは、回路基板上の各構成要素について、電気サイン、位置及び方位を感知する。
−  Ｎａｎｃｙ Ｋｉｄｎｅｙ他により３／３０／０１に”ＯＮＥ−ＯＮＥ ＤＩＲＥＣＴ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ”として出願の米国特許第０９／８２３４６０号（代理人整理番号米国の０１８０３７ ）。この文書は、送信器のディスプレイ上の図から徐々にスライドして出て行き、受信器のディスプレイ上の図に徐々にスライドして入っていくオブジェクトとして、電子オブジェクトを送信携帯装置からレシーバに転送する経過を視覚的に表すことに関する。携帯装置の重力センサが伝達のデータ信号速度を決定するのに用いられる。この視覚的なフィードバックは、例えば電子玩具のための、人間工学的な特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムのブロック図である。
【図２Ａ】ゾウの物理モデルの種々の方位のシルエットを示す。
【図２Ｂ】ゾウの物理モデルの種々の方位のシルエットを示す。
【図２Ｃ】ゾウの物理モデルの種々の方位のシルエットを示す。
【図３Ａ】バーチャルなゾウを作製する方法の中のステップを示す。
【図３Ｂ】バーチャルなゾウを作製する方法の中のステップを示す。
【図４】図４はソフトウェアアプリケーションの態様を示す。
【図１】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004520652.tif 000013
2004520652.tif 000014
2004520652.tif 000015
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2004520652.tif 000017
2004520652.tif 000018
【国際調査報告】
2004520652.tif 000019
2004520652.tif 000020
2004520652.tif 000021