JPH10312470A

JPH10312470A - アニメーション生成装置

Info

Publication number: JPH10312470A
Application number: JP9123687A
Authority: JP
Inventors: Takuya Sayama; 卓也佐山; Masayuki Taniyama; 昌之谷山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のアニメーション生成装置では難しかっ
た複雑な動きをするオブジェクトや親子関係をもったオ
ブジェクトのアニメーションを少量のパラメータで簡単
に実現する。【解決手段】オブジェクトの補間をオブジェクトデー
タ記憶手段１１に記憶された初期位置モデリングマトリ
ックスと、補間種別や補間係数といった補間パラメータ
とフレームカウンタ生成手段１３の生成したフレームカ
ウンタから生成した補間マトリックスから、補間マトリ
ックス生成手段１４でオブジェクトの３次元空間上での
位置を示す最終的なモデリングマトリックスを補間生成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータグラ
フィックスにおける３次元オブジェクトを時間経過に応
じて自動的に移動表示させるアニメーション生成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータグラフィックスでは、３次
元空間に物体を配置して指定した視点から見た画像を２
次元のスクリーン上へ描画することが行われる。３次元
空間に配置する物体を構成する要素をオブジェクトと呼
ぶ。例えば、人間をモデルにした物体を描画する場合、
頭は球のオブジェクト、腕や足や胴は複数の円柱のオブ
ジェクトなどで構成されることになる。

【０００３】時間的に移動するオブジェクトの様子は、
１秒間に例えば３０フレームの画像を描画してこれを連
続的に表示する。３０フレームのオブジェクトを生成す
る際に、３次元空間に配置するオブジェクトの位置情報
を全てのフレームについてあらかじめ用意しておくと、
データ量が膨大なものになるため、一般に３０フレーム
のうち、数フレーム間隔でのみオブジェクトの位置情報
を用意しておき、位置情報が用意されていないフレーム
では、位置情報が与えられたフレームでのデータから何
らかの方法で位置情報を補間生成してオブジェクトを３
次元空間に配置する。このようにしてオブジェクトの動
きを表現することをアニメーションと呼ぶ。

【０００４】補間生成の方法としては、オブジェクトの
位置・大きさ・形状などの変化を一定時間（シーンと呼
ぶ）ごとにその変化量を求め、これをシーンを構成する
フレーム数で中割して表示する方法（キーフレーム法）
が知られている。例えば、２次元図形の変形をキーフレ
ーム法で行う場合の例が、中島正之監修テレビジョン
学会編「３次元ＣＧ」（オーム社、平成６年２月１０日
発行）の１４５〜１４６ページに開示されている。しか
しながら、このような従来のアニメーション生成装置で
は、単純にフレーム数で中割するため複数のオブジェク
トから構成される画像を描画する場合、全てのオブジェ
クトを構成する頂点座標データが膨大となり、キーフレ
ーム間で頂点の対応関係を指示する作業が非常に煩雑に
なり、また、回転を伴う変形をしたときに不自然な変形
を生じやすいといった問題点がある。

【０００５】さらに、キーフレーム法を３次元のオブジ
ェクトのアニメーションに応用した例が、例えば特開平
８−１６８２０号に開示されている。この例では、複数
の３次元オブジェクトから構成される物体をその親子関
係を正しく反映した補間も行えるアニメーション作成装
置が開示されている。この従来例ではオブジェクトが回
転するようなアニメーションの場合、２つのキーフレー
ムの間のフレームを補間するために、キーフレームのそ
れぞれにおいてあらかじめ与えられたオブジェクトの３
次元空間上での位置を示すマトリックスを基にして、２
つのマトリックスの間の変換マトリックスを一旦求めた
後そのマトリックスの要素から回転種別や回転角度を求
め、これを補間するフレーム数で線形補間し、再び補間
フレームに関する回転マトリックスを生成して、キーフ
レーム間でのオブジェクトの位置を求めるというアニメ
ーション生成方法が採られている。この方法では、全て
のオブジェクトについて、キーフレームにおける３次元
の位置を示すマトリックスが必要であるとともに、複合
したオブジェクトの動き、すなわち回転と平行移動と拡
大縮小といった種別の異なる動きが複合したようなオブ
ジェクトの動きが補間できないという問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の単
純なフレーム補間によるアニメーション生成装置では複
数のオブジェクトから構成される画像をアニメーション
生成する場合、オブジェクトを構成する頂点データの対
応関係の指示が煩雑になり、回転を伴う変形に対応しき
れないという問題や、また、３次元オブジェクトのアニ
メーション生成においても補間マトリックスの生成方法
が煩雑でかつ複合したオブジェクトの動きをアニメーシ
ョン生成する事ができないといった問題点があった。

【０００７】本発明は、以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、３次元オブジェクトの動作で、回転と
平行移動と拡大縮小といった複数の異なる動きが複合さ
れた動きであっても少ないパラメータ数でアニメーショ
ン生成が可能なアニメーション生成装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
アニメーション生成装置は、描画中の現在の時刻に基づ
き生成されたフレームカウンタデータと、オブジェクト
の補間パラメータを用いて前記オブジェクトを３次元空
間に配置するためのモデリングマトリックスを生成する
のに必要な補間マトリックスを生成する補間マトリック
ス生成手段と、前記補間マトリックスとモデルの初期位
置モデリングマトリックスから現在のモデリングマトリ
ックスを合成するモデリングマトリックス合成手段とを
具備したものである。

【０００９】また請求項２記載の本発明のアニメーショ
ン生成装置は、１フレーム中に描画すべき全ての３次元
オブジェクトのリストと前記オブジェクトの詳細パラメ
ータへのポインタ情報を記憶したオブジェクトテーブル
記憶手段と、前記オブジェクトのアニメーション動作を
生成するための補間パラメータと前記オブジェクトの初
期位置モデリングマトリックスを含む前記オブジェクト
の詳細なパラメータを記憶するオブジェクトデータ記憶
手段と、前記オブジェクトテーブルと前記オブジェクト
データから描画すべき３次元オブジェクトを順に選択す
るオブジェクト描画選択手段と、描画中の現在の時刻に
基づきフレームカウンタデータを生成するフレームカウ
ンタ生成手段と、３次元空間を２次元スクリーンに投影
するために必要なビューマトリックス情報を含む光源デ
ータなどの描画に関する共通データを記憶する共通デー
タ記憶手段と、前記現在のモデリングマトリックスとビ
ューマトリックスから、各オブジェクトの３次元座標デ
ータを２次元スクリーン座標情報へ変換するためのモデ
ル・ビューマトリックスを合成するモデル・ビューマト
リックス合成手段と、前記モデル・ビューマトリックス
を用いて変換した各オブジェクトを構成するポリゴン座
標データと前記共通データ記憶手段に記憶されている光
源データなどからスクリーン上にポリゴンを描画するポ
リゴン描画手段とを具備したものである。

【００１０】また、請求項３記載の本発明におけるフレ
ームカウンタ生成手段は、フレームカウンタデータとし
て複数のオブジェクトのそれぞれに異なる値として生成
するものである。

【００１１】また、請求項４記載の本発明におけるフレ
ームカウンタ生成手段は、実数の値を生成するものであ
る。

【００１２】また、さらに請求項５記載の本発明のアニ
メーション生成装置は、１フレーム中に描画すべき全て
の３次元オブジェクトのリストとオブジェクトの詳細パ
ラメータへのポインター情報を記憶したオブジェクトテ
ーブル記憶手段の内容を１フレームごとに更新するため
のオブジェクトテーブル更新手段を備えている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００１４】（実施の形態１）図２は、本発明のアニメ
ーション生成装置の構成図である。２１３がアニメーシ
ョン生成装置の主要部を含む３次元描画装置である。Ｃ
ＰＵ２０１が、外部記憶装置２０２に記憶されたアニメ
ーション制御のプログラムおよび、使用者から外部入力
装置２０３を使って与えられた指令により、ホストＩ／
Ｆ部２０４を通して３次元描画装置を制御する。３次元
描画装置２１３は、１つまたは複数の半導体集積回路
（ＬＳＩ）で構成される。

【００１５】オブジェクトテーブル２０５は、１フレー
ム中に描画すべき全ての３次元オブジェクトのリストと
各オブジェクトの詳細パラメータへのポインタを記憶し
たオブジェクトテーブル記憶手段であり、ＬＳＩに内蔵
されたメモリデバイスによって構成されている。オブジ
ェクトテーブルの内容を図１０に示す。オブジェクト番
号１００１として０番、１番そして順に全オブジェクト
数に対応する（Ｎｏｂｊ−１）番までが格納されてい
る。各オブジェクトの詳細データとして、オブジェクト
を構成するポリゴンのパラメータを格納したメモリデバ
イスの先頭アドレスを示すポリゴンパラメータアドレス
１００２と、各オブジェクトの各シーンでの初期位置を
与えるためのモデリングマトリックスを格納したメモリ
デバイスの先頭アドレスを示す初期位置モデリングマト
リックスアドレス１００３と、オブジェクトがフレーム
ごとにどのように動くのかを示すための補間パラメータ
データを格納したメモリデバイスの先頭アドレスを示す
補間パラメータアドレス１００４と、各オブジェクトが
いくつの補間パラメータを用いて動きを表すのかを示す
補間パラメータ個数１００５が格納されている。

【００１６】オブジェクトテーブルにそのポインタが格
納されている詳細パラメータについて詳しく説明する。

【００１７】まずポリゴンパラメータのデータについて
図１１に示す。１つのオブジェクトを構成する複数のポ
リゴンを連続した記憶領域に格納している。各オブジェ
クトに対応する記憶領域の先頭アドレスが、Ｐ０、Ｐ１
〜Ｐ（Ｎｏｂｊ−１）として示されている。Ｐ０からの
領域には、０番のオブジェクトを構成するポリゴン（こ
こでは３角形を１つのポリゴンとする）のデータが、ポ
リゴン数データ１１０２に続いて各ポリゴンの頂点デー
タを３づつ格納する形１１０３で続いている。本実施例
では、説明を簡単にするためにポリゴンのデータとして
頂点データだけを示しているが、より高画質な描画を行
うために、ポリゴンデータとして頂点データ以外にポリ
ゴン頂点の法線ベクトルデータや色のデータを含めるの
が一般的である。

【００１８】次に、初期位置モデリングマトリックスの
データについて図１２に示す。モデリングマトリックス
とは、各オブジェクトのポリゴン頂点データが正規化さ
れたオブジェクト座標系で定義されている場合に、各オ
ブジェクトを３次元のワールド空間の任意の位置に配置
するために使うマトリックスである。射影変換を伴わな
いため、図に示すようにｅ００〜ｅ３２の１２個の要素
１２０２が確定すれば、４×４の１つのモデリングマト
リックス１２０３を定義出来る。Ｍ０、Ｍ１〜Ｍ（Ｎｍ
ｍｘ−１）として、各モデリングマトリックスに対応す
る記憶領域の先頭アドレスが示されている。

【００１９】次に、補間パラメータのデータについて図
１３に示す。補間パラメータとは、各オブジェクトがフ
レームごとにどのように動くのかを示すパラメータであ
る。すなわち、あるフレーム（ｆ）におけるオブジェク
トの位置を３次元ワールド空間上で指定するためのモデ
リングマトリックス[Ｍ]を（数１）の関数で表すために
必要なパラメータである。ここで、［Ｍo］は、初期位
置モデリングマトリックスを表す。［ΔＭ（ｆ）］は、
補間パラメータを用いてフレームｆの時点でのオブジェ
クトの位置を［Ｍｏ］への乗数マトリックスとして表わ
した補間マトリックスである。すなわち、本発明でのア
ニメーション生成のための補間とは、（数１）に示され
るモデリングマトリックスの補間のことを言う。

【００２０】

【数１】

【００２１】図１３に示すように補間パラメータの要素
として、補間種別１３０２、マトリックス演算方向１３
０３、フレームカウンタｆとの乗算指定１３０４、次参
照パラメータへのオフセット１３０５、補間係数（１）
１３０６〜（３）１３０８がある。これらの詳細に関し
ては、後ほど詳しく述べる。Ｉ０，Ｉ１〜Ｉ（Ｎｉｎｔ
−１）として、各補間パラメータに対応する記憶領域の
先頭アドレスが示されている。

【００２２】以上が、オブジェクトの詳細パラメータの
説明である。これら詳細パラメータが記憶されているオ
ブジェクトデータの記憶手段として、図２の構成図で
は、ＲＯＭメモリ２１１を示している。一般に、３次元
グラフィックスは、ユーザからのインタラクティブな指
令によってオブジェクトが動作し、それをリアルタイム
に描画する必要のあるゲームのようなアプリケーション
と、あらかじめアニメーションのシナリオが決定されそ
のシナリオ（データ）に基づき描画を行うアプリケーシ
ョンの２つに分類できる。後者では、必要なオブジェク
トの情報や、オブジェクトの動きがあらかじめ定まって
いる。従って、ＲＯＭメモリにデータを格納することが
できる。インタラクティブな動作が必要な場合は、ホス
トＣＰＵ２０１から逐次データが３次元描画装置２１３
に与えられなければならない。本実施例は、インタラク
ティブではない３次元グラフィックスでのアニメーショ
ン生成を対象にしている。

【００２３】図２を用いてアニメーション生成装置の構
成の説明を続ける。オブジェクトテーブル２０５の内容
は、アニメーション演算部２０６で順に読み出されオブ
ジェクト単位でアニメーション描画される。アニメーシ
ョン演算部２０６が、描画するオブジェクトの詳細デー
タをＲＯＭメモリ２１１から読み出すオブジェクト描画
選択手段を有する。さらにアニメーション演算部２０６
は、現在の時刻を表すフレームカウンタデータと、ＲＯ
Ｍメモリ２１１から読み出したオブジェクトの補間パラ
メータから、補間マトリックスを生成する手段を有す
る。アニメーション演算部２０６は、補間マトリックス
及び、各オブジェクトの初期位置モデリングマトリック
から（数１）に示したようにモデリングマトリックス
［Ｍ］を合成する、モデリングマトリックスの合成手段
と各オブジェクトの３次元座標データを２次元スクリー
ン座標情報へ変換するモデル・ビューマトリックスを合
成する、モデル・ビューマトリックス合成手段を実現す
るマトリックス演算部２０７を制御する。そして、ここ
まででスクリーン上での描画位置の確定したオブジェク
トを実際に２次元スクリーン上に描画するポリゴン描画
部２０８、及びスクリーンの実体であるフレームメモリ
２１０へのデータ書き込み・読み出し制御を行うフレー
ムメモリ制御部２０９、及びフレームメモリ２１０の内
容を目に見える形に表示するための表示装置２１２によ
りアニメーション生成装置は構成される。

【００２４】以下、フローチャートを用いてアニメーシ
ョン生成装置の具体的な動作の流れを説明する。図３
は、アニメーション描画の全体フローチャートである。

【００２５】アニメーション描画を開始すると（ステッ
プ３０１）、まず最初にステップ３０２でフレームカウ
ンタが初期化される。フレームカウンタは、図２のアニ
メーション演算部２０６の中にあるフレームカウンタ生
成手段によって初期化される。フレームカウンタ生成手
段は、描画の基準となる最初のフレームカウント（ｆ）
を生成する。通常初期値は０で、１フレームにつき１づ
つ加算される。次にステップ３０３で描画すべきオブジ
ェクトが選択される。そしてステップ３０４でオブジェ
クトが描画される。ステップ３０３とステップ３０４
が、オブジェクトの数だけ繰り返される（ステップ３０
５）。さらに、ステップ３０６でフレームカウンタの値
を更新し、所望の時間を経過していなければ、ステップ
３０８でフレームメモリをクリアし再びステップ３０３
〜３０５の、一連のオブジェクト描画処理に移る。ステ
ップ３０６でフレームカウンタが所望の値に達してた場
合には、アニメーション描画処理を終了する（ステップ
３０７）。ステップ３０８では、フレームメモリのクリ
アとしたがフレームメモリクリアの際の画面のちらつき
をなくすためにフレームメモリをダブルバッファ構成に
した場合、ステップ３０８では、書き込み側バッファと
読み出し側バッファの切り替えと、新しい書き込み側バ
ッファのメモリクリアを行う。

【００２６】次にオブジェクト描画３０４について詳し
く述べる。図４にオブジェクト描画のフローチャートを
示す。オブジェクト描画が開始されると（ステップ４０
１）、まずオブジェクトテーブルから描画するオブジェ
クトに対応したオブジェクトの内容を読み出す（ステッ
プ４０２）。読み出す内容は図１０で示したようにポリ
ゴンパラメータアドレス１００２、初期位置モデリング
マトリックス１００３、補間パラメータアドレス１００
４、補間パラメータ個数１００５である。オブジェクト
テーブルに示された各パラメータへのアドレスの値をも
とに、ＲＯＭメモリ２１１に格納された各パラメータの
実体を読み出す。次のステップ４０３では、現在のフレ
ームカウンタｆの値を設定する。そしてステップ４０４
で、初期位置モデリングマトリックスと補間パラメー
タ、フレームカウンタｆを用いて、オブジェクトを描画
するため必要な、最終的なモデリングマトリックス
［Ｍ］とモデル・ビューマトリックス［Ｍｖ］をマトリ
ックス合成する。その結果を用いてステップ４０５でオ
ブジェクトを構成しているポリゴンを描画する。以上が
オブジェクト描画の処理順序である。なお、図４では、
ステップ４０４に［Ｍ］を［ＭＲ］で表記している。こ
れは、後述するマトリックス合成用演算器を使った場合
の表示記号と一致させているためであり、内容的には
［Ｍ］と同じものである。

【００２７】次にマトリックスの合成について詳しく述
べる。図６はマトリックス演算部（図２の２０７）の構
成図である。６０１の［ＭＬ］、６０２の［ＭＲ］、６
０３の［Ｍｃ］の３つのマトリックスレジスタ（４×４
マトリックス）と、３つのレジスタのうち２つのレジス
タの内容を読み出し２つのマトリックスの乗算を行うマ
トリックス乗算器６０４を備えている。各マトリックス
レジスタへの入力制御及びマトリックス乗算器への入力
制御のために、６０５〜６０９のセレクタが設けられて
いる。このセレクタの制御は、次に述べるマトリックス
合成の動作フローチャートに応じてアニメーション演算
部（図２の２０６）が制御する。６０１の［ＭＬ］マト
リックスレジスタには、単位行列の値を即値（６１０）
で入力されるか、マトリックス乗算器６０４による乗算
結果が入力される。６０２の［ＭＲ］マトリックスレジ
スタには、初期位置マトリックス［Ｍｏ］の値（６１
１）か、マトリックス乗算器６０４による乗算結果のい
づれかが入力される。６０３の［Ｍｃ］マトリックスレ
ジスタには、後述する生成された補間マトリックス［Δ
Ｍ］の値（６１２）か、ビューマトリックス［Ｖ］の値
（６１３）のいづれかが入力される。このようなレジス
タと演算器の構成をとることで、モデリングマトリック
スとモデル・ビューマトリックスの生成が可能となる。

【００２８】図５にこのマトリックス演算部を用いたマ
トリックス合成の動作フローチャートを示す。マトリッ
クス合成が開始されると（ステップ５０１）、最初に
［Ｍ０］レジスタに基準となる初期位置モデリングマト
リックスが読み込まれる（ステップ５０２）。ステップ
５０３で、［ＭＬ］に単位マトリックスを、［ＭＲ］に
［Ｍｏ］の値を設定する。ステップ５０４で描画するオ
ブジェクトの補間パラメータの個数をオブジェクトテー
ブルから読み込み、以降ステップ５０５〜ステップ５１
２まで補間パラメータの個数だけループを繰り返す。ル
ープ内では、最初に補間パラメータの個数が０であるか
どうかをチェックし、補間パラメータがない場合は、ス
テップ５１４へ飛ぶ。補間パラメータの個数が１個以上
残っている場合には、ステップ５０６以降を処理する。
ステップ５０６では、補間パラメータの内容を読み込
む。ステップ５０７で読み込んだ補間パラメータを利用
して補間マトリックス［ΔＭ］を生成する。この補間マ
トリックス［ΔＭ］の生成の過程に関しては、後述す
る。ステップ５０８で［ΔＭ］を［Ｍｃ］レジスタに書
き込む。ステップ５０９では、補間パラメータの中の、
マトリックス演算方向（図１３の１３０３）に従ってス
テップ５１０とステップ５１１のいづれかに分岐する。
ステップ５１０では、［ＭＬ］レジスタに［Ｍｃ］レジ
スタの値を乗じ、結果を［ＭＬ］に書き戻す。ステップ
５１１では、［ＭＲ］レジスタに［Ｍｃ］レジスタの値
を乗じ、結果を［ＭＲ］に書き戻す。ステップ５０３か
らステップ５１２までで行う演算を式で表せば、（数
２）となる。ここで、［］は任意の４×４のマトリッ
クスを表す。［１］は単位行列を表す。［Ｍｏ］は初期
位置モデリングマトリックスを表す。最初の｛｝に含
まれる［Ａ］、［Ｂ］、…は、補間パラメータ中でマト
リックス演算方向を左と指定された補間マトリックスで
あり、２番目の｛｝に含まれる［α］、［β］、…
は、補間パラメータ中でマトリックス演算方向を右と指
定された補間マトリックスである。この演算方向は、
［Ｍｏ］を中心に左から乗じる場合は、オブジェクトの
ボディ座標系での補間を意味し、右から乗じる場合は、
ワールド座標系での補間を意味する。

【００２９】

【数２】

【００３０】図５の説明を続ける。ステップ５１４でモ
デリングマトリックスの最終合成を行う。［ＭＬ］と
［ＭＲ］を乗じて結果を［ＭＲ］レジスタに格納する。
この［ＭＬ］と［ＭＲ］の乗算は、すなわち（数２）の
最初の｛｝と２番目の｛｝の乗算に相当する。次に
ステップ５１５で、ビューマトリックス［Ｖ］を読み込
み［Ｍｃ］に格納する。ステップ５１６で［ＭＲ］と
［Ｍｃ］を乗じてモデル・ビューマトリックス［ＭＶ］
が合成される。以上でマトリックス合成が終了する（ス
テップ５１７）。

【００３１】次に、補間パラメータの詳細について述べ
る。図１３に補間パラメータデータを示す。１３０２
は、補間種別である。すなわち、本実施例ではオブジェ
クトの動作としてＸ軸を中心とした回転（Ｘｒｏｔ）、
Ｙ軸を中心とした回転（Ｙｒｏｔ）、Ｚ軸を中心とした
回転（Ｚｒｏｔ）、オブジェクトの拡大・縮小（Ｓｃａ
ｌｅ）、そして平行移動（Ｔｒａｎｓ）の５つの動作を
考える。オブジェクトの動作は、これらの動作の組み合
わせで表現するものとする。すなわち、オブジェクトの
位置は、あるシーンの最初に初期位置モデリングマトリ
ックスで指定されたワールド空間上の位置に位置し、そ
れ以降１フレームごとに上記５つの基本的な動きを組み
合わせて移動を行うと考える。そして、補間パラメータ
は、それら１つ１つの基本的な動き毎に１フレーム当た
りどれだけの変化を生じさせるのかを指定したものであ
る。１３０２は、この補間パラメータがどの種類の動き
を表しているかを指定する補間種別データである。１３
０３のマトリックス演算方向は、右または左を指定する
ことが可能で、前述したように、補間パラメータに含ま
れる補間値（補間係数１３０６〜１３０７）によって指
定するオブジェクトの変化をオブジェクト自身の座標系
であるボディ座標系で指定するのか、ワールド座標系で
指定するのかを決定するものである。１３０４のフレー
ムカウンタｆとの乗算（する／しない）は、各補間パラ
メータ毎に、補間マトリックスを生成する際に補間係数
の値とフレームカウンタの値を乗算するかしないかを指
定するものである。通常は「乗算する」であるが、複数
のオブジェクトを組み合わせて関節構造をもった物体を
表す場合に、中間に位置するオブジェクトがフレームカ
ウンタの増加に従って位置が変化しないような場合に
は、ｆと乗算させなくする場合がある。具体的な使い方
は後述の例で示す。１３０５の次に参照するパラメータ
へのオフセットの値は、通常は１である。１つのオブジ
ェクトを複数の補間パラメータを使って複合したモデリ
ングマトリックスを生成する場合に、連続したアドレス
に格納された補間パラメータを使うため次に参照するパ
ラメータへのオフセット値は、１でよい。しかし、複数
のオブジェクトがツリー状につながった関節のある物体
をアニメーションする場合には、複数のオブジェクトで
同じ補間パラメータが必要になる場合がある。このと
き、補間パラメータを連続した領域に格納しておき、各
オブジェクトの補間パラメータへのポインターを順にず
らして指定することで補間パラメータを複数のオブジェ
クトで有効に利用出来るようにできる。その際、一部の
補間パラメータをとばして読み出したい場合がある。１
３０５のオフセット値は、この場合に１以外の値をと
る。１３０６補間係数（１）〜１３０８補間係数（３）
は、動作が回転の場合には、補間係数（１）のみを使用
し１フレームカウンタ当たりの回転量を示す。拡大・縮
小動作の場合には、補間係数（１）、（２）、（３）で
それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への１フレームカウンタ
当たりの拡大・縮小割合を示す。平行移動動作の場合
は、補間係数（１）、（２）、（３）でそれぞれＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸方向への１フレームカウンタ当たりの移動量
を示す。この関係を１３０９の表に示す。

【００３２】次に補間マトリックスの生成の詳細につい
て図７を用いて説明する。図７は、補間マトリックス
［ΔＭ］の生成手順を示すフローチャートである。補間
マトリックスの生成（ステップ７０１開始）は、図５の
ステップ５０６で補間パラメータを読み込んだ後に実行
されるステップである。ステップ７０３で補間種別が回
転すなわちＸｒｏｔ，Ｙｒｏｔ、Ｚｒｏｔのいづれかで
あるかを判断する。回転であった場合、補間パラメータ
として回転軸の種別と回転角度を補間係数（１）（図１
３の１３０６）から読み出し、αとする。ステップ７０
４で補間パラメータ中のフレームカウンタｆとの乗算を
するかしないかを判断する。乗算する場合ステップ７０
５でαとｆを乗算し、結果をαとする。ステップ７０６
で７１６に示す式により回転を表すマトリックス［Δ
Ｍ］を算出する。ここで７１６の式は、Ｘ軸周りの回転
の場合のものを例に示している。Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの
ものは、これとは異なる。次にステップ７０７で補間種
別が拡大・縮小であるかを判断する。拡大・縮小の場
合、補間係数（１）、（２）、（３）をそれぞれＸ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の拡大・縮小割合として読み込
みαｘ、αｙ、αｚとする。ステップ７０８で補間係数
をｆと乗算するかしないかを判断する。乗算する場合、
ステップ７０９に示す式により計算し改めてαｘ、α
ｙ、αｚを求める。ステップ７１０で、７１７に示す式
によりスケーリング（拡大・縮小）マトリックス［Δ
Ｍ］を算出する。次に、ステップ７１１で、補間種別が
平行移動であるかどうかを判断する。平行移動の場合、
補間係数（１）、（２）、（３）をそれぞれＸ軸方向、
Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への１フレーム当たりの移動量とし
て読み込み、αｘ、αｙ、αｚとする。ステップ７１２
で補間係数をｆと乗算するかしないかを判断する。乗算
する場合、ステップ７１３に示す式により計算し改めて
αｘ、αｙ、αｚを求める。ステップ７１４で、７１８
に示す式により移動マトリックス［ΔＭ］を算出する。
以上のステップで、補間マトリックス［ΔＭ］が生成さ
れる。

【００３３】図８にポリゴン描画のフローチャートを示
す。これは、図４のステップ４０５の詳細である。ステ
ップ８０２で描画するオブジェクトを構成するポリゴン
パラメータを読み出す。ステップ８０３〜８０６までポ
リゴンの数Ｎｐｏｌだけ繰り返す。ステップ８０３で
は、各ポリゴンの頂点データを３次元の値（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）から２次元のスクリーン座標データ（ｘ，ｙ）へモ
デル・ビューマトリックス［ＭＶ］を用いて（数３）に
より変換する。

【００３４】

【数３】

【００３５】ステップ８０４で、ポリゴン内部のシェー
ディング処理（陰影付け）を行う。光源データ、ビュー
マトリックス［Ｖ］などを用いてポリゴン内部の画素ご
との色を計算する。このとき、オブジェクトを構成する
各ポリゴンの座標をワールド座標系に変換するためのモ
デリングマトリックス［Ｍ］（図６を使って説明した時
に、最終的に［ＭＲ］に格納されたマトリックス）も利
用する。シェーディングの詳細は、本発明の本質ではな
いのでこれ以上触れない。ステップ８０５で、ポリゴン
で２次元スクリーンに描画する。ステップ８０６でオブ
ジェクトを構成する全てのポリゴンについて描画したか
を判断し、全てを描画した場合、ステップ８０７でポリ
ゴン描画を終了する。

【００３６】以上本発明のアニメーション生成装置の構
成、動作について図２をもとにして述べた。ここで図１
に、本発明のアニメーション生成装置の原理構成図を示
しこれを説明する。オブジェクトテーブル記憶手段１０
で、１フレーム中に描画すべき全ての３次元オブジェク
トのリストと、各オブジェクトの詳細なパラメータへの
ポインタ（アドレス）情報を記憶する。詳細なパラメー
タには、各オブジェクトのアニメーション動作を生成す
るための補間パラメータと各オブジェクトの初期位置モ
デリングマトリックスが含まれており、これらはオブジ
ェクトデータ記憶手段１１で記憶される。オブジェクト
描画選択手段１２は、描画すべきオブジェクトを順に選
択して関係するオブジェクト情報をオブジェクトテーブ
ル記憶手段１０及びオブジェクトデータ記憶手段１１か
ら読み出す。描画する時刻に応じたフレームカウンタが
フレームカウンタ生成手段１３により生成され、補間マ
トリックス生成手段１４で使われる。補間マトリックス
生成手段１４は、現在のフレームカウンタとオブジェク
トの補間パラメータを用いて各オブジェクトを３次元ワ
ールド空間に配置するために必要な補間マトリックスを
生成する。生成された補間マトリックスは、モデリング
マトリックス合成手段１５により、初期位置モデリング
マトリックスと掛け合わされ、モデリングマトリックス
が合成される。各オブジェクトの３次元座標データを２
次元スクリーン座標データに変換するために必要なビュ
ーマトリックスを含む共通データは共通データ記憶手段
１６に記憶されており、モデル・ビューマトリックス合
成手段１７が、モデリングマトリックスとビューマトリ
ックスを合成する。合成されたモデル・ビューマトリッ
クスを用いて各オブジェクトを構成するポリゴン座標デ
ータを２次元スクリーン上での座標データに変換し、共
通データ記憶手段１６に記憶されている光源データなど
からポリゴン描画手段１８によってスクリーン上にポリ
ゴンを描画する。

【００３７】次に、図９を用いて実際のアニメーション
でのモデリングマトリックスの補間の様子を示す。図９
（ａ）では、直方体のオブジェクト９０１が、ワールド
空間内でフレームカウンタの増加に応じて平行移動して
いる様子を示している。初期位置９０１では、オブジェ
クトの位置は、初期位置モデリングマトリックス［Ｍ
０］で表されている。これが、１フレームカウント後に
は、９０２の場所に移動しモデリングマトリックスは、
［Ｍ０］×［ΔＭ（１）］で表されている。ここで、補
間モデリングマトリックス［ΔＭ（１）］は、あらかじ
めＲＯＭメモリに格納されオブジェクトテーブルからそ
のアドレスを指定された補間パラメータによって生成さ
れたものである。以降、９０３、９０４と移動する。図
９（ｂ）では、６角柱のオブジェクトがワールド空間中
のある場所で、フレームカウンタの増加に応じて回転し
ている様子を示している。図では簡単のため回転後の６
角柱の絵を省略して、回転を矢印だけで示している。初
期位置９０５では、オブジェクトの位置は、初期位置モ
デリングマトリックス［Ｍ０］で表されている。以降、
［ΔＭ（１）］、［ΔＭ（２）］、［ΔＭ（３）］がフ
レームカウンタの増加に応じてそれぞれ［Ｍ０］に掛け
合わされてモデリングマトリックスが合成される。ここ
で、前述したように、オブジェクトの回転がワールド空
間中の軸の周りの回転ではなく、オブジェクト自身の中
心軸周りの回転であるため、補間モデリングマトリック
スを［Ｍ０］の左側から掛け合わせている。この演算方
向は、それぞれの補間パラメータの中（図１３の１３０
３）で指定されていることになる。

【００３８】図１５〜図１８を用いて別の実際のオブジ
ェクトのアニメーション例を説明する。図１５（ａ）に
示すようなＯｂｊ．Ａ〜Ｏｂｊ．Ｇの７つのオブジェク
トがツリー状に●印の関節で接続された物体が、フレー
ムカウンタの増加に応じて動くものとする。Ｏｂｊ．Ａ
〜Ｏｂｊ．Ｇは、実際にはＺ方向にも厚みのあるオブジ
ェクトであるが、簡単のため厚みを省略して描いてい
る。フレームカウンタが０の時の各オブジェクトの初期
位置は、図１５（ａ）に示すとおりとする。図中、ａ〜
ｇの●は、関節を表しており、この点を通るＺ軸に平行
な線を回転軸にして各物体が移動する（関節を曲げる）
ことが可能な物体である。［Ｍｂ］、［Ｍｃ］〜［Ｍ
ｇ］は、対応するｂ、ｃ〜ｇの関節の位置をａを基準と
して算出するのに必要なモデリングマトリックスを表
す。図１５（ｂ）は、フレームカウンタが１以降のある
シーンを表している。図中の説明文にもあるように、Ｏ
ｂｊ．Ａは初期位置モデリングマトリックスによってワ
ールド空間に配置された後、フレームカウントｆに従っ
て平行移動するものとする。Ｏｂｊ．Ｂ〜Ｇは、Ｏｂ
ｊ．Ａと同じ初期位置モデリングマトリックスによる配
置に加え、フレームカウントｆに従ってそれぞれ関節ｂ
〜ｇを中心とした回転により新しい場所に移動するもの
とする。このような、７つのオブジェクトが同時に移動
する場合のアニメーション生成に必要なオブジェクトテ
ーブルを図１６に示す。ポリゴンパラメータについて
は、省略している。初期位置モデリングマトリックスア
ドレスと、補間パラメータアドレスは、図１７に示すよ
うに１７０１のＲＯＭメモリデバイス中のアドレスを示
す。１７０２は、補間パラメータの内容を１７０１の補
間パラメータの右側に対応させて示している。図１７の
例えば、アドレス３０番地の内容は、図１６のオブジェ
クトテーブルのＯｂｊ．Ｆの補間パラメータアドレスか
ら示される補間パラメータが格納されている。この補間
パラメータから補間マトリックス［Ｍｆ］が生成され
る。これまでの説明では、補間マトリックスは、［Δ
？］で表してきたが、このアニメーション例では、フレ
ームカウンタｆを乗じないで生成された補間マトリック
スについてはΔを省いている。オブジェクトテーブルか
らＯｂｊ．Ｆの補間パラメータの個数は、９個であるこ
とがわかる。アドレス３０番地の補間パラメータＭｆか
らアドレスの大きいほうへ順に９個の補間パラメータを
読み出して補間マトリックスを合成してゆく。ただし、
補間パラメータの内容１７０２の、次に参照するパラメ
ータへのオフセットの値が１以外の場合は、アドレスの
大きい方へそのオフセット値だけとばして読み出す（詳
しくは、値が３なら２個のパラメータを読まずに３個目
を読む）。Ｏｂｊ．Ｆの場合は、３０番地のＭｆ、次の
ΔＭＦｆ、ここでΔＭＦｆのオフセット値が３であるか
ら、５０番地へ飛んでＭｄ、ΔＭＤｆ、以下ΔＭＡｆま
で順に９個の補間パラメータを読み出す。Ｏｂｊ．Ｆに
関する以上９個の全ての補間パラメータの内容に従って
生成したモデリングマトリックスは、乗算すると最終的
なモデリングマトリックスが、図１８の最後の式に示す
ようになる。これは前述した（数２）の形になってい
る。

【００３９】以上述べてきたとおり、本発明のアニメー
ション生成装置では、オブジェクトの補間を初期位置モ
デリングマトリックスとして与えられた１つのマトリッ
クスと、補間種別や補間係数といった補間パラメータと
フレームカウンタから生成した補間マトリックスから、
オブジェクトの３次元空間上での位置を示す最終的なモ
デリングマトリックスを補間生成する。これは、従来の
アニメーション生成装置で２つのモデリングマトリック
スからその変換マトリックスを求めそのマトリックスの
要素から変換パラメータを逆算しそれを線形補間して変
換マトリックスを生成していたものに比べて、補間のた
めのパラメータ量も少量で済みマトリックス計算も簡単
に出来る。また、従来例では「回転だけ」といった単純
な動きの場合しか逆変換マトリックスが算出できないた
めに複合した動きの補間が不可能であったが、本発明で
はこれが可能となる。すなわち、これは図１５〜図１８
を用いて説明したアニメーション例にも示した通り、補
間パラメータの中のマトリックス演算方向指定、フレー
ムカウンタｆとの乗算指定、オフセットパラメータを利
用することで、より少ないデータ量で補間パラメータ構
成しかつ、親子関係を有するオブジェクトや複合した動
きのオブジェクトをアニメーション生成することができ
る。

【００４０】（実施の形態２）次に請求項２に記載のア
ニメーション生成装置について述べる。実施の形態１で
は、アニメーション演算部２０６で現在の時刻に応じた
フレームカウンタデータを生成するフレームカウンタ生
成手段を実現していた。この場合、フレームカウンタｆ
は同一時刻では１つしか存在しえない。これは全てのオ
ブジェクトが同じフレームカウンタに従って動作してい
る限りにおいては、全く問題を生じない。請求項２の発
明では、フレームカウンタ生成手段１３により、各オブ
ジェクト毎に異なるフレームカウンタを有することが出
来るアニメーション生成装置を提供する。図１４を用い
て実施の形態の１つを説明する。図１４に示すのは、図
１０に示したオブジェクトテーブルを拡張したものであ
る。各オブジェクトのデータ項目にフレームカウンタ１
４０６を追加している。１４０１〜１４０５の項目は、
図１０の１００１〜１００５と同一である。補間マトリ
ックスを生成する際にオブジェクトごとに異なる値をと
りうるこのフレームカウンタを用いる。このようにオブ
ジェクト毎に異なるフレームカウンタをとる事が出来る
ため、特定のオブジェクトだけフレームカウンタの値を
逆戻しにカウントしたり、２づつ加算するといったこと
が可能になり、アニメーションの表現を多様にする事が
出来るという効果がある。

【００４１】次に請求項３に記載のアニメーション生成
装置について述べる。請求項１及び請求項２に記載の発
明では、フレームカウンタの値を時刻に基づいた値、も
しくは時刻とともに逆戻りするような値としていたた
め、フレームカウンタの値は、整数に限られていた。す
なわち、１秒間に３０のフレームを生成するような場合
フレームカウンタは３０分の１秒ごとに１づつ増減して
いた。請求項３の発明では、フレームカウンタの値に小
数の値も生成できるフレームカウンタ生成手段１３を有
するアニメーション生成装置を提供する。図１４のフレ
ームカウンタ１４０６で小数値が格納できる。このよう
に、小数値のフレームカウンタを利用出来ることで、非
常に低速度で動くオブジェクトの補間が精度よく行うこ
とが出来るという効果がある。

【００４２】（実施の形態３）次に請求項４に記載のア
ニメーション生成装置について述べる。図１９に本発明
によるアニメーション生成装置の原理構成図を示す。こ
れは、図１にオブジェクトテーブル変更手段２０を追加
したものである。請求項１〜３のアニメーション生成装
置では、オブジェクトテーブル記憶手段は、１つの半導
体集積回路内の記憶デバイスなどで構成されていた。こ
の場合、記憶デバイスの容量に制限があるとオブジェク
トテーブルの容量が制限され記憶できるオブジェクトの
数が制限を受ける可能性がある。第３の発明では、オブ
ジェクトテーブル変更手段２０を用いることで、オブジ
ェクトテーブルの内容の一部または全てを書き換える事
が可能となる。図２のアニメーション生成装置で実施の
形態を説明する。外部ＣＰＵ２０２と外部記憶装置２０
３とこれを制御するプログラムでオブジェクトテーブル
変更手段２０を実現することが可能である。例えば、オ
ブジェクトテーブルに記憶されたオブジェクトのリスト
の内容が大きく変更されるシーンの切れ目に、ＣＰＵ２
０１から外部記憶装置２０２に記憶した別のシーンのオ
ブジェクトリストの内容をオブジェクトテーブル２０５
に変更することができる。このように、オブジェクトテ
ーブル変更手段を備える事で、オブジェクトテーブルの
容量以上のオブジェクトを扱うことができるという効果
がある。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、オブジェ
クトの補間を初期位置モデリングマトリックスとして与
えられた１つのマトリックスと、補間種別や補間係数と
いった補間パラメータとフレームカウンタから生成した
補間マトリックスから、オブジェクトの３次元空間上で
の位置を示す最終的なモデリングマトリックスを補間生
成する。これにより、従来のアニメーション生成装置で
は難しかった複雑な動きをするオブジェクトや親子関係
をもったオブジェクトのアニメーションを少量のパラメ
ータで簡単に実現することができる。

【００４４】また、オブジェクト毎に異なるフレームカ
ウンタをとる事が出来る本発明のアニメーション生成装
置では、特定のオブジェクトだけフレームカウンタの値
を逆戻しにカウントしたり、２づつ加算するといったこ
とが可能になり、アニメーションの表現を多様にする事
が出来る。

【００４５】また、実数値のフレームカウンタを生成出
来る本発明のアニメーション生成装置では、フレームカ
ウンタの値に小数の値も生成できるため、非常に低速度
で動くオブジェクトの補間を精度よく行うことが出来る
という効果がある。

【００４６】さらに、オブジェクトテーブル変更手段を
備えた本発明のアニメーション生成装置では、オブジェ
クトのリストの内容が大きく変更されるシーンの切れ目
に外部から別のシーンのオブジェクトリストの内容に変
更することができるため、オブジェクトテーブルの容量
以上のオブジェクトを扱うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アニメーション生成装置の原理構成図

【図２】アニメーション生成装置の構成図

【図３】アニメーション描画のフローチャート

【図４】オブジェクト描画のフローチャート

【図５】マトリックス合成の動作フローチャート

【図６】マトリックス演算部の構成図

【図７】補間マトリックス［ΔＭ］生成フローチャート

【図８】ポリゴン描画のフローチャート

【図９】アニメーション動作の一例を示す図

【図１０】オブジェクトテーブルの構成を示した図

【図１１】ポリゴンパラメータデータの構成を示した図

【図１２】初期位置モデリングマトリックスの構成を示
した図

【図１３】補間パラメータデータの構成を示した図

【図１４】第２の発明に係るオブジェクトテーブルの構
成を示した図

【図１５】アニメーション動作の一例を示す図

【図１６】アニメーション例のオブジェクトテーブルの
内容を示した図

【図１７】アニメーション例の補間パラメータの内容を
示した図

【図１８】アニメーション例の最終モデリングマトリッ
クスを示した図

【図１９】第２のアニメーション生成装置の原理構成図

【符号の説明】

１０オブジェクトテーブル記憶手段１１オブジェクトデータ記憶手段１２オブジェクト描画選択手段１３フレームカウンタ生成手段１４補間マトリックス生成手段１５モデリングマトリックス合成手段１６共通データ記憶手段１７モデル・ビューマトリックス合成手段１８ポリゴン描画手段１９アニメーション演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】描画中の現在の時刻に基づき生成されたフ
レームカウンタデータと、オブジェクトの補間パラメー
タを用いて前記オブジェクトを３次元空間に配置するた
めのモデリングマトリックスを生成するのに必要な補間
マトリックスを生成する補間マトリックス生成手段と、前記補間マトリックスとモデルの初期位置モデリングマ
トリックスから現在のモデリングマトリックスを合成す
るモデリングマトリックス合成手段とを具備したアニメ
ーション生成装置。
【請求項２】１フレーム中に描画すべき全ての３次元オ
ブジェクトのリストと前記オブジェクトの詳細パラメー
タへのポインタ情報を記憶したオブジェクトテーブル記
憶手段と、前記オブジェクトのアニメーション動作を生成するため
の補間パラメータと前記オブジェクトの初期位置モデリ
ングマトリックスを含む前記オブジェクトの詳細なパラ
メータを記憶するオブジェクトデータ記憶手段と、前記オブジェクトテーブルと前記オブジェクトデータか
ら描画すべき３次元オブジェクトを順に選択するオブジ
ェクト描画選択手段と、描画中の現在の時刻に基づきフレームカウンタデータを
生成するフレームカウンタ生成手段と、３次元空間を２次元スクリーンに投影するために必要な
ビューマトリックス情報を含む光源データなどの描画に
関する共通データを記憶する共通データ記憶手段と、前記現在のモデリングマトリックスとビューマトリック
スから、各オブジェクトの３次元座標データを２次元ス
クリーン座標情報へ変換するためのモデル・ビューマト
リックスを合成するモデル・ビューマトリックス合成手
段と、前記モデル・ビューマトリックスを用いて変換した各オ
ブジェクトを構成するポリゴン座標データと前記共通デ
ータ記憶手段に記憶されている光源データなどからスク
リーン上にポリゴンを描画するポリゴン描画手段とを具
備した請求項１記載のアニメーション生成装置。
【請求項３】前記フレームカウンタ生成手段は、前記フ
レームカウンタデータを複数の３次元オブジェクトのそ
れぞれに異なる値として生成する請求項２に記載のアニ
メーション生成装置。
【請求項４】前記フレームカウンタ生成手段は、前記フ
レームカウンタとして実数の値を生成する請求項２また
は請求項３記載のアニメーション生成装置。
【請求項５】前記１フレーム中に描画すべき全ての３次
元オブジェクトのリストと前記オブジェクトの詳細パラ
メータへのポインタ情報の内容を記憶したオブジェクト
テーブルを１フレームごとに更新するためのオブジェク
トテーブル更新手段を具備する請求項１乃至請求項４に
記載のアニメーション生成装置。