(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元コンピュータグラフィックスを線画調に表現するために、元の３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像を作成する方法であって、
元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する各面の法線ベクトルと逆方向の法線ベクトルを有し、前記各面より大きい面により構成される輪郭線描画用形状を作成する第１のステップ、
第１のステップで作成した輪郭線描画用形状、もしくは、第１のステップで作成した輪郭線描画用形状と元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトの両方を加工する第２のステップ、
前記輪郭線描画用形状を元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを包含するような位置に配置して両者を合成した新たな３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する第３のステップ、
第３のステップで得られた３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する各面の法線ベクトルと視線ベクトルとの内積に基づいて当該面の表示の有無を判定してレンダリング計算を行う第４のステップからなり、
前記第２のステップにおいて、第１のステップで作成した輪郭線描画用形状に対して、（１）前記輪郭線描画用形状を構成する多角形図形の細かさを変化させる加工処理、（２）前記輪郭線描画用形状を構成する頂点の座標に揺らぎを与える加工処理の２種類の加工処理をこの順で行うか、または上記加工処理のうち少なくとも１つの加工処理を行う３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法。
【請求項２】
３次元コンピュータグラフィックスを線画調に表現するために、元の３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像を作成する方法であって、
元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対して輪郭線描画用形状を作成する第１のステップ、
第１のステップで作成した輪郭線描画用形状、もしくは、第１のステップで作成した輪郭線描画用形状と元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトの両方を加工する第２のステップ、
前記輪郭線描画用形状と元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトから、新たな３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する第３のステップ、
第３のステップで得られた３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対して通常のレンダリング計算を行う第４のステップ、からなり、
前記第２のステップは、第１のステップで作成した輪郭線描画用形状に対して、（１）前記輪郭線描画用形状を構成する多角形図形の細かさを変化させる加工処理（２）前記輪郭線描画用形状を構成する頂点の座標に揺らぎを与える加工処理、（３）前記輪郭線描画用形状に輪郭線の質感を表現するテクスチャーをマッピングする加工処理、の３種類の加工処理をこの順で行うか、または上記（１）（２）（３）の加工処理のうち少なくとも１つの加工処理を行うものであり、元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対しては、（４）元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する多角形図形の細かさを変化させる加工処理、（５）元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する頂点の座標に揺らぎを与える加工処理、の２種類の加工処理をこの順で行うか、または上記（４）（５）の加工処理のうちのいずれか１つを行う３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータグラフィック（ＣＧ）によるデジタルコミック制作に関わる。ＣＧによるマンガ調アニメーションであるデジタルコミックは、今後発達が期待されるデータ放送、ネットワークによるデジタルコンテンツ放送、バーチャルリアリティ等の産業分野に関わりが深い。
【０００２】
【従来技術】
デジタルコミック制作には、線画調の３次元ＣＧを制作することが必要である。３次元ＣＧを用いたマンガ調アニメーションなどの線画表現において、輪郭線は重要な要素であるが、従来の手法では、その抽出・描画に膨大な計算量を要していた。図２は従来技術の処理例を示すブロック図である。従来技術では、図２に示すように、通常のレンダリング処理を行った後に、線画表現を行うための輪郭線抽出処理など、計算量を要す処理を行う必要がある。このため、インタラクティブな高速表示や、制作効率の大幅な向上は困難だった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、このようなコンテンツの制作において、輪郭線などの表現は作風に大きく影響する要素であり、多様な線質の表現が求められている。本発明はこのような問題点を考慮してなされたものであり、高速レンダリングが可能な、多様な輪郭線表現を可能とする、線画調の３次元ＣＧを制作する簡便な方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、３次元コンピュータグラフィックスを線画調に表現するために、元の３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像を作成する方法であって、元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する各面の法線ベクトルと逆方向の法線ベクトルを有し、前記各面より大きい面により構成される輪郭線描画用形状を作成する第１のステップ、
第１のステップで作成した輪郭線描画用形状、もしくは、第１のステップで作成した輪郭線描画用形状と元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトの両方を加工する第２のステップ、前記輪郭線描画用形状を元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを包含するような位置に配置して両者を合成した新たな３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する第３のステップ、第３のステップで得られた３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する各面の法線ベクトルと視線ベクトルとの内積に基づいて当該面の表示の有無を判定してレンダリング計算を行う第４のステップ、の各手順を実行して所望の線画調ＣＧを得ることを要旨とするものである。図１に、本発明の方法を従来処理例（図２）と対比できるよう表現したブロック図を示す。この手法は通常のレンダリング処理だけで済むことが特徴である。
【０００５】
第１の発明のより好ましい実施態様は、前記第２のステップにおいて、第１のステップで作成した輪郭線描画用形状に対して、
（１）前記輪郭線描画用形状を構成する多角形図形の細かさを変化させる加工処理
（２）前記輪郭線描画用形状を構成する頂点の座標に揺らぎを与える加工処理、
（３）前記輪郭線描画用形状に輪郭線の質感を表現するテクスチャーをマッピングする      加工処理、
の３種類の加工処理をこの順で行うか、または上記加工処理のうち少なくとも１つの加工処理を行うことにより輪郭線の質感表現を行う３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法である。
【０００６】
第１の発明のさらに好ましい実施態様は、前記第２のステップにおいて、元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトに対して、
（４）元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する多角形図形の細      かさを変化させる加工処理、
（５）元の３次元コンピュータグラフィックスオブジェクトを構成する頂点の座標に揺      らぎを与える加工処理、
の２種類の加工処理をこの順で行うか、または上記加工処理のうちのいずれか１つを行う３次元コンピュータグラフィックスの輪郭線強調画像の作成方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明してゆく。図１１は、本発明の元となる基本の方法のフローチャートである。本発明はこの基本の方法の改良といえるものなので、まず図１１の基本の方法を説明し、その後で、本発明に関わる改良手順部分を説明する。
【０００８】
まず、ステップＳ１にて、線画調に表現したい元のＣＧオブジェクトに対する輪郭線表示用形状を作成する。線画調に表現したい元のＣＧオブジェクトの例を図３に、付加する輪郭線描画用形状の例を図４に示す。各面に表示される矢印は当該面の法線ベクトルを示す。この輪郭線描画用形状は、元のＣＧオブジェクトより輪郭線として表示したい線幅相当分（ΔＬ）だけ一回り大きい形状である。しかも、輪郭線描画用形状を構成する各面は、図４に図示したように、その法線ベクトルが図３の元のＣＧオブジェクトの対応する面と逆方向を向き、内側に向かうように設定する。
【０００９】
次に、ステップＳ２にて、輪郭線描画用形状と元のＣＧオブジェクトから新たな３次元ＣＧオブジェクトを構成する。そのために、輪郭線描画用形状に対し輪郭線の描画のために適切な属性（表面属性など）を設定する。具体的には、輪郭線描画用形状の色を輪郭線として表示したい色に設定する。この色は背景色と異なる色に設定する必要がある。また、輪郭線描画用形状は、元のＣＧオブジェクトと原点を合わせ、元のＣＧオブジェクトを輪郭線描画用形状が包含するような位置関係として配置する（そのように定義する）。図５にそのようにして元のＣＧオブジェクトに輪郭線表示用形状を付加して作成した新しいＣＧオブジェクトを示す。輪郭線描画用形状とその各面の法線ベクトルは点線で示している。
【００１０】
次に、ステップＳ３にて、レンダリング計算を行わせる。通常、ＣＧのレンダリング計算では、隠面消去と呼ばれる処理が行われる。ＣＧオブジェクトの各面について表向きか裏向きかを判定して裏向きの面は不可視とする。面の向きの判定は、図１４に示すように面の法線ベクトルNと視線ベクトルVとの内積の符号で判定される。すなわち内積が正（NとVのなす角が鋭角）なら表向き、内積が負（NとVのなす角が鈍角）なら裏向きである。表向きの面のより手前に他の表向きの面が無ければ、その面は表示される。
【００１１】
レンダリング処理の結果、図５のＣＧオブジェクトは図６のように表示され、輪郭線描画用画像が表示されている部分が背景との境界の輪郭線として表示されることになる。この方法では、通常のレンダリング計算を行うだけであり、輪郭線抽出処理など、計算量を要す処理を行う必要がないため、簡便かつ高速に処理可能となる。視線の位置を変化させてレンダリング処理させることにより、様々な角度から見たオブジェクトの輪郭画像を簡単に作成できる。図７に実際のＣＧオブジェクトにここで述べた方法を適用した例を示す。図７（Ａ）が元のＣＧオブジェクト、図７（Ｂ）はここまで説明した方法で輪郭描画用形状を付加してレンダリングした結果である。
【００１２】
以上が、本発明の方法の本質的な部分の説明である。要約すると、対象オブジェクトの輪郭強調画像を得るために、対象オブジェクトを包含する輪郭線描画用形状を描き、この輪郭線描画用形状の属性を適切に設定して、対象オブジェクトとを包含するよう配置（定義）し、これを対象オブジェクトと合成した新しいＣＧオブジェクトを構成する。この新しいＣＧオブジェクトに対する通常のレンダリング計算で、輪郭線描画用形状描画部分がちょうど対象オブジェクトと背景との境界線のように描画される。図７（Ｂ）はまさしくそのような例である。
【００１３】
しかし、このままでは、輪郭線は、ただの単調な実線である。アニメーションの作風に多様な表現を与えるためには、輪郭線に線質の表現を与える必要がある。そこで、図１１の基本の方法のフローチャートに対して、「輪郭線描画用形状と元のＣＧオブジェクトの両方、もしくは輪郭線描画用形状のみ、を加工する」（ステップＳ２）を加えた、図１２のフローチャートで示される作成方法を採用する。図１３は、図１２のステップＳ２をより具体的に表わした本発明のフローチャートである。以下図１３のチャートに沿って本発明の手順を説明する。
【００１４】
線画調に表現したい形状（ＣＧオブジェクト）を図８とする。以下、この形状に対し鉛筆で描画したような線質の表現を施す場合を実施例として示す。この形状の頂点法線は、オブジェクトの中心(=原点とする)から放射状に広がっているものとする。(この形状はタマゴ型の3次元オブジェクトである。)
【００１５】
図８の形状の輪郭線を描画するための形状を図９に示す。この形状は、ステップＳ１において元のＣＧオブジェクトから作成したものである。すなわち、図８の形状の各面を頂点法線方向に距離ΔＬだけ移動させ、各面の法線方向を形状の中心に向かって反転させて得られる。距離ΔＬを調整することで基本的な線の太さを決定できる。
【００１６】
次に、元のＣＧオブジェクトと輪郭線描画用形状の多角形分割を行う（Ｓ２１、Ｓ２６）。これは、最終的に得られる輪郭線により滑らかさを持たせるために行うもので、元の図形が十分細かいものでそのままでも十分滑らかな輪郭線が得られると予想できる場合は省略することも可能である。具体的には、まず、元のＣＧオブジェクトを構成する1つの面をなす四角形の各辺の４つの中点をとる。次に、対面する辺の中点同士を結ぶ２本の線分の各々の中点座標の平均値を持つ５番目の点を定める。これら４つの中点と５番目の点により、元の四角形を４つの四角形に分割する。このような分割を元のＣＧオブジェクトを構成する全ての面をなす四角形について行う。所望の細かさが得られるまで以上の多角形分割手順を繰り返す。輪郭線描画用形状図形に対しても同様な分割を行う。
【００１７】
次に、元のＣＧオブジェクトと輪郭線描画用形状図形形状を構成する点へジッターを与え（Ｓ２２、Ｓ２７）、線の粗さや揺らぎを与える。ある頂点の座標に与えるジッター量は、その頂点と隣接する幾つかの頂点との平均距離の数パーセント程度の範囲内でランダムに与える。ジッターを大きくした場合、ギザギザな（線の揺らぎの大きい）曲線となり、ジッターを小さくした場合、比較的滑らかな曲線となる。元のＣＧオブジェクトと輪郭線描画用形状にジッタを与えた例を図１０に示す。与えるジッター量（最大の揺れ量を隣接する頂点との距離の何％とするか）は、元のＣＧオブジェクトと、輪郭線描画用形状図形とで異なって与えてもよい。
【００１８】
次に、輪郭線に質感を与えるために、輪郭線描画用形状にテクスチャーをマッピングする（Ｓ２８）。図１５はこのステップでマッピングするテクスチャーの一例であり、鉛筆で描いた線の質感を表現したテクスチャーである。このように、ドットのサイズや密度で線質(クレヨン、木炭、鉛筆、マジック、筆など画材や筆種の差異）に変化を与える。
【００１９】
以上の処理を行った後、元のＣＧオブジェクトに輪郭線描画用形状を合成して（Ｓ３）、レンダリングを行った結果を図１６に示す。鉛筆調の線が表現されているのがわかる。尚、レンダリングした結果が満足のいくものでなければ、必要に応じて図１３のフローチャートのＳ２１〜Ｓ２８に戻って、データ作成をやり直せばよい。
【００２０】
ここまでの説明で明らかなように、マンガやアニメーションの作風に重要な影響を与える線質の表現が、本発明では、線幅（ΔＬ）、図形の細分化の程度、ジッター量、どのテクスチャーデータを使用したか、によりすべてデジタル的に記録・記述できる。したがって、あるコミック作品のキャラクター画の線質をこれらのデジタルパラメータの組合わせとしてデータベースとして記録蓄積し、再利用するということも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明は、輪郭線描画用形状を作成し、これを元のＣＧオブジェクトに合成した新たなＣＧオブジェクトを一度作成すれば、表示のためのパラメータを変更してレンダリング処理するだけで、様々な動きの線画調ＣＧ画像が簡単に得られるため、３次元ＣＧを用いたコミックあるいはアニメーションの等の制作効率向上に顕著な効果を与える。形状抽出処理などの複雑な処理が不要なため、比較的安価な計算処理装置で描画可能となり、制作システムの簡素化、制作コストの低減が図れる。
【００２２】
さらに、コミックあるいはアニメーションで重要な輪郭線の線質の表現を様々に与えることができる。さらに、それらの線質表現は幾つかのパラメータで記録できるので、一度作成した線表現の再利用が確実に簡単にできるという効果もある。以上から高度な線表現とその再利用が可能となるため、インターネットによるデジタルコミックコンテンツの配信など線画調３次元コンテンツの普及を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を説明するブロック図である。
【図２】  従来の処理方法を説明するブロック図である。
【図３】  ＣＧオブジェクトの例である。
【図４】  輪郭線描画用形状の例である。
【図５】  元のＣＧオブジェクトに輪郭線形状を付加した様子である。
【図６】  レンダリング処理の結果を示す図である。
【図７】  実際のＣＧオブジェクトに適用した例を示す図である。
【図８】  元のＣＧオブジェクトの例である。
【図９】  輪郭線描画用形状の例である
【図１０】  ジッターを与えた例である。
【図１１】  本発明の方法の基本の手順を示すフローチャートである。
【図１２】  線質の表現ステップを加えた本発明の方法を示すフローチャートである。
【図１３】  図１２をより詳しく表現したフローチャートである。
【図１４】  ３次元図形の面の表裏判定方法の説明図である。
【図１５】  線質の表現を与えるテクスチャーの一例である。
【図１６】  本発明の方法で作成した鉛筆調の線画描画例である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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