JPH08241436A

JPH08241436A - 立体画像出力装置

Info

Publication number: JPH08241436A
Application number: JP6683195A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kawakita; 泰広川北
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】画質を保ちつつ、インタラクティブな画像処
理を可能とする。【構成】立体画像を構成する各区画データについて、
基準値算出部１により区画データのベクトルＰ０〜Ｐ７
の基準値を算出し、この基準値に基づいて、評価値算出
部２によりその区画の画像への影響度を評価するための
評価値を算出する。また、基準値と視点位置データＶと
により、視点から区画までの距離を距離算出部３により
算出する。そして、この距離と、視点高さ算出部４によ
り算出した視点の高さとから区画データの評価値を判定
するためのしきい値を、しきい値算出部５により算出す
る。画像を描画する際は、描画処理部６により評価値が
しきい値を下回る区画データを省略して画像表示を行
う。この結果、視点との距離および視点の高さに応じた
画質を決定し、画像処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、フライトシミ
ュレータのようなコンピュータグラフィックスを利用し
て３次元地形図の生成を行うシステムにおいて、３次元
表示した地形上に線画による区画を表示する際、視点の
位置と表示対象となる区画との距離、および視点の位置
の高さに応じて、必要な区画のみを表示する立体画像出
力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建物などのオブジェクトを付加し
た３次元地形図を表示する装置がある。この種の装置で
は、画像の質をある程度維持したまま仮想の観察者が仮
想空間内を実時間でインタラクティブに動き回って各視
点から見た画像を表示することができる。この場合、画
像処理速度を高めるために、オプジエクトの間引きや削
除、オブジェクトの形の簡略化などが行なわれてきた。
例えば、建物などのように水平断面が比較的単純で、個
々に独立なオブジェクトとして扱える場合には、オブジ
ェクトの形状の簡略化（例えば、６角柱のものを５角柱
や４角柱にするなど）を行なっている。そして、いくつ
かのレベルで簡略化したオブジェクトの形状を階層的に
複数準備し、視点位置からの距離に応じて、簡略化した
オブジェクトを段階的に変更して描画していた（例え
ば、［文献名］形状簡略化に基づく３次元オブジエクト
空間の最適高速表示、［著者］岡崎彰夫、加藤伸子、
［出版社］電子情報通信学会論文誌(1993.8)参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には、次のような課題があった。即ち、画
像表示の際のオブジェクトの簡略化を進めると、画像処
理の速度は速くなるが、画質が低下してしまった。例え
ば、６角柱のものを５角柱にするより、４角柱にする方
が処理速度が速くなるが、画質が低下した。一方、オブ
ジェクトの簡略化をしないと、画質は良くなるが、処理
速度が遅くなってしまい、インタラクティブな表示がで
きなくなってしまった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の立体画像出力装
置は、上述した課題を解決するため、コンピュータグラ
フィックスによる立体の表面上に３次元ベクトルデータ
として与えられる区画を張り合わせ、当該各区画の画像
を表示することにより、立体画像を出力する装置におい
て、以下の点を特徴とするものである。（１）各区画ごとに当該区画を構成するベクトルの基準
値を算出する基準値算出部を備える。当該基準値算出部
により算出された基準値と区画を構成するベクトルとか
ら当該区画を評価するための評価値を算出する評価値算
出部を備える。基準値算出部により算出された基準値と
視点位置データとから区画と視点との距離を算出する距
離算出部を備える。視点位置データから視点の高さを算
出する視点高さ算出部を備える。当該視点高さ算出部に
より算出された視点高さと距離算出部により算出された
距離とから区画の評価値を判定するためのしきい値を算
出するしきい値算出部を備える。当該しきい値算出部に
より算出されたしきい値と評価値を比較することにより
表示すべき区画を決定してその区画の画像を表示する描
画処理部を備える。

【０００５】（２）（１）において、基準値算出部によ
り算出される基準値は、前記ベクトルの平均値であるこ
とを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】

（１）立体画像を構成する各区画データについて、基準
値算出部により基準値を算出し、この基準値に基づいて
その区画の画像への影響度を評価するための評価値を算
出する。また、基準値と視点位置データとにより、視点
から区画までの距離を算出する。そして、この距離と、
視点高さ算出部により算出した視点の高さとから区画デ
ータの評価値を判定するためのしきい値を、しきい値算
出部により算出する。画像を描画する際は、評価値がし
きい値を下回る区画データを省略して画像表示を行う。
この結果、視点との距離および視点の高さに応じた画質
を決定し、画像処理を行うことができる。

【０００７】（２）（１）において、評価値算出部によ
る評価値の算出の際の基準値を平均値とした結果、区画
の大きさを的確に評価して画像の描画処理を行うことが
できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は、本発明の立体画像出力装置の一実
施例のブロック図である。図示の装置１０は、基準値算
出部１、評価値算出部２、距離算出部３、視点高さ算出
部４、しきい値算出部５、描画処理部６を備えている。
基準値算出部１は、ポリゴンデータを構成する各区画デ
ータごとに当該区画データを構成するベクトルＰ０〜Ｐ
７の基準値を算出する。この基準値は、例えば、ベクト
ルＰ０〜Ｐ７の平均値とする。評価値算出部２は、基準
値算出部１により算出された基準値と区画データを構成
するベクトルとから当該区画を評価するための評価値を
算出する。この評価値は、例えば、その区画のベクトル
Ｐ０〜Ｐ７のいずれかと平均値との距離の最大値であ
る。

【０００９】距離算出部３は、基準値算出部１により算
出された基準値と視点位置データＶとから各区画と視点
との距離を算出する。視点高さ算出部４は、視点位置デ
ータＶから観察者の視点の高さを算出する。しきい値算
出部５は、視点高さ算出部４により算出された視点高さ
と距離算出部３により算出された距離とから、描画処理
部６において区画の評価値を判定するためのしきい値を
算出する。描画処理部６は、しきい値算出部５により算
出されたしきい値と各区画の評価値を比較することによ
り表示すべき区画を決定する。例えば、評価値がしきい
値以上であるときは、その区画の画像を表示する。一
方、評価値がしきい値を下回るときは、その区画の画像
を表示しないようにする。

【００１０】次に、区画データについて説明する。３次
元で地形図を表示するための原データの１つとして、標
高データが使用されている。図２に示すように、東西、
南北を各辺とする長方形、または正方形の領域を、一定
の距離で等分し、その格子点２１上の標高（海抜）を数
値で表したものが標高データ２２である。このように情
報が格子点２１に割り当てられているデータをグリッド
ベースの標高データという。また、等分された一つの領
域（長方形、または正方形）をメッシュという。図２
に、メッシュ２３を例示する。

【００１１】このグリッドベースの標高データ２２を基
に３次元地形図を表示する際には、図３に示すように、
メッシュ２３が基本要素となる。ところが、メッシュの
４つの頂点が示す値を３次元空間でとらえた場合、一般
的には４つの頂点を含む１枚の平面は構成できない。そ
こで、メッシュの４つの頂点に記録されているそれぞれ
の座標を用いて、このメッシュ２３を２つの三角形２
４、２５に分けて表示する。この三角形２４、２５を三
角ポリゴンまたは単にポリゴンという。この２つのポリ
ゴンは、それぞれ標高差に応じた面の向きを持つため、
メッシュ２３の表面に凸凹が生じ、これらのメッシュを
個々に企て表示することによって、土地の傾きや山の尾
根、谷などの３次元地形が表示できる。

【００１２】このようにして表示した３次元地形の上
に、区画データを表示する（図４、図５参照）。区画デ
ータは、図４に示すように連続する祈れ線のベクトルデ
ータで与えられている。ここでいうベクトルデータと
は、ある基準点（一般的に原点）に対する３次元座標
（ｘ，ｙ，ｚ）で、折れ線の各点を順に示したデータの
ことである。つまり、祈れ線の始点Ｐ０、複数の曲点Ｐ
１〜Ｐ６、終点Ｐ７の順に３次元の座標（ｘ，ｙ，ｚ）
で与えられている。そして、これらの座標点を順に線で
結ぶことにより、市街地などの区画の様子が、３次元的
に表現でき、標高データによる地形の起伏だけでなく、
土地利用や街並の様子を表すことができる。

【００１３】３次元地形の上に区画データを重ねた景観
を表現する場合、膨大な量の面像要素を表示する必要が
ある。この場合、表示する画像要素の数を増やせば増や
すほど、生成される画像は質の高いものになるが、生成
時間が長くなる。これは、３次元地形図の画像を実時間
でインタラクティブに更新していく上で、大きな問題と
なっている。

【００１４】この点に鑑み、建物などのオブジェクトを
付加した３次元地形図を表示する際、画像の質をある程
度維持したまま仮想空間内を実時間でインタラクティブ
に動き回るために、オプジェクトの間引きや削除、オブ
ジェクトの形の簡略化などが行なわれてきた。例えば、
建物などのように水平断面が比較的単純で、個々に独立
なオブジェクトとして扱える場合には、オブジェクトの
形状の簡略化（例えば、６角柱のものを５角柱や４角柱
にするなど）を行なっている（図６参照）。そして、い
くつかのレベルで簡略化したオブジェクトの形状を階層
的に複数準備し、視点位置からの距離に応じて、簡略化
したオブジェクトを段階的に変更して描画する。

【００１５】ところが、このように、多角柱の建物を仮
想空間の中に配置する場合、簡略化を行うと、図６
（ｂ）のように隣会う建物同士が結合してしまうような
ことが起こる。特に、取り扱うオブジェクトが区画の場
合、隣会う区画との関連が大きい。例えば、図７（ａ）
において、区画Ｌ１と区画Ｌ２等の間は観察者には道路
Ｒとして見えるというような大きな関連がある。従っ
て、階層的に簡略化したデータを作成して表示した際
に、区画が不自然につながった画像が生成されてしまう
場合がある。例えば、図７（ｂ）に示すように、区画Ｌ
１′、Ｌ２′、Ｌ３′を示す線同士が交差したり、ある
区画が他の区画の中に入ってしまうなどの状態が生じ
る。

【００１６】また、区画のような線画のオブジェクトを
３次元地形の上に表示する際、視点が低ければ区画の交
差などは分からないが、視点が高くなった場合には、こ
のような現象は顕著に現れ、道路としての情報が失われ
てしまう（図８参照）。そのため、３次元オブジェクト
と視点位置との距離だけでなく、視点の高さを独立に考
慮に入れた処理が必要となる。図９は、本発明に係る立
体画像の出力処理手順を示すフローチャートである。ま
た、図１０は、図９のステップＳ１の区画データの評価
値設定処理手順を示すフローチャートである。図１１
は、図９のステップＳ２の視点位置によるしきい値決定
処理手順を示すフローチャートである。図１３は、図９
のステップＳ３の区画の描画処理手順を示すフローチャ
ートである。

【００１７】図９に示すように、本発明の実施例では、
まず、ステップＳ１で、区画データにそれぞれ評価値を
与える。続いて、ステップＳ２で、仮想空間内における
視点位置から、区画を描画する際のしきい値を決定す
る。そして、ステップＳ３で、そのしきい値を超える評
価値をもつ区画を描画する。また、図９の実施例の３次
元地形図出力を行うワークステーションの一例を図１４
に示す。すなわち、図示のワークステーションは、ＣＰ
Ｕ３３、面像メモリ３４からなるグラフィックスワーク
ステーション本体３５と、区画データなどを保存する外
部記憶装置３６と、３次元地形図を表示するＣＲＴディ
スプレイ３２と、入力装置としてのキーボード３１、マ
ウス３０から構成されている。前述した図１は、ＣＰＵ
３３の内部構成を示すものである。

【００１８】次に、上述した装置の動作を説明する。以
下では図９のそれぞれのステップについて詳細に説明す
る。（ステップＳ１：区画データの評価値設定処理）区面デ
ータの評価値設定処理の詳細な内容を図１０に示す。区
画データは、図４に示すように、始点Ｐ０、いくつかの
曲点Ｐ１〜Ｐ６、終点Ｐ７からなる３次元のべクトルデ
ータ（ｘ，ｙ，ｚ）である。ここで、区画データは全部
でＮ個あるとし、ｋ番目の区画データＬｋを構成する点
の数をＭｋと表わす（図４の場合Ｍｋ＝８）。まず、各
区画データを構成するＭｋ個の点（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）
から、平均値（ｘ′ｋ，ｙ′ｋ，ｚ′ｋ）を求める（ス
テップＳ１１）。この平均値の算出は次式によって行な
われる。

【００１９】（ｘ′ｋ，ｙ′ｋ，ｚ′ｋ）＝｛Σ（ｘ
ｍ，ｙｍ，ｚｍ）｝／Ｍｋここで、Σは、ｍについての０からＭk-1 までの総和を
意味する。また、上記の式はベクトル計算を表現したも
ので、ベクトル（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）のそれぞれの要素
について平均値をとることを示している。次に、Ｎ個の
区画データの評価値を保存するために、Ｖalueという名
前の配列の変数を用意する。そして、各点（ｘｍ，ｙ
ｍ，ｚｍ）と平均値（ｘ′ｋ，ｙ′ｋ，ｚ′ｋ）との距
離を求め、Ｍｋ個の中で最も大きい値をその評価値とし
てＶalueｋに保存する（ステップＳ１２）。この評価値
の算出は次式によって行なわれる。Ｖalueｋ＝ＭＡＸｍ｛｜（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）―（ｘ′
ｋ，ｙ′ｋ，ｚ′ｋ）｜｝ここでも、ベクトル計算による表現を用いているが、ベ
クトルの絶対値は、そのベクトルの長さ（大きさ）を表
わすので、この場合、絶対値の部分は、点（ｘｍ，ｙ
ｍ，ｚｍ）と点（ｘ′ｋ，ｙ′ｋ，ｚ′ｋ）との距離を
表わすことになる。この処理をＮ個の区画データ全てに
対して行ない、各区画データの評価値Ｖalueｋを得る。

【００２０】（ステップＳ２：視点位置によるしきい値
決定処理）視点位置によるしきい値決定処理の詳細な内
容を図１１に示す。まず、視点位置（ｖｘ，ｖｙ，ｖ
ｚ）と区画データを構成する点の平均値（ｘ′ｋ，ｙ′
ｋ，ｚ′ｋ）との距離を求め、distとする（ステップＳ
２２）。この距離の算出は次式によって行なわれる。 dist＝｜（ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）―（ｘ′ｋ，ｙ′ｋ，
ｚ′ｋ）｜一方、予め、ＮＥＡＲとＦＡＲという２つの定数を指定
しておく。これらはそれぞれ正の定数で、ＮＥＡＲに
は、この距離より近い区画は全て表示するという値を指
定し、ＦＡＲには、この距離より遠い区画は全て表示し
ないという値を指定する。これらの値を用いて、dist
は、０．０＜ＮＥＡＲ≦dist≦ＦＡＲを満たすように調
節される（ステップＳ２６、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２
９）。

【００２１】次に、視点の高さに対応するＺを導出す
る。Ｚ＝Ｋ×ｖｚここで、Ｋは正の定数である。この式を用いて、視点の
高さｖｚからＺを導出する（ステップＳ２３）。ただ
し、Ｚ≦１．０を満たすように調節される（ステップＳ
２４、Ｓ２５）。以上の算出によって得られる値dist
と、値Ｚを関数Ｆunc に代入し、しきい値Ｔhresholdｋ
を求める。ここで、関数Ｆunc は、例えば、次のような
内容の関数である（ステップＳ２０１）。

【００２２】Ｆunc （dist，Ｚ）＝Ａ×｛（dist−ＮＥ
ＡＲ）／（ＦＡＲ−ＮＥＡＲ）｝^Z ここで、Ａは、正の定数である。この処理は、Ｎ個の区
画データの全てに対して行う。関数Ｆunc は、視点位置
と区画データの点の平均値との距離distに対して増加関
数である。ところが、０．０≦（dist−ＮＥＡＲ）／（ＦＡＲ−ＮＥＡＲ）≦
１．０であるため、指数部（Ｚ）の増加に伴い、distが増加し
ても、Ｔhresholdｋの値は小さく押えられる（図１２参
照）。つまり、このしきい値Ｔhresholdｋで区画データ
の描画をコントロールするが、視点位置から、遠くにあ
る区画では、評価値Ｖalueｋの小さいものは描画せず、
評価値Ｖalueｋの大きいものを表示する。また、視点位
置が上昇した場合、評価値Ｖalueｋが小さいものでも遠
くまで描画するように動作する。

【００２３】（ステップＳ３：区画の描画処理）区画の
描画処理の詳細な内容を図１３に示す。まず、ステップ
Ｓ１で得た各区画の評価値Ｖalueｋと、ステップＳ２で
得たしきい値Ｔhresholdｋの比較を行ない（ステップＳ
３１）、Ｖalueｋ≧Ｔhresholdｋ時には、その区画を描
画し（ステップＳ３２）、Ｖalueｋ＜Ｔhresholdｋ時に
は、その区画は描画しないで、次の区画の判定に進む
（ステップＳ３３）。この処理をＮ個の区画の全てにつ
いて行う。そして、再描画の要求があれば（ステップＳ
４）、ステップＳ２、Ｓ３の処理を繰り返す。

【００２４】このようにして、３次元地形上に線画の区
画を３次元的に措画する際に、視点位置と描画対象とな
る区画との距離、および視点位置の高さを用いて、区画
を描画する判定基準を決定することで、視点が低い位置
にある時は、遠くの小さな区画は描画せず、大きな区画
だけを描画することができる。また、視点が上昇した時
には、小さな区画でも遠くまで描画して、画像の質を保
ったまま描画する区画を削減し、生成画像の更新の高速
化を図ることができる。

【００２５】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、種々の変形が可能であることはもちろん
である。例えば、上記実施例では、３次元ベクトルデー
タとして市街地の区画データを扱ったが、３次元ベクト
ルデータであれば、市街値の区画データに限らず、様々
の区画データに適用でき、例えば、水域データ、鉄道デ
ータ、等高線データ、温度分布データなどを、３次元の
表面上に張り合わせるような場合にも、本発明を適用す
ることができる。また、区画の評価値として、基準値か
ら最も離れた点との距離を用いたが、その際の基準値と
して平均値のかわりに重心などを利用することも可能で
ある。更に、立体画像をＣＲＴ等の表示装置に表示する
場合に限らず、プリンタ等に印刷出力する場合でも同様
である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の立体画像
出力装置によれば、仮想空間内の視点の高さに応じて区
画データの省略を決定するようにしたので、視点が低い
ため、画質を高くする必要がないときは、簡略化を進め
て、画像処理の速度を速くすることができる。従って、
インタラクティブな表示ができる。一方、視点が高いた
め、画質を高くする必要があるときは、簡略化をしない
で、画質を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体画像出力装置の一実施例のブロッ
ク図である。

【図２】グリッドベースの地形データの説明図である。

【図３】メッシュとポリゴンの説明図である。

【図４】区画のベクトルデータの説明図である。

【図５】３次元地形図と区画の合成の説明図である。

【図６】建物を配置した例の説明図である。

【図７】区画を表示した例の説明図（その１）である。

【図８】区画を表示した例の説明図（その２）である。

【図９】本発明に係る立体画像の出力処理手順を説明す
るフローチャートである。

【図１０】区画データの評価値設定処理手順を説明する
フローチャートである。

【図１１】視点位置によるしきい値決定処理手順を説明
するフローチャートである。

【図１２】関数Ｆunc の特性図である。

【図１３】区画の描画処理手順を説明するフローチャー
トである。

【図１４】実施例のハードウェア構成図である。

【符号の説明】

１基準値算出部２評価値算出部３距離算出部４視点高さ算出部５しきい値算出部６描画処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータグラフィックスによる立体
の表面上に３次元ベクトルデータとして与えられる区画
を張り合わせ、当該各区画の画像を表示することによ
り、立体画像を出力する装置において、前記各区画ごとに当該区画を構成するベクトルの基準値
を算出する基準値算出部と、当該基準値算出部により算出された基準値と前記ベクト
ルとから評価値を算出する評価値算出部と、前記基準値算出部により算出された基準値と視点位置デ
ータとから区画と視点との距離を算出する距離算出部
と、前記視点位置データから視点の高さを算出する視点高さ
算出部と、当該視点高さ算出部により算出された視点高さと前記距
離算出部により算出された距離とから前記評価値を判定
するためのしきい値を算出するしきい値算出部と、当該しきい値算出部により算出されたしきい値と前記評
価値を比較することにより表示すべき区画を決定してそ
の区画の画像を表示する描画処理部とを備えたことを特
徴とする立体画像出力装置。
【請求項２】前記基準値算出部により算出される基準
値は、前記ベクトルの平均値であることを特徴とする請
求項１記載の立体画像出力装置。