【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元図形処理装置、特にＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＡｉｄｅｄＤｉｓｉｇ
ｎ）システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、複雑な形状の設計に伴い、ＣＡＤ
による作業が普及しており、三次元空間に物体を定義し光源や物体の質感を設定することで、設計対象物の完成モデルを事前に確認したり、そのモデルを使って解析を行なうことができるようになった。 また、コンピュータグラフィックス（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃ
ｓ）の分野でも三次元のモデルを定義し仮想的な物体をコンピュータ上に実現し映像と組み合わせた映画などの制作も盛んである。

【０００３】以下に従来の三次元図形処理装置について説明する。 図６は本発明の従来例における図形処理装置の構成図を示したものである。 図６において１１は要求された情報を処理する中央処理装置、１２はウインドウ、図形要素、文字などを表示する表示装置、１３は文字、数値、位置などデータを入力するキーボード、タブレット、マウス等の入力装置、１４はオペレーティングシステム、ウィンドウシステムなど実行中のプログラムを記憶する主記憶装置、１６は図形データを蓄積するデータベース、１７は図形データを処理する三次元図形処理プログラムであり図形管理制御モジュール１９とレンダリングモジュール２０からなり、１５は前記のデータベース、図形処理プログラムを格納する二次記憶装置である。

【０００４】図７は三次元図形処理を実行するプログラムモジュールのブロック図である。 三次元図形処理プログラムは１９の図形管理制御モジュールと２０のレンダリングモジュールの二つから構成され、２１はユーザと対話を行うユーザインターフェースモジュール、２２はデータベースアクセスモジュール、２３は三次元図形処理モジュール、２４は描画対象の三次元モデルを構成する各要素毎に三次元座標で定義されたモデル座標に変換するモデル座標変換モジュール、２５はモデル座標に変換された三次元要素を共通の空間であるワールド座標系に展開するワールド座標変換モジュール、２６はワールド座標系のどの方向からモデルを見るかによって最終的には描画像が異なってくるため、視線方向の情報を含んだビュー情報に従い、座標変換を行なうビュー変換モジュール、２７は陰影処理のため光源計算、反射計算を行い、描画モデルの最終的な表示色を決定する輝度計算モジュール、２８は表示装置１２へ描画を行なうために、
三次元モデルを二次元座標へ変換する二次元座標変換モジュールである。

【０００５】以上のように構成された三次元図形処理装置について、以下その動作について説明する。 まず、ユーザは、図６の入力装置１３を使用して図形情報を入力し、図６の表示装置１２で描画された画像を確認することで、対話的に目的のモデルを作成していく。 図形情報の入力と図形の管理を実際に司るのは図７の図形管理制御モジュール１９であり、図形の入力や図形処理装置への指示などユーザと実際に対話を行うのが図７のユーザインターフェースモジュール２１である。 ユーザからの図形情報は、図７の三次元図形処理モジュール２３において装置内部の命令として解釈され、図７のデータベースアクセスモジュール２２を介し、図６のデータベース１６に対して図形情報の保存と取り込みを行なう。 ユーザから入力される情報は主に図形を構成する頂点の座標情報、モデルの色情報、光源情報、モデルの質感を示す反射属性情報、視線に関するビュー情報である。 図形管理制御モジュール１９内で三次元描画の命令が解釈されると、対象モデルの描画に必要な情報がレンダリングモジュール２０へ渡り、三次元描画のための処理が開始される。

【０００６】レンダリングモジュール２０では、まず、
描画対象の三次元モデルを構成する各要素毎に図７のモデル座標変換モジュール２４において、三次元座標で定義されたモデル座標に変換される。 続いて、図７のワールド座標変換モジュール２５において、それぞれのモデル座標に変換された三次元要素は共通の空間であるワールド座標系に展開される。 ワールド座標系のどの方向からモデルを見るかによって、最終的には描画像が異なってくるため、視線方向の情報を含んだビュー情報に従い、図７のビュー変換モジュール２６において座標変換が行なわれる。 その後、陰影処理のため図７の輝度計算モジュール２７において、光源計算、反射計算が行なわれ、描画モデルの最終的な表示色が決定される。 最後に、図６の表示装置１２へ描画を行うために、図７の二次元座標変換モジュール２８において三次元モデルが二次元座標へと変換される。

【０００７】次に、本発明で使用する光源に関する用語について以下に説明する。 光源とは、三次元空間に定義した物体を視覚的に実際に近い形で表現するため、実存の光を種別化しモデル化したものである。

【０００８】光源の種類としては一般に、平行光源、スポットライト光源、点光源、全光源があり、それぞれに異なった属性を持つ。

【０００９】平行光源は、晴天時の太陽光線に相当するもので、無限遠点からある方向に対して一様な光源で三次元空間内を照らす。 平行光源の属性は、三次元の方向ベクトルと光源色である。

【００１０】スポットライト光源は、ある中心線方向に向かって直進する光線を放ち、光源から離れるにつれて光が拡散し、光度が減衰する光源である。 スポットライト光源の属性は、三次元空間における光源の位置座標、
光源からの距離とともに光線を拡散させる拡散角度、その光線の中心線を示す方向ベクトル，距離とともに光度を減衰させる減衰率、そして、光源色である。

【００１１】点光源は、豆電球に相当する光源であり方向性を持たない光源である。 また、光源からの距離とともに光が拡散していくため光度も減衰する。

【００１２】点光源の属性は、三次元空間の光源位置座標、減衰率、そして光源色である。 全光源は、曇天時の太陽光に相当するもので、三次元空間の無限遠点から全方向へ一定の強度で物体を照らす光源である。 全光源の属性は、光源色のみである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従来構成では、作成した三次元モデルを描画する場合、ユーザは定義したモデルとは別に複雑な属性を持つ光源を設定する必要があった。 その際、光源の設定次第では、
定義したモデルに光源が当たっていなかったり、光量が不足するために、凹凸形状が確認しづらくなり、視点情報を変更しなければならないといった具合に、目的の描画を得るためには何度も光源情報の設定をやり直さなければならないという問題点を有していた。

【００１４】一方、光源数を多くすれば、光量の不足による不可視は解消できるが、輝度計算処理の負荷が増大するため必要かつ最小限の光源数に留めなければならない。 しかし、モデルに最適な光源数を設定する方法はこれまで存在せず、経験と数度におよぶ試行に頼っていたのが実際である。

【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決するもので、二次元表示データの輝度から最適な光源を自動設定する図形処理方法および図形処理装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために本発明の図形処理方法および図形処理装置は、二次元座標系の表示データから三次元モデルの暗部を判定する機能を設け、その結果、暗部として判定された領域をグループ化し、その重心位置を求め、求めた重心位置に対する光源を新たに設定する機能を設けた。

【００１７】

【作用】以上の構成によって、ユーザは光源情報の設定の試行錯誤を繰り返す必要がなくなり描画モデルの暗部に対して適切な光源が設定されることで、暗部が無くなり、三次元モデルの形状の把握が容易になる。 また、光源情報と視線情報が不十分な図形情報であっても、三次元モデルの形状の把握が容易にできる図形処理方法および図形処理装置を提供することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。 図１は本発明の一実施例における図形処理装置のブロック図である。 従来例と同じ名称、符号のものは従来例のそれと同じであるので説明を省略する。 可視化機能モジュール１０は作成された描画像の暗部の面の重心を判定する暗部判定モジュール８と、判定の結果抽出された暗部の重心に対して光源を設定する光源設定モジュール９からなる。 暗部判定モジュール８は描画像を１画素毎に輝度の明暗を判定する暗部判定ルーチン６
と、判定の結果変換された暗部をグループ化し、その暗部の面の重心を求める暗部グループ化・暗部重心位置決定ルーチン７からなっている。

【００１９】図２は本発明の図形処理装置における光源設定処理のフローチャートである。 本構成によってどのように可視化されていくかを図２に従って処理の流れを説明する。 ユーザが図６の入力装置１３により図形情報を三次元定義し、レンダリングモジュール２０により実際の画面表示のための描画像を作成するまでは従来例と同じである。

【００２０】図３（ａ）本発明のワールド座標上の三次元モデルを表わす図、図３（ｂ）は図３（ａ）を視線方向から見た三次元モデルを表わす図である。 この時、図３（ａ）に示すようなワールド座標上の三次元モデルについて、矢印で示される視線方向から見た画面での表示すなわち二次元表示データは図３（ｂ）のようになる。
この図３（ｂ）はＲＧＢの３つの値からなる画素で構成されている。 ＲＧＢの値は例えば、４０９６色表示の場合、それぞれ０から８までの値を取りうる。

【００２１】次に図１の暗部判定ルーチン６において、
図２に示すように、ステップ１で二次元描画データを読み込む。 この時に各画素に対応した図４の判定テーブルを作成する。 図４は本発明における判定テーブルを表わす図である。 図４のモデル識別はワールド座標系から二次元座標系に変換する際に各画素がモデル空間か、そうでないかを記憶しておき、それを数値で記憶する。 ここでは仮に０がモデル空間外、１がモデル空間とする。 図４のＲＧＢ値は暗部であるかを判定するための二次元座標系の各画素のＲＧＢ値を示す。 ここで、続く処理を簡単にするためにモデル識別がモデル空間外であれば、暗部判定は不要であるのでＲＧＢ値を格納しない。

【００２２】次に図２のステップ２で１画素ごとに暗部であるかどうか判定し、判定の結果を図４の判定テーブルに例えば、暗部であれば１、暗部でなければ１以外を記憶する。 暗部かどうかの判定は例えば、画素が灰色ないし黒色、すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ値のそれぞれ同志の差があらかじめ設定している値より小さく、かつ、Ｒ、
Ｇ、Ｂ値があらかじめ設定しているしきい値より高い場合をもって暗部の判定を行なう。 こうして全ての画素に対して、暗部かどうかの判定を行なった後、光源の対象とする暗部の面の抽出を図１の暗部グループ化・暗部重心位置決定ルーチン７で行なう。 暗部の面の抽出は図４
のテーブルを調べ、ある暗部の画素（Ｘ、Ｙ）に注目して、（Ｘ、Ｙ＋１）（Ｘ＋１、Ｙ）、（Ｘ＋１、Ｙ＋
１）のいづれか１つ以上が暗部である場合に暗部の面であるとして判断し、暗部の面を識別する面ＩＤを図４の判定テーブル中の面ＩＤに記憶する。

【００２３】この結果、グルーピングする暗部の画素がなく、暗部の面がなければ、可視化の処理を終了して画面表示を行なう。 図５は本発明における面情報テーブルを表わす図である。 こうして、抽出した暗部の面について図５に示す面情報テーブルを作成し、暗部の面積、重心位置を計算し、図５の面情報テーブルに記憶する。

【００２４】暗部の面が図４の判定テーブルに登録されていれば、ステップ５の光源設定で光源設定モジュール９により、光源を設定する。 ここで、説明を簡単にするために、視線方向に対してデフォルトの仰角α度（α＜
９０）を持つ平行光源を設定する。 光源色はユーザ指定の可能性が高く、仮に指定されなければデフォルト値として面の色と同じ色を光源色として設定する。

【００２５】次に、以上の処理によって設定された光源をワールド座標系に変換して、光源情報として加え、図２の輝度計算モジュール２７に戻り、輝度の再計算を行ない、二次元座標変換モジュール２８で実際の画面表示のための描画像を作成し、ステップ１、２、３を前記と同様に行ない、暗部がなくなるまで繰り返すことにより、三次元モデルの表示画面上から暗部が全てなくなり形状を認識しやすくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明は複雑でかつ何度も試行が必要な光源情報の設定を、二次元表示データの暗部に応じて自動生成することができることで、形状認識に優れた三次元図形処理装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における図形処理装置のブロック図

【図２】本発明の図形処理装置における光源設定処理のフローチャート

【図３】（ａ）本発明のワールド座標上の三次元モデルを表わす図 （ｂ）（ａ）を視線方向から見た三次元モデルを表わす図

【図４】本発明における判定テーブルを表わす図

【図５】本発明における面情報テーブルを表わす図

【図６】従来例における図形処理装置の構成図

【図７】三次元図形処理を実行するプログラムモジュールのブロック図

【符号の説明】

６ 暗部判定ルーチン ７ 暗部グループ化・暗部重心位置決定ルーチン ８ 暗部判定モジュール ９ 光源設定モジュール １０ 可視化機能モジュール １１ 中央処理装置 １２ 表示装置 １３ 入力装置 １４ 主記憶装置 １５ 二次記憶装置 １６ データベース １７ 三次元図形処理プログラム １９ 図形管理制御モジュール ２０ レンダリングモジュール ２１ ユーザインタフェースモジュール ２２ データベースアクセスモジュール ２３ 三次元図形処理モジュール ２４ モデル座標変換モジュール ２５ ワールド座標変換モジュール ２６ ビュー変換モジュール ２７ 輝度計算モジュール ２８ 二次元座標変換モジュール