JPH0816820A - ３次元アニメーション作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 より品質の高いアニメーションを簡単な操作
で作成することが可能な３次元アニメーション作成装置
を提供することを目的とする。 【構成】 ユーザが作成したキーフレーム間に所定枚数
のアニメーション画を補間処理によって自動作成するコ
ンピュータ援用３次元アニメーション作成装置であっ
て、各キーフレームの親と子オブジェクトの座標は共に
世界座標系で親子関係と共に記憶される。補間フレーム
作成時には時系列で隣り合うキーフレームの親子関係の
補間で補間フレームの親子関係が作られ、次にキーフレ
ームの親オブジェクトの座標の補間から補間フレームの
親オブジェクトの座標が世界座標系で演算される。補間
フレームの子オブジェクトの座標は親子関係と親オブジ
ェクトの座標から世界座標系で求められる。そして、補
間フレームの親と子のオブジェクトの座標と親子関係に
よって補間フレームにのアニメーション画が作られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３次元アニメーション作
成装置に関し、特に、コンピュータを用いて３次元アニ
メーションをユーザの指示に従って作成する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータを用いて
３次元空間に画像を描くことが行なわれている。このよ
うなコンピュータを用いた画像の作成においては、３次
元空間の中に存在する個々の画像はオブジェクトと呼ば
れる。このオブジェクトにはサイコロのような立方体だ
けでなく、様々な形のものがある。オブジェクトとして
は、例えば、高さと幅と奥行が等しくない直方体、球
体、円柱、円錐等がある。また、これらの形を組み合わ
せてロボット等の立体が描かれることもある。更に、こ
のようなオブジェクトを３次元空間内に配置する時の向
きは、コンピュータ内に予め設定された基準座標によっ
て決定される。この基準座標は世界座標と呼ばれてい
る。

【０００３】オブジェクトの位置が少しずつ移動してい
る複数の画像を順に画面に表示すると、オブジェクトは
あたかも動いているように見える。このようにしてオブ
ジェクトの動きを表現することは「アニメーション」と
呼ばれる。アニメーションにおいてスムーズな動きを表
現するためには１秒間に３０枚程度の静止画が必要とさ
れている。

【０００４】ところが、アニメーション動作の開始時か
ら終了時までの期間 (ワンカット)にわたって順次表示
される３次元のアニメーション画の全てをユーザが作成
することは困難である。そこで、コンピュータを利用し
た３次元アニメーション作成装置においては、作成すべ
き３次元のアニメーション画は、アニメーション動作の
キーとなる複数の静止画（これはキーフレームと呼ばれ
る）だけをユーザが作成すれば良いようになっている。
そして、アニメーションの動きをスムーズにするために
各キーフレーム間に挿入される残りの３次元のアニメー
ション画は、コンピュータによる補間処理によって自動
的に作成されるようになっている。

【０００５】アニメーション画におけるオブジェクトは
ユーザがそれぞれを独立して操作することができる。一
方、複数のオブジェクトで１つの形が表されている場合
は、複数のオブジェクトに対して親子関係が構築され
る。この親子関係では、あるオブジェクトを親として、
そのオブジェクトに別のオブジェクトが子として接続さ
れ（この接続はリンクと呼ばれる）、親オブジェクトに
リンクされた子オブジェクトは親と一体の形で扱われ
る。即ち、親オブジェクトが移動すると、子オブジェク
トも同時に移動し、親オブジェクトが回転すると、親と
子の位置関係を保ったままで子オブジェクトも回転す
る。

【０００６】３次元アニメーションでは、このように互
いに関連して動作する親子関係のオブジェクトが連続し
て複数のアニメーション画に現れる場合も考慮されねば
ならない。このような場合、静止画間における親子関係
のオブジェクトの動作をスムーズ化させるために、補間
処理が行なわれる。ここで、前述のキーフレームの設
定、オブジェクトのキーフレーム間の角度の補間、及び
オブジェクトの親子関係の補間に関する従来の３次元ア
ニメーション作成装置について説明する。

【０００７】(1) キーフレームの設定 キーフレーム（静止画）はユーザが一定の時間間隔で作
成する。３次元アニメーション作成装置は時系列で隣り
合うキーフレーム間に、両キーフレームのデータの補間
によって一定枚数のフレームを自動的に作成して挿入す
る。 (2) オブジェクトのキーフレーム間の角度の補間 キーフレーム内に存在するオブジェクトの方向は、従来
の３次元アニメーション作成装置ではオイラー角等の３
種類の角度で表現されている。従来の３次元アニメーシ
ョン作成装置は、この角度をそのまま時間補間して補間
フレームのオブジェクトの方向を決定する。

【０００８】(3) オブジェクトの親子関係の補間 従来のアニメーション作成装置ではオブジェクトが属す
る座標系を親子関係に従って階層的に定義している。そ
して、従来のアニメーション作成装置は補間時には子側
の座標系から親側の座標系への変換行列を補間し、それ
らを合成してキーフレーム間のオブジェクトを生成す
る。また、従来のアニメーション作成装置では、親の座
標系に対して子の座標系が定義されており、親だけ動か
せば子は動かさなくても良い。更に、従来のアニメーシ
ョン作成装置では親だけが世界座標で定義されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のアニメーション作成装置には次のような問題点が
あった。 (a) キーフレームの設定に関しては、各キーフレームの
間隔が一定とされていたので、アニメーション動作を細
かく指定出来ない。

【００１０】(b) キーフレーム間の角度の補間に関して
は、オイラー角で表現した場合にはオブジェクトのロー
カル座標をどういう向きに取るかによって、始点と終点
が同じでも補間結果（始点と終点の途中経過）が異なる
ってしまうことがある。この結果、あるキーフレーム間
において意図したアニメーション動作が得られないこと
がある。

【００１１】(c) オブジェクトの向きを角度（オイラー
角など）によって表現し、その角度を補間した場合、ロ
ーカル座標の取り方に依存して補間結果が異なってしま
う。 (d) (c) の問題点をなくすためにオブジェクトの向きを
行列によって表現し、その行列の要素をそのまま線形補
間すると、補間結果のオブジェクトに不自然な歪が生じ
てしまう。

【００１２】(e) 親子関係の補間に関しては、下層側か
ら最上層側の座標系へ変換する処理の演算量が階層の深
さと共に増大するために、親子関係を詳細化してより精
緻なアニメーションを作成することが困難である。 (f) オブジェクトの位置や向きが世界座標系で定義され
ておらず、親オブジェクトのローカル座標系に対して定
義されているので、キーフレームデータの編集時に、オ
ブジェクトの位置、寸法、向きに関するデータを演算し
直す必要があった。

【００１３】(g) 子オブジェクトに対する編集を行なう
際も常に親オブジェクトの座標系を求めるために、階層
構造を辿る必要があった。 そこで、本発明の目的は、より品質の高いアニメーショ
ンを簡単な操作で作成することが可能な３次元アニメー
ション作成装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の３次元アニメーション作成装置は、アニメーション
動作の開始時から終了時までをワンカット期間として設
定し、このワンカット期間の中で親子関係を備えたオブ
ジェクトの静止画をキーフレームとして複数個作成した
状態で、これらの各キーフレーム間に存在すべきアニメ
ーション画を、それぞれユーザにより指定された枚数だ
け補間処理によって自動的に作成することができるコン
ピュータを用いた３次元アニメーション作成装置であっ
て、各キーフレームの時刻を記憶する時刻記憶手段と、
各キーフレームにおいて親オブジェクトの座標を世界座
標系で記憶する親オブジェクト座標記憶手段と、各キー
フレームにおいて子オブジェクトの座標を世界座標系で
記憶する子オブジェクト座標記憶手段と、各キーフレー
ムにおける親オブジェクトと子オブジェクトとの親子関
係を記憶する親子関係記憶手段と、アニメーション画の
個数を示すデータに基づき、時系列で隣り合うキーフレ
ームの間にこの個数の補間フレームを設定する補間フレ
ーム設定手段と、親子関係記憶手段に記憶された時系列
で隣り合うキーフレームの親子関係から、補間フレーム
における親子関係を、補間によって演算する補間フレー
ムの親子関係演算手段と、時系列で隣り合うキーフレー
ムのそれぞれの親オブジェクトの座標を補間することに
より、補間フレームにおける親オブジェクトの座標を世
界座標系で演算して記憶する補間フレームの親オブジェ
クト座標の演算記憶手段と、補間フレームにおける親子
関係と親オブジェクトの座標から、補間フレームにおけ
る子オブジェクトの座標を世界座標系で演算して記憶す
る補間フレームの子オブジェクト座標の演算記憶手段、
及び補間フレームの親オブジェクトの座標、子オブジェ
クトの座標、及び親子関係によって補間フレームにおけ
るアニメーション画を作成するアニメーション画作成手
段とを備えることを特徴としている。

【００１５】このとき、親子関係記憶手段は、子オブジ
ェクトのローカル座標系においてオフジェクトが表現さ
れる値を、親オブジェクトのローカル座標系においてオ
フジェクトが表現される値へ変換する規則が示される行
列を含み、補間フレームの親子関係演算手段は、時系列
で隣り合うキーフレームについて親子関係記憶手段に記
憶された行列をそれぞれ求め、両行列の補間により補間
フレーム用の行列を生成する変換行列生成手段を含み、
更に、補間フレームの子オブジェクト座標の演算記憶手
段は、補間フレーム内に存在すべき子側の物体が表現さ
れる世界座標系の値を、演算された補間フレームの親オ
ブジェクト座標と生成された補間フレーム用の行列とを
用いて算出しても良い。

【００１６】更に、アニメーション画作成手段が以下の
ものを備えていても良い。時系列で隣り合うキーフレー
ム内に存在するオブジェクトの位置及び寸法を線形補間
して両キーフレーム間へ挿入する補間フレーム内に存在
すべきオブジェクトの位置及び寸法を算出する位置寸法
補間手段、両キーフレーム内に存在するオブジェクトの
方向が世界座標系を基準として定義された回転行列間の
回転変換行列を求め、この回転変換行列から両物体の回
転軸と両物体間の回転角度を算出するキーフレーム間の
回転軸角度算出手段、及び、補間フレーム内に存在すべ
きオブジェクトが直前のキーフレームから回転する角度
を算出された回転角度の補間で求め、このオブジェクト
をこの角度だけ算出された回転軸につき回転させる回転
変換行列を求め、この回転変換行列と直前のキーフレー
ム内に存在するオブジェクトの回転行列とを合成し、補
間フレーム内に存在すべきオブジェクトの方向が世界座
標系を基準として定義された回転行列を生成する回転行
列生成手段がアニメーション画作成装置に備えられてい
ても良い。

【００１７】

【作用】本発明によれば、キーフレーム間の角度補間が
特定の座標系の取り方に依存せずに一意的に行われるの
で、意図した自然なアニメーション動作が自動的に得ら
れる。また、本発明によれば、階層構造を辿ることなく
下層側から最上層側の座標系への変換処理が直接的に行
えるので、このときの演算量を大幅に削減してより複雑
な親子関係ではるかに精緻なアニメーションを作成する
ことが可能となる。すなわち、キーフレームデータの作
成、編集時に有利となるように世界座標系に対して定義
されたオブジェクトの位置、向き、寸法データをそのま
ま利用して、親子関係を正しく反映した補間を行うこと
ができる。

【００１８】これより、親子関係の変更や子オブジェク
トの編集が容易になるなどキーフレームデータの編集作
業の効率が向上する。

【００１９】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明が適用されるアニメーショ
ン作成装置１０の構成を示すブロック図である。本発明
のアニメーション作成装置は、ＣＰＵ１、バス２、メモ
リ３、外部記憶装置４、キーボード等の入力装置５、マ
ウスやタブレット等の画面上位置入力装置６、表示装置
７を備えるコンピュータシステム、およびその上で動作
するプログラムによって実現される。

【００２０】本発明のアニメーション作成装置１０で
は、プログラムはメモリ３上に配置され、ＣＰＵ１がメ
モリ３上のプログラムを実行することによってアニメー
ションが描かれる。アニメーション作成時のデータはメ
モリ３中に置かれ、データを保存する場合には外部記憶
装置４に保存される。画面上位置入力装置６として用い
られるマウスあるいはタブレットは、表示装置７の画面
上の一点を指示入力するためのものであり、移動操作に
よって画面上の指示位置（カーソルを表示）を動かすこ
とができるほか、ボタン操作によって入力確定を行うこ
とができる。

【００２１】図２は、図１のアニメーション作成装置１
０の外観図である。アニメーション作成装置１０はコン
ピュータ本体１１と表示装置としてのＣＲＴディスプレ
イ１７を備えており、コンピュータ本体１１には入力装
置としてのキーボード１５と、画面上位置入力装置とし
てのマウス１６が接続されている。また、コンピュータ
本体１１には図１で説明したＣＰＵ１、バス２、メモリ
３が内蔵されており、外部記憶装置としてはハードディ
スク（図示せず）やフロッピィディスク装置１４を備え
ている。ユーザの指示入力はキーボード１５、マウス１
６からコンピュータ本体１１へ与えられ、アニメーショ
ンがＣＲＴディスプレイ１７上に描かれる。

【００２２】図３は図１に示したＣＰＵ１とメモリ３の
機能をブロックで表したブロック構成図である。メモリ
３にはｎ個のキーフレーム♯１からキーフレーム♯ｎの
データを格納する領域３１〜３ｎ、各キーフレーム♯１
〜♯ｎに共通のデータを格納する共通フレーム格納領域
３Ｃ、および表示（編集）フレーム格納領域３Ｄがあ
る。また、ＣＰＵ１には各キーフレーム♯１〜♯ｎの隣
接するキーフレームＫ，Ｋ＋１（Ｋは１〜ｎ）の補間フ
レームを作成する機能を持つ補間回路１Ａと、入力デー
タによってキーフレーム♯１〜♯ｎの何れかを編集する
ことができる機能を持つ編集回路１Ｂとがある。表示
（編集）フレーム３Ｄは補間によって隣接するキーフレ
ーム間に新規に作成されるフレームであり、補間結果が
一時的に記憶されるものである。また、表示（編集）フ
レーム３Ｄには編集中のキーフレームのデータも一時的
に記憶される。

【００２３】図４(a)は図３の共通フレーム格納領域３
Ｃに格納されるアニメーションのデータ構造を示すブロ
ック図である。共通フレーム格納領域３Ｃには各キーフ
レーム３１〜３ｎと表示（編集）フレーム３Ｄに共通す
る時刻データ、フレーム内に存在するオブジェクトのデ
ータ、光源データ、カメラデータ、背景データ、その他
のデータ等が格納される。

【００２４】共通フレーム格納領域３Ｃに格納されるデ
ータは、各キーフレームにおいて変化しないデータであ
り、各データは具体的には以下のようなデータである。 オブジェクトデータ：オブジェクトの詳細形状を示す
データである座標値等のデータ 光源データ：光源の種類（点光源、線光源等）を示す
データ カメラデータ：視点が変わらない場合は、視点の座標
値、視線（向き）、視野角（つまり、視野の範囲）等の
データ 通常、このカメラデータはキーフレーム間で異なるた
め、共通フレームデータにおいては、キーフレームデー
タのカメラデータを指すポインタが入る。

【００２５】背景データ：背景が変わらない場合は、
その背景の色データ（例えばＲＧＢ）である。背景が変
わる場合はカメラデータを同様にポインタが入る。 次に、図４(b) は図３の各キーフレーム３１〜３ｎ、ま
たは表示（編集）フレームの格納領域３Ｄのデータ構造
を示すブロック図であり、代表してキーフレームＫの格
納領域３Ｋに格納されるアニメーションのデータ構造が
示されている。格納領域３Ｄのデータ構造は格納領域３
Ｃのデータ構造と同じである。ただし、格納されるデー
タはフレーム間で変化するデータであり、各データは具
体的には以下のようなデータである。

【００２６】オブジェクトデータ：空間でのオブジェ
クトの位置、オブジェクトの向きを決めるための行列等
のデータ 光源データ：光源の位置、色等を示すデータ カメラデータ：視点が変わる場合は、視点の座標値、
視線（向き）、視野角（つまり、視野の範囲）等のデー
タ 背景データ：背景が変わる場合は、その背景の色デー
タ（例えばＲＧＢ） 図５は本発明のアニメーション作成装置１０におけるキ
ーフレームの作成、更新の手順を示すフローチャートで
ある。

【００２７】ステップ５０１ではキーフレームの作成指
示があるか否かを判定する。キーフレームの新規な作成
指示の場合はステップ５０２に進み、ユーザの時刻入力
を受け付ける。そして、続くステップ５０３において受
け付けた時刻の直前及び直後のキーフレームを用意し、
用意したキーフレームのデータを時間補間して新たなキ
ーフレームデータを自動的に作成する。なお、受け付け
た時刻の直前又は直後のいずれかのみにしかキーフレー
ムが存在しない時には、受け付けた時刻の直前又は直後
のいずれかのキーフレームのデータをそのままコピーす
る。ステップ５０４では自動的に作成したキーフレーム
データをユーザ入力に従って編集してこのルーチンを終
了する。

【００２８】一方、ステップ５０１において新規なキー
フレームの作成指示でないと判断した場合はステップ５
０５に進み、既存のキーフレームの削除指示か否かを判
定する。既存キーフレームの削除指示の場合はステップ
５０９に進み、削除の対象となるキーフレームをユーザ
入力に従って選択する。そして、選択したキーフレーム
の削除をステップ５０７で実行してこのルーチンを終了
する。

【００２９】また、ステップ５０５で既存のキーフレー
ムの削除指示でない場合はステップ５０８に進み、キー
フレームの時刻変更指示か否かを判定する。ここで、キ
ーフレームの時刻変更指示である場合はステップ５０９
に進み、時刻変更の対象となるキーフレームをユーザ入
力に従って選択する。続くステップ５１０では選択した
キーフレームの時刻を変更してこのルーチンを終了す
る。

【００３０】更に、ステップ５０８でキーフレームの時
刻変更指示でない場合はステップ５１１に進み、キーフ
レームの変更指示が入力されたか否かを判定する。既存
キーフレームの変更が指示された場合はステップ５１２
に進み、変更の対象となるキーフレームをユーザ入力に
従って選択する。そして、選択したキーフレームの変更
をユーザ入力に従ってステップ５１３で実行してこのル
ーチンを終了する。

【００３１】図６は隣接するキーフレーム間に補間フレ
ームを挿入する場合の補間処理の手順を示すフローチャ
ートである。最初に、ステップ６０１において隣り合う
キーフレーム内に存在したオブジェクトの位置及び寸法
をそのまま時間比で線形補間する。そして、新規に作成
する補間フレーム（両キーフレーム間へ挿入される表示
フレーム）内に存在するオブジェクトの位置及び寸法を
演算する。

【００３２】次に、ステップ６０２では補間フレームの
前後の両キーフレーム内に各々存在する同一オブジェク
トの回転行列から、これらの回転行列間の回転変換行列
を求める。各オブジェクトの回転行列は、各オブジェク
トの方向を世界座標系を基準として定義するものであ
る。また、求められた回転変換行列は、補間フレームの
前後のキーフレーム間における同一オブジェクトの方向
変化を示す。

【００３３】ステップ６０３ではステップ６０２で求め
た回転変換行列から両オブジェクトの回転軸と両オブジ
ェクト間の回転角度を求める。更に、ステップ６０４で
は、ステップ６０３で求めた回転角度を時間で線形補間
することにより、新規な補間フレーム内に存在するオブ
ジェクトが直前のキーフレームから回転する角度を求め
る。

【００３４】そして、ステップ６０５では、算出した軸
回りにこの角度だけオブジェクトが回転する回転変換行
列を求める。最後に、ステップ６０６ではこの回転変換
行列と直前キーフレームのオブジェクトに関する回転行
列とを合成することにより、補間フレームに関する回転
行列を生成する。この回転行列を生成すると、補間フレ
ームにおけるオブジェクトの方向が世界座標系を基準と
して定義されることになる。

【００３５】図７はオペレータによって入力された隣接
するキーフレーム♯１，♯２の画像と、本発明による補
間結果を示す補間フレームの画像を、従来のオイラー角
を使用した補間結果を示す補間フレームの画像、及び従
来の座標変換行列要素を使用した補間結果を示す補間フ
レームの画像と比較して示すテーブルである。オペレー
タ（ユーザ）によってテーブルの第一段目のようなキー
フレーム♯１，♯２の画像が作成された場合、キーフレ
ーム♯１からキーフレーム♯２に至るオブジェクトの方
向の変化は、１本の軸を中心とした回転である。この軸
は、座標系の取り方に依存せず、両キーフレームのオブ
ジェクトの位置を定義する座標変換行列を基に一意的に
定まる。よって、本発明のアニメーション作成装置によ
る補間によれば、補間結果は第二段目に示すように、オ
ブジェクトの方向の変化が自然な補間結果が得られ、ス
ムーズなアニメーションが作成できる。

【００３６】一方、第三段目に示す従来のオイラー角を
線形補間するものでは、座標軸の取り方によって補間結
果が異なる。場合によっては、図に示すようにキーフレ
ーム間でオブジェクトの回転の軸方向が変化し、アニメ
ーションを作成した時の方向変化が不自然になる。これ
を避けるためには座標系の決め方を工夫する必要があ
り、その作業が大変である。

【００３７】更に、第四段目に示す従来の補間方法で
は、立体の配置を定義している座標変換行列の要素をキ
ーフレームの間で線形補間している。この方法では、座
標系の取り方に補間結果は依存しないが、補間された結
果のオブジェクトは元の大きさよりも小さくなってしま
う欠点がある。この結果、アニメーションとしてはスム
ーズな動きが得られないことになる。

【００３８】図８(a)及び８(b) はキーフレームに描か
れた画像の親子関係を説明する電気スタンドＬの斜視図
である。図８(a)に示した電気スタンドＬのモデルで
は、土台Ａ１が親であり、それ以外の部分は子である。
このモデルでは親である土台Ａ１を動かすと、それ以外
の部分は土台Ａ１に従属して移動する。土台Ａ１に直接
接続されているのは第１関節Ｂ１であり、この関節Ｂ１
に第１アームＢ２が接続されている。そして、更に第１
アームＢ２に第２関節Ｃ１，第２アームＣ２，第３関節
Ｄ１，第３アームＥ１，及びランプ部Ｅ２が順番に接続
されている。従って、親子関係もこのような順になる。
例えば、図８(a)の状態から第１アームＢ２を図８(b)
のように動かすと、これに従属して第２関節Ｃ１，第２
アームＣ２，第３関節Ｄ１，第３アームＥ１，及びラン
プ部Ｅ２が移動する。

【００３９】図９(a)は２つのキーフレームに描かれた
親子関係を持つ画像の階層構造に関係したデータを格納
するデータテーブルの説明図であり、図９(b) は２つの
キーフレームに描かれた親子関係を持つ画像の階層構造
に関係したデータを格納する作業テーブルの説明図であ
る。このように、階層構造に関係したデータを格納する
テーブルは、データテーブルと作業テーブルに分けら
れ、両テーブルは互いに隣接するキーフレームＫとキー
フレーム（Ｋ＋１）に関するデータの格納領域と、補間
フレームに関するデータの格納領域に分割される（但
し、Ｋは１〜ｎ）。

【００４０】データテーブルにはキーフレームＫ、キー
フレーム（Ｋ＋１）、及び補間フレームのフレーム情
報、オブジェクトリスト（座標変換行列）のデータ、及
びその他の補間対象データの各領域がある。フレーム情
報領域にはキーフレームＫの時刻Ｄ１、キーフレーム
（Ｋ＋１）の時刻Ｄ２、及び補間時刻Ｄ３を書き込むフ
ィールドがある。また、オブジェクトリスト（座標変換
行列）のデータ領域には、それぞれ世界座標系に属する
オブジェクトＩの座標系Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６、オブジェク
トＪの座標系Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９を書き込むフィールドが
ある。更に、その他の補間対象データ領域には、Ｄ１
０，Ｄ１１，及びＤ１２がそれぞれ属性データ、光源デ
ータ、カメラデータ、背景データを書き込むフィールド
として用意されている。そして、図９(a)にはオブジェ
クトＩが親でオフジェクトＪが子となる階層構造が成立
している。また、図９(b) に示す作業テーブルには子側
のローカル座標系から親側の座標系へ変換する行列デー
タＤ１３，Ｄ１４，Ｄ１５が格納される。

【００４１】図１０は隣接するキーフレーム間に補間フ
レームを挿入する場合の、階層構造データの補間処理の
手順を示すフローチャートである。ステップ１００１で
は、最初に補間フレームの直前のキーフレームＫの時刻
データＤ１、補間フレームの直後のキーフレームＫ＋１
の時刻データＤ２、及び補間フレームの時刻データＤ３
の関係に基づいて、親オブジェクトＩのキーフレームＫ
とキーフレーム（Ｋ＋１）に関する座標変換行列データ
Ｄ４，Ｄ５を時間補間し、補間フレームに関する座標変
換行列データＤ６を演算して求める。

【００４２】次に、ステップ１００２では、キーフレー
ムＫの親オブジェクトＩと子オブジェクトＪに関する座
標変換行列データＤ４，Ｄ７を用いて、キーフレームＫ
について子オブジェクトＪの座標系Ｄ７から親オブジェ
クトＩの座標系Ｄ４への変換行列Ｄ１３を演算して求め
る。そして、ステップ１００３では、キーフレーム（Ｋ
＋１）の親オブジェクトＩと子オブジェクトＪに関する
座標変換行列データＤ５，Ｄ８を用いて、キーフレーム
（Ｋ＋１）について子オブジェクトＪの座標系Ｄ８から
親オブジェクトＩの座標系Ｄ５への変換行列Ｄ１４を演
算して求める。変換行列Ｄ１３とＤ１４は作業テーブル
に格納する。

【００４３】更に、ステップ１００４において、時刻デ
ータＤ１，Ｄ２，Ｄ3 の関係に基づいて変換行列Ｄ１
３，Ｄ１４を時間補間し、補間フレームにおける子オブ
ジェクトＪの座標系から親オブジェクトＩの座標系への
変換行列Ｄ１５を求め、作業テーブルに格納する。最後
に、ステップ１００５において、座標変換行列データＤ
６と変換行列Ｄ１５とを合成し、補間フレームにおける
子オブジェクトに関する座標変換行列のデータＤ９を演
算して求める。

【００４４】図１１(a)は本発明のアニメーション作成
装置における座標変換行列、オブジェクトの詳細形状デ
ータ、及び親子関係の世界座標系との関係を説明する説
明図である。そして、図１１(b) には従来のアニメーシ
ョン作成装置における座標変換行列とオブジェクトの詳
細形状データと、ローカル座標系と世界座標系との関係
が図１１(a)の本発明と比較するために示してある。

【００４５】図１１(b) に示す従来の手法では、階層的
な座標系を定義し、それに対して各部品の配置を定義し
てある。図１１(b) の階層構造に図８(a)の電気スタン
ドＬを当てはめて説明する。図１１(b) では図８(a)で
説明した電気スタンドＬの第１関節Ｂ１と第１アームＢ
２、第２関節Ｃ１と第２アームＣ２が一体の部品となる
ように、土台Ａ１、第１関節Ｂ１と第１アームＢ２、第
２関節Ｃ１と第２アームＣ２がそれぞれローカル座標系
Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３に属するようにデータが定義され
ている。各部品はそのローカル座標系における位置が座
標変換行列によって定義され、詳細形状は詳細形状デー
タによって定義されている。オブジェクトを表示する際
等は、ローカル座標系で定義されたオブジェクトデータ
は順次上位の階層のローカル座標系に変換され、最終的
に世界座標系における値に変換される。

【００４６】しかしながら、この従来の方法では、親子
関係の階層関係が深くなった場合、座標変換の計算負荷
が重くなる。また、親子関係を変更した場合、各部品の
座標変換行列を求め直す必要がある。これに対して、図
１１(a)に示す本発明のデータ構造によれば、全ての部
品は定義された詳細形状を世界座標系に配置するための
座標変換行列によって位置が定義される。そして、座標
変換行列とは全く別に親子関係を定義する。こうするこ
とにより、オブジェクトを表示する際などの座標変換は
各オブジェクトについて１回で済む。また、親子関係を
変更しても、座標変換行列を求めなおす必要がない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果がある。 (1) 任意の時刻についてキーフレームを入力できる、
(2) 新たなキーフレームの入力時にそのフレームが自
動的に用意され、新たなキーフレーム、及び既存のキー
フレームを修正できる、(3) キーフレームの時刻も変
更できる、及び(4) キーフレームの順序を入れ換える
ことも可能である。

【００４８】更に、本発明では新規に補間フレームを作
成するに際して、補間フレームに時間的に前後のキーフ
レーム間の角度補間が世界座標系を基準として行われる
ので、意図した通りに自然動作するアニメーションを作
成することが可能になる。そして、本発明では階層構造
を辿ることなく下層側から最上層側の座標系への変換処
理が直接的に行われ、このときの演算量が大幅に減少す
るので、より精緻な親子関係を定義してはるかに精緻な
アニメーションを作成することが可能である。すなわ
ち、キーフレームデータの作成、編集時に階層構造を辿
る必要がなくなり、親子関係の変更も容易になるなど、
大幅な編集効率の向上が図れる。

【００４９】この結果、本発明によれば、表現力に優
れ、自然に動作し、精緻に動作する品質の高いアニメー
ションを効率良く作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアニメーション作成装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１に示したアニメーション作成装置の外観を
示す斜視図である。

【図３】図１に示したＣＰＵとメモリの機能をブロック
で表したブロック構成図である。

【図４】(a) は図３の共通フレーム格納領域に格納され
るデータ構造を示すブロック図、(b) は図３の各キーフ
レーム格納領域に格納されるデータ構造を示すブロック
図である。

【図５】本発明のアニメーション作成装置におけるキー
フレームの作成、更新の手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】隣接するキーフレーム間に補間フレームを挿入
する場合の補間処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【図７】オペレータによって入力された隣接するキーフ
レームの画像、本発明による補間結果を示す補間フレー
ムの画像、従来のオイラー角を使用した補間結果を示す
補間フレームの画像、及び従来の座標変換行列要素を使
用した補間結果を示す補間フレームの画像のテーブルで
ある。

【図８】(a) 及び(b) はキーフレームに描かれた画像の
親子関係を説明する電気スタンドの斜視図である。

【図９】(a) は２つのキーフレームに描かれた親子関係
を持つ画像の階層構造に関係したデータを格納するデー
タテーブルの説明図、(b) は２つのキーフレームに描か
れた親子関係を持つ画像の階層構造に関係したデータを
格納する作業テーブルの説明図である。

【図１０】隣接するキーフレーム間に補間フレームを挿
入する場合の、階層構造データの補間処理の手順を示す
フローチャートである。

【図１１】(a) は本発明のアニメーション作成装置にお
ける座標変換行列、オブジェクトの詳細形状データ、及
び親子関係の世界座標系との関係を説明する説明図、
(b)は従来のアニメーション作成装置における座標変換
行列とオブジェクトの詳細形状データと、ローカル座標
系と世界座標系との関係を説明する説明図である。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ １Ａ…補間回路 １Ｂ…編集回路 ２…バス ３…メモリ ３Ｃ…共通フレーム格納領域 ３Ｄ…表示（編集）フレーム格納領域 ３１〜３ｎ…データを格納する領域 ４…外部記憶装置 ５…キーボード等の入力装置 ６…画面上位置入力装置 ７…表示装置 １０…アニメーション作成装置 １１…コンピュータ本体 １４…フロッピィディスク装置 １５…キーボード １６…マウス １７…ＣＲＴディスプレイ Ａ１…土台 Ｂ１…第１関節 Ｂ２…第１アーム Ｃ１…第２関節 Ｃ２…第２アーム Ｄ１…第３関節 Ｅ１…第３アーム Ｅ２…ランプ部 Ｋ…キーフレーム Ｌ…電気スタンド Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…ローカル座標系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 雅明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 松本 均 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 進藤 秀郎 東京都稲城市大字大丸1405番地 株式会社 富士通パソコンシステムズ内 (72)発明者 大江 和久 東京都稲城市大字大丸1405番地 株式会社 富士通パソコンシステムズ内 (72)発明者 長井 友一 東京都稲城市大字大丸1405番地 株式会社 富士通パソコンシステムズ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アニメーション動作の開始時から終了時
   までをワンカット期間として設定し、このワンカット期
   間の中で親子関係を備えたオブジェクトの静止画をキー
   フレームとして複数個作成した状態で、これらの各キー
   フレーム間に存在すべきアニメーション画を、それぞれ
   ユーザにより指定された枚数だけ補間処理によって自動
   的に作成することができるコンピュータを用いた３次元
   アニメーション作成装置であって、次のものを備える:
   各キーフレームの時刻を記憶する時刻記憶手段、 前記各キーフレームにおいて親オブジェクトの座標を世
   界座標系で記憶する親オブジェクト座標記憶手段、 前記各キーフレームにおいて子オブジェクトの座標を世
   界座標系で記憶する子オブジェクト座標記憶手段、 前記各キーフレームにおける前記親オブジェクトと前記
   子オブジェクトとの親子関係を記憶する親子関係記憶手
   段、 アニメーション画の個数を示すデータに基づき、時系列
   で隣り合うキーフレームの間に前記個数の前記補間フレ
   ームを設定する補間フレーム設定手段、 前記親子関係記憶手段に記憶された時系列で隣り合うキ
   ーフレームの親子関係から、前記補間フレームにおける
   親子関係を、補間によって演算する補間フレームの親子
   関係演算手段、 時系列で隣り合うキーフレームのそれぞれの親オブジェ
   クトの座標を補間することにより、前記補間フレームに
   おける親オブジェクトの座標を世界座標系で演算して記
   憶する補間フレームの親オブジェクト座標の演算記憶手
   段、 前記補間フレームにおける親子関係と親オブジェクトの
   座標から、前記補間フレームにおける子オブジェクトの
   座標を世界座標系で演算して記憶する補間フレームの子
   オブジェクト座標の演算記憶手段、及び前記補間フレー
   ムの親オブジェクトの座標、子オブジェクトの座標、及
   び親子関係によって前記補間フレームにおけるアニメー
   ション画を作成するアニメーション画作成手段。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアニメーション作成装
   置であって、 前記親子関係記憶手段が、子オブジェクトのローカル座
   標系においてオブジェクトが表現される値を、親オブジ
   ェクトのローカル座標系においてオブジェクトが表現さ
   れる値へ変換する規則が示される行列を含み、 前記補間フレームの親子関係演算手段が、時系列で隣り
   合うキーフレームについて前記親子関係記憶手段に記憶
   された行列をそれぞれ求め、両行列の補間により前記補
   間フレーム用の行列を生成する変換行列生成手段を含
   み、更に、 前記補間フレームの子オブジェクト座標の演算記憶手段
   が、前記補間フレーム内に存在すべき子側のオブジェク
   トが表現される世界座標系の値を、演算された補間フレ
   ームの親オブジェクト座標と生成された補間フレーム用
   の行列とを用いて算出するもの。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のアニメーション作成装
   置であって、前記アニメーション画作成手段が以下のも
   のを備える：時系列で隣り合うキーフレーム内に存在す
   るオブジェクトの位置及び寸法を線形補間して両キーフ
   レーム間へ挿入する前記補間フレーム内に存在すべきオ
   ブジェクトの位置及び寸法を算出する位置寸法補間手
   段、 両キーフレーム内に存在するオブジェクトの方向が世界
   座標系を基準として定義された回転行列間の回転変換行
   列を求め、この回転変換行列から両物体の回転軸と両物
   体間の回転角度を算出するキーフレーム間の回転軸角度
   算出手段、及び、 前記補間フレーム内に存在すべきオブジェクトが直前の
   キーフレームから回転する角度を算出された回転角度の
   補間で求め、このオブジェクトをこの角度だけ算出され
   た回転軸につき回転させる回転変換行列を求め、この回
   転変換行列と直前のキーフレーム内に存在するオブジェ
   クトの回転行列とを合成し、前記補間フレーム内に存在
   すべきオブジェクトの方向が世界座標系を基準として定
   義された回転行列を生成する回転行列生成手段。