JPS5941221B2 - 表示装置に複合像を表示する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビデオ・信号が１つより多くの入力源から導
かれる、仮定された三次元の情景より二次元の視覚表示
（Ｖｉｓｕａｌｄｉｓｐｌａｙ）を作り出す方法および
装置に関するものである。

情報を蓄積し、その蓄積された情報に基いて画像を生成
するためには、テレビジヨン表示装置への入力として都
合のよい電気信号の形で情報を著積することが普通行わ
れる。

例えば、信号を処理し、ディジタル画像生成装置（Ｄｉ
ｇｉｔａｌｌｍａｇｅｇｅｎｅｒａｔＯｒ）と呼ばれて
いる出力装置へ出力する機能を持つ記憶装置にはデイジ
タルな形で情報を蓄積する。そのような装置では、ふつ
う画像を生成するためのラスター線上の水平走査に対す
る輝度変調として信号を用いている。表示された画像の
中にそのデイジタル画像生成装置以外の信号源、例．え
ば他のテレビジヨン・カメラ、から発生された信号によ
る「挿入」画像を入れたい場合がよくある。

画像挿入の技術としては、水平走査線を輝度変調するた
めの一組の複数の信号の中から表示ラスターの生成され
る時刻に応じて表示画像に挿入しようとしている信号を
選んでいくものが当業間ではよく知られている。例えば
、合衆国特許Ａ６．３７８７６ｌ９（ＨａｎｓＨ．ＷＯ
ｌｆｆ）。表示中の挿入部分はそれが挿入されるもとの
画像とは位置的に無関係に作られるが、しかし、表示面
では一つの画面で二つの画像を見るのに見易いように、
または二つの画像で合わせて一つの情景を作り出すよう
関連づけて表示される。後者の場合は、例えば、背景を
デイジタル画像として生成し、テレビジヨン・カメラに
よる物体の像をその背景の前にその物体が存在するかの
ように背景の画像に挿入して表示するといつたことがな
される。どちらの場合も、表示される挿入部分はふつう
表示面全体に対してその挿入部分の内容に関係なくあら
かじめ決つた大きさを持゛つか、または、ある特定の物
体の画像をその大きさに関係なく表示面に挿入するかで
ある。

さらにこれまでの技術では、挿入物体の位置はその表示
を見る視点に対して、その中に挿入される画像の残りの
部分に比べてずつと近いかまたはずつと遠いということ
を仮定している。二つ以上の信号源により生成される画
像を、ある一つの画像源により生成される物体が、他の
画像源により生成される物体に対してあるものには近く
またあるものからは離れて位置しているように結合して
ビデオ表示する方法を提供するのが本発明の目的である
。

本発明によつて、ある仮定された三次元の情景をある特
定の視点から見たときの二次元画像表示を生成する方法
が提供される。

この方法は、前記の仮定された情景に含まれる第１の物
体の画像を表現する第１のビデオ信号をテレビジヨン・
カメラから得、前記の仮定された情景に含まれる第２の
物体の画鐵を表現する第２のビデオ信号を画像生成装置
に蓄積された情報から生成し、前記の特定の視点から見
たときに前記の仮定された情景にむいて第１訃よび第２
の物体の一部が互いに他から遮．られることがないかを
判定し、前記の特定の視点から前記の仮定された情景を
見たときに前記の第１の物体の前記の第２の物体によつ
て遮られてはいない部分を表現する前記の第１のビデオ
信号をラスター走査表示装置に与え、前記の特定の視点
から前記の特定の情景を見た時に前記の第２の物体の前
記の第１の物体によつて遮られてはいない部分を表現す
る前記の第２のビデオ信号を前記の表示装置に与え、そ
して、前記の与えられた第１訃よび第２のビデオ信号に
応じて前記の仮定された三次元の情景を前記の特定の視
点から見た二次元画像を表示装置の画像上に生成すると
いう段階を持つている。更に、本発明によつてある仮定
された三次元の情景をある特定の視点から見たときの二
次元画像表示を生成する装置が提供される。

この装置は、前記の仮定された情景に含まれる第１の物
体の画像を表現する第１のビデオ信号を・持る電子的ま
たは光学的カメラ、前記の仮定された情景に含まれる第
２の物体の画像を表現する蓄積されている情報から第２
のビデオ信号を生成するデイジタル画像生成装置、前記
の第１および第２のビデオ信号と前記の蓄積されている
情報に応じて前記の特定の視点から見たときに前記の仮
定された情景内で前記の第１ち・よび第２の物体に互い
に他によつて遮られる部分があるかを判定し、その遮り
の具合に応じて優先度の信号を与える装置、前記の優先
度の信号に応じて前記の第１卦よび第２のビデオ信号を
受けとるよう接続し、前記の仮定された三次元の・隋景
を前記の特定の視点７））ら見た時の前記第１の物体の
前記第２の物体によつて遮られていない部分を表現する
前記の第１のビデオ信号、卦よび、前記の仮定された三
次元の情景を前記の特定の視点から見たときの前記第２
の物体の前記第１の物体によつて遮られていない部分を
表現する前記の第２のビデオ信号を通過させるよう調整
されたスイツチ、そして、前記のスイツチの出力に接続
されていて前記の仮定された三次元の情景を前記の特定
の視屯から見たときの２次元表示を与える視覚的な表示
装置を持つ。以下に本発明の実施例を付属の図を参照し
つつ述べる。

第１図に合成シーンの設計が平面図で示されていて、水
平訃よび垂直の境界を持つた画像面１０に投影される像
をラスター走査ビデオ表示装置により表示する。

視点１２から見た場合、情景は平面１０に投影されて現
われる。物体１４，１６そして１８を表現する画像はデ
イジタルな形であらかじめプログラムされた信号源に蓄
積された情報から生成され、物体２０の画像は物体１４
，１６そして１８なしで物体２０をとらえたビデオカメ
ラによつて与えられる。この２つの画像信号から以下に
述べる方法で物体１４，１６，１８および２０のすべて
が互いに正しく遮られた画像表示が生成され、それがラ
スター走査ビデオ表示装置に与えられる。第２図は第１
図の合成シーンを視点１２から見たように平面１０へ投
影した画像表示を描いたものである。

このシーンは第２図では参照番号がそれぞれ２２，２４
である垂直および水平の境界で区切られている。物体１
４は視点に一番近く、従つて，物本１６および２０の一
部を遮つて訃り、また、物体２０は残りの物体１６卦よ
び１８より近くにありこれら２つの物体の両方の一部を
遮゛つている。表示シーンは異なる信号源からの転送ビ
デオ信号が合成されて生成されており、実質的にはあた
かも物体１４，１６，１８そして２０のすべてを含む実
際の情景を視点１２から一つのカメラで見たかのように
現われる。デイジタル画像生成装置として知られている
装置はテレビジヨン技術にち一いてはよく知られている
もので数年来商業的にも用いられてきているものである
。

この装置はふつうラスター走査ビデオ表示装置の連続す
る走査線に選択的に輝度変調をかけるための出力信号を
発生させるのに都合のよいようにデイジタルの形にした
情報のプログラムされる記憶装置を持つている。プログ
ラムされている情報卦よびデイジタル画像生成装置から
の情報に従つて物体のパターンまたはシーンを表現する
画像を表示装置上に生ずるような変調がかけられる。典
型的な画像生成システムの動炸に関する更に詳しい情報
を得るには次の文献倉よび特許明細書を参照されたい：
（１） ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＳｔａｆｆに
よる″ＳｔｕｄｙｆＯｒＡｐｐｌｙｉｎｇＣＯｎｌｐｕ
ｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＩｍａｇｅｓｔＯＶｉｓｕａ
ｌＳｙｓｔｅｍｓ″これは、ト記の援助（・こよるもの
でＡＦＨＲＬ−ＴＲ−６９一１４として報告書が１９６
９年９月１４田こ公表されている：ゞ゛ＴｈｅＴｒａｉ
ｎｉｎｇＲｅｓｅａｒＣｈＤｉｖｉｓｉＯｎＯｆＡｉｒ
ＦＯｒｃｅＨＵｒ］１ａｎＲｅｓ０ｕｒｃｅｓＬａｂ０
ｒａｔ０ｒｙＦＷｒｉｇｈｔ−ＰａｔｔｅｒｓＯｎＡｉ
ｒＦＯｒｃｅＢａｓｅ２ＯｈｉＯツＵｎｉｔｅｄＳｔａ
ｔｅｓＯｆＡｍｅｒｉｃａＯ″（２） ＧａｒｙＳｃＯ
ｔｔＷａｔｋｉｎｓによる６ＡＲｅａ１ｔｉｍｅＶｉｓ
ｉｂ１ｅｓｕｒｆａｃｅＡ１ｇ０１ｉｔｈｍ゛１９７０
年６月ＴｈｅＣＯｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＤｅｐａ
ｒｔｍｅｎｔＯｆｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｆＵｔ
ａｈ発行、これは契約滝ＡＦ３Ｏ（６０２）一４２７７
のもとに少くとも一部は下記の援助を受けたものである
：ゞＴｔｈｅＡｄｖａｎｃｅｄＲｅｓｅａｒｃｈＰｒＯ
ｊｅｃｔｓＡｇｅｎｃｙＯｆｔｈｅＤｅｐａｒｔｍｅｎ
ｔＯｆＤｅｆｅｎｃｅラＲＯｍｅＡｉｒＤｅｖｅｌＯｐ
ｍｅｎｔＣｅｎｔｒｅリＲＯｍｅラＮｅｗＹＯｒｋツＵ
ｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＯｆＡｒｒ］ＥｒｉＣａＯ′”
（３）合衆国特許Ｓ）．３６０２７０２０ｒｎ０ｃｋ）
；．４６．３６２１２１４（ＲＯｍｎｅｙら）：Ｆ６３
６６５４Ｏ８（Ｅｒｄａｈｌら）ち一よび，Ｖ）．３７
３６５６４（Ｗａｔｋｉｎｓ）。

本発明の理解の一助として、典型的なデイジタル画像生
成システムの非常に簡単な説明をして卦く。

本発明はここで述べるシステムの他のデイジタル画像生
成システムに対してもここで述べるシステムと同様に使
用．｝こ適することはもちろんのことである。先に述べ
たように、デイジタル画像生成装置はふつう希望する変
調信号を発生するために必要とする情報のプログラムさ
れる記憶装置を持つている。この蓄積された情報は、画
像平面１０に関して言えば、そのシーン内の物体１４，
１６そして１８などのそれぞれの物体の三次元的な位置
に関するデータを含んでいる。表示装置の表示ラスター
を形成する電子ビームの各走査に対して、この蓄積され
たデータが、指定された視点からの視線に沿つて見た画
面ではどの物体がどの物体によつてその全部または一部
をさえぎられているかを決定するための視点の相対的な
位置に関するコンピユータ一からのデーターと共に処理
される。どの物体が遮られているか、そしてどの物体は
見えるべきか、すなわち、遮られていないかが決５定さ
れると、デイジタル画像生成装置は表示装置の画像を出
力させるため走査線を輝度変調するの｛こ必要な信号を
発生する。この画像出力は他の変調走査線（こよつて生
成される画像出力と結びつけられてこの視点から見たと
きの画像を作り出す。実際の操作ではこの視点を一点か
ら他の点へと動かぜることが望ましい。しかし、この視
点の移動速度はラスター線の生成！こ比べてずつと遅い
ので一つのラスター・パターンを変調するのに必要な信
号の計算をする間．は視点は市つていることとみなせる
。例として挙げている本実施例ではデイジタル画像生成
装置は情累を眺める想定された視点を移動させる能力を
持つている。

従つて、前記の機能は情景に含まれる一群の物体の遮り
の様子を表わす優先度を繰り返して計算していくことで
得られる。このとき、記憶装置には、信号を発生させる
ためにはそれら数個の物体の少くとも一つの面を完全に
表現するだけの情報がプログラムされていなくてはなら
ない。情景の中にある物体に対する視点の相対的位置に
よつて視点に最も近い物体はそれより遠い位置にある物
体の部分を遮ることになる。視点が移動していくにつれ
て、後方にある物体の前方にある物体によつて遮られて
いる部分がだんだんと大きくかまたは小さくなつていく
。こうして、後方にある物体の画像を表現する信号が希
望する視線による情景を表示するため走査線の異つた点
へと挿入されていく。この遮りの問題を解く一つの方法
としてそれぞれの物体を他の物体から仮想的な面、第１
図で参照番号２６，２８そして３０で示されているよう
な面、で分離する方法がある。

このとき、それぞれの物体はこの分離平面で形作られた
「ポケツト」へと分けられる。それぞれの分離ポケツト
にある物体の少くとも一つの完全な面の画隊を表現する
情報がデイジタル画像主成装置による要求に対してその
物体の他の物体！こ遮られていない表面部分の情報を出
力できるように蓄積されている。この実施例での目的で
は第１図に示されているように物体２０は、その画像は
デイジタル的１こ生成されるのではないが、この物体も
自分自身のポケツトの中にあるということがこの時点で
は特に重要である。続いてこの遮りの問，頂を更に理解
してもらうため、そして、この問題の一つの解法を示す
ため第３，４図を参照して頂きたい。

分離平面４２，４４，４６そして４８によつて形作られ
たポケツト３２，３４，３６，３８そして４０がそれぞ
れ物体５０，５２，５４，５６そして５８を内部に持つ
よう描かれている。これらのポケツト訃よび平面は第４
図に示されるようにバイナリ一・トリ一によつて数学的
にその構造が表現される。第４図のパイナリ一・トリ一
を構成している円むよび四角の中に書かれている数字は
それぞれ第３図の平面ち一よび物体の参照番号に対応し
ている。ここで、トリ一の最上部の節（円）は情景また
は空間を２つの部分に分ける分雛平面４２を表ゎす。最
上部の節（円）から出る枝６０卦よび６２はそれぞれ正
むよび負として示されている分離平面４２の両側の空間
または情景を表わす。第４図．｝こ示されているその下
の段の節（円）は他の分離平面を続いて表わし、空間ま
たは隋景を更に小さい部分へと分割している。こうして
、空間または情景はそれぞれ物体５０，５２，５４，５
６そして５８のみを中に含むポケツト３２，３４，３６
，３８そして４０を表わすようになるまで繰り返して分
割される。本実施例ではそれぞれのポケツトに含まれる
物体はデイジタル的に生成される凸の多面体であるか、
または、カメラによつて得られる物体である。デイジタ
ル・コンピユータ一によつて遮りを判定し、優先度のリ
ストを作り出すためのプログラムを第５図に示す。この
プログラムでは第３，４図の分離平面およびバイナリ一
・トリ一を用いている。このプログラムを用い、第３図
に示されるような・情景を仮定すると、視点６４に対す
る優先度または遮りのリストが以゛ドのよう）こして決
定される。６６トよび６８のプロツクに示されるように
、レジスター１トよびｎの両方がプログラムのスタート
にあたつてまｒ正規化され１，にセツトされる。

続いて、プロツク７０に示されるように，第４図のパイ
ナリ一・トリ一の最上部の節４２を表わｔ点へとプログ
ラムは入る。命令７２に示されるように、最上部の節の
番号が第６ａ図．｝こ示す型の節リストに記録される。
第６ａ図う）ら第６１図までの矢印７４卦よび第７ａ図
から第７ｄ図までの矢印７６はリスト−の書き込みある
いは消去をしているレジスターを表ゴつす。プロツク６
８を思い起すと、いま、ｎは１にセツトされてち・り、
最上部の節４２の番号は第６ｂ図に示すように節リスト
のｎ＝１のレベルに記録される。そして、プログラムは
次のプロツク７８（第５図）に進み、そこで，視点６４
が節４２で表わされている平面の正の・側（：こあるの
か否かを判定する。いまの例では視点は分割平面４２の
負の側｝こあり、従つて、プロツク７８の否定すなわち
枝８１が採られ命令８０へと進む。このことは同時に節
リストのｎレベル（こ第６ｃ図で負符号８２によつて表
わされているように記録される。続いてプログラムは次
の命令８４へと進み、そこで、トリ一の枝が物体へ行き
あたつて終りになつているか否かを判定する。いまの例
では枝は物体に行きあたつては｝らず、節４６へと行き
あたつている。それ故、命令８６（第５図）に従つて節
リストのレベルｎが１だけふやされ２に等しくなる。プ
ログラムはプロツク７２へと戻り、今度は節４６が第６
ｄ図に示すように節リストのレベル２へ記録される。視
点が分離平面の正の側にあるか否かの判定が再びなされ
る。前と同じように視点はこの平面の正の側にはない。
従つて、再び枝８１が採られ、この負の枝が採られたと
いう事実が第６ｅ図の負符号８８に示されるように節リ
ストのｎ一２レベルに記録される。命令８４で枝が物体
に行きあたつているかが再び問われ、枝は節４８へと行
きあたつているので答は再びＮＯ，である。前と同様に
ｎの値は命令８６で２から３へとふやされる（すなわち
２＋１−３）。こうして、第５図のプロツク７２に従つ
て節リストのｎ−３レベル１２節４８が記録される。こ
のことが第６ｆ図の節リストに示されている。再び質問
が発せられる：視点は平面の正側にあるか？今回は答は
Ｙｅｓであり、従つてプロツク７８の枝８９が採られる
。こうして、第６ｇ図の正符号９０で表わされているよ
うに節の正の枝が採られたという事実が記録される。枝
が物体に行きあたつているか？の質問が再び発せられる
。今回は答はＹｅｓであり、従つて、枝９２が採られる
。こうして、命令９４（第５図）に従つて視点６４と同
一のポケツト３８の中にある物体５６が認識され第７ａ
図に示すように優先順リストのｉ＝１すなわち最上部の
レベルに記録される。命令９６で示すように、優先順リ
ストのレベルｉが１だけふやされ、ｉは２となる。次の
命令９８でｎ−３のレベルの節４８の正の枝が既に採ら
れているかを調べる。この時点では正の枝は既に採られ
物体５６に行きあたつているので答はＹｅｓである。従
つて命令１００でｎの節の負の枝は採られたか？の質問
を発する。この答はもちろんＮＯである。従つてプログ
ラムは命令８０へと戻り、第６ｈ図に示すように、節リ
ストのｎ＝３レベルの節４８に正符号が付け加えられる
。こうして、第４図に示すように節４８からの正の枝が
採られる。プログラムのこの時点からはプロツク８４の
命令へと再び進み、この負の枝が物体へ行きあたつてい
るかを調べる。この枝は物体５８へ行きあたつているの
で再び答はＹｅｓである。次の命令９４は物体５８の番
号を優先順リストのレベルｉに書き写すものである。ｉ
が２へとふえていることが思い起され、従つて、物体５
８の番号は第７ｂ図に示すように優先順リストのレベル
２に置かれる。再びｉが１だけふやされｉは３となる。
プロツク９８ち・よび１００で正および負の枝が採られ
たかを調べる。答は、もちろん、両方共にＹｅｓである
。従つて、プログラムは命令１０２へと進み、節リスト
のｎ−３レベルにあるデータが消し去られ、次の命令１
０４によつてレベルｎが１だけ減らされｎは２となる。
こうして節リストは再び第６ｅ図で示されている状態に
なる。命令１０６でｎ−０？が問われる。もちろん、ｎ
はいま２にセツトされているのであつて、答はＮＯであ
る。プログラムはプロツク９８へと戻り、レベルｎ＝２
に記録されている節の正の枝が既に採用されたかどうか
を調べる。レベルｎが２でありレベル２の節が４６（−
）であることをここで確認してち一く。こうして、節４
６の負の枝が既に採られ、正の枝はまだ採られていない
ことを思い起せばプロツク９８の命令に対する答はもち
ろんＮＯである。従つて、次の命令プロツクは９０であ
り、レベルｎ（いまレベルｎは３でなく２である）に正
の枝が採用されることが記録される。こうして、第６１
図に示すようにレベルｎ−２の節４６に正（ト）符号が
付け加えられる。次の命令ではこの枝が物体に行きあた
つているかの質問が発せられる。この枝は物体５４に行
きあたつているので答はもちろんＹｅｓである。従つて
前のようにこの物体の番号（今の場合は５４）が第７ｃ
図に示すように優先順リストのレベルｉ＝５に書き写さ
れる。ｉは前に３にセツトしたことを思い起して頂きた
い。レベルｉは更に１増され今度は４になる。こうして
最初の３つの物体の優先順リストが決定された。項５６
が最優先であり項５８が次の優先度を持ち、項５４が第
３の優先度を持つ。この処理手順が５つの物体５０，５
２，５４，５６そして５８すべてが正しい優先度順に配
置され、命令１０４によつてレベルｎがｎ−０に減じら
れるまで続けられる。ｎ一０となると、命令１０６で示
すように、プログラムは完了するこの例での視点６４に
対するそれぞれの物体の最終的な優先順位が第７ｄ図に
示されている。こうして、第３図に示されている情景の
視点６４に対する正しい遮りの優先順リストが作成され
た。

この優先順リストはもちろんそれぞれの平面に対して上
の例で述べたと同じ側に視点がある場合についてのみ有
効である。視点が他の位置あるいはポケツトへと移動し
たときは、異つた優先順リストを作成する必要がある。
このときももちろん、上に述べた方法が用いられる。以
上のようにして、第１図に示されているような物体とそ
れらの分離平面の配置に関してその情景内のそれぞれの
物体に対して、それらがデイジタル画像生成装置による
ものかまたはＴＶカメラによるものかにかかわらず、そ
の視点からの距離に従つて遮りの優先順が指定される。

物体は（デイジタル的に生成されたものもＴカメラによ
つて得られたものも両方共）遮りの優先順に従つて順序
付けられたリスト内に配置されることでリスト中の自身
より上にある物体を遮ることは出来ないことになる。視
点から情景に向つて光線が発せられたものとし、どの物
体がこの光線に貫抜かれるかを知り、その中からこの物
体のリストの順位を参照することで一番近い物体が選ば
れる。いましばらくの間、第１図に示されている物体１
４，１６そして１８だけの生成について考えると、上記
の光線は視点１２から発し、画像面１０に走査線または
ラスターを形成している水平な平行線上の点を次々に通
過していくものと考えられる。表示装置のための輝度変
調信号がデイジタル画像生成装置によつて生成されるこ
とで、視点から発せられる各光線に対してその線上で視
点から一番近い物体の面を表わす各ラスター線の部分が
目で見えるようになる。この目で見えるようになつたラ
スター線の部分は、ふつう、一本の完全なラスター線上
での各物体の面の縁の位置を定義する点の位置として決
定される。信号はそれらの表ゎすある特定の物体の面に
対して指定されている色または輝度（またはその両方）
を生み出すものである。ラスター線上の上記の縁を表わ
す点の位置はそれらの点のラスター線に沿つた距離に比
例する２進数で表わされる。上記の縁を表わす点の位置
を考えることで、ある時点に視へから発せられている光
線に貫抜かれている物体面が決定され、その光線上での
視点に一番近い面を表わす色または輝度の信号が生成さ
れる。視点から発せられた光線上で一番近い物体面を決
定し、それを表わす信号を生成する技法の一つを以丁に
述べる。

この技法では走査線上の物体の縁を表わすデーターと先
に論じたバイナリ一・トリ一から作られる遮りの優先順
リスト内でのそれぞれの物体の位置とを用いる。第８図
にこの技法に適応する論理図を示す。フリツプ・フロツ
プ１０８，１１０，１１２，１１４そして１１６のそれ
ぞれは各視点に対する遮りの優先順リスト内でのそれら
の位置に応じて・晴景中にある物体に対応づけられる。
視点が移動しもとあつたポケツトから出て他のポケツト
に入つた場合は物体の優先順リストは書き替えられ、そ
の結果、フリツプ・フロツプは他の物体へと対応づけら
れる。第８図では、優先順リストの最上位の物体はフリ
ツプ・フロツプ１０８に対応づけられ、リストの次の位
置の物体はフリツプ・フロツプ１１０に対応づけられ、
という風に対応づけがなされる。従つて、第７ｄ図に示
されている優先順リストによつて、第３図に描７））れ
ている情景を視点６４から見たときには物体５６，５８
，５４，５０そして５２がそれぞれフリツプ・フロツプ
１０８，１１０，１１２，１１４そして１１６に対応づ
けられることになる。走査光線が情景を横切つていつて
物体を貫抜いた時点でそれぞれのフリツプ・フロツプが
セツトされ、光線が物体に倒達しなくなつた時点でりセ
ツトされる。こうして、走査が行われる間に、それぞれ
のフリツプ・フロツプが（少くとも瞬間的には）セツト
され、視点刀）ら発した光線が対応する物体を貫抜く走
査線上の点で出力信号を発生する。従つて、それぞれの
フリツプ・フロツプはそれに対応する物体が視点から発
せられた仮想的な光線に貫抜かれている時にのみ出力を
出すことになる。セツト状態のフリツプ・フロツプから
の出力は第８図に示されているように接続されたＡＮＤ
，ＮＯＴゲートを持つ論理回路１１８によつて制闘され
、それらのうちで優先度の一番高い物体に対応づけられ
たフリツプ・フロツプの信号のみが論理回路１１８を通
して出力線１２０，１２２，１２４，１２６そして１２
８のうちの一つに伝達される。従つて、フリツプ・フロ
ツプ１０８がセツトされている時は出力は線１２０から
与えられ、回路１１８を通つては他のフリツプ・フロツ
プの出力は伝達されない。同様に、フリツプ・フロツプ
１０８がセツトされてち・らず、フリツプ・フロツプ１
１０がセツトされている場合は線１２２から出力が与え
られ、線１２４，１２６そして１２８からの出力は除外
される。しかし、フリツプ・フロツプ１１０が線１２２
に出力を与えている間にフリツプ・フロツプ１０８が続
いてセツトされると、線１２２の出力は中断され線１２
０のフリツプ・フロツプ１０８７））らの出力が始まる
。これはもちろんフリツプ・フロツプ１０８が最優先の
物体に対応づけられているからである。残りのフリツプ
・フロツプも同じように動作し、それぞれがある決つた
優先度を持つていてそのフリツプ・フロツプより上位の
優先度を持つフリツプ・フロツプがセツトされていない
場合にかぎり論理回路１１８から出力が与えられる。こ
うして、もし複数の物体が視点から出る一つの光線に貫
抜かれているとすると、遮りのレベルの一香高い、すな
わち、優先度リストの最上位にある物体に対応づけられ
たフリツプ・フロツプのみが論理回路１１８を通して使
号を伝達できることになる。ここで、前に述べたカメラ
を信号源として得られる画像あるいは物体をも考慮に入
れよう。

カメラからの変調信号も、そのカメラによる物体の画像
の縁をラスター線が横切る位置に応じて適当に表示装置
へと送られる。デイジタル的に生成される物体の場合と
同じようにカメラによる物体の画像の縁がラスター線を
横切る点の位置もそのそれぞれの横切り点のラスター線
に沿つた距離に比例する２進級で表わされる。こうして
、デイジタル的に生成される物体の表面およびカメラに
よる物体の表面のどちらの場合に対しても、与えられた
時点で視点から発せられている光線に貫抜かれているも
のが決定でき、他の物体によつて遮られていない物体（
デイジタル的ｌこ生成されたものであつても、カメラに
よるものであつても）を表わす信号が表示装置へ与えら
れる。本発明の基礎となる原理を概活的にブロツク線図
で描いたものが第９図であり、デイジタル画像生成を用
いる視覚システムの広い応用のある一例で、飛行シミユ
レーシヨンの分野で用いられるものである。

より実施に近い訓練をするためこれは飛行シミユレータ
ーと共に用いられるのが通例で、視覚表示は本物の飛行
機の操縦席から見える実際の情景に可能なかぎり似せて
ある。このような視覚システムは数種類のものが商業的
に用いられてむり、ビデオ表示装置を持つものもその中
にはある。ブロツク１３０はふつうの制薗装置、計器、
動作システムを持つ従来の飛行シミユレーターであり、
シミユレータ−１３０のいろいろな部分は、汎用デイジ
タル・コンピユータ−１３４から線１３２で送られてく
る信号によつて制闘されてむり、コンピユータ−１３４
はシミユレータ−１３０で横擬をしている飛行機の飛行
に関する方程式のプログラムされているセクシヨンを持
つている。

同時に、操縦士のスイツチ等による操縦動作を表ゎす信
号が線１３６でシミユレータ−１３０からコンピユータ
−１３４へ送られる。シミユレータ−１３０の中にいる
練習者が直接にも、また、鏡やレンズなどの光学的装置
を通しても見れるよう配置された表示装置が第９図の１
３８に図示されてち・り、これは例えばＣＲＴのような
ラスター走査によるビデオ表示装置である。

装置１３８はテレビジヨン・カメラ１４０ち・よびデイ
ジタル画像生成装置１４２の両方からビデオ信号を受け
それに応じて画像を生成するようになつている。カメラ
１４０の方向むよび拡大率はコンピユータ１３４から線
１４４を通じて送られて来る信号によつて制闘されシミ
ユレータ−１３０からのコンピユーターへの入力によつ
て影響を受ける。デイジタル画像生成装置１４２もコン
ピユーター１３４から線１４６を通して第１図の視点１
２の位置を示す信号を受け、それによつて前記の縁の横
切る位置が決定され、遮りの計算が行われる。

ビデオ・スイツチ１４８はデイジタル画像生成装置１４
２からの線１５０を通じての命令信号によつて、カメラ
１４０訃よびデイジタル画像生成装置１４２からそれぞ
れ１５２，１５４の線を通じて送られて来るビデオ信号
を選択して通過させる。第９図の配線の詳細をより具体
的に示したものが第１０図であり、以下これを参照して
いく。物体２０（第１，第２，第９そして第１０の４つ
の図に対して可能な限り同じ参照番号を用いた。）はカ
メラ１４０によつてとらえられている。カメラはブロツ
ク１５６で表わされる従来からある装置を持つていてコ
ンピユータ−１３４からの信号に応じて、よく知られた
方法で方向むよび倍率を制岬している。波形１５８で表
わされているカメラ１４０からのビデオ信号は、蓄積装
置１６０トよび波形整形装置１６２へと伝えられる。蓄
積装置１６０はふつうの遅延線であつて、カメラ１４０
からの信号をあらかじめ定められた時間だけ遅らせてビ
デオ・スイツチ１４８へと一時に一本のラスター線づつ
伝送する。波形整形装置１６２は波形１６４で表わされ
るような短形波を出力する回路を持つていて、ラスター
線上で物体２０の画像を表わすカメラ１４０からの信号
の始まる点と終る点に対応させた短形波を発生する。短
形波１６４は微分器１６６で電気的に微分され、短形波
１６４の始まる点と終る点とに対応して、波形１６８で
示されるような２つのパルスを発生する。すなわち、信
号線上のパルスの現われる時間的関係はラスター線上で
そのモデルの画像が描かれている時間に対応している。
これらのパルス１６８は計時ユニツト１７２で積算され
たクロツクパルスの数の２進表現に対するゲートを開閉
するゲート回路１ｒ０へ送られる。

（第１０図に示されている本実施例では、ユニツ卜１ｒ
２は周波数４０メガ・ヘルツのクロツクを持つている。
）本方法では、４０メガ・ヘルツのクロツク・パルスを
カウンターで積算することで、物体２０の画像がラスタ
ー線上に現われる時間と消える時間とを２進数で表わし
て、その値がデイジタル画像生成装置へ伝えられる。こ
のことは、第１０図の回路ではＣＲＴの偏向回路１７４
からのりセツト信号に同期して行われ、りセツト信号は
線１７６を通して各走査の終了時にユニツト１７２のカ
ウンターをりセツトする。１７８に表わされている２進
化時間値はラスター線の始点から物体の最初の縁の横切
り点までの距離の２進数表現ち一よび終りの縁の横切り
点からラスター線の終端点までの距離の２進数表現とも
なすことができる。

この距離を表わす信号は前述のデイジタル的に生成され
る物体表面を定義する縁の横切り点の場合と同じように
、デイジタル画像生成装置１４２で用いられる。

どの物体表面が第１図の視点１２から発せられる光線に
貫抜かれているかを示すこの横切りの情報は論理回路１
１８へと送られ、デイジタル画像生成装置での分割平面
の計算で物体２０に割り当てられた遮りの優先順位と結
びつけられる。物体２０の表面が光線に貫抜かれる位置
にあり、かつ、そのうちで視点１２に一番近い時、線１
５４を通してデイジタル画像生成装置から信号が発せら
れ、普段はスイツチ１４８を通して表示装置へ送られて
いる線１５４上のデイジタル画像生成装置からのビデオ
信号を線１５２土のカメラからの遅延ビデオ信号へと切
り替んるようビデオ・スイツチ１４８を動作させる。こ
のようにして、カメラ１４０による現在の画像とデイジ
タル画像生成装置によつて、生成される画像とが結びつ
けられ、各物体の希望する位置関係に応じて結合された
画像内ですべての物体が（デイジタル的に生成されたも
のもカメラによるものも）適当な遮りを持つような画像
が作成される。

【図面の簡単な説明】

第１図はいくつかの物体を持つ情景の平面図である。 第２図はある指定された視点から見たものとしてある指
定された平面上に投影される、第１図の情景の上方から
の眺めである。第３ち・よび第４図は、遮りの優先順リ
ストを作成するために情景内の物体を分離するよう選ん
だ平面を用いる技法を図示したものである。第５図は上
記の遮りの優先順リストを作成するための流れ図である
。第６ａから第６１までの図は、第５図の流れ図に従つ
て遮りの優先順リストを作成する際のいろいろな段階で
のデイジタル・コンピユータ一内のレヂスタ一を表わし
ている。第７ａから第７ｄまでの図は第５図の流れ図に
従つて作成されたいろいろな段階でのレヂスタ一内に蓄
積された遮りの優先順リストを表わす。第８図は、表示
される情景内の各物体に対する遮りの優先度信号を発生
するための論理回路を示す。第９図は、本発明の実施例
のシステム図であつて、大きな要素の機能的な関連を示
している。第１０図は、第９図の視覚表示システムのす
べての要素に対するプロツク図で、説明のために適当な
点に｝ける波形を添えてある。１０・・・・・・画像面
；１４，１６，１８，２０，５０，５２，５４，５６，
５８・・・・・・物体；２２，２４・・・・・・境界；
３２，３４，３６，３８，４０・・・・・・ポケツト：
４２，４４，４６，４８・・・・・・分離平面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 選択された物体を表わすディジタルに発生されるビ
   デオ信号と、ディジタル発生に適しない他の選択された
   物体を表わす、カメラにより発生されるビデオ信号との
   組合せから表示装置に複合像を生成する方法であつて、
   前記複合像は選択的に変り得る視点から見た３次元の情
   景を表わす２次元の情景を生成し、選択された視点から
   みた前記３次元の情景に含まれるディジタル発生に適し
   ない第１の物体の仮定された画像平面の２次元表示を表
   わすカメラにより発生されるラスタ形式ビデオ信号を供
   給する段階、前記の選択された視点からみた前記３次元
   の情景に含まれる第２の物体の仮定された画像平面上の
   ２次元表示を表わすディジタルに発生されるラスタ形式
   ビデオ信号を供給する段階、前記のカメラにより発生さ
   れるラスタ形式ビデオ信号と前記のディジタルに発生さ
   れるラスタ形式ビデオ信号を表示装置のラスタ線の発生
   に同期させる段階、前記第１及び第２の物体の前記仮定
   された画像平面上の２次元表示の選択された端において
   、前記の選択された視点から前記の仮定された３次元の
   情景及び前記２次元表示を通る光線により貫かれる前記
   第１及び第２の物体の何れが前記視点に最も近いかを決
   定する段階、前記第１の物体が前記視点に最も近い場合
   に前記のカメラにより発生されるラスタ形式ビデオ信号
   を前記表示装置に印加する段階、前記第２の物体が前記
   視点に最も近い場合に前記のディジタルに発生されるラ
   スタ形式ビデオ信号を前記表示装置に印加する段階、及
   び前記のカメラにより発生されるラスタ形式ビデオ信号
   と前記のディジタルに発生されるラスタ形式ビデオ信号
   に応答して、前記表示装置の前記ラスタ線を、前記の選
   択された視点からみた前記３次元の情景の２次元表示を
   発生するように変調する段階であつて、前記第１の物体
   の前記第２の物体により遮られない部分が表示され、前
   記第２の物体の、前記第１の物体により遮られない部分
   が表示されるようにする前記段階、を有する表示装置に
   複合像を表示する方法。 ２ 選択された物体を表わすディジタルに発生されるビ
   デオ信号とディジタル発生に適しない他の選択された物
   体を表わす、カメラにより発生されるビデオ信号から表
   示装置に複合像を生成する装置であつて、仮定された画
   像平面上に選択された視点からみた３次元の情景に含ま
   れる。 ディジタル発生に適しない第１の物体の２次元表示を表
   わすラスタ形式ビデオ信号を供給するカメラ装置、前記
   の仮定された画像平面上に、前記選択された視点からみ
   た前記３次元の情景に含まれる第２の物体の２次元表示
   を表わす。 蓄積された情報からラスタ形式のビデオ信号を供給する
   ディジタル画像発生装置、前記第１及び第２の物体の前
   記仮定された画像平面上の２次元表示の選択された端に
   おいて、前記の選択された視点から前記の仮定された３
   次元の情景及び前記２次元表示を通る光線より貫かれる
   前記第１及び第２の物体の何れが前記の選択された視点
   に最も近いかを決定し、前記第１及び第２の物体の何れ
   が前記の選択された視点に最も近いかを表わす制御信号
   を供給する装置、スイッチ装置であつて、前記制御信号
   に応答し前記カメラにより発生されるラスタ形式ビデオ
   信号とディジタルに発生されるビデオ信号とを受け、前
   記第１の物体が前記選択された視点に最も近い場合に前
   記のカメラにより発生されるラスタ形式のビデオ信号を
   前記スイッチ装置を通して通過させ、前記第２の物体が
   前記選択された視点に最も近い場合に前記のディジタル
   に発生されるラスタ形式ビデオ信号を前記スイッチ装置
   を通して通過させる前記スイッチング装置、及び前記ス
   イッチング装置を通過する前記のカメラにより発生され
   るラスタ形式ビデオ信号とディジタルに発生されるラス
   タ形式ビデオ信号とに応答し、前記表示装置により発生
   されるラスタ線を、前記の選択された視点からみた前記
   ３次元の情景の２次元表示を供給するように変調し、前
   記第１の物体の、前記第２の物体により遮られない部分
   が表示され、前記第２の物体の、前記第１の物体により
   遮られない部分が表示されるようにする表示装置、を有
   する表示装置に複合像を生成する装置。