JPH10172009A - ３次元ｃｇアニメーション作成装置及び作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】３次元空間内のオブジェクトに対する動作設定
を容易にすること。 【解決手段】３次元ＣＧアニメーション作成装置におい
て、入力装置から２次元投影画像上におけるオブジェク
トの２次元動作を設定する手段２５と、オブジェクトの
２次元サイズの化を設定する手段２６と、上記設定デー
タと、オブジェクト３次元形状モデル、カメラパラメー
タから、３次元空間内におけるオブジェクトの３次元動
作を算出する手段２９とを設けることにより、２次元投
影画像上にて動作を設定し、自動的に３次元動作を導き
出せるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元ＣＧによる
アニメーション作成技術に関し、特に２次元画像上に動
きを指定することによって３次元空間内の動きを作成す
る３次元ＣＧアニメーション作成装置及び作成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等を用い、３次元ＣＧのア
ニメーションを作成するとき、動作の対象となるオブジ
ェクトに動きを与える方法としてキーフレーム法があ
る。キーフレーム法は、ユーザがアニメーションの流れ
の中でオブジェクトの動きの主要な変化があるフレーム
に対して、動きのパラメータを対話的に設定し、その中
間のフレームの動きは自動的に作成する方法である。こ
こで、動きのパラメータが設定されたフレームのことを
キーフレームという。

【０００３】キーフレームでのオブジェクトの３次元空
間内の位置や姿勢の指定方法は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
の位置、及び、オブジェクトのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわり
の回転角度を設定する方法が一般的である。特開平４−
１２７２７９号公報には、オブジェクトの動作設定方法
として、キーフレームにおけるオブジェクトの始点及び
終点の位置、速度を示す情報に基づいて、オブジェクト
の始点から終点までの運動経路を算出する方法が開示さ
れている。また、別の方法として、オブジェクトの動き
の軌跡を直線や曲線を組み合わせて３次元空間内に設定
する方法もある。多くの３次元ＣＧアニメーションソフ
トはこれらの方法を採用している。しかしながら、その
いずれも３次元空間内に位置なり軌跡を直接設定するも
のであり、２次元画像上に設定するものはなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】オブジェクトに動きを
与えるとき、オブジェクトの３次元空間内における位置
または軌跡を設定する方法では、それが２次元投影画像
上でアニメーションとしてどのような動きにみえるのか
想像することは容易ではない。それは、３次元オブジェ
クトを２次元画像上に投影したとき、カメラパラメータ
や視点位置からの距離に応じて、投影されるオブジェク
トの位置や形状が変化するためである。

【０００５】また逆に、２次元投影画像上でのオブジェ
クトの動作を想定したとき、３次元空間内でオブジェク
トのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置がそれぞれどのように
変化するのか想像するのは初心者でなくとも困難であ
る。

【０００６】一方、２次元アニメーションなどで一般的
に行われる方法として、２次元画像の奥行きをだすため
にオブジェクトの大きさを変える方法がある。しかし本
方法では、見た目では３次元的な効果を出すことは可能
だが、あくまで画像は２次元のため、視点の変化等３次
元ＣＧの持つ特徴の実現は不可能である。

【０００７】したがって、本発明の目的は、ユーザが感
覚的に、かつ容易に３次元空間内のオブジェクトに対し
て動作設定ができる３次元ＣＧアニメーション作成装置
及び作成方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、マウスやキーボード等の入力装置を用い
て、オブジェクトの動作を指定する際に３次元空間内で
のオブジェクトの動作を２次元投影画像上に直接設定す
る手段、２次元投影画像上でのオブジェクトの２次元サ
イズの変化を設定する手段、前記手段によって設定され
たオブジェクトの動作や大きさの変化、オブジェクトの
形状モデル、視点位置情報等のカメラパラメータから、
オブジェクトの３次元空間内での動きを算出する手段を
有する３次元ＣＧアニメーション作成装置を提供するも
のである。

【０００９】上記３次元ＣＧアニメーション作成装置を
用いることによって、ユーザはオブジェクトの３次元位
置を意識することなく、２次元画像への投影結果のみを
考慮しながらオブジェクトの動作設定を行うと、ユーザ
の意図した動作がそのままアニメーション結果に反映さ
れる。さらに、２次元投影画像上でのオブジェクトの位
置や大きさ等によってオブジェクトの３次元位置が算出
されるので、２次元上で設定したものに対し３次元とし
て扱うことが可能になるため、３次元空間内における位
置の修正を３次元座標値にて行うことや、異視点から見
た画像の表示等も可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳述する。

【００１１】図１は、本発明の実施の形態におけるハー
ドウェア構成を示した図である。

【００１２】本装置は、プログラムに基づいた計算や制
御を行うＣＰＵ（１）、数値やコマンドを入力するため
の外部入力装置であるキーボード（３）、２次元座標値
の入力やコマンドの選択、操作をするための外部入力装
置であるマウス（４）、キーボード（３）やマウス
（４）の入力の制御を行う入力ポート（２）、３次元画
像の表示等を制御する３次元グラフィックスボード
（５）、２次元画像及び３次元グラフィックスボード
（５）にて２次元画像に変換された３次元データをディ
スプレイに表示するディスプレイＣＲＴコントローラ
（６）、画像を表示する装置ＣＲＴディスプレイ
（７）、アニメーションを作成するためのプログラム等
を記憶する主記憶装置（８）、画像データや３次元形状
データ、アニメーションデータ等を格納するハードディ
スクまたはフロッピーディスク等の補助記憶装置（１
４）、及び、これらの構成要素を相互に結合するバス
（１９）から構成される。

【００１３】主記憶装置（８）は、メモリやキーボード
（３）やマウス（４）を使用して、２次元または３次元
のＣＧモデルを作成したり、アニメーションのパラメー
タ等を設定するための作業領域（９）、３次元空間内デ
ータを視点位置から見た２次元透視画像またはｘｙ平
面、ｙｚ平面、ｚｘ平面に投影した２次元投影画像を格
納する投影画像データ（１０）、投影画像上のオブジェ
クトの動きを２次元線分で設定する２次元動作設定プロ
グラム（１１）、投影画像上のオブジェクトの大きさを
設定する２次元サイズ設定プログラム（１２）、２次元
投影画像上の動作パラメータ等の情報をもとにオブジェ
クトの３次元空間での動作を計算する３次元動作算出プ
ログラム（１３）によって構成されている。なお、３次
元空間内データを視点位置から見た２次元透視画像やｘ
ｙ平面、ｙｚ平面、ｚｘ平面に投影した２次元投影画像
を作成する透視変換等の処理は、３次元グラフィックス
ボード（５）にて自動的に計算される。

【００１４】補助記憶装置（１４）には、アニメーショ
ンの背景となる２次元画像またはアニメーション空間の
環境３次元データ、またはそれらを組み合わせたもの
や、視点位置や視軸等のカメラパラメータを総合した、
アニメーションのベースとなるデータが格納されている
環境モデルデータ格納部（１５）、アニメーションの対
象となるオブジェクトの３次元形状データを格納するオ
ブジェクト３次元データ格納部（１６）、２次元動作設
定プログラム（１１）や２次元サイズ設定プログラム
（１２）によって導かれたデータを格納する２次元動作
データ格納部（１７）、３次元動作算出プログラム（１
３）によって導かれたデータを格納する３次元動作デー
タ格納部（１８）が含まれる。

【００１５】図２は、アニメーション作成装置における
内部構成を示した図である。

【００１６】動作設定対象のオブジェクトの３次元形状
モデル（２０）と環境モデル（２１）を、環境モデル
（２１）に含まれる視点位置や視軸などのカメラパラメ
ータをもとに、２次元投影画像作成部（２２）にて２次
元投影画像（２３）を作成し、表示装置（２７）に表示
する。表示された２次元投影画像（２３）に対して、キ
ーボード（３）やマウス（４）等の入力装置（２４）を
使用し、オブジェクト２次元動作設定部（２５）にて、
任意のフレームにおけるオブジェクトの位置を数値また
はオブジェクトのウィンドウ上の位置で示すか、軌跡を
あらわす線分によってオブジェクトのマクロな動きを設
定し、オブジェクト２次元サイズ設定部（２６）にて任
意のフレームで表示されるオブジェクトの２次元サイズ
を、大きさの初期値を「１」として倍率で設定する。

【００１７】上記のようにして設定された位置及び大き
さのオブジェクトの２次元画像を２次元投影画像（２
３）と合成し、合成結果を表示装置（２７）に表示す
る。ここで導かれた２次元の動作データはオブジェクト
投影画像上２次元動作データ記憶装置（２８）に格納さ
れ、２次元動作及びサイズデータ、オブジェクト３次元
形状モデル（２０）、環境モデル（２１）から、３次元
動作算出部（２９）にて、オブジェクトの３次元動作が
計算され、オブジェクト３次元動作データ記憶装置（３
０）に格納される。上記にて算出されたオブジェクトの
３次元位置データとオブジェクト３次元形状モデル（２
０）、環境モデル（２１）より、２次元投影画像作成部
（２２）にて２次元投影画像（２３）が作成され、オブ
ジェクトがユーザの意図する位置及び大きさに正しく投
影されたものが表示装置（２７）に表示される。

【００１８】図３は本発明におけるアニメーション作成
方法のフローチャートである。

【００１９】まず、ステップ１０００にて、アニメーシ
ョン作成に必要となるデータを用意する。一つは、動作
設定対象となるオブジェクトの３次元形状モデルであ
り、一つは、アニメーションの背景となる２次元画像、
または３次元空間内の環境３次元形状モデル、視点位置
や視軸等のカメラパラメータを総合した環境モデルであ
る。

【００２０】ステップ２０００では、オブジェクトに対
して動作設定を行う。ここでは、３次元空間内にあるオ
ブジェクトに対して２次元画像上にて動作設定を行う。
詳細については図４を用いて後述する。

【００２１】ステップ３０００では、ステップ２０００
にて設定されたオブジェクトの２次元画像上での動作
を、ステップ１０００にて用意されたオブジェクトの３
次元形状モデル、カメラパラメータなどのデータを用い
て、３次元空間内での動作に変換する。詳細については
図５を用いて後述する。

【００２２】ステップ４０００では、ステップ１０００
にて用意された、オブジェクトの３次元形状モデル及び
環境モデル、ならびに、ステップ３０００にて算出され
たオブジェクトの３次元空間内での動作をもとに、フレ
ームごとの２次元投影画像を作成する。

【００２３】ステップ５０００では、ステップ４０００
にて作成された２次元投影画像を順に表示することによ
ってアニメーションを再生し、この結果よりステップ６
０００にて動作修正の有無を決定する。動作修正を行う
場合はステップ２０００に戻り、行わない場合は終了す
る。

【００２４】図４は、図３のオブジェクトの２次元動作
設定ステップ２０００の詳細フローチャートである。こ
こでは、オブジェクトの動作設定方法として、キーフレ
ームにおける２次元位置を設定することにより動作を設
定する方法を説明する。なお、２次元動作設定のインタ
ーフェイスについては図７にて後述する。

【００２５】まず、ステップ２１００にて環境モデルの
２次元投影画像を作成し、ステップ２２００にてオブジ
ェクト３次元形状モデルの投影画像を作成する。ステッ
プ２３００にて、上記作成の２枚の投影画像を合成し表
示する。ステップ２４００にて、オブジェクトの動作指
定を続行するか終了するか選択する。

【００２６】続行する場合は、ステップ２５００に進
む。ステップ２５００にて、オブジェクトの位置や大き
さを設定するキーフレームの番号を入力する。ステップ
２６００にて、ステップ２５００にて指定されたフレー
ムにおける、オブジェクトの投影画像上の２次元位置を
設定する。設定方法としては、座標値の入力による設定
やマウスを用いた画面上のオブジェクトの位置指定によ
る設定が挙げられる。このとき、オブジェクトの位置を
示す２次元座標値は、投影画像の座標系にて設定する。

【００２７】ステップ２７００にて、ステップ２５００
にて指定されたフレームにおけるオブジェクトの投影画
像上の大きさを設定する。このとき、元の大きさに対す
る倍率にて設定する。

【００２８】ステップ２８００では、ステップ２５００
にて指定されたフレームにおけるオブジェクトの３次元
位置を、オブジェクトの３次元形状モデルやカメラパラ
メータ、ステップ２６００にて設定したオブジェクトの
２次元位置、ステップ２７００にて設定したオブジェク
トの大きさより算出する。このとき、オブジェクトの３
次元位置を算出するのは、指定フレームにおける投影画
像上のオブジェクトの見えかたを確認するためである。

【００２９】ステップ２８００にて指定されたフレーム
におけるオブジェクトの３次元位置が定まると、ステッ
プ２２００に戻り、ステップ２７００にて算出された３
次元位置をもとにオブジェクト３次元形状モデルの投影
画像を作成し（ステップ２２００）、ステップ２１００
にて作成された環境モデルの投影画像と合成して表示す
る（ステップ２３００）。

【００３０】以上の操作を、必要なフレームすべてに対
して行い、オブジェクトの動作設定終了（ステップ２４
００）が選択されると、上記操作において設定されたす
べてのキーフレーム、キーフレームにおけるオブジェク
トの２次元位置、２次元サイズの変化のデータを、２次
元動作データ格納部（１７）に格納し（ステップ２９０
０）、オブジェクトの２次元動作設定を終了する。

【００３１】図５は、図３のオブジェクトの３次元位置
算出ステップ３０００の詳細フローチャートである。

【００３２】ステップ３１００にてオブジェクト３次元
形状モデルを読み込み、ステップ３２００にて視点位置
や視軸等のカメラパラメータを読み込み、ステップ３３
００にて２次元動作データ格納部（１７）に格納され
た、キーフレーム及びキーフレームにおけるオブジェク
トの２次元座標や大きさの情報を読み込む。

【００３３】ステップ３４００にて、オブジェクトの２
次元投影画像上における２次元座標や大きさから、３次
元空間内における３次元座標を算出し、ステップ３５０
０にて、フレーム番号、そのフレームに対応するオブジ
ェクトの３次元位置座標が対になったデータを、３次元
動作データ格納部（１８）に格納する。

【００３４】キーフレームにおいて設定されたオブジェ
クトの位置を補間する方法として、２次元動作に対して
補間する方法と、３次元動作に変換した後に補間する方
法とがある。

【００３５】前者の場合は、図５におけるステップ３４
００の前に２次元動作データ格納部（１７）に格納され
た２次元座標データと２次元サイズそれぞれに対して補
間データを求めるステップを挿入し、ステップ３４００
にて全てのフレームにおけるオブジェクトの３次元位置
をそれぞれ求める。

【００３６】また、後者の場合は、図３における３次元
位置算出ステップ３０００では、キーフレームのみにお
けるオブジェクトの３次元位置を算出し、図３における
アニメーション画像データ作成（ステップ４０００）の
前に、３次元動作データ格納部（１８）に格納された３
次元座標データに対して補間データを求めるステップを
挿入する。補間の方法に関しては、公知の技術を用いる
ことができる。

【００３７】図６は２次元投影画像上でのオブジェクト
の位置及び大きさを決定するインターフェイスを示した
図である。ここでは、オブジェクトの動作を軌跡ではな
くフレームごとの２次元位置にて決定する方法を例とし
て挙げる。

【００３８】図６において、１００は２次元投影画像を
表示するウィンドウであり、１０１は２次元投影画像に
おけるＸＹ座標である。また１０２は、３次元空間内に
おける座標軸を示す。ここで、アニメーションの対象と
なるのは１０３に示されるオブジェクトで、その他は環
境データである。１０４では動作設定を行うフレーム数
を指定・表示し、１０５ではスライダまたは数値入力等
によってオブジェクトの大きさを設定し数値を表示し、
１０６、１０７ではスライダまたは数値入力等によって
オブジェクトの２次元のＸ座標値、Ｙ座標値を設定し、
それぞれの数値を表示する。１０８は、設定中のオブジ
ェクトの情報を表示するウィンドウである。

【００３９】オブジェクトの動作を設定するとき、ま
ず、フレーム番号設定部（１０４）にて、アニメーショ
ンのキーフレームとなるフレーム番号を入力する。する
と、オブジェクト３次元形状データの２次元投影データ
（１０３）が初期位置に表示される。位置を指定する場
合、表示された２次元投影データ（１０３）をスライダ
の使用や数値入力（１０５）（１０６）等の方法により
２次元位置を指定する。同じく大きさを指定する場合、
表示された２次元投影データ（１０３）をスライダの使
用や数値入力（１０５）等の方法により２次元サイズを
指定する。設定または変更されたデータは直ちに２次元
投影データ（１０３）に反映される。このような動作
を、必要なフレームすべてに対して繰り返す。

【００４０】図７は格納される動作データの例である。

【００４１】図７（a）は、２次元動作データ格納部
（１８）に格納されているデータの例である。２次元動
作データ格納部（１８）には、まず動作設定対象のオブ
ジェクト名「ｂａｌｏｏｎ」が格納され、次に、キーフ
レーム番号Ｆｒａｍｅとキーフレームにおけるオブジェ
クトの２次元座標値Ｘ，Ｙ及び２次元サイズＳｃａｌｅ
とが対になったものがキーフレームの個数分格納されて
いる。ここで格納される、オブジェクトの２次元座標値
Ｘ，Ｙは、図１の２次元投影画像の座標系（１０１）を
基準とする。

【００４２】図７（ｂ）は、３次元動作データ格納部
（１９）に格納されているデータの例である。３次元動
作データ格納部には、まず動作設定対象のオブジェクト
名「ｂａｌｏｏｎ」が格納され、次にキーフレーム番号
Ｆｒａｍｅとキーフレームにおけるオブジェクトの３次
元座標値ｘ，ｙ，ｚとが対になったものがキーフレーム
の個数分格納されている。ここで格納される、オブジェ
クトの３次元座標値ｘ，ｙ，ｚは、図１の３次元空間内
における座標軸（１０２）を基準とする。

【００４３】図８は、オブジェクトに拘束条件を持たせ
たときの装置の内部構成を示した図で、図２におけるオ
ブジェクトサイズ設定部（２６）の代わりにオブジェク
ト拘束条件設定部（３６）を設置した構成になってい
る。オブジェクト拘束条件設定部（３６）における拘束
条件の与え方としては、オブジェクトが動作する平面を
一意に定める方法、２次元画像上で大きさを設定する方
法等がある。

【００４４】図９はオブジェクトに拘束条件を与えたと
きの２次元動作設定の例である。

【００４５】本図では、３次元空間内における座標系の
ｚ軸方向位置が一定であると仮定し、これを拘束条件と
した例を示す。このとき、オブジェクトの２次元サイズ
設定の必要はなく、２次元位置の設定のみで３次元位置
が一意に定まる。このように、拘束条件を与えることに
よって、少ない入力パラメータにてオブジェクトの動作
設定が可能になる。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、最終
的な出力結果である２次元投影画像上においてオブジェ
クトの動作や大きさを指定するため、視覚的にユーザの
意図したオブジェクトの動きづけが可能になる。

【００４７】また、２次元投影画像上で指定された、オ
ブジェクトの動作や大きさ、及び、カメラパラメータを
用いて、３次元空間内におけるオブジェクトの動作を計
算し、動作データを３次元でも保持するため、カメラパ
ラメータや視点位置の変更等にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のハードウェア構成を示し
たブロック図。

【図２】第１の実施の形態の内部構成を機能的に示した
機能ブロック図。

【図３】第１の実施の形態のアニメーション作成方法の
フローチャート。

【図４】第１の実施の形態の２次元動作設定方法のフロ
ーチャート。

【図５】第１の実施の形態の３次元動作算出方法のフロ
ーチャート。

【図６】第１の実施の形態におけるインターフェイスを
示した図。

【図７】第１の実施の形態の２次元動作データテ−ブル
（ａ）及び３次元動作データテ−ブル（ｂ）。

【図８】第２の実施の形態の内部構成を機能的に示した
機能ブロック図。

【図９】第２の実施の形態におけるインターフェイスを
示した図。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…入力ポート、３…キーボード、４…マ
ウス、５…３次元グラフィックスボード、６…ディスプ
レイＣＲＴコントローラ、７…ディスプレイＣＲＴ、８
…主記憶装置、９…作業領域、１０…投影画像データ、
１１…２次元動作設定プログラム、１２…２次元サイズ
設定プログラム、１３…３次元動作算出プログラム、１
４…補助記憶装置、１５…環境モデルデータ格納部、１
６…３次元データデータ格納部、１７…２次元動作デー
タ格納部、１８…３次元動作データ格納部、１９…バ
ス、２０…３次元形状モデル、２１…環境モデル、２２
…２次元投影画像作成部、２３…２次元投影画像、２４
…入力装置、２５…オブジェクト２次元動作設定部、２
６…オブジェクト２次元サイズ設定部、２７…表示装
置、２８…オブジェクト投影画像上２次元動作データ記
憶装置、２９…３次元動作算出部、３０…３次元動作デ
ータ記憶装置、３６…オブジェクト拘束条件設定部、１
００…２次元画像表示ウィンドウ、１０１…２次元座
標、１０２…２次元座標、１０３…オブジェクト、１０
４…フレーム指定・表示手段、１０５…オブジェクトサ
イズ指定・表示手段、１０６、１０７…オブジェクト２
次元座標指定・表示手段、１０８…オブジェクト情報表
示ウィンドウ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元空間におけるオブジェクトの動作設
   定を２次元投影画像上で行うためのアニメーション作成
   装置であって、入力装置より、２次元投影画像に対して
   オブジェクトの２次元動作を設定する手段と、オブジェ
   クトの２次元サイズの変化を設定する手段と、上記にて
   設定された２次元動作および２次元サイズ変化のデータ
   と、オブジェクト３次元形状モデル、カメラパラメータ
   から３次元空間内のオブジェクトの動作を求める手段と
   を有すること特徴とする３次元ＣＧアニメーション作成
   装置。
2. 【請求項２】３次元空間におけるオブジェクトの動作設
   定を２次元投影画像上で行うためのアニメーション作成
   装置であって、入力装置より、２次元投影画像に対して
   オブジェクトの２次元動作を設定する手段と、オブジェ
   クトの拘束条件を設定する手段と、上記にて設定された
   ２次元動作データおよび拘束条件と、オブジェクト３次
   元形状モデル、カメラパラメータから３次元空間内のオ
   ブジェクトの動作を求める手段とを有すること特徴とす
   る３次元ＣＧアニメーション作成装置。
3. 【請求項３】３次元空間におけるオブジェクトの動作設
   定を２次元投影画像上で行うためのアニメーション作成
   方法であって、入力装置より、２次元投影画像に対して
   オブジェクトの２次元動作を設定するステップと、オブ
   ジェクトの２次元サイズの変化を設定するステップと、
   上記にて設定された２次元動作および２次元サイズ変化
   のデータと、オブジェクト３次元形状モデル、カメラパ
   ラメータから３次元空間内のオブジェクトの動作を求め
   るステップと、３次元動作を直接設定するオブジェクト
   動作設定ステップとを有すること特徴とする３次元ＣＧ
   アニメーション作成方法。
4. 【請求項４】キーフレーム法を用い、３次元空間におけ
   るオブジェクトの動作設定を２次元投影画像上で行うた
   めのアニメーション作成方法であって、入力装置より、
   ２次元投影画像に対してオブジェクトの２次元動作を設
   定するステップと、オブジェクトの２次元サイズの変化
   を設定するステップと、上記にて設定された２次元動作
   および２次元サイズ変化のデータと、オブジェクト３次
   元形状モデル、カメラパラメータから３次元空間内のオ
   ブジェクトの動作を求めるステップと、キーフレーム間
   のオブジェクトの位置を求めるステップとして、２次元
   位置および２次元サイズデータに対する補間データ作成
   後３次元位置を求めるステップ及びキーフレームにおけ
   る３次元位置算出後３次元位置に対する補間データを作
   成するオブジェクト位置補間算出ステップとを有するこ
   と特徴とする３次元ＣＧアニメーション作成方法。