JPH011082A - 物体画像合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体を表示するための画像を合成する、物体
画像合成装置に関する。

Ｃｔｉｅ来の技術〕 物体を表示するためのディジタル画像を合成する方法と
して、光線探索法と呼ばれる方法がある。この方法では
、光源から視点に至る光線の経路を逆向きに辿って、光
線と物体との交差判定処理を行ない、その結果に基づい
て画像を構成する各画素の輝度を計算する。この光線探
索法の一例は、情報処理学会論文誌、第２５巻、第６号
、出口弘、西村仁志、吉村浩、用田亨、白河功。

大村皓−著、論文「コンピュータグラフィックスシステ
ム　ＬＩ　ＮＫＳ−１における画像生成の高速ｆ上手法
」に記載されている。

このような光線探索法による画像生成を高速に行なうた
めに、物体の定義されている空間を複数の領域に分割し
て各領域をそれぞれ１台のコンピュータに割り当てて、
各コンピュータが割り当てられた領域を通過する光線の
処理を行なう方法が提案されている。この方法の詳細は
、コンピュータ　グラフィックス（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　
Ｇｒａｐｈｉｃｓ）　、第１８巻、第３号、マーク・デ
ィッペ（Ｍａｒｋ　Ｄｉｐｐｅ）、ジョン・スウェンセ
ン（Ｊｏｈｎ　Ｓｗｅｎｓｅｎ）著、論文「アン　アダ
プティブ　サブディヴイジョンアルゴリズム　アンド　
パラレル　アーキテクチャ　フォア　リアリスティック
　イメージ　シンセシス（＾ｎ　Ａ＋Ｉａｐｔｉｖｅ　
５ｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ＾Ｉｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄＰ
ａｒａｌｌｅｌ＾ｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　Ｒ
ｅａｌｉｓｔｉｃ　ＩｍａｇｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓ）　
Ｊに記載されている。上記の方法においては、空間はま
ず直方体形状の複数個の領域に分割され、各領域がそれ
ぞれ１台のコンピュータに割り当てられる。次に、各コ
ンピュータには、割り当てられた直方体形状の領域に含
まれる物体のデータが記憶される。そして、各コンピュ
ータでは１割り当てられた領域を通過する光線と物体と
の交差判定処理が行なわれる。この交差判定処理により
、物体と光線が交差した場合には、物体表面における反
射、透過処理が行なわれる。その領域内で物体と交差し
ない光線の情報は、隣接する領域に割り当てられたコン
ピュータへ転送される。このような処理を行なう場合、
各コンピュータの処理量にかなりのばらつきが生じてし
まう可能性がある。すなわち、多くの物体を含む領域を
割り当てられたコンピュータの処理量は非常に多く、物
体を全く含まない領域を割り当てられたコンピュータで
は、はとんど処理が行なわれないといった場合がある。

このようなコンピュータ間の負荷のばらつきを減少させ
るために、直方体に分割された領域の頂点を任意に移動
して、領域の体積や形状を変化させる方法が提案されて
いる。すなわち、頂点を移動することにより体積が減少
した領域に割り当てられたコンピュータの処理量は減少
する。そして、その頂点の移動により体積が増加した領
域に割り当てられたコンピュータにその分の処理が分担
されるのである。こうして、各コンピュータ間の負荷の
再配分が行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の負荷の再配分方法では、領域　、の頂
点を移動して負荷の再配分を行なうために、領域の形状
が様々に変化してしまう。すなわち、頂点の移動による
変形なので、領域の形状は六面体に保たれるが、領域の
各境界面の向きや形状は任意となる。このため、次のよ
うな問題点が生じる。

第一に、分割された領域かう隣接する領域へ光線の情報
を伝達する場合、領域の境界面と光線との交差判定によ
り、転送すべき領域を決定する。

しかし、領域の各境界面の向きや形状が任意なので、こ
の交差判定処理の処理量が非常に多くなってしまう。こ
のため、全体の処理時間も遅くなってしまうという問題
点がある。

第二に、領域の形状が変化された場合、領域に含まれる
物体の情報も変化させなければならない。すなわち、体
積が減少した領域の場合、変化以前にその領域に含まれ
ていた物体のうちで、変（ヒ以後にはその領域に含まれ
ないものが存在する可能性がある。また、体積が増加し
た領域の場合は、新たな物体がその領域に含まれる可能
性がある。このような物体情報の変更を行なう場合も、
領域の形状が様々なので、その領域に含まれる物体を判
定する処理に要する処理量や処理時間が、非常に多くな
ってしまうという問題点がある。

このように、領域の頂点を移動して負荷の再配分を行な
うという従来の方法では、再配分に要する処理が非常に
多く、再配分による効果が十分に得られないという問題
点がある。

本発明の目的は、負荷の再配分のための領域形状の変更
処理を単純にすることで、領域形状の変更に伴う処理を
軽減することができ、再配分の効果を十分に上げること
のできる物体画像合成装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の物体画像合成装置は、視点から各画素を通る複
数の光線の情報を発生する初期光線発生部と、物体の情
報を設定する物体情報設定部と、上記物体の定義される
空間を分割することにより生成される複数の領域のうち
の１領域を担当してこの領域を通過する光線と上記担当
領域に含まれる物体との交差判定処理を行なうことによ
り上記画素の輝度を計算する複数の輝度計算部と、この
輝度計算部で計算された輝度を画像として記憶する画像
記憶部とで構成されるとともに、上記輝度計算部に、上
記物体定義空間を座標軸に垂直な平面で分割して生成さ
れる複数の領域のうちの上記輝度計算部の担当領域の範
囲を記憶する領域情報記憶手段と、初期値として与えら
れる上記担当領域の範囲を上記輝度計算部の初期領域の
範囲として記憶する初期領域記憶手段と、上記輝度計算
部の負荷を決定する負荷決定手段と、各座標軸に平行な
方向において上記担当領域と隣接する領域を担当する隣
接輝度計算部と上記輝度計算部との相互通信をそれぞれ
行なう相互通信手段と、上記相互通信手段を介して得ら
れる上記隣接輝度計算部の負荷と上記輝度計算部の負荷
とを比較して上記輝度計算部の担当領域を上記の各隣接
輝度計算部の方向で拡大するかどうかをそれぞれ決定す
る拡大決定手段と、上記隣接輝度計算部の負荷と上記輝
度計算部の負荷とを比較しさらに上記初期領域記憶手段
に記憶された上記初期領域の範囲と上記領域情報記憶手
段に記憶された上記担当領域の範囲とを比較してこれら
の比較結果に基づき上記担当領域を上記の各隣接輝度計
算部の方向で縮小するかどうかをそれぞれ決定する縮小
決定手段と、上記拡大決定手段と上記縮小決定手段との
決定に基づき上記領域情報記憶手段に記憶された上記担
当領域の範囲を変更する領域変更手段とが備えられてい
る。

〔作用〕

本発明における負荷の再配分方法について述べる。各輝
度計算部には、物体定義空間を座標軸に垂直な平面で分
割して生成される、複数の領域のうちの１領域が、その
輝度計算部の担当領域として割り当てられる。この担当
領域の範囲は、輝度計算部に備えられた領域情報記憶手
段に記憶される。また、初期値として与えられる担当領
域の範囲が、各輝度計算部の初期領域の範囲として初期
領域記憶手段に記憶される。ここで、この輝度計算部の
担当領域と隣接する領域のうちで、各座標軸（ｘ、ｙ、
ｚ軸）に平行な方向の領域を担当する６つの輝度計算部
を、隣接輝度計算部と呼ぶ。

各輝度計算部の負荷は、負荷決定手段によって決定され
て、相互通信手段を介して６つの隣接輝度計算部に転送
される。

次に拡大決定手段は、負荷決定手段によって決定された
負荷と、相互通信手段を介して得られる６つの隣接輝度
計算部のそれぞれの負荷との比較を行う。もしこの輝度
計算部の負荷が隣接輝度計算部の負荷よりも小さくて、
両者の差の絶対値が与えられた閾値よりも大きい場合に
は、この隣接輝度計算部の担当領域の方向で、この輝度
計算部の担当領域を拡大すると決定する。また、もし負
荷の比較結果の条件が成り立たない場合には、この隣接
輝度計算部の担当領域の方向で、この輝度計算部の担当
領域を拡大しないと決定する。このような決定を、６つ
の隣接輝度計算部の担当領域の方向においてそれぞれ行
う。

同時に縮小決定手段は、負荷決定手段によって決定され
た負荷と、相互通信手段を介して得られる６つの隣接輝
度計算部の負荷との比較を行う。

また縮小決定手段は、初期領域記憶手段に記憶された初
期領域の範囲と、領域情報記憶手段に記憶された担当領
域の範囲との比較を行う。

もしこの輝度計算部の負荷が隣接輝度計算部の負荷より
も大きくて、両者の差の絶対値が与えられた閾値よりも
大きい場合には、この隣接輝度計算部の担当領域の方向
で、この隣接輝度計算部の担当領域を縮小すると決定す
る。ただし、担当領域と初期領域との比較結果に基づき
、担当領域を縮小すると初期領域よりも担当領域が小さ
くなってしまう場合には、縮小しないと決定する。

また、もし負荷の比較結果の条件が成り立たない場合に
も、この輝度計算部の担当領域を縮小しないと決定する
。このような決定を、６つの隣接輝度計算部の担当領域
の方向においてそれぞれ行う。

最後に領域変更手段は、拡大決定手段と縮小決定手段と
の決定に従い領域情報記憶手段に記憶された担当領域の
範囲を変更して、担当領域の拡大および縮小を実行する
。

このように、負荷の比較結果に基づいて担当領域を拡大
または縮小することにより、輝度計算部とその隣接輝度
計算部との間で、負荷の再配分が実行される。

〔実施例〕

第１図（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例としての物体
画像合成装置を示す構成図であり、第１図（ａ）は、物
体画像合成装置の全体を示す全体構成図、第１図（ｂ）
は、その輝度計算部の詳細な構成を示す構成図である。

第１図（ａ）に示すように、予め設定された視点から合
成される画像の各画素を通る複数の光線の情報を発生す
る初期光線発生部１が設けられている。また、表示され
る物体の情報を設定するための、物体情報設定部２が設
けられている。さらに、物体の定義される空間を分割す
ることにより生成される複数の領域のうちの１領域を担
当して、この領域を通過する光線と担当領域に含まれる
物体との交差判定処理を行なうことにより、各画素の輝
度を計算する複数の輝度計算部３が設けられている。こ
の輝度計算部３で計算された輝度を、画像として記憶す
る画像記憶部４が設けられている。この画像記憶部４は
、画像の合成を行なう前に、総ての輝度を０に設定する
。そして、これらの初期光線発生部１と物体情報設定部
２と複数の輝度計算部３と画像記憶部４との間で情報を
伝達するための接続線５が設けられている。この接続線
５を介して、例えばキーボードから情報を入力するため
の、情報入力部６が設けられている。第１図（ｂ）に示
すように、輝度計算部３には、６方向に隣接する領域を
担当する輝度計算部３と、相互に通信を行なう、相互通
信手段３１が設けられている。また、接続線５を介して
通信を行なう、通信手段３２が設けられている。さらに
、輝度計算部３内での情報の伝達を行なうための、接続
線１０１が設けられている。

第２図は、画素ｐ（ｉ、ｊ）の輝度Ｉの計算方法を示す
説明図である。第２図に示すように、光線探索法におい
ては、光源りから画素ｐ（ｉ。

ｊ）を通って視点Ｅに至る光線の経路を逆向きに辿って
、画素ｐ（ｉ、ｊ）の輝度の計算を行なう、ここで、画
素ｐ（ｉ、ｊ）の輝度Ｉを、視点Ｅから画素ｐ（ｉ、ｊ
）を通って逆向きに発生される光線Ｒの輝度と呼ぶこと
にする。この光線Ｒの輝度工とは、画素ｐ（ｉ、ｊ）を
通って視点Ｅに入射する光の強度■である。光線Ｒの輝
度Ｉは、次式で計算される。

Ｉ＝ｒｅｆ　・Ｉ’、＋ｄｉ　ｆ　−（Ｎ−Ｒｔ、）−
ＩＬｒｅｆ：物体Ｏの反射係数 ｄｉｆ：物体０の拡散係数 １’　　：Ｉ（万同力）らの入射元強度ＩＬ：光源りか
らの入射強度 Ｎ：物体Ｏの表面単位法線ベクトル Ｒ″　：Ｒ方向の正反射方向ベクトル ＲＬ：光源りの方向ベクトル これらの２つの入射光強度Ｉ’、ＩＬを求めるために、
交点ＣＰを始点として方向がＲ’　、ＲＬとなる２つの
光線Ｒ’　、ＲＬを発生させる。また、輝度工を求める
ためのＩ’、Ｉｔの係数を、光線Ｒ’　、ＲＬの減衰率
Ｇ’　、ＧＬとして設定する。

すなわち、光線Ｒが物体Ｏに衝突することにより減衰さ
れて、光線Ｒ’　、ＲＬが発生されるのである。これら
の減衰率Ｇ’　、ＧＬは、 Ｇ’＝Ｇ−ｒｅｆ ＧＬ　＝Ｇ−ｄ　ｉ　ｆ・（Ｎ−Ｒｔ、）Ｇ：光線Ｒの
減衰率（＝１） となる、これらの減衰率Ｇ’　、ＧＬを用いることによ
り、光線Ｒの輝度Ｉすなわち画素ｐ　（ｉ。

ｊ）の輝度Ｉは、次のように求められる。

Ｉ　＝Ｇ’　　・Ｉ”＋ＧＬ・工。

このように、新たな光線Ｒ’　、ＲＬが生成されると、
光線Ｒの情報は必要無くなる。

さらに第２図に示すように、光線Ｒ°が物体Ｏ“と交差
した場合は、同様に光線Ｒ”、ＲＬ’とが発生される。

これらの減衰率Ｇ”、ＧＬ’は、やはり同様に次式で計
算される。

Ｇ”　＝Ｇ’　　−ｒｅ　ｆ’ ｍ−１→　　。

ＧＬ’　＝Ｇ’　　・ｄｉｆ’　　・　（Ｎ　　−ＲＬ
　）ｒｅｆ’　　：物体○゛の反射係数 ｄｉｆ’　　：物体０°の拡散係数 Ｎ゛　：物体０°の表面の単位法線ベクトルＲＬ’：光
線Ｎの方向ベクトル このように、減衰率Ｇ″・Ｇｔ’には、減衰率Ｇ′が積
算される。ただし、光線ＲＬの処理は、光線Ｒ，Ｒ’と
は異なる。光線ＲＬが物体と交差した場合には、交点Ｃ
Ｐはその物体の影となり、光線りの照明光を受けること
ができない。従って、光線ＲＬの輝度ＩＬは０となる。

もし光線ＲＬがどの物体とも交差しない場合には、光線
ＲＬの輝度工しは光源りの輝度となる。このように、物
体へ向かう光線Ｒ，Ｒ’と光源りへ向かう光線ＲＬとは
扱いが異なるので、光線の種類を区別する必要がある。

そこで、光線Ｒに光線の種類を区別するための種類Ｃを
設定する。この種類Ｃは、光線Ｒが物体に向かう場合に
はＯ１光源に向かう場合には１という値が与えられる。

第２図に示すように、物体へ向かう光線は、物体に衝突
する毎に新たな物体へ向かう光線を発生する。このため
、１画素ｐの輝度Ｉを計算するために、多くの光線の処
理を行なわなければならない場合が生じる。しかし、物
体と衝突する毎に光線は減衰を受けるので、衝突回数が
多くなると、その光線が輝度■に与える影響はほとんど
無視できるようになる。そこで、光線Ｒの衝突回数を制
限するために、光線Ｒに回数Ｔを設定する。この回数Ｔ
は、光線Ｒの可能な衝突回数を示すものである。

回数Ｔを持つ光線Ｒが物体に衝突して、物体に向かう光
線Ｒ°が発生される場合、光線Ｒ′の回数Ｔ′は（Ｔ−
１）に設定される。もし、回数Ｔが０の光線Ｒが物体と
衝突した場合には、物体に向かう光線Ｒ“は発生されず
に、光源りへ向かう光線Ｒｔのみが発生される。なお、
第２図では光源りが１個しか存在しないが、複数個の光
源Ｌｌ（ｉ＝１．２．・・・）が存在する場合は、すべ
ての光源ＬＩへ向かう光線を発生しなければならない。

ところで、光源へ向かう光線ＲＬの場合には、前述の通
り物体と交差しても新たな光線の発生を行わないので、
光源ＲＬの情報としての回数Ｔは意味を持たない。そこ
で、複数個の光源Ｌｌが存在する場合には、光線ＲＬの
回数Ｔとして、その光線ＲＬが向かう光源の番号ｉを設
定する。

このように光線ＲＬの回数Ｔを設定することにより、複
数個の光源Ｌ＋が存在する場合でも、各光線ＲＬが向か
う光源Ｌ１の番号ｉが分がるので、正しく処理を行うこ
とができる。また、ここでは簡単のため物体の表面にお
ける反射のみを考えた。もし物体の透過も考慮する場合
には、物体と光線Ｒとの交点において、透過方向への光
線を発生すればよい。ただし、この光線の種類は、物体
へ向かう光線であり、上述の光線Ｒ°と同様に処理すれ
ば、正しく物体の透過を表現できる。

第３図は、光線Ｒを発生した際に設定すべき光線Ｒの情
報を示す説明図である。第３図に示すように光線Ｒを発
生した際には、光線Ｒの情報として、光線Ｒを示す半直
線の始点位置座標（Ｓ、。

Ｓ、、Ｓ２）と方向（ｄＸ、ｄｙ、ｄ２）とが設定され
る。また、光線Ｒの輝度が影響を与える画素ｐ（ｉ、ｊ
）の位置（ｉ、ｊ）も、光線Ｒの情報として設定される
。さらに、光線Ｒの持つ減衰率Ｇと光線Ｒの回数Ｔと光
線Ｒの種類Ｃも光線Ｒの情報として設定される。

第４図は、初期光線発生部１の動作を説明するための説
明図である。第４図に示すように、初期光線発生部１に
おいて、視点Ｅを始点として。

画（％Ｐを構成する各画素ｐ（ｉ、ｊ）を通る半直線の
延長上に、光線Ｒを発生する。そのために、第１図（ａ
）の初期光線発生部１には、情報入力部６により、視点
Ｅの位置座標（Ｅ、、、Ｅｙ。

Ｅ、）が入力される。また、合成される画像Ｐを定義す
る情報として、画像Ｐの平面と範囲を示すパラメータが
、情報入力部６から入力される。初期光線発生部１では
、これらのパラメータに基づいて、光線Ｒの情報の発生
を行なう。この光線Ｒを示す半直線を染める方法の一例
は、ティー・ホイッテッド（Ｔ、Ｗｈｉｔｔｅａ）著、
コミュニケーション　オブ　ニーシーエム（Ｃｏｍｍｕ
ｎｉｃａｔｉｔｏｎ　ｏｆＡＣＭ）、第２３巻、第６号
、３４３頁がら、３４９頁、論文「アン　インブルーブ
ト　イルミネーション　モデル　フォオ　シェープイツ
ト　デイスプレィ（Ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｉｌｌｕ
ｍｉｎａｔｉｏ［１Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒＳｈａｄｅｄ　
Ｄｉｓｐｌａｙ）　Ｊに記載されている。次に、この半
直線と物体定義空間との交点のうちで、最も視点に近い
交点の位置座標（Ｓ、、Ｓｙ、Ｓ２）を求める。この位
置座標（Ｓ、、Ｓｙ、Ｓ２）が、光線Ｒの始点位置座標
（Ｓ、、Ｓ、、Ｓｚ）となる、すなわち、光線Ｒが最初
に物体定義空間に入射する位置が、光線Ｒの始点となる
。また、始点Ｅから画素ｐに向かう方向が、光線Ｒの方
向（ｄ、、ｄ、、ｄ、）となる。さらに、画素ｐ（ｉ、
ｊ）の位置（ｉ、ｊ）が、光線Ｒの画素位置（ｉ、ｊ）
として設定される。初期光線発生部１では、発生される
光線Ｒの減衰率Ｇは１、すなわちまったく減衰を受けて
いない状態に設定される。また、回数Ｔとしては、情報
入力部６から初期光線発生部１に予め設定された定数値
が与えられる。さらに、種類Ｃとしては、物体へ向かう
光線を示すＯの値が与えられる。初期光線発生部１では
、このような情報を持つ光線Ｒが、画像Ｐのすべての画
素ｐ（ｉ、ｊ）に対応して発生されて、輝度計算部３へ
転送される。

第５図は物体情報設定部２に設定される物体の情報を示
す説明図である。説明を簡単にするために、表示される
物体を球に限定して説明を行なうが、多面体や自由曲面
などの物体を表示する場合も、はぼ同様に行なうことが
できる。第５図に示すように、情報入力部６から物体の
情報が入力されて、物体情報設定部２に設定される。設
定される物体ｉの情報は、物体ｉを区別するための物体
番号ｎ１．物体としての球の中心座標（Ｘ、。

’／＋　＋　Ｚ＋　）、半径’ｌ＋物体の材質を示す拡
散係数ｄｉｆ＋、反射係数ｒｅｆ、である。さらに、物
体ｉの外接領域を示す情報として、物体を含む最小の直
方体の範囲が設定される。

第６図は物体としての球の外接領域を示す説明図である
。第６図に示すよう゛に、物体ｉの外接領域は、Ｘ方向
の範囲（Ｘ＋−、Ｘ＋。）、ｙ方向の範囲（ｙ　ｒ−ｙ
　＋＋）　ｒ　ｚ方向の範囲（Ｚｌ−、Ｚ１＋）で示さ
れる直方体である。これらの値は次式で求められる。

ｘｌ−：ｘｌ−ｒＩ Ｘ　Ｉ＋＝　Ｘ　１　＋　ｒ　Ｉ ’／　　Ｉ−＝　　’／　　ｔ　　　　　ｒ　　ｔ３’
＋＋＝３’＋＋ｒ＋ ｚｌ−＝ｚ、　　−ｒ。

Ｚ１４＝２１＋ｒ＋ 第７図は、物体情報設定部２に設定される光源の情報を
示す説明図である。説明を簡単にするために、点光源の
みに限定して説明を行なうが、平行光線やスポットライ
トなどの各種照明光を扱う場合も、はぼ同様に行なうこ
とができる。第７図に示すように、情報入力部６から物
体の照明としての光源の情報が入力されて、物体情報設
定部２に設定される。設定される光源の情報は、点光源
ｉの位置座標（Ｘｌ　、　’／＋　、　Ｚｌ　）、光源
の輝度ＩＬＩである。この輝度ＩＬＩは０から１の実数
値である。この輝度ＩＬＩの値は、光源の明るさを示す
ものであり、１のときが最も明るく、０のときが真っ暗
な光源となる。こうして設定された物体情報と光源情報
とは、物体情報設定部２から接続線５を介して輝度計算
部３に伝達される。

第８図は、複数の輝度計算部３を３次元配列状に結合す
る方法を示す説明図である。第８図に示すように、輝度
計算部３は、輝度計算部３内に設けられた相互通信手段
３１を介して、３次元配列状に結合されている。すなわ
ち、各輝度計算部３はそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向の両側の
輝度計算部３と接続されており、それらの輝度計算部３
と相互に情報を伝達することができる。ここで、ｘ、ｙ
、ｚ方向のａ、ｂ、ｃ番めの輝度計算部３を（ａ、ｂ、
ｃ）輝度計算部３と呼ぶことにすると、（ａ、ｂ、ｃ）
輝度計算部３は、（ａ−１゜ｂ、　　ｃ）、　　（ａ＋
１．　　ｂ、　　ｃ）、　　（ａ、　　ｂ−１゜ｃ）、
　　（ａ、ｂ＋１．　　ｃ）、　　＜ａ、　　ｂ、ｃ−
１＞（ａ、ｂ、ｃ＋ｌ）輝度計算部３と接続されている
。また、輝度計算部３は図中のｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞ
れＡ、Ｂ、Ｃ個ずつ並んでおり、全部の輝度計算部３の
個数りは、 Ｄ＝Ａ−Ｂ−Ｃ となる。

第９図は物体を定義する空間を、各輝度計算部３に割り
当てられる担当領域Ｓに分割する方法を示す説明図であ
る。第９図に示すように、Ｘ。

ｙ、ｚ座標軸のうちの１軸にそれぞれ垂直な平面により
、物体定義空間を複数の直方体形状の領域に分割する。

この場合に、Ｘ方向の領域数がＡ個、Ｘ方向の領域数が
Ｂ個、Ｚ方向の領域数がＣ個となるように５分割を行な
う。そして、（ａ。

ｂ、ｃ）輝度計算部３に、Ｘ方向め８番め、Ｘ方向の５
番め、２方向の０番めの領域を割り当てる。これにより
分割されたすべての領域をそれぞれ１個の輝度計算部３
に割り当てることができる。また、このような割り当て
を行なうことにより、相互通信手段３１を介して接続さ
れた輝度計算部３は、それぞれ隣接する領域を担当する
ことになる。

第１０図、第１１図は、輝度計算部３の担当領域Ｓを示
す領域情報の内容を示す説明図である。

第１０図に示すように、輝度計算部３に設けられた領域
情報記憶手段３３には、その輝度計算部３の担当領域Ｓ
を示す領域情報が記憶される。この領域情報としては、
ｘ、ｙ、ｚ方向の何番めかを示す（ａ、ｂ、ｃ）の値と
、第１１図に示すような担当領域Ｓのｘ、ｙ、ｚ方向の
範囲（ｘ−１Ｘや＞、＜ｙ−、ｙや）、（ｚ−、ｚや）
とが記憶される。また、これらの領域情報の初期値が、
各輝度計算部３の初期領域Ｓｏの範囲として初期領域記
憶手段４０に記憶される。さらに、３次元配列の外周に
存在する輝度計算部３においては、相互通信手段３１に
より輝度計算部３が接続されていない場合がある。そこ
で、相互通信手段３１により接続されている各方向に、
実際に輝度計算部３が接続されているか、接続されてい
ないかが有無の情報として領域情報記憶手段３３に記憶
される。これらの領域情報は、情報入力手段６から入力
されて、各輝度計算部３に伝達される。

第１２図は、初期光線発生部１から輝度計算部３への光
線Ｒの情報の転送処理を示す説明図である。第１２図に
示すように、初期光線発生部１で発生されたすべての光
線Ｒの情報は、接続線５を介してすべての輝度計算部３
へ一斉に転送される。

そして、各輝度計算部３に設けられた光線情報判定手段
３７には、初期光線発生部１から転送された光線Ｒの情
報が、通信手段３２を介して入力される。同時に、領域
情報記憶部３３に記憶された担当領域Ｓの情報が、この
光線情報判定手段３７によって読み出される。入力され
た光線Ｒの始点位置座標（ＳＸ、Ｓ、、Ｓ、）は、光線
Ｒが最初に物体定義空間に入射する位置に設定されてい
る。このため、もしこの始点位置座標（ＳＸ。

Ｓ、、Ｓ、＞が担当領域Ｓに含まれていれば、光線Ｉ（
は担当領域Ｓを最初に通過することになる。そこで、光
線情報判定手段３７では、光線Ｒの始点位置座標（ＳＸ
、Ｓｙ、Ｓｚ）と担当領域Ｓの範囲（ｘ−、Ｘ＋　）、
（ｙ−，３’＋　＞。

（ｚ−、ｚ、）とが、比較される。

Ｘ−≦Ｓ　Ｘ　＜　ｘ　＋ ｙ−≦Ｓ　ｙ　＜　ｙ　＋ ２−≦Ｓ２くハ という３条件式のすべてが満たされる場合、始点位置座
標（ＳＸ、Ｓ、、Ｓ、）は担当領域Ｓに含まれており、
光線Ｒは担当領域Ｓを最初に通過することになる。この
場合、光線情報判定手段３７から光線Ｒの情報が光線情
報記憶手段３４に転送されて、記憶される。また、これ
らの条件式のうちのどれかが成り立たない場合、光線Ｒ
は他の担当領域Ｓ′に最初に入射していることになる。

従って、光線Ｒの情報はこの輝度計算部３には記憶され
ない。

以上の処理により、初期光線発生部１で発生された光線
Ｒの情報は、最初に入射する領域を担当する輝度計算部
３の、光線情報記憶手段３４に記憶される。

第１３図は、輝度計算部３に設けられた物体情報記憶手
段３５と光源情報記憶手段３６に、物体情報設定部２か
ら、物体情報と光源情報とを記憶させる処理を示す説明
図である。第１３図に示すように、物体情報設定部２に
記憶されたすべての物体情報と光源情報は、接続線５を
介してすべての輝度計算部３へ一斉に転送される。そし
て、輝度計算部３に設けられた光源情報記憶手段３６は
、通信手段３２を介して転送された光源情報をすべて記
憶する。そして、輝度計算部３に設けられた物体情報記
憶手段３８は、通信手段３２を介して転送された物体情
報をすべて記憶する。

第１４図は、輝度計算部３の担当領域Ｓの変更処理を示
す説明図である。この担当領域Ｓの拡大処理は、担当領
域Ｓの境界面を平行移動することで行われる。第１４図
に示すように、輝度計算部３に設けられた負荷決定手段
４３は、光線情報記憶手段３７に記憶された光線Ｒの個
数を、その輝度計算部３の負荷Ｆとして求める。なお、
ここでは説明の簡単のためにこのような負荷決定方法と
したが、この他にも様々な負荷の決定方法が可能である
。これ以外の方法を取った場合でも、はぼ同様に処理を
行うことができる０例えば、負荷決定手段４３において
各輝度計算部３が実際に処理を行っている時間と、光線
Ｒの情報を待っている時間とを計測して、これらの値が
ら各輝度計算部３の負荷を決定しても良い。こうして負
荷決定手段４３で決定された負荷Ｆは、相互通信手段３
１を介して、輝度計算部３のｘ−。

Ｘ・、ｙ−、ｙ・、ｚ−、ｚ＋力方向接続された輝度計
算部３　（ｘ−）、（ｘ＋　）、（ｙ−）。

（ｙ＋）、（ｚ−）　、（ｚ＋　）にそれぞれ伝達され
る。そして、拡大決定手段４４は、輝度計算部３　（ｘ
−）、（ｘ＋　）、（ｙ−）、（ｙ＋）。

（ｚ−）、（ｚ＋　）から相互通信手段３１を介して伝
達される負荷Ｆ　（ｘ−）、　Ｆ　（ｘ＋　）。

Ｆ　（ｙ−）、　Ｆ　（ｙ＋　）、　Ｆ　（ｚ−）、　
Ｆ　（ｚ、）と、輝度計算部３の負荷Ｆとをそれぞれ比
較する。これらの比較結果に基づいて、Ｘ−、Ｘ＋。

ｙ：、ｙや、２−．２＋方向という各方向において、担
当領域Ｓを拡大するかどうかを次の様に決定する。ただ
し、Ｋは１から６までの整数であり、１から順にそれぞ
れＸ−、Ｘ＋　、　ｙ−。

ｙや、ｚ−、ｚ＋力方向示すものとする。

Ｆ　（Ｋ）−Ｆ＞ＴＨのとき　ｄＦ、（Ｋ）＝１それ以
外のとき　ｄＦ、（Ｋ）＝Ｏ ＴＨ：予め情報入力部６を通じて設定された正のしきい
値 値ｄＦｌ（Ｋ）は、Ｋで示される方向に担当゛領域Ｓを
拡大するかどうかを示しており、値ｄＦ１（Ｋ）が１の
場合には拡大し、値ａｐｔ（Ｋ）が０のときには拡大し
ないことを示している。拡大決定手段４４は、これらの
値ｄＦ、（Ｋ）を領域変更手段４６に出力する。こうし
て決定された値ｄＦ、（Ｋ）を受けて、この値が１の場
合に領域変更手段４６では担当領域Ｓの範囲を拡大する
。

この領域変更手段４６は、まず値にで示される方向の担
当領域Ｓの範囲ａ（Ｋ）を、領域情報記憶手段３３から
読み出して記憶する。例えば、値Ｋが１の場合にはＸ−
を読み出し、２の場合にはＸ＋を読み出す。次に、以下
に示すように新たな範囲ａ’　　（Ｋ）を求める。

Ｋ＝１．３．５　　のとき ａ’　　（Ｋ）＝ａ　（Ｋ）−ｄＳ Ｋ＝２．４．６　　のとき ａ’　　（Ｋ）＝ａ　（Ｋ）　十ｄＳ ｄＳ：予め情報入力部６を通じて設定された正の変更量 このように求められた範囲ａ’　　（Ｋ）を領域情報記
憶手段３３に書き込んで、担当領域Ｓの範囲を拡大する
。同様に縮小決定手段４５は、輝度計算部３　（ｘ−）
、（ｘ＋　）、（ｙ−）。

（ｙ＋　）、（ｚ−）、（ｚ＋　）から相互通信手段３
１を介して伝達される負荷Ｆ　（Ｋ）（Ｋ＝１゜２、・
・・、６）と、輝度計算部３の負荷Ｆとをそれぞれ比較
する。そして縮小決定手段４５は、値にで示される各方
向における、輝度計算部３の担当領域Ｓの範囲ａ（Ｋ）
を、領域情報記憶手段３３から読み出す。同時に、値に
で示される方向における輝度計算部３の初期領域Ｓｏの
範囲ａ。

（Ｋ）を、初期領域記憶手段４０から読み出す。

そして、これらの範囲ａ　（Ｋ）と範囲ａＯ（Ｋ）とを
比較する。ここで、範囲ａ（Ｋ）と範囲ａ、）（Ｋ）と
を比較する理由は、値にで示される方向において担当領
域Ｓを初期領域Ｓｏよりも縮小してしまうのを防ぐため
である。すなわち、ａ　　（Ｋ）　　”ａｏ　　　（Ｋ
） のときは、値にで示される方向において担当領域Ｓは初
期領域Ｓｏに等しいから縮小は行わない。また、 ａ（Ｋ）≠ａｏ（Ｋ） のときは、値にで示される方向において担当領域Ｓは拡
大されているので、これを値にで示される方向において
縮小しても、初期領域Ｓｏよりも縮小してしまうことは
無い、このように、範囲ａ（Ｋ）と範囲ａｏ　　（Ｋ）
との比較に基づけば、値にで示される方向において担当
領域Ｓを初期領域Ｓｏよりも縮小してしまうのを防ぐこ
とができる。

これらの比較結果に基づいて、値にで示される各方向に
おいて、担当領域Ｓを縮小するかどうかを次の様に決定
する。

Ｆ−Ｆ　（Ｋ）＞ＴＨかつａ　（Ｋ）≠ａｏ　　（Ｋ）
のとき ｄＦ２＝１ それ以外のとき ｄＦ２＝Ｏ ＴＨ：予め情報入力部６を通じて設 定された正のしきい値 値ｄＦ、（Ｋ）は値にで示される方向に担当領域Ｓを縮
小するかどうかを示しており、値ｄＦ２（Ｋ）が１の場
合には縮小し、値ｄＦ、（Ｋ）が０のときには縮小しな
いことを示している。縮小決定手段４５は、これらの値
ｄＦ２　（Ｋ）を領域変更手段４６に出力する。こうし
て決定された値ｄＦｚ（Ｋ）を受けて、この値が１の場
合に領域変更手段４６では担当領域Ｓの範囲を縮小する
。

この領域変更手段４６は、まず値にで示される方向の担
当領域Ｓ°の範囲ａ（Ｋ）を、領域情報記憶手段３３か
ら読み出して記憶する。例えば、値Ｋが１の場合にはＸ
−を読み出し、２の場合にはＸ＋を読み出す０次に、以
下に示すように新たな範囲ａ’　　（Ｋ）を求める。

Ｋ＝１．３．５　　のとき ａ’　　（Ｋ）”ａ　（Ｋ）＋ｄＳ Ｋ＝２．４．６　　のとき ａ’　　（Ｋ）　＝ａ　（Ｋ）−ｄＳ ｄＳ：予め情報入力部６を通じて設定 された正の変更量 このように求められら範囲ａ’　　（Ｋ）を領域情報記
憶手段３３に書き込んで、担当領域Ｓの範囲を縮小する
。このような担当領域Ｓの変更処理を行なうことにより
、各担当領域Ｓに含まれている物体の数や通過する光線
の数を増減することができ、各輝度計算部３の計算量を
増減させることができる。同時に、拡大方向に隣接する
領域を担当する隣接輝度計算部３の負荷を減少させるこ
とができ、縮小方向に隣接する領域を担当する隣接輝度
計算部３の負荷を増加させることができる。従って、全
体の計ｎ量を平均化して適切な負荷の再配分を図ること
ができる。

第１５図（ａ）、（ｂ）は、輝度計算部３間の光線Ｒの
情報の転送方法を示す説明図である。

第１５図（ａ）に示すように、担当領域Ｓの変更により
、領域の境界面の重なりが生じる。また、第１５図（ｂ
）に示すように、相互通信手段を介した輝度計算部３間
の接続は、固定されている。

従って、第１５図（ａ）、（ｂ）に示すような場合、担
当領域Ｓ、から担当領域Ｓ、に入射する光線Ｒの情報を
、輝度計算部３ａから相互通信手段３１を介して、直接
に輝度計算部３ｂへ転送することはできない。そこで、
このような光線Ｒの情報は、まず輝度計算部３．から、
相互通信手段３１を介して、輝度計算部３゜に転送され
る。

この転送された光線Ｒの情報は、いったん輝度計算部３
゜の光線情報記憶手段３４に記憶される。

このような転送処理を行うために、各輝度計算部３の光
線情報記憶手段３４に記憶された光線Ｒの情報は、まず
光線情報判定手段３７に読み出される。この光線情報判
定手段３７は、光線Ｒの始点位置座標（Ｓ、、Ｓｙ、Ｓ
２）と、領域情報記憶手段３３から読み出した担当領域
Ｓの範囲（ｘ−、Ｘ＋　　）、　　（ｙ−、ｙ＋　　）
、　　（ｚ−・ｚ＋）とを比較して、次のような処理を
行う。

■Ｓ　ｘ　＜　ｘ−のとき、相互通信手段３１を介して
、光線Ｒの情報をＸ一方向に接続された輝度計算部３へ
転送して■へ。

■ＳＸ≧Ｘ＋のとき、相互通信手段３１を介して、光線
Ｒの情報をＸ＋力方向接続された輝度計算部３へ転送し
て■へ。

■Ｓ　ｙ　＜　ｙ−のとき、相互通信手段３１を介して
、光線Ｒの情報をｙ一方向に接続された輝度計算部３へ
転送して■へ。

■Ｓｙ≧ｙ＋のとき、相互通信手段３１を介して、光線
Ｒの情報をｙ＋力方向接続された輝度計算部３へ転送し
て■へ。

■Ｓ　２　＜　ｚ−のとき、相互通信手段３１を介して
、光線Ｒの情報を２一方向に接続された輝度計算部３へ
転送して■へ。

■Ｓ２≧２＋のとき、相互通信手段３１を介して、光線
Ｒの情報を２＋方向に接続された輝度計算部３へ転送し
て■へ。

■終了 このように光線Ｒの情報を輝度計算部３間で転送すれば
、正しい輝度計算部３で光線Ｒの情報を処理することが
できる。

第１６図は、輝度計算部３における光線と物体との交差
判定処理による各画素の輝度計算方法を示す説明図であ
る。第１６図に示すようＧ弘光線情報記憶手段３４に記
憶された光線Ｒの情報は、まず光線情報判定手段３７に
読み出される。この光線情報判定手段３７における判定
処理の結果、隣接する輝度計算部３へ転送されながった
光線Ｒの情報は、交差判定手段３９へ送られる。この交
差判定手段３９は、担当領域Ｓに含まれる物体と光線Ｒ
との交差判定処理を行う。そのために物体情報判定手段
３８は、領域情報記憶手段３３から担当領域Ｓの範囲（
ｘ−、Ｘ＋　）、（ｙ−。

ｙ＋　）　、（ｚ−、ｚ＋　）と各物体ｉの外接領域の
範囲（ｘｌ−、ｘｌ＋）　＋　　（３／＋−＋　３７　
＋＋）　＋　　（Ｚｌ−＋７１＋）との比較処理を行い
、各物体ｉが担当領域Ｓに含まれるかどうかの判定処理
を行う。

第１７図（ａ）、（ｂ）は、輝度計算部３の担当領域Ｓ
と、物体情報の外接領域との比較処理を示す説明図であ
る。第１７図（ａ）、（ｂ）に示すように、担当領域Ｓ
と外接領域とが共通部分を持たない場合には、以下の条
件式のうちの少なくとも１つが成立する。

Ｘ−≧Ｘｌ＋ Ｘ＋≦Ｘ１− ｙ−−３’＋＋ ｙ÷≦ｙト ２−≧２１＋ ２＋≦Ｚｌ− そこで、物体情報判定手段３８では、これらの条件式が
評価されて、担当領域Ｓと外接領域とが共通部分を持つ
かどうかが求められる９その結果、共通部分を持つ場合
には、担当領域Ｓ内に物体ｉが含まれていると判定され
て、交差判定手段３つに物体ｉの情報が転送される。共
通部分を持たない場合には、転送されない。

以上の処理により、物体精報記憶手段３５に記憶された
物体情報のうちで、担当領域Ｓ内に含まれる物体情報の
みが、物体情報判定手段３８から交差判定手段３９に転
送される。そして交差判定手段３９は、物体情報判定手
段３８から転送された物体ｉと光線Ｒとの交差判定処理
を行う、その結果、物体と交差しない光線Ｒについては
、まず担当領域Ｓの境界面と光線Ｒの交点が求められる
。この交点により、光線Ｒが次に入射する領域Ｓ゛が求
められ、光線Ｒの情報を転送すべき方向が、決定される
。光線Ｒの情報は、相互通信手段３１を介して決定され
た方向の輝度計算部３へ転送される。その際に、光線の
始点位置座標は、求められた交点の位置座標に変更され
る。これにより、光線Ｒの始点位置座標は、次に入射す
べき領域に含まれることになる。こうして転送された光
線Ｒの情報は、相互通信手段３１から読み出されて、光
線情報記憶手段３４に記憶される。また、光線Ｒが物体
と交差していて、光線Ｒから新たな光線Ｒ゛や光線ＲＬ
が発生された場合には、これらの光線Ｒ°と光線ＲＬの
情報が、光線情報記憶手段３４に記憶される。このよう
な交差判定処理については、前述の各論文および第２図
に示されている。この処理により、光線Ｒの輝度Ｉが決
定された場合には、通信手段３２を介して、光線Ｒの情
報が示す画像記憶部４の画素ｐ（ｉ、ｊ）に、その輝度
Ｉが加算される。

上述の交差判定処理によって、各輝度計算部３の光線情
報記憶手段３４に記憶された光線Ｒの情報を総て処理し
た時点で、画像Ｐの合成が完了する。

〔発明の効果〕

本発明の物体画像合成装置では、各輝度計算部の担当領
域の形状は直方体であり、その直方体の各面は、座標軸
に垂直である。このため、担当領域の境界面と光線との
交差判定が、非常に容易である。従って、光線が担当領
域を通過する場合に、従来と比べてはるかに少ない処理
量で、この光線の情報を転送すべき領域を決定すること
ができる。また、担当領域の形状の変更は、各座標軸に
垂直な境界面を、その座標軸に平行な方向に移動するこ
とで、実行される。このため、担当領域の形状が変更さ
れても、担当領域は直方体に保たれるので、上述の効果
は損なわれない。このように、担当領域の形状を変更す
る際の処理量が少ないので、担当領域の形状の変更によ
る各輝度計算部の負荷の再配分の効果を、十分に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は物体画像合成装置の全体を示す全体構成
図、第１図（ｂ）はその輝度計算部の詳細な構成を示す
構成図、第２図は画素ｐ　（ｉ。 ｊ）の輝度■の計算方法を示す説明図、第３図は光線Ｒ
を発生した際に設定すべき光線Ｒの情報を示す説明図、
第４図は初期光線発生部１の動作を説明するための説明
図、第５図は物体情報設定部２に設定される物体の情報
を示す説明図、第６図は物体としての球の外接領域を示
す説明図、第７図は物体情報設定部２に設定される光源
の情報を示す説明図、第８図は複数の輝度計算部３を３
次元配列状に結合する方法を示す説明図、第９図は物体
を定義する空間を各輝度計算部３に割り当てられる担当
領域Ｓに分割する方法を示す説明図、第１０図、第１１
図は輝度計算部３の担当領域Ｓを示す領域情報の内容を
示す説明図、第１２図は初期光線発生部１から輝度計算
部３への光線Ｒの情報の転送処理を示す説明図、第１３
図は輝度計算部３に設けられた物体情報記憶手段３５と
光源情報記憶手段３６に物体情報設定部２から物体情報
と光源情報とを記憶させる処理を示す説明図、第１４図
は輝度計算部３の担当領域Ｓの変更処理を示す説明図、
第１５図（ａ＞、（ｂ）は輝度計算部３間の光線Ｒの情
報の転送方法を示す説明図、第１６図は輝度計算部３に
おける光線と物体との交差判定処理による各画素の輝度
計算方法を示す説明図、第１７図（ａ）、（ｂ）は輝度
計算部３の担当領域Ｓと物体情報の外接領域との比較処
理を示す説明図である。 図において、 １・・・初期光線発生部、２・・・物体情報設定部、３
．３ａ、３ｂ、３Ｃ２３ｄ・・・輝度計算部、４・・・
画像記憶部、５・・・接続線、６・・・情報入力部、３
１・・・相互通信手段、３２・・・通信手段、３３・・
・領域情報記憶手段、３４・・・光線情報記憶手段、３
５・・・物体情報記憶手段、３６・・・光源情報記憶手
段、３７・・・光線情報判定手段、３８・・・物体情報
判定手段、３９・・・交差判定手段、４０・・・初期領
域記憶手段、４３・・・負荷決定手段、４４・・・拡大
決定手段、４５・・・縮小決定手段、４６・・・領域変
更手段。 茅　１　　回（（１） 第　　１　１Ｍ　（Ｉ＝） ＄　８　図 茅　１１　　回 第　／２　図 Ｃα） （ｂ） 茅　Ｉｓ　　図 茶　ｌＡ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から視点に至る光線の経路を逆向きに辿つて、物体
   と光線との交差判定処理を行ない、上記物体を表示すべ
   き画像を構成する各画素の輝度を計算する光線追跡法に
   よる上記画像の合成を行なうために、上記視点から上記
   の各画素を通る複数の光線の情報を発生する初期光線発
   生部と、上記物体の情報を設定する物体情報設定部と、
   上記物体の定義される空間を分割することにより生成さ
   れる複数の領域のうちの１領域を担当してこの領域を通
   過する光線と上記担当領域に含まれる物体との交差判定
   処理を行なうことにより上記画素の輝度を計算する複数
   の輝度計算部と、この輝度計算部で計算された輝度を上
   記画像として記憶する画像記憶部とで構成される物体画
   像合成装置において、上記輝度計算部に、上記物体定義
   空間を座標軸に垂直な平面で分割して生成される複数の
   領域のうちの上記輝度計算部の担当領域の範囲を記憶す
   る領域情報記憶手段と、初期値として与えられる上記担
   当領域の範囲を上記輝度計算部の初期領域の範囲として
   記憶する初期領域記憶手段と、上記輝度計算部の負荷を
   決定する負荷決定手段と、各座標軸に平行な方向におい
   て上記担当領域と隣接する領域を担当する隣接輝度計算
   部と上記輝度計算部との相互通信をそれぞれ行なう相互
   通信手段と、上記相互通信手段を介して得られる上記隣
   接輝度計算部の負荷と上記輝度計算部の負荷とを比較し
   て上記輝度計算部の担当領域を上記の各隣接輝度計算部
   の担当領域の方向で拡大するかどうかをそれぞれ決定す
   る拡大決定手段と、上記隣接輝度計算部の負荷と上記輝
   度計算部の負荷とを比較しさらに初期領域記憶手段に記
   憶された上記初期領域の範囲と上記領域情報記憶手段に
   記憶された上記担当領域の範囲とを比較してこれらの比
   較結果に基づき上記担当領域を上記の各隣接輝度計算部
   の担当領域の方向で縮小するかどうかをそれぞれ決定す
   る縮小決定手段と、上記拡大決定手段と上記縮小決定手
   段との決定に基づき上記領域情報記憶手段に記憶された
   上記担当領域の範囲を変更する領域変更手段とが備えら
   れていることを特徴とする物体画像合成装置。