JPH05225313A

JPH05225313A - イメージ表示支援方法及びその装置

Info

Publication number: JPH05225313A
Application number: JP4026503A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Ino; 弘一郎伊能; Toshiharu Koike; 俊晴小池
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Chubu Software Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Chubu Software Ltd
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【構成】ユーザの視点位置の検出（ステップ２１１），
ディスプレイのユーザ視点方向への回転（ステップ２１
２），表示中の３次元図形のユーザの視点位置から見た
図形への変換，更新（ステップ２１３）の実行、及びユ
ーザ視点位置計測手段，視点位置変更手段，ディスプレ
イ角度変更手段より構成する。【効果】ディスプレイに表示中の３次元図形の視点を変
更する場合に、ユーザと図形との空間的な位置関係を変
える動作を、視点を変更するための操作に利用すること
が可能となり、表示図形の視点変更を迅速，容易かつ現
実感に即して行えるイメージ表示支援方法及び装置が実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イメージ表示方法及び
装置に係り、特に、３次元イメージの表示システムにお
いて、表示イメージの視点位置の変更を迅速，容易かつ
現実感に即して行う方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】“株式会社アスキー，ＷＩＮＧＺ”は、
表形式データの計算及び視覚化のためのソフトウェアで
あり、３次元グラフの表示機能を有している。この機能
では、例えば、“株式会社アスキー，ＷＩＮＧＺユー
ザーズガイド，pp．２５４−２５５”で説明されている
ように、表示図形の視点位置の設定を、ユーザが、キー
ボード，マウスを利用して視点の角度と距離を入力する
ことにより行う。また、視点位置の設定値を変えること
により視点を変換する機能を備えている。

【０００３】さらに、“横河・ヒューレット・パッカー
ド株式会社，ＨＰ９０００シリーズ３００コン
ピュータＨＰ−ＵＸ”オペレーション・システムで
は、その周辺装置として、ノブ・ダイアルを用いたグラ
フィックス位置決めデバイスのコントロール・モジュー
ルを有している。このモジュールでは、例えば、“横河
・ヒューレット・パッカード株式会社，ＨＰ９０００
シリーズ３００コンピュータＨＰ−ＵＸ周辺
装置のインストール，ｐ.１０の４２.”で説明されてい
るように、３軸姿勢，３軸平行移動，尺度変更をノブ・
ダイアルの操作により行う機能を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は次の問題点がある。すなわち、表示中の図形をユーザ
の望む視点に変更する場合、キーボードから視点位置を
入力するか、あるいはダイヤルなどの装置を手動により
操作することで視点位置を変更する。このため、表示図
形の視点を変える、すなわち、ユーザと図形との空間的
な位置関係を変えて今までとは違った位置あるいは方向
から見るという目的と、実際に表示図形の視点を変える
ための方法や装置とに差があるという問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、ディスプレイに表示中の
３次元図形の視点を変更する場合に、ユーザが視点の位
置を変更するために行うユーザと図形との空間的な位置
関係を変える動作を、視点を変更するための操作として
利用することにより、表示図形の視点の変更を迅速，容
易かつ現実感の伴った方法で行えるイメージ表示支援方
法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、図２に示す
ように、ユーザの視点位置を検出し(ステップ２１１)、
ディスプレイを検出したユーザの視点方向へ向くように
回転し（ステップ212)、ディスプレイに表示中の３次元
図形を検出したユーザの視点位置から見た図形に変換
し、表示中の３次元図形を更新する（ステップ２１３）
イメージ表示支援方法により達成される。

【０００７】また、上記目的は、図１５に示すように、
ユーザの視点位置を計測する手段（１４０４），視点位
置を変更する手段（１４０５），ディスプレイの角度を
調整する手段（１４０６）からなるイメージ表示支援装
置により達成される。

【０００８】

【作用】ユーザの視点位置を検出するステップ２１１，
ディスプレイを検出したユーザの視点方向へ向くように
回転するステップ２１２，ディスプレイに表示中の３次
元図形を検出したユーザの視点位置から見た図形に変換
し、更新するステップ２１３の繰返し実行により、ディ
スプレイに表示中の３次元図形の視点を変更する場合
に、ユーザが視点の位置を変更するために行うユーザと
図形との空間的な位置関係を変える動作を、視点を変更
するための操作として利用することを可能とし、表示図
形の視点の変更を迅速，容易かつ現実感の伴った方法で
行えるイメージ表示支援方法を実現できる。

【０００９】また、ユーザの視点位置を計測する手段
（１４０４），視点位置を変更する手段（１４０５），
ディスプレイの角度を調整する手段（１４０６）からな
るイメージ表示支援装置により、ディスプレイに表示中
の３次元図形の視点を変更する場合に、ユーザが視点の
位置を変更するために行うユーザと図形との空間的な位
置関係を変える動作を、視点を変更するための操作とし
て利用することを可能とし、表示図形の視点の変更を迅
速，容易かつ現実感の伴った方法で行えるイメージ表示
支援装置を実現できる。

【００１０】

【実施例】本発明の第一の実施例の概略について図１を
用いて説明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は、ディスプレ
イ装置に表示された自動車の３次元図形をユーザが観察
している最初の状態を示している。図１の（ａ）〜
（ｃ）において、１０１はユーザである。１０２はディ
スプレイ装置である。１０３，１０４，１０５はそれぞ
れディスプレイ装置の回転中心１１３を原点とする、空
間に固定された直交座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸である。
１０６はディスプレイ装置１０２に表示されている自動
車の３次元図形である。図１の（ｄ）〜（ｆ）は、図１
の（ａ）〜（ｃ）に示した状態からユーザが左に角度
θ，上方に角度φだけ移動した状態を示している。図２
の（ｄ）〜（ｆ）において、１０７は位置を移動したユ
ーザである。１０８は、変化するユーザの位置を追跡し
ながら方向を変えたディスプレイ装置である。１１２は
ディスプレイ装置１０８に表示されている自動車の３次
元図形である。

【００１１】以上のように、本発明の第一の実施例であ
る情報処理システムを用いれば、ユーザの視点を移動さ
せるだけで、ディスプレイ装置に表示する３次元図形を
変化させることができ、かつ、自動車の３次元図形が、
あたかも、ディスプレイ装置の回転中心１１３を原点と
する、空間に固定された直交座標系（ｘ軸１０３，ｙ軸
１０４，ｚ軸１０５）に固定されているように３次元図
形を表示することができ、表示図形の立体図形としての
現実感を高めることができる。

【００１２】先ず、第一の実施例である情報処理システ
ムのシステム構成を図４を用いて説明する。図におい
て、４０７はメモリ４０８に内蔵されたプログラム４０
９により動作し、キーボード４１２，マウス４１３，Ａ
／Ｄコンバータ４０１と４０２、およびディスプレイ装
置制御部４１１からの入力を受け付け、メモリ４０８上
のデータ４１０を用いて計算処理を行い、結果をディス
プレイ装置１０２，ディスプレイ装置角度制御部４１１
およびＬＥＤ発光制御部４１４に出力するＣＰＵであ
る。キーボード４１２およびマウス４１３は、それぞ
れ、ユーザからの文字入力およびディスプレイ装置上の
位置に関する情報を受け付け、ＣＰＵ４０７に伝達する
機能を有する。また、ディスプレイ装置１０２は、ＣＰ
Ｕ４０７からの画面表示に関する情報を受け、画面に文
字情報や図形を表示する機能を有する。メモリ４０８に
は、処理の実行に必要なプログラム４０９およびデータ
４１０が格納されている。４０３および４０４は、ユー
ザの頭部に固定したＬＥＤ４１５からの光を受容しその
位置を検出するエリアセンサ１およびエリアセンサ２で
ある。４０１，４０２はそれぞれエリアセンサ４０３と
エリアセンサ４０４からのアナログ信号出力を受け、デ
ィジタル信号に変換してＣＰＵ４０７に出力するＡ／Ｄ
コンバータである。４１１はＣＰＵ４０７からのディス
プレイ装置１０２の方位角と仰角の修正量についての信
号を入力し、可動台座機構４０６を制御し、また、ディ
スプレイ装置１０２の現在の方位角と仰角をＣＰＵ４０
７に伝達するディスプレイ装置角度制御部である。４０
６はディスプレイ装置４０５を支持し、ディスプレイ装
置角度制御部４１１からの信号によってディスプレイ装
置102の回転角と仰角を変化させる可動台座機構であ
る。４１４はＣＰＵ４０７からのＬＥＤ発光についての
信号を入力し、ＬＥＤ４１５の発光を制御するＬＥＤ発
光制御部である。

【００１３】次に、第一の実施例である情報処理システ
ムのシステム構成ブロック図を図１５を用いて説明す
る。図において、１４０１は制御部である。１４１１は
キャンセル距離設定部である。１４０２は初期視点位置
設定部である。１４０３は変換感度設定部である。１４
０４は視点位置計測部である。１４０５は視点変換部で
ある。１４０６はディスプレイ装置角度調整部である。
１４０８は図形データ記憶部である。１４０９は表示状
態指示部である。１４１０は透視変換部である。１０２
はディスプレイ装置である。

【００１４】制御部１４０１は初期視点位置設定部１４
０２，変換感度設定部１４０３，視点位置計測部１４０
４，視点変換部１４０５，ディスプレイ装置角度調整部
１４０６，ディスプレイ装置１０２，図形データ記憶部
１４０８，表示状態指示部１４０９，視点変換部１４１
０およびキャンセル距離設定部１４１１との間で情報の
授受を行い、各部間の動作タイミングを制御する。

【００１５】次に、初期視点位置設定部１４０２につい
て図１６を用いて説明する。図において、１４０２は初
期視点位置設定部である。１５０１は初期視点位置入力
部である。１５０２は初期視点位置記憶部である。

【００１６】次に、変換感度設定部１４０３について図
１７を用いて説明する。図において、１４０３は変換感
度設定部である。１６０１は変換感度入力部である。16
02は変換感度記憶部である。

【００１７】次に、第一の実施例に用いる視点変換部１
４０５について、図２１を用いて説明する。図におい
て、１４０５は視点変換部である。２００１は視点位置
計算部である。

【００１８】次に、ディスプレイ装置角度調整部１４０
６について、図２０を用いて説明する。図において、１
４０６はディスプレイ装置角度調整部である。４１１は
ディスプレイ装置角度制御部である。４０６は可動台座
機構である。ただし、第一の実施例では、以上で説明し
たシステム構成ブロックの中の変換感度設定部1403は使
用しない。

【００１９】次に、第一の実施例における処理フロー
を、図２に従って説明する。ステップ２０１において、
第一の実施例の処理を開始する。ステップ２０２におい
て、処理で使用する変数を初期化する。また、センサ座
標系とワールド座標系とのスケール比Ｓを設定する。ス
テップ２０３において、初期視点位置設定部１４０２に
より、ユーザからのキーボード４１２またはマウス４１
３からの入力により、３次元図形を定義しているワール
ド座標系での視点の初期位置を含めた３次元図形の投影
条件を設定する。ステップ２０４において、ユーザから
のキーボード４１２またはマウス４１３からの入力によ
り、ディスプレイ装置１０２の初期方位角と初期仰角を
設定する。ステップ２０５において、ディスプレイ装置
角度調整部１４０６により、ディスプレイ装置角度制御
部４１１を用いて可動台座機構４０６を動作させ、ディ
スプレイ装置１０２の角度を、ステップ２０４で設定し
た初期方位角と初期仰角と等しくなるようにする。

【００２０】ステップ２０６において、ステップ２０３
で設定した視点の初期位置から見た図形、即ち、視点の
初期位置を投影の中心とする透視変換で得られた図形を
ディスプレイ装置１０２に表示する。ステップ２０７に
おいて、視点位置計測部1404により、ＬＥＤ発光制御部
４１４を用いてユーザの頭部に固定したＬＥＤ４１５を
発光させる。ステップ２０８において、制御部１４０１
において、マウス413，キーボード４１２の入力バッフ
ァから、表示状態指示部１４０９によって入力された図
形表示終了、イメージ自動変換の各スイッチのオン，オ
フを調べ、オンならば１，オフならば０を、それぞれ変
数ＥＮＤ，ＴＲＮＳに設定し、バッファをクリアする。
ステップ２０９では、変数ＥＮＤについて条件判断を行
い、END＝１でない場合にはステップ２１０に制御をわ
たし、ＥＮＤ＝１である場合には第一の実施例の処理を
終了する（ステップ２１４）。

【００２１】ステップ２１０では、変数ＴＲＮＳについ
て条件判断を行い、ＴＲＮＳ＝１でない場合にはステッ
プ２０８に制御をわたし、ＴＲＮＳ＝１である場合には
ステップ２１１に制御をわたす。ステップ２１１におい
て、視点位置計測部１４０４により、エリアセンサ４０
３，エリアセンサ４０４，Ａ／Ｄコンバータ４０１，４
０２を用いてユーザの視点位置（ＬＥＤの位置）を検出
する。ステップ２１２において、ディスプレイ装置１０
２が、ステップ２１１で検出したユーザの視点位置を向
くように、ディスプレイ装置１０２の方位角と仰角を修
正する。ステップ２１３において、表示図形を、ステッ
プ２１１で検出したユーザの視点位置から見た図形、即
ち、視点位置を投影の中心とする透視変換で得られた図
形に更新し、制御をステップ２０８にわたす。

【００２２】ここで、図２中のステップ２０３で設定す
る視点の初期位置を含めた３次元図形の投影条件につい
て説明する。３次元図形の投影条件を規定する方法は種
々あるが、ここではフォリー(Foly)らによるコンピュー
タグラフィクス−プリンシプルズアンドプラクテ
イス(Computer Graphics−PRINCIPLES and PRACTICE)ア
ディスンウェズレイ(ADDISON WESLEY)社刊，pp．２３
７−２４４による３次元図形の投影条件についての表記
方法に従う。即ち、ステップ２０３で設定する３次元図
形の投影条件とは、視点の位置(投影の中心）としての
ＰＲＰ(projection reference point)の座標，投影面を
規定するＶＲＰ（view reference point）の座標，ＶＰ
Ｎ（view−plane normal）の成分，ＶＵＰ（view up ve
ctor）の成分，投影面上での長方形の投影範囲を規定す
るwindow、および投影の種類（投影が透視投影であるか
平行投影であるか）である。本発明の実施例では、投影
の種類は透視変換であるとして説明する。また、３次元
図形の投影において、一般にウィンドウ（window）の中
心(ＣＷ : center of window）とＰＲＰを結ぶ直線は投
影面に垂直であるとは限らないが、本発明の実施例で
は、説明の簡略化のため、windowの中心とＰＲＰを結ぶ
直線は投影面に垂直であるものとする。

【００２３】次に、図６を用いて、図２中のステップ２
０６の詳細な説明を行う。ステップ６０１において、図
２のステップ２０６の処理を開始する。ステップ６０２
において、図２のステップ２０３で設定した視点の初期
位置を視点位置として読み込む。ステップ６０３におい
て、透視変換部１４１０において、図形データ記憶部１
４０８で記憶しているワールド座標で定義された立体図
形に対し、ステップ６０２で読み込んだ視点位置からの
透視変換を行う。ステップ６０４において、ディスプレ
イ装置１０２に既に図形が表示されている場合は、ディ
スプレイ装置表示図形をクリアする。ステップ６０５に
おいて、ステップ６０３の透視変換により得られた立体
図形の座標を使いディスプレイ装置１０２に図形を表示
する。ステップ６０４において、図２のステップ２０６
の処理を終了する。

【００２４】次に、図１８及び図７（ａ)，(ｂ）を用い
て、ステップ２１１のユーザ視点検出方法と視点位置計
測部１４０４について詳細に説明する。

【００２５】図１８において、１４０４は視点位置計測
部、４０１，４０２はエリアセンサ、４０３，４０４は
Ａ／Ｄコンバータ、４１４はＬＥＤ発光制御部、４１５
はＬＥＤ、１７０１はセンサ座標系視点位置計測部であ
り、以下で説明するユーザ視点位置の検出は、視点位置
計測部において処理する。

【００２６】図７(ａ)，(ｂ)において、４０３はエリア
センサ１、４０４はエリアセンサ２、７１１及び７１２
はそれぞれのエリアセンサの集光用レンズ、４１５はＬ
ＥＤ、７１３はＬＥＤ４１５からエリアセンサ４０３へ
の入射光、同様に７１４はエリアセンサ４０４への入射
光である。各エリアセンサ上の座標（ａ，ｂ)，(ｃ，
ｄ）は、エリアセンサ４０３，４０４により測定したＬ
ＥＤ光の入射位置であり、Ａ／Ｄコンバータ４０１，４
０２を介してセンサ座標系視点位置計算部1701へ出力さ
れる。また、図に示すように、各エリアセンサ上に座標
系を設け、それぞれセンサ１座標系，センサ２の座標系
とし、その上位にセンサ座標系を設ける。ここで、点Ｐ
_Z・S1はセンサ１の座標系におけるＬＥＤ４１５のｚ座標
であり、点Ｐ_Z・S2はセンサ２座標系におけるＬＥＤ４１
５のｚ座標である。

【００２７】図７（ｂ）は、センサ１の座標系を例とし
たＬＥＤ光の入射角θ_S1，φ_S1の説明図であり、４０３
はエリアセンサ１、７１１は集光用レンズ、７１５は入
射光７１３のｚ_S1ｘ_S1平面への正射影成分、７１６は入
射光７１３のｙ_S1ｚ_S1平面への正射影成分である。入射
角は左回りに正をとる。したがって、図７（ｂ）ではθ
_S1は負、φ_S1は正の値をとる。また、入射角はセンサ座
標系視点位置計算部１７０１において、入射位置より求
める。

【００２８】ここで、入射位置（ａ，ｂ），入射角
θ_S1，φ_S1、さらに媒介変数Ｐ_Z・S1を用いると、センサ
１座標系におけるＬＥＤの座標値は数１となる。

【００２９】

【数１】Ｐ_X・S1＝Ｐ_Z・S1tanθ_S1＋ａＰ_Y・S1＝Ｐ_Z・S1tanφ_S1＋ｂＰ_Z・S1＝Ｐ_Z・S1 そしてこの座標値を［Ｐ_X・S1Ｐ_Y・S1Ｐ_Z・S1１］の
転置行列Ｐ_S1で表現し、センサ座標系１とセンサ座標系
との位置関係により求まるセンサ座標系１からセンサ座
標系への変換マトリックスＭ_S←S1を用いることによ
り、数２のように、センサ座標系に変換できる。

【００３０】

【数２】Ｐ_S＝Ｍ_S←S1・Ｐ_S1 また同様に、センサ２座標系におけるＬＥＤの座標も、
センサ座標系２からセンサ座標系への変換マトリックス
Ｍ_S←S2を用いることにより、数３のようにセンサ座標
系に変換できる。

【００３１】

【数３】Ｐ_S＝Ｍ_S←S2・Ｐ_S2 両者は、同じ座標値をとるため数４の関係が成立する。

【００３２】

【数４】Ｍ_S←S1・Ｐ_S1＝Ｍ_S←S2・Ｐ_S2 従って、ｘ，ｙ，ｚの各成分ごとに得られる方程式を連
立することで媒介変数Ｐ_Z・S1およびＰ_Z・S2の値が求めら
れ、さらにセンサ座標系におけるＬＥＤの座標値を得ら
れる。

【００３３】ステップ２１１では、以上の計算方法に基
づくＬＥＤのセンサ座標の算出式を予め用意することに
より、センサ座標系視点位置計算部１７０１において、
各エリアセンサへのＬＥＤ光の入射位置と入射角の計測
値から、ＬＥＤのセンサ座標を求めることができる。な
お、本実施例においては、ユーザの頭部に装着したＬＥ
Ｄ４１５の位置をユーザの視点位置とする。

【００３４】次に、図２中のステップ２１２について図
８，図５を用いて詳細に説明する。先ず、可動台座機構
４０６について図５を用いて説明する。図５において、
可動台座機構４０６は５０２，５０３，５０４，５０５
から構成されている。５０１は可動台座機構４０６に支
持されているディスプレイ装置である。５０２は可動台
座機構４０６のディスプレイ装置支持部である。５０３
は可動台座機構４０６のディスプレイ装置仰角回転部で
ある。５０４は可動台座機構４０６のディスプレイ装置
方位角回転部である。５０５は可動台座機構４０６の設
置台座である。ディスプレイ装置角度制御部４１１から
の制御信号により、ディスプレイ仰角回転部５０２を動
作させることでディスプレイ装置１０２の仰角を変更で
き、同様にディスプレイ装置方位角回転部５０４を動作
させることでディスプレイ装置１０２の方位角を変更で
きる。

【００３５】次に、図２中ステップ２１２の処理を図８
に従って説明する。ステップ８０１において、図２のス
テップ２１２の処理を開始する。ステップ８０２におい
て、図２のステップ２１１で検出したセンサ座標系で表
現されたユーザの視点位置を読み込む。センサ座標系と
は図７（ａ）のｘ_S，ｙ_S，ｚ_S座標系であるが、本実施
例の説明においては、原点をディスプレイ装置１０２の
回転中心１１３とし、ｚ_S軸を原点からディスプレイ装
置正面方向に向けて、画面の表面に直交する方向にと
り、ｙ_S軸を、原点とｚ_S軸を含む鉛直平面内でｚ_S軸
と直交する方向にとる。そして、読み込んだ視点位置の
ｘ_S成分をαに、ｙ_S成分をβに設定する。ステップ８
０３において、変数αについて条件判断を行い、α＞０
である場合にはステップ８０４に制御をわたし、α＞０
でない場合にはステップ８０５に制御をわたす。

【００３６】ステップ８０４において、ディスプレイ装
置角度調整部１４０６により、ディスプレイ装置角度制
御部４１１を用いて可動台座機構４０６を動作させ、デ
ィスプレイ装置１０２の方位角を０.１度増加させるよ
うに修正する。ステップ805において、変数αについて
条件判断を行い、α＜０である場合にはステップ806に
制御をわたし、α＜０でない場合にはステップ８０７に
制御をわたす。ステップ８０６において、ディスプレイ
装置角度調整部１４０６により、ディスプレイ装置角度
制御部４１１を用いて可動台座機構４０６を動作させ、
ディスプレイ装置１０２の方位角を０.１度減少させる
ように修正する。

【００３７】ステップ８０７において、変数βについて
条件判断を行い、β＞０である場合にはステップ８０８
に制御をわたし、β＞０でない場合にはステップ８０９
に制御をわたす。ステップ８０８において、ディスプレ
イ装置角度調整部１４０６により、ディスプレイ装置角
度制御部４１１を用いて可動台座機構４０６を動作さ
せ、ディスプレイ装置１０２の仰角を０.１度増加させ
るように修正する。ステップ８０９において、変数βに
ついて条件判断を行い、β＜０である場合にはステップ
８１０に制御をわたし、β＜０でない場合にはステップ
８１１に制御をわたす。ステップ８１０において、ディ
スプレイ装置角度調整部１４０６により、ディスプレイ
装置角度制御部４１１を用いて可動台座機構４０６を動
作させ、ディスプレイ装置１０２の仰角を０.１度減少
させるように修正する。

【００３８】ステップ８１１において、変数αとβにつ
いて条件判断を行い、α＝０かつβ＝０である場合には
ステップ８１２において図２のステップ２１２の処理を
終了し、α＝０かつβ＝０でない場合にはステップ２１
１に制御をわたす。ステップ２１１の処理は図２のステ
ップ２１１の処理と同じであり、視点位置計測部1404に
より、エリアセンサ４０３，エリアセンサ４０４，Ａ／
Ｄコンバータ４０１，４０２を用いてユーザの視点位置
（ＬＥＤの位置）を検出し、ステップ８０２に制御をわ
たす。このように図８を用いて説明したステップ２１２
の処理により、ディスプレイ装置がユーザの視点位置を
向くように、ディスプレイ装置１０２の方位角と仰角を
修正することができる。

【００３９】次に、図１４を用いて、図２中のステップ
２１３の詳細な説明を行う。ステップ１３０１で、図２
のステップ２１３の処理を開始する。ステップ１３０２
において、視点変換部１４０５により、図２のステップ
２１１で検出したセンサ座標で表現されたユーザの視点
位置を読み込む。ステップ１３０３において、視点変換
部１４０５により、ディスプレイ装置１０２の回転中心
１１３からステップ１３０２で読み込んだ視点位置まで
の距離をＤに設定する。ステップ１３０４において、視
点変換部１４０５により、ディスプレイ装置角度制御部
４１１によって逐次記録されている現在のディスプレイ
装置１０２の方位角と仰角をそれぞれθ_P，φ_Pとして設
定する。ステップ１３０５において、視点変換部１４０
５により、ステップ１３０４で設定したθ_P，φ_Pの値を
用いて投影面の位置とワールド座標での視点位置（投影
の中心）についてのデータを更新する。即ち、ＶＰＮを
更新し、ワールド座標系とセンサ座標系のスケールの対
応関係と、ステップ1303で設定したＤの値を用いて視点
位置（投影の中心）としてのＰＲＰの座標を更新する。
具体的には、まず、更新後のＶＰＮであるＶＰＮ′は次
の式で得られる。ただし、ＶＰＮ，ＶＰＮ′は単位ベク
トルであるとする。

【００４０】

【数５】

【００４１】次に、ワールド座標系での長さをＳ倍した
ものがセンサ座標系での長さに対応しているものとすれ
ば、更新後のＰＲＰであるＰＲＰ′の座標、即ち、ワー
ルド座標系での視点位置は、ＶＰＮ′の成分とＶＲＰの
座標を用いて次の式で得られる。

【００４２】

【数６】ＰＲＰ′＝(Ｄ／Ｓ)ＶＰＮ′＋ＶＲＰ次に、ステップ１３０６において、透視変換部１４１０
において、図形データ記憶部１４０８で記憶しているワ
ールド座標で表現された立体図形に対し、ステップ１３
０５で更新した視点位置からの透視変換を行う。ステッ
プ１３０７において、ディスプレイ装置１０２に既に図
形が表示されている場合は、ディスプレイ装置表示図形
をクリアする。ステップ１３０８において、ステップ１
３０６の透視変換により得られた立体図形の座標を使い
ディスプレイ装置１０２に図形を表示する。ステップ１
３０９において、図２のステップ２１３の処理を終了す
る。

【００４３】以上で説明した処理を行うことにより、第
一の実施例において、３次元図形を表示する際に、ユー
ザの視点を認識し、それにあわせてディスプレイ装置に
表示中の３次元図形の投影時の視点及び投影方向を変更
することができ、また、ユーザの視点の変化に応じてデ
ィスプレイ装置が常にユーザの頭部の方向を向くように
ディスプレイ装置の角度を変更でき、また、ユーザの初
期視点位置を予め設定することができる。

【００４４】さらに以下では、本発明の第二実施例とし
て、ディスプレイが不動の場合に、ユーザの視点位置の
移動に追従して表示イメージ（図形）の視点を変更する
方法及び装置の一実施例を詳細に説明する。

【００４５】まず、図３のフローチャートを図１５，図
１６，図１８のブロック図を交えて説明する。

【００４６】図３は、本発明の一実施例を示すフローチ
ャートである。まず、システムを起動する（ステップ３
０１）と、システムは変数を初期化する(ステップ３０
２)。次に、初期視点位置入力部１５０１において、ユ
ーザが、キーボード４１２から視点の初期位置としてワ
ールド座標系上での極座標値Ｐ_0(W)を入力すると、シス
テムは、初期視点位置記憶部１５０２に設けられた初期
視点記憶テーブル３１２に、その値を記憶し（ステップ
３０３）、入力された視点の初期位置から見た図形をデ
ィスプレイ１０２に表示する（ステップ３０４）。さら
に、システムはＬＥＤ４１５を発光し（ステップ３０
５）、制御部１４０１では、キーボード４１２，マウス
４１３の入力バッファにおいて、表示状態指示部１４０
９からの図形表示終了スイッチ，イメージ自動変換スイ
ッチのオン・オフ指示を調べ、オンならば１，オフなら
ば０をそれぞれ変数ＥＮＤ，ＴＲＮＳに設定し、その後
バッファをクリアする（ステップ３０６）。そしてＥＮ
Ｄ＝１かどうかを判定し（ステップ３０７）、１ならば
システムを終了する（ステップ３１１）。また、１では
ない場合は、ＴＲＮＳ≧１かどうかを判定し（ステップ
３０８）、１ではない場合は、ステップ３０６に戻る。
ここで、ＴＲＮＳ＝１（イメージ自動変換スイッチがオ
ン）ならば、システムは、視点位置計測部１４０４及び
視点変換部１４０５において、ユーザの視点位置を検出
し（ステップ３０９）、透視変換部１４１０において、
表示図形を視点の検出位置から見た図形に更新する（ス
テップ３１０）。そして、システムは、ステップ３０６
から３１０までの処理を図形表示終了スイッチがオン、
あるいはイメージ自動変換スイッチがオフにされるまで
繰返し行う。

【００４７】なお、本実施例では、極座標（ｒ，α，
β）においてｒを距離，αを方位角，βを仰角とする。

【００４８】次に、本フローチャートのステップ３０
４，３１０における処理手順を図６及び図１５を用い
て、さらにステップ３０９における処理手順を図９，図
１５及び図１９を用いて説明する。

【００４９】図６では、処理を開始する（ステップ６０
１）と、システムは視点位置（ワールド座標）を読み込
み（ステップ６０２），透視変換部１４１０において、
図形データ記憶部１４０８に保持しているワールド座標
で表現された図形にたいして、視点位置からの透視変換
を行う。なお、本処理手順では、注視点をワールド座標
系原点とする（ステップ６０３）。そして、システムは
ディスプレイ１０２に図形が表示されている場合はクリ
アし（ステップ６０４）、透視変換後の図形を表示し
（ステップ６０５）、処理を終了する（ステップ６０
６）。

【００５０】次に、図１９において１４０５は視点変換
部、１８０１は視点位置計算部、１８０２は初期計測視
点位置記憶部である。

【００５１】図９では、処理を開始する（ステップ９１
１）と、システムはＴＲＮＳ＝１かどうかを判定し（ス
テップ９１２）、１ならば、すなわちシステム起動後、
あるいはイメージ自動変換処理後初回の処理の場合なら
ば、次のステップ９１３に進み、そうでなければ、ステ
ップ９１５に進む。ＴＲＮＳ＝１の場合、変数TRNSに２
を設定し（ステップ９１３）、視点位置計測部１４０４
において、ユーザの視点の初期計測位置Ｐ_S0(S)を極座
標として計測し、初期計測視点記憶部１８０２に設けら
れた初期計測視点記憶テーブル９１９に値を記憶する
(ステップ９１４)。次にシステムは、視点位置計測部１
４０４において、ユーザの視点位置Ｐ_S(S)を極座標とし
て計測し（ステップ９１５）、視点位置計算部１８０１
において、Ｐ_S(S)と初期計測視点記憶テーブル９１９よ
り読み込んだ初期計測位置Ｐ_S0(S)との差分を極座標の
成分ごとにとりユーザの視点移動量Ｐ_dを求める（ステ
ップ９１６）。さらに視点位置計算部１８０１におい
て、初期視点記憶テーブル312より読み込んだ初期視点
Ｐ_0(W)に視点移動量Ｐ_dを極座標の成分ごとに加算し
て、ワールド座標系における視点位置Ｐ_(W)を求め（ス
テップ９１７)、処理を終了する（ステップ９１８）。

【００５２】ここで、ステップ９１４，９１５における
ユーザ視点位置は、先に、図７(ａ)，（ｂ）を用いて説
明した方法により直交座標で求め、それを極座標に変換
した値を用いる。

【００５３】なお、図６の説明では、注視点をワールド
座標系の原点としたが、注視点をワールド座標系上の任
意の点にとる場合は、注視点を原点とした極座標系上に
初期視点Ｐ₀を変換し、視点移動量Ｐ_dを加算した後に
ワールド座標系に再び変換することにより、視点位置を
求めることができる。

【００５４】以上述べたように、本実施例によれば、デ
ィスプレイに表示中の３次元図形の視点を変更する場合
に、ユーザが視点の位置を変更するために行うユーザと
図形との空間的な位置関係を変える動作を、視点を変更
するための操作として利用することが可能となり、ユー
ザの視点位置の移動に追従して表示図形の視点位置が変
わるので、表示図形の視点の変更を迅速，容易、かつ現
実感の伴った方法で行える。

【００５５】また、図３のステップ３０８において、イ
メージ自動変換スイッチのオフ（ＴＲＮＳ＝０すなわち
イメージ自動変換の中断）を感知した場合に、初期視点
位置記憶部１５０２に設けられた初期視点記憶テーブル
３１２の値を中断時点での表示中の図形の視点位置に更
新する処理を付加することにより、次回のイメージ自動
変換開始時には中断時点での視点位置を初期視点Ｐ_0(W)
として用いることになるため、中断時の表示図形を初期
表示として引き続きイメージ自動変換を行うことが可能
となる。

【００５６】したがって、上記処理の追加により、イメ
ージ自動変換中断時の表示図形を初期表示として、引き
続きイメージ自動変換を行えるので、ディスプレイが不
動の場合でも、すべての視点位置からの図形表示が可能
となる。

【００５７】また、本実施例においては、ユーザの頭部
に装着したＬＥＤ４１５の位置をユーザの視点位置とす
るが、ＬＥＤ４１５をユーザが手に持って任意の視点に
移動することにより、表示図形の視点を変換することも
可能である。

【００５８】次に、本発明の第三の実施例について説明
する。第三の実施例は、第一，第二の実施例を改良し、
図形操作の意図とは関係のないユーザ視点の微少な動き
を無視することを目的とするものである。本実施例で
は、第一実施例の改良案として説明する。第三の実施例
である情報処理システムのシステム構成は第一の実施例
と同じである。

【００５９】以下、第三の実施例における処理フローを
図１０，図１１に従って説明する。ステップ１００１に
おいて、第三の実施例の処理を開始する。ステップ２０
２からステップ２０３までの処理は、それぞれ図２のス
テップ２０２からステップ２０３までの処理と同じであ
る。ステップ１００２において、キャンセル距離設定部
１４１１により、ユーザからのキーボード４１２または
マウス４１３からの入力により、キャンセル距離ｄ′
（ユーザの視点位置移動量の敷居値）を設定する。ステ
ップ２０４からステップ２０７までの処理は、それぞれ
図２のステップ２０４からステップ２０７までの処理と
同じである。

【００６０】ステップ１００３において、視点位置計測
部１４０４により、エリアセンサ４０３，エリアセンサ
４０４，Ａ／Ｄコンバータ４０１，４０２を用いてユー
ザの視点位置（ＬＥＤの位置）を検出し、検出した視点
位置を、視点位置記憶テーブル１０１０に格納する。ス
テップ１００４において、表示状態指示部１４０９によ
り、マウス４１３，キーボード４１２の入力バッファか
ら、図形表示終了スイッチのオン，オフを調べ、オンな
らば１，オフならば０を変数ＥＮＤに設定し、バッファ
をクリアする。ステップ２０９では、変数ＥＮＤについ
て条件判断をおこない、ＥＮＤ＝１である場合にはステ
ップ１００９において第三の実施例の処理を終了し、Ｅ
ＮＤ＝１でない場合にはステップ２１１に制御をわた
す。ステップ２１１の処理は図２のステップ２１１の処
理と同じである。ステップ1005において、ステップ２１
１で検出したユーザの視点位置と、視点位置記憶テーブ
ル１００９に格納されている視点位置との距離をｄに設
定する。ステップ１００６において、ｄとキャンセル距
離ｄ′との差（ｄ−ｄ′の値）をΔｄに設定する。ステ
ップ１００７では、変数Δｄについて条件判断を行い、
Δｄ＞０である場合にはステップ２１２に制御をわた
し、Δｄ＞０でない場合にはステップ１００４に制御を
わたす。ステップ２１２の処理は図２のステップ２１２
の処理と同じである。

【００６１】ステップ２１３の処理は図２のステップ２
１３の処理と同じである。ステップ１００８において、
視点位置記憶テーブル１０１０を、ステップ２１１で検
出した視点位置で更新する。

【００６２】以上に説明した処理を行うことにより、第
三の実施例において、３次元図形を表示する際に、第
一，第二の実施例で得られる効果に加えて、図形操作の
意図とは関係のないユーザ視点位置の微少な動きを無視
することができる。

【００６３】次に、本発明の第四実施例として、ディス
プレイが不動の場合に、ユーザの視点位置の移動に追従
して表示イメージ（図形）の視点を変更する方法及び装
置に、表示図形のイニシャライズ機能を付加した一実施
例を図１１及び図１４を用いて説明する。

【００６４】図１２において、３００番台の番号を付し
たステップは、図３で示したフローチャートの同番号の
ステップと同じ処理を示す。したがって、図１２におい
て、図３に付加あるいは変更する処理は、ステップ１１
０１，１１０２，１１０３である。ステップ１１０１で
は、表示状態指示部１４０９より入力する図形表示終了
スイッチ，イメージ自動変換スイッチのオン・オフの他
にイニシャライズスイッチのオン・オフを調べ、オンな
らば１，オフならば０を変数ＩＮＩに設定する。そし
て、ステップ１１０２において、ＩＮＩ＝１かどうかを
判定し、１ならばステップ１１０３において、ＩＮＩ＝
０，ＴＲＮＳ＝０を設定し、ステップ304において、初
期視点記憶テーブル３１２の値を用いてディスプレイ１
０２の表示図形をイニシャライズし、初期視点から見た
図形を表示する。

【００６５】本実施例によれば、イメージ自動変換途中
あるいは変換後の図形表示状態から、処理開始前の初期
状態に容易に戻すことが可能となる。

【００６６】次に、本発明の第五実施例として、ディス
プレイが不動の場合に、ユーザの視点位置の移動に追従
して表示イメージ（図形）の視点を変更する方法及び装
置に、表示図形の変換感度の変更機能を付加した一実施
例を図１３，図９及び図１７を用いて説明する。

【００６７】まず、図１７において１４０３は変換感度
設定部、１６０１は変換感度入力部、１６０２は変換感
度記憶部である。

【００６８】図１３において、３００番台の番号を付し
たステップは、図３で示したフローチャートの同番号の
ステップと同じ処理を示す。したがって、図１３におい
て、図３に付加あるいは変更する処理およびテーブル
は、変換感度記憶テーブル1204，ステップ１２０１であ
る。ステップ１２０１において、ユーザは、変換感度入
力部１６０１から極座標（ｒ，α，β）の各成分ごとに
変換感度（Ｋ_r，Ｋ_α，Ｋ_β）入力し、変換感度記憶部
１６０２に設けられた変換感度記憶テーブル１２０４に
値を記憶する。

【００６９】そして、図９ステップ９１６で求めた視点
移動量Ｐ_dと変換感度とを、成分ごとに乗じた値を用い
て視点位置を求める。

【００７０】本実施例によれば、変換感度の変更によ
り、実際のユーザ視点の移動量にたいする表示図形の視
点位置の移動量の比率を変えることができる。したがっ
て、変換感度を大きく設定することにより、ユーザの視
点の少しの移動で表示図形の視点を大きく変化させた
り、あるいは反対に、変換感度として０を設定すること
により、ユーザの視点の０を設定した極座標成分の方向
の移動を無視することが可能となる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、ディスプレイに表示中
の３次元図形の視点を変更する場合に、ユーザが視点の
位置を変更するために行うユーザと図形との空間的な位
置関係を変える動作を、視点を変更するための操作とし
て利用することが可能となり、ユーザの視点位置の移動
に追従して表示図形の視点位置およびディスプレイの角
度が変わるので、表示図形の視点の変更を迅速，容易、
かつ現実感の伴った方法で行えるイメージ表示支援方法
及び装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイメージ表示支援方法の第１実施
例概略説明図。

【図２】本発明によるイメージ表示支援方法の第１実施
例のフローチャート。

【図３】本発明によるイメージ表示支援方法の第２実施
例のフローチャート。

【図４】本発明によるイメージ表示支援装置のシステム
構成図である。

【図５】図４の構成図の可動台座機構を詳細に示す説明
図。

【図６】図２，３の処理のステップ２０６，３０４，３
１０を詳細に示すフローチャート。

【図７】図２，３の処理のステップ２１１，３１０を詳
細に示す説明図。

【図８】図２の処理のステップ２１２を詳細に示すフロ
ーチャート。

【図９】図３の処理のステップ３０９を詳細に示すフロ
ーチャート。

【図１０】本発明によるイメージ表示支援方法の第３実
施例のフローチャート。

【図１１】本発明によるイメージ表示支援方法の第３実
施例のフローチャート。

【図１２】本発明によるイメージ表示支援方法の第４実
施例のフローチャート。

【図１３】本発明によるイメージ表示支援方法の第５実
施例のフローチャート。

【図１４】図２の処理のステップ２１３を詳細に示すフ
ローチャート。

【図１５】本発明によるイメージ表示支援装置のシステ
ム構成を示すブロック図。

【図１６】図１４のブロック１４０２を詳細に示すブロ
ック図。

【図１７】図１４のブロック１４０３を詳細に示すブロ
ック図。

【図１８】図１４のブロック１４０４を詳細に示すブロ
ック図。

【図１９】図１４のブロック１４０５を詳細に示すブロ
ック図。

【図２０】図１４のブロック１４０６を詳細に示すブロ
ック図。

【図２１】図１４のブロック１４０５を詳細に示す別の
ブロック図。

【符号の説明】

１０２…ディスプレイ装置、４０１，４０２…Ａ／Ｄコ
ンバータ、４０３…エリアセンサ１、４０４…エリアセ
ンサ２、４０６…可動台座機構、４０７…ＣＰＵ、４０
８…メモリ、４１１…ディスプレイ角度制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスプレイ上に表示中の３次元図形の視
点を変更する方法において、利用者の視点位置を検出
し、前記ディスプレイを検出した利用者の視点方向へ向
くように回転し、前記表示中の３次元図形を前記検出し
た視点位置から見た図形に変換し、前記表示中の図形を
更新する一連の処理を繰返し行うことを特徴とするイメ
ージ表示支援方法。
【請求項２】ディスプレイ上に表示中の３次元図形の視
点を変更する方法において、利用者の視点位置を検出
し、前記表示中の３次元図形を前記検出した視点位置か
ら見た図形に変換し、前記表示中の図形を更新する一連
の処理を繰返し行うことを特徴とするイメージ表示支援
方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記視点の変
更に際し、キャンセル距離を設定し、表示中図形の視点
位置と前記検出した利用者の視点位置との間隔が、前記
キャンセル距離以下の場合は、前記視点位置を変換しな
いイメージ表示支援方法。
【請求項４】請求項２において、前記視点の変更に際
し、前記表示中の３次元図形に関する初期視点位置を予
め設定し、利用者の指示により、前記繰返し処理を中断
して前記初期視点位置から見た図形を表示するイメージ
表示支援方法。
【請求項５】請求項２において、前記視点の変更に際
し、利用者の指示により前記繰返し処理を中断し、中断
時における前記表示中の図形の視点位置を、前記初期視
点位置として設定するイメージ表示支援方法。
【請求項６】請求項２において、前記利用者の視点位置
の検出に際し、計測開始時の利用者の視点位置を基準と
し、その後計測した利用者の視点位置までの視点の移動
量を求め、前記視点の移動量を前記初期視点位置に加算
した値を前記利用者の視点位置とするイメージ表示支援
方法。
【請求項７】請求項２において、前記利用者の視点位置
の検出に際し、変換感度を設定し、前記視点の移動量に
該変換感度を乗じた値を求め、前記乗算値を前記初期視
点位置に加算した値を前記利用者の視点位置とするイメ
ージ表示支援方法。
【請求項８】ディスプレイ上に表示中の３次元図形の視
点を変更する装置において、前記３次元図形を表示する
手段と、前記図形のデータを記憶する手段と、前記利用
者の視点位置を計測する手段と、前記計測値に基づきデ
ィスプレイの角度を調整する手段と、前記計測値及びデ
ィスプレイの角度に基づき視点の変更位置を求める手段
と、前記視点の変更位置から透視変換する手段とを有す
ることを特徴とするイメージ表示支援装置。
【請求項９】ディスプレイ上に表示中の３次元図形の視
点を変更する装置において、前記３次元図形を表示する
手段と、前記図形のデータを記憶する手段と、利用者の
視点位置を計測する手段と、前記計測値に基づき視点の
変更位置を求める手段と、前記視点の変更位置から透視
変換する手段とを有することを特徴とするイメージ表示
支援装置。
【請求項１０】請求項８または９において、前記視点位
置の計測手段は、前記利用者の視点位置を明示する手段
と、前記明示された視点位置を計測する手段とを有する
イメージ表示支援装置。
【請求項１１】請求項８において、前記ディスプレイの
角度を調整する手段は、前記ディスプレイの方位角と仰
角とを制御する手段と、前記ディスプレイを前記方位角
方向と前記仰角方向とに回転する手段とを有するイメー
ジ表示支援装置。
【請求項１２】請求項８または９において、前記キャン
セル距離を設定する手段を有するイメージ表示支援装
置。
【請求項１３】請求項８または９において、前記初期視
点の位置を設定する手段を有するイメージ表示支援装
置。
【請求項１４】請求項８または９において、前記変換感
度を設定する手段を有するイメージ表示支援装置。
【請求項１５】請求項８または９において、前記ディス
プレイ上に初期視点位置から見た図形を表示する指示、
あるいは前記一連の繰返し処理を中断する指示を入力す
る手段を有するイメージ表示支援装置。
【請求項１６】請求項１２において、前記キャンセル距
離の設定手段は、前記キャンセル距離を入力する手段
と、前記キャンセル距離の値を記憶する手段とを有する
イメージ表示支援装置。
【請求項１７】請求項１３において、前記初期視点位置
の設定手段は、前記初期視点位置を入力する手段と、前
記初期視点位置の値を記憶する手段とを有するイメージ
表示支援装置。
【請求項１８】請求項１４において、前記変換感度の設
定手段は、前記変換感度を入力する手段と、前記変換感
度の値を記憶する手段とを有するイメージ表示支援装
置。