JPH11203501A

JPH11203501A - 画像処理装置及び画像処理方法

Info

Publication number: JPH11203501A
Application number: JP530498A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Fukuda; 伸宏福田
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-07-30
Also published as: US20010040999A1; US6400842B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光源による効果をより現実的に与えることがで
きる画像処理装置を提供する。【解決手段】拡散光やスペキュラ光の領域１０に位置す
るポリゴン１を検出し、そのポリゴン１を分割して細分
化されたポリゴンを生成し、そのポリゴンに対して、光
源処理をし、いわゆるグーロシェーディング法による直
線補間演算によるレンダリング処理を行う。画像処理の
効率化を考慮して、全てのポリゴンのサイズを細分化す
るのではなく、拡散光やスペキュラ光の領域１０に位置
するポリゴンに限って、細分化する。或いは、拡散光や
スペキュラ光の光強度の変化が変動する領域に位置する
ポリゴンに限って、細分化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置に関
し、特に、光源に対する拡散光やスペキュラ光等の反射
光をより現実的に表示することができる画像処理装置、
画像処理方法及び画像処理手順をコンピュータに実行さ
せるプログラムを記録した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ・シミュレーションやコン
ピュータ・ゲームにおいて、与えられる入力データに応
じて表示画面内の画像データを生成する画像処理は、よ
り現実に近い画像をリアルタイムに生成することが要求
される。従来から行われている画像処理は、ポリゴンと
呼ばれる多角形の平面体に対して入力データ等に応じた
三次元空間内での座標を求め、表示画面内に位置するポ
リゴンについて表示画面である二次元座標への透視変換
を行い、それぞれのポリゴン内のピクセルの色データを
生成する。

【０００３】その場合、ポリゴンの頂点の三次元座標、
法線ベクトル、輝度や色データ等からなる頂点データ
が、ポリゴンデータとして利用される。二次元座標上で
の頂点データをもとにして、レンダリング処理工程で
は、ポリゴン内の各ピクセルについて、頂点データをも
とにした一次関数による補間演算（直線補間演算）を行
うことにより、色データが生成される。

【０００４】また、より現実に近い画像表示を行う為
に、光源からの効果を画像に反映させることが必要であ
る。光源には、非常に輝度が高い太陽等の点光源、輝度
が高くある方向に指向性を持つレーザ光やスポットライ
ト等の光源、輝度は低いが星の光など指向性があって鏡
面等に対して反射する光源等がある。これらの光源から
の光は物体上で反射される。この反射光は、拡散反射と
鏡面反射に分けることができる。拡散反射による拡散光
（デフューズド光）は、物体のどの方向にも均一に反射
される光であり、一方、鏡面反射によるスペキュラ光
は、指向性のある光に対する反射光であり、入射角と等
しい反射角の方向に指向性をもって反射する光である。
また、拡散光には、昼間の太陽の下の様に、太陽からの
直接照射による拡散光と、周囲の物体で反射される光に
よる周囲光或いは環境光とがある。一般に、環境光は無
数の光源からなることから、コンピュータを利用した画
像処理では、拡散光の定数項として処理される。

【０００５】上記の拡散光及びスペキュラ光は、所定の
照射領域内で高い輝度を有し、その領域の周辺では輝度
が低くなる特性を有する。例えば、スポットライトが照
射される平面では、限定された領域のみが高い輝度領域
となる。また、鏡面上に反射する光源のスペキュラ光
も、同様に限定された領域で高い輝度を有する。

【０００６】物体の持つ色に加えて、上記の反射光によ
る輝度、光自身の持つ色等を考慮して、上記のポリゴン
データを構成する頂点データの色データを生成すること
が必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリゴ
ンを利用した画像処理におけるレンダリング処理は、頂
点データからの直線補間演算を利用するグーロシェーデ
ィング法が一般的である。そのため、上記の拡散光やス
ペキュラ光等の一定の領域で輝度が高くなる場合、その
領域とポリゴンとの位置関係によっては、効果的な光源
処理ができなくなる。

【０００８】図１２は、上記のグーロシェーディング法
の問題点を説明する図である。この図には、頂点Ａ，
Ｂ，Ｃからなる三角形のポリゴン１の一部分にスポット
ライト１０が直接照射されている。従って、この領域１
０で拡散光が発生する。そのため、この領域１０には、
高輝度でありスポットライトの色を反映した光源処理が
必要である。しかしながら、ポリゴン１のいずれの頂点
も領域１０内に位置していないので、頂点の輝度、色デ
ータには何ら反映されない。その結果、ポリゴン１内に
は領域１０の拡散光は反映されない。

【０００９】図１３は、更にグーロシェーディング法の
問題点を説明する図である。この図には、頂点Ａ，Ｂ，
Ｃからなる三角形のポリゴン１の頂点Ｃを有する一部分
にだけ照射されている。この場合は、頂点Ｃについて
は、拡散光による光源処理がされるが、頂点Ａ，Ｂにつ
いては、光源処理されない。その結果、直線補間法を利
用するグーロシェーディング法によるレンダリング処理
を行うと、図１３の下部に示される通り、ポリゴン１の
右半分の領域１２は輝度が高く、光源の色が反映される
が、左側にかけて徐々に（一次関数的に）、輝度が低
く、光源の色が反映されず、左側半分の領域１４は、輝
度が低くなる。

【００１０】このような表示では、図１３の上部のポリ
ゴン１の左側の一部のみに照射されている状態を正確に
表現できているとはいえない。

【００１１】図１４は、更にグーロシェーディング法の
問題点を示す図である。この図では、複数のポリゴンか
らなる物体に、スポットライト等が照射されている。照
射領域１０の周縁形状は、スムーズな丸形状であるのに
対して、グーロシェーディング法では、図１３に示した
通り、領域１０の周辺の一部の頂点しか領域内に位置し
ていないポリゴンに対しては、直線補間法による一次関
数的な変化しか表示されない。従って、図中破線２２で
示した様なでこぼこな周縁形状となる。また、図１２に
示した通り、ポリゴンの一部に領域１０が重なっている
が、いずれの頂点も領域１０内に位置しない場合は、そ
のポリゴンには光源処理が施されない。かかる点も、図
１４の場合に、領域１０の周縁の形状をでこぼこにして
しまう。

【００１２】更に、領域１０内における光強度は、概略
的に言えば、中心で大きく周囲で小さい。かかる光強度
の分布も、グーロシェーディング法による直線補間法で
は、現実的な分布を再現することは困難である。

【００１３】一方、画像処理法に各ピクセル毎に法線ベ
クトルを求め、それぞれのピクセルで、光源ベクトルと
法線ベクトルから光源処理を行う、フォン・シェーディ
ング法が提案されている。しかしながら、ファン・シェ
ーディング法は、膨大な演算処理が必要であり、ゲーム
装置やシミュレーション装置等のリアルタイムでの処理
が要求される場合には、非現実的な処理である。

【００１４】そこで、本発明の目的は、上記の課題を解
決し、より現実に近い光源の処理を行うことができる画
像処理装置、その方法及びその手順をコンピュータに実
行させるプログラムを記録した記録媒体を提供すること
にある。

【００１５】更に、本発明の別の目的は、グーロシェー
ディング法の問題点を解決すると共に、演算処理の増大
を最小限に止めて、より現実に近い光源の処理を行うこ
とができる画像処理装置、その方法及びその手順をコン
ピュータに実行させるプログラムを記録した記録媒体を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
に、本発明は、拡散光やスペキュラ光の領域に位置する
ポリゴンを検出し、そのポリゴンを分割して細分化され
たポリゴンを生成し、そのポリゴンに対して、光源処理
をし、従来のいわゆるグーロシェーディング法による直
線補間演算によるレンダリング処理を行うことを特徴と
する。画像処理の効率化を考慮して、全てのポリゴンの
サイズを細分化するのではなく、拡散光やスペキュラ光
の領域に位置するポリゴンに限って、細分化する。或い
は、拡散光やスペキュラ光の光強度の変化が変動する領
域に位置するポリゴンに限って、細分化する。

【００１７】上記の発明によれば、拡散光やスペキュラ
光の発生する領域に位置する一部のポリゴンだけ、細分
化し、それ以外のポリゴンは従来通りのサイズで処理さ
れる。従って、光源処理によりその輝度や色等の変化を
効果的に表示すべき領域については、細分化されたポリ
ゴンに対して従来のグーロシェーディング法による直線
補間演算を行い、それほどの処理量の増大を伴わずに、
より現実に近い光源処理された画像を生成することがで
きる。

【００１８】上記の目的を達成する為に、本発明は、複
数のポリゴンのデータから画像データを生成する画像処
理装置において、少なくとも頂点の座標と色または輝度
データを含む頂点データを有するポリゴンデータと、光
源からの照射領域のデータを有する光源データとを生成
し、前記複数のポリゴンのうち、前記光源からの照射領
域に位置するポリゴンを分割して新たな頂点データを生
成し、前記照射領域内に位置する前記頂点の色または輝
度データに対して、前記光源による反射光の処理を行う
頂点データ生成部と、前記生成された頂点の座標と色ま
たは輝度データとを利用して、前記ポリゴン内のピクセ
ルの色データを求めるレンダリング処理部とを有するこ
とを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
ついて図面を参照して説明する。しかしながら、かかる
実施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものでは
ない。

【００２０】図１は、本発明の実施の形態例を説明する
図である。図１（１）は、従来例の図１２で説明した場
合に対応する。拡散光やスペキュラ光の領域１０が、頂
点Ａ、Ｂ、Ｃからなるポリゴン１の一部分に位置する場
合、たとえポリゴン１の頂点が領域１０内に位置してい
なくても、領域１０をポリゴン１内に反映させる為に、
新たに頂点Ｄ，Ｅ，Ｆを発生し、頂点Ａ，Ｂ，Ｃからな
るポリゴン１を４分割する。その結果、頂点Ｄは、領域
１０内に位置することになり、頂点Ｄに対して光源処理
が施される。その結果、頂点Ａ，Ｅ，Ｄのポリゴンの領
域２４と、頂点Ｄ，Ｅ，Ｆのポリゴンの領域２５と、頂
点Ｄ、Ｆ、Ｃのポリゴンの領域２６とが、高い輝度にな
り、光源の色の影響を受けることになる。

【００２１】図１（２）は、従来例の図１３で説明した
場合に対応する。図１３では、少なくとも頂点Ｃが領域
１０内に位置しているが、ポリゴン１に対して単純なグ
ーロシェーディング法による直線補間演算を適用したの
では、領域１０の周縁を正確に表現することができな
い。そこで、本発明の実施の形態例では、図１（２）の
様に、一部の頂点が領域１０内にある場合でも、そのポ
リゴンを細分化し、新たに頂点Ｄ，Ｅ，Ｆを発生させ
る。そして、その頂点に対して頂点データを生成し、レ
ンダリング処理を行う。その結果、頂点Ｄ，Ｅ，Ｆのポ
リゴンの右半分の領域２７が、高輝度化され光源の色の
影響を受ける。

【００２２】更に、本発明は、上記の例に限定されず、
設定される光源モデルに応じて、細分化されるポリゴン
を判別する。そして、細分化対象と判別されたポリゴン
は、新たな頂点の発生により、細分化される。例えば、
光源モデルの光強度の変化（光強度の傾き）が変動する
領域に一部でも位置するポリゴンは、細分化の対象とす
る。或いは、光源モデルが一定の領域は一定の光強度
で、その領域外は光強度ゼロの場合は、一部分だけが領
域内に位置するポリゴンのみ分割の対象とする。ポリゴ
ンの全てが領域内に位置したり、領域外に位置する場合
は、細分化の対象ポリゴンとは判別しない。

【００２３】光源モデルは、コンピュータを利用した画
像処理においては、デザイナにより人為的に任意の基準
で取り決められる。従って、あらゆる光源モデルに対し
て、如何なるポリゴンを細分化対象とすべきかの説明を
行うことは不可能である。但し、一定の基準により選別
されたポリゴンを細分化対象とすることにより、従来の
全てのポリゴンに対して均一のグーロシェーディング法
を適用するよりも、より現実に近い光源処理された画像
を生成することができる。

【００２４】図２は、拡散光とスペキュラ光を説明する
為の図である。図２には、光源２０とポリゴン１とが示
され、光源２０による拡散光の領域１０Ｄと、光源２２
によるスペキュラ光の領域１０Ｓとが示される。光源２
０が一定の方向への指向性を有する場合、この光源から
の光が直接照射される領域１０Ｄには、拡散光が発生す
る。この拡散光の光強度は、光線ベクトルＬと法線ベク
トルＮとの内積ｃｏｓθによって表すことができる。例
えば、拡散光の強度Ｉは、光源２０からの入射光の強度
Ｉ_l、拡散反射係数Ｋ_d、光線ベクトルＬと法線ベクト
ルＮとの角度θとすると、Ｉ＝Ｉ_aＫ_a＋Ｉ_lＫ_dｃｏｓθ で表わされる。但し、Ｉ_aは環境光強度、Ｋ_aは環境光
の反射係数である。

【００２５】一方、図２には、光源２２とそれがポリゴ
ン１上で鏡面反射するスペキュラ光の領域１０Ｓが示さ
れる。このスペキュラ光Ｉ_sは、例えば光源２２からの
入射光強度Ｉ_l、反射率Ｋ_s、反射光ベクトルＲと視線
ベクトルＳとの角度αとすると、Ｉ_s＝Ｉ_lＫ_sｃｏｓⁿα で表される。

【００２６】いずれの場合でも、光源からある一定の円
錐角φ_d、φ_sで拡がる光源モデルに対して、その円錐
角φ_dとφ_sの照射領域に位置するポリゴンには、その
両反射光の影響を与える必要がある。上記の説明から理
解されるとおり、光源からの光の照射領域に位置するポ
リゴンに対しては、光源による効果を与える必要があ
る。

【００２７】図３は、ある光源モデルを示す図である。
この光源モデルは、光源２９からの光強度が、その円錐
角φに依存する正規分布の如き分布を持つ例である。一
般に、光源の円錐角の中心部３１は光強度が強い領域で
あり、周辺部３２は、光強度が弱い領域である。

【００２８】コンピュータを利用した画像処理では、光
源モデルとして、光強度分布の中心部の光強度をクラン
プし、更に光分布の周辺部より外側の光強度をカットし
た強度分布を採用する場合がある。即ち、図中実線で示
した光強度分布４１である。そして、例えば２５６階調
の分布がそれぞれの光強度に割り当てられる。こうする
ことで、少ない階調を利用して、人間の目にはより微妙
な光強度の違いを認識させることができる。

【００２９】光源モデルは、既に述べた通り、デザイナ
の任意の基準で取り決められるので、その種類は無限に
ある。但し、一般的には、図３に示された通り、円錐角
φと光強度の分布により示すことができる。そこで、本
実施の形態例では、その分布に従って、拡散反射光と鏡
面反射光（スペキュラ光）の影響を受けるポリゴンを判
別する。

【００３０】図４は、光強度分布が正規分布の形状の光
源モデルの場合に分割されるポリゴンの判別方法を説明
する図である。この例では、光強度Ｉ_lがゼロでない領
域３０を定義し、ポリゴンの一部でもこの領域３０内に
位置する場合は、当該ポリゴンを分割して、新しい頂点
を生成する。例えば、図４中、ポリゴンＰ１、Ｐ２、Ｐ
３は、少なくともその一部が領域３０内に位置するの
で、これらのポリゴンに対しては、光源による影響を反
映させる必要があるので、分割の対象と判別する。ま
た、全ての領域が領域４０外側に位置するポリゴンＰ４
は、分割の対象から除かれる。上記のポリゴンＰ１，Ｐ
２，Ｐ３は、その光強度の変化が一定でないので、分割
の対象と判別される。

【００３１】そして、分割の対象と判別されたポリゴン
には、新たに発生した頂点に対して、後述する通り、新
しい頂点の法線ベクトル、輝度データ、色データ等を求
め、法線ベクトルを利用して、テクスチャーデータと輝
度データ、色データに対して光源処理を行う。その後の
レンダリング処理では、この新しい頂点のデータに基づ
くグーロシェーディング法の直線補間演算が行われる。

【００３２】図５は、光強度分布が正規分布をクランプ
及びカットした形状の光源モデルの場合の、分割される
ポリゴンの判別方法を説明する図である。図３の光源モ
デルで説明した通り、有限の輝度階調に対して最も有効
に光強度の分布を割り当てる方法として利用される場合
がある。即ち、光強度が極端に高いクランプ領域は、人
間の目に区別できないので、光強度分布４１は一定の光
強度にクランプされことが好ましい。また、正規分布の
ゼロに近い領域は、人間の目に区別できない広い領域で
あるので、分布４１は一定の値以下はカットされること
が好ましい。その結果、図５の光源モデルにおける光強
度分布４１は、図中実線の如くなる。

【００３３】この場合、クランプされた領域３２と、光
強度がゼロでない領域３１とが定義される。そして、ク
ランプ領域３２内に全ての領域が含まれるポリゴンＰ１
０は、一定の光強度分布内に位置するので、新たに分割
する必要はない。また、領域３２と領域３１にまたがる
ポリゴンＰ１１，Ｐ１２は、内部で光強度がノンリニア
に変化するので、分割対象のポリゴンとする。更に、領
域３１と３２との間に位置するポリゴンＰ１３や、領域
３１に一部が重複するポリゴンＰ１４，Ｐ１５なども、
内部で光強度がノンリニアに変化するので、分割対象の
ポリゴンとする。領域３１の外側に完全に位置するポリ
ゴンＰ１６は、分割対象とならない。

【００３４】図５の例では、領域３２内の如く光強度が
変化していない領域内に、全ての頂点が含まれるポリゴ
ンＰ１０の場合は、新たに頂点を発生させて分割する必
要はない。

【００３５】また、図５の例でも、領域３１と３２との
間のドーナツ型の領域内に全ての頂点が位置するポリゴ
ンＰ１３の場合は、内部の光強度分布の傾きがほぼ一定
である。従って、このポリゴンＰ１３は、分割しても、
グーロシェーディング法による直線補間演算の結果とほ
ぼ同じになるので、分割対象から外しても良い。表示結
果と表示目的に応じて、判別アルゴリズムを決定するこ
とができる。

【００３６】図６は、光強度分布が単純な矩形形状の光
源モデルの場合の、分割されるポリゴンの判別方法を説
明する図である。図６のモデルは、例えば一定の光強度
を有する光源を対象とする。即ち、光源からの円錐角内
の領域は全て一定の光強度を有するモデルである。光強
度分布４３に対して、その領域３３が定義される。

【００３７】図６の如き光源モデルの場合は、領域３３
内にすべての頂点が含まれるポリゴンＰ２０は、内部の
光強度が一定であるので、分割の対象とならない。ま
た、ポリゴンＰ２１，Ｐ２２の如くその一部が領域３３
内に位置する場合は、分割の対象となる。かかるポリゴ
ンＰ２１，Ｐ２２は、内部に光が照射される領域と照射
されない領域とを有する。従って、単純な直線補間法に
よるレンダリング処理では、シャープな領域３３の周縁
形状を表現することができない。従って、これらのポリ
ゴンを細分化することで、周縁形状をよりシャープに表
示することが可能になる。尚、領域３３の外に位置する
ポリゴンＰ２３は、当然に分割の対象とはならない。

【００３８】図７は、光強度分布が単純な台形形状の光
源モデルの場合の、分割されるポリゴンの判別方法を説
明する図である。図７のモデルは、例えば図２や４の正
規分布形状４０を、クランプ、カットし、更に傾斜部分
をリニアにした光強度分布４４の光源モデルである。光
強度分布４４に対して、領域３４と３５とが定義され
る。

【００３９】上記のモデルと同様に、領域３５内に全て
の頂点が含まれるポリゴンＰ３０は、分割対象から除か
れる。領域３５と３４にまたがるポリゴンＰ３１，３２
は、内部の光強度の変化が異なるので、分割の対象とな
る。その結果、領域３５の周縁形状をよりシャープに表
現することができる。更に、領域３５と３４との間の領
域に全ての頂点が含まれるポリゴンＰ３３は、分割の対
象とはならない。このポリゴンは、内部の光強度はリニ
アに変化するので、頂点データの直線補間演算により光
強度を求めても、同様にリニアに変化するからである。
そして、領域３４に一部が重なるポリゴンＰ３４とＰ３
５は、分割の対象となる。領域３４の外のポリゴン３６
は、分割対象とはならない。

【００４０】以上の様に、光源の光分布のモデルによっ
て、分割の対象とするか否かの判断が異なる。しかしな
がら、分割の対象とするか否かは、グーロシェーディン
グ法による頂点データからの直線補間演算では、十分現
実の光源に対する効果を表現できるか否かを基準とする
ことができる。一つの基準は、上記の例で説明した通
り、内部の光強度がノンリニアに変化するポリゴンであ
る。つまり、光強度の傾き（光強度の変化）に変動があ
る領域に位置するポリゴンである。ポリゴンの内部の光
強度が一定の場合は、勿論分割する必要はなく、直線補
間しても内部は一定の光強度となる。また、ポリゴンの
内部の光強度が一定に変化（傾きが一定）の場合も、直
線補間しても内部は一定の割合で直線的に光強度が変化
するので、分割の必要はない。

【００４１】更に、光強度の傾きの変化が大きい領域で
は、分割の程度を大きくすることがより現実的な光源の
効果を表現するためには好ましい。一方、光強度の傾き
の変化が小さい領域では、分割の程度を小さくしても、
十分に現実的な光源の効果を表現することができる。図
５の例でいえば、ポリゴンＰ１１，Ｐ１２はより細分化
し、ポリゴンＰ１３は粗く分割するだけでよい。

【００４２】図８は、本実施の形態例の画像処理装置の
ブロック図である。本実施の形態例の画像処理装置５０
には、オペレータが入力操作を行う操作部５８と、音を
出力するスピーカ５９及び表示装置６６とが接続され
る。

【００４３】画像処理装置５０は、操作部５８に接続さ
れるＩ／Ｏ処理部５１と、ゲームやシミュレーションの
プログラム等が格納されるＲＯＭ５３と、演算処理に使
用されるＲＡＭ５２と、上記プログラムを実行するＣＰ
Ｕ５４と、サウンド処理部５６とが、共通のバス５５で
接続される。サウンド処理部５６は、音源等が格納され
ているサウンドメモリ５７に接続され、ＣＰＵ５４によ
り生成される音声データに従ってサウンド処理し、生成
した音声信号を、スピーカ５９に出力する。上記のプロ
グラムは、外部からＲＡＭ５２に格納される場合もあ
る。

【００４４】ＣＰＵ５４は、ポリゴンの頂点データ生成
部に該当し、操作部５８からの入力信号に応答して、Ｒ
ＯＭ５３内のプログラムを実行し、オブジェクトを構成
する複数のポリゴンデータを生成する。ポリゴンデータ
は、通常ポリゴンを構成する頂点の三次元座標、法線ベ
クトル、輝度データ、色データ、透明度、テクスチャ座
標等の頂点データで構成される。更に、ＣＰＵ５４は、
上記プログラムを実行して、光源データを生成する。

【００４５】尚、上記の色データは、例えば赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色に対する強度のデータから
なり、色と輝度の両方の情報を有する。一方、テクスチ
ャーデータは、ポリゴンの模様に関するデータであり、
標準的な輝度を持つ色データといえる。従って、輝度デ
ータとテクスチャーデータとにより、上記色データが生
成される。頂点データとして、色データやテクスチャー
データは、それらの情報そのものである場合もあれば、
別のメモリバッファ内に格納されたデータを指す座標や
アドレスのデータである場合もある。

【００４６】ＣＰＵ５４は、更に、ＲＯＭ５３内のプロ
グラムを実行して、光源に対する頂点データの色計算を
含む光源計算処理を行う。特に、本実施の形態例では、
光源計算処理の段階で、各ポリゴンの頂点が光源モデル
の照射領域内に位置するか否かを判別し、その位置関係
に応じてポリゴンを分割するか否かの判定を行う。分割
すべきと判定されたポリゴンに対しては、新たに頂点及
びその頂点データを発生し、同様の光源計算処理が行わ
れる。この点については、後に詳述する。

【００４７】上記の光源による処理が行われた頂点デー
タが、ジオメトリ処理部６０に供給される。ジオメトリ
処理部６０は、例えば、三次元座標内のポリゴンを、回
転、縮小または拡大を行う相似変換処理と、視点に対し
て表示画面上の二次元座標内へ変換する透視変換処理を
行う。

【００４８】この二次元座標内の頂点データからなるポ
リゴンデータは、レンダリング処理部６１に供給され
る。レンダリング処理部６１は、頂点データを利用し
て、例えばラスタスキャン法により各ピクセルでの色計
算、テクスチャ発生等を行いピクセル毎の色データを求
め、フレームバッファ６４内に各ピクセル毎の色データ
を書き込む。レンダリング処理部６１には、一般的に
は、テクスチャデータが格納されたテクスチャバッファ
６２と、各ピクセルの二次元座標内の奥行きを示すＺ値
（通常は演算の都合上１／Ｚ値）が格納されるＺバッフ
ァ６３とが接続される。頂点データのテクスチャ座標か
ら直線補間演算で求めたピクセルのテクスチャ座標をも
とに、テクスチャバッファ６２からテクスチャデータが
取り出される。このテクスチャデータ（標準的輝度を持
つ色データ）と輝度値とから色データが求められる。ま
た、陰面処理の為に、処理中のピクセルのＺ値が、Ｚバ
ッファ６３内のＺ値と比較され、表示画面内の最も手前
にあるピクセルの画像データのみが、フレームバッファ
６４に格納される。更に、そのピクセルのＺ値がＺバッ
ファ６３に書き込まれる。

【００４９】レンダリング処理される前に、既に頂点デ
ータの色または輝度データに対して、光源による影響を
加えた光源計算が施されている。更に、光源からの照射
領域に該当するポリゴンは、細分化されて、新たに発生
した頂点データに対しても、光源計算が施されている。
従って、レンダリング処理部６１は、単に、供給された
頂点データを利用して、直線補間演算を行うことにより
ピクセルのレンダリングを行うだけで、光源からの光が
照射される領域での、より現実に近い画像を生成するこ
とができる。

【００５０】上記のジオメトリ処理部６０とレンダリン
グ処理部６１でのポリゴンに対する処理は、通常の画像
処理装置では、次々に供給されるポリゴンデータを順次
処理するパイプライン処理の構成をとる。或いは、汎用
コンピュータにより処理する場合は、ジオメトリ処理と
レンダリング処理は、それぞれの処理プログラムに従っ
て行われる。

【００５１】フレームバッファ６４に格納された１フレ
ーム分の色データからなる画像データは、ビデオ処理部
６５に供給され、ディスプレイ６６に供給される画像信
号として出力される。

【００５２】図９は、上記の画像処理装置による画像処
理の全体のフローチャート図である。図８にて説明した
とおり、ＣＰＵ５４の演算によりポリゴンの頂点データ
が発生される。ポリゴンの頂点データには、前述したと
おり三次元座標値、法線ベクトル、色データ、輝度デー
タ及びテクスチャデータ等が含まれる。更に、ＣＰＵ５
４は、光源データと視点データも発生する（Ｓ１０）。

【００５３】光源データは、例えばスポットライト等の
場合は、光源の位置座標、強さ、色、光源からの光線が
届く距離の範囲、図２で説明した円錐角φ、そして方向
等を含む。また、視点データは、視点位置（三次元座
標）を含む。

【００５４】ＣＰＵ５４は、ステップＳ１２において、
各頂点に対して、光源計算処理を行う。環境光は、前述
したとおり、一律に与えられる光の強度であり、光源デ
ータから前述のＩ_aＫ_aが求められる。この環境光によ
る反射光は、全ての頂点に対して与えられる。

【００５５】拡散光に対する処理は、光源モデルの円錐
角φ_d内に位置する頂点に対して行われる。光源データ
から得られる光強度分布に従って、頂点での光強度を求
め、その頂点での法線ベクトルと光源ベクトルの内積ｃ
ｏｓθから、拡散光による反射光強度（Ｉ_lＫ_dｃｏｓ
θ）が求められる。

【００５６】スペキュラ光に対する処理も、光源モデル
の円錐角φ_s内に位置する頂点に対して行われる。光源
データから得られる光強度分布に従って、頂点での光強
度を求め、その頂点での法線ベクトルをもとに反射ベク
トルを求め、反射ベクトルと視線ベクトルの内積のべき
乗から、スペキュラ光による反射光強度（Ｉ_s＝Ｉ_lＫ
_sｃｏｓⁿα）が求められる。

【００５７】上記のそれぞれの反射光強度を利用して、
頂点の元の色データに光源の色データを乗算すること
で、頂点の色データが修正される。輝度データについて
も同様の演算により修正される。従って、光源からの照
射領域に位置する頂点に関しては、光源による効果が加
味された色データ、輝度データを有する。

【００５８】本実施の形態例では、ポリゴンが光源から
の照射領域に位置し、頂点データからの直線補間演算法
では、その照射領域を表現できない、或いは十分に臨場
感のある画像にすることができない場合は、そのポリゴ
ンを分割する。そのために、頂点データの座標データを
もとに、各頂点が光源モデルの円錐角内に位置するか否
かの判定を行う。この判定をもとに、図４〜７にて説明
したアルゴリズムに従って、分割すべきポリゴンか否か
の判定を更に行う（Ｓ１６）。

【００５９】そして、分割すべきポリゴンであることが
判定されると、そのポリゴンを分割し、新たな頂点を発
生する（Ｓ１８）。新たな頂点の発生は、例えば等比間
隔の分割法に従って頂点データを直線補間演算により求
めることで行うことができる。分割の程度は、図４〜図
７で説明したとおり、例えば、光強度分布の傾きの変化
が大きい領域に位置するポリゴンに対しては、より細か
い分割が好ましい。光強度の傾きの変化が小さい領域に
位置するポリゴンに対しては、それほど細かい分割は必
要がない。新たに発生した頂点データは、再度ステップ
Ｓ１２の光源計算処理を施される。その結果、新たに発
生した頂点が照射領域内に位置する場合は、拡散光、ス
ペキュラ光が加えられる。ポリゴンを分割することによ
り、新たに頂点が発生し、上記光源計算及びその後のレ
ンダリング処理を行う必要があるので、生成される画像
の質と、処理速度とのトレードオフで、分割の程度が決
められる。

【００６０】本実施の形態例では、１つのポリゴンの分
割処理は、一回とする。従って、一回分割された結果発
生されたポリゴンに対しては、再度分割されない。ステ
ップＳ１４にて、分割後の頂点データは、分割が必要か
否かの判定工程（Ｓ１６）に移行することなく、相似変
換処理及び透視変換処理が行われる（Ｓ２０）。その結
果、頂点の座標データは、表示画面上の二次元座標デー
タに変換される。この工程Ｓ２０は、ジオメトリ処理部
６０にて行われる。

【００６１】透視変換処理の結果、実際に表示される画
面上でのポリゴンの大きさが確定する。従って、この時
点で、ポリゴンの分割の程度を決定することもできる。
但し、その場合は、再度ステップＳ１２に戻って発生し
た頂点データに対する処理を行う必要がある。画像処理
装置の処理能力上限界がある場合は、上記の説明のとお
り、透視変換処理される前に分割される。

【００６２】透視変換された頂点データは、レンダリン
グ処理部６１に供給され、上記したとおりテクスチャバ
ッファ、Ｚバッファを利用してレンダリング処理される
（Ｓ２２）。そして、その結果生成されたピクセル毎の
画像データがフレームメモリ６４に格納さる。上記のス
テップＳ１２〜Ｓ２２は、１フレーム内の全てのピクセ
ルに対して行われる。そして、最後に、ビデオ処理部６
５により画像信号がディスプレイ６６に供給され、表示
される（Ｓ２４）。

【００６３】図１０は、本実施の形態例のポリゴンの分
割を行った時のグーロシェーディング法により処理され
た照射領域を示す図である。従来例の図１４に対応す
る。図１４では、照射領域を周縁を示す点線１２が、実
際の円形とは異なる形状をしていたが、図１０の例で
は、より円形に近い形状になる。図１０の例は、図６の
光源モデルの場合に、本実施の形態例を適用した例であ
る。即ち、照射領域１０の周縁部にまたがるポリゴンだ
けが分割の対象となる。その結果、周縁部に沿って位置
するポリゴンが細分化され、その後のグーロシェーディ
ング法による直線補間演算の結果、表示される照射領域
の周縁は、破線１４のとおりとなる。分割の程度を上げ
れば、更に円形の形状に近づけることができる。

【００６４】図１１は、ポリゴンの分割の方法の例を示
す図である。この例では、異なる大きさの三角形ポリゴ
ンの集合に対して、光源からの照射領域１０の周縁に位
置するポリゴンが、それぞれ４等分されている。分割数
は、上記したとおり、光源モデルの光強度分布の傾きの
変化の程度に応じて決められるが、図１１の例では、ポ
リゴンの大きさにかかわらず、その分割数は等しくされ
ている。この例の如く、分割数を等しくする理由は、透
視変換処理でも説明したとおり、最終的に表示されるポ
リゴンの大きさを考慮して、上記の光源モデルの光強度
分布の傾きの変化の程度に応じた分割数を決定するのが
理想である。しかし、上記の実施の形態例では、処理負
担の軽減の為に、透視変換する前に該当するポリゴンを
分割処理している。従って、図１１の例では、分割対象
の全てのポリゴンに対して、等しい分割数を適用するこ
とで、更に処理の軽減化を図ることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、グ
ーロシェーディング法によるレンダリング処理を行う場
合でも、光源からの照射領域に位置するポリゴンについ
てのみ分割処理を行うことで、より現実に近い光の効果
を与えた画像を生成することができる。しかも、一部の
ポリゴンについてのみ簡単な処理により分割処理するだ
けであり、全体の処理の負担の大きな増大にはならな
い。

【００６６】従って、例えば、コストの軽減が要求され
るゲーム装置等における画像処理装置に適用することが
できる。コストの増大を抑えつつ、より現実的な光源処
理を施した画像を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例を説明する図である。

【図２】拡散光とスペキュラ光を説明する為の図であ
る。

【図３】ある光源モデルを示す図である。

【図４】光強度分布が正規分布の形状の光源モデルの場
合の分割されるポリゴンの判別方法を説明する図であ
る。

【図５】光強度分布が正規分布をクランプ及びカットし
た形状の光源モデルの場合の、分割されるポリゴンの判
別方法を説明する図である。

【図６】光強度分布が単純な矩形形状の光源モデルの場
合の、分割されるポリゴンの判別方法を説明する図であ
る。

【図７】光強度分布が単純な台形形状の光源モデルの場
合の、分割されるポリゴンの判別方法を説明する図であ
る。

【図８】本実施の形態例の画像処理装置のブロック図で
ある。

【図９】画像処理の全体のフローチャート図である。

【図１０】本実施の形態例のポリゴンの分割を行った時
のグーロシェーディング法により処理された照射領域を
示す図である。

【図１１】ポリゴンの分割の方法の例を示す図である。

【図１２】グーロシェーディング法の問題点を説明する
図である。

【図１３】グーロシェーディング法の問題点を説明する
図である。

【図１４】グーロシェーディング法の問題点を説明する
図である。

【符号の説明】

５０画像処理装置５４ＣＰＵ（頂点データ生成部）５８操作部６０ジオメトリ処理部６１レンダリング処理部６４フレームバッファ６６ディスプレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のポリゴンのデータから画像データを
生成する画像処理装置において、少なくとも頂点の座標と色または輝度データを含む頂点
データを有するポリゴンデータと、光源からの照射領域
のデータを有する光源データとを生成し、前記複数のポ
リゴンのうち、前記光源からの照射領域に位置するポリ
ゴンを分割して新たな頂点データを生成し、前記照射領
域内に位置する前記頂点の色または輝度データに対し
て、前記光源による反射光の処理を行う頂点データ生成
部と、前記生成された頂点の座標と色または輝度データとを利
用して、前記ポリゴン内のピクセルの色データを求める
レンダリング処理部とを有する画像処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記光源データは、前記照射領域内の光強度分布データ
を有し、前記頂点データ生成部は、前記照射領域内において前記
光強度分布の変化が変動する領域に位置するポリゴンを
分割することを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】請求項２において、前記頂点データ生成部は、前記光強度分布の変化が第１
の変動率をもつ領域に位置する第１のポリゴンを、第１
の分割数で分割し、前記光強度の変化が前記第１より大
きい第２の変動率を持つ領域に位置する第２のポリゴン
を、前記第１の分割数より多い第２の分割数で分割する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】請求項１において、前記複数のポリゴンを有する画像が、前記レンダリング
処理部により求められた色データに従って、リアルタイ
ムで表示されることを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記頂点データ生成部は、ポリゴンの分割を等比分割で
行うことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】複数のポリゴンのデータから画像データを
生成する画像処理方法において、少なくとも頂点の座標と色または輝度データを有する頂
点データを有するポリゴンデータと、光源からの照射領
域のデータを有する光源データとを生成し、前記複数の
ポリゴンのうち、前記光源からの照射領域に位置するポ
リゴンを分割して新たな頂点データを生成し、前記照射
領域内に位置する前記頂点の色または輝度データに対し
て、前記光源による反射光の処理を行う頂点データ生成
工程と、前記頂点データ生成工程で生成された頂点の座標と色ま
たは輝度データとを利用して、前記ポリゴン内のピクセ
ルの色データを求めるレンダリング処理工程とを有する
画像処理方法。
【請求項７】請求項６において、前記光源データは、前記照射領域内の光強度分布データ
を有し、前記頂点データ生成工程では、前記照射領域内において
前記光強度分布の変化が変動する領域に位置するポリゴ
ンを分割することを特徴とする画像処理方法。
【請求項８】請求項７において、前記頂点データ生成工程では、前記光強度分布の変化が
第１の変動率をもつ領域に位置する第１のポリゴンを、
第１の分割数で分割し、前記光強度の変化が前記第１よ
り大きい第２の変動率を持つ領域に位置する第２のポリ
ゴンを、前記第１の分割数より多い第２の分割数で分割
することを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】複数のポリゴンのデータから画像データを
生成する画像処理手順をコンピュータに実行させるプロ
グラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
において、前記画像処理手順は、少なくとも頂点の座標と色または
輝度データを有する頂点データを有するポリゴンデータ
と、光源からの照射領域のデータを有する光源データと
を生成し、前記複数のポリゴンのうち、前記光源からの
照射領域に位置するポリゴンを分割して新たな頂点デー
タを生成し、前記照射領域内に位置する前記頂点の色ま
たは輝度データに対して、前記光源による反射光の処理
を行う頂点データ生成手順を有することを特徴とするコ
ンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１０】請求項９において、前記光源データは、前記照射領域内の光強度分布データ
を有し、前記頂点データ生成手順では、前記照射領域内において
前記光強度分布の変化が変動する領域に位置するポリゴ
ンを分割することを特徴とするコンピュータ読み取り可
能な記録媒体。
【請求項１１】請求項１０において、前記頂点データ生成手順では、前記光強度分布の変化が
第１の変動率をもつ領域に位置する第１のポリゴンを、
第１の分割数で分割し、前記光強度の変化が前記第１よ
り大きい第２の変動率を持つ領域に位置する第２のポリ
ゴンを、前記第１の分割数より多い第２の分割数で分割
することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録
媒体。