(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本図形データと詳細図形データにより構成される物体データを読み込むデータ読み込み手段と、
前記詳細データは、背景色と同色の削除図形データと追加図形データからなり、
読み込まれた前記物体データの内、前記基本図形データを描画した後、前記削除図形データと前記追加図形データを描画するレンダリング処理手段と、描画された画像データを表示する表示手段、を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
基本図形データと、背景色と同色の削除図形データと追加図形データからなる詳細図形データにより構成される物体データを読み込むデータ読み込み手段と、視点情報を入力する入力手段と、物体と視点との距離に基づき表示すべき物体の解像度を決定する解像度決定手段と、決定された解像度に従って、前記基本図形データを描画した後、前記削除図形データと前記追加図形データを描画するレンダリング処理手段と、描画された画像データを表示する表示手段、を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、３次元ＣＧ（コンピュータグラフィックス）画像を表示する際に、最適な処理を行う画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＧ技術は、３Ｄゲームに代表されるように、めざましい進歩を遂げている。このようなＣＧをコンピュータに接続されたディスプレイ等にリアルタイムで表示する際、物体を構成するポリゴンデータの量が描画速度に大きく影響する。一般に人間の目には、近くにあるものは詳細な部分まで見ることができ、遠くにあるものは、大まかにしかわからないので、この特性を利用して、図５に示すように同一の物体に対して、あらかじめ複数の解像度の図形データを用意しておき、物体が観察者の視点近くにある場合は、高解像度の図形データを、視点から遠い場合には、低解像度の図形データを表示するようにする。遠くにある物体を低解像度のデータ量の小さい形状データとすることにより、描画速度を速めることが可能になる。
【０００３】
図５には解像度に応じて２段階の形状データを用意した場合の一例を示してある。図５（ａ）は高解像度用、図５（ｂ）は低解像度用である。高解像度用形状データは、本来表示すべき形状データであり、低解像度用形状データは、高解像度用形状データのデータ量を減らしたものである。形状データは頂点の数に比例してデータ量が増えるため、図５（ｂ）に示すように単純な直方体が一番データ量が少ない。図５の例では、２段階のデータしか用意していないが、通常は必要性に応じて数段階のデータが用意されている。このような手法は、ＬＯＤ（Level Of Detail）と呼ばれ、描画速度を改善する方法として頻繁に利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＬＯＤ手法では、１つの物体に対して複数の解像度の形状データを用意しているため、どれか１つの解像度の形状データしか表示することができない。例えば、コンピュータの処理能力が低い場合に、距離の近い物体を表示しようとする場合を考えてみる。この場合、距離に応じて高解像度の形状データが選ばれることになるが、コンピュータの処理が遅いため、描画に非常に時間がかかる。逆に、コンピュータの処理能力が高い場合に、距離の遠い物体を表示しようとする場合には、形状データはすばやく表示されるが、本来もっと詳細な表示が行えるにも関わらず、解像度の低い形状データを表示することになり、コンピュータの能力を最大限に利用していないことになる。
本発明は上記のような点に鑑み、コンピュータの処理能力を最大限に利用して、表示可能な最良の形状データを表示することができる画像表示装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、基本図形データと、詳細図形データにより構成される物体データを読み込むデータ読み込み手段と、前記詳細データは、背景色と同色の削除図形データと追加図形データからなり、読み込まれた前記物体データの内、前記基本図形データを描画した後、前記背景色と同色の削除図形データと前記追加図形データを描画するレンダリング処理手段と、描画された画像データを表示する表示手段、を有することを特徴とする。
請求項１に記載の発明では、物体データをあらかじめ基本図形データと、背景色と同色の削除図形データと追加図形データからなる詳細図形データに分けて作成しておき、基本図形データを描画した後、前記削除図形データと前記追加図形データを描画するようにしたので、コンピュータの処理能力に応じた最適の解像度の画像表示が可能になる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、基本図形データと、背景色と同色の削除図形データ削除図形データと追加図形データからなる詳細図形データにより構成される物体データを読み込むデータ読み込み手段と、視点情報を入力する入力手段と、物体の視点との距離に基づき表示すべき物体の解像度を決定する解像度決定手段と、決定された解像度に従って、前記基本図形データを描画した後、前記削除図形データと前記追加図形データを描画するレンダリング処理手段と、描画された画像データを表示する表示手段、を有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明に加えて、物体と視点との距離に基づいて表示すべき解像度を決定し、この解像度に応じた段階まで、詳細図形データを描画するようにしたので、コンピュータの処理能力を考慮しつつ、物体との距離に応じた最適の解像度の画像の表示が可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明による画像表示装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、１はデータ記憶装置、２は視点情報入力装置、３は演算処理装置、４は表示装置である。演算処理装置３は、データ読み込み部５、視点情報算出部６、レンダリング処理部７を有する。
【０００８】
図１の画像表示装置を実現するには、データ記憶装置１としては、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の機器、視点情報入力装置２としては、マウスやキーボード、タブレット、ジョイスティック等の機器、演算処理装置３としては、汎用のコンピュータ、表示装置４としては、ＣＲＴ等の機器が利用できる。また、演算処理装置３内の各部５〜７は、適宜な専用プログラムをコンピュータに搭載することにより実現される。また、データ記憶装置１と演算処理装置３はインターネットなどのネットワークを介して接続することも可能である。
【０００９】
次に、本発明で表示対象として扱う物体データについて説明する。データ記憶装置１には、図２に示すような物体データが記憶されている。物体データは、基本図形データと詳細図形データの２つからなる。基本図形データは、どのような表示条件であっても必ず表示すべきものであり、どの物体データも必ず１つ有している。詳細図形データは、さらに高解像度の図形が表示可能な場合に基本図形データに上描きされる形で表示されるものであり、図２の例では１つの物体データに１つだけであるが、１つの物体データが複数の詳細図形データを有することもある。詳細図形データが多くなる程、表示可能な解像度の段階が増えることになる。図２の例のように詳細図形データが１つだけであると、基本図形データを表示するだけの低解像度用と、基本図形データの上に詳細図形データを上描きする高解像度用の２段階だけとなる。
【００１０】
また、各図形データは、３次元仮想空間内に物体を配置したときの各頂点の座標値からなる位置データと、頂点により構成される面に貼り込まれる貼り込みデータを有している。位置データである各座標値は、基本図形データと詳細図形データにおいて、何点か共有されている。図２の例では、３次元仮想空間内で同一位置にある頂点は同一の符号で示してあり、基本図形データと削除図形データは頂点P1,P2を共有しており、削除図形データと追加図形データはP3〜P7を共有していることがわかる。貼り込みデータは各面に貼り込まれるラスターデータであるが、基本図形データと追加図形データに貼り込まれる貼り込みデータは、３次元仮想空間内のある位置に光源を設定したときの各面への光の当たり具合による陰影データと面自体の模様等のテクスチャデータが掛け合わされたデータとなっている。一方、削除図形データに貼り込まれる貼り込みデータは、３次元仮想空間の背景と同色で陰影のないものになっている。削除図形データは、ここでは便宜上「削除」という言葉を使用しているが、現実には、基本図形データや追加図形データと同様に処理が行われている。ただ、貼り込みデータとして背景と同じ色を陰影情報なしで使っているので削除されたように見えるのである。
【００１１】
視点情報算出部６は、視点情報入力装置２により入力された情報から3次元仮想空間内の位置情報を算出する機能を有する。例えば、視点情報入力装置２としてマウスが利用される場合、マウスから入力される情報は２次元の情報であるので、これを３次元仮想空間内の位置に変換するのである。このような２次元情報の入力機器から３次元の位置情報を作成する手法については周知であるため、詳細な説明は省略する。
【００１２】
レンダリング処理部７は、データ読み込み部５によりデータ記憶装置１から読み込まれた物体データと、視点情報算出部６により算出された視点情報を用いて３次元仮想空間における視点位置から見える物体を２次元平面に投影する処理を行う。レンダリングには、周知の手法であるＺバッファアルゴリズムを利用する。図２に示す物体データをレンダリング処理する場合を例にとって説明する。まず、背景データが描き込まれている描画領域に、基本図形データを上描きする。図２の基本図形データＡを描画領域に上描きした状態を図３（ａ）に示す。
【００１３】
次に、詳細図形データを図３（ａ）に示す状態の描画データの上に上描きする。詳細図形データのうち、削除図形データから描画を行う。削除図形データの各面は背景と同色であり、陰影情報を全く持たないため、図２の削除図形データＢが図３（ａ）の描画データの上に上描きされると、図３（ｂ）に示すように、削除図形データＢを上描きした部分は背景になり、基本図形データＡが削除されたような形になる。図２に示す各図形データには、便宜上、辺を描いているが、実際は、頂点情報だけを有しており、辺の輪郭情報は有していない。そのため、陰影情報を持たない背景と同じ色の貼り込みデータを削除図形データの各面に持たせておくと、全て背景と同色で塗りつぶされたようになって、図３（ｂ）に示すようになるのである。
【００１４】
続いて、追加図形データの描画を行う。図２の追加図形データＣを図３（ｂ）に示す描画データに上描きすると、図３（ｃ）に示すような状態になる。ここでは、追加図形データＣが上描きされているわけであるが、この追加図形データＣも辺の輪郭情報は有していない。しかし、貼り込みデータに陰影情報を有しているため、図３（ｃ）に示すような形状が表現されることになる。この物体については、詳細図形データが１つだけであるので、これで描画処理は終了となる。描画されたデータは、次の表示タイミングが来たときに表示装置４に送られ、図３（ｃ）の状態が表示されることになる。この表示タイミングは、通常１秒間に数十回となっている。
【００１５】
コンピュータの処理能力が高い場合は、描画処理が早いため、表示タイミングが来る前に、全ての図形データの描画が可能であるが、コンピュータの処理能力が低い場合、描画処理に時間がかかるため、全ての図形データが描画される前に表示タイミングが来てしまう。そのため、図３の例では、コンピュータの処理能力が高い場合は、図３（ｃ）の状態が表示可能であるが、コンピュータの処理能力が低い場合は、表示タイミングが来た時点で表示可能な図３（ａ）を表示し、次の表示タイミングが来たときに図３（ｃ）の状態を表示することになる。この表示タイミングが来たときに、全ての図形データの描画が終了していない場合は、その時点で表示可能な描画データを表示することになる。本装置では、削除図形データと追加図形データの１組を詳細図形データとして認識しており、１つの追加図形データが描かれた時点で表示可能としている。そのため、削除図形データが描かれただけの図３（ｂ）の状態は表示可能とは認識されない。仮に、１つの詳細データが終わってない時点で表示可能としてしまうと、図３（ｂ）のように３次元の物体として成り立たない図形が表示されることになる。
【００１６】
この表示処理は視点位置が固定であれば、コンピュータが詳細図形データの処理が可能である限り、上記のように処理される。しかし、オペレータがマウスにより視点情報を次々変えていく場合には、描画データ全体を描き換えなければならないので、コンピュータの能力によっては、詳細図形データ全てを描画するのが追いつかない場合がある。例えば、上記の例で、図３（ａ）まで処理された時点で、描画データ全体を描き換えなければならなくなったとする。この場合、この時点で処理を終えて、その時点で表示可能な図３（ａ）の状態の描画データを次の表示タイミングで表示しながら、次の視点位置における基本図形データＡを描画する処理を行うことになる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は本発明による画像表示装置の第２の実施形態の機能ブロック図である。図１に示す第１の実施形態と同一機能のものについては、同一の符号を付し、説明は省略する。第２の実施形態における第１の実施形態との違いは、解像度決定部８を設けた点である。
解像度決定部８は、３次元仮想空間上の物体データの位置と、視点情報算出部６により算出された視点位置との距離を算出し、その距離に基づいて表示すべき解像度を決定する処理を行う。
【００１８】
表示すべき解像度は、算出された距離が小さい程、高解像度になるように定められる。例えば、図２に示すように、詳細図形データが１つだけであり、２つの解像度が用意されている場合は、算出された距離と比較する閾値を１つだけ設定して、その閾値より距離が大きければ低解像度、小さければ高解像度の画像を表示すべきものとして決定する。用意されている物体データの詳細図形データが多い程、距離と比較する閾値の数も多くなることになる。
解像度決定部８により解像度が決定されたら、レンダリング処理部７は表示すべきと決定された解像度のデータまで受け取る。レンダリング処理部７は、まず、背景を描画し、次に、基本図形データを描画領域に上描きする。図２に示すデータを使って説明すると、基本図形データＡが描画され、描画データは図３（ａ）に示す状態になる。受け取ったデータがこれだけである場合は、この物体に関しては、これ以上の描画は行わず、表示は図３（ａ）に示す状態が続くことになる。解像度決定部８から受け取った詳細データがある場合は、描画処理を続ける。この場合、第１の実施形態と同様に、詳細図形データが処理され、図３（ｃ）に示す状態が表示されることになる。
【００１９】
以上、２つの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、物体データの各頂点の座標値が３次元空間に物体が配置された状態のデータを有していたが、基本図形データ、詳細図形データ共通で１つの基準点を有しておき、そこからの相対的な値で各頂点が座標値を有していても良い。この場合は、この物体の基準点が３次元空間内のどの位置に配置されるかという情報を別に持っていれば良い。
また、光源情報についても、上記実施形態では、あらかじめ配置された状態を考慮して、各面への貼り込みデータが用意されていたが、物体データには、テクスチャデータだけを用意しておき、実際に表示を行う際に光源からの陰影情報を計算して、貼り込みデータに加えるようにしても良い。
また、上記実施形態では、物体データとして、図５（ａ）に示すような凸形状のものを扱ったが、これは、ＣＧデータの表示処理を行う場合、凸形状の方が高速に処理が可能なためである。そのため、凹形状の物体データを扱う場合は、その物体データを凸形状の物体データとなるように分割し、各凸形状の物体データ毎に本発明を適用し、得られたレンダリング結果を合成することにより処理可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、物体データをあらかじめ基本図形データと詳細図形データに分けて作成しておき、基本図形データを描画した後、詳細図形データを描画するようにしたので、コンピュータの処理能力に応じた最適の解像度の画像の表示が可能になる。
さらに、物体と視点との距離に基づいて表示すべき解像度を決定し、この解像度に応じた段階まで、詳細図形データを描画するようにしたので、コンピュータの処理能力を考慮しつつ、物体との距離に応じた最適の解像度の画像の表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の画像表示装置で使用される物体データを説明するための図である。
【図３】本発明の画像表示装置により処理される描画データの説明図である。
【図４】本発明の画像表示装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図５】表示対象の物体の高解像度用データと低解像度用データを示す図である。
【符号の説明】
１・・・データ記憶装置
２・・・視点情報入力装置
３・・・演算処理装置
４・・・表示装置
５・・・データ読み込み部
６・・・視点情報算出部
７・・・レンダリング処理部
８・・・解像度決定部
【図１】
0003745152.tif 000002
【図２】
0003745152.tif 000003
【図３】
0003745152.tif 000004
【図４】
0003745152.tif 000005
【図５】
0003745152.tif 000006