JP2006508475A - 三次元表示装置におけるスケーリング制御装置とその方法 - Google Patents

三次元表示装置におけるスケーリング制御装置とその方法 Download PDF

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Abstract

３Ｄ表示システムの３Ｄコンピュータモデルのスケーリング制御のシステムと方法は、ズームモードの作動、モデルスームポイントの選定、ズームスケール因子の設定とを含む。本発明の実施例によれば、選択されたモデルズームポイントと設定されたスケール因子に対応し、システムはズーム操作を行い、原点から最適視点に向かいモデルズームポイントを自動的に移動させる。ユーザーがズームモードを作動し、モデルズームポイントを選択し、ズームスケール因子を設定して、システムはモデルズームポイントを最適視点に自動的に移動させる。システムは、中心視野に置いた表示されたモデルの可視点に定義された規則を適用することで、システムはモデルズームポイントを自動的に確認することができる。そのような可視の点がない場合、システムはユーザーに、その点が可視になるまでモデルを移動させる、あるいは、自動機構によりモデルとそのモデルのズームポイントを選択できる。

Description

本発明は、コンピュータグラフィックス特に三次元（３Ｄ）データ構造のコンピュータ作成画像装置のユーザー対話方法に関する。
コンピュータあるいは写真や線図やＸ線画像のような他の電子的に形成された、画像装置上の画像を見るとき、元の分解能で供給されたよりも更に詳細に一つの部分を検査することがしばしば必要となる。その結果、現在のほとんどの画像表示ソフトは例えば尺度メニュー、拡大縮小制御などの縮尺変更制御方法を備えている。通常は、拡大された画像が表示可能なウィンドウよりも大きいとき、表示される部分は現在興味のある部分ではなく、ユーザーは表示装置に興味ある部分を再度中心に置く必要があった。
画像表示ソフトは直接拡大機能を備え、ユーザーは拡大画像の中心として装置に使用される元の画像内の点を指定できる。この中心はマウスで制御されたカーソルの位置により設定されることが多い。このような状態で、マウスをクリックすると、画像は選択された点を中心に拡大されたものに飛び移る、あるいは、拡大ジャンプする。
画像表示で好ましい特徴は、スムーズな拡大である。上記の拡大ジャンプ機能と違って、スムーズな拡大では、画像のある点は表示画面に固定され留どまり、画像の複数の他の点はそこから外に向かい移動する。しかし、これは従来の画像表示ソフトでは支援されない。このように、ユーザーはサイジング・ジャンプのあと手動で垂直と水平に画面をスライドする必要を受け入れるしかなかった。
３Ｄの観察、操作において、拡大制御の課題はいつくかの理由でより重要になっている。初めに、量について、考えられ得る更なる、競合する空間がある。例えば、与えられた分解能でウィンドウにぴったり収まる４倍の幅と４倍の高さを有する対象物の二次元あるいは２Ｄ画像は、興味ある与えられた点を再度得るため、ユーザーが１６倍のウインドウサイズの範囲を一通り調べることが要求される。しかし、同様に拡大された４倍の幅、高さ、奥行きの観察範囲の同じ対象物の３Ｄ画像は、６４倍の体積の観察範囲を取り囲む。
第２に、３Ｄ表示は、一般に２Ｄ画像よりも多くの空の空間を含んでいる。２Ｄの画像は画像の全ての点で画像内容あるいは細部を含むことができる。３Ｄ表示は空間の特定の点から見なければならないので、その空間の視点と興味のある対象物との間の細部が像を曖昧にする。その結果、３Ｄ表示において空の空間が要求される。しかし、３Ｄ画像が拡大されるとき、この逆に有効な空の空間は、ユーザーがそれを方向付ける、あるいは、興味のある特定の範囲を見つけるために左右、上下、前後にスライドするかの手がかりを持たない空の空間の広い場所を有する表示体積を満たすようになる。
さらに、３Ｄにおいて点を特定することは、ユーザー・インターフェイスを複雑にする。完全機能３Ｄインターフェイスとは、ユーザーが画面に向かう方向、画面から出る方向と同様、表示を水平に横切り、表示の垂直の上下の３つの方向における、スタイラス、ポインターあるいは他の選択装置を移動させ、点を選択できる。これは、ここからのズームあるいはクローズアップモードを容易にするので、オーバービューとクローズアップモードとの間を頻繁に切りかえることが必要となり退屈である。より普通のマウスや他の２Ｄのインターフェイスにおいては、一時に二つの要素だけを変えることができる。このように、このインターフェイスは、インターフェイスの横方向の動きがカーソルの横方向の動きを形成し、垂直インターフェイスの動きがカーソルを垂直に移動させ、あるいは、３Ｄ表示制御に適用するよう、横方向あるいは縦方向の移動が画面に向かう、離れる方向（すなわち３Ｄ表示の奥行き方向）、あるいは、これらの固定された組合せで関連させるようにインターフェイスは設定できる（例えば、マウスのボタンを押すことにより）。しかし、二次元のインターフェイスでは、モードスイッチを加えないで、全ての３つの独立する方向を制御する方法はない。
３Ｄ表示のさらに複雑なのは、何も示されていない外側にクロップボックスを設けることがよくあることである（現在の興味でなく過去の特徴より）。これは、表示ウインドウに表示可能な空間の体積内で、それより小さな表示範囲を効果的に置く。従って、ユーザーはクロップボックスを有する表示データを移動させることと、クロップボックスを横方向に移動させることとを切り替ることが可能でなければならない。表示されたモデルに関して定義されるクロップボックスと異なり、同じインターフェイスに存在するクリップボックスがあり、それは、典型的には表示範囲に直接関連して決められる寸法と位置を有し、２Ｄのインターフェイスでのサブウインドウ（通常、主ウインドウの平行して横に開かれる）を定義するのに類似させて、表示ボックスを含む補助的体積を定義する。このように、クリップボックスの外側に表示されたモデルの部分は表示されず、それは対話速度で処理可能な量に表示データを制限するのに利用可能である。ユーザーが性能上の同様の理由でクロップボックスを縮小させると、初めの使用では可視化のためにモデルのある部分を切り取ることになる。それで、見るためにモデルと移動し、モデルのどの部分を選択するか再度行う。
本発明の一般的な用途のために、モデルと移動し、衝突を素早く検出するような異なる機能を提供する境界ボックスからクロップボックスを区別することが重要である。二つの対象物の境界ボックスが重ならないなら、どちらも対象物でなく、対象物がそれらの境界ボックスを満たさないなら、ボックスの衝突は、対象物の衝突がさらに詳細に検証されねばならないことを意味する。ユーザーが制御したカーソルが対象物の境界ボックスに入ったとき、選択あるいは強調のきっかけがしばしば使用される。多くの用途（コンピュータ支援設計、ＣＡＤ）において、それぞれ自分の境界ボックスを有するモデルの多様性があるが、そのような用途において、ユーザーが境界ボックスを調整可能であること、あるいは、境界ボックスが、外側に置かれたモデルの部分を作画しないので、切り取ることにより画像に結合されることはまれである。実際に、通常、モデルの点がその外側に置かれることはない。例えば、自動車の部品の表示において、画像機能は、ユーザーに見えないあるいは変更可能でなくても、各モデルが規定内で動作する境界ボックスを有することを要求し、個別のクロップボックスは、その部分は表示に含まれず、各ホイールや、パイプ、ワッシャなどに与えられることはまれである。３Ｄのスキャンデータの矩形のブロックを描画することに関して、体積表示の用途において、クロップボックスと境界ボックスの機能を結合することは便利である。しかし、一般には、それらは区別されている。
これらのクリップボックスとクロップボックスの影響は、ズーム機能に関し、不利に相互作用する。小さなクロップボックス（描画速度やメモリー容量を越える問題がない）で、性能の問題を容易に扱えるよう設定された小さな寸法のクリップボックスの壁を通し外に出されるとき、ボックスが現れるようにすると混乱する。大きなクロップボックス（小さなボックスを拡大した結果も含む）で、切り取られたモデルの部分に関してでなく表示を同等にするよう拡大したとき、クリップボックスの使用は十分な性能のために必要である。この対話方法は、モデルを見る供給源にユーザーが継続的に注意を払うことを求められ、そして、実際のモデルで興味ある範囲を実際に見る能力から気をそらす。
本発明の目的は、２Ｄ、３Ｄ画像とモデルを縮尺し、案内をし、観察し、ズームするとき、ユーザー対話方法を簡単にし、自動にし、最適化する新たな技術を提供することである。
ズームモードを有効にし、モデルのズームポイントを選択し、ズームの尺度要素を設定する、３Ｄ表示システムにおける３Ｄのコンピュータモデルのスケーリングを制御するシステムと方法を提供する。本発明による実施例において、システムは、選択されたモデルのズームポイントと設定された尺度要素に応じて、ズーム操作を実行し、モデルのズームポイントを原点から最適の視点に向かい自動的に移動する。本発明の実施例において、ユーザーがズームモードを有効にし、モデルのズームポイントを選択し、ズームの尺度要素を設定して、システムは同時にモデルのズームポイントを最適の視点に移動することが可能となる。さらに、本発明の実施例において、中央視野範囲を設けた表示モデルの可視点に定義された規則を適用することにより、システムが自動的にモデルのズームポイントを確認することができる。もし、そのような可視点が可能でないなら、そのような点が可能となるまで、システムはユーザーにモデルを移動させることができるか、あるいは、自動図解によりモデルとモデルのズームポイントを選択できる。
本発明は、特別の調整がされるときに生じるものの簡易学習検出を有し、表示されないデータ範囲で無くすものがない（ジャンプあるいは滑らかな拡大による）スケーリングを、ユーザーが手動で行うことができるユーザーによる可視制御インターフェイス備える。
実施例において、最適視点は、表示の奥行きの中心で画面の中心近くに固定される。ズーム制御が有効なとき、ズーム中心まわりに十字あるいは他のアイコンの画像表示がこの点を示す。実施例において、モデルのズームポイントが選択される拡大範囲をユーザーに示す、最適可視点まわりの大きな前後部材が存在する。表示のモデルの可視部分のユーザー制御移動は、そのモデルをｚ軸あるいは拡大された範囲に接するようモデルを移動し、モデルのズームポイントの選択のきっかけとなる。この固定ズーム中心が、現在のクロップボックスの任意の点を有する（ユーザー視点からの）線にないとき、ユーザーは視界の中心に向かって、内容と共にボックスを移動させられる。ユーザーがモデルをズームし始めたとき、モデルのズームポイントが最適視点に近づくようモデル空間は表示内を移動する。
他の実施例では、システムは、尺度を変更すべきモデルとモデルのズームポイントを探し、選択する。これは、ユーザーに少ない努力をもたらすが、それに応じて詳細は制御はなくなる。以下の技術用語は本明細書全般に使用され、以下の説明でわかり易く定義される。
３Ｄデータ表示装置：視差、立体視や焦点の他の一つの要素の噛み合わせ透視的などれかによる、他の奥行（見る人からの距離）の一つ以上の合図（列）を与える３Ｄの画像を表示することのできるシステム。実施例では、立体奥行き透視図が可能なシャッターグラスを備えるコンピュータ・モニターを使用するが、本発明では、立体でないモニター、両眼スクリーンを備えたヘッドマウントデイスプレーあるいは、従来技術で知られるプリズム、配列されたフィルタ、ホログラフィー等による異なる方向に異なる画面を放射する表示スクリーン等の他の表示システムも場合にも同様に適用できる。
スケーリングの中心：その点の周りにスケーリングされる３Ｄモデルの点。ここでは、モデルのズームポイントが使用されるときがある。
表示空間：原点が、表示画面の方向点に使用され、表示場面の中心である３Ｄの空間。表示空間の点は座標（ｘ、ｙ、ｚ）により表示される。
拡大率：一度ズーム機能が有効にされたシステムにより、ユーザーに表示された３Ｄ範囲。スケーリングポイントの中心を選択するためにシステムにより使用される。
モデル空間：モデルあるいは３Ｄ表示システムにより表示されたモデルを表示するために使用される３Ｄ空間。モデル空間の点は座標（ｕ、ｖ、ｗ）により表示され、等式１に規定さてる形式の座標変換により空間を表示することに関連する。モデル空間はモデルに関連し固定され、表示空間は表示装置に関連し固定される。
モデルのズームポイント：ズーム操作で、他の全ての点はスケーリングされ、固定維持されるモデル上の点。
最適視点：表示画面の見かけの奥行で、表示画面の中心あるいは中心近くの点。検討を簡単にするために、この点が、座標（ｘ、ｙ、ｚ）の原点（０、０、０）として選択され、同業の通常の経験者により代数の簡単な変換で変更される。
スケーリング：与えられた数字で対処物の寸法を乗算すること。１より大きな数字はズームインあるいは拡大操作で、１より小さな数字はズームアウトあるいは縮小操作である。
立体写真の：多少異なる角度からの表示された画面あるいは像の二つの変形を投射することで三次元効果を与えるために使用される表示システムに関する。立体写真効果を最も正しくする表示画面に関し好ましい見る位置があり、分離された画像信号を発生させるのに仮定された目の位置が実際のユーザーの目の位置に一致する（他の位置でも立体写真効果が同様に強いが、認知できる形状は想定の形に対し歪められる）。
ズーム：スケーリングを参照。
本発明による方法は、体積描画システムのようなどんな３Ｄデータ表示システムでも実施可能である。同様に、従来例で示されるように、二次元（２Ｄ）データの表示に適用され、簡略化される。一般に、体積描画システムは、体積データの可視化が可能である。体積データは、ある工程あるいは、ＭＴやＣＴスキャナー超音波装置、地震収集装置、高エネルギー工業用ＣＴスキャナー、レーダーとソナーシステムや他のデータ入力源のような用途から得られたデジタル化されたデータである。表面描画に対し、体積描画の利点の一つは、対象物の内部の可視化が可能なことである、
ここでは、３Ｄ表示システムの一つのタイプは、全機能３Ｄ表示環境（例えば、シンガポールのボリューム・インターアクション株式会社のデクストロスコープ・システムの機能）として参照されるものである。このようなシステムは、表示について、三次元対話が可能である。このようなシステムでは、一般に、ユーザーはコンピュータあるいは他のデータ処理装置により位置が検出される装置を片手、あるいは各々の手に保持する。コンピュータはユーザーがクリックしたり、下に保持したり、解除したりするボタンのような、少なくとも一つの制御入力の状態を監視する。このような模範となるシステムで鏡で隠されるように、このような装置では、ユーザーは直接見ることができず、検出された装置といっしょに配置された仮想ツール（用途の必要に応じ描かれたコンピュータにより発生された画像）をユーザーは見る。このような模範のシステムでは、仮想ツールの位置をユーザーが可視的に検出し、保持された装置の位置のユーザーによる神経筋センサの配置の同一性が対話型の利点である。
図１は、３Ｄ表示の典型的な座標系を表示している。それを参照して、表示装置の中心の奥行きで、明確な物理的表示ウインドウを与える面１０３がある。表示ウインドウ１０３は一般にレンズあるいは鏡により異なる表示位置に移動するコンピュータ画面である。その代わりに、ヘッドマウント・ディスプレーにおいて、面１０３は、ユーザーの目の十分な焦点ができるレンズあるいは複数のレンズに対するユーザの左右の目に関する同様の見かけの位置を占める一対の画面である。ステレオスコープの表示の場合、中央の奥行は、鏡に対する場合にユーザーがモニターの物理的表面を見る距離、あるいは、近傍にある。この距離の周りに、立体視と目の視力調整の二つの奥行がほぼ一致し、観察により大きな満足を導いてくれる。
表示ウインドウ１０３の中心あるいはその近傍に、それぞれ軸１０７、１０８、１０９を備える直行座標系の原点１０２がある。図式的な頭と目１１５が、表示がユーザーにより見られる点から与えられるように示されている。図を簡単にするため、ユーザー１１５の位置を与えるるよう、以下の約束をする：ｘ軸あるいは水平軸を１０７、ｙ軸あるいは垂直軸を１０８、ｚ軸あるいは奥行軸を１０９．これらの軸に沿った正の方向はそれぞれ右向き、上向き、ユーザー向きと設定する。より大きい奥行はより大きな値（−ｚ）で表現される。定義された原点１０２は、表示装置の境界近くにあるよりも、全ての側に周りに表示空間を有する。さらに、多くのユーザーのために、立体視（と表示システムの視差で）奥行を有する光学的調整の一致させることで、対象物をこの奥行で検査し最も満足できるようになる。従って、このような原点は最適視点と呼ばれる。
人間工学と知覚心理学の現実世界の考慮は、特定の用途とハードウェアの外形のため、原点の様々な選択をもたらし、それは物質的な表示画面で正確に中心でなく、あるいは物質的な表示画面の見かけの奥行にでもない。
３Ｄ表示システムは、一般に少なくとも二つ種類の対象物を表示し、それは、ユーザーにより別々に動かされないかぎり、見せかけの大きさと位置を維持している、制御システムの運転に使用されるボタン、スライダなどの制御インターフェイスと、点と線と多角形あるいは適切に定義された関数である(で、(（ｘ、ｙ、ｚ）＝０のように絶対的な等式で定義された幾何学的構造である（コンピュータによるトモグラフィ、磁気共振、地震地質学や他の検出モダリティのような外部のプロセスあるいは用途から発生させられた）実際の３Ｄモデルとである。３Ｄモデルは、共有のモデル空間で位置と方向を有する物を可視的に描画するためのシステムを可能とするのに必要あるいは好ましいように、正規ベクトル、鏡面性と透明度のような他の必要なデータと同様に色のような属性を備える。
モデル空間は座標（ｕ、ｖ，ｗ）を有し、（図１の軸１０７、１０８、１０９により規定される）表示範囲座標に対するその関係は、マトリックスの数式１、あるいは同じアフィン（直線保存の）変換の４×４マトリックス公式のような同等のものにより与えられる。数式１からわかるように、（ｕ、ｖ、ｗ）＝（０、０、０）であるモデル空間の原点は表示空間の点（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に記される。このように位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を（ｕ、ｖ、ｗ）＝（０、０、０）が記されるところに変更することで、モデル空間とその中の全てのモデルを表示空間に移動させる。
Figure 2006508475
ズームあるいはスケーリング機能は次のように操作する。数λを数式１のマトリックス(ａi j(に掛けて、対象物の外見が縮小あるいは拡大され、その要素によりそれらの距離は、他の点が互いに向かって移動し、あるいは、点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から離れて、点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で（ｕ、ｖ、ｗ）＝（０、０、０）のいかなる可視要素を維持しながら、スケーリングされる。スケール変更と（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の変更を組合せると、単一ステップあるいは、連続変化のような小さいステップの連続で、表示座標（ｘ、ｙ、ｚ）の定位置を維持しながらモデル空間内で（ｕ、ｖ、ｗ）＝（０、０、０）以外の点を許す。
図２Ａと２Ｂは、全ての３軸（ここでは全ての方向）に沿って３倍大きい対象物２０３になる対象物２０２をスケーリングする異なる効果を有し、“＋”アイコンで表示される移動しないあるいは固定された点の二つの選択を図示している。図２Ａにおいて、最適視点２０１は固定を残すように選択される。このように、拡大された対象物２０３上の全ての点がその点に関し中心化され続ける。図２Ｂにおいて、（０、０、０）から何らかの変換された点は、スケーリングの中心として選択される。このように、図２Ｂにおいて、拡大された対象物２０３の中心は表示空間内で移動する。
もし点（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が固定されて見えるなら、数式２により上記の等式１を置きかえる。この点（Ｕ、Ｖ、Ｗ）は、スケーリングのモデル中心と呼ばれる。変換により、数式３の左辺と右辺に対応する点は、スケーリングの表示中心と知られている。数式３の二つの側は、全ての（Ｕ、Ｖ、Ｗ）にまったく等しくはなく、特定の（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対し同等が真で、もしλが１でないなら必ずしも唯一ではなく、スケーリングの表示中心としてその（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を正確に特徴づける。一次元で類推すると、もし正確にＵ＝（Ｘ´―Ｘ）／（ａ−λａ）ならば、λａＵ＋Ｘ´＝ａＵ＋Ｘである。スケーリングのモデル中心は、ズームポイントあるいはモデルズームポイントとして知られている。表示空間座標とモデル空間座標の間の対応は、マトリックス(ａi j(を掛けるか、従来例で知られている他の適切なマトリックスによる回転、反転や他の幾何学的操作により変形される。また、モデル空間内の（ここでは互いに関連する）モデルの位置は、用途により変形可能である。このように、本発明について、共用のモデル空間で対象物の共通のスケーリングを初めに記述しており、主モデル空間に関連する分離モデル空間のそれぞれは、同業の通常の経験者にとって明白である。
Figure 2006508475
Figure 2006508475
ユーザー制御のクロップボックスの使用は、表示装置の有限の性質により本体のクリッピングから区別される。表示システムの物理的限界で、モデルの一部は、ユーザーに表示するためシステムが形成される範囲の外側には表示することができない。しかし、この範囲は上述のようにクリッピングボックスの使用により更にユーザー制限が可能である。図４は、可能な表示範囲（あるいは現クリッピングボックス）の境界近くのズームポイントの影響を図示している。図４Ａにおいて、ズームポイント４０１が選択されている。クロップボックス境界４５０について中心化されたポイント４０１は、視野から、拡大された４０５の最小の損失をもたらしている。一方で、図４Ｂでは、クロップボックス４５０の左境界近く配置されたズームポイント４１２が選択されたので、拡大された対象物４１３に対象物４１１の拡大で、視野から大きな部分が失われている。このズームポイントの選択は、もっと中心に配置されたモデルズームポイント４０１を使用して同じモデル４１０に生じるより、モデル４１１をもっと視野の外に移動させ、表示不能となる。しかし、（クロップボックスあるいは表示ボックスの）境界近くのモデルズームポイントを使って対象物をズームすることをユーザーが好むことはしばしば生じる。ユーザーに不便な結果を減らすことが本発明の主たる目的である。（現クロップボックスの表面近くにモデルズームポイントがあると、同様の影響が生じる、しかし、ユーザーは頻繁にクロップボックスを操作するので、問題になることは少なくなる。）
以上のように、本発明は様々な表示システム環境に実施可能である。図示するために、ここでは二つの環境での実施を記述する。本発明の一つの実施例は、デクストロスコープ（商標）のような環境で、標準のマウス装備のコンピュータ、あるいはここで記述されていない、例えば、ジョイスティック、あるいはトラックボール、あるいはヘッドマウントディスプレーあるいは機能的に同等なものを使用して完全に実施可能であることが理解される。図示のため、オプションの範囲が、デクストロスコープ式の環境と標準のマウスに関し記述されても、他の装置への適合は同業の通常の知識のものには明白である。下記の例１−４は、本発明による表示装置を有するユーザー・インターフェイスの連続する手順を記述する。
１．ズームモードの作動：はじめに、他の特徴でなく拡大の制御に向かうよう、信号がシステムにより解釈されるようシステムが状態（ズームモード）に入るようユーザーは合図する。これは、例えば音声インターフェイス（システムに認識される“ズームモード使用”のような命令を発声する）を介し、マウスで２Ｄボタンを、あるいはデクストロスコープ式スタイラスで２Ｄボタンデをクリックし、あるいは、実施例のように、（図８に関連し）後述のように、ズームスライダインターフェイス部を（クリックと逆に）単に触ることで、実施される。
２．モデルズームポイントの選択：次にその周りのスケーリングでもり詳細を見たい、モデルズームポイントと称するモデル空間の点を、ユーザーは選択する。モデルズームポイントの例は図２に示す点２０１である。この選択は、多くの方法で実行される。マウスのインターフェイスでは、ユーザーは画面上の点をクリックし、選択されたモデルズームポイントは、ユーザーの視点からその点を有する線にモデル上の最も近い可視の（透明でない）点となる。（ユーザーが二つの視点を有する立体表示の場合、システムは計算のため一つの目を選択する。）代わりに、より正確だが、同時により多く要求するインターフェイスでは、ユーザーが追加のクリックのような対話入力で選択する、移動する現在選択点が表示される。デクストロスコープ式のインターフェイスで、モデルズームポイントとなる（表示されている対象物の可視表面のオン・オフで）三次元の点をユーザーはクリックする。他の選択方法は、同分野で知られているものである。
モデルズームポイントの選択のため、以下に述べる第１の方法において、選択は、表示空間内にズームのための便利な空間にモデルを置くことと結びつけられる。２Ｄ画像のように、表示範囲の境界近くのズームポイントは、図４に図示されているように、中心点よりも速く境界を越えてその近くの点を見えなくする。さらに、立体表示では、実際の表示画面のユーザーの目から事実あるいは見かけの距離が一致する最も満足できる目視奥行がある。
２．１ 第１の選択方法：Ａ．使用可能クロップボックス：実施例において、システムは、ユーザーがモデルズームポイントを選択するのを支援する中心位置決め方法を使用する。現在の表示がモデル空間のいくつかのモデルの可視点を含む表示空間（０、０、Ｚ0）の最も近い点を、表示座標に関し、モデル空間の現在の位置に見つけられるか、システムは表示座標系（ｘ、ｙ、ｚ）のｚ軸を検査する。もしそのような点が存在すれば、可視であることで、現在のクロップボックスに内側にする必要がある（そのようなクロップボックスが可能で、使用できるなら、典型的なように、体積画像化で、複雑な機械あるいは仮想のフィルムを描画する。）もし、ｚ軸がクロップボックスの現在の位置でクロップボックスを通過しない理由で、そのような点が存在しなければ、クロップボックスがｚ軸と出会うまでクロップボックスを移動させるよう読者はさせられる。デクストロスコープ式表示システムで、ユーザーが、掴みハンドでボックスを握り、検出器と検出器に取りつけられた（可視あるいは論理の）ツールとツールと同等のボックスとを、ボックスがｚ軸が通るように表示画面内で十分に中心位置決めされるまで、移動させることで、これが実行される。また、標準の２Ｄのマウスインターフェイスを使う表示環境では、移動のｚ成分は操作において影響されず、対象物は一定のｚでこのステップをとおし維持されるので、ボックスの画面位置は標準のドラッグとドロップの動作で表示画面を横切りドラッグされる。
Ｂ．ｚ軸上に可視の点のないクロップボックス：クロップボックスは現在使用可能だが、ｚ軸がモデルの可視点と出会わないなら、図５に図示されているようにボックスを幾何学的に係るデフォルトの規則で、実施例においてシステムはＺ0を決定する。例えば、（ａ）ｚ軸５１０がクロップボックス５２０と出会うユーザー５０１（図５にて、ユーザー５００は図の左遠くから見る）に最も近い点として；（ｂ）ｚ軸がボックスと出会うユーザー５０１から最も離れた位置として；（ｃ）後述の二つの点５０１、５０２の中点５０３として；（ｄ）ボックスの重心に最も近いｚ軸上の点；（ｅ）ボックスの重心の位置（ｘ、ｙ、ｚ）のｚの値として；（ｆ）与えられた設計環境で好ましいあるいは有効な他の規則で、（０、０、Ｚ0）を定義する。代わりとして、デフォルトの規則がクロップボックス内容を含むことによりＺ0を決定してもよい。例えば、モデル上の可視点が存在するｚ軸に最も近い点の位置（ｘ、ｙ、ｚ）のｚの値でＺ0を設定する、あるいは、透明よりむしろ可視で現在取り扱われるボックスのポイントの重心位置（ｘ、ｙ、ｚ）のｚの値でＺ0を定義する。従来例で知られているように、多くの他の代替が種種の実施例に適用されている。
Ｃ．使用可能クロップボックスが無い：クロップボックスが無いあるいは同等の機能が無い場合は、実施例において、システムは現在選択されたモデルの中心にモデルズームポイントを設定し、（一般のモデル空間座標（ｕ、ｖ、ｗ）と異なるその内部モデル座標の原点は、中心、現モデルの境界ボックスの中心、最適視点あるいは原点（０、０、０）と一致するかしないかである。（最適視点が選択されると、スケーリングの中心の動きに後述は未定である。）代わりに、（その検索が過度に計算結果的に高価であっても）モデルの可視点が存在するｚ軸に最も近い点の位置（ｘ、ｙ、ｚ）のｚの値をＺ0に使用する。与えられた設計環境で望まれるあるいは適切なように、多くの他の代替が、他の実施例に適用されている。
２．２ 第２の選択方法：本発明の実施例において、図６に図示されるように、モデルズームポイントを選択する第２の中心位置決め方法が利用できる。図６を参照し、この方法は、拡大範囲６０３の考えを利用する。拡大範囲は、モデルの可視点あるいはクロップボックスが選択される表示空間の（システムより固定されあるいはユーザーにより調整され、ユーザーに可視化される）中央範囲である。実施例において、この範囲は半透明なコンテクスト平面６０２を表示することで示される。その名前が意味するように、コンテクスト平面は、画面の中心の周りに孔６０１（図６に描かれた例では円形で、他の例として正方形、矩形、楕円、六角形などが同等に使用される）を残して画面を覆う。もっと正確には、「孔で中心位置決めされる」は他の関係よりもユーザーにはより容易に明白なので、孔の重心が表示空間のモデルズームポイントになるようにコンテクスト平面が描画されることが好ましい。しかし、他のコンテクスト部材と関係は、同業の通常の経験者には明白である。このようなコンテクスト平面６０２は、全ての描画の後、オフにされた画像作画システムの奥行のバッファーで描かれ、それで、全ての見かけの奥行で画像の色はこのように孔を特に明るくするように変更される。このような色変更は、灰色で全てのピクセルを混合するので、変更された部分は、強調されず、孔６０１内の部分は強調される。
立体ディスプレーの場合、平面はそれぞれの目に対し、物理的に描画されるので、見かけの奥行を有する。ユーザーが表示画面を知覚するように、この奥行が設定される場合（例えば、鏡やレンズや他の装置を通して、表示画面の物理的位置である必要はなく）、それぞれの目に対し同様に描画される。表示画面の見かけの奥行は、詳細な検討のため最も選ばれるが、他の奥行も同様に使用される。他の立体要素が描かれた後、奥行バッファーに関連せず、半透明に描かれた部材が、モデルズームポイントを作るアイコンとしてだけでなく、表示の３Ｄ配置の特徴のために使用される。さらに、知覚された奥行が、噛み合う加えられた奥行きで描かれた部材より不確かなので、実施例では、不透明に描画されたポイントマーカーに注意を向けるように、コンテクスト平面６０２のようなコンテクスト部材のためだけに、そのような半透明さが利用される。
視差（すなわち、システムにより追跡されるユーザーの頭と目の動きに応じて現れる変化）ようなさらなる奥行の列を有する立体環境において、このような半透明で描かれた対象物の配置は、一方の中に一つの対象物を置くための有効な技術を作り、ユーザーに非常に明確に現れる。見られるものの一致したモデルを作画する（知覚する）ことが、ユーザーの画像システムを実現する。このように、与えられた視点から二つの不透明な対象物が描画されると仮定すると、第２の部分への視界の線を遮る部分を有することにより、第１は、第２と幾何学的に噛み合い、第２は、第１の後で、表示画面に不透明に再配置するように、描かれる。ユーザーは、矛盾する奥行に直面させられる。立体視（視差と可能ならば遠近法を加え）は、噛み合いが近傍にあることを示すので、より遠くに第２を示す。もし第２の対象物が半透明に描画されると、第２の対象物から（だけから）照明して第１が半透明になるので、画像システムは第２が第１を通り見えることを知覚することにより問題を解決する。物理的で仮想でない対象物は共有でないので、実際に不透明に描画された対象物を透明に想像転写をし、ユーザーに自動で、満足できるように現れる。このような技術は、見かけの転写された半透明として参照される。
再び図６を参照し、コンテクスト平面６０２の孔６０１は、拡大範囲６０３（あるいは、より正確には、コンテクスト平面のｚ軸で拡大範囲の断面）を定義する。モノスコープ表示環境では、この範囲は、ユーザー６１０（要素６１０は、ユーザーの視点を図示的に表示するように、はめ込まれた目を有する様式化された円形の顔である）の視点で始まり、コンテクスト平面６０２の孔６０１を通り抜ける直線上にある全ての点から成る半円錐（あるいは、孔６０１に使用される非円形に幾何学的に記述できるもの）である。立体表示では、拡大範囲は、様々な方法で、例えば、右目の視点に対応する円錐、左目の視点に対応する円錐、両方の目に対する円錐にある点のセット（すなわち、二つの円錐の交点）、いずれかの目の視点に対する円錐にある点のセット（すなわち、二つの円錐の剛体）、あるいは、コンテクスト的に妥当ないかなる代替方法で、定義される。一般に、このような範囲は、ユーザーに近いあるいは遠いそれぞれの点が含まれないように、近い平面と遠い平面によりさらに切り取られる。
モデルズームポイントを選択するために拡大範囲を使用する実施例において、拡大範囲を表示した後、システムは拡大範囲内のモデル（あるいは代替にクロップボックスの）の可視点があるかどうか決定する。もしなければ、システムはユーザーにモデルを移動させるよう働きかける。
そのような点がある場合、システムは最も近いそのような点をモデルズームポイントとして選択する。このコンテクストにおいて「最も近い」を定義する様々な可能性がある。例えば、コンテクスト部材より大きな奥行で置かれている拡大範囲内にモデル（あるいは、代わりにクロップボックス）の最も近い可視点をシステムは選択する。（ほとんどの３Ｄ表示環境において、奥行バッファーは視界の各直線に沿った最も近い可視点の奥行を一般に記録するので、この点を探すため、モデルの全ての点を検査することは不要である。）あるいは、コンテクスト部材の中心を通る視界のビューアーの線上にある最も近いそのような点を、システムは選択する（この選択は、コンテクスト部材より大きい奥行にポイントがある状態を条件としている。）最後の例では、それぞれ奥行の近接あるいは中心度を強調するために選ばれた係数を掛けられた、コンテクスト部材を超えた奥行の２乗とコンテクスト部材の中心を通る視界のビューアーの線からの距離の２乗の合計を最小にすることにより点を選択する。多くの代替の選択規則が本発明の様々な実施例に望まれて適用される。
２．３ 第３の選択方法：上記の第１と第２の実施例において、（モデル空間にいくつかのモデルがあるとして）モデルズームポイントがあるモデルの選択は、ｚ軸付近に関して暗示される。他のよりも一つのモデルを拡大したいユーザーは、ｚ軸あるいは拡大範囲にそれを合わせ、最も近いモデルが拡大されるよう単純に配置すればよい。しかし、ＣＡＤでは普通のように複雑な画面では、より詳細にギアボックスを一時的に吟味するために、ユーザーはエンジン全体の位置を移動させることを望まないだろう。実施例において、システムは、ユーザーが表示されたモデルの一つあるいはそれ以上を確認するよう（例えば、名前を呼ぶことなどにより、３Ｄスタイラスあるいは２Ｄマウスで画像上でクリックすることで）任意にできるようにし、単一あるいは第１の選択あるいは最後の選択のモデルの中心、全ての選択されたモデルの重心、あるいは従来技術で知られているように他の点の選択ができる。代替として、システムは、３Ｄ点選択の手段が用途で標準である手段によりモデルズームポイントをユーザーが選択するようにするか、あるいは、自動選択の代わりにポイントを選択する機会を提供する。
本発明の実施例において、モデルとモデルズームポイントの選択は、以下の擬似コードで記述されているように、自動化し、一体化することができる。システムは、ユーザーが上記のようにｚ軸あるいは拡大範囲にモデルを配置したかどうか検証することにより始まり、もし、配置してなかったら、実施例では、ユーザーがそうするようにするよりも、自動機構に既成化する。便利なように、以下の//は動作コードのコメントの記述が続き、コードは明確にするため、単純になっている。「Ｗｉｄｇｅｔ」は対話式表示オブジェクトを参照のこと。
class ScalingControl[
// スケーリングのための制御widget特にスライダの定義。
public: // プログラムの他の部分により呼び出し可能な機能、詳細は下記。
boot Contain (Point); // 与えられた点を含むためのテスト。
void Update (); // widgetから読み出されたスケールの値により画像を変更。
void Active (); // ズームモードを使うため（ボタンは押さないで、ドラッグしスケールの値を変更するために）ユーザーがwidgetに触れることを使う。
void Update-Model-Zoom-Point (); // widgetの状態によりモデルズームポイントを変更する。
void Render-Context-Plane (); // コンテクスト平面を加え、画面に適切に置く。
void Render-Model-Zoom-Point (); // 表示するためにズームポイントのアイコンを追加する。
Point mModelZoomPoint; //スケーリング制御のためだけに操作できるデータ。
];
//以下の擬似定義は上記の性能により実行される性能を説明する。
boot ScalingControl::Contain (Point p)
[
//表示空間に位置決めされるように、ｐがスケーリング制御widgetの内側にあるならば、trueに戻る。でなければ、falseに戻る。
]
void ScalingControl::Update()
//この機能は、スケーリング制御が注目され、まだトリガされないとき呼び出される。
[
Update-Model-Zoom-Point();
Render-Context-Plane ();
Render-Model-Zoom-Point ();
]
void ScalingControl::Active()
//この機能は、スケーリング制御がトリガされ、作動しているとき、呼び出される。
[
Move-Object-To-Optimum-Viewing-Point ();
model.size = Get-Scale-Factor ();
if (model.size>size-threshold)
Show-Clipping-Box ();
else
Hide-Clipping-Box ();
Draw-Model-Zoom-Point ();
]
boot ScalingControl::Update-Model-Zoom-Point ()
[
//４つの方法を使いモデルズームポイントを探す：
//方法１；ｚ軸に沿ってユーザーに最も近い可視の点を選択。可視でない場合は、試行。
//方法２；ユーザーの視点から全ての可視の対象物の中心への直線に沿ったユーザーに最も近い可視の点を選択。可視でない場合は、試行。
//方法３：ユーザーの視点からそれぞれの可視の対象物（最適視点への中心の距離により検索された）の中心への直線に沿ってユーザーに最も近い可視の点を選択。可視の点がない場合、使用。
//方法４：最適視点に最も近い対象物の中心を使用。
if(Clipping-Box-is-Enabled())
[
if (Model-Ray-Intersection (CENTER-OF-THE-SCREEN, EtmModelZoomPoint))
return true;
return false;
]
else
[
if (Model-Ray-Intersection(CENTER-OF-THE-SCREEN, EtmModelZoomPoint))
return true;
if (Model-Ray-Intersection(CENTER-OF-ALL-OBJECTS, EtmModelZoomPoint))
return true;
if (Model-Ray-intersection (CENTER-OF-EACH-OBJECT, EtmModelZoomPoint))
return true;
if (Model-Ray-Intersection (CENTER-OF-NEAREST-OBJECT, EtmModelZoomPoint))
return true;
return false; //上記のテストがパスしない場合。
]
]
void ScalingControL::Move-Object-To-Optimum-Viewing-Point ()
[
//対象物とモデルズームポイント(mModelZoomPoint) を最適視点に移動。
]
void ScalingControl::Render-Context-Plane()
[
//奥行バッファチェックを不使用にする。
//内側に孔を有する半透明な平面を描画。その孔の中心がmModelZoomPoint
]
void ScalingControl::Render-Model-Zoom-Point()
[
//位置として３Ｄの十字線をmModelZoomPointとして描画。
]
以下のプログラム入口点擬似コードは、上記の例の機能が機能用途により呼び出される方法を示す。
void main()
[
// 変数と状態を設定し、対象物を作成。
Initialization ();
Tool tool; //１つの３Ｄツールを作成。
ScalingControl scalingControl; //１つの制御widgetを作成。
while (true)
[
Render-Model ();
if (scalingControl.Contain(tool. GetPosition()) //３Ｄツールが制御widgetの内側の場合。
(
if (tool.lsButtonPressed())//３Ｄツールボタンが押された場合
scalingControl. Active();//最適視点にモデルズームポイントを移動。
else
scalingControl.Update();//モデルズームポイントの値の更新。
]
UpdateSystem();//全ての表示とシステム変数の更新。
]
]
ユーザーによる任意選択の変更：拡大範囲を利用する様々な実施例において、モデルズームポイントは上記のように、定義された規則に従い自動的に選択される。このプロセスを超えるユーザーの制御は、拡大ボックス内に何を置くか、何のモデルのどの部分をズーム機能を作動し見るのか、どのモデルが最適視点を最も近くにするかである。モデルズームポイントのこのような自動選択は、ユーザーの心配を楽にし、ユーザーは手動で対象物に焦点を当てることができる。しかし、この実施例は、ユーザーがいかなる点でも、異なる点を選択し自動選択を無効にすると選択方法の説明のはじめ「モデルズームポイントの選択」で述べた上記の工程を実行することを可能とする。
図７を参照し、モデルズームポイントを選択した後、そのモデルズームポイントで、システムが例えば断面のようなアイコンを表示する。図７Ｂで図示された実施例において、モデルズームポイント７１１に向かうそれぞれの内側方向の点である４つの三角形７１０の外転十字７００が利用される。どんな好ましいアイコンの形状やデザインも、例えば、図７Ｃ、７Ａ、７Ｄに示すような多角形の短調なパターン７１５、短調な十字７０５あるいは三次元面部材７２０と置き換えてもよい。実施例では、表示画面上のマーカーを単純に描くよりも、モデルズームポイントの奥行きでアイコンが描かれる。このように、立体表示では、立体結合が可能な画像システムのユーザーが目的の奥行で知覚するように描かれ、対象物の後ろに隠したり、ユーザーの目とそれの間の対象物により隠されたり可能な不透明な対象物として描かれる。この異なる奥行の列は、ユーザーの三次元配置の感覚を整頓する。しかし、不透明を使用すると表示された対象物により、アイコンの全部あるいは部分が隠されるので、実施例では、モデルズームポイントの中心位置に置かれた孔で、同じ奥行に置かれるように表示されたコンテクスト平面が移動される。代わりの実施例では、以上検討したように、アイコンは見かけ上転写された半透明で描かれる。本発明の代わりの実施例は、モデルズームポイントを配置にコンテクストの列がなくても機能し、あるいは、半透明であってもなくても軸系あるいはそれを通る他の直線のような他の列を利用できる。
一旦モデルズームポイントが選択されると、ズーミングが可能となる。ズーミングは様々な方法で制御可能で、例えば、（１）（（ａ）サイズの段階変更に応えるよう「より大きく」あるいは「より小さく」（ｂ）前のサイズにもどすように「リセット」（ｃ）「ズームモードから抜ける」などのようなシステムが認知できる命令による）音声制御、あるいは、（２）キーストロークのステップ応答やアイコンへのツールのクリック、あるいは、特定の検出ボタンへのクリックなどによる。例えば、ズームモードで、右クリックが「より小さく」として解されると、マウスの真中ボタンのクリックは、「より大きく」を自動的に意味する。別の実施例では、図８に示すようなスライダーが利用される。ユーザーがクリックなしに、本体８０１に触るスタイラスを使用するとき、このようなスライダーはズームモードのトリガーとして使用される。このような実施例で、ユーザーは、スライダー頭８０２に、あるいは近くに３Ｄスタイラスの点を置き、センサーを動かしている間、センサーボタンを下げたままにし、スタイラスを動かし、スライダーバー８０１に沿ってスライダ頭８０２をドラッグする。移動の距離が、適切なアルゴリズムにより大きさ因子にシステムにより配置される。この実施例では、アルゴリズムが、最小をスライダーの左端８１０にズーム因子の値にし、最大をスライダーの右端８１１の値にし、この設定の間を直線的に補間する。他の実施例は、指数あるいは対数関係、スライダー頭８０２の複数のある位置でλの値を与え、部分的に直線的、多項式あるいは有理Ｂスプライン方法でそれらの間を補間して定義される関数、あるいは、同業の公知の様々な他の方法を含む。λを制御する他の方法は、標準のマウスによるスライダーや、デクストロスコープのようなシステムのスタイラスにより、周りを引っ張られた制御環、ある種のマウスのデザインのように知られた実スクロール環などの使用を含む。操作を少なくするのと同様に、動作の大きさも楽にするため、λの値の範囲を、１単位より小さな最小値（最大を少なくする因子）から、１単位より大きな最大値（最大の動作の大きさの因子）にする。その範囲は１単位について対称である必要はないが、より多く低減するために、実施例が大きさを利用するには、それが好ましい。
モデルズームポイントの自動平行移動：ズーミング機能と同様に、実施例では、大きなシフトから追従する知覚的な分離を無効にするよう、モデルを吟味するのにユーザーの快適と利便に追加するように、モデル空間が移動される。モデルズームポイントの表示座標（ｘ、ｙ、ｚ）の位置が図９で点９０１のように図示されたズーミングが始まる前（ｘ0、ｙ0、ｚ0）であるならば、モデルズームポイント９０１を９０２のような中間点を経過し、最適視点９０３あるいはその近くで表示ポイント（ｘ´、ｙ´、ｚ´）に移動させ、大きな値が（−ｘ0、−ｙ0、−ｚ0）と等しいか近いベクトルによる平行移動なので、ズーミング開始でのズームしない開始値λ＝１がゼロ移動（モデル空間を移動させないままにしておく）になるように、λの値が最適視点９０３に向かう平行移動への計算に使用される。これにより、大きなコンテクストの元の配置を失わないように、詳細な観察と操作のため、ズームされたモデルの最も満足できる配置がされる。全般的に補足すると、ズーム因子を減少させると、モデルズームポイントは、元の位置９０１に向かって戻る。
特に、システムが、λ＞１に対し、λ＝λmaxの最大値が可能なように調整されているなら、特別な実行において、ｔ＝（λ−１）／（λmax−１）と定義し、（−ｔｘ0、−ｔｙ0、−ｔｚ0）によりモデル空間の表示を平行移動する。モデル９１２の中間スケーリングは、このようにモデルズームポイントに対する中間点９０２と関連し、モデル９１３の最大スケーリングは、最適視点９０３へのモデルズームポイント９０１の表示位置の移動と同じに起こる。λ＜１に対し、表示サイズを減少するように最適視点から離れる動きになるよう、同じ方程式を使用するか、また代わりに、最小のスケールの値λminがｔ＝（λ−１）／（λmin−１）により置き換えられ、極端な場合、（−ｔｘ0、−ｔｙ0、−ｔｚ0）にる平行移動は、モデルズームポイントを最適視点に向かい、再度移動させる。この方程式は同業の経験による他の多くから明かな他のもので置き換えられ、それは指数的あるいは対数的関数で、λ＝１の（分割されていると考えられる）各端部に対し、ｔの変化が(λの増大に対し、常に増加するか、常に減少する)単調量であり、それで、モデルはユーザーを驚かすのに有利でも不利でもない。ここに含まれる二つの特別の関数ｔ（λ）は注目すべきである。一つの極端な例として、λ＝１の全ての値に対し、ｔ（λ）＝０とすると、モデル空間は、スケーリング効果から全く離れ移動せず、モデルズームポイントは表示空間に固定されたままとなる。（実施例で使用された）他の極端な例として、λ(１の全ての値に対し、ｔ（λ）＝１とすると、ユーザーが選択したズームの値が動作になる前に、モデルズームポイントが最適視点に素早く移動する。ユーザー知覚の連続性のため、ｔは、ｔ＝１の値にたいし、連続的に（すなわち、スムーズな移動の印象を与えるに十分に小さな変化の連続をとおし）移動することができ、このような変化は、（ａ）モデルズームポイントの選択を素早くさせ、あるいは（ｂ）なにか方法が選択されてユーザーがλを変更し始めたとき生じる。
性能維持のための測定の自動作動：λの大きな値がクロップボックスの表示サイズしたがって画像描画装置の負荷を大きくするので、上記のようなモデルズームポイントの平行移動のような選択されたモデルの点の移動に連結されるか否か、ズーミングの進行において、性能が程度を（ときに不意に）下げる。従って、実施例において、負荷見積機能がクロップボックスに取り付けられる（例えば、表示空間内に現在占めている体積の計算で、それは一つあるいはそれ以上の因子（ａ）使用されている描画の分解能、（ｂ）３Ｄのテクスチャ−片の間隔、（ｃ）装置により許された、３Ｄテクスチュ−片を含むサンプル点の間隔、（ｄ）（レイキャスティング造形システムを利用する実施例において）使用される光線の間隔、あるいは、与えられたシステムで描画の品質、速度を変更し得る他の量）。そのような負荷見積が性能の低下の著しいリスクがある（一般に特定の装置の経験から設定される、あるいは仕様の分析から得られた）閾値に到達したとき、システムは、ユーザーの明確な介在なしに、デフォルトあるいはユーザー規定のサイズと位置の値でクロップボックスを自動的に作動させる。代替として、上記の（ａ）から（ｄ）のような因子が負荷を低減するために、自動的に変更されることもある。逆に、現状の負荷が（上記の閾値より低く設定された）閾値を下回る場合、システムは、クリッピングボックスを大きくするか、取り除く、あるいは支援可能な限界内で負荷を大きくすると同時に、描画の品質を改善するように、（ａ）から（ｄ）の因子を変更する。
プロセスの流れの例：図１０は、本発明の実施例におけるプロセスの流れを示すフローチャートである。図１０を参照して、次の事象が生じる。１００１にて、ユーザーがモデルの対象物のスケーリングを実行するシステムを指したとき、プロセスが開始される。ユーザーは、図８に図示されたズームスライダ８０１のような表示された制御対象のスライダ頭８０２の内側に表示された仮想のツールの先端が置かれその入力装置を移動させることによりその命令を示す。上記のように、多くの代替の実施例がズームあるいはスケーリング機能が求められるシステムを合図する多くの代替の方法を有する。
１００２において、システムは、可視の対象物が拡大範囲内にあるかどうかを決定する。そのような対象物がある場合、プロセスは１００４に移動し、上記の第１あるいは第２の方法のように、拡大・縮小の中心を選択する。そのような対象物がない場合、上記から選んだ方法に従って、システムは、上記の擬似コードにより図示されたように自動選択プロセスに入る。あるいは、この図の１００３に示すように、１００４に進むことができるよう判定に正の結果が得られるまで、ユーザーに対称物を動かすようにさせる。
上記のように、クロップボックスと・あるいは拡大範囲が使用されるか否かのように、本発明の特定の実施例で使用される表示環境のタイプによって、これらの、あるいは多くの代替の方法でモデルズームポイントの選択が支援される。
一旦、モデルズームポイントが選択されると、プロセスは１００５に移動し、λへのユーザー入力が与えられたシステムは、上記のように対称物を拡大あるいは縮小し、「性能維持のための測定の自動作動」の名称のところで記述されているように、詳細のレベルを変更する。また、上記のように、視界の中心に対象物を近づくよう、あるいは、離れるように自動的に移動させる。それから、プロセスは１００６に移動する。
１００６で、拡大因子のサイズが性能の低下を引き起こすなら、システムは、表示性能を高いレベルに維持するように、クリッピングボックスを作動させる。代わりに、高い拡大値が前のままで、利用可能な閾値以下に負荷見積がなるようλの値が減少させられ、クリッピングボックスの作動がもはや必要ない場合、システムは、クリッピングボックスを終わらせ、ユーザーがモデルの全体を見ることを可能とする。また、他の実施例では、６節で記述したようにシステムの負荷を変更する他の方法が適用される。
１００７で、システムは、ユーザーがズーム操作を終了したいかどうかを決定する。“ＹＥＳ”なら、プロセスを１００８に移動させ、ズーム操作を停止する。“ＮＯ”なら、プロセスを１００５に戻し、対象物の適切に変更し、拡大あるいは縮小を実行する。
図１１は、本発明の実施例を実施する公知の適切なデータプロセッサにより実行されるソフトの単位プログラムの命令を示している。そこソフトのプログラムはハードドライブ、フラッシュメモリー、メモリースティック、光記録メディア、他の公知のデータ記録装置に記録される。適切なデータプロセッサのＣＰＵによりプログラムは読み出され、動作し、３Ｄ表示システムで３Ｄのコンピュータモデルのスケーリングを制御する方法として機能する。このソフトのプログラムは、本発明の実施例に関連する４つの機能に対応する４つのモジュールを備える。
第１のモジュールは、入力データアクセスモジュール１１０１で、ズーム機能作動信号や、ズームスケール因子、クロップボックスとクリップボックス設定など上記のような全ての公知のユーザーインターフェイスを介したユーザーの入力を受け入れることができる。第２のモジュールは、拡大範囲生成モジュール１１０２で、一旦、ズーム機能が作動された入力データアクセスモジュールによる信号が送られると、画面の最適視点の周りに拡大範囲を表示する。拡大範囲内にモデルが可視でないなら、そのモジュールは、ユーザーに拡大範囲内にモデルを移動させるよう促す。第３のモジュール、モデルズームポイント選択モジュール１１０３は、入力データアクセスモジュール１１０１と、どのモデルが拡大範囲内に配置されているかに関係する拡大範囲生成モジュールとからの入力を受け入れ、スケーリングの中心として使用されるモデルズームポイントを選択するために、上記のように、規定された規則を適用する。第４のモジュールは、スケーリング・平行移動モジュール１１０４で、三つの他のモジュール１１０１、１１０２、１１０３からのデータ入力を獲得し、スケーリング操作を実行し、規定された規則とユーザーにより選択されたスケーリング因子の値により決定されるような最適視点に向かいあるいはその最適視点から離れるように、モデルズームポイントを平行移動する。
ズーム操作の例：本発明の実施例で、可能な機能を図示し、脳内の動脈瘤を見るためのズーム操作の例を、図１２−１８を参照し、説明する。スクリーンの場面は、シンガポールのボリューム相互作用株式会社からのデクストロスコープ３Ｄデータ表示システムで得られたものである。本発明の実施例は、この装置に実装可能である。図に３Ｄの対象物が可視でき、仮想コントロールパレットがその下に現われている。
図１２は、ＣＴのデータセットから元の対象物を３Ｄの何処かに、図示する。図示された例において、ＣＴのデータセット内で、矢印により示された脳の脈管系の風船状の対象物（動脈瘤）に、ユーザーは大きな動脈瘤にズームしようとする。図１３は、ユーザーが仮想ペンを仮想スライダ頭に移動させることができるズームモードの開始を図示している。データの内側に埋もれて現れる４つの三角形の十字により示されたズームポイントを、システムは自動的に選択することができる。このズームポイントは最適視点を横切るデータの最も近い点で、選択される。（４つの三角形の十字をかこむような周辺範囲の）コンテクスト部材は、ズームポイントでユーザーの注意に焦点をあてるように表示されている。
図１４を参照して、システムは興味のある希望する点（すなわち動脈瘤）を自動的に見つけ出さないので、ユーザーがズームポイントの選択に上達する必要がある。このように、対象物（この場合動脈瘤）の希望する点が（最適視点で維持される）ズームポイントに一致するように、対象物を移動させることができる。この操作を通し、ユーザーは、仮想ボタンは押さないで、ズームスライダの頭のところにペンを保持する。
図１５は、一旦ズームポイントが動脈瘤に一致すると、（ここで、ユーザーが３Ｄ対象物をそのズームポイントに向かって移動するようにズームポイントの奥行をシステムは調整可能である）ユーザーはズームスライダのボタンを押すことができる。もはや不要となったコンテクスト部材は、消える。
図１６を参照に、ユーザーはズームスライダの頭をドラッグし、ズームポイント周りに設定された３Ｄデータの拡大が開始される。図１７を参照に、点の拡大がある値に近づくと、最適の描画時間を得るように３Ｄデータセットを獲得できるように、ズームボックスが作動する。非常に高い描画速度を有するシステムにおいて、この機能が、より高い拡大で実施可能であり、あるいは、全く使われない。図１５−１８を参照にわかるように、ズームスライダは拡大の量を表示することができ、その形状は、仮想ペンのうしろに、それでも部分的に見えるように表示される。
最後に、図１８を参照に、動脈瘤の期待される拡大が達成されたとき、ユーザーはズームスライダの移動を停止し、対象物を検査することができる。
本発明は、実施例、更なる実施例、実施に関連し、例としてのみ、記述されてきた。添付の請求項により定義されるように、現発明の範囲、精神から離れないで、実施例の変更が容易に実行されることは、同業の通常の経験者にとって理解される。
本発明の実施例による三次元表示空間を記述するのに使用される座標系ある。 図２Ａ、２Ｂは、本発明の実施例による異なる点からの３Ｄ対象物をスケーリングする効果の説明図である。 本発明の実施例による対象物の選択された部分だけを表示するためのクロップボックスの使用を図示する説明図である。 図４Ａ、４Ｂは、本発明の実施例による現表示範囲あるいはクリッピングボックスの境界に近い点と離れた点からの３Ｄ対象物のスケーリングの効果を図示する説明図である。 本発明の実施例によるモデルに対する現クロップボックスに関するモデルズームポイントの選択のための様々な例を図示する説明図である。 本発明の実施例による平面のコンテクスト部材により定義された拡大範囲を図示する説明図である。 図７Ａ―７Ｄは、本発明の実施例によるモデルズームポイントを表示するためのアイコンを図示する説明図である。 本発明の実施例によるズーム制御に使用されるスライダー制御対象を図示する説明図である。 本発明の実施例による最適視点に向かうモデルズームポイントの移動を伴うスケーリングの共同作用を図示する説明図である。 本発明の実施例によるプロセスフローを図示する説明図である。 本発明の実施例によるモジュラーソフトのダイアグラムである。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。 本発明の実施例による動脈瘤のズーミングの説明図である。

Claims (34)

  1. ３Ｄ表示システムにおいて、ズームモードを作動し、モデルズームポイントを選択し、ズームスケール因子を設定し、上記３Ｄ表示システムは、上記モデルズームポイントと設定された上記スケール因子に応じて、ズーム操作を実行し、原点から最適視点に向かってモデルズームポイントを自動的に移動することを特徴とする３Ｄ表示システムの３Ｄコンピュータモデルのスケーリングの制御方法。
  2. 上記３Ｄ表示システムが立体像的であることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  3. マウスあるいは他の２Ｄの位置計算コンピュータの入力装置を介し、ユーザーにより実行されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  4. 上記制御方法が、三次元で移動可能なセンサーを介し、ユーザーにより実行されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  5. カーソルあるいは他の表示するものが表示されたモデル上の希望する点の前に現れるとき、上記モデルズームポイントの選択が上記システムに合図することにより実行されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  6. ３Ｄ表示内で移動するツールがモデルに関連する希望するポイントに先端を有するとき、上記モデルズームポイントの選択が上記システムに合図することにより実行されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  7. 上記モデルズームポイントは表示空間のｚ軸に沿って、ユーザーが見ることのできる最も近いモデルポイントとして上記システムにより選択され、上記ｚ軸は最適視点を通過するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  8. 上記モデルズームポイントは表示空間のｚ軸上のクロップボックス内のポイントして上記システムにより選択され、上記ｚ軸は最適視点を通過するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  9. 上記モデルズームポイントが、ユーザーの視点に最も近い点と、ユーザーの視点の最も遠い点と、クロップボックス内でｚ軸上にある点の集合の重心のいづれかの一つであることを特徴とする請求項８記載のスケーリングの制御方法。
  10. 上記モデルズームポイントがクロップボックス内で拡大範囲内の点として選択されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  11. 上記モデルズームポイントが最適視点あるいはユーザー視点のいずれか一方に最も近い可視のモデルポイントであることを特徴とする請求項１０記載のスケーリングの制御方法。
  12. 上記拡大範囲がコンテクスト部材内の開口としてユーザーに可視化されることを特徴とする請求項１０記載のスケーリングの制御方法。
  13. 上記コンテクスト部材が、孔を有する平面であることを特徴とする請求項１２記載のスケーリングの制御方法。
  14. 上記孔の形状が、円、長円、楕円、正方形、矩形、三角形、台形、あるいは他の正多角形であることを特徴とする請求項１３記載のスケーリングの制御方法。
  15. 上記クロップボックスの内側でｚ軸上にある上記可視モデルポイントを生成するために必要な表示されたモデルの移動を、ユーザーが引き起こすことを特徴とする請求項８記載のスケーリングの制御方法。
  16. 三次元ツールで握ること、マウスでドラッグすることの少なくとも一つにより表示されたモデルの上記移動を、ユーザーが引き起こすことを特徴とする請求項１５記載のスケーリングの制御方法。
  17. 上記モデルズームポイントの配置が中心位置決めされた小さい部材の表示によりユーザーに示されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  18. 上記小さい部材は、モデルズームポイントの可視点として含むあるいは含まないで、線と三角形で形成される小さな十字であることを特徴とする請求項１７記載のスケーリングの制御方法。
  19. ユーザーの注意がより大きく表示されたコンテクスト部材によりモデルズームポイントの位置に向けられることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  20. 上記コンテクスト部材はモデルズームポイントの周囲を囲む孔を有する平面であることを特徴とする請求項１９記載のスケーリングの制御方法。
  21. 他の部材が不透明あるいは半透明で示されても、されなくても、上記平面は、表示画面に映し出された他の部材を通し、半透明可視で現れるように立体画像に描画されることを特徴とする請求項２０記載のスケーリングの制御方法。
  22. 上記ズーム操作は、ユーザーにより制御されるように段階的にあるいは滑らかに実行するよう設定可能であることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  23. 上記ズーム操作のズームスケール因子と段階的あるいは滑らかな実行の設定はユーザーの声、マウス、３Ｄツールあるいは他の装置、スライダー、ホイール、と増加・減少ボタンにより制御可能であることを特徴とする請求項２２記載のスケーリングの制御方法。
  24. 上記ズーム操作とモデルズームポイントの移動は、事実上同時に実行されることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  25. ズームの度合とモデルズームポイントの移動の間の関係は線形であり、初めに選択された位置でモデルズームポイントを有するズームされていないサイズを表示し、最適視点でモデルズームポイントを有する最大のズーム度合を表示するように調整されることを特徴とする請求項２２記載のスケーリングの制御方法。
  26. 上記システムは、システム負荷見積の定義された閾値を超える値に対し、画面内のクリッピングボックスを自動的に作動させることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  27. 上記最適視点に向かう上記モデルズームポイントの移動は、該最適視点へ直接であることを特徴とする請求項１記載のスケーリングの制御方法。
  28. ３Ｄ表示システムにおいて、ユーザー入力に対応しスケーリングポイントの中心の位置を決定し、ユーザー入力に対応し一つあるいはそれ以上の３Ｄモデルに適用するスケーリング因子を決定し、同時にズーム操作を実行し、原点の位置から、最適視点に向かうあるいは離れてスケーリング因子による距離の或る部分にスケーリングポイントの中心の位置を自動的に移動することを特徴とする３Ｄ表示システムの３Ｄコンピュータモデルのサイズ変更方法。
  29. ズームの実行と同時に、モデルズームポイントが最適視点に直ちに移動することを特徴とする請求項２８記載のサイズ変更方法。
  30. コンピュータが読み出し可能なプログラムコードを有するコンピュータが使用可能な媒体において、コンピュータにズームモードを作動させる読み出し可能なプログラムコードと、モデルズームポイントを選択させるプログラムコードと、ズームスケール因子を設定するプログラムコードと、選択されたモデルズームポイントと設定されたスケール因子に対応し、原点から最適視点に向かうようモデルズームポイントを同時に移動させるプログラムコードを備えることを特徴とする３Ｄ表示システムの３Ｄコンピュータモデルのスケーリング制御のコンピュータプログラム。
  31. ズームの実行と同時に、上記モデルズームポイントを最適視点に直ちに移動させるプログラムコードを更に備えることを特徴とする請求項３０記載のコンピュータプログラム。
  32. ３Ｄ表示システムの３Ｄコンピュータモデルのスケーリング制御方法を実行するプログラムを記録する、機械により読み出し可能なプログラム記録装置において、ズームモードを作動させ、モデルズームポイントを選択させ、ズームスケール因子を設定し、選択されたモデルズームポイントと設定されたスケール因子に対応し、原点から最適視点に向かうようモデルズームポイントを移動させる方法を備えることを特徴とするプログラム記録装置。
  33. 上記方法が、ズームの実行と同時に、上記モデルズームポイントを最適視点に直ちに移動させることを更に備えることを特徴とする請求項３０記載のプログラム記録装置。
  34. 上記コンテクスト部材が、見かけ上転写された半透明を利用する立体表示システムに表示されることを特徴とする請求項１２記載のスケーリングの制御方法。
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