JPH0154748B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は全体としてコンピユータ制御映像発生
装置に関するものであり、更に詳しくいえば、自
然人であるオペレータまたはそれと同等のハード
ウエア／ソフトウエアによりリアルタイムまたは
ほぼリアルタイムで映像を解析するのに十分な処
理速度で、映像のライブラリから表示のために光
景の逐次流れの組立および構成を行う能力を有す
るデジタル映像処理装置に関するものである。 そのような装置の多くの用途のうちの１つ例
は、航空機のフライト・シミユレーシヨンのよう
な乗物のシミユレーシヨンの分野に関するもので
ある。そのような装置においては、航空機のフラ
イト・シミユレーシヨン装置内の視覚システムが
フライト・シミユレーシヨン・コンピユータから
飛行データを受け、定められた領域すなわち「ゲ
ーミング領域」のデータベースから地形データを
受ける。視覚システム内のデータ処理装置が飛行
データと地形データを総合して、観察者に航空機
の操縦席に居るかのようなシミユレートされた可
視表示を発生する。 たとえばヘリコプタのような乗物の乗物シミユ
レータの視覚システムは「シミユレートされた周
囲の状況を、窓を通して見る光景」を含み、その
ような周囲の状況に対する任意の希望方向に「乗
物」を誘導するための制御を行う。この装置の
「窓を通して見る光景」という用語は、たとえば
約60〜260Km²（約25〜100平方マイル）の広い地域
をカバーする地形に相当するシミユレートされた
環境の、通常は映像の形態の、表示を意味する。
このシミユレートされた周囲の状況のことを、こ
こでは、定められた領域またはゲーミング領域と
呼ぶことにする。 乗物制御器の動作により乗物は、ゲーミング領
域内で、ゲーミング領域の周辺で、およびゲーミ
ング領域を通つて、誘導される。そして、窓を通
して見えるもの、すなわち映像表示、が何である
かを決定するが、乗物制御器に対しての視覚シス
テムの応答である。「窓」を通して見えるものの
ことを視界すなわちFOV（Field of View）と呼
ぶことにする。 〔従来技術〕 「コンピユータ発生形象」（CGI、すなわち
Computer Generated Imagery）装置として知
られている従来の装置の１つは、データベースか
ら映像表示可能な形象を発生するためにコンピユ
ータ装置を利用している。CGI装置においては、
映像表示可能な光景を構成するための対象物と地
表面が、対象物と地表面との視界を定める点の形
で格納されている純粋に機械的なモデルからとり
出される。 CGI装置の強みはそれの地表面の表し方にあ
る。実際の地表面または人工的な地表面は、指定
された点（通常は一様なマス目ないし格子の交
点）において測定し高度を得ることができる。標
本の高度を結ぶことにより、地表面をコンピユー
タにより再構成できる。現実的な地表面の表現に
加えて、CGI装置はその地表面上における物体の
配置も制御する。高度データは一様な格子ごとに
与えられるのが普通であるから、他の物体の配置
は同一の格子上で指定できる。木、岩、潅木、家
屋、道路のような典型的な物体は、データベース
の格子系において定められた位置を有することが
できる。 正確な照度と斜視像もCGI装置の大きな寄与で
ある。正確な照度は、表示される各ピクセルに対
する地表面垂線を見出すことにより達成される。
この垂線は、ピクセルの輝度を計算するために、
視線、光源からの垂線および周囲の明るさととも
に用いられる。観察点から地表面の各点までの距
離がわかつているから、正確な透視像が達成され
る。この距離は透視像への変換においては重要な
変数である。 このCGI装置の弱点は現実性に欠けることであ
る。物体は正確に位置させることができ、正確に
照度で表示でき、かつ正しく斜視像を表示できる
が、物体自体は現実的に表示できない。CGI装置
での物体表示における現在の技術状態は、物体が
非常に線画的に表示されるような程度である。不
毛な地形、砂および雲などのようなある種の光景
要素は、木、草または詳細な人工物のような複雑
な物体よりは現実的に表示できる。そのような複
雑な物体は単に現実感に欠けるだけである。 別の映像発生装置は「コンピユータ合成形象」
すなわちCSI（Computer Synthesized Imagery）
と呼ばれている。CSI技術も、たとえばビデオ表
示可能な映像のような映像をデータベースから発
生するが、そのデータベースに格納されている物
体と地表面は、CGI装置におけるようなそれらの
物体などの数学的モデルではなくて、物体と地表
面の現実世界の電磁媒体を介した映像として表わ
されている。 したがつて、CGI装置は純粋に数学的なデータ
ベースから形象を発生するためにコンピユータを
用いるのに対して、CSI装置は格納されている現
実の映像を基にして光景内に物体をはめこむため
にコンピユータを用いる。CGI装置は構成および
表示すべき光景を巧妙に制御するが、忠実度は低
く、したがつて表示される光景の現実感に乏し
い。CSI装置はこれと正反対である。忠実度は極
めて高いが、光景の構成の制御は制約される。 CSI装置の強みは光景中に写真のような現実の
画像を用いることに存する。現在入手できるビデ
オ機器では写真データを容易にとりあつかえる。
文字どおりに何千という個々の写真をビデオデイ
スクに記録でき、それらの写真の呼出しは、磁気
デイスクに格納されているデジタルデータのケー
スと全く同様に、牽引装置により制御できる。更
に、映像忠実度は確かであり、出力された画像は
入力されて格納されているものと同一である。 CSI装置の弱点は、それの光景が「カメラ」の
撮影点に限定されることである。すなわち、一連
の光景を初めから終りまで撮影した一連の写真を
用いない限り、その光景を動的に移動できないこ
とである。妥当な寸法の任意のゲーミング地域に
対しては初めから終りまでの一連の光景写真の数
は利用できないほどの多さである。 〔発明の概要〕 本発明により、CGI装置を新しく開発された
CSI技術に組合わせてCGSI装置を構成できる。
ここでは本発明はCGSI（Computer Generated
Synthesized Imagery）を構成するために、２つ
の技術CGIとCSIの最も良い所を組合わせること
を含むもである。光景は、CGIまたはCSIにより
発生された指定された地面すなわち背景上に、通
常は詳しい、高い忠実度の（CSIによる）物体を
置くことにより、構成される。CGSIの光景は
CGIの光景とほとんど同様にして作ることがで
き、地表面の高度と物体の位置は一様な格子の上
に置かれる。その光景に使用される個々の物体は
斜視のために調整され、寸法と、位置と、回転
と、ねじ曲げ（warp）および輝度を含む場所と
変換は要求に応じて各画像ごとに実行される。地
表面はCGIによる構成とすることもできれば、一
連のCSI地表面のはめこみとすることができる。
光景は、観測点すなわち光景認識装置から最も離
れている物体から始まり、最も近くの物体まで、
物体を置くことにより構成されるのが普通であ
る。CGSIは可視スペクトラム、IR（赤外線）ス
ペクトラム、MMW（ミリ波）スペクトラム、レ
ーダスペクトラムなどを含む電磁スペクトラムの
任意の部分からの形象により構成できる。 目 的 したがつて、本発明の目的はデータベース内の
現実世界の映像を使用するようにした、新規かつ
改良したコンピユータ制御映像発生装置を得るこ
とである。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。第３７図は戦場を空中から見たものである。
その戦場のことをゲーミング領域または定められ
た領域と呼ぶことができ、実際の制約内で、約60
〜260Km²（約25〜100平方マイル）をカバーする地
域が普通である。 たとえば、ヘリコプタの動作をシミユレートす
るために本発明の装置を用いるものとすると、第
３７図に示すようなシミユレートされたゲーミン
グ領域を、ヘリコプタの飛行用の環境として選択
できる。このヘリコプタ・シミユレータの視覚シ
ステムは、ゲーミング領域の「窓を通して見る光
景」を連続して表示する。その表示は、ゲーミン
グ領域に対するヘリコプタの位置と高度に対応す
る、ゲーミング領域内でパイロツトが見る光景の
流れのビデオ表示である。ヘリコプタ・シユミレ
ータには、ゲーミング領域内、ゲーミング領域の
周辺およびゲーミング領域を通る、任意の方向に
ヘリコプタを自由飛行で、誘導ないし航行させる
ための制御装置が組込まれる。視覚システムはそ
の制御装置に応答してビデオ表示される「窓」の
中に何が見えるかを決定する。 第３８Ａ図は第３７図のゲーミング領域内のど
こか、おそらくは木立ちの陰の光景を示すもので
ある。その光景は、ヘリコプタ・シユミレータの
訓練室内の、窓を模しているビデオ表示器上に、
ある時刻に現れたものである。訓練生が制御装置
を連続的に操作することにより、ゲーミング領域
内でのヘリコプタの動きが次々定められ、ビデオ
表示器で表示されている光景はヘリコプタの各瞬
時位置に従う。 第３８Ａ図、第３８Ｂ図は、本発明の原理に従
つて発生された、ゲーミング領域内の表示された
ビデオ表示光景の撮影写真の実際のコピーであ
る。それらの写真から、細部にぼけを生じさせる
いくつかの処理過程を経て光景の画像が得られた
にもかかわらず、物体の細部に見られる現実感に
注意されたい。また、物体から背景への移り変わ
りの滑らかなことは、光景がマンガ的な表現でな
く表されていることを示すものである。 第１図はCGSI装置のブロツク図である。 第３９図〜第４７図は第１図の特殊効果をはめ
込むユニツト１２で終る典型的なCGSI装置の構
成における過程を示すものである。それらの図も
表示された画像を撮影したものである。 CGSI光景の構成は地面、水面、空をまず置く
ことにより始まるのが普通である。その後で、大
きい物体と小さい物体を置く。物体としては木、
岩、家屋、かん木、道路、照明灯、乗物、ヘリコ
プタ、有翼航空機、動物、女性などがある。最後
に、希望により特殊効果を付加でき、それらの特
殊効果には煙、ほこり、雲、陰などがある。
CGSI装置がどのように機能するかを示すために、
第３９図〜第４７図を参照して例示した光景の組
立について説明する。 第３９図から始まつて、ある距離の背景の上に
空を区分して付加する。空を区分することによ
り、頂きと谷とでこれらの図に示されているよう
な地平線を形成できる。この例においては、空を
５つに区分した。一般に、区分部分の下側縁部は
まつすぐである必要はなく、なだらかな起伏、急
な丘または山なみをシユミレートするためにわん
曲させたり、ぎざぎざにすることもできる。最低
と最高のデータを基にした仰角と、観察点とを基
にして個々の区分部分をどのようにしてねじ曲げ
る（warp）かについての説明は、後で詳しく行
う。 第４０図には前景または山のふもとの丘を形成
するために、ざらざらした地表面が区分部分とし
て付加される。山と空の間の手を加えていない部
分は、遠い背景内の山々として現われる。その後
で、地表面の多角形のスクリーン座標に適合する
ように、格納されているざらざらの地表面がねじ
曲げられて、光景に付加される。各地表面の輝度
は距離その他の希望のパラメータに応じて変える
ことができる。 第４１図は計画された道路部分を示すものであ
る。その道路部分のために、スクリーン座標に適
合するようにデータベースの地表面のライブラリ
イ内の道路表現がねじ曲げられる。地表面のライ
ブラリイは種々の道路表面と、流れおよび池のよ
うな他の特殊な地表面を含むことができる。 第４２図は計画された比較的小さい二次元２Ｄ
物体の例を示すものである。それらの物体は全ス
クリーンの所定の割合以下を占める。一実施例に
おいては光景の面積の1/16以下を占める物体は二
次元２Ｄで表される。その理由は、多数の用途に
おいては、木、やぶ、岩のような比較的小さい自
然物体は、現実感をほとんど失わずに一方の側か
ら、すなわち、二次元物体として表わすことがで
きるためである。大きな建物、またはタンク、船
舶のような特別な興味をひく物体のように一方の
側から表わすことができない物体は三次元３Ｄ物
体と呼ばれ、そのように表わされる。比較的小さ
い二次元２Ｄ物体は、三次元３Ｄ物体および地表
面を処理するために必要とされるものより安価な
処理用のハードウエアやソフトウエアにより処理
できる。ある光景の中で飛行中に、二次元２Ｄ物
体、それが光景の面積の予め選択された割合以上
を占めるに至つた時に、三次元３Ｄ処理へ移すこ
とができる。 第４３図はマルチビユーの三次元３Ｄ物体とし
てのタンクを示す。タンクのマルチビユーは格納
され、タンクの行路、高度および観察者の視点を
基にして、光景の構成に適切な画面が用いられ
る。タンクは移動していても良く、かつ非常に大
きくても良い。 第４４図は多表面すなわち三次元３Ｄの建物の
例である家を示す。その家はいくつかの表面部分
と、いくつかの屋根部分（両側が同一であれば１
つ）と、２つの端部と、２つの側面とに分類され
る。その家の個々の表面は、スクリーン座標によ
り指示された斜視像を正規化された画面からねじ
曲げて形成することができ、その後、それらが結
び合わされる。 第４５図は大きな二次元２Ｄ物体を示す。それ
らの物体は光景の面積の所定の量以上を占めるこ
とができる。必要があれば、それらの物体は膨脹
させて、物体がスクリーンの全面より大きくする
ことができる。 第４６図は雲、ほこり、煙、陰を含む半透明な
媒体のために使用される特殊効果技術を示すもの
である。マスクが透過機能を制御し、別の入力語
が輝度と色を制御する。 第４７図は完全なCGSI装置による光景を示す
ものである。その光景は第３７図に示されている
ゲーミング領域のどこかに現われるものである。 第１図のブロツク図を次に参照する。そのブロ
ツク図のデータベース構造から特殊効果のはめ込
みまでの各項目について下に簡単に説明し、後で
詳しく説明する。 Ａ：第１図のブロツク図の諸項目の簡単な説明 ＜データベース構造＞ データベースは、物体その他のライブラリイと
ゲーミング領域データとの、非常に異なる種類の
２つのデータを有する。ライブラリイのハードウ
エア２０２ａ〜２０２ｃは形象を発生し、それら
の形象を光デイスクに高忠実度で格納する。ゲー
ミング領域データのハードウエア２０３は物体
（object）と、地表面（Surface）と、特殊効果
（Special effect）との場所をロードするために
用いられる。 ライブラリイの融通性はほとんど制限がない。
ライブラリイのハードウエア２０２ａ〜２０２ｃ
は物体の映像と、地表面の映像と、特殊効果の透
過マスクとを含むことができる。それらは多数の
電磁放射スペクトラム帯の１つで表すことができ
る。これにより、可視領域ばかりでなく、検出し
たIR（赤外線）スペクトラム、MMW（ミリメー
タ波）スペクトラム、レーダ・スペクトラムなど
を基にした入力／出力もシユミレーシヨンでき
る。 ライブラリイは二次元２Ｄ映像と三次元３Ｄ映
像の混つたものを含むこともできる。それらの映
像は昼・夜の条件、毎日の条件を表すことができ
る。可視物体のライブラリイは写真を通常含んで
いる。物体のライブラリイから高忠実度物体を構
成する際には、個々の現実世界の要素、非常に正
確なモデル、絵画、写真などの物体のライブラリ
イ２０２ａ〜２０２ｃに格納されている物体が呼
出されて「完全に近い」映像を形成する。これ
は、縁部を復原し、背景から物体を分離し、輝度
と色を修正し、現実的な色を発生し、系の基準点
から物体の位置を決め、高忠実度のCGI物体を発
生し、グラフイツク・データ、すなわち、光源を
発生することにより行われる。着地点と高度基準
点も加えられる。「完全に近い」物体と、地面お
よび特殊効果は、高速アクセス可能で、高いデー
タ速度をもつ媒体に格納される。「完全に近い」
という用語は、入力映像の品質に関する忠実度が
高いことを意味する。 ゲーミング領域データは、物体のライブラリイ
の内容と、地表面と、特殊効果とを格子すなわち
ゲーミング領域の上に置くために必要な情報を与
える。物体はオペレータが置くこともできれば、
コンピユータによりランダムに置くこともでき
る。ライブラリイ内の物体は静止させたり、動か
したりできる。この機能出力は光景の内容を決定
する。 ＜乗物シミユレーシヨン計算＞ 乗物シミユレーシヨン装置２０６による計算
は、乗物の数学的モデルと制御入力を基にして、
主たる乗物の視覚装置すなわちセンサ装置の場所
と見る方向を決定する。また、副たる乗物につい
ても、乗物のモデルと、選択された経路とを基に
して、計算を行うことができる。この出力は観察
者の場所を決定する。 ＜通信サブシステム＞ もちろん、乗物シミユレーシヨン装置２０６の
入力／出力すなわちＩ／Ｏと、CGSI装置のＩ／
Ｏは効率的なやり方でインターフエイスせねばな
らない。通信サブシステム２０８は２つの装置を
インターフエイスする双方向リンクおよびバツフ
アとすることができる。 ＜視界（FOV）と座標変換の計算＞ 視界（FOV）処理装置２１０は、構成中の光
景中の物体、地表面および特殊効果の存在を決定
する。変換マトリツクス（Ｖ）の出力は現実世界
の座標をスクリーンの座標に変換する。変換マト
リツクスからのこのデータにより、迅速にテスト
をして、物体の任意の部分と、地表面と、特殊効
果との全てについてそれらが光景中に存在するか
否かを決定することができる。データベース中の
全ての物体についての存否の試験を避けるため
に、「スマート」なアルゴリズムにより、光景に
近接している物体および表面だけを試験すること
ができる。視界（FOV）処理装置２１０は、視
界（FOV）内の物体の表（リスト）と、それら
の物体、地表面または特殊効果のチヤンネル割当
の表（リスト）とを保持する。視界（FOV）処
理装置２０１の機能は観察者が見ることができる
ものを決定することである。 ＜物体、地表面、特殊効果の制御装置＞ この制御装置２１２ａ〜２１２ｃは視界
（FOV）の計算中に発生された制御機能を「フア
ンアウト」および処理する。処理された制御機能
は物体、地表面、特種効果の処理チヤンネル２１
４ａ〜２１４ｃへ送られる。制御装置２１２ａ〜
２１２ｃにより実行される主な機能は、ゲーミン
グ領域座標のスクリーン座標への変換と、オペレ
ータにより制御される乗物から視界（FOV）内
の各物体までの距離データの処理と、距離と物体
との識別を基にした各物体の輝度の決定と、正し
い映像データの検索をライブラリイ２０２ａ〜２
０２ｃに指令することである。制御装置２１２ａ
〜２１２ｃの機能は、視界（FOV）データを
「フアンアウト」し、光景のための精密な制御デ
ータを発生することである。 ＜物体、地表面および特殊効果のライブラリイ＞ このライブラリイ２０２ａ〜２０２ｃは光景の
構成に用いられる映像を格納する。制御装置２１
２ａ〜２１２ｃは、処理チヤンネル２１４ａ〜２
１４ｃへ送られる映像の選択を指令する。ライブ
ラリイ２０２ａ〜２０２ｃの唯一の機能は映像を
格納し、正しい映像を指令に応じて与えることで
ある。 ＜物体、地表面および特殊効果の処理チヤンネル
＞ 個々の処理チヤンネル２１４ａ〜２１４ｃすな
わち「パイプライン処理装置」はチヤンネル当り
１つの大きな項目（物体、地表面または特殊効
果）を通常一度に処理する。処理チヤンネル２１
４ａ〜２１４ｃは複数のより小さい項目を並列に
処理できる能力を有することができる。全ての処
理チヤンネルはそのような各項目について同一の
やり方で動作する。というのは、チヤンネルの機
能は項目の性質で指定されるからである。一実施
例においては、各処理チヤンネルはライブラリイ
からの１つの大きい項目、または16の小さい項目
を、制御機能により指定された変換により修正す
る。すなわち、物体と、地表面と、または特殊効
果の処理チヤンネルは、正常なまつすぐに正面か
ら見た図法で格納されている映像を、位置と、寸
法と、回転と、ねじ曲げとを変えることにより、
光景の座標を基にして変更する。映像の輝度は距
離および物体の種類を基にして変えられる。そう
すると、それらの並列パイプラインの処理チヤン
ネルの機能は、与えられた光景中で用いられる各
物体、地表面および特殊効果を要求に応じて修正
することである。 ＜光景構成＞ 光景構成モジユール２１６は各処理チヤンネル
から個々の映像をとり、その映像を背景から分離
し、距離を基にして光景を組立てるものである。
このようにして、近い物体がより遠くの物体を掩
蔽する。個々の映像から光景を構成することによ
り発生させられた高周波数部はガウス関数により
滑らかにできる。こ動作は縁部と内部周波数を一
致させる。 光景構成モジユールは２つの物体および地表面
の制御装置から距離情報を受ける。その距離は、
ある特定の物体がその光景内の他の物体の前にあ
るかまたは後にあるかを決定するために用いられ
る。ある特定の物体ピクセルがその光景内で最も
近くを占めるピクセルであるとすると、そのピク
セルが表示される。このことを「最近物占有」処
理と呼ぶ。 光景構成の機能は、視界（FOV）処理装置２
１０により決定された各ビデオチヤンネルと背景
レベル源からビデオ入力を受ける。この機能にお
ける出力は、特殊効果モジユールに対するリアル
タイム・ビデオ信号とすることができる。 デジタルでの光景構成の機能は次のような副機
能を有する。１）物体の処理チヤンネルの組合
せ、２）光景全体の輝度修正のための光景値調
整、３）物体と物体の境界および物体と背景の境
界を補償するための平滑化。 ＜特殊効果＞ 光景の発生後に半透明の特殊効果を加えられ
る。特殊効果はめ込みモジユール１２は距離を基
にして特殊効果を付加するものである。煙または
ほこりのような特殊効果は光景中の画像の前また
は後に発生させることができる。ライブラリイに
格納され、特殊効果処理チヤンネルで処理される
輝度マスクが特殊効果の透過率を制御する。輝度
値入力が黒煙や白い雲のような特殊効果の輝度や
色を制御する。 Ｂ：第１図のブロツク図の諸項目の詳細な説明 ＜データベース＞ データベースのハードウエアは、データベース
それ自体に似て、ライブラリイのハードウエア２
０２ａ〜２０２ｃとゲーミング領域データのハー
ドウエア２０３との２つのサブシステムに分離で
きる。ライブラリイのハードウエア２０２ａ〜２
０２ｃは形象を高忠実度で発生し、それを光デイ
スクに格納できる。ゲーミング領域データのハー
ドウエア２０３は、物体、地表面、特殊効果など
についての場所をロードするために用いられる。
かくして、データベースのハードウエアが、第１
図のブロツク２０１で示されるように、非実時間
で動作して、制御されている背景上に高品質の映
像を生ずる。それら映像は光デイスクに送られて
そこに格納される。 ライブラリイのハードウエア２０２ａ〜２０２
ｃはデイスク制御器と、デイスク駆動機構と、信
号調整モジユールと、光デイスクとより成る。映
像の格納のためにビデオ（アナログ）デイスクま
たはデジタル・デイスクのいずれも使用できる。
ビデオデイスクは約６〜８ビツト、または64〜
256の階調を生ずる。デジタル・デイスクは12ビ
ツトまでのデータを与えることができる。あらゆ
る場合において（ただし、解像力が非常に高いセ
ンサの映像を除く）、工業用の525ラインの非接触
ビデオデイスクは適切な忠実度の映像を生ずる。 ビデオデイスクの使用はよく知られている。画
像は引き続く行として走査される。それは実際に
は、後で説明するように、フレームの列走査を構
成する。後で説明するビデオデイスクの出力の第
１パスでの列の処理により、ここで説明している
ねじ曲げ処理をスタートさせるのが通常は一層効
率的だからである。この点から、第１パスでの列
の処理を容易にするためにデイスクの出力が実際
に列の形であるように、映像を90度ずらせた向き
で、ビデオデイスクに格納することがしたがつて
望ましい。 もちろん、何らかの理由で、正常の向きすなわ
ちたて向きでフレームをビデオデイスクに格納す
ることが望ましければ、容易にそうすることがで
きる。すなわち用いるねじ曲げシーケンスの処理
特性に適合させるためにバツフア内のデータを処
理チヤンネルに適切に向けさせる前処理装置を設
けることができる。 光デイスクに組合せる他の装置も当業者なら思
いつくであろうが、CGSIの概念は非常に良好に
機能することが認められており、それの実現は特
に困難でもなければ、とくに費用がかかるわけで
もない。ビデオデイスクには次のような利点があ
る。 ａ） 高密度記録：12インチデイスクの片面当り
約54000フレーム。 ｂ） データ記録費用が比較的低い。 ｃ） 優れたランダムアクセス性能：ある改良に
より工業用デイスクは60サイクル・フイールド
時間すなわち16 2/3ミリ秒ごとにプラスマイナ
ス50〜100フレームを容易にジヤンプできるよ
うである。実際のジヤンプは帰線消去期間中に
行われるから画像データが失われることはな
い。 ｄ） 高いデータ速度：ビデオ速度でデータを生
ずる。 ｅ） 長寿命およびデータの安全性：デイスクは
非接触であり、読出し専用であつて、ヘツドの
衝突や、オペレータの誤操作によりデータが損
われることはあり得ない。 ｆ） 複製が容易。 非実時間のデータベースのハードウエアの装置
ブロツク図を第２図に示す。この装置において
は、縁部が復原され、背景が物体から分離され、
輝度と色が修正され、現実的な色が発生され、シ
ステムの基準点に対して物体が位置させられ、非
実時間の高忠実度CGI物体が発生され、グラフイ
ツクデータ（光源）が発生される。 ＜データベース……ゲーミング領域データ＞ ゲーミング領域には、地表面、物体および特殊
効果の場所を定めるための基準点が含まれる。ゲ
ーミング領域は手動モードと自動モードの２つの
やり方のうちのいずれかで設定できる。 手動モードにおいては、オペレータは物体のラ
イブラリイをサーチし、どの物体をゲーミング領
域内に置くかを選択する。物体フアイルとしては
やぶ、木立、地面、山、道路、湖、または１つの
フアイル上の小さな物体群のような個々の物体が
ある。ゲーミング領域内に２次元２Ｄ物体を置く
ために、オペレータはゲーミング領域の空間内に
Ｘ，Ｙ，Ｚの地表面基準点を選択する。ちなみ
に、Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ水平軸、鉛直軸、距離
軸を表す。第２のＸ・Ｙ・Ｚ基準点が高さと位置
を決定する。したがつて、物体が真の鉛直位置に
直立しているものとすると、ＸとＺの基準は一定
に保たれ、Ｙ基準は物体の高さだけ変化する。そ
れらの軸の一方に物体が傾くとＸとＺの軸基準点
の少くとも一方が変化する。地表面はその四隅に
それぞれ対応する４つのＸ，Ｙ，Ｚ基準点により
定めることができる。これには、たとえば家屋の
側面、湖、道路、川などが含まれる。細部を非常
に正確に表すために、方位と仰角のそれぞれで１
度の増分ごとの映像を表す一連の映像でもつて三
次元のマルチビユー物体を格納できる。それら
は、３つの基準点（すなわち、中心の着地点と、
中心の高さと、方向ベクトルすなわちポインチン
グ・ベクトル）により定めることができる。 自動モードは手動モードとほとんど同様にして
行われる。コンピユータが物体を処理し、制御し
つつ置く。これについては後で説明する。物体は
種類と密度に応じて置かれる。 ＜データベース……ライブラリイ＞ ライブラリイには映像が含まれる。それらの映
像は物体、地表面、特殊効果の基本的な３つの種
類に分類できる。 物体と地表面の場合には、固体表面の物体は二
次元、三次元で一軸、三次元で二軸および光源に
更に分類できる。物体と地表面をほぼ完全な高忠
実度で光デイスクに記録する方法を第４図および
第５図に示す。 それらの図について次に詳しく説明する。 ＜物体……二次元＞ 前記したように、岩、木、やぶ、低い木などの
ような自然界に見られるほとんどの物体は、十分
な現実感をもつて二次元で表すことができる。希
望のシミユレーシヨンで用いられる平均アスペク
ト角で物体の写真が撮影される。高度が変ると物
体は基準点間で変換され、見込み角に応じて高く
なつたり、低くなつたりする。木立およびやぶの
場合には、物体の表面は、飛行経路中ずつと観察
者に垂直なままであるが、経験上これは目立たな
いことが判明している。他の物体に対する物体の
関係と、寸法および寸法の変化に加えて、その関
係が変化する速さは奥行きを示す。二次元物体に
対しては、１つの写真を光デイスクのトラツクに
格納でき、適切な回転、寸法および位置を得るた
めにねじ曲げ操作により処理できる。 ＜物体……三次元で一軸＞ ある物体がフライオーバーされるものとする
と、その物体に対する視角は90度変化する。この
場合には、シミユレーシヨンには鉛直軸のまわり
の一連の写真を更に要することがある。 ＜物体……三次元で二軸＞ 三次元で二軸の物体すなわち表面は３種類の手
法で扱うことができる。第１に、方位と仰角の双
方で１度という小さい増分ごとの一連の写真を格
納することである。これは強力な表現技術であつ
て、物体が高い表面忠実度を要する細部を有する
時に極めてうまくゆく。ヘリコプタ、タンク、家
屋のような大きな物体のモデルを２つの非常に精
密な回転台上で回転させ、各設定ごとに物体を撮
影することにより精密な増分の写真を得ることが
できる。三次元物体を発生する第２の方法は、第
３図に示されている家のように、物体を小さな表
面に分けることにより行われる。この図に示され
ているような家はビデオ表示器では一連の光景内
で種々の斜視像で見ることができるが、コンピユ
ータを用いなければ、物体全体の映像に組合わせ
ることはできない。側面は分離され、ねじ曲げ技
術により組立てられる。このやり方により、いく
つかの写真と近似寸法から多くの物体を構成でき
る。第３の方法は丘のような大きい物体に適用で
きるもので、一連の一定の高さの所で、物体を30
度間隔のような比較的大きい間隔で全方位から写
真撮影することである。たとえば、ほとんどのシ
ミユレーシヨンに対しては１つの高度、典型的に
は15度を使用でき、物体の周囲を30度おきに撮影
した一連の写真が適切であることが見出されてい
る。 ＜物体……光源＞ 光源はメモリに格納されている一連の点から並
べられ、ねじ曲げアルゴリズムが正常な画面を乗
物から見たものへねじ曲げる。このやり方は非常
に良く機能し、実演用の着陸テープを作るために
用いられている。 ＜特殊効果＞ 特殊効果に関しては、半透明の物体または画像
に煙、霧、陰、ほこり、もやを生じさせることに
より光景に現実感が更に与えられる。それらの物
体は輪郭、形および透過率を決定するマスクとし
て格納できる。マスクは物体と特殊効果の組合せ
のバランスを決定する。他の変量が特殊効果の輝
度または色を制御する。マスクは、特殊効果と、
変量制御が固定されている間における背景との組
合せ比を決定する。この技術は、たとえば、動い
ているタンクの後に舞い上るほこりを発生させる
ために使用できる。ねじ曲げ操作は、動きを生じ
させるために用いられる一連の逐次フレームと、
特殊効果とをひずませるために加えることもでき
る。 したがつて、半透明の物体は静止させることも
できれば、動かすこともできる。特殊効果の物体
は、物体のライブラリイにおける透過マスクに関
して定められている。このことは、物体のライブ
ラリイ内のデータが、背景物体の表示のパーセン
トと、特殊効果の表示のパーセントを次式により
決定する。 ピクセル値（灰色レベル）＝（１−マスク）×｛背
景（灰色レベル）＋（マスク） ×（特殊効果値）−（灰色値）｝ 特殊効果値は特殊効果の灰色の陰を決定する。
これを第６図に示す。静止特殊効果のためのマス
クは白紙の上に灰色調のマーカーを用いて容易に
描くことができる。このようにして、多くの一般
的なまたは特殊な雲、ほこり、煙、もやおよび霧
を慣れない人でも容易に描くことができる。特殊
効果の物体は典型的には二次元２Ｄの物体として
処理される。マスクの組合せをライブラリイに格
納できる。４種類の特別の特殊効果が次のように
して実現される。 ――１ 動く煙 煙のマスクは輪郭と透過率を定めるものであ
つて、写真と、その煙の数学的な諸特性を基に
して技術者により発生される。１番上と１番下
は同じ場所になければならず、第４８図のＡに
示すように同じ幅でなければならない。次に一
連のフレーム（おそらく480のフレーム）が発
生される。各ピクセルは、連続する循環ループ
を生ずるようにフレームが再生される時に、各
ピクセルをＹ軸で１つまたはそれ以上のピクセ
ルずつ増すことができる。これを第４８図のＢ
に示す。次に、各フレームの煙の１番上をそぎ
落して（第４８図のＣ）、煙が大気中に拡散す
る様子に似せる。第４８図のＣに示すようにフ
レームをビデオデイスクに順次記録し、拡散に
似せるために１番上を膨張させ、風速に合わせ
て画像を切り、距離を基にして雲の寸法を定
め、雲を光景内に位置させるために、特殊効果
の処理チヤンネル内のねじ曲げ機能を用いる。 最初の条件パラメータが雲の色または輝度を
セツトする。煙の再生速度は流れる速さを決定
する。 ――２ 動くほこり たとえば、５〜10個のほこり透過マスクを作
ることができる。種々のマスク（１―２、１―
３、……１―10、……９―10）の間の一連の直
線補間により一連のフレームが発生される。そ
れらのフレームはビデオデイスクに記録され
る。特殊効果の処理チヤンネル内のねじ曲げ機
能が正しい遠近位置にマスクを置き、光景内の
寸法と位置を定め、最初の設定条件により色と
輝度を決定する。これが第４９図に示されてい
る。 ――３ 陰 陰はほこりと煙に似た半透明の物体として処
理される。陰のための透過マスクがライブラリ
イ内の画面から発生される。陰の透過を決定す
る１つの灰色レベルに、物体中の全てのピクセ
ルをセツトすることにより、透過マスク、陰を
作ることができる。ゲーミング領域において
は、物体の４つの基準点が地面に投写される。
地面上の新しい点は陰の基準点である。陰、透
過マスクは、陰の基準点を基にして光景に適合
するように、ねじ曲げられる。この手順が第７
図に示されている。 ――４ 輝きときらめき 通常は、輝きときらめきは表面の正常なデー
タである。しかし、CGSI装置においては、物
体がCGI装置の節点データ（nodal data）から
発生されるのでない限り、表面の正常なデータ
は利用できない。輝きときらめきを生じさせる
ために、第８図に関連して次の表１に示される
ように、

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光景認識手段の位置と向きに応動するコンピ
   ユータ制御映像発生装置であつて： 画像を電磁スペクトラム帯で表わした二次元の
   映像フレームを多数有するライブラリイを備える
   とともに、デジタルの三軸の座標系で表わされる
   定められた領域のデータにして、前記座標系にお
   いて前記映像フレームそれぞれが配される場所と
   占める寸法とを定める光景合成データを含む定め
   られた領域のデータを備えるデータベースと： 前記定められた領域の座標系に対する前記光景
   認識手段の場所と視界を定めるための観察データ
   を供給するためのシミユレーシヨン装置と； 前記観察データを受けるためのインターフエイ
   ス装置と、； 前記データベースとインターフエイス装置に組
   合わされ、前記映像フレームのうちのどれが前記
   視界中に含まれるか、およびそれらの映像フレー
   ムそれぞれまでの距離を、前記観察データおよび
   前記光景合成データに基づいて決定し、前記視界
   中に含まれる映像フレームそれぞれの各隅につい
   て、出力光景における座標を前記定められた領域
   の座標系におけるものから計算するための手段を
   含む視界処理装置と； この視界処理装置に接続され、それからデー
   タ、すなわち前記視界中に含まれている前記映像
   フレームについて、その特定と、それまでの前記
   距離と、その各隅についての前記座標とを含んで
   いるデータを受ける制御装置であつて、前記デー
   タベースの前記ライブラリイにも接続された制御
   装置と； この制御装置により制御される処理チヤンネル
   手段であつて、前記制御装置との間に前記データ
   ベースの前記ライブラリイが接続されており、前
   記視界中に含まれている前記映像フレームを対応
   した前記各隅の座標により定まる囲まれたスペー
   スへマツプする処理チヤンネル手段と； この処理チヤンネル手段に接続され、前記光景
   認識手段に最も近い前記視界中に含まれている前
   記映像フレームが、前記視界中に含まれている映
   像フレームのうちのより遠い映像フレームを含む
   ように、前記視界中に含まれている前記映像フレ
   ームの前記距離を基にして、出力光景をデジタル
   ベースで組立てる光景構成装置と を備えたコンピユータ制御映像発生装置。