JPS6180366A - ３次元画像作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は２次元入力画像データとその座標アドレスの距
離または高さに関するデータとから３次元投影画像を効
果的に作成することのできる３次元画像作成装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、コンピュータ・グラフィック（ＣＧ）のアルゴリ
ズムを用いて、２次元入力画像と、その高さ等に関する
情報とから斜視図・景観図的な３次元投影画像を作成す
ることが考えられている。

ところが従来一般に、上記２次元平面入力画像から３次
元投影画像を作成する画像処理には、大量の計算が必要
であり、多くの処理時間を必要とした。またその３次元
空間の各面を画像データによって埋め尽くす為の内挿処
理や、その陰面処理等が技術的に非常に困難であり大変
であった。またこのようにして作成された３次元投影画
像の品質が悪いと云う問題があった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、斜視図・景観図等の３次元投影
画像の作成処理を簡易に、且つ効果的に行って品質の高
い画像表示を可能とする３次元画像作成装置を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本発明は先に特願昭５９−５００１０号等にて提唱した
３次元画像処理の特殊な場合を更に改良したもので、３
次元投影出力画像の距離または標高零における各座標ア
ドレスにそれぞれ対応した入力画像の距離または標高零
における座標アドレスを２次元逆投影変換により計算し
、これらの計算された各座標アドレスの入力画像データ
に関する距離または標高の情報に基いて前記出力画像の
２次元投影座標アドレスを３次元変換により計算して、
その２次元投影座標アドレスを終点とし前記距離または
標高零における座標アドレスを始点とする出力画像デー
タを求め、この出力画像データの前記出力画像の視点手
前側の終点アドレスを越えるデータを該出力画像の視点
手前側から遠方に向かう１ライン分に亙ってラインバッ
ファに順次書込んだ後、このラインバッファに蓄えられ
た１ライン分の出力画像データを１ライン分づつ出力画
像メモリに順次転送することによって、該出力画像メモ
リに３次元投影画像を得るようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、座標アドレスに対する計算に
よって任意の視点からの３次元投影画像情報を簡易に、
且つ効果的に得ることができ、またラインバッファに対
する出力画像データの書込み制御によって、その処理を
簡易に且つ高速に行うことが可能となる。しかもこのと
き、出力画像に対する内挿処理や陰面処理を簡易に、且
つ効果的に行うことができ、またそのデータの入出力量
を大幅に少なくすることが可能となる等の実用上多大な
る効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第１図は実施例装置の概略構成図である。この装置は２
次元平面画像を入力してその画像データを格納する入力
画像用メモリ１、上記２次元平面画像の各座標位置のデ
ータに関する距離や標高等の７情報を格納する入力Ｚ情
報用メモリ２、出力ずべき立体表示画像データを格納す
る出力画像用メモリ３、そして２次元逆投影変換計算回
路４．３次元変換計算回路５、ラインバッファ６、およ
び主メモリを備え上記投影画像変換処理を制御する制御
装置（ＣＰＵ）７とにより構成される。

尚、前記入力Ｚ情報用メモリ２に格納されるＺ情報デー
タは、例えば前記入力画像を得た範囲に５一 対応した地図における各座標点の標高値や距離測定等か
ら求められるものである。

しかして２次元逆投影変換計算回路４は、変換出力すべ
き３次元投影画像の７情報零平面における各座標アドレ
スにそれぞれ対応した前記入力画像上の座標アドレスを
２次元逆投影変換計算によって求めるものである。また
３次元変換回路５は上記入力画像上の各対応座標アドレ
スにおけるＺ情報データを用いて前記３次元変換出力座
標アドレスを計算するものである。この計算によって求
められた３次元変換出力の座標アドレスにより前記出力
画像用メモリ３の終点アドレス指定が行われ、その指定
アドレスに前記入力画像用メモリ１の対応座標アドレス
に格納された入力画像データが書込まれる。

この一連の処理によって、前記入力画像のデータと、そ
の入力画像の高さ等に関するＺ情報データとから求めら
れる３次元平行投影画像が前記出力画像用メモリ３に格
納されることになる。

ところで上記座標アドレスの変換計算処理は、例えば次
のようにして行われる。即ち先ず出力画像のｙ′座標を
一定にし、ｙ′座標の値を変化させて上記出力画像の視
点手前側から遠方に向かう１ライン分について、入力画
像の対応アドレスの画像データと、その座標アドレスに
関する入力Ｚ情報をそれぞれアクセスする。この場合、
画像メモリの構造に応じて、入力画像のｙ′座標とｙ′
座標とを予め交換しておくことも必要である。このよう
にしてアクセス対象となる入力画像上の１ラインは、入
力画像メモリ１上で斜めの直線となる。この斜めの直線
は、例えば２次元のアフィン変換を施すことにより、入
力画像の一定のｙ′座標に対する１ライン分の情報とし
て簡易に１ｑることができる。従って、入力画像メモリ
１上から１ライン分の画像情報を一括して読出すことは
容易に可能となる。またそのアクセス回数を減らして、
上記入力画像データおよびそのＺ情報のアクセス処理を
効率良く行うことが可能となる。

次にこのようにして得られた座標アドレスＸ′（一定）
における１ライン分の画像情報とそのＺ情報データとを
用いて、上記Ｘ′ライン上の３次元出力画像を前記３次
元変換計算回路５により１ライン分に亙って計算する。

この計算処理は、ｙ′座標がその視点から近い順に（ｙ
’ｏ　−）　ｙ’ｍ　）となっているとして、ｙ′ｏか
らｙｌｌｍに亙って順に行う。尚、場合によっては逆向
きに、っまりゾｍからｙｌｏに向けて上述した計算処理
を実行するようにしても良い。

しかして３次元画像の表示の為の処理は、上記２次元投
影逆変換処理で求めた７情報零平面における各ｙ／ｓの
点（始点）から、前記Ｚ情報のスケールファクタＣを用
いて計算される３次元平行投影点ｙｅ　　（終点） ｙｅ　＝ＭＳ　＋Ｃ−Ｚ　（Ｘ、　Ｖ）までのバッファ
メモリ６上のアドレスに順次出力画像データを書込むこ
とによって行われる。この出力画像データのバッファメ
モリ６への書込み処理は上記Ｚ情報零平面における各始
点のｙｌｏがらｙ／　ｍに亙って次のように順次行われ
る。即ちこの際、成る始点に関する画像データをバッフ
ァメモリ６に書込む場合、その直前にバッファメモリ６
に書込まれた画像データの終点ｙ／６を記憶しておき、
上記出力画像データの内、上記直前の画像データの終点
ｙｌｅを越えるアドレスの画像データのみを上記バッフ
ァメモリ６に書込むようにする。

この制御によって出力画像に対する陰面処理が自動的に
なされ、且つ同時にバッファメモリ６への画像データ書
込み回数も大幅に削減されることになる。特にこの効果
は、例えば景観図のように視点の高度が低い場合の３次
元投影画像を作成する場合に顕著である。そして、この
ようにしてバッファメモリ６に１ライン分の出力画像デ
ータが書込まれる都度、その１ライ・ン分の画像データ
が出力画像メモリ３に転送されて書込まれる。このよち
な一連の処理によって、前記入力画像データおよびその
入力画像の７情報データから求められた３次元平行投影
画像が前記出力画像メモリ３上に得られることになる。

即ち今、入力画像の輝度の分布をｆ　（ｘ、ｙ）、上記
入力画像の距離や標高等の７情報の分布をｈ（Ｘ、Ｖ）
とする。そしてその対象座標系（Ｘ。

ｙ）が第２図に示すように右手系座標となるように２軸
を定義する。この座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、その
平行投影画像がＸ軸に角度β回転して透視されるように
上記Ｚ軸上のｈ点に視点を設定すると、その視点座標系
は例えば第２図に示すように左手系の（ｘ’　、ｙ’　
、ｚ’　）として表される。しかして対象座標系の任意
の点（ｘ、ｙ。

２〉に対応する視点座標系の（ｘ’　、ｙ’　、ｚ’　
）で示されるものとすると、同次の座標系表示を（Ｘ’
　、Ｙ’　、Ｚ’　、Ｗ’　）で示せばとなる。従って
その計算結果は Ｘ’＝ｘ ｙ’＝ｙｃｏｓβ−ｚ　　ｓｉｎβ ｚ′　＝−ｙｓｉｎβ−ｚ　　ｃｏｓβＷ′−−ｙＳｉ
ｎβ／ｈ−Ｚ（ｉ０ｓβ／ｈ＋１となる。故にその通常
座標は ｙ′−Ｘ′／Ｗ′ ＝ｘｈ／　（−ｙ　ｓｉｎβ−ｚ　ｃｏｓβ十ｈ）ｙ’
　＝Ｙ’　／Ｗ’ ＝（ｙｃｏｓβ−ｚ　　ｓｉｎβ）ｈ ÷（−ｙｓｉｎβ−２ｃｏｓβ＋ｈ） ｚ’　＝Ｚ’　／Ｗ’ ＝＜−ｙｓｉｎβ−ｚ　　ｃｏｓβ）ｈ÷（−ｙｓｉｎ
β−ｚ　ｃｏｓβ十ｈ）となる。ここで上記２′は投影
画像の２次元的な表示には関係しないことから、その成
分を無視する。また特に（ｚ’−０）になるＺ情報省平
面を考えると、 ｘ’　−ｘｈ／　（−ｙ　ｓｉｎβ十ｈ）ｙ’　−ｙ　
ｃｏｓβｈ／（＝ｙｓｉｎβ＋ｈ）なる関係が得られる
。この（ｚ’、、ｙ’　）は前記対象座標系（ｘ、ｙ）
の入力画像を透視投影した座標を示している。

ところで一般に画像処理にあっては、３次元表示の場合
であっても２次元画像処理の場合と同様に、その出力画
像アドレスを指定し、この出力画像アドレスに対応した
入力画像のアドレスを計算することが処理効率の点で優
れている。前記２次元逆投影変換計算回路４はこのよう
な観点に立脚し、出力投影画像の７情報零における座標
アドレス（ｘ’　、ｙ’　）を既知データとして、上記
座標アドレス（ｘ’　、ｙ’　）対応する入力画像上の
座標アドレス（ｘ、ｙ）を Ｘ＝ＸＣＯ８βｈ／（ｈｃｏｓβ十ｙ　ｓｉｎβ）ｙ＝
’ｙｈ／　（ｈ　ｃｏｓβ±ｙｓｉｎβ）として２次元
逆投影変換計算により求めるものである。前記３次元変
換計算回路５は上記の如くして計算された座標アドレス
（ｘ、ｙ）における前記視点と画像中心との距１ｈを用
いて、上記出力投影画像における座標アドレス（ｘ’　
、　ｙ’ｅ　）を前記３次元変換計算により求めている
。この計算処理において、ｙ′の値を一定にすれば、上
記ｙ′の値をｙｌｏからゾｍに亙って順次変化させるこ
とによって、上記１ライン分の入力画像データおよびそ
のＺ情報データを高速にアクセスして計算処理が実行で
きることは前述した通りである。

この３次元変換計算回路５が算出したアドレス・データ
により前記ラインバッファ６のアドレスが指定され、そ
のアドレスに前記入力画像用メモリ１の前記対応アドレ
ス（ｘ、ｙ）に格納された画像データ、つまり入力の濃
度ｆ　（ｘ、ｙ）が書き込まれる。

尚、上述した座標アドレス計算において、前記出力画像
のＺ情報零にお（プる座標アドレス（ｙ′。

ｙ′　）はその標本点として整数値で与えることができ
るが、この座標アドレス（ｘ’　、ｙ’　）から前記２
次元逆投影変換によって計算される座標アドレス（ｘ、
ｙ）、およびこの座標アドレス（Ｘ。

ｙ）から前記３次元変換により計算される座標アドレス
（ｘ’　、　ｙ’ｅ　）は一般に整数値とはならない。

従って、この場合には、前記座標アドレス（ｘ、ｙ）に
関して、通常の画像処理と同様に内挿処理を行うように
すればよい。即ち、入力画像のメツシュ・データ（整数
値アドレスで与えられる画像データ）を用いて上記２次
元逆投影変換によって計算された座標アドレス（ｘ、ｙ
）のデータの内挿処理を行うようにすればよい。

第３図は上述した座標アドレス計算による投影画像変換
処理の概念を示すもので、同図（ａ）は出力投影画像の
７情報データ零のアドレス空間（ｘ’　、ｙ’　）を、
同図（ｂ）は入力画像のアドレス空間（ｘ、ｙ）を、そ
して同図（Ｃ）は出力画像用メモリ３上の投影画像のア
ドレス空間（ｘ’　、　ｙ’ｅ　）をそれぞれ示してい
る。また同図（ｄ＞はラインバッファ６に対する出力画
像データの書込み概念を示している。尚、第４図は本装
置における前記座標アドレス計算の処理アルゴリズムの
一例を示すものである。

しかして入力画像用メモリ１に格納された入力画像、お
よび入力Ｚ情報用メモリ２に格納された上記入力画像の
２情報に関するデータから２次元投影変換した投影画像
を出力画像用メモリ３上に求める場合、まずその視点（
０，Ｏ，ｈ）の２次光投影変換の範囲が決められる。こ
れによって出力画像（２次元投影画像）の７情報零の座
標空間（Ｘ’　、Ｖ’　）が第３図（ａ）に示すように
決定される。しかる後、上記標高零の座標空間（ｙ′。

ｙ′）上のアドレス計算処理の対象とするラインＸ′を
選び、そのラインＸ′上の点ｙ′を前記視点より近い位
置（投影画像上で手前となる位置）から順に選ぶ。そし
てこのようにして順に選ばれるアドレス（ｘ’　、ｙ’
　）について前記入力画像およびＺ情報に対するアドレ
ス計算処理をそれぞれ行う。

このアドレス計算は、先ず前記２次元逆投影変換計算回
路４にて、第３図（ａ）に示す出力画像の７情報零のア
ドレス空間と、同図（ｂ）に示す入力画像のアドレス空
間との間において、アドレス（Ｘ’　、Ｖ’　）に対応
した入力画像のアドレス（ｘ、ｙ）を２次元逆投影変換
により計算し、入力Ｚ情報用メモリ２から上記アドレス
（Ｘ、Ｖ）に格納されたＺ情報データＺ Ｚ＝　（Ｘ、　ｙ） を読出すことから行われる。しかる後、前記アドレス（
Ｘ、Ｖ）とその７情報データ２とからなる３次元データ
（ｘ、ｙ、ｚ）について前記３次元変換計算回路５にて
、その変換データ（ｙ′。

ｙｅ）を３次元投影変換計算により求める。この変換デ
ータ（ｘ’　、ｙｅ　）が第３図（ｃ）に示すように出
力画像上の変換アドレス（ｘ’　、ｙｅ　）となる。こ
のようにして計算されるアドレス（Ｘ’　、　ｙｅ　）
と、前記Ｚ情報零平面におけるアドレス（ｘ’　、ｙｓ
　）により前記ラインバッファ６のアドレスを指定し、
そのアドレスに前記入力画像用メモリ１の前記対応アド
レス（ｘ、ｙ）に前記（Ｘ’　、　’ｌ／Ｓ　）を始点
とし、前記（ｙ′。

ｙｅ）を終点として前記画像データｆ（ｘ、ｙ）。

を書込む。

この際、第３図（ｄ）に示すように、ラインバッファ６
に直前に書込んだ画像データの終点アドレスｙｅを記憶
しておき、次のステップで計算された画像データのアド
レスが上記終点アドレスｙｅを越えた分に対してのみ、
そのアドレスに前記画像データｆ　（Ｘ、Ｖ）を書込む
ように制御する。つまり１ラインの各座標点についてそ
の画像データがｆｏ、ｆｌ、ｆ２〜ｆｎとして求められ
る場合、ラインバッファ６に格納された画像データの終
点アドレスｙｅを越えた点に対してのみ、上記ｆ１．ｆ
２〜ｆｎなるデータを順次書込むように制御する。

この結果、ラインバッファ６には、前記視点から見るこ
とのできる出力画像データ分だけが順次書込まれること
になり、ラインバッファ６に対する画像データの書込み
量を著しく低減して、同時に陰面に対する処理を達成し
得る。そして、このようにしてラインバッファｙ６に１
ライン分の画像データが格納されたとき、その画像デー
タは１ライン分一括して前記出力画像メモリ３に転送さ
れて該当ラインに書込まれる。

かくして本装置によれば、視点より近い位置から順に立
体表示画像のデータが求められるので、従来問題となっ
た隠れ点の処理を効果的に行いながら、所謂抜けのない
立体表示画像を出力画像用メモリ３上に得ることができ
る。従って、簡易に効率よく立体表示画像を得ることが
でき、その画像処理効率が非常に良い等の実用上絶大な
る効果が奏せられる。またラインバッファ６を用いて１
ライン分づつ画像変換処理し、その画像データを一括転
送して出力画像メモリ３に書込むので、画像メモリ３の
アクセス処理の大幅な簡略化を図ることができ、そのア
クセス制御に無駄な時間を費やすことが少なくなるので
全体的な処理の高速化を図ることができる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えば実施例では画像の第３軸として標高データを用
いたが、他の分布データｈ’　　（ｘ。

ｙ）を用いることも可能である。また実施例では画像変
換に関してＸ軸方向の回転のみを扱ったが、同様にｙ軸
やｚ軸方向の回転を扱うこともでき、これらの各方向に
対する同時回転も同様にして扱うことができる。その他
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第２図は
投影画像の座標空間を示す図、第３図（ａ）〜（ｄ）は
本発明に係るアドレス計算の処理概念を示す図、第４図
は実施例装置のアドレス計算処理の流れを示す図である
。 １・・・入力画像用メモリ、２・・・入力Ｚ情報用メモ
１ハ　３・・・出力画像用メモ１ハ　４・２次元逆投影
変換計算回路、５・・・３次元変換計算回路、６・・・
ラインバッファ、７・・・制御装置（ＣＵＰ）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力画像の距離または標高零における各座標アド
   レスにそれぞれ対応した入力画像の距離または標高零に
   おける座標アドレスを２次元逆投影変換により計算する
   手段と、これらの計算された各座標アドレスの入力画像
   データに関する距離または標高の情報に基いて前記出力
   画像の２次元投影座標アドレスを３次元変換により計算
   する手段と、この３次元変換により計算された２次元投
   影座標アドレスを終点とし前記距離または標高零におけ
   る座標アドレスを始点とする出力画像データの、前記出
   力画像の視点手前側の終点アドレスを越えるデータをラ
   インバッファに順次書込む手段と、このラインバッファ
   に蓄えられた１ライン分の出力画像データを出力画像メ
   モリに転送して書込む手段とを具備したことを特徴とす
   る３次元画像作成装置。
2. （２）ラインバッファは、出力画像の視点手前側から遠
   方に向かう１ライン分の出力画像データを蓄えるもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の３次元画像作成装置。
3. （３）ラインバッファに対する出力画像データの書込み
   は、出力画像の１ラインの視点手前側の出力画像データ
   からから順に行われるものである特許請求の範囲第１項
   記載の３次元画像作成装置。