JP2022103914A - 表示装置、情報処理装置、画像出力方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】カラー画像を表示するための画像情報のデータ量を低減させる。【解決手段】画像情報に基づく画像光の照射を受ける物体と、前記画像光の照射される位置における色が変化するように前記物体を制御する制御装置と、前記画像情報に基づく単色の画像光を前記物体に照射する照射装置と、を備える表示装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置、情報処理装置、画像出力方法およびプログラムに関する。

周期的に移動する物体に、画像情報に基づく画像光を照射する表示装置が知られている。

例えば、特許文献１には、残像効果を利用して三次元画像を人に視認させる目的で、スクリーンを前後左右に振動させながら表示するかまたは回転を伴って表示する手段を有する表示装置が開示されている。

特許文献１の構成でカラー表示を行うためには、高いフレームレートで二次元のカラー画像を表示する必要があり、画像情報のデータ量が大きくなるという問題がある。

開示の技術は、カラー画像を表示するための画像情報のデータ量を低減させることを目的とする。

開示の技術は、画像情報に基づく画像光の照射を受ける物体と、前記画像光の照射される位置における色が変化するように前記物体を制御する制御装置と、前記画像情報に基づく単色の画像光を前記物体に照射する照射装置と、を備える表示装置である。

カラー画像を表示するための画像情報のデータ量を低減させることができる。

第一の実施形態に係る表示装置の概要を示す図である。 表示装置のハードウェア構成の一例を示す第一の図である。 情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 第一の実施形態に係る情報処理装置の機能の一例を示す図である。 プロジェクタのハードウェア構成の一例を示す図である。 螺旋体の底面図の一例を示す図である。 螺旋体の正面図の一例を示す図である。 螺旋体の斜視図の一例を示す図である。 螺旋体の構造の一例を示す図である。 第一の実施形態に係る情報処理装置による制御処理のフローの一例を示す図である。 螺旋体の高さの算出方法を説明するための図である。 螺旋体の高さおよび色の算出結果の一例を示す図である。 表示装置のハードウェア構成の一例を示す第二の図である。 第二の実施形態に係る表示装置の概要を示す図である。 第二の実施形態に係る情報処理装置の機能の一例を示す図である。 第二の実施形態に係る情報処理装置による制御処理のフローの一例を示す図である。

（第一の実施形態）
以下に、図面を参照して、本発明に係る情報処理装置を含む表示装置の実施の形態について説明する。

図１は、表示装置の概要を示す図である。

表示装置１は、情報処理装置１０と、プロジェクタ２０と、螺旋体３０と、モーター４０と、モーター制御装置４１と、を備える。

表示装置１は、三次元モデルデータ９０１を受信して、三次元画像を人に視認させる。三次元モデルデータ９０１は、人に三次元画像を視認させるための三次元モデルを示すデータであって、例えば、三次元ボクセルごとの画素値を示すデータである。具体的には、三次元モデルデータ９０１は、情報処理装置１０に入力される。

情報処理装置１０は、入力された三次元モデルデータ９０１に基づく画像情報９０３を生成する。具体的には、情報処理装置１０は、モーター制御装置４１に回転の開始を指示する回転指示信号２０１を送信する。指示を受けたモーター制御装置４１は、例えば所定の略一定の速度で螺旋体３０を回転させるように、モーター４０を制御するための回転制御信号２０２をモーター４０に送信する。

螺旋体３０は、モーター４０によって回転する複数の螺旋形状の部材を含む物体であって、画像光Ｌの照射を受けるスクリーンとして機能する。それぞれの部材は、互いに異なる色となっている。螺旋体３０の色、形状および構造の具体例については後述する。

モーター４０にはエンコーダが取り付けられている。エンコーダは、モーター４０の回転軸の回転角度を示す信号（エンコーダ信号２０３）をモーター制御装置４１に送信する。モーター制御装置４１は、受信したエンコーダ信号２０３に基づいて、螺旋体３０の回転角度を示す回転角度情報９０４を生成し、情報処理装置１０に送信する。モーター制御装置４１は、画像光Ｌの照射される位置における色が変化するように螺旋体３０を制御する制御装置の一例である。

情報処理装置１０は、受信した回転角度情報９０４に基づいて、螺旋体３０の回転角度に応じた画像情報９０３を生成し、プロジェクタ２０に送信する。画像情報９０３は、単色の二次元画像を示す情報である。

プロジェクタ２０は、情報処理装置１０から出力された画像情報９０３に基づく単色の画像光Ｌを螺旋体３０に照射する照射装置の一例である。このとき、高速に回転する螺旋体３０の各色の螺旋形状の部材が、様々な位置で単色の画像光Ｌに照射されるため、残像効果によって立体的なカラー画像が視認される。このようにして、表示装置１は、残像効果を利用したカラーの三次元画像を人に視認させる。

すなわち、情報処理装置１０は、画像光Ｌの照射される位置において変化する螺旋体３０の色が残像効果によって混ざり合うことによって、表示すべき画像データ（三次元モデルデータ９０１）に含まれる色を視認させるように、画像データに基づく単色の画像情報９０３を出力する。

図２は、表示装置のハードウェア構成の一例を示す第一の図である。

表示装置１は、設置状態において下方に位置する筐体６０の内部に、情報処理装置１０と、モーター制御装置４１と、プロジェクタ２０と、を備える。また、表示装置１は、プロジェクタ２０の上方に、スクリーンケース５０に収納された螺旋体３０を備える。

スクリーンケース５０は、透明な樹脂、ガラス等によって形成され、円柱形状である。なお、スクリーンケース５０の形状は、円柱以外の形状であっても良く、例えば端部が半球であっても良く、四角柱であっても良い。

さらに、表示装置１は、螺旋体３０の上方に、モーター４０を備える。モーター４０は、モーター制御装置４１と通信可能に接続されている。螺旋体３０は、螺旋形状の部材３１と、回転軸３２と、を有する。モーター４０の回転軸は、プロジェクタ２０から照射される画像光Ｌの進行方向（画像光Ｌが拡散光の場合は画像光Ｌの中心軸に沿う方向を含む。以下同じ。）と並行であって、螺旋体３０の回転軸３２と一致する。後述する説明においては、この画像光Ｌの進行方向を正とするＺ軸を含む三次元座標によって、螺旋体３０の位置を特定する処理について説明する。

具体的には、情報処理装置１０は、各ｘｙ座標（ｘ，ｙ）における螺旋体３０のＺ軸正方向の高さｚ（ｘ，ｙ）を算出する。算出される高さｚ（ｘ，ｙ）は、螺旋体３０の回転軸に沿った高さであり、螺旋体３０の表面に画像光Ｌが照射される位置に相当する。そこで、情報処理装置１０は、時刻に応じて変化する高さｚ（ｘ，ｙ）をリアルタイムに算出して、各時刻に応じた画像情報９０３を生成する。

なお、高さの基準として、以下の説明では、螺旋体３０のうち、プロジェクタ２０からの距離が最短となる点を含むＸＹ平面を、ｚ＝０を示すＸＹ平面とする。このＸＹ平面は、螺旋体３０の回転軸と直交する平面であり、ｘｙ座標は、ＸＹ平面上の座標である。

筐体６０が螺旋体３０の下方に設置される例を示したが、筐体６０が螺旋体３０の横または上方に配置されていても良い。その場合、プロジェクタ２０が横または下方に向かって画像光Ｌを照射する。そして、螺旋体３０の回転軸３２は、画像光Ｌの進行方向と平行である。この場合も、ｘｙｚ座標は、画像光Ｌの進行方向を正とするＺ軸を含む三次元座標とする。

また、表示装置１は、筐体６０の内部に、駆動電源、制御基板またはデータの送受信が可能な外部ＩＦ等を備えても良い。また、表示装置１は、ユーザの操作を受け付ける操作機器を備えても良い。操作機器は、モーター制御装置４１およびプロジェクタ２０の両方の操作を可能にするものであって、モーター制御装置４１に対しては、モーターの回転数の設定、螺旋体３０の形状に関わる設定等の操作を受ける。設定された内容は、外部ＩＦを介して情報処理装置１０に送信される。

図３は、情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

情報処理装置１０は、コンピュータによって構築されており、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１、ＲＯＭ(Read Only Memory)１０２、ＲＡＭ(Random Access Memory)１０３、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)１０４、外部機器接続Ｉ／Ｆ(Interface)１０５およびネットワークＩ／Ｆ１０６を備える。

ＣＰＵ１０１は、各種の演算処理を含む制御処理を実行する。ＲＯＭ１０２は、ＩＰＬ(Initial Program Loader)等のＣＰＵ１０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ１０４は、プログラム等の各種データを記憶する。

外部機器接続Ｉ／Ｆ１０５は、各種の外部機器を接続するためのインターフェースである。この場合の外部機器は、例えば、プロジェクタ２０、モーター制御装置４１等の機器である。

ネットワークＩ／Ｆ１０６は、通信ネットワーク等を介して、他の機器との間でデータ通信をするためのインターフェースである。例えば、情報処理装置１０は、ネットワークＩ／Ｆ１０６を介して、三次元モデルデータ９０１を受信する。

図４は、第一の実施形態に係る情報処理装置の機能の一例を示す図である。

情報処理装置１０は、記憶部１１と、回転角度取得部１２と、算出部１３と、画像生成部１４と、画像出力部１５と、を備える。

記憶部１１は、各種の情報を記憶する。具体的には、記憶部１１は、三次元モデルデータ９０１、三次元ボクセルデータ９０２および画像情報９０３を記憶する。これらのうち、三次元モデルデータ９０１は、外部から入力されるポイントクラウドデータである。三次元ボクセルデータ９０２は、三次元モデルデータ９０１をボクセルごとの輝度に変換した画像データである。画像情報９０３は、画像生成部１４によって生成される情報である。

記憶部１１は、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２等に格納されたプログラムに規定された処理を実行し、ＲＡＭ１０３またはＨＤＤ１０４等を制御することによって実現される。

回転角度取得部１２は、螺旋体３０の回転角度を示す情報を取得する。具体的には、回転角度取得部１２は、定期的に、例えば、１秒ごとに、モーター制御装置４１から回転角度情報９０４を受信する。また、回転角度取得部１２は、螺旋体３０の回転速度が略一定であることを利用して、螺旋体３０の回転を開始してから経過した時間に基づく回転角度の算出を行うことによって、螺旋体３０の回転角度を示す情報を取得しても良い。

なお、回転角度取得部１２は、モーター制御装置４１から受信した回転角度情報９０４と、経過時間に基づく回転角度の算出と、を組み合わせることによって、螺旋体３０の回転角度を示す情報を取得しても良い。例えば、回転角度取得部１２は、螺旋体３０の回転を開始してから経過した時間に基づく回転角度の算出の結果を、定期的に受信する回転角度情報９０４に基づいて補正する。これによって、回転角度取得部１２は、モーター４０の実際の回転速度と規定の速度との間に誤差が生じても、定期的に受信する回転角度情報９０４に基づいて、現実の回転角度に修正することができる。

回転角度情報９０４は、時刻に応じた螺旋体３０の色ごとの領域の位置を示す情報である。

回転角度取得部１２は、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２等に格納されたプログラムに規定された処理を実行し、外部機器接続ＩＦ１０５等を制御することによって実現される。

算出部１３は、螺旋体３０の回転角度に基づいて、螺旋体３０のそれぞれの回転角度における各ｘｙ座標におけるＺ軸方向の高さおよび各ｘｙ座標における色を算出する。

画像生成部１４は、三次元モデルデータ９０１を三次元ボクセルデータ９０２に変換する。具体的には、例えば、算出部１３は、ポイントクラウドのポイントごとの各座標の輝度値を、対応する各座標のボクセルにコピーする。また、画像生成部１４は、ディザリング処理によって、三次元ボクセルデータ９０２を減色する。

また、画像生成部１４は、算出部１３によって算出された高さおよび色に応じた輝度を有する単色の画像情報９０３を生成する。具体的には、画像生成部１４は、三次元モデルデータ９０１に示される三次元画像を人に視認させるために、各ｘｙ座標に応じた輝度を決定し、二次元で単色の画像情報９０３を生成する。

算出部１３および画像生成部１４は、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２等に格納されたプログラムに規定された処理を実行することによって実現される。

画像出力部１５は、画像生成部１４によって生成された画像情報９０３を出力する。具体的には、画像出力部１５は、画像情報９０３をプロジェクタ２０に送信する。

画像出力部１５は、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２等に格納されたプログラムに規定された処理を実行し、外部機器接続ＩＦ１０５等を制御することによって実現される。

図５は、プロジェクタのハードウェア構成の一例を示す図である。

プロジェクタ２０は、制御装置２１と、光源２２と、ＳＬＭ(Spatial Light Modulator)２３と、レンズ２４と、を備える。

制御装置２１は、画像情報９０３を受信し、光源２２およびＳＬＭ２３を制御する。光源２２は、光を照射する。ＳＬＭ２３は、光源２２から出射した光を変調し、画像情報９０３に基づく画像光Ｌを出力する。レンズ２４を通過した画像光Ｌは、螺旋体３０に照射される。

次に、螺旋体３０の色および形状について説明する。

図６は、螺旋体の底面図の一例を示す図である。図７は、螺旋体の正面図の一例を示す図である。図８は、螺旋体の斜視図の一例を示す図である。

螺旋体３０は、図６、図７および図８に示されるように、互いに異なる色を有する螺旋形状の部材３１ａ、部材３１ｂおよび部材３１ｃ、並びに回転軸３２を有する物体である。例えば、部材３１ａ、部材３１ｂおよび部材３１ｃの色は、それぞれ赤、青および緑である。また、螺旋体３０は、各ｘｙ座標における高さｚ（ｘ，ｙ）が一意に決まる形状となっている。すなわち、Ｚ軸正方向に照射される画像光Ｌが部材３１ａ、部材３１ｂまたは部材３１ｃに当たる位置は、高さｚ（ｘ，ｙ）に相当する位置となる。

また、螺旋体３０の部材３１ａ、部材３１ｂおよび部材３１ｃは、それぞれ、Ｚ軸を基準にして回転した回転角度に応じて略一定の割合で高さｚ（ｘ，ｙ）が変化する螺旋形状を有する。なお、部材３１ａ、部材３１ｂおよび３１ｃは、それぞれ螺旋体３０が３分の１周分回転した場合の高さｚ（ｘ，ｙ）が、元の高さと同じである。すなわち、部材３１ａ、部材３１ｂおよび部材３１ｃは、一回転のうち略均等に分割された各回転角度の範囲において、それぞれ略一定の割合で高さが変化する部材である。

螺旋体３０は、略一定の速度で回転すると、画像光Ｌの照射される位置における色が、赤、緑および青のいずれかの色に周期的に変化する形状である。すなわち、モーター制御装置４１は、略一定の速度で回転させることによって、画像光Ｌの照射される位置における色が、赤、緑および青のいずれかの色に周期的に変化するように螺旋体３０を制御する。

次に、螺旋体３０の構造について説明する。

図９は、螺旋体の構造の一例を示す図である。

なお、図９は螺旋形状を有する螺旋体３０の一部を拡大したものである。螺旋体３０は、不透明素材３１１と透明母材３１２とを有する。

不透明素材３１１は、プロジェクタ２０から照射される画像光Ｌに含まれる可視光線を反射する素材となっていて、プロジェクタ２０に近い方の表面に薄膜状に配置される。透明母材３１２は、画像光Ｌに含まれる可視光線を反射しない素材となっていて、螺旋体３０の不透明素材３１１以外の部分を構成する。なお、不透明素材３１１の代わりに、透明母材３１２の表面に塗料等を塗布しても良い。

可視光線を反射する素材の領域が厚い場合には、画像光Ｌが乱反射し、視認される画像がぼけてしまうため、可視光線を反射する素材の領域を薄くすることが望ましい。そこで、上述した螺旋体３０の構成によって、画像光Ｌに含まれる可視光線の乱反射を防ぎつつ、螺旋体３０の強度を安定させることができる。

次に、表示装置１の動作について説明する。

情報処理装置１０は、三次元モデルデータ９０１を受信し、ユーザ等の操作を受けて制御処理を開始する。

図１２は、情報処理装置による制御処理のフローの一例を示す図である。

画像生成部１４は、三次元モデルデータ９０１をボクセル化する（ステップＳ１１）。三次元モデルデータ９０１は、例えば、点群情報（ポイントクラウド）およびメッシュ情報を含む。点群情報（ポイントクラウド）は、ｘｙｚ座標とＲＧＢ輝度の点データの集合である。メッシュ情報は、立体を構成する三角形あるいは四角形の頂点のｘｙｚ座標と、三角形または四角形の面の色またはテクスチャ等を示す情報である。

画像生成部１４は、ポイントクラウドのポイントごとの各座標の輝度値を、対応する各座標のボクセルにコピーすることによって、三次元ボクセルデータ９０２を生成する。

次に、画像生成部１４は、三次元ボクセルデータ９０２をディザリングする（ステップＳ１２）。具体的には、画像生成部１４は、ＲＧＢ各８ｂｉｔの色深度を持つボクセルを、ＲＧＢ１ｂｉｔを持つボクセルに変換する。例えば、画像生成部１４は、誤差拡散によるディザリングをＲＧＢチャンネルごとに行う。その際、画像生成部１４は、一般的な二次元の誤差拡散ではなく、高精度な三次元の誤差拡散を行うことが望ましい。

なお、誤差拡散は、像の色数や階調数を減らす際に擬似的に中間色を表現するディザリング手法の一つで、ある点を減色する際に元の色との誤差を近傍の点の色情報に上乗せする方式である。画像生成部１４は、二次元画像では、誤差を平面近傍のＸＹの二次元方向のピクセルに上乗せするが、三次元で行う場合には、誤差をＸＹＺの三次元方向近傍のボクセルに上乗せする。ただし、計算負荷が問題になる場合には、画像生成部１４は、三次元の誤差拡散ではなく、二次元の誤差拡散をＺ軸方向にＸＹ平面ごとに独立に行ってもよい。

次に、情報処理装置１０は、モーター４０の回転開始をモーター制御装置４１に指示する（ステップＳ１３）。モーター制御装置４１は、螺旋体３０をあらかじめ規定された略一定の速度で回転させるように、モーター４０を制御する。

以下、情報処理装置１０は、ステップＳ１４からステップＳ１９までの処理を、表示を終了するまで繰り返し実行する。動画像を表示する場合には、生成される画像情報は、時刻ごとに表示される内容が変化するため、それぞれの処理においては、時刻ｔにおいて表示される画像情報を生成および送信する。時刻ｔは、プロジェクタ２０が生成された画像情報に基づく画像光Ｌを照射する時刻である。

回転角度取得部１２は、時刻ｔにおける回転角度情報９０４を取得する（ステップＳ１４）。具体的には、回転角度取得部１２は、モーター制御装置４１から螺旋体３０の回転角度を示す情報を取得する。なお、回転角度取得部１２は、あらかじめ規定された速度に基づいて、回転角度を算出しても良く、それによって回転角度を示す情報を取得しても良い。また、測定時刻と時刻ｔとにずれがある場合は、回転角度取得部１２は、測定時刻と時刻ｔとの差分に基づいて、時刻ｔにおける螺旋体３０の回転角度φｔを予測して算出する。

次に、算出部１３は、各ｘｙ座標における高さｚ（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ１５）。具体的には、算出部１３は、螺旋体３０の回転角度φｔに基づく演算によって、高さｚ（ｘ，ｙ）を算出する。

より詳細には、算出部１３は、時刻ｔにおける各ｘｙ座標における高さｚ（ｘ，ｙ，ｔ）を、以下の各式によって算出する。

図１１は、螺旋体の高さの算出方法を説明するための図である。

算出部１３は、一例として、時刻ｔ＝０における螺旋体３０の高さを、以下の式１によって算出する。なお、ここでは、回転軸のｘｙ座標を（ｘ，ｙ）＝（０，０）であるものとして説明する。

ｚ（ｘ，ｙ）＝ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）×ｚｓｃａｌｅ （式１）

ここで、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）は、ｘ＞０においてはａｒｃｔａｎ（ｙ／ｘ）を表し、図１１に示されるように、ｘｙ座標ごとの偏角θを示す値である。

また、ｚｓｃａｌｅは、偏角θを高さｚに変換するための係数であって、以下の式２によって表される。

ｚｓｃａｌｅ＝ＺＭＡＸ／２π （式２）

ここで、ＺＭＡＸは、三次元ボクセルデータ９０２に含まれる三次元画像のＺ軸方向の最大サイズである。

上述した螺旋体３０の高さの算出方法は、偏角θが同一の座標は高さｚが同一となっているという特性と、偏角θに応じて略一定の割合で高さｚが変化する形状であるという特性と、を利用した算出方法である。

時刻ｔにおける高さｚ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時刻ｔ＝０における高さｚ（ｘ，ｙ，０）が、回転速度に応じて回転した形に応じた高さとなるため、以下に示す座標変換を行う。

ｘｔ＝ｘ×ｃｏｓφｔ―ｙ×ｓｉｎφｔ （式３）

ｙｔ＝ｘ×ｓｉｎφｔ―ｙ×ｃｏｓφｔ （式４）

ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＝ａｔａｎ２（ｙｔ，ｘｔ） （式５）

ここで、φｔは、時刻ｔにおける螺旋体３０の回転角度である。螺旋体３０が略一定の回転速度である場合には、次式が成立する。

φｔ＝ａ×ｔ （式６）

ここで、ａは螺旋体３０の回転速度に関する係数である。

また、算出部１３は、螺旋体３０の色の特性を利用して、時刻ｔのｘｙ座標における色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）を算出する。

具体的には、式５によって算出されたｚ（ｘ，ｙ，ｔ）について、ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＞ＺＭＡＸ／３×２である場合、算出部１３は、式７の通り、色を赤と算出する。

Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｒ （式７）

また、ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＞ＺＭＡＸ／３かつｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＜＝ＺＭＡＸ／３×２である場合、算出部１３は、式８の通り、色を緑と算出する。

Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｇ （式８）

上述した場合以外、すなわち、ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＜＝ＺＭＡＸ／３である場合、算出部１３は、式９の通り、色を青と算出する。

Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｂ （式９）

さらに、算出部１３は、螺旋体３０の形状の特性を利用して、任意の時刻ｔにおける高さｚ（ｘ，ｙ，ｔ）を算出する。

具体的には、式５によって算出されたｚ（ｘ，ｙ，ｔ）について、ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＞ＺＭＡＸ／３×２である場合、算出部１３は、以下の式１０によってｚ（ｘ，ｙ，ｔ）を修正する。

ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＝ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）－ＺＭＡＸ／３×２ （式１０）

また、ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＞ＺＭＡＸ／３かつｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＜＝ＺＭＡＸ／３×２である場合、式１１によってｚ（ｘ，ｙ，ｔ）を修正する。

ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＝ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）－ＺＭＡＸ／３ （式１１）

そして、算出部１３は、以下の式１２によって、新たにｚ（ｘ，ｙ，ｔ）を算出する。

ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）＝ｚ（ｘ，ｙ，ｔ）×３ （式１２）

図１０に戻り、画像生成部１４は、画像情報９０３を生成する（ステップＳ１６）。具体的には、画像生成部１４は、時刻ｔにおいて表示する画像情報９０３として、算出された高さｚ（ｘ，ｙ，ｔ）に応じた輝度を有する画像情報９０３を生成する。

例えば、三次元ボクセルデータ９０２が静止画像の場合、画像生成部１４は、Ｖｏｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を、Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）に変換する。Ｖｏｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ボクセルごとの輝度、色または透過率等を示す値である。また、Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時刻ｔにおいて照射する画像光Ｌの基になる画像情報９０３に含まれる画素値である。

他方、三次元ボクセルデータ９０２が動画像の場合、時刻ｔを含むボクセルごとの輝度、色または透過率等を示す値であるＶｏｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）をＰｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）に変換する。

三次元ボクセルデータ９０２が静止画像および動画像のいずれの場合であっても、画像生成部１４は、時刻ｔにおける各ｘｙ座標の螺旋体３０の高さｚ（ｘ，ｙ，ｔ）および色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）に基づいて、時刻ｔにおける画素値Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）を算出する。

具体的には、画像生成部１４は、以下に示す式１３、式１４または式１５によって、時刻ｔにおける画素値Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）を算出する。ここで、時刻ｔに表示すべきボクセルデータの赤、緑および青の画素値を、Ｖｏｘｅｌ＿Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）、Ｖｏｘｅｌ＿Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）およびＶｏｘｅｌ＿Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）とする。

Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｒの場合：
Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｖｏｘｅｌ＿Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ（ｘ，ｙ，ｔ），ｔ） （式１３）

Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｇの場合：
Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｖｏｘｅｌ＿Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ（ｘ，ｙ，ｔ），ｔ） （式１４）

Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｂの場合：
Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｖｏｘｅｌ＿Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ（ｘ，ｙ，ｔ），ｔ） （式１５）

なお、Ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ，ｔ）は、少なくとも照射する画像光Ｌの輝度を示す値が含まれる。

画像生成部１４は、生成した画像情報９０３を記憶部１１に記憶させる。続いて、画像出力部１５は、画像生成部１４によって生成された画像情報９０３をプロジェクタ２０に送信する（ステップＳ１７）。

情報処理装置１０は、表示を終了するか否かを判定する（ステップＳ１８）。ユーザによる表示終了を示す操作を受けるか、三次元モデルデータ９０１が動画像の場合においてすべての動画像に基づく画像情報９０３の送信が完了した場合に、情報処理装置１０は、表示を終了すると判定する。

情報処理装置１０は、表示を終了しないと判定すると（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１４に戻り、次の時刻ｔ、例えば１秒後の時刻ｔにおいて表示される画像情報９０３に関する処理を実行する。

情報処理装置１０は、表示を終了すると判定すると（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、制御処理を終了する。

図１２は、螺旋体の高さおよび色の算出結果の一例を示す図である。

図１２（ａ）の左図は、時刻ｔ＝０における高さｚ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。図１２（ａ）の右図は、時刻ｔ＝０における色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。

図１２（ｂ）の左図は、例えば回転角度φｔが５０度程度となった時刻ｔにおける高さｚ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。図１２（ｂ）の右図は、例えば回転角度φｔが５０度程度となった時刻ｔにおける色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。

図１２（ｃ）の左図は、例えば回転角度φｔが１００度程度となった時刻ｔにおける高さｚ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。図１２（ｃ）の右図は、例えば回転角度φｔが１００度程度となった時刻ｔにおける色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。

図１２（ｂ）および図１２（ｃ）における高さｚ（ｘ，ｙ）および色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ）は、時刻ｔ＝０における高さｚ（ｘ，ｙ）および色Ｃｏｌｏｒ（ｘ，ｙ）を回転軸の座標（１２５，１２５）において回転させたものである。

本実施形態に係る表示装置１によれば、螺旋体３０の三原色が残像効果で混ざり合うことによって、人にカラーの三次元画像を視認させることができる。したがって、プロジェクタ２０が照射する画像光Ｌは単色であり、情報処理装置１０は、単色の画像情報を生成すれば良い。これによって、画像情報のデータ量を低減させることができる。

画像情報のデータ量が大きいと、リアルタイムに転送する機構の実現が困難になるおそれがある。それに対して、本実施形態に係る表示装置１によれば、画像情報のデータ量を低減させることができるため、リアルタイムな表示が容易に実現できる。

なお、白色の光源から出た光をカラーホイールという赤、緑および青などの複数の色を塗った回転する透過体（あるいは反射体）を通して色を付加し、時分割に表示画像の色を変化させて、カラーを実現する方式が既に知られている。ただし、そもそも投影の目的が二次元の画像描画であるうえ、投影するスクリーンと別にカラーホイールが存在する。また、１フレームに表示される色は一色のみである。

それに対して、本実施形態に係る表示装置１は、投影するスクリーン、すなわち螺旋体３０に色がついており、さらにそれが動く。また、1フレームに複数の色が存在する。例えば、螺旋体３０が有する螺旋形状の部材が３つの場合には、１フレームに３色の領域が存在する。

また、別のカラー表示の方法として、単色の光源とカラーホイールによるカラー表示を行うプロジェクタを用いて、白い螺旋形状の物体に描画することで、三次元画像を描画する方式も考えられる。しかし、その場合には、カラーホイールと回転する螺旋体という２つの回転機構を準備する必要があり、本実施形態に係る表示装置１と比較して、装置が複雑で高価となる。

さらに、一般的にカラーの画像のデータ容量はモノクロ画像のデータ容量の３倍（赤画像、緑画像、青画像の分）である。プロジェクタのデータ受信チップの転送容量の制約から、カラーホイールを用いたカラープロジェクタでは、一枚当たりの容量の大きなカラー画像を入力とする。そのため、カラープロジェクタの最大入力フレームレートがモノクロ画像入力に特化したモノクロプロジェクタと比較して低い。それに対して、本実施形態に係る表示装置１は、モノクロプロジェクタを用いることができるため、三次元像の描画密度が上がり、高解像度の画像を表示することができる。

本実施形態に係る表示装置１によれば、プロジェクタ２０の光源２２を、赤、緑および青をそれぞれ別々に、時系列にＯＮ／ＯＦＦ制御する必要が無い。したがって、光源２２は、白色光源で済むため、低コストである。また、光源２２は、ＬＥＤ光源のような高速応答が可能な光源ではなく、大出力のランプ光源を用いることが出来るため、高い輝度を発することができる。例えば、光源２２は、白色ＬＥＤであっても良い。

また、螺旋体３０は、各色に発光する蛍光体の領域を有していても良い。例えば、螺旋体３０に塗布する塗料を、赤、緑および青の蛍光塗料として、光源２２を紫外線光源として、プロジェクタ２０から投影する光を紫外光としても良い。この場合、可視光を投影する場合に課題となる、螺旋体３０からの直接反射光などの迷光が発生しないため、三次元画像のコントラストを上げることが可能である。

本実施形態では、螺旋体３０が備える螺旋形状の部材が３つである例を示したが、部材の数は３つでなくてもよく、例えば、螺旋体３０は、赤、緑および青の部材に加えて、白色の部材を備えても良い。

色がついた部材は、その他の色の波長が吸収されてしまうため、表示される画像の輝度が下がることになる。それに対して、白色の部材は、入射された光の光量を無駄にしないため、白色に限定されるものの、高輝度の三次元画像を投影できる。

そのため、三次元画像の輝度を高くしたい領域は、色彩を犠牲にして、白色部材に相当する部分に照射する画像光Ｌの光量を大きくすれば良い。逆に、輝度が低くても良い領域は、白色部材に照射する画像光Ｌの光量を小さくし、他の赤、緑および青の部材に照射する画像光Ｌの光量を大きくすることで、三次元画像の暗部では良好な色再現性を実現し、明部では高い輝度を実現できる。

なお、上述した処理は、三次元像単フレーム内の領域ごとの処理でも良いし、フレームごとの処理でも良い。例えば、表示装置１は、全体が暗い輝度の三次元画像フレームと明るい輝度の三次元画像フレームでそれぞれ上述した処理を行っても良い。具体的には、表示装置１は、暗い輝度の三次元画像フレームでは赤、緑および青の部材に照射する画像光Ｌの光量を大きくすることで、良好な色再現性を実現し、明るい輝度の三次元画像フレームでは高い輝度を実現できる。

本実施形態において、動画像を表示する場合、螺旋体３０の回転速度は、例えば３０ｒｐｓ、プロジェクタ２０が照射する画像光Ｌのフレームレートは、６０００ｆｐｓであって良い。なお、画像情報９０３の各ピクセルに対応する三次元ボクセルデータ９０２のボクセルの位置が、完全に螺旋体３０において一致するために、画像光ＬのフレームレートＦｒと螺旋体３０の回転速度Ｒｖは、以下の関係を満たす必要がある。

Ｒｖ×ＢＮ×ｎ=Ｆｒ (ｎは任意の整数) （式１６）

ここで、ＢＮは、螺旋体３０が有する螺旋形状の部材の数である。式１６は、画像光Ｌのフレームレートが、螺旋体３０の回転速度と、螺旋体３０が有する螺旋形状の部材の数と、の積の整数倍の値であることを示している。

そのため、例えばＢＮ＝３である場合、Ｒｖ＝３０ｒｐｓ、Ｆｒ＝６３００ｆｐｓなどに設定すれば、上述の式１６を満たすｎが存在し、すなわち三次元ボクセルデータ９０２のボクセルの位置が、完全に螺旋体３０において一致するため、特に好適である。

上述した実施形態では、螺旋体３０に回転軸３２を有し、モーター４０が回転軸３２を回転させる例を示したが、以下に示すように、物理的な回転軸３２を含まない螺旋体３０であっても良い。

図１３は、表示装置のハードウェア構成の一例を示す第二の図である。

図１３に示す表示装置１は、筐体６０に空けられた穴にスクリーンケース５０がはめ込まれ、スクリーンケース５０が回転できるようにしている。螺旋体３０は、螺旋形状の部材であり、回転軸等を含まない。また、容易にスクリーンケース５０が筐体６０から外れないよう、筐体６０を挟み込むようにスクリーンケース５０に出っ張りがある。

モーター４０は、モーター回転軸４２を介してギア４３を回転させる。ギア４３がスクリーンケース５０に固定されたギア５１と嵌合している。これによって、スクリーンケース５０は、内部に収容された螺旋体３０とともに回転する。

図１３においては、モーター４０に備えられたギア４３を通じて動力を伝えているが、スクリーンケース５０に備えられた中空モーターで直接駆動させても良い。また、ギア４３の代わりに、例えばタイヤなどの摩擦のあるもので動力を与えても良く、ベルトまたはチェーン等を通じて動力を伝えても良い。また、筐体６０の内部の一部またはすべてを透明にしても良く、これによって、より表示される画像の全体が見やすくなる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、螺旋体３０に代えて、ディスプレイ７０を備える点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点を中心に説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１４は、第二の実施形態に係る表示装置の概要を示す図である。

本実施形態に係る表示装置１は、第一の実施形態に係る表示装置１の螺旋体３０、モーター４０およびモーター制御装置４１の代わりに、ディスプレイ７０およびディスプレイ制御装置７１を備える。

ディスプレイ７０は、Ｚ方向、すなわちプロジェクタ２０から照射される画像光Ｌの進行方向に揺動する画面に、赤、緑および青のいずれかの色に変更できる一枚の液晶を有する。

情報処理装置１０は、制御開始を指示する信号（制御開始指示信号２０４）を、ディスプレイ制御装置７１に送信する。ディスプレイ制御装置７１は、制御開始指示信号２０４を受信すると、あらかじめ決められた周期で、ディスプレイ７０の画面の色およびＺ方向の高さを変化させるための色変更制御信号２０５をディスプレイ７０に送信する。また、ディスプレイ制御装置７１は、ディスプレイ情報９０５を情報処理装置１０に送信する。ディスプレイ情報９０５は、ディスプレイ７０が時刻ｔにおいて表示している色および高さを示す情報である。

図１５は、第二の実施形態に係る情報処理装置の機能の一例を示す図である。

本実施形態に係る情報処理装置１０は、第一の実施形態に係る情報処理装置１０が備える回転角度取得部１２の代わりに、ディスプレイ情報取得部１６を備える。

ディスプレイ情報取得部１６は、ディスプレイ情報９０５をディスプレイ制御装置７１から取得する。ディスプレイ情報９０５は、時刻に応じたディスプレイ７０の色ごとの領域の位置を示す情報である。

図１６は、第二の実施形態に係る情報処理装置による制御処理のフローの一例を示す図である。

本実施形態に係る制御処理では、情報処理装置１０は、第一の実施形態に係る制御処理のステップＳ１３に代えて、ディスプレイの制御開始をディスプレイ制御装置７１に指示する（ステップＳ２１）。

次に、ディスプレイ情報取得部１６は、第一の実施形態に係る制御処理のステップＳ１４に代えて、ディスプレイ情報９０５をディスプレイ制御装置７１から取得する（ステップＳ２２）。

次に、ステップＳ１５の処理において、算出部１３は、ディスプレイ情報９０５に基づいて、ディスプレイ７０の画面の各座標における高さおよび色を算出する。

本実施形態に係る表示装置１によれば、ディスプレイ７０に表示される各色の画像が残像効果によって混ざり合い、人にカラー画像を視認させることができる。また、ディスプレイ７０の画面の高さが変化することによって、人に三次元画像を視認させることができる。

上述した実施形態は一例であって、画像光Ｌの照射される位置における色が変化するように制御できれば、他の形状、特徴を有する物体であっても良い。

上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１ 表示装置
１０ 情報処理装置
１１ 記憶部
１２ 回転角度取得部
１３ 算出部
１４ 画像生成部
１５ 画像出力部
２０ プロジェクタ
３０ 螺旋体
４０ モーター
４１ モーター制御装置
５０ スクリーンケース
６０ 筐体
７０ ディスプレイ
７１ ディスプレイ制御装置

特開平０９－０９１４６８号公報

Claims (11)

1. 画像情報に基づく画像光の照射を受ける物体と、
   前記画像光の照射される位置における色が変化するように前記物体を制御する制御装置と、
   前記画像情報に基づく単色の画像光を前記物体に照射する照射装置と、を備える、
   表示装置。
2. 前記制御装置は、前記画像光の照射される位置における色が、赤、緑および青のいずれかの色に周期的に変化するように前記物体を制御する、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記物体は、前記画像光の照射される位置における色が、さらに白色にも変化するように前記物体を制御し、
   前記照射装置は、白色の画像を表示する際には、白色の位置に前記画像光を照射する、
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記物体は、互いに異なる色を有する複数の螺旋形状の部材を有し、
   前記制御装置は、前記物体を回転させ、
   前記照射装置は、前記物体の回転角度に基づく前記画像光を前記物体に照射する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記制御装置は、前記物体を所定の回転速度で回転させ、
   前記画像光のフレームレートは、前記回転速度と、前記物体が有する螺旋形状の部材の数と、の積の整数倍の値である、
   請求項４に記載の表示装置。
6. 前記物体は、各色に発光する蛍光体の領域を有する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記物体は、透明の母材と、前記母材の表面に薄膜状に配置される不透明の素材と、を有する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 画像データの色をディザリングにより減色し、減色された前記画像データに基づいて、前記画像情報を出力する情報処理装置をさらに備える、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 物体に照射する画像光の基になる画像情報を出力する情報処理装置であって、
   画像光の照射される位置における色が変化する前記物体の前記画像光の照射される位置の色を示す値を算出する算出部と、
   前記画像光の照射される位置において変化する前記物体の色が残像効果によって混ざり合うことによって、表示すべき画像データに含まれる色を視認させるように、前記画像光の照射される前記位置の色を示す値に応じて、前記画像データに基づく単色の前記画像情報を出力する画像出力部と、を備える、
   情報処理装置。
10. 物体に照射する画像光の基になる画像情報を出力する情報処理装置が実行する方法であって、
    画像光の照射される位置における色が変化する前記物体の前記画像光の照射される位置の色を示す値を算出するステップと、
    前記画像光の照射される位置において変化する前記物体の色が残像効果によって混ざり合うことによって、表示すべき画像データに含まれる色を視認させるように、前記画像光の照射される前記位置の色を示す値に応じて、前記画像データに基づく単色の前記画像情報を出力するステップと、を備える、
    画像出力方法。
11. 物体に照射する画像光の基になる画像情報を出力する情報処理装置が備えるコンピュータに、
    画像光の照射される位置における色が変化する前記物体の前記画像光の照射される位置の色を示す値を算出するステップと、
    前記画像光の照射される位置において変化する前記物体の色が残像効果によって混ざり合うことによって、表示すべき画像データに含まれる色を視認させるように、前記画像光の照射される前記位置の色を示す値に応じて、前記画像データに基づく単色の前記画像情報を出力するステップと、
    を実行させるためのプログラム。

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