JPH02216519A - グラフィックス・システム - 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〕 本発明はグラフィックス、システムに関するものである
。

〔従来技術と発明が解決しようとする課題〕ペン様の入
力装置がタブレットを横切る移動を、タブレットに対す
るその入力装置の移動に形状が対応している、スクリー
ン上のパターンに変換するコンピュータグラフィックス
、システムはよく知られている。この基本システムの変
形例は様々知られており、例えば、入力装置を感圧形の
ものとしてパターンの幅が加えられた圧力の関数となる
ようにしたり、あるいは入力装置をいわゆる「マウス」
として平らな表面をボールの上に乗せて横切って移動で
きるようにし、ボールの回転が結果として得られるパタ
ーンの形状を制御するようにしたものがある。

かかるシステムは、ユーザが適切な制御を行う必要があ
る場合は、入力装置の移動に高速応答するものでなけれ
ばならない。表示されている画像に対する変更が、それ
らの変更を生じさせる入力装置の移動から大きく遅れる
と、ユーザは重要な移動／画像変更の視覚的フィードバ
ックを失ってしまうことになろう。

入力装置の移動に対する応答が十分なシステムはあるが
、従来の物理的媒体を用いて作成する画像の表現品質を
十分にエミュレートしないと見做されるシステム特性に
ユーザは依然として不満を感じている。例えば、ソフト
ブラシでペインティングする時に生じるマークの種類は
、ペンやインキを使用する時に生じるものとは全く異な
り、様々な手段は「感じ」が全く異なる。視覚的なアー
トにおけるアーチストの自己表現力は使用する媒体のビ
ヘビアに大きく影響を及ぼされるように思われる。現在
得られているシステムには従来の媒体のダイナミックビ
ヘビアを十分にエミュレートするものがない。

本発明の目的は、上記問題を解決する改良されたコンピ
ュータ、グラフィックス、システムを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の１１
様によれば、本発明のグラフィックス、システムは入力
装置と、表面に対する入力装置の変化を検出する手段と
、入力装置の移動に追従するパターンを表示する手段と
を備え、更に、入力装置の位置の時間に関する少なくと
も一つの微分導関数を定める手段と、そのあるいは各定
められた導関数に応じて、表示されているパターンの特
性を制御する手段とを備えたグラフィックス・システム
が提供される。

上記の定められた導関数は速度（第１の導関数）、加速
度（第２の導関数）、又はより高次の導関数でよい、こ
れらの定められた導関数は、例えば、結果的に得られる
視覚的効果のある形状、幅、濃度、キメ、および色を制
御するのに用いられる。

入力装置の速度や加速度を検出し、表示パターンを制御
するのに用いるのが好ましい。入力装置のシミュレート
された質量およびその加速度を考慮して惰性効果もシミ
ュレートすることもできる。

加速度の変化率をモニターすることによって不定なある
いは「急激な」移動を検出し、かかる移動の結果をシミ
ュレートすることもできる。こうして従来の媒体に独自
の「感じ」を与える特性の多くをシミュレートすること
ができる。

入力装置は３次元情報、すなわち表面上の位置に対応す
るＸ、Ｙ情報および、入力装置の圧力または垂直変位に
対応する情報を供給するものであるのが好ましい、この
場合、速度、加速度等に対応する３つの次元の１つもし
くはそれ以上について、スカラーならびにベクトルの量
を算定して、従来の媒体についてユーザがよく知ってい
る視覚的効果に対応した特別の視覚的効果を得ることが
できる。例えば、ブラシを用いて得られる効果のシミュ
レーションを考慮に入れてスプラッタ（飛散）およびド
リップ効果をシミュレートすることができる。かかる効
果は例えば、連続したサンプリング間隔の間の速度ベク
トルの方向の角度変化のモニターあるいは３次元におけ
る角加速度のモニターにより、所定の閾値を越えた加速
度に応答して、生起させることができる。

上記導関数は、例えば、加速度の場合には加速度計を使
用して直接定めることもできるが、通常はシステムが適
当Ｇごプログラム化されたコンピュータにおいて実現さ
れる時に導関数の計算が行われる。

本発明の別の態様によるグラフィックス・システムは、
入力装置と、表面に対する入力装置の位置の変化を検出
する手段と、入力装置の移動に追従するパターンを表示
する手段と、その上にパターンを描示するシミュレート
された表面の様式を規定するデータを格納する記憶手段
とを含んでおり、上記のパターン表示手段は、入力装置
の移動および格納されたデータに応答して、描示されて
いるパターンに対する、シミュレートされた基表面の効
果をシミュレートするようになっている。

本発明のこの態様は、本発明の前記第１の態様と組合わ
さって有用であるが、更に、パターンが描示されている
表面の傾斜等のような実際的効果を電子的にシミュレー
トすることができる。このように、上記記憶手段に格納
されたデータにより、モデル化している色付けされた媒
体に対する重力の効果を規定することができる一方で、
モデル化できる別の効果は、シミュレートされたインキ
等の予め設けた媒体の厚みの、入力装置の後続バスに対
する効果である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に従って更に詳しく説
明する。

第１図は、方形タブレット１上における、線２に追従す
る感圧入力装置またはペン（図示せず）の移動を概略図
示している。公知の方法においては、Ｘ、Ｙ座標で表さ
れるタブレットに対するペン先の位置がタブレットから
の出力であり、ペン先にかかる圧力がペンからの出力で
あって、第３次元Ｚを示すと見做すことができる。

このように、本システムはＸ、Ｙ、Ｚ座標を与えるが、
これら座標は線２の形状に形状が対応し、ペン先圧力に
関連している幅を有する、モニター（図示せず）のスク
リーン上の線をトレースするのに従来用いられるもので
ある。上記のペンやタブレットのシステムに代わるシス
テムによれば同様の方法で２次元および３次元の情報を
与えて同様のスクリーン効果を生成する。

従来のシステムにおいては、モニター・スクリーンで画
素を１：１で規定するフレーム記憶装置はタブレットか
らの情報で連続的に更新され、その後、従来の方法でモ
ニター表示を制御する。

公知の装置では、得られたスクリーン効果は入力装置の
移動スピードや加速度とは無関係となるようにしている
。システムの応答が比較的緩慢な場合は、システムが入
力装置の移動に「追従」できないというだけでいくつか
のスピードに関連した効果が発現することがある。しか
し、かかる効果は意図されたものでない。

本発明の１つの態様によれば、システムによって少なく
とも１つの時間に関する微分導関数が算定され、入力装
置の移動から得られた画像を調整するのに用いられる。

これは以下に述べる幾通りもの方法で行える。

第２図は本発明の１つの実施例の動作を示すフローチャ
ートを示す、シミュレートされたペンキブラシ等の入力
装置の移動に対応する３次元の入力座標情報５０は、ク
ロック５２からのタイミング信号によって制御される所
定演算処理５１に従って処理される。そのタイミング信
号はｘ、ｙ、ｚ　（サンプリング間隔）の連続評価の間
の周期を定め、そして演算処理５１によってｘ、ｙ、ｚ
の時間に関する第１〜第３導関数が得られる。

３次元空間における絶対位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）（すなわち
、２次元空間における絶対位置（Ｘ。

Ｙ）および圧力値（Ｚ））は、速度５５（第１導関数の
ベクトル和）、加速度５６（第２導関数のベクトル和）
および加速度の変化率５７（第３導関数のベクトル和）
とともに、計算ルーチン５４に供給される。加速度や加
速度の変化率の符号５８．５９も計算ルーチン５４に供
給される。これによって「シート」に対する「ブラシ」
の効果をモデル化することができる。このモデル化はシ
ートに加えられた前のパターンとは無関係に得ることが
でき、あるい３次元フィールドのモデル６１に格納され
た前のパターンを要素に組込むことができる。このモデ
ルを使用すればそのモデルは各計算５４ニ従っテ更新さ
れる。モデルの使用については第３図および第７図に従
って以下に詳述する。

エミュレートすべき媒体、例えばソフト・ブラシおよび
ペンキ、ペンとインキ等はブラシの形状等の各種固定パ
ラメータを規定する媒体ビヘビアのデータベース６０に
おいてモデル化される。フィールドおよび媒体のデータ
ベースは、ブラシを移動させる効果を決定してリアルタ
イムのダイナミック・データベース６２（フレーム記憶
装置）に記録し、モニター・スクリーン等の出力装置６
３に表示するのに適当な画像データを生じさせるデータ
を出力する。

第２図に示す各要素は、ハードワイヤード回路も使用出
来るが、記憶装置を装備した適当なプログラム式コンピ
ュータに通常は搭載される。

第３図はフィールド・モデル６１をして前段階の入力の
結果を基本フィールド・モデルに取り込ませることので
きる計算ルーチン５４の動作を示す。

例えば、アーチストのイーゼルの位置に対応する所定の
角度で垂線に対して傾斜した平らな紙面に対応して、予
め規定した３次元フィールド・モデル６１を確定し、格
納することができる。入力装置の位置、速度等に関する
情報はフィールド変換用計算ルーチン５４に与えられ、
このルーチン５４は、予め規定した３次元フィールド・
モデル６１と媒体ビヘビアデータ６０とを考慮して所望
の効果、例えば、シミュレートした用紙の下端の方向へ
のペンキのスリップを生じさせ、変換されたベクトルお
よびスカラーを相応に出力する０図示の実施例において
は、変換された出力はフィールド・モデル６１にフィー
ドバックされて、予め規定されたモデルを更新し、これ
によって２次元の入力に以前の入力の影響を及ぼすこと
ができる。例えば、厚い水平なペンキ層はその上にある
垂直なペンキ層のスリップに影響を及ぼし得るものであ
り、このことは更新されたフィード・モデルにおいて考
慮されることができる。しかし、フィールド・モデルを
このようにしてフィードバック入力によって更新する必
要はない。

ここで第４図について説明する。この図は、本発明によ
って得ることのできるグラフィック効果の一例を示すも
のである。入力装置は、太線で示す経路に沿って移動さ
せられる。この移動は最初は点４から点５にかけて直線
的であり、その後、方向を急転換し、その次に入力装置
は先ず直線を辿り、その後に湾曲路に沿って進む。線６
は連続したタイミング間隔（各タイミング間隔は所定数
の位置サンプリング間隔に対応するものでよい）での入
力装置の位置を示している。このように、経路に沿った
隣接線６の間のスペースはスピードと共に増大し、また
隣接線６の間のスペースや相対的な傾斜の変化は加速度
の目安となる。第４図に示す例においては、システムは
「ペンキ」の円形形状にセットアツプされており、その
円形形状のサイズは一速度と共に大きくなる。これはヘ
ビーロードのドリップ・ブラシあるいは万年筆で得るこ
とのできる種類の効果と同等である。（所望の効果に応
じて、幅／速度の関係を逆転して結果としてのパターン
が速度の増大に応じて薄くなるようにすることができる
。またこの関係は正比例である必要がない。）本システ
ムはまた、例えば、点５においてヘビーロードのブラシ
が急激減速されると起こるような飛散効果（スプラッシ
ュ効果）をシミュレートするようにもセットアツプされ
る。入力装置は点４から点５に到るにつれて滅達された
。そしてこのようにスプラッシュ効果７は入力装置の初
期移動方向に合致する。このスプラッシュ効果が得られ
るのは計算された加速度が、媒体ビヘビア・データ６０
によって定められたプリセット閾値を越えた場合である
。

第５図は第４図に関連したシステム動作で得られる結果
を示す０図示の如く、スプラッシュ効果は加速度方向に
直交する線上に位置する３個のドリップ（６５で示す）
として示されている。

第６図は特別の効果を得る方法を示す。急加速される、
ロードされたソフトブラシはブラシの形状が加速度と共
に変化するにつれて惰性効果を示す。加速度およびまた
は圧力の、ブラシの毛の屈曲に対する効果は媒体データ
ベースにおいてモデル化できる。第６図において、入力
装置は点８から点９にかけての直線経路、点９から点Ｉ
Ｏにかけての湾曲路、次に点ｌＯから点１１への直線路
に沿って移動したと想定されている。先頭の円形セクタ
ーおよび後尾の三角形セクターから形成された形状１２
は、間のスペースがスピードに依存している間隔で「ペ
イント」される。このようにスピードは大体一定である
が、速度は変化する。入力装置が加速して点９から点ｌ
Ｏにかけてのカーブの回りを移動するにつれて形状１２
の後端は線９，１０から外へ振れる。この形状は外に振
れる度合いは、速度のベクトルおよび恐らくは入力装置
に加えられる圧力に直交する加速度の関数である。この
様に、ヘビーロードのソフト・ブラシの惰性効果をシミ
ュレートすることができる６表示されるパターンは一連
の形状１２とすることができ、あるいは形状１２で掃引
される線１３．１４で示す包結線を埋めることができる
。

本発明のシステムで得るこのできる効果の別の例を第８
図、第９図にもとづいて以下に説明する。

この例においては、楕円形ブラシをシミュレートし、加
速によるスプラッシュ効果をモデル化する。

先ずステップ７０においては、媒体ビヘビア・データベ
ース６０を、比例定数ＤＩ、　Ｋおよび閾値Ｄ２．ＶＣ
等の固定パラメータでロードする。動作中、計算手順５
１　（第２図）が開始され、これは、ペンがその上を移
動させられるタブレットから現在の座標ｒＸ、ＩＹを定
めることにより開始し、またペンの状態を決定する。（
ステップ７１）、これらの座標はクロック５２によって
定められる連続した、等間隔の時間間隔でサンプリング
される。前のＸ座標（ＯＬＤＩＸ　）はステップ７２に
おけるレジスタから得られ、そして２つのＸ座標間の単
位時間当たりの差が定められ（ステップ７３）、Ｘ速度
（ＡＣＸ）が得られる。同様にして、前のＹ座標（ＯＬ
ＤＩＹ　）がレジスタから得られ（ステップ７４）、単
位時間当たりのＹ座標間の差がステップ７５においてＸ
速度（ＡＣＹ）を規定するように定められる。八ＣＸ、
　ＡＣＹの符号が調べられ、それら各々正でありかつＡ
ＣＸ、ＡＣＹ共に閾値ｖＣ３を越えていれば（ステップ
７６）、色指標が１だけ増大される。この色指標は媒体
データベース７０に格納されて、色指標値が増すつれて
比較的暗い色から極めて明るい色へ輝度の点で段階のつ
いた、あるいは完全に人工的の色の組合せでよい一連の
相違った色を規定する。この手順の効果は、ペンの移動
が速くなればなる程、色がそれだけ明るくなることであ
る。

ステップ７７において、速度ＡＣＸ、＾ＣＹの符号が両
方共食であるがＡＣＸ、　ＡＣＹは依然として双方共に
閾値比を越えていれば、色指標は１だけ減じられる。

速度レジスタは各サンプリング間隔に現在の速度で更新
されるのでステップ７８においては前のＸ速度がレジス
タから読み出され、単位時間当たりの現在のＸ速度が、
格納される加速度変数ＡＣＡＣＸを規定するように（ス
テップ７９）定められる。同様にして前のＸ速度がレジ
スタから読み出され（ステップ８０）、現在のＸ速度と
前のＸ速度との単位時間当たりの差が、Ｙ加速度度数Ａ
ＣＡＣＹを規定するために定められる（ステップ８１）
。

ペン状態が、スプラッシュ効果が望まれることを示す非
ゼロであれば（ステップ８２）、ステップ８３において
はＸ加速度が閾値口２を越すか否かが判定され、もし越
していれば、Ｘ方向における第２ドリツプの位置が定め
られる。この距離はＸ速度に比例していると判定され、
その比例定数は予め格納された値にである。

同様にして、ステップ８４においては、Ｙ加速度は閾値
Ｄ２と比較され、Ｙ方向における第２ドリツプの変位が
定められる。

ステップ８４に続いて、あるいは適当であればステップ
８２に続き、ステップ８５が実行される。このステップ
においてはブラシからの主スポットまたは１次ドリップ
のサイズが定められる。このサイズはＸ、Ｙ速度の値に
応じてダイナミックに変動し得、主軸をそれぞれＤｉ　
ＡＣＸ、ＤＩ　ＡＣＹのｘ、　Ｘ方向にした楕円として
規定される（第９図）。

ステップ８６においては、１次および２次ドリップの中
心の座標が定められ、リアルタイムのダイナミック・デ
ｉタペースがそれに応じて更新されるので１次、２次ド
リップに対応する画素が適当な時間遅延でロードされ、
その結果、１次および２次ドリップが連続的にモニター
６３に表示される（ステップ８７）。

最後に、Ｘ、Ｙ座標の速度と加速度とを記録する各種レ
ジスタが更新され（ステップ８８）、処理はステップ７
１へ戻る（ステップ８９）。

第９図は１次ドリップ９０と３つの２次ドリップ９１の
ｉｍとの代表的形式を示している。１次ドリップ９０の
寸法は第９図に規定されており、Ｙ軸からの２次ドリッ
プ９１の変位も規定されている。この場合、ステップ８
３においてはすでに、Ｘ方向の加速度変数がＤ２を越え
、かつＹ方向の加速度変数がＤ２を越していないことが
解っている。従って、２次ドリップ９１はＹ方向には変
位していない。

第９図から同様に明らかな如く、比例定数のサイズを変
更しかつＸ、Ｙ方向の１次ドリップ９０のサイズを規定
するために様々な比例定数を使用することにより様々な
効果を得ることができる。

ここで第７図を参照すれば、この図は、第３図にもとづ
いて説明した対話式モデル化技法によって得ることので
きる効果を示している。ｘ、ｙで規定された平面上の水
平紙面（予め規定された３次元フィールドモデル）から
始めるとすれば、入力装置の各動作がそのモデルに加わ
ることになり、数層の材料を形成している３次元表面を
規定することができる。かかる表面は第７図において、
Ｘ軸に平行な線１６に沿って水平表面を裁断するそれぞ
れの平面上にある線１５で示される。線１５は形成され
た層の厚みを誇張したものである。この表面の各部分に
は、その形成に到った入力に応じた表面のキメが割当て
られる。ここでキメというのは「滑度」、すなわち、次
の与えられた層が表面上を揺動する傾向を限定している
。入力装置を、形成された表面上の点Ｉ８に対応する点
１７に置くと、点１８におけ°る表面の水平に対する傾
斜角度を計算できかつ結果として得られた画像を、点１
８に沈澱させた材料が表面の傾斜とキメとに首尾−環し
た態様にて、形成された表面を滑り落ちるかのように調
整することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ペン
キ等の流動材料のビヘビアに類似した効果をシミュレー
トすることができる。流動材料の粘度は勿論媒体データ
ベースにおいてモデル化される。これは入力装置の速度
や加速度に関連したドロップやスプラッシュの効果の結
果として比較的大量の「ペンキ」を導入する場合に重要
となり得る。

以上述べたものに対する異なる効果、例えば、速度に依
存したキメ、速度に依存した色、等々を得ることができ
る。これらの効果は従来の媒体に見られる効果を必ずし
もエミュレートするものでなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は感圧入力装置から得られる３次元スカラーおよ
びベクトルのフィールドを示し、第２図は本発明の実施
例の動作モードを示すフローチャート、 第３図は第２図の実施例におけるフィールドモデル化を
示すフローチャート、 第４図は第２図の実施例から得られ、所定効果を生じさ
せるベースとなるデータを示し、第５図は第２図の実施
例を用いて生じさせることのできる効果を示し、 第６図は第２図の実施例を用いての惰性効果の発生を示
し、 第７図は３次元フィールドのデータベースを与える３次
元モデル化を示し、 第８図はこのゲラフックス・システムの動作モードの一
例を示すフローチャート、 第９図は第８図のフローチャートに従って動作させた時
にシステムが生じさせる「ドリップ」の発生を示す。 図において、 １・・・入力装置、 ２・・・線、 ３・・・太線、 ４・・・点、 ５・・・点、 ６・・・隣接線、 ７・・・スプラッシュ効果である。 図面の浄書（内容に変更なしン 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 事件の表示 平成１年特許願第２５７９８０号 発明の名称 グラフィックス・システム 補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 日 ＆　補正の対象 （１）委任状 （２）図面 ７、補正の内容 （１）　　別紙の通り （２）　　図面の浄書（内容に変更なし）８、添附書類
の目録 （１）　　委任状及び訳文 （２）浄書図面 各１通 １通 氏名　ステイーブンブライアンライラン４、代理人 住所　〒１０５ 東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力装置と、表面に対する該入力装置の位置の変化
   を検出する手段と、該入力装置の移動に追従するパター
   ンを表示する手段とを備え、更に、該入力装置の位置の
   時間に関する少なくとも一つの微分導関数を定める手段
   と、そのあるいは各定められた導関数に応じて、表示さ
   れているパターンの特性を制御する手段とを備えたグラ
   フィックス・システム。 ２、前記入力装置の位置を定める手段が、該入力装置の
   変位を規定する第１および第２の要素と、表面に該入力
   装置を当てる圧力又は該入力装置が表面から離れる変位
   を規定する第３の要素とを備えた請求項の１に記載のグ
   ラフィックス．システム。 ３、前記入力装置の位置の時間に関する少なくとも一つ
   の微分導関数を定める手段は、該入力装置の位置を規定
   する要素の一つ以上の導関数を計算できるようになって
   いる、請求項の１または２に記載のグラフィックス．シ
   ステム。 ４、前期定められた導関数により、表示されているパタ
   ーンの形状、幅、濃度、キメ、および色のうち少なくと
   も一つを制御する、請求項の１から３のいずれか１項に
   記載のグラフィックス．システム。 ５、表面に対する該入力装置の加速度が定められ、又、
   表示されているパターンの特性を制御する前記手段は、
   該加速度が閾値を越えているか否かを判定し、越えてい
   る場合には、スプラッシュ効果を表示させる、請求項の
   １から４のいずれか１項に記載のグラフィックス．シス
   テム。 ６、入力装置と、表面に対する該入力装置の位置の変化
   を検出する手段と、該入力装置の移動に追従するパター
   ンを表示する手段と、その上にパターンを表示する、シ
   ミュレートされた表面の形式を規定するデータを格納す
   る記憶手段とを備え、該パターンを表示する手段が該入
   力装置の移動と格納されたデータとに応答して、描示さ
   れているパターンに対応する基面の効果をシミュレート
   するようになっている、グラフィック．システム。 ７、格納されたデータにより、予め設けたシミュレート
   された色媒体の厚みをシミュレートする、請求項の６に
   記載のグラフィックス．システム。