JPH04302381A - 高速画像生成装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、注視領域高精細表示手
法による高速画像生成装置に関するものである。

【０００２】更に詳述すれば、本発明は、ＣＧ（コンピ
ュータ・グラフイックス）における画像生成において、
人間の視覚特性を利用することにより、その生成処理の
高速化を計ったものであり、高速な画像生成が必要な分
野、例えば、ＣＧによるリアルタイム・シミュレーショ
ン、リアルタイム・アニメーション等、また、通常のテ
レビの５倍の画素データ量を持つハイビジョンなどの高
精細モニタ用のＣＧに利用できる高速画像生成装置に関
するものである。

【０００３】

【発明の概要】一般に、高精細なＣＧ画像を生成するに
は計算処理時間がかかり、特にモニタ画面全体を高精細
に表示するには膨大な時間がかかる。

【０００４】本発明に係る高速画像生成装置においては
、人間の視覚特性、すなわち、最初に全体像を大まかに
視野に入れ、そこから自分の興味の対象となるある一部
のものを注視して良く見ようとする人間の視覚認識行動
を利用し、当該注視領域のみを高精細に画像生成し、そ
の他の非注視領域は非高精細であるが高速画像生成し、
かつ、人間が認識する自然画像と比べ違和感のない画像
を高速に生成するものである。

【０００５】

【従来の技術】近年のＣＧ技術の進歩は、自然映像と変
わらないリアルな画像、自然画像にない魅力的で迫力の
ある画像の生成を可能にしたが、その画像生成において
非常に時間を要する。

【０００６】この種のＣＧ技術による画像生成を述べた
文献として、ＣＧ画像生成において物体毎にレンダリン
グ手法（ワイヤーフレーム法、フラットシェーディング
法など）を変えることで画像理解しやすくなるとの論文
報告があるが、注視領域を利用したものではない。

【０００７】なお、画像処理において注視領域以外を画
像圧縮して表示する論文報告があるが、ＣＧ技術の利用
ではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来から画
像生成に関する種々の高速化技術の研究が行なわれてき
ているが、それらはハードウェアの高速化やレンダリン
グの高速化などによるものであり、人間の視覚特性を取
り入れることによる自然な視覚認識を利用した画像生成
高速化手法ではない。

【０００９】すなわち、最初に全体像を大まかに視野に
入れ、そこから自分の興味の対象となるある一部のもの
を注視して良くみようとする人間の視覚認識行動を利用
し、人間が認識する自然画像と比べ違和感のない画像を
高速に生成する装置が必要とされる。

【００１０】よって本発明の目的は、ＣＧ技術により画
像生成を行うに際して、人間の視覚特性を利用すること
により、人間が認識する自然画像と比べ違和感のない画
像の高速生成を可能にした高速画像生成装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンピュータ
画像処理により画像生成を行う装置において、モニタ画
面上の注視領域を特定する領域化手段と、当該領域化さ
れた区分の内外領域において処理すべき画像の精細度を
決定する精細度設定手段とを備え、前記注視領域につい
ては高精細に画像生成し、その他の非注視領域について
は非高精細な高速画像生成を行うものである。

【００１２】また本発明の実施例では、コンピュータ・
グラフィックス（ＣＧ）における画像生成において、レ
ンダリング（モニタ画面の各画素の色付け）する領域区
分方法として、コンピュータのモニタ画面（１０−１３
）上の注視点を中心とした固定半径方式の円形（図２）
または拡大半径方式の円形（図３）で、または注視点が
ある物体形状（図６）で領域化することを特徴とし、さ
らに、内外各領域のレンダリングの精細度を区分する方
法として、画素単位の大きさを中心領域から周辺領域へ
漸次大きくしてレンダリングする手法（図７）、中心領
域から周辺領域へレンダリング手法を高精細のものから
高速のものに漸次変えて行なう手法（図８）、または、
それらの両者を組み合わせる手法（図９）を用いたコン
ピュータ・グラフィックスの高速画像生成装置を構成し
ている。

【００１３】

【作用】本発明に係る高速画像生成装置においては、人
間の視覚特性、すなわち、最初に全体像を大まかに視野
に入れ、そこから自分の興味の対象となるある一部のも
のを注視して良く見ようとする人間の視覚認識行動を利
用し、当該注視領域のみを高精細に画像生成し、その他
の非注視領域は非高精細であるが高速画像生成し、かつ
、人間が認識する自然画像と比べ違和感のない画像を高
速に生成するものである。

【００１４】

【実施例】本発明の具体的な実施例を説明する前提とし
て、本発明の原理的説明を以下に行う。

【００１５】本発明に係る高速画像生成装置においては
、人間の視覚特性、すなわち、最初に全体像を大まかに
視野に入れ、そこから自分の興味の対象となるある一部
のものを注視して良く見ようとする人間の視覚認識行動
を利用し、当該注視領域のみを高精細に画像生成し、そ
の他の非注視領域は非高精細であるが高速画像生成し、
かつ、人間が認識する自然画像と比べ違和感のない画像
を高速に生成するものである。

【００１６】まず、注視領域の区分方法について説明す
る。

【００１７】図１に示すように、注視点を中心とした円
形で領域化する方法、または図６に示すように注視点が
ある物体形状で領域化する方法を用いる。

【００１８】図１に示した注視点を中心とした円形で領
域化する方法とは、人間の視覚特性に適した円形の注視
領域を利用する方法である。視線の動きにより、その円
形領域の大きさを次のように、２種類の方式から効率的
に選択できるようにする。

【００１９】■固定半径方式 図２に示すように、注視時間の長短に拘らず、予め与え
られた半径の円形で領域化するものであり、視線の動き
の多い時に用いる。

【００２０】■拡大半径方式 図３に示すように、注視時間とともに円形の半径を拡大
させていく方式であり、視線の動きが小さい凝視時に用
いる。

【００２１】また、円形領域をレンダリング（モニタ画
面の各画素の色付け）する方法として、図４に示すスキ
ャン方式、および図５に示す螺旋スキャン方式を用いる
。この螺旋スキャン方式は、上記の拡大半径方式（図３
）に適している。

【００２２】次に、注視点がある物体形状で領域化する
方法（図６）について説明する。

【００２３】図２の（２）に示すように、物体が前後方
向に複数個近接して存在する時など、注視点を中心とし
た円形の範囲に入っている物体でも注視物体以外の物体
を高精細表示するとかえって認識しづらい場合があるこ
とを考慮し、図６に示すように、注視点がある物体形状
のみを高精細表示するものである。これは、ＣＧ画像生
成に用いられる画像データが物体毎に階層的に関係づけ
られていることを利用するものである。

【００２４】次に、精細度の区分方法について説明する
。

【００２５】上記の方法で注視領域を区分した後、各領
域の精細度の区分を次のように行なう。

【００２６】１）図７に示すように、画素単位の大きさ
を区別する方法による。

【００２７】レンダリング手法としては単一の手法を使
用するが、画素単位の大きさについては注視点近傍の高
精細領域では小さく（例えば１ピクセルを画素単位とす
る）、注視点から離れるほど画素単位を大きく（例えば
４，９，１６ピクセルを画素単位とする）する手法を用
いる。

【００２８】２）図８に示すようにレンダリング（色付
け）手法で区分する方法による。

【００２９】注視領域には高精細なレンダリング手法を
、非注視領域には比較的に高精細ではないが高速のレン
ダリング手法を用いる。

【００３０】高精細なレンダリング手法としては、レイ
トレーシング法，ラジオシティ法，フォングシェーディ
ング法などがあり、高速なレンダリング手法としては、
グーローシェーディング法，フラットシェーデイング法
などがある。

【００３１】３）上記１）と２）を組み合わせた方法に
よる。すなわち、図９に示すように、画素単位の大きさ
とレンダリング手法の組合せによる。

【００３２】前述の１）と２）の手法を組み合わせるこ
とにより、新たな効果を狙う方法である。

【００３３】すなわち、注視領域の内外でレンダリング
手法が異なることにより生じる色付けのギャップを防ぐ
ことが可能であり、また、面積当りの画像生成処理時間
をモニタ画面の各場所で同一にする効果があり、画像生
成表示を自然に行なうことができる。

【００３４】次に、図１０および図１１，図１２を参照
して、本発明の一実施例を説明する。ここで図１０は、
注視領域高精細表示手法による高速画像生成装置全体の
一実施例を示すブロック図、図１１，図１２は注視領域
高精細表示手法による高速画像生成の手順を示すフロー
チャートである。

【００３５】図１０に示したブロック図において、１０
−１はＲＯＭであり、コンピュータの立ち上げ処理プロ
グラムなどをストアする。

【００３６】１０−２はＲＡＭであり、プログラム，デ
ータ処理などのワークエリアとして用いる。

【００３７】１０−３は外部インターフェースであり、
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ＲＳ２３２Ｃなどの外部インターフ
ェースを用いる。

【００３８】１０−４はＣＰＵ（コンピュータの中央演
算装置）であり、注視領域の計算処理およびレンダリン
グ（色付け）計算処理等々を行う。

【００３９】１０−５は内部インターフェースであり、
ＶＭＥ　　Ｂｕｓなどの内部インターフェースを用いる
。

【００４０】１０−６はディスプレイ・リスト・バッフ
ァであり、ＣＰＵで生成されたディスプレイ・プログラ
ムをストアする。

【００４１】１０−７はディスプレイ・プロセッサであ
り、ディスプレイ・プログラムの内容を解釈し、次のラ
スタ，テキスト処理などを行う。

【００４２】１０−８はグラフィック・プロセッサであ
り、隠線・隠面処理などの３次元画像生成処理を行う。

【００４３】１０−９はフレーム・バッファであり、デ
ィスプレイの各点に対する色情報をストアする２次元メ
モリを用いる。

【００４４】１０−１０はディスプレイ・コントローラ
であり、ディスプレイの同期信号に合わせて、フレーム
バッファの内容を読み出し、ビデオ信号を制御する。

【００４５】１０−１１はカラールックアップ・テーブ
ルであり、ディスプレイで使用する色のテーブルを記憶
させてある。

【００４６】１０−１２はＤ／Ａ変換器であり、ビデオ
信号をディジタルからアナログに変換する。

【００４７】１０−１３はカラーディスプレイであり、
ＣＰＵで計算処理した結果を出力する。

【００４８】１０−１４はキーボードであり、文字・数
字などを入力する。

【００４９】１０−１５はマウスであり、手の動きによ
る座標情報を入力する。

【００５０】１０−１６は注視点検出装置であり、眼球
位置検出装置１０−１７より得られた眼球位置データと
頭部姿勢検出装置１０−１８より得られた頭部の中心位
置，傾きデータより、観察者の視線方向を計算し、モニ
タ画面のどの位置に注視点があるかを計算処理する。

【００５１】１０−１７は眼球位置検出装置であり、目
に赤外線等を照射し、白目と黒目からの反射率の違いか
ら眼球の位置を検出する。

【００５２】１０−１８は頭部姿勢検出装置であり、頭
部に超音波センサーなどを取り付け頭部の中心位置，傾
きなどを検出する。

【００５３】次に、本実施例の動作説明を行う。

【００５４】１）眼球位置検出装置１０−１７および頭
部姿勢検出装置１０−１８を装備した観察者がモニタ画
面を注視する（ステップＳ１）。

【００５５】２）眼球位置検出装置１０−１７では、目
に赤外線等を照射し、白目と黒目からの反射率の違いか
ら眼球の位置を検出するなどを行なう（ステップＳ２）
。

【００５６】３）頭部姿勢検出装置１０−１８では、頭
部に取り付けた超音波センサーなどから頭部の中心位置
，傾きを検出するなどを行なう（ステップＳ３）。

【００５７】４）注視点検出装置１０−１６では、眼球
位置検出装置１０−１７から得られた眼球位置データと
頭部姿勢検出装置１０−１８から得られた頭部の中心位
置，傾きデータより観察者の視線方向を計算し、モニタ
画面のどの位置に注視点があるかを計算処理する（ステ
ップＳ４）。

【００５８】５）次の３種類の注視点領域区分処理のう
ち適当な方法を選択し、モニタ画面の領域化を行なう。

【００５９】■注視点を中心とした固定半径方式の円形
で領域化する方法（図２）（ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ８
）。

【００６０】■注視点を中心とした拡大半径方式の円形
で領域化する方法（図３）（ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ９
）。

【００６１】■注視点がある物体形状で領域化する方法
（図６）（ステップＳ６，Ｓ１０）。

【００６２】６）次の３種類の精細度区分処理のうち適
当な方法を選択し、モニタ画面のレンダリングの区分を
行なう。

【００６３】■画素単位の大きさを区分する方法（図７
）（ステップＳ１１）。

【００６４】■レンダリング（色付け）手法で区分する
方法（図８）（ステップＳ１２）。

【００６５】■画素単位の大きさとレンダリング手法の
組合せ（図９）（ステップＳ１３）。

【００６６】７）以上の注視領域区分処理，精細度の区
分処理に従い画像を生成し、モニタ画面に出力する（ス
テップＳ１４）。

【００６７】以上に示す注視領域高精細表示手法により
、画像生成を高速に行なうことが出来る。

【００６８】

【発明の効果】本発明は、ＣＧにおける画像生成におい
て、人間の視覚特性を利用することにより、その生成処
理の高速化を計ったものであり、高速な画像生成が必要
な分野、例えば、ＣＧによるリアルタイム・シミュレー
ション、リアルタイム・アニメーション等、また、通常
のテレビの５倍の画素データ量を持つハイビジョンなど
の高精細モニタ用のＣＧに利用することにより作業効率
を向上できるため、ＣＧソウトウェアの試作が容易にで
き、その内容確認の効率が上がるために、結果として、
より魅力的なＣＧソウトウェアの制作が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】モニタ画面内にある注視点を中心とした円形で
画面を領域化する方法の説明図である。

【図２】注視点を中心とした固定半径方式の円形で領域
化する方法（左から右へと時間が経過しているが、注視
点（図中の星印）が移動しても高精細領域の範囲が一定
）の説明図である。

【図３】注視点を中心とした拡大半径方式の円形で領域
化する方法（左から右へと時間が経過した時に注視点（
図中の星印）があまり移動しない時、図に示すように、
注視時間とともに高精細領域の範囲が拡大している）の
説明図である。

【図４】円形領域内のスキャン方式として通常のモニタ
画面で採用されている水平方式を示す図である。

【図５】円形領域内のスキャン方式として螺旋形にスキ
ャンする方式（図３の拡大半径方式の場合、すでにレン
ダリング計算した画素について再度計算する必要がない
ため画像生成の高速化が計れる）を示す図である。

【図６】注視点がある物体形状で領域化する方法（画像
データが物体毎に階層構造になっていることを利用した
もの）の説明図である。

【図７】精細度の区分方法として、画素単位の大きさで
区分する方法（中心ほど画素単位を小さくし、周辺に行
くほど画素単位を大きくする。レンダリング計算時間は
画素単位が小さいほど多くかかることを利用しモニタ画
面全体の画像生成時間を短縮する）の説明図である。

【図８】精細度の区分方法として、異なるレンダリング
（色付け）手法で区分する方法（中心ほど高精細レンダ
リレング手法（画像生成時間は長い）、周辺に行くほど
高速レンダリング手法（精細度は低い）を用いることに
よりモニタ画面全体の画像生成時間を短縮する）の説明
図である。

【図９】精細度の区分方法として、図７の画素単位の大
きさによる手法と図８の高精細レンダリング手法を組み
合わせて区分する方法（注視領域の内外で同じレンダリ
ング手法が使われるためギャップが少なく、また、周辺
に行くほど画素単位が大きくなるため画像生成が高速化
できることにより、モニタ画面全体の画像生成時間を短
縮する）の説明図である。

【図１０】本発明の一実施例を示したブロック図である
。

【図１１】本実施例の処理手順を示したフローチャート
である。

【図１２】本実施例の処理手順を示したフローチャート
である。

【符号の説明】

１０−３　　外部インターフェース １０−４　　ＣＰＵ １０−１３　　カラーディスプレイ １０−１６　　注視点検出装置 １０−１７　　眼球位置検出装置 １０−１８　　頭部姿勢検出装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コンピュータ画像処理により画像生成
   を行う装置において、モニタ画面上の注視領域を特定す
   る領域化手段と、当該領域化された区分の内外領域にお
   いて処理すべき画像の精細度を決定する精細度設定手段
   とを備え、前記注視領域については高精細な画像生成を
   行い、その他の非注視領域については非高精細な高速画
   像生成を行うことを特徴とする高速画像生成装置。