JPH06215155A - 画像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、各画素の光線追跡の最初の交差物
体の探索を投影面への物体の投影により行い、その際得
られる投影情報を用いて投影面上の物体のエッジ付近で
は光線追跡を行う画素の密度を大きくし、それ以外では
疎にし、高速に画像を生成する画像生成装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 投影処理部２０１で物体を構成する多角形を
順次投影面に投影し、各画素における一番手前の多角形
の面番号を面番号メモリ２０３に、前記一番手前の多角
形の奥行き値を奥行き値メモリ２０２に記憶し、画素選
択器２０４が物体の境界付近で密に、その他の領域で疎
に画素を選択し、その選択された画素について輝度計算
部２０５で面番号メモリの値と奥行き値メモリの値とを
用いて最初の交差物体を調べ、以降は通常の光線追跡を
行う。補間部２０６で未計算の画素の輝度値を補間によ
り求めることにより画像を高速に生成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、装置内に数値データと
して設定されている３次元情報から現実感のある立体的
な２次元画像を光線追跡法で生成する画像生成装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置では、高画質の画像
を高速に生成するために、例えば特開昭６１ー２０１３
７１号公報に示されている画像生成装置があった。図３
はこの従来の画像生成装置の構成図である。図に於て、
３０１は生成された画像を格納する画像メモリである。
３０２は画素の値を正確に求めるための輝度計算器であ
り、３０３はある画素の値をその画素の近傍の数画素の
値から推定する画素値推定器である。画素値推定器３０
３は例えば近傍の数画素の値の平均を計算し、高速に画
素の値を推定する。３０４は画像中のある領域が平坦で
その集合内の画素の値を求めるために正確な輝度計算を
必要としない領域か、そうでないかを検出する平坦領域
検出器である。３０５は各プロセスを制御する制御部で
ある。

【０００３】つぎに、以上のように構成された従来の画
像生成装置の動作を説明する。

【０００４】（１） 制御部３０５は、画像を予め決め
られた間隔で走査し（多くの正方形が出来る）、その対
象画素のアドレスを輝度計算器３０２に出力する。輝度
計算器３０２はその位置の画素の値を予め与えられた３
次元データや光データに基づき演算し、画像メモリ３０
１にその計算された値を書き込む。

【０００５】（２） 制御部３０５は前記処理により値
を計算された多くの正方形をなす画素の内、ある一つの
正方形をなす４頂点の画素のアドレスを順に画像メモリ
３０１に出力する。

【０００６】（３） 画像メモリ３０１はその順に出力
されてくる前記アドレスの画素の値を平坦領域検出器３
０４に出力する。

【０００７】（４） 平坦領域検出器３０４は、入力さ
れたそれら４画素の値をもとに、その４画素で囲まれた
正方領域の平坦性を判定する。

【０００８】（５） 平坦性の判定を受け取った制御部
３０５は、その結果に基づき次のように動作する。平坦
であると判定を受け取ると、制御部３０５は、画素値推
定器３０３に前記正方領域の中心画素の値を前記４画素
の値から推定させる。平坦でないとの判定を受け取る
と、制御部３０５は前記正方領域の中心の画素の値を輝
度計算器３０２に計算させる。そして、いずれも求めた
値を画像メモリ３０１に格納する。

【０００９】（６） （２）〜（５）を、他の正方形に
も適用し、同様の動作を繰り返す。

【００１０】（７） つぎに、それら正方形と重なる各
菱形領域の４頂点の画素について、２）〜６）を行う。

【００１１】（８） さらに、上記（２）〜（７）のそ
れら正方形、菱形の領域の大きさを順次小さくして、同
様の動作を繰り返す。

【００１２】これらの動作を画像中の全ての画素の値が
求まるまで行う。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の装置では、１画素の光線追跡で、常に全物体との交
差判定を行うので、計算に時間がかかるという課題があ
る。

【００１４】また、画像の生成途中で投影された物体の
エッジがどこにあるのかはっきり分からないので、前記
エッジの近くのみでなく、前記エッジから幾分離れた画
素についても、必ずしも必要の無い程度まで正確な輝度
計算を行うようになり、画像の生成にたいへん時間がか
かるという課題もある。

【００１５】本発明はこのような従来の画像形成装置の
課題を考慮し、画像形成にかかる時間を短縮出来る画像
生成装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、物体を構
成している多角形を投影面上へ投影し前記多角形が投影
面上に占める領域の画素を求め前記画素における前記多
角形の奥行き値を計算する投影処理部と、前記投影処理
部が求めた奥行き値を記憶する奥行き値メモリと、各画
素における一番手前の多角形の面番号を記憶する面番号
メモリと、前記奥行き値メモリに記憶している奥行き値
と、前記面番号メモリに記憶している面番号とを使うこ
とにより光線追跡における各画素の最初の交差物体と交
点座標とを調べて光線追跡を行って輝度値を求める輝度
計算部とを備えたことを特徴とする画像生成装置であ
る。

【００１７】第二の発明は、物体を構成している多角形
を投影面上へ投影し前記面が投影面上に占める領域の画
素を求め前記画素における前記多角形の奥行き値を計算
する投影処理部と、前記投影処理部が求めた奥行き値を
記憶する奥行き値メモリと、各画素における一番手前の
多角形の面番号を記憶する面番号メモリと、前記面番号
メモリに記憶された面番号を参照して物体の境界付近で
は密に、その他の領域では疎に画素を選択する画素選択
器と、前記画素選択器で選択された画素について、前記
奥行き値メモリに記憶されている奥行き値と、前記面番
号メモリに記憶されている面番号とを使うことにより光
線追跡の最初の交差物体と交点座標とを調べて光線追跡
を行って輝度値を求める輝度計算部と、輝度値が未計算
である画素についてはその輝度値を、前記輝度計算部で
求めた輝度値を用いた補間により求める補間部とを備え
たことを特徴とする画像生成装置である。

【００１８】

【作用】第一の発明は前記した構成により、投影処理部
で表示すべき多角形を順次投影面に投影し、奥行き値を
求め奥行き値メモリの値よりも小さいならば奥行き値メ
モリに奥行き値を書き込み、面番号メモリに投影した多
角形の面番号を書き込む。全ての多角形を投影した後、
全画素について輝度計算部で、前記奥行き値メモリに記
憶されている奥行き値と前記面番号メモリに記憶されて
いる面番号とを使うことにより、光線追跡の最初の交差
物体と交点座標とを調べて光線追跡を行って輝度値を求
める。そのため光線追跡の際に最初の交差物体の探索を
高速に行うことができ、画像を高速に生成することがで
きる。

【００１９】第二の発明は前記した構成により、投影処
理部で表示すべき多角形を順次投影面に投影し、奥行き
値を求め奥行き値メモリの値よりも小さいならば奥行き
値メモリに奥行き値を書き込み、面番号メモリに投影し
た多角形の面番号を書き込む。全ての多角形を投影した
後画素選択器が前記面番号メモリに記憶された面番号を
参照して物体の境界付近では密に、その他の領域では疎
に画素を選択し、前記画素選択器が選択した画素を輝度
計算部で、前記奥行き値メモリに記憶されている奥行き
値と前記面番号メモリに記憶されている面番号とを使う
ことにより、光線追跡の最初の交差物体と交点座標とを
調べて光線追跡を行って輝度値を求め、補間部で未計算
の画素の輝度値を補間によって求める。そのため光線追
跡の際に最初の交差物体の探索を高速に行うことができ
ることと、反射または屈折なしで直接見える物体の境界
付近では光線追跡を行う画素が密で、それ以外の領域で
光線追跡を行う画素数が疎であることとにより、直接見
える物体の境界がボケない画像を高速に生成することが
できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２１】まず、第一の本発明の一実施例の画像生成
装置の構成を図１に従って説明する。投影処理部１０１
は物体を構成している多角形を投影面上へ投影し前記多
角形が投影面上に占める領域の画素を求め、前記画素に
おける前記多角形の奥行き値を計算する手段である。奥
行き値メモリ１０２は投影処理部１０１が求めた奥行き
値を記憶する手段である。面番号メモリ１０３は各画素
における一番手前の多角形の面番号を記憶する手段であ
る。輝度計算部１０４は全画素について、奥行き値メモ
リ１０２に記憶されている奥行き値と、面番号メモリ１
０３に記憶されている面番号とを使うことにより、光線
追跡の最初の交差物体とその交点座標とを調べて、光線
追跡を行って輝度値を求める手段である。画像メモリ１
０５は輝度計算部１０４によって求めた輝度値を記憶す
る手段である。１０６は制御部であって、表示すべき全
ての多角形を順次投影処理部１０１で投影面上へ投影
し、投影した多角形が投影面上に占める領域の画素にお
ける多角形の奥行き値を求め、前記奥行き値が正であり
かつ奥行き値メモリ１０２に記憶されている値よりも小
さい場合は前記奥行き値を奥行き値メモリ１０２に書き
込み、面番号メモリへこの時の投影した多角形の番号を
書き込み、前記奥行き値が正でないかもしくは奥行き値
メモリ１０２に記憶されている値よりも小さくない場合
は、奥行き値メモリ１０２と面番号メモリ１０３とへは
何も書き込まないように制御し、前記表示すべき全ての
多角形について前記の処理を行った後、輝度計算部１０
４で全画素の輝度値を求めるように制御する手段であ
る。

【００２２】つぎに、この実施例の画像生成装置の動作
を説明する。ここで、各物体はいくつかの多角形で構成
されているものとし、初期状態において奥行き値メモリ
１０２には最も大きい正の値が設定されており、前記初
期状態において面番号メモリ１０３にはなにも多角形が
ない事を意味する値が設定されているものとする。制御
部１０６はまず、表示すべき全ての多角形を順次投影処
理部１０１で投影面上へ投影し、投影した多角形が投影
面上に占める領域の画素における多角形の奥行き値を求
め、前記奥行き値が正でありかつ奥行き値メモリ１０２
に記憶されている値よりも小さい場合は前記奥行き値を
奥行き値メモリ１０２に書き込み、面番号メモリへこの
ときの投影した多角形の番号を書き込み、前記奥行き値
が正でないかもしくは奥行き値メモリ１０２に記憶され
ている値よりも小さくない場合は、奥行き値メモリ１０
２と面番号メモリ１０３とへは何も書き込まない。制御
部１０６は前記表示すべき全ての多角形を投影した後、
輝度計算部１０４で全画素について、奥行き値メモリ１
０２に記憶されている奥行き値と、面番号メモリ１０３
に記憶されている面番号とを使うことにより光線追跡に
おける各画素の最初の交差物体と交点座標とを調べて光
線追跡を行って輝度値を求め、求めた全画素の輝度値を
画像メモリ１０５に記憶する。

【００２３】以上のように、本実施例によれば、光線追
跡法で各画素の輝度値を求める際に、各画素の光線追跡
の最初の交差物体の探索を投影面への物体の投影により
行なうことにより、通常の光線追跡法では、１光線の交
差物体の探索には、全物体と光線との交差判定を行い奥
行き値の計算を行なうことが必要であるが、本実施例で
は第一回目の交差物体の探索時に計算画素に投影された
物体についてのみ奥行き値を計算するので、画像を高速
に生成することができる。

【００２４】つぎに、第二の本発明の一実施例の画像生
成装置について図面を用いて説明する。

【００２５】図２はこの実施例の画像生成装置の構成図
である。投影処理部２０１は物体を構成している多角形
を投影面上へ投影し前記多角形が投影面上に占める領域
の画素を求め前記画素における前記多角形の奥行き値を
計算する手段である。奥行き値メモリ２０２は投影処理
部２０１が求めた奥行き値を記憶する手段である。面番
号メモリ２０３は各画素における一番手前の多角形の面
番号を記憶する手段である。画素選択器２０４は面番号
メモリ２０３に記憶された面番号を参照して物体の境界
付近では密に、その他の領域では疎に画素を選択する手
段である。２０５は画素選択器２０４で選択された画素
について、奥行き値メモリ２０２に記憶されている奥行
き値と、面番号メモリ２０３に記憶されている面番号と
を使うことにより光線追跡の最初の交差物体とその交点
座標とを調べて光線追跡を行って輝度値を求める輝度計
算部である。補間部２０６は輝度値が未計算である画素
についてその輝度値を、輝度計算部２０５で求めた輝度
値を用いた補間により求める手段である。画像メモリ２
０７は輝度計算部２０５と補間部２０６によって求めた
輝度値を記憶する手段である。２０８は制御部であっ
て、表示すべき全ての多角形を順次投影処理部２０１で
投影面上へ投影し、投影した多角形が投影面上に占める
領域の画素における多角形の奥行き値を求め、前記奥行
き値が正でありかつ奥行き値メモリ２０２に記憶されて
いる値よりも小さい場合は前記奥行き値を奥行き値メモ
リ２０２に書き込み、面番号メモリへこの時の投影した
多角形の番号を書き込み、前記奥行き値が正でないかも
しくは奥行き値メモリ２０２に記憶されている値よりも
小さくない場合は、奥行き値メモリ２０２と面番号メモ
リ２０３とへは何も書き込まないように制御し、前記表
示すべき全ての多角形について前記の処理を行った後画
素選択器２０４が画素を選択し、輝度計算部２０５と補
間部２０６で全画素の輝度値を求めるように制御する手
段である。

【００２６】つぎに、本実施例の画像生成装置の動作を
説明する。ここで、各物体はいくつかの多角形で構成さ
れているものとし、初期状態において奥行き値メモリ２
０２には最も大きい値が設定されており、前記初期状態
において面番号メモリ２０３にはなにも多角形がない事
を意味する値が設定されているものとする。制御部２０
８はまず、表示すべき全ての多角形を順次投影処理部２
０１で投影面上へ投影し、投影した多角形が投影面上に
占める領域の画素における多角形の奥行き値を求め、前
記奥行き値が正でありかつ奥行き値メモリ２０２に記憶
されている値よりも小さい場合は前記奥行き値を奥行き
値メモリ２０２に書き込み、面番号メモリへこのときの
投影した多角形の番号を書き込み、前記奥行き値が正で
ないかもしくは奥行き値メモリ２０２に記憶されている
値よりも小さくない場合は、奥行き値メモリ２０２と面
番号メモリ２０３とへは何も書き込まない。制御部２０
８は前記表示すべき全ての多角形を投影した後画素選択
器２０４で面番号メモリ２０３に記憶された面番号を参
照して物体の境界付近では密に、その他の領域では疎に
画素を選択し、選択した画素の情報を輝度計算部２０５
に出力する。そして輝度計算部２０５が画素選択器２０
４で選択された画素について、奥行き値メモリ２０２に
記憶されている奥行き値と、面番号メモリ２０３に記憶
されている面番号とを使うことにより光線追跡における
各画素の最初の交差物体と交点座標とを調べて光線追跡
を行って輝度値を求め、求めた輝度値を補間部２０６に
出力する。そして補間部２０６が輝度値が未計算である
画素についてその輝度値を輝度計算部２０５で求めた輝
度値を用いた補間により求め、求めた全画素の輝度値を
画像メモリ２０７に記憶する。

【００２７】以上のように、この実施例によれば、各画
素の光線追跡の最初の交差物体の探索を投影面への物体
の投影により行い、その際得られる最初の交差物体の面
番号と、奥行き値とにより、光線追跡を行なう画素を、
反射または屈折なしで直接見える物体の境界付近では密
に、その他の領域では疎にし、未計算の画素の輝度値を
補間によって求めることにより、直接見える物体の境界
がボケない画像を高速に生成することができる。

【００２８】なお、上記第二発明の実施例では画素選択
器２０４は面番号メモリ２０３に記憶された面番号を参
照して物体の境界付近では密に、その他の領域では疎に
画素を選択するが、前記その他の領域の中、投影されて
いる多角形が反射または屈折を伴う面である領域では密
に、その他の領域では疎に画素を選択することにより、
反射または屈折によって見える物体について、画質を向
上させることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、第一の発明によれ
ば、光線追跡法で各画素の輝度値を求める際に、各画素
の光線追跡の最初の交差物体の探索を投影面への物体の
投影により行なうことにより、通常の光線追跡法では、
１光線の交差物体の探索には、全物体と光線との交差判
定を行い奥行き値の計算を行なうことが必要であるが、
本実施例では最初の交差物体の探索時に計算画素に投影
された物体についてのみ奥行き値を計算するので、画像
を高速に生成することができる。

【００３０】また、第二の発明によれば、各画素の光線
追跡の最初の交差物体の探索を投影面への物体の投影に
より行い、その際得られる最初の交差物体の面番号と、
奥行き値とにより、光線追跡を行なう画素を、反射また
は屈折なしで直接見える物体の境界付近では密に、その
他の領域では疎にし、未計算の画素の輝度値を補間によ
って求めることにより、直接見える物体の境界がボケな
い画像を高速に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明の一実施例の画像生成装置の構成図

【図２】第二の発明の一実施例の画像生成装置の構成図

【図３】従来の画像生成装置の構成図

【符号の説明】

１０１，２０１ 投影処理部 １０２，２０２ 奥行き値メモリ １０３，２０３ 面番号メモリ １０４，２０５ 輝度計算部 １０５，２０７ 画像メモリ １０６，２０８ 制御部 ２０４ 画素選択器 ２０６ 補間部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多角形で構成される３次元物体を光線追
   跡法で投影面に投影する画像生成装置において、物体を
   構成している多角形を投影面上へ投影し前記多角形が投
   影面上に占める領域の画素を求め前記画素における前記
   多角形の奥行き値を計算する投影処理部と、前記投影処
   理部が求めた奥行き値を記憶する奥行き値メモリと、各
   画素における一番手前の多角形の面番号を記憶する面番
   号メモリと、前記奥行き値メモリに記憶している奥行き
   値と、前記面番号メモリに記憶している面番号とを使う
   ことにより光線追跡における各画素の最初の交差物体と
   交点座標とを調べて光線追跡を行って輝度値を求める輝
   度計算部と、前記光線追跡追跡部で求めた輝度値を記憶
   する画像メモリと、表示すべき全ての多角形を順次前記
   投影処理部で投影面上へ投影し、投影した多角形が投影
   面上に占める領域の画素における前記投影した多角形の
   奥行き値を求め、前記奥行き値が正でありかつ前記奥行
   き値メモリに記憶されている値よりも小さい場合は前記
   奥行き値を奥行き値メモリに書き込み前記面番号メモリ
   へこの時の投影した多角形の番号を書き込み、前記奥行
   き値が正でないかもしくは前記奥行き値メモリに記憶さ
   れている値よりも小さくない場合は、前記奥行き値メモ
   リと前記面番号メモリとへは何も書き込まないように制
   御し、前記表示すべき全ての多角形について前記の処理
   を行った後前記輝度計算部で光線追跡を行うように制御
   する第一の制御部とを備えたことを特徴とする画像生成
   装置。
2. 【請求項２】 多角形で構成される３次元物体を光線追
   跡法で投影面に投影する画像生成装置において、物体を
   構成している多角形を投影面上へ投影し前記多角形が投
   影面上に占める領域の画素を求め前記画素における前記
   多角形の奥行き値を計算する投影処理部と、前記投影処
   理部が求めた奥行き値を記憶する奥行き値メモリと、各
   画素における一番手前の多角形の面番号を記憶する面番
   号メモリと、前記面番号メモリに記憶された面番号を参
   照して物体の境界付近では密に、その他の領域では疎に
   画素を選択する画素選択器と、前記画素選択器で選択さ
   れた画素について、前記奥行き値メモリに記憶されてい
   る奥行き値と、前記面番号メモリに記憶されている面番
   号とを使うことにより光線追跡の最初の交差物体と交点
   座標とを調べて光線追跡を行って輝度値を求める輝度計
   算部と、輝度値が未計算である画素についてはその輝度
   値を、前記輝度計算部で求めた輝度値を用いた補間によ
   り求める補間部と、前記輝度計算部と前記補間部によっ
   て求めた輝度値を記憶する画像メモリと、表示すべき全
   ての多角形を順次前記投影処理部で投影面上へ投影し、
   投影した多角形が投影面上に占める領域の画素における
   前記投影した多角形の奥行き値を求め、前記奥行き値が
   正でありかつ前記奥行き値メモリに記憶されている値よ
   りも小さい場合は前記奥行き値を奥行き値メモリに書き
   込み前記面番号メモリへこの時の投影した多角形の番号
   を書き込み、前記奥行き値が正でないかもしくは前記奥
   行き値メモリに記憶されている値よりも小さくない場合
   は、前記奥行き値メモリと面番号メモリとへは何も書き
   込まないように制御し、前記表示すべき全ての多角形に
   ついて前記の処理を行った後前記画素選択器が画素を選
   択し、前記輝度計算部と前記補間部で全画素の輝度値を
   求めるように制御する第二の制御部とを備えたことを特
   徴とする画像生成装置。