【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元（３Ｄ）オブジェクトの視覚特性を修正するためのシステム及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルオブジェクトの視覚特性を修正するシステムは、良く知られている。 本明細書に使用される用語「ペイント（着色）システム」及び「ペイント」は、ユーザがデジタル３Ｄオブジェクトの視覚特性を修正することのできるあらゆるシステム若しくは方法を含むことを意図し、際限なく既存のテクスチュアを修正したり新しいテクスチュアを提供したり、テクスチュアを移動（平行移動）したりすることを含む。

【０００３】デジタルペイントシステムの範囲は、マイクロソフトのウィンドウズ３．１（Microsoft Windows
3.1 ）の広布２次元ペイントブラシ（Paintbrush）プログラムから特にソフトイメージ（ SoftImage）３Ｄ（３
Ｄペイントモジュールを含む）等のハイエンド３Ｄデジタルペイントシステムまである。 ３Ｄデジタルペイントシステムによって、アーチストはペイントしたり、又はレンダリング（レンダリング）されたときに所望の外観を有する３Ｄオブジェクトを得るために、もともと出来上がっている３Ｄオブジェクトの視覚特性を修正したりできる。

【０００４】３Ｄペイントシステムは例えばそのオブジェクトの表面の一部を単色無地でペイントするために、
単色を３Ｄのオブジェクトに適用してもよい。 レンダリングされたとき、単色無地がそのオブジェクトに適用されても、ディスプレイされた３Ｄオブジェクト上の色はそのオブジェクトの照明、表面幾何学等が変われば変化する。 より興味深い例として、３Ｄペイントシステムは３Ｄオブジェクト上にテクスチュアを貼り付けたり３Ｄ
オブジェクト上のテクスチュアを修正したりする能力等のより進歩した修正技術を提供することができる。 例えば、レンダリングされたオブジェクトが木で作られたように見えるように、３Ｄオブジェクトの１つ以上の表面に木の木目を複製するテクスチュアを張り付けることができる。

【０００５】テクスチュアは、写真又は他の画像、木目や大理石模様等の模様、又は物理的世界において同じものが２つとない反射マップや屈折マップ等の効果（effe
ct）を含む広範囲の視覚特性を含むことができる。 更に、複数のテクスチュアは３Ｄオブジェクト上に合成されることができ、ペイントシステムでは、ユーザはそのオブジェクトに張り付けられるテクスチュア上にペイントすることができる。 事実、テクスチュアはベタ、単色からなることもでき、従って、単色無地を上記のように３Ｄオブジェクト上に塗ることは、テクスチュアのアプリケーションにはわずかなケースである。

【０００６】テクスチュアを３Ｄオブジェクトに張り付けることについては、”Direct WYSIWYG Painting & Te
xturing on 3D Shapes", Hanrahan & Haeberli, ACM Co
mputer Graphics, Volume 24, Number 4, August 1990,
pp.215-223 に述べられており、その開示内容は全て本明細書中に援用されて、本発明の一部とする。

【０００７】テクスチュアの張り付け又は修正のプロセス中アーティストに所望の視覚フィードバックを提供するために、修正操作が行われている時、３Ｄオブジェクトのディスプレイは実質的にリアルタイムで更新されることが望ましい。 しかし、３Ｄオブジェクトをレンダリングする際に行われる演算（オブジェクト幾何学、照明、ユーザの視点及び合成テクスチュアの種類の効果の演算を含む）が複雑なので、従来技術の３Ｄシステムは、ユーザに許容可能な応答時間、即ち修正操作の結果の実質的なリアルタイムレンダリング及びディスプレイを提供するために、特殊目的コンピュータシステム又は高価なグラフィックアクセレレータ等の追加のハードウェアを通常必要とした。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以前の試みは、特殊目的ハードウェアの必要性を低減するためのものであった。 例えば、テクスチュアアプリケーションのいくらか改良された技術は、"Efficient Techniques for Intera
ctive Texture Placement", Litwinowicz and Miller,
ACM Computer Graphics Proceedings, Annual Conferen
ce Series, 1994, pp. 119-122に記載されており、その開示内容は全て本明細書中に援用されて、本発明の一部とする。 しかし、これらの技術を用いても、特殊装置が使用されなければ、３Ｄペイントシステムの応答時間は望んだもの以下である。

【０００９】本発明の目的は、従来技術のシステムの不利益を無くす若しくは少なくとも１つを減らす、デジタル３Ｄオブジェクトの視覚特性を修正するための新しいシステム及び方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様に従って、３Ｄオブジェクトの視覚特性の相互修正に応答してレンダリングされた３Ｄオブジェクトのディスプレイを更新する方法が提供される。 この方法は、（ｉ）幾何学形態情報を含む３Ｄオブジェクトの定義を選択するステップを含み、（ii) 続く修正のために前記３Ｄオブジェクトに関連する所定のテクスチュアの１つ及び前記３
Ｄオブジェクトのための新しいテクスチュアを選択するステップを含み、前記テクスチュアは前記３Ｄオブジェクトをレンダリングするための視覚特性情報を含み、
（iii ）前記選択された３Ｄオブジェクトのために前記ディスプレイ上にレンダリングされる各ピクセルのために、前記選択されたテクスチュアに実行された修正から独立した前記視覚特性情報の各構成要素を決定するステップを含み、（iv）前記選択された３Ｄオブジェクトのためにレンダリングされる各ピクセルのために、適切な格納手段内に前記決定された構成要素を格納するステップを含み、（ｖ）前記選択された３Ｄオブジェクトをレンダリング及びディスプレイするステップを含み、（v
i）前記３Ｄオブジェクトの１つ以上のレンダリングされたピクセルの指示を表す入力を受け取るステップを含み、この指示は視覚特性が修正される前記選択された３
Ｄオブジェクトの部分及び選択された修正を表し、（vi
i ）ユーザにより行われる前記選択された変更で前記適切な格納手段内に格納された前記決定された構成要素内の対応する構成要素を各ピクセル毎に評価することによって、前記選択された３Ｄオブジェクトの前記部分における各ピクセルのために新しいレンダリング値を決定するステップを含み、（vii ）前記ディスプレイを更新して前記決定された新しいレンダリング値を含む前記選択された３Ｄオブジェクトのレンダリングを表すステップを含み、及び、（ix）ステップ（vi）〜（viii）を必要なだけ繰り返すステップを含む。

【００１１】本発明の第二の態様に従って、デジタル３
Ｄオブジェクトの視覚特性をユーザが修正するためのコンピュータ実施システムが提供される。 このシステムは、前記３Ｄオブジェクトの幾何学の定義を含む３Ｄオブジェクト定義を選択する手段を含み、前記選択された３Ｄオブジェクトに関連する少なくとも１つのテクスチュアから１つのテクスチュアを選択する手段を含み、前記少なくとも１つのテクスチュアのそれぞれは前記３Ｄ
オブジェクトをディスプレイするためにピクセルをレンダリングするときに評価される前記選択された３Ｄオブジェクトの視覚特性情報を表し、前記選択されたテクスチュアから独立した前記選択された３Ｄオブジェクトのための視覚特性情報の各構成要素を決定する手段を含み、前記決定された構成要素を格納する手段を含み、ディスプレイ手段にディスプレイするために前記３Ｄオブジェクトを表すピクセルをレンダリングする手段を含み、前記選択されたテクスチュアを修正するために修正操作を選択する手段を含み、前記選択されたテクスチュアの一部を前記選択された変更で修正する手段を含み、
及び、前記選択されたテクスチュアの前記修正に応答して前記ピクセルのための新しいレンダリング値を決定する手段を含み、前記手段は格納された前記決定された構成要素及び前記選択されたテクスチュアの前記修正された部分を用いて決定する。

【００１２】本発明の第三の態様に従って、３Ｄオブジェクトの定義がレンダリングされる幾何学情報及び視覚特性を含む少なくとも１つのテクスチュアを含み、及び修正が３Ｄオブジェクトの視覚特性の相互修正を含む、
デジタル３Ｄオブジェクトの視覚特性を修正するためのコンピュータ実施システムにおいて、修正が行われるときにディスプレイ上に３Ｄオブジェクトを再びレンダリングする方法が提供される。 この方法は、（ｉ）修正操作が行われる前記１つのテクスチュアを選択するための入力を受け取るステップを含み、（ii）前記テクスチュアが選択されたあと修正操作が始まる前に、前記選択されたテクスチュアに対して一定である前記視覚特性情報の構成要素を決定して前記決定された構成要素をメモリ内に格納するステップを含み、（iii ）前記修正操作による前記選択されたテクスチュアの部分の修正を表す入力を受け取るステップを含み、（iv）前記選択されたテクスチュアの前記修正された部分を前記メモリ内に格納された前記決定された構成要素内の対応する構成要素を評価することによって前記３Ｄオブジェクトのための新しいレンダリング値を決定するステップを含み、（ｖ）
前記修正操作によって行われた前記修正を反射する前記新しいレンダリング値で前記３Ｄオブジェクトを再びディスプレイするステップを含む。

【００１３】本発明の第四の態様に従って、３Ｄオブジェクトの視覚特性を修正するためのシステムを実施するための、コンピュータ解読可能プログラムコード手段が組み込まれたコンピュータ使用可能媒体を含む製品が提供される。 前記製品のコンピュータ解読可能プログラムコード手段は、コンピュータに３Ｄオブジェクトの定義の選択を表す入力を受け取らせるコンピュータ解読可能プログラムコード手段を含み、前記定義は前記システムによって修正されてディスプレイ上の３Ｄオブジェクトをレンダリングする際に評価される３Ｄオブジェクトの視覚特性情報を含む少なくとも１つの関連するテクスチュアを有し、このテクスチュアは、修正する１つのテクスチュアの選択を表す入力をコンピュータに受け取らせるためのコンピュータ解読可能プログラムコード手段を含み、３Ｄオブジェクトをレンダリング及びディスプレイするのに必要な視覚特性情報の構成要素をコンピュータに決定させて格納させるコンピュータ解読可能プログラムコード手段を含み、決定され及び格納された前記構成要素は前記選択された１つのテクスチュアから独立しており、修正操作の選択及び選択された修正操作によって修正されるべき選択されたテクスチュアの部分を表す入力をコンピュータに受け取らせるコンピュータ解読可能プログラムコード手段を含み、選択されたテクスチュアの修正された部分に対応する３Ｄオブジェクトの修正された部分をコンピュータに再びレンダリングさせるコンピュータ解読可能プログラムコード手段を含み、このレンダリングは対応する格納された構成要素と選択されたテクスチュアの修正された部分とを組み合わせることによって行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図を参照にして本発明の好適な実施の形態について述べる。 ただし、これらは単なる例である。

【００１５】図１は、本発明の実施の形態に従った３Ｄ
システムにおけるデータ階層の一部を表すブロック図である。 このシステムにおいて、レンダリングエンジン１
０は様々な入力１４を受け取り、この入力から続くディスプレイのために３Ｄバッファ１８内に３Ｄオブジェクトの適切なレンダリングを生成する。 ディスプレイされるべき３Ｄオブジェクトはそれに関連するオブジェクト幾何学（Object Geometry ）２２を有し、これは当業者が考えつくあらゆる適切な方法でそのオブジェクトのために既に定義されており、及びアンビエント（環境）２
６、拡散３０、及び鏡面３４カラー情報を有する。 ユーザのオブジェクトに対する視点に関する情報ＰＯＶ３
８、及びオブジェクトの照明に関する情報、照明４２も３Ｄオブジェクトに関連する。

【００１６】データ階層８において、レンダリングされる３Ｄオブジェクトはそのままのオブジェクトとして格納され、オブジェクト幾何学２２、ＰＯＶ３８、照明４
２及びアンビエント２６、拡散３０及び鏡面３４情報は、そのままのデータアイテムとして格納されるが、本発明はこのような階層に限定されない。

【００１７】レンダリングエンジン１０はアンビエント２６、拡散３０、鏡面３４、オブジェクト幾何学２２、
ＰＯＶ３８及び照明４２オブジェクトからの入力１４を処理し、３Ｄオブジェクトのレンダリング画像を生成して３Ｄバッファ１８内に配置する。

【００１８】階層８において、アンビエント２６、拡散３０及び鏡面３４の一定オブジェクトのための情報は１
つ以上の合成オブジェクト４６から派生し、各オブジェクトは１つ以上のテクスチュア５０から入力を受け取り処理することができる。 本発明では、ユーザは様々な視覚的外観を３Ｄオブジェクトに張り付けることができる。 例えば、アーチスト又はユーザが、煉瓦模様に似せたテクスチュア５０を３Ｄオブジェクトに張り付けて第二テクスチュア５０を部分的に半透明のカラーでペイントし、煉瓦模様のテクスチュア５０のトップに半透明のペイントテクスチュア５０を載せてこの２つのテクスチュア５０を合成して、煉瓦の上に落書きがペイントされているように見えるようにオブジェクトの表面を真似たい場合もあるだろう。

【００１９】従来技術では、テクスチュアが張り付けられるかペイントされる、若しくは修正されるとき、３Ｄ
オブジェクトはユーザにディスプレイされた３Ｄオブジェクトの視覚特性を変えて更新されたテクスチュア情報で再びレンダリングされる。 このレンダリングプロセスはコンピュータ上ぜいたく（複雑）であり、従来技術のシステムにおける３Ｄオブジェクトのリアルタイムレンダリングは、特殊なグラフィックハードウェアなしではとてもでないが難しい。

【００２０】本発明の発明者は、１回に１つのテクスチュア５０のみが修正されるようにデジタルペイント又は他の修正プロセスが制限されているとき、レンダリングプロセスの性能を向上させることが可能になることを確認した。 特に、本発明の発明者は視覚特性情報（これはレンダリングエンジン１０によって処理される）がそのままの、即ち選択されたテクスチュア５０が修正されるときに変化しないで、構成要素が配置されることができ、選択されたテクスチュア５０が修正されるときに構成要素も代わり得ること確認した。 視覚特性情報がこのように配置されれば、そのままの視覚特性情報の構成要素を事前に演算してこれらの事前に演算された構成要素を適切なバッファ（本明細書中ではシェーディングバッファと称する）内に格納することが可能になる。

【００２１】従って、選択されたテクスチュア５０が修正されたり３Ｄオブジェクトに張り付けられたりするとき、レンダリングエンジン１０はシェーディングバッファ内にある事前に演算された対応する構成要素と構成要素とをユーザが行う選択されたテクスチュア５０の修正に基づいて適切に組み合わせる最終レンダリングステップを実行しさえすればよい。 従って、リアルタイムで実行される所要演算の数及び全体的な複雑さは減少する。
更に、このレンダリングは３Ｄオブジェクト全体には実行されずに、テクスチュア５０を修正した結果視覚特性が変わってしまうこれらのレンダリングされたピクセルのみに実行される。

【００２２】本発明の発明者は、この減少は重要であり、本発明を具体化した３Ｄデジタルペイントシステムによって、汎用コンピュータシステム（例えばインテルのペンティアムプロセッサ９０ＭＨ _Z及びマイクロソフトのウィンドウズＮＴVer.３．５１を搭載したＩＢＭパソコン互換システム等）で３Ｄオブジェクトの実質的なリアルタイムのレンダリングを行ってテクスチュア（ペイント）の修正又は配置をすることが可能になることを確認した。 この実質的なリアルタイム性能はシリコングラフィックスアイリックス（Silicon Graphics Irix）
ワークステーションのような特別なハードウェアを走らせる従来技術の３Ｄデジタルペイントシステムで得られる性能に匹敵する。 本発明の利点は、複雑な３Ｄオブジェクトがペイントされるとき及び／又は複数の光源が３
Ｄオブジェクトを照明しているときに、特にはっきりする。

【００２３】図２は本発明に従った３Ｄシステム１００
の実施の形態のブロック図を表す。 システム１００では、ユーザはオブジェクト選択ステップ１０２で続く修正のために先に定義されたオブジェクトを選択する。 本明細書中において、「ユーザ」とはアーティスト若しくは他のユーザ、入力マクロ若しくはスクリプト、又は当業者が考えつく他の適切な入力を含む。

【００２４】先に述べたように、選択された３Ｄオブジェクトは、３Ｄモデリングツールで予め構成されたオブジェクト、又は当業者が考えつくような他の適切なオブジェクト作成プロセスで生成されたオブジェクトである。 新しいテクスチュアの付加ステップ１０４で、必要であれば選択されたオブジェクトに新しいテクスチュアを割り当てる機会がユーザに与えられる。 新しいテクスチュアが割り当てられると、新しいテクスチュアの配置ステップ１０６でユーザは選択された３Ｄオブジェクト上に新しいテクスチュアを配置する。 オブジェクトリストからのテクスチュア選択ステップ１０８で、ユーザはそのオブジェクトに関連するテクスチュア５０（元からあるテクスチュア又はステップ１０４及び１０６で新しく割り当てられたテクスチュアのどちらか）を選択し、
この選択されたテクスチュアがペイント若しくは修正される。

【００２５】以下更に詳細に述べるように、テクスチュア５０がオブジェクトリストからのテクスチュア選択ステップ１０８で選択されると、３Ｄオブジェクトはオブジェクトのプレレンダリングステップ１１２でプレレンダリングされ、レンダリングされたピクセルのバッファ（図１の３Ｄバッファ１８）を形成し、このバッファは３Ｄオブジェクトをディスプレイするために使用される。 オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２は「シェーディングバッファ」構造も含み、この構造はディスプレイされる３Ｄオブジェクトの各ピクセル（即ち３Ｄバッファ内の空でない各ピクセル）毎に、視覚特性情報の上記のプレ演算構成要素を含む。 以下さらに述べるように、一旦テクスチュア５０が修正のために選択されるとプレ演算構成要素が演算され、異なるテクスチュア５０が修正のために次に選択される度に再演算されなければならない。

【００２６】先に述べたように、シェーディングバッファ内に配置されたレンダリング値のプレ演算構成要素は、修正するために選択されたテクスチュア５０から独立した視覚特性情報から得られる。 これは以下の記述より明らかになるであろう。

【００２７】

【数１】

【００２８】選択されたテクスチュア５０が１つ以上の他のテクスチュアと合成される場合、シェーディングバッファは次のように構成される。 当業者には、上記の等式（１）が、αマスクを使用して２つのテクスチュアを単純に合成するための一般的な等式であることが分かるであろう。 特に、ピクセルの最終値Ｃは合成される２つのテクスチュアのピクセル値（即ちＣ ₀及びＣ ₁ ）間の線形補間である。 αマスクの値Ａ ₁はピクセル値Ｃ ₁の相対的寄与を表し、値（１−Ａ ₁ ）はピクセル値Ｃ ₀の寄与を表す。

【００２９】

【数２】

【００３０】上記の等式（２）は、'ｎ'個のテクスチュアを合成するための同様の一般式を表す。 等式（３）
は様々な要因を画像ピクセルカラー'Ｃ _n 'の項で集合させて等式（２）を再配置したものを表す。 テクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）（Ｃ _iはテクスチュアＴにおけるピクセルの色でＡ _iはテクスチュアＴにおけるそのピクセルに関連するαマスク値である）が修正された（一番新しく選択された）テクスチュアである場合、上記の等式（４）〜等式（７）に表されたように等式（３）を再表現することができる。

【００３１】等式（５）より明らかなように、値｀
Ｃ _k 'は選択されたテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）の中のカラー及びαマスク値を除く全てのテクスチュアのためのカラー及びαマスク値全てを含む。 本質的に、Ｃ _k
は選択されたテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）から独立した累積カラー値である、即ちＣ _kは所与の選択されたテクスチュアに対して一定である。

【００３２】等式（６）に表されたように、値｀Ｃ _a '
は選択されたテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）の下（後ろ）の全てのテクスチュアのためのカラー及びαマスク値全てを含み、本質的にＣ _aはＴ（Ａ _i ）に依存する累積カラーである。

【００３３】等式（７）に表されたように、値｀ｋ'は選択されたテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）の上（前）のテクスチュアの累積不透明度を表し、本質的にｋはＴ
（Ｃ _i ）及びＴ（Ａ _i ）に依存する一定カラー要因である。 後者は合成による。 当業者には、等式（７）において値ｋは下付き文字ｋとは同じものではなく、後者は等式（７）における乗数であるテクスチュアを示すことが分かるであろう。

【００３４】従って、オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２で演算されたシェーディングバッファはユーザにディスプレイされる各ピクセルのための値Ｃ _k 、Ｃ _a及びｋを含み、これらはアンビエント、鏡面及び拡散カラーを含むプレ演算された視覚特性構成要素である。 Ｃ _k Ｃ _a及びｋがアンビエント、鏡面及び拡散カラーのそれぞれのために演算され、演算が終了したとき、各ピクセルの結果的な値Ｃ _k Ｃ _a及びｋ値の３つのセットは結合されて、各ピクセルのためのプレ演算された構成要素Ｃ _k Ｃ _a及びｋからなる単一のセットになる。 ユーザがディスプレイされたピクセルにペイントしたとき、３Ｄシステム１００は、シェーディングバッファからユーザが選択した値Ｃ _i及びＡ _i及びプレ演算された構成要素Ｃ _k 、Ｃ _a及びｋを用いて、等式（４）からディスプレイされたピクセルのための新しい最終レンダリング値Ｃを決定する。

【００３５】

【数３】

【００３６】現在のテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）が不透明な場合、即ちＡ _i ＝１の場合、等式（４）はＡ _i ＝
１を置き換えることによって更に簡略されて上記の等式（８）を作ることができる。 更にプレ演算ステップを進めると、Ｃ _k及びＣ _aは合計されてＣ _k 'となり、上記の等式（９）が得られる。

【００３７】本発明の発明者は、シェーディングバッファのための値Ｃ _a 、Ｃ _k及びｋは、何回かルーピングして各値を演算するよりも３Ｄオブジェクトのためのテクスチュアを１回通過した方が比較的能率的に演算されることができることを確認した。 特に、シェーディングバッファには３Ｄバッファ内の空でない各ピクセルのための格納スペースが割り当てられ、３Ｄバッファ内の空でない各ピクセルのために、各テクスチュア内の対応するピクセルが一番上のテクスチュアから一番下のテクスチュアまで検査される。 以下に更に詳細に説明するように、当業者には、レンダリングされた３Ｄオブジェクトの幾つかのディスプレイされたピクセルはテクスチュア５０内の１つのピクセルに相当するかもしれないが、エントリーはレンダリングされた３Ｄオブジェクトのディスプレイされた各ピクセルのためのシェーディングバッファ内に維持される。

【００３８】選択されたテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）
の前のテクスチュアのために、Ｃ _kは対応するピクセルを用いて演算され、この演算された値Ｃ _kは（若しあれば）先に演算された３Ｄバッファ内のそのピクセルのためのＣ _k値と蓄積（合計）され、他のテクスチュアを処理するときにシェーディングバッファ内に格納される。
また、ｋは各対応するピクセル毎に演算され、この演算された値と既にシェーディングバッファ内に格納されたそのピクセルのための先の値ｋ（もしあれば）との積が決定される。 Ｃ _aは選択されたテクスチュアの下の要因を表すので、選択されたテクスチュアの正面のテクスチュアのためには演算されない。

【００３９】検査されたテクスチュアが選択されたテクスチュアＴ（Ｃ _i ，Ａ _i ）であれば、シェーディングバッファで処理されない。

【００４０】選択されたテクスチュアの後ろのテクスチュアに対して、Ｃ _kは各対応するピクセル毎に演算され、この演算された値Ｃ _kはそのピクセルのために既にシェーディングバッファ内に格納された値Ｃ _k （もしあれば）と蓄積（合計）される。 また、Ｃ _aは各対応するピクセル毎に演算され、この演算された値Ｃ _aはそのピクセルのための既にシェーディングバッファ内に格納された値Ｃ _k （もしあれば）と蓄積（合計）される。 ｋは選択されたテクスチュアの正面のテクスチュアの累積不透明度を表すので、選択されたテクスチュアの後ろのテクスチュアのために演算されない。

【００４１】

【数４】

【００４２】選択したテクスチュアをペイントする又は移動（平行移動）するようなより一般的なケースでは、
シェーディングバッファは以下のように構成される。 標準のフォーン（Phong ）シェーディング関数は、上記の等式（１０）に表されたように表現されることができる。 等式（１０）において、Ｋ _aは選択されたテクスチュアのアンビエントカラー、Ｋ _dは選択されたテクスチュアの拡散カラー、Ｋ _sは選択されたテクスチュアの鏡面カラー、ｎは光源の数、Ｎは３Ｄオブジェクトの表面（ピクセル）の表面垂直ベクトル、Ｌ _iは光Ｉをポイントするベクトル、Ｉ _iは光Ｉによって提供される強度、
Ｈ _iはＬ _iとＶの間の半分のベクトル（ユーザ／観察者をポイントするベクトル）、及びｎ _sはオブジェクトの輝きである。

【００４３】

【数５】

【００４４】本発明の発明者は、Ｋ _a 、Ｋ _d及びＫ
_s （特性アンビエント、拡散及び鏡面カラーと称される）のみが選択されたテクスチュアに依存するため、等式（１０）は上記の等式（１１）に表されたような形に書き換えられることを確認した。 ここでＳ _dは等式（１
０）における合計項を表し、これにＫ _dで乗じ、Ｓ _sは等式（１０）における合計項を表し、これにＫ _sで乗じる。 Ｓ _s及びＳ _dは定数である。

【００４５】

【数６】

【００４６】上記の等式（１２）及び１３は、等式（４）をＫ _a 、Ｋ _d及びＫ _sのそれぞれに置き換えて等式（１１）の中のＫ _a 、Ｋ _d及びＫ _s項を展開した式である。 上記のの中の等式（１４）は、等式（１３）をＡ
_i及びＣ _i項で再アレンジしたものを表し、これらの項は選択されたテクスチュアに依存し、残りの項Ｃ _k 、Ｃ
_a及びｋは所与の選択されたテクスチュアに対して一定であるため、プレ演算されてシェーディングバッファに格納されることができる。 当業者には、等式（１４）が等式（４）と同じであるが、等式（１４）においてｋはカラーであって、不透明値ではないことが分かるであろう。

【００４７】当業者の目には、この場合、１つのテクスチュア５０のみが３Ｄオブジェクトに関連する場合であっても、シェーディングバッファは有効に使用されることができることが明らかであろう。 このような場合、シェーディングバッファ内に格納された視覚特性情報は、
３Ｄオブジェクトのための「シェーディング情報」（即ちレンダリングされた単数又は複数の色が照明及び幾何学によってオブジェクトのディスプレイされた表面に渡って変化する方法）を表すであろう。 この情報はテクスチュアを修正しても一定である。

【００４８】先に述べたシェーディングバッファは、一つ以上のテクスチュア５０がオブジェクト幾何学を変更するバンプマップ（立体写像、bump map）を含んでいる場合でも、選択されたテクスチュアが３Ｄオブジェクトの幾何学を修正しなければ、即ちオブジェクト幾何学が修正操作の間一定であれば、使用されることができる。
更に、シェーディングバッファは、テクスチュアが反射若しくは屈折マップである場合のために構成されることができる。

【００４９】オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２が完了すると、オブジェクトは３Ｄバッファ内でレンダリングされたときにオブジェクトディスプレイステップ１１６でディスプレイされる。 オジェクトディスプレイステップ１１６でのオブジェクトのディスプレイは、オブジェクトリストからのテクスチュア選択ステップ１０８で選択されたテクスチュアから独立しており、
オブジェクトの表面のために先に定義されたあらゆるテクスチュアを使用し、又はテクスチュアが更に張り付けられるべきオブジェクトの場合、ディスプレイは予め定義したデフォルトテクスチュアを使用する。

【００５０】システム１００は次にオブジェクトをペイントするための事象ループに入り、この事象ループは次の事象の獲得事象１２０及び様々な後続ステップを含む。 例えば、ユーザは出口事象１２４を始動してシステム１００を終了することができる。 また、ユーザは保存事象１２８を始動して、選択された３Ｄオブジェクト及びそのテクスチュアを、修正されているいないに拘わらず、ディスクへのファイルの書き込みステップ１３２でディスク又は他の格納媒体に書き込むことができ、システム１００は次の事象の獲得ステップ１２０に戻る。 また、ユーザは他のテクスチュアの選択事象を開始してシステム１００を新しいテクスチュアの追加ステップ１０
４に戻すこともできる。 シェーディングバッファの内容が選択されたテクスチュアに依存するため、オブジェクトリストからのテクスチュア選択ステップ１０８で新しいテクスチュアが選択されたあと、オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２が再び実行されて適切なシェーディングバッファを構成し、このオブジェクトはオブジェクトディスプレイステップ１１６で再びディスプレイされ、ステップ１００は次の事象の獲得ステップ１
２０に戻る。

【００５１】また、ユーザは視点修正事象１４０を開始してディスプレイされたオブジェクトに関するユーザのディスプレイ視点を変更することもできる。 新しい視点を特定するためのユーザとの実際のインタラクションは、本明細書中に述べられていなくても当業者が考えつく様々な適当な方法で行われることができる。 所望の視点がシステム１００に示されると、オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２が再び実行されて新しい３
Ｄバッファを構成し、及びユーザにディスプレイされるピクセルのための情報でシェーディングバッファを構成する。 オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２
が完了すると、オブジェクトディスプレイステップ１１
６でオブジェクトは新しい視点から再びレンダリングされ、システム１００は次の事象の獲得ステップ１２０に戻る。

【００５２】ユーザがペイント事象１４４を開始すると、ユーザが３Ｄオブジェクトに行った変更は、ユーザの変更に関する構成要素とシェーディングバッファ内の対応するプレ演算構成要素を適当に結合してレンダリングされ、ディスプレイはユーザに実質的なリアルタイムフィードバックを提供するのに適したように更新される。

【００５３】特に、ペイント事象１４４でユーザはディスプレイされたオブジェクトの１つ以上のピクセルを修正するために選択することができ、この選択は当業者の目に明らかであるようなブラッシュツール等の適当なメタファー／技術で実行される。 システム１００は次に３
Ｄビューからの２Ｄ情報の獲得ステップ１４８で、現在選択されたテクスチュアのどのピクセルがペイント事象１４４でユーザが選択したピクセルに対応するかを決定する。 選択されたテクスチュアの中のこれらの対応ピクセルは、次にユーザが行った修正を反射するように２Ｄ
テクスチュアの修正ステップ１５６で適切に修正される。 最後に３Ｄビューの更新ステップ１５６で、選択されたピクセルを再びレンダリングし、ディスプレイされたオブジェクトを適当に更新して、３Ｄバッファの内容が更新される。

【００５４】ステップ１４８、１５２、及び１５６を行うためには様々な公知の技術（これらは当業者には明らかであろう）があるが、本発明の発明者が新規で有利且つ現在好適なものと思われる特定の技術を開発した。

【００５５】先に述べたように、システム１００において３Ｄオブジェクトはそのオブジェクトに関連する１つ以上のテクスチュア５０を有し、これらのテクスチュアは３Ｄバッファ内のピクセルにマッピングされた２Ｄデータ構造である。 先に簡単に述べたように、３Ｄオブジェクトのオブジェクト幾何学２２並びにテクスチュア５
０及び３ＤオブジェクトがレンダリングされたＰＯＶ３
８に依存して、テクスチュア５０内の１つのピクセルはレンダリングされたオブジェクトのための３Ｄバッファ１８内の幾つかのピクセルにマッピングされている（即ちテクスチュア内の単一のピクセルはレンダリングされたオブジェクトにおける幾つかのピクセルのレンダリングに影響を与え得る）。

【００５６】先の述べた技術の第一番目の技術において、３Ｄビューからの２Ｄ情報獲得ステップ１４８の性能を向上させるために、本発明ではオブジェクトのプレレンダリングステップ１１２で操作を１つ加えた。 シェーディングバッファが形成されるとき、構成要素Ｃ _k 、
Ｃ _a及びｋに加えてシェーディングバッファバッファ内の各ピクセル位置のためのポインタが含まれる。 このポインタは選択されたテクスチュア５０の中のどのピクセルを、３Ｄバッファ１８内の対応するピクセルをレンダリングするプロセスに含む必要があるかを示す。 従って、ユーザがディスプレイされた３Ｄオブジェクトの１
つ以上のピクセルを修正するために選択するとき、選択されたテクスチュア５０内の適切な対応ピクセルは３Ｄ
ビューからの２Ｄ情報の獲得ステップ１４８でこれらのポインタを使用して容易に決定され、２Ｄテクスチュアの修正ステップ１５２で適切に修正される。

【００５７】これらの技術のうち第二番目の技術において、オブジェクトのプレレンダリングステップ１１２では、２Ｄバッファと称される他のバッファが生成される。 このバッファは選択されたテクスチュア５０のサイズに対応し、及びこのバッファ内の各位置（ピクセル）
は境界ボックス定義を格納する。 これらの境界ボックス定義は選択されたテクスチュア５０内のピクセルがマッピングされた３Ｄバッファ１８内の各ピクセル（即ちテクスチュア５０内のピクセルがそのレンダリングに影響を与える３Ｄバッファ１８内のピクセル）を含む。 ユーザが選択したテクスチュア５０に変更を加えたとき、３
Ｄビューからの２Ｄ情報の獲得ステップ１４８及び２Ｄ
テクスチュア修正ステップ１５２で、システム１００は選択されたテクスチュア５０内の変更されたピクセルに関連する境界ボックスを決定し、及び３Ｄビューの更新ステップ１５６で、ディスプレイを再びレンダリングして更新するための境界ボックス内のピクセルのみを考慮する。

【００５８】１つ以上のピクセルが選択されたテクスチュア５０内で変更されれば、修正されたピクセルの全ての境界ボックスを結合する全体的な境界ボックスが対応する境界ボックスから形成され、この全体的な境界ボックス内のピクセルのみがディスプレイを再びレンダリングして更新するために考慮される。

【００５９】最終的なデータ構造及びこれらの構造間の相関関係は、図３に図式的に表されている。 この図において、レンダリングされた立方体オブジェクトは３Ｄバッファ１８内に格納された複数のピクセルデータ要素によって表され、これらのピクセルデータ要素はディスプレイ２００上に適当にディスプレイされる。 シェーディングバッファ２０４は３Ｄバッファ１８内のレンダリングされた（空でない）各ピクセルに対応する位置（ピクセル）を含む。 本発明のこの実施の形態において、シェーディングバッファ２０４は３Ｄバッファ１８に割り当てられた他の次元のセット（Ｃ _k 、Ｃ _a及びｋ、及び選択されたテクスチュア５０内のピクセルのポインタのための次元）として実施される。 これは３Ｄバッファ１８
内の各ピクセルがそれに割り当てられたこれらの余分な次元を有することを意味するが、３Ｄバッファ１８内の空でないピクセルに対応するこれらの位置のみにシェーディングバッファ値がロードされる。

【００６０】明確化のために、図３ではシェーディングバッファ２０４は３Ｄバッファ１８から離れて表されている。 ３Ｄバッファ内の空でないピクセルに対応するシェーディングバッファ２０４内の各位置は、プレ演算された構成要素Ｃ _k 、Ｃ _a及びｋを含む。 更に、シェーディングバッファ２０４内の各対応する位置は、３Ｄバッファ１８内の対応するピクセルをレンダリングするときに考慮される選択されたテクスチュア５０内のピクセルを指すポインタ２０８を含む。

【００６１】２Ｄテクスチュアバッファ２１２は、選択されたテクスチュア５０の全てのピクセルに対応する位置（ピクセル）を含む。 これらの位置のそれぞれは、テクスチュア５０内の対応するピクセル２２０にマッピングされた３Ｄバッファ１８内のピクセルの直線配置を含む境界ボックス２１６の定義２１４を含む。

【００６２】ユーザが３Ｄバッファ１８内のピクセル２
２４を選択するとき、ディスプレイ２００上にレンダリングされたオブジェクトの一部を示すことによって、ピクセル２２４に関連するポインタ２０８はテクスチュア５０内の対応するピクセル２２０を決定するために使用される。 ２Ｄバッファ２１２から決定された３Ｄバッファ１８内にある境界ボックス２１６内のピクセルは、シェーディングバッファ２０４内のプレ演算された構成要素を用いて次に適切に再びレンダリングされ、ディスプレイ２００は更新される。

【００６３】上記の実施の状況において、境界ボックスはシェーディングバッファ内のこれらの定義を格納する必要を簡略化し低減するために直線的であり、従って、
再びレンダリングされる必要のないピクセルを含む場合、特に合成境界ボックスの場合、悲観的である。 しかし、この悲観論に関する演算コストは、直線境界ボックスによって得られる格納及びデータ操作の必要性の減少によるオフセットより大きい。 シェーディングバッファ内のピクセルの例えば４×４のグループのスパーグループを形成することによってさらに悲観的な境界ボックスを形成し、及びこれらのスパーグループのそれぞれのための単一の適当な境界ボックス定義のみを格納することが可能であることが分かった。 これにより、システム１
００のための格納及びデータ操作の必要性が低減し、且つ尚この特性の利益の多くを提供することができる。

【００６４】本発明の上記の実施の形態は、本発明の例であることを意図したものであって、請求項により限定された本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってこれに変更及び修正を加えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における構成要素の相互関係の一部を表すブロック図である。

【図２】図１の実施の形態における事象ループのブロック図である。

【図３】図１の実施の形態に使用されるデータ構造の幾つかを表した図である。

【符号の説明】

８ データ階層 １０ レンダリングエンジン １４ 入力 １８ ３Ｄバッファ ５０ テクスチュア １００ システム ２００ ディスプレイ ２０４ シェーディングバッファ ２０８ ポインタ ２１２ ２Ｄテクスチュアバッファ ２１４ 定義 ２１６ 境界ボックス ２２０ 対応するピクセル ２２４ ピクセル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (54)【発明の名称】 ３Ｄオブジェクトディスプレイの更新方法、３Ｄオブジェクトの視覚特性を修正するためのコン ピュータ実施システム、ディスプレイ上に３Ｄオブジェクトを再びレンダリングする方法、及び 製品