JP2002091696A - 没入型表示システム - Google Patents
没入型表示システムInfo
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- JP2002091696A JP2002091696A JP2001130491A JP2001130491A JP2002091696A JP 2002091696 A JP2002091696 A JP 2002091696A JP 2001130491 A JP2001130491 A JP 2001130491A JP 2001130491 A JP2001130491 A JP 2001130491A JP 2002091696 A JP2002091696 A JP 2002091696A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Controls And Circuits For Display Device (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
- Position Input By Displaying (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周囲環境中の特徴及びオブジェクトに対する
ユーザーの頭部の位置及び角度を判定することを可能に
する、没入型表示システムを提供すること。 【解決手段】 光学相関器(30)を備えた没入型表示シス
テム。該光学相関器(30)は、表面(100)のイメージ化を
行い、該光学相関器と該光学相関器に物理的に関連する
あらゆるオブジェクトとの位置及び運動を表すデータを
生成する。該光学相関器(30)により生成されたデータに
従ってイメージが生成されて表示装置(20)上に表示され
る。
ユーザーの頭部の位置及び角度を判定することを可能に
する、没入型表示システムを提供すること。 【解決手段】 光学相関器(30)を備えた没入型表示シス
テム。該光学相関器(30)は、表面(100)のイメージ化を
行い、該光学相関器と該光学相関器に物理的に関連する
あらゆるオブジェクトとの位置及び運動を表すデータを
生成する。該光学相関器(30)により生成されたデータに
従ってイメージが生成されて表示装置(20)上に表示され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に没入型表示シ
ステムに関し、特に、光学相関器(correlator)を組み込
んだ没入型表示システムであって、特定環境内の周囲の
特徴のイメージング（すなわちイメージ化）を行い、同
環境内におけるユーザーの頭部の相対的な位置を判定し
て、該表示環境におけるユーザーの頭部の位置に相関さ
せたイメージを視覚表示装置上に表示する、没入型表示
システムに関する。
ステムに関し、特に、光学相関器(correlator)を組み込
んだ没入型表示システムであって、特定環境内の周囲の
特徴のイメージング（すなわちイメージ化）を行い、同
環境内におけるユーザーの頭部の相対的な位置を判定し
て、該表示環境におけるユーザーの頭部の位置に相関さ
せたイメージを視覚表示装置上に表示する、没入型表示
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】シミュレーションシステムは、例えばゴ
ルフコースや飛行機のコックピットといった、所定の環
境内にいるかのようなリアルなシミュレーションをユー
ザーに提供しようとするものとして知られている。これ
はユーザーに適当な視覚的合図即ちイメージを提供する
ことにより達成される。最大限の効果を得るために、実
質的に全ての視覚により認知し得る知覚的な入力が与え
られるようにユーザにイメージが提供される。これらの
システムは、別環境にいるかのような疑似体験をユーザ
ーに提供するものである。
ルフコースや飛行機のコックピットといった、所定の環
境内にいるかのようなリアルなシミュレーションをユー
ザーに提供しようとするものとして知られている。これ
はユーザーに適当な視覚的合図即ちイメージを提供する
ことにより達成される。最大限の効果を得るために、実
質的に全ての視覚により認知し得る知覚的な入力が与え
られるようにユーザにイメージが提供される。これらの
システムは、別環境にいるかのような疑似体験をユーザ
ーに提供するものである。
【０００３】既知のシステムは、典型的には、ユーザー
の眼により受容される視覚的な入力を支配するようにユ
ーザーの眼に極めて近接してユーザにより支持される表
示装置を提供するものである。異なる環境下にいるとい
うリアルな錯覚を提供するために、既知のシステムは、
ユーザーの頭部の位置の変化に従って、表示装置上に表
示するイメージ又はシーンを、該表示装置に接続された
イメージ生成器により変化させ又は修正する。
の眼により受容される視覚的な入力を支配するようにユ
ーザーの眼に極めて近接してユーザにより支持される表
示装置を提供するものである。異なる環境下にいるとい
うリアルな錯覚を提供するために、既知のシステムは、
ユーザーの頭部の位置の変化に従って、表示装置上に表
示するイメージ又はシーンを、該表示装置に接続された
イメージ生成器により変化させ又は修正する。
【０００４】例えば、ユーザーはゴルフコース上に立っ
てティーオフする準備が整っている状況を体験すること
ができる。ユーザーが頭を真っ直ぐ前に向けた状態を維
持すると、該ユーザは、例えばゴルフコース上のグリー
ンへと続くフェアウェイのイメージ又はシーンが表示さ
れることになる。ユーザーが頭の向きを変えると、ユー
ザーの頭部の環境に対する位置が変わり、このため、表
示装置に接続されたイメージ生成器が、ユーザーに対す
る表示装置上の表示を変更して、ティーの傍に立った状
態で頭部の向きを変えたかのような錯覚をユーザーに提
供する。例えば、ユーザーの右又は左に立っているゴル
フ仲間のイメージが表示される。
てティーオフする準備が整っている状況を体験すること
ができる。ユーザーが頭を真っ直ぐ前に向けた状態を維
持すると、該ユーザは、例えばゴルフコース上のグリー
ンへと続くフェアウェイのイメージ又はシーンが表示さ
れることになる。ユーザーが頭の向きを変えると、ユー
ザーの頭部の環境に対する位置が変わり、このため、表
示装置に接続されたイメージ生成器が、ユーザーに対す
る表示装置上の表示を変更して、ティーの傍に立った状
態で頭部の向きを変えたかのような錯覚をユーザーに提
供する。例えば、ユーザーの右又は左に立っているゴル
フ仲間のイメージが表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ユーザーにリアルな視
覚的認知を提供するために、既知のシステムは、加速計
を使用して、ユーザーの頭部の動きを測定し、該ユーザ
の頭部の位置を算出してきた。かかるシステムは、頭部
位置の見積もり又は概算のずれに起因する精度の低さと
いう欠点を有するものである。かかる精度の低さは、頭
部位置の概算のハイパス機能(high pass function)を導
入し、安定した状態である「頭部が垂直で正面を向い
た」状態に対するずれをバイアスさせることにより、部
分的に補償することは可能であるが、かかる補償は、ユ
ーザーの頭部位置が「頭部が垂直で正面を向いた」状態
から少しだけ逸脱する場合にしか有用とはならない。ユ
ーザーが着座しておらず又は自由に歩き回ることができ
る場合等の状況では、容易には補償できない誤差が生じ
ることになる。
覚的認知を提供するために、既知のシステムは、加速計
を使用して、ユーザーの頭部の動きを測定し、該ユーザ
の頭部の位置を算出してきた。かかるシステムは、頭部
位置の見積もり又は概算のずれに起因する精度の低さと
いう欠点を有するものである。かかる精度の低さは、頭
部位置の概算のハイパス機能(high pass function)を導
入し、安定した状態である「頭部が垂直で正面を向い
た」状態に対するずれをバイアスさせることにより、部
分的に補償することは可能であるが、かかる補償は、ユ
ーザーの頭部位置が「頭部が垂直で正面を向いた」状態
から少しだけ逸脱する場合にしか有用とはならない。ユ
ーザーが着座しておらず又は自由に歩き回ることができ
る場合等の状況では、容易には補償できない誤差が生じ
ることになる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、周囲環境のイ
メージングを行うための光学相関器を組み込むことによ
り、その周囲環境中の特徴及びオブジェクトに対するユ
ーザーの頭部の位置及び角度を判定することを可能にす
る、没入型表示システムを提供する。本発明はまた、前
記光学相関器により生成された位置出力信号に応じて前
記環境におけるユーザーの頭部の位置及び角度に相関す
るイメージを表示する表示装置を提供する。
メージングを行うための光学相関器を組み込むことによ
り、その周囲環境中の特徴及びオブジェクトに対するユ
ーザーの頭部の位置及び角度を判定することを可能にす
る、没入型表示システムを提供する。本発明はまた、前
記光学相関器により生成された位置出力信号に応じて前
記環境におけるユーザーの頭部の位置及び角度に相関す
るイメージを表示する表示装置を提供する。
【０００７】本発明の方法は、所与の環境のイメージを
表す複数の信号間の光学的な相互関係による位置信号の
生成を提供する。該位置信号に基づいてユーザーに関す
る相対的な位置が判定される。該判定された相対的な位
置に基づいて表示装置用のイメージが生成されてユーザ
ーに見せるべく表示される。
表す複数の信号間の光学的な相互関係による位置信号の
生成を提供する。該位置信号に基づいてユーザーに関す
る相対的な位置が判定される。該判定された相対的な位
置に基づいて表示装置用のイメージが生成されてユーザ
ーに見せるべく表示される。
【０００８】本発明の他のシステム、方法、特徴、及び
利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することによ
り当業者に明らかとなろう。かかる更なるシステム、方
法、特徴、及び利点は、以下の説明に包含されており、
本発明の範囲内に含まれ、及び特許請求の範囲により保
護されるものである。
利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することによ
り当業者に明らかとなろう。かかる更なるシステム、方
法、特徴、及び利点は、以下の説明に包含されており、
本発明の範囲内に含まれ、及び特許請求の範囲により保
護されるものである。
【０００９】本発明は、図面を参照することでより容易
に理解することができる。同図中の各要素の尺度は必ず
しも互いに一定ではなく、本発明の原理を明確に説明す
ることに重点をおいて描かれたものである。更に、複数
にわたる同図において、対応する要素には同様の符号を
付してある。
に理解することができる。同図中の各要素の尺度は必ず
しも互いに一定ではなく、本発明の原理を明確に説明す
ることに重点をおいて描かれたものである。更に、複数
にわたる同図において、対応する要素には同様の符号を
付してある。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず図１を参照する。本発明は、
環境200を提供する没入型表示システムを提供するもの
である。環境200中のオブジェクト及び特徴は、それら
に対するユーザーの頭部の位置及び角度を判定する少な
くとも１つの光学相関器30によりイメージ化される。
環境200を提供する没入型表示システムを提供するもの
である。環境200中のオブジェクト及び特徴は、それら
に対するユーザーの頭部の位置及び角度を判定する少な
くとも１つの光学相関器30によりイメージ化される。
【００１１】環境200は、イメージ化された際に光学的
なコントラストを提供する任意の静的な環境とすること
が可能である。例えば、家の内部を環境200とすること
が可能である。この場合、環境200内の周囲のオブジェ
クト、構造物及び特徴に対するユーザーの頭部位置及び
角度を判定するように、天井、床、壁、家具、及びその
他の家内に収容されているオブジェクト及び特徴を光学
相関器30によりイメージ化することができる。他の例と
しては、建造物、樹木、空、地面、及びその他の屋外に
存在し得る特徴により環境200を規定することもでき
る。要するに、環境200は、本発明のユーザーが存在し
得るほぼ全ての静的な環境により規定することが可能で
ある。以下、エンクロージャ（囲い）100（図２参照）
により画定される環境200を参照して光学相関器30によ
る環境200のイメージ化について説明する。なお、以下
の説明は、図１に示すようなエンクロージャの存在しな
い実施形態にも完全に適用可能であることが理解されよ
う。また、かかるエンクロージャが配設されず、及び環
境中のオブジェクト、構造物、及び特徴のユーザーから
の距離が著しく異なり得る環境で本発明を使用する場合
には、検出されたイメージの変位を角変位へと変換する
ことが可能となるように、距離計(range finder)を光学
相関器30に更に配設すべきである。
なコントラストを提供する任意の静的な環境とすること
が可能である。例えば、家の内部を環境200とすること
が可能である。この場合、環境200内の周囲のオブジェ
クト、構造物及び特徴に対するユーザーの頭部位置及び
角度を判定するように、天井、床、壁、家具、及びその
他の家内に収容されているオブジェクト及び特徴を光学
相関器30によりイメージ化することができる。他の例と
しては、建造物、樹木、空、地面、及びその他の屋外に
存在し得る特徴により環境200を規定することもでき
る。要するに、環境200は、本発明のユーザーが存在し
得るほぼ全ての静的な環境により規定することが可能で
ある。以下、エンクロージャ（囲い）100（図２参照）
により画定される環境200を参照して光学相関器30によ
る環境200のイメージ化について説明する。なお、以下
の説明は、図１に示すようなエンクロージャの存在しな
い実施形態にも完全に適用可能であることが理解されよ
う。また、かかるエンクロージャが配設されず、及び環
境中のオブジェクト、構造物、及び特徴のユーザーから
の距離が著しく異なり得る環境で本発明を使用する場合
には、検出されたイメージの変位を角変位へと変換する
ことが可能となるように、距離計(range finder)を光学
相関器30に更に配設すべきである。
【００１２】図２は本発明の別の実施例であり、この場
合には、エンクロージャが環境200の境界を画定してい
る。該実施例では、エンクロージャ100は環境200を画定
するために用いられている。エンクロージャ100は、好
ましくはパターン又はテクスチャが形成された内面110
を有している。代替的に、内面100にイメージを投影す
ることも可能である。かかるパターン、テクスチャ、又
はイメージは、好適には高いコントラストを有するもの
となる。エンクロージャ100は、任意の形状又は寸法と
することが可能であるが、好適実施例では、半球又は球
形の形状を有しており、好適にはユーザーの頭部がその
中心又はその近傍に配置される。
合には、エンクロージャが環境200の境界を画定してい
る。該実施例では、エンクロージャ100は環境200を画定
するために用いられている。エンクロージャ100は、好
ましくはパターン又はテクスチャが形成された内面110
を有している。代替的に、内面100にイメージを投影す
ることも可能である。かかるパターン、テクスチャ、又
はイメージは、好適には高いコントラストを有するもの
となる。エンクロージャ100は、任意の形状又は寸法と
することが可能であるが、好適実施例では、半球又は球
形の形状を有しており、好適にはユーザーの頭部がその
中心又はその近傍に配置される。
【００１３】ここで図１、図２、及び図３を参照する。
本発明は、環境200における周囲のオブジェクト及び特
徴に対するユーザーの頭部の位置及び角度を判定する光
学相関器30を組み込んだ表示ユニット10を提供する。表
示ユニット10は、視覚的表示装置20も含んでいる。
本発明は、環境200における周囲のオブジェクト及び特
徴に対するユーザーの頭部の位置及び角度を判定する光
学相関器30を組み込んだ表示ユニット10を提供する。表
示ユニット10は、視覚的表示装置20も含んでいる。
【００１４】図３は、イメージャ(imager)32と、該イメ
ージャ32上へ光を集束させる光学系34とが組み込まれた
光学相関器30を示している。イメージャ32は好適には相
補型金属酸化膜半導体（CMOS）フォトイメージャであ
る。しかし、電荷結合素子（CCD）やアモルファスシリ
コンフォトセンサアレイ又は他のフォトダイオードアレ
イ若しくはフォトトランジスタアレイといった他のイメ
ージングデバイスを利用することも可能である。
ージャ32上へ光を集束させる光学系34とが組み込まれた
光学相関器30を示している。イメージャ32は好適には相
補型金属酸化膜半導体（CMOS）フォトイメージャであ
る。しかし、電荷結合素子（CCD）やアモルファスシリ
コンフォトセンサアレイ又は他のフォトダイオードアレ
イ若しくはフォトトランジスタアレイといった他のイメ
ージングデバイスを利用することも可能である。
【００１５】内面110からの光は、光学系34によってイ
メージャ32上に集光される。イメージャ32は、該イメー
ジャ32により現在監視され即ちイメージングされている
エンクロージャ100の内面110の一部を表すイメージ信号
63即ちスナップショット信号を繰り返し生成する。該イ
メージ信号63が生成される速度、及び該イメージ信号の
各インスタンスにより表される露光時間は、ナビゲーシ
ョン精度及び／又はイメージ信号のＳＮ比を最適化する
よう動的に決定することができる。イメージ信号63は、
ナビゲーションエンジン70へ送られ、またメモリ75に格
納することが可能である。
メージャ32上に集光される。イメージャ32は、該イメー
ジャ32により現在監視され即ちイメージングされている
エンクロージャ100の内面110の一部を表すイメージ信号
63即ちスナップショット信号を繰り返し生成する。該イ
メージ信号63が生成される速度、及び該イメージ信号の
各インスタンスにより表される露光時間は、ナビゲーシ
ョン精度及び／又はイメージ信号のＳＮ比を最適化する
よう動的に決定することができる。イメージ信号63は、
ナビゲーションエンジン70へ送られ、またメモリ75に格
納することが可能である。
【００１６】ナビゲーションエンジン70は、位置信号66
を生成し、該信号をイメージ生成器71へと出力する。該
位置信号66により環境200に対するユーザーの頭部の位
置及び角度が示されると、イメージ生成器71は、視覚的
表示装置20上に表示するための出力信号65を生成する。
一好適実施形態では、３つの光学相関器30が表示ユニッ
ト10に装備される。その各光学相関器30は、個々に内面
110のイメージングを行い、平均化された出力又はその
中の最良の出力をナビゲーションエンジン70へ提供す
る。
を生成し、該信号をイメージ生成器71へと出力する。該
位置信号66により環境200に対するユーザーの頭部の位
置及び角度が示されると、イメージ生成器71は、視覚的
表示装置20上に表示するための出力信号65を生成する。
一好適実施形態では、３つの光学相関器30が表示ユニッ
ト10に装備される。その各光学相関器30は、個々に内面
110のイメージングを行い、平均化された出力又はその
中の最良の出力をナビゲーションエンジン70へ提供す
る。
【００１７】ナビゲーションエンジン70及びメモリ75
は、表示ユニット10の一体的な部分として構成すること
ができる。更に、ナビゲーションエンジン70は、例えば
専用のディジタル信号処理装置（DSP）、特定用途向け
集積回路（ASIC）、又は論理ゲートの組み合わせ等によ
り実施することが可能である（但しこれらに限定される
ものではない）。イメージャ32により生成される位置信
号は、ケーブルインタフェイス又は無線伝送システムを
介してナビゲーションエンジン70へ送信することができ
る。無線伝送システムは、例えば光学式又は電波式のも
のとすることが可能である。更に、位置信号66は、イン
タフェイス72を介してイメージ生成器71へ提供すること
ができる。該インタフェイス72は、例えばケーブルイン
タフェイス又は無線伝送システムとすることができる。
無線伝送システムの例として、光学式送受信システム又
は電波式送受信システムが挙げられる。
は、表示ユニット10の一体的な部分として構成すること
ができる。更に、ナビゲーションエンジン70は、例えば
専用のディジタル信号処理装置（DSP）、特定用途向け
集積回路（ASIC）、又は論理ゲートの組み合わせ等によ
り実施することが可能である（但しこれらに限定される
ものではない）。イメージャ32により生成される位置信
号は、ケーブルインタフェイス又は無線伝送システムを
介してナビゲーションエンジン70へ送信することができ
る。無線伝送システムは、例えば光学式又は電波式のも
のとすることが可能である。更に、位置信号66は、イン
タフェイス72を介してイメージ生成器71へ提供すること
ができる。該インタフェイス72は、例えばケーブルイン
タフェイス又は無線伝送システムとすることができる。
無線伝送システムの例として、光学式送受信システム又
は電波式送受信システムが挙げられる。
【００１８】視覚的表示装置20に関しては、例えば、CR
T、LCD、又はホログラム表示装置等を含む様々な表示手
段で実施することが可能である。
T、LCD、又はホログラム表示装置等を含む様々な表示手
段で実施することが可能である。
【００１９】図４は、本発明の別の実施態様を示すもの
であり、この場合には、全方向型トレッドミル(treadmi
ll)300が配設され、これにより、ユーザーが実際に環境
200の外に出ることなく任意の方向に歩行することが可
能となる。ユーザーが歩行する際に、イメージ生成器71
は、全方向型トレッドミル300から入力信号を受信す
る。該入力信号が使用されて、視覚的表示装置20上に表
示するためにイメージ生成器71により生成されるべきイ
メージが決定される。全方向型トレッドミル300からの
入力信号は、全方向型トレッドミルの速度及び方向を表
すことができる。この場合、全方向型トレッドミル300
の速度及び方向は、該全方向型トレッドミル300上での
ユーザーの動き又は足の運びによる影響を受ける。この
入力信号を使用して、相対的な速度及び方向といったユ
ーザーに関する運動情報をイメージ生成器71へ提供する
ことができる。イメージ生成器71は、全方向型トレッド
ミル300からの該入力信号に従って、視覚的表示装置20
上に表示するイメージを調節し又は変化させることがで
きる。例えば、全方向型トレッドミル300からの信号
が、ユーザーの移動速度が増大していることを示す場合
に、イメージ生成器71は、例えば視覚的表示装置20上に
表示するイメージをより速く表示して、該視覚的表示装
置20上に表示されているシーン中でより速く歩いている
又は走っている状態と一致するビューをユーザーに提供
する。全方向型トレッドミル300の代わりに歩数計を使
用してかかる移動情報を提供することも可能である。こ
の移動情報の生成方法では、エンクロージャ100の中心
からのユーザーの最大偏倚を該エンクロージャ100の半
径よりも小さい距離に制限することが必要となる。
であり、この場合には、全方向型トレッドミル(treadmi
ll)300が配設され、これにより、ユーザーが実際に環境
200の外に出ることなく任意の方向に歩行することが可
能となる。ユーザーが歩行する際に、イメージ生成器71
は、全方向型トレッドミル300から入力信号を受信す
る。該入力信号が使用されて、視覚的表示装置20上に表
示するためにイメージ生成器71により生成されるべきイ
メージが決定される。全方向型トレッドミル300からの
入力信号は、全方向型トレッドミルの速度及び方向を表
すことができる。この場合、全方向型トレッドミル300
の速度及び方向は、該全方向型トレッドミル300上での
ユーザーの動き又は足の運びによる影響を受ける。この
入力信号を使用して、相対的な速度及び方向といったユ
ーザーに関する運動情報をイメージ生成器71へ提供する
ことができる。イメージ生成器71は、全方向型トレッド
ミル300からの該入力信号に従って、視覚的表示装置20
上に表示するイメージを調節し又は変化させることがで
きる。例えば、全方向型トレッドミル300からの信号
が、ユーザーの移動速度が増大していることを示す場合
に、イメージ生成器71は、例えば視覚的表示装置20上に
表示するイメージをより速く表示して、該視覚的表示装
置20上に表示されているシーン中でより速く歩いている
又は走っている状態と一致するビューをユーザーに提供
する。全方向型トレッドミル300の代わりに歩数計を使
用してかかる移動情報を提供することも可能である。こ
の移動情報の生成方法では、エンクロージャ100の中心
からのユーザーの最大偏倚を該エンクロージャ100の半
径よりも小さい距離に制限することが必要となる。
【００２０】図５はエンクロージャ100の内面110を示し
ており、該内面110は、独特の表面特性即ちパターンを
有している。該実施形態では、説明の容易化のため、該
パターンを英数字で表している。これは、本発明を説明
するにあたり英数字が識別がより容易なものであるから
である。しかし、かかる英数字を、本発明により企図す
る内面110の実際のパターンとして用いることも可能で
ある。
ており、該内面110は、独特の表面特性即ちパターンを
有している。該実施形態では、説明の容易化のため、該
パターンを英数字で表している。これは、本発明を説明
するにあたり英数字が識別がより容易なものであるから
である。しかし、かかる英数字を、本発明により企図す
る内面110の実際のパターンとして用いることも可能で
ある。
【００２１】図５には、第一の（すなわち基準）スナッ
プショット（REF）41、第二の（すなわち比較）スナッ
プショット（CMP）42、及び共有領域45が示されてい
る。スナップショットREF41,CMP42は、所定の面積（例
えば300mmx300mm）を表すものである。
プショット（REF）41、第二の（すなわち比較）スナッ
プショット（CMP）42、及び共有領域45が示されてい
る。スナップショットREF41,CMP42は、所定の面積（例
えば300mmx300mm）を表すものである。
【００２２】環境200内での表示ユニット10の使用時
に、イメージャ32は、エンクロージャ100の内面110の第
一のスナップショット（イメージ）を基準スナップショ
ット（REF）として取得する。この基準スナップショッ
トデータ（REF）はメモリ75に格納される。所定時間の
経過後に、イメージャ32は、エンクロージャ100の内面1
10の第二のスナップショットを比較（CMP）スナップシ
ョット42として取得する。次いで、ナビゲーションエン
ジン70により、CMP42を表すデータが、メモリ75に格納
されているREF41を表すデータと比較される。より詳細
には、CMPデータは、メモリ75に格納されているREFイメ
ージデータと数学的に相互に関係付けされて、第一の
（REF）スナップショット41と第二の（CMP）スナップシ
ョット42との間のX,Y両方向におけるオフセットが決定
される。イメージの相関付け(image correlation)に関
する分野の当業者には多くの相関方法が既知である。相
関付け計算は、例えば、次の数１に基づいて行うことが
可能である。
に、イメージャ32は、エンクロージャ100の内面110の第
一のスナップショット（イメージ）を基準スナップショ
ット（REF）として取得する。この基準スナップショッ
トデータ（REF）はメモリ75に格納される。所定時間の
経過後に、イメージャ32は、エンクロージャ100の内面1
10の第二のスナップショットを比較（CMP）スナップシ
ョット42として取得する。次いで、ナビゲーションエン
ジン70により、CMP42を表すデータが、メモリ75に格納
されているREF41を表すデータと比較される。より詳細
には、CMPデータは、メモリ75に格納されているREFイメ
ージデータと数学的に相互に関係付けされて、第一の
（REF）スナップショット41と第二の（CMP）スナップシ
ョット42との間のX,Y両方向におけるオフセットが決定
される。イメージの相関付け(image correlation)に関
する分野の当業者には多くの相関方法が既知である。相
関付け計算は、例えば、次の数１に基づいて行うことが
可能である。
【００２３】
【数１】
【００２４】ここで、rm,n及びcm,nは、それぞれREF及
びCMPスナップショットの点｛m,n｝におけるピクセル値
を表し、i,jは、REF及びCMPスナップショット間のオフ
セットを表している。
びCMPスナップショットの点｛m,n｝におけるピクセル値
を表し、i,jは、REF及びCMPスナップショット間のオフ
セットを表している。
【００２５】エンクロージャ100の内面110のうち各スナ
ップショットの対象となる面積は、典型的には、エンク
ロージャ100の内面110全体のサイズ（面積）よりも大幅
に小さいものとなる。表示ユニット10が移動すると、イ
メージャ32もまたエンクロージャ100の内面110に対して
移動する。このため、イメージャ32が見る（イメージ化
する）シーンもまた変化する。
ップショットの対象となる面積は、典型的には、エンク
ロージャ100の内面110全体のサイズ（面積）よりも大幅
に小さいものとなる。表示ユニット10が移動すると、イ
メージャ32もまたエンクロージャ100の内面110に対して
移動する。このため、イメージャ32が見る（イメージ化
する）シーンもまた変化する。
【００２６】相関計算を効果的に実行するために、REF
スナップショット中に含まれるエンクロージャ100の内
面110の細部は、CMPスナップショット中に含まれるエン
クロージャ100の内面110の細部と何らかの共通性（共通
領域45）を有するべきである。換言すれば、REFスナッ
プショットが取得されるポイントとCMPスナップショッ
トが取得されるポイントとの間でイメージャ32が移動す
る距離は、CMPスナップショットがREFスナップショット
との共有部分を有さなくなるほど大きくなることはでき
ない。該共有部分が存在しない状況が発生すると、表示
ユニット10は、環境中で「迷子(lost)」になり、即ち
「領域外(out of bounds)」となる。表示ユニット10の
相対位置の追跡を円滑に機能させるために、ナビゲーシ
ョン面のCMPスナップショットは、第一のREFスナップシ
ョットイメージ中にも現れるナビゲーション面の細部の
少なくとも一部を含んでいるべきである。
スナップショット中に含まれるエンクロージャ100の内
面110の細部は、CMPスナップショット中に含まれるエン
クロージャ100の内面110の細部と何らかの共通性（共通
領域45）を有するべきである。換言すれば、REFスナッ
プショットが取得されるポイントとCMPスナップショッ
トが取得されるポイントとの間でイメージャ32が移動す
る距離は、CMPスナップショットがREFスナップショット
との共有部分を有さなくなるほど大きくなることはでき
ない。該共有部分が存在しない状況が発生すると、表示
ユニット10は、環境中で「迷子(lost)」になり、即ち
「領域外(out of bounds)」となる。表示ユニット10の
相対位置の追跡を円滑に機能させるために、ナビゲーシ
ョン面のCMPスナップショットは、第一のREFスナップシ
ョットイメージ中にも現れるナビゲーション面の細部の
少なくとも一部を含んでいるべきである。
【００２７】イメージャ32の移動が進行すると、CMP及
びREFスナップショットの重なり（共有領域）が小さく
なる。極端な場合には、図６にREFスナップショット41
及びスナップショット48で示すように、CMP及びREFイメ
ージの重なり（共通領域）が零となる。この場合には、
イメージャ32は「迷子」状態になり、表示ユニット10の
相対位置を正しく報告することができなくなる。しか
し、本発明では、CMPスナップショットとREFスナップシ
ョットとの間の共有領域が所定の共有（重なり）面積又
は百分率まで小さくなった際に、CMPスナップショット
がメモリ75にコピーされ、これが新たなREFスナップシ
ョットとなる。この手順は、再基準化(re-referencing)
手順又はREREFと呼ばれるものである。該REFEFの直後に
は、CMPスナップショットとREFスナップショットとが同
一となり、これは、相関付けのために完全な又は全体的
な重複（共有）が存在することを意味している。
びREFスナップショットの重なり（共有領域）が小さく
なる。極端な場合には、図６にREFスナップショット41
及びスナップショット48で示すように、CMP及びREFイメ
ージの重なり（共通領域）が零となる。この場合には、
イメージャ32は「迷子」状態になり、表示ユニット10の
相対位置を正しく報告することができなくなる。しか
し、本発明では、CMPスナップショットとREFスナップシ
ョットとの間の共有領域が所定の共有（重なり）面積又
は百分率まで小さくなった際に、CMPスナップショット
がメモリ75にコピーされ、これが新たなREFスナップシ
ョットとなる。この手順は、再基準化(re-referencing)
手順又はREREFと呼ばれるものである。該REFEFの直後に
は、CMPスナップショットとREFスナップショットとが同
一となり、これは、相関付けのために完全な又は全体的
な重複（共有）が存在することを意味している。
【００２８】上記手順の代替策は、エンクロージャ100
の内面110の一連のスナップショットを取得してそのデ
ータをメモリ75に格納することにより、エンクロージャ
100の内面110全体の累積的なスナップショットを取得す
ることを伴うものとなる。該格納されたデータは、内面
110全体を累積的に表すもの（累積スナップショッ
ト）、又はそのうちの選択された部分を表すものとな
る。その後、使用時に表示ユニット10が移動すると、内
面110の比較スナップショット（CMP）が、内面110から
取得されて、メモリ75中に格納されている累積スナップ
ショットデータと比較される。この代替策は、増大した
スナップショットデータに適応するために、より大掛か
りなハードウエア、特にメモリを必要とする。しかし、
この代替策は、CMPスナップショットがREFスナップショ
ットと細部の共有を有さない場合（表示ユニット10が迷
子状態になった場合）に相関計算が実行できなくなる可
能性を排除するものとなる。これは、エンクロージャ10
0の内面110の全ての細部がメモリ75中に記憶されるから
である。エンクロージャ100の内面110は、光学相関器30
のイメージャ32により監視されることになる全表面積に
わたり連係したテクスチャ即ちパターンを有するのが好
ましい。しかし、エンクロージャ100の内面110のイメー
ジ化される表面は、ランダムなテクスチャを有すること
も可能であることに留意されたい。
の内面110の一連のスナップショットを取得してそのデ
ータをメモリ75に格納することにより、エンクロージャ
100の内面110全体の累積的なスナップショットを取得す
ることを伴うものとなる。該格納されたデータは、内面
110全体を累積的に表すもの（累積スナップショッ
ト）、又はそのうちの選択された部分を表すものとな
る。その後、使用時に表示ユニット10が移動すると、内
面110の比較スナップショット（CMP）が、内面110から
取得されて、メモリ75中に格納されている累積スナップ
ショットデータと比較される。この代替策は、増大した
スナップショットデータに適応するために、より大掛か
りなハードウエア、特にメモリを必要とする。しかし、
この代替策は、CMPスナップショットがREFスナップショ
ットと細部の共有を有さない場合（表示ユニット10が迷
子状態になった場合）に相関計算が実行できなくなる可
能性を排除するものとなる。これは、エンクロージャ10
0の内面110の全ての細部がメモリ75中に記憶されるから
である。エンクロージャ100の内面110は、光学相関器30
のイメージャ32により監視されることになる全表面積に
わたり連係したテクスチャ即ちパターンを有するのが好
ましい。しかし、エンクロージャ100の内面110のイメー
ジ化される表面は、ランダムなテクスチャを有すること
も可能であることに留意されたい。
【００２９】図６は、本発明の方法を示すフローチャー
トである。エンクロージャ100の内面110の基準スナップ
ショット（REF）がイメージャ32によりイメージングさ
れる（201）。基準スナップショット（REF）がメモリ75
に格納される（202）。所定時間の経過後（203）、エン
クロージャ100の内面110の比較スナップショット（CM
P）がイメージャ32により取得される（204）。前記基準
スナップショット（REF）と前記比較スナップショット
（CMP）との相互の相関付けを介して、ナビゲーション
エンジン70が、表示ユニット10の相対的な位置及び角度
を計算する（205）。該ステップ205の計算結果に従い、
表示ユニット10の位置及び角度がコントローラ71へ報告
される（206）。基準スナップショット（REF）が取得さ
れてから表示ユニット10が所定の距離だけ（又はCMP及
びREFスナップショット間の共有面積が所定の共有面積
よりも小さくなるポイントまで）移動したか否かが判定
される（207）。該ステップ207で、表示ユニット10が所
定の距離を超えて移動した（領域外に接近した）と判定
された場合には、ステップ206で取得した比較スナップ
ショット（CMP）がメモリ75に格納され、これが新たなR
EFスナップショットとなる（208）。
トである。エンクロージャ100の内面110の基準スナップ
ショット（REF）がイメージャ32によりイメージングさ
れる（201）。基準スナップショット（REF）がメモリ75
に格納される（202）。所定時間の経過後（203）、エン
クロージャ100の内面110の比較スナップショット（CM
P）がイメージャ32により取得される（204）。前記基準
スナップショット（REF）と前記比較スナップショット
（CMP）との相互の相関付けを介して、ナビゲーション
エンジン70が、表示ユニット10の相対的な位置及び角度
を計算する（205）。該ステップ205の計算結果に従い、
表示ユニット10の位置及び角度がコントローラ71へ報告
される（206）。基準スナップショット（REF）が取得さ
れてから表示ユニット10が所定の距離だけ（又はCMP及
びREFスナップショット間の共有面積が所定の共有面積
よりも小さくなるポイントまで）移動したか否かが判定
される（207）。該ステップ207で、表示ユニット10が所
定の距離を超えて移動した（領域外に接近した）と判定
された場合には、ステップ206で取得した比較スナップ
ショット（CMP）がメモリ75に格納され、これが新たなR
EFスナップショットとなる（208）。
【００３０】更に、本発明により提供される没入型表示
システムは、既存の加速計ベースの没入型表示システム
を拡張させるために使用することが可能なものであり、
この場合には、重力に関する上下動をより精確に確立す
ると共に、ユーザの頭部の動きと該ユーザーを取り囲む
領域中のオブジェクト／構造物の動きとを明確に区別す
ることが可能となる。
システムは、既存の加速計ベースの没入型表示システム
を拡張させるために使用することが可能なものであり、
この場合には、重力に関する上下動をより精確に確立す
ると共に、ユーザの頭部の動きと該ユーザーを取り囲む
領域中のオブジェクト／構造物の動きとを明確に区別す
ることが可能となる。
【００３１】上述した本発明の実施形態（特に「好適
な」実施形態）は、単に本発明の原理を明確に理解する
ために提示したものであって単なる考え得る実例に過ぎ
ないものである。上述の本発明の実施形態は、本発明の
原理から実質的に逸脱することなく多くの変更及び改変
が可能なものである。かかる変更及び改変は、本発明の
範囲に含まれるものであり、特許請求の範囲により保護
されるものである。
な」実施形態）は、単に本発明の原理を明確に理解する
ために提示したものであって単なる考え得る実例に過ぎ
ないものである。上述の本発明の実施形態は、本発明の
原理から実質的に逸脱することなく多くの変更及び改変
が可能なものである。かかる変更及び改変は、本発明の
範囲に含まれるものであり、特許請求の範囲により保護
されるものである。
【００３２】以下では、本発明の種々の構成要件の組み
合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．光学相関器(30)を含む表示ユニット(10)と、該光学
相関器からのイメージ出力信号に基づいてイメージを表
示する視覚的表示装置(20)とを備えている、表示システ
ム。 ２．前記視覚的表示装置(20)が液晶表示装置を含む、前
項１に記載の表示システム。 ３．前記光学相関器(30)が、イメージャ(32)と、該イメ
ージャ(32)上へ光を集束させる光学系(34)とを含む、前
項２に記載の表示システム。 ４．前記光学相関器(30)が、表面(110)を光学的に監視
し、該監視に従って前記イメージ出力信号を生成する、
前項３に記載の表示システム。 ５．前記表面(110)が所定の環境(200)内の構造物を含
む、前項４に記載の表示システム。 ６．光学相関手段(30)と、該光学相関手段(30)からのイ
メージ出力信号に基づいてイメージを表示する視覚的表
示手段(20)と、接続された装置(71)へ信号を伝送するた
めのインタフェイス手段(72)とを備えている、視覚的表
示装置。 ７．前記光学相関手段(30)が、所定の表面を光学的に監
視し、該監視に基づいて前記イメージ出力信号を生成す
る、前項６に記載の視覚的表示装置。 ８．前記光学相関手段(30)がイメージャ(32)を含む、前
項７に記載の視覚的表示装置。 ９．前記光学相関手段(30)が更に光学系(34)を含む、前
項８に記載の視覚的表示装置。 10．表示装置上にイメージを表示する方法であって、光
学相関器により生成された位置信号であって所定の環境
の表面のイメージを表す位置信号を受信し(204)、該位
置信号に基づいてユーザーに関する相対的な位置を判定
し(205)、該判定された相対的な位置に従って表示装置
上に表示するためのイメージを生成し(207)、該イメー
ジを前記表示装置上に表示して前記ユーザーに見せる(2
09)、という各ステップを含む、表示装置上にイメージ
を表示する方法。
合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．光学相関器(30)を含む表示ユニット(10)と、該光学
相関器からのイメージ出力信号に基づいてイメージを表
示する視覚的表示装置(20)とを備えている、表示システ
ム。 ２．前記視覚的表示装置(20)が液晶表示装置を含む、前
項１に記載の表示システム。 ３．前記光学相関器(30)が、イメージャ(32)と、該イメ
ージャ(32)上へ光を集束させる光学系(34)とを含む、前
項２に記載の表示システム。 ４．前記光学相関器(30)が、表面(110)を光学的に監視
し、該監視に従って前記イメージ出力信号を生成する、
前項３に記載の表示システム。 ５．前記表面(110)が所定の環境(200)内の構造物を含
む、前項４に記載の表示システム。 ６．光学相関手段(30)と、該光学相関手段(30)からのイ
メージ出力信号に基づいてイメージを表示する視覚的表
示手段(20)と、接続された装置(71)へ信号を伝送するた
めのインタフェイス手段(72)とを備えている、視覚的表
示装置。 ７．前記光学相関手段(30)が、所定の表面を光学的に監
視し、該監視に基づいて前記イメージ出力信号を生成す
る、前項６に記載の視覚的表示装置。 ８．前記光学相関手段(30)がイメージャ(32)を含む、前
項７に記載の視覚的表示装置。 ９．前記光学相関手段(30)が更に光学系(34)を含む、前
項８に記載の視覚的表示装置。 10．表示装置上にイメージを表示する方法であって、光
学相関器により生成された位置信号であって所定の環境
の表面のイメージを表す位置信号を受信し(204)、該位
置信号に基づいてユーザーに関する相対的な位置を判定
し(205)、該判定された相対的な位置に従って表示装置
上に表示するためのイメージを生成し(207)、該イメー
ジを前記表示装置上に表示して前記ユーザーに見せる(2
09)、という各ステップを含む、表示装置上にイメージ
を表示する方法。
【図１】本発明の没入型表示システムを示す説明図であ
る。
る。
【図２】特定環境内で本発明の没入型表示システムを示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】光学相関器を示す説明図である。
【図４】本発明の代替実施例を示す説明図である。
【図５】独特な表面特性を有する内面を示す説明図であ
る。
る。
【図６】本発明の方法を示すフローチャートである。
10：表示ユニット 20：表示装置 30：光学相関器 32：イメージャ 34：光学系 71：接続システム 72：インタフェイス 110：内面 200：環境
10 表示ユニット 20 視覚的表示装置 30 光学相関器 71 イメージ生成器 200 環境
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04 (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ピエール・エイチ・マーツ アメリカ合衆国カリフォルニア州94085, サニーベイル，サン・ジュアン・ドライ ブ・849 (72)発明者 バークレイ・ジェイ・チュリス アメリカ合衆国カリフォルニア州94303, パロアルト，グインダ・ストリート・1795 Ｆターム(参考） 5B087 AA07 AA09 AB05 BC05 BC11 BC26 BC32 DD09 5C054 CC03 FC01 FC15 FD03 GA01 GB01 GB11 GB12 HA16 5C061 AA21 AB12 AB24 5E501 AA30 BA05 CA04 CC07 EB06 FA36 FB22
Claims (1)
- 【請求項１】光学相関器(30)を含む表示ユニット(10)
と、 該光学相関器からのイメージ出力信号に基づいてイメー
ジを表示する視覚的表示装置(20)とを備えている、表示
システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/563182 | 2000-05-02 | ||
| US09/563,182 US6552698B1 (en) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | Immersive display system |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002091696A true JP2002091696A (ja) | 2002-03-29 |
| JP2002091696A5 JP2002091696A5 (ja) | 2008-06-05 |
| JP4758560B2 JP4758560B2 (ja) | 2011-08-31 |
Family
ID=24249442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001130491A Expired - Fee Related JP4758560B2 (ja) | 2000-05-02 | 2001-04-27 | 没入型表示システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6552698B1 (ja) |
| EP (1) | EP1152279B1 (ja) |
| JP (1) | JP4758560B2 (ja) |
| DE (1) | DE60140232D1 (ja) |
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| US9904055B2 (en) | 2014-07-25 | 2018-02-27 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Smart placement of virtual objects to stay in the field of view of a head mounted display |
| US10311638B2 (en) | 2014-07-25 | 2019-06-04 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Anti-trip when immersed in a virtual reality environment |
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| US10416760B2 (en) | 2014-07-25 | 2019-09-17 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Gaze-based object placement within a virtual reality environment |
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