JPH0628452A - ３次元画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透視視点を常に観察視点に一致させて画像表
示させる。 【構成】 視点座標系をもって透視された３次元画像を
表示するディスプレイ５に、対面する観察者の観察視点
を検出する観察視点センサ１２を設け、この観察視点セ
ンサ１２により検出された観察視点に合わせてコンピュ
ータ１３が表示画像の視点座標系を移動することによ
り、ディスプレイ５に表示される３次元画像の透視視点
を、観察者の観察視点に追従させて移動し、透視視点を
常に観察視点に一致させて画像表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、透視視点を常に観察
視点に一致させて画像表示できるようにした３次元画像
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを使って図形や画像をデー
タに変換したり、或はまたその逆にデータから図形や画
像を生成したりする技術、いわゆるコンピュータグラフ
ィックス（ＣＧ）は、パーソナルコンピュータの普及に
歩調を合わせるかのごとく、様々な手法を伴った多様な
展開を見せている。こうしたコンピュータグラフィック
スは、元来、建築設計や機械設計等のＣＡＤ分野で利用
され発展してきたものであるが、データから画像を生成
して視覚化できるという利点から、ビジュアルシミュレ
ーションとして、科学技術計算の結果を視覚化して解析
したり、或は都市や建築の景観シミュレーションといっ
た研究や産業面での利用、さらにはコマーシャルフィル
ムや映画製作といった映像製作の道具としても利用され
るに至っている。一般に、入力された形状データや光学
的データから図形・画像データを作り出す場合、線画と
面画の２通りの表現方法が用いられる。線画は、物の骨
格を線で表現するためワイヤフレームモデルと呼ばれ、
面画は、物体を線ではなく面で表現するため、骨格の表
面を面で覆った形で表現するサーフェイスモデルとも呼
ばれる。ただし、いずれのモデルを用いるにしても、座
標原点に視点を置いて物体を透視する透視図法に従った
図形表現が、もっとも直観的な理解が得られやすいと言
われている。

【０００３】図５に示す３次元画像処理装置１は、コン
ピュータグラフィックスを実現するための基本構成を示
すものであり、全体を統括制御するＣＰＵ２を中心に、
基本動作プログラムを格納したＲＯＭ３或はアプリケー
ションプログラムやデータが格納されるＲＡＭ４がバス
接続されている。３次元画像を表示するディスプレイ５
としては、例えばＣＲＴ（陰極線管）が用いられ、表示
制御部６を介して送り込まれる映像信号を画面表示す
る。表示制御部６は、ＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセ
ス）機能をもったＣＲＴコントローラと呼ばれるもので
あり、表示画像を１フレーム分格納することのできるフ
レームバッファ７を介してＣＧレンダリング部８に接続
されている。ＣＧレンダリング部８は、３次元画像をよ
り立体的に表現するための処理機能を担うものであり、
ＣＧモデル制御部９から送り込まれる３次元画像につい
て、光源の位置に合わせて陰を付ける陰影処理や、軸方
向が異なる面に色付けする着色処理などを施す。ＣＧモ
デル制御部９は、ＣＰＵ２から送り込まれる３次元画像
データが規定するモデルについて、視点を座標原点に据
えた視点座標系に合わせて透視し、透視により得られた
３次元画像をＣＧレンダリング部８に送り込む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の３次元画像
処理装置１は、観察者がディスプレイ５の中央に正対し
て画面を観察する場合は、視点座標系の視点と観察視点
が一致するため、ディスプレイ５に表示された３次元画
像を、不自然さを感じさせない状態で観察することがで
きる。しかし、不自然さを感じさせない観察視点は、観
察視点と透視視点が一致するただの一点しかないため、
仮に観察位置を僅かでも横又は縦に動かしてしまうと、
３次元画像の透視視点と観察者の観察視点のずれが生
じ、このずれが観察者が抱く３次元画像のイメージに少
なからず違和感をもたらす結果、実際には異なる物体の
透視図を観察しているかの錯覚を与えることになり、例
えば都市の景観にマッチするビル設計や、自動車の計器
類の最適配置設計などにコンピュータグラフィックスを
利用しようとしたときに、設計対象物についてだけ視点
を変えて観察したいといった要求には応えることができ
ないといった課題を抱えていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決したものであり、視点座標系をもって透視された３
次元画像を表示するディスプレイと、このディスプレイ
の表示を観察する観察者の観察視点を、該観察者の観察
位置から検出する観察視点センサと、この観察視点セン
サにより検出された観察視点に合わせ、前記ディスプレ
イに表示する３次元画像の視点座標系を移動する画像処
理手段を具備することを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】この発明は、３次元画像を表示するディスプレ
イと対面する観察者の観察視点を、観察視点センサによ
り検出し、検出された観察視点に合わせて表示画像の視
点座標系を移動することにより、観察者の観察位置によ
らず、常に観察者の視点から透視された３次元画像を表
示する。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図１ない
し図４を参照して説明する。図１は、この発明の３次元
画像処理装置の一実施例を示す概略構成図、図２は、図
１に示した３次元画像処理装置の回路ブロック図、図３
は、図２に示したＣＰＵの動作を説明するためのフロー
チャートである。

【０００８】図１に示す３次元画像処理装置１１は、視
点座標系をもって透視された３次元画像を表示するディ
スプレイ５に、ディスプレイ５の表示を観察する観察者
の観察視点を該観察者の観察位置から検出する観察視点
センサ１２を設け、観察視点センサ１２により検出され
た観察視点に合わせ、ディスプレイ５に表示する３次元
画像の視点座標系を移動する構成としたものである。画
像処理手段であるコンピュータ１３は、図２に示したよ
うに、ＣＰＵ２を中心にＲＯＭ３，ＲＡＭ４，表示制御
部６，フレームバッファ７，ＣＧレンダリング部８，Ｃ
Ｇモデル制御部９，後述するセンサ入力部１４等を内蔵
しており、ディスプレイ５の台座部分に組み込まれてい
る。観察視点センサ１２は、ディスプレイ５の周囲４隅
に１個ずつ配置されており、それぞれが赤外線を前方に
発射し、観察視点マーク１５にて反射されて戻る反射光
の受光間隔から、観察視点マーク１５までの距離を計測
する。観察視点マーク１５は、入射光を乱反射する多面
鏡からなり、観察者が頭部に装着するヘッドバンド１６
の前部中央に固着されている。従って、観察者の観察位
置は、４箇所の観察視点センサ１５から観察者の頭部ま
での距離として検出されることになる。

【０００９】４箇所の観察視点センサ１２により検出さ
れた観察視点マーク１５までの距離は、図２に示したセ
ンサ入力部１４を介してＣＰＵ２に取り込まれ、これに
よりディスプレイ５に対面する観察者の観察視点が実時
間で検出される。また、ＣＰＵ２は、４個の距離データ
から割り出された観察視点に応じてＣＧモデル制御部９
に対し透視視点の変更を命ずる。視点座標系の移動（座
標変換）では、観察視点を動かすことは３次元図形を動
かすかことに外ならず、例えば観察視点が平行移動した
ときは、３次元図形を逆の方向に平行移動すればよく、
また観察視点が回転したときは、３次元図形を視点を中
心として逆の方向に回転すればよいことになる。

【００１０】ところで、ディスプレイ５を観察する観察
者は、観察視点マーク１５が額の真ん中に位置するよう
にして、ヘッドバンド１６を頭部に装着する。

【００１１】このとき、図３のステップ（１０１）ない
し（１０５）に示したように、ＣＰＵ２は、まずセンサ
入力部１４を介して観察視点センサ１２の出力を取り込
む。次に、ステップ（１０２）において、観察視点セン
サ１２の出力から観察視点を割り出す。

【００１２】次に、判断ステップ（１０３）において、
観察視点が透視視点に一致しているかどうかを判断す
る。その結果、観察視点が透視視点に一致している場合
は、ステップ（１０１）に戻るが、そうでない場合は、
観察者が観察位置を移動したものとして、ステップ（１
０４）に続く。ステップ（１０４）では、観察視点に対
する透視視点のずれが、ずれの大きさと方向を示すずれ
ベクトルとしてし求められる。

【００１３】観察視点に対する透視視点のずれを示すず
れベクトルが求まると、続くステップ（１０５）におい
て、ずれベクトルとは大きさが同じで方向が逆のベクト
ルに沿って、透視視点を移動する。なお、この透視視点
の移動は、前述した通り、視点の平行移動に対しては３
次元画像の逆方向への平行移動により、また視点の回転
に対しては３次元画像の視点を中心とした逆方向の回転
により行われる。こうして、視点座標系の視点（原点）
は観察者の観察視点に合わせて移動する。また、この移
動は、判断ステップ（１０３）の判断が肯定されるまで
続けられ、最終的には、３次元画像の透視視点と観察者
の観察視点のずれが解消された時点で、視点の移動は停
止する。これにより、ディスプレイ５の表示を観察する
観察者は、常に表示画像の透視視点から３次元画像を観
察することができ、そのイメージに違和感を抱くことは
ない。

【００１４】このように、上記３次元画像処理装置１１
によれば、視点座標系をもって透視された３次元画像を
表示するディスプレイ５に、対面する観察者が頭部に装
着したヘッドバンド１６の観察視点マーク１５を検出す
る観察視点センサ１２を設け、検出された観察視点に合
わせて表示画像の視点座標系を移動する構成としたか
ら、観察者の観察位置によらず、常に観察者の視点から
透視された３次元画像を表示することができる。これに
より、例えば透視図として描かれた設計対象物だけを観
察者の観察位置に合わせて移動させ、視点を固定した背
景画面のなかで設計対象物が周囲ともっとも調和する観
察位置を探し出すことにより、都市の景観にマッチする
ビル設計や、自動車の計器類の最適配置設計などが、デ
ィスプレイ５の画面を使って自在に可能であり、コンピ
ュータグラフィックスを利用した工業デザイン等の分野
に新たな手法を提供することができる。

【００１５】なお、上記実施例では、観察視点センサ１
２をヘッドバンド１６に固着した場合を例にとったが、
図４に示した３次元画像処理装置２１のごとく、観察者
が装着する眼鏡２２の中央部に観察視点マーク１５を組
み付けるようにしてもよい。この場合、使用する眼鏡２
２は、例えば左眼用画像信号と右眼用画像信号にステレ
オ化された３次元画像信号に連動して左眼部分と右眼部
分を交互に高速で遮蔽する液晶シャッタを有する立体視
用眼鏡でもよく、こうした立体視用眼鏡を装着すること
で、ディスプレイ５に表示される３次元画像を奥行きを
もったよりリアルな像として観察することができる。ま
た、左眼用画像信号と右眼用画像信号を異なる配色でス
テレオ化した場合は、左眼部分と右眼部分で透過色が異
なる色フィルタを固着した立体視用眼鏡などを用いるこ
ともでき、さらにまた左眼用画像と右眼用画像が向きが
異なる偏光を放つよう制御する場合は、色フィルタに代
えて偏光レンズを用いることも可能である。

【００１６】また、上記各実施例では、観察視点センサ
１２をディスプレイ５の４箇所に設置した場合を例示し
たが、観察視点センサ１２の設置箇所は２箇所でも或は
３箇所でもよい。ただし、２箇所に観察視点センサ１２
を設置する場合は、観察者の位置を水平方向或は垂直方
向のいずれか一方に限定して検出することになるため、
観察者の観察位置を３次元的に把握するのであれば、少
なくとも３箇所以上に観察視点センサ１２を設置しなけ
ればならない。

【００１７】また、画像情報を処理する技術としてコン
ピュータグラフィックスと似たものに、イメージプロセ
ッシング（ＩＰ）と呼ばれる画像処理技術がある。これ
は、画像のもととなる被写体が存在する点がコンピュー
タグラフィックスとは異なるが、入力画像に階調補正や
点演算或は幾何学処理、フィルタリング、線や輪郭の抽
出といった各種処理を施して画像として出力するなど、
図形や画像を介して人間とコンピュータが相互作用を行
う点でコンピュータグラフィックスと少なからず共通し
ている。従って、この発明の３次元画像処理装置１１，
２１は、コンピュータグラフィックスと同様、こうした
イメージプロセッシングにも適用できるものである。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、３次
元画像を表示するディスプレイと対面する観察者の観察
視点を、観察視点センサにより検出し、検出された観察
視点に合わせて表示画像の視点座標系を移動する構成と
したから、観察者の観察位置によらず、常に観察者の視
点から透視された３次元画像を表示することができ、こ
れにより例えば透視図として描かれた設計対象物だけを
観察者の観察位置に合わせて移動させ、視点を固定した
背景画面のなかで設計対象物が周囲ともっとも調和する
観察位置を探し出すことにより、都市の景観にマッチす
るビル設計や、自動車の計器類の最適配置設計などが、
ディスプレイの画面を使って自在に可能であり、コンピ
ュータグラフィックス（ＣＧ）やイメージプロセッシン
グ（ＩＰ）等を利用した工業デザインの分野に新たな手
法を提供することができる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の３次元画像処理装置の一実施例を示
す概略構成図である。

【図２】図１に示した３次元画像処理装置の回路ブロッ
ク図である。

【図３】図２に示したＣＰＵの動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図４】この発明の３次元画像処理装置の他の実施例を
示す概略構成図である。

【図５】従来の３次元画像処理装置の一例を示す回路ブ
ロック図である。

【符号の説明】

２ ＣＰＵ ５ ディスプレイ １１，２１ ３次元画像処理装置 １２ 観察視点センサ １３ 画像処理手段（コンピュータ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視点座標系をもって透視された３次元画
   像を表示するディスプレイと、このディスプレイの表示
   を観察する観察者の観察視点を、該観察者の観察位置か
   ら検出する観察視点センサと、この観察視点センサによ
   り検出された観察視点に合わせ、前記ディスプレイに表
   示する３次元画像の視点座標系を移動する画像処理手段
   を具備することを特徴とする３次元画像処理装置。