三次元ＣＧ画像編集方法、装置、プログラム、記録媒体
【課題】本発明の課題は、照明条件を効率よく設定できる三次元ＣＧ画像編集装置を提供することである。
【解決手段】映り込み領域指示の入力を受け付けて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルデータの三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
三次元ＣＧ画像に描画された映り込み領域を構成する全ての画素に対して、視点からそれぞれの画素を通過する視線直線を引いて、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定段階と、設定した光源を用いて、三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【解決手段】映り込み領域指示の入力を受け付けて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルデータの三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
三次元ＣＧ画像に描画された映り込み領域を構成する全ての画素に対して、視点からそれぞれの画素を通過する視線直線を引いて、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定段階と、設定した光源を用いて、三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元ＣＧ画像編集方法、装置、プログラム、記録媒体に関するものである。
本発明は特に、三次元ＣＧ画像の編集において、ＣＧデザイナーが意図した三次元ＣＧ画像の演出効果を得るための照明条件を、効率よく短時間で設定したい場合に有用である。
【背景技術】
【０００２】
三次元ＣＧ画像の編集においては、コンピューター上の仮想三次元空間に、三次元モデル（＝三次元物体）と、照明光源と、視点を配置して、画像平面上に三次元モデルをレンダリング処理した三次元ＣＧ画像を形成させる。
このとき、三次元ＣＧ画像の表現を演出する上で、三次元モデルに照明光をどのように当てるかを決定する照明条件は、重要である。特に、三次元モデルの一部分を明るくする演出表現は、三次元モデルの形状を強調する上で効果的である。
このような演出表現には、３つの手法がある。
（１）照明光を三次元モデルの表面で反射させて明るくする演出表現。
（２）レフ板のような明るい対象物を映り込む位置に配置して明るくする演出表現。
（３）三次元モデルの表面に映り込んでいるものに、照明光を当てて明るくする演出表現。実物の撮影画像に近い（＝フォトリアリスティック）三次元ＣＧ画像を編集する作業では、照明条件を設定する方法は、実際の撮影作業に似ている。
以下に、実際の撮影作業と三次元ＣＧ画像の編集作業とにおける照明条件の設定方法を説明する。
《Ａ．実際の撮影作業》
現実の撮影現場では、カメラマンは、照明装置の位置や向きを調整して変化する演出表現の結果を見ながら、最適な照明条件を設定することができる。
【０００３】
《Ｂ．三次元ＣＧの編集作業》
一方、三次元ＣＧ画像データの編集作業では、ＣＧデザイナーはコンピューター上の仮想三次元空間に三次元モデルと、照明位置と、視点位置を設定した後に、レンダリング処理を行い三次元ＣＧ画像データを作成編集する。ここで、編集した三次元ＣＧ画像データの演出表現が所望の演出表現になるまで、ＣＧデザイナーは照明条件を変更してレンダリング処理を繰り返す。たとえば、特許文献１ではコンピューター内の形状モデルを写実的に表示するために、光源位置と形状モデルの面の傾きなどから、視線方向の陰影を計算して三次元物体の表面の色や明るさを決定して陰影付けするシェーディングの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１５０５５号公報（段落００２６−段落００２７、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
三次元ＣＧ画像データの演出表現はレンダリング処理して三次元ＣＧ画像データを形成することで初めて確認できるものあり、事前の予測は困難である。従って、特許文献１の技術では、所望の演出表現の三次元ＣＧ画像データを得るまでに光源位置などの照明条件の調整を試行錯誤して繰り返して、レンダリング処理を多く反復しなければならず、多大な編集作業時間を要してしまう。
【０００６】
本発明は以上のような点を解決するためになされたものであって、本発明の課題は、照明条件を効率よく設定できる三次元ＣＧ画像編集方法、装置、プログラム、記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の各態様に記載の手段により、前記課題を解決する。
すなわち、本願発明の第１の発明は、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを用いる三次元ＣＧ画像を編集する方法において、
（１）前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルデータを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成段階と、
（２）映り込み領域の指示を入力する映り込み領域指示段階と、
（３）映り込み領域指示の入力を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
（４）三次元ＣＧ画像に描画された映り込み領域を構成する全ての画素に対して、視点からそれぞれの画素を通過する視線直線を引いて、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定段階と、
（５）設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【０００８】
このように、三次元モデル画像に描画した反射光領域を手掛かりにして、入射光方向を特定することで、三次元モデルの表面の所望の位置に照明光を映り込ませて明るくするための光源を容易に設定できる。
【０００９】
本願発明の第２の発明は、
第１の発明に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元ＣＧ画像作成段階は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成する法線作成ステップ、
を含んで、
前記光源設定段階は、さらに、
（３−１）読み取った映り込み領域の画素の画像平面座標系座標データを視点座標系に射影変換する射影変換ステップと、
（３−２）映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換ステップと、（３−３）視点の座標データと、透視変換された映り込み領域の画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出ステップと、
（３−４）視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る三次元モデル法線特定ステップと、
（３−５）視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定ステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１０】
本願発明の第３の発明は、第１または第２の発明に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記光源設定段階は、さらに、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定ステップと、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成ステップと、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込みステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１１】
このように、視線追跡により入射光方向を特定することで映り込み像候補点を設定できるので、レフ板のような明るい対象物を映り込む位置に、容易に配置することができる。
【００１２】
本願発明の第４の発明は、三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データと、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データと、を用いる三次元ＣＧ画像編集方法であって、
（１）前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する
ステップと、
（２）反射光領域の指示を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定ステップと、
（３）視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定する入射光設定ステップと、
（４）入射光直線が映り込み対象物と交差する点を、映り込み点として設定する映り込み点設定ステップと、
（５）映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定ステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１３】
このように、視線追跡により映り込み点の存在する方向を特定することで、映り込んでいるものに、照明光を当てて明るくすることが可能である。
【００１４】
本願発明の第５の発明は、
請求項１から４までに記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１５】
本願発明の第６の発明は、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルとの交差する交点に対して、正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定手段と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００１６】
本願発明の第７の発明は、
第６の発明に記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記記憶部は、さらに、
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域、
を備えて、
前記三次元モデル画像作成手段は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成して、法線格納領域に格納する表面法線算出機能、
を備えて、
前記光源設定手段は、さらに、
読み取った映り込み領域の座標データを視点座標系に射影変換する射影変換機能と、
映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換機能と、視点の座標データと、透視変換された反射光像画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出機能と、
視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線格納領域の法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る法線特定機能と、
視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定機能と、
を含んで備える、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００１７】
本願発明の第８の発明は、第６または７の発明に記載の三次元ＣＧ編集装置において、
前期光源設定手段は、さらに、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定機能と、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成機能と、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込み機能と、
を含んで備えることを特徴とする三次元ＣＧ編集装置である。
【００１８】
本願発明の第９の発明は、三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された反射光像の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点の於いて、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定して、入射光直線が映り込み対象物と交差する映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００１９】
本願発明の第１０の発明は、請求項６から９までに記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記三次元モデル画像は、
三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【００２０】
本願発明の第１０の発明は、
第６から第９の発明の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００２１】
本願発明の第１１の発明は、コンピューターに組込むことによって、コンピューターを第６から第１０の発明のいずれか１つに記載の三次元ＣＧ画像装置として動作させるコンピュータープログラムである。
【００２２】
本願発明の第１２の発明は、第１１の発明に記載のコンピュータープログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明によれば、
（１）意図した演出効果が得られる照明条件を効率よく決定することが可能である。
（２）三次元モデルの一部分を明るくする演出表現の条件設定を短時間で決定することが可能である。
従って、本発明によれば、意図した演出表現の三次元ＣＧ画像を簡便に得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による三次元ＣＧ編集装置の概要を説明する図である。
【図２】図２は、三次元ＣＧ編集の大まかな作業手順を説明する図である。
【図３】図３は、「映り込んだ光」と、設定した光源を説明する図である。
【図４】図４は、「映り込んだ光」を有する三次元ＣＧ画像を説明する図である。
【図５】図５は、光源算出処理の詳細な手順を説明する図である。
【図６】図６は、座標変換のための３つの座標系を説明する図である。
【図７】図７は、一つの光源を作成する詳細な手順を説明する図である。（実施例１）
【図８】図８は、三次元ＣＧ編集装置の詳細な構成図である。
【図９】図９は、法線データの形式を説明する図である。
【図１０】図１０は、光源設定ゼネラルフローチャートである。
【図１１】図１１は、１つの光源を設定するフローチャートである。
【図１２】図１２は、明るい対象物を設定する詳細な手順を説明する図である。（実施例２）
【図１３】図１３は、映り込み対象物に光源を設定する詳細な手順を説明する図である。（実施例３）
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１による三次元ＣＧ編集装置４００の概要を説明する図である。
三次元ＣＧ編集装置４００は、表示部４０３を備え、既存のＣＧ編集プログラムを備えたパーソナルコンピューターに、後述する専用プログラムを搭載したものである。
【００２７】
図２は、三次元ＣＧ編集の作業手順を説明する図である。ここでは、三次元空間内の三次元モデル（＝三次元物体）の表面に光が映り込んだ三次元ＣＧ画像の編集作業を説明する。
《Ａ．「映り込んだ光」の描画》
ＣＧデザイナーは三次元ＣＧ編集装置４００を用いて、三次元空間の三次元モデルを三次元ＣＧ画像として表示部４０３に表示させる。ＣＧデザイナーは、表示された三次元ＣＧ画像に、「映り込んだ光」を表示させたい領域（＝映り込み領域）を指定する（図２（１））。
《Ｂ．光源の設定》
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＧデザイナーが指定した映り込み領域を手掛かりにして、三次元空間に光源を設定する（同（２））。
《Ｃ．レンダリング》
三次元ＣＧ編集装置４００は設定した光源を用いて、三次元データをレンダリングして、表示部４０３に表示する（同（３））。
【００２８】
図３は、ＣＧデザイナーが三次元ＣＧ編集装置４００で三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画し、この映り込み領域から逆算された光源を説明する図である。
【００２９】
図３の（ａ）は、ＣＧデザイナーが三次元モデル画像に映り込み領域を描画した説明図である。ＣＧデザイナーが三次元ＣＧ画像に映り込んだ光を表現したいとき、ＣＧデザイナーが三次元ＣＧ画像に既存のＣＧ編集プログラムが有するペイントツール等で、映り込み領域３１０を設定した段階である。たとえば、三次元モデルデータがＣＡＤデータであれば、三次元モデル画像３００は、ワーヤーフレームで表現されてよい。
【００３０】
図３の（ｂ）には、ペイントツールで塗った領域を映り込み領域として、この映り込み領域から算出した光源１３０が例示されている。例示されている三次元空間は、設定された視点から見た空間であって、映り込み領域から算出された光源１３０と、三次元物体１２０が示されている。算出された光源１３０は光源の点の集まりで構成されている。
【００３１】
図４には、図３(b)で算出した光源１３０を用いて三次元ＣＧ画像３３０をレンダリングしたものである。
【００３２】
以下に、図５に沿って、光源算出処理の詳細な手順を説明する。
【００３３】
《Ａ．「映り込んだ光」の描画》
三次元ＣＧ編集装置４００は、三次元空間の三次元物体１２０を、設定された視点から見た三次元モデル画像を編集する（図５（１−１））。
次に、三次元ＣＧ編集装置４００は、設定された視点から見た投影面に表示した三次元ＣＧ画像を構成する画素に対応した三次元物体表面の座標点に対して、表面法線を算出する（同（１−２））。
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＧデザイナーが入力した映り込み領域の指定を受け付けて、指定された領域を描画する（同（１−３））。
【００３４】
《Ｂ．光源の設定》
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＧデザイナーが三次元モデル画像に描画した映り込み領域の三次元ＣＧ画像の座標データを取得する。同（２−１））。
映り込み領域の三次元ＣＧ画像の座標データと設定された視点を結んだ視線から三次元空間座標系の映り込み領域の座標データを作成する（同（２−２））。
【００３５】
ここで、座標変換について説明する。
図６は、座標変換のための３つの座標系を説明する図である。三次元空間座標系１００は、コンピューター上の仮想三次元空間である。三次元空間座標系１００には、三次元物体１２０と、光源１３０と、視点１４０とが設定されている。設定された視点に対して画像平面１６０上には、視点１４０からみた、三次元物体１２０の三次元ＣＧ画像３００が形成される。視点１４０から伸びる視線１５０が交わる画像平面上の三次元ＣＧ画像の画素３０１は、視線１５０が三次元物体１２０と交わる交点１２１に対応する。視点座標系は、視点１４０を原点とした三次元座標系である。画像平面座標系は、カメラからみえる三次元ＣＧ画像の座標を表しており、画像平面１６０に対応する。
【００３６】
図５に戻って、説明を続ける。
三次元ＣＧ編集装置４００は、三次元空間座標系三次元モデル画像データと、三次元物体データと、視点データとを用いて、描画した映り込み領域の画素の全てに対して、光源を求めて、その光源の座標データを算出して、これを含む光源データを作成する（図５（２−３））。
【００３７】
ここで、光源の算出方法について詳細に説明する。図７は、一つの光源を作成する詳細な手順を説明する図である。三次元空間１００には、三次元物体１２０と、視点１４０が設定されている。視点１４０に対して画像平面１６０が設定されている。
【００３８】
三次元ＣＧ編集装置４００は、視点１４０から、三次元空間座標系の映り込み領域の画素３０１を通る視線１５０を算出する（図７（１））。
三次元ＣＧ編集装置４００は、視線１５０と三次元物体１２０との交点（＝反射点）において、視線１５０の正入射光１５５を算出する（同（２））。
ここで、正入射光とは、３次元モデル１２０と視線１５０の交点における、３次元物体１２０の法線ベクトルと視線１５０のなす角度θと、法線ベクトルと反射光のなす角度θ’が等しい光である。
【００３９】
三次元ＣＧ編集装置４００は、入射光１５５の方向から三次元物体１２０に照明光が入射するように、交点１２１から適当に離れた位置に光源１３０を配置する（同（３））。
【００４０】
光源１３０を配置する位置は、三次元モデル１２０との間に他の物体が存在しない位置とする。
【００４１】
図５に戻って、説明を続ける。
三次元ＣＧ編集装置４００は、三次元空間座標系の映り込み領域の画素３０１を手掛かりにして算出して光源１３０を配置できる。ここで配置した光源１３０の集まりの中からＣＧデザイナーが適宜光源１３０を選択させることができる。（図５（２−４））。
【００４２】
図８は、三次元ＣＧ編集装置４００の詳細な構成図である。
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＰＵ４０１と、表示部４０３と、入力部４０２と、記憶部４０９と専用プログラムとを備える。
ＣＰＵ４０１と、表示部４０３と、入力部４０２と、記憶部４０９とは、ＢＵＳ４９９で接続される。
【００４３】
ＣＰＵ４０１は、中央演算装置である。
表示部４０３は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置である。
入力部４０２は、マウスやキーボードである。
入力部４０２は、表示部４０３に表示されたソフトキーボードであってもよい。
【００４４】
記憶部４０９は、半導体メモリーや磁気メモリーである。
記憶部４０９は、法線格納領域０９１と、ＣＧ編集プログラム格納領域０９２と、設定格納領域０９３と、三次元モデル画像格納領域０９４と、専用プログラムとを記憶する。
法線格納領域０９１は、三次元空間１００に設定された三次元物体の表面座標データと、表面法線データとを対応付けた法線データ４９１を格納する。
ＣＧ編集プログラム格納領域０９２は、既存のＣＧ編集プログラム４９２を格納する。
設定格納領域０９３は、三次元空間１００に設定された三次元物体の三次元モデルデータと、三次元空間１００に設定された視点１４０の座標データと、三次元空間に設定された画像平面の座標データと、から構成される設定データ４９３を格納する。
三次元モデル画像格納領域０９４は、二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データ４９４を格納する。
【００４５】
このほかに、三次元モデル画像作成手段４１０と、反射光像設定手段４２０と、光源設定手段４３０と、レンダリング手段４４０と、を備える。これらの各手段は、それぞれの専用プログラムによって実現され、専用プログラムがＣＰＵ４０１に解釈・実行されることによって機能する。
【００４６】
三次元モデル画像作成手段４１０は、設定データ４９３を用いて、三次元空間１００に配置された三次元物体を画像平面１６０に透視投影して三次元モデル画像３００を作成する。
ここで、三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である。なお、三次元モデル画像作成手段４１０は、三次元モデル画像３００を作成するときに、レンダリング処理を行う必要はない。
【００４７】
三次元モデル画像作成手段４１０は、表面法線算出機能を含んで構成される。
表面法線算出機能は、画像平面１６０に三次元ＣＧ画像の画素３０１として透視投影される三次元物体表面点において、表面法線データを算出して、当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データ４９１を作成して、法線格納領域０９１に格納する。
【００４８】
映り込み領域設定手段４２０は、映り込み領域の指示の入力を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域（＝反射光像）を描画する。
【００４９】
光源設定手段４３０は、画像平面の三次元ＣＧ画像３００に描画された反射光像から１つの画素情報３０１を読み取り、視点１４０から読み取った画素３０１を通過する視線直線１５０を延ばして、三次元物体の表面との交点１２１（＝反射点）を求めて、この交点における法線データ４９１の表面法線データを用いて、視線直線１５０に対して、交点にて正入射する入射光１５５を算出して、入射光直線上に光源１３０を設定する。
ここで、正入射とは、視線直線と表面法線のなす角度と、入射光直線と表面法線のなす角度が等しいことである。
【００５０】
光源設定手段４３０は、射影変換機能と、透視変換機能と、視線算出機能と、法線特定機能と、入射光設定機能と、とを含んで構成される。
射影変換機能は、画像平面の三次元ＣＧ画像３００に描画された映り込み領域から読み取った画像平面上の映り込み領域の画素３０１の座標データ（＝画像平面系の反射光像画素座標データ）を視点座標系に射影変換する。
透視変換機能は、三次元ＣＧ画像上の反射光像画素座標データを三次元空間座標系に変換する。
視線算出機能は、設定データ４９３に含まれる視点１４０の座標データと、変換された三次元空間系の反射光像画素座標データを用いて、視点と当該反射光像画素３０１とを通る視線直線１５０を算出する。
法線特定機能は、視線直線１５０と三次元物体１２０との交点の座標データを求めて、法線格納領域の法線データ４９１を参照して、交点１２１の座標データと一致する表面座標データ１２１に対応付けられた表面法線データ１２２を読み取る。
入射光設定機能は、視線直線１５０と読み取った表面法線データ１２２の法線のなす角度と、入射光１５５と読み取った表面法線データ１２２の法線のなす角度が等しくなるように、入射光１５５を設定する。
【００５１】
光源設定手段４３０は、さらに、候補点設定機能と、多角形作成機能と、候補点削除機能と、とを含んで構成される。
候補点設定機能は、算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する。
角形作成機能は、１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する。
候補点削除機能は、多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する。（詳細は後述する）
【００５２】
レンダリング手段４４０は、設定した光源１３０を用いて、三次元空間の三次元物体に光が映り込んだ三次元ＣＧ画像３３０をレンダリングする。
【００５３】
図９は、法線データ４９１の形式を説明する図である。法線データ４９１は、三次元空間１００における三次元物体１２０の表面形状を表現するデータである。法線データ４９１は、表面座標データ１２１と、表面法線データ１２２と、が対応付けられて構成される。
表面座標データ１２１は、三次元物体の三次元空間座標系の座標データである。表面法線データ１２２は、単位ベクトルである。
【００５４】
図１０は、光源設定ゼネラルフローチャートである。
（１）光源設定手段４３０は、設定格納領域０９３に格納された三次元物体データを参照して、三次元ＣＧ画像の各画素３０１を通る視線が三次元空間の三次元物体と交わる交点１２１（＝反射点）における法線データ４９１を読み取る。（ステップＳ１００）
（２）映り込み領域設定手段４２０は、ＣＧデザイナーが入力した映り込み領域の指示を受け付けて、三次元ＣＧ画像３００に映り込み領域を描画する。（ステップＳ１１０）
（３）光源設定手段４３０は、描画した映り込み領域から１つの画素３０１を取り出す。（ステップＳ１２０）
（４）光源設定手段４３０は、光源設定処理して、光源を設定する。（ステップＳ１３０）
（５）描画した映り込み領域から全ての画素を取り出したか否かを判定する。取り出していなければ、ステップＳ１２０に戻る。取り出していれば、終了する。（ステップＳ１４０）
【００５５】
図１１は、１つの光源を設定するフローチャートである。
（１）光源設定手段４３０は、描画した映り込み領域から取り出した１つの画素３０１の座標値（二次元座標値）を読み取る、（ステップＳ２００）
（２）光源設定手段４３０は、読み取った画素３０１の座標値を視点座標系の座標値（三次元座標値）に射影変換して、さらに、この射影変換された座標値を三次元空間１００の座標値に透視変換して、三次元空間１００の座標値を算出する。（ステップＳ２１０）
（３）光源設定手段４３０は、設定データ４９３に含まれる視点１４０の座標データと、描画した映り込み領域から取り出した１つの画素３０１の透視変換された三次元空間１００の座標値を用いて、視点と当該画素３０１とを通る視線直線１５０を算出する。（ステップＳ２２０）
（４）光源設定手段４３０は、視線直線１５０が三次元物体１２０と交差した交点１２１（＝反射点）の座標を算出する。（ステップＳ２３０）
（５）光源設定手段４３０は、交点１２１の座標値を用いて、法線データ１２２を読み取って、視線直線１５０と読み取った法線データ１２２の表す法線とのなす角度と、入射光１５５と読み取った法線データ１２２の表す法線とのなす角度が等しくなるように、入射光１５５を設定する。（ステップＳ２４０）
（６）光源設定手段４３０は、交点１２０から入射光１５５方向に適切な距離だけ進んだ位置に光源１３０を配置する。（ステップＳ２５０）
【実施例２】
【００５６】
次に、三次元物体表面の特定の領域を明るくする方法として、レフ板を利用して三次元物体の表面に写りこませる。図１２は、レフ板を映り込み対象物１１０として設定する手順を説明する図である。三次元空間１００には、三次元物体１２０と、視点１４０と、三次元モデル画像３００とが、設定されている。
【００５７】
光源設定手段４３０は、三次元ＣＧ画像データに含まれる映り込んだ対象物の画素３０１の中から１つの画素を読み取って、視点１４０から、この読み取った画素を通る視線１５０を設定する（図１３（１））。
光源設定手段４３０は、視線１５０と三次元物体との交点１２１(=反射点)において、視線１５０に対して正入射する入射光１５５を設定する（同（２））。
光源設定手段４３０は、入射光１５５の方向から三次元物体１２０に照明光が入射するように、交点から適当に離れた位置に候補点を定める（同（３））。
三次元ＣＧ画像データに映り込んだ対象物の全ての画素３０１に対する候補点を定めた後に、定めた候補点の集まりの最外郭をつなぎ、対象物１１０を作成すればよい。
【００５８】
なお、定めた候補点を以下の手順で絞り込んでも良い。
（１）光源設定手段４３０は、それぞれの候補点について、近傍の候補点２点までの距離を求め、両方の距離とも一定の距離以内であれば、３点の候補点を頂点とする三角形の面を生成する。
（２）光源設定手段４３０は、次に、隣接する三角形を１つのポリゴングループとしてまとめる。ある三角形の頂点のうちの２頂点を共有する三角形が他に存在した場合には、同じポリゴングループとする。
（３）光源設定手段４３０は、全ての三角形についてポリゴングループにまとめた後に、一定の面積よりも狭いポリゴングループを削除する。
（４）光源設定手段４３０は、残されたポリゴングループに属する三角形の頂点（＝３点の候補点）を、定めた候補点とする。
【実施例３】
【００５９】
次に、映り込み対象物１１０に照明を当てる例を説明する。
図１３は、映り込み対象物１１０に光源を設定する詳細な手順を説明する図である。
三次元空間１００には、三次元物体１２０と、視点１４０と、三次元物体に映り込ませる対象物１１０と、画像平面上の三次元モデル画像３００とが、設定されている。
【００６０】
光源設定手段４３０は、視点１４０から三次元モデル画像が有する映り込んだ対象物の任意の画素３０１を通る視線１５０を設定する（図１３（１））。
光源設定手段４３０は、視線１５０と三次元物体との交点１２１（＝反射点）に対して、視線１５０に対して正入射する入射光１５５を設定する（同（２））。ここで、正入射とは、交点の法線と視線１５０のなす角度θと、法線と入射光のなす角度θ’が等しい関係である。
光源設定手段４３０は、入射光１５５が最初に交差する映り込み対象物１１０との交点を、「映り込み点」として設定する（同（３））。
光源設定手段４３０は、「映り込み点」を照明する光源１３０を、「映り込み点」の法線方向に適当な距離だけ離れた位置に配置する（同（４））。
このとき、映り込み対象物１１０の表面は拡散反射として、映り込み対象の広い範囲を明るくする。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
現実の大規模な撮影現場において、大掛かりな照明装置を設置調整する前のシミュレーション用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 三次元空間
１１０ 三次元物体に映り込ませる対象
１２０ 三次元モデル、三次元物体
１３０ 光源
１４０ 視点
１５０ 視線
１５５ 入射光
１６０ 画像平面
３００ 三次元ＣＧ画像
３０１ 画素
３１０ 「映り込んだ光」を表示したい領域、映り込み領域
３２０ 映り込んだ光
３３０ レンダリング処理したＣＧ画像
４００ 本発明の実施の形態による三次元ＣＧ編集装置
４０３ 表示部
４１０ 三次元ＣＧ画像作成手段
４２０ 映り込み領域設定手段
４３０ 光源設定手段
４４０ レンダリング手段
４９１ 法線データ
４９２ 既存のＣＧ編集プログラム
４９３ 設定データ
４９４ 三次元ＣＧ画像データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元ＣＧ画像編集方法、装置、プログラム、記録媒体に関するものである。
本発明は特に、三次元ＣＧ画像の編集において、ＣＧデザイナーが意図した三次元ＣＧ画像の演出効果を得るための照明条件を、効率よく短時間で設定したい場合に有用である。
【背景技術】
【０００２】
三次元ＣＧ画像の編集においては、コンピューター上の仮想三次元空間に、三次元モデル（＝三次元物体）と、照明光源と、視点を配置して、画像平面上に三次元モデルをレンダリング処理した三次元ＣＧ画像を形成させる。
このとき、三次元ＣＧ画像の表現を演出する上で、三次元モデルに照明光をどのように当てるかを決定する照明条件は、重要である。特に、三次元モデルの一部分を明るくする演出表現は、三次元モデルの形状を強調する上で効果的である。
このような演出表現には、３つの手法がある。
（１）照明光を三次元モデルの表面で反射させて明るくする演出表現。
（２）レフ板のような明るい対象物を映り込む位置に配置して明るくする演出表現。
（３）三次元モデルの表面に映り込んでいるものに、照明光を当てて明るくする演出表現。実物の撮影画像に近い（＝フォトリアリスティック）三次元ＣＧ画像を編集する作業では、照明条件を設定する方法は、実際の撮影作業に似ている。
以下に、実際の撮影作業と三次元ＣＧ画像の編集作業とにおける照明条件の設定方法を説明する。
《Ａ．実際の撮影作業》
現実の撮影現場では、カメラマンは、照明装置の位置や向きを調整して変化する演出表現の結果を見ながら、最適な照明条件を設定することができる。
【０００３】
《Ｂ．三次元ＣＧの編集作業》
一方、三次元ＣＧ画像データの編集作業では、ＣＧデザイナーはコンピューター上の仮想三次元空間に三次元モデルと、照明位置と、視点位置を設定した後に、レンダリング処理を行い三次元ＣＧ画像データを作成編集する。ここで、編集した三次元ＣＧ画像データの演出表現が所望の演出表現になるまで、ＣＧデザイナーは照明条件を変更してレンダリング処理を繰り返す。たとえば、特許文献１ではコンピューター内の形状モデルを写実的に表示するために、光源位置と形状モデルの面の傾きなどから、視線方向の陰影を計算して三次元物体の表面の色や明るさを決定して陰影付けするシェーディングの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１５０５５号公報（段落００２６−段落００２７、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
三次元ＣＧ画像データの演出表現はレンダリング処理して三次元ＣＧ画像データを形成することで初めて確認できるものあり、事前の予測は困難である。従って、特許文献１の技術では、所望の演出表現の三次元ＣＧ画像データを得るまでに光源位置などの照明条件の調整を試行錯誤して繰り返して、レンダリング処理を多く反復しなければならず、多大な編集作業時間を要してしまう。
【０００６】
本発明は以上のような点を解決するためになされたものであって、本発明の課題は、照明条件を効率よく設定できる三次元ＣＧ画像編集方法、装置、プログラム、記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の各態様に記載の手段により、前記課題を解決する。
すなわち、本願発明の第１の発明は、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを用いる三次元ＣＧ画像を編集する方法において、
（１）前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルデータを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成段階と、
（２）映り込み領域の指示を入力する映り込み領域指示段階と、
（３）映り込み領域指示の入力を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
（４）三次元ＣＧ画像に描画された映り込み領域を構成する全ての画素に対して、視点からそれぞれの画素を通過する視線直線を引いて、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定段階と、
（５）設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【０００８】
このように、三次元モデル画像に描画した反射光領域を手掛かりにして、入射光方向を特定することで、三次元モデルの表面の所望の位置に照明光を映り込ませて明るくするための光源を容易に設定できる。
【０００９】
本願発明の第２の発明は、
第１の発明に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元ＣＧ画像作成段階は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成する法線作成ステップ、
を含んで、
前記光源設定段階は、さらに、
（３−１）読み取った映り込み領域の画素の画像平面座標系座標データを視点座標系に射影変換する射影変換ステップと、
（３−２）映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換ステップと、（３−３）視点の座標データと、透視変換された映り込み領域の画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出ステップと、
（３−４）視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る三次元モデル法線特定ステップと、
（３−５）視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定ステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１０】
本願発明の第３の発明は、第１または第２の発明に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記光源設定段階は、さらに、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定ステップと、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成ステップと、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込みステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１１】
このように、視線追跡により入射光方向を特定することで映り込み像候補点を設定できるので、レフ板のような明るい対象物を映り込む位置に、容易に配置することができる。
【００１２】
本願発明の第４の発明は、三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データと、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データと、を用いる三次元ＣＧ画像編集方法であって、
（１）前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する
ステップと、
（２）反射光領域の指示を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定ステップと、
（３）視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定する入射光設定ステップと、
（４）入射光直線が映り込み対象物と交差する点を、映り込み点として設定する映り込み点設定ステップと、
（５）映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定ステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１３】
このように、視線追跡により映り込み点の存在する方向を特定することで、映り込んでいるものに、照明光を当てて明るくすることが可能である。
【００１４】
本願発明の第５の発明は、
請求項１から４までに記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法である。
【００１５】
本願発明の第６の発明は、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルとの交差する交点に対して、正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定手段と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００１６】
本願発明の第７の発明は、
第６の発明に記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記記憶部は、さらに、
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域、
を備えて、
前記三次元モデル画像作成手段は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成して、法線格納領域に格納する表面法線算出機能、
を備えて、
前記光源設定手段は、さらに、
読み取った映り込み領域の座標データを視点座標系に射影変換する射影変換機能と、
映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換機能と、視点の座標データと、透視変換された反射光像画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出機能と、
視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線格納領域の法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る法線特定機能と、
視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定機能と、
を含んで備える、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００１７】
本願発明の第８の発明は、第６または７の発明に記載の三次元ＣＧ編集装置において、
前期光源設定手段は、さらに、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定機能と、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成機能と、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込み機能と、
を含んで備えることを特徴とする三次元ＣＧ編集装置である。
【００１８】
本願発明の第９の発明は、三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された反射光像の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点の於いて、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定して、入射光直線が映り込み対象物と交差する映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００１９】
本願発明の第１０の発明は、請求項６から９までに記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記三次元モデル画像は、
三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【００２０】
本願発明の第１０の発明は、
第６から第９の発明の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置である。
【００２１】
本願発明の第１１の発明は、コンピューターに組込むことによって、コンピューターを第６から第１０の発明のいずれか１つに記載の三次元ＣＧ画像装置として動作させるコンピュータープログラムである。
【００２２】
本願発明の第１２の発明は、第１１の発明に記載のコンピュータープログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明によれば、
（１）意図した演出効果が得られる照明条件を効率よく決定することが可能である。
（２）三次元モデルの一部分を明るくする演出表現の条件設定を短時間で決定することが可能である。
従って、本発明によれば、意図した演出表現の三次元ＣＧ画像を簡便に得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による三次元ＣＧ編集装置の概要を説明する図である。
【図２】図２は、三次元ＣＧ編集の大まかな作業手順を説明する図である。
【図３】図３は、「映り込んだ光」と、設定した光源を説明する図である。
【図４】図４は、「映り込んだ光」を有する三次元ＣＧ画像を説明する図である。
【図５】図５は、光源算出処理の詳細な手順を説明する図である。
【図６】図６は、座標変換のための３つの座標系を説明する図である。
【図７】図７は、一つの光源を作成する詳細な手順を説明する図である。（実施例１）
【図８】図８は、三次元ＣＧ編集装置の詳細な構成図である。
【図９】図９は、法線データの形式を説明する図である。
【図１０】図１０は、光源設定ゼネラルフローチャートである。
【図１１】図１１は、１つの光源を設定するフローチャートである。
【図１２】図１２は、明るい対象物を設定する詳細な手順を説明する図である。（実施例２）
【図１３】図１３は、映り込み対象物に光源を設定する詳細な手順を説明する図である。（実施例３）
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１による三次元ＣＧ編集装置４００の概要を説明する図である。
三次元ＣＧ編集装置４００は、表示部４０３を備え、既存のＣＧ編集プログラムを備えたパーソナルコンピューターに、後述する専用プログラムを搭載したものである。
【００２７】
図２は、三次元ＣＧ編集の作業手順を説明する図である。ここでは、三次元空間内の三次元モデル（＝三次元物体）の表面に光が映り込んだ三次元ＣＧ画像の編集作業を説明する。
《Ａ．「映り込んだ光」の描画》
ＣＧデザイナーは三次元ＣＧ編集装置４００を用いて、三次元空間の三次元モデルを三次元ＣＧ画像として表示部４０３に表示させる。ＣＧデザイナーは、表示された三次元ＣＧ画像に、「映り込んだ光」を表示させたい領域（＝映り込み領域）を指定する（図２（１））。
《Ｂ．光源の設定》
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＧデザイナーが指定した映り込み領域を手掛かりにして、三次元空間に光源を設定する（同（２））。
《Ｃ．レンダリング》
三次元ＣＧ編集装置４００は設定した光源を用いて、三次元データをレンダリングして、表示部４０３に表示する（同（３））。
【００２８】
図３は、ＣＧデザイナーが三次元ＣＧ編集装置４００で三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画し、この映り込み領域から逆算された光源を説明する図である。
【００２９】
図３の（ａ）は、ＣＧデザイナーが三次元モデル画像に映り込み領域を描画した説明図である。ＣＧデザイナーが三次元ＣＧ画像に映り込んだ光を表現したいとき、ＣＧデザイナーが三次元ＣＧ画像に既存のＣＧ編集プログラムが有するペイントツール等で、映り込み領域３１０を設定した段階である。たとえば、三次元モデルデータがＣＡＤデータであれば、三次元モデル画像３００は、ワーヤーフレームで表現されてよい。
【００３０】
図３の（ｂ）には、ペイントツールで塗った領域を映り込み領域として、この映り込み領域から算出した光源１３０が例示されている。例示されている三次元空間は、設定された視点から見た空間であって、映り込み領域から算出された光源１３０と、三次元物体１２０が示されている。算出された光源１３０は光源の点の集まりで構成されている。
【００３１】
図４には、図３(b)で算出した光源１３０を用いて三次元ＣＧ画像３３０をレンダリングしたものである。
【００３２】
以下に、図５に沿って、光源算出処理の詳細な手順を説明する。
【００３３】
《Ａ．「映り込んだ光」の描画》
三次元ＣＧ編集装置４００は、三次元空間の三次元物体１２０を、設定された視点から見た三次元モデル画像を編集する（図５（１−１））。
次に、三次元ＣＧ編集装置４００は、設定された視点から見た投影面に表示した三次元ＣＧ画像を構成する画素に対応した三次元物体表面の座標点に対して、表面法線を算出する（同（１−２））。
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＧデザイナーが入力した映り込み領域の指定を受け付けて、指定された領域を描画する（同（１−３））。
【００３４】
《Ｂ．光源の設定》
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＧデザイナーが三次元モデル画像に描画した映り込み領域の三次元ＣＧ画像の座標データを取得する。同（２−１））。
映り込み領域の三次元ＣＧ画像の座標データと設定された視点を結んだ視線から三次元空間座標系の映り込み領域の座標データを作成する（同（２−２））。
【００３５】
ここで、座標変換について説明する。
図６は、座標変換のための３つの座標系を説明する図である。三次元空間座標系１００は、コンピューター上の仮想三次元空間である。三次元空間座標系１００には、三次元物体１２０と、光源１３０と、視点１４０とが設定されている。設定された視点に対して画像平面１６０上には、視点１４０からみた、三次元物体１２０の三次元ＣＧ画像３００が形成される。視点１４０から伸びる視線１５０が交わる画像平面上の三次元ＣＧ画像の画素３０１は、視線１５０が三次元物体１２０と交わる交点１２１に対応する。視点座標系は、視点１４０を原点とした三次元座標系である。画像平面座標系は、カメラからみえる三次元ＣＧ画像の座標を表しており、画像平面１６０に対応する。
【００３６】
図５に戻って、説明を続ける。
三次元ＣＧ編集装置４００は、三次元空間座標系三次元モデル画像データと、三次元物体データと、視点データとを用いて、描画した映り込み領域の画素の全てに対して、光源を求めて、その光源の座標データを算出して、これを含む光源データを作成する（図５（２−３））。
【００３７】
ここで、光源の算出方法について詳細に説明する。図７は、一つの光源を作成する詳細な手順を説明する図である。三次元空間１００には、三次元物体１２０と、視点１４０が設定されている。視点１４０に対して画像平面１６０が設定されている。
【００３８】
三次元ＣＧ編集装置４００は、視点１４０から、三次元空間座標系の映り込み領域の画素３０１を通る視線１５０を算出する（図７（１））。
三次元ＣＧ編集装置４００は、視線１５０と三次元物体１２０との交点（＝反射点）において、視線１５０の正入射光１５５を算出する（同（２））。
ここで、正入射光とは、３次元モデル１２０と視線１５０の交点における、３次元物体１２０の法線ベクトルと視線１５０のなす角度θと、法線ベクトルと反射光のなす角度θ’が等しい光である。
【００３９】
三次元ＣＧ編集装置４００は、入射光１５５の方向から三次元物体１２０に照明光が入射するように、交点１２１から適当に離れた位置に光源１３０を配置する（同（３））。
【００４０】
光源１３０を配置する位置は、三次元モデル１２０との間に他の物体が存在しない位置とする。
【００４１】
図５に戻って、説明を続ける。
三次元ＣＧ編集装置４００は、三次元空間座標系の映り込み領域の画素３０１を手掛かりにして算出して光源１３０を配置できる。ここで配置した光源１３０の集まりの中からＣＧデザイナーが適宜光源１３０を選択させることができる。（図５（２−４））。
【００４２】
図８は、三次元ＣＧ編集装置４００の詳細な構成図である。
三次元ＣＧ編集装置４００は、ＣＰＵ４０１と、表示部４０３と、入力部４０２と、記憶部４０９と専用プログラムとを備える。
ＣＰＵ４０１と、表示部４０３と、入力部４０２と、記憶部４０９とは、ＢＵＳ４９９で接続される。
【００４３】
ＣＰＵ４０１は、中央演算装置である。
表示部４０３は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置である。
入力部４０２は、マウスやキーボードである。
入力部４０２は、表示部４０３に表示されたソフトキーボードであってもよい。
【００４４】
記憶部４０９は、半導体メモリーや磁気メモリーである。
記憶部４０９は、法線格納領域０９１と、ＣＧ編集プログラム格納領域０９２と、設定格納領域０９３と、三次元モデル画像格納領域０９４と、専用プログラムとを記憶する。
法線格納領域０９１は、三次元空間１００に設定された三次元物体の表面座標データと、表面法線データとを対応付けた法線データ４９１を格納する。
ＣＧ編集プログラム格納領域０９２は、既存のＣＧ編集プログラム４９２を格納する。
設定格納領域０９３は、三次元空間１００に設定された三次元物体の三次元モデルデータと、三次元空間１００に設定された視点１４０の座標データと、三次元空間に設定された画像平面の座標データと、から構成される設定データ４９３を格納する。
三次元モデル画像格納領域０９４は、二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データ４９４を格納する。
【００４５】
このほかに、三次元モデル画像作成手段４１０と、反射光像設定手段４２０と、光源設定手段４３０と、レンダリング手段４４０と、を備える。これらの各手段は、それぞれの専用プログラムによって実現され、専用プログラムがＣＰＵ４０１に解釈・実行されることによって機能する。
【００４６】
三次元モデル画像作成手段４１０は、設定データ４９３を用いて、三次元空間１００に配置された三次元物体を画像平面１６０に透視投影して三次元モデル画像３００を作成する。
ここで、三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である。なお、三次元モデル画像作成手段４１０は、三次元モデル画像３００を作成するときに、レンダリング処理を行う必要はない。
【００４７】
三次元モデル画像作成手段４１０は、表面法線算出機能を含んで構成される。
表面法線算出機能は、画像平面１６０に三次元ＣＧ画像の画素３０１として透視投影される三次元物体表面点において、表面法線データを算出して、当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データ４９１を作成して、法線格納領域０９１に格納する。
【００４８】
映り込み領域設定手段４２０は、映り込み領域の指示の入力を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域（＝反射光像）を描画する。
【００４９】
光源設定手段４３０は、画像平面の三次元ＣＧ画像３００に描画された反射光像から１つの画素情報３０１を読み取り、視点１４０から読み取った画素３０１を通過する視線直線１５０を延ばして、三次元物体の表面との交点１２１（＝反射点）を求めて、この交点における法線データ４９１の表面法線データを用いて、視線直線１５０に対して、交点にて正入射する入射光１５５を算出して、入射光直線上に光源１３０を設定する。
ここで、正入射とは、視線直線と表面法線のなす角度と、入射光直線と表面法線のなす角度が等しいことである。
【００５０】
光源設定手段４３０は、射影変換機能と、透視変換機能と、視線算出機能と、法線特定機能と、入射光設定機能と、とを含んで構成される。
射影変換機能は、画像平面の三次元ＣＧ画像３００に描画された映り込み領域から読み取った画像平面上の映り込み領域の画素３０１の座標データ（＝画像平面系の反射光像画素座標データ）を視点座標系に射影変換する。
透視変換機能は、三次元ＣＧ画像上の反射光像画素座標データを三次元空間座標系に変換する。
視線算出機能は、設定データ４９３に含まれる視点１４０の座標データと、変換された三次元空間系の反射光像画素座標データを用いて、視点と当該反射光像画素３０１とを通る視線直線１５０を算出する。
法線特定機能は、視線直線１５０と三次元物体１２０との交点の座標データを求めて、法線格納領域の法線データ４９１を参照して、交点１２１の座標データと一致する表面座標データ１２１に対応付けられた表面法線データ１２２を読み取る。
入射光設定機能は、視線直線１５０と読み取った表面法線データ１２２の法線のなす角度と、入射光１５５と読み取った表面法線データ１２２の法線のなす角度が等しくなるように、入射光１５５を設定する。
【００５１】
光源設定手段４３０は、さらに、候補点設定機能と、多角形作成機能と、候補点削除機能と、とを含んで構成される。
候補点設定機能は、算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する。
角形作成機能は、１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する。
候補点削除機能は、多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する。（詳細は後述する）
【００５２】
レンダリング手段４４０は、設定した光源１３０を用いて、三次元空間の三次元物体に光が映り込んだ三次元ＣＧ画像３３０をレンダリングする。
【００５３】
図９は、法線データ４９１の形式を説明する図である。法線データ４９１は、三次元空間１００における三次元物体１２０の表面形状を表現するデータである。法線データ４９１は、表面座標データ１２１と、表面法線データ１２２と、が対応付けられて構成される。
表面座標データ１２１は、三次元物体の三次元空間座標系の座標データである。表面法線データ１２２は、単位ベクトルである。
【００５４】
図１０は、光源設定ゼネラルフローチャートである。
（１）光源設定手段４３０は、設定格納領域０９３に格納された三次元物体データを参照して、三次元ＣＧ画像の各画素３０１を通る視線が三次元空間の三次元物体と交わる交点１２１（＝反射点）における法線データ４９１を読み取る。（ステップＳ１００）
（２）映り込み領域設定手段４２０は、ＣＧデザイナーが入力した映り込み領域の指示を受け付けて、三次元ＣＧ画像３００に映り込み領域を描画する。（ステップＳ１１０）
（３）光源設定手段４３０は、描画した映り込み領域から１つの画素３０１を取り出す。（ステップＳ１２０）
（４）光源設定手段４３０は、光源設定処理して、光源を設定する。（ステップＳ１３０）
（５）描画した映り込み領域から全ての画素を取り出したか否かを判定する。取り出していなければ、ステップＳ１２０に戻る。取り出していれば、終了する。（ステップＳ１４０）
【００５５】
図１１は、１つの光源を設定するフローチャートである。
（１）光源設定手段４３０は、描画した映り込み領域から取り出した１つの画素３０１の座標値（二次元座標値）を読み取る、（ステップＳ２００）
（２）光源設定手段４３０は、読み取った画素３０１の座標値を視点座標系の座標値（三次元座標値）に射影変換して、さらに、この射影変換された座標値を三次元空間１００の座標値に透視変換して、三次元空間１００の座標値を算出する。（ステップＳ２１０）
（３）光源設定手段４３０は、設定データ４９３に含まれる視点１４０の座標データと、描画した映り込み領域から取り出した１つの画素３０１の透視変換された三次元空間１００の座標値を用いて、視点と当該画素３０１とを通る視線直線１５０を算出する。（ステップＳ２２０）
（４）光源設定手段４３０は、視線直線１５０が三次元物体１２０と交差した交点１２１（＝反射点）の座標を算出する。（ステップＳ２３０）
（５）光源設定手段４３０は、交点１２１の座標値を用いて、法線データ１２２を読み取って、視線直線１５０と読み取った法線データ１２２の表す法線とのなす角度と、入射光１５５と読み取った法線データ１２２の表す法線とのなす角度が等しくなるように、入射光１５５を設定する。（ステップＳ２４０）
（６）光源設定手段４３０は、交点１２０から入射光１５５方向に適切な距離だけ進んだ位置に光源１３０を配置する。（ステップＳ２５０）
【実施例２】
【００５６】
次に、三次元物体表面の特定の領域を明るくする方法として、レフ板を利用して三次元物体の表面に写りこませる。図１２は、レフ板を映り込み対象物１１０として設定する手順を説明する図である。三次元空間１００には、三次元物体１２０と、視点１４０と、三次元モデル画像３００とが、設定されている。
【００５７】
光源設定手段４３０は、三次元ＣＧ画像データに含まれる映り込んだ対象物の画素３０１の中から１つの画素を読み取って、視点１４０から、この読み取った画素を通る視線１５０を設定する（図１３（１））。
光源設定手段４３０は、視線１５０と三次元物体との交点１２１(=反射点)において、視線１５０に対して正入射する入射光１５５を設定する（同（２））。
光源設定手段４３０は、入射光１５５の方向から三次元物体１２０に照明光が入射するように、交点から適当に離れた位置に候補点を定める（同（３））。
三次元ＣＧ画像データに映り込んだ対象物の全ての画素３０１に対する候補点を定めた後に、定めた候補点の集まりの最外郭をつなぎ、対象物１１０を作成すればよい。
【００５８】
なお、定めた候補点を以下の手順で絞り込んでも良い。
（１）光源設定手段４３０は、それぞれの候補点について、近傍の候補点２点までの距離を求め、両方の距離とも一定の距離以内であれば、３点の候補点を頂点とする三角形の面を生成する。
（２）光源設定手段４３０は、次に、隣接する三角形を１つのポリゴングループとしてまとめる。ある三角形の頂点のうちの２頂点を共有する三角形が他に存在した場合には、同じポリゴングループとする。
（３）光源設定手段４３０は、全ての三角形についてポリゴングループにまとめた後に、一定の面積よりも狭いポリゴングループを削除する。
（４）光源設定手段４３０は、残されたポリゴングループに属する三角形の頂点（＝３点の候補点）を、定めた候補点とする。
【実施例３】
【００５９】
次に、映り込み対象物１１０に照明を当てる例を説明する。
図１３は、映り込み対象物１１０に光源を設定する詳細な手順を説明する図である。
三次元空間１００には、三次元物体１２０と、視点１４０と、三次元物体に映り込ませる対象物１１０と、画像平面上の三次元モデル画像３００とが、設定されている。
【００６０】
光源設定手段４３０は、視点１４０から三次元モデル画像が有する映り込んだ対象物の任意の画素３０１を通る視線１５０を設定する（図１３（１））。
光源設定手段４３０は、視線１５０と三次元物体との交点１２１（＝反射点）に対して、視線１５０に対して正入射する入射光１５５を設定する（同（２））。ここで、正入射とは、交点の法線と視線１５０のなす角度θと、法線と入射光のなす角度θ’が等しい関係である。
光源設定手段４３０は、入射光１５５が最初に交差する映り込み対象物１１０との交点を、「映り込み点」として設定する（同（３））。
光源設定手段４３０は、「映り込み点」を照明する光源１３０を、「映り込み点」の法線方向に適当な距離だけ離れた位置に配置する（同（４））。
このとき、映り込み対象物１１０の表面は拡散反射として、映り込み対象の広い範囲を明るくする。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
現実の大規模な撮影現場において、大掛かりな照明装置を設置調整する前のシミュレーション用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 三次元空間
１１０ 三次元物体に映り込ませる対象
１２０ 三次元モデル、三次元物体
１３０ 光源
１４０ 視点
１５０ 視線
１５５ 入射光
１６０ 画像平面
３００ 三次元ＣＧ画像
３０１ 画素
３１０ 「映り込んだ光」を表示したい領域、映り込み領域
３２０ 映り込んだ光
３３０ レンダリング処理したＣＧ画像
４００ 本発明の実施の形態による三次元ＣＧ編集装置
４０３ 表示部
４１０ 三次元ＣＧ画像作成手段
４２０ 映り込み領域設定手段
４３０ 光源設定手段
４４０ レンダリング手段
４９１ 法線データ
４９２ 既存のＣＧ編集プログラム
４９３ 設定データ
４９４ 三次元ＣＧ画像データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを用いる三次元ＣＧ画像を編集する方法において、
前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルデータを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成段階と、
映り込み領域の指示を入力する映り込み領域指示段階と、
映り込み領域指示の入力を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
三次元ＣＧ画像に描画された映り込み領域を構成する全ての画素に対して、視点からそれぞれの画素を通過する視線直線を引いて、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定段階と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元ＣＧ画像作成段階は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成する法線作成ステップ、
を含んで、
前記光源設定段階は、さらに、
読み取った映り込み領域の画素の画像平面座標系座標データを視点座標系に射影変換する射影変換ステップと、
映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換ステップと、
視点の座標データと、透視変換された映り込み領域の画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出ステップと、
視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る三次元モデル法線特定ステップと、
視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定ステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記光源設定段階は、さらに、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定ステップと、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成ステップと、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込みステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項４】
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データと、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データと、を用いる三次元ＣＧ画像編集方法であって、
前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する三次元ＣＧ画像作成段階と、
反射光領域の指示を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定する入射光設定段階と、
入射光直線が映り込み対象物と交差する点を、映り込み点として設定する映り込み点設定段階と、
映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定段階と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項５】
請求項１から４までに記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元ＣＧ画像は、
前記三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項６】
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルとの交差する交点に対して、正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定手段と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項７】
請求項６に記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、前記記憶部は、さらに、
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域、
を備えて、
前記ＣＧ画像作成手段は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成して、法線格納領域に格納する表面法線算出機能、
を備えて、
前記光源設定手段は、さらに、
読み取った映り込み領域の座標データを視点座標系に射影変換する射影変換機能と、
映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換機能と、視点の座標データと、透視変換された反射光像画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出機能と、
視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線格納領域の法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る法線特定機能と、
視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定機能と、
を含んで備える、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の三次元ＣＧ編集装置において、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定機能と、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成機能と、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込み機能と、
を含んで備えることを特徴とする三次元ＣＧ編集装置。
【請求項９】
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された反射光像の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点の於いて、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定して、入射光直線が映り込み対象物と交差する映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項１０】
請求項６から９までに記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記三次元ＣＧ画像は、
三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項１１】
コンピューターに組込むことによって、コンピューターを請求項６から１０のいずれか１項に記載の三次元ＣＧ画像装置として動作させるコンピュータープログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータープログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを用いる三次元ＣＧ画像を編集する方法において、
前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルデータを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成段階と、
映り込み領域の指示を入力する映り込み領域指示段階と、
映り込み領域指示の入力を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
三次元ＣＧ画像に描画された映り込み領域を構成する全ての画素に対して、視点からそれぞれの画素を通過する視線直線を引いて、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定段階と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元ＣＧ画像作成段階は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成する法線作成ステップ、
を含んで、
前記光源設定段階は、さらに、
読み取った映り込み領域の画素の画像平面座標系座標データを視点座標系に射影変換する射影変換ステップと、
映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換ステップと、
視点の座標データと、透視変換された映り込み領域の画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出ステップと、
視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る三次元モデル法線特定ステップと、
視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定ステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記光源設定段階は、さらに、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定ステップと、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成ステップと、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込みステップと、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項４】
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データと、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データと、を用いる三次元ＣＧ画像編集方法であって、
前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する三次元ＣＧ画像作成段階と、
反射光領域の指示を受け付けて、三次元ＣＧ画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定段階と、
視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点において、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定する入射光設定段階と、
入射光直線が映り込み対象物と交差する点を、映り込み点として設定する映り込み点設定段階と、
映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定段階と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング段階と、
を含んだ手順でなされることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項５】
請求項１から４までに記載の三次元ＣＧ画像編集方法において、
前記三次元ＣＧ画像は、
前記三次元モデル画像は、三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集方法。
【請求項６】
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと視点データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元空間に設定した視点から見た三次元モデルを、画像平面上に三次元ＣＧ画像として作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された映り込み領域の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルとの交差する交点に対して、正入射する入射光直線を算出して、入射光直線上に光源を設定する光源設定手段と、
設定した光源を用いて、三次元空間に設定された三次元モデルに光が映り込んだ三次元ＣＧ画像をレンダリングするレンダリング手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項７】
請求項６に記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、前記記憶部は、さらに、
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域、
を備えて、
前記ＣＧ画像作成手段は、さらに、
三次元ＣＧ画像の画素として画像平面に透視投影される三次元モデルの表面点のおける表面法線データを算出して、この表面法線データを当該表面点の表面座標データと対応付けた法線データを作成して、法線格納領域に格納する表面法線算出機能、
を備えて、
前記光源設定手段は、さらに、
読み取った映り込み領域の座標データを視点座標系に射影変換する射影変換機能と、
映り込み領域の画素の視点座標系座標データを三次元空間座標系に透視変換する透視変換機能と、視点の座標データと、透視変換された反射光像画素の三次元空間系座標データを用いて、視点と読み取った画素とを通る視線直線を算出する視線算出機能と、
視線直線と三次元モデルとの交点の座標データを求めて、法線格納領域の法線データを参照して、交点の座標データと一致する表面座標データに対応付けられた表面法線データを読み取る法線特定機能と、
視線直線と読み取った表面法線データのなす角度と、入射光直線と読み取った表面法線データのなす角度が等しくなるように、入射光直線を設定する入射光設定機能と、
を含んで備える、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の三次元ＣＧ編集装置において、
算出した入射光直線上に、映り込み像候補点を設定する候補点設定機能と、
１つの映り込み像候補点に隣接する映り込み像候補点を読み出して、多角形を作成する多角形作成機能と、
多角形の面積を算出して、所定の値より小さければ、この多角形を構成する候補点を削除する候補点絞込み機能と、
を含んで備えることを特徴とする三次元ＣＧ編集装置。
【請求項９】
三次元空間に設定された三次元モデルの表面座標データと表面法線データを対応付けた法線データを格納する法線格納領域と、
二次元配列した画素から構成される三次元ＣＧ画像データを格納する三次元ＣＧ画像格納領域と、
三次元空間に設定された、三次元モデルデータと映り込み対象物データと視点の座標データと画像平面データとから構成される設定データを格納する設定格納領域と、
を備える記憶部と、
前記設定データを用いて、三次元モデルを視点から見た三次元ＣＧ画像を、画像平面上に作成する三次元ＣＧ画像作成手段と、
映り込み領域の指示を受け付けて、三次元モデル画像に映り込み領域を描画する映り込み領域設定手段と、
視点と、前記描画された反射光像の１つの画素とを通過する視線直線が、前記三次元モデルと交差する交点の於いて、視線直線に対して正入射する入射光直線を設定して、入射光直線が映り込み対象物と交差する映り込み点の法線方向に光源を設定する光源設定手段と、
を備えることを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項１０】
請求項６から９までに記載の三次元ＣＧ画像編集装置において、
前記三次元ＣＧ画像は、
三次元モデルデータで表現した立体形状を、視点から見た画像である、
ことを特徴とする三次元ＣＧ画像編集装置。
【請求項１１】
コンピューターに組込むことによって、コンピューターを請求項６から１０のいずれか１項に記載の三次元ＣＧ画像装置として動作させるコンピュータープログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータープログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２３１６２０（Ｐ２０１０−２３１６２０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８００３４（Ｐ２００９−８００３４）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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