【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機ＥＬ、液晶、プラズマディスプレイ、ブラウン管などの画面自体を立体に構成することにより、画面自体の座標と表示する画像の空間座標を対応させて空間を表示する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のテレビなどの画面は、主として壁面に画像や映像を表示している。図５に示すように視点からは鉛直な面に画像が表示されている。観察者は鉛直な面の向こうに仮想空間が存在していると解釈する。
特殊なディスプレイや特殊な眼鏡などを装着したときは、視差を利用することにより画面から画像が飛び出したり、画面の奥が立体に見えたりする。
コンピュータを用いて立体空間を二次元の面へ描画する場合は、視点位置を変更する情報をコンピュータへ入力することにより瞬時に視点位置を変更した映像を計算して画面に表示することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、次のような欠点があった。
（イ）床面や天井をはじめ、壁面からの角度が垂直に近い面を画面に表示することがある。これらを鉛直面のディスプレイへ表示する場合は、斜視図として表現せざるを得ない。この場合、画像や映像の平面座標と画面の平面座標は対応していない。従来の画面を用いた場合、鉛直方向と奥行き方向の両方を使用した立体空間で作業する場合であっても二次元投影画像で作業せざるを得ない。
（ロ）コンピュータによる表示やテレビ放送などによる画面構成で、舞台のような画面構成、すなわち壁面と床面などから構成され、床面の上には人や物体が表示されるような情報配置がしばしば用いられる。この仮想舞台空間を従来の画面へ表示する場合を考える。仮想舞台空間は図５の画面内の画像に示されるように画面の奥側に形成されることになり、臨場感が損なわれてしまう。
（ハ）従来の画面で立体空間を表示する場合を考える。観察者が角度・距離を変えて画面に表示されている立体空間を見た場合、それぞれの視点の位置によって表示される立体空間の画像は違うはずである。しかし従来の画面では、画面正面から見た場合の２次元投影画像が常に表示される。視点の向きを変えた場合、画面正面用に表示された画像が斜め方向から見えるだけである（図５）。視差を利用して立体表示できる画面で見た場合でも、３次元に表示される映像は画面正面から見た場合の映像である。その映像は位置が画面中央から斜め方向へ変更されたとしても、斜め方向からの視点に応じた映像が表示される訳ではない。
本発明は、これらの欠点を解決するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明では、表現したい空間を床面・壁面・天井の面など面の集合体として考え、面の集合体に近づくように立体に構成した画面を設ける。そして、視点から画面へ立体空間の斜影を表示する。
以上から構成される、画面で空間を表示する方法である。
また、請求項２の発明では、請求項１記載の手法を用いた装置に、視点位置情報の入力装置を加える。その視点位置から画面への立体空間の射影を表示することにより、任意の視点において画面で空間を表示する方法である。
本発明は、以上の構成からなる、画面で空間を表示する方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明の一実施形態を、図１に示す。また図１を実際の視点から見た場合の奥行きを考慮した正面図を図２に示す。
（イ）表示したい空間を、床面・壁面・天井の面など、面の集合体と考える。最も単純で実用的な組み合わせとして、図１では壁面１面と床面１面の組み合わせを設定した。
（ロ）（イ）で設定した面の集合体に近づくように画面を立体に構成する。図１では、液晶画面２面、すなわち壁面表示用画面（１）と床面表示用画面（２）を用いて構成している。このように配置することにより、画面の形状自体が奥行きの手がかりとして立体視覚情報を与える効果がある。
（ハ）視点位置を３次元座標で設定する。
（ニ）必要に応じて床面や壁面の画像を表示する。床面や壁面の画像は３次元の奥行きを考慮せずにそのまま画面に表示すればよい。図１では、例として床に平行線を表示している。
（ホ）床面や壁面より手前に表現する物体（５）については、図３の要領に基づいて表示する。図３は図１の平面図である。視点（３）から３次元物体（５）を見たときの画像と同等となるように射影（６）を画面（１）（２）に表示する。図３に示すように、まず物体（５）について奥行きを考慮した座標系へ変換する。次に視点（３）を仮想スポットライト（７）に置き換えて考える。（７）を壁面から手前の物体へ当てたときの３次元物体（５）から画面（１）（２）へ影を映すように射影（６）を計算する。そして射影（６）を（ニ）で表示する画像よりも手前に表示する。観察者は錯視により３次元物体（５）が画面よりも手前にあるように解釈する。
（ヘ）壁面（または床面）より奥側にある物体は、図１の（４）のように表示する。これは視点位置が絶対的に正面であることを除くと従来どおりに投影図を表示すればよい。
次に請求項２記載の発明の一形態を図４に示す。請求項１記載の発明では視点位置は予め設定する必要があった。請求項２記載の発明は、任意の視点位置での立体を表示するために視点位置情報入力装置（８）、視点方向指示棒（９）を追加した形態である。
（ト）視点方向指示棒（９）の付け根は上下、左右方向共にヒンジとなっており上下左右に指示方向を変えることができる。観察者が視点方向指示棒（９）を視点方向へ向けることにより、画面と観察者の頭（視点）の位置の角度を推定する役割がある。視点位置情報入力装置（８）には視点方向指示棒（９）の上下、左右ヒンジの回転量を電気信号に変換することにより画面正面位置から視点位置への平面角度および壁面と視点の角度を読みとる機能を備えている。
（ヌ）上記の視点位置情報を基に（ニ）〜（ヘ）の空間画像および射影をコンピュータにより計算して画面に表示する。観察者が画面の真上から見た場合の画像（平面図）を見たい場合は、実際に観察者が頭を画面上部へ移動させると同時に視点方向指示棒（９）を視点方向へ向けることにより上から見た場合の画像を表示することができる。
「実施形態の効果」
請求項１の発明の一実施形態によれば、床面は斜め方向の射影ではなく床面の平面座標と対応させた状態で画面に表示することができる。また、壁として表示している画面の手前に仮想的な舞台の空間を表示することができる。
請求項２の発明の一実施形態によれば、請求項１の発明の一実施形態による効果を任意の視点方向から得ることができる。
「他の実施形態」
（イ）画面を２つ用いるほかに１つのディスプレイを曲げて製作した場合でも同様の効果を得ることができる。また、有機ＥＬ、液晶、プラズマディスプレイ、ブラウン管など画面の種類に関係なく本発明の効果を得ることができる。
（ロ）表示したい空間を床面・壁面・天井面などの面の集合体に置き換える場合、例えば壁面のみで複数面としてもよい。また画面は平面でも曲面でもよい。
（ハ）視点位置入力装置は画面の中であっても画面周辺であってもよい。
（ニ）視点位置情報として角度のほかに画面から視点までの距離が必要となる。先述の一実施形態では画面から視点までの距離が大きく変わることがないとして一定と考えたが、必要に応じて画面から視点までの距離を調整する機能を設置すればよい。さらに使用者の操作の負担を軽減するには一般的に用いられているオートフォーカス機能を利用すれば、★画面から観察者までの距離を自動的に求めることができる。
（ホ）先述の一実施形態では視点方向指示棒（９）は棒状としたが、視点方向へ向けることができる機能が備わっていれば指示棒でなくても構わない。
（ヘ）先述の一実施形態は壁面表示用画面（１）と床面表示用画面（２）との角度は固定されているものとした。角度を検出する機能を追加して立体画像計算に取り入れれば、任意の画面形状において本発明の効果を得ることも可能である。
【０００６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、下記の効果が得られる。
（イ）床や天井をはじめ、壁面からの角度が垂直に近い面を表示する場合は、表示する画像や映像の平面座標と画面の平面座標を対応したまま表示することができる。従来のみの技術を用いるだけで直感的にわかりやすい空間の表示が可能となる。
（ロ）舞台のような画面構成、すなわち壁面と床面から構成される空間を表示した場合、仮想舞台空間は壁面よりも手前に表現でき、従来よりも臨場感にあふれる効果を得ることができる。
（ハ）視点位置入力装置を追加すれば、画面からの角度や距離を変えて見た場合でも、任意の視点による空間の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明の一実施形態を示す斜視図
【図２】請求項１記載の発明の一実施形態を示す正面図
【図３】請求項１記載の発明の一実施形態を示す平面図
【図４】請求項２記載の発明の一実施形態を示す斜視図
【図５】従来の画面の使用説明図
【符号の説明】
（１） 壁表示用画面
（２） 床表示用画面
（３） 視点（観察者の位置）
（４） 画面の奥側へ表現する３次元物体
（５） 画面の手前へ表現する３次元物体
（６） （５）の射影
（７） 仮想スポットライト
（８） 視点位置入力装置
（９） 視点方向指示棒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for displaying a space by configuring a screen itself such as an organic EL, a liquid crystal, a plasma display, or a cathode ray tube in a three-dimensional manner, so that coordinates of the screen itself correspond to spatial coordinates of an image to be displayed.
[0002]
[Prior art]
The screen of a conventional television or the like mainly displays an image or a video on a wall surface. As shown in FIG. 5, an image is displayed on a vertical surface from the viewpoint. The observer interprets that a virtual space exists beyond the vertical plane.
When a special display or special glasses is worn, an image jumps out of the screen or the depth of the screen looks three-dimensional by using parallax.
When drawing a three-dimensional space on a two-dimensional plane using a computer, by inputting information for changing the viewpoint position to the computer, an image in which the viewpoint position is changed can be instantaneously calculated and displayed on the screen.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, there were the following disadvantages.
(B) In some cases, a plane that is almost perpendicular to the wall surface, such as the floor or ceiling, is displayed on the screen. When these are displayed on a vertical display, they must be expressed as perspective views. In this case, the plane coordinates of the image or the video do not correspond to the plane coordinates of the screen. When a conventional screen is used, even when working in a three-dimensional space using both the vertical direction and the depth direction, it is necessary to work with a two-dimensional projected image.
(B) A screen configuration based on a computer display or a television broadcast, etc., which has a stage-like screen configuration, that is, a wall surface and a floor surface, and an information arrangement such that people and objects are displayed on the floor surface. Often used. Consider a case where this virtual stage space is displayed on a conventional screen. The virtual stage space is formed on the back side of the screen as shown in the image in the screen of FIG. 5, and the sense of reality is impaired.
(C) Consider a case where a stereoscopic space is displayed on a conventional screen. When the observer views the three-dimensional space displayed on the screen while changing the angle and distance, the displayed three-dimensional space image should be different depending on the position of each viewpoint. However, on a conventional screen, a two-dimensional projected image when viewed from the front of the screen is always displayed. When the direction of the viewpoint is changed, the image displayed for the front of the screen is only seen from an oblique direction (FIG. 5). Even when viewed on a screen capable of three-dimensional display using parallax, an image displayed in three dimensions is an image viewed from the front of the screen. Even if the position of the image is changed from the center of the screen to the oblique direction, the image corresponding to the viewpoint from the oblique direction is not necessarily displayed.
The present invention has been made to solve these disadvantages.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the invention of claim 1, a space to be expressed is considered as an aggregate of surfaces such as floors, walls, and ceilings, and a screen configured in a three-dimensional manner so as to approach the aggregate of surfaces is considered. Provide. Then, the perspective of the three-dimensional space is displayed from the viewpoint to the screen.
This is a method for displaying a space on a screen, configured as described above.
According to a second aspect of the present invention, an apparatus for inputting viewpoint position information is added to the apparatus using the method of the first aspect. This is a method of displaying a space on a screen at an arbitrary viewpoint by displaying a projection of a three-dimensional space from the viewpoint position on the screen.
The present invention is a method for displaying a space on a screen having the above configuration.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the first aspect of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is a front view in which the depth when FIG. 1 is viewed from an actual viewpoint is considered.
(B) The space to be displayed is considered as an aggregate of surfaces, such as floors, walls, and ceilings. In FIG. 1, a combination of one wall surface and one floor surface is set as the simplest and practical combination.
(B) The screen is configured to be three-dimensional so as to approach the set of surfaces set in (a). In FIG. 1, it is configured using two liquid crystal screens, that is, a wall surface display screen (1) and a floor surface display screen (2). With such an arrangement, there is an effect that the shape of the screen itself gives stereoscopic visual information as a clue to the depth.
(C) Set the viewpoint position in three-dimensional coordinates.
(D) Display floor and wall images as needed. The image of the floor surface or the wall surface may be displayed on the screen without considering the three-dimensional depth. In FIG. 1, parallel lines are displayed on the floor as an example.
(E) The object (5) to be rendered in front of the floor or wall is displayed based on the procedure shown in FIG. FIG. 3 is a plan view of FIG. The projection (6) is displayed on the screens (1) and (2) so as to be equivalent to the image when the three-dimensional object (5) is viewed from the viewpoint (3). As shown in FIG. 3, first, the object (5) is transformed into a coordinate system considering the depth. Next, the viewpoint (3) is replaced with a virtual spotlight (7). The projection (6) is calculated so that a shadow is projected from the three-dimensional object (5) to the screens (1) and (2) when (7) is applied to the object in front of the wall surface. Then, the projection (6) is displayed in front of the image displayed in (d). The observer interprets the illusion that the three-dimensional object (5) is in front of the screen.
(F) An object located behind the wall surface (or floor surface) is displayed as shown in (4) of FIG. In this case, the projected view may be displayed as before except that the viewpoint position is absolutely in front.
Next, an embodiment of the invention described in claim 2 is shown in FIG. In the first aspect of the present invention, the viewpoint position needs to be set in advance. The invention according to claim 2 is a form in which a viewpoint position information input device (8) and a viewpoint direction indicator (9) are added to display a three-dimensional object at an arbitrary viewpoint position.
(G) The base of the viewpoint direction indicating rod (9) is a hinge in both the vertical and horizontal directions, so that the pointing direction can be changed in the vertical and horizontal directions. The observer has a role of estimating the angle of the position of the screen and the observer's head (viewpoint) by turning the viewpoint direction indicator rod (9) toward the viewpoint. The viewpoint position information input device (8) converts the amount of rotation of the up / down and left / right hinges of the viewpoint direction indicator rod (9) into an electric signal to thereby determine the plane angle from the screen front position to the viewpoint position and the angle between the wall surface and the viewpoint. It has a reading function.
(U) Based on the viewpoint position information described above, the spatial images and projections (d) to (f) are calculated by a computer and displayed on a screen. When the observer wants to see an image (plan view) when viewed from directly above the screen, the observer actually moves his / her head to the upper part of the screen and simultaneously turns the viewpoint direction indicator rod (9) toward the viewpoint. Thus, an image viewed from above can be displayed.
"Effects of the embodiment"
According to the embodiment of the first aspect of the present invention, the floor surface can be displayed on the screen in a state in which the floor surface is not projected in an oblique direction but corresponds to the plane coordinates of the floor surface. Also, a virtual stage space can be displayed in front of the screen displayed as a wall.
According to the embodiment of the second aspect of the present invention, the effect of the first embodiment of the present invention can be obtained from any viewpoint direction.
"Other embodiments"
(A) Similar effects can be obtained even when one display is bent and manufactured in addition to using two screens. Further, the effects of the present invention can be obtained regardless of the type of screen such as an organic EL, a liquid crystal, a plasma display, and a cathode ray tube.
(B) When the space to be displayed is replaced with an aggregate of surfaces such as a floor surface, a wall surface, and a ceiling surface, for example, a plurality of surfaces may be provided with only the wall surface. The screen may be flat or curved.
(C) The viewpoint position input device may be inside the screen or around the screen.
(D) The distance from the screen to the viewpoint is required in addition to the angle as viewpoint position information. In the above-described embodiment, the distance from the screen to the viewpoint is assumed to be constant without largely changing. However, a function for adjusting the distance from the screen to the viewpoint may be installed as needed. In more use of autofocus functions that are commonly used to reduce the burden of the user's operation can be automatically determine the distance to the observer from ★ screen.
(E) In the above-described embodiment, the viewpoint direction indicating rod (9) is rod-shaped, but may be a pointing rod as long as it has a function of pointing in the viewpoint direction.
(F) In the above-described embodiment, the angle between the wall surface display screen (1) and the floor surface display screen (2) is fixed. If the function of detecting the angle is added and incorporated in the stereoscopic image calculation, the effect of the present invention can be obtained in an arbitrary screen shape.
[0006]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) When displaying a plane whose angle from a wall surface is almost vertical, such as a floor or a ceiling, the plane coordinates of an image or a video to be displayed and the plane coordinates of a screen can be displayed in correspondence. It is possible to intuitively display a space that is easy to understand simply by using a conventional technique.
(B) When a screen configuration such as a stage, that is, a space composed of a wall surface and a floor surface is displayed, the virtual stage space can be expressed in front of the wall surface, and a more realistic effect than before can be obtained. .
(C) If a viewpoint position input device is added, an image of a space from an arbitrary viewpoint can be displayed even when viewed from different angles or distances from the screen.
[Brief description of the drawings]
1 is a perspective view showing an embodiment of the invention described in claim 1; FIG. 2 is a front view showing an embodiment of the invention described in claim 1; FIG. 3 is an embodiment of the invention described in claim 1; FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the invention described in claim 2. FIG. 5 is an explanatory diagram of use of a conventional screen.
(1) Wall display screen (2) Floor display screen (3) Viewpoint (position of observer)
(4) A three-dimensional object expressed behind the screen (5) A three-dimensional object expressed near the screen (6) (5) Projection (7) Virtual spotlight (8) Viewpoint position input device (9) Viewpoint Direction indicator
