JP2002112287A

JP2002112287A - 仮想現実呈示システム

Info

Publication number: JP2002112287A
Application number: JP2000297243A
Authority: JP
Inventors: Mineko Kobayashi; 峯子小林; Minoru Kawarada; 稔川原田; Hitoshi Tsurumaki; 均鶴巻; Toshiyuki Oshita; 俊之大下; Kenichi Harakawa; 健一原川
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】体験施設１０を複数の区分領域に分割し、各
区分領域を観察者２０が自由に移動できると共に、各区
分領域で異なる仮想世界の画像情報を観察できると共
に、実際の遺跡１２も観察できる仮想現実呈示システム
を提供する。【解決手段】体験施設１０が複数の区分領域で構成さ
れる。ヘッド・マウント・ディスプレイ装置（ＨＭＤ）
２２が発生する識別コードを検出アンテナＤが受信し
て、ＨＭＤが複数の区分領域の内のどの区分領域に存在
するかを検出すると共に、検出された区分領域内でどの
方向を向いているかを検出する。蓄積手段に複数の区分
領域毎に異なる画像情報を蓄積し、抽出手段が対応区分
領域の画像情報の内、検出した方向に応じた部分を蓄積
手段から抽出する。抽出した仮想画像をＨＭＤに表示す
る。観察者２０は、実際の遺跡１２も同時に観察でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、実際に存在しな
い仮想（想像）世界を画像情報として各体験者（又は観
察者、以下同じ。）用の表示手段に現実世界（現実環
境）と共に表示する仮想現実呈示システムに関し、特
に、施設内を体験者が移動する際に、体験者が施設内の
どの区分領域に存在するかに応じて画像情報を変更して
種々な仮想現実を体験させる仮想現実呈示システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】遺跡展示館、博物館、テーマ・パーク、
アミューズメント施設などの各施設では、観察者（体験
者）が直接的に目視できる現実施設（現実展示物）の他
に、表示手段に表示された仮想施設も合一に観察、体験
できると、体験者の体験度が臨場感と共に高まり、施設
の付加価値が高まる。

【０００３】例えば、特開平４−１３８１９１号公報に
は、世界各地の町並みなどを実際に製作した施設が記載
されている。また、特開平８−１１７４５１号公報に
は、建造物、動物、植物等の風景以外に温度、湿度、音
響などを加えて、エジプト地域、北極地域、熱帯雨林地
域などを模倣した施設が記載されている。

【０００４】しかし、これらの施設では、観察者は、目
視については、直接的に目えるものしか体験できない。

【０００５】特開平７−２５３７５１号公報には、多数
の観客用の座席が同時に姿勢制御できる床に取り付けら
れ、その姿勢に応じて大スクリーンに仮想画像が表示さ
れる体感映像装置が記載されている。しかし、この体感
映像装置は、観客全員が座席に座り、同じ仮想画像を見
るものである。特開平６−２２４５１９号公報には、操
作に応じてキャラクタの位置と視点が変化する仮想空間
を表示装置に表示する方法が記載されている。しかし、
この仮想空間は、観察者が表示装置の前で観察するもの
である。

【０００６】特開平９−１１３１９１号公報には、観察
者の視点位置や視線方向の動きに追従した立体（ステレ
オ表示）用の画像をヘッド・マウント・ディスプレイ装
置に表示する仮想空間呈示システムが記載されている。
特開平９−２４４５２２号公報には、メモリに蓄積され
た仮想空間内を入力装置の操作に応じて動き回った場合
の画像を表示するシステムが記載されている。しかし、
これらのシステムでは、観察者が実際に動き回ることが
できない。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の
いずれもが、実際に目視できる体験施設の中を体験者が
実際に動き回って体験をするか、又は、仮想の画像を２
次元又は立体で表示手段に表示するものであった。

【０００８】ところで、遺跡展示館のような体験施設の
場合、遺跡自体は、現在、実際に見ることができる実物
であるか又はその複製物である。一方、その遺跡が現実
であった往時の建造物や風俗は、現在、実際に見ること
はできない。そこで、観察者が体験施設内を自由に移動
して、実際の遺跡などを観察できると共に、現在は存在
しない往時の建造物や風俗を仮想画像として同時に観
察、体験できると、観察者は、現実体験及び仮想体験を
同時にできて学習効果が上がり、体験施設の付加価値も
大きく高まる。

【０００９】そのためには、観察者が個人単位で、体験
施設内の各領域を自由に移動できると共に、各領域で異
なる仮想世界の画像情報（仮想情報）を種々観察できる
ことが望まれる。その際、画像情報が観察者の個人単位
で立体画像として表示されることも望ましい。また、画
像情報と共に、現実の施設を実際に観察できると更に望
ましい。

【００１０】したがって、本発明の目的は、体験施設を
複数の区分領域に分割し、各区分領域を観察者（体験
者）が自由に移動できると共に、各区分領域で異なる仮
想世界の画像情報を観察、体験できる仮想現実呈示シス
テムを提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、体験施設内で現実の
施設を観察できると同時に、仮想現実の画像情報も合一
に観察できる仮想現実呈示システムを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段として、請求項１に記載した発明に係る仮想現
実呈示システムは、１ないし複数の区分領域を有する体
験施設（１０）と、１ないし複数の区分領域の内のどの
区分領域に存在するかを検出する領域検出手段（３４）
と、１ないし複数の区分領域毎に異なる画像情報を蓄積
した蓄積手段（３６）と、領域検出手段の検出結果に応
じて、区分領域に対応する画像情報を蓄積手段から抽出
する抽出手段（３８）と、前記抽出手段で抽出された画
像情報を各体験者に個別に表示する表示手段（３０）と
を具えていることを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、検出された区分領域
内で体験者がどの方向を向いているかを検出する方向検
出手段（３４）を更に具え、抽出手段（３８）が領域検
出手段（３４）の検出結果に応じた区分領域の画像情報
の内、方向検出手段（３４）の検出結果に応じた一部分
を前記蓄積手段（３６）から抽出して表示手段（３０）
に供給することを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、少なくとも表示手段
（３０）が体験者用ヘッド・マウント・ディスプレイ装
置（２２）に組み込まれていることを特徴とする。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項３に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、体験施設（１０）
は、体験者が直接的に目視できる現実施設（１２）を有
し、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置（２２）は、
表示手段（３０）に表示された画像及び現実施設（１
２）の両方を体験者が観察できることを特徴とする。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、画像情報は、平面又
は立体表示用画像情報であり、表示手段（３０）は、平
面又は立体表示用画像情報を表示する表示器（６４、６
６）であることを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項３に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、蓄積手段（３６）
は、複数の区分領域の各画像情報に付随したオーディオ
情報も蓄積し、オーディオ情報を出力するオーディオ出
力手段（５６、６８）をヘッド・マウント・ディスプレ
イ装置（２２）に組み込んだことを特徴とする。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項１に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、体験施設（１０）の
複数の区分領域は、対応する画像情報に付随した光、空
気、風及び香りの少なくとも１つを発生することを特徴
とする。

【００１９】請求項８記載の発明は、請求項４に記載し
た仮想現実呈示システムにおいて、現実施設（１２）
は、遺跡であり、画像情報は、遺跡から復元された原位
置の往時の建造物又は往時の風俗であることを特徴とす
る。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項３に記載し
た仮想現実呈示システム（図１〜図７）において、ヘッ
ド・マウント・ディスプレイ装置（２２）は、識別コー
ドを発生し送信するコード発生手段（４８、５０）と、
識別コード付き画像情報を受信する画像受信手段（２
８、５２）と、受信した画像情報を表示する表示手段
（３０）とを有しており、領域検出手段は、識別コード
を受信するコード受信手段（Ｄ、３２）と、このコード
受信手段の出力信号から複数の区分領域の内のどの区分
領域に存在するかを判断する領域判断手段（３４）とを
有しており、方向検出手段は、コード受信手段（Ｄ、３
２）の出力信号から、検出された区分領域内で体験者が
どの方向を向いているかを判断する方向判断手段（３
４）を有しており、抽出手段（３８）からの画像情報に
識別コードを付けてヘッド・マウント・ディスプレイ装
置（２２）に送信する送信手段（４６、Ａ）を更に設け
たことを特徴とする。

【００２１】請求項１０記載の発明は、請求項９に記載
した仮想現実呈示システム（図１〜図７）において、受
信手段（Ｄ１〜Ｄ２５）は、体験施設の複数の区分領域
の各々の角（すみ）又は中央に設けられ、領域判断手段
（３４）は、コード受信手段の各々の出力信号の強度及
び位相のすくなとも一方から区分領域を判断し、方向検
出手段（３４）は、コード受信手段の各々の出力信号の
位相から方向を判断することを特徴とする。

【００２２】請求項１１記載の発明は、請求項３に記載
した仮想現実呈示システム（図８〜図１１）において、
体験施設（１０）には、異なるコードを送信する複数の
送信手段（８４〜９０）が設けられ、ヘッド・マウント
・ディスプレイ装置（２２）は、複数の送信手段からの
コード信号を受信する受信手段（９８）と、この受信手
段が受信したコード信号に応じて区分領域及び方向を検
出する領域検出手段及び方向検出手段（１１０）とを有
することを特徴とする。

【００２３】請求項１２記載の発明は、請求項１１に記
載した仮想現実呈示システム（図８〜図１１）におい
て、方向検出手段は、電子ジャイロ（１１４）を有する
ことを特徴とする。

【００２４】請求項１３記載の発明は、請求項１１に記
載した仮想現実呈示システム（図１２）において、蓄積
手段（１２４）は、ヘッド・マウント・ディスプレイ装
置（２２）内に設けられたことを特徴とする。

【００２５】請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３
のいずれか一に記載した仮想現実呈示システムにおい
て、画像蓄積手段として、画像情報の全領域分を各人の
ヘッド・マウント・ディスプレイに蓄積し、当該領域で
当該画像を抽出することを特徴とする。

【００２６】請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４
のいずれか一に記載した仮想現実呈示システムにおい
て、領域検出手段として、ＧＰＳを利用することを特徴
とする。

【００２７】請求項１６記載の発明は、請求項１〜１５
のいずれか一に記載した仮想現実呈示システムにおい
て、現実施設をカメラで画像化し送信することを特徴と
する。

【００２８】

【本発明の実施の形態及び実施例】以下、添付図を参照
して、請求項１〜１６記載の発明に係る仮想現実呈示シ
ステムの実施例を説明する。

【００２９】図１は、本発明が用いる体験施設１０の平
面図であり、図２は、同体験施設１０の側面図である。
この体験施設１０は、遺跡１２の発掘現場そのものの上
に、又は実際の遺跡を再現した模倣遺跡１２の上に、骨
組み１４の上部に天井１６を設けると共に、側部に側壁
１８を設けている。図１に示すように、体験施設１０
は、４×４の１６個の区分領域に分割されている。体験
者（観察者）２０は、各領域を自由に移動できる。各区
分領域は、エア・カーテンなどで仕切ってもよいが、そ
うした仕切が、観察者の自由な移動を妨げるものではな
い。なお、天井１６及び側壁１８には、必要に応じて、
外界からの外乱を遮蔽する電磁シールドが施される。

【００３０】観察者２０は、ヘッド・マウント・ディス
プレイ装置２２を両目及び頭部に装着し、このヘッド・
マウント・ディスプレイ装置２２を通して遺跡（現実施
設）１２を直接的に、即ち、肉眼で目視する。また、各
領域毎に異なった仮想世界のステレオ（立体）映像、例
えば、遺跡から復元された往時の建造物や、往時の風俗
などのステレオ画像がヘッド・マウント・ディスプレイ
装置２２の表示手段によって観察できる。ヘッド・マウ
ント・ディスプレイ装置２２によって、仮想現実を呈示
する技術は、既に特開平１１−８８９１３号公報その他
に開示されて公知に属する。それらによれば、観察者の
方向によって、表示手段に表示された仮想画像の視点方
向も変化する。よって、観察者は、体験施設１０内を移
動することにより、現実の遺跡（施設）の景観と、区分
領域毎に異なる仮想世界とを同時に重ね合わせて観察す
ることができる。

【００３１】次に、各区分区域毎に異なる画像を観察者
の向きも加味してヘッド・マウント・ディスプレイ装置
２２に表示する構成を説明する。

【００３２】通信媒体に電磁波を用いる場合、図１に示
すように、体験施設１０の中央の天井部分に、送信アン
テナＡを設けると共に、各区分領域の角（すみ）の天井
部分に、受信アンテナＤ１〜Ｄ２５を設ける。ヘッド・
マウント・ディスプレイ装置２２は、デジタル識別コー
ドの電磁波を受信アンテナＤ１〜Ｄ２５に送信し、送信
アンテナＡからの仮想画像情報の電磁波を受信する。な
お、個々に独立した複数のヘッド・マウント・ディスプ
レイ装置２２の各々は、専用のデジタル識別コードを有
している。

【００３３】図３は、ヘッド・マウント・ディスプレイ
装置２２を例示する概略的斜視図である。ヘッド・マウ
ント・ディスプレイ装置２２は、固有のデジタル識別コ
ードの電磁波を送信する右位置送信アンテナ２４及び左
位置送信アンテナ２６と、画像情報等を受信する受信ア
ンテナ２８とを具えている。各アンテナ２４及び２６か
ら送信される識別コードには、拡張子として右を示すコ
ードと左を示すコードが夫々追加されている。また、ヘ
ッド・マウント・ディスプレイ装置２２の前部には、カ
ラー液晶表示器などの表示手段３０が設けられている。
ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２の前部の少な
くとも下側は、液晶表示器３０が半透明状態になってい
るか、又は、液晶表示器の代わりに素通しガラスになっ
ており、観察者は、外界（現実世界）を直接見ることが
できる。なお、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２
２の詳細は、後述する。

【００３４】図４は、本発明による仮想現実呈示システ
ムの本体装置の機能ブロック図である。受信アンテナＤ
１〜Ｄ２５は、体験施設１０の複数の区分領域のいずれ
かに存在するヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２
からの固有のデジタル識別コードを受信する。受信器３
２は、受信アンテナＤ１〜Ｄ２５で受信した信号を増幅
する複数の増幅器と、これら増幅器の出力信号を復調し
て、識別子付きデジタル識別コードを取り出す複数の復
調器（検波器）と、これら複数の復調器のデジタル信号
を順次選択するマルチプレックサ４４とを具えている。
これらアンテナＤ１〜Ｄ２５及び受信器３２は、識別コ
ードを受信するコード受信手段を構成する。

【００３５】領域／方向検出器（領域検出手段及び方向
検出手段）３４は、アンテナＤ１〜Ｄ２５からの識別コ
ードを弁別し、現在、体験施設１０内に出ているヘッド
・マウント・ディスプレイ装置２２の識別コードを順次
検出する。次に、領域／方向検出器３４は、左右の拡張
子を有する第１識別コードについて、アンテナＤ１〜Ｄ
２５の各々の出力信号の相対位相を求める。識別コード
の発振周波数は既知のため、その周期から位相を時間に
変換でき、電磁波の伝搬速度も既知のため、時間から距
離を求めることができる点に留意されたい。領域／方向
検出器３４は、相対位相差の小さい順に識別信号を発生
した４個の受信アンテナを判断する。この４個の受信ア
ンテナで囲まれた区分領域に、ヘッド・マウント・ディ
スプレイ装置２２が存在する。よって、領域／方向検出
器３４は、複数の区分領域のどの区分領域に存在するか
を検出し、区分領域検出信号を発生する領域検出手段と
して作用する。なお、領域検出の際には、各識別コード
の内、右拡張子及び左拡張子のいずれか一方を有する識
別コードのみを試験すればよい。

【００３６】前記の領域／方向検出器３４は、検出した
区分領域において、その区分領域の４角（すみ）に配置
された４個の受信アンテナＤからの右拡張子付き識別コ
ードの相対位相と、左拡張子付き識別コードの相対位相
を求める。なお、一方の拡張子付き識別コードの相対位
相は、区分領域検出の際に既に求めているので、他方の
拡張子付き識別コードについてのみ相対位相を新たに求
めればよい。右拡張子付き識別コードの相対位相から、
区分領域におけるヘッド・マウント・ディスプレイ装置
２２の右アンテナ２４の位置が求まる。また、左拡張子
付き識別コードの相対位相から、区分領域におけるヘッ
ド・マウント・ディスプレイ装置２２の左アンテナ２６
の位置が求まる。右アンテナ２４及び左アンテナ２６の
位置が求まると、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置
２２が向いている方向、即ち、観察者の見ている方向が
求まる。よって、領域／方向検出器３４は、検出された
区分領域で当該観察者がどの方向を向いているかを検出
し、方向検出信号を発生する方向検出手段としても作用
する。なお、領域／方向検出器３４は、予めプログラム
されたソフトウェアにより動作するマイクロプロセッサ
で構成してもよい。

【００３７】画像／オーディオ・データベース３６は、
ハードディスク又は光磁気ディスクなどの蓄積手段で構
成され、体験施設１０の各区分領域毎に、仮想画像情報
及びそれに関連したオーディオ情報を蓄積している。仮
想画像情報は、遺跡から復元された往時の建造物の画像
や、往時の風俗を表す画像である。この画像は、３次元
の立体表示ができるように、右目用画像情報及び左目用
画像情報の両方が対になっている。オーディオ情報は、
その区分領域に存在する遺跡及び仮想画像情報の音声解
説や、その場の雰囲気を表す音響効果音である。なお、
解説情報は、文字情報として、仮想画像内に組み込んで
もよい。よって、このデータベース３６は、複数の区分
領域毎に異なる画像情報を蓄積した蓄積手段として作用
する。

【００３８】図５は、前記の画像／オーディオ・データ
ベース３６に蓄積された１個の仮想画像の蓄積状態を示
す説明図である。１個の仮想画像に割り当てられた蓄積
領域は、ビット・マップ形式であり、各ピクセルは、行
（水平方向）アドレス及び列（垂直方向）アドレスによ
り特定される。各ピクセルには、赤（Ｒ）、緑（Ｂ）及
び青（Ｂ）の複数ビットのデジタル・カラー信号が右目
用及び左目用に蓄積される。ここに蓄積される画像は、
３６０度のパノラマ表示を行うため、終了行アドレスの
隣が開始行アドレスとなり、向きに関係なく、切れ目な
く仮想画像が配置される。図５Ａは、論理的なメモリ空
間を示し、図５Ｂは、３６０度のパノラマ表示における
等化的なメモリ空間を示している。よって、視界空間を
左右に移動させることにより、任意の方向の仮想画像を
観察できる。

【００３９】再び図４の説明に戻る。マイクロプロセッ
サなどで構成された制御器３８は、バス４０を介して、
領域／方向検出器３４及びデータベース３６に結合され
ている。制御器３８は、領域／方向検出器３４からの識
別コード付きの区分領域検出信号及び方向検出信号を受
ける。識別コードから、複数のヘッド・マウント・ディ
スプレイ装置２２の１個を特定できる。制御器３８は、
区分領域検出信号に応じて、その区分領域に対応する画
像情報及びオーディオ情報をデータベース３６から選択
する。また、制御器３８は、方向検出信号に応じて、選
択した画像情報の内の視界空間に対応する画像情報部分
を選択する。次に、制御器３８は、選択した画像情報部
分及びオーディオ情報を、対応するヘッド・マウント・
ディスプレイ装置（ＨＭＤ）用のメモリ４２に転送し、
蓄積する。メモリ４２−１〜４２−Ｎの各々は、画像情
報及びオーディオ情報を順次シリアル伝送するのに適す
る形式で蓄積している。よって、制御器３８は、領域検
出手段の検出結果に応じた区分領域の画像情報の内、方
向検出手段の検出結果に応じた部分を蓄積手段から抽出
する抽出手段として作用する。なお、上述の動作は、体
験施設１０に存在する総て（Ｎ個）のヘッド・マウント
・ディスプレイ装置２２に対して行われる。

【００４０】マルチプレックサ４４は、制御器３８の制
御により、現在、体験施設１０内に存在するヘッド・マ
ウント・ディスプレイ装置２２のメモリ４２を順次選択
し、選択されたメモリから、識別コード、画像情報及び
オーディオ情報を送信器４６に供給する。送信器４６
は、マルチプレックサ４４からのデジタル信号を変調
し、アンテナＡから電磁波として送信する。なお、送信
出力（電磁波の強さ）は、体験施設１０の全体をカバー
できる程度でよい。

【００４１】図６は、ヘッド・マウント・ディスプレイ
装置２２に組み込まれた回路の機能ブロック図である。
コード発生器４８は、各ヘッド・マウント・ディスプレ
イ装置２２の各々に固有の識別コードと、右アンテナ２
４用の右拡張子コード及び左アンテナ２６用の左拡張子
コードとを発生する。この識別コードは、個々のヘッド
・マウント・ディスプレイ装置２２毎に異なる点に留意
されたい。なお、右及び左拡張子コードは、総てのヘッ
ド・マウント・ディスプレイ装置２２に共通でもよい。
送信器５０は、コード発生器４８からの識別コードを変
調し、右拡張子の付いた識別コードの電磁波を右アンテ
ナ２４から送信し、左拡張子の付いた識別コードの電磁
波を左アンテナ２６から送信する。この電磁波の出力の
強さは、体験施設１０の１個の区分領域よりもやや広い
領域に届く程度のものでよい。

【００４２】受信器５２は、コード発生器４８からの識
別コードと、アンテナ２８からの識別コード付き画像情
報及びオーディオ情報とを受ける。また、受信器５２、
コード発生器４８が発生した識別コードと同じ識別コー
ドの付いた画像情報及びオーディオ情報を識別し、画像
情報をメモリ制御回路５４に供給すると共に、オーディ
オ情報をオーディオ回路５６に供給する。メモリ制御回
路５４は、画像情報の内、右目用画像情報をビット・マ
ップ形式の右目用画像メモリ５８に蓄積すると共に、左
目用画像情報をビット・マップ形式の左目用画像メモリ
６０に蓄積する。各メモリ５８及び６０の容量は、図５
に示す視界空間に相当する分の画像情報を蓄積するのに
充分な容量である。

【００４３】表示制御回路６２は、右目用画像メモリ５
８から右目用画像を読み出し、右目用表示器６４に表示
すると共に、左目用画像メモリ６０から左目用画像を読
み出し、左目用表示器６６に表示する。これら表示器６
４及び６６は、カラー液晶表示器であり、ヘッド・マウ
ント・ディスプレイ装置２２の右目前方及び左目前方に
配置されている。ヘッド・マウント・ディスプレイ装置
２２の前面全体にわたって、半透明カラー液晶表示器を
配置してもよい。その場合、液晶表示器用のバック・ラ
イトは不要であり、外界の光を利用する。よって、観察
者は、液晶表示器を介して、外界の遺跡（現実世界、現
実環境）を直接的に目視できると共に、液晶に表示され
た仮想画像も合一に観察できる。液晶表示器の下側部分
のみを半透明として、下側のみで外界を直接的に目視で
きるようにしてもよい。この場合、液晶表示器には、バ
ックライトが必要である。さらに、ヘッド・マウント・
ディスプレイ装置２２の前面の下側部分に液晶表示器を
設けずに素通しガラスにしてもよい。観察者が方向を変
えたり、別の区分領域に入ると、新たな画像情報が本体
装置から送信されてきて、その画像が表示される。

【００４４】オーディオ回路５６は、受信器５２からの
オーディオ・デジタル信号を蓄積するオーディオ信号用
メモリと、このメモリから読出されたオーディオ・デジ
タル信号をアナログ信号に変換するアナログ・デジタル
変換器及び前記アナログ・デジタル変換器からのアナロ
グ・オーディオ信号を増幅する増幅器とを具えている。
増幅されたアナログ・オーディオ信号は、観察者の耳部
分に相当するヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２
のバンド部分に配置されたスピーカ（ヘッドホーン）６
８に供給される。これらオーディオ回路５６及びスピー
カ６８がオーディオ出力手段を構成する。なお、オーデ
ィオ信号は、ステレオであっても、モノラルであっても
よいが、臨場感を増すためには、ステレオが望ましい。
観察者が、特定の一つの区分領域に入った場合、次にこ
の区分領域を出るまでは、新たなオーディオ信号を受信
する必要がない。また、観察者は、新たな区分領域に入
ると、オーディオ回路５６は、新たにオーディオ情報を
開始部分から受信し蓄積する。よって観察者は、新たな
区分領域に入った際、解説などのオーディオ情報を途中
からではなく、常に開始部分から聞くことができる。

【００４５】ここまでは本発明の第１実施例の仮想現実
呈示システムの本体装置（図４）及びヘッド・マウント
・ディスプレイ装置（図６）の動作を別々に説明した。
次には図７の流れ図を参照して、本発明の第１実施例の
全体的な動作を一連の流れで説明する。なお、各ステッ
プの動作は、既に詳細に上述したので、簡単に説明す
る。

【００４６】ステップ７０において、ヘッド・マウント
・ディスプレイ装置（ＨＭＤ）２２が、コード発生器４
８、送信器５０及びアンテナ２４、２６により、自己の
識別コードを送信する。

【００４７】ステップ７２において、体験施設１０の各
区分領域の角（すみ）に配置されたアンテナＤ１〜Ｄ２
５及び受信器３２が識別コードを受信し、領域／方向検
出器３４が各識別コードのアンテナＤ１〜Ｄ２５におけ
る位相を検出する。

【００４８】ステップ７４では、図４の領域／方向検出
器３４が、検出した識別コードの位相から、ヘッド・マ
ウント・ディスプレイ装置２２の存在する区分領域を判
断する共に、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２
の方向、即ち、観察者の正面方向を判断する。

【００４９】ステップ７５では、制御器３８が領域及び
方向の少なくとも一方に変化があるか否かを判断する。
変化がある場合（イエス）はステップ７６に進み、変化
がない場合（ノー）はステップ７０に戻る。なお、第１
回目の判断は、区分領域及び方向の両方に変化があった
としてステップ７６に進む。ステップ７６において、制
御器３８は、判断された区分領域から、画像／オーディ
オ・データベース３６に蓄積されている仮想画像の種類
と、オーディオ情報とを選択し、判断された方向から、
選択した仮想画像の一部を更に選択する。なお、検出区
分領域に変化がない場合には、オーディオ情報の更新は
行わない。

【００５０】ステップ７８では、制御器３８が、選択し
た部分画像情報及びオーディオ情報を対応するヘッド・
マウント・ディスプレイ装置用メモリ４２に蓄積する。

【００５１】ステップ８０では、ヘッド・マウント・デ
ィスプレイ装置用メモリ４２−１〜４２−Ｎの内、体験
施設１０内に存在するヘッド・マウント・ディスプレイ
装置２２用の画像情報及びオーディオ情報を順次マルチ
プレックサ４４で選択し、送信器４６及びアンテナＡに
より送信する。

【００５２】ステップ８２では、ヘッド・マウント・デ
ィスプレイ装置２２が、受信した自分用の画像情報及び
オーディオ情報を再生する。ステップ８２が終わるとス
テップ７０に戻り、ステップ７０〜８２の動作を繰り返
す。

【００５３】したがって、本発明の仮想現実呈示システ
ムによれば、観察者は、ヘッド・マウント・ディスプレ
イ装置２２を装着したまま、体験施設１０の中を自由に
移動できると共に、各区分領域毎に異なるステレオ仮想
画像を観察できる。しかも、そのステレオ仮想画像は、
観察者が向く方向に応じて、３６０度のパノラマの任意
の方向となる。また、体験施設１０には、遺跡などの現
実世界の施設、環境が設けられており、観察者は、ヘッ
ド・マウント・ディスプレイ装置２２を介して外界も直
接目視できる。そのため、ステレオ画像による仮想世界
と、遺跡などの現実世界との両方の映像を重ねて同時に
観察できる。その際、各区分領域に応じたオーディオ情
報も再生されるので、解説を聞くことができると共に、
効果音によって一層臨場感を高めることができる。

【００５４】上述の第１実施例では、臨場感を高めるた
めの補助手段としてオーディオ情報を用いたが、さらに
臨場感を高めるために、各区分領域の天井部分に、その
場面に応じた風、空気或いは香りなどを発生する装置を
設けてもよい。この場合、各区分領域の境界をエア・カ
ーテンで仕切り、風、空気及び香りが他の区分領域に広
がらないようにするのがよい。また、各区分領域の天井
に、その雰囲気に合った照明装置を設けることもよい。

【００５５】次に、本発明の仮想現実呈示システムの第
２実施例を説明する。

【００５６】体験施設１０は、図８の平面図に示すよう
に、第１実施例と同様に１６個の区分領域に分割されて
いるが、４個の識別コード送信用アンテナＣ１〜Ｃ４が
体験施設１０の天井の４角（すみ）に配置されている。
また、情報送信用アンテナＤが体験施設１０の中心の天
井に配置されている。

【００５７】図９は、本発明の仮想現実呈示システムの
第２実施例における本体装置の機能ブロック図である。
コード送信器８４は、体験施設１０の第１角（すみ）を
表す第１位置コードのデジタル信号を変調して、アンテ
ナＣ１から送信する。コード送信器８６は、体験施設１
０の第２角を表す第２位置コードのデジタル信号を変調
して、アンテナＣ２から送信する。同様に、コード送信
器８８及び９０は、体験施設１０の第３角及び第４角を
表す第３位置コード及び第４位置コードのデジタル信号
を夫々変調して、アンテナＣ３及びＣ４から夫々送信す
る。データベース９２は、上述の第１実施例と同様に、
ハードディスク又は光磁気ディスクの蓄積手段であり、
各領域毎の画像情報及びオーディオ情報を蓄積してい
る。送信器９４は、データベース９２から、１６個の各
区分領域の画像情報及びオーディオの対を同時に読み出
し、各対に領域コードを付加して、多重変調してアンテ
ナＤから送信する。

【００５８】図１０は、本発明の仮想現実呈示システム
の第２実施例におけるヘッド・マウント・ディスプレイ
装置２２の機能ブロック図である。受信アンテナ９６
は、位置コード送信アンテナＣ１〜Ｃ４及び情報送信ア
ンテナＤからの電磁波を受信する。なお、この受信アン
テナ９６は、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２
の右側に取り付けられた右位置アンテナ９６Ｒと、左側
に取り付けられた左位置アンテナ９６Ｌとから構成され
ている。受信器９８は、アンテナ９６の出力信号を復調
し、４つの位置コード信号を領域／方向検出器１００に
供給すると共に、画像情報、オーディオ情報及び位置コ
ードをデータ選択器１０２に供給する。領域／方向検出
器１００は、アンテナ９６Ｒ及び９６Ｌの一方が受信し
た４つの位置コード信号の位相から、アンテナＣ１〜Ｃ
４の各々に対する相対位置を求め、ヘッド・マウント・
ディスプレイ装置２２を装着した観察者が１６個の区分
領域のどこにいるかを判断する。

【００５９】また、領域／方向検出器１００は、受信ア
ンテナ９６Ｒ及び９６Ｌの両方が夫々受信した４つの位
置コード信号の位相から、送信アンテナＣ１〜Ｃ４の各
々に対する受信アンテナ９６Ｒ及び９６Ｌの相対位置を
求め、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２がどの
方向を向いているかを判断する。なお、受信アンテナ９
６Ｒ及び９６Ｌの一方の位置は、既に、領域判断の際に
求めているので、ここで新たに求める必要はない。デー
タ選択器１０２は、領域／方向検出器１００の検出した
区分領域に対応する領域コードを有する画像情報及びオ
ーディオ情報を選択し、メモリ１０４に蓄積する。な
お、受信した画像情報は、特定の区分領域におけるパノ
ラマの立体画像情報なので、メモリ１０４の画像蓄積領
域は、図５に示したようなビット・マップ形式である。

【００６０】表示制御回路１０６は、領域／方向検出器
１００からの方向検出信号を受け、メモリ１０４の３６
０度パノラマ仮想画像情報から対応する視界空間を抽出
する。抽出した画像情報は、第１実施例と同様な表示器
１０８に供給して、立体表示を行う。オーディオ回路１
１０は、メモリ１０４からのデジタル・オーディオ情報
を受け、アナログ信号に変換して、スピーカ（ヘッドホ
ーン）１１２へ供給する。領域／方向検出器１００、デ
ータ選択器１０２及び表示制御回路１０６は、マイクロ
プロセッサにより実現してもよい。

【００６１】なお、必要に応じて電子ジャイロ１１４を
設けて、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２の向
きを位置コード１〜４を用いずに検出してもよい。ま
た、位置コード及び電子ジャイロを同時に使用してもよ
い。

【００６２】図１１は、上記第２実施例の全体的な動作
の流れ図を示す。なお、本体装置（図９）は、位置コー
ド１〜４と、領域コード付き画像情報及びオーディオ情
報とを常に送信し続けている。

【００６３】ステップ１１６において、ヘッド・マウン
ト・ディスプレイ装置（ＨＭＤ）２２が、アンテナＣ１
〜Ｃ４からの位置コード信号を受信する。

【００６４】ステップ１１８において、領域／方向検出
器１００が、位置コード１〜４に応じて、ヘッド・マウ
ント・ディスプレイ装置２２の位置及び方向を検出す
る。

【００６５】ステップ１２０では、検出した区分領域に
対応する画像情報及びオーディオ情報のみをメモリ１０
４（図１０）に蓄積する。

【００６６】ステップ１２２において、領域／方向検出
器１００が検出した方向に応じて、蓄積した画像情報か
ら視界範囲の画像情報のみを抽出して表示すると共に、
オーディオ情報を再生する。その後はステップ１１６に
戻り、上述のステップを繰り返す。

【００６７】図８〜図１１を参照して説明した本発明の
第２実施例は、図１〜図７を参照して説明した本発明の
第１実施例に比較して、本体装置の構成が簡単になる
が、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２の構成が
複雑となる。しかし、体験施設１０内で稼働するヘッド
・マウント・ディスプレイ装置２２の台数が多い場合に
は、良好な応答特性を維持できる利点がある。

【００６８】図１２は、本発明の仮想現実呈示システム
の第３実施例の機能ブロック図である。この第３実施例
では、本体装置（図示せず）は、位置コード１〜４を発
生する４組のコード送信器及び送信アンテナのみであ
る。また、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２
は、図１０と類似しているので、同じ機能ブロックを同
じ参照符号で示し、相違点のみ説明する。

【００６９】図１０の第２実施例では、総ての区分領域
の仮想画像情報及びオーディオ情報を蓄積するデータベ
ース９２は、本体装置に配置されていたが、この第３実
施例では、データベース１２４がヘッド・マウント・デ
ィスプレイ装置２２内に設けられている。このデータベ
ース１２４には、マイクロディスクなどの超小型大容量
ストレージ・ユニットを利用する。データ選択器１０２
は、領域／方向検出器１００の検出した領域に応じて、
データベース１２４から画像情報及びオーディオ情報を
選択する。

【００７０】図１２を参照して説明した本発明の第３実
施例は、図８〜図１１を参照して説明した本発明の第２
実施例に比較して、本体装置の構成が更に簡単になる
が、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２の構成が
更に複雑となる。しかし、体験施設１０内で稼働するヘ
ッド・マウント・ディスプレイ装置２２の台数が更に多
い場合には、良好な応答特性を維持できる利点がある。
なお、データベース１２４の蓄積手段の蓄積容量によっ
ては、画像情報をステレオではなく、通常の２次元画像
情報でもよい。

【００７１】以上に本発明の好適な実施例を説明した
が、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変形変更
が可能である。

【００７２】例えば、第１実施例において、ヘッド・マ
ウント・ディスプレイ装置２２がどの区分領域に存在す
るかを検出する手段としてコード信号の位相を用いた。
しかし、受信したコード信号の強度（振幅）を比較し、
強度の強いコード信号を受信したアンテナの順番から、
ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２が存在する区
分領域を判断してもよい。また、第１実施例において、
受信アンテナＤを各区分領域の中心位置に配置してもよ
い。この場合、精度は下がるが、受信アンテナの数が減
り、受信器の構造が簡単になる。

【００７３】また、画像蓄積手段として、画像情報（ヴ
ァーチャル）の前領域分を各人のヘッド・マウント・デ
ィスプレイ２２に蓄積し、当該領域で当該画像を抽出す
ること、或いは領域検出手段として、ＧＰＳ（全地球測
位システム）を利用すること、及び現実施設（リアル）
をカメラで画像化し送信することなども実施される。

【００７４】更には、立体表示器として、右目用及び左
目用の画像を別々に表示する液晶表示器を用いたが、特
開平１１−７２７４４号公報に記載されているようにミ
ックスト・リアリティ・システム（ＭＲＳ）を用いても
よい。さらに、ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２
２に付随して、リモート・コントローラを体験者が所持
し、解説情報を任意に選択できるようにしてもよい。ま
た、上述の実施例では、電磁波を本体装置及びヘッド・
マウント・ディスプレイ装置２２の間の通信手段に用い
たが、このインタフェースは、ブルーツゥースでもよ
い。また、電磁波の代わりに赤外線などの光を用いても
よい。この場合、体験施設１０を電磁シールドする必要
がない。

【００７５】なお、本発明は、遺跡展示館の他に、博物
館、テーマ・パーク、アミューズメント施設などにも適
用して実施できる。

【００７６】

【本発明が奏する効果】請求項１〜１６に記載した発明
に係る仮想現実呈示システムによれば、体験施設１０を
複数の区分領域に分割し、各区分領域を観察者２０が自
由に移動できると共に、各区分領域で異なる仮想世界の
画像情報を観察できる。また、体験施設内で仮想現実の
画像情報を観察できるだけでなく、現実世界の施設又は
環境も同時に重ねて観察できる。さらに、各観察者２０
が身につけるヘッド・マウント・ディスプレイ装置２２
は、本体装置とワイヤレスで結合されているため、観察
者２０は体験施設１０内を自由に移動して自由意志で好
みの世界を体験できるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における体験施設の平面図
である。

【図２】本発明の第１実施例における体験施設の側面図
である。

【図３】本発明の第１実施例におけるヘッド・マウント
・ディスプレイ装置の斜視図である。

【図４】本発明の第１実施例における本体装置の機能ブ
ロック図である。

【図５】Ａ、Ｂは、本発明の第１実施例における蓄積手
段でのメモリ空間を説明する図である。

【図６】本発明の第１実施例におけるヘッド・マウント
・ディスプレイ装置の機能ブロック図である。

【図７】本発明の第１実施例の動作を説明する流れ図で
ある。

【図８】本発明の第２実施例における体験施設の平面図
である。

【図９】本発明の第２実施例における本体装置の機能ブ
ロック図である。

【図１０】本発明の第２実施例におけるヘッド・マウン
ト・ディスプレイ装置の機能ブロック図である。

【図１１】本発明の第２実施例の動作を説明する流れ図
である。

【図１２】本発明の第３実施例におけるヘッド・マウン
ト・ディスプレイ装置の機能ブロック図である。

【符号の説明】

１０体験施設１４体験施設の骨組み２２ヘッド・マウント・ディスプレイ装置２４、２６送信アンテナ２８受信アンテナ３０表示手段３２、５２、９８受信器３４、１００領域／方向検出器３６、９２、１２４画像／オーディオ・データベース３８制御器４０バス４２ヘッド・マウント・ディスプレイ装置用
メモリ４４マルチプレックサ４６、５０、９４送信器４８コード発生器５４メモリ制御回路５６、１１０オーディオ回路５８、６０画像メモリ６２、１０６表示制御回路６４、６６、１０８表示器６８、１１２スピーカ（ヘッドホーン）８４〜９０コード送信器１０２データ選択器１０４メモリ１１４電子ジャイロＡ、Ｃ、Ｄアンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鶴巻均千葉県印西市大塚一丁目５番地１株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者大下俊之千葉県印西市大塚一丁目５番地１株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者原川健一千葉県印西市大塚一丁目５番地１株式会社竹中工務店技術研究所内Ｆターム(参考） 5B050 BA08 CA05 FA02 FA10 5C061 AA01 AA25 AA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１ないし複数の区分領域を有する体験施設
と、前記１ないし複数の区分領域の内のどの区分領域に存在
するかを検出する領域検出手段と、前記１ないし複数の区分領域毎に異なる画像情報を蓄積
した蓄積手段と、前記領域検出手段の検出結果に応じて、前記区分領域に
対応する画像情報を前記蓄積手段から抽出する抽出手段
と、該抽出手段で抽出された画像情報を各体験者に個別に表
示する表示手段と、から成ることを特徴とする、仮想現
実呈示システム。
【請求項２】検出された区分領域内で体験者がどの方向
を向いているかを検出する方向検出手段を更に具え、前記抽出手段は、前記領域検出手段の検出結果に応じた
前記区分領域の画像情報の内、前記方向検出手段の検出
結果に応じた一部分を前記蓄積手段から抽出して前記表
示手段に供給することを特徴とする、請求項１に記載し
た仮想現実呈示システム。
【請求項３】少なくとも前記表示手段が体験者用ヘッド
・マウント・ディスプレイ装置に組み込まれていること
を特徴とする、請求項１に記載した仮想現実呈示システ
ム。
【請求項４】前記体験施設は、前記体験者が直接的に目
視できる現実施設を有し、前記ヘッド・マウント・ディスプレイ装置は、前記表示
手段に表示された画像及び前記現実施設の両方を前記体
験者が観察できることを特徴とする、請求項３に記載し
た仮想現実呈示システム。
【請求項５】前記画像情報は、平面又は立体表示用画像
情報であり、前記表示手段は、前記平面又は立体表示用画像情報を表
示する表示器であることを特徴とする、請求項１に記載
した仮想現実呈示システム。
【請求項６】前記蓄積手段は、前記複数の区分領域の各
画像情報に付随したオーディオ情報も蓄積し、前記オーディオ情報を出力するオーディオ出力手段を上
記ヘッド・マウント・ディスプレイ装置に組み込んでい
ることを特徴とする、請求項３に記載の仮想現実呈示シ
ステム。
【請求項７】前記体験施設の複数の区分領域は、対応す
る上記画像情報に付随した光、空気、風及び香りの少な
くとも１つを発生することを特徴とする、請求項１に記
載した仮想現実呈示システム。
【請求項８】前記現実施設は、遺跡であり、前記画像情報は、遺跡から復元された往時の建造物又は
往時の風俗であることを特徴とする、請求項４に記載し
た仮想現実呈示システム。
【請求項９】前記ヘッド・マウント・ディスプレイ装置
は、識別コードを発生し送信するコード発生手段と、識
別コード付き上記画像情報を受信する画像受信手段と、
受信した上記画像情報を表示する上記表示手段とを有
し、前記領域検出手段は、前記識別コードを受信するコード
受信手段と、該コード受信手段の出力信号から上記複数
の区分領域の内のどの区分領域に存在するかを判断する
領域判断手段とを有し、前記方向検出手段は、前記コード受信手段の出力信号か
ら、検出された上記区分領域内で体験者がどの方向を向
いているかを判断する方向判断手段を有し、前記抽出手段からの上記画像情報に識別コードを付けて
前記ヘッド・マウント・ディスプレイ装置に送信する送
信手段を更に設けていることを特徴とする、請求項３に
記載した仮想現実呈示システム。
【請求項１０】前記受信手段は、前記体験施設の前記複
数の区分領域の各々の角又は中央に設けられ、前記領域判断手段は、前記コード受信手段の各々の出力
信号の強度及び位相の少なくとも一方から前記区分領域
を判断し、前記方向検出手段は、前記コード受信手段の各々の出力
信号の位相から前記方向を判断することを特徴とする、
請求項９に記載した仮想現実呈示システム。
【請求項１１】前記体験施設には、異なるコードを送信
する複数の送信手段が設けられ、前記ヘッド・マウント・ディスプレイ装置は、前記複数
の送信手段からのコード信号を受信する受信手段と、該
受信手段が受信した前記コード信号に応じて前記区分領
域及び前記方向を検出する前記領域検出手段及び前記方
向検出手段とを有することを特徴とする、請求項３に記
載した仮想現実呈示システム。
【請求項１２】前記方向検出手段は、電子ジャイロを有
することを特徴とする、請求項１１に記載した仮想現実
呈示システム。
【請求項１３】前記蓄積手段は、前記ヘッド・マウント
・ディスプレイ装置内に設けられていることを特徴とす
る、請求項１１に記載した仮想現実呈示システム。
【請求項１４】前記蓄積手段として、画像情報の全領域
分を各人のヘッド・マウント・ディスプレイに蓄積し、
当該領域で当該画像を抽出することを特徴とする、請求
項１〜１３のいずれか一に記載した仮想現実呈示システ
ム。
【請求項１５】前記領域検出手段として、ＧＰＳを利用
することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一に
記載した仮想現実呈示システム。
【請求項１６】前記現実施設をカメラで画像化し送信す
ることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一に記
載した仮想現実呈示システム。