JP2023011264A - 仮想現実シミュレータ及び仮想現実シミュレーションプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ウェアレスＶＲシミュレーションにおいてユーザが感じる違和感を抑制すること。【解決手段】ＶＲシミュレータは、実空間においてユーザから離れた位置に設置されユーザと一体的に動かない画面に、仮想空間画像を投影あるいは表示する。より詳細には、ＶＲシミュレータは、実空間におけるユーザの頭部の位置である実ユーザ位置の情報を取得する。ＶＲシミュレータは、実ユーザ位置に対応付けられた仮想空間内の位置である仮想ユーザ位置を取得する。そして、ＶＲシミュレータは、仮想空間の構成を示す仮想空間構成情報に基づいて、仮想空間内の仮想ユーザ位置に配置されたカメラによって仮想空間を撮像して仮想空間画像を取得する。このとき、ＶＲシミュレータは、実ユーザ位置と画面との間の距離に相当する遠近感がキャンセルされるようにカメラの焦点距離を調整する遠近感調整処理を行う。【選択図】図９

Description

本開示は、仮想現実（VR: Virtual Reality）シミュレーションに関する。特に、本開示は、ウェアレスＶＲシミュレーションに関する。

特許文献１は、画像表示装置を開示している。画像表示装置は、画像生成部と、プロジェクタと、検出部を含んでいる。画像生成部は、仮想世界の空間のデータを用いて、仮想世界の空間に設定された仮想カメラにより撮影された仮想世界の一部の画像を生成する。プロジェクタは、ユーザと一体的に動き、且つ、画像生成部により生成された画像を現実世界の空間に投影する。検出部は、プロジェクタの位置及びプロジェクタの投影方向を検出する。画像生成部は、プロジェクタの移動に応じて仮想世界の空間において仮想カメラを移動させる。また、画像生成部は、プロジェクタの投影方向に応じた方向が撮影方向となるように仮想カメラを設定する。ユーザの向きが変わり、プロジェクタの投影方向が変わると、それに応じて仮想カメラの撮影方向も変動する。

本開示の技術分野における出願時の技術レベルを示す文献として、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４も挙げられる。

特開２０１８－０５６９２４号公報 特開２００３－１４１５７３号公報 特開２０００－３１２３５８号公報 特開平１１－２５２５２３号公報

ユーザがヘッドマウントディスプレイ等のＶＲ機器を装着することなくＶＲを体験することができる「ウェアレスＶＲシミュレーション」について考える。ウェアレスＶＲシミュレーションの場合、ユーザから離れた位置に画面が設置され、その画面に仮想世界（仮想空間）の画像が描画される。このようなウェアレスＶＲシミュレーションにおいてユーザが感じる違和感をなるべく抑制することが望まれる。

本開示の１つの目的は、ウェアレスＶＲシミュレーションにおいてユーザが感じる違和感を抑制することができる技術を提供することにある。

第１の観点は、仮想現実シミュレータに関連する。
仮想現実シミュレータは、
１又は複数のプロセッサと、
仮想空間の構成を示す仮想空間構成情報を格納する１又は複数の記憶装置と
を備える。
１又は複数のプロセッサは、
実空間におけるユーザの頭部の位置である実ユーザ位置の情報を取得する処理と、
実ユーザ位置に対応付けられた仮想空間内の位置である仮想ユーザ位置を取得する処理と、
仮想空間構成情報に基づいて、仮想空間内の仮想ユーザ位置に配置されたカメラによって仮想空間を撮像して仮想空間画像を取得する撮像処理と、
実空間においてユーザから離れた位置に設置され、且つ、ユーザと一体的に動かない画面に、仮想空間画像を投影あるいは表示する処理と
を行うように構成される。
撮像処理は、実ユーザ位置と画面との間の距離に相当する遠近感がキャンセルされるようにカメラの焦点距離を調整する遠近感調整処理を含む。

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に含む。
１又は複数のプロセッサは、実ユーザ位置の過去の履歴に基づいて、未来の実ユーザ位置を予測する。
そして、１又は複数のプロセッサは、未来の実ユーザ位置に対応付けられた未来の仮想ユーザ位置に基づいて、撮像処理を行う。

第３の観点は、コンピュータにより実行され、仮想現実シミュレーションを行う仮想現実シミュレーションプログラムに関連する。
仮想現実シミュレーションプログラムは、
実空間におけるユーザの頭部の位置である実ユーザ位置の情報を取得する処理と、
実ユーザ位置に対応付けられた仮想空間内の位置である仮想ユーザ位置を取得する処理と、
仮想空間の構成を示す仮想空間構成情報に基づいて、仮想空間内の仮想ユーザ位置に配置されたカメラによって仮想空間を撮像して仮想空間画像を取得する撮像処理と、
実空間においてユーザから離れた位置に設置され、且つ、ユーザと一体的に動かない画面に、仮想空間画像を投影あるいは表示する処理と
をコンピュータに実行させる。
撮像処理は、実ユーザ位置と画面との間の距離に相当する遠近感がキャンセルされるようにカメラの焦点距離を調整する遠近感調整処理を含む。

本開示によれば、ウェアレスＶＲシミュレーションにおいてユーザが感じる違和感を抑制することが可能となる。

本開示の実施の形態に係るウェアレスＶＲシミュレーションの概要を説明するための概念図である。 本開示の実施の形態に係るウェアレスＶＲシミュレーションの概要を説明するための概念図である。 本開示の実施の形態に係るＶＲシミュレータの構成例を示すブロック図である。 本開示の実施の形態に係るＶＲシミュレータの機能構成例を示すブロック図である。 本開示の実施の形態に係るＶＲシミュレータによる処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係る仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）を説明するための概念図である。 本開示の実施の形態に係る仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）における第１の特徴を説明するための概念図である。 本開示の実施の形態に係る仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）における第２の特徴を説明するための概念図である。 本開示の実施の形態に係る仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）における第３の特徴を説明するための概念図である。 本開示の実施の形態の変形例を説明するためのブロック図である。

添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。

１．ウェアレスＶＲシミュレーションの概要
図１は、本実施の形態に係るウェアレスＶＲ（Virtual Reality）シミュレーションの概要を説明するための概念図である。ウェアレスＶＲシミュレーションでは、ユーザ１は、ヘッドマウントディスプレイ等のＶＲ機器を装着することなくＶＲを体験することができる。

より詳細には、ユーザ１から離れた位置に、少なくとも一つの画面（screen）４が設置される。ヘッドマウントディスプレイの場合とは異なり、画面４は、ユーザ１から独立しており、ユーザ１と一体的には動かない。画面４の位置は固定されていてもよい。画面４は、地面に垂直に設置されてもよい。ユーザ１の周囲に複数の画面４が設置されていてもよい。複数の画面４は切れ目なく連続的に配置されていてもよい。図１に示される例では、複数の画面４が、地面に垂直に設置されており、且つ、互いに直交するように切れ目なく連続的に配置されている。画面４はユーザ１より大きくてもよい。画面４は、例えば、ＶＲ体験ルームに設置される。

このようにユーザ１から離れた画面４に、仮想世界（仮想空間）の画像が描画される。例えば、画面４から離れた位置にプロジェクタが設置され、プロジェクタから画面４に画像が投影される。他の例として、画面４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置の画面であってもよい。その場合、表示装置の画面４に画像が表示される。以下の説明において、「画面４に画像を描画する」とは、画面４に画像を投影あるいは表示することを意味する。

このようなウェアレスＶＲシミュレーションにおいて、ユーザ１が感じる違和感をなるべく抑制することが望まれる。例えば、仮想世界には物体ＯＢＪが存在する。その物体ＯＢＪがユーザ１の位置から違和感なく見えるように、その物体ＯＢＪを画面４に描画することが望まれる。違和感が少ないとは、例えば、画面４に描画される物体ＯＢＪの画像の歪みが少ないことを意味する。他の例として、違和感が少ないとは、画面４に描画される物体ＯＢＪの距離感が現実に近いことを意味する。後述されるように、本実施の形態は、ウェアレスＶＲシミュレーションにおいてユーザ１が感じる違和感を抑制することができる技術を提供する。

図２を参照して、本実施の形態において用いられる主な用語について説明する。

「実空間ＳＰｒ」は、ユーザ１及び画面４が実際に存在する空間である。実空間ＳＰｒにおいて、少なくとも１つの画面４がユーザ１から離れて設置される。

「実空間座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）」は、実空間ＳＰｒを規定する座標系である。実空間座標系の原点は、実空間ＳＰｒ内の任意の位置に設定される。Ｘｒ軸、Ｙｒ軸、Ｚｒ軸は互いに直交している。Ｘｒ軸及びＹｒ軸は水平方向を表し、Ｚｒ軸は鉛直方向を表している。

「実ユーザ位置Ｕｒ」は、実空間ＳＰｒ（すなわち、実空間座標系）におけるユーザ１の位置である。より詳細には、実ユーザ位置Ｕｒは、実空間ＳＰｒにおけるユーザ１の頭部の位置である。例えば、実ユーザ位置Ｕｒは、実空間ＳＰｒにおけるユーザ１の目の位置である。実ユーザ位置Ｕｒは、実空間ＳＰｒにおけるユーザ１の両目の中心位置であってもよい。

「仮想空間ＳＰｖ」は、ＶＲシミュレーションの対象である仮想世界の空間である。仮想世界は任意である。例えば、仮想世界は、一つの街である。他の例として、仮想世界は、ゲームの世界であってもよい。

「仮想空間座標系（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）」は、仮想空間ＳＰｖを規定する座標系である。仮想空間座標系の原点は、仮想空間ＳＰｖ内の任意の位置に設定される。Ｘｖ軸、Ｙｖ軸、Ｚｖ軸は互いに直交している。Ｘｖ軸及びＹｖ軸は水平方向を表し、Ｚｖ軸は鉛直方向を表している。

「仮想ユーザ位置Ｕｖ」は、仮想空間ＳＰｖ（すなわち、仮想空間座標系）におけるユーザ１の位置である。

実空間座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）と仮想空間座標系（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）は、あらかじめ互いに対応付けられる。よって、実空間座標系と仮想空間座標系との間の座標変換が可能である。つまり、実空間座標系における任意の位置を、仮想空間座標系における対応する位置に変換することが可能である。逆に、仮想空間座標系における任意の位置を、実空間座標系における対応する位置に変換することも可能である。例えば、実ユーザ位置Ｕｒを、対応する仮想ユーザ位置Ｕｖに変換することが可能である。他の例として、実空間ＳＰｒにおける画面４の位置を、仮想空間ＳＰｖにおける対応する位置に変換することが可能である。更に他の例として、仮想空間ＳＰｖにおける物体ＯＢＪの位置を、実空間ＳＰｒにおける対応する位置に変換することも可能である。

「ＶＲシミュレータ１０」は、本実施の形態に係るウェアレスＶＲシミュレーションを実現するシミュレータである。ＶＲシミュレータ１０は、実空間ＳＰｒに存在する。以下、本実施の形態に係るＶＲシミュレータ１０について詳しく説明する。

２．ＶＲシミュレータ
２－１．ＶＲシミュレータの構成例
図３は、本実施の形態に係るＶＲシミュレータ１０の構成例を示すブロック図である。ＶＲシミュレータ１０は、センサ２０、情報処理装置３０、及び描画装置４０を含んでいる。

センサ２０は、実ユーザ位置Ｕｒを取得するために用いられる情報を検出する。例えば、センサ２０は、ユーザ１を撮像するカメラである。他の例として、センサ２０は、ユーザ１の頭部に装着される位置センサであってもよい。センサ２０を用いた実ユーザ位置Ｕｒの取得方法の様々な例については後に詳しく説明する。

描画装置４０は、画面４に画像を描画する。例えば、描画装置４０は、プロジェクタである。プロジェクタは、画面４から離れた位置に設置され、画面４に画像を投影する。他の例として、描画装置４０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置である。表示装置は、画面４を備えており、自身の画面４に画像を表示する。

情報処理装置３０は、各種情報処理を行うコンピュータである。情報処理装置３０は、１又は複数のプロセッサ３１（以下、単にプロセッサ３１と呼ぶ）と１又は複数の記憶装置３２（以下、単に記憶装置３２と呼ぶ）を含んでいる。プロセッサ３１は、各種処理を実行する。例えば、プロセッサ３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んでいる。記憶装置３２は、各種情報を格納する。記憶装置３２としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、等が例示される。

ＶＲシミュレーションプログラム１００は、ウェアレスＶＲシミュレーションを行うコンピュータプログラムである。情報処理装置３０（プロセッサ３１）がＶＲシミュレーションプログラム１００を実行することにより、本実施の形態に係るウェアレスＶＲシミュレーションが実現される。ＶＲシミュレーションプログラム１００は、記憶装置３２に格納される。ＶＲシミュレーションプログラム１００は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。ＶＲシミュレーションプログラム１００は、ネットワーク経由で提供されてもよい。

記憶装置３２には、あらかじめ、座標変換情報２１０、仮想空間構成情報２２０、及び画面情報２３０が格納される。

座標変換情報２１０は、実空間座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）と仮想空間座標系（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）との間の対応関係を示す（図２参照）。この座標変換情報２１０を用いることにより、実空間座標系と仮想空間座標系との間の座標変換を行うことが可能である。

仮想空間構成情報２２０は、仮想空間ＳＰｖの構成（configuration）を示す。より詳細には、仮想空間ＳＰｖには、各種の物体ＯＢＪが存在する。仮想空間構成情報２２０は、仮想空間ＳＰｖ（仮想空間座標系）における各物体ＯＢＪの占有範囲を示す。例えば、仮想空間構成情報２２０は、仮想空間ＳＰｖ（仮想空間座標系）における各物体ＯＢＪの位置、サイズ、及び形状を示す。

画面情報２３０は、実空間ＳＰｒに設置される各画面４の情報を示す。より詳細には、画面情報２３０は、実空間ＳＰｒ（実空間座標系）における各画面４の占有範囲を示す。例えば、画面情報２３０は、実空間ＳＰｒ（実空間座標系）における各画面４の位置、サイズ、及び形状を示す。

２－２．ＶＲシミュレータによる処理例
図４は、本実施の形態に係るＶＲシミュレータ１０の機能構成例を示すブロック図である。ＶＲシミュレータ１０は、機能ブロックとして、実ユーザ位置取得部１１０、仮想ユーザ位置取得部１２０、仮想空間撮像部１３０、及び描画部１４０を含んでいる。これら機能ブロックは、ＶＲシミュレーションプログラム１００を実行するプロセッサ３１と記憶装置３２との協働により実現される。

図５は、本実施の形態に係るＶＲシミュレータ１０による処理を示すフローチャートである。図４及び図５を参照して、ＶＲシミュレータ１０による処理フローを説明する。

２－２－１．ステップＳ１１０（実ユーザ位置取得処理）
ステップＳ１１０において、実ユーザ位置取得部１１０は、実空間ＳＰｒにおける実ユーザ位置Ｕｒを取得する。上述の通り、実ユーザ位置Ｕｒは、実空間ＳＰｒにおけるユーザ１の頭部の位置である。例えば、実ユーザ位置Ｕｒは、実空間ＳＰｒにおけるユーザ１の目の位置である。実ユーザ位置Ｕｒは、実空間ＳＰｒにおけるユーザ１の両目の中心位置であってもよい。

より詳細には、実空間ＳＰｒに設置されたセンサ２０が、実ユーザ位置Ｕｒを取得するために用いられる情報を検出する。センサ検出情報２００は、センサ２０による検出結果を示す。実ユーザ位置取得部１１０は、センサ２０からセンサ検出情報２００を取得する。センサ検出情報２００は、記憶装置３２に格納される。そして、実ユーザ位置取得部１１０は、センサ検出情報２００に基づいて実ユーザ位置Ｕｒを取得する。実ユーザ位置Ｕｒの情報は、記憶装置３２に格納される。

例えば、センサ２０は、ユーザ１を撮像する少なくとも一台のカメラである。カメラは、例えば、ＶＲ体験ルームの所定位置に設置される。実空間座標系におけるカメラの設置位置及び設置方向の情報は、あらかじめ与えられる。センサ検出情報２００は、カメラにより撮像されるユーザ１の画像である。実ユーザ位置取得部１１０は、センサ検出情報２００で示されるユーザ１の画像を解析することによって、ユーザ１の頭部（例えば目）を認識する。そして、実ユーザ位置取得部１１０は、カメラから見たユーザ１の頭部の位置、カメラの設置位置及び設置方向に基づいて、実ユーザ位置Ｕｒを取得する。

他の例として、センサ２０は、ユーザ１の頭部に装着される位置センサであってもよい。例えば、位置センサは、ＶＲ体験ルームの壁や天井に対する相対距離を計測する測距センサである。その場合、センサ検出情報２００は、位置センサにより計測される相対距離である。実空間座標系における壁や天井の位置の情報は、あらかじめ与えられる。実ユーザ位置取得部１１０は、壁や天井の位置とそれらに対する相対距離に基づいて、実ユーザ位置Ｕｒを取得することができる。

２－２－２．ステップＳ１２０（仮想ユーザ位置取得処理）
ステップＳ１２０において、仮想ユーザ位置取得部１２０は、ステップＳ１１０において取得された実ユーザ位置Ｕｒに対応付けられた仮想ユーザ位置Ｕｖを取得する。より詳細には、仮想ユーザ位置取得部１２０は、座標変換情報２１０に基づいて、実ユーザ位置Ｕｒをそれに対応する仮想ユーザ位置Ｕｖに変換する。仮想ユーザ位置Ｕｖの情報は、記憶装置３２に格納される。

２－２－３．ステップＳ１３０（仮想空間撮像処理）
ステップＳ１３０において、仮想空間撮像部１３０は、仮想ユーザ位置Ｕｖから見た仮想空間ＳＰｖの画像を生成する、すなわち、レンダリングを行う。仮想ユーザ位置Ｕｖから見た仮想空間ＳＰｖの画像を、以下、「仮想空間画像ＩＭＧ」と呼ぶ。

図６は、ステップＳ１３０を説明するための概念図である。仮想空間撮像部１３０は、仮想空間ＳＰｖ内の仮想ユーザ位置Ｕｖに仮想カメラＶＣを配置する。仮想カメラＶＣは、ソフトウェア的に実現されるカメラである。仮想カメラＶＣのパラメータ（焦点距離、センササイズ、等）は、人間の視覚に合うように設定される。そして、仮想空間撮像部１３０は、仮想ユーザ位置Ｕｖに配置された仮想カメラＶＣを用いることによって仮想空間ＳＰｖを撮像する。仮想カメラＶＣによって撮像される仮想空間ＳＰｖの画像が、仮想空間画像ＩＭＧである。仮想空間ＳＰｖの構成、すなわち、仮想空間ＳＰｖ（仮想空間座標系）における各物体ＯＢＪの位置、形状、及びサイズは、仮想空間構成情報２２０から得られる。よって、仮想空間撮像部１３０は、仮想空間構成情報２２０に基づいて、仮想空間ＳＰｖを撮像して仮想空間画像ＩＭＧを取得することができる、すなわち、レンダリングを行うことができる。

仮想空間撮像部１３０は、各画面４毎に仮想空間画像ＩＭＧを取得してもよい。実空間ＳＰｒにおける各画面４の位置は、画面情報２３０から得られる。仮想空間撮像部１３０は、画面情報２３０と座標変換情報２１０に基づいて、仮想空間ＳＰｖにおける各画面４の位置を取得する。そして、仮想空間撮像部１３０は、仮想カメラＶＣを用いて、仮想ユーザ位置Ｕｖから各画面４の方向の仮想空間ＳＰｖを撮像する。あるいは、仮想空間撮像部１３０は、仮想ユーザ位置Ｕｖから全周方向の仮想空間ＳＰｖを撮像してもよい。

尚、本実施の形態では、ユーザ１の視線方向の情報は不要である。仮想カメラＶＣは、ユーザ１の視線方向にかかわらず、所定方向の仮想空間ＳＰｖを撮像する。所定方向は、仮想ユーザ位置Ｕｖから見た各画面４の方向を含む。所定方向は、全周方向であってもよい。仮想空間撮像部１３０は、ユーザ１の視線方向の仮想空間画像ＩＭＧを切り取るのではなく、仮想ユーザ位置Ｕｖから見える可能性のある仮想空間画像ＩＭＧを取得するのである。比較例として、上記の特許文献１に開示された技術によれば、ユーザの向きが変わるとそれに応じて仮想カメラの撮影方向も変動する。

仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）では、仮想空間画像ＩＭＧが画面４に描画されたときの違和感を抑制するための工夫が行われる。違和感を抑制するための工夫については、後のセクション３において詳しく説明する。

２－２－４．ステップＳ１４０（描画処理）
ステップＳ１４０において、描画部１４０は、描画装置４０を制御することによって、仮想空間画像ＩＭＧを画面４に描画する。このとき、描画部１４０は、各画面４毎に得られた仮想空間画像ＩＭＧを、各画面４毎に描画してもよい。描画装置４０がプロジェクタである場合、描画部１４０は、プロジェクタを制御することにより、仮想空間画像ＩＭＧを画面４に投影する。他の例として、描画装置４０が表示装置である場合、描画部１４０は、表示装置を制御することにより、仮想空間画像ＩＭＧを画面４に表示する。

３．仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）の特徴
仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）では、仮想空間画像ＩＭＧが画面４に描画されたときの違和感を抑制するための工夫が行われる。以下、本実施の形態に係る仮想空間撮像処理の特徴として、「消失点の固定」、「レンズシフト」、及び「遠近感調整」の三種類について説明する。三種類の特徴的処理のうち少なくとも一つによって、ユーザ１が感じる違和感を抑制する効果は少なくとも得られる。もちろん、三種類の特徴的処理のうち２以上が行われてもよい。

３－１．消失点の固定
図７は、仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）における第１の特徴を説明するための概念図である。第１の特徴として、仮想空間画像ＩＭＧの消失点は、仮想ユーザ位置Ｕｖから見て真っすぐ水平方向の位置に固定される。言い換えれば、仮想空間撮像部１３０は、仮想ユーザ位置Ｕｖから水平方向に消失点が存在するように仮想空間画像ＩＭＧを取得する。

ユーザ１の視線方向にかかわらず、消失点は仮想ユーザ位置Ｕｖから見て水平方向に固定される。ユーザ１の視線方向が上下に変動したとしても、仮想カメラＶＣは上下に回転しない。仮に、ユーザ１の視線方向の上下変動に応じて仮想カメラＶＣを上下に回転させると、画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧの垂直線が収束し、仮想空間画像ＩＭＧが歪んで見えてしまう。本実施の形態によれば、ユーザ１の視線方向にかかわらず消失点は水平方向に固定されるため、画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧが歪むことが防止される。すなわち、ユーザ１が感じる違和感を抑制することが可能となる。

当然、実空間ＳＰｒにおいてユーザ１が視線を動かせば、それに応じてユーザ１の視界は変わる。そのとき、実空間ＳＰｒに存在する物体自体が何も変わらないように、ユーザ１の周囲の画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧ自体も何も変わらないのである。

３－２．レンズシフト（Lens Shift）
図８は、仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）における第２の特徴を説明するための概念図である。第２の特徴として、仮想空間撮像部１３０は、画面４の全体が仮想カメラＶＣの視野範囲の中に収まるように、仮想カメラＶＣのレンズをシフトさせる「レンズシフト処理」を行う。レンズシフト処理では、仮想空間撮像部１３０は、焦点距離（focal length）を変えることなく、仮想カメラＶＣのレンズを上下方向及び／あるいは左右方向にシフトさせる。尚、レンズシフトによって消失点の位置は変わらない。

画面４の全体を仮想カメラＶＣの視野範囲の中に収めるために必要なレンズシフト量は、画面４のサイズ、及び、実ユーザ位置Ｕｒと画面４との位置関係から決定することができる。実空間ＳＰｒにおける画面４の位置やサイズは、画面情報２３０から得られる。よって、仮想空間撮像部１３０は、実ユーザ位置Ｕｒと画面情報２３０に基づいて、画面４の全体を仮想カメラＶＣの視野範囲の中に収めるために必要なレンズシフト量を決定することができる。

このようなレンズシフト処理を行うことにより、画面４の中で何も映らない領域が発生することが抑制される。よって、ＶＲに対するユーザ１の没入感が向上する。

ここでも重要なことは、仮想カメラＶＣを上下に回転させないことである。仮に、画面４の全体を視野範囲の中に収めるために仮想カメラＶＣを上下に回転させると、画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧの垂直線が収束し、仮想空間画像ＩＭＧが歪んで見えてしまう。本実施の形態によれば、仮想カメラＶＣを上下に回転させるのではなく、仮想カメラＶＣのレンズをシフトさせるレンズシフト処理が行われる。これにより、画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧが歪むことを防止することが可能となる。すなわち、ユーザ１が感じる違和感を抑制することが可能となる。

３－３．遠近感の調整
図９は、仮想空間撮像処理（ステップＳ１３０）における第３の特徴を説明するための概念図である。ある画面４にある物体ＯＢＪの画像が描画される。距離ＤＡは、ユーザ１（仮想ユーザ位置Ｕｖ）とその物体ＯＢＪとの間の距離である。距離ＤＢは、ユーザ１（実ユーザ位置Ｕｒ）とその画面４との間の距離である。

仮想カメラＶＣは、仮想ユーザ位置Ｕｖから距離ＤＡだけ離れた物体ＯＢＪを撮像し、その物体ＯＢＪを含む仮想空間画像ＩＭＧを生成する。仮に、距離ＤＡだけ離れた物体ＯＢＪの画像が距離ＤＢだけ離れた画面４にそのまま描画されるとすると、その物体ＯＢＪは、実ユーザ位置Ｕｒから見ると距離ＤＡ＋ＤＢだけ離れた位置に存在するように見えてしまう。例えば、距離ＤＡが１０ｍであり、距離ＤＢが２ｍであるとする。１０ｍ先の物体ＯＢＪの画像が２ｍ先の画面４にそのまま描画されると、その物体ＯＢＪは１２ｍ先に存在するように見えてしまう。すなわち、仮想空間ＳＰｖにおける遠近感に加えて、実空間ＳＰｒにおける遠近感が不必要に加わってしまう。その結果、物体ＯＢＪが本来よりも小さく見えてしまう。このことも、違和感の原因となり得る。

そこで、第３の特徴として、仮想空間撮像部１３０は、実ユーザ位置Ｕｒと画面４との間の距離ＤＢに相当する遠近感をキャンセルする。より詳細には、仮想空間撮像部１３０は、実ユーザ位置Ｕｒと画面４との間の距離ＤＢに相当する遠近感がキャンセルされるように、仮想カメラＶＣの焦点距離を望遠側に調整する。これにより、不必要な遠近感がキャンセルされ、仮想空間ＳＰｖにおける本来の距離感が再現され、ユーザ１が感じる違和感が抑制される。

不必要な遠近感をキャンセルするために必要な焦点距離の調整量は、実ユーザ位置Ｕｒと画面４との間の距離ＤＢに基づいて決定される。実空間ＳＰｒにおける画面４の位置は、画面情報２３０から得られる。仮想空間撮像部１３０は、実ユーザ位置Ｕｒと画面情報２３０に基づいて、距離ＤＢに相当する遠近感をキャンセルするために必要な焦点距離の調整量を決定することができる。尚、仮想空間撮像部１３０は、画面４毎に遠近感の調整を行う。

４．変形例
上述の通り、実ユーザ位置Ｕｒの取得から仮想空間画像ＩＭＧの描画までに各種の処理が行われる。その処理時間の分だけ、画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧの見た目の遅延が発生する可能性がある。そのような遅延を抑制するために、変形例では、未来の実ユーザ位置Ｕｒの予測（推定）が行われる。

図１０は、変形例を説明するためのブロック図である。既出の図４と重複する説明は適宜省略する。履歴情報ＨＳＴは、実ユーザ位置Ｕｒの過去の履歴を示す情報であり、記憶装置３２に格納される。

ステップＳ１１０において、実ユーザ位置取得部１１０は、実ユーザ位置Ｕｒを取得する。実ユーザ位置取得部１１０は、取得した実ユーザ位置Ｕｒを履歴情報ＨＳＴに登録し、履歴情報ＨＳＴを更新する。また、実ユーザ位置取得部１１０は、履歴情報ＨＳＴで示される実ユーザ位置Ｕｒの過去の履歴に基づいて、未来の実ユーザ位置Ｕｒを予測（推定）する。例えば、実ユーザ位置取得部１１０は、実ユーザ位置Ｕｒの過去の履歴に基づいて実ユーザ位置Ｕｒの加速度を算出し、その加速度から未来の実ユーザ位置Ｕｒを予測する。実ユーザ位置Ｕｒの予測に、カルマンフィルタ等が用いられてもよい。

ステップＳ１２０において、仮想ユーザ位置取得部１２０は、ステップＳ１１０において予測された未来の実ユーザ位置Ｕｒに対応付けられた仮想ユーザ位置Ｕｖを取得する。つまり、仮想ユーザ位置取得部１２０は、未来の仮想ユーザ位置Ｕｖを取得する。そして、ステップＳ１３０において、仮想空間撮像部１３０は、未来の仮想ユーザ位置Ｕｖに仮想カメラＶＣを配置して、仮想空間撮像処理を行う。

このように、変形例によれば、未来の実ユーザ位置Ｕｒが予測され、未来の実ユーザ位置Ｕｒに対応付けられた未来の仮想ユーザ位置Ｕｖに基づいて仮想空間撮像処理が行われる。これにより、画面４に描画される仮想空間画像ＩＭＧの見た目の遅延が抑制される。このことも、ユーザ１が感じる違和感の抑制に寄与する。

５．まとめ
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、ウェアレスＶＲシミュレーションが実現される。具体的には、実ユーザ位置Ｕｒに対応付けられた仮想ユーザ位置Ｕｖに仮想カメラＶＣが配置され、その仮想カメラＶＣによって仮想空間ＳＰｖを撮像することにより仮想空間画像ＩＭＧが取得される。仮想空間画像ＩＭＧは、ユーザ１から離れた位置に設置されユーザ１と一体的に動かない画面４に描画される。

仮想空間画像ＩＭＧが画面４に描画されたときの違和感を抑制するための工夫として、「消失点の固定」、「レンズシフト」、及び「遠近感調整」の三種類が説明された（セクション３参照）。これら三種類の特徴的処理のうち少なくとも一つによって、ユーザ１が感じる違和感を抑制する効果は少なくとも得られる。もちろん、三種類の特徴的処理のうち２以上が行われてもよい。

本実施の形態に係るウェアレスＶＲシミュレーションは、画面４の位置、方位、形状に依存しない。天井、床、前後、左右の６面体のＶＲ体験ルームを作ることも可能である。画面４を更に分割し、より複雑な形状の画面構成を実現することも可能である。全天球型のＶＲ体験ルームを作ることも可能である。

１ ユーザ
４ 画面
１０ ＶＲシミュレータ
２０ センサ
３０ 情報処理装置
３１ プロセッサ
３２ 記憶装置
４０ 描画装置
１００ ＶＲシミュレーションプログラム
１１０ 実ユーザ位置取得部
１２０ 仮想ユーザ位置取得部
１３０ 仮想空間撮像部
１４０ 描画部
２００ センサ検出情報
２１０ 座標変換情報
２２０ 仮想空間構成情報
２３０ 画面情報
ＩＭＧ 仮想空間画像
ＯＢＪ 物体
Ｕｒ 実ユーザ位置
Ｕｖ 仮想ユーザ位置
ＶＣ 仮想カメラ

Claims (3)

1. １又は複数のプロセッサと、
   仮想空間の構成を示す仮想空間構成情報を格納する１又は複数の記憶装置と
   を備え、
   前記１又は複数のプロセッサは、
   実空間におけるユーザの頭部の位置である実ユーザ位置の情報を取得する処理と、
   前記実ユーザ位置に対応付けられた前記仮想空間内の位置である仮想ユーザ位置を取得する処理と、
   前記仮想空間構成情報に基づいて、前記仮想空間内の前記仮想ユーザ位置に配置されたカメラによって前記仮想空間を撮像して仮想空間画像を取得する撮像処理と、
   前記実空間において前記ユーザから離れた位置に設置され、且つ、前記ユーザと一体的に動かない画面に、前記仮想空間画像を投影あるいは表示する処理と
   を行うように構成され、
   前記撮像処理は、前記実ユーザ位置と前記画面との間の距離に相当する遠近感がキャンセルされるように前記カメラの焦点距離を調整する遠近感調整処理を含む
   仮想現実シミュレータ。
2. 請求項１に記載の仮想現実シミュレータであって、
   前記１又は複数のプロセッサは、
   前記実ユーザ位置の過去の履歴に基づいて、未来の前記実ユーザ位置を予測し、
   未来の前記実ユーザ位置に対応付けられた未来の前記仮想ユーザ位置に基づいて、前記撮像処理を行う
   仮想現実シミュレータ。
3. コンピュータにより実行され、仮想現実シミュレーションを行う仮想現実シミュレーションプログラムであって、
   実空間におけるユーザの頭部の位置である実ユーザ位置の情報を取得する処理と、
   前記実ユーザ位置に対応付けられた仮想空間内の位置である仮想ユーザ位置を取得する処理と、
   前記仮想空間の構成を示す仮想空間構成情報に基づいて、前記仮想空間内の前記仮想ユーザ位置に配置されたカメラによって前記仮想空間を撮像して仮想空間画像を取得する撮像処理と、
   前記実空間において前記ユーザから離れた位置に設置され、且つ、前記ユーザと一体的に動かない画面に、前記仮想空間画像を投影あるいは表示する処理と
   を前記コンピュータに実行させ、
   前記撮像処理は、前記実ユーザ位置と前記画面との間の距離に相当する遠近感がキャンセルされるように前記カメラの焦点距離を調整する遠近感調整処理を含む
   仮想現実シミュレーションプログラム。

Images