JPH0816816A

JPH0816816A - コンピュータグラフィックス表示方法

Info

Publication number: JPH0816816A
Application number: JP5851895A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Usami; 芳明宇佐美; Kenichi Anjo; 健一安生; Yoshimi Ota; ▲吉▼美太田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2677233B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、３次元モデルのコンピュータグラフ
ィックス表示において、自然な画像を高速に表示するこ
とを目的とする。【構成】表示すべきモデルのスクリーン上での大きさを
判定し、該大きさが予め設定した値よりも大きい場合に
は前記詳細モデルを表示し該大きさが予め設定した値よ
りも小さい場合には前記省略モデルの表示を行うように
切り換えて、ディスプレイ装置に表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は図形処理におけるモデリ
ングおよび表示技術に係り、特に三次元コンピュータグ
ラフィックスに好適な、コンピュータグラフィックス表
示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元コンピュータグラフィック
スでは、情報処理学会論文誌，第２５巻，第６号(１９
８４年)第９４８頁において述べられているように、個
々の物体モデルが全空間の中で局所的な領域を占め、そ
の領域が重なり合うことが少ない性質を利用して、表示
処理の高速化を図つている。例えば表示しようとする物
体モデルについて外接直方体を定め、空間内でモデルを
探索する処理を行う際に、この外接直方体の内部のみに
限定するという方法である。これにより物体モデルから
離れた領域をムダに探索する必要がなくなるので表示処
理の高速化が図れる。

【０００３】また、同様の性質を利用した表示高速化手
法として、特開昭60−79477 号公報では、スクリーン上
で物体を囲む矩形領域のみに探索を限定して表示を高速
化している。更に特開昭61−139890号公報は、物体モデ
ルの局所存在性の利用による探層範囲の限定と共に、探
索処理の均一性を利用した高速表示手法である。

【０００４】一方、コンピュータグラフィックス１６−
３（１９８２年）第９頁から第１８頁（Computer Graph
ics，Ｖol.１６，Ｎo.３(１９８２)ｐｐ９−１８）にお
いて論じられているシステムにおいては、同一の物体に
対して複数のモデルを割りあてることが可能となつてお
り、オペレータが詳細度の異なるモデルを作成した同一
の物体に割りあて、スクリーン上の大きさにより、シス
テムが必要な詳細度のモデルを選択して表示させること
が可能となつている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
物体モデルの局所存在性を利用した高速表示手法では、
例えば物体モデルが視点から十分に遠い領域に定義さ
れ、スクリーン上においても非常に小さな範囲しか占め
ない場合においても、限定した領域の内部について詳細
に探索しているので、物体モデルが視点が十分に近い場
合に比較して、処理時間が短縮される割合は少ない。一
方、詳細度が異なるモデルを表示できるシステムでは、
物体モデルが十分遠い場合の処理は高速化できるが、各
モデルはオペレータが作成して割りあてる作業が必要で
あり、同一物体に複数のモデルを作成するため、オペレ
ータの作業工数が大きい。

【０００６】本発明の目的は、自然な画像を高速にコン
ピュータグラフィック表示する方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、表示すべきモデルのスクリーン上での大
きさを判定し、該大きさが予め設定した値よりも大きい
場合には前記詳細モデルを表示し該大きさが予め設定し
た値よりも小さい場合には前記省略モデルの表示を行う
ように切り換えて、ディスプレイ装置に表示を行う。

【０００８】また、表示すべきモデルの移動速度に応じ
て前記詳細モデルと省略モデルとを切り換えてディスプ
レイ装置に表示を行う。

【０００９】更には、前記詳細モデルと省略モデルとを
切り換えてディスプレイ装置に表示を行う際に、詳細モ
デル及び省略モデルのそれぞれの透過率を変化させなが
ら切り換えを行う。

【００１０】

【作用】表示すべきモデルのスクリーン上での大きさを
判定し、該大きさが予め設定した値よりも大きい場合に
は前記詳細モデルを表示を表示し該大きさが予め設定し
た値よりも小さい場合には前記省略モデルの表示を行う
ように切り換えて表示するので、スクリーン上で目立た
ない小さなモデルは省略化でき、自然な画像を実現しつ
つ高速に表示ができる。

【００１１】また、表示すべきモデルの移動速度に応じ
て前記詳細モデルと省略モデルとを切り換えてディスプ
レイ装置に表示を行うので、目で捉えにくい動きのある
モデルは省略化でき、自然な画像を実現しつつ高速に表
示ができる。

【００１２】また、前記詳細モデルと省略モデルとを切
り換えてディスプレイ装置に表示を行う際に、詳細モデ
ル及び省略モデルのそれぞれの透過率を変化させながら
切り換えを行うので、いきなり切り換わることがなく画
像上で不自然さが少ない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。

【００１４】図１は本発明の概略を示す図であって、図
１（ａ）に示す様に三次元空間上に設定されている視点
１から、スクリーン２を通る光線５を追跡して、物体の
第１の三次元モデルとなる詳細モデル３および物体の第
２の三次元モデルとなる省略モデル４を、２次元スクリ
ーン上に表示させる方法を説明している。なお、これら
はすベて計算機上の数値モデルとして表現されているも
のであって、実際には計算の結果として表示部となるＣ
ＲＴ，液晶，ＥＬ等の２次元ディスプレイの画面８上に
詳細モデルによる表示６（図１（ｂ））、あるいは省略
モデルによる表示７（（図１（ｃ））のような表示画像
を得ることができる。

【００１５】図１（ｄ）は本発明を実現するためのハー
ドウエア構成である。入力装置1000は、キーボードやタ
ブレット等の装置で、モデル情報の入力や表示制御情報
の入力に使用される。計算機１００１は、本実施例によ
るアルゴリズムの実行、および入出力機器の制御を行う
もので、第１の記憶部となる詳細モデルの入力および定
義部と、省略モデルの生成を行う演算部および省略モデ
ルを記憶する割りあて部と、表示するモデルの選択部と
から構成される。ディスプレイ制御装置1002は、計算機
からのディジタル信号をディスプレイ用のアナログ信号
への変換、およびディスプレイ装置１００３の制御を行
う。そして表示部となるディスプレイ装置１００３によ
り画像を画面上に表示させることができる。尚、ディス
プレイ装置は、ホログラフィ等を用いた３次元ディスプ
レイでも良い。

【００１６】ここで、図２により本発明を計算機ソフト
ウエアにより実現した場合の実施例の各部分の動作につ
いて説明する。なおこれらはハードウエアによっても実
現可能である。

【００１７】まずステップ１０１は表示のために必要な
詳細モデルや視野情報を入力するステップである。例え
ば詳細モデル３が角か丸い直方体形状をしている場合に
は、図３のように８個の球要素と１２個の円柱要素と６
個の平面要素から構成される。そしてこの詳細モデルを
部品１と呼ぶことにすると、図形構素の構成は図４に示
すような本構造で表現できる。

【００１８】ここで、本実施例では、同図に示すように
あるシーンは幾つかの物体から構成されているものと
し、各物体はまた幾つかの部品から構成され、更に各部
品は幾つかの図形要素から構成されているものとする。
そして物体の階層レベルを物体レベルと呼び、以下同様
にして部品レベルおよび図形要素レベルと呼ぶことにす
る。このように詳細モデルの入力は、図形要素の集合と
して計算機上で三次元モデルの形状を定義することであ
る。一方、視野情報の入力とは、図１における視点１や
スクリーン２について三次元空間上の位置を定めること
であり、例えばＸＹＺ座標値で入力する。更にスクリー
ンについては、スクリーンの大きさや面の向きについて
も入力する。その他にはスクリーン上で何画素以上の大
きさを占める物体を詳細モデルで表示させるかを判断す
るため、詳細モデル表示に必要な最小の大きさを入力す
る。要するに本ステップ１０１では物体３次元形状モデ
ル情報を詳細モデル情報として入力し、更に表示させる
ための視点・スクリーン位置等の視野情報も入力して、
第１の記憶部に記憶させるステップである。

【００１９】ステップ１０２は、ステップ１０１で入力
された詳細モデルの情報に基づき、図４の木構造データ
を探索するステップである。本実施例では、図４の木構
造の中で部品レベルについて省略モデルを生成すること
とすると、同図の木構造を探索して、例えば部品１のよ
うに、部品レベルにあるものの検出を行う。

【００２０】ステップ１０３は、入力された詳細モデル
について省略モデルをアルゴリズムにより生成するステ
ップである。ここで詳細モデルは図３および図４に示す
ような図形要素の集合で定義されているものとする。そ
して省略モデルとしては、詳細モデルの外接直方体の割
りあてを行う。この外接直方体を生成するためには、図
５に示すように、詳細モデルをＸＹＺ軸に投影させたと
きの最大・最小値を求めればよい。同図ではＸ軸に投影
したときの最大値をｘ_max，最小値をｘ_minとし、以下同
様にｙ_max，ｙ_min，ｚ_max，ｚ_minを求めている。これら
最大・最小値から図６に示すような６つの平面の方程
式、Ｘ＝ｘ_max，Ｘ＝ｘ_min，Ｙ＝ｙ_max，Ｙ＝ｙ_min，Ｚ
＝ｚ_max，Ｚ＝ｚ_minを生成する。これら６つの平面の
方程式によって構成される三次元モデルを省略モデルと
して割りあてる。入力されている詳細モデルは図３に示
すように合計２６個の図形要素で構成されており、各図
形要素はそれぞれ半径や長さ等のパラメータを持つ。一
方、生成された省略モデルでは、本実施例のような外接
直方体の場合には、前記６つの平面方程式を指定するた
めの６つのパラメータで記述できる。よって本ステップ
では詳細モデルのパラメータ数を減じている演算手段で
ある。また、詳細モデルにあった球要素や円柱要素のよ
うな２次曲面を、この省略モデルでは含まないので、モ
デルの次元数も減じている手段である。また、データ構
造は図４に示した木構造を図７のように変更する。ここ
で詳細モデル３は図３における２６個の図形要素の集合
であり、省略モデル４は図６に示した１個の外接直方体
である。即ち同一の部品に対して、詳細モデルと省略モ
デルの２つのモデルを割りあてる。

【００２１】ステップ１０４はスクリーン２上の各画素
について、ステップ１０５〜１０８をくり返すことを意
味している。スクリーン（画面）２は図１に示すように
ｍ×ｎの画素を持ち、通常はディスプレイ１００３の表
示解像度に一致させる。従ってステップ１０８までをｍ
×ｎ回くり返し処理することになる。

【００２２】ステップ１０５は図１における光線５の方
程式を決定するステップである。ステップ１０１によ
り、視野情報が入力されており、視点位置やスクリーン
位置および各画素位置は既知である。光線は視点位置Ｐ
_Vとスクリーン上の一つの画素位置Ｐ_Sを結ぶ直線であ
り、Ｐ_V，Ｐ_Sの位置ベクトルをＰ_V，Ｐ_Sとすれば、ｔを
パラメータとして、ｔ(Ｐ_S−Ｐ_V）として表わすことが
できる。Ｐ_Vの位置は固定であるが、Ｐ_Sの位置はスク
リーン上のｍ×ｎ個の位置をとる。このようにして、ｍ
×ｎ個の光線方程式を決定できる。

【００２３】ステップ１０６はステップ１０３において
生成された各省略モデルについて、ステップ１０７から
ステップ１０８までを繰り返すことを示している。図８
に示すように、通常は生成された省略モデルは複数であ
り、例えば省略モデル４の他にも、省略モデルＡや省略
モデルＢが存在する。本ステップでは、ステップ104お
よび１０５で決定された一本の光線５について、これら
すベての省略モデルを図７の木構造から検出して、ステ
ップ１０７，１０８のくり返し処理を行う。

【００２４】ステップ１０７は、光線５が各省略モデル
と交点を持つかどうかを判定する手段である。光線の方
程式はステップ１０５で決定された直線の式であり、省
略モデルは図６にあるように６つの平面の式で記述され
ている。したがって、交点の判定は直線と平面の交差問
題として求めることができる。処理中の光線が、省略モ
デルの６つの平面の内側領域を通過する場合に、交点が
あったものと判定する。

【００２５】ステップ１０８はステップ１０７で交点が
検出された場合に省略モデルを表示させるステップであ
る。交点が検出されたということは、処理中の光線がス
クリーン２上にも省略モデルの像が投影されているとい
うことである。そこで光線が通るスクリーン上の一画素
に省略モデルを表示させることになる。ただし、複数の
交点があった場合には、視点に最も近い交点を表示対象
とする。スクリーン上の全画素について、ステップ１０
８までが終了した時点で、図８に示したように、スクリ
ーン２上に全ての省略モデルが投影・描画されているこ
とになる。

【００２６】ステップ１０９は、上記までのステップで
スクリーン上に描画された省略モデルを検出し、ステッ
プ１１０〜１１３をくり返すためのステップである。ス
クリーンは図９に示すように、ｍ×ｎの２次元配列とし
てデータを持つており、この配列データを検索して省略
モデルを検出する。

【００２７】ステップ１１０は２次元スクリーン上に投
影・描画された省略モデルの大きさを判定するステップ
である。例えば図９に示すように、２つの省略モデルが
投影・描画されていたものとする。大きさを判定するた
めには、例えば平面スクリーンの水平（ｕ）方向と垂直
（ｖ）方向に投影された大きさ（ｕ₁，ｖ₁）を基準とす
る。このｕ₁およびｖ₁の値が、ステップ１０１で入力さ
れている詳細モデル表示に必要な最小の大きさを上まわ
っているかどうかの判定を行う。

【００２８】ステップ１１１は、ステップ１１０におい
てスクリーンに投影された大きさから、詳細モデル表示
を行うと判定された省略モデルについて、モデルのデー
タを詳細モデルに切り換えて、各詳細モデルについてス
テップ１１２および１１３をくり返し処理するためのス
テップである。詳細モデルは例えば図３に示すような通
常は多数の図形要素から構成されており、これらすベて
の図形要素について、ステップ１１３までをくり返す。

【００２９】ステップ１１２は、詳細モデルの図形要素
についての交点の判定手段であり、ステップ１０７の場
合と同様にして、スクリーン上の各画素を通る光線方程
式と図形要素との交差判定を行う。

【００３０】ステップ１１３は、ステップ１１２におい
て交点があると判定された光線が、スクリーンを横切る
位置Ｐ_Sの画素に対して、ステップ１０８と同様にし
て、詳細モデルを表示させる手段である。

【００３１】以上のように、本実施例では入力された詳
細モデルからアルゴリズムによりパラメータ数あるいは
次元数を減少させた省略モデルを生成し、まず交点判定
が容易な省略モデルで表示を行い、更にスクリーン上に
大きく投影されて詳細情報が必要なものについてのみ詳
細モデルでの表示を行っている。従って、すベてを詳細
モデルで表示させる場合よりも、表示処理の高速化が可
能であり、なおかつ省略モデルは自動生成されるために
手作業で入力する必要がないという効果がある。

【００３２】上記実施例では、スクリーン上に投影され
た時に大きい物体に対して詳細モデルで表示させていた
が、省略モデルを表示したところで処理を打ち切り、詳
細モデルを全く表示させないこともできる。このために
は、図２におけるステップ１０８が終了した段階で処理
を終了すればよい。すベての物体を省略モデルで表示さ
せれば、表示処理時間を高速化できるので、物体の概形
をチェックする場合等に使用することができる。

【００３３】また省略モデルから詳細モデルへの切り換
え判定を、先述のようにアリゴリズムによって行うので
はなく、オペレータの判断によって決定することもでき
る。このためには、図２におけるステップ１１０の手段
をオペレータとの対話処理に置き換えることで実現可能
である。この対話処理とは、図９のように平面スクリー
ン上に描画された省略モデルをそのままディスプレイ上
に表示させ、オペレータがディスプレイを目視しなが
ら、スタイラスペン等のポインティング装置により、詳
細モデル表示に切り換える省略モデルを指示することで
ある。このように対話処理により詳細モデルへの切り換
えを指示すれば、オペレータの意志により省略モデルを
残していくことが可能であるので、意図的な省略表示が
可能である。

【００３４】詳細モデルへの切り換え方法としては、視
点から省略モデルまでの距離を基準にして切り換えるこ
ともできる。この場合のフローチャートを図１０に示
す。まずステップ１０１では、詳細モデルと視野情報の
他に、視点−交点距離による切換設定値を入力する。以
降ステップ１０２より１０７までは前述のものと同一で
あるので説明を省略する。ステップ２０１ではステップ
１０７で求められた省略モデルと光線の交点位置をもと
に視点−交点間の距離を算出する。図８に示すように、
視点Ｐ_Vと省略モデル上の交点Ｐ₀は光線５上の２点で
あり、この２点間距離は容易に求めることができる。ス
テップ２０２は上記の視点−交点距離と、ステップ１０
１により入力された設定値とを大小比較する。設定値よ
りも算出した距離が大きい場合、即ち遠い場合には、ス
テップ２０３によりスクリーン上のＰ_S（図８）の位置
の画素に省略モデルを表示させる。一方、設定値よりも
小さく、即ち近い場合には、図２におけるステップ１１
１〜１１３と同様にしてステップ２０４〜２０６により
Ｐ_Sの位置の画素に詳細モデルを表示させる。このよう
に視点からの距離により、省略モデルから詳細モデルへ
の切り換えを行う場合には、すベてのモデルを一度省略
モデルとして表示させてから逐次詳細モデルに切り換え
るのでなく、ステップ２０２により省略モデルと詳細モ
デルを分別しており、省略モデルの表示工数が少ないの
で、処理の高速化が可能である。

【００３５】物体のモデルの大きさそのものによって
も、省略モデルと詳細モデルの切り換えは可能である。
図１１はこの方法を示すフローチャートである。まずス
テップ１０１は、入力のステップであり、詳細モデルと
視野情報の他に、モデルの大きさにより省略モデルを生
成するための設定値を入力する。ステップ１０２は図２
と同じてある。ステップ３０１は、図５のようにして詳
細モデルの大きさを判定する手段であり、ＸＹＺの各軸
方向へ投影させて、モデルの大きさを求める。そしてス
テップ１０１で入力された設定値と比較して、小さい場
合にはステップ３０２により省略モデルを生成する。さ
らにステップ３０２では、図１２に示すように、各物体
または部品に対して省略モデルを生成したら詳細モデル
との置換を行う。つまり、詳細モデルか省略モデルのい
ずれか１つが部品または物体に割りあてられる。ステッ
プ１０４および１０５は図２と同しである。ステップ30
3は、図１２のデータ構造上で、物体または部品に対応
するモデルを検出し、以下ステツプ３０４〜３０８まで
をくり返す。ステップ３０４では割りあてられているモ
デルが詳細モデルか省略モデルかを判定し、詳細モデル
の場合にはステップ３０５，３０６により表示処理を
し、省略モデルの場合にはステップ３０７，３０８によ
り表示処理を行う。このように物体のモデルの大きさに
より、省略モデルへの切り換えを行った場合には、モデ
ルの形状情報のみで省略モデルの割りあてを行っている
ため、視点位置とは独立に省略表示を行うことができ
る。言いかえると、視点位置に依らず、大きさの小さい
物体だけを省略モデルとして表示させることができる。

【００３６】コンピュータ・グラフィックスでは、１フ
レームずつ作成した静止画を３０フレーム／秒程度で連
続表示させることにより、動画表示を行う。この動画表
示の際に、画面上で動いている物体についてのみ省略モ
デルに切り換えて表示させることができる。図１３は図
３および図４に示した図形要素（円柱）のモデル情報の
内容を示した例である。同図において、２ｈは円柱の長
さ、２ｒは円柱の直径であり、これらをプリミテイブ情
報と呼ぶ。また円柱の中心Ｐについて原点Ｏからの位置
を示すものがａ_x，ａ_y，ａ_zであり、円柱の向きを示す
回転角がθ_x，θ_y，θ_zであり、これらを配置情報と呼
ぶ。ディスプレイ、即ちスクリーン上で物体が動く場合
には、第一に配置情報がフレーム間で変化している場合
であり、第二に視野情報が変化している場合である。こ
こで図１４により、画面上で物体が動いている場合に省
略モデルを表示させる方法について説明する。ステップ
４０１は、現在処理中のフレームの１フレーム前の詳細
モデル・視野情報等を入力するステップであり、ステッ
プ１０１にて現フレームの詳細モデル・視野情報等を入
力する。ステップ１０２は図２の例と同様である。ステ
ップ４０２はモデルの動作を判定するステップであり、
ステップ４０１および１０１において入力された情報か
ら配置情報および視野情報の変化を検出する。ここで動
作があると判定された場合には、ステップ３０２により
図１２のように詳細モデルを省略モデルと置き換えす
る。以下のステップは図１１の例と同様であり、動作す
る物体だけを省略モデルで表示させることができる。動
画表示の場合では、ディスプレイ上で動作のある物体を
凝視することは困難であり、モデルの詳細情報まで認識
することはできない。よって動作物体の速度を評価指標
として省略表示すると、映像品質の低下は少なくて、処
理が高速化される効果がある。

【００３７】これまでの実施例では、詳細モデルと省略
モデルの切り換えをあるフレームを境にして瞬間的に行
っていたが、モデルの透過率を定義し、これを第３のモ
デルとして少しずつ変化させながら切り換えを行うこと
ができる。例えば、図１において第１フレームでの表示
像が詳細モデルによる表示６のようであったとする。第
２フレームからこの物体が動作を開始して、省略モデル
による表示に切り換えられるが、完全に切り換えが終了
するのは第４フレームとする。この第１〜４フレーム間
で、図１５（ａ）に示すように詳細モデルの透過率は０
％，３３％，６６％，１００％と変化し、一方省略モデ
ルは１００％，６６％，３３％，０％と変化する。要す
るに、詳細モデルは次第に薄くなるように表示され、省
略モデルは次第に濃くなるように表示される。なお、こ
こで透過率とは光線が物体を透過する割合を示す数で、
透過率０％が物体が完全に見える状態で、１００％が完
全に見えない状態とする。図１５（ｂ）はこの方法を示
すフローチャートである。ステップ４０１および１０１
は図１４の場合と同様である。ステップ５０１は、既に
動作を開始している物体についての透過率情報を入力す
るステップで、詳細および省略モデルの現フレームでの
透過率を入力する。ステップ１０２からステップ３０３
までは図１４の場合と同様である。ステップ５０２以降
は光線とモデルの交点判定および表示のための手段であ
る。まずステップ５０２は省略モデルの有無を検出す
る。例えば図７における部品１のように、ひとつの物体
または部品に対して詳細モデル以外に省略モデルも割り
あてられているものの検出を行う。省略モデルの割りあ
てがない物体については、ステップ５０３により詳細モ
デルを通常表示させる。一方省略モデルの割りあてがあ
る場合には、まずステップ５０４において詳細モデルの
透過表示を行い、次にステップ５０５において省略モデ
ルの透過表示を重ね書きする。重ね書きとは、一画素の
色を両者の透過率の割合に応じて混色して表示させるこ
とである。例えば詳細モデルの透過率をＡ，詳細モデル
の表示色をＣ₁とし、省略モデルの透過率を（１−
Ａ），表示色をＣ₂とすると、透過表示色Ｃは、Ｃ＝Ａ・Ｃ₁＋（１−Ａ）Ｃ_２のように計算して求める。このようにして詳細モデルか
ら省略モデルへの切り換えを透過率を変化させながら行
うことにより、両者がオーバラップしながら切り換える
ことができるので、スムーズな動画表示が可能である。

【００３８】詳細モデルから省略モデルへの段階的な切
り換え方法として、詳細モデルを次第に変形させて省略
モデルに一致させながら表示を行うことができる。例え
ば、図１６に示すように、詳細モデルが円柱形状を、省
略モデルが直方体形状をしているものとする。ここで、
円柱から直方体へ順次変形させるために、それぞれのモ
デル上に対応点を定める。例えば、同図に示すように詳
細モデルについてはＰ_１〜Ｐ₁₆を、省略モデルにはＰ′
₁〜Ｐ′₁₆を定めて、対応点とする。図１７は図１６の
上面図であり、詳細モデルと省略モデルから、変形途中
の補間モデルを生成する方法を説明する図である。い
ま、生成する補間モデルが詳細モデルと省略モデルのち
ょうど中間であるとすると、補間モデルの対応点Ｑ₁〜
Ｑ₈を求めるには、線分Ｐ₁Ｐ′₁から線分Ｐ₈Ｐ′₈まで
の中点を順次求めればよい。この方法のフローチャート
を図１８に示す。ステップ４０１および１０１は図１５
の例と同様である。ステップ６０１は対応点情報を入力
するステップであり、図１６に示すように詳細モデルと
省略モデルが存在している場合に、各々の対応点を定め
る。ステップ１０２から５０３までは図１５の例と同様
である。ステップ６０２は詳細モデルと省略モデルの間
の形状を持つ補間モデルを生成するステップであり、図
１７に示すようにして生成する。そしてステップ６０３
において、生成された補間モデルを表示させる。このよ
うに詳細モデルから順次変形させながら省略モデルに切
り換えることにより、瞬間的な切り換えを防止すること
ができるため、スムーズな動画表示を行うことが可能で
ある。

【００３９】詳細モデルから省略モデルを生成するので
はなく、三次元の省略モデルをまず形状データとして定
義し、物体の光線に対する透過性を記述した透過率デー
タはマッピングデータとして２次元のテーブル形式で記
憶し、形状モデルにマッピングデータを貼りつける手段
により詳細モデルを定義して、表示を行うことも可能で
ある。図１９に示すように、三次元形状データとして省
略モデルを定義する。例えば同図の例では、省略モデル
の４頂点Ｐ₁〜Ｐ₄の座標値(ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）〜（ｘ₄，
ｙ₄，ｚ₄）で定義している。また透過率データは同図の
ような分布を持つ２次元のデータであり、例えば斜線部
では透過率が１００％、斜線部以外では０％とする。こ
こでマッピング手段により、省略モデルに透過率データ
を貼り付けるためには、省略モデルと透過率データの対
応関係を定めておく必要がある。例えば本実施例では、
透過率データの４すみの点Ｍ₁〜Ｍ₄は省略モデルの４頂
点Ｐ₁〜Ｐ₄にそれぞれ対応するものとする。頂点以外の
点の対応関係は、頂点からの位置で内挿して求める。図
２０は本実施例を説明するためのフローチャートであ
る。ステップ１０１では、詳細モデルと視野情報を入力
する。本ステップにおいては、詳細モデル情報は省略モ
デルと透過率データおよび両者の対応関係であり、これ
らすベてを入力する。本実施例では、詳細モデルと省略
モデルの切り換えは視点からの距離を基準に行ってい
る。しかし前述のように詳細モデルと省略モデルの切り
換えには幾つかの方式があり、いずれの切り換え方式と
も本実施例では組み合わせ可能である。ステップ１０４
以降は図１０の場合とほぼ同様であるが、ステップ２０
４以降の詳細モデルについてのくり返し処理は、図１９
に示したように省略モデルと透過率データの一個ずつに
対して処理されるものである。ステップ２０５の交点判
定手段では、交点が透過率１００％の部分にあったとき
には、光線がモデルを通過するので、交点はないものと
して処理される。一方、交点が透過率０％の部分にあっ
たときには交点があったものとして処理する。これらの
処理により、図２１に示すように、ディスプレイ上に詳
細モデルによる表示と省略モデルによる表示を得ること
ができる。このように、省略モデルに透過率データをマ
ッピングさせて詳細モデルを定義することにより、透過
率が100％の部分は光線が透過するので、見かけ上は物
体が表示されないため、複雑な物体の外形線を透過率分
布だけで表現することができ、少ない形状データで複雑
な物体の記述が可能である。また、透過率データの利用
／非利用により、詳細モデルと省略モデルの切り換えが
可能であり、重要性の低い物体については省略して表示
することにより処理の高速化が可能である。

【００４０】省略モデルに透過率データと色データをマ
ッピング処理することによっても、詳細モデル表示する
ことができる。図１９に示した省略モデルと透過率デー
タに、更に図２２に示す色データを加える。この色デー
タは透過率データと同様に２次元のテーブル形式であ
り、同様に省略モデルとの対応点Ｍ′₁〜Ｍ′₄を定め
る。そして図２０と同様の処理を行って、図２３に示す
ように、ディスプレイ８上に詳細モデルによる表示ある
いは省略モデルによる表示を得ることができる。このよ
うに色データを更に追加することにより、物体の複雑な
模様も２次元のデータとして登録できるので、より精密
な詳細モデル表示を得ることができる。

【００４１】省略モデルに透過率データと色データと更
に法線データを加えて、詳細モデル表示を得ることもで
きる。図２４は追加する法線データの概念を示す図であ
り、物体上の法線ベクトルの分布が２次元テーブル形式
で格納されているものである。透過率データや色データ
と同様にして対応点Ｍ′₁〜Ｍ′₄を定めて、省略モデル
との対応関係を定める。光源ベクトルと法線ベクトルの
内積計算を行って表示色を決定する際に、物体の法線を
計算するのではなく、デーブル上の法線データをそのま
ま利用する。すると図２４のように、実際に格納されて
いる法線データは（ｂ）のようであり、省略モデルの形
状は平面であるが、光源ベクトルとの内積計算により表
示を決定すると（ａ）のような表面を持つように表示さ
れる。図２５は、省略モデルに透過率データと色データ
と法線データを付加して、詳細モデルとして表示させた
例である。また省略モデルによる表示例は図２１の場合
と同様である法線データは２次元のテーブル形式であり
多様な法線の分布を定義できるので、複雑な表面の凹凸
を持つ物体を詳細モデルとして表示することができる。

【００４２】省略モデルに透過率データと色データと法
線データと更に頂点法線データを与えて、詳細モデル表
示を得ることもできる。図２６は頂点法線ベクトルＮ₁
〜Ｎ₄を、４つの頂点Ｐ₁〜Ｐ₄に与えた例であり、外側
に拡がる向きに指定して、この平面と曲面のように陰影
付けして表示させる例である。図２７は曲面のように表
示される理由を示す図である。いま（ａ）に示すように
Ｎ₁とＮ₄のベクトルの補間からＮ₄を算出し、同様にＮ₂
とＮ₃からＮ_A′を算出する。そして、Ｎ_AとＮ_A′から更
にベクトルの補間を行って、省略モデル内の法線ベクト
ルを求める。この結果（ｂ）に示すように省略モデル上
の全法線が補間により求められる。光源ベクトルとの内
積計算にこの法線べクトルを使用すれば、ディスプレイ
上で表示輝度が滑らかに変化し、曲面のように表示され
る。また、この補間による法線と図２４（ｂ）に示した
２次元テーブル上の放線データをベクトル加算して表示
させると、（ｃ）のように形状データとしては平面であ
っても、曲面上に更に凹凸のある物体を詳細モデルとし
て表示することができる。

【００４３】また、マッピングデータとして格納する値
としては、上記の他にも反射係数等の光学的特性も入力
することが可能である。これにより、表面上で光学的特
性が変化している物体も表示することができる。

【００４４】単一の省略モデルに、透過率データや色デ
ータや法線データを付与するのではなく、複数の図形要
素を持つ省略モデルにもこれらデータを付与できる。図
２８に示す例では、省略モデルは６つの平面要素の集合
体であり、頂点はＰ₁〜Ｐ₁₂の１２個を持つ。このよう
な省略モデルの場合には、それぞれの頂点に対応させる
対応点を二次元テーブル形式のデータの中で定めればよ
く、同図の場合ではＭ₁〜Ｍ₁₂，Ｍ′₁〜Ｍ′₁₂，Ｍ″₁
〜Ｍ″₁₂を指定することである。このようにして、対
応関係さえ指定すれば、省略モデルおよび詳細モデルの
表示は図２に示すようなフローチャートにより実現でき
る。このようにして、図２９に示すように、ディスプレ
イ上に詳細モデルによる表示および省略モデルによる表
示を得ることができる。

【００４５】詳細モデルから省略モデルを生成し、表示
する際に、同一の物体に１つの省略モデルを割りあてる
のではなく、詳細度の異なる複数の省略モデルを割りあ
て表示させることもできる。図３０に示す例では、部品
１に対してｎ個の省略モデルと詳細モデルを割りあてて
いる。ここで、詳細モデルからパラメータ数または次元
数を減らして省略モデルを生成するが、パラメータ数ま
たは次元数の最も少ないものを第１省略モデルと呼び、
以下第２，…，第ｎ省略モデルと呼ぶことにする。図３
１は詳細度の異なる省略モデルを割りあて、表示させる
方法を示すフローチャートである。まずステップ７０１
では、詳細モデルと視野情報の他に切換設定値を入力す
る。これは、表示させる省略モデルを指定するための値
で、本実施例のように視点からの距離により切り換えを
行う場合では、設定値１〜ｎまでのｎ個所の距離値を指
示する。この切換設定値は視点から遠い順に設定値１，
設定値２，…設定値ｎとする。ステップ１０４および１
０５は図２０の例と同様である。ステップ７０２は最も
パラメータまたは次元数の少ない第１省略モデルについ
て、以下のステップを繰り返すことを意味している。ス
テップ７０２およびステップ１０７は図２０の例と同様
である。ステップ７０３はステップ２０１において求め
られた視点−交点距離とステップ７０１において入力さ
れた切換設定値との比較を行うステップである。視点か
ら最も遠い設定値１より更に遠くの距離にある物体につ
いてはステップ７０４に第１省略モデルで表示する。設
定値１と設定値２の間の距離にある物体は、ステップ７
０５により第２省略モデルと光線の交点を調べ、交点が
あればこれを表示する。設定値ｎより近い物体は、ステ
ップ７０５により光線との交点を調べ、交点があれば詳
細モデルを表示する。いまここでｎ＝２であるとし、第
２省略モデルを図５および図６のようにして生成される
詳細モデルの外接直方体とする。すると、この第２省略
モデルから第１省略モデルを生成できる。即ち図３２に
示すように、点Ｃを中心として半径ｒの外接球を生成し
て第１省略モデルとする。このとき点Ｃは外接直方体の
重心であり、半径ｒは外接直方体の対角線の１／２の長
さである。外接球は一つの２次方程式で記述されてお
り、６つの平面方程式で記述する外接直方体よりもパラ
メータ数を減少させている。このようにして、ある省略
モデルより更にパラメータまたは次元数の少ない省略モ
デルを割りあて、表示させることにより、重要性の低い
物体は更に簡略化して表示できるので、表示時間の高速
化に効果がある。

【００４６】詳細モデルから第１〜第ｎ省略モデルを生
成する方法として、図形の分割数を変化させることによ
っても可能である。図３３に示す例では、詳細モデルは
円柱形状であり、これを円周方向に直線で分割して１６
角柱としたものが第２省略モデルである。そして第２省
略モデルの分割数を減じて、８角柱としたものを第１省
略モデルとする。第１省略モデルは第２省略モデルより
平面数が少なく、少ないパラメータで記述させているの
で、これを重要性の低い物体に割りあてれば、表示時間
の高速化が可能である。分割数を距離や大きさなどの評
価関数により自動的に設定することができ、あらかじめ
省略モデルをデータとして保存しておく必要はなく、デ
ータのコンパクトが図れる。

【００４７】次元数を減らして、さらに詳細度の低い省
略モデルを演算して割りあてる方法として、完全な２次
元図形を用いることもできる。例えば図３４に示すよう
に三次元の第２省略モデルがスクリーン上に投影した状
態で外接図形を求め、これを第１省略モデルとして割り
あてる。このように２次元図形を割りあてれば、表示処
理は極めて簡易になるので、表示時間の高速化が可能で
ある。

【００４８】以上の例では、省略モデルは詳細モデルか
ら、アルゴリズムにより自動生成させるものであった
が、省略モデルが部品間をまたがって定義されるような
場合には、オペレータが予め指示を与えて表示させるよ
うにすることもできる。図３５はオペレータ指示による
省略モデルの定義方法を示す図である。例えば、図３５
（ａ）のように物体１は部品１，部品２，部品３がＯＲ
結合（Ｕと表記）により定義されているものとし、詳細
モデルとして同図のような３つの円柱を重ねた形状を持
つものとする。このようにすベて詳細モデルで表現する
状態を、物体１＝部品１Ｕ部品２Ｕ部品３のように記述する。次に図５（ｂ）のように部品１のみ
を省略モデルに切り換える場合には、物体１＝（部品１）Ｕ部品２Ｕ部品３のように、省略モデルに切り換える部品を（）で囲ん
で指示する。同様にして図３５（ｃ）のように、部品１
と部品２を省略モデルにする場合には、物体１＝（部品１Ｕ部品２）Ｕ部品３であり、図３５（ｄ）のようにすベてを省略モデルにす
る場合では、物体１＝（部品１Ｕ部品２Ｕ部品３）のように定義して、省略モデルの割りあてを行う。本実
施例では、オペレータの指示により、省略モデルの割り
あてが可能であり、自動生成する場合よりもキメが細か
く、省略モデル割りあての制御が可能である。

【００４９】本発明の実施例によれば、画面の中で重要
性の低い物体を自動的に識別し、詳細モデルからパラメ
ータ数または次元数を減じた省略モデルを自動生成して
表示することができるので、表示の高速化について効果
がある。例えば、三次元モデルと視線との交点を求める
際には、モデルを記述する関数と直線である視点との交
点を求める問題として処理されるが、高次関数と直線の
交点は容易には求められずに多大の処理時間を要する。
しかし次元数を１次あるいは２次元にまで落したものを
省略モデルとすれば、このモデルと視線との交点は極め
て容易に求めることができる。

【００５０】また省略モデルへの切り換えの判別および
モデルの生成はすべて自動的に行われるものであり、オ
ペレータが介在する必要がない。例えば、すベての物体
に詳細モデルと省略モデルを１つずつ定めるとすれば、
省略モデルの自動生成機能がない場合には、物体の２倍
の数のモデルをオペレータが入力する必要があるが、本
発明の実施例では詳細モデルだけを入力すればよく、入
力工数の低減にも効果がある。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、自然な画像を高速にコ
ンピュータグラフィッス表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略図、及びハードウエア
構成図である。

【図２】計算機アルゴリズムにより実現するためのフロ
ーチャートである。

【図３】詳細モデルを構成する図形要素の説明図であ
る。

【図４】図形要素の構成を示す木構造図である。

【図５】詳細モデルから省略モデルを求める方法の説明
図である。

【図６】省略モデルを構成する平面の説明図である。

【図７】省略モデルの割りあて後の構成を示す木構造図
である。

【図８】省略モデルをスクリーン上に投影させる方法の
説明図である。

【図９】スクリーン上に投影させた省略モデルの説明図
である。

【図１０】視点−交点距離によりモデル切り換えを行っ
た場合のフローチャートである。

【図１１】省略モデルの大きさによりモデル切り換えを
行った場合のフローチャートである。

【図１２】図１１の場合のモデルの割りあてを示す木構
造図である。

【図１３】図形要素のモデル情報の説明図である。

【図１４】動作物体についてモデル切り換えを行った場
合のフローチャートである。

【図１５】透過率を変化させながらモデル切り換えを行
った場合の説明図及びフローチャートである。

【図１６】詳細モデルと省略モデルの対応点についての
説明図である。

【図１７】図１６の上面図で補間モデルを生成する方法
の説明図である。

【図１８】詳細モデルを変形させながら省略モデルの切
り換える場合のフローチャートである。

【図１９】省略モデルと透過率データの説明図である。

【図２０】省略モデルにマッピングにより透過率データ
付与して詳細モデル表示を行う方法のフローチャートで
ある。

【図２１】図２０の方法によりディスプレイより得られ
る詳細モデル及び省略モデルの表示の説明図である。

【図２２】省略モデルのマッピングにより付与する色デ
ータの説明図である。

【図２３】図１９のデータに図２２の色データを付与し
た場合のディスプレイ上の詳細モデル及び省略モデルに
よる表示の説明図である。

【図２４】省略モデルへ付与する法線データの説明図で
ある。

【図２５】図１９及び図２２のデータに図２４の法線デ
ータを付与した場合のディスプレイ上の詳細モデルによ
る表示の説明図である。

【図２６】省略モデルへ付与する頂点法線の説明図であ
る。

【図２７】頂点法線の補間方法の説明図である。

【図２８】省略モデルが複数の図形要素から構成される
場合の説明図である。

【図２９】図２８のデータをディスプレイ上に表示させ
た場合の詳細モデルと省略モデルの説明図である。

【図３０】単一の部品に詳細度の異なる複数の省略モデ
ルを割りあてた場合のデータ構成を示す木構造図であ
る。

【図３１】図３０のデータを表示する方法のフローチャ
ートである。

【図３２】外接直方体による第２省略モデルから外接球
による第１省略モデルを生成する方法を示す説明図であ
る。

【図３３】詳細モデルから図形の分割数を制御して第２
省略モデル及び第１省略モデルを生成する方法を示す説
明図である。

【図３４】第２省略モデルから次元数を減じて第１省略
モデルを生成する方法の説明図である。

【図３５】オペレータ指示により詳細度の異なるモデル
を割りあてる場合の記述方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１…視点、２…スクリーン、３…詳細モデル、４…省略
モデル、５…光線、６…詳細モデルによる表示、７…省
略モデルによる表示、８…ディスプレイ画面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の３次元詳細モデルとその３次元省略
モデルとを記憶し、前記詳細モデルと省略モデルとを切
り換えてディスプレイ装置に表示を行うコンピュータグ
ラフィックス表示方法において、表示すべきモデルのスクリーン上での大きさを判定し、
該大きさが予め設定した値よりも大きい場合には前記詳
細モデルを表示し該大きさが予め設定した値よりも小さ
い場合には前記省略モデルの表示を行うように切り換え
て、ディスプレイ装置に表示を行うことを特徴とするコ
ンピュータグラフィックス表示方法。
【請求項２】物体の３次元詳細モデルとその３次元省略
モデルとを記憶し、前記詳細モデルと省略モデルとを切
り換えてディスプレイ装置に表示を行うコンピュータグ
ラフィックス表示方法において、表示すべきモデルの移動速度に応じて前記詳細モデルと
省略モデルとを切り換えてディスプレイ装置に表示を行
うことを特徴とするコンピュータグラフィックス表示方
法。
【請求項３】物体の３次元詳細モデルとその３次元省略
モデルとを記憶し、前記詳細モデルと省略モデルとを切
り換えてディスプレイ装置に表示を行うコンピュータグ
ラフィックス表示方法において、前記詳細モデルと省略モデルとを切り換えてディスプレ
イ装置に表示を行う際に、詳細モデル及び省略モデルの
それぞれの透過率を変化させながら切り換えを行うこと
を特徴とするコンピュータグラフィックス表示方法。