九州大学学術情報リポジトリ

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

オブジェクト指向によるアニメーションデータベー スシステムのデータモデルと視覚化機能に関する研 究

金子, 邦彦

Graduate School of Engineering, Kyushu University

https://doi.org/10.11501/3099879

出版情報：Kyushu University, 1994, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：

ω 

︒ ω

渇@

色

︿︿

﹃

d

一 " ︒

R o a ω R n

O 一 o

﹃

︿

0

い

o コ ォ

一 芳

n 見

回 一 C O O M R w

コQ﹃

O@

コ

︿ 色 一

O毒

o a ω R O B  

υ 、

， . .  

.国・.

問

. s : .  

制

@ 

オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 に よ る ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム の デ ー タ モ デ ル と 視 覚 化 機 能 に 関 す る 研 究

金 子 邦 彦

1 995 年 1

月

」 自 ‑ B E E ‑ ‑ 一一一一一ー二二二 二三一一一一一一一一 一 一 二 ^￨ 

目次

1 は じ め に 1 

2 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 2.1  ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム

2.2 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題

rh u ハ0 0 0

2.3  ア エ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス . 11  3 ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー スM O V E

3.1  シ ス テ ム 構 成 3.2  オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 3.3  M O  V Eの 機 能 3.4  M 0 V E の 実 装

3.5  ア プ リ ケ ー シ ョ ン 用 実 体 の 定 義

14  14  17  21  23  25 

4 ア ニ メ ー シ ョ ン モ デ ル 4.1  M O  V Eの 基 本 ク ラ ス 4.2 イ メ ー ジ

4.2.1  フ レ ー ム 4.2.2  カット

26  26  27  27  28  4.3  グ ラ フ ィ ッ ク ス .• . • • • • • • • • . . • • • • • . • • • • . • . . . .• 29  4.3.1  シ ー ン .• • • . • • • • • • • • • • • • • • • . • • • • . • . . . • • 32  4.3.2  シ ー ン と 実 体 の 関 連 に 関 す る 操 作 .• • . • • • • • • . . • .• 34  4.3.3  実 体 .. • • • . • • • • • • • • • . • • • • • . • • • • . • . • • .• 34  4.3.4  実 体 の 位 置 と 姿 勢 .• • • . • . • • • • • • • • • • • • • • • • . • 35  4.3.5  実 体 の イ ン ス タ ン シ ン グ .• . • • • • • • • • • • • • . . • • . 38  4.3.6  3次 元 物 体 . . • • • • • • • • . • • • • • • . • • • • • • . . . .• 39  4. 4 イ メ ー ジ と グ ラ フ ィ ッ ク ス の 統 合 .• • • • • • . • • • • • • . . • .• 39  4.4.1 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ンに お け る 同 期 .• • . • • • • . • • • • • . 40  4.4.2  映 像 ‑ 音 声 の 表 示 に お け る 同 期 .• • • . . • • • • • • • • • • . 41  4.4.3  映 像・音 声 の 描 画 に お け る 同 期 .• • • . . • • • • • • • • • •. 42 

i ‑ ^二 =三三三三三三竺竺竺一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一 1

第 1章 は じ め に 1 

内4JukJUQdd斗

A A 斗 ム Aせ

レ

・ モ・・・ 一 ア

本 録 作 画 ル 基 登 操 摘 ザ ア の の の の モ き き き き の 動 動 動 動

守1234

軍 属 酬 にd k d k d vhd

FO

  43 

49 

6  グ ラ フ ィ ッ ク ス モ デ ル 56 

6.1 M O  V Eへの グ ラ フ ィ ック ス モ デ ル の 登 録 .• • • • • . • . • • •• 56  6.2  3次元形 状 .. • . . . • . • • • • • • • • • . • . • • . • . • • • • .. 58  6.3  光 線 の 伝 搬 モ デ ル . . . . • • • • • • . . • • • • • • • . • . • • • • • .. 63  6.3.1 表 面 属 性 .• • . . • • . • • • • • • • • . • . . . • • • • • • . 64  6.3.2  光 源 .• . . • • • • • • • . • • . • . . • • • . • . • • • • • • • •. 64 

66 

第 1 章

は じ め に

6.4  音 の 伝 搬 モ デ ル .

95 

コ ン ビ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス は ， 1 9 6 3年 に ア イ ヴ ァ ン . サ ザ ラ ン ド が 作 成 し た ス ケ ッ チ パ ッ ド が 発 祥 と さ れ て い る . コ ン ピ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス を 利 用 し た 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン[37Jの特徴は， 3次 元 の 物 体 の 形 状 と 動 き を 人 間 の 視 覚 と 聴 覚 に 訴 え た 形 で 分 か り や す く 表 示 で き る こ と である.当時は， 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン に は 性 能 ， 価 格 ， 使 い や す さ の 面 で 問 題 が あ っ た . し か し ， 近 年 は グ ラ フ ィ ッ ク ス ワ ー ク ス テ ー シ ョ ン 上 で 1 0万 ポ リ ゴ ン / 秒 の 性 能 が 実 現 す る な ど 描 画 用 ハ ー ド ウ エ ア が 進 歩 し た . 近 い 将 来 に は ， 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン を 利 用 し た ゲ ー ム 機 の 登 場 に よ り ， 3 2ピ ッ ト な い し 64ピ ッ ト 処 理 で 100MIPS，

1 0万 ポ リ ゴ ン / 秒 を 超 え る 性 能 を 持 っ た 描 画 用 コ ン ピ ュ ー タ チ ッ プ の 普 及 が 進 む と 恩 わ れ る .

技 術 の 進 歩 と 共 に 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン は ま す ま す 広 い 分 野 に 応 用 さ れ る よ う に な り ， 当 初 利 用 さ れ て い た ア ー ト ・ エ ン タ ー テ イ メ ン ト 分 野 だ け で な く，C A D [41， C A M， C A E， 地 図 情 報 シ ス テ ム な ど の 産 業 分 野 ， 景 観 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ， 広 告 ， プ レ ゼ 、 ン テ ー シ ョ ン な ど の 商 業 分 野 ， サ イ エ ン テ ィ フ ィ ッ ク ビ ジ ュ ア リ ゼ ー シ ョ ン ， 仮 想 現 実 感 な ど の 研 究 ・ 教 育 分 野 に

も 普 及 し た[18J.

以 上 の 背 景 か ら ， 研 究 領 域 と し て の 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン の 重 要 性 は 高 い . 近 年 ， 実 世 界 の 表 現 能 力 や 画 像 の 写 実 性 の 向 上 の 観 点 か ら ，

リ ア ル な 現 象 の モ デ ル [151， 3次 元 形 状 の 表 現 法150l， 柔 軟 な 物 体 の 形 状 の 表 現

7 ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 実 装 68 

7.1 シ ミ ュ レ ーションモ デ ル .• . • . . • . • • • • • • • • • • . . • . • • 68  7.2  運 動 法 則 と し て の 古 典 力 学 .. • . . • . • • • • . • . • • . . . • • ..  69  7.3 動 き の 拘 束 .• • • • • • • • • . • • • • • • • • . • • • • . . • • • • • • • 70  7.4 動 き の 拘 束 の 表 現 法 .• • • • . • . • • • • • • • . . . • • • • • •. 71  7.5 複 振 り 子 の ラ グ ラ ン ジェ 運 動 方 程 式 .• • . • . . . • . • • • • • •. 74  7.6 古 典 力 学 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 実 装 . . • • . • • • • • • . . • • .，  77  7.7 グ ラ フ イ カ ル ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス • • . • • • • . • • • • • • . ..  80  7.8 グ ラ フ イ カ ル ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス の 機 能 .. • . • • • . . . . • • 80  7.9  Tcl/Tkに よ る イ ン タ フ ェ ー ス の 開 発 .• • • • • • • • • . • • • • • . 83  7.10ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス 実 装 の 考 察 .. • • . • • • • • • • . • • • • ^.， 85 

8 描 画 の 高 速 化 87 

8.1  ウ オ ー ク ス ル ー .• . • • • • • • • • • . . • • • • . . . . • . • • . . •. 87  8.2 M O  V E上 の ウ オ ー ク ス ル ー 用 デ ー タ ベ ー ス .• • • • • . . • • . • 88 

8.2.1 ウ オ ー ク ス ル ー 用 デ ー タ のMOVEへ の 定 義 .. . . • . .. 88  8.2.2 ウ オ ー ク ス ル ー 用 デ ー タ の 作 成 .• . . . • • . • . . • . . .，  89  8.2.3  ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成

8.2.4  描 画 に お け る 課 題 .• • • . • • . • • • • . • • • • . • . • • • ^.，  92  8.2.5  描 画 へ の 範 囲 検 索 の 利 用 .• • • . • • . . • . . • . . • . . •. 93  8.3 空 間 イ ン デ ッ ク ス の 実 装

90 

9 おわりに 100 

謝 辞 参 考 文 献

104  105 

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

11 

」

士 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ^{一一一一一一一一一}

第 1章 は じ め に 2 

法[47l， 写 実 的 な 描 画 ア ル ゴ リ ズ ム [1)な ど の 研 究 が 活 発 に 行 な わ れ て い る . 以 上 の よ う に ， ハ ー ド ウ エ ア の 性 能 ， 価 格 面 の 進 歩 ど 共 に コ ン ビ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス の 応 用 分 野 が 広 が り ， そ の 利 用 者 も 増 え つ つ あ る . と こ ろ が ， ア ニ メ ー シ ョ ン を 使 っ た ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 開 発 す る に は ， コ ン ビ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス の 知 識 が 必 要 で あ る . 従 っ て ， 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン を 容 易 に 扱 え る よ う な ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 必 要 度 は 高 い . 現 在 ま で に ， グ ラ フ ィ ッ ク ス 描 画 機 能 を 使 い や す く ま と め た プ ラ ッ ト ホ ー ム が 数 多 く 整 備 さ れ て き た . 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム は ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン か ら 利 用 可 能 な ラ イ ブ ラ リ や ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 用 の ツ ー ル と し て 機 能 し ， グ ラ フ ィ ッ ク ス 分 野 に 精 通 し て い な い 一 般 の 技 術 者 や プ ロ グ ラ マ に 対 し て ア プ リ ケ ー シ ョ ン 開 発 ， ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 の 支 援 を 行 な い ， 労 力 の 負 担 の 軽 減 に 効 果 が あ っ た .

一 方 で ， 描 画 用 ハ ー ド ウ エ ア の 進 歩 に よ っ て ， 従 来 で は 考 え ら れ な か っ た よ う な 多 量 の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を 扱 う こ と が 可 能 と な っ て き た . 画 像 1枚 あ た り の デ ー タ 量 を 増 や す こ と で ， 例 え ば ， 細 部 を 精 密 に 表 現 し た 画 像 ， 地 平 線 の 彼 方 ま で も 続 く よ う な 画 像 が 可 能 に な る . そ の 結 果 ， 画 像 の 写 実 性 ， 迫 力 が 向 上 す る の で ， 今 後 も デ ー タ 量 の 増 加 が 続 く と 予 想 さ れ る . さ ら に ， 大 容 量 ネットワーク， 2次 記 憶 装 置 の 進 歩 と 共 に ， 多 量 の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を 1つ の 計 算 機 で 管 理 し 複 数 の 利 用 者 に 提 供 す る こ と が 可 能 と な る よ う な ハ ー ド ク エ ア 環 境 の 整 備 が 進 ん で い る . と こ ろ が ， 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム で は デ ー タ を 単 な る フ ァ イ ル の 集 ま り と し て 管 理 し て い る た め ， 利 用 者 は 多 量 の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 検 索 ， 共 有 ， 再 利 用 を う ま く 行 な う こ と が で き な い .

多 量 の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 検 索 ， 共 有 ， 再 利 用 の 課 題 に 対 し て ， デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム の 立 場 か ら ア ニ メ ー シ ョ ン 用 デ ー タ 検 索 シ ス テ ム と し て の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム の 研 究(26)[39) (40)が 行 な わ れ て き た . そ れ ら の 研 究 で は ， デ ー タ ベ ー ス 管 理 シ ス テ ム の デ ー タ 管 理 メ カ エ ズ ム を 利 用 し て ， グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 検 索 ， 共 有 ， 再 利 用 を 行 な っ て い る .

従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス で は ， 描 画 対 象 の 形 状 と そ の 動 き の デ ー タ ベ ー ス 化 を 行 な っ て い た . と こ ろ が ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

第 1章 は じ め に 3 

スでは， リ ア ノ レ な 絵 の 描 画 を 行 な う た め に 必 要 な 実 体 の 表 面 属 性 ， テ ク ス チ ャ ， 光 源 ， 音 源 な ど の デ ー タ が 扱 わ れ て い な か っ た . さ ら に ， グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ ， イ メ ー ジ ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ノ レ ゴ リ ズ ム の 関 連 情 報 も 扱 わ れ て い な か っ た . さ ら に ， 従 来 の デ ー タ ベ ー ス で は ， デ ー タ ベ ー ス 部 分 と 描 画 部 分 と が 独 立 し た 構 造 に な っ て お り ， シ ス テ ム は デ ー タ ベ ー ス 部 分 か ら グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を 検 索 し 描 画 部 に 渡 す こ と で 描 画 を 行 な っ て い た た め ， メ モ リ サ イ ズ よ り も 大 き な デ ー タ の 描 画 が 難 し い . 以 上 の よ う に ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス で は ， 描 画 対 象 の 形 状 と そ の 動 き の デ ー タ ベ ー ス に 限 ら れ ていたことから， ( 1 )リアルな絵の生成， (2) グ ラ フ ィ ッ ク ス と イ メ ー ジ に関する同期， ( 3) 巨 大 デ ー タ の 効 率 の 良 い 描 画 ， の 3つ の 機 能 を 持 っ て い な い . 従 っ て ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス は ， ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム と 比 べ て 機 能 面 で 劣 っ て お り ， 実 際 に 利 用 す る に は 機 能 的 に 不 十分であった.

ま た ， ア プ リ ケ ) シ ョ ン の 種 類 に よ っ て 必 要 な 実 体 の 種 類 ， 実 体 の 表 現 法 ， 描 画 に 用 い る べ き グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム ， 動 き の 表 現 法 に 関 す る モ デ ル が 変 わ る . ア プ リ ケ ー シ ョ ン が 必 要 と す る す べ て モ デ ル を シ ス テ ム の 構 築 以 前 に 予 測 す る こ と は 不 可 能 で あ る . 従 っ て ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム で は ， 個 々 の モ デ ル に 対 応 し て デ ー タ ベ ー ス ス キ ー マ が 定 義 さ れ る . 一 度 作 成 さ れ た デ ー タ は ， 長 い 期 間 に 渡 っ て 保 存 さ れ る た め ， モ デ ル の 種 類 ご と に 複 数 の デ ー タ ベ ー ス が 存 在 す る . し か し ， 異 な る 種 類 の デ ー タ を 必 要 と す る 複 数 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン の プ ラ ッ ト ホ ー ム と し て ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス を 利 用 す る と い う 観 点 に は あ ま り 重 点 が お か れ て い な か っ た た め ， 複 数 の モ デ ノ レ が 存 在 す る よ う な ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の 研 究 はなかった.

本 研 究 で は ， 以 上 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の 課 題 に 対 し て ， 新 し い ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の プ ロ ト タ イ プ と し て のM O V Eを提案する. M O V Eで は グ ラ フ ィ ッ ク ス に 関 す る 複 数 の モ デ ル を 扱 え る こ と が 特 徴 で あ る .

複 数 の モ デ ル の 登 録 を 可 能 と す る た め に ， M O V Eは オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム 上 に 構 築 さ れ ， 3次 元 コ ン ビ ュ ー タ ア ニ メ ー シ ョ ン の 基

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

副

第 1章 は じ め に 4  本モデノレが定義されている.この基本モデノレは，グラフィックスデータとイ メ ー ジ と グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム の 統 合 ， 同 期 ， 動 き の モ デ ル ， 巨 大 デ ー タ の 描 画 の 機 能 を 持 つ よ う に 設 計 さ れ ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス に お け る 機 能 面 の 不 十 分 さ を 補 っ て い る .

本研究では， M O V Eの基本モデノレの検証を目的として， こ れ を オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ムONTOS上 に 実 装 し た . 本 論 文 で は ， 次 の 手 順で. M O V Eの ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム と し て の 機 能 を 検 証 す る .

2章 で は ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム と ア ニ メ ー シ ョ ン 用 デ ー タ ベ ー ス の 現 状 を ま と め て い る . 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム は ， 描 画 対 象 で あ る シ ー ン の 記 述 方 式 の 観 点 か ら 1)シーン記述言語， 2) グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ータ型， 3) ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の 3種 類 に 分 類 で き る . そ れ ぞ れ に お け る グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 保 存 法 ， 描 画 法 を ま と め る と と も に ， 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム が デ ー タ を フ ァ イ ル で 管 理 し て い る た め に デ ー タ 共 有 ・ 検 索 に お い て 問 題 が 発 生 す る 原 因 を 示 す . 次 に ， 多 量 デ ー タ 共 有 ， 検 索 を 可 能 と す る グ ラ フ ィ ッ ク ス サ ー バ の 機 能 を 持 っ た ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の 研 究 を ま と め ， 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム と 比 べ て 機 能 的 に 劣 る 部 分 を 指 摘 し ，

ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス 固 有 の 問 題 を 挙 げ る .

3章では， M O V Eの シ ス テ ム 構 成 と ， そ の オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 デ ー タ ベ ー ス 上 の 実 現 に つ い て 説 明 す る . 最 初 に ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン が 必 要 と す る モ デ ル を 登 録 可 能 と す る こ と に よ っ て 得 ら れ る 利 点 を 示 す . 次 に ， オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 を 用 い た 理 由 を 説 明 す る . そ し て ， M O V Eと 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 機 能 を 比 較 す る .

4章では， M O V Eの 基 本 モ デ ル に つ い て 説 明 す る . 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン で は ， グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ ， イ メ ー ジ ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム の 3つ を 扱 う 必 要 が あ る . M O V Eの 基 本 モ デ ル は こ れ ら グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ ， イ メ ー ジ ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ノ レ ゴ リ ズ ム が 統 合 さ れ て い る . ま ず ， グ ラ フ ィ ッ ク ス 分 野 に お け る 3つの同期問題を示し， M O V Eの 基 本 モ デ ル を 用 い た 解 決 法 を 説 明 す る . 次 に ， M O V Eの 基 本 モ デ ル を 用 い て ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 固 有 な モ デ ル を 登 録 可 能 で あ る こ と を 説 明 す る .

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

第 1章 は じ め に 5 

5章では， M O V Eで の 動 き の オ ブ ジ ェ ク ト 表 現 を 説 明 す る . M O V Eで は ， 系 と い う 論 理 単 位 で 動 き の 格 納 と 描 画 を 行 な う . ま ず ， M O V Eの 系 オ ブ ジ ェ ク ト に 関 し て ， 動 き の モ デ ル の 定 義 を 行 な う . 次 に ， M O V Eに お け る3次 元 の 物 体 と そ の 動 き の 描 画 機 能 を 示 す .

6章では， リ ア ル な ア ニ メ ー シ ョ ン を 容 易 に 行 な う た め の グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム と グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 統 合 の 必 要 性 に つ い て 説 明 し ， 代 表 的 な グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム で あ る ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ ア ル ゴ リ ズ ム と ， 立 体 音 響 ア ル ゴ リ ズ ム と グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 統 合 を 実 装 に よ っ て 検 証 し た .

7章 で は ， 基 本 モ デ ル の 有 効 性 を プ ロ ト タ イ プ の 試 作 に よ っ て 検 証 す る . ま ず ， プ ロ ト タ イ プ の 題 材 と し て 用 い た 古 典 力 学 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 重 要 性 を 説 明 す る . 次 に ， 古 典 力 学 の 剛 体 系 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の デ ー タ ベ ー ス を 構 築 す る こ と で ， 実 世 界 と 実 体 に 関 す る 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス と 動 き を オ ブジェクトとして表現し， M O V E上 の デ ー タ ベ ー ス に 格 納 可 能 で あ る こ と を 示 す . 又 ， 力 学 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 力 学 方 程 式 を 解 く た め の 力 学 ソ ル パ を 説明する.

8章では， M O V Eの 動 き の 描 画 機 能 を 説 明 し ， ア ニ メ ー シ ョ ン 描 画 の 効 率 化 の た め の イ ン デ ッ ク ス の 有 効 性 を 示 す . 実 際 に イ ン デ ッ ク ス を 実 装 し て ， 多 量 デ ー タ の 描 画 法 の 検 証 を 行 な っ た . イ ン デ ッ ク ス を 用 い な け れ ば 扱 え な い よ う な 多 量 デ ー タ を 必 要 と す る 例 と し て ， 九 州 大 学 箱 崎 地 区 の ワ オ ー ク ス ル ー ア = メ ー シ ョ ン を 取 り 上 げ ， そ の 作 成 と 性 能 評 価 に つ い て 述 べ る .

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

軍 国 間 圃 圃 園 周 回 ・ ・ 圃 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 園 田 園 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 圃 ・ ・ ・ ・ ・ ・

第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 6 

第 2 章

ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題

2 . 1   ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム

3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン(18)で は ， 実 世 界 の 実 体 に 関 す る デ ー タ は 計 算 機 内 に モ デ ル 化 さ れ ， コ ン ピ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス と 立 体 音 響 で 視 覚 化 さ れ る . 実 体 の 形 状 は 3次 元 的 な 空 間 属 性 と し て 表 現 さ れ ， 実 体 の 動 き は 時 間 と と も に 変 化 す る 属 性 と し て 表 現 さ れ る . こ れ ら 実 体 の 形 状 ， 動 き や そ の 他 の 属 性 を 変 え る こ と で 異 な っ た ア ニ メ ー シ ョ ン を 得 ら れ る と い う 点 が ， 実 体 に 関 す る 情 報 を 持 た な い 場 合 の ア ニ メ ー シ ョ ン と の 違 い で あ る .

従来， 3次 元 コ ン ビ ュ ー タ ア ニ メ ー シ ョ ン に お け る 実 体 の 表 現 法 と 描 画 法 に関して， リ ア ル な 現 象 の モ デ ル[15]，3次 元 形 状 の 表 現 法150l， 自 然 界 の 物 体 の 形 状 の 表 現 法[47l， リ ア ル な 描 画 法 や 高 速 な 描 画 法[1]の 観 点 か ら の 研 究 が 行 なわれてきた.これらの研究の結果， リ ア ル に 変 形 す る 3次 元 物 体 の モ デ ル

化が可能となった.また， リアルな描画法に関しては， レイトレーシング法，

ラ ジ オ シ テ ィ 法 ， ポ リ ゴ ン シ ェ ー デ ィ ン グ ， テ ク ス チ ャ マ ッ プ な ど の 描 画 ア ル ゴ リ ズ ム が 開 発 さ れ ， そ れ ら を 利 用 す る こ と で フ ォ ト リ ア リ ス テ ィ ッ ク な 画 像 が 得 ら れ る よ う に な っ た . 高 速 な 描 画 法 に 関 し て は ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ワ ー ク ス テ ー シ ョ ン 上 で 10万 ポ リ ゴ ン / 秒 の 性 能 が 実 現 す る な ど 描 画 用 ハ ー ドウエアが進歩した.近い将来には， 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン を利用したゲーム機の登場により， 3 2ピ ッ ト な い し 64ピ ッ ト 処 理 で 10  OMIPS， 10万 ポ リ ゴ ン / 秒 を 超 え る 性 能 を 持 っ た 描 画 用 コ ン ピ ュ ー タ

第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 7 

チ ッ プ の 普 及 が 進 む と 思 わ れ る .

以上のように， 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン の た め の グ ラ フ ィ ッ ク ス ハ ー ド ウ エ ア の 普 及 ， 研 究 の 進 歩 と 共 に ， 応 用 分 野 や 利 用 者 が 増 え つ つ あ る . と こ ろ が ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ハ ー ド ウ エ ア を 直 接 操 作 し て ア ニ メ ー シ ョ ン を 得 る に は コ ン ピ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス に 関 す る 専 門 的 な 知 識 が 必 要 で あ る . 従 っ て ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ハ ー ド ウ エ ア へ の イ ン タ フ ェ ー ス と し て 抽 象 度 の 高 い グ ラ フ ィ ッ ク ス 描 画 機 能 を ま と め る こ と で ， 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン を 容 易 に 扱 え る よ う な ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム が 数 多

く 整 備 さ れ て き た .

ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム を 利 用 し た ア ニ メ ー シ ョ ン の 作 成 は ， 描 画 対 象 と な る 3次 元 的 な 仮 想 世 界 を 表 現 す る シ ー ン を 計 算 機 上 に 記 述 し ， 1  シ ー ン の デ ー タ を プ ラ ッ ト ホ ー ム の 描 画 部 に 渡 す こ と で 行 な わ れ る . 従 来 か

ら ， シ ー ン 記 述 法 と ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム が 多 数 開 発 さ れ て き た . 従 来 の シ ー ン 記 述 法 は 大 き く 分 け て 次 の 3種類， ( 1 )独自言語， ( 2)  プログラミング言語の拡張， ( 3 ) グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ 型 ， フ ォ ー マ ッ ト に 分類できる.

第 1の独自言語は，シーン記述に専用の言語を用いる方法であり， MIRA‑3D  やRayshadeな ど が 知 ら れ て い る .

第 2の プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 の 拡 張 に よ る 方 法 は ， コ ン ピ ユ ) タ グ ラ フ ィ ッ ク ス の 機 能 を 汎 用 的 な プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 か ら 利 用 で き る よ う に し た ツ ー ル キ ッ ト の 実 装 で あ る . ツ ー ル キ ッ ト の 機 能 は ， ( 1 ) コ ン ピ ュ ー タ グ ラ フ ィックス描画ライブラリ， (2)マ ウ ス な ど の グ ラ フ イ カ ノ レ イ ン タ フ ェ ー ス に よ る デ ー タ 生 成 ツ ー ル の 2つ で あ る . プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語cの ラ イ ブ ラ リ や，

c  +  + 

^[6]のクラス(型)として， Open‑GL[43]， IRIS‑GL， PEXlib[52]， IRIS  Inventor， IRIS Performer， RenderManな ど が 実 用 化 さ れ て い る .

第 3の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ 型 ， フ ォ ー マ ッ ト は ， グ ラ フ ィ ッ ク ス の 形 状 と 動 き の デ ー タ の 表 現 法 を 統 ー す る 方 法 で あ る . 特 定 の プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 に 依 存 し な い よ う な グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ の 型 や フ ァ イ ル フ ォ ー マ ッ ト が 標 準 化 さ れ て い る . こ の よ う な グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ 型 に つ い て は い く つ か の

第 2章 ア ニ メ ー シ ヨ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 8  ^第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 9 

グン

HY  

ダンレ

41 1a ' 

歩 と 共 に ， 図2.1の よ う に 多 量 の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を サ ー バ で 管 理 し 複 数 の ク ラ イ ア ン ト に 提 供 が 可 能 な ハ ー ド ウ エ ア 環 境 の 整 備 が 進 ん で い る .

グ ラ フ ィ ッ ク ス サ ー バ の 利 用 に よ っ て ， ア ニ メ ー シ ョ ン の 作 成 ， デ ー タ の 可 視 化 だ け で な く ， 次 の よ う な 用 途 が 可 能 と な る .

クライアント

i)ア エ メ ー シ ョ ン の 作 成 支 援 :

過 去 に 作 成 し た ア ニ メ ー シ ョ ン の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を ， 基 本 デ ー タ の 集 ま り と し て 保 存 す る . 後 で ， 必 要 な 部 分 を 検 索 ・ 複 写 し て ， 別 の 作 品 に 利 用 す る . そ の こ と で ， コ ン ピ ュ ー タ ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 の 手 間 を 軽 減する.

図2.1:グ ラ フ ィ ッ ク ス サ ー バ の 構 造

研 究 が 行 な わ れ[8)[32)[35][13)[48][51)，

P  H 1  G S

， 

G  K S

， 

H  0  0 P  S

な ど 実 用 化 も さ れ て い る . ま た ， フ ァ イ ル の フ ォ ー マ ッ ト と し て は ， C GM[l，可 A u t 

o C A D   D W F， D X F， W a v e f r o n t   O B Jな ど 多 数 が 実 用 化 さ れ て い る . こ の 方 式 で は ， シ ー ン 記 述 の デ ー タ 形 式 が 定 ま っ て い る の で ， 異 な っ た ア プ リ ケ ー シ ョ ン で の デ ー タ 交 換 が 可 能 で あ る .

グ ラ フ ィ ッ ク ス ハ ー ド ウ エ ア を 直 接 操 作 す る よ り も シ ー ン 記 述 を 行 な う 方 が 分 か り や す く 使 い や す い . ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム は ， シ ー ン 記 述 の 内 容 を 描 画 す る ラ イ ブ ラ リ や ツ ー ル と し て 機 能 す る . プ ラ ッ ト ホ ー ム は ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 開 発 の 負 担 の 軽 減 ， 複 数 の グ ラ フ ィ

ッ ク ス ハ ー ド ウ エ ア へ の ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 移 植 性 の 向 上 に 有 効 で あ っ た . そ の 結 果 ， プ ラ ッ ト ホ ー ム を 利 用 す る こ と で ， グ ラ フ ィ ッ ク ス 分 野 に 精 通 し て い な い 一 般 の 技 術 者 を 含 め た 多 く の 利 用 者 や プ ロ グ ラ マ の 労 力 の 負 担 の 軽 減 に 効 果 が あ っ た .

ii)動 画 像 ， 音 声 の プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン :

ア ニ メ ー シ ョ ン は 動 画 像 と 音 声 と い う 2種 類 の 要 素 の 組 合 せ と し て 保 存 さ れ る . こ れ ら 要 素 と し て の 動 画 像 と 音 声 に は ， 表 示 の タ イ ミ ン グ を 属 性 と し て 指 定 可 能 で あ る .

iii)空 間 的 実 体 の デ ー タ ベ ー ス :

景 観 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン な ど の ア プ リ ケ ー シ ョ ン で は ， 山 ， 海 ， 平 野 ， 建 築 物 ， 道 路 な ど の 3次 元 の 実 体 の デ ー タ ベ ー ス が ， ネ ッ ト ワ ー ク を 介 し て 複 数 の 利 用 者 に 提 供 さ れ る .

実 体 は ， グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ と ， 文 字 列 ， 数 値 な ど の デ ー タ の 対 と し て 保 存 さ れ る . こ う し て 保 存 さ れ た 文 字 列 ， 数 値 な ど の デ ー タ に よ っ て ， 単 に 計 算 さ れ た 動 画 像 や 音 声 だ け で な く ， テ ロ ッ プ な ど と 組 み 合 わ さ れ た よ う な ア ニ メ ー シ ョ ン が 得 ら れ る .

iv)実 体 の 動 き の デ ー タ ベ ー ス :

3次 元 物 体 の 形 状 や 位 置 の 時 間 的 な 変 化 も デ ー タ ベ ー ス 化 さ れ て い る の で ， 再 利 用 で き る . あ る 特 定 の 動 作 を い ろ い ろ な 物 体 に さ せ た い 場 合 に 用いる.

v)シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と ピ ジ ュ ア ラ イ ゼ ー シ ョ ン :

工 学 設 計 の 正 し さ を 確 認 す る た め に ， 製 品 を デ ー タ ベ ー ス 上 に モ デ ル 化 し ， 動 作 を ア ニ メ ー シ ョ ン 表 示 す る . 製 品 の モ デ ル に は ， 動 き の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル も 含 め る こ と が で き る .

2 . 2   ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題

描 画 用 ハ ー ド ウ エ ア の 進 歩 に よ っ て ， 従 来 で は 考 え ら れ な か っ た よ う な 多 量 の グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を 扱 う こ と が 可 能 と な っ た . デ ー タ 量 を 増 や す こ と で ， 細 部 を 精 密 に 表 現 し た 画 像 ， 地 平 線 の 彼 方 ま で も 続 く よ う な 画 像 が 可 能 に な る な ど ， 画 像 の 写 実 性 ， 迫 力 が 向 上 す る こ と か ら ， 今 後 も デ ー タ 量 の 増 加 が 続 く と 予 想 さ れ る . さ ら に ， 大 容 量 ネ ッ ト ワ ー ク ， 2次 記 憶 装 置 の 進

第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 10 

製 品 の 持 つ パ ラ メ ー タ を 変 え て ， 製 品 の 動 き を い ろ い ろ と 変 え る こ と が で き る . ま た ， 動 き の 法 則 は ， 何 ら か の 言 語 で 記 述 す る こ と が で き る . 時 間 的 変 化 を 生 じ る 現 象 は ， ア ニ メ ー シ ョ ン に す る こ と に よ り 容 易 に 把 握 す る こ と が で き る

グラフィックスサーバの実現において， ( 1 )同時実行制御， (2) 効 率 の 良いデータ検索， ( 3 ) 異 種 デ ー タ の 統 合 な ど の 課 題 が あ る .

第 1の 課 題 と し て ， 複 数 の 利 用 者 が グ ラ フ ィ ッ ク ス サ ー バ 上 の デ ー タ を 共 有 す る こ と か ら ， 複 数 の 利 用 者 が 同 時 に ア ク セ ス し た 場 合 の ア ク セ ス 制 御 ( 同 時 実 行 制 御 ) を 行 な う 必 要 が あ る . 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム に お い て ， シ ー ン 記 述 の 内 容 は フ ァ イ ル と し て 保 存 さ れ て い る . と こ ろ が ， 同 時 に フ ァ イ ル へ の 書 き 込 み を 行 な う 場 合 の 同 時 実 行 制 御 は オ ベ レ ー テ イ ン グ シ ス テ ム で は な く ア プ リ ケ ー シ ョ ン 側 で 行 な わ な け れ ば な ら な い . 従 っ て ， ア プ リ ケ ー シ

ョ ン の 開 発 が 面 倒 で あ る .

第 2の 課 題 と し て ， シ ー ン 記 述 の 内 容 が 独 自 言 語 や プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 や フ ァ イ ル フ ォ ー マ ッ ト の 文 法 に 従 っ て 記 述 さ れ て い る こ と に よ り ， 利 用 者 が デ ー タ の 検 索 ， 再 利 用 を 行 な う 場 合 に お い て ， シ ー ン 記 述 文 法 の 知 識 の あ る 利 用 者 で な け れ ば シ ー ン 記 述 の 内 容 を 理 解 で き な い と い う 課 題 が あ る . 従 っ て ， あ る 条 件 に 合 致 す る シ ー ン 記 述 の 検 索 を 計 算 機 に 行 な わ せ る た め の 条 件 の 記 述 は 一 般 の 利 用 者 に と っ て は 難 し い . 個 々 の フ ァ イ ル は 構 造 を 持 た な い 文 字 列 で あ る の で ， 大 き な サ イ ズ を 持 っ た シ ー ン へ の 検 索 を 効 率 良 く 行 な う

ことも難しい.

ア ニ メ ー シ ョ ン の シ ー ン に 登 場 す る 実 体 の デ ー タ を 一 般 の 数 値 ・ 文 字 な ど の デ ) タ と 比 較 す る と ， 実 体の種 類 に 多 様 性 が あ る と い う 特 徴 が あ る . 例 え ば，地理，地形，都市情報， CAD， 景 観 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン な ど ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 対 象 領 域 が 変 わ る と ， 登 場 物 の 種 類 も ， 等 高 線 ， 道 路 ， 海 ， 山 ， 平 野 ， 建 築 物 ， 道 路 な ど と 変 わ る . そ の た め に ア プ リ ケ ー シ ョ ン に よ っ て 異 な る 実 体 が 必 要 で あ る .

し か も ， 実 体 の 表 現 形 式 は ア プ リ ケ ー シ ョ ン に よ っ て 変 わ る こ と が 多 い.例 えば， 6辺 がX，y， z軸 に 平 行 な 直 方 体 の 形 状 の 表 現 形 式 は ， ( 1)  2頂 点 を

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 11 

覚える. (2) 中 心 点 と ， 縦 ， 横 ， 高 さ を 覚 え る な ど の 表 現 が 考 え ら る . 等 速 直線運動の表現形式は， ( 1 ) 時 刻 = 0に お け る 位 置 と 速 度 を 覚 え る . (2)  ある 2時 刻 に お け る 位 置 を 覚 え る な ど の 表 現 が 考 え ら れ る . い か な る 表 現 形 式 が 最 適 か は ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 種 類 に よ っ て 変 わ る . 以 上 の よ う に ， 実 体 の 最 適 な 表 現 形 式 は ア プ リ ケ ー シ ョ ン に よ っ て 変 わ る か ら ， 実 体 の 表 現 を 予 め 定 め て お く こ と は 不 可 能 で あ る . さ ら に ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 種 類 ， 目的によ っ て ， 描 画 に 用 い る べ き グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム も 変 わ る こ と が 多 い .

以 上 の よ う に ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 種 類 に よ っ て 必 要 な 実 体 の 種 類 ， 実 体 の 表 現 法 ， 描 画 に 用 い る べ き グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム ， 動 き の 表 現 法 に 関 す る モ デ ル が 変 わ る . そ の 結 果 ， 従 来 か ら ， 数 多 く の プ ラ ッ ト ホ ー ム が 用 意 さ れ ， 利 用 者 の 種 類 ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 目 的 ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 機 能 ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 対 象 領 域 に 応 じ て プ ラ ッ ト ホ ー ム が 選 択 さ れ て き た . モ デ ル ご と に プ ラ ッ ト ホ ー ム を 選 択 す る こ と は ， 従 来 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン で は 有 効 で あ っ た . し か し ， グ ラ フ ィ ッ ク ス サ ー バ で は (1 )検索の難しさ，

(2 ) 描 画 の 難 し さ の 2つ の 問 題 が 発 生 す る .

ア プ リ ケ ー シ ョ ン デ ー タ は フ ァ イ ル と し て 表 現 さ れ て い る が ， モ デ ル の 種 類 ご と に フ ァ イ ル の フ ォ ー マ ッ ト が 変 わ る . 従 っ て ， 検 索 時 に は デ ー タ の 種 類 を 意 識 す る 必 要 が あ り ， 検 索 が 難 し い .

確 か に，従 来 の 多 く の ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 用 ア プ リ ケ ー シ ョ ン は ， 複 数 の グラフ ィッ ク ス フ ォ ー マ ッ ト を 扱 え る よ う に 実 装 さ れ て い る の で ， 描 画 に グ ラ フ ィ ッ ク ス ブ オ ) マ ッ ト を 用 い る こ と が 有 効 で あ る よ う に 思 え る . しか し， 描 画 用 の フ ァ イ ル フ ォ ー マ ッ ト と ア プ リ ケ ー シ ョ ン デ ー タ の フ ォ ー マ ッ ト と は 一 致 し な い の で ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン ご と に ， 描 画 用 フ ォ ー マ ッ ト へ の 変 換 プ ロ グ ラ ム を 開 発 す る 必 要 が あ る . 従 っ て ， グ ラ フ ィ ッ ク ス フ ォ ー マ ッ

トと プ ロ グ ラ ミ ン グ に 関 す る 専 門 的 知 識 を 必 要 と す る . 他 の グ ラ フ ィ ッ ク ス

ラ イ ブ ラ リ な ど を 用 い る 方 法 で も ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン ご と に イ ン タ フ ェ ー ス 部 分 を 開 発 す る 必 要 が あ る た め ， プ ロ グ ラ ミ ン グ の 知 識 が 必 要 と な る .

2 . 3   ア ニ メ ーショ ン デ ー タ ベ ー ス

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

置圃圃圃圃圃圃圃 圃 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ^F

第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 12  第 2章 ア ニ メ ー シ ョ ン 用 プ ラ ッ ト ホ ー ム の 課 題 13 

「ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー・1

利用者，開発者から

i 

^{… ー シ ヨ ン}

i 

i  I アプPヶーションI : 

プログラミング ^H・^H・^H・^H・^H・...・^H・1..・^H・‑…・砂￨固有のプログラム

I i  描画命令 117~メーシヨン!

{ 一 ￨ 問

I I 

検索

i

 II  II

! 

‑ ン グ

! 

^{!:'川叶伊〔￨同鎗11伊}

デ一タ定雄銭

￨  ￨ ト

^{データ定義部}

^￨ 

データ生成

!  ￨ ト

^{データベース部}

I  i 

しーーー一ーーーーーーー自信一ーーーーーーー」

メージに関する同期， (3)巨 大 デ ー タ の 効 率 の 良 い 描 画 ， の 3つ の 機 能 を 持 っ て い な い . 従 っ て ， 従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム と 比 べ て 機 能 面 で 劣 っ て お り ， 実 際 に 利 用 す る に は 機 能 的 に 不 十 分 で あ っ た .

従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス で は ， デ ー タ ベ ー ス 部 分 と 描 画 部 分 と が 独 立 し た 構 造 に な っ て お り ， デ ー タ ベ ー ス か ら グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ を 検 索 し 描 画 部 に 渡 す こ と で 描 画 を 行 な っ て い た .

一 般 に ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン は 描 画 部 ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 固 有 の デ ー タ 定 義 ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 固 有 の プ ロ グ ラ ミ ン グ ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン デ ー タ の 4つ の 部 分 か ら 図 2.3の よ う に 構 成 さ れ る . ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 開 発 と ア ニ メ ー シ ョ

ン の 作 成 は ， こ れ ら 4つ の 部 分 に 対 応 し て ， デ ー タ の 生 成 ， デ ー タ の 登 録 ， 描 画 及 び ア プ リ ケ ー シ ョ ン の プ ロ グ ラ ミ ン グ に よ っ て 行 な う .

従 来 ， 複 数 の モ デ ル が 存 在 す る よ う な ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の 研 究 に は 焦 点 が あ て ら れ て い な か っ た . 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム で は ， 利 用 者 は 個 々 の モ デ ル に 対 応 し て デ ー タ ベ ー ス ス キ ー マ の 定 義 を 行 な う . 一 度 作 成 さ れ た デ ー タ は ， 長 い 期 間 に 渡 っ て 保 存 さ れ る た め ， モ デ ル の 種 類 ご と に 複 数 の デ ー タ ベ ー ス が 存 在 す る .

従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム で は ， 複 数 の モ デ ノ レ を 扱 う に は ， ス キ ー マ 定 義 を 行 な う だ け で な く ， デ ー タ ベ ー ス ご と に 描 画 部 と の イ ン タ フェースが必要となる.従って，複数のモデ、ルを持つデ)タの扱いには，労力 と ， コ ン ビ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス の 知 識 が 要 求 さ れ る . こ の 労 力 を 減 ら す に は ， 複 数 の モ デ ル か ら 利 用 可 能 な 描 画 部 と そ の イ ン タ フ ェ ー ス が 必 要 で あ る .

作

事 剤 岨 探

要 ' 成

⁝

•

構H

の

⁝ ン

⁝ ヨシ も 一 刻 ケ 町 内 イ

ア

JT

己 一

図2.2:ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス と ア プ リ ケ ー シ ョ ン

従 来 の プ ラ ッ ト ホ ー ム 上 へ の グ ラ フ ィ ッ ク ス サ ー バ の 構 築 に つ い て ， シ ー ン を フ ァ イ ル と し て 保 持 し て い る こ と に よ る い く つ か の 問 題 が あ っ た . そ こ で ， デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム の 立 場 か ら ア ニ メ ー シ ョ ン 用 デ ー タ の 検 索 シ ス テ ム と し て の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム ANIMENGINE[26J，Animation  Platform[39] [40Jの研究， Kemper， Wallrathの サ ー ベ イ な ど が 行 な わ れ て き た . そ れ ら の 研 究 で は ， デ ー タ ベ ー ス 管 理 シ ス テ ム の デ ー タ 管 理 メ カ ニ ズ ム を 利 用 し て ， 大 き な サ イ ズ の デ ー タ の 検 索 ， 共 有 ， 再 利 用 を 行 な っ て い る .

従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ) ス で は ， リ ア ル な 絵 の 描 画 を 行 な う た め に必要な実体の表面属性，テクスチャ，光源、，音源、などのデータが扱われて い な か っ た . さ ら に ， グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ ， イ メ ー ジ ， グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ル ゴ リ ズ ム の 関 連 情 報 も 扱 わ れ て い な か っ た . 以 上 の よ う に ， 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス で は ， デ ー タ ベ ー ス 部 分 の デ ー タ の 種 類 が 形 状 と 位 置 に 限られていたことから， ( 1 )リアルな絵の描画， (2) グ ラ フ ィ ッ ク ス と イ

第 3章 アニメ ー シ ヨ ン デ ー タ ベ ー ス M O V E 14  第 3章 ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス M O V E 15 

第 3 章

I アニメーションl

l記述書 話 J ‑ ^{データMOVE ベース}

^{ー . .}

^{I Interpreter} 

‑ ‑

アニメーションデータベース M O V E

↑ ↓  

3 . 1   シ ス テ ム 構 成

_{図 3.2:M O  V Eの 構 造}

アプリケーション シ ョ ン で 容 易 に 得 る こ と が で き る . M O V Eは ， デ ー タ ベ ー ス 部 ， デ ー タ 定

義 部 ， 描 画 部 の 3つ が 共 有 可 能 で あ る . M O V Eと 従 来 の ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス の 相 違 点 は ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 固 有 の モ デ ル に 対 し て 描 画 部 の 共 有 を 行 な っ て い る 点 と ， 動 的 な 実 体 の 登 録 が 可 能 と な っ て い る 点 で あ る .

M O V Eは ， デ ー タ ベ ー ス と 描 画 部 が 分 離 し て い て ， 図3.1のように"コ

「ーー回ー・・ーーーーーー一一ーー一一一‑1

1クライアント ; 

ンヨシ

斗 俊 一 ス フ 画 メ キ ラ 此 ニ

↑ テ グ 静 ア

示﹁ バつ

﹂﹃ 吋﹁

﹂司

￨﹂ 司￨

￨}

吋 一 二 二 匡 三 一

J 一 h 一

^l_S

Et

t‑

Jhip‑‑

一 一

l i t

‑

一 ー

ul

il

t‑

ナ 一

一一一

1

﹂ 一 山 ザ 一

‑ 一

w川

一 一 一 一 叩 一 一 叩 一 ア 川 一 一

メC

二 ' 一

﹁

LFH

﹂ ル } 町 二 判 一

1J‑1111カ'ェ伽一一一

ケ テ 一 ト

﹁ ぺ

‑ 一 側 一 イ フ

4

一ご

y

グ ア ノ 一 陥

=

.酬 一 フ グ

・ 川 一

一

プ 己 一 エ 成 円

﹂ 一 向 一 一 フ ン 山 一 一

‑ 五 一 区 [ [ グ イ 刊 一 二

ーI

ll

i‑

‑_﹂オ画

Il

l1

1I

ll

11

川1

ll

Il

l1

11

L‑

一

111111}1

スl︑

1111111111JT

︐

l ' I・'tll

一

ク 作 シ

﹁

ツ 組 問 事

K ' 1 .

リ山

一 川 氏 結 吋

︑一 一

円

官 一 テ 釦 索 一 ゆ

﹂ . 釦↑

Jい の 検 一 円 引 一

‑

￨ 引

￨ 一 一 川 二

L

=

=

二

‑︑ル

‑ 一

C

二 氾 二 一 二

‑ 二

一

タア

一

一(二℃一一一一一一一一

一

九 収 一 一 ス 二

M

二 一

e

‑

一 一 一 一

‑

山ん

同‑ U 一 一 ラ 二

ρ

一 二 郎 二 二 一

一

1 1 M m

‑

一ク二S

一 二

・枇

一一 一一 一

一i

づ り 剖 一 部 一 時 二 側

= 一

M

一 一 一 一 一 官 ケ グ の

‑ レ 一 運 二 到 二 一 [ 二 一 一崎

灯︑丸一恥一叩二川一一一一一一一一 一 ア 動 リ 一 } 一 忙 二 ( 一 一 一 一 一 二

‑

一サ

￨

￨

￨ 一 ヵ

﹁ い

﹂

﹁

￨

﹂ F

￨

￨ L

‑

﹁

l } 1 1 1 骨 r l i l

‑

‑ ' I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

いい じ ih  

有国ン

シ録‑受

ケの

リ 分 プ 御

アの

ア ヘ " サ ー バ ヘ " ア プ リ ケ ー シ ョ ン " の 3つ の レ イ ヤ に 分 か れ て い る . コ ア は， M O V Eの基本部分である.コアには， M O V Eの デ ー タ ベ ー ス が 存 在 す る.アプリケーションプログラムは， M O V Eの デ ー タ ベ ー ス に す べ て の デ ー タ を 蓄 え る . そ の こ と に よ っ て ， 複 数 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム が デ ー タ を 共 有 ， 再 利 用 す る こ と が 可 能 で あ る . デ ー タ ベ ー ス に は ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム が 利 用 す る 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン の デ ー タ も 存 在する.コアには， リ ア ノ レ な ア ニ メ ー シ ョ ン を 描 画 す る た め の コ ン ピ ュ ー タ

グ ラ フ ィ ッ ク ス の ア ル ゴ リ ズ ム が 実 装 さ れ て い て ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラムは， M O V Eを 用 い て ア ニ メ ー シ ョ ン を 容 易 に 作 成 す る こ と が で き る .

描 画 部 も ア プ リ ケ ー シ ョ ン か ら 共 有 可 能 な モ ジ ュ ー ル で あ る . 描 画 部 は ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 対 し て 次 の よ う な イ ン タ フ ェ ー ス を 持 つ . ( 1 ) ア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム が 描 画 部 に 描 画 を 命 令 す る. ( 2) デ ー タ ベ ー ス 内 の デ ー タ か ら 描 画 に 必 要 な デ ー タ が 検 索 さ れ ， 検 索 結 果 は 描 画 部 に 渡 さ れ る . 図 3.1:M O  V Eの 構 造

M O V Eは ， コ ン ビ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス の デ ー タ と ア ル ゴ リ ズ ム の デ ー タ ベ ー ス で あ る . M O V Eは， 3次 元 コ ン ビ ュ ー タ ア ニ メ ー シ ョ ン を 用 い る ア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム の 開 発 並 び に ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 と 表 示 を 容 易 に す る た め の プ ラ ッ ト ホ ー ム と し て 試 作 さ れ た . M O V Eを用いることで，

アプリケーションは， M O V Eの デ ー タ ベ ー ス の 内 容 を 映 像 . 音 声 の ア ニ メ ー

第

3

章 ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス

MOVE

16  第3章 ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ ベ ー ス

MOVE

17 

B  ^{3 . 2}  

オ ブ ジ ェ ク ト 指 向

従 来 ， 画 像 ， 音 声 な ど の マ ル チ メ デ ィ ア デ ー タ の デ ー タ ベ ー ス の 重 要 性 を さ ま ざ ま 研 究 者 が 指 摘 し て き た[7][57]， M 0 V Eも ， 画 像 ， 音 声 の 格 納 ， 表 示 が 可能なマノレチメディアシステムの一種である. 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス の ア ニ メーションには， ( 1 )イメージ， (2) モ デ ル の 2種 類 の デ ー タ が あ る . 第 1の イ メ ー ジ デ ー タ は ， 動 画 像 ， 音 声 の デ ー タ で あ る . 第 2の モ デ ル デ ー タ は ， ア ニ メ ー シ ョ ン 化 す べ き 実 体 に 関 す る デ ー タ で あ る . 動 画 像 ， 音 声 は ， 登 場 物 の デ ー タ か ら コ ン ビ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス と 立 体 音 響 の ア ル ゴ リ ズ ム を 用 い て 自 動 的 に 生 成 さ れ る . 3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス ア ニ メ ー シ ョ ン の 実 体 は， 3次 元 物 体 ， カ メ ラ ， 光 源 ， マ イ ク ロ ホ ン ， 音 源 の 5種 類 に 分 類 で き る . 以上のことから，

MOVE

で 扱 う ア ニ メ ー シ ョ ン デ ー タ は 次 の 2種 類 に 分 類

さ れ る . そ れ ら は (1 )動画像・音声のイメージデータ， (2)  3次 元 グ ラ フ ィ ッ ク ス と 動 き に 関 す る デ ー タ で あ る .

MOVE

の 構 築 で は ， こ れ ら 2種 類 の デ ー タ の そ れ ぞ れ の デ ー タ 形 式 の 設 計 を 行 な う 必 要 が あ る . こ れ ら の デ ー タ は よ り 単 純 な デ ー タ の 集 ま り と し て 表 現 さ れ る . 例 え ば ， 画 像 は 画 素 の 2次 元 の 配 列 と し て ， 音 声 は サ ン プ ル の 1次元の配列として， 3次 元 の 形 状 は ポ リ ゴ ン[18]の よ う な 基 本 形 状 の 集 ま り と し て 定 義 す る こ と が で き る . し か し ， こ れ ら の デ ー タ を 数 値 ， 文 字 列 な ど の 従 来 の 事 務 デ ー タ と 比 較 す る 次 の よ う な 4つ の 特 徴 が あ る .

GUI 

ー 回

/ 固

/  目

テキスト グラフ 静 止 薗 アニメーション

図3.3:

M O   V  E

の 機 能 の 概 念 図

( 3 ) 描 画 部 は ， こ の 検 索 結 果 か ら 実 装 さ れ て い る コ ン ピ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス の ア ル ゴ リ ズ ム を 使 用 し て ア ニ メ ー シ ョ ン を 生 成 し ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム へ 渡 す .

ア ニ メ ー シ ョ ン の 画 像 生 成 に は ， 時 間 が か か る か ら ， 描 画 部 は ， 画 質 と 速 度 が 異 な る 複 数 の 描 画 部 が 存 在 し ， プ レ ビ ュ ー ， 完 成 な ど 局 面 ご と に 異 な っ た 描 画 法 を 選 択 す る こ と を 可 能 と し て い る .

MOVE

で は ， 以 下 の 原 理 に よ り ， デ ー タ 定 義 部 ， デ ー タ ベ ー ス 部 の 共 有 を行なっている.

MOVE

は ， ク ラ ス 定 義 の 内 容 を ， デ ー タ ベ ー ス の ス キ ー マ と し て 管 理 し て い る .

MOVE

に は ， コ ン ビ ュ ー タ の 初 心 者 が 簡 単 に

MOVE

の デ ー タ を 視 覚 化 で き る よ う な ， 単 純 な グ ラ フ イ カ ル ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス を 持 っ て い る . グ

ラフイカノレユーザインタフェースには，図に示したように，

MOVE

では，利

用 者 が デ ー タ ベ ー ス 内 の デ ー タ を 検 索 し て ， ア ニ メ ー シ ョ ン な ど い ろ い ろ な 形 式 で 表 示 す る と い う 機 能 が あ る .

‑プレゼンテーションのモデノレ

ア ニ メ ー シ ョ ン 作 成 を 初 心 者 で も 容 易 に 行 な う に は ， 計 算 機 の ウ イ ン ド や ス ピ ー カ ー と な ど の 入 出 力 装 置 と グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ 間 の 関 連 の 情 報 の 管 理 が 必 要 で あ る .

‑ 動 き の モ デ ル

ア ニ メ ー シ ョ ン の 登 場 物 は 動 的 世 界 を 表 現 す る か ら ， ア ニ メ ー シ ョ ン の 登 場 物 の 属 性 は 時 間 の 経 過 に 従 っ て 変 化 す る よ う な 属 性 で あ る . 例 え ば ， 動 き や 変 形 は 空 間 属 性 の 時 間 変 化 と し て 表 現 で き る .

ア ニ メ ー シ ョ ン に お け る グ ラ フ ィ ッ ク ス デ ー タ は ， 時 間 的 に 属 性 が 変 化 す

九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室 九 州 大 学 工 学 部 情 報 工 学 教 室

』 国 孟 孟 = 二 二 二 三 一 一 一 一 一 一 一 十 三 士 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 コ ￨