JP2015220527A - ３次元ディスプレイ及びデータ生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体画像をリアルタイムにレンダリングする３次元ディスプレイ及びデータ生成方法を提供する。【解決手段】３次元方向に並べられた複数の多色発光素子を備える３次元ディスプレイ用の発光データを生成する方法であって，３Ｄポリゴンモデルを取得するモデリング工程と，３Ｄポリゴンモデルを複数のボクセルで表現し各ボクセルの位置情報を計算するボクセル化工程と，３Ｄポリゴンモデルについてある特定の視点に対する正面側表面のカラー情報と，当該ある特定の視点に対する背面側表面のカラー情報とを計算する表面カラー計算工程と，位置情報を参照し正面側表面と背面側表面の間に位置するボクセルのカラー情報を，正面側表面のカラー情報と背面側表面のカラー情報に基づいて計算する内部カラー計算工程と，位置情報を参照し各ボクセルのカラー情報を２次元の相対位置にマッピングして，発光データを生成するマッピング工程と，を含む。【選択図】図４

Description

本発明は，画素となる多色発光素子が３次元的に配置された３次元ディスプレイと，その３次元ディスプレイ用の発光データを生成する方法に関する。具体的に説明すると，本発明は，３次元的に配置された多色発光素子を発光させることで，体積（ボリューム）のある立体画像を表示することのできる技術に関するものである。

従来から，体積のある立体画像を３６０度全方位から視認することのできる立体画像表示装置が知られている。このような立体画像表示装置は，例えば，イベントや展覧会で用いられたり，広告目的で用いられたりしている。また，立体画像表示装置をゲーム機などのアミューズメント機器に搭載することも知られている。

例えば，従来から，画素が平面マトリクス状に配置された透明表示器を回転させることで，体積のある立体画像を表示する立体画像表示装置が知られている（特許文献１，特許文献２等）。この立体画像表示装置は，自発光する画素をドットマトリクス状に配置してなる透明表示器と，この透明表示器を回転駆動する駆動機構と，を有している。そして，この立体画像表示装置は，透明表示器の回転角に同期して当該透明表示器に画像を表示させることで，観察者に立体的な画像を視認させるように制御されている。このような透明表示器を回転させる構成の装置によれば，特殊な眼鏡のような機材を使用することなく，観者が裸眼の状態でも立体画像を視認させることが可能である。

特開２００５−１７３２１２号公報 特表２００２−５１７７８９号公報

ところで，ユーザ参加型のイベントやゲームなどにおいては，ユーザの要望や操作に応じて，リアルタイムに立体画像をレンダリングして，立体画像表示装置に表示することが求められる場合もある。例えば近年では，ユーザが所有する携帯型情報端末（スマートフォン）と立体画像表示装置が無線通信によって接続されており，携帯型情報端末に入力された指示情報に応じて，立体画像表示装置に表示される立体画像が変化するような技術も普及している。このように，ユーザの要望や操作に応じて，リアルタイムに立体画像が動いたり切り替わったりすることで，ユーザにより魅力的な体験を提供することができる。

しかしながら，特許文献１や２に示された従来の立体画像表示装置は，透明表示器の回転角に同期してこの透明表示器に画像を表示させることが必要であり，表示器に画像を表示させるタイミングを調節することが難しい。このため，従来の立体画像表示装置は，複雑な形状の立体画像を表示することが困難であるとされていた。また，従来の立体画像表示装置は，立体画像を表示するための制御が難いことから，例えばユーザの要望や操作に応じて，リアルタイムに立体画像をレンダリングして表示することは容易ではなかった。

さらに，従来の立体画像表示装置は，透明表示器を高速回転させて立体画像を表示するものであるため，その装置自体を大型化することが難しいとされていた。すなわち，装置が大型になると，大型の透明表示器が必要となるばかりでなく，その大型の透明表示器を高速回転させるために出力の大きい駆動機構が必要となる。また，いかに出力の大きい駆動機構を用いたとしても，立体画像が視認可能な程度に大型の透明表示器を高速回転させることは困難であった。さらに，立体画像表示装置は，透明表示器を回転させる必要があることから，例えば風が吹く屋外でのイベント等においては，安全に使用することができないものであった。

以上のような観点から，本発明は，３６０度全方位から視認可能な体積のある立体画像を，リアルタイムにレンダリングすることのできる方法を提供することを解決課題とする。また，本発明は，体積のある立体画像を適切に表示することのできる新規な３次元ディスプレイを提供することを解決課題とする。さらに，本発明は，大型化することができ，しかも屋外でも使用可能な３次元ディスプレイを提供することを解決課題としている。本発明は，これらの課題のうちの少なくとも一つの解決手段を提供するものである。

本発明の第１の側面は，３次元ディスプレイ用の発光データを生成する方法に関する。ここにいう３次元ディスプレイとは，左右方向，上下方向，及び奥行方向に，３次元的に並べられた複数の多色発光素子を備える。なお，左右方向，上下方向，及び奥行方向とは，互いに立体的に直交する３次元空間の直交座標系を形成する方向である。
本発明の方法は，モデリング工程と，ボクセル化工程と，表面カラー計算工程と，内部カラー計算工程と，マッピング工程と，を含む。
モデリング工程は，３Ｄポリゴンモデルを取得する工程である。３Ｄポリゴンモデルは，コンピュータを用いて作成してもよいし，コンピュータの内部又は外部の記録装置などから取得してもよいし，情報通信回線（インターネット）を介してダウンロードしたものであってもよい。
ボクセル化工程は，３Ｄポリゴンモデルを複数のボクセルで表現し，各ボクセルの位置情報を計算する工程である。ボクセル化（Voxelization）とは，３Ｄポリゴンモデルを小さな体積の立方体の集合体として表現する手法である。このため，各ボクセルは，体積を表現する一つの要素となる。
表面カラー計算工程は，３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対する正面側表面のカラー情報と，当該ある特定の視点に対する背面側表面のカラー情報とを計算する工程である。
内部カラー計算工程は，各ボクセルの位置情報を参照し，正面側表面と背面側表面の間に位置するボクセルのカラー情報を，正面側表面のカラー情報と背面側表面のカラー情報に基づいて計算する工程である。
マッピング工程は，各ボクセルの位置情報を参照し，各ボクセルのカラー情報を２次元の相対位置にマッピングして，発光データを生成する工程である。すなわち，ボクセル化された３Ｄモデルを３次元ディスプレイに表示するために，各ボクセルのカラー情報を，３次元ディスプレイにおいて処理し易い２次元で表された発光データに置き換える。

上記のように，本発明の方法では，３Ｄポリゴンモデルをボクセル化して，各ボクセルのカラー情報を計算する。ここで，３次元ディスプレイ装置は，多数の多色発光素子を３次元的に配置した構成を有している。このため，この３次元ディスプレイ装置を用いてモデルの画像を表示する（すなわちモデルの体積を表現する）ためには，モデルの表面を形成するボクセルだけでなく，モデルの内部を形成するボクセルのカラー情報をも計算する必要がある。従来の２次元ディスプレイにおいて，ボクセル化したモデルの画像を表示する際には，内部に隠れるボクセルについてはカラー情報を計算する必要がなかった。この点において，本発明に係る３次元ディスプレイ装置用の画像処理と，従来の２次元ディスプレイ用の画像処理は明確に異なっている。そして，本発明の方法では，モデルの内部を形成するボクセルのカラー情報を，モデルの表面を形成するボクセルのカラー情報に基づいて計算することとしている。具体的には，モデルの正面側表面と背面側表面のカラー情報を計算し，その後，この正面側表面と背面側表面の間に位置する内部のボクセルのカラー情報については，正面側表面と背面側表面のカラー情報を参照して決定する。例えば，内部のボクセルのカラー情報は，正面側表面と背面側表面のカラー情報の中間色であってもよいし，正面側表面から背面側表面にかけて徐々に色が移り変わるようなグラデーション色であってもよい。このように，内部のボクセルのカラー情報を，正面側表面と背面側表面のカラー情報に基づいて間接的に計算することで，処理の高速化を実現できる。従って，本発明の方法によれば，３６０度全方位から視認可能な体積のある立体画像を，リアルタイムにレンダリングすることが可能となる。

本発明の方法において，３次元ディスプレイは，上下方向に複数個連なった多色発光素子が円周方向に複数列並んで層を形成し，この多色発光素子の層が同心円状に複数層形成されたものであることが好ましい。
この場合において，本発明の方法のマッピング工程では，各ボクセルの位置情報を参照し，各ボクセルのカラー情報を多色発光素子の層のそれぞれに対応する２次元の相対位置にマッピングして，多色発光素子の層ごとの発光データを生成することが好ましい。

上記のように，３次元ディスプレイでは，略円筒状の層をなすように，多数の多色発光素子が，上下方向及び円周方向に並んで配置される。また，略円筒状の多色発光素子の層が，同心円状に複数層形成されることにより，３次元ディスプレイが構築されている。このように，本発明では，多色発光素子の一つの層だけをみると，多色発光素子が上下方向及び円周方向の２次元的配置（２Ｄ）で並列されていることとなる。そして，多色発光素子の層が複数層奥行きをもって配置されることで，３次元的配置（３Ｄ）を構築している。このため，それぞれの層について，多色発光素子の発光色を計算することができる。すなわち，３次元ディスプレイに対しては，発光データを３次元的配置のデータとして提供する必要がなく，発光データを２次元的配置のデータとして提供すれば済むこととなる。これにより，３次元ディスプレイに提供する発光データの生成が簡便になり，より高速に処理することが可能となる。また，３次元ディスプレイの形状を略円筒状とすることで，３６０度全方位から，モデルの立体画像を視認しやすくなる。

本発明の方法において，ボクセル化工程は，第１工程と，第２工程と，第３工程とを含むことが好ましい。
第１工程は，３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対して正面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該正面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングする工程である。
第２工程は，３Ｄポリゴンモデルについて，前記のある特定の視点に対して背面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該背面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングする工程である。
第３工程は，第１工程のレンダリング結果と第２工程のレンダリング結果の排他的論理和を求めることにより，３Ｄポリゴンモデルを構成する各ボクセルの位置情報を得る工程である。

上記のように，排他的論理和によって３Ｄポリゴンモデルを構成する各ボクセルの位置情報を計算することで，特定の視点の位置を動かさずに，又は３Ｄポリゴンモデルを動かさずに，ボクセルの位置を求めることが可能となる。これにより，ボクセル化工程におけるコンピュータの処理を高速化することができる。結果として，本発明によれば，モデルの立体画像をリアルタイムにレンダリングすることが可能となる。

本発明の第２の側面は，３次元ディスプレイに関する。
本発明の３次元ディスプレイは，左右方向，上下方向，及び奥行方向に並べられた複数の多色発光素子を備える。
具体的には，本発明の３次元ディスプレイでは，上下方向に複数個連なった多色発光素子が，円周方向に複数列並んで層を形成し，多色発光素子の層が同心円状に複数層形成されている。

上記構成のように，３次元ディスプレイを略円筒状の層が多層に重なった構造とすることで，３６０度全方位からモデルの立体画像を視認できるようになる。また，上述したとおり，本発明の３次元ディスプレイは，２次元的な層を複数層に重ねて３次元的な配置としているため，２次元的構造の発光データを扱うことができる。このため，本発明の３次元ディスプレイによれば，立体画像を高速に処理することができる。

本発明の３次元ディスプレイは，連結部材と，上枠体と，下枠体とを備えることが好ましい。連結部材は，複数の多色発光素子を上下に連結する紐状の部材である。
上枠体は，連結部材の上端が繋ぎ止められる部材であり，下枠体は，連結部材の下端が繋ぎ止められる部材である。

上記構成のように，複数の多色発光素子を１本の連結部材で連結し，その連結部材の上端と下端をそれぞれ上枠体と下枠体に接続することで，３次元ディスプレイの構造を簡素化することができる。このため，３次元ディスプレイを比較的安価で大型化することができる。また，連結部材の上端と下端を上枠体と下枠体に固定することで，各多色発光素子の位置を簡易的に固定することができる。例えば，３次元ディスプレイを，風が吹き抜ける屋外に設置した場合であっても，各多色発光素子の位置が変動することを防止できるため，適切に立体画像を表示することが可能となる。

本発明によれば，３６０度全方位から視認可能な体積のある立体画像を，リアルタイムにレンダリングすることができる。

本発明によれば，体積のある立体画像を適切に表示することのできる新規な３次元ディスプレイを提供することができる。本発明の３次元ディスプレイは，比較的簡易的に大型化することができ，しかも屋外において安全に使用することが可能である。

図１は，本発明に係る３次元ディスプレイの構造を簡易的に示した模式図である。 図２は，本発明に係る３次元ディスプレイの構造を概念的に展開して示した模式図である。 図３は，本発明に係る立体画像のレンダリング工程を示したフローチャートである。 図４は，本発明に係る立体画像のレンダリング工程を概念的に示した模式図である。 図５は，ボクセル化工程の一例を概念的に示した模式図である。 図６は，ボクセル化工程の他の例を概念的に示した模式図である。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。

［３次元ディスプレイ］
図１は，本発明に係る３次元ディスプレイ１００の構造を簡易的に示している。図１に示されるように，３次元ディスプレイ１００は，複数の球状の多色発光素子１０が，上下方向，左右方向，及び奥行方向に，３次元的に配置された構造となっている。ここにいう，「上下方向」，「左右方向」，及び「奥行方向」とは，それぞれ立体的に直交する３次元空間の直交座標系を形成する方向である。このように，複数の多色発光素子１０を３次元的に配置することにより，３次元ディスプレイ１００は，体積（ボリューム）のある立体画像を表示することができる。すなわち，各多色発光素子１０は，立体画像を表示するための画素として機能する。なお，図１では，３次元ディスプレイ１００の構造を分かり易くするために，多色発光素子１０の密度（画素数）を粗くして描画しているが，多色発光素子１０の密度（画素数）をより緊密にすることにより，立体画像の解像度を向上させることができる。

具体的に説明すると，図１に示されるように，３次元ディスプレイ１００は，複数の多色発光素子１０が，一本の紐状の連結部材２０によって，上下方向に連結されている。連結部材２０に設けられている複数の多色発光素子１０は，それぞれ，上下方向に等間隔に配置されていることが好ましい。この複数の多色発光素子１０と一本の連結部材２０とにより，上下に延びる一連の多色発光素子群１０ａが形成される。

また，多色発光素子群１０ａは，円周方向に沿って，複数本並列されている。このとき，複数本の多色発光素子群１０ａは，円周方向に沿って等間隔に配置されていることが好ましい。このように，複数本の多色発光素子群１０ａが円周上に配置されることで，多色発光素子１０の層（多色発光素子層１０ｂという）が形成される。

多色発光素子層１０ｂは，略円筒状に形成された層である。図１に示されるように，多色発光素子層１０ｂは，複数層形成される。すなわち，円筒状の多色発光素子層１０ｂは，同心円状に，複数層形成されることとなる。図１は，多色発光素子層１０ｂが，３層形成された例を示している。なお，多色発光素子層１０ｂの数は，３層以上とすることも可能である。多色発光素子層１０ｂは，１０層以上であることが好ましい。多色発光素子層１０ｂは，外側に位置するものほど円周が長くなっており，内側に位置するものほど円周が短くなっている。このようにすることで，３次元ディスプレイ１００を，円筒状（若しくは円柱状）の形状とすることができる。

また，３次元ディスプレイ１００は，上枠体３０と下枠体４０とを備える。上枠体３０と下枠体４０とは，上下方向に対向する位置に配置されている。上枠体３０と下枠体４０の間には，複数の多色発光素子１０が位置する。つまり，多色発光素子群１０ａを形成する紐状の連結部材２０は，その上端が上枠体３０に繋ぎ止められており，その下端が下枠体４０に繋ぎ止められている。上枠体３０には，吊り下げ部材（図示省略）などを介して，天井やクレーンなどに吊り下げられていればよい。また，下枠体４０は，地面に接していてもよいし，空中に位置していてもよい。ただし，下枠体４０を空中に吊り下げる場合には，下枠体４０が搖動しないように，他の固定部材（図示省略）を利用して，地面に固定しておくことが好ましい。このように，多色発光素子群１０ａを上枠体３０と下枠体４０の間に懸けて吊るすことにより，各多色発光素子１０の位置を，簡単に固定することが可能となる。

図２は，３次元ディスプレイ１００を構成する複数の多色発光素子層１０ｂを，概念的に展開して示している。図２に示されるように，本来は円筒状である多色発光素子層１０ｂを展開すると，２次元の平面として捉えることができる。つまり，各多色発光素子層１０ｂでは，複数の多色発光素子１０が，行方向と列方向に規則的な間隔で，ドットマトリクス状に配置されている。このため，３次元ディスプレイ１００に対して，多色発光素子層１０ｂのそれぞれに対応させた２次元構造（２Ｄ）の発光データを提供することで，３次元ディスプレイ１００は，画像を表示することができる。具体的には，体積のある３Ｄモデルのカラー情報を，複数の多色発光素子層１０ｂのそれぞれに対応するように，２Ｄの相対位置にマッピングして，この２Ｄのマッピングデータを多色発光素子１０の発光データとして扱うことが可能となる。よって，３次元ディスプレイ１００に提供する発光データが簡易になるため，３次元ディスプレイ１００は，発光データを高速で処理して表示することができる。

多色発光素子１０は，少なくとも２色以上で発光することのできる発光体である。多色発光素子１０としては，例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などの公知の光源を用いることができる。例えば，多色発光素子１０は，赤色，緑色，青色に発光する３つのＬＥＤが１つにパッケージされた３色ＬＥＤを用いることとしてもよいし，２色ＬＥＤであってもよい。多色発光素子１０は，それぞれ，制御装置（図示省略）に電気的に接続されている。これにより，多色発光素子１０は，制御装置からの制御信号に基づいて，発光する色を変化させることができる。多色発光素子１０は，それぞれが独立して，制御装置によって発光色を制御されている。このように，複数の多色発光素子１０それぞれの発光色を個別に制御することで，複雑な立体画像を表現することが可能となる。

上記構成の３次元ディスプレイ１００は，多色発光素子１０の発光の有無，及び多色発光素子１０の発光色を制御することにより，体積（ボリューム）のある立体画像を表示することができる。すなわち，３次元ディスプレイ１００は，立体画像の表面に相当する多色発光素子１０だけでなく，立体画像の内部に相当する多色発光素子１０をも発光させることで，ボリューム感のある立体画像を表示することが可能である。また，３次元ディスプレイ１００は，円筒状（若しくは円柱状）の形状を有するため，観察者は，３６０度全方位からこの立体画像を視認することができる。しかも，観察者の見る角度や立ち位置によって，立体画像の様々な部分を見ることができる。このため，３次元ディスプレイ１００は，あたかもその場にモデルが存在するかのような臨場感のある立体画像を提供することができる。

［発光データの生成方法］
続いて，上述した３次元ディスプレイ１００に提供する多色発光素子１０の発光データの生成方法について説明する。発光データとは，３次元ディスプレイ１００が備える複数の多色発光素子１０のうち，どの多色発光素子１０を，どの色で発光させるかを特定するためのデータである。すなわち，発光データとは，３次元ディスプレイ１００の発酵態様を制御するためのデータであるともいえる。発光データの生成方法は，画像処理用のコンピュータにより実行される。

図３は，発光データの生成方法の示したフローチャートである。また，図４は，発光データの生成方法を模式的に示している。図３及び図４に示されるように，発光データの生成方法は，モデリング工程（ステップＳ１），ボクセル化工程（ステップＳ２），表面カラー計算工程（ステップＳ３），内部カラー計算工程（ステップＳ４），及びマッピング工程（ステップＳ５）を含む。以下，それぞれの工程について説明する。

モデリング工程（ステップＳ１）は，３Ｄポリゴンモデルを取得する工程である。３Ｄポリゴンモデルは，公知のコンピュータ・ソフトウェアを利用して作成することとしてもよいし，外部の記憶媒体に記憶されているもの又はコンピュータ内部の記憶装置に記憶されているものを読み出すこととしてもよい。また，３Ｄポリゴンモデルは，インターネットを経由して，ダウンロードしたものであってもよい。３Ｄポリゴンモデルは，立体的形状を持つ図形を，複数のポリゴン（三角形）の組み合わせで表現したものである。なお，３Ｄポリゴンモデルが表現される座標系を，モデリング座標系（Ｐ，Ｑ，Ｒ）ともいう。また，図４において，円状の点線は，３次元ディスプレイ１００の画像表示範囲を想定して描画したものである。３次元ディスプレイ１００は，３Ｄポリゴンモデルを多角的に画像として表示できる。このため，３Ｄポリゴンモデルが表現されているモデリング座標系（Ｐ，Ｑ，Ｒ）と，３次元ディスプレイ１００が立体画像を表示するディスプレイ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は，基本的に一致していることが好ましい。その他，３Ｄポリゴンモデルを取得する工程は，コンピュータグラフィックスの技術分野において公知となっている方法を適宜採用することができる。

ボクセル化工程（ステップＳ２）は，モデリング工程で得られた３Ｄポリゴンモデルを複数のボクセルで表現し，各ボクセルの位置情報を計算する工程である。図３に示されるように，３Ｄポリゴンモデルは，複数の立方体（ボクセル）の集合により表現される。本発明は，上述したように，３次元的に配置された複数の多色発光素子１０により構成された３次元ディスプレイ１００を利用して，３Ｄポリゴンモデルを立体画像として表示する。このため，３Ｄポリゴンモデルをボクセル化する解像度は，３次元ディスプレイ１００の画素数（多色発光素子１０の数）に対応させることが好ましい。特に，３Ｄポリゴンモデルを表現する一つのボクセルが，３次元ディスプレイ１００を構成する一つの多色発光素子１０に相当するようにボクセル化すると，画像処理計算が容易になる。ただし，ボクセル数と画素数は必ずしも一致している必要はない。例えば，２×２×２のボクセルが，一つの多色発光素子１０に相当するように処理することもできる。

ボクセルの位置情報は，それぞれのボクセルの相対位置に基づいて算出することとしてもよいし，それぞれのボクセルに座標値を付与することにより算出することとしてもよい。また，ボクセル化の処理は，３Ｄポリゴンモデルを含むボクセル空間内で行われる。ボクセル空間は，３次元ディスプレイ１００が立体画像を表示可能な円柱状の形状に合わせて，円柱状の空間とすることが好ましい。ボクセル空間の例は，２値ボクセル空間である。２値ボクセル空間は，３Ｄポリゴンモデルがあるかどうかを示す値（例えば１か０）により表現される。３Ｄポリゴンモデルに相当するボクセルは“１”で表現されて実体化し，３Ｄポリゴンモデルに相当しないボクセルは“０”で表現されて実体化されない。なお，ボクセル化工程の好ましい形態については，図５及び図６を参照して後ほど詳しく説明する。その他，３Ｄポリゴンモデルをボクセル化する処理は，コンピュータグラフィックスの技術分野において公知となっている方法を適宜採用することができる。

表面カラー計算工程（ステップＳ３）は，ボクセル化された３Ｄモデルについて，ある特定の視点に対する正面側の表面部分と，背面側の表面部分のカラー情報を計算する工程である。図４において，ある特定の視点（パス）が，点線の矢印で示されている。視点に対して，正面側に位置するボクセルと，背面側に位置するボクセルのカラー情報を求める。カラー情報の計算手法は公知である。例えば，ポリゴンの頂点に付与されたカラー値に基づいて，各ボクセルのカラー情報を求めればよい。各ボクセルのカラー情報は，基本的に一色のカラー値で特定されることが好ましい。

内部カラー計算工程（ステップＳ４）は，上記した表面カラー計算工程によって算出された３Ｄモデルの正面側の表面部分のカラー情報と，背面側の表面部分のカラー情報に基づいて，３Ｄモデルの内部を構成するボクセルのカラー情報を求める工程である。すなわち，この内部カラー計算工程では，正面側表面に存在するボクセルと背面側表面に存在するボクセルとの間に位置するボクセルのカラー情報を求める。各ボクセルの位置関係は，各ボクセルの位置情報を参照すれば把握できる。このため，各ボクセルの位置情報を参照すれば，ある特定の視点方向（点線の矢印）に対して，正面側表面を形成する正面ボクセルと，背面側表面を形成する背面ボクセルと，これらの間に位置する内部ボクセルとを求めることができる。そして，内部ボクセルのカラー情報は，正面ボクセルのカラー情報と背面ボクセルのカラー情報とに基づいて，算出される。例えば，内部ボクセルのカラー情報は，正面ボクセルと背面ボクセルのカラー情報の平均値（中間値）として算出すればよい。また，内部ボクセルのカラー情報は，正面ボクセルのカラー情報から，背面ボクセルのカラー情報へと徐々に移り変わるようなグラデーション色としてもよい。このように，本発明では，内部ボクセルのカラー情報を，正面ボクセルと背面ボクセルのカラー情報を参照してまとめて計算することができる。内部ボクセルのカラー情報を，それぞれ一つ一つ計算していると情報処理量が膨大になり，リアルタイムなレンダリングを実現することが難しい。これに対し，内部ボクセルのカラー情報を，正面ボクセルと背面ボクセルのカラー情報を参照してまとめて計算するようにすることで，処理の高速化を図ることができるため，リアルタイムなレンダリングを実現可能となる。

マッピング工程（ステップＳ５）は，各ボクセルの位置情報を参照しながら，各ボクセルのカラー情報を，３次元ディスプレイ１００が取り扱うことのできる２次元の発光データへとマッピングする工程である。図４では，発光データのデータ構造を模式的に示している。図４に示されるように，発光データは，行方向と列方向に区切られたドットマトリクス状に表すことができる。発光データのドットマトリクスは，３次元ディスプレイ１００を構成する多色発光素子１０の各層１０ｂのドットマトリクス（図２参照）のそれぞれに，対応している。特に，発光データのドットマトリクスの座標値と，多色発光素子１０の各層１０ｂのドットマトリクスの座標値が互いに対応していることが好ましい。すなわち，上述したように，３次元ディスプレイ１００の多色発光素子層１０ｂは，２次元のマトリクスで構成されている。このため，多色発光素子層１０ｂを発光させるための発光データも，多色発光素子層１０ｂのマトリクスに対応したマトリクス状に構成されている。これにより，各ボクセルのカラー情報を，マトリクス上の発光データへとマッピングすることで，３次元ディスプレイ１００の各多色発光素子１０を発光させて，立体画像を表現することができる。

このように，マッピング工程では，３Ｄモデルを構築する各ボクセルのカラー情報を，２Ｄの相対位置にマッピングする。このとき，モデリング座標系（３次元）における各ボクセルの位置情報を参照しながら，各ボクセルの座標を，発光データを示す２次元の座標（マッピング座標系）へと変換すればよい。マッピング処理は，各ボクセルの座標情報を参照しながら行うこともできるし，インデックスを利用して処理の効率化を図ることもできる。

上記ステップＳ１〜Ｓ５の各工程を経て，画像処理用のコンピュータにより発光データが生成される。発光データは，画像処理用のコンピュータから，３次元ディスプレイ１００の制御装置（ＬＥＤコントローラ）へとエクスポートされる。そして，３次元ディスプレイ１００は，得られた発光データに基づいて，複数の多色発光素子１０のそれぞれの発光の有無や，発光色を制御する。これにより，３６０度全方位から視認可能な体積のある立体画像を，３次元ディスプレイ１００によって表示することができる。

続いて，図５及び図６を参照して，ボクセル化工程についてさらに詳しく説明する。
図５は，中実構造の標準的な３Ｄポリゴンモデルをボクセル化する場合の例を示している。図５の例では，３２ｂｉｔのテクスチャーにレンダリングする場合の例を示している。

まず，図５（ａ）に示すように，３２ｂｉｔのテクスチャーをオールクリアする。すなわち，ここでは，テクスチャーのｂｉｔをすべて“０”にする。

次に，図５（ｂ）に示すように，ある特定の視点に対して正面を向いているポリゴンを特定する。ある特定の視点に対して正面を向いているポリゴンを特定するには，各ポリゴンの法線ベクトル（ノーマルベクトル）を参照すればよい。すなわち，標準の状態において，ポリゴンの法線ベクトルは，モデルの外側を向いている。このため，ある特定の視点と各ポリゴンの法線ベクトルを参照し，両者のなす角が鋭角になるポリゴンを，正面を向いているポリゴンであると判断すればよい。そして，この正面側のポリゴンの位置情報（デプス）をマッピングし，この正面側のポリゴンよりも背面側に位置するｂｉｔを，すべて“１”にする。このようにして，ボクセル化の第１工程では，３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対して正面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該正面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングを行う。

次に，図５（ｃ）に示すように，ある特定の視点に対して背面を向いているポリゴンを特定する。ある特定の視点に対して背面を向いているポリゴンを特定するには，各ポリゴンの法線ベクトルを反転すればよい。すなわち，反転した状態において，ポリゴンの法線ベクトルは，モデルの内側を向いている。このため，ある特定の視点と各ポリゴンの法線ベクトル（反転状態）を参照し，両者のなす角が鋭角になるポリゴンを，背面を向いているポリゴンであると判断すればよい。そして，この背面側のポリゴンの位置情報（デプス）をマッピングし，この背面側のポリゴンよりも背面側に位置するｂｉｔを，すべて“１”にする。このようにして，ボクセル化の第２工程では，３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対して背面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該背面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングを行う。

最後に，図６（ｄ）に示すように，図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示したレンダリング結果について，排他的論理和（ＸＯＦ）を求める。排他的論理和は，与えられた２つの命題のいずれか一方のみが真であるときに真となる論理演算である。具体的には，第１工程（図５（ｂ））と第２工程（図５（ｃ））のレンダリング結果を踏まえ，どちらか一方が“１”でありどちらか他方が“０”であるｂｉｔを１とする。反対に，第１工程と第２工程のレンダリング結果の両方が“０”又は“１”であるｂｉｔを“０”とする。これにより，排他的論理和によって，第１工程のレンダリング結果と第２工程のレンダリング結果の排他的論理和を求めることにより，３Ｄポリゴンモデルを構成する各ボクセルの位置情報を得ることができる。

図６は，中空構造の３Ｄポリゴンモデルをボクセル化する場合の例を示している。図６の例では，図５の例と同様に，３２ｂｉｔのテクスチャーにレンダリングする場合の例を示している。

まず，図６（ａ）に示すように，３２ｂｉｔのテクスチャーをオールクリアする。すなわち，ここでは，テクスチャーのｂｉｔをすべて“０”にする。

次に，図５（ｂ）に示すように，ある特定の視点に対して正面を向いているポリゴンを特定する。ある特定の視点に対して正面を向いているポリゴンを特定するには，各ポリゴンの法線ベクトル（ノーマルベクトル）を参照すればよい。図６に示された例では，正面を向いているポリゴンが複数存在する。この場合には，複数の正面側のポリゴンのそれぞれについて，位置情報（デプス）をマッピングする。そして，複数の正面側のポリゴンのそれぞれについて，これらの正面側のポリゴンよりも背面側に位置するｂｉｔを，すべて“１”にする。このようにして，ボクセル化の第１工程では，３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対して正面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該正面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングを行う。

次に，図６（ｃ）に示すように，ある特定の視点に対して背面を向いているポリゴンを特定する。ある特定の視点に対して背面を向いているポリゴンを特定するには，各ポリゴンの法線ベクトルを反転すればよい。図６に示された例では，背面を向いているポリゴンも複数存在する。この場合には，複数の背面側のポリゴンのそれぞれについて，位置情報（デプス）をマッピングする。そして，複数の背面側のポリゴンのそれぞれについて，これらの背面側のポリゴンよりも背面側に位置するｂｉｔを，すべて“１”にする。このようにして，ボクセル化の第２工程では，３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対して背面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該背面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングを行う。

最後に，図６（ｄ）に示すように，図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示したレンダリング結果について，それぞれのｂｉｔ毎に，排他的論理和（ＸＯＦ）を求める。具体的には，ｂｉｔごとに，第１工（図６（ｂ））と第２工程（図６（ｃ））のレンダリング結果を踏まえ，どちらか一方が“１”でありどちらか他方が“０”であるｂｉｔを１とする。反対に，第１工程と第２工程のレンダリング結果の両方が“０”か“１”であるｂｉｔを“０”とする。これにより，排他的論理和によって，第１工程のレンダリング結果と第２工程のレンダリング結果の排他的論理和を求めることにより，３Ｄポリゴンモデルを構成する各ボクセルの位置情報を得ることができる。

上記のように，ボクセル化工程では，３Ｄポリゴンモデルが中実構造であっても中空構造であっても問題なくボクセル化できる。そして，上記のボクセル化工程は，ボクセル化する際に，視点を移動させたり，３Ｄモデルを回転させたりする必要がない。これにより，ボクセル化工程におけるコンピュータの処理を高速化することができる。結果として，本発明によれば，モデルの立体画像をリアルタイムにレンダリングすることが可能となる。

以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

本発明は，立体画像を表示可能な３次元ディスプレイ及びその発光データ生成方法に関する。従って，本発明は，コンピュータ関連産業やアミューズメント産業において好適に利用しうる。

１０…多色発光素子
１０ａ…多色発光素子群
１０ｂ…多色発光素子層
２０…連結部材
３０…上枠体
４０…下枠体
１００…３次元ディスプレイ

Claims (5)

1. 左右方向，上下方向，及び奥行き方向に並べられた複数の多色発光素子を備える３次元ディスプレイ用の発光データを生成する方法であって，
   ３Ｄポリゴンモデルを取得する，モデリング工程と，
   前記３Ｄポリゴンモデルを複数のボクセルで表現し，各ボクセルの位置情報を計算する，ボクセル化工程と，
   前記３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対する正面側表面のカラー情報と，当該ある特定の視点に対する背面側表面のカラー情報とを計算する，表面カラー計算工程と，
   前記位置情報を参照し，前記正面側表面と前記背面側表面の間に位置するボクセルのカラー情報を，前記正面側表面のカラー情報と前記背面側表面のカラー情報に基づいて計算する，内部カラー計算工程と，
   前記位置情報を参照し，前記各ボクセルのカラー情報を２次元の相対位置にマッピングして，前記発光データを生成する，マッピング工程と，を含む
   方法。
2. 前記３次元ディスプレイは，
   上下方向に複数個連なった前記多色発光素子が，円周方向に複数列並んで層を形成し，
   前記多色発光素子の層が，同心円状に複数層形成されたものであり，
   前記方法において，
   前記マッピング工程は，前記各ボクセルの位置情報を参照し，前記各ボクセルのカラー情報を前記多色発光素子の層のそれぞれに対応する２次元の相対位置にマッピングして，前記多色発光素子の層ごとの発光データを生成する
   請求項１に記載の方法。
3. 前記ボクセル化工程は，
   前記３Ｄポリゴンモデルについて，ある特定の視点に対して正面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該正面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングする第１工程と，
   前記３Ｄポリゴンモデルについて，当該ある特定の視点に対して背面に位置するボクセルの位置情報を計算し，当該背面に位置するボクセルよりも背面側にもボクセルが存在するものと推定してレンダリングする第２工程と，
   前記第１工程のレンダリング結果と前記第２工程のレンダリング結果の排他的論理和を求めることにより，前記３Ｄポリゴンモデルを構成する各ボクセルの位置情報を得る第３工程と，を含む
   請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 左右方向，上下方向，及び奥行き方向に並べられた複数の多色発光素子を備える３次元ディスプレイであって，
   上下方向に複数個連なった前記多色発光素子が，円周方向に複数列並んで層を形成し，
   前記多色発光素子の層が，同心円状に複数層形成されている
   ３次元ディスプレイ。
5. 複数の前記多色発光素子を上下に連結する連結部材と，
   前記連結部材の上端が繋ぎ止められた上枠体と，
   前記連結部材の下端が繋ぎ止められた下枠体と，を備える
   請求項４に記載の３次元ディスプレイ。

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