特許 6025615 画像描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6025615

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】画像描画装置

(51)【国際特許分類】

   G06T 15/00 20110101AFI20161107BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20161107BHJP

【ＦＩ】

   G06T15/00 501

   G06T1/00 B

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-41880(P2013-41880)

(22)【出願日】2013年3月4日

(65)【公開番号】特開2014-170388(P2014-170388A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2015年12月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123434

【弁理士】

【氏名又は名称】田澤 英昭

(74)【代理人】

【識別番号】100101133

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 初音

(74)【代理人】

【識別番号】100173934

【弁理士】

【氏名又は名称】久米 輝代

(74)【代理人】

【識別番号】100156351

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 秀央

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 智史

【審査官】 千葉 久博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１８６９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９６７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１６９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２１３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３９０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３２９２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７７４７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 清水浩行, 外２名，”航空高度データとレンジデータの統合による３次元街モデルの構築”，映像情報メディア学会誌，日本，（社）映像情報メディア学会，２００４年 ６月 １日，第５８巻, 第６号，p.827-834

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｔ １５／００−１５／８７，１７／００，１７／１０−１７／３０

Ｇ０６Ｔ １／００，１９／００−１９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

テクスチャを持った建物モデル群データを入力とし、各建物のオリジナルモデルに対して３つ以上の視点を決定する視点決定部と、
上記視点決定部で決定された各視点を用いて上記オリジナルモデルを投影し、シルエットを生成するモデル投影部と、
上記モデル投影部で生成されたシルエットの輪郭を線分の集合として生成する輪郭生成部と、
上記輪郭生成部で生成された輪郭のうち１つを、他の輪郭を用いて分割し、高さを与える輪郭分割部と、
上記輪郭分割部で分割された輪郭の一部を結合する輪郭結合部と、
上記輪郭結合部で結合処理された輪郭から３次元ポリゴンモデルを生成する輪郭ポリゴン化部と、
上記輪郭ポリゴン化部で生成された３次元ポリゴンモデルから、描画に不必要なポリゴンを削除するポリゴン削減部と、
上記ポリゴン削減部で描画に不必要なポリゴンが削除された３次元ポリゴンモデルに適用するテクスチャを生成し、上記オリジナルモデル及びテクスチャ、並びに、上記ポリゴン削減部で描画に不必要なポリゴンが削除された３次元ポリゴンモデル及び上記生成したテクスチャを記憶部に記録するテクスチャ生成部と、
上記記憶部に記録されたオリジナルモデルと、３次元ポリゴンモデルと、それぞれに対応するテクスチャとを読み出し、入力情報に応じて描画するオリジナルモデルもしくは３次元ポリゴンモデルを決定する描画対象決定部と、
上記描画対象決定部で決定されたオリジナルモデルもしくは３次元ポリゴンモデルと、それに対応するテクスチャとで画像を描画する描画部とを備えた画像描画装置。

【請求項2】

上記視点決定部は、上記オリジナルモデルを鉛直上方から見る第１の視点と、上記オリジナルモデルを水平方向から見る第２、第３の視点を決定し、
上記第１の視点から生成される上記オリジナルモデルの輪郭に対して２次元直交座標系を複数設定して、上記第１の視点から生成されたオリジナルモデルの輪郭を構成する各線分のベクトルと上記２次元直交座標系のそれぞれの座標軸方向のベクトルとの内積値のうち絶対値が小さい方の値の総和を算出したときに該総和値が最小となる該２次元直交座標系の一方の座標軸と、上記第２の視点の視線方向は平行であり、
該２次元直交座標系の他方の座標軸と、上記第３の視点の視線方向は平行であることを特徴とする請求項１記載の画像描画装置。

【請求項3】

上記視点決定部は、上記第２の視点と上記第３の視点を、それぞれ水平方向に４５度回転させた第４の視点と第５の視点とを決定することを特徴とする請求項２記載の画像描画装置。

【請求項4】

上記視点決定部は、異なる位置、視線方向を持つ複数の視点から構成される視点群を複数設定し、上記複数設定した視点群において、視点群を構成する各視点から生成される上記オリジナルモデルのシルエットを用いて得られるボリュームが、最小となる該視点群を構成する各視点を、視点として決定することを特徴とする請求項１記載の画像描画装置。

【請求項5】

上記視点決定部は、上記輪郭ポリゴン化部で生成される３次元ポリゴンモデルの品質に応じて、視点数を変化させることを特徴とする請求項１記載の画像描画装置。

【請求項6】

上記輪郭結合部は、隣り合う２つの輪郭において、上記隣り合う２つの輪郭が共有する頂点における一方の輪郭が為す内角ともう一方の輪郭が為す内角との和が１８０度である場合に上記隣り合う２つの輪郭を結合するとともに、
上記隣り合う２つの輪郭が共有する頂点における一方の輪郭が為す内角ともう一方の輪郭が為す内角との和が１８０度となるように上記共有する頂点を移動させた際の上記隣り合う２つの輪郭の変形量が特定の閾値以下であるかどうかを判定し、閾値以下であれば上記隣り合う２つの輪郭を変形させて結合することを特徴とする請求項１記載の画像描画装置。

【請求項7】

上記ポリゴン削減部で削除されるポリゴンは、隣り合う柱体同士の向かい合った２つの壁面において、一方の壁面に包含されるもう一方の壁面を構成するポリゴンであることを特徴とする請求項１記載の画像描画装置。

【請求項8】

上記テクスチャ生成部は、上記オリジナルモデルの鉛直上方と、上記第２、第３の視点と、上記第２、第３の視点をそれぞれ水平方向に１８０度回転させた２つの視点とから、上記オリジナルモデルに対応するテクスチャでテクスチャマッピングされた上記オリジナルモデルを描画して、テクスチャを生成することを特徴とする請求項２記載の画像描画装置。

【請求項9】

上記描画対象決定部は、描画時に使用する縮尺に応じた詳細度の３次元ポリゴンモデルもしくはオリジナルモデルを描画するよう決定することを特徴とする請求項１記載の画像描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポリゴンモデルを用いて２次元または３次元形状を表現する画像描画装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

コンピュータグラフィックスにおいて、２次元または３次元形状を表現する方法として、ポリゴンモデルが広く用いられている。ポリゴンモデルは、主に３角形を単位形状とし、その組み合わせで形状を表現する。

【0003】

カーナビなどで使用される３次元都市モデルは、３角形などのポリゴンで表現されることが多いが、各建物を数百ポリゴン以上で表現した場合、広範囲を俯瞰した際に視界内に含まれるポリゴン数は数十万以上と非常に多くなる。一方で、ポリゴンモデルの描画時間は、描画するポリゴン数に依存するため、モデルが大量のポリゴンから構成される場合、描画時間は長くなる。
このような場合、描画時間を短縮するために、ＬＯＤ（Ｌｅｖｅｌ Ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ）技術が一般的に用いられている。ＬＯＤ技術とは、描画するポリゴン数を少なく保つことで、描画速度を向上させる技術である。例えば、あらかじめ各モデルを簡略化したモデルを用意し、視点とモデルの位置関係などに応じて、重要度の低いモデルを簡略化したモデルに置き換えることなどで実現される。

【0004】

３次元都市モデルの描画に対してＬＯＤ技術を適用する場合、３次元都市モデルに含まれる建物の数は非常に多いため、それぞれの建物を簡略化したモデルを、手動で作成することは困難であり、自動で生成する必要がある。例えば、非特許文献１では、簡略化されたモデルを生成するため、まず、各建物を鉛直方向と水平２方向の計３方向から平行投影で見たときのシルエットの輪郭を直線近似する。そして、水平方向の輪郭を用いて、鉛直方向の輪郭を分割しつつ高さ情報を与える。さらに、分割された各領域を柱体としてポリゴン化することで、簡略化されたモデルを生成する。また、シルエットの解像度や、上記直線近似の最大誤差を制御することで、異なる詳細度のモデルを容易に生成できる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｔｓａｉ，Ｆ．，Ｌｉｎ，Ｗ．Ｊ．， ａｎｄ Ｃｈｅｎ，Ｌ．Ｃ．， Ｍｕｌｔｉ− Ｒｅｓｏｌｕｓｉｏｎ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｒｒａｉｎ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｇｅｏ−Ｓｐａｃｉａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、非特許文献１では、建物の向きや形に関係なく決められた３方向からシルエットを生成するため、特に建物の壁面が水平方向に対して斜めである場合、簡略化されたモデルの形状が元の建物形状と大きく異なってしまう。また、鉛直方向の輪郭を不必要に多く分割してしまうことがあることや、接する柱体同士がそれぞれ壁面を持つことから、不要なポリゴンが含まれてしまう。さらには、生成したモデルに対して使用するテクスチャを生成する手段について述べられていない。

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来技術を用いて生成したモデルが持つポリゴン数と同じポリゴン数で構成されるモデルを生成した場合に、従来技術を用いたものよりも元のモデル形状により近いモデルを得ること、また、生成したモデルに適用するテクスチャを自動生成すること、さらにそれらモデルとテクスチャを用いて３次元建物群を高速に描画することができる画像描画装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明に係る画像描画装置は、テクスチャを持った建物モデル群データを入力とし、各建物のオリジナルモデルに対して３つ以上の視点を決定する視点決定部と、視点決定部で決定された各視点を用いてオリジナルモデルを投影し、シルエットを生成するモデル投影部と、モデル投影部で生成されたシルエットの輪郭を線分の集合として生成する輪郭生成部と、輪郭生成部で生成された輪郭のうち１つを、他の輪郭を用いて分割し、高さを与える輪郭分割部と、輪郭分割部で分割された輪郭の一部を結合する輪郭結合部と、輪郭結合部で結合処理された輪郭から３次元ポリゴンモデルを生成する輪郭ポリゴン化部と、輪郭ポリゴン化部で生成された３次元ポリゴンモデルから、描画に不必要なポリゴンを削除するポリゴン削減部と、ポリゴン削減部で描画に不必要なポリゴンが削除された３次元ポリゴンモデルに適用するテクスチャを生成し、オリジナルモデル及びテクスチャ、並びに、ポリゴン削減部で描画に不必要なポリゴンが削除された３次元ポリゴンモデル及び生成したテクスチャを記憶部に記録するテクスチャ生成部と、記憶部に記録されたオリジナルモデルと、３次元ポリゴンモデルと、それぞれに対応するテクスチャとを読み出し、入力情報に応じて描画するオリジナルモデルもしくは３次元ポリゴンモデルを決定する描画対象決定部と、描画対象決定部で決定されたオリジナルモデルもしくは３次元ポリゴンモデルと、それに対応するテクスチャとで画像を描画する描画部とを備えるものである。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、従来技術を用いて生成したモデルが持つポリゴン数と同じポリゴン数で構成されるモデルを生成した場合に、従来技術を用いたものよりも元のモデル形状により近いモデルを得ること、また、生成したモデルに適用するテクスチャを自動生成すること、さらにそれらモデルとテクスチャを用いて３次元建物群を高速に描画することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置を示す構成図である。

【図2】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置で簡略化するモデルの例を示す図である。

【図3】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置の視点決定部で決定される視点を示す図である。

【図4】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置のモデル投影部が生成するシルエット画像および輪郭生成部が生成する輪郭を示す図である。

【図5】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置の輪郭分割部が主輪郭を分割する様子を示す図である。

【図6】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置の輪郭結合部において輪郭の結合条件を示す図である。

【図7】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置の輪郭結合部において主輪郭のうち結合可能なものを全て結合した状態を示す図である。

【図8】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置のテクスチャ生成部が生成するテクスチャ画像を示す図である。

【図9】この発明の実施の形態１に係る画像描画装置により生成される簡易化されたモデルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る画像描画装置の構成を示す図である。画像描画装置は、前処理部１、実行時処理部２、記憶装置３、画像出力装置４を備える。前処理部１は、テクスチャマッピングされた建物モデル群データを入力とし、複数の詳細度で簡略化された建物モデル群データを作成する。また、該入力された建物モデル群データと該複数の詳細度で簡略化された建物モデル群データとを記憶装置３に出力する。記憶装置３は、前処理部１から出力されたこれら建物モデル群データを記憶する。実行時処理部２は、記憶装置３に記憶されている建物モデル群データを読み出し、例えば縮尺などで数値化されて示される視点位置などの入力情報に応じて、適切な詳細度の建物モデル群を描画して画像出力装置４に出力する。画像出力装置４は、実行時処理部２から出力された建物モデル群をモニターなどの画像表示装置（図示せず）に出力する。なお、前処理部１に入力される建物モデル群データとして、３次元の建物モデル群データ、特に例えばテクスチャを持ったポリゴンで構成された３次元建物モデル群データなどが考えられる。

【0012】

前処理部１は、視点決定部１１、モデル投影部１２、輪郭生成部１３、輪郭分割部１４、輪郭結合部１５、輪郭ポリゴン化部１６、ポリゴン削減部１７、テクスチャ生成部１８を備える。
視点決定部１１は、データとして入力された建物モデル群内の各モデルに対して、２つ以上の視点を決定する。モデル投影部１２は、視点決定部１１で決定した視点を用いて各モデルを平行投影で描画することで、シルエット画像を生成する。輪郭生成部１３は、モデル投影部１２が生成したシルエット画像に含まれるシルエットの輪郭を線分の集合として生成する。輪郭分割部１４は、輪郭生成部１３が生成した輪郭のうち１つを、他の輪郭を用いて分割し、高さ情報を付与する。輪郭結合部１５は、輪郭分割部１４が分割した輪郭の内、条件に応じて一部を結合する。輪郭ポリゴン化部１６は、輪郭結合部１５が結合処理した輪郭から３次元ポリゴンモデルを生成する。ポリゴン削減部１７は、輪郭ポリゴン化部１６が生成した３次元ポリゴンモデルから、描画に不必要なポリゴンを削除する。テクスチャ生成部１８は、テクスチャ画像のデータを生成し、視点決定部１１に入力された建物モデル群データとテクスチャ、ポリゴン削減部１７が削減処理した３次元ポリゴンモデルのデータと共に記憶装置３に出力する。

【0013】

また、実行時処理部２は、描画対象決定部２１、描画部２２を備える。描画対象決定部２１は、記憶装置３に記憶されている建物モデル群データを読み出し、視点位置などの入力情報に応じて描画する建物モデル群を決定する。描画部２２は、描画対象決定部２１が決定した建物モデル群を描画して、画像出力装置４に出力する。

【0014】

次に、この発明の実施の形態１に係る画像描画装置の動作について説明する。
図２、３を用いて、前処理部１を構成する視点決定部１１の動作について説明する。図２に、簡略化するモデルの一例を示す。図２に示されるモデルは、視点決定部１１に入力される建物モデル群データをそのまま表示装置にて表示した場合の詳細度のモデルであり、簡略化前のモデル、つまりオリジナルモデルである。
視点決定部１１では、データとして入力された建物モデル群内の各モデルに対して、モデルのシルエットを生成するために使用する２つ以上の視点を決定する。以降、決定する視点のうち１つを主視点、それ以外をサブ視点と呼ぶこととする。主視点は、モデルを見下ろすように決定され、サブ視点は主視点以外の視点として１つ以上決定される。

【0015】

これらの視点を決定する方法として、例えば、主視点の位置と視線方向は、モデルのバウンディングボックスの中心を鉛直上方から見る視点とできる。また、主視点の向きを次のように決定できる。まず、一時的に東方向を主視点の右手方向として、モデルのシルエット画像とその輪郭を主視点からの平行投影により生成する。この際、シルエット画像（輪郭）のＸＹ座標軸として、主視点の右手方向（東方向）を例えばＸ軸方向とし、主視点の上方向（北方向）をＹ軸方向とする２次元直交座標系を設定する。そして、輪郭を構成する各微小線分のベクトル（ベクトルの向きは、微小線分の２つの端点のうち、どちらを始点にしても構わない）において、設定したＸ、Ｙ軸方向のベクトルであり大きさが等しいベクトル（例えばＸ、Ｙ軸の単位ベクトル）それぞれとの内積を算出し、算出した２つの内積値のうち絶対値が小さいほうの値を選択する。さらに、各微小線分において選択したそれら絶対値の総和を算出する。

【0016】

次に、主視点の右手方向を、主視点の視線方向つまり鉛直方向を回転軸とし、視線方向に対して垂直な平面つまり水平面上で少量回転させる。このとき、上記で設定したＸＹ座標軸も、主視点の右手方向に合わせて同様に少量回転させる。そして、該回転した主視点の向き、ＸＹ座標軸において、上記と同様に内積値の絶対値の総和を算出する処理を、主視点の右手方向およびＸＹ座標軸が９０度回転するまで繰り返す。すなわち、シルエット画像（輪郭）に対して複数の２次元直交座標系を設定し、それぞれの２次元直交座標系において、上記した内積値の絶対値の総和を算出する処理を行う。
最後に、主視点の右手方向およびＸＹ座標軸が９０度回転したときに、上記絶対値の総和が最小となったときの主視点の向きを求め、該主視点の向きを、主視点の向きとして決定する。すなわち、設定した複数の２次元直交座標系のうち、上記絶対値の総和が最小となる２次元直交座標系を求め、該２次元直交座標系のＸ軸方向を主視点の右手方向、Ｙ軸方向を主視点の上方向とする。
なお、主視点の右手方向およびＸＹ座標軸を少量回転させるときの回転軸の位置は任意であり、例えばモデルの重心を通る位置とすることができる。

【0017】

サブ視点の位置、視線方向および向きは、例えば、鉛直上方を上方向とし、主視点の右手方向（上記絶対値の総和が最小となったときのＸＹ座標軸におけるＸ軸方向）を視線方向とする視点をサブ視点Ａとでき、鉛直上方を上方向とし、主視点の上方向（上記絶対値の総和が最小となったときのＸＹ座標軸におけるＹ軸方向）を視線方向とする視点をサブ視点Ｂとできる。

【0018】

さらに、サブ視点ＡおよびＢの視線方向をそれぞれ水平方向に４５度回転させたものをサブ視点Ｄ、Ｃとできる。図３は、以上のとおり生成した主視点とサブ視点を示している。この決定方法では、各視点の視線方向同士が直交または４５度に交わるため、次に説明するモデル投影部１２以降の各部での処理動作における計算を、容易にできる。
なお、モデル投影部１２の動作で後述するように、視点決定部１１で決定した視点は、平行投影に用いるので、視点の位置は無限遠となる。図３では、便宜的に各視点の位置を示している。
決定された各視点の情報は、モデル投影部１２へ出力される。

【0019】

なお、主視点を決定する方法は、上記の方法に限らず、視線方向がモデルを見下ろす方向であって、そのときに平行投影により得られるモデルのシルエットの面積が、小さくなるように決定すれば、任意の方法でよい。例えば、ランダムに複数の主視点位置候補を設定し、シルエットの面積が最も小さくなるものを主視点として決定するなどの方法が考えられる。

【0020】

また、サブ視点を決定する方法は、後述するポリゴン削減部１７で生成されるモデルのポリゴン数が少なく、かつ、該モデル形状と簡略化前の元のモデル形状との差が小さくなるように決定すれば任意の方法でよい。
例えば、主視点および２つ以上のサブ視点の各視点からの平行投影によるシルエットを交差させたボリュームを生成し、そのボリュームを最小化するように各視点を決定するなどしてもよい。つまり、異なる位置、視線方向を持つ複数の視点から構成される視点群を複数設定し、１つの視点群において、該視点群を構成する各視点からの平行投影によるモデルのシルエットを交差させたボリュームを求める処理を、設定した全ての視点群に対して行う。そして、ボリュームが最小となった視点群を選択し、該視点群を構成する各視点を、主視点およびサブ視点として決定してよい。

【0021】

さらに、サブ視点の数も任意であり、後述する輪郭ポリゴン化部１６で生成したモデルの品質に応じて変化させてもよく、品質が低い場合にサブ視点を追加するなどしてもよい。サブ視点の数を増加させることで、生成されるモデルの品質を向上させることができる。
なお、モデルの品質の判断基準としては、例えば、視点決定部１１に入力されたモデルと輪郭ポリゴン化部１６で生成したモデルとのボリュームを比較して、差分の体積が小さいものほど品質が高いと判断するなどの方法を用いることができる。

【0022】

図４を用いて、前処理部１を構成するモデル投影部１２の動作について説明する。モデル投影部１２では、視点決定部１１にて決定した視点から、モデルを２値画像として平行投影で描画し、シルエット画像を生成する。図４は、各視点から生成したシルエット画像を示している。図４（ａ）は主視点から生成したシルエット画像、（ｂ）はサブ視点Ａから生成したシルエット画像、（ｃ）はサブ視点Ｂから生成したシルエット画像、（ｄ）はサブ視点Ｃから生成したシルエット画像、（ｅ）はサブ視点Ｄから生成したシルエット画像である。ただし、同図には、後述する輪郭生成部１３が生成する輪郭も描かれている。また、同図では、各視点から生成したシルエット画像と輪郭について、該視点の右手方向をＸ軸方向とし、この方向に直交するＹ軸方向とで定められるＸＹ座標を設定することができる。

【0023】

このときに生成するシルエット画像の解像度は、３次元空間内の長さＬがＰピクセルになるよう決定する。このとき、Ｌに対するＰの比率Ｐ／Ｌを大きくすることで、生成されるモデルの詳細度は高くなり、反対に小さくすることで、モデルの詳細度は低くなる。そのため、Ｐ／Ｌは生成するモデルの詳細度を制御するパラメータとなる。
生成されたシルエット画像の情報は、輪郭生成部１３へ出力される。

【0024】

図４を用いて、前処理部１を構成する輪郭生成部１３の動作について説明する。まず、主視点から生成したシルエットの輪郭を求める。そして、輪郭を誤差Ｅ_１ピクセル以下で最小数の線分の集合に近似する。なお、誤差Ｅが大きいほど最終的に生成されるモデルが荒く、元のモデルとの差が大きいものになる。これは、モデルの詳細度を制御するパラメータとなる。以降、この輪郭を主輪郭と呼ぶ。図４（ａ）に主輪郭を示す。また、主輪郭の各頂点に対して、高さ情報を付与する。この高さとは、主輪郭を構成している各頂点における、地面から主視点の視線方向と反対方向の距離のことである。

【0025】

次に、各サブ視点から生成したシルエットに対し、以下の方法で輪郭を生成する。以降、この輪郭をサブ輪郭と呼ぶ。まず、上記の通り各サブ視点から生成したシルエットにおいて設定したＸＹ座標において、シルエット画像のｘ＝ｉ（０≦ｉ＜画像幅−１、ｉは自然数）におけるピクセルの内、シルエットに含まれる最大のｙ座標をｙ（ｉ）として求める。次に、求めた座標（ｉ，ｙ（ｉ））をｉ＝０から順に接続する。そして、接続された線分群を、誤差Ｅ_２ピクセル以下で最小数の線分群に近似する。ただし、近似する際には、ｘ＝０となる輪郭の端点からもう一方の端点に線分を辿ったとき、線分のｘ成分が０以上となるようにする。図４（ｂ）〜（ｅ）は、図３に示したサブ視点Ａ〜Ｄから生成したサブ輪郭Ａ〜Ｄをそれぞれ示している。生成された輪郭の情報は、輪郭分割部１４へ出力される。

【0026】

図５を用いて、前処理部１を構成する輪郭分割部１４の動作について説明する。輪郭分割部１４では、まず、サブ輪郭Ａの各頂点を視線方向に延長した直線を生成し、主輪郭上に投影する。そして、投影された直線を用いて主輪郭を分割する。ここで、投影された直線と主輪郭との交点に生成された新たな頂点の高さには、その頂点につながる主輪郭上の２頂点の高さを線形補間した値と、交点における投影された直線の高さとを比較し、小さい方を採用する。なお、交点における投影された直線の高さとは、該交点を形成している投影された直線がサブ輪郭Ａと交わる点における、ｙ座標成分の値である。以降、同様に他のサブ輪郭Ｂ〜Ｄを用いて、主輪郭を分割する。図５（ａ）は、図４で生成したサブ輪郭ＡとＢで主輪郭を分割する様子を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）で示す状態からさらにサブ輪郭ＣとＤで主輪郭を分割する様子を示す。
また、とあるサブ輪郭から投影した直線と他のサブ輪郭から投影した直線とが交わる場合、この交点（頂点）における高さは、投影され交わったそれぞれの直線の高さのうち、小さい方を採用する。

【0027】

なお、図４で生成した主輪郭の元となった主視点の視線は鉛直方向であったため、主輪郭を構成している各頂点の高さは、地面からの鉛直方向の距離に一致しており、各サブ輪郭の視線は水平方向であるため、頂点から視線方向へ伸ばした直線も水平方向に一致しており、主輪郭を分割する際に、主輪郭と、サブ輪郭の各頂点を視線方向に延長して主輪郭上に投影した直線との交点と、該交点の高さを容易に計算することが可能である。さらに、サブ視点Ａ、Ｂの視線方向を互いに垂直かつ主視点の視線方向に対して垂直に決定したため、上記直線は主輪郭を生成したシルエット画像のＸ軸方向またはＹ軸方向に平行となっている。同様に、サブ輪郭Ｃ、Ｄから伸ばした直線も水平方向に一致しており、主輪郭の元となったシルエット画像のＸ軸方向またはＹ軸方向に対して４５度のため、主輪郭を分割する際に、主輪郭と、サブ輪郭の各頂点を視線方向に延長して主輪郭上に投影した直線との交点と、該交点の高さを容易に計算できる。
以上のように分割された主輪郭の情報は、輪郭結合部１５へ出力される。

【0028】

図６と図７を用いて、前処理部１を構成する輪郭結合部１５の動作について説明する。輪郭結合部１５では、分割された主輪郭を構成する線分の内、不要なものを検出して削除する。
例えば、図６（ａ）のように、分割されて互いに接している２つの輪郭Ｃ１とＣ２があった場合、頂点Ｐ０が線分Ｌ１側と線分Ｌ２側で同じ高さかつ、頂点Ｐ１が線分Ｌ３側と線分Ｌ４側で同じ高さであり、さらに線分Ｌ１と線分Ｌ２が同じ向き（線分同士が交わる角度が０度）かつ線分Ｌ３と線分Ｌ４が同じ向きである場合、線分Ｌ５を削除して輪郭Ｃ１とＣ２を結合できる。

【0029】

ここで、線分側の高さについて、図６（ｂ）に示すような主輪郭とサブ輪郭が得られたモデルにおいて説明すると、頂点Ｐ０は、線分Ｌ１側でｈ０の高さを、線分Ｌ２側でｈ１の高さを持つ。同様に、頂点Ｐ１は、線分Ｌ３側でｈ０の高さを、線分Ｌ４側でｈ１の高さを持つ。この場合、頂点Ｐ０は、線分Ｌ１側と線分Ｌ２側で同じ高さでなく、同様に、頂点Ｐ１は、線分Ｌ３側と線分Ｌ４側で同じ高さでない。従って、この場合は輪郭を結合することはできない。
図７は、図５で示すように分割された主輪郭を構成する線分のうち、結合可能なものを全て結合した結果である。
分割された後に不要な線分が結合された主輪郭の情報は、輪郭ポリゴン化部１６へ出力される。

【0030】

ただし、結合可能か否かの判定方法は任意であり、判定条件を緩めることでより多くの輪郭を結合するようにしてもよい。例えば、図６（ａ）に示すように分割されて互いに接している２つの輪郭Ｃ１とＣ２において、線分Ｌ１と線分Ｌ２、線分Ｌ３と線分Ｌ４がそれぞれ同じ向きであれば輪郭Ｃ１とＣ２を結合して１つの輪郭とするとともに、図６（ｃ）に示すように分割されて互いに接している２つの輪郭Ｃ３とＣ４において、線分Ｌ５と線分Ｌ６、および線分Ｌ７と線分Ｌ８が、それぞれ同じ向き、つまり頂点Ｐ２および頂点Ｐ３における輪郭Ｃ３が為す内角と輪郭Ｃ４が為す内角との和が１８０度になるように頂点Ｐ２および線分Ｐ３の位置と高さを図６（ｄ）に示すように変更したとき（なお、線分Ｌ７と線分Ｌ８はもともと同じ方向であるので、Ｐ３の変位は０である）、変更前後の頂点Ｐ２および頂点Ｐ３の位置の変位つまり変更前後の輪郭Ｃ３とＣ４の変形量が特定の閾値以下であれば、輪郭を変更させて結合するなどの方法としてもよい。

【0031】

前処理部１を構成する輪郭ポリゴン化部１６の動作について説明する。輪郭ポリゴン化部１６では、輪郭結合部１５で生成された輪郭を、各頂点が持つ高さに合わせて地面から主視点の方向に持ちあげて、柱体とする。そして、各柱体の上面と側面を３角形の集合に分割し、３次元ポリゴンモデルとしてポリゴン化する。生成された３次元ポリゴンモデルの情報は、ポリゴン削減部１７へ出力される。

【0032】

前処理部１を構成するポリゴン削減部１７の動作について説明する。ポリゴン削減部１７では、全ての隣り合う柱体同士を調べ、一方の柱体の壁面の１つがもう一方の柱体の壁面の１つに包含されている場合、包含される壁面を構成するポリゴンを、描画に不必要なポリゴンとして削除する。柱体で構成され、描画に不必要なポリゴンが削除された３次元ポリゴンモデルの情報は、テクスチャ生成部１８へ出力される。
なお、上記した前処理部１を構成する各部での処理に平行して、視点決定部１１に入力された簡略化前のテクスチャマッピングされた建物モデル群データについては、各部での処理が施されない状態で、順次各部への受け渡しも行われる。

【0033】

図８、図９を用いて、前処理部１を構成するテクスチャ生成部１８の動作について説明する。テクスチャ生成部１８では、入力された簡略化前のテクスチャマッピングされたモデルをいくつかの方向から平行投影で描画して画像とすることで、簡略化したモデルである３次元ポリゴンモデルに適用するテクスチャ画像を生成する。例えば、鉛直上方と水平４方向の計５方向から簡略化前のテクスチャマッピングされたモデルを描画することなどでテクスチャ画像を生成できる。図８は、図３に示す主視点とサブ視点ＡとＢ、およびサブ視点ＡとＢとを反対方向に向けた視点を用いて生成したテクスチャ画像である。図８（ａ）は主視点から生成したテクスチャ画像、（ｂ）はサブ視点Ａから生成したテクスチャ画像、（ｃ）はサブ視点Ａを反対方向に向けた視点から生成したテクスチャ画像、（ｄ）はサブ視点Ｂから生成したテクスチャ画像、（ｅ）はサブ視点Ｂを反対方向に向けた視点から生成したテクスチャ画像である。
図９は、上述したポリゴン削減部１７までの処理によって生成した３次元ポリゴンモデル、つまり、簡略化したモデルに対して、テクスチャ生成部１８で生成したテクスチャ画像をマッピングして描画した例である。

【0034】

なお、上記では、視点決定部１１で決定される視点の数が、主視点１つサブ視点４つの計５つの視点である場合について説明した。視点の数が５つ以外、例えば３つの場合においては、元々のモデル形状の再現精度が、図９に示すような視点の数が５つの場合における精度よりも低くはなるが、従来技術を用いて同じポリゴン数で生成された場合のモデルよりも、元々のモデル形状により近いモデルを得ることができる。

【0035】

最後に、テクスチャ生成部１８は、ポリゴン削減部１７までの処理によって生成した３次元ポリゴンモデルのデータとテクスチャのデータを、ＨＤＤなどで実現される記憶装置３に記録する。また、視点決定部１１に入力された簡略化前のモデルとテクスチャのデータも同時に記憶装置３に記録する。

【0036】

実行時処理部２を構成する描画対象決定部２１の動作について説明する。描画対象決定部２１は、記憶装置３から、前処理部１の入力となったオリジナルのモデル群データと、前処理部１で用いるパラメータＰ／ＬとＥ_１とＥ_２とを変化させて前処理部１での処理を実行することで複数の詳細度で簡略化されたモデル群データと、それぞれに対応したテクスチャとを読み出す。そして、視点位置などの入力情報に応じて、描画するモデルを決定する。例えば、視点とモデルの距離に応じて、近距離つまり入力された縮尺が大きい場合などではオリジナルのモデルを使用し、遠距離つまり入力された縮尺が小さい場合などではより簡略化されたモデルを使用するなどの方法で決定できる。描画対象として決定した詳細度のモデル群データは、描画部２２へ出力される。

【0037】

実行時処理部２を構成する描画部２２の動作について説明する。描画部２２では、描画対象決定部２１で描画対象としたモデル群を対応するテクスチャを用いて描画し、画像出力装置４に出力する。モデルの描画方法は、一般的なポリゴン描画処理に準ずるため、省略する。

【0038】

以上のように、本発明の実施の形態１によれば、従来技術を用いて生成したモデルが持つポリゴン数と同じポリゴン数で構成されるモデルを生成した場合に、従来技術を用いたものよりも元のモデル形状により近いモデルを得ること、また、生成したモデルに適用するテクスチャを自動生成すること、さらにそれらモデルとテクスチャを用いて３次元建物群を高速に描画することができる。

【0039】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 前処理部、２ 実行時処理部、３ 記憶装置、４ 画像出力装置、１１ 視点決定部、１２ モデル投影部、１３ 輪郭生成部、１４ 輪郭分割部、１５ 輪郭結合部、１６ 輪郭ポリゴン化部、１７ ポリゴン削減部、１８ テクスチャ生成部、２１ 描画対象決定部、２２ 描画部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】