画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体
【課題】視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとの関係に応じて、描画ピクセルの色を調整することができるようにした画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体を提供すること。
【解決手段】オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するための画像生成システムである。この画像生成システムは、オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部１１０と、視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部１２２とを含み、色調整部１２２が、視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色を調整する。
【解決手段】オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するための画像生成システムである。この画像生成システムは、オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部１１０と、視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部１２２とを含み、色調整部１２２が、視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、仮想的な３次元空間であるオブジェクト空間において仮想カメラ（所与の視点）から見える画像を生成する画像生成システム（ゲームシステム）が知られており、いわゆる仮想現実を体験できるものとして人気が高い。格闘ゲームを楽しむことができる画像生成システムを例に取れば、プレーヤは、操作部（ゲームコントローラ等）を用いて移動体（キャラクタ等）に関する操作（攻撃操作、防御操作、移動操作等）を行い、他のプレーヤ（コンピュータプレーヤも含まれる）の移動体と格闘するゲームを楽しむ。
【０００３】
ところで、上述した画像生成システムに関して、オブジェクト空間に光源を設定し、光源からの光をオブジェクトの表面において反射させることにより、オブジェクトの表面の質感を表現するライティング手法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−６６０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から提案されているライティング手法では、オブジェクトの表面における光を反射する領域の描画ピクセルの色が、光源とオブジェクトとの位置関係に応じて規定されていた。
【０００５】
本出願は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとの関係に応じて、描画ピクセルの色を調整することができるようにした画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、
オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するための画像生成システムであって、
前記オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部と、
前記視点の向きと、前記オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部とを含み、
前記色調整部が、
前記視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて前記プリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とする画像生成システムに関するものである。また本発明は、上記各部としてコンピュータを機能させるプログラム及びそのようなプログラムを記憶するコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体に関するものである。
【０００７】
本発明では、プリミティブの向きが視点から見て側面となる向きに近づくにつれ、そのプリミティブの描画ピクセルの色を明るくし、プリミティブの向きが視点から見て正面となる向きに近づくにつれ、そのプリミティブの描画ピクセルの色を暗くする。これにより本発明では、横方向から見ると相対的に明るい色に見え、正面方向から見ると相対的に暗い色に見えるベルベット織物などの、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出している布がオブジェクトの表面を覆っている状態を表現することができる。
【０００８】
（２）また本発明の画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体では、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された属性情報を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整するようにしてもよい。
【０００９】
このようにすれば、オブジェクトの表面のうち、視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて色が明るくなりやすい領域と明るくなりにくい領域とを設定することができるので、布の表面から突出している切毛の向きや長さにばらつきがあることや、布の表面に立体的な模様が施されていることを表現することができる。
【００１０】
（３）また本発明の画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体では、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された法線を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整するようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、オブジェクトの表面において、布の表面から突出している切毛の向きや長さにばらつきがあることや、布の表面に立体的な模様が施されていることを、陰影をつけることにより表現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１３】
１．構成
図１に本実施形態の画像生成システム（ゲームシステム）の機能ブロック図の例を示す。なお本実施形態の画像生成システムは図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。
【００１４】
操作部１６０は、プレーヤがプレーヤオブジェクト（移動体オブジェクトの一例、プレーヤが操作するプレーヤキャラクタなど）の操作データを入力するためのものであり、その機能は、レバー、ボタン、ステアリング、マイク、タッチパネル型ディスプレイ、或いは筺体などにより実現できる。記憶部１７０は、処理部１００や通信部１９６などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ（メインメモリ１７２）、ＶＲＡＭ（ビデオメモリ１７４）などにより実現できる。
【００１５】
情報記憶媒体１８０（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部１００は、情報記憶媒体１８０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち情報記憶媒体１８０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶される。
【００１６】
表示部１９０は、本実施形態により生成された画像を出力するものであり、その機能は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、或いはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などにより実現できる。音出力部１９２は、本実施形態により生成された音を出力するものであり、その機能は、スピーカ、或いはヘッドフォンなどにより実現できる。
【００１７】
携帯型情報記憶装置１９４は、プレーヤの個人データやゲームのセーブデータなどが記憶されるものであり、この携帯型情報記憶装置１９４としては、メモリカードや携帯型ゲーム装置などがある。通信部１９６は外部（例えばホスト装置や他の画像生成システム）との間で通信を行うための各種制御を行うものであり、その機能は、各種プロセッサ又は通信用ＡＳＩＣなどのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。
【００１８】
なお本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（データ）は、ホスト装置（サーバー）が有する情報記憶媒体からネットワーク及び通信部１９６を介して情報記憶媒体１８０（あるいは記憶部１７０のメインメモリ１７２）に配信してもよい。このようなホスト装置（サーバー）の情報記憶媒体の使用も本発明の範囲内に含めることができる。
【００１９】
処理部１００（プロセッサ）は、操作部１６０からの操作データやプログラムなどに基づいて、ゲーム処理、画像生成処理、或いは音生成処理などの処理を行う。ここでゲーム処理としては、ゲーム開始条件が満たされた場合にゲームを開始する処理、ゲームを進行させる処理、キャラクタやマップなどのオブジェクトを配置する処理、オブジェクトを表示する処理、ゲーム結果を演算する処理、或いはゲーム終了条件が満たされた場合にゲームを終了する処理などがある。この処理部１００は記憶部１７０内のメインメモリ１７２をワーク領域として各種処理を行う。処理部１００の機能は各種プロセッサ（ＣＰＵ（メインプロセッサ）、ＧＰＵ（描画プロセッサ）、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。
【００２０】
処理部１００は、オブジェクト空間設定部１１０、移動・動作処理部１１２、仮想カメラ制御部１１４、描画部１２０、音生成部１３０を含む。なおこれらの一部を省略する構成としてもよい。
【００２１】
オブジェクト空間設定部１１０は、オブジェクトデータ記憶部１７２に記憶されているオブジェクトデータに基づいて、キャラクタ、車、建物、樹木、柱、壁、コース（道路）、マップ（地形）などの表示物を表す各種オブジェクト（ポリゴン、自由曲面又はサブディビジョンサーフェスなどのプリミティブで構成されるオブジェクト）や、光が進行する方向や強さや色を示す光源をオブジェクト空間に配置設定する処理を行う。即ちワールド座標系でのオブジェクトの位置や回転角度（向き、方向と同義）を決定し、決定された位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に決定された回転角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りでの回転角度）でオブジェクトや光源を配置する。
【００２２】
移動・動作処理部１１２は、オブジェクト（キャラクタ、車、又は飛行機等）の移動・動作演算（移動・動作シミュレーション）を行う。すなわち操作部１６０によりプレーヤが入力した操作データや、プログラム（移動・動作アルゴリズム）や、各種データ（モーションデータ）などに基づいて、オブジェクトをオブジェクト空間内で移動させたり、オブジェクトを動作（モーション、アニメーション）させる処理を行う。具体的には、オブジェクトの移動情報（位置、回転角度、速度、或いは加速度）や動作情報（オブジェクトを構成する各パーツの位置、或いは回転角度）を、１フレーム（１／６０秒）毎に順次求めるシミュレーション処理を行う。なおフレームは、オブジェクトの移動・動作処理（シミュレーション処理）や画像生成処理を行う時間の単位である。
【００２３】
仮想カメラ制御部１１４は、オブジェクト空間内の所与（任意）の視点から見える画像を生成するための仮想カメラ（視点）の制御処理を行う。具体的には、仮想カメラの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は回転角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りでの回転角度）を制御する処理（視点位置、視線方向あるいは画角を制御する処理）を行う。
【００２４】
例えば仮想カメラによりオブジェクト（例えばキャラクタ、車）を後方から撮影する場合には、オブジェクトの位置又は回転の変化に仮想カメラが追従するように、仮想カメラの位置又は回転角度（仮想カメラの向き）を制御する。この場合には、移動・動作処理部１１２で得られたオブジェクトの位置、回転角度又は速度などの情報（所定の制御情報の一例）に基づいて、仮想カメラを制御できる。或いは、仮想カメラを、予め決められた回転角度で回転させたり、予め決められた移動経路で移動させたりする制御を行ってもよい。この場合には、仮想カメラの位置（移動経路）又は回転角度を特定するための仮想カメラデータ（所定の制御情報の一例）に基づいて仮想カメラを制御する。なお、仮想カメラ（視点）が複数存在する場合には、それぞれの仮想カメラについて上記の制御処理が行われる。
【００２５】
描画部１２０は、処理部１００で行われる種々の処理（ゲーム処理）の結果に基づいて描画処理を行い、これにより画像を生成し、表示部１９０に出力する。いわゆる３次元ゲーム画像を生成する場合には、まずオブジェクト（モデル）の各頂点の頂点データ（頂点の位置座標、テクスチャ座標、色データ、法線ベクトル或いはα値等）を含むオブジェクトデータ（モデルデータ）がオブジェクトデータ記憶部１７２Ｂから入力され、入力されたオブジェクトデータに含まれる頂点データに基づいて、頂点処理（頂点シェーダによるシェーディング）が行われる。なお頂点処理を行うに際して、必要に応じてポリゴンを再分割するための頂点生成処理（テッセレーション、曲面分割、ポリゴン分割）を行うようにしてもよい。頂点処理では、頂点処理プログラム（頂点シェーダプログラム、第１のシェーダプログラム）に従って、頂点の移動処理や、座標変換（ワールド座標変換、カメラ座標変換）、クリッピング処理、あるいは透視変換等のジオメトリ処理が行われ、その処理結果に基づいて、オブジェクトを構成する頂点群について与えられた頂点データを変更（更新、調整）する。そして、頂点処理後の頂点データに基づいてラスタライズ（走査変換）が行われ、ポリゴン（プリミティブ）の面とピクセル（画素）とが対応づけられる。そしてラスタライズに続いて、画像を構成するピクセル（表示画面を構成するフラグメント）を描画するピクセル処理（ピクセルシェーダによるシェーディング、フラグメント処理）が行われる。ピクセル処理では、ピクセル処理プログラム（ピクセルシェーダプログラム、第２のシェーダプログラム）に従って、テクスチャの読出し（テクスチャマッピング）、色データの設定／変更、半透明合成、アンチエイリアス等の各種処理を行って、画像を構成するピクセルの最終的な描画色を決定し、透視変換されたオブジェクトの描画色をレンダリングターゲット（ピクセル単位で画像情報を記憶できるバッファ。メインメモリ１７２のフレームバッファ１７２Ｂ、ビデオメモリ１７４のワークバッファ１７４Ｃやフレームバッファ１７４Ｄ）に出力（描画）する。すなわち、ピクセル処理では、画像情報（色（色値、輝度値）、法線、α値等）をピクセル単位で設定あるいは変更するパーピクセル処理を行う。これにより、オブジェクト空間内において仮想カメラ（所与の視点）から見える画像が生成される。なお、仮想カメラ（視点）が複数存在する場合には、それぞれの仮想カメラから見える画像を分割画像として１画面に表示できるように画像を生成することができる。
【００２６】
なお頂点処理やピクセル処理は、シェーディング言語によって記述されたシェーダプログラムによって、ポリゴン（プリミティブ）の描画処理をプログラム可能にするハードウェア、いわゆるプログラマブルシェーダ（頂点シェーダやピクセルシェーダ）により実現される。プログラマブルシェーダでは、頂点単位の処理やピクセル単位の処理がプログラム可能になることで描画処理内容の自由度が高く、従来のハードウェアによる固定的な描画処理に比べて表現力を大幅に向上させることができる。
【００２７】
そして描画部１２０は、オブジェクトを描画する際に、ジオメトリ処理、テクスチャマッピング、隠面消去処理、αブレンディング等を行う。
【００２８】
ジオメトリ処理では、オブジェクトに対して、座標変換、クリッピング処理、透視投影変換、或いは光源計算等の処理が行われる。光源計算（第１の光源計算）では、光源に設定される各種パラメータ（光源の強さ、色、位置、光源ベクトルなど）、オブジェクト（プリミティブ）や頂点に設定される各種パラメータ（反射属性、法線（第１の法線）などのベクトルなど）、仮想カメラに設定される各種パラメータ（視線ベクトル、視点の位置など）に基づいて光の反射をシミュレートし、頂点毎に基本色（ディフューズ）と鏡面反射成分（スペキュラ）とを求める。そして、ジオメトリ処理後（透視投影変換後）のオブジェクトデータ（オブジェクトの頂点の位置座標、テクスチャ座標、色データ（輝度データ）、法線ベクトル、或いはα値等）は、メインメモリ１７２のオブジェクトデータ記憶部１７２Ａに保存される。
【００２９】
テクスチャマッピングは、ビデオメモリ１７４のデカールテクスチャ記憶部１７４Ａに記憶されるデカールテクスチャなどのテクスチャ（テクセル値、ＵＶ座標値）をオブジェクトにマッピングするための処理である。具体的には、オブジェクトの頂点に設定（付与）されるテクスチャ座標等を用いてビデオメモリ１７４のデカールテクスチャ記憶部１７４Ａからテクスチャ（色（ＲＧＢ）、α値などの表面プロパティ）を読み出す。そして、２次元の画像であるテクスチャをオブジェクトにマッピングする。この場合に、ピクセルとテクセルとを対応づける処理や、テクセルの補間としてバイリニア補間、トライリニア補間などを行う。
【００３０】
特に本実施形態では、各テクセルについてＲＧＢ成分の輝度値の代わりにモデル座標系における座標値が設定されることにより、テクセル毎に法線（単位ベクトル、第２の法線）が格納されたノーマルマップが用意されており、このノーマルマップをオブジェクトにマッピングすることにより、オブジェクトの描画ピクセルに法線（第２の法線）を設定することができる。そして、描画ピクセル毎に設定された法線と、光源に設定される各種パラメータ（光源の強さ、色、位置、光源ベクトルなど）、仮想カメラに設定される各種パラメータ（視線ベクトル、視点の位置など）に基づいて光の反射をシミュレートする光源計算（第２の光源計算）を行い、描画ピクセルの色を調整する。これにより、平面を構成するオブジェクトの表面に対しても描画ピクセルの法線に応じた凹凸（陰影）が施される。すなわち本実施形態では、オブジェクト（プリミティブ）や頂点に設定される法線（第１の法線）と、ノーマルマップにより設定される描画ピクセルの法線（第２の法線）と、光源ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、光の反射をシミュレートする光源計算が行われる。
【００３１】
隠面消去処理としては、描画ピクセルのＺ値（奥行き情報）が格納されるＺバッファ１７４Ｂ（奥行きバッファ）を用いたＺバッファ法（奥行き比較法、Ｚテスト）による隠面消去処理を行うことができる。すなわちオブジェクトのプリミティブに対応する描画ピクセルを描画する際に、Ｚバッファ１７４Ｂに格納されるＺ値を参照する。そして参照されたＺバッファのＺ値と、プリミティブの描画ピクセルでのＺ値とを比較し、描画ピクセルでのＺ値が、仮想カメラから見て手前側となるＺ値（例えば小さなＺ値）である場合には、その描画ピクセルの描画処理を行うとともにＺバッファ１７４ＢのＺ値を新たなＺ値に更新する。
【００３２】
αブレンディングとしては、α値（Ａ値）に基づく半透明合成処理（通常αブレンディング、加算αブレンディング又は減算αブレンディング等）を行う。例えば通常αブレンディングの場合には下式（１）〜（３）の処理を行う。
【００３３】
ＲＱ＝（１−α）×Ｒ１＋α×Ｒ２ （１）
ＧＱ＝（１−α）×Ｇ１＋α×Ｇ２ （２）
ＢＱ＝（１−α）×Ｂ１＋α×Ｂ２ （３）
また、加算αブレンディングの場合には下式（４）〜（６）の処理を行う。なお単純加算の場合はα＝１として下式（４）〜（６）の処理を行う。
【００３４】
ＲＱ＝Ｒ１＋α×Ｒ２ （４）
ＧＱ＝Ｇ１＋α×Ｇ２ （５）
ＢＱ＝Ｂ１＋α×Ｂ２ （６）
また、減算αブレンディングの場合には下式（７）〜（９）の処理を行う。なお単純減算の場合はα＝１として下式（７）〜（９）の処理を行う。
【００３５】
ＲＱ＝Ｒ１−α×Ｒ２ （７）
ＧＱ＝Ｇ１−α×Ｇ２ （８）
ＢＱ＝Ｂ１−α×Ｂ２ （９）
ここで、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、フレームバッファ１７２Ｂあるいはフレームバッファ１７４Ｄに既に描画されている画像（原画像）のＲＧＢ成分であり、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、フレームバッファ１７２Ｂあるいはフレームバッファ１７４Ｄに描画すべき画像のＲＧＢ成分である。また、ＲＱ、ＧＱ、ＢＱは、αブレンディングにより得られる画像のＲＧＢ成分である。なお、α値は、各ピクセル（テクセル、ドット）に関連づけて記憶できる情報であり、例えば色情報以外のプラスアルファの情報である。α値は、マスク情報、半透明度（透明度、不透明度と等価）、バンプ情報などとして使用できる。
【００３６】
そして本実施形態では描画部１２０は、色調整部１２２を更に含む。色調整部１２２は、視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する。詳細には色調整部１２２は、視点の向きを示す視線ベクトルとプリミティブの向きに応じた法線ベクトルとの内積に基づき、視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色を調整する。
【００３７】
更に本実施形態では色調整部１２２は、オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された属性情報を参照してプリミティブの描画ピクセルの色を調整する画像領域を設定する。また色調整部１２２は、オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された法線を参照してプリミティブの描画ピクセルの色を調整する画像領域を設定する。
【００３８】
音生成部１３０は、処理部１００で行われる種々の処理の結果に基づいて音処理を行い、ＢＧＭ、効果音、又は音声などのゲーム音を生成し、音出力部１９２に出力する。
【００３９】
なお、本実施形態の画像生成システムは、１人のプレーヤのみがプレイできるシングルプレーヤモード専用のシステムにしてもよいし、複数のプレーヤがプレイできるマルチプレーヤモードも備えるシステムにしてもよい。また複数のプレーヤがプレイする場合に、これらの複数のプレーヤに提供するゲーム画像やゲーム音を、１つの端末を用いて生成してもよいし、ネットワーク（伝送ライン、通信回線）などで接続された複数の端末（ゲーム機、携帯電話）を用いて分散処理により生成してもよい。
【００４０】
２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。本実施形態では、仮想カメラ（視点）の向きを示す視線ベクトルとプリミティブの向きに応じた法線ベクトルとの内積に基づき、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色を調整する手法を採用する。これにより本実施形態では、側面から見ると相対的に明るい色に見え、正面から見ると相対的に暗い色に見えるベルベット織物などの、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出している布がオブジェクトの表面を覆っている状態が表現されるようにしている。
【００４１】
図２は、本実施形態の画像生成システムにより生成される画像の一例を示す図である。図２では、オブジェクト空間に配置されたキャラクタを見た画像のうち、キャラクタの肩部分周辺を拡大した画像が示されている。図２の例では、キャラクタが着ている服は、キャラクタの肩部分において、肩部分の形状に沿って丸みを帯びた曲面を構成している。そしてキャラクタが着ている服は、暗いオレンジ色のベルベット織物を素材としたものとされており、図２に示すように服の表面には唐草模様が施されている。特に図２の例では、ベルベット織物の表面から突出している切毛が長くなっている領域が唐草模様部分を構成し、切毛が短くなっている領域が下地部分を構成しているような表面特性が表現されている。
【００４２】
図３（Ａ）は、このような表面特性を表現するために用いられるデカールテクスチャの一部を示す図である。図３（Ａ）の例のデカールテクスチャでは、ベルベット織物の表面を表現するために、暗いオレンジ色と明るいオレンジ色とが混在するが全体として暗いオレンジ色に見えるように、かつ、唐草模様部分と下地部分とが区別されるように、各テクセルの色が指定されている。
【００４３】
更に本実施形態では、ベルベット織物の表面の唐草模様が立体的に施されていることを表現するために、ノーマルマップ（法線ＵＶ情報、テクスチャの一例）が用いられている。このノーマルマップでは、各テクセルについてＲＧＢ成分の輝度値の代わりにモデル座標系における座標値が設定されることにより、テクセル毎に法線（単位ベクトル）が格納されている。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）のデカールテクスチャに合わせて作成されたノーマルマップが用いられる。
【００４４】
図３（Ｂ）の例のノーマルマップでは、図３（Ａ）に示すデカールテクスチャが図３（Ｃ）に示すような断面形状を有しているかのように、光源計算により描画ピクセルの色が調整されるように、図３（Ｄ）に示すように法線が各テクセルに設定されている。従って、基準面に対して垂直な単位ベクトル（０，０，１）が設定されたテクセルが描画ピクセルについて参照されると、基準面に対して平行な面であるように光源計算により描画ピクセルの色が調整された色が求められる。また、基準面に対して垂直でない単位ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）が設定されたテクセルが描画ピクセルについて参照されると、基準面に対して平行でない面であるように（単位ベクトルが法線となるように）光源計算により描画ピクセルの色が調整された色が求められる。こうして図２の例に示すように、唐草模様部分が下地部分よりも盛り上がっているように凹凸（陰影）が表現された画像が生成される。
【００４５】
また、図２の例では、キャラクタの肩部分の形状に沿って丸みを帯びた曲面を構成している服の表面の向きが、仮想カメラから見て側面の向きとなるにつれ表面の色が明るくなっており、仮想カメラから見て正面の向きとなるにつれ表面の色が暗くなっている。すなわちベルベット織物とは、横方向から見ると切毛を横方向から見ることになるため、反射される光が多くなり相対的に明るい色に見え、正面方向から見ると切毛を先端方向から見ることになるため、反射される光が少なくなり相対的に暗い色に見えるが、本実施形態ではこのような現象が再現されることにより、キャラクタの肩部分を覆う服の素材がベルベット織物であることが表現されている。
【００４６】
図４は、このような表現を実現するためのアルゴリズムを説明するための図である。本実施形態では、図４に示すように、仮想カメラＶＣの視線ベクトルＶＶ（視点の向き、視線方向を示す単位ベクトル）と、オブジェクトＯＢを構成するプリミティブの向きに応じた法線ベクトルＮＶ（プリミティブの向きに応じた向きを示す単位ベクトル、プリミティブの頂点の法線ベクトルが補間された補間後の法線ベクトル）との内積（ＶＶ・ＮＶ）に基づきｃｏｓθ１（θ１は、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶのなす角度）を求める。そして、求めたｃｏｓθ１に基づき輝度増加パラメータＩＰを求めて、求めた輝度増加パラメータＩＰに基づきプリミティブの描画ピクセルの輝度を高める。
【００４７】
ここで輝度増加パラメータＩＰは、次式により求めることができる。
【００４８】
ＩＰ＝１−｜ｃｏｓθ１｜ （１０）
従って、仮想カメラから見てオブジェクトＯＢの側面となる領域での描画ピクセルについて輝度増加パラメータＩＰを求めると、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶのなす角度θ１が９０度になるため、ｃｏｓθ１＝０となり、ＩＰ＝１（最大値）となる。一方仮想カメラから見てオブジェクトＯＢの正面となる領域での描画ピクセルについて輝度増加パラメータＩＰを求めると、θ１が１８０度になるため、ｃｏｓθ１＝−１となり、ＩＰ＝０（最小値）となる。
【００４９】
そして、輝度増加パラメータＩＰに基づきエフェクト色ＥＣを求める。ここでエフェクト色ＥＣは、エフェクト色の基準色をＳＣとすると、次式により求めることができる。
【００５０】
ＥＣ＝ＩＰ×ＳＣ （１１）
すなわち、（１１）式によれば、輝度増加パラメータＩＰの値が大きくなるにつれエフェクト色ＥＣの輝度が高くなり、輝度増加パラメータＩＰの値が小さくなるにつれエフェクト色ＥＣの輝度が低くなる。
【００５１】
図５は、上述のようにして描画ピクセルのエフェクト色ＥＣを求めたオブジェクトＯＢを仮想カメラから見た場合における、エフェクト色ＥＣの分布を示す図である。図５に示すように、オブジェクトＯＢのエフェクト色ＥＣは、オブジェクトＯＢの輪郭に近いほど輝度が高くなり、オブジェクトＯＢの輪郭から遠いほど輝度が低くなっている。すなわち、オブジェクトＯＢの表面の向きが仮想カメラから見て側面の向きとなるにつれ、輝度増加パラメータＩＰの値が大きくなるためエフェクト色ＥＣの輝度値が高くなり、仮想カメラから見て正面の向きとなるにつれ、輝度増加パラメータＩＰの値が小さくなるためエフェクト色ＥＣの輝度値が低くなる。
【００５２】
そして本実施形態では、このようにして求められたエフェクト色ＥＣと、図３のようにして求められたオブジェクトＯＢの色とが合成されることによって描画ピクセルの色が求められる。これにより本実施形態では、図２に示したように、キャラクタの肩部分の形状に沿って丸みを帯びた曲面を構成している服の表面の向きが、仮想カメラから見て側面となる向きに近づくにつれ表面の色が明るくなり、仮想カメラから見て正面となる向きに近づくにつれ表面の色が暗くるように、描画ピクセルの色が調整される。すなわち本実施形態では、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じてオブジェクトＯＢ（プリミティブ）の描画ピクセルの色が明るくなるように、描画ピクセルの色が調整される。
【００５３】
ここで図２の例では、キャラクタの服の表面のうち、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じて色がより明るくなっている領域と、色があまり明るくなっていない領域とが存在している。図２の例では、仮想カメラから見て側面に近い領域において、唐草模様部分の領域の色はより明るくなっており、下地部分の領域の色はあまり明るくなっていない。これにより図２の例では、ベルベット織物の表面から突出している切毛が長くなっている唐草模様部分では、相対的に多くの光が反射され、切毛が短くなっている下地部分では、相対的に少ない光が反射されるというベルベット織物の表面特性が表現されている。
【００５４】
図６は、このような表現を実現するために用いられるスペキュラマップ（反射属性ＵＶ情報、テクスチャの一例）の一部を示す図である。このスペキュラマップでは、各テクセルについてオブジェクトの表面の反射属性を示す反射属性値Ａ（属性情報の一例）が格納されている。本実施形態では、図３（Ａ）のデカールテクスチャのαプレーンに、この反射属性値Ａが設定されている。そして図６の例のスペキュラマップでは、唐草模様部分に対応するテクセル値にエフェクト色ＥＣをより明るくする反射属性値Ａが設定されており、下地部分に対応するテクセル値にエフェクト色ＥＣをあまり明るくしない反射属性値Ａが設定されている。これにより、ノーマルマップによる凹凸の表現に加えて、更にスペキュラマップによる反射属性の表現が行われることにより、ベルベット織物に特有の表面特性を表現することができる。
【００５５】
ここで図６の例のスペキュラマップでは、唐草模様部分における反射属性値Ａが、そして下地部分における反射属性値Ａが、それぞれの部分において一様に設定されているのではなく、唐草模様部分および下地部分のそれぞれにおいて反射属性値Ａがむらとなるように設定されている。これにより図６の例のスペキュラマップでは、唐草模様部分の方が下地模様部分よりも切毛の長さが全体的に長くなっているとともに、唐草模様部分および下地部分のそれぞれにおいて切毛の向きや長さにばらつきがあることを表現することができる。
【００５６】
そして本実施形態では、図３で示したようにノーマルマップが参照される際にこのスペキュラマップも参照され、その描画ピクセルの反射属性値Ａが設定される。すなわち本実施形態では、描画ピクセルについて設定された法線と反射属性値Ａとに基づいて描画ピクセルの色が調整される。
【００５７】
図７（Ａ）〜（Ｅ）は、図２で示した画像における仮想カメラの位置を、仮想カメラの注視点をキャラクタに設定したまま変化させた場合に生成される一連の画像を示す図である。図７（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、キャラクタが静止した状態で仮想カメラの位置が変化すると、キャラクタの肩部分を構成するプリミティブそれぞれの向きと、仮想カメラの向きとの関係が変化する。すると、各フレームにおいて各描画ピクセルについて上述した処理が行われることにより、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、キャラクタの肩部分を覆う服の表面のうち、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じて色がより明るくなっている領域と、色があまり明るくなっていない領域とが、仮想カメラの位置と向きの変化に応じて変化する。
【００５８】
こうして本実施形態では、各フレームにおいて、仮想カメラの向きを示す視線ベクトルとプリミティブの向きに応じた法線ベクトルとの内積に基づき、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色が調整されることにより、側面から見ると相対的に明るい色に見え、正面から見ると相対的に暗い色に見えるベルベット織物などの、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出している布がオブジェクトの表面を覆っている状態を表現することができる。
【００５９】
３．本実施形態の処理
次に、本実施形態の処理の一例について図８のフローチャートを用いて説明する。図８に示すように、本実施形態では、まず、フレームの更新タイミングが到来すると（ステップＳ１０でＹ）、オブジェクト空間にオブジェクトが配置され（ステップＳ１２）、頂点の法線ベクトルが補間されて補間法線ベクトルが求められる（ステップＳ１４）。すると、視線ベクトルと補間法線との内積に応じたエフェクト色ＥＣが求められる（ステップＳ１６）。
【００６０】
すると、描画ピクセルについてデカールテクスチャのテクセルの色が参照され（ステップＳ２０）、描画ピクセルについてデカールテクスチャのテクセルの反射属性値Ａが参照され（ステップＳ２２）、描画ピクセルについてノーマルマップのテクセルの法線が参照される（ステップＳ２４）。そして、光源ベクトルと視線ベクトルと描画ピクセルの法線と反射属性値Ａとに基づいて描画ピクセルの色が調整され（ステップＳ２６）、エフェクト色ＥＣと描画ピクセルの色とが合成される（ステップＳ２８）。
【００６１】
４．ハードウェア構成例
本実施形態の画像生成システムを実現するハードウェアの構成の一例について図９を用いて説明する。なお図９では、主要な構成のみを図示しており、図９に示されていないハードウェア（メモリコントローラやスピーカなど）を必要に応じて設けることができる。
【００６２】
メインプロセッサ１０は、光ディスク７２（ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の情報記憶媒体）に格納されたプログラム、通信インターフェース８０を介して転送されたプログラム、或いはハードディスク６０に格納されたプログラムなどに基づき動作し、内部バスｂ４を介してアクセス可能なメインメモリ４０を作業領域（ワーク領域）としてゲーム処理、画像処理、音処理などの種々の処理を実行する。
【００６３】
メインプロセッサ１０は、１基のプロセッサ１２と複数のベクトルプロセッサ１４で構成される。プロセッサ１２は、ＯＳの実行、ハードウェアリソースの管理、ゲーム処理、ベクトルプロセッサ１４の動作管理などの種々の処理を実行する。またベクトルプロセッサ１４は、ベクトル演算に特化したプロセッサであり、主にジオメトリ処理、画像データや音データのコーデック処理などの処理を実行する。
【００６４】
描画プロセッサ２０は、内部バスｂ１（第１の内部バス）を介してビデオメモリ３０にアクセス可能に形成されている。また描画プロセッサ２０は、描画プロセッサ２０とメインプロセッサ１０を接続する内部バスｂ２（第２の内部バス）と、メインプロセッサ１０内部のバスｂ３と、メインプロセッサ１０とメインメモリ４０を接続する内部バスｂ４を介してメインメモリ４０にアクセス可能に形成されている。すなわち描画プロセッサ２０はビデオメモリ３０と、メインメモリ４０とをレンダリングターゲットとして利用することができる。
【００６５】
描画プロセッサ２０は、座標変換、透視変換、光源計算、曲面生成などのジオメトリ処理を行うものであり、高速並列演算が可能な積和算器や除算器を有し、マトリクス演算（ベクトル演算）を高速に実行する。例えば、座標変換、透視変換、光源計算などの処理を行う場合には、メインプロセッサ１０で動作するプログラムが、その処理を描画プロセッサ２０に指示する。
【００６６】
また描画プロセッサ２０は、ジオメトリ処理後のオブジェクト（ポリゴンや曲面などのプリミティブ面で構成されるオブジェクト）の画像のレンダリング処理を高速に実行するものである。マルチパスレンダリング処理の際には、描画プロセッサ２０は、描画データ（頂点データや他のパラメータ）等に基づいて、Ｚバッファ３４などを利用した陰面消去を行いながら、画像をビデオメモリ３０又はメインメモリ４０の一方のメモリにレンダリングする。そしてビデオメモリ３０又はメインメモリ４０の一方のメモリに記憶された画像に基づき他方のメモリに新たな画像をレンダリングする処理を必要なレンダリングパスの回数だけ行う。描画プロセッサ２０は、上記マルチパスレンダリング処理として、グレアフィルタ処理、モーションブラー処理、被写界深度処理、フォグ処理等のフィルタ処理を行うことができる。
【００６７】
そして、最後のレンダリングパスで画像がビデオメモリ３０に設けられたフレームバッファ３２にレンダリングされると、その画像をディスプレイ５０に出力する。また最後のレンダリングパスで画像がメインメモリ４０にレンダリングされた場合には当該画像をフレームバッファ３２にコピー（書き込み）した上でディスプレイ５０に出力する。
【００６８】
ハードディスク６０にはシステムプログラム、セーブデータ、個人データなどが格納される。
【００６９】
光学ドライブ７０は、プログラム、画像データ、或いは音データなどが格納される光ディスク７２（情報記憶媒体）を駆動し、これらのプログラム、データへのアクセスを可能にする。
【００７０】
通信インターフェース８０は、ネットワークを介して外部との間でデータ転送を行うためのインターフェースである。この場合に、通信インターフェース１７０に接続されるネットワークとしては、通信回線（アナログ電話回線、ＩＳＤＮ）、高速シリアルバスなどを考えることができる。そして、通信回線を利用することでインターネットを介したデータ転送が可能になる。また、高速シリアルバスを利用することで、他の画像生成システムとの間でのデータ転送が可能になる。
【００７１】
上述したように本実施形態の画像生成システム（コンピュータ）は、内部バスｂ１（第１の内部バス）を介してビデオメモリ３０にアクセス可能であるとともに、内部バスｂ２（第２の内部バス）を介してメインメモリ４０にアクセス可能である描画プロセッサ２０を含んで構成されており、描画プロセッサ２０は、光ディスク７２（情報記憶媒体の一例）あるいはハードディスク６０（情報記憶媒体の一例）に格納されているシェーダプログラムに従って種々のシェーダ処理を実行する。
【００７２】
なお、本実施形態の各部（各手段）は、その全てを、ハードウェアのみにより実現してもよいし、情報記憶媒体に格納されるプログラムや通信インターフェースを介して配信されるプログラムのみにより実現してもよい。或いは、ハードウェアとプログラムの両方により実現してもよい。
【００７３】
そして、本実施形態の各部をハードウェアとプログラムの両方により実現する場合には、情報記憶媒体には、ハードウェア（コンピュータ）を本実施形態の各部として機能させるためのプログラムが格納されることになる。より具体的には、上記プログラムが、ハードウェアである各プロセッサ１０、２０等に処理を指示すると共に、必要であればデータを渡す。そして、各プロセッサ１０、２０等は、その指示と渡されたデータとに基づいて、本発明の各部を実現することになる。
【００７４】
なお本発明は、上記実施形態で説明したものに限らず、種々の変形実施が可能である。例えば、明細書又は図面中の記載において広義や同義な用語として引用された用語は、明細書又は図面中の他の記載においても広義や同義な用語に置き換えることができる。またグレアフィルタの手法は、本実施形態で説明したものに限定されず、これらと均等な手法も本発明の範囲に含まれる。
【００７５】
また本発明は種々のゲーム（格闘ゲーム、シューティングゲーム、ロボット対戦ゲーム、スポーツゲーム、競争ゲーム、ロールプレイングゲーム、音楽演奏ゲーム、ダンスゲーム等）に適用できる。また本発明は、業務用ゲームシステム、家庭用ゲームシステム、多数のプレーヤが参加する大型アトラクションシステム、シミュレータ、マルチメディア端末、ゲーム画像を生成するシステムボード、携帯電話等の種々の画像生成システムに適用できる。
【００７６】
また上記実施形態では、キャラクタが着ている服がベルベット織物であることを表現する例を挙げて説明したが、上記手法は、キャラクタが着ている服だけでなく、武器などのアイテムや置物、床、階段などの表面がベルベット織物などであることを表現する際に適用することができる。また、上記実施形態では、ベルベット織物の表面特性を表現する例を挙げて説明したが、本発明は、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出しているものであれば、パイル織物やコーデュロイ織物、毛皮、動物の表皮など、種々の表面特性の表現に適用することができる。
【００７７】
また上記実施形態では、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶとの内積に基づき輝度増加パラメータＩＰを求めて、求めた輝度増加パラメータＩＰに基づきプリミティブの描画ピクセルの輝度を高める例を挙げて説明したが、図１０に示すように、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶとの内積に基づき、テクスチャ座標が指定されることによりエフェクト色ＥＣが設定されるようにしてもよい。すなわち色調整部１２２が、視線ベクトルと法線ベクトルとの内積に対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された色情報を参照してプリミティブの描画ピクセルの色を調整するようにしてもよい。
【００７８】
この場合には図１０に示すように、仮想カメラＶＣの視線ベクトルＶＶ（視点の向き）とオブジェクトＯＢを構成するプリミティブの向きに応じた法線ベクトルＮＶとの内積（ＶＶ・ＮＶ）に基づきｃｏｓθ１（θ１は、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶのなす角度）を求め、求めたｃｏｓθ１に基づき、テクセルにエフェクト色ＥＣが格納されたテクスチャＴＸ（オブジェクトＯＢに対応付けられたテクスチャの一例）のテクスチャ座標を指定する。例えば、ｃｏｓθ１に基づいてテクスチャ座標（１−｜ｃｏｓθ１｜，ｖ）（ｖは０〜１の値）を指定する。
【００７９】
従って、仮想カメラＶＣから見てオブジェクトＯＢの中心部の描画ピクセルについては、θ１が１８０度になるため、ｃｏｓθ１＝−１となり、テクスチャ座標（０，ｖ）が指定される。一方仮想カメラＶＣから見てオブジェクトＯＢの輪郭の描画ピクセルについては、θ１が９０度になるため、ｃｏｓθ１＝０となり、テクスチャ座標（１，ｖ）が指定される。
【００８０】
ここで図１０に示すように、テクスチャＴＸ（カラーマップ）は、ＵＶ座標系のＵ軸方向に沿ってテクセルの色の輝度値が増加する（テクセルの色がグラデーション変化する）パターンを有している。すなわちテクスチャ座標（０，ｖ）のテクセルの色は最も輝度値が低い色（暗い色）となっており、テクスチャ座標（１，ｖ）のテクセルの色は最も輝度値が高い色（明るい色）となっている。
【００８１】
従って、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶとの内積に応じて指定されたテクスチャ座標に基づいて参照されるエフェクト色ＥＣは、オブジェクトＯＢの中心部に近いほど暗い色となりオブジェクトの中心部から遠いほど明るい色となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施形態の画像生成システムの機能ブロック図。
【図２】本実施形態で生成される画像の一例を示す図。
【図３】本実施形態の手法の説明図。
【図４】本実施形態の手法の説明図。
【図５】本実施形態の手法の説明図。
【図６】本実施形態の手法の説明図。
【図７】本実施形態で生成される画像の一例を示す図。
【図８】本実施形態の処理の流れを示すフローチャート。
【図９】本実施形態の画像生成システムのハードウェア構成例。
【図１０】変形実施形態の手法の説明図。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 処理部、１１０ オブジェクト空間設定部、１１２ 移動・動作処理部、
１１４ 仮想カメラ制御部、１２０ 描画部、１２２ 色調整部、
１３０ 音生成部、１６０ 操作部、１７０ 記憶部、１７２ メインメモリ、
１７２Ａ オブジェクトデータ記憶部、１７２Ｂ フレームバッファ、
１７４ ビデオメモリ、１７４Ａ デカールテクスチャ記憶部、１７４Ｂ Ｚバッファ、
１７４Ｃ ワークバッファ、１７４Ｄ フレームバッファ、
１８０ 情報記憶媒体、１９０ 表示部、１９２ 音出力部、
１９４ 携帯型情報記憶装置、１９６ 通信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、仮想的な３次元空間であるオブジェクト空間において仮想カメラ（所与の視点）から見える画像を生成する画像生成システム（ゲームシステム）が知られており、いわゆる仮想現実を体験できるものとして人気が高い。格闘ゲームを楽しむことができる画像生成システムを例に取れば、プレーヤは、操作部（ゲームコントローラ等）を用いて移動体（キャラクタ等）に関する操作（攻撃操作、防御操作、移動操作等）を行い、他のプレーヤ（コンピュータプレーヤも含まれる）の移動体と格闘するゲームを楽しむ。
【０００３】
ところで、上述した画像生成システムに関して、オブジェクト空間に光源を設定し、光源からの光をオブジェクトの表面において反射させることにより、オブジェクトの表面の質感を表現するライティング手法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−６６０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から提案されているライティング手法では、オブジェクトの表面における光を反射する領域の描画ピクセルの色が、光源とオブジェクトとの位置関係に応じて規定されていた。
【０００５】
本出願は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとの関係に応じて、描画ピクセルの色を調整することができるようにした画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、
オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するための画像生成システムであって、
前記オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部と、
前記視点の向きと、前記オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部とを含み、
前記色調整部が、
前記視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて前記プリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とする画像生成システムに関するものである。また本発明は、上記各部としてコンピュータを機能させるプログラム及びそのようなプログラムを記憶するコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体に関するものである。
【０００７】
本発明では、プリミティブの向きが視点から見て側面となる向きに近づくにつれ、そのプリミティブの描画ピクセルの色を明るくし、プリミティブの向きが視点から見て正面となる向きに近づくにつれ、そのプリミティブの描画ピクセルの色を暗くする。これにより本発明では、横方向から見ると相対的に明るい色に見え、正面方向から見ると相対的に暗い色に見えるベルベット織物などの、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出している布がオブジェクトの表面を覆っている状態を表現することができる。
【０００８】
（２）また本発明の画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体では、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された属性情報を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整するようにしてもよい。
【０００９】
このようにすれば、オブジェクトの表面のうち、視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて色が明るくなりやすい領域と明るくなりにくい領域とを設定することができるので、布の表面から突出している切毛の向きや長さにばらつきがあることや、布の表面に立体的な模様が施されていることを表現することができる。
【００１０】
（３）また本発明の画像生成システム、プログラム及び情報記憶媒体では、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された法線を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整するようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、オブジェクトの表面において、布の表面から突出している切毛の向きや長さにばらつきがあることや、布の表面に立体的な模様が施されていることを、陰影をつけることにより表現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１３】
１．構成
図１に本実施形態の画像生成システム（ゲームシステム）の機能ブロック図の例を示す。なお本実施形態の画像生成システムは図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。
【００１４】
操作部１６０は、プレーヤがプレーヤオブジェクト（移動体オブジェクトの一例、プレーヤが操作するプレーヤキャラクタなど）の操作データを入力するためのものであり、その機能は、レバー、ボタン、ステアリング、マイク、タッチパネル型ディスプレイ、或いは筺体などにより実現できる。記憶部１７０は、処理部１００や通信部１９６などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ（メインメモリ１７２）、ＶＲＡＭ（ビデオメモリ１７４）などにより実現できる。
【００１５】
情報記憶媒体１８０（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部１００は、情報記憶媒体１８０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち情報記憶媒体１８０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶される。
【００１６】
表示部１９０は、本実施形態により生成された画像を出力するものであり、その機能は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、或いはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などにより実現できる。音出力部１９２は、本実施形態により生成された音を出力するものであり、その機能は、スピーカ、或いはヘッドフォンなどにより実現できる。
【００１７】
携帯型情報記憶装置１９４は、プレーヤの個人データやゲームのセーブデータなどが記憶されるものであり、この携帯型情報記憶装置１９４としては、メモリカードや携帯型ゲーム装置などがある。通信部１９６は外部（例えばホスト装置や他の画像生成システム）との間で通信を行うための各種制御を行うものであり、その機能は、各種プロセッサ又は通信用ＡＳＩＣなどのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。
【００１８】
なお本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（データ）は、ホスト装置（サーバー）が有する情報記憶媒体からネットワーク及び通信部１９６を介して情報記憶媒体１８０（あるいは記憶部１７０のメインメモリ１７２）に配信してもよい。このようなホスト装置（サーバー）の情報記憶媒体の使用も本発明の範囲内に含めることができる。
【００１９】
処理部１００（プロセッサ）は、操作部１６０からの操作データやプログラムなどに基づいて、ゲーム処理、画像生成処理、或いは音生成処理などの処理を行う。ここでゲーム処理としては、ゲーム開始条件が満たされた場合にゲームを開始する処理、ゲームを進行させる処理、キャラクタやマップなどのオブジェクトを配置する処理、オブジェクトを表示する処理、ゲーム結果を演算する処理、或いはゲーム終了条件が満たされた場合にゲームを終了する処理などがある。この処理部１００は記憶部１７０内のメインメモリ１７２をワーク領域として各種処理を行う。処理部１００の機能は各種プロセッサ（ＣＰＵ（メインプロセッサ）、ＧＰＵ（描画プロセッサ）、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。
【００２０】
処理部１００は、オブジェクト空間設定部１１０、移動・動作処理部１１２、仮想カメラ制御部１１４、描画部１２０、音生成部１３０を含む。なおこれらの一部を省略する構成としてもよい。
【００２１】
オブジェクト空間設定部１１０は、オブジェクトデータ記憶部１７２に記憶されているオブジェクトデータに基づいて、キャラクタ、車、建物、樹木、柱、壁、コース（道路）、マップ（地形）などの表示物を表す各種オブジェクト（ポリゴン、自由曲面又はサブディビジョンサーフェスなどのプリミティブで構成されるオブジェクト）や、光が進行する方向や強さや色を示す光源をオブジェクト空間に配置設定する処理を行う。即ちワールド座標系でのオブジェクトの位置や回転角度（向き、方向と同義）を決定し、決定された位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に決定された回転角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りでの回転角度）でオブジェクトや光源を配置する。
【００２２】
移動・動作処理部１１２は、オブジェクト（キャラクタ、車、又は飛行機等）の移動・動作演算（移動・動作シミュレーション）を行う。すなわち操作部１６０によりプレーヤが入力した操作データや、プログラム（移動・動作アルゴリズム）や、各種データ（モーションデータ）などに基づいて、オブジェクトをオブジェクト空間内で移動させたり、オブジェクトを動作（モーション、アニメーション）させる処理を行う。具体的には、オブジェクトの移動情報（位置、回転角度、速度、或いは加速度）や動作情報（オブジェクトを構成する各パーツの位置、或いは回転角度）を、１フレーム（１／６０秒）毎に順次求めるシミュレーション処理を行う。なおフレームは、オブジェクトの移動・動作処理（シミュレーション処理）や画像生成処理を行う時間の単位である。
【００２３】
仮想カメラ制御部１１４は、オブジェクト空間内の所与（任意）の視点から見える画像を生成するための仮想カメラ（視点）の制御処理を行う。具体的には、仮想カメラの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は回転角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りでの回転角度）を制御する処理（視点位置、視線方向あるいは画角を制御する処理）を行う。
【００２４】
例えば仮想カメラによりオブジェクト（例えばキャラクタ、車）を後方から撮影する場合には、オブジェクトの位置又は回転の変化に仮想カメラが追従するように、仮想カメラの位置又は回転角度（仮想カメラの向き）を制御する。この場合には、移動・動作処理部１１２で得られたオブジェクトの位置、回転角度又は速度などの情報（所定の制御情報の一例）に基づいて、仮想カメラを制御できる。或いは、仮想カメラを、予め決められた回転角度で回転させたり、予め決められた移動経路で移動させたりする制御を行ってもよい。この場合には、仮想カメラの位置（移動経路）又は回転角度を特定するための仮想カメラデータ（所定の制御情報の一例）に基づいて仮想カメラを制御する。なお、仮想カメラ（視点）が複数存在する場合には、それぞれの仮想カメラについて上記の制御処理が行われる。
【００２５】
描画部１２０は、処理部１００で行われる種々の処理（ゲーム処理）の結果に基づいて描画処理を行い、これにより画像を生成し、表示部１９０に出力する。いわゆる３次元ゲーム画像を生成する場合には、まずオブジェクト（モデル）の各頂点の頂点データ（頂点の位置座標、テクスチャ座標、色データ、法線ベクトル或いはα値等）を含むオブジェクトデータ（モデルデータ）がオブジェクトデータ記憶部１７２Ｂから入力され、入力されたオブジェクトデータに含まれる頂点データに基づいて、頂点処理（頂点シェーダによるシェーディング）が行われる。なお頂点処理を行うに際して、必要に応じてポリゴンを再分割するための頂点生成処理（テッセレーション、曲面分割、ポリゴン分割）を行うようにしてもよい。頂点処理では、頂点処理プログラム（頂点シェーダプログラム、第１のシェーダプログラム）に従って、頂点の移動処理や、座標変換（ワールド座標変換、カメラ座標変換）、クリッピング処理、あるいは透視変換等のジオメトリ処理が行われ、その処理結果に基づいて、オブジェクトを構成する頂点群について与えられた頂点データを変更（更新、調整）する。そして、頂点処理後の頂点データに基づいてラスタライズ（走査変換）が行われ、ポリゴン（プリミティブ）の面とピクセル（画素）とが対応づけられる。そしてラスタライズに続いて、画像を構成するピクセル（表示画面を構成するフラグメント）を描画するピクセル処理（ピクセルシェーダによるシェーディング、フラグメント処理）が行われる。ピクセル処理では、ピクセル処理プログラム（ピクセルシェーダプログラム、第２のシェーダプログラム）に従って、テクスチャの読出し（テクスチャマッピング）、色データの設定／変更、半透明合成、アンチエイリアス等の各種処理を行って、画像を構成するピクセルの最終的な描画色を決定し、透視変換されたオブジェクトの描画色をレンダリングターゲット（ピクセル単位で画像情報を記憶できるバッファ。メインメモリ１７２のフレームバッファ１７２Ｂ、ビデオメモリ１７４のワークバッファ１７４Ｃやフレームバッファ１７４Ｄ）に出力（描画）する。すなわち、ピクセル処理では、画像情報（色（色値、輝度値）、法線、α値等）をピクセル単位で設定あるいは変更するパーピクセル処理を行う。これにより、オブジェクト空間内において仮想カメラ（所与の視点）から見える画像が生成される。なお、仮想カメラ（視点）が複数存在する場合には、それぞれの仮想カメラから見える画像を分割画像として１画面に表示できるように画像を生成することができる。
【００２６】
なお頂点処理やピクセル処理は、シェーディング言語によって記述されたシェーダプログラムによって、ポリゴン（プリミティブ）の描画処理をプログラム可能にするハードウェア、いわゆるプログラマブルシェーダ（頂点シェーダやピクセルシェーダ）により実現される。プログラマブルシェーダでは、頂点単位の処理やピクセル単位の処理がプログラム可能になることで描画処理内容の自由度が高く、従来のハードウェアによる固定的な描画処理に比べて表現力を大幅に向上させることができる。
【００２７】
そして描画部１２０は、オブジェクトを描画する際に、ジオメトリ処理、テクスチャマッピング、隠面消去処理、αブレンディング等を行う。
【００２８】
ジオメトリ処理では、オブジェクトに対して、座標変換、クリッピング処理、透視投影変換、或いは光源計算等の処理が行われる。光源計算（第１の光源計算）では、光源に設定される各種パラメータ（光源の強さ、色、位置、光源ベクトルなど）、オブジェクト（プリミティブ）や頂点に設定される各種パラメータ（反射属性、法線（第１の法線）などのベクトルなど）、仮想カメラに設定される各種パラメータ（視線ベクトル、視点の位置など）に基づいて光の反射をシミュレートし、頂点毎に基本色（ディフューズ）と鏡面反射成分（スペキュラ）とを求める。そして、ジオメトリ処理後（透視投影変換後）のオブジェクトデータ（オブジェクトの頂点の位置座標、テクスチャ座標、色データ（輝度データ）、法線ベクトル、或いはα値等）は、メインメモリ１７２のオブジェクトデータ記憶部１７２Ａに保存される。
【００２９】
テクスチャマッピングは、ビデオメモリ１７４のデカールテクスチャ記憶部１７４Ａに記憶されるデカールテクスチャなどのテクスチャ（テクセル値、ＵＶ座標値）をオブジェクトにマッピングするための処理である。具体的には、オブジェクトの頂点に設定（付与）されるテクスチャ座標等を用いてビデオメモリ１７４のデカールテクスチャ記憶部１７４Ａからテクスチャ（色（ＲＧＢ）、α値などの表面プロパティ）を読み出す。そして、２次元の画像であるテクスチャをオブジェクトにマッピングする。この場合に、ピクセルとテクセルとを対応づける処理や、テクセルの補間としてバイリニア補間、トライリニア補間などを行う。
【００３０】
特に本実施形態では、各テクセルについてＲＧＢ成分の輝度値の代わりにモデル座標系における座標値が設定されることにより、テクセル毎に法線（単位ベクトル、第２の法線）が格納されたノーマルマップが用意されており、このノーマルマップをオブジェクトにマッピングすることにより、オブジェクトの描画ピクセルに法線（第２の法線）を設定することができる。そして、描画ピクセル毎に設定された法線と、光源に設定される各種パラメータ（光源の強さ、色、位置、光源ベクトルなど）、仮想カメラに設定される各種パラメータ（視線ベクトル、視点の位置など）に基づいて光の反射をシミュレートする光源計算（第２の光源計算）を行い、描画ピクセルの色を調整する。これにより、平面を構成するオブジェクトの表面に対しても描画ピクセルの法線に応じた凹凸（陰影）が施される。すなわち本実施形態では、オブジェクト（プリミティブ）や頂点に設定される法線（第１の法線）と、ノーマルマップにより設定される描画ピクセルの法線（第２の法線）と、光源ベクトルと、視線ベクトルとに基づいて、光の反射をシミュレートする光源計算が行われる。
【００３１】
隠面消去処理としては、描画ピクセルのＺ値（奥行き情報）が格納されるＺバッファ１７４Ｂ（奥行きバッファ）を用いたＺバッファ法（奥行き比較法、Ｚテスト）による隠面消去処理を行うことができる。すなわちオブジェクトのプリミティブに対応する描画ピクセルを描画する際に、Ｚバッファ１７４Ｂに格納されるＺ値を参照する。そして参照されたＺバッファのＺ値と、プリミティブの描画ピクセルでのＺ値とを比較し、描画ピクセルでのＺ値が、仮想カメラから見て手前側となるＺ値（例えば小さなＺ値）である場合には、その描画ピクセルの描画処理を行うとともにＺバッファ１７４ＢのＺ値を新たなＺ値に更新する。
【００３２】
αブレンディングとしては、α値（Ａ値）に基づく半透明合成処理（通常αブレンディング、加算αブレンディング又は減算αブレンディング等）を行う。例えば通常αブレンディングの場合には下式（１）〜（３）の処理を行う。
【００３３】
ＲＱ＝（１−α）×Ｒ１＋α×Ｒ２ （１）
ＧＱ＝（１−α）×Ｇ１＋α×Ｇ２ （２）
ＢＱ＝（１−α）×Ｂ１＋α×Ｂ２ （３）
また、加算αブレンディングの場合には下式（４）〜（６）の処理を行う。なお単純加算の場合はα＝１として下式（４）〜（６）の処理を行う。
【００３４】
ＲＱ＝Ｒ１＋α×Ｒ２ （４）
ＧＱ＝Ｇ１＋α×Ｇ２ （５）
ＢＱ＝Ｂ１＋α×Ｂ２ （６）
また、減算αブレンディングの場合には下式（７）〜（９）の処理を行う。なお単純減算の場合はα＝１として下式（７）〜（９）の処理を行う。
【００３５】
ＲＱ＝Ｒ１−α×Ｒ２ （７）
ＧＱ＝Ｇ１−α×Ｇ２ （８）
ＢＱ＝Ｂ１−α×Ｂ２ （９）
ここで、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、フレームバッファ１７２Ｂあるいはフレームバッファ１７４Ｄに既に描画されている画像（原画像）のＲＧＢ成分であり、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、フレームバッファ１７２Ｂあるいはフレームバッファ１７４Ｄに描画すべき画像のＲＧＢ成分である。また、ＲＱ、ＧＱ、ＢＱは、αブレンディングにより得られる画像のＲＧＢ成分である。なお、α値は、各ピクセル（テクセル、ドット）に関連づけて記憶できる情報であり、例えば色情報以外のプラスアルファの情報である。α値は、マスク情報、半透明度（透明度、不透明度と等価）、バンプ情報などとして使用できる。
【００３６】
そして本実施形態では描画部１２０は、色調整部１２２を更に含む。色調整部１２２は、視点の向きと、オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する。詳細には色調整部１２２は、視点の向きを示す視線ベクトルとプリミティブの向きに応じた法線ベクトルとの内積に基づき、視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色を調整する。
【００３７】
更に本実施形態では色調整部１２２は、オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された属性情報を参照してプリミティブの描画ピクセルの色を調整する画像領域を設定する。また色調整部１２２は、オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された法線を参照してプリミティブの描画ピクセルの色を調整する画像領域を設定する。
【００３８】
音生成部１３０は、処理部１００で行われる種々の処理の結果に基づいて音処理を行い、ＢＧＭ、効果音、又は音声などのゲーム音を生成し、音出力部１９２に出力する。
【００３９】
なお、本実施形態の画像生成システムは、１人のプレーヤのみがプレイできるシングルプレーヤモード専用のシステムにしてもよいし、複数のプレーヤがプレイできるマルチプレーヤモードも備えるシステムにしてもよい。また複数のプレーヤがプレイする場合に、これらの複数のプレーヤに提供するゲーム画像やゲーム音を、１つの端末を用いて生成してもよいし、ネットワーク（伝送ライン、通信回線）などで接続された複数の端末（ゲーム機、携帯電話）を用いて分散処理により生成してもよい。
【００４０】
２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。本実施形態では、仮想カメラ（視点）の向きを示す視線ベクトルとプリミティブの向きに応じた法線ベクトルとの内積に基づき、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色を調整する手法を採用する。これにより本実施形態では、側面から見ると相対的に明るい色に見え、正面から見ると相対的に暗い色に見えるベルベット織物などの、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出している布がオブジェクトの表面を覆っている状態が表現されるようにしている。
【００４１】
図２は、本実施形態の画像生成システムにより生成される画像の一例を示す図である。図２では、オブジェクト空間に配置されたキャラクタを見た画像のうち、キャラクタの肩部分周辺を拡大した画像が示されている。図２の例では、キャラクタが着ている服は、キャラクタの肩部分において、肩部分の形状に沿って丸みを帯びた曲面を構成している。そしてキャラクタが着ている服は、暗いオレンジ色のベルベット織物を素材としたものとされており、図２に示すように服の表面には唐草模様が施されている。特に図２の例では、ベルベット織物の表面から突出している切毛が長くなっている領域が唐草模様部分を構成し、切毛が短くなっている領域が下地部分を構成しているような表面特性が表現されている。
【００４２】
図３（Ａ）は、このような表面特性を表現するために用いられるデカールテクスチャの一部を示す図である。図３（Ａ）の例のデカールテクスチャでは、ベルベット織物の表面を表現するために、暗いオレンジ色と明るいオレンジ色とが混在するが全体として暗いオレンジ色に見えるように、かつ、唐草模様部分と下地部分とが区別されるように、各テクセルの色が指定されている。
【００４３】
更に本実施形態では、ベルベット織物の表面の唐草模様が立体的に施されていることを表現するために、ノーマルマップ（法線ＵＶ情報、テクスチャの一例）が用いられている。このノーマルマップでは、各テクセルについてＲＧＢ成分の輝度値の代わりにモデル座標系における座標値が設定されることにより、テクセル毎に法線（単位ベクトル）が格納されている。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）のデカールテクスチャに合わせて作成されたノーマルマップが用いられる。
【００４４】
図３（Ｂ）の例のノーマルマップでは、図３（Ａ）に示すデカールテクスチャが図３（Ｃ）に示すような断面形状を有しているかのように、光源計算により描画ピクセルの色が調整されるように、図３（Ｄ）に示すように法線が各テクセルに設定されている。従って、基準面に対して垂直な単位ベクトル（０，０，１）が設定されたテクセルが描画ピクセルについて参照されると、基準面に対して平行な面であるように光源計算により描画ピクセルの色が調整された色が求められる。また、基準面に対して垂直でない単位ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）が設定されたテクセルが描画ピクセルについて参照されると、基準面に対して平行でない面であるように（単位ベクトルが法線となるように）光源計算により描画ピクセルの色が調整された色が求められる。こうして図２の例に示すように、唐草模様部分が下地部分よりも盛り上がっているように凹凸（陰影）が表現された画像が生成される。
【００４５】
また、図２の例では、キャラクタの肩部分の形状に沿って丸みを帯びた曲面を構成している服の表面の向きが、仮想カメラから見て側面の向きとなるにつれ表面の色が明るくなっており、仮想カメラから見て正面の向きとなるにつれ表面の色が暗くなっている。すなわちベルベット織物とは、横方向から見ると切毛を横方向から見ることになるため、反射される光が多くなり相対的に明るい色に見え、正面方向から見ると切毛を先端方向から見ることになるため、反射される光が少なくなり相対的に暗い色に見えるが、本実施形態ではこのような現象が再現されることにより、キャラクタの肩部分を覆う服の素材がベルベット織物であることが表現されている。
【００４６】
図４は、このような表現を実現するためのアルゴリズムを説明するための図である。本実施形態では、図４に示すように、仮想カメラＶＣの視線ベクトルＶＶ（視点の向き、視線方向を示す単位ベクトル）と、オブジェクトＯＢを構成するプリミティブの向きに応じた法線ベクトルＮＶ（プリミティブの向きに応じた向きを示す単位ベクトル、プリミティブの頂点の法線ベクトルが補間された補間後の法線ベクトル）との内積（ＶＶ・ＮＶ）に基づきｃｏｓθ１（θ１は、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶのなす角度）を求める。そして、求めたｃｏｓθ１に基づき輝度増加パラメータＩＰを求めて、求めた輝度増加パラメータＩＰに基づきプリミティブの描画ピクセルの輝度を高める。
【００４７】
ここで輝度増加パラメータＩＰは、次式により求めることができる。
【００４８】
ＩＰ＝１−｜ｃｏｓθ１｜ （１０）
従って、仮想カメラから見てオブジェクトＯＢの側面となる領域での描画ピクセルについて輝度増加パラメータＩＰを求めると、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶのなす角度θ１が９０度になるため、ｃｏｓθ１＝０となり、ＩＰ＝１（最大値）となる。一方仮想カメラから見てオブジェクトＯＢの正面となる領域での描画ピクセルについて輝度増加パラメータＩＰを求めると、θ１が１８０度になるため、ｃｏｓθ１＝−１となり、ＩＰ＝０（最小値）となる。
【００４９】
そして、輝度増加パラメータＩＰに基づきエフェクト色ＥＣを求める。ここでエフェクト色ＥＣは、エフェクト色の基準色をＳＣとすると、次式により求めることができる。
【００５０】
ＥＣ＝ＩＰ×ＳＣ （１１）
すなわち、（１１）式によれば、輝度増加パラメータＩＰの値が大きくなるにつれエフェクト色ＥＣの輝度が高くなり、輝度増加パラメータＩＰの値が小さくなるにつれエフェクト色ＥＣの輝度が低くなる。
【００５１】
図５は、上述のようにして描画ピクセルのエフェクト色ＥＣを求めたオブジェクトＯＢを仮想カメラから見た場合における、エフェクト色ＥＣの分布を示す図である。図５に示すように、オブジェクトＯＢのエフェクト色ＥＣは、オブジェクトＯＢの輪郭に近いほど輝度が高くなり、オブジェクトＯＢの輪郭から遠いほど輝度が低くなっている。すなわち、オブジェクトＯＢの表面の向きが仮想カメラから見て側面の向きとなるにつれ、輝度増加パラメータＩＰの値が大きくなるためエフェクト色ＥＣの輝度値が高くなり、仮想カメラから見て正面の向きとなるにつれ、輝度増加パラメータＩＰの値が小さくなるためエフェクト色ＥＣの輝度値が低くなる。
【００５２】
そして本実施形態では、このようにして求められたエフェクト色ＥＣと、図３のようにして求められたオブジェクトＯＢの色とが合成されることによって描画ピクセルの色が求められる。これにより本実施形態では、図２に示したように、キャラクタの肩部分の形状に沿って丸みを帯びた曲面を構成している服の表面の向きが、仮想カメラから見て側面となる向きに近づくにつれ表面の色が明るくなり、仮想カメラから見て正面となる向きに近づくにつれ表面の色が暗くるように、描画ピクセルの色が調整される。すなわち本実施形態では、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じてオブジェクトＯＢ（プリミティブ）の描画ピクセルの色が明るくなるように、描画ピクセルの色が調整される。
【００５３】
ここで図２の例では、キャラクタの服の表面のうち、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じて色がより明るくなっている領域と、色があまり明るくなっていない領域とが存在している。図２の例では、仮想カメラから見て側面に近い領域において、唐草模様部分の領域の色はより明るくなっており、下地部分の領域の色はあまり明るくなっていない。これにより図２の例では、ベルベット織物の表面から突出している切毛が長くなっている唐草模様部分では、相対的に多くの光が反射され、切毛が短くなっている下地部分では、相対的に少ない光が反射されるというベルベット織物の表面特性が表現されている。
【００５４】
図６は、このような表現を実現するために用いられるスペキュラマップ（反射属性ＵＶ情報、テクスチャの一例）の一部を示す図である。このスペキュラマップでは、各テクセルについてオブジェクトの表面の反射属性を示す反射属性値Ａ（属性情報の一例）が格納されている。本実施形態では、図３（Ａ）のデカールテクスチャのαプレーンに、この反射属性値Ａが設定されている。そして図６の例のスペキュラマップでは、唐草模様部分に対応するテクセル値にエフェクト色ＥＣをより明るくする反射属性値Ａが設定されており、下地部分に対応するテクセル値にエフェクト色ＥＣをあまり明るくしない反射属性値Ａが設定されている。これにより、ノーマルマップによる凹凸の表現に加えて、更にスペキュラマップによる反射属性の表現が行われることにより、ベルベット織物に特有の表面特性を表現することができる。
【００５５】
ここで図６の例のスペキュラマップでは、唐草模様部分における反射属性値Ａが、そして下地部分における反射属性値Ａが、それぞれの部分において一様に設定されているのではなく、唐草模様部分および下地部分のそれぞれにおいて反射属性値Ａがむらとなるように設定されている。これにより図６の例のスペキュラマップでは、唐草模様部分の方が下地模様部分よりも切毛の長さが全体的に長くなっているとともに、唐草模様部分および下地部分のそれぞれにおいて切毛の向きや長さにばらつきがあることを表現することができる。
【００５６】
そして本実施形態では、図３で示したようにノーマルマップが参照される際にこのスペキュラマップも参照され、その描画ピクセルの反射属性値Ａが設定される。すなわち本実施形態では、描画ピクセルについて設定された法線と反射属性値Ａとに基づいて描画ピクセルの色が調整される。
【００５７】
図７（Ａ）〜（Ｅ）は、図２で示した画像における仮想カメラの位置を、仮想カメラの注視点をキャラクタに設定したまま変化させた場合に生成される一連の画像を示す図である。図７（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、キャラクタが静止した状態で仮想カメラの位置が変化すると、キャラクタの肩部分を構成するプリミティブそれぞれの向きと、仮想カメラの向きとの関係が変化する。すると、各フレームにおいて各描画ピクセルについて上述した処理が行われることにより、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、キャラクタの肩部分を覆う服の表面のうち、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じて色がより明るくなっている領域と、色があまり明るくなっていない領域とが、仮想カメラの位置と向きの変化に応じて変化する。
【００５８】
こうして本実施形態では、各フレームにおいて、仮想カメラの向きを示す視線ベクトルとプリミティブの向きに応じた法線ベクトルとの内積に基づき、仮想カメラの向きと正対する基準方向からのずれに応じてプリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、プリミティブの描画ピクセルの色が調整されることにより、側面から見ると相対的に明るい色に見え、正面から見ると相対的に暗い色に見えるベルベット織物などの、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出している布がオブジェクトの表面を覆っている状態を表現することができる。
【００５９】
３．本実施形態の処理
次に、本実施形態の処理の一例について図８のフローチャートを用いて説明する。図８に示すように、本実施形態では、まず、フレームの更新タイミングが到来すると（ステップＳ１０でＹ）、オブジェクト空間にオブジェクトが配置され（ステップＳ１２）、頂点の法線ベクトルが補間されて補間法線ベクトルが求められる（ステップＳ１４）。すると、視線ベクトルと補間法線との内積に応じたエフェクト色ＥＣが求められる（ステップＳ１６）。
【００６０】
すると、描画ピクセルについてデカールテクスチャのテクセルの色が参照され（ステップＳ２０）、描画ピクセルについてデカールテクスチャのテクセルの反射属性値Ａが参照され（ステップＳ２２）、描画ピクセルについてノーマルマップのテクセルの法線が参照される（ステップＳ２４）。そして、光源ベクトルと視線ベクトルと描画ピクセルの法線と反射属性値Ａとに基づいて描画ピクセルの色が調整され（ステップＳ２６）、エフェクト色ＥＣと描画ピクセルの色とが合成される（ステップＳ２８）。
【００６１】
４．ハードウェア構成例
本実施形態の画像生成システムを実現するハードウェアの構成の一例について図９を用いて説明する。なお図９では、主要な構成のみを図示しており、図９に示されていないハードウェア（メモリコントローラやスピーカなど）を必要に応じて設けることができる。
【００６２】
メインプロセッサ１０は、光ディスク７２（ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の情報記憶媒体）に格納されたプログラム、通信インターフェース８０を介して転送されたプログラム、或いはハードディスク６０に格納されたプログラムなどに基づき動作し、内部バスｂ４を介してアクセス可能なメインメモリ４０を作業領域（ワーク領域）としてゲーム処理、画像処理、音処理などの種々の処理を実行する。
【００６３】
メインプロセッサ１０は、１基のプロセッサ１２と複数のベクトルプロセッサ１４で構成される。プロセッサ１２は、ＯＳの実行、ハードウェアリソースの管理、ゲーム処理、ベクトルプロセッサ１４の動作管理などの種々の処理を実行する。またベクトルプロセッサ１４は、ベクトル演算に特化したプロセッサであり、主にジオメトリ処理、画像データや音データのコーデック処理などの処理を実行する。
【００６４】
描画プロセッサ２０は、内部バスｂ１（第１の内部バス）を介してビデオメモリ３０にアクセス可能に形成されている。また描画プロセッサ２０は、描画プロセッサ２０とメインプロセッサ１０を接続する内部バスｂ２（第２の内部バス）と、メインプロセッサ１０内部のバスｂ３と、メインプロセッサ１０とメインメモリ４０を接続する内部バスｂ４を介してメインメモリ４０にアクセス可能に形成されている。すなわち描画プロセッサ２０はビデオメモリ３０と、メインメモリ４０とをレンダリングターゲットとして利用することができる。
【００６５】
描画プロセッサ２０は、座標変換、透視変換、光源計算、曲面生成などのジオメトリ処理を行うものであり、高速並列演算が可能な積和算器や除算器を有し、マトリクス演算（ベクトル演算）を高速に実行する。例えば、座標変換、透視変換、光源計算などの処理を行う場合には、メインプロセッサ１０で動作するプログラムが、その処理を描画プロセッサ２０に指示する。
【００６６】
また描画プロセッサ２０は、ジオメトリ処理後のオブジェクト（ポリゴンや曲面などのプリミティブ面で構成されるオブジェクト）の画像のレンダリング処理を高速に実行するものである。マルチパスレンダリング処理の際には、描画プロセッサ２０は、描画データ（頂点データや他のパラメータ）等に基づいて、Ｚバッファ３４などを利用した陰面消去を行いながら、画像をビデオメモリ３０又はメインメモリ４０の一方のメモリにレンダリングする。そしてビデオメモリ３０又はメインメモリ４０の一方のメモリに記憶された画像に基づき他方のメモリに新たな画像をレンダリングする処理を必要なレンダリングパスの回数だけ行う。描画プロセッサ２０は、上記マルチパスレンダリング処理として、グレアフィルタ処理、モーションブラー処理、被写界深度処理、フォグ処理等のフィルタ処理を行うことができる。
【００６７】
そして、最後のレンダリングパスで画像がビデオメモリ３０に設けられたフレームバッファ３２にレンダリングされると、その画像をディスプレイ５０に出力する。また最後のレンダリングパスで画像がメインメモリ４０にレンダリングされた場合には当該画像をフレームバッファ３２にコピー（書き込み）した上でディスプレイ５０に出力する。
【００６８】
ハードディスク６０にはシステムプログラム、セーブデータ、個人データなどが格納される。
【００６９】
光学ドライブ７０は、プログラム、画像データ、或いは音データなどが格納される光ディスク７２（情報記憶媒体）を駆動し、これらのプログラム、データへのアクセスを可能にする。
【００７０】
通信インターフェース８０は、ネットワークを介して外部との間でデータ転送を行うためのインターフェースである。この場合に、通信インターフェース１７０に接続されるネットワークとしては、通信回線（アナログ電話回線、ＩＳＤＮ）、高速シリアルバスなどを考えることができる。そして、通信回線を利用することでインターネットを介したデータ転送が可能になる。また、高速シリアルバスを利用することで、他の画像生成システムとの間でのデータ転送が可能になる。
【００７１】
上述したように本実施形態の画像生成システム（コンピュータ）は、内部バスｂ１（第１の内部バス）を介してビデオメモリ３０にアクセス可能であるとともに、内部バスｂ２（第２の内部バス）を介してメインメモリ４０にアクセス可能である描画プロセッサ２０を含んで構成されており、描画プロセッサ２０は、光ディスク７２（情報記憶媒体の一例）あるいはハードディスク６０（情報記憶媒体の一例）に格納されているシェーダプログラムに従って種々のシェーダ処理を実行する。
【００７２】
なお、本実施形態の各部（各手段）は、その全てを、ハードウェアのみにより実現してもよいし、情報記憶媒体に格納されるプログラムや通信インターフェースを介して配信されるプログラムのみにより実現してもよい。或いは、ハードウェアとプログラムの両方により実現してもよい。
【００７３】
そして、本実施形態の各部をハードウェアとプログラムの両方により実現する場合には、情報記憶媒体には、ハードウェア（コンピュータ）を本実施形態の各部として機能させるためのプログラムが格納されることになる。より具体的には、上記プログラムが、ハードウェアである各プロセッサ１０、２０等に処理を指示すると共に、必要であればデータを渡す。そして、各プロセッサ１０、２０等は、その指示と渡されたデータとに基づいて、本発明の各部を実現することになる。
【００７４】
なお本発明は、上記実施形態で説明したものに限らず、種々の変形実施が可能である。例えば、明細書又は図面中の記載において広義や同義な用語として引用された用語は、明細書又は図面中の他の記載においても広義や同義な用語に置き換えることができる。またグレアフィルタの手法は、本実施形態で説明したものに限定されず、これらと均等な手法も本発明の範囲に含まれる。
【００７５】
また本発明は種々のゲーム（格闘ゲーム、シューティングゲーム、ロボット対戦ゲーム、スポーツゲーム、競争ゲーム、ロールプレイングゲーム、音楽演奏ゲーム、ダンスゲーム等）に適用できる。また本発明は、業務用ゲームシステム、家庭用ゲームシステム、多数のプレーヤが参加する大型アトラクションシステム、シミュレータ、マルチメディア端末、ゲーム画像を生成するシステムボード、携帯電話等の種々の画像生成システムに適用できる。
【００７６】
また上記実施形態では、キャラクタが着ている服がベルベット織物であることを表現する例を挙げて説明したが、上記手法は、キャラクタが着ている服だけでなく、武器などのアイテムや置物、床、階段などの表面がベルベット織物などであることを表現する際に適用することができる。また、上記実施形態では、ベルベット織物の表面特性を表現する例を挙げて説明したが、本発明は、無数の切毛（毛羽、短毛）が表面から突出しているものであれば、パイル織物やコーデュロイ織物、毛皮、動物の表皮など、種々の表面特性の表現に適用することができる。
【００７７】
また上記実施形態では、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶとの内積に基づき輝度増加パラメータＩＰを求めて、求めた輝度増加パラメータＩＰに基づきプリミティブの描画ピクセルの輝度を高める例を挙げて説明したが、図１０に示すように、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶとの内積に基づき、テクスチャ座標が指定されることによりエフェクト色ＥＣが設定されるようにしてもよい。すなわち色調整部１２２が、視線ベクトルと法線ベクトルとの内積に対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された色情報を参照してプリミティブの描画ピクセルの色を調整するようにしてもよい。
【００７８】
この場合には図１０に示すように、仮想カメラＶＣの視線ベクトルＶＶ（視点の向き）とオブジェクトＯＢを構成するプリミティブの向きに応じた法線ベクトルＮＶとの内積（ＶＶ・ＮＶ）に基づきｃｏｓθ１（θ１は、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶのなす角度）を求め、求めたｃｏｓθ１に基づき、テクセルにエフェクト色ＥＣが格納されたテクスチャＴＸ（オブジェクトＯＢに対応付けられたテクスチャの一例）のテクスチャ座標を指定する。例えば、ｃｏｓθ１に基づいてテクスチャ座標（１−｜ｃｏｓθ１｜，ｖ）（ｖは０〜１の値）を指定する。
【００７９】
従って、仮想カメラＶＣから見てオブジェクトＯＢの中心部の描画ピクセルについては、θ１が１８０度になるため、ｃｏｓθ１＝−１となり、テクスチャ座標（０，ｖ）が指定される。一方仮想カメラＶＣから見てオブジェクトＯＢの輪郭の描画ピクセルについては、θ１が９０度になるため、ｃｏｓθ１＝０となり、テクスチャ座標（１，ｖ）が指定される。
【００８０】
ここで図１０に示すように、テクスチャＴＸ（カラーマップ）は、ＵＶ座標系のＵ軸方向に沿ってテクセルの色の輝度値が増加する（テクセルの色がグラデーション変化する）パターンを有している。すなわちテクスチャ座標（０，ｖ）のテクセルの色は最も輝度値が低い色（暗い色）となっており、テクスチャ座標（１，ｖ）のテクセルの色は最も輝度値が高い色（明るい色）となっている。
【００８１】
従って、視線ベクトルＶＶと法線ベクトルＮＶとの内積に応じて指定されたテクスチャ座標に基づいて参照されるエフェクト色ＥＣは、オブジェクトＯＢの中心部に近いほど暗い色となりオブジェクトの中心部から遠いほど明るい色となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施形態の画像生成システムの機能ブロック図。
【図２】本実施形態で生成される画像の一例を示す図。
【図３】本実施形態の手法の説明図。
【図４】本実施形態の手法の説明図。
【図５】本実施形態の手法の説明図。
【図６】本実施形態の手法の説明図。
【図７】本実施形態で生成される画像の一例を示す図。
【図８】本実施形態の処理の流れを示すフローチャート。
【図９】本実施形態の画像生成システムのハードウェア構成例。
【図１０】変形実施形態の手法の説明図。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 処理部、１１０ オブジェクト空間設定部、１１２ 移動・動作処理部、
１１４ 仮想カメラ制御部、１２０ 描画部、１２２ 色調整部、
１３０ 音生成部、１６０ 操作部、１７０ 記憶部、１７２ メインメモリ、
１７２Ａ オブジェクトデータ記憶部、１７２Ｂ フレームバッファ、
１７４ ビデオメモリ、１７４Ａ デカールテクスチャ記憶部、１７４Ｂ Ｚバッファ、
１７４Ｃ ワークバッファ、１７４Ｄ フレームバッファ、
１８０ 情報記憶媒体、１９０ 表示部、１９２ 音出力部、
１９４ 携帯型情報記憶装置、１９６ 通信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するためのプログラムであって、
前記オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部と、
前記視点の向きと、前記オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部としてコンピュータを機能させ、
前記色調整部が、
前記視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて前記プリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とするプログラム。
【請求項２】
請求項１において、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された属性情報を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とするプログラム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された法線を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とするプログラム。
【請求項４】
コンピュータにより読み取り可能な情報記憶媒体であって、請求項１〜３のいずれかに記載されたプログラムを記憶することを特徴とする情報記憶媒体。
【請求項５】
オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するための画像生成システムであって、
前記オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部と、
前記視点の向きと、前記オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部とを含み、
前記色調整部が、
前記視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて前記プリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とする画像生成システム。
【請求項１】
オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するためのプログラムであって、
前記オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部と、
前記視点の向きと、前記オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部としてコンピュータを機能させ、
前記色調整部が、
前記視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて前記プリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とするプログラム。
【請求項２】
請求項１において、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された属性情報を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とするプログラム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記色調整部が、
前記オブジェクトに対応づけられたテクスチャを構成するテクセルに格納された法線を参照して前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とするプログラム。
【請求項４】
コンピュータにより読み取り可能な情報記憶媒体であって、請求項１〜３のいずれかに記載されたプログラムを記憶することを特徴とする情報記憶媒体。
【請求項５】
オブジェクト空間を所与の視点から見た画像を生成するための画像生成システムであって、
前記オブジェクト空間にオブジェクトを配置するオブジェクト空間設定部と、
前記視点の向きと、前記オブジェクトを構成するプリミティブの向きとに基づいて、当該プリミティブの描画ピクセルの色を調整する色調整部とを含み、
前記色調整部が、
前記視点の向きと正対する基準方向からのずれに応じて前記プリミティブの描画ピクセルの色が明るくなるように、前記プリミティブの描画ピクセルの色を調整することを特徴とする画像生成システム。
【図１】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−３３２８８（Ｐ２０１０−３３２８８Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９４０７２（Ｐ２００８−１９４０７２）
【出願日】平成２０年７月２８日（２００８．７．２８）
【出願人】（０００１３４８５５）株式会社バンダイナムコゲームス (1,157)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２８日（２００８．７．２８）
【出願人】（０００１３４８５５）株式会社バンダイナムコゲームス (1,157)
【Ｆターム（参考）】
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