专利名称：图像处理装置、图像处理方法及信息存储介质的制作方法
技术领域：
本发明是关于图像处理装置、图像处理方法及信息存储介质，特别是
关于使用纹理映射(texture mapping)显示配设于虚拟三维空间的三维模型 的图像处理装置、图像处理方法及信息存储介质。
背景技术：
在计算机存储器上建立虚拟三维空间，并在该空间配置由多个多边形 所构成的三维模型，再显示于显示器的所谓的3DCG(3 Dimensional Computer Graphics,三维计算机图形)的技术已相当普及。在3DCG中，一 般是通过被称为纹理映射的方法，在各多边形映射图像(纹理)。在纹理映 射中，例如对于图8(a)所示之具有正面外观的三维模型，是先行准备如同 图(b)所示之包含多个纹理的原始图像，并在构成三维模型的各多边形 (polygon)的顶点(同图(a)中以黑点表示)，以其原始图像中的位置(在同图(b) 中是以黑点表示)做为纹理坐标而建立关联。并且，将通过与该多边形的各 顶点相关联的纹理坐标所特定的原始图像中的区域的图像做为纹理而贴 附于各多边形。通过纹理映射的方法，可使三维模型的外观多样化。此外， 在下述2个专利文献中，揭示使用纹理映射的方法的图像处理装置。
专利文献1:日本特开2000-30083号公报
专利文献2:日本特开2002-74395号公报
利用上述现有的纹理映射的方法时，与各多边形的顶点相关联的纹理 坐标是固定的。因此，赋予三维模型动作时，会有产生不自然的显示的情 形。亦即，依据运动数据(motion data)，使三维模型的邻接配置的2个 零件弯曲时，如图9(a)所示，有时会产生在该弯曲部分的周边面积大幅变 化的多边形。此时，包含在原始图像的欲映射于同多边形的纹理，会如图 (b)所示，在大幅变形后才进行映射，而使该显示给予观看者一种不协调感。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而创作，目的在提供一种可对在虚拟三维空间 中做出动作的三维模型适当进行纹理映射的图像处理装置、图像处理方法 及信息存储介质。
为解决上述课题，本发明的图像处理装置，对于构成在虚拟三维空间 中所配置的三维模型的1个以上的多边形，映射由该多边形的纹理坐标所 确定的纹理，并显示上述三维模型，该图像处理装置包括三维模型姿势 变化机构，其根据所给予的运动数据，使上述三维模型的姿势经时变化；
和纹理坐标位移机构，其根据由上述三维模型姿势变化机构所产生的上述 三维模型的姿势的经时变化，使上述多边形的纹理坐标位移。
此外，本发明的图像处理方法，对于构成在虚拟三维空间中所配置的 三维模型的l个以上的多边形，映射由该多边形的纹理坐标所确定的纹理，
并显示上述三维模型，该图像处理方法包括根据所给予的运动数据，使
上述三维模型的姿势经时变化的三维模型姿势变化步骤；和根据上述三维
模型姿势变化步骤中所产生的上述三维模型的姿势的经时变化，使上述多 边形的纹理坐标位移的纹理坐标位移步骤。
此外，本发明的信息存储介质，是存储有用以使计算机作为下列机构
而发挥功能的程序对于构成在虚拟三维空间中所配置的三维模型的1个 以上的多边形，映射由该多边形的纹理坐标所确定的纹理，并显示上述三
维模型的机构；根据所给予的运动数据，使上述三维模型的姿势经时变化 的三维模型姿势变化机构；和根据由上述三维模型姿势变化机构所产生的 上述三维模型的姿势的经时变化，使上述多边形的纹理坐标位移的纹理坐 标位移机构等。计算机是例如个人计算机、服务器计算机、家庭用游戏机、 业务用游戏机、便携式游戏机、便携式电话机、行动信息终端机等。程序 亦可存储于CD-ROM、 DVD-ROM、 ROM盒式磁带(cartridge)等计算机可 读取的信息存储介质中。
根据本发明，根据三维模型之姿势的经时变化，使多边形的纹理坐标 位移。因此，可防止只有一部分的映射于多边形的纹理过度放大縮小，并 能够实现具备协调感的三维模型的显示。
此外，本发明之另一方式，还具备存储机构，该存储机构将时刻、表
示在该时刻下的上述三维模型的姿势的数据、构成在该时刻下的上述三维 模型的至少一部分的多边形的纹理坐标的位移量相关联地存储，上述纹理 坐标位移机构根据上述存储机构的存储内容，使上述多边形的纹理坐标位 移。如此一来，即可以非常简单且确实的方法使多边形的纹理坐标适当变 化。
图1是表示在本发明的实施方式相关的图像处理装置中姿势变化前的 三维模型的立体图。
图2是表示纹理原始图像的一例的图。
图3是表示在本发明的实施方式相关的图像处理装置中姿势变化后的三维模型的立体图。
图4是本发明的实施方式相关的图像处理装置的构成图。
图5是表示包含关键帧坐标位移数据的运动数据的构成的图。
图6是表示本发明的实施方式相关的图像处理的流程图。
图7是表示本发明的实施方式相关的图像处理装置所表示的三维模型的正面外观的图。
图8是说明根据现有技术的变形前的三维模型的表示的图。
图9是说明根据现有技术的变形后的三维模型的表示的图。
具体实施例方式
以下，根据附图详细说明本发明的最佳实施方式。
在本实施方式中，在计算机的存储器上建立虚拟三维空间。该虚拟三 维空间中，配置有由1个以上(在本实施方式中为多个)的多边形所构成的 三维模型(三维对象)。图1是表示该三维模型在某一时刻(在此假设1=0000) 的形状的立体图。该图所示的三维模型，具有重叠4个约为同一尺寸的四 角柱的形状，各四角柱是由8个顶点所确定、而由6个多边形所构成。此 外，三维模型中，被设定有2支骨架(bone) A、 B，上侧2个四角柱的姿 势是根据骨架A而变化，而下侧2个四角柱的姿势则根据骨架B而变化。 亦即，骨架A、 B的姿势会根据运动数据产生经时变化，而随着该变化，上述骨架周围的多边形的位置也会随之产生经时变化。
此外，骨架是形成周围的多边形顶点的基准的线段，例如将骨架A配置成贯通上侧2个四角柱的中心，将骨架B配置成贯通下侧2个四角柱的 中心。此外，三维模型在此为了说明而使用简化的形状，但亦可使用较复 杂的形状，例如表现人体、生物、机器人等某种物体的形状。此外，在此 虽使邻接的多边形共有顶点，但亦可分别具有顶点。此外，运动数据针对 三维模型整体准备1个亦可，或针对三维模型的每个部份准备亦可。
图2是表示包含有被映射于图1所示的三维模型的纹理的纹理原始图 像的图。在本实施方式中，构成三维模型的各多边形的各顶点与纹理坐标 建立关联。纹理坐标是用以指定位于纹理原始图像中的位置，并且由与各 多边形的顶点相关联的纹理坐标所包围的的纹理原始图像中的区域的图 像作为纹理而被映射。在此，图1所示的顶点Vn与纹理坐标Tn建立管关 联。
图3是表示图1所示的三维模型根据运动数据变化姿势的样子，亦即 表示从具有图1所示的形状的时刻起经过规定时间后之时刻(在此假设t=0035)的三维模型的形状。在此，是根据运动数据，在t=OOOO与t=0035 设定有连续的关键帧(keyfmme)。在图1中，骨架A与骨架B是位于直线 上，相对地，在此，骨架A与骨架B是朝向不同的方向。根据上述情况， 上侧2个四角柱的姿势会大幅倾斜。此时，在弯曲部份，多边形的面积会 大幅变化。例如，由顶点V5至V8所包围的多边形面积，会比变化姿势 前(参照图l)更宽。因此，在此，映射图2所示纹理原始图像中的纹理坐 标T5至T8所包围的区域的图像时，会被大幅度地放大。因此，在本实施 方式中，除了使纹理坐标T7位移成T7'外，亦使纹理坐标T8位移成T8'。 亦即，由于纹理坐标具有纵方向以及横方向的2成分，因此，针对纹理坐 标T7相加(AU7， AV7)而设定为纹理坐标T7'，而针对纹理坐标T8相加 (AU8， AV8)而设定为纹理坐标T8'。
藉此，将纹理坐标T5、 T6、 T7'、 T8'这样的比三维模型的姿势变化前 面积更为宽广的纹理予以映射至由顶点V5至V8所包围的多边形，而得 以抑制纹理的放大显示。如此来，通过本实施方式，即使在根据运动数据 进行姿势变化时，依然可在协调感良好的情况下实现纹理映射后的三维模型的显示。此外，上述的纹理坐标变更是适合用于，例如当适用在表示人 体的三维模型中、身子按照运动数据产生向后弯时的该人体的弯曲部份、 以及腕部按照运动数据弯曲时的该腕部的弯曲部份是适宜的。
图4是本实施方式的图像处理装置的构成图。该图所示的图像处理装 置10，包含存储部12;图像处理部14;显示部16。存储部12是由硬盘存储装置或RAM等公知的存储装置所构成，特别是存储运动数据18及模 型数据20。运动数据18是表示三维模型(在此为骨架)的姿势变化的数据， 在此，包含有纹理坐标位移数据18a。运动数据18亦可以是显示构成三维 模型的各多边形顶点的位置变化的数据，此时，同样是根据运动数据18 表示三维模型的姿势变化。纹理坐标位移数据18a是表示构成三维模型的 多边形的部份或全部的顶点的纹理坐标的位移量(上述之AUn、 AVn)的数 据。图5表示运动数据18的一例。如该图所示，运动数据是将关键帧时 刻t、该时刻下的各骨架的姿势数据Pt、以及与该时刻下的部份或全部的 多边形顶点相关联的纹理坐标的位移量(AUn、 AVn)建立关联所构成的。 对于纹理坐标未产生位移的关键帧(例如t二0000的关键帧)，则不存储位 移量(AUn、 AVn)。
模型数据20是由纹理数据20a与多边形数据20b所构成。多边形数 据20b是表示相对于构成三维模型的各多边形的骨架的位置等的数据，用 以特定三维模型的形状。多边形数据20b中，亦包含各多边形顶点的纹理 坐标。纹理数据20a是表示上述纹理原始图像的数据。
图像处理部14是以CPU、 RAM等为中心所构成的公知的计算机，可 使用个人计算机、家庭用游戏机、业务用游戏机、便携式游戏机等来构成。 在此，图像处理部14是通过执行规定的程序，在存储器上建立虚拟三维 空间，并针对构成配置于该虚拟三维空间的三维模型的各多边形，映射由 该多边形的纹理坐标所特定的纹理，并且生成用以表示从所给予的视角所 见的虚拟三维空间的样子的图像。此外，是实现有，根据运动数据18，使 三维模型的姿势经时变化的三维模型姿势变化部14a;和根据三维模型姿 势变化部Ma所产生的三维模型的姿势的经时变化，使各多边形的纹理坐 标位移的纹理坐标位移部14b。程序是通过例如CD-ROM或DVD-ROM 等可由计算机读取的信息存储介质，供给至图像处理部14。另外，亦可经由因特网等数据通信网络供给至图像处理部14。显示部16是由LCD、 CRT、家庭用电视接收机等所构成，用以显示图像处理部14所生成的虚 拟三维空间的图像。
图6是图像处理装置10的动作流程图。如该图所示，图像处理装置 10首先是根据运动数据18，计算出当前时刻的三维模型的姿势数据 (S101)。具体而言，是从存储部12读出当前时刻前后的关键帧时刻的关键 帧姿势数据，通过插补该数据，而计算出当前时刻的三维模型的各骨架的 姿势数据。接着，而判断关键帧纹理坐标位移数据是否与现在时刻的前或 后的关键帧时刻相关联地被存储(S102)。然后，只要关键帧纹理坐标位移数据与至少一方的关键帧时刻相关联地存储，即可根据该数据取得当前时 刻的各多边形顶点的纹理坐标的位移量(S103)。亦即，可从存储部12读取当前时刻的前后的关键帧时刻的关键帧纹理坐标位移数据，并通过插补该 数据，从而计算出当前时刻的纹理坐标位移数据(表示纹理坐标的位移量)。 然后，根据S101所计算出的各骨架的姿势数据、S103所计算出的纹理坐 标的位移量、存储于存储部12的模型数据20，将三维模型的姿势更新的 同时，对更新后的姿势的三维模型，以位移后的纹理坐标所特定的纹理原 始图像中的区域的图像作为纹理进行映射。之后，即生成表示当前时刻的 虚拟三维空间的图像(S104)，并将该图像供给至显示部16，并更新由显示 部所进行的虚拟三维空间的显示(S105)。之后，等候下一个显示更新时机 (S106)，再次进行SIOI之后的处理。如上所述，S101乃至S105的处理， 是每隔规定时间反复进行。
根据上述图像处理装置10，纹理坐标是随着与运动数据所对应的三维 模型的姿势变化而产生位移，因此可解决仅在部分多边形映射极端变形的 纹理的问题，而得以显示具良好协调感的三维模型。亦即，针对时刻t= 0000的三维模型(图1)，映射图2所示的纹理时，外观正面会呈现图7(a) 所示的自然图像，但若不以本实施方式的方式使纹理坐标进行适当位移， 则在时刻t二0035下，三维模型的形状会如图3所示呈现弯曲，与此相伴， 外观正面便如同图9所示会呈现一部份大幅变形(失真)的不自然图像。相 对地，依照本实施方式使纹理坐标适当进行位移后，即可如图7(b)所示， 抑制上述变形的程度。如此一来，即可显示具良好协调感的三维模型。
权利要求
1.一种图像处理装置，对于构成在虚拟三维空间中所配置的三维模型的1个以上的多边形，映射由该多边形的纹理坐标所确定的纹理，并显示上述三维模型，该图像处理装置包括三维模型姿势变化机构，其根据所给予的运动数据，使上述三维模型的姿势经时变化；和纹理坐标位移机构，其根据由上述三维模型姿势变化机构所产生的上述三维模型的姿势的经时变化，使上述多边形的纹理坐标位移。
2. 根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于， 还具备存储机构，该存储机构将时刻、表示在该时刻下的上述三维模型的姿势的数据、构成在该时刻下的上述三维模型的至少一部分的多边形 的纹理坐标的位移量相关联地存储，上述纹理坐标位移机构根据上述存储机构的存储内容，使上述多边形 的纹理坐标位移。
3. —种图像处理方法，对于构成在虚拟三维空间中所配置的三维模型 的l个以上的多边形，映射由该多边形的纹理坐标所确定的纹理，并显示 上述三维模型，该图像处理方法包括根据所给予的运动数据，使上述三维模型的姿势经时变化的三维模型 姿势变化步骤；和根据上述三维模型姿势变化步骤中所产生的上述三维模型的姿势的 经时变化，使上述多边形的纹理坐标位移的纹理坐标位移步骤。
4. 一种信息存储介质，是存储有用以使计算机作为下列机构而发挥功 能的程序对于构成在虚拟三维空间中所配置的三维模型的1个以上的多边形， 映射由该多边形的纹理坐标所确定的纹理，并显示上述三维模型的机构；根据所给予的运动数据，使上述三维模型的姿势经时变化的三维模型 姿势变化机构；和根据由上述三维模型姿势变化机构所产生的上述三维模型的姿势的 经时变化，使上述多边形的纹理坐标位移的纹理坐标位移机构。
全文摘要
本发明是提供一种可对在虚拟三维空间中做出动作的三维模型适当进行纹理映射的图像处理装置、图像处理方法及信息存储介质。一种对于构成在虚拟三维空间中所配置的三维模型的各多边形，映射由该多边形的纹理坐标所确定的纹理，并显示上述三维模型的图像处理装置(10)，其特征为包括根据所给予的运动数据(18)，使上述三维模型的姿势经时变化的三维模型姿势变化部(14a)；根据由三维模型姿势变化部(14a)所产生的上述三维模型的姿势的经时变化，使上述各多边形的纹理坐标位移的纹理坐标位移部(14b)。
文档编号G06T15/04GK101203888SQ20068002226
公开日2008年6月18日 申请日期2006年10月3日 优先权日2005年10月7日
发明者大槻宪弘 申请人:科乐美数码娱乐株式会社