JPH0241785B2 - - 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つの例
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
かを決定するのが、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像」（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像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境界を定める点の形
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。 正確な照度と針視像も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
照明度で表示でき、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、索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
を含むものである。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 本発明の目的は、コンピユータ映像発生装置に
用いるに適する部分ピクセルマツピングの方法を
提供するにある。この方法は、以下の次の各頁、
すなわち、＜直線ねじ曲げ技術＞、＜補間＞、＜直
線ねじ曲げ技術の実現＞、＜斜視ねじ曲げ技術＞
に詳述されている。本発明による部分ピクセルの
マツピングは、直線的なマツピングおよび非直線
的（例えば斜視的）なマツピングの双方に適用で
き、その方法の特徴は入力ピクセルを出力ピクセ
ルに変換するのに寸法係数のパラメータを利用す
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・シミユレ
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。この光景は、ヘリコプタ・シミユレータの
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ミユ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
は距離その値の希望のパタ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視化された画面から
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図のブロツク図は次に参照する。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は下に簡単に説明し、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／出力もシミユレーシヨンできる。 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。この機能の出力は光
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、
特殊効果の処理チヤンネルへ送られる。制御装
置により実行される主な機能な、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に指令
することである。制御装置の機能は、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
＞ このライブラリイは光景の構成に用いられる
映像を格納する。制御装置は、処理チヤンネル
へ送られる映像の選択を指令する。ライブラリ
イ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１度
に処理する。処理チヤンネルは複数のより小さ
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
により発生された高周波縁部はガウス関数によ
り滑らかにできる。この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
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が加えられ
る。特殊効果モジユール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
ス自体に似て、ライブラリイのハードウエアと
ゲーミング領域データのハードウエアとの２つ
のサブシステムに分離できる。ライブラリイの
ハードウエアは形象を高忠実度で発生し、それ
を光デイスクに格納する。ゲーミング領域デー
タのハードウエアは、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。それらの映像は光デ
イスクへ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一度
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
度の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４
９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 入力映像における入力ピクセル・ラインの入
   力ピクセルを、出力映像における出力ピクセル・
   ラインの出力ピクセルへ、マツピングする方法で
   あつて： (a) 前記入力ピクセル・ラインおよび前記出力ピ
   クセル・ラインについて対応するそれぞれのス
   タート点およびストツプ点を決定し； (b) 次の出力ピクセルの完成に利用できる入力ピ
   クセルの数（小数部分を有する数である場合を
   含む）をINSEGで表し、次の出力ピクセルの
   完成に必要とされる入力ピクセルの数（小数部
   分を有する数である場合を含む）をOUTSEG
   で表し、前記出力ピクセルの１つを形成するの
   に必要とされる入力ピクセルの割合を
   INSFACで表すこととし； (c) 前記入力ピクセル・ラインおよび前記出力ピ
   クセル・ラインの始点においてINSFACを決
   定し； (d) INSEGを１に、OUTSEGをINSFACに、そ
   れぞれイニシヤライズし； (e) 利用できる入力ピクセルの有無を決定し、も
   しなければステツプ(a)へ戻り； (f) INSEGとOUTSEGとの比較により、もし、
   INSEGがOUTSEGより小さければステツプ(l)
   へ進み； (g) INSEGからOUTSEGを減じて得た値に、
   INSEGをセツトし； (i) OUTSEGに現在のピクセル値を乗じて得た
   値をアキユムレータに加え； (j) INSFACの値に、OUTSEGをセツトし； (k) アキユムレータの内容をINSFACで除して
   得た値を前記出力ピクセル・ラインのための出
   力ピクセル値として発生し、アキユムレータを
   クリヤし、ステツプ(f)へ戻り； (l) OUTSEGからINSEGを減じて得た値に、
   OUTSEGをセツトし； (m) INSEGに現在のピクセル値を乗じて得た値
   をアキユムレータに加え； (n) １にINSEGをセツトし、ステツプ(e)へ戻る
   ステツプと を備える、入力映像における入力ピクセル・ライ
   ンの入力ピクセルを、出力映像における出力ピク
   セル・ラインの出力ピクセルへ、マツピングする
   方法。 ２ 入力映像における入力ピクセル・ラインの入
   力ピクセルを、出力映像における出力ピクセル・
   ラインの出力ピクセルへ、マツピングする方法で
   あつて： (a) 前記入力ピクセル・ラインおよび前記出力ピ
   クセル・ラインについて対応するそれぞれのス
   タート点およびストツプ点を決定し； (b) 次の出力ピクセルの完成に利用できる入力ピ
   クセルの数（小数部分を有する数である場合を
   含む）をINSEGで表し、次の出力ピクセルの
   完成に必要とされる入力ピクセルの数（小数部
   分を有する数である場合を含む）をOUTSEG
   で表し、前記出力ピクセルの１つを形成するの
   に必要とされる入力ピクセルの割合を
   INSFACで表すこととし； (c) 前記入力ピクセル・ラインおよび前記出力ピ
   クセル・ラインの始点においてINSFACを決
   定し； (d) INSEGを１に、OUTSEGをINSFACに、そ
   れぞれイニシヤライズし； (e) 利用できる入力ピクセルの有無を決定し、も
   しなければステツプ(a)へ戻り； (f) INSEGとOUTSEGとの比較により、もし、
   INSEGがOUTSEGより小さければステツプ(l)
   へ進み； (g) INSEGからOUTSEGを減じて得た値に、
   INSEGをセツトし； (h) INSFACを更新し； (i) OUTSEGに現在のピクセル値を乗じて得た
   値をアキユムレータに加え； (j) INSFACの値に、OUTSEGをセツトし； (k) アキユムレータの内容をINSFACで除して
   得た値を前記出力ピクセル・ラインのための出
   力ピクセル値として発生し、アキユムレータを
   クリヤし、ステツプ(f)へ戻り； (l) OUTSEGからINSEGを減じて得た値に、
   OUTSEGをセツトし； (m) INSEGに現在のピクセル値を乗じて得た値
   をアキユムレータに加え； (n) １にINSEGをセツトし、ステツプ(e)へ戻る
   ステツプと を備える、入力映像における入力ピクセル・ライ
   ンの入力ピクセルを、出力映像における出力ピク
   セル・ラインの出力ピクセルへ、マツピングする
   方法。