JP2006024077A - Input device of three-dimensional view position and view direction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディスプレイ上に表示された3次元空間内の物体を、視点位置を変えて様々な方向から観察する際に利用する、あるいは視線方向を変えて観察の対象を変える際に利用する、3次元視点位置・視線方向入力装置に関する。 The present invention is used when observing an object in a three-dimensional space displayed on a display from various directions by changing the viewpoint position, or when changing an object to be observed by changing the viewing direction. The present invention relates to a three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device.
従来、ディスプレイ上に表示された3次元空間内の物体を観察する視点位置や視線方向を入力する手段としては、マウスやジョイスティック、トラックボールが用いられてきた。これらの入力装置はいずれも、x座標軸,y座標軸の2座標軸によって作られる2次元座標系の移動と入力を行うものである。また、x座標軸,y座標軸,z座標軸の移動と、x座標軸回転,y座標軸回転,z座標軸回転のそれぞれが、独立したつまみを持つ入力装置もあった。これらを用いて3次元空間内の視点位置や視線方向を入力するには、幾つかの座標軸を切り替えながら入力するほかなく、操作が複雑であり直感性に欠けるという問題点があった。 Conventionally, a mouse, a joystick, and a trackball have been used as means for inputting a viewpoint position and a line-of-sight direction for observing an object in a three-dimensional space displayed on a display. Each of these input devices performs movement and input of a two-dimensional coordinate system formed by two coordinate axes, an x coordinate axis and a y coordinate axis. Some input devices have independent knobs for the movement of the x coordinate axis, the y coordinate axis, and the z coordinate axis, and the x coordinate axis rotation, the y coordinate axis rotation, and the z coordinate axis rotation. In order to input the viewpoint position and the line-of-sight direction in the three-dimensional space using these, there is a problem that the operation is complicated and lacks in intuition, except for switching several coordinate axes.
これに対し特許文献1では、自由に回転できる球体とその球体から突き出した視点位置入力手段によって、視線方向の位置調整、視点のズーミング、及び視点回転角の調整を可能とし、これによって3次元空間における観察視点位置を直感的に操作できる3次元位置入力装置が開示されている。
上記特許文献1の3次元位置入力装置では、3次元空間内のある物体を様々な方向から観察するための視点位置変更は可能であるが、別の物体を見るために視線方向を変更する機能を持たない。すなわち、3次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に、3次元空間内の任意の方向に視線を向けて自由に空間内を観察することができないという問題が生じる。
In the three-dimensional position input device of
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、3次元空間における視点位置及び視線方向をユーザが任意に変更することが可能であり、3次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に3次元空間内の任意の方向に視線を向けることが可能な3次元視点位置・視線方向入力装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and allows the user to arbitrarily change the viewpoint position and the line-of-sight direction in the three-dimensional space, and observe the object in the three-dimensional space from any viewpoint. An object of the present invention is to provide a three-dimensional viewpoint position / line-of-sight direction input device capable of directing a line of sight in an arbitrary direction in a three-dimensional space at the same time.
第1の技術手段は、ディスプレイに表示された3次元空間内の観察対象を、任意の視点位置から観察するための3次元視点位置・視線方向入力装置において、3次元空間内の観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更しながら、視点位置を変更するための入力を行う視点位置変更入力手段と、視点位置を変更することなく視点位置からの視線方向を変更するための入力を行う視線方向変更入力手段とを備えたことを特徴としたものである。 A first technical means is a three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device for observing an observation target in a three-dimensional space displayed on a display from an arbitrary viewpoint position. The viewpoint position change input means for performing an input for changing the viewpoint position while changing the line of sight so that the line of sight is directed, and an input for changing the line of sight from the viewpoint position without changing the viewpoint position. And a gaze direction change input means for performing the operation.
第2の技術手段は、第1の技術手段において、3次元空間内の視線方向を変更することなく視線方向に沿って視点位置を変更するための入力を行う第2の視点位置変更入力手段と、3次元空間内における視点位置を変更することなく、画角を変更するズーミングを行うための入力を行うズーミング入力手段と、3次元空間における視点位置及び視線方向を変更することなく、視野を回転させるための入力を行う視野回転入力手段と、を有することを特徴としたものである。 The second technical means includes a second viewpoint position change input means for performing input for changing the viewpoint position along the visual line direction without changing the visual line direction in the three-dimensional space in the first technical means. Zooming input means for performing zooming to change the angle of view without changing the viewpoint position in the three-dimensional space, and rotating the field of view without changing the viewpoint position and the line-of-sight direction in the three-dimensional space And a visual field rotation input means for performing input for the purpose.
第3の技術手段は、第2の技術手段において、3次元空間における視点位置を変更しながら、視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる第3の視点位置変更入力手段を有することを特徴としたものである。 The third technical means includes, in the second technical means, third viewpoint position change input means for translating the gaze direction in accordance with the change of the viewpoint position while changing the viewpoint position in the three-dimensional space. It is a feature.
第4の技術手段は、第1ないし第3のいずれか1の技術手段において、各入力手段の機能を切り替える切り替え手段と、各入力手段のうち複数の入力手段に対して操作入力を可能とする操作入力部とを有し、切り替え手段の切り替え動作に従って、操作入力部により入力可能な入力手段を切り替えて使用することを特徴としたものである。 According to a fourth technical means, in any one of the first to third technical means, a switching means for switching a function of each input means and an operation input to a plurality of input means among the input means can be performed. And an input device that can be input by the operation input unit in accordance with the switching operation of the switching unit.
第5の技術手段は、第1ないし第4のいずれか1の技術手段において、各入力手段への入力を行うための操作入力用部材を有し、3次元空間内で視線方向を変更するとき、操作入力用部材の軸方向を、3次元空間における視線方向に一致させることを特徴としたものである。 The fifth technical means includes any one of the first to fourth technical means, including an operation input member for performing input to each input means, and changing the line-of-sight direction in the three-dimensional space. The axial direction of the operation input member is made to coincide with the line-of-sight direction in the three-dimensional space.
第6の技術手段は、第1ないし第5のいずれか1の技術手段において、操作入力部に使用する部材の軸方向と、3次元空間内における視線方向とが一致するように、部材の軸方向を修正する駆動手段を有することを特徴としたものである。 The sixth technical means is any one of the first to fifth technical means, wherein the axis of the member is used so that the axial direction of the member used for the operation input unit coincides with the line-of-sight direction in the three-dimensional space. It has the drive means which corrects a direction, It is characterized by the above-mentioned.
第7の技術手段は、第1ないし第6のいずれか1の技術手段において、球体と、球体を回転自在に保持するアームと、アームに固定され、アームを回転可能にかつ上下移動可能に支持する縦軸と、アームに対する球体の回転量を検出する球体回転量検出手段と、縦軸の回転量を検出する縦軸回転量検出手段とを有し、球体回転量検出手段及び縦軸回転量検出手段により検出された回転量情報を、視点位置変更入力手段または視線方向変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。 A seventh technical means is the first technical means according to any one of the first to sixth technical means, wherein the sphere, an arm that rotatably holds the sphere, and an arm that is fixed to the arm and is supported rotatably and vertically movable. A rotation amount detecting means for detecting the rotation amount of the sphere with respect to the arm, and a rotation amount detecting means for detecting the rotation amount of the vertical axis. The rotation amount information detected by the detection means is used as input information for the viewpoint position change input means or the line-of-sight direction change input means.
第8の技術手段は、第7の技術手段において、球体に対して進退可能かつ回転可能に保持された柱状入力部と、柱状入力部の回転量を検出する柱状入力部回転量検出手段と、柱状入力部の進退による移動量を検出する柱状入力部移動量検出手段とを有し、柱状入力部回転量検出手段により検出される回転量情報を、視野回転入力手段に対する入力情報とし、柱状入力部移動量検出手段により検出される移動量情報を、第2の視点位置変更入力手段またはズーミング入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。 Eighth technical means, in the seventh technical means, a columnar input unit that is held so as to be movable back and forth with respect to the sphere, and a columnar input unit rotation amount detection unit that detects a rotation amount of the columnar input unit; Columnar input unit movement amount detecting means for detecting the amount of movement due to advancement and retraction of the columnar input unit, and the rotation amount information detected by the columnar input unit rotation amount detecting unit is used as input information for the visual field rotation input unit, and columnar input The movement amount information detected by the part movement amount detection means is input information to the second viewpoint position change input means or zooming input means.
第9の技術手段は、第8の技術手段において、切り替え手段として、柱状入力部移動量検出手段により検出される移動量情報を、第2の視点位置変更入力手段またはズーミング入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える第1の切り替えスイッチを有することを特徴としたものである。 In the eighth technical means, as the switching means in the eighth technical means, the movement amount information detected by the columnar input portion movement amount detection means is applied to either the second viewpoint position change input means or the zooming input means. It has the 1st changeover switch switched so that it may become input information, It is characterized by the above-mentioned.
第10の技術手段は、第7ないし第9のいずれか1の技術手段において、縦軸の上下方向への移動量を検出する縦軸上下移動量検出手段と、縦軸の水平方向への移動量を検出する縦軸水平移動量検出手段とを有し、縦軸上下移動量検出手段及び縦軸水平移動量検出手段により検出された移動量情報を、第3の視点位置変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。 The tenth technical means is any one of the seventh to ninth technical means, wherein the vertical axis vertical movement amount detecting means detects the vertical axis vertical movement amount and the vertical axis movement in the horizontal direction. Vertical axis horizontal movement amount detection means for detecting the amount, and input of movement amount information detected by the vertical axis vertical movement amount detection means and vertical axis horizontal movement amount detection means to the third viewpoint position change input means It is characterized by information.
第11の技術手段は、第7ないし第10のいずれか1の技術手段において、切り替え手段として、球体回転量検出手段及び縦軸回転量検出手段により検出される回転量情報を、視点位置変更入力手段または視線方向変更入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える第2の切り替えスイッチを有することを特徴としたものである。 In an eleventh technical means according to any one of the seventh to tenth technical means, the rotation amount information detected by the sphere rotation amount detection means and the vertical axis rotation amount detection means is inputted as a viewpoint position change input as the switching means. And a second change-over switch for switching so as to be input information for either of the means or the line-of-sight direction change input means.
第12の技術手段は、第7ないし第10のいずれか1の技術手段において、柱状入力部を傾けることができるように構成し、柱状入力部の傾き方向と傾き量を検出するための柱状入力部傾き検出手段を有し、柱状入力部傾き検出手段により検出される傾き量情報を、視点位置変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。 A twelfth technical means is configured such that in any one of the seventh to tenth technical means, the columnar input portion can be tilted, and the columnar input for detecting the tilt direction and the tilt amount of the columnar input portion. In this case, the inclination amount information detected by the columnar input portion inclination detection means is used as input information for the viewpoint position change input means.
第13の技術手段は、第12の技術手段において、駆動手段により軸方向を修正する操作入力用部材は、柱状入力部であって、駆動手段は、柱状入力部の軸方向の向きと3次元空間内における視線方向とが一致するように、柱状入力部の軸方向の向きを修正することを特徴としたものである。 According to a thirteenth technical means, in the twelfth technical means, the operation input member whose axial direction is corrected by the driving means is a columnar input portion, and the driving means is arranged in a three-dimensional manner according to the axial direction of the columnar input portion. The axial direction of the columnar input portion is corrected so that the line-of-sight direction in the space matches.
本発明によれば、3次元空間を観察する際に、視点位置及び視線方向をユーザが任意に変更することが可能であり、3次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に3次元空間内の任意の方向に視線を向けることが可能となる。またこのときに3次元空間における視点位置や視線方向をユーザが直観的に把握可能である入力インタフェースを備えることにより、操作性の良好な入力装置を得ることができる。
また、本発明により、視点位置を観察対象に近づけたり遠ざけたりして任意の距離から観察すること、視点はそのままカメラをズーミングして観察すること、及び観察視野を任意の角度に回転することが可能になる。
また、切り替えスイッチ等の切り替え手段により、同一の操作入力部になされた操作を複数の入力手段のいずれかに切り替えて入力させることが可能となる。
また柱状入力手段等の操作入力部の軸方向の向きと、3次元空間内における視線方向とを一致させ、これらがずれたときに一致するように修正することにより、ユーザは、3次元視点位置・視線方向入力装置を見ただけで、3次元空間における視点位置と観察対象との関係や、視線方向を直観的に把握することができ、ユーザに対して良好な操作性を提供することができる。
According to the present invention, when observing a three-dimensional space, a user can arbitrarily change a viewpoint position and a line-of-sight direction, and an object in the three-dimensional space can be observed from an arbitrary viewpoint at the same time. The line of sight can be directed in any direction in the space. At this time, by providing an input interface that allows the user to intuitively grasp the viewpoint position and line-of-sight direction in the three-dimensional space, an input device with good operability can be obtained.
In addition, according to the present invention, the viewpoint position can be observed from an arbitrary distance by moving it closer to or away from the observation target, the viewpoint can be observed by zooming the camera, and the observation visual field can be rotated to an arbitrary angle. It becomes possible.
In addition, an operation performed on the same operation input unit can be switched to one of a plurality of input units by a switching unit such as a changeover switch.
Also, by making the axial direction of the operation input unit such as the columnar input means coincide with the line-of-sight direction in the three-dimensional space, and correcting them so that they are shifted, the user can adjust the three-dimensional viewpoint position.・ By simply looking at the line-of-sight input device, it is possible to intuitively grasp the relationship between the viewpoint position and the observation target in the three-dimensional space, and the line-of-sight direction, and provide good operability for the user. it can.
以下に本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の実施形態を添付された図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同様の機能を有する要素には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of a 3D viewpoint position / line-of-sight direction input device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
図1は、本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の実施の形態を説明するブロック図である。3次元空間内の物体を任意の視点位置から観察するための3次元視点位置・視線方向入力装置1は、3次空間における視点位置を変更するための入力を行う視点位置変更入力手段2と、視線方向を変更するための入力を行う視線方向変更入力手段3とを備え、その入力情報を出力信号Sとして出力する。ここでは、視点位置変更入力手段2は、3次元空間内の記観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更しながら、視点位置を変更するための入力を行う。また、視線方向変更入力手段3は、視点位置を変更することなくその視点位置からの視線方向を変更するための入力を行う。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device according to the present invention. A three-dimensional viewpoint position / line-of-sight
図2は、本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の他の実施の形態を説明するブロック図である。図2に示す3次元視点位置・視線方向入力装置1は、図1の構成に加えて、3次元空間内の視線方向を変更することなくその視線方向に沿って視点位置を変更するための入力を行う第2の視点位置変更入力手段4と、3次元空間内における視点位置を変更することなく、画角を変更するズーミングを行うための入力を行うズーミング入力手段5と、3次元空間における視点位置及び視線方向を変更することなく、視野を回転させるための入力を行う視野回転入力手段6とを有し、各入力手段の入力情報を出力信号Sとして出力する。
FIG. 2 is a block diagram for explaining another embodiment of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device according to the present invention. The 3D viewpoint position / line-of-sight
図3は、本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。図3に示す3次元視点位置・視線方向入力装置1は、図2の構成に加えて、3次元空間における視点位置を変更しながら、その視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる第3の視点位置変更入力手段7を有し、各入力手段の入力情報を出力信号Sとして出力する。
FIG. 3 is a block diagram for explaining still another embodiment of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device according to the present invention. The 3D viewpoint position / line-of-sight
図4は、本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。本実施形態において、3次元空間内の物体を任意の視点位置から観察するための3次元視点位置・視線方向入力装置1は、あるひとつの操作入力部8で操作された信号を、上述した第2の視点位置変更入力手段4とズーミング入力手段5とのいずれかに入力するように切り替える切り替えスイッチ9を有している。これにより、ひとつの操作入力部8を、ふたつの入力手段に対する操作入力部として併用することができる。
FIG. 4 is a block diagram for explaining still another embodiment of the 3D viewpoint position / gaze direction input apparatus according to the present invention. In the present embodiment, the 3D viewpoint position / line-of-sight
図5は、本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。本実施形態において、3次元空間内の物体を任意の視点位置から観察するための3次元視点位置・視線方向入力装置1は、あるひとつの操作入力部8´で操作された信号を、上述した視点位置変更入力手段2と視線方向変更入力手段3とのいずれかに入力するように切り替える切り替えスイッチ9´を有している。これにより、ひとつの操作入力部8´を、ふたつの入力手段に対する操作入力部として併用することができる。
FIG. 5 is a block diagram for explaining still another embodiment of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device according to the present invention. In the present embodiment, the 3D viewpoint position / line-of-sight
本発明では、上記の図4及び図5に示す実施形態のように、ひとつの操作入力部への操作入力信号を図1ないし図3に示す複数の入力手段に対して切り替えて入力させるための切り替え手段を入力手段に応じて適宜設けることができる。これにより、ひとつの操作入力部を、複数の入力手段に対する操作入力部として併用することができる。 In the present invention, as in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the operation input signal to one operation input unit is switched and inputted to the plurality of input means shown in FIGS. Switching means can be provided as appropriate according to the input means. Thereby, one operation input part can be used together as the operation input part with respect to several input means.
図6は、本発明による3次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。本実施形態の3次元視点位置・視線方向入力装置1は、図3に示す構成に加えて、3次元空間内で視線方向を変更するとき、操作入力部に使用する部材の軸方向を、3次元空間における視線方向に一致させるように、その部材の軸方向を修正する駆動手段10を有する。この駆動手段10は、例えば、部材を駆動するためのモータ等を含み、この駆動手段10によって、柱状入力手段等の操作部の軸方向の向きと3次元空間内における視線方向とを一致させ、これらがずれたときに一致するように修正する。この駆動手段10は、例えば、後述する柱状入力手段が設置された球体及び球体を支持する縦軸を回転駆動させるモータによって実現される。
FIG. 6 is a block diagram for explaining still another embodiment of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input apparatus according to the present invention. In addition to the configuration shown in FIG. 3, the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight
これにより、ユーザは、3次元視点位置・視線方向入力装置1を見ただけで、3次元空間における視点位置と観察対象との関係や、視線方向を直観的に把握することができ、良好な操作性を得ることができる。駆動手段10を駆動するための制御信号Cは、外部の装置から入力することができる。
Thereby, the user can intuitively grasp the relationship between the viewpoint position and the observation target in the three-dimensional space and the gaze direction simply by looking at the three-dimensional viewpoint position / gaze
以下に、本発明をさらに具体化した実施例を図面を参照しながら説明する。なお、実施例を説明する図において、同様の機能を有する部分は同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings for explaining the embodiments, parts having similar functions are given the same reference numerals, and repeated explanations thereof are omitted.
(実施例1)
図7は、本発明における3次元視点位置・視線方向入力装置の一実施例の斜視概略図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1は、横軸12を中心として自由に回転できる球体11と、球体11を左右で挟み込むようにして保持しているアーム13を備えている。そしてこのアーム13は、縦軸14によって固定支持され、縦軸14の軸を中心にして左右に(水平方向に)自由に回転できるようになっている。
Example 1
FIG. 7 is a schematic perspective view of an embodiment of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device according to the present invention. The three-dimensional viewpoint position / gaze
縦軸14はその軸方向に伸縮する機能を持っている。この縦軸14は、台座15に支持されていて、上記の伸縮機能によってアーム13全体を上下に移動させることが可能となっている。さらに、縦軸14自体を前後左右に移動させることが可能となっており、これによりアーム13全体を前後左右に移動させることが可能である。
The
球体11には、円柱形状の柱状入力部16が取り付けられている。この柱状入力部16は、その軸方向で球体11に押し込んだり球体11から引き出したりできる機構を持つ。また、柱状入力部16は、その軸を中心として回転可能である。すなわち、柱状入力部16は、球体11に対して進退可能にかつ回転可能に保持されている。
また台座15の上には、第1ボタン17及び第2ボタン18が配置されている。そして第1ケーブル19が球体11からの入力信号を台座15に伝える。また第2ケーブル20は、球体11からの入力信号及び台座15からの入力信号を図示しないコンピュータに出力する。
A cylindrical
A
図8は、図7に示した3次元視点位置・視線方向入力装置1の横軸12及び縦軸14を含む平面での断面概略構成を示す図である。横軸12は、アーム13に固定されている。そして球体11内部に球体回転量検出手段21が固定され、横軸12に対する球体11の回転量を検出する。台座15の上には、アーム13に固定された縦軸14の軸周りの回転量を検出する縦軸回転量検出手段22と、縦軸14の上下方向の移動量を検出する縦軸上下移動量検出手段23とが設けられている。また、台24,25は、縦軸14の前後左右の移動量を検出するために使用するものである。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration in a plane including the
図9は、図7に示した3次元視点位置・視線方向入力装置の柱状入力部16を含む平面での断面概略構成を示す図である。球体11の内部には、柱状入力部16の軸まわりの回転量を検出する柱状入力部回転量検出手段31と、柱状入力部16の軸方向への移動量を検出する柱状入力部移動量検出手段32が設けられている。
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic cross-sectional configuration in a plane including the
図10は、台座15の内部に設けられた台24,25により、縦軸14の前後左右の移動量を検出する仕組みを説明するための図である。台座15の底面には、第1レール41が固定されている。また台24には溝が形成され、この溝により第1レール41の長手方向に沿って台24を移動させることができる。そして第1の台移動量検出手段42が、第1レール41に接触した状態で台24に固定されており、第1レール41に対する台24の移動量を検出することができる。
FIG. 10 is a diagram for explaining a mechanism for detecting the amount of movement in the front / rear and left / right directions of the
さらに台24の上には、第2レール43が固定されている。また台25にも溝が形成されており、この溝により第2レール43の長手方向に沿って台25を移動させることができる。そして第2の台移動量検出手段44が第2レール43に接触した状態で台25に固定されており、第2レール43に対する台25の移動量を検出することができる。すなわち、上記第1及び第2の台移動量検出手段42,44によって、縦軸14の水平方向への移動量を検出する本発明の縦軸水平移動量検出手段を実現することができる。
Further, a
図11ないし図15は、上記の3次元視点位置・視線方向入力装置を用いて、3次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための図である。まず、3次元視点位置・視線方向入力装置1の球体11を右方向に回転させ、図11に示す状態から図12に示す状態に変化させる。
図13は、3次元視点位置・視線方向入力装置を視点位置変更手段として用いる場合の、3次元空間中の物体(観察対象)と視点位置の関係を示している。3次元視点位置・視線方向入力装置1が図11の状態にある時は、物体51に対する視点位置はカメラ52の位置にある。そして3次元視点位置・視線方向入力装置1を図12の状態に変化させたときは、その変化に対応して視点位置がカメラ53の位置に移動する。
11 to 15 are diagrams for explaining an operation of changing the viewpoint position and the line-of-sight direction when observing an object in the three-dimensional space using the above-described three-dimensional viewpoint position / line-of-sight direction input device. . First, the
FIG. 13 shows the relationship between the object (observation target) and the viewpoint position in the three-dimensional space when the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device is used as the viewpoint position changing means. When the three-dimensional viewpoint position / gaze
図14及び図15は、3次元視点位置・視線方向入力装置を視線方向変更手段として用いる場合の、3次元空間中の物体と視点位置の関係を示している。3次元視点位置・視線方向入力装置1が図11の状態にあるとき、視線方向は、図14に示すカメラ56のように物体54の方向を向いている。そして3次元視点位置・視線方向入力装置1を図12の状態に変化させたときは、その変化に対応して図15示すカメラ57の方向に視線方向を変化させ、物体55の方向を向かせることができる。
14 and 15 show the relationship between the object and the viewpoint position in the three-dimensional space when the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device is used as the gaze direction changing means. When the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight
上記のように図11ないし図15により説明した視点位置の変更動作と視線方向の変更
動作は、球体回転量検出手段21と縦軸回転量検出手段22との出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
また、上記の視点位置の変更動作及び視線方向の変更動作は、第2ボタン18を押すことにより自由に切り替えることができる。これにより、3次元空間中の物体を様々な方向から観察することが可能になると同時に、3次元空間中の複数の物体へ視線を移動させ観察することが可能となる。
すなわち、第2ボタン18は、球体回転量検出手段21及び縦軸回転量検出手段22により検出される回転量情報を、本発明の視点位置変更入力手段と視線方向変更入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える本発明の第2の切り替えスイッチに該当する。
As described above, the viewpoint position changing operation and the line-of-sight direction changing operation described with reference to FIGS. 11 to 15 are performed by an external device based on output signals from the sphere rotation amount detection means 21 and the vertical axis rotation amount detection means 22. It is executed by the generated control signal.
The viewpoint position changing operation and the line-of-sight direction changing operation can be freely switched by pressing the
That is, the
図16ないし図18は、上記3次元視点位置・視線方向入力装置を用いて3次元空間中の物体を観察する際に、視点位置を固定したままズーミングを行うか、あるいは視点位置を物体に近づける操作を説明するための図である。
3次元視点位置・視線方向入力装置1の円柱形状の柱状入力部16を球体11の内部に挿入することにより、図16に示す状態から図17に示す状態に変化させる。
16 to 18, when observing an object in a three-dimensional space using the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device, zooming is performed with the viewpoint position fixed, or the viewpoint position is brought closer to the object. It is a figure for demonstrating operation.
By inserting the cylindrical
図18は、3次元視点位置・視線方向入力装置1をズーミング入力手段として用いる動作を説明するための図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1が図16の状態にあるときは、物体61に対する視点位置は、カメラ62の位置にある。そして3次元視点位置・視線方向入力装置1を図17の状態に変化させたとき、視点位置はカメラ62の位置のまま固定であるが、カメラのズームレンズの焦点距離を伸ばしてズームインする。
FIG. 18 is a diagram for explaining an operation of using the three-dimensional viewpoint position / gaze
同じく図18により、3次元視点位置・視線方向入力装置を、第2の視点位置変更入力手段として用いる動作を説明する。上述したように、3次元視点位置・視線方向入力装置1が図16の状態にあるときは、物体61に対して視点位置はカメラ62の位置にある。そして3次元視点位置・視線方向入力装置を図17に示す状態に変化させたとき、視点位置が視線方向に沿ってカメラ63の位置に変化する。これにより、視点位置を対象物体に近づけて観察することが可能となる。
Similarly, referring to FIG. 18, the operation using the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device as the second viewpoint position change input means will be described. As described above, when the three-dimensional viewpoint position / gaze
上記のズーミング動作と、視線方向に沿った視点位置の変更表示は、柱状入力部移動量検出手段32の出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
また、上記のズーミング表示及び視線方向に沿った視点位置の変更動作は、第1ボタン17を押すことにより自由に切り替えることができる。これにより、視点位置を固定したままズーミングを行うことが可能になると同時に、視点位置を物体に近づけて観察することが可能となる。
すなわち、第1ボタン17は、柱状入力部移動量検出手段32により検出される移動量情報を、本発明の第2の視点位置変更入力手段とズーミング入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える本発明の第1の切り替えスイッチに該当する。
The zooming operation and the change display of the viewpoint position along the line-of-sight direction are executed by a control signal generated by an external device based on the output signal of the columnar input unit movement amount detection means 32.
Further, the zooming display and the viewpoint position changing operation along the line-of-sight direction can be freely switched by pressing the
That is, the
図19ないし図21は、上記3次元視点位置・視線方向入力装置を第3の視点位置変更手段として用いる動作を説明するための図である。ここでは、3次元視点位置・視線方向入力装置の縦軸14をアーム13とともに、図19に示した状態から装置背面の方向に平行移動して、図20の状態に変化させる。
図21は、3次元視点位置・視線方向入力装置を第3の視点位置変更手段として用いる場合の、3次元空間中の物体と視点位置の関係を示す図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1が図19の状態にあるときは、物体71に対する視点位置はカメラ72の位置にある。そして3次元視点位置・視線方向入力装置1を図20の状態に変化させたときは、その変化に対応して視点位置がカメラ73の位置に平行移動する。このとき、カメラの視線方向は変化しないため、視線は物体71から逸れる。
FIG. 19 to FIG. 21 are diagrams for explaining the operation of using the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device as third viewpoint position changing means. Here, the
FIG. 21 is a diagram illustrating a relationship between an object in the three-dimensional space and the viewpoint position when the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device is used as the third viewpoint position changing unit. When the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight
上記の視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる表示は、縦軸水平移動量検出手段を構成する台移動量検出手段42,44と縦軸上下移動量検出手段23との出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。 The display that translates the line-of-sight direction in accordance with the change of the viewpoint position described above is based on the output signals of the table movement amount detection means 42 and 44 that constitute the vertical axis horizontal movement amount detection means and the vertical axis movement amount detection means 23. Based on the control signal generated by the external device.
図22ないし図25は、上記3次元視点位置・視線方向入力装置を視野回転入力手段として用いる動作を説明するための図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1の柱状入力部16を回転させて、図22に示した状態から図23の状態に変化させる。
図24は、3次元視点位置・視線方向入力装置を、視野回転入力手段として用いる場合の、3次元空間中の物体と視点位置の関係を示す図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1が図22の状態にあるときは、物体81に対する視点位置は、カメラ82の位置にある。そして3次元視点位置・視線方向入力装置1を図23の状態に変化させたときは、その変化に対応してカメラが回転し、図25に示すカメラ83の状態に変化する。
上記の視野を回転させる表示は、柱状入力部回転量検出手段31の出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
22 to 25 are diagrams for explaining an operation of using the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight direction input device as visual field rotation input means. The
FIG. 24 is a diagram illustrating a relationship between an object in a three-dimensional space and a viewpoint position when the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device is used as a visual field rotation input unit. When the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight
The display for rotating the field of view is executed by a control signal generated by an external device based on the output signal of the columnar input portion rotation amount detection means 31.
上述の図7ないし図25で説明した3次元空間中の物体の観察においては、いずれも柱状入力部16の軸方向と、カメラの方向とが一致しており、ユーザは、3次元視点位置・視線方向入力装置を見ただけで物体観察の状況を直観的に把握することができる。
In the observation of the object in the three-dimensional space described above with reference to FIGS. 7 to 25, the axial direction of the
(実施例2)
図26は、本発明における3次元視点位置・視線方向入力装置の別の実施例の斜視概略図である。本実施例の構成は、上述の実施例1の3次元視点位置・視線方向入力装置とほぼ同様であるが、次の2点に関して構成が異なる。すなわち、図26に示す構成は、円柱形状の柱状入力部16がそれ自体でジョイスティックとなっており、柱状入力部16を傾けた方向や傾きの量を入力情報として取得することができる。すなわち、本実施例では、柱状入力部16の傾き方向及び傾き量を検出する図示しない柱状入力部傾き検出手段が備えられる。また実施例1における第2ボタン18は、本実施例には存在しない。
(Example 2)
FIG. 26 is a schematic perspective view of another embodiment of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device according to the present invention. The configuration of the present embodiment is substantially the same as the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight direction input device of the first embodiment described above, but the configuration is different with respect to the following two points. That is, in the configuration shown in FIG. 26, the cylindrical
図27は、図26に示した3次元視点位置・視線方向入力装置1の横軸12及び縦軸14を含む平面での断面概略図である。図8の構成と比較して追加されている点は下記の4点である。すなわち、本実施例においては、第1モータ92が球体11に固定され、第1モータ92の回転軸に設けたモータ側ギアにかみ合うように横軸側ギア91が設けられる。横軸側ギア91は、横軸12に固定されており、横軸12はアーム13に固定されている。第1モータ92が回転すると、横軸側ギヤ91と、この横軸側ギヤ91と一体的に構成された横軸12及びアーム13は回転できないため、第1モータ92自体が相対的に回転し、第1モータ92自体と一体的に構成された球体11の姿勢を変えることが可能である。
27 is a schematic cross-sectional view in a plane including the
また、第2モータ94が台座15に固定され、第2モータ94の回転軸に設けたモータ側ギアにかみ合うように縦軸側ギア93が設けられる。縦軸側ギア93は、縦軸14に固定されているため、第2モータ94が回転することにより、縦軸14と、この縦軸14と一体的に構成されたアーム13及び球体11を縦軸14の軸周りに回転させることが可能である。
Further, the
図28ないし図30は、第2の実施例の3次元視点位置・視線方向入力装置を用いて3次元空間中の物体を観察する際に、視点位置を変更する動作を説明するための図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1の球体11を回転させ、図28に示した状態から図29に示した状態に変化させる。図30はカメラ位置と物体との関係を示している。3次元視点位置・視線方向入力装置1が図28の状態にあるときは、物体101に対する視点位置はカメラ102の位置にある。そして3次元視点位置・視線方向入力装置1を図29の状態に変化させたときは、その変化に対応して視点位置がカメラ103の位置に移動する。
28 to 30 are diagrams for explaining the operation of changing the viewpoint position when observing an object in the three-dimensional space using the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device of the second embodiment. is there. The
図31ないし図35は、第2の実施例の3次元視点位置・視線方向入力装置を用いて3次元空間中の物体を観察する際に、視線方向を変更する動作を説明するための図である。3次元視点位置・視線方向入力装置1の柱状入力部16を下方向に傾けて、図31に示した状態から図32に示した状態に変化させる。このとき、ユーザが柱状入力部16を傾けている間は、図33に示すカメラ105の位置はそのままで向きを上方に傾け続ける。そしてユーザが柱状入力部16から手を離すと、カメラの向きの変更を停止する。停止後は例えば図34のカメラ106のような状態になる。図33の状態では、カメラ105は物体104の方向に向いていたが、図34の状態ではカメラ106は物体104より上の方向に向いている。このような視線方向の変更表示は、上記の柱状入力部傾き検出手段の出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
FIGS. 31 to 35 are diagrams for explaining the operation of changing the line-of-sight direction when observing an object in the three-dimensional space using the three-dimensional viewpoint position / line-of-sight direction input device of the second embodiment. is there. The
上記実施例1では、視点位置を固定して視線方向を変更する視点位置変更入力手段への入力情報としては、球体回転量検出手段21と縦軸回転量検出手段22との検出結果を用いていたが、本実施例では、上述の柱状入力部傾き検出手段の検出結果を用いている。また、実施例1においては、視線方向の変更を伴う視点位置の変更動作、及び視点位置を固定した視線方向の変更動作は、第2ボタン18を押すことにより切り替えるようにしていたが、本実施例では、球体回転量検出手段21と縦軸回転量検出手段22による検出結果に基づいて、3次元空間内の観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更することができる。従って、上記の二つの動作を同時に実行することができるようになる。
In the first embodiment, the detection results of the sphere rotation amount detection means 21 and the vertical axis rotation amount detection means 22 are used as input information to the viewpoint position change input means that changes the line-of-sight direction while fixing the viewpoint position. However, in the present embodiment, the detection result of the above-described columnar input portion inclination detection means is used. Further, in the first embodiment, the viewpoint position changing operation accompanied with the change of the line-of-sight direction and the line-of-sight direction changing operation with the viewpoint position fixed are switched by pressing the
図33及び図34の例では、柱状入力部16の操作によって、カメラ105(図33)が方向を変えてカメラ106(図34)の状態になったところで、ユーザが柱状入力部16から手を離したものとする。このとき、カメラと物体104とを横から見た位置関係を模式的に示したものが図35である。ここでは、水平方向を基準とするカメラ105の視線の角度はθであり、カメラ106の視線の角度はθ’である。
In the example of FIGS. 33 and 34, when the camera 105 (FIG. 33) is changed in direction by the operation of the
一方、3次元視点位置・視線方向入力装置1の球体11を横から見た様子を示したものが図36である。この動作では、カメラ移動中に柱状入力部16を傾けるのみで、球体11は回転しない。ここでは、水平方向を基準とするとき、カメラの移動前は柱状入力部16の角度(水平方向と柱状入力部の中心軸とのなす角度)はθであってカメラ105の角度と一致していた。しかしながら、カメラの向きを変更した後においても、柱状入力部16の角度はθのまま変わらないため、移動後のカメラ106の角度θ’と異なってしまっている。すなわち、この場合、3次元視点位置・視線方向入力装置1の状態が視点位置や視線方向を直観的に反映するという本発明の利点が失われている。
On the other hand, FIG. 36 shows a state in which the
上記の問題を改善するため、図27で示した横軸側ギア91及び第1モータ92を用いて球体11を回転させ、柱状入力部16の角度とカメラ106の角度が一致するよう制御する。この方法については後で詳しく説明する。
図37は、球体11を回転させた後の様子を示す図である。ここでは、水平方向を基準とする柱状入力部16の角度はθ’となり、向きを変更した後のカメラ106の角度θ’と一致している。なお図31ないし図37においては、柱状入力部16を下方向に傾けた場合について説明したが、その他の方向に傾けた場合も同様の処理を行うことは言うまでもない。この場合に、図27に示す縦軸側ギア93及び第2モータ94を用いて、他の方向に傾けたときの処理を行うことができる。すなわち、柱状入力部16を傾けることにより生じるカメラの角度と柱状入力部16の角度の不一致を修正するために、第1モータ92及び/または第2モータ94を駆動させる。
In order to improve the above problem, the
FIG. 37 is a diagram illustrating a state after the
上記のように柱状入力部16を傾けることにより、視点位置を変更することなく視点位置からの視線方向を変更する入力を行うことができる。そして、軸回転量検出手段による検出結果と、球体回転量検出手段による検出結果に基づいて、3次元空間内の観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更することができる。そして本実施例では、上記の処理を同時に実行することが可能である。
By tilting the
上記図26ないし図37で説明した3次元空間中の物体の観察においては、いずれも柱状入力部16の方向とカメラの方向が一致しており、ユーザは、3次元視点位置・視線方向入力装置を見ただけで、視点位置と物体の関係や視線方向を直観的に把握することができる。
In the observation of the object in the three-dimensional space described with reference to FIGS. 26 to 37, the direction of the
次に、上記図26ないし図37の説明で述べた柱状入力部16の角度とカメラ103の角とを一致させるモータ制御について、図38及び図39を参照して説明する。
図38は、3次元視点位置・視線方向入力装置の操作入力部の軸の向きを変える駆動手段を制御するための構成を示す図である。各種入力手段110は、上述の各実施例における視点位置変更入力手段2,視線方向変更入力手段3,第2の視点位置変更入力手段4,ズーミング手段5,視野回転入力手段6,及び第3の視点位置変更入力手段7等の各種入力手段を指すものとする。
Next, motor control for matching the angle of the
FIG. 38 is a diagram illustrating a configuration for controlling a driving unit that changes the direction of the axis of the operation input unit of the three-dimensional viewpoint position / gaze direction input device. The various input means 110 are the viewpoint position change input means 2, the line-of-sight direction change input means 3, the second viewpoint position change input means 4, the zooming means 5, the field-of-view rotation input means 6, and the third field position input means in the above-described embodiments It refers to various input means such as the viewpoint position change input means 7 and the like.
各種入力手段110からの出力信号Sは、信号制御部111に送られる。信号制御部111は、送られた信号Sを用いてカメラの位置の制御情報を算出し、制御信号C1をカメラの位置制御装置112に送る。カメラの位置制御装置112は、制御信号C1に従ってカメラ位置を動作させる。一方、信号制御部111は、図28ないし図37を参照して上述したように、柱状入力部16の角度とカメラ113の角度の不一致を修正するための制御信号C2を算出し、駆動手段10へ送る。駆動手段10では、送られた制御信号C2に従って柱状入力部16の軸の向きを修正する。駆動手段10は、上述のように、第1モータ92または第2モータ94、もしくはこれらの両方によって球体11の位置を回転駆動させることにより実現される。
Output signals S from various input means 110 are sent to the
図39は、上記図38に示す信号制御部111における駆動手段に対する制御信号C2の算出手順を説明するフローチャートである。まず、ステップS1において、3次元視点位置・視線方向入力装置1の姿勢情報を検出する。ここでは、各種入力手段110から送られてきた出力信号Sがこの姿勢情報に該当するため、信号制御部111内に出力信号Sを保存しておき、それを読み出してくればよい。これを情報Aとする。
FIG. 39 is a flowchart for explaining the calculation procedure of the control signal C2 for the driving means in the
次にステップS2では、物体を観察するカメラの姿勢情報を検出する。カメラの位置制御装置112に送信した制御信号C2がこのカメラの姿勢情報に該当するので、信号制御部111内で制御信号C1を保存しておき、それを読み出してくればよい。これを情報Bとする。
そしてステップS3では、上記の情報Aと情報Bとの差分を算出する。算出した差分が、すなわち、柱状入力部16の角度とカメラ113の角度のずれ(柱状入力部16の軸方向とカメラの視線方向とのずれ)を示す情報である。
In step S2, posture information of the camera that observes the object is detected. Since the control signal C2 transmitted to the camera
In step S3, the difference between the information A and the information B is calculated. The calculated difference is information indicating a deviation between the angle of the
次にステップS4では、上記の差分が0かどうかを判別する。差分が0である場合は、柱状入力部16の角度とカメラ113の角度にずれがない、すなわち3次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を正しく反映している状態であるため、そこで処理を終了する(ステップS5)。また、差分が0ではない場合は、柱状入力部16の角度とカメラ103の角度にずれがある、すなわち3次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を正しく反映していない状態であることを示す。この場合、差分を減少させる制御信号C2を算出し(ステップS6)、その制御信号C2を、3次元視点位置・視線方向入力装置の駆動手段10に送る(ステップS7)。駆動手段は、送られた制御信号C2に従って、モータ等を駆動させ、差分が0となるように修正を行う。
In step S4, it is determined whether the difference is zero. When the difference is 0, there is no deviation between the angle of the
駆動手段10によって3次元視点位置・視線方向入力装置1の所定の操作入力部の姿勢が修正されたことにより、各種入力手段110の状態が変わり、出力信号Sの情報が変化する。そこでステップS1に戻り、新たな出力信号Sの情報を用いて処理を繰り返す。
以上の処理を実行することにより、柱状入力部16の角度とカメラ113の角度にずれがない、すなわち3次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を正しく反映している状態へと収束する。よって3次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を直感的に反映するという本発明の利点が実現される。
When the posture of the predetermined operation input unit of the three-dimensional viewpoint position / gaze
By executing the above processing, there is no deviation between the angle of the
なお、前記図7ないし図37で説明した3次元視点位置・視線方向入力装置1は、実空間中の物体を観察する際にカメラ位置を制御する用途に使用可能であり、また、仮想空間中の物体を観察する際にも使用可能である。
Note that the three-dimensional viewpoint position / gaze
1…3次元視点位置・視線方向入力装置、2…視点位置変更入力手段、3…視線方向変更入力手段、4…第2の視点位置変更入力手段、5…ズーミング入力手段、6…視野回転入力手段、7…第3の視点位置変更入力手段、8,8´…操作入力部、9,9´…切り替えスイッチ、10…駆動手段、11…球体、12…横軸、13…アーム、14…縦軸、15…台座、16…柱状入力部、17…第1ボタン、18…第2ボタン、19…第1ケーブル、20…第2ケーブル、21…球体回転量検出手段、22…縦軸回転量検出手段、23…縦軸上下移動量検出手段、24,25…台、31…柱状入力部回転量検出手段、32…柱状入力部移動量検出手段、41…第1レール、42…第1の台移動量検出手段、43…第2レール、44…第2の台移動量検出手段、51,54,55,61,71,81,101…物体、52,53,56,57,62,63,72,73,82,83,102,103…カメラ、91…横軸側ギア、92…第1モータ、93…縦軸側ギア、94…第2モータ、110…各種入力手段、111…信号制御部、112…カメラの位置制御装置、113…カメラ、S…出力信号、C,C1,C2…制御信号。
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