JPH08272288A - 模擬視界装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】模擬視界装置の画像発生装置にパターンメモリ
と組み合わせた雨雲発生制御部を設け、簡便な手段で、
現実感のある雨雲の模擬視界映像を表示できる模擬視界
装置を提供する。 【構成】少なくとも、地図データベース記憶装置と、ホ
ストコンピュータと、画像発生装置と、表示装置とを有
する模擬視界装置において、平面データを発生する平面
発生制御部１５と、ライトポイント発生制御部１６と、
テクスチャ発生部７と、視程制御部８と、パターンメモ
リ１０から雨雲パターンを読み出し雨雲データを発生す
る雨雲発生制御部９と、各データを合成する画像合成部
１７とを備えた画像発生装置を有し、雨雲発生制御部に
入力するパターンメモリからの雨雲パターンにより１つ
以上の雨雲を所要の位置に発生し、降雨環境あるいは雨
雲を模擬する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、飛行訓練用模擬視界装
置（フライトシミュレータ）に代表される訓練用模擬視
界装置（シミュレータ）、特に雨雲の発生について改良
をした模擬視界装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】模擬視界装置は、人命重視、安全性、費
用の節減等の諸問題から、航空機、船舶、自動車等の操
縦、操作の訓練や非常時の訓練等に使用されているもの
である。この模擬視界装置で表示される映像は、例えば
実際に飛行機の操縦を行なった場合に操縦室の外部に見
えてくる滑走路、風景、建物等を、訓練において想定し
た航空機の位置、姿勢、パイロットの目の位置等の情報
と、あらかじめ作成しておいた例えば滑走路、建物等の
データのような視界対象物情報との相対関係で、コンピ
ュータを使用した作図を行ない、実際の視界変化と同じ
速度でスクリーン上に表示させるものであり、いかにし
て操縦室外部のスクリーンに表示する映像を、現実に近
い状態で見せるかという技術を使用するものである。

【０００３】図８に、従来の模擬視界装置（以下、飛行
訓練用模擬視界装置を、例として説明する。）の概略構
成図を示し、動作を説明する。図８において、３２は模
擬視界装置の目的に合わせ、滑走路、建物、道路等の形
状や位置、航空灯、街灯等ライトの位置等の大量の地形
データを記憶する地図データベース記憶装置、３１は訓
練装置である飛行機の想定位置や姿勢データ等の飛行運
動パラメータによる演算、シーンの選択情報による設定
を行ない、地図データベース記憶装置３２に記憶されて
いるデータベースの中から該当するデータを読み出し画
像発生装置３３へ転送するホストコンピュータ、３４
は、気象、昼間、夜間等シーンの選択を行ない、ホスト
コンピュータ３１でのシーン選択操作をする操作部、３
５は、画像発生装置３３から出力される模擬視界の映像
を表示する表示装置、３６は模擬視界映像を構成する面
の映像データを発生する平面発生制御部、３７は模擬視
界映像を構成する面の発光点のサイズ、輝度、色を示す
ライトポイントデータを発生するライトポイント発生制
御部、３８は、平面発生制御部３６が発生する面の映像
データの例えば滑走路や道路等にテクスチャ（模様）を
付加するテクスチャデータを発生するテクスチャ発生
部、３９は、平面発生制御部３６が発生する面の映像デ
ータに、例えば霧の発生による模擬視界映像全面の視程
の変化を与える制御データと雨雲のデータとを発生する
視程制御部、４０は、乗算器４１、加算器４２、Ｄ／Ａ
変換器４３からなり、前記各データを乗算および加算し
てアナログ信号として出力する画像合成部を示す。

【０００４】従来の模擬視界装置の動作を説明する。訓
練装置の図示しない訓練用コックピットに着座したパイ
ロットによる操縦装置の操作および操作部３４の設定操
作にもとづき、飛行機の想定位置や姿勢データ、シーン
の選択情報等がホストコンピュータ３１に入力される。
ホストコンピュータ３１は、入力した飛行機の想定位置
や姿勢データ等の飛行運動パラメータによる演算とシー
ンの選別情報によるシーン設定を行ない、地図データベ
ース記憶装置３２から、パイロットの操作に適応するデ
ータベースを読み出し、画像発生装置３３に備えた平面
発生制御部３６、ライトポイント発生制御部３７、テク
スチャ発生部３８、視程制御部３９へ転送する。平面発
生制御部３６は、入力したデータベースをもとに、模擬
視界映像を構成する面の映像データを発生し、発生した
映像データを画像合成部４０の乗算器４１へ出力する。

【０００５】ライトポイント発生制御部３７は、入力し
たデータベースをもとに、模擬視界映像を構成する面の
発光点のサイズ、輝度、発光色を示すライトポイントデ
ータを発生し、発生したライトポイントデータを画像合
成部４０の加算器４２へ出力する。テクスチャ発生部３
８は、入力したデータベースをもとに、模擬視界映像を
構成する面のテクスチャデータを発生し、発生したテク
スチャデータを画像合成部４０の乗算器４１へ出力す
る。

【０００６】視程制御部３９は、入力したデータベース
をもとに、模擬視界映像を構成する面の映像データに、
模擬視界映像全面の視程の変化を与える制御データを発
生し、発生した視程制御データを画像合成部４０の乗算
器４１へ出力する。また、視程制御部３９は、入力した
データベースをもとに、雨雲の模擬視界映像を表示する
場合は、模擬視界映像全面の視程制御データとして円状
パターンを発生し、発生した円状パターンを画像合成部
４０の乗算器４１へ出力している。

【０００７】画像合成部４０は、乗算器４１に入力し
た、平面発生制御部３６からの映像データと、テクスチ
ャ発生部３８からのテクスチャデータと、視程制御部３
９からの視程制御データとを乗算し、テクスチャを付加
され、視程を制御され、さらには、雨雲を付加された映
像データを加算器４２へ出力する。加算器４２は、入力
した映像データにライトポイント発生制御部３７から入
力されたライトポイントデータを加算し、パイロットが
操縦している飛行機の想定位置や姿勢データ、選択した
シーンとなった映像データを、Ｄ／Ａ変換器４３へ出力
する。Ｄ／Ａ変換器４３は、ディジタルデータとして制
御、乗算、加算等の処理をされてきて入力した映像デー
タを、アナログ信号へ変換し、表示装置３５へ出力す
る。表示装置３５は、パイロットが操作している飛行機
の想定位置や姿勢データ、選択したシーンの映像を表示
する。

【０００８】前述の模擬視界装置の動作説明では、画像
発生装置３３が備えているライトポイントやテクスチャ
の付加、視程制御とすべてが一斉に動作する説明をした
が、パイロットの操作や選択により、動作しない付加や
制御があることは、もちろんのことである。なお、模擬
視界装置に関する先行技術が開示されているものとし
て、「フライトシミュレータ用ビジュアルシステム」
（渋谷、雨宮ほか：１９９０年１２月１７日発表、テレ
ビジョン学会技術報告書）がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】模擬視界装置におい
て、表示装置に表示される模擬視界の映像は、できるだ
け現実に近づけ、現実感のある映像を表示する必要があ
る。従来の模擬視界装置の視程制御部で発生し制御して
いた円パタ−ンによる雨雲は、雨雲として見ることはで
きるが、円パターンという形がきまったものであるため
現実感に乏しいものであった。しかし、純粋な科学的見
地から雲粒子を表示して、雲粒子の動きを制御する手段
を使用すると、コンピュータによる莫大な計算量を必要
とし、実時間で映像を発生し映像を表示しなければなら
ない模擬視界装置には適さないものとなる。本発明は、
前記問題を解決するため、模擬視界装置の画像発生装置
にパターンメモリと組み合わせた雨雲発生制御部を設
け、簡便な手段で、現実感のある雨雲の模擬視界映像を
表示できる模擬視界装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の模擬視界装置は、少なくとも、物体の形状
や位置の地形データやライトポイントデータ等が記憶さ
れている地図データベース記憶装置と、模擬視界により
操縦や操作の訓練を行なう装置の想定位置や前記操縦や
操作の訓練を行なう装置の姿勢データ等により映像発生
に必要なパラメータを演算し、該演算の結果と選択設定
されたシーン情報とにより前記地図データベース記憶装
置から該当する地形データ等を読み出し、転送するホス
トコンピュータと、該ホストコンピュータから転送され
た地形データ等にもとずき、模擬視界データの発生、制
御、合成等の処理を行ない模擬視界の映像信号を発生す
る画像発生装置と、前記模擬視界の映像信号により映像
を表示する表示装置とを有する模擬視界装置において、
入力された地形データ等にもとづき、平面データを発生
する平面発生制御部と、ライトポイントデータを発生す
るライトポイント発生制御部と、テクスチャデータを発
生するテクスチャ発生部と、画面全体の視程距離の変化
を制御する視程制御部と、雨雲パターンを発生するパタ
ーンメモリから雨雲パターンを読み出し雨雲データを発
生する雨雲発生制御部と、前記各データを合成する画像
合成部とを備えた画像発生装置を有しており、前記雨雲
発生制御部に入力する前記パターンメモリからの雨雲パ
ターンにより１つ以上の雨雲を所要の位置に発生し、降
雨環境あるいは雨雲を模擬するものである。

【００１１】さらに詳しくは、画像合成部は、少なくと
も、平面発生制御部とテクスチャ発生部と視程制御部と
からのデータとを乗算する乗算器と、該乗算器の出力デ
ータとライトポイント発生制御部からのデータとを加算
する加算器と、該加算器の出力データとパターンメモリ
からの雨雲パターンにより１つ以上の雨雲を所要の位置
に発生した雨雲発生制御部からのデータとを乗算する乗
算器とを備えているものである。

【００１２】

【作用】本発明の模擬視界装置は、少なくとも、物体の
形状や位置の地形データやライトポイントデータ等が記
憶されている地図データベース記憶装置と、模擬視界に
より操縦や操作の訓練を行なう装置の想定位置や前記操
縦や操作の訓練を行なう装置の姿勢データ等により映像
発生に必要なパラメータを演算し、該演算の結果と選択
設定されたシーン情報とにより前記地図データベース記
憶装置から該当する地形データ等を読み出し、転送する
ホストコンピュータと、該ホストコンピュータから転送
された地形データ等にもとずき、模擬視界データの発
生、制御、合成等の処理を行ない模擬視界の映像信号を
発生する画像発生装置と、前記模擬視界の映像信号によ
り映像を表示する表示装置とを有する模擬視界装置であ
って、入力された地形データ等にもとづき、平面発生制
御部は平面データを発生し、ライトポイント発生制御部
はライトポイントデータを発生し、テクスチャ発生部は
テクスチャデータを発生し、視程制御部は画面全体の視
程距離の変化を制御し、雨雲発生制御部は雨雲パターン
を発生するパターンメモリから雨雲パターンを読み出し
雨雲データを発生し、画像合成部は前記各データを合成
し、前記雨雲発生制御部に入力する前記パターンメモリ
からの雨雲パターンにより１つ以上の雨雲を所要の位置
に発生し、降雨環境あるいは雨雲を模擬する。

【００１３】

【実施例】本発明による模擬視界装置（以下、飛行訓練
用模擬視界装置を、例として説明する。）の一実施例を
図１〜図９を使用して説明する。図１は、本発明による
模擬視界装置の概略ブロック図である。図１において、
２０は滑走路、建物、道路、山等の形状や位置、航空灯
や街灯等ライトの位置等の地形データが記憶されている
地図データベース記憶装置、１は訓練装置である飛行機
の想定位置や飛行機の姿勢デ−タ等の映像発生に必要な
パラメ−タを演算し、地形デ−タが記憶されている地図
データベース記憶装置２０から該当する地形デ−タを読
み出し画像発生装置１８に転送するホストコンピュー
タ、２１は気象条件、昼間、夜間、薄暮の設定等を行う
操作部、１９は、画像発生装置１８から出力される模擬
視界の映像を表示する表示装置、１５は、透視図形作成
部２、線画作成部３、画面作成部４を備え、滑走路、建
物、道路、山等の平面デ−タを処理する平面発生制御
部、１６は、透視図形作成部５、フレームバッファ６を
備え、画面の中の発光点のサイズ、輝度、色を示すライ
トポイントデータを処理するライトポイント発生制御
部、７は滑走路、道路、山、空などに現実感を与えるた
めの模様を発生するテクスチャ発生部、８は例えば霧な
どによる画面全体の視程距離の変化を制御する視程制御
部、９は画面の一部に雨雲を発生し制御する雨雲発生制
御部、１０は、雨雲発生制御部９へ雨雲のパターンを出
力するパターンメモリ、１７は、乗算器１１および１
３、加算器１２、Ｄ／Ａ変換器１４を備え、前記各デー
タを乗算および加算しアナログ信号に変換し出力する画
像合成部を示す。

【００１４】訓練装置の飛行機と同様の運動を行なう図
示しない訓練用のコックピットの操縦席に着座したパイ
ロットの操縦による飛行機の想定位置（地図デ−タ上の
Ｘ，Ｙ，Ｚ座標位置）、姿勢のデータと、気象条件や昼
間、夜間、薄暮の設定等を訓練の目的に合わせ設定操作
した操作部２１からのデータがホストコンピュ−タ１に
入力される。ホストコンピュ−タ１は、入力されたデー
タにもとづく地形データを地図データベース記憶装置２
０から読み出し、画像発生装置１８へ転送し、例えば３
３ｍｓｅｃ毎に映像を発生させ、表示装置１９にパイロ
ットが操縦している飛行機の想定位置、姿勢での映像を
表示する。さらには、データに合わせ、テクスチャデー
タ、視程制御データ、雨雲データを発生する。

【００１５】画像発生装置１８に備えた平面発生制御部
１５は、まずホストコンピュ−タ１から入力された地形
デ−タを、透視図形作成部２において、図２に示すよう
な視点Ｐが原点で、視線方向をＹｏ軸、左右方向をＸｏ
軸、上下方向をＺｏ軸とする３次元座標系（以下、視点
座標系と記す。）に変換し、さらに、この視点座標系で
表わされた座標を表示装置１９に表示したときの表示装
置の座標に変換し、線画作成部３へ出力する。ここで得
られるデ−タを、仮に映像として表示（実際には走査変
換をしなければ映像として見ることはできないが、説明
のため概念を示す。）すると、図３に示すような映像ａ
を表示することになる。

【００１６】線画作成部３は、入力した表示装置の座標
に変換されているデ−タを、ラスタスキャン用にデ−タ
を並べ替える走査変換を行ない、走査変換後にさらに隠
面処理を行ない、画面作成部４へ出力する。隠面処理を
行なった結果得られる映像は、表示すると図４に示す映
像ｂようなものとなる。なお、ここでいう走査変換と
は、透視図形作成部２から出力される図形が走査線に対
し順不同に出力されてくるので、これを走査線の上から
下へ、また走査線上で左から右へ並び替えを行なう処理
であり、隠面処理とは、ランダムに送られてくる図形
を、手前にある図形から順に探し出し、図形の重なりを
考慮して並び替え、図形の隠れる部分を消去する処理で
ある。画面作成部４は、線画作成部３から入力したデ−
タの各図形部分に対応した色彩を施す処理を図５の映像
ｃに示すように行ない、平面発生制御部１５の出力とし
て、データを画像合成部１７の乗算器１１へ出力する。

【００１６】ライトポイント発生制御部１６は、入力し
た地形データを平面発生制御部１５と同様に透視図作成
部５で座標変換し、フレ−ムバッファ６でデ−タの並べ
替えを行ない、さらに視点から発光点までの距離に応じ
て発光点のサイズ、輝度を制御した滑走路の航空灯、街
並の明かり等の発光点を示すライトポイントデータを発
生し、画像合成部１７の加算器１２へ出力する。テクス
チャ発生部７は、入力した地形データと制御データをも
とに、模擬視界の映像を構成する滑走路、道路、山、空
等に現実感を与える模様を付加するテクスチャデータを
発生し、画像合成部１７の乗算器１１へ出力する。視程
制御部８は、入力した地形データと制御データををもと
に、例えば霧が滑走路に発生しているように、模擬視界
の映像全面の視程距離に応じた変化を与える視程制御デ
ータを発生し、画像合成部１７の乗算器１１へ出力す
る。

【００１７】つぎに、本発明の特徴的動作である雨雲の
発生について説明をする。本発明では、雨雲を粒子レベ
ルで模擬視界の映像とするのではなく、例えば霧などの
ような不透明な浮遊物が多数重ね合わさっているものと
して、雨雲に対応する部分のみのパターンが多数重ね合
わさる模擬視界の映像とするものである。雨雲の発生に
おいて、不透明な浮遊物の輝度をＩとし、画面上のＸ
軸、Ｙ軸それぞれの軸方向の輝度分布をＸｉ、Ｙｉとし
て、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれの輝度分布を例えば図６
（ａ）、（ｂ）に示すように設定すると、輝度Ｉは式
（１）で表すことができ、Ｘ軸、Ｙ軸として見る不透明
物の形状は図６（ｃ）に示すものとなる。 Ｉ＝（Ｘｉ＋Ｙｉ）×Ｉｏ ・・・・・（１） 但し、 Ｉ：輝度 Ｘｉ：Ｘ方向の輝度分布 Ｙｉ：Ｙ方向の輝度分布 Ｉｏ：定数

【００１８】図６（ｃ）に示すような不透明物の形状
を、異なる所要の位置に複数個発生させることにより、
複数の雨雲を発生することができる。雨雲発生制御部９
は、入力した地形データと制御データををもとに、パタ
−ンメモリ１０より不透明物の形状の最適なぼかしとし
て使用できる輝度パタ−ンを読み出し、式（１）に示さ
れる条件に従い処理を行ない雨雲を発生し、雨雲データ
を画像合成部１７の乗算器１３へ出力する。このように
して、図５に示した映像に、テクスチャを合成の上、雨
雲を合成すると、図７に示すような映像となる（発光点
の図示は省略。）。

【００１９】画像合成部１７は、乗算器１１に入力し
た、平面発生制御部１５からの映像データと、テクスチ
ャ発生部７からのテクスチャデータと、視程制御部８か
らの視程制御データとを乗算し、テクスチャを付加さ
れ、視程を制御された映像データを加算器１２へ出力す
る。加算器１２は、入力した映像データにライトポイン
ト発生制御部１６から入力されたライトポイントデータ
を加算した映像データを乗算器１３へ出力する。乗算器
１３は、入力した映像データに雨雲発生制御部９から入
力された雨雲データを乗算し、パイロットが操縦してい
る飛行機の想定位置や姿勢データ、選択設定したシーン
となった映像データを、Ｄ／Ａ変換器１４へ出力する。
Ｄ／Ａ変換器１４は、ディジタルデータとして発生、制
御、乗算、加算等の処理をされてきて入力した映像デー
タを、アナログ信号へ変換し、表示装置１９へ出力す
る。表示装置１９は、パイロットが操作している飛行機
の想定位置や姿勢データ、選択したシーンの映像を表示
する。なお、前記雨雲発生制御の他の手段として、不透
明な浮遊物の形状は、パターンメモリにあらかじめ記憶
しておき、表示位置、大きさに応じて記憶したパターン
の読み出しアドレスを制御する手段としてもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、模擬視界装置の画像発
生装置にパターンメモリと組み合わせた雨雲発生制御部
を設け、簡便な手段で、現実感のある雨雲の模擬視界映
像を表示できる模擬視界装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による模擬視界装置を示す概略ブロック
図。

【図２】視点座標系の説明図。

【図３】透視映像の例を示す図。

【図４】線画作成映像の例を示す図。

【図５】塗りつぶし映像の例を示す図。

【図６】本発明による模擬視界装置の雨雲発生における
（ａ）Ｘ軸ぼかし度分布図、（ｂ）Ｙ軸ぼかし度分布
図、（ｃ）Ｘ軸、Ｙ軸ぼかし度分布図。

【図７】本発明による模擬視界映像の一例を示す図。

【図８】従来の模擬視界装置を示す概略ブロック図。

【符号の説明】

１、３１…ホストコンピュータ、２…（平面系）透視図
形作成部、３…（平面系）線画作成部、４…（平面系）
画面作成部、５…（ライトポイント系）透視図形作成
部、６…フレームバッファ、７、３８…テクスチャ発生
部、８、３９…視程制御部、９…雨雲発生制御部、１０
…パターンメモリ、１１、１３、４１…乗算器、１２、
４２…加算器、１４、４３…Ｄ／Ａ変換器、１５、３６
…平面発生制御部、１６、３７…ライトポイント発生制
御部、１７、４０…画像合成部、１８、３３…画像発生
装置、１９、３５…表示装置、２０、３２…地図データ
ベース記憶装置、２１、３４…操作部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 薫 東京都小平市喜平町一丁目５番10号 株式 会社リンク内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、物体の形状や位置の地形デ
   ータやライトポイントデータ等が記憶されている地図デ
   ータベース記憶装置と、 模擬視界により操縦や操作の訓練を行なう装置の想定位
   置や前記操縦や操作の訓練を行なう装置の姿勢データ等
   により映像発生に必要なパラメータを演算し、該演算の
   結果と選択設定されたシーン情報とにより前記地図デー
   タベース記憶装置から該当する地形データ等を読み出
   し、転送するホストコンピュータと、 該ホストコンピュータから転送された地形データ等にも
   とずき、模擬視界データの発生、制御、合成等の処理を
   行ない模擬視界の映像信号を発生する画像発生装置と、 前記模擬視界の映像信号により映像を表示する表示装置
   とを有する模擬視界装置において、 入力された地形データ等にもとづき、平面データを発生
   する平面発生制御部と、ライトポイントデータを発生す
   るライトポイント発生制御部と、テクスチャデータを発
   生するテクスチャ発生部と、画面全体の視程距離の変化
   を制御する視程制御部と、雨雲パターンを発生するパタ
   ーンメモリから雨雲パターンを読み出し雨雲データを発
   生する雨雲発生制御部と、前記各データを合成する画像
   合成部とを備えた画像発生装置を有し、 前記雨雲発生制御部に入力する前記パターンメモリから
   の雨雲パターンにより１つ以上の雨雲を所要の位置に発
   生し、降雨環境あるいは雨雲を模擬することを特徴とす
   る模擬視界装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、画像合成
   部は、少なくとも、平面発生制御部とテクスチャ発生部
   と視程制御部とからのデータとを乗算する乗算器と、 該乗算器の出力データとライトポイント発生制御部から
   のデータとを加算する加算器と、 該加算器の出力データとパターンメモリからの雨雲パタ
   ーンにより１つ以上の雨雲を所要の位置に発生した雨雲
   発生制御部からのデータとを乗算する乗算器とを備えて
   いることを特徴とする模擬視界装置。