JP2007101971A

JP2007101971A - 三次元画像表示装置

Info

Publication number: JP2007101971A
Application number: JP2005293027A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Sakamoto; 康正坂本
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】三次元画像表示装置においてより自然な画像の表示が望ましい。
【解決手段】表示データ処理部は、表示データ取得部と、再構成部と、表示データ記録／出力部と、モード情報格納部と、視点情報格納部とを備える。表示データ取得部は、変換部から表示データを取得する。表示データ取得部は、モード情報格納部に格納されたモード情報を参照する。表示データ取得部は、三次元画像表示装置が第２以降のモードにある場合は、表示データを再構成部へ送る。再構成部は、モード情報格納部に格納されたモード情報と、視点情報格納部に格納された視点情報を参照して、所定の再構成処理を表示データに対して行う。再構成された表示データに基づいて隠面処理がなされた三次元オブジェクトが表示される。
【選択図】図３

Description

この発明は、画像表示装置に関し、特に三次元画像表示装置に関する。

近年、ホログラフィを用いるものや、人間の両目の視差を利用するものなど、様々な立体画像表示の技術が提示されている。三次元画像表示技術は、広告表示用のディスプレイ装置等様々な用途が考えられ、実用面で多くの可能性をもっている。三次元画像表示装置には、例えば、本出願人が提案する、回転自在な支持部材に発光素子アレイを配置し、所定のタイミングで発光素子アレイ上の発光素子を明滅させることで、三次元画像の観察を可能にしたものなどがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−４０６６７号公報

この装置は、支持部材の回転運動を採用したことにより騒音の低減に成功している。また、多数の発光素子を備える発光素子アレイが、所定の表示空間を確保できるように支持部材上に配置されているため、高視野角および高解像度が実現されている。本発明者は、このような三次元画像表示装置において、表示される三次元オブジェクトをよりリアルなものにできれば、装置の有用性、実用性が高まることを認識した。そのような高性能の三次元画像表示装置が、広告業界等の各産業分野の発展を牽引する一因となり得るのは明らかである。

本発明者は以上の課題に基づき本発明をなしたもので、その目的はより自然な三次元画像を表示することのできる三次元画像表示装置を提供することにある。

本発明のある態様は、三次元画像表示装置に関する。この態様の三次元画像表示装置は、複数の発光素子を有する発光表示部と、発光表示部が立設配置される回転自在な支持部材と、支持部材を回転させる駆動手段と、支持部材の回転に応じて所定の位置で発光素子を点灯させて三次元オブジェクトの表面を三次元的に表示するための画像データを発光表示部に供給する手段と、ユーザの視点位置を基準として、画像データを再構成する処理を施す再構成手段とを備える。

この態様の三次元画像表示装置によると、ユーザの視点位置に応じた適切な三次元画像表示が可能となる。

この態様の三次元画像表示装置において、再構成手段は、ユーザの視点から観察した三次元オブジェクトの隠面以外の可視面が強調される処理を画像データに施してもよい。この、隠面以外の可視面が強調される処理とは、隠面において発光素子を消灯する処理であっても良い。ユーザが或る視点から三次元オブジェクトを観察した際に、オブジェクトの背面に当たるため見ることができない面または面の一部を隠面と呼んでよく、逆にある視点から観察した場合に視野に入る面または面の一部を可視面と呼んでよい。例えば隠面において発光素子を消灯する等の手法で、可視面を強調すれば、隠面を可視面と同様に表示するのに比べ、より実際の三次元オブジェクトに近いリアルな立体画像表示が可能となる。隠面において発光素子を消灯しない場合、可視面の背後に本来観察不可能な隠面が表示されることになる。可視面の背後に隠面が透けて観察される場合があり、観察者に不自然な印象を与える可能性がある。隠面において、発光素子を消灯すればこの可能性を低減できる。

上記の態様の三次元画像表示装置において、再構成手段は、複数の視点位置を基準として、いずれの視点から観察しても隠面となる面の発光素子を消灯する処理を施しても良い。各視点から観察した際の共通の隠面のみで、発光素子を消灯すれば、各々の視点における可視面が確実に表示される。一方、共通の隠面においては、発光素子の消灯処理がなされる。つまり、隠面を考慮しつつ、各視点からの可視面の確実な表示が担保される。

再構成手段は、複数の視点位置を基準として、各視点から観察した場合に隠面となる面のすべてにおいて前記発光素子を消灯する処理を施してもよい。この場合、いずれの視点から観察した際にも、隠面処理がなされていることになり、自然なオブジェクト表示が可能となる。

以上の構成を任意に置き換え、また表現を方法、コンピュータプログラム、記録媒体等に変更したものもまた、本発明として有効である。

図１は本発明の一実施形態にかかる三次元画像表示装置の斜視図である。本実施形態の三次元画像表示装置１００では、ユーザが表示される三次元オブジェクトについて隠面処理を行うかどうか、行う場合どのような態様で行かを複数のモードから選択可能である。その選択に応じて、立体オブジェクトが三次元的に表示される。モードの選択は、表示するオブジェクトの形状やユーザの嗜好によって行えばよい。

三次元画像表示装置１００は、ベース２と回転テーブル４と発光素子６を複数備える複数の発光素子アレイ８と、モード選択スイッチ１０と、視点決定スイッチ群１２を備える。発光素子アレイ８は１２本が一組となって、二組の発光素子アレイ群９を形成している。発光素子アレイ８一本あたりの発光素子６の設置個数は６０個とする。さらに、ベース２の内部には、軸２０と、ロータリコネクタ２２と、ギヤ２４と、モータ２６と画像データ供給手段２８と、ロータリエンコーダ３８が設けられる。また、各発光素子６に対応する位置、たとえば発光素子アレイ８において各発光素子６のそれぞれ裏側に相当する位置に不図示の発光素子ドライバが設けられる。

回転テーブル４は、軸２０によってベース２に回動可能に軸支されており、モータ２６の回転により、ギヤ２４および軸２０を介してたとえば５４０ｒｐｍの速度で回転する。発光素子６の点灯等に必要な電力はロータリコネクタ２２や、軸２０の内部に敷設された経路を介して最終的に各発光素子６へと供給される。ベース２上の回転テーブル４には、発光素子アレイ８が立設されており、回転テーブル４の高速回転中に、画像データ供給手段２８が所定のタイミングで各発光素子６を点灯することで、所期の３次元オブジェクトの表面が三次元画像表示装置１００において表現可能となる。

ロータリエンコーダ３８は、上部にピニオンを有し、これとギヤ２４を介して回転テーブル４の回転情報を取得する。回転情報とは、例えば回転テーブル４に設定した不図示の基準点がどの位置にあるか等、回転の状態に関する情報をいい、回転中の回転テーブル４上の発光素子アレイ８の位置に関するものである。取得した回転情報は不図示の経路で画像データ供給手段２８に入力され、後述するデータ読出信号の生成に用いられる。各発光素子ドライバは、画像データ供給手段２８からの不図示の経路を介した入力に基づいて各発光素子６の点灯および消灯を行う。

発光素子アレイ８は所定の規則性をもって配置される。一つの発光素子アレイ群９に着目すると、たとえば回転テーブル４の中心に対して８度間隔、外周から同中心に向かって
７ｍｍ間隔で配置される。すなわち、外周から回転テーブル４の中心に対して一定の距離ごとに等角度間隔で配置されている。さらに、これらの発光素子アレイ８と、回転テーブル４の中心に対して点対称の位置にそれぞれ発光素子アレイ８を配置したものが、もう一組の発光素子アレイ群９である。ただし、配置はこれに限られるものではない。発光素子アレイ群９あたりの発光素子アレイ８の本数や各発光素子アレイ８あたりの発光素子６の設置個数も、上記に限られない。

モード選択スイッチ１０は、ユーザが三次元画像表示装置１００によって表示される三次元オブジェクトの隠面処理を行うか否か、行う場合どのような処理を行うかを複数のモードの中から選択するためのスイッチである。第１のモードは、「全面表示モード」と呼ぶべきモードであり三次元オブジェクトの各面を隠面処理することなく表示するモードである。すなわち、三次元オブジェクトのすべての面を、発光素子６の点灯により表現する。第２モード以降は三次元オブジェクトを隠面処理して表示するモードである。ここで言う隠面処理とは、所定の視点から観察して三次元オブジェクトの隠面となる面では、第１モードでは点灯していた発光素子を敢えて消灯することをさす。

第２モードは、「固定視点モード」と呼ぶべきモードであり、固定的な一つの視点から観察した際の隠面処理を行なうモードである。第３モードおよび第４モードは「想定視点範囲モード」と呼ぶべきモードであり、第３のモードでは、想定される視点範囲のいずれの視点から観察しても隠面となる面を処理する。一方、第４のモードでは想定される視点範囲のいずれかの視点から観察して隠面となるすべての面を隠面として処理する。

視点決定スイッチ群１２は、ユーザがオブジェクトを観察する視点を決定するための複数のスイッチからなるスイッチ群である。例えば後述する三次元画像表示装置１００の表示空間内の３つの軸上の位置をそれぞれ指定可能な三つのスイッチを含むものでよい。それによって表示空間内のいずれの位置に視点があるかをユーザが決定できる。本実施例では隠面処理を行う場合には、この視点を基準として処理がなされる。ただし、視点の決定は必ずしもスイッチによる必要はなく、たとえば、ユーザが装置を常に一定の方向から観察することを前提に固定的な視点または視点範囲をあらかじめ定め、それに基づいて隠面処理をなしてもよい。別の例ではユーザの頭部に通信機能を有するデバイスを装着し、それにより動的に視点位置を検出してもよい。さらに別の例では、三次元画像表示装置１００に超音波等を利用してユーザの位置を検出する手段を設け、検出したユーザの視点位置に基づいて三次元画像表示装置１００が自律的に隠面処理を行う構成であってもよい。

図２は、画像データ供給手段２８の要部を示すブロック図である。画像データ供給手段２８は、オブジェクトデータ保持部３０と、変換部３２と、表示データ処理部３４と、データ読出信号発生部３６とを備える。

オブジェクトデータ保持部３０は、外部から３次元オブジェクトのサーフェイスデータの入力を受けこれを保持する。別の例では、３次元オブジェクトのボリュームデータの入力を受け、面データを抽出してこれを保持しても良い。これらのサーフェイスデータを以下、オブジェクトデータと呼ぶ。変換部３２はオブジェクトデータを変換する。変換後のデータは、三次元画像表示装置１００においてオブジェクトの三次元的な表示に用いられる。このデータを表示データと呼ぶ。表示データは、各発光素子アレイ８上の各発光素子６をどのように点灯および消灯させるかを記述している。

本実施例の三次元画像表示装置１００は、回転テーブル４上の空間を、複数の画素からなる空間と仮定し、オブジェクトの表面をその空間に表示する。この空間は、回転テーブル４の半径方向、円周方向と、高さ方向の３つの軸からなる座標系として把握可能であり、各画素の位置は、この座標系における点の座標として表すことができる。表示データは、これらの画素に対応する現実の位置において、発光素子６を点灯および消灯することを記述したデータである。ある画素に対応する発光素子６を点灯する情報を点灯情報とよび、消灯する情報を消灯情報とよぶ。表示データはこの点灯情報と消灯情報とからなる。

図２に戻る。変換部３２は、表示データを表示データ処理部３４へと送る。この際、変換部３２は不図示の手段で、オブジェクトを上述の座標系においてどのように表示するか、すなわちオブジェクトの表示位置や大きさ、表示の角度等に関する指示を上記座標系に基づいてユーザから受け付けており、これに従って表示データを生成する。なお、オブジェクトデータ保持部３０や変換部３２は、必ずしも必須の構成ではない。表示データは三次元画像表示装置１００外で生成され、表示データ処理部３４へ入力されてもよい。

表示データ処理部３４は、隠面処理が不要な第１のモードが選択されている場合は表示データをそのまま各発光素子ドライバへと出力する。一方、第２乃至第４のモードが選択されている場合には、視点決定スイッチ群１２におけるユーザの指定に従った隠面処理がなされるよう表示データを再構成して発光素子ドライバへと出力する。いずれの場合でも、表示データの出力は、データ読出信号発生部３６からのデータ読出信号に基づいて行われる。データ読出信号は、ロータリエンコーダ３８から入力される回転情報に従って生成される。データ読出信号発生部３６は、回転情報に基づいて各発光素子アレイ８の位置を判別し、そのタイミングにもとづいて表示データ処理部３４内に保持され、各発光素子６の点灯および消灯について記述した表示データを出力するタイミングを指定する信号を発生する。表示データ処理部３４はデータ読出信号に応じて各発光素子６の点灯および消灯に係るデータを各発光素子ドライバに出力し、各発光素子ドライバはそれに基づいて各発光素子６を点灯および消灯する。

図３は、表示データ処理部３４の要部を示すブロック図である。表示データ処理部３４は、表示データ取得部３４２と、再構成部３４４と、表示データ記録／出力部３４６と、モード情報格納部３４８と、視点情報格納部３５０とを備える。表示データ取得部３４２は、変換部３２から表示データを取得する。表示データ取得部３４２は、モード情報格納部３４８に格納されたモード情報を参照する。モード情報とは、ユーザがいずれのモードを選択しているかを示す情報であり、モード選択スイッチ１０から不図示の経路でモード情報格納部３４８へ送られる。表示データ取得部３４２は、三次元画像表示装置１００が第１のモードにある場合は、表示データを表示データ記録／出力部３４６へ送る。

第２乃至第４のモードにある場合は、表示データを再構成部３４４へと送る。再構成部３４４は、モード情報格納部３４８に格納されたモード情報と、視点情報格納部３５０に格納された視点情報を参照して、所定の再構成処理を表示データに対して行う。視点情報とは、ユーザが視点決定スイッチ群１２で決定した視点位置もしくは視点範囲に関する情報である。再構成処理は視点とオブジェクトを表示する点列の幾何的な考察によって、隠面となる面を特定し、表示空間において発光素子６を消灯するよう表示データを変更する処理である。再構成処理の詳細は後述する。表示データ記録／出力部３４６は、データ読出信号発生部３６からの信号に基づいて、表示データ取得部３４２から送られた表示データもしくは再構成部３４４から送られた再構成後の表示データを各発光素子ドライバへ出力する。再構成された表示データにより、所定の隠面処理が施された三次元オブジェクトが表示できる。

図４は本実施例の三次元画像表示装置１００で三次元的に表示しようとするオブジェクトの一例を示す斜視図である。ここでは、表示するモデル３００として立方体を取り上げる。モデル３００は図示するごとく頂点ａ乃至ｇを有する。頂点ａｂｃｄで規定される面を面Ａ、頂点ｃｄｇｈで規定される面を面Ｂ、頂点ａｄｈｅで規定される面を面Ｃ、頂点ａｂｆｅで規定される面を面Ｄ、頂点ｅｆｇｈで規定される面を面Ｅ、頂点ｂｃｇｆで規定される面を面Ｆとする。

図５（ａ）は、三次元画像表示装置１００において、図４のモデル３００を表示する様子を示す斜視図である。図では、ベース２と回転テーブル４とモデル３００のみが示されている。以下の説明の便宜のため、回転テーブル４の中心である軸２０から図中左に基準線０を引く。モデル３００は、前述した三次元画像表示装置１００の表示空間内に面Ｆを底面として、底面が回転テーブル４と水平になるように表示されるとする。その他の表示位置、角度の詳細を以下に述べる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のようにモデル３００を表示する場合に、三次元画像表示装置１００を垂直に見下ろした場合の平面図である。各点線は、回転テーブル４が回転する際の各発光素子アレイ８の軌跡を示す。既述のごとく、二つの発光素子アレイ群９は、回転テーブル４の中心に対して点対称の位置にそれぞれ対応しあう１２本の発光素子アレイ８からなる。従って、二つの発光素子アレイ群９において位置的に対応しあうことになる二本の発光素子アレイ８が一つの軌跡上を移動する。軌跡の数は全部で１２となり、それぞれ回転テーブル４の外周から中心に向かって、ｒ１、ｒ２、・・・ｒ１１、ｒ１２と呼ぶ。

同図では、モデル３００を真上からみるため面Ｃと各頂点ａｄｈｅが示されている。モデル３００は、頂点ｄが軌跡ｒ３上に、頂点ｅが軌跡ｒ８上にくるよう表示されるとする。正確に言えば、辺ｄｃが軌跡ｒ３上に辺ｅｆが軌跡ｒ８上に表示される。また、頂点ｄと頂点ｅを結んだ面Ｃの対角線は基準線０の延長線（図中一点鎖線）上にあるとする。

図５（ｃ）は、モデル３００と軌跡の関係を示す、図５（ｂ）の部分拡大図である。頂点ｄは、軌跡ｒ３の円周上において、基準線０からｓ３の距離に位置するとする。また、軌跡ｒ４と辺ａｄの交点は基準線０からｓ４の位置にあり、辺ｄｈとの交点はｓ’４の位置にあるとする。軌跡ｒ５は、辺ａｄと基準線０からｓ５の位置で交わり、辺ｄｈとはｓ’５の位置で交わるとする。軌跡ｒ６と辺ａｅの交点はｓ６に位置し、辺ｈｅとの交点は軌跡ｒ６上で基準位置０からｓ’６の距離にある。軌跡ｒ７は、基準位置０からｓ７の距離で辺ａｅと交わり、ｓ’７の位置で辺ｈｅと交わる。頂点ｅは、軌跡ｒ８上において、基準線０からｓ８の距離に位置する。

図５（ｄ）は、図５（ａ）のようにモデル３００を表示する場合に、これを水平方向からみた平面図である。基準線０に対して垂直の方向から三次元画像表示装置１００を観察しているとする。図示するようにモデル３００は、底面に当たる面Ｆが回転テーブル４からｈ_１の高さに、上面に当たる面Ｃが回転テーブル４からｈ_２の高さに表示されるとする。

図６（ａ）乃至（ｆ）は図５（ａ）乃至（ｄ）で示した位置にモデル３００を表示する場合の表示データを示す概念図である。本実施例の三次元画像表示装置１００は、高速移動する発光素子アレイ８の各発光素子６が、表示対象オブジェクトの断面を、残像現象を利用して平面画像として表現し、これを積層させて、表示対象のまたは近似のオブジェクトを表示する装置である。図６（ａ）乃至（ｆ）は、軌跡ｒ３乃至ｒ８上の回転テーブル４に対して垂直な平面で、モデル３００をスライスした画像に相当する。ここに示された点灯情報に従って、各発光素子アレイ８の所定の発光素子６を点灯および消灯すれば、モデル３００を表現できる。図中実線が点灯情報であり、その他の部分が消灯情報である。

なお、本実施例の三次元画像表示装置１００では、オブジェクトの断面画像の積層により三次元オブジェクトを表現するため、ある程度表現が離散的となる。但し、これは三次元的であると二次元的であるとを問わず、離散的な画素によって画像を表示するタイプのあらゆる画像表示装置においてみられる現象である。例えば、本実施例のモデル３００では辺ａｂや辺ｈｇを通過する発光素子アレイ８がないため、それら自体を表現することはできないが、少なくともユーザはモデル３００を略立方体と認識可能に表示されているとする。以上の事情および現実には表示可能画素数を増やす、すなわち三次元画像表示装置１００の解像度を上げることでより表示しようとするオブジェクトと実際の表示の乖離を低減できることは当業者であれば容易に理解可能である。本明細書では、モデル３００は必ずしも立方体としてではなく擬似的な立方体として表示されるが、その場合でもモデル３００を「表示する」と表記している。

図６（ａ）は、軌跡ｒ３上を移動する発光素子アレイ８の発光素子６をどのように点灯および消灯するかを示す。軌跡ｒ３の発光素子アレイ８が０からｔの方向に移動するとき、いずれの高さの発光素子６がいずれのタイミングで点灯されているかを示している。既述のごとく、モデル３００の辺ｄｃは軌跡ｒ３上に位置する。すなわち、軌跡ｒ３でモデル３００をスライスした平面により、辺ｄｃが表現される。従って、同図のごとく点灯情報は、発光素子アレイ８がｓ３の位置に来たときに、高さｈ_１から高さｈ_２までの発光素子６を点灯することを示す直線となる。

図６（ｂ）は、軌跡ｒ４上を移動する発光素子アレイ８の発光素子６の点灯および消灯の状態を示す。軌跡ｒ４の平面によって、モデル３００をスライスした場合、その断面は長方形になる。従って、軌跡ｒ４上の発光素子アレイ８は、当該長方形の画像を表示する。その点灯情報は図中実線で示すように、図中水平方向の辺が基準線０からの距離ｓ４とｓ’４との差に等しく、垂直方向の辺が高さｈ_２とｈ_１の差に等しい長方形であり、これに対応する位置にある発光素子６を点灯することを示すデータとなる。

図６（ｃ）は、軌跡ｒ５上を移動する発光素子アレイ８の発光素子６の点灯および消灯の状態を示す。軌跡ｒ５の平面によってモデル３００をスライスした場合、その断面は長方形になる。従って、軌跡ｒ５上の発光素子アレイ８は、当該長方形の画像を表示する。その点灯情報は図中実線で示すように、図中水平方向の辺が基準線０からの距離ｓ５とｓ’５との差に等しく、垂直方向の辺が高さｈ_２とｈ_１の差に等しい長方形であり、これに対応する位置にある発光素子６を点灯することを示すデータとなる。

以下、図６（ｄ）乃至（ｆ）もそれぞれ軌跡ｒ６乃至軌跡ｒ８上を移動する発光素子アレイ８の発光素子６の点灯および消灯の様子を示している。図６（ｄ）では、点灯情報は図中水平方向の辺が基準線０からの距離ｓ６とｓ’６との差に等しく、垂直方向の辺が高さｈ_２とｈ_１の差に等しい長方形として実線で示されている。図６（ｅ）では、点灯情報は図中水平方向の辺が基準線０からの距離ｓ７とｓ’７との差に等しく、垂直方向の辺が高さｈ_２とｈ_１の差に等しい長方形として実線で示されている。図６（ｆ）では、点灯情報はｓ８におけるｈ_１からｈ_２までの直線となっている。既述の通り軌跡ｒ８は、モデル３００の辺ｅｆを通過するためであり、点灯情報はその辺ｅｆを表示するためのデータとなっている。

図７（ａ）および（ｂ）は、発光素子アレイ８における発光素子６の実際の点灯および消灯を示す図である。図７（ａ）は、軌跡ｒ３上を発光素子アレイ８が基準線０からｔ方向に移動していく際、図６（ａ）の点灯情報により各発光素子６がどのように点灯および消灯されるかを示している。図中黒く塗りつぶした発光素子６は点灯状態にあることを示し、着色のない発光素子６は消灯されていることを示す。同図に示すように発光素子アレイ８がｓ３の位置に来たときに高さｈ_１から高さｈ_２までの発光素子６を点灯することで、モデル３００の辺ｃｄが表現できる。

図７（ｂ）は、図６（ｂ）の点灯情報により、軌跡ｒ４上を移動する発光素子アレイ８の各発光素子６の点灯および消灯する様子を示す。図示するように、発光素子アレイ８がｓ４の位置に来たときに高さｈ_１からｈ_２までの発光素子６が点灯される。その後は、高さｈ_１の発光素子６と高さｈ_２の発光素子６のみが点灯され、発光素子アレイ８がｓ’４の位置で、再び高さｈ_１からｈ_２までの発光素子６が点灯される。このようにして、残像現象を利用し軌跡ｒ４の平面でモデル３００をスライスした断面が表現できる。その他、軌跡ｒ５以降についても、同様の原理でモデル３００の各断面画像が表示されるが説明を省略する。

以上、モデル３００を概略表示するためのデータについて説明した。本実施例の三次元画像表示装置１００が第１のモードにある場合、以上のデータに基づいてそのままモデルを表示する。すなわち、モデルの面すべてが表示される。

図８は図４のモデル３００を、図５（ａ）の位置に第２モードで表示する場合の視点位置を示す図である。第２モードでは、ユーザが指定した固定的な視点から観察した場合に表示物の隠面となる面では、発光素子６が消灯され、当該面が表示されない。視点位置Ｐは、ユーザが視点決定スイッチ群１２であらかじめ定めており、ここでは、ちょうどモデル３００の頂点ｂと頂点ｈとを結んだ直線上の位置が選択されており、ユーザはここから図中矢印方向すなわちモデル３００を見下ろすかたちでモデル３００を観察するとする。この場合、視点位置Ｐからは面Ｂと面Ｃと面Ｅが観察可能である。つまり、他の面Ａ、Ｄ、Ｆが隠面である。三次元画像表示装置１００が第２のモードにある場合、固定的な視点位置Ｐからの隠面において第１モードでは点灯されていた発光素子６を消灯すべく、表示データに再構成処理が加えられる。なお、図では理解を助けるべく軌跡ｒ４乃至ｒ７が面Ｃ上に表示されている。

図９（ａ）乃至（ｆ）は、図８で示す視点位置Ｐに基づく第２モードの隠面処理をモデル３００に行うべく、図６（ａ）乃至（ｆ）で概念的に示したモデル３００の表示データを再構成した様子を示す図である。図６（ａ）乃至（ｆ）との違いを中心に説明する。第２モードでは、第１モードでは点灯されていた発光素子６の一部が消灯される。図９（ａ）乃至（ｆ）で点線で示しているのは、モデル３００の全面を表示する第１モードにおいては点灯情報だったが、第２モードにおいては消灯情報に変更された箇所である。

視点位置Ｐからは、モデル３００の辺ｄｃは視野に入る。従って、軌跡ｒ３上を移動する発光素子アレイ８の各発光素子６についての点灯情報を示す図９（ａ）と図６（ａ）の間に差異はない。

面Ａと面Ｆは既述の通り視点位置Ｐから観察すると隠面である。従って、面Ａ、面Ｂ、面Ｃおよび面Ｆの表現に用いられていた軌跡ｒ４及びｒ５を移動する発光素子アレイ８については、面Ａおよび面Ｆを表示しないように表示データが再構成される。すなわち、図９（ｂ）および図９（ｃ）で示すように、図６（ｂ）および（ｃ）で長方形であった点灯情報の、図中縦方向の辺のうちの左側及び横方向の辺のうちの下側にあたる箇所が消灯情報に変更される。

面Ｄと面Ｆもそれぞれ隠面である。従って、面Ｃ、面Ｄ、面Ｅおよび面Ｆの表現に用いられていた軌跡ｒ６およびｒ７を移動する発光素子アレイ８については、面Ｄと面Ｆを表示しないように表示データが再構成される。すなわち、図９（ｄ）および（ｅ）で示すように、図６（ｄ）および（ｅ）で長方形であった点灯情報について、図中縦方向の辺のうちの左側および横方向の辺のうちの下側が消灯情報に変更される。

視点位置Ｐから観察した場合、モデル３００の辺ｅｆは視野に入る。従って、軌跡ｒ８上を移動する発光素子アレイ８の各発光素子６についての点灯情報を示す図９（ｆ）と図６（ｆ）の間に差異はない。

以上、図９（ａ）乃至（ｆ）で示した再構成後の表示データに基づいてモデル３００を疑似表示すれば、視点位置Ｐから観察した場合の隠面Ａ、ＤおよびＦが表示されない。従って、本来観察不可能なはずの隠面が、可視面の背後に透けて見えるのを防止でき、３次元オブジェクト表示の自然さが高まる。

図１０は図４のモデル３００を、図５（ａ）の位置に第３モードで表示する場合の想定視点範囲αを示す図である。第３モードでは、ユーザが指定した想定視点範囲のいずれから観察した場合も隠面となる面について隠面処理がなされる。視点範囲αは、モデル３００の頂点ｃｅを結んだ対角線を延長した線（図中一点鎖線）上にあ点Ｑと頂点ｂｈを結んだ対角線の延長線（図中一点鎖線）上にある点Ｒとの間の線分上に定める。すなわち、この線分ＱＲ上のいずれかの点からモデル３００を見下ろす位置として想定視点範囲αを定める。このような想定視点範囲αは、ユーザが視点決定スイッチ群１２によって二つの視点位置を決定し、その間の線分を視点範囲として定めればよい。なお、図では理解を助けるべく軌跡ｒ４乃至ｒ７が面Ｃ上に表示されている。

想定指定範囲αの図中左側における限界である視点Ｑからモデル３００を観察した場合、隠面は面Ａ、面Ｂおよび面Ｆである。一方図中右側の限界である視点Ｒから観察した場合の隠面は面Ａ、面Ｄおよび面Ｆである。従って、視点範囲αのいずれから観察しても隠面となる面は面Ａおよび面Ｆである。本実施例の三次元画像表示装置１００が第３のモードにある場合、モデル３００の面Ａおよび面Ｆにおいて発光素子６を消灯して隠面処理を行うべく表示データが再構成される。

図１１（ａ）乃至（ｆ）は、想定視点範囲αに基づいてモデル３００を第３のモードで表示する場合に、表示データを再構成する様子を示す概念図である。点線の意味は図９（ａ）乃至（ｆ）と同様である。モデル３００の辺ｄｃは視点範囲αから観察可能であるため、辺ｄｃ上を通過する軌跡ｒ３の発光素子アレイ８についての点灯情報は、図１１（ａ）と図６（ａ）に差異はない。軌跡ｒ４上の発光素子アレイ８は、面Ａ、面Ｂ、面Ｃおよび面Ｆの表示に用いられ、そのうち面Ａ、面Ｆが隠面である。従って、図６（ｂ）で長方形であった点灯情報は、図９（ｂ）においては、面Ａおよび面Ｆに相当する図中縦方向の辺のうちの左側および横方向の辺のうちの下側に該当する部分（点線部）が消灯情報に変更される。図９（ｃ）で示す、軌跡ｒ５上の発光素子アレイ８に係る点灯情報についても、同様に面Ａおよび面Ｆに相当する部分が消灯情報（点線部）に変更される。また、面図１１（ｄ）および（ｅ）は、面Ｂ、面Ｃ，面Ｄ、面Ｆの表示に用いられる軌跡ｒ６およびｒ７の発光素子アレイ８について、再構成処理後の点灯情報をしめすが、このうち面Ｆが隠面である。よって面Ｆに該当する部分、すなわち長方形の点灯情報の図中底辺がそれぞれ消灯情報に変更されている。辺ｅｆは、視点範囲αの視野にはいるため、表示データが再構成された後も、図６（ｆ）と図１１（ｆ）の点灯情報に差異はない。

以上図１１（ａ）乃至（ｆ）から示したように表示データを再構成することで、複数の視点のいずれから観察しても隠面となる面について隠面処理を行うことが可能となる。ユーザの視点が固定的でなく、ある程度の広がりを持つことは十分に想定できる事態であるが、そのような場合いずれの面からみても隠面となる面については確実に隠面処理を行うことで自然な三次元画像表示が可能となる。

図１２（ａ）乃至（ｆ）は、三次元画像表示装置１００について第４モードが選択されている場合の表示データの再構成を示す概念図である。第４モードでは、想定された視点範囲のいずれかの視点から観察した場合に隠面となるすべての面について隠面処理がなされる。想定される視点範囲としては、第３のモードについて図１０で説明した想定視点範囲αが与えられているとする。想定視点範囲αからモデル３００を観察した場合、視点Ｑからは面Ａ、面Ｂおよび面Ｆが、視点Ｒからは面Ａ、面Ｄおよび面Ｆがそれぞれ隠面となるのは既述の通りである。従って、常に観察可能なのは面Ｃおよび面Ｅであり、第４モードではその他の面について隠面処理がなされる。

想定視点範囲αからはモデル３００の辺ｄｃは常に視野にはいるとはいえない。従って、図６（ａ）で示した軌跡ｒ３上の発光素子アレイ８に係る点灯情報は、第４のモードでは、図１２（ａ）のように、モデル３００の頂点ｄに該当する最上端（図中中抜き点）を残して消灯情報に変更される。頂点ｄは面Ｃにも属し、面Ｃは隠面ではないためである。その他、軌跡ｒ４乃至ｒ７上の発光素子アレイ８についても、図１２（ｂ）乃至（ｅ）で示すように、面Ｃおよび面Ｅに該当する部分以外において、図６（ｂ）乃至（ｅ）で示した点灯情報が消灯情報変更される（点線部）。軌跡ｒ８の発光素子アレイ８によって表現されるモデル３００の辺ｅｆについては、想定視点範囲αから常に観察可能であるため、隠面処理はなされない。従って、図１２（ｆ）と図６（ｆ）で示される点灯情報に差異はない。

以上、図１２（ａ）乃至（ｆ）で示したように表示データを再構成することで、第４モードによるモデル３００の表示が可能となる。例えば想定視点範囲αの中央部、すなわち線分ＱＲの中点付近に視点がある場合、観察される面は面Ｃおよび面Ｅだけのはずである。そのような場合に、上述のようにこれらを除くすべての面を隠面処理できれば当然モデル３００を自然に表示可能である。

いずれにせよ、本実施例の三次元画像表示装置１００では、単純な立方体に限らずより複雑なオブジェクトを十分表示可能であり、モードの選択はそれらオブジェクトの形状やユーザの嗜好に応じて適宜行えばよい。ユーザにとって一番自然に感じられる三次元オブジェクトの表示が本発明の目的の一つであるためである。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態にかかる三次元画像表示装置の斜視図である。画像データ供給手段の要部を示すブロック図である。表示データ処理部の要部を示すブロック図である。実施の形態にかかる三次元画像表示装置で表示するオブジェクトの一例を示す斜視図である。図４のモデルの表示位置を示す斜視図である。図４のモデルの表示データを示す概念図である。図６の表示データに基づいて発光素子を点灯および消灯する様子を示す図である。実施の形態にかかる三次元画像表示装置の第２モードにおける視点位置を示す図である。第２モードにおいて表示データを再構成する様子を示す図である。実施の形態にかかる三次元画像表示装置の第３モードにおける想定視点範囲を示す図である。第３モードにおいて表示データを再構成する様子を示す図である。第４モードにおいて表示データを再構成する様子を示す図である。

符号の説明

２ベース、４回転テーブル、６発光素子、８発光素子アレイ、９発光素子アレイ群、１０モード選択スイッチ、１２視点決定スイッチ群、２０軸、２２ロータリコネクタ、２４ギヤ、２６モータ、２８画像データ供給手段、３０オブジェクトデータ保持部、３２変換部、３４表示データ処理部、３６データ読出信号発生部、３８ロータリエンコーダ、１００三次元画像表示装置、３００モデル、３４２表示データ取得部、３４４再構成部、３４６表示データ記録／出力部、３４８モード情報格納部、３５０視点情報格納部。

Claims

複数の発光素子を有する発光表示部と、
発光表示部が立設配置される回転自在な支持部材と、
前記支持部材を回転させる駆動手段と、
前記支持部材の回転に応じて所定の位置で前記発光素子を点灯させて三次元オブジェクトの表面を三次元的に表示するための画像データを前記発光表示部に供給する手段と、
ユーザの視点位置を基準として、前記画像データを再構成する処理を施す再構成手段と、
を備えることを特徴とする三次元画像表示装置。
前記再構成手段は、前記視点から観察した前記三次元オブジェクトの隠面以外の可視面が強調される処理を前記画像データに施すことを特徴とする請求項１に記載の三次元画像表示装置。
前記隠面以外を強調する処理とは、前記隠面において前記発光素子を消灯する処理であることを特徴とする請求項２に記載の三次元画像表示装置。
前記再構成手段は、複数の視点位置を基準として、いずれの視点から観察しても隠面となる面の前記発光素子を消灯する処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の三次元画像表示装置。
前記再構成手段は、複数の視点位置を基準として、各視点から観察した場合に隠面となる面のすべてにおいて前記発光素子を消灯する処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の三次元画像表示装置。