JP2968210B2 - 三次元グラフィックス編集装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は三次元グラフィッ
クス編集技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の二次元グラフィックス編集装置
（プログラム）には、ピクセルの集合を指定して色等の
表示属性を指定していくものと、線、円、楕円、多角形
等のグラフィック要素を指定していくものとがある。前
者の手法では、ユーザは鉛筆、筆、スプレー、消しゴム
等を模した描画ツールを用い、画面の領域を指定してそ
の領域のピクセルの表示属性を変更して描画またはその
消去を行っていく。これに対し、後者の手法では、ユー
ザは、ピクセル自体ではなく、線等のグラフィック要素
とその表示位置とを特定する。すなわち、グラフィック
要素ごとに、グラフィック要素を構成するピクセルの位
置を計算するアルゴリズムが準備されている。そしてグ
ラフィック要素とその表示位置とを特定すると、表示属
性を変更するピクセル位置が計算され、そのグラフィッ
ク要素が描画される。

【０００３】前者の手法では、描画の自由度が増し、扱
いやすいという利点がある。後者の手法では、正確にグ
ラフィック要素を描画できるという利点がある。ただ
し、後者の手法では、ユーザは表示属性を変更する領域
自体を直接に指定できないため、操作が煩雑である。

【０００４】ところで、三次元グラフィックス編集装置
としては、グラフィック要素を指定して三次元描画のア
ルゴリズムを用いて描画を行っていくものしか実現され
ていない。このため、グラフィック要素に拘束されず自
由に三次元のグラフィックを描画することができなかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上の事
情を考慮してなされたものであり、グラフィック要素を
指定することなく自由に三次元のグラフィックを描画で
きるようにすることを目的としている。さらに、この発
明は表示されたオブジェクトの形態を容易に把握するこ
とができるようにすることを目的としている。

【０００６】この発明では、上述の目的を達成するため
に、三次元グラフィックス編集装置に、所定の三次元空
間を埋める複数の三次元空間要素の属性を記憶する手段
と、１または複数の上記三次元空間要素を指示する手段
と、上記属性を指示する手段と、上記指示された三次元
空間要素の属性を上記指示された属性に変更する手段
と、上記三次元空間要素の属性に基づいて、上記所定の
三次元空間の少なくとも一部の空間内の上記三次元空間
要素を、静止状態で、第１の２次元画面領域に表示する
手段とを設け、さらに、上記三次元空間要素を指示する
手段は、上記三次元空間の２つの座標軸が形成する２次
元空間を指示する平面ポインティング部と、上記三次元
空間の他の１つの座標軸が形成する１次元空間（当該１
次元空間の座標値を変化させても上記２次元画面領域に
おいて同一点が表示される１次元空間を除く）を指示す
る奥行きポインティング部とを有するようにしている。
ここで、平面ポインティング部で指示する二次元空間
は、ディスプレイの表示画面に一致または平行するよう
にユーザに対して表示されてもよいし、図８に示すよう
に、その構成面が画面に対して斜めになってもよい。ま
た、この構成においては、上記三次元空間要素の属性に
基づいて、上記所定の三次元空間の少なくとも一部の空
間内の上記三次元空間要素を、回転状態で、第２の２次
元画面領域に表示する手段をさらに設けてもよい。ま
た、上記三次元空間要素の属性に基づいて、上記所定の
三次元空間をなす層であって上記三次元空間要素が重な
ることなく平面上に並んだものの各々を順次に第３の２
次元画面領域に表示する手段とをさらに設けてもよい。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【発明の実施の態様】以下、この発明の実施例について
説明する。

【００１２】図１は、この発明を適用する情報処理環境
を示すものである。図１において、この実施例の三次元
グラフィックスシステム１０はコンピュータ１１上で実
行されるプログラムとして実現されている。コンピュー
タ１１はたとえば通常のパーソナルコンピュータでよ
い。コンピュータ１１は、ディスプレイ１２、マウス装
置１３、キーボード１４、その他のハードウェア１５、
オペレーティング・システム１６、ウインドウ管理シス
テム１７、入出力制御システム１８等からなっている。
コンピュータ１１の構成は種々変更できることはもちろ
んである。

【００１３】図２は、この実施例で扱う三次元空間１０
０を示す。三次元空間は複数の正六面体の三次元セル１
０１に満たされている。図２では、説明の便宜上三次元
セルの個数を３２７６８個（＝３２×３２×３２）とし
たが、通常のグラフィックスの用途ではその解像度に応
じて三次元セル１０１の個数を設定することが好まし
い。この実施例では三次元セル１０１の光学的な属性、
例えば、明度、彩度、色相（またはこれに応じたＲＧＢ
信号等）を設定する。初期設定時の属性は空または透明
である。

【００１４】また、この実施例では、三次元セル１０１
を指定するときに、図３に示すように、二次元平面１０
２と奥行き１０３とを用いる。二次元平面１０２はグラ
フィックが表示されるディスプレイ１２の表示画面に一
致または平行するようにユーザに対して表示されるの
で、ユーザは、画面ポインティング装置例えばマウス装
置１３やキーボード１４のキーを操作して二次元平面１
０２上の位置を、違和感なく、指定することができる。
奥行き１０３に沿う方向の位置はキーボード１０４の上
向きの矢印キー等で移動させ指定することができる。

【００１５】また、この実施例では、図２の三次元空間
を図４に示すような複数のスライス１０４で分割する。
スライス１０４の厚さは、１個の三次元セル１０１の厚
さである。すなわち各スライスにおいて、三次元セル１
０１は重なることなく並んでいる。スライス１０４の単
位で二次元的な描画を行って三次元セル１０１の属性を
変更することができる。

【００１６】ユーザは、後述するように、マウス装置１
３やキーボード１４を用いて三次元グラフィックスシス
テム１０を対話的に操作して、三次元セル１０１の属性
を変更し、これによって三次元グラフィックを描画でき
る。

【００１７】図５は、三次元グラフィックスシステム１
０を模式的に示すものであり、この図において、三次元
描画システム１０は入力部２１、三次元セル特定部２
２、三次元セル属性情報記憶部２３、描画部２４、画像
メモリ２５、出力制御部２６、出力装置２７等からなっ
ている。入力部２１は、平面ポインティング部３０、奥
行きポインティング部３１、属性指定部３２、モード指
定部３３およびツール指定部３４からなっている。平面
ポインティング部３０は例えばマウス装置１３であり、
図３の二次元平面１０２の位置を指定するものである。
奥行きポインティング部３１は例えばキーボード１４の
所定のキー、例えば上向きの矢印キーであり、図３の奥
行き１０３に沿った方向の位置を指定するものである。
属性指定部３２は三次元セル１０１の変更後の属性を指
定するものであり、具体的には、画面上の属性指定用の
メニュー（パレット）やアイコンに対する指定に基づい
て属性を指定する。ツール指定部３４は、鉛筆、ブラ
シ、スプレー等の描画特性を指定するツールであり、通
常の二次元グラフィックスシステムと同様なものであ
る。ツール指定部３４の指定により、平面ポインティン
グ部３０および奥行きポインティング部３１で指示され
た三次元セルまたはその近傍のセルが属性変更対象とし
て特定される。ツールが鉛筆の場合、近傍の範囲は小さ
くなり、ブラシの場合、大きくなる。スプレーの場合、
スプレーの拡散にあわせた近傍処理用マスクが用いられ
る。属性変更対象の特定は、ツール指定部３４、平面ポ
インティング部３０および奥行きポインティング部３１
の出力に基づいて三次元セル特定部２２により実行され
る。ツール指定部３４も、具体的には、メニューやアイ
コンに対する指定に基づいて属性を指定する。

【００１８】三次元セル属性情報記憶部２３は、三次元
セル１０１の属性情報を記憶し、またセル特定部２２に
より特定された三次元セル１０１の属性を属性指定部３
２で指定された属性に変更するものである。初期状態に
おいては、すべての属性情報は空、または透明である。
三次元セルの属性情報はどのような形態で保持されてい
てもよい。例えば、属性値の一次元配列として表示され
てもよいし、そのランとして表示されてもよい。

【００１９】また１つのセルが複数の属性を含むように
してもよい。属性としては、色等の光学的な属性のみで
なく、温度、質量その他の属性を採用できる。またセル
の属性としてセルの部分の性質を保持してもよい。例え
ばセルの面、辺、内部の特性をセルの属性とすることが
できる。面に関する属性としては例えば粘着力がある。
これは面と面とをどのくらいの力で切り離せるかを示す
ものである。またグラフィック表示の際に必要に応じて
温度等の属性を光学的な属性例えば輝度は色相情報に変
換して表示することもできる。

【００２０】モード指定部３３はこの実施例の動作モー
ドを設定するものであり、具体的には、メニューやアイ
コンに対する指定に基づいてモードを設定する。この実
施例では、疑似三次元入力モード、スライス入力モ
ード、三次元ビュー・モード、回転モード、駒送
りモード等がある。各モードについては後述する。

【００２１】描画部２４は、三次元セル属性情報記憶部
２３の属性情報に基づいて各三次元セル１０１の描画を
行うものである。描画部２４は三次元描画部３５および
二次元描画部３６からなっている。三次元描画部２４は
例えば三次元セル１０１のグラフィック画像のデータを
所定のアルゴリズムで計算して出力するものである。場
合によっては、予め用意された単純化された画像データ
を用いて描画を行ってもよい。二次元描画部３６は、図
４のスライスの状態を二次元的に表示する画像データを
生成するものであり、たとえば、従来のビットマップ式
の二次元グラフィックスシステムのものと同様に構成す
ることができる。

【００２２】画像メモリ２５は描画部２４からの描画デ
ータ（ビットマップデータ）をストアするものであり、
この描画データに基づいて出力制御部２６が出力装置２
７例えばディスプレイやプリンタにグラフィックデータ
を出力する。

【００２３】つぎに、この実施例の各モードについて説
明する。

【００２４】疑似三次元入力モード 図６は、疑似三次元入力モードの表示状態を示す。ここ
で、疑似と呼んでいるのは、通常の斜視図（斜軸投影図
法、図８）と異なり、対応する三次元空間における二次
元平面１０２が画面と平行に見え、他方、奥行きを投射
する投射線が画面（投影面）に対して斜行しているから
である（オブリーク投影図法）。このような見え方は斜
視図としては正確なものではないが、十分に三次元の位
置を認識できる。また二次元平面１０２がディスプレイ
１２の表示画面と一致または平行して表示されるので、
二次元平面１０２に関する位置をマウス装置１３等でユ
ーザフレンドリに入力できる。

【００２５】この疑似三次元入力モードでは、三次元描
画部３５に疑似三次元描画の指令が送られて、疑似三次
元表示の描画データが生成される。

【００２６】描画を行うときには、カーソルの形状がツ
ールの形状、例えば鉛筆に変形し、ユーザはこの鉛筆カ
ーソルを見ながら操作を行う。ユーザは例えばマウス装
置１３を移動させて二次元平面１０２に関する鉛筆カー
ソルの位置を変化させ、また例えばキーボード１４の上
矢印キーを押して奥行きの位置を変化させる。両操作を
同時に行える。このようにすると、鉛筆カーソルがあた
かも三次元空間を移動するように画面に表示される。そ
して、マウス装置１３のボタン操作等により描画可能状
態を選択しておくと、鉛筆カーソルの軌跡には属性の更
新された三次元セルが図４に示すように表示される。鉛
筆カーソルの場合、その位置の三次元セルの属性が更新
される。もちろん設定により近傍の三次元セルの属性も
更新されるようにしてもよい。ブラシの場合も同様に描
画が行われる。ただし１つのカーソルの軌跡で属性が更
新される三次元セルの個数が多くなる。また塗りつぶし
を行うこともできる。例えば、閉じた空間を描画し、こ
の中を指示すればよい。また描画したオブジェクトを移
動させてその軌跡に含まれる三次元セル１０１の属性を
そのオブジェクトの属性と同一にしたり、論理処理をし
たりすることができる。

【００２７】なお、図３の左下に一列に並ぶ３２個の駒
は、奥行き位置を表示するものである。図の例では、
「２７」の表示が、２７番目の奥行き（２７番目のスラ
イス）が指定されていることを示す。「２７」の表示の
前の駒は透明または半透明表示される。ツールが現在ポ
インティングしている奥行きがこのような表示によりユ
ーザに表示される。またこの駒をクリック処理（マウス
装置１３のボタンを押してすぐ離す）等することにより
現在処理しようとしている奥行き（スライス）を指定す
ることができる。このようにした後、カーソルを該当す
るスライス領域内部まで移動させると、カーソルが描画
ツール例えば鉛筆ツールのカーソルに変更されて、設定
時の属性で描画が可能となる。記述したように、設定さ
れた属性で描画を行うかどうかはマウス装置１３のボタ
ン等の操作で切り替えることができる。

【００２８】また、描画したオブジェクトを、オブジェ
クト単位またはそれに含まれるセル単位で指定して移
動、コピー、削除等を行える。セル単位で指定して移動
させた場合、先に説明したセルの面の粘着力の属性に応
じて隣接セルがともに移動するかどうかが決定される。
所定の方位の面の粘着力のみ強くすればその方位のセル
のみが随伴して移動する。また描画オブジェクト同志が
隣接する場合も（隣接する赤の描画オブジェクトと黄色
の描画オブジェクト。属性として保持する描画オブジェ
クト識別子で描画オブジェクトを区切ってもよい）、例
えば、境界のセル面の粘着力の総和に応じて隣接描画オ
ブジェクトが移動するかどうかを決定するようにでき
る。このような移動、コピー、削除等の操作は、つぎに
説明するスライス入力モードでも同様に行える。

【００２９】スライス入力モード 図７はスライスモードによる表示を示す。図の例ではス
ライスは３２枚となっている。各スライスは３２×３２
の三次元セルを有している。各スライスにおいて、三次
元セルは重なることなく並べられている。したがって、
各スライスを編集することによりすべての三次元セルを
編集することができる。各スライスの編集は、まずスラ
イスを指定し、その後は通常のビットマップ式の二次元
グラフィックスシステムと同様に編集を行える。すなわ
ち、鉛筆等のツールのカーソルを表示させてマウス装置
１３等を用いてこのツールのカーソルを画面上を移動さ
せその軌跡のセル属性を変更させる。

【００３０】このスライスモードでは二次元描画部３６
に描画指令が送られ３２個の枠（スライス）ごとの二次
元描画データが生成される。

【００３１】スライス入力モードと上述の疑似三次元入
力モードとを組み合わせて多様な観点からグラフィック
を描画することが可能となる。

【００３２】三次元ビュー・モード 図８は三次元ビュー・モードの状態を示す。この三次元
ビュー・モードでは三次元空間もその中の三次元セル自
体も通常の斜視図の態様で表示され、より現実的なグラ
フィック画像となる。

【００３３】この三次元ビュー・モードでは、三次元描
画部３５に正確な三次元描画の指令が送られて正確な三
次元描画データが生成される。

【００３４】この三次元ビュー・モードでは、見る位
置、角度を自由に設定して、三次元グラフィックを描画
できる。描画オブジェクトである三次元空間の座標や、
三次元セル等の表示オブジェクトごとに、例えば所定の
アルゴリズムで描画データが生成されこのときの描画デ
ータ生成の計算の引数である位置や角度を変更させるこ
とにより自由な表示を行える。

【００３５】回転モード この回転モードは、三次元ビュー・モードの見る角度を
自動的に変化させて、グラフィック表示されるオブジェ
クトがぐるぐる回って表示されるようにするものであ
る。例えば、上述引数を自動的に変更していけば自動的
な回転を行わせることができる。

【００３６】駒送りモード この駒送りモードでは、スライスモードの各スライスを
駒送りで表示させるものである。このようにすると、ス
ライス毎の変化に応じて動きのあるグラフィック画像を
得ることができる。これは１つの画面に順次一連のスラ
イスのグラフィック画像を表示させればよい。

【００３７】また、この実施例においては図９に示すよ
うに複数のウインドウを設け、複数のモードの表示を同
時に行うようにできる。図９においては、表示画面２７
Ａの第１ウインドウ２７Ｂに疑似三次元入力モードの表
示を行い、第２ウインドウ２７Ｃに疑似三次元入力モー
ドの表示を回転させる回転モードの表示を行い、さらに
第三ウインドウ２７Ｄに駒送りモードの表示を行うよう
にしている。回転モードの表示は９０度づつ回転するよ
うにしているが、任意の角度で回転するようにしてもよ
い。疑似三次元モードで回転させているので、手前の面
がぶれることがなく、安定した表示が行える。このよう
に、疑似三次元入力モード（静止状態）のほかに回転モ
ードと駒送りモードの表示を同時に行っているので、表
示オブジェクトの形態を容易に把握することができる。

【００３８】また、第１ウインドウ２７Ｂ自体もマニュ
アルで視点座標を変更することができる。例えば、視点
座標表示部２７Ｅは手前に現在の視点座標（グラフィッ
クス空間の固定した方向）の番号を示す。そして、矢印
をマウス装置でクリックすることにより第１ウインドウ
２７Ｂの視点座標を変更し、表示オブジェクトを回転さ
せることができる。変更後は、視点座標表示部２７Ｅの
表示もそれに応じて変更される。このようにして種々の
角度から表示オブジェクトを観察することができる。さ
らに、ユーザは必要に応じて視点座標を初期状態または
特定の状態にリセットすることができる。

【００３９】つぎに、三次元グラフィックスにより表示
されるオブジェクト表面の方位毎の見え方について説明
する。この実施例においては、疑似三次元入力モードお
よび三次元ビューモードにおいては、表示オブジェクト
の表面がその方位毎に異なる態様で表示することができ
るようになっている。例えば、図８の三次元ビューモー
ドの表示では、三次元セルの手前を向いている面が一番
明るく、上を向いている面がつぎに明るく、左を向いて
いる面が一番暗くなるようにし、ユーザが三次元の形態
を理解しやすいようにしている。もちろん面の方位に無
関係に同じ光学的な性質を割り当てるように切り替える
こともできる。

【００４０】また三次元セルの辺や頂点を、対応する異
なる態様で表示することもできる。また三次元セルを立
方体でなく球や円柱等構成した場合にも方位に応じて異
なる光学的な特性を割り当てるようにできる。

【００４１】面の方位の基準としては、三次元グラフィ
ックス空間に固有の立体座標系を用いてもよい。この場
合には、表示オブジェクトを回転させてユーザに表示す
る場合でも、面の光学的な属性は回転によって変化する
ことがない。また、面の方位の基準として視点座標系を
用いてもよい。この場合には、視点を基準にして、面が
手前にあるか、上にあるか、左にあるかに基づいて光学
的な属性を変化させる。どちらを基準にするかを切り替
えられるようにしてもよいし、両者双方の関数としても
よい。例えば、色相については立体座標系を基準にした
方位に従って決定し、明度（影付け）については視点座
標系を基準にして決定してもよい。

【００４２】面の方位毎に変化させる光学的な性質とし
ては、明度の他に、色（色相）自体や、模様とすること
ができる。

【００４３】面の方位毎に光学的な属性を変えるように
しているので、表示オブジェクトをより立体的に表示で
きるのみでなく、所定の方位の面をハイライトさせたい
場合にも有効である。

【００４４】なおこの発明は上述実施例に限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を行
うことができる。例えば、上述実施例では、光学的な属
性のみを付与するようにしたが、重量や、化学的性質
（浸食されやすさ）を設定できるようにすることができ
る。このようにすれば、重量と環境の浮力との関係で三
次元セルの属性を近傍のセルに移動させたり、または浸
食により他の属性（光学的な属性や形状の属性）を徐々
に変質させたりすることができる。

【００４５】また上述実施例の三次元ビュー・モードに
おいて、描画を行うようにしてもよい。この場合、三次
元空間の構成面が画面と平行になると奥行きが見えなく
なる。したがって、構成面を画面に対しやや斜めにし、
奥行きが表示されるようにすればよい。画面と構成面と
が若干不一致となるので、疑似三次元入力モードに比べ
操作性が損なわれる。

【００４６】また疑似三次元入力モードでは、見る角度
を固定にして、必要な描画データや計算量を小さくする
ようにしてもよい。

【００４７】また上述実施例では、三次元グラフィック
・システムをコンピュータ上のソフトウェアで実現した
が、少なくともその一部をハードウェアで実現し、高速
化を図ってもよい。

【００４８】また三次元セルの形状は六面体でなくても
よい。また三次元セルは隙間なく三次元空間を埋めるも
のでなくともよい。また三次元セルの形状や大きさをモ
ード設定により自由に可変できるようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、三次元空間に配置された三次元要素を指定しその属
性を変化させることにより、円、線、面、曲面等のグラ
フィック要素を用いることなく直接に三次元グラフィッ
クを描画できる。したがって、グラフィック要素のトポ
ロジーに拘束されることなく描画が行え、描画の自由度
が向上し、操作性も改善される。さらに、この発明によ
れば、種々の態様の表示を対応するウインドウで同時に
表示するようにしているので、表示オブジェクトの形態
を容易に把握することができる。また、具体的な例で
は、現在の視点座標を表示するようにしているので、現
在の視点座標を確認しながら表示オブジェクトを観察す
ることができ、必要に応じて元の視点座標に直ちに復帰
することも容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例が適用される環境を示す図で
ある。

【図２】上述実施例の扱う三次元空間を説明する図であ
る。

【図３】上述三次元空間内の三次元セルを指定する疑似
三次元空間を説明する図である。

【図４】上述三次元空間内の三次元セルをスライスに分
割する様子を説明する図である。

【図５】上述実施例を示すブロック図である。

【図６】上述実施例の疑似三次元入力モードを説明する
図である。

【図７】上述実施例のスライスモードを説明する図であ
る。

【図８】上述実施例の三次元ビュー・モードを説明する
図でる。

【図９】 上述実施例の表示態様を説明する図である。

【符号の説明】

２２ 三次元セル特定部 ２３ 三次元セル属性情報記憶部 ２４ 描画部 ２５ 画像メモリ ２７ 出力装置 ３０ 平面ポインティング部 ３１ 奥行きポインティング部 ３２ 属性指定部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の三次元空間を埋める複数の三次元
   空間要素の属性を記憶する手段と、 １または複数の上記三次元空間要素を指示する手段と、 上記属性を指示する手段と、 上記指示された三次元空間要素の属性を上記指示された
   属性に変更する手段と、 上記三次元空間要素の属性に基づいて、上記所定の三次
   元空間の少なくとも一部の空間内の上記三次元空間要素
   を、静止状態で、第１の２次元画面領域に表示する手段
   とを有し、 上記三次元空間要素を指示する手段は、 上記三次元空間の２つの座標軸が形成する２次元空間を
   指示する平面ポインティング部と、 上記三次元空間の他の１つの座標軸が形成する１次元空
   間（当該１次元空間の座標値を変化させても上記２次元
   画面領域において同一点が表示される１次元空間を除
   く）を指示する奥行きポインティング部 とを有すること
   を特徴とする三次元グラフィックス編集装置。
2. 【請求項２】 上記三次元空間要素の属性に基づいて、
   上記所定の三次元空間の少なくとも一部の空間内の上記
   三次元空間要素を、回転状態で、第２の２次元画面領域
   に表示する手段をさらに有する請求項１記載の 三次元グ
   ラフィックス編集装置。
3. 【請求項３】 上記三次元空間要素の属性に基づいて、
   上記所定の三次元空間をなす層であって上記三次元空間
   要素が重なることなく平面上に並んだものの各々を順次
   に第３の２次元画面領域に表示する手段とをさらに有す
   る請求項１または２記載の三次元グラフィックス編集装
   置。