专利名称：图像生成系统、图像生成方法、计算机程序及其记录介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制作计算机图形的纹理映射技术。
背景技术：
近年来，随着计算机(computer)性能的提高，逼真度高的计算机图形的制作环境不断完善。特别是，专用于图形处理动作的GPU(Graphic Processing Unit)性能飞跃性提高，具有实时地运算运动图像的能力的GPU也容易获得。另外，利用计算机图形的机会也有所增加，在以电影为主的电视机、因特网、杂志等的媒体广告、产品目录、新闻节目表中的说明影像等、所谓的介质中，利用计算机图形。在产品目录中，登载了将“产品”这一客观存在的物体用计算机图形的方式描绘出的图像、影像。利用计算机图形的优点在于可从实际准备实物进行拍摄时的各种制约中解放出来。例如，在要用录像机拍摄车辆的行驶场景的情况下，需要首先确定行驶场所。此时，为了不有损广告效果，需要确保满足特定条件的外景拍摄场所。另外，实拍会收到天气的影响，拍摄期间的长期化也会影响到成本增加、产品的销售规划。另外，为了提高广告效果，有时积极运用影像表现也是有效的。例如，在实拍过程中要以伴有危险的角度制作影像的情况下，也能有效地运用计算机图形。近年来，开发了各种计算机图形的制作方法。作为其中之一，已知一种“纹理映射” 的方法。所谓“纹理映射”是指通过计算机来提高物体表面的图案及光泽感的真实感的技术，犹如可看到实物那样提高“逼真度”。所谓“纹理”是指物体表面所具有的图案、光泽感、 质感等的总称。例如，非专利文献1公开了纹理映射所涉及的技术。图20表示纹理映射的步骤的一例。按物体的形状(圆柱)1001附加物体表面的纹理1002，由此生成逼真度高的图像1003。在纹理映射技术中，在将二维图像的纹理附加于三维形状时，通常按照三维形状来改变作为四角形的纹理图像的亮度值。在图20的例子中，根据圆柱1001的侧面的亮度值，改变四角形的纹理图像1002的亮度值。其结果，在所得到的图像1003中，在圆柱1001 附加的、带有圆润感的纹理图像的亮度值随着圆柱1001的形状变化。因此，视觉上没有不协调的感觉。也就是说得到了逼真度高的图像1003。计算机图形是通过如下方法制作的，即用计算机求出原本来自光源的光被物体反射而到达视点的光的亮度值。在将实物这样的纹理制作在物体表面的过程中，一般情况下作为纹理图像使用由数码静态相机等拍摄到的实拍图像，禾_其实拍图像的亮度值。近年来，根据对逼真度要求的提高，利用模型库(model-base)计算全部内容明显受到限制。例如，随着对图像高清晰度要求的提高，应处理的像素数增大，使得计算负荷急剧增加。由此，也表现出在模型库中无法描述完全的限制。由于近年来计算机图形利用范围的变宽和对逼真度要求的提高，多数情况下使用拍摄或测量实拍图像然后用于纹理映射的图像库。图像库在计算机图形制作中是必须的。非专利文献1 “三维计算机图形明解”，荒屋真二，共同出版，pp. 24-26,pp.127-132，pp.144-146，2003 年但是，在现有技术中，可对应于受到外力而物体形状变形的纹理映射方法是不存在的。换言之，虽然能针对预先提供的形状改变纹理图像的亮度值，但在物体形状变形的情况下，对应该变形改变纹理图像的亮度值是不可行的。其结果，存在纹理映射的逼真度劣化的问题。为了提高纹理映射的逼真度，直接使用拍摄或测量实物而得到的数据是重要的， 这是图像库方法的特征。可是，在现有技术中，用作实拍图像的纹理图像的亮度值是固定的，形状发生变化的物体未被利用。其结果，例如直接反射光源光的镜面反射的纹理变得不自然，或者附加了由于形状变化导致从视点出发应该被遮蔽而看不到的纹理，由此产生与实物不同的不自然的纹理，存在着逼真度劣化的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题进行的，其目的在于即便附加有纹理的形状发生变化也可实现逼真度高的纹理映射。本发明的一种图像生成系统，参照纹理图像决定对象物的多边形的亮度值，该图像生成系统具备获取部，保持施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；存储器部，针对多个多边形的每个多边形，保存将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对所述多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加所述外力时的纹理图像的亮度值的信息对应起来的表；和纹理映射部，根据未受到外力的对象物的多边形的位置的信息、 及作用于所述对象物的多边形的应力向量的信息，参照所述表。也可所述获取部还测量外力，所述纹理映射部基于测量的所述外力来计算作用于所述对象物的多边形的应力向量，参照所述表。也可所述获取部拍摄施加所述外力而变形的被摄体的纹理图像来生成所述纹理图像的数据，对根据施加于所述被摄体的外力的应力向量的大小及起点位置进行测量，从而生成所述应力向量的信息，所述存储器部将所述应力向量的信息存储到所述表中。也可所述图像生成系统还具备形状设定部，对所述对象物的三维形状设定多个多边形；应力运算部，计算由所述外力产生的各多边形的应力向量；和检测部，根据与各多边形的位置相关的位置信息及应力向量，确定具有与所述应力向量最接近的地址的所述纹理图像的亮度值，在所述存储器部的表中，所述应力向量的大小及起点位置作为地址被保存，所述存储器部将所述纹理图像的亮度值作为所述对象物的多边形的亮度值输出。也可所述获取部具有应变传感器和测距传感器，所述应变传感器测量所述应力向量的大小，所述测距传感器测量所述应力向量的起点位置。也可所述获取部在使对所述被摄体施加的外力相同的状态下，分别进行所述应力向量的测量及所述纹理图像的拍摄。也可在所述应力向量的大小的变化超过了规定的基准时、或者应力向量的起点位置的变化超过了规定的基准时，所述获取部对所述纹理图像进行摄影。也可所述应变传感器与所述被摄体相接触配置以测量所述外力，所述应力运算部接收测量的所述外力的信息，计算由所述外力产生的各多边形的应力向量。也可所述应力运算部通过利用了以多边形为单位设定的质点及连接所述质点的弹簧弹性的模型，计算所述应力向量。也可所述图像生成系统还具备投影变换部，该投影变换部基于参照之后所得到的亮度值的信息，改变对所述对象物的多边形应用的纹理图像的亮度值，并输出所述纹理图像。本发明的一种图像生成方法，是在参照纹理图像决定对象物的多边形的亮度值的图像生成系统中利用的方法，该图像生成方法包括如下步骤准备施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；针对多个多边形的每个多边形，准备将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对所述多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加所述外力时的纹理图像的亮度值的信息对应起来的表；根据未受到外力的对象物的多边形的位置的信息、及作用于所述对象物的多边形的应力向量的信息，参照所述表；和根据参照之后所得到的亮度值的信息，改变对所述对象物的多边形应用的纹理图像的亮度值，并输出所述纹理图像。本发明的一种计算机程序，是通过参照纹理图像决定对象物的多边形的亮度值的图像生成系统的计算机所执行的计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行如下步骤准备施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；针对多个多边形的每个多边形，准备将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对所述多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加所述外力时的纹理图像的亮度值的信息对应起来的表；根据未受到外力的对象物的多边形的位置的信息、及作用于所述对象物的多边形的应力向量的信息，参照所述表；和根据参照之后所得到的亮度值的信息，改变对所述对象物的多边形应用的纹理图像的亮度值，并输出所述纹理图像。本发明的一种记录介质可以是记录了上述的计算机程序记录介质。根据本发明，由于实拍产生了变形的实物来获取纹理图像的亮度值，故能够以逼真度高的运动图像的计算机图形表现由于物体接触而产生的变形。由此，可提高影像表现力。
图1是表示二维图像的纹理映射技术的框图。图2是多边形的说明图。图3是说明纹理映射中的多边形的坐标(x，y，z)和纹理图像的亮度值的坐标(U， ν)之间对应关系的图。图4是说明代表点搜索部1106的功能的图。图5是说明使用了三维坐标(X，y，ζ)的纹理映射的图。图6是以三维坐标(X，y，ζ)获取纹理图像的亮度值的纹理映射的框图。图7是表示组入了受到外力而物体形状变形的模型的纹理映射的框图。图8是说明质点弹簧设定部1702的功能的图。图9是说明地址变换表1901的图。图10是表示纹理映射的步骤的一例的图。图11是表示实施方式1的图像生成装置100的结构的框图。图12是说明伴随着形状变化产生的应力向量的图。
图13是表示纹理图像的亮度值的获取方法的例子的图。图14是表示测量到被摄体的距离的方法的例子的图。图15是表示图像生成装置100的处理顺序的流程图。图16是表示实施方式2的图像生成装置600的结构的框图。图17是表示纹理图像获取部602的结构例的图。图18是表示亮度值获取控制部314的调整画面706的图。图19是表示实施方式3的图像生成装置900的结构的框图。图20是说明二维图像的纹理映射的图。符号说明100图像生成装置
101应力运算部
102纹理映射部
103亮度值存储器部
108最接近检测部
1110投影变换部
1111显示部
1702质点弹簧设定部
1703外力设定部
1706弹簧力计算部
1712形状设定部
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的图像生成系统的实施方式进行说明。在下面的实施方式1及实施方式2中，说明多个构成要素被设置于一个框体内的、作为图像生成装置实现的图像生成系统的例子。另一方面，在实施方式3中，说明多个构成要素通过网络连接的图像生成系统的例子。实施方式1在本实施方式中，首先说明根据附加有纹理的多边形的坐标来获取纹理图像的亮度值的图像生成装置。在该图像生成装置中，将三维坐标系变换成计算机图形表现的二维坐标系之后，参照将二维坐标和纹理图像的亮度值对应起来的表。其结果，能够获得与纹理的附加位置相应的亮度值。首先，说明上述图像生成装置。然后，说明实拍发生形状变化的对象物的纹理图像的亮度值且测量伴随着形状变化产生的对象物的应力，并将附加有纹理的多边形的坐标和应力作为地址来获取纹理图像的亮度值的图像生成装置。此外，所谓“多边形”是指在由三维计算机图形表现立体时用到的多边形的平面数据。物体表面是基于坐标数据连结多边形的各顶点从而表现出的。如果各多边形越小，则作为其集合描绘出的物体越能够平滑地表现出来，但由于同时需要大量地计算巨大量的顶点坐标数据，因此运算处理、描绘会带来大量的处理负荷。图1是表示图像生成装置的结构及构成要素之间的数据流的框图。在该图中，示出了以纹理映射为中心的计算机图形的制作流程(图中的箭头)。图像生成装置除了图1 中的显示部1111之外，还可通过作为计算机的处理器和计算机程序来实现，也可通过专用于纹理映射处理的处理器来实现。图像生成装置的几何运算部1101将物体的位置及形状等定义为三维，并输出三维形状信号1102。通常，物体形状被分割为多个多边形进行描述。图2是将山行形状分割成四角形的多边形的例子。每个多边形是由直线组成的四角形，多边形的尺寸越小则越能圆滑地表现曲线。这样，三维形状信号1102由多个多边形的坐标(x，y，z)组成。此外，在本说明书中，将多边形形状设为四角形，但这只是一个例子。多边形形状也可是其他多边形，例如三角形。纹理映射部1103参照亮度值存储器部1104所具有的纹理图像的亮度值来计算多边形的亮度值。作为三维形状信号1102而取得的多边形的坐标(X，y, ζ)如图3所示，被变换成纹理图像的亮度值的坐标(u，v)。在图3的例子中，为了提高说明的明确性，将纹理设为文字E。纹理图像的亮度值1301通过纹理映射被附加到山形的物体形状1302上。例如，位于文字部分的点1303的坐标(X，y，ζ)对应于点1304的坐标(u，ν)，因此点1303的多边形的亮度值被确定为表示黑色的0。另一方面，位于背景部分的点1305的坐标(X，y， ζ)对应于点1306的坐标(u，ν)，因此点1305的多边形的亮度值被确定为表示白色的1。多边形的坐标(X，y，ζ)和纹理图像的亮度值的坐标(u，ν)之间的对应关系，也可以在设计者设计时针对全部组合而给出。但是，在制作逼真度高的图像、影像的情况下，像素数巨大，设计者一组一组地指定对应关系是难以实现的。因此，一般情况下，设计者提供代表性的对应关系，基于此对应关系，计算机利用插值运算等执行所有像素的处理。例如， 在图4的例子中，纹理图像的亮度值1301上的点1304、点1306、点1401和物体形状1302 上的点1305、点1402、点1403是指定多边形的坐标(x，y，ζ)和纹理图像的亮度值的坐标 (u,ν)之间对应关系的代表点。不属于指定位置的多边形例如多边形1404的亮度值，根据位于附近的点1305、点1402、点1403所具有的多边形的坐标(x，y，ζ)和纹理图像的亮度值的坐标(u，ν)之间的对应关系，通过插值方法来计算。具体而言，多边形1404的亮度值 L如下式1所示那样，用多边形1404与点1305之间的距离Dl、多边形1404与点1402之间的距离D2、多边形1404与点1403之间的距离D3的倒数进行加权，然后使用线性插值。
权利要求
1.一种图像生成系统，参照纹理图像决定对象物的多边形的亮度值，该图像生成系统具备获取部，保持施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；存储器部，针对多个多边形的每个多边形，保存将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对所述多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加所述外力时的纹理图像的亮度值的信息对应起来的表；和纹理映射部，根据未受到外力的对象物的多边形的位置的信息、及作用于所述对象物的多边形的应力向量的信息，参照所述表。
2.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中， 所述获取部还测量外力，所述纹理映射部，基于测量的所述外力来计算作用于所述对象物的多边形的应力向量，并参照所述表。
3.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，所述获取部拍摄施加所述外力而变形的被摄体的纹理图像来生成所述纹理图像的数据，对基于施加于所述被摄体的外力的应力向量的大小及起点位置进行测量，从而生成所述应力向量的信息，所述存储器部将所述应力向量的信息存储到所述表中。
4.根据权利要求3所述的图像生成系统，其中， 所述图像生成系统还具备形状设定部，对所述对象物的三维形状设定多个多边形； 应力运算部，计算由所述外力产生的各多边形的应力向量；和检测部，根据与各多边形的位置相关的位置信息及应力向量，确定具有与所述应力向量最接近的地址的所述纹理图像的亮度值，在所述存储器部的表中，所述应力向量的大小及起点位置作为地址被保存，所述存储器部将所述纹理图像的亮度值作为所述对象物的多边形的亮度值输出。
5.根据权利要求3所述的图像生成系统，其中， 所述获取部具有应变传感器和测距传感器，所述应变传感器测量所述应力向量的大小， 所述测距传感器测量所述应力向量的起点位置。
6.根据权利要求1至5任一项所述的图像生成系统，其中，所述获取部在使对所述被摄体施加的外力相同的状态下，分别进行所述应力向量的测量及所述纹理图像的摄影。
7.根据权利要求5所述的图像生成系统，其中，在所述应力向量的大小的变化超过了规定的基准时、或者应力向量的起点位置的变化超过了规定的基准时，所述获取部对所述纹理图像进行摄影。
8.根据权利要求4所述的图像生成系统，其中，所述应变传感器与所述被摄体相接触配置，以测量所述外力，所述应力运算部接收所测量的所述外力的信息，计算由所述外力产生的各多边形的应力向量。
9.根据权利要求4所述的图像生成系统，其中，所述应力运算部通过利用了以多边形为单位设定的质点及连接所述质点的弹簧弹性的模型，计算所述应力向量。
10.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，所述图像生成系统还具备投影变换部，该投影变换部根据参照之后得到的亮度值的信息改变对所述对象物的多边形应用的纹理图像的亮度值，并输出所述纹理图像。
11.一种图像生成方法，用于参照纹理图像决定对象物的多边形的亮度值的图像生成系统，该图像生成方法包括如下步骤准备施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；针对多个多边形的每个多边形，准备将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对所述多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加所述外力时的纹理图像的亮度值的信息对应起来的表；根据未受到外力的对象物的多边形的位置的信息、及作用于所述对象物的多边形的应力向量的信息，参照所述表；和根据参照之后所得到的亮度值的信息，改变对所述对象物的多边形应用的纹理图像的亮度值，并输出所述纹理图像。
12.—种计算机程序，是通过参照纹理图像决定对象物的多边形的亮度值的图像生成系统的计算机所执行的计算机程序，所述计算机程序让所述计算机执行如下步骤准备施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；针对多个多边形的每个多边形，准备将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对所述多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加所述外力时的纹理图像的亮度值的信息对应起来的表；根据未受到外力的对象物的多边形的位置的信息、及作用于所述对象物的多边形的应力向量的信息，参照所述表；和根据参照之后所得到的亮度值的信息，改变对所述对象物的多边形应用的纹理图像的亮度值，并输出所述纹理图像。
13.—种记录介质，记录了权利要求12所述的计算机程序。
全文摘要
本发明提供一种图像生成系统、图像生成方法、计算机程序及其记录介质。即便附加有纹理的形状发生变形，也可实现逼真度高的纹理映射。图像生成系统具备获取部，保持施加外力而变形的被摄体的纹理图像的数据；存储器部，针对多个多边形的每个多边形，保持将与未施加外力的多边形的位置相关的位置信息、基于对多边形的位置施加的外力的应力向量的信息、及施加外力时的纹理图像的各亮度值的信息对应起来的表；和纹理映射部，基于未施加外力的对象物的多边形的位置的信息、以及作用于对象物的多边形的应力向量的信息来参照表。
文档编号G06T15/04GK102301399SQ20108000557
公开日2011年12月28日 申请日期2010年8月30日 优先权日2009年9月4日
发明者冲本纯幸, 本村秀人 申请人:松下电器产业株式会社