JP2023156279A - 建物情報モデルの仮想画像の表示 - Google Patents

Abstract

【課題】実行されるタスクまたは構築されるオブジェクトの仮想画像を、建設現場のその正しい位置及び向きで十分な精度で表示できるヘッドセットを提供する。【解決手段】建設現場の外因性現場座標系に位置付けられ、方向付けられた建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像をユーザに表示するためのヘッドセットであって、ユーザが着用し、その外面に分布された複数のセンサ６０２ａ～６０２ｎを有する安全帽６００と、安全帽に取り付けられた安全ゴーグル６２０と、前記センサに対して固定されたユーザの視野内の使用中位置を有する拡張現実眼鏡７００を含む拡張現実ディスプレイシステムと、ヘッドセット追跡データ及び外因性座標系で定義された建物情報モデルを表すモデルデータを受信し、ユーザがディスプレイで見るために拡張現実ディスプレイシステムに画像データを送信する電子制御システムと、を備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像の表示に関する。特に、排他的ではな
いが、本発明は、拡張現実ディスプレイデバイスを使用して、実行されるタスクまたは構
築されるオブジェクトの仮想画像を、建設現場のその正しい位置および向きで十分な精度
で表示できるようにすることに関し、それは、例えば所与の建設タスクをどこで実行すべ
きかを決定することによって建設現場の従来のセットアウトに代わるものとして使用され
ることができる。本発明の実施形態は、位置追跡システム（光学「インサイドアウト」位
置追跡システムなど）を使用して、少なくとも約５ｍｍの精度で拡張現実ヘッドマウント
ディスプレイ（ＨＭＤ）の位置を特定し得る。本発明は、追跡システムから受信した追跡
データに現実世界のセットアウトデータを関連付けるための機器、そのような機器の動作
を較正および制御するためのコンピュータソフトウェア、ならびに現実世界座標で仮想モ
デルを表示するための拡張現実ＨＭＤを提供する。本発明は、建設業者および他者が拡張
現実ＨＭＤを使用して、セットアウトおよび／または検証技術者に頼る必要なく、３ｍｍ
の精度／建設公差内で建設タスクを開始、完了および検証できるようにすることを目的と
する。

建設現場での構造物の立設または建物の建設は、長いプロセスである。このプロセスは
次のように要約できる。最初に、建物情報モデル（ＢＩＭ）として既知である３次元モデ
ルが、設計者または建築士によって作成される。ＢＩＭモデルは典型的には、現実世界座
標で定義される。ＢＩＭモデルがそして、最も一般的には２次元図面の形式で、または場
合によってはコンピューティングデバイス上の３Ｄモデルとして建設現場に送られる。技
術者は、従来のステークアウト／セットアウトデバイスを使用して、現場の現実世界座標
の既知の場所に制御点を確立し、２Ｄ図面またはＢＩＭモデルにおける各構造物の建設予
定場所をマークアウトするための参照として制御点を使用する。建設業者はそして、技術
者により作られたマーク（「セットアウトマーク」）に合わせて図面および／またはＢＩ
Ｍモデルを使用して、正しい位置に図面またはモデルに従った構造物を立設する。最後に
、技術者は構造物または実行されたタスクを検証する必要がある。これは、３Ｄレーザス
キャナを使用してポイントクラウドをキャプチャすることにより行われることが可能であ
り、ポイントクラウドからは、「竣工」構造物の３Ｄモデルを自動的に導出することがで
きる。「竣工」モデルはそして、元のＢＩＭモデルと比較される。このプロセスには最大
２週間かかる可能性があり、その後、許容範囲外であることが判明する項目があるかを確
認する必要があり、ペナルティが発生し得るか、または、やり直しする必要がある。

従来、建設現場は、例えばベンチマークとして建設現場またはその近くの既知の場所の
点に関して建設現場の制御点を位置決めするよう、トータルステーションまたはＴＳＴ（
トータルステーションセオドライト）を使用して経験豊富な現場技術者によってセットア
ウトされている。既知の場所のこのような点の現実世界位置は、例えば、陸地測量部また
はＷＧＳ８４基準から知られ得る。その位置が正確に知られている場合、自然または人工
の地理的特徴を使用して制御点の位置を特定し得る。制御点はそして、既知の場所のうち
の２つ以上の点から三角測量することにより、トータルステーションを使用して建設現場
に配置できる。

建設現場で実行される各タスクは、このように正確にセットアウトされなければならな
い。典型的には、作業の連続した段階で一時的なマーカは消去され得るため、プロジェク
ト中にセットアウトを数回、行う必要がある。

さらに、建設現場でタスクが完了すると、タスクを検証すること／それが正しい場所で
行われたことを確認することが一般に必要であり、この目的のために、現場技術者は、セ
オドライトを使用して制御点を参照してタスクが実行された場所を確認する必要がある。

建設プロジェクト中にセットアウトが必要になるたびに、現場技術者が建設現場に立ち
会うのを待つと、遅延がもたらされる。実行すべき建設タスクの位置を特定する必要があ
るたびに、現場技術者に頼る必要なく構造物の立設を開始できることが望ましいであろう
。

建設現場をセットアウトする既知の方法の別の欠点は、作業員が建設図面に従ってその
正しい場所でタスクを実行できるように好適な位置に基準点およびマーカが確立されてい
るにもかかわらず、作業員が建設図面を解釈して、実行すべきタスクの詳細を決定し、基
準点または墨出し部の間を補間することが依然として必要であることである。実際には、
これにより、建設図面と実行されるタスクとの間に不一致が生じることがよくある。

既知の方法のさらに別の欠点は、制御点、または既知の場所の点に関連してそれら自身
の位置を特定された他の基準点に関して建設現場に基準点および墨出し部がしばしば配置
されることである。新しい基準点または墨出し部が以前の基準点または建設点に対して配
置されるたびに、位置決め誤差が拡大される。

既知の方法のさらに別の欠点は、検証に使用される今日のセオドライトでは検証情報を
請負業者に提供するのに最大２週間かかる可能性があることである。

これらの欠点は、重大な波及効果をもたらす可能性がある。セットアウトを間違って完
了した場合、またはセットアウトマークの誤った解釈に基づいて構造物が誤って立設され
た場合、次の業務請負業者はミスの上に建設を行い、したがって、エラーを悪化させる。
典型的には１～２週間である検証リードタイムを考えると、複数の請負業者がプロジェク
トでエラーを悪化させる可能性がある。これにより、しばしば請負業者がプロジェクトを
予定通りに提供できず、予算内でも、好適な仕様に従ってもプロジェクトを提供できなく
なる。

多くの国では、建設作業員は、建設現場での作業中に、落下物、他のオブジェクトとの
衝突、破片、雨、および感電による怪我から自身の頭部を保護するために、建設ヘルメッ
ト（または安全帽）を着用する必要がある。英国では例えば、１９９２年の個人用保護具
（ＰＰＥ）規則において、安全帽がＰＰＥの構成要素であり、法律により建設現場または
危険環境で働くすべての人が安全帽を着用することが義務付けられている。

安全帽は一般に、適用され得る安全基準に合わせて作られている。１９９７年に米国国
家規格協会は、ＣＳＡ Ｚ９４．１規格に調和した安全帽についての性能Ｚ８９．１規格
を改訂した。これらの規格への準拠は必須ではないが、ほとんどのメーカが従っている。

安全帽の設計および構造は、当業者に周知であり、本明細書で詳細に説明する必要はな
い。安全帽の内側のサスペンションバンドは、安全帽の重量と任意の衝撃の力とを頭の上
部に分散させ、安全帽には、バイザ、追加シェード用の幅広つばアタッチメント、イヤー
プロテクタ、後部視界を広げるためのミラー、ヘッドランプまたはフラッシュライトの取
り付け部、着用者が身を乗り出している場合にヘルメットが脱落しないようにするあごひ
も、頭の側面を保温する断熱サイドパッド、ならびに／または、着色作業員識別用および
／もしくは高視認性夜間再帰反射用のつば周りに伸ばされるバンドを取り付け得る。

建設現場での安全帽が広くいきわたっている事を考えると、建設現場で実行される作業
を実施または支援するための電子機器を担持して、安全帽が当技術分野で使用されている
ことは驚くことではない。

例えば、ＵＳ７５９２９１１Ｂ１（Ｈｕｄｇｅｎｓら）には、現場の人員が着用する安
全帽に含まれる電子回路を使用して建設現場において個人の活動を追跡することが開示さ
れている。ＵＳ７５９２９１１Ｂ１の１つの実施形態によれば、建設現場での活動は、建
設現場にいる人員が着用する１つ以上の安全帽の一部として形成される電子回路から直接
的または間接的に受信する個人情報を処理することにより監視される。個人情報は、人員
の個々人と一意に関連付けられる。電子回路から受信した個人情報および人員の場所に基
づいて、１つ以上のメッセージが生成される。例えば、メッセージは、建設現場の許可さ
れていないエリアに入った特定の人員に警告し得る。任意選択的に、人員の活動を定期的
に監視および報告し得る。

カリフォルニア州ロサンゼルスのＤａｑｒｉ，ＬＬＣから入手できる「スマートヘルメ
ット」は、視覚的指示、リアルタイムアラート、および３Ｄマッピングを含む拡張現実お
よび／またはマルチメディア情報を産業労働者に表示するための拡張現実ディスプレイを
安全帽に組み込んでいる（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｅｂ．ａｒｃｈｉｖｅ．ｏｒｇ／ｗ
ｅｂ／２０１７０６０６１６２９５１／ｈｔｔｐｓ：／／ｄａｑｒｉ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄ
ｕｃｔｓ／ｓｍａｒｔ－ｈｅｌｍｅｔ／を参照）。

拡張現実（ＡＲ）は、音、ビデオ、グラフィックス、またはＧＰＳデータなどのコンピ
ュータ生成感覚入力によってその要素が拡張された、物理的な現実世界環境の、ライブの
直接的または間接的なビューである。ＡＲアプリケーションにより、ユーザは、ビューイ
ングデバイスのカメラでキャプチャされた物理オブジェクトの画像にオーバーレイされた
３次元仮想オブジェクトの形態などの情報を体験できる。仮想オブジェクトは、ユーザの
目と整列された「仮想カメラ」によって投影されているかのようにユーザに表示される。
他の拡張現実アプリケーションにより、ユーザは、現実物理世界の任意のオブジェクトの
ビューまたは画像の上にオーバーレイされた追加情報の視覚化を体験できる。

ＷＯ２０１５／１０２８３４Ａ１（Ｄａｑｒｉ，ＬＬＣ）は、拡張現実処理をオフロー
ドするシステムおよび方法を開示している。ユーザのビューイングデバイスの外部にある
センサは、ビューイングデバイスの位置および向きを追跡する。ビューイングデバイスは
、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ウェアラブルコンピューティングデバイス
（例えば時計または眼鏡）などのディスプレイを伴うコンピューティングデバイスであり
得る。コンピューティングデバイスは、携帯式であり得、またはユーザの頭部に取り外し
可能に取り付けられ得る。位置および向きは、ユーザに対してローカルな物理環境の事前
定義参照を基準にして定義される。サーバは、追跡プロセスおよび拡張現実レンダリング
プロセスのうちの少なくとも１つをオフロードする要求をビューイングデバイスから受信
する。拡張現実レンダリングプロセスは、拡張現実データベースに基づく。サーバは、要
求とビューイングデバイスの位置および向きとに基づいて、オフロードされた処理済みデ
ータを生成する。オフロードされた処理済みデータは、ビューイングデバイスにストリー
ミングされる。オフロードされた処理済みデータの視覚化は、ビューイングデバイスで生
成される。

ＵＳ２０１５／０２３５４７４Ａ１（Ｍｕｌｌｉｎｓ）によると、測量アプリケーショ
ンは、オブジェクトの３次元モデルに関連付けられたコンポーネントの測量を生成する。
測量アプリケーションは、オブジェクトの近くにあるウェアラブルデバイスからビデオフ
ィード、場所情報、および向き情報を受信する。オブジェクトの３次元モデルは、ウェア
ラブルデバイスから受信したビデオフィード、センサデータ、場所情報、および向き情報
に基づいて生成される。ビデオフィードから分析が実行され、オブジェクトに対する操作
が識別される。オブジェクトの３次元モデルは、オブジェクトの操作に基づいて更新され
る。オブジェクトの操作に関連する動的ステータスが、オブジェクトに関連する参照デー
タに関して生成される。

異なる角度および場所から同じ物理オブジェクトを見る複数のウェアラブルデバイス（
例えばカメラおよびディスプレイを含むモバイルデバイス）をさらに使用して、物理オブ
ジェクトの３次元を生成および再構築し得る。測量アプリケーションは、物理オブジェク
トの３次元モデルに関連付けられたコンポーネントの測量を生成する。例えば、コンポー
ネントには、乾式壁の釘、ダッシュボードのスイッチ、工場機械のボタン、ボート、また
は任意の産業用物理オブジェクトが含まれ得る。

ＵＳ９６６５９８５Ｂ２（Ｍｕｌｌｉｎｓら）は、第１のウェアラブルデバイスに表示
される仮想オブジェクトの操作を識別するリモートエキスパートアプリケーションを開示
する。仮想オブジェクトは、第２のウェアラブルデバイスで視認される物理オブジェクト
に基づいてレンダリングされる。仮想オブジェクトの操作は、第１のウェアラブルデバイ
スから受信される。仮想オブジェクトの操作の可視化は、第２のウェアラブルデバイスの
ディスプレイについて生成される。仮想オブジェクトの操作の視覚化は、第２のウェアラ
ブルデバイスに伝達される。

ＵＳ２０１５／０２３５４７４Ａ１およびＵＳ９６６５９８５Ｂ２は両方とも、ウェア
ラブルデバイスがセンサ、ディスプレイ、プロセッサおよび記憶デバイスを含み得ること
を開示している。ウェアラブルデバイスは、ウェアラブルコンピューティングデバイス、
車両コンピュータ、タブレットコンピュータ、ナビゲーションデバイス、携帯式メディア
デバイス、またはユーザのスマートフォンであり得る。センサには例えば、近接センサま
たは場所センサ（例えば、近距離無線通信、ＧＰＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ－Ｆｉ）
、光学センサ（例えば、カメラ）、方位センサ（例えば、ジャイロスコープ）、音声セン
サ（例えば、マイク）またはその任意の好適な組み合わせが含まれ得る。

仮想現実（ＶＲ）／ＡＲアプリケーションで使用され得る異なる光学位置追跡システム
は、ＷＯ２０１６／０７７４０１Ａ１（Ｖａｌｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に記載さ
れている。例示的実装には、１つ以上の受信機と１つ以上の送信機とが含まれる。例示的
送信機には、それぞれが扇形のレーザビームを放出する２つの直交回転子が含まれる。ロ
ータが一定速度で回転すると、各ビームが掃引される。例示的光学受信機は比較的小さく
することができ、ＶＲディスプレイの便利な場所に取り付けることができる。これらの受
信機は、ヘッドマウントディスプレイに取り付けられ得る小さな光学検出器で構成されて
いる。例示的システムは、各掃引ビームが各受信機／検出器を交差する時間を測定するこ
とにより位置を決定する。

他の位置決めシステムも利用可能である。Ｖａｌｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの光学
位置決めシステムに類似した別のシステムは、ＵＳ５１００２２９９Ａに記載されている
。ＵＳ２０１８／０１２８８９７Ａ１は、その内容が参照により本明細書に組み込まれ、
超音波を使用して受信機に対する送信機の位置を決定するシステムを開示している。送信
機は、超音波パルスを放出し、音の放出時間の表示を電子的に提供する。コンピュータプ
ロセッサは、送信機と固定構成で配置された３つの超音波受信機とから時間表示を受信す
る。受信機は同一直線上に配置されておらず、音の波長の２倍未満の間隔が相互に空いて
いる。コンピュータプロセッサは、３つの受信機のそれぞれへの超音波の時間表示と飛行
時間とに基づいて、送信機の相対位置を推定する。好ましい実施形態では、受信機は、音
の波長よりも短い距離だけ互いに離間している。

内容が参照により本明細書に組み込まれるＵＳ２０１７／０１６９６１２Ａ１（Ｃａｓ
ｈｅｎら）により開示されるように、ＡＲシステムは、システムにより投影される仮想画
像がずれている、すなわち、仮想画像が、オーバーレイしようとする現実世界ターゲット
に対して正しく配置されていない）および／または仮想画像が歪んでいる場合、オペレー
タにとって有害であり得る。ＵＳ２０１７／０１６９６１２Ａ１は、リアルタイムで多数
の動的および静的因子入力を考慮するように構成され得る位置合わせシステムを開示し、
それにより、グラフィック画像が投影されるときに、グラフィック画像が、オーバーレイ
しようとする現実世界ターゲットと実質的に位置合わせされて、グラフィック画像が実質
的に歪みなく表示される。

その内容が参照により本明細書に組み込まれるＵＳ２０１３／０２３５１６９Ａ１号（
Ｋａｔｏら）は、３次元ビデオ画像を表示するディスプレイ、ディスプレイに対する視聴
者の目の内側の角または尾の位置を測定する位置取得部、標準位置を決定するための較正
において位置に関連する標準位置として目の内側の角または外側の角の測定された位置を
記憶部に取得する標準位置記憶ユニット、ディスプレイに対してコンテンツを視聴する視
聴者の目の内側の角または外側の角の新たな測定位置と標準位置との差を位置として検出
する位置検出部、および、ディスプレイ上に表示される３Ｄビデオ画像に画像処理を実行
して検出位置ギャップに従って３Ｄビデオ画像を回転または平行移動させる画像処理ユニ
ットを含むＨＭＤを開示している。

ＵＳ２０１７／００９０２０３Ａ１（ＭｕｌｌｉｎｓおよびＲｉｅｓ）は、センサ、透
明ディスプレイ、ならびに拡張現実アプリケーションおよび位置合わせモジュールを備え
るプロセッサを含むヘッドマウントデバイスを開示している。例えば、ヘッドマウントデ
バイスは、カメラ、および、タブレット、スマートフォン、またはウェアラブルコンピュ
ーティングデバイス（例えばヘルメットもしくは眼鏡）などの透明ディスプレイを伴うコ
ンピューティングデバイスであり得る。

本発明の態様によれば、建設現場の外因性現場座標系に位置付けられ、方向付けられた
建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像をユーザに表示するためのウェアラブル拡張現実（
ＡＲ）ヘッドセットが提供される。ヘッドセットは、建設現場、または建築、建設、フィ
ッティングまたはセットアップタスクが正確な場所で実行されるべき任意の他の場所で、
建設業者および他の業者が使用することを特に目的としている。

好適には、ヘッドセットは、例えば、ユーザが着用するように構成された建設ヘルメッ
トなどのヘッドウェア物品を備え得る。

ヘッドセットは、それに取り付けられた１つ以上の位置追跡センサを有し得、位置追跡
センサは、ヘッドセットの位置および向きを決定できるようにする建設現場の場所で伝播
する１つ以上の信号に対する１つ以上のセンサの反応を表すセンサデータを出力するよう
に構成されている。好適には、１つ以上の信号は、建設現場にセットアップされた位置追
跡システムによって放出され得る。好適な位置追跡システムは、当業者に知られている。
本発明の実施形態で使用される位置追跡システムは、以下により詳細に説明するインサイ
ドアウト位置追跡システムである。

１つ以上の信号は、１つ以上の対応するビーコンによって放出され得る。建設現場での
１つ以上のビーコンの正確な場所が既知であり得る。あるいは、追跡システムを使用して
、既知の場所の１つ以上の制御点の位置を決定し得、それにより、ヘッドセットなどの位
置追跡システムによって追跡される他のオブジェクトの場所を、制御点の場所を参照して
算出することができる。

いくつかの実施形態では、１つ以上の信号は、電磁放射、例えば、光または電波から成
り得る。いくつかの実施形態では、以下により詳細に説明するように、掃引ビーム光学追
跡システムを使用し得る。そのようなシステムは、１つ以上のビーコンによって放出され
る赤外線信号を採用し得る。いくつかの実施形態では、ＷｉＦｉ追跡システムが使用され
得る。しかし、いくつかの実施形態は、例えば音波などの他のタイプの信号を利用し得る
。

いくつかの実施形態では、超音波を、使用されるヘッドセットに衝突する１つ以上の超
音波信号に対する１つ以上の位置追跡センサの反応とともに使用して、建設現場でのヘッ
ドセットの場所および向きを三角測量し得る。超音波を使用してオブジェクトの位置を追
跡するシステムおよび方法は、ＵＳ２０１８／０１２８８９７Ａ１に開示されている。

ヘッドセットは、拡張現実ディスプレイシステムを備え得る。拡張現実ディスプレイシ
ステムは、位置追跡センサに対して固定されたユーザの視野内の使用中位置を有するディ
スプレイアセンブリを含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイアセンブリが、
使用位置から、例えばディスプレイアセンブリがユーザの目の前から除去される異なる位
置へと選択的に移動可能であり得ることが理解されるであろう。例えば、ディスプレイア
センブリは、使用中位置と「非使用中」位置との間の移動のために、ヘッドウェア物品に
ヒンジ留めされるか、または別様に取り付けられ得る。ただし、使用中位置では、ディス
プレイアセンブリをヘッドウェア物品の位置追跡センサに対して安定して配置し得、それ
により、ディスプレイアセンブリディスプレイは、使用中位置にある場合には位置追跡セ
ンサに対して不動とし得る。

好適には、ディスプレイアセンブリは、少なくとも１つのディスプレイを含み得、ユー
ザがディスプレイアセンブリを通して自身の周囲を見ることを可能にしながら、仮想画像
をユーザに表示することができ得る。ディスプレイは、透明または半透明であり得る。典
型的には、ディスプレイ自体に加えて、ディスプレイアセンブリは、ディスプレイから放
出される光によって運ばれる画像を見るための少なくとも１つのレンズを含み得る。レン
ズは、ディスプレイとユーザの目との間に好適に配置され得る。いくつかの実施形態では
、レンズは、仮想画像が無限遠に位置するようにユーザに見えるようにコリメータを備え
得る。あるいは、レンズは光を発散させて、それにより、仮想画像が無限遠よりも近いユ
ーザの前の焦点距離に見えるようにし得る。例えば、いくつかの実施形態では、ディスプ
レイと一緒にレンズを使用して、ディスプレイから放出される光によって表される仮想画
像が２～１０ｍの範囲の焦点距離でユーザに見えるようにし得る。ディスプレイアセンブ
リの特性はまた、ディスプレイアセンブリの視野、その射出瞳サイズなども定義すること
が理解されるであろう。以下により詳細に説明するように、本発明に従って建物情報モデ
ルの仮想画像を正しく位置決めする場合、ディスプレイアセンブリのこれらおよび他の物
理的および光学的特性および特徴を考慮に入れ得る。

拡張現実ディスプレイシステムは、建物情報モデルの仮想画像を表す画像データを受信
し、仮想画像をディスプレイに表示するように構成され得る。仮想画像は、ユーザの目を
中心とする仮想カメラによって投影されているかのようにユーザに認識される。

ヘッドセットは、ユーザの頭部に対するディスプレイの位置を検出し、それを表すディ
スプレイ位置データを出力するディスプレイ位置センサをさらに備え得る。さらにまたは
あるいは、ヘッドセットは、ディスプレイがヘッドウェア物品に対して正しく配置される
ことを保証するための位置合わせデバイスを含み得る。当業者は、ユーザが同じ場所を見
ている場合でも、ユーザの頭部におけるヘッドセットの位置が使用中に変化し得ることを
理解するであろう。これは、ユーザが建築現場での建設タスクの実行に典型的には含まれ
る種類の手動操作に従事している場合に特に当てはまり得る。本発明によれば、現実世界
に対して正しい場所でユーザが仮想画像を見るように、仮想カメラがユーザの目に正確に
位置合わせされたままであることを保証することが重要である。ディスプレイ位置センサ
はしたがって、本発明に従って使用されて、建物情報モデルの仮想画像をディスプレイ（
複数可）に配置する際に、ユーザの頭部に対するヘッドセット、特に１つ以上のディスプ
レイの位置の変化が考慮されることを保証する。

ヘッドセットは、電子制御システムを備え得る。電子制御システムは、位置追跡システ
ムによって定義された内因性座標系内の建設現場でのヘッドセットの場所および向きをセ
ンサデータから決定し、それを表すヘッドセット追跡データを出力するように構成された
ヘッドセット追跡サブシステムを備え得る。

電子制御システムは、変換に基づいて内因性座標系と外因性座標系との間で位置データ
を変換するように構成された座標変換エンジンを備え得る。いくつかの実施形態では、変
換は、外因性座標系の既知の場所の１つ以上の制御点の座標を、内因性座標系のそれらの
対応する座標に関連付けることによって導出され得る。内因性座標系における１つ以上の
制御点の座標は、位置追跡システムを使用して少なくとも１つのセンサから受信したセン
サデータから導出され得る。

電子制御システムは、ヘッドセット追跡データ、ディスプレイ位置データ、および外因
性座標系で定義された建物情報モデルを表すモデルデータを受信し、座標変換エンジンを
使用してモデルデータを処理して内因性座標系で定義された導出モデルデータを生成し、
ヘッドセット追跡データおよびディスプレイ位置データを使用して建設現場でのヘッドウ
ェア物品の位置および向きとユーザの頭部におけるディスプレイの位置とに対する建物情
報モデルの仮想画像をレンダリングし、仮想画像を表す画像データを生成し、ユーザがデ
ィスプレイで見るために拡張現実ディスプレイシステムに画像データを送信するように構
成され得る。このように、本発明の目的は、ユーザが、通常の建設許容範囲内で現実世界
の建設現場に正しく配置されて方向付けられた建物情報モデルの仮想画像を見ることがで
きるようにすることであり、それにより、建築情報モデルに従って、場合によっては指定
された許容範囲内で、タスクが実行されることを保証するのに十分な程度の精度で、１つ
以上の建設タスクを実行する場所がユーザに通知される。

いくつかの実施形態では、電子制御システムは、ディスプレイがヘッドウェア物品に対
して正しく配置されることを保証するための位置合わせエンジンを備え得る。位置合わせ
エンジンは、ディスプレイ位置センサに加えて、またはその代わりに使用され得る。

本発明の別の態様によれば、本発明によるヘッドセット内で建設現場の外因性現場座標
系に配置および方向付けされた建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像を表示する方法が提
供される。

文脈がそうでないことを示唆するか、または反対に示されない限り、本発明の１つ以上
の特定の態様に関して本明細書に記載の技術的なまたは他の特徴は、本発明のすべての態
様に適用できる。

ヘッドセットはしたがって、１つ以上の位置追跡センサがそれに取り付けられた、また
はそれに別様にしっかりと固定された、ユーザが着用するような形状および寸法のヘッド
ウェア物品と、少なくとも１つのディスプレイを含む拡張現実ディスプレイシステムと、
ユーザの頭部に対するディスプレイの位置を検出するディスプレイ位置センサと、電子制
御システムとを備え得る。

いくつかの実施形態では、本発明の方法は、上記のように建設現場で伝播する１つ以上
の信号、例えば電磁放射に対する１つ以上のセンサの反応を表すセンサデータに基づいて
位置追跡システムによって定義される内因性座標系で、建設現場でのヘッドセットの位置
および向きを決定するステップを備え得る。方法は、内因性座標系における建設現場での
ヘッドセットの位置および向きを表すヘッドセット追跡データを生成することを備え得る
。これらのステップは、ヘッドセット追跡システムによって便宜的に実行され得る。

いくつかの実施形態では、本発明の方法は、変換に基づいて内因性座標系と外因性座標
系との間で位置データを変換するステップを備え得る。上述したように、変換は、位置追
跡システムを使用して、外因性座標系の既知の場所の１つ以上の制御点の座標を、内因性
座標系のそれらの対応する座標に関連付けることによって導出され得る。好適には、その
ステップは座標変換エンジンによって実行され得る。

上記のように、内因性座標系における１つ以上の制御点の座標は、少なくとも１つのセ
ンサから受信したセンサデータに基づいて好適に決定され得る。

いくつかの実施形態では、本発明の方法は、ディスプレイ位置センサからディスプレイ
位置データを受信するステップと、ヘッドセット追跡データを受信するステップと、外因
性座標系で定義される建物情報モデルを表すモデルデータを受信するステップと、座標変
換エンジンを使用してモデルデータを処理し、内因性座標系で定義されている導出モデル
データを生成するステップと、ヘッドセット追跡データおよびディスプレイ位置データを
使用して、建設現場でのヘッドウェア物品の位置および向きに対して、ならびにユーザの
目に対するディスプレイの位置に対して、建物情報モデルの仮想画像をレンダリングする
ステップとを備え得る。方法は、仮想画像を表す画像データを生成することと、ユーザが
建物情報モデルの仮想画像として見るために拡張現実ディスプレイシステムに画像データ
を送信することとを備え得る。

上記のように、本発明のヘッドセットは、いくつかの実施形態では、ヘッドセット追跡
サブシステムおよび座標変換エンジンを備え得る電子制御システムを備え得る。ヘッドセ
ット追跡サブシステムは、本明細書でより詳細に説明するように、建設現場にてセットア
ップされた位置追跡システムと連携するように好適に構成され得る。ヘッドセット追跡サ
ブシステムを使用して、ヘッドセットでヘッドセット追跡データの処理を実行し得るが、
いくつかの実施形態では、建設現場でのヘッドセットの位置および向きを決定するための
ヘッドセット追跡データの処理を、ヘッドセット外で、例えば有線または無線接続を介し
てヘッドセットと通信するように配置されたリモートコンピュータで実行され得る。いく
つかの実施形態では、座標変換エンジンは、リモートコンピュータまたはサーバ上で実行
されるように構成され得る。したがって一般的に、ヘッドセットの電子制御システムによ
って実行される処理ステップのいくつかは、リモートコンピュータまたはサーバ上で、な
らびに、ヘッドセットとリモートコンピュータまたはサーバとの間のデータ送信用に構成
された適した手段で実行され得る。

本発明のさらに別の態様によれば、コンピュータ化されたデバイスによって実行される
と、建設現場の外因性現場座標系に配置されて方向付けられている建物情報モデル（ＢＩ
Ｍ）の仮想画像をヘッドセットに表示する方法をコンピュータ化されたデバイスに実行さ
せる命令セットを含むコンピュータプログラムが提供される。典型的には、コンピュータ
プログラムは、コンピュータ化されたデバイスによって実行されると、コンピュータ化さ
れたデバイスが上記の本発明による方法を実行するための命令セットを含む。

したがって、ヘッドセットは、１つ以上の位置追跡センサがそれに取り付けられたユー
ザが着用するように構成されたヘッドウェア物品と、ユーザの視野内部に使用中位置を有
するディスプレイアセンブリを含む拡張現実ディスプレイシステムと、少なくとも１つの
ディスプレイを含むディスプレイアセンブリと、ユーザの頭部に対するディスプレイの位
置を検出するためのディスプレイ位置センサと、電子制御システムとを備え得る。

本発明の実施形態によれば、建設現場の現実世界座標で拡張現実ヘッドマウントディス
プレイを使用して３次元の建物情報モデルを、少なくとも５ｍｍの精度、好ましくは少な
くとも３ｍｍの精度で視認させる方法が提供される。本発明の実施形態は以下を備え得る
。

（ａ）位置追跡システムによって使用される内因性座標系での追跡ボリューム内の拡張
現実ヘッドマウントディスプレイを少なくとも５ｍｍに位置特定するために光学的インサ
イドアウト位置追跡システムを使用して、建設現場での拡張現実ヘッドマウントディスプ
レイを追跡すること。

（ｂ）携帯式追跡デバイスを使用して、外因性座標系の既知の場所／制御点を位置追跡
システムで定義されている内因性座標系の制御点の対応する位置に変換する変換を使用す
ることにより、内因性座標系を外因性現実世界座標系に関連付けること。

（ｃ）視線追跡デバイスを使用して、ユーザの目のうちの少なくとも１つの位置を拡張
現実ヘッドマウントディスプレイに関連付けること、および／または

（ｄ）コンピュータソフトウェアを使用して、ヘッドセットの場所を表す位置追跡デー
タと、ユーザの頭部における拡張現実ヘッドマウントディスプレイの位置を表す視線追跡
データおよび拡張現実ヘッドマウントディスプレイの光学特性を表すデータとを融合して
、拡張現実ヘッドマウントディスプレイを介して仮想ＢＩＭモデルを現実世界座標で表示
すること。

本発明の実施形態は、拡張現実ＨＭＤを使用して、現実世界座標でＢＩＭモデルを建設
公差（典型的には３ｍｍ以内の精度）で見る方法および／または作業をリアルタイムで検
証する能力を建設業者／商業請負業者に提供することを目的とする。これにより、現場技
術者の継続的な存在が不要になり得、作業員が建設図面を解釈し、基準点またはマーカ間
のマークされていない場所を決定する必要性を最小限に抑制し得、それにより、以前に位
置特定された基準点または制御点に基づいて基準点の位置決めにおける誤差の累積を除去
し得る。これによりまた、建設業者および商業請負業者にリアルタイムの検証情報を提供
しようとするため、検証作業においてセオドライトが不要になり得る。

本発明の異なる態様では、ヘッドセット追跡は、ヘッドセット外部のセンサを使用して
、ヘッドセットの位置および向きに基づいて外部追跡データを生成することを備え得る。
例えば光学センサ（例えば、深度対応３Ｄカメラ）、ワイヤレスセンサ（Ｂｌｕｅｔｏｏ
ｔｈ、ＷｉＦｉ）、ＧＰＳセンサ、またはオーディオセンサなどの追跡センサを使用して
、例えばユーザがどこを見ているかを判断するために、ヘッドセットの場所、物理的環境
における追跡センサまでのヘッドセットの距離（例えば、会場または部屋の角に配置され
たセンサ）、ヘッドセットの向きを決定し得る。

いくつかの実施形態では、仮想画像のレンダリングは、ヘッドセットからのヘッドセッ
ト追跡データおよび拡張現実データベースに基づいて仮想オブジェクトをレンダリングす
ることを含み得る。ヘッドセット追跡データは、ヘッドセット内部のセンサから受信した
センサデータに基づいて、ヘッドセットの位置および向きを表し得る。センサには、例え
ば、近接センサまたは場所センサ（例えば、近距離無線通信、ＧＰＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔ
ｈ、ＷｉＦｉ）、光学センサ（例えば、カメラ）、方位センサ（例えば、ジャイロスコー
プ）、音声センサ（例えば、マイク）またはその任意の好適な組み合わせが含まれ得る。
例えば、センサには、ヘッドセットの背面カメラおよび正面カメラが含まれ得る。

本発明のさらに別の態様によれば、光学式インサイドアウト位置追跡システムを使用し
て建設現場で携帯式セットアウトツールを追跡して追跡システムが使用する内因性座標系
の追跡ボリューム内のセットアウトツールの位置を特定することと、建設現場またはその
近くの１つ以上の制御点の現実世界座標系における既知の場所を、位置追跡システムによ
って決定された内因性座標系内の制御点の対応する位置に関連付けることにより導出され
た変換を使用して、内因性座標系を外因性現実世界座標系に関連付けることとを備える、
建設現場をセットアウトする方法が提供される。

本明細書における「インサイドアウト位置追跡システム」とは、追跡ボリューム内で追
跡されるオブジェクトに設けられたセンサ、例えば光－電子センサまたはマイクが、放射
源からのセンサの角距離を示す１つ以上の入射信号（例えば、電磁放射、または超音波、
またはパルス）の１つ以上の特性を検出または測定するよう構成される追跡システムを意
味する。典型的には、信号または放射の源は固定され得る。追跡されるオブジェクトは、
例えば本発明のヘッドセットであり得る。

信号（例えば、電磁放射）は指向性であり得る。特に、放射は、源の方位または角距離
を示すような方法で変調され得る。信号または放射は、例えば、追跡ボリュームにわたっ
て空間的に変調または減衰され得る。例えば、電磁放射の強度は、源までの角距離によっ
て異なり得る。

典型的には、電磁放射は、例えば追跡ボリュームを掃引することにより一時的に変化す
るレーザビームなどのビームの形態であり得る。

センサは、入射信号、例えば電磁放射の一時的な変化を検出し得る。

いくつかの実施形態において、ビームは、追跡ボリュームを通して一定速度で掃引され
得、それにより、ビームがセンサに入射する時間は、センサから源までの角距離を示す。

いくつかの実施形態では、ビームは、データを符号化するために変調される搬送波を備
え得る。

例えば、搬送波は、ビームの絶対位相を示すデータを符号化するために変調され得る。
センサから源までの角距離は、ビームの絶対位相と、ビームがセンサに入射する時間とか
ら導出され得る。

いくつかの実施形態では、搬送波は、ビームから源までの角距離を示す動的データを符
号化するために変調され得る。この場合、センサから源までの角距離をビームから「読み
取り」得る。

ビームが変調されてデータを符号化する場合、センサは、搬送波を復調して符号化デー
タを回復するための光－デジタル変換器を好適に組み込み得る。

ビームは、平面の扇形を有し得る。好適には、電磁放射は不可視光、好ましくは赤外線
であり得る。

いくつかの実施形態では、電磁放射は、２つの横断軸上のセンサの角度位置を決定する
ための２つの相互横断（例えば直交）面にて変調され得る。例えば、２つの相互横断ビー
ムが、追跡ボリュームにわたって掃引され得る。

好適なビームは、基地局内のロータにレーザを取り付けることにより生成され得る。上
記のように、ロータは一定の角速度で動作し得る。いくつかの実施形態では、２つの（ま
たはそれ以上の）レーザが単一のロータに取り付けられ得、レーザからのビームを相互に
横断方向に掃引するための好適な光学機械的構成が提供され得る。

あるいは、相互横断軸の周りを回転するように構成された２つ以上のロータが提供され
得る。２つ以上のロータのそれぞれに、１つ以上のレーザを搭載し得る。

電磁放射の２つ以上のビームが採用される場合、それらは、センサがビームを区別でき
るようにするために、互いに異なる周波数を有し得る。

追跡されるオブジェクトに１つ以上のセンサを提供し得、電磁放射の１つ以上の源があ
り得る。

追跡されるオブジェクトの場所は、複数の放射源に対する１つ以上のセンサの位置を三
角測量することにより決定することができる。

あるいは、オブジェクトの場所は、少なくとも１つの放射源に対してオブジェクト上の
複数のセンサの位置を三角測量することにより決定することができる。追跡されるオブジ
ェクトにおける複数のセンサの相対位置を知っておくべきである。

複数の放射源がある場合、各源は、電磁放射の１つ以上のビームを放出し得る。好適に
は、各源は、上記のように２つの相互横断ビームを放出するように動作可能な基地局を備
え得る。各基地局からの各ビームの周波数は異なり得る。

放射が２つの相互横断面上で変調される場合、オブジェクトの場所を３次元で決定する
ことができる。

典型的には、センサはカメラではないが、検出可能な電気信号を生成することにより入
射電磁放射に反応する。好適には、センサは、不可視光、例えば赤外線に反応するフォト
ダイオードを備え得る。例えば、センサはシリコンフォトダイオードを備え得る。センサ
は、フォトダイオードからの電気信号を増幅するための増幅器、離散エンベロープ検出器
、および高速コンパレータを組み込んだ光－デジタル回路をさらに備え得る。コンパレー
タは、好ましくは比較的小さなヒステリシスを有するべきである。このような回路は、電
磁放射が過渡的にセンサに当たるとデジタルパルスを送るように構成される。

電磁放射の掃引ビームの源に対するセンサの角距離は、ビームがセンサに入射するとき
のビームの絶対角度位置を参照することにより較正され得る。

あるいは、源に対するビームの角度方向は、ビーム内で動的に符号化され得、これは、
キャリア信号として使用される。

さらなる代替例では、源へのセンサの角距離は、同期信号と、センサにビームが入射す
るときとの間の経過時間から算出され得る。

典型的には、そのような同期信号は、ビーム自体と同様に、好ましくは不可視光、例え
ば赤外線である電磁放射の全方向フラッシュを備え得る。

好適なインサイドアウト光学位置追跡システムは、ＷＯ２０１６／０７７４０１Ａ１に
開示されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。

このようなインサイドアウト光学位置追跡システムを使用する利点は、追跡ボリューム
内のセンサの位置を３ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満の精度で特定できることであ
る。本発明の方法は、例えば建設タスクなどの特定の作業が建設図面に従って建設現場で
行われるべき場所の位置を特定するために、建設現場で携帯式セットアウトツールの位置
を正確に追跡するための光学的インサイドアウト追跡システムを利用し得る。いくつかの
実施形態では、例えば、セットアウトツールを使用して、建設現場の基準点の位置を特定
し得る。

したがって、いくつかの実施形態では、本発明の方法は、変換を使用して外因性現実世
界座標系でのセットアウトツールの場所を算出することと、ユーザインタフェースを使用
して現実世界（現場）座標でセットアウトツールの位置を示すこととを備え得る。好適に
は、ユーザインタフェースは、現場座標におけるツールの位置を表示するための、例えば
フラットパネルディスプレイなどのディスプレイを含み得る。

本発明の特定の態様では、セットアウトツールは、ユーザが装着可能な拡張現実眼鏡を
備えるヘッドセットを備え、建設現場におけるセットアウトツールの位置に関する情報を
表示するための少なくとも１つのディスプレイを含み得る。例えば、拡張現実眼鏡は、建
設現場の特定の場所で実施される１つ以上の建設タスクに関する情報を表示するように動
作可能であり得る。いくつかの実施形態では、拡張現実眼鏡は、ヘッドセットの位置、ま
たは位置追跡システムの一部を形成する１つ以上のセンサを搭載するヘッドセットに取り
付けられた周辺機器の位置を、外因性現実世界座標で表示するように動作可能であり得る
。

いくつかの実施形態では、拡張現実眼鏡は、外因性現実世界座標で定義される建物情報
モデル（ＢＩＭ）の仮想画像を表示するように動作可能であり得る。本発明によれば、仮
想画像は、建物モデルの現実世界現場座標を内因性座標系に変換するための変換を使用す
ることにより、建設現場に対して正しく位置特定され、方向付けられ、現場におけるユー
ザの位置について正しいコンテキストでユーザに表示される３Ｄ画像であり得る。

ヘッドセットは、例えば、位置追跡システムの一部を形成する複数のセンサを搭載する
ように適合された、当技術分野で知られている種類の建設ヘルメットなどの安全帽を備え
得る。好適には、拡張現実眼鏡を安全帽に組み込んで、眼鏡とセンサを搭載する安全帽と
の間の制御可能距離を保証し得る。しかし、いくつかの実施形態では、拡張現実眼鏡を安
全帽とは別個のものとし得る。

インサイドアウト位置追跡システムは、建設現場で間隔を空けた場所にセットアップで
きる１つ以上の基地局であって、各基地局は、例えば建設現場にわたって掃引される光ビ
ームなどの空間変調電磁放射を放出するよう動作可能である、基地局と、電磁放射に反応
するセットアウトツール上の複数のセンサとを備え得る。いくつかの実施形態では、基地
局は、最大約１０ｍ、好ましくは最大約５ｍの間隔でセットアップされ得る。上記のよう
に、変調電磁放射はセンサと基地局との間の角距離を示し得、それにより、セットアウト
ツールのセンサを使用して内因性座標系におけるセットアウトツールの位置および／また
は向きを決定し得る。

好適には、位置追跡システムは、セットアウトツールを外因性現実世界座標系の既知の
場所の制御点に配置し、内因性座標系の制御点におけるセットアウトツールの対応する位
置を決定することにより、外因性現実世界座標系に較正され得る。好適には、セットアウ
トツールは、２つ以上のセンサ、典型的には少なくとも３つのセンサを有し得る。センサ
の１つは、制御点に正確に配置され得る。１つのセンサに対する他のセンサの位置は既知
であり得、外因性現実世界座標内の他のセンサの位置を算出できる。２つ、３つ、または
それ以上のすべてのセンサの位置は、インサイドアウト追跡システムを使用して内因性座
標で決定され得る。

あるいは、またはさらに、位置追跡システムは、現実世界座標系で既知の場所を有する
追跡ボリューム内の２つ、３つ、またはそれ以上の制御点にツールを連続して配置し、各
制御点での内因性座標系でのツールの位置を決定することにより、外因性現実世界座標系
に較正され得る。

あるいは、またはさらに、位置追跡システムは、現実世界座標系の既知の場所を有する
追跡ボリューム内の２つ、３つ、またはそれ以上の制御点に配置されたセンサ（例えば光
学センサ）を使用し、内因性座標系でのセンサの位置を決定して、外因性現実世界座標系
に較正され得る。いくつかの実施形態では、追跡システムは、少なくとも２つまたは３つ
の制御点でセンサに関して定期的に再較正され得る。

外因性座標系における制御点の場所は、建設現場をセットアウトするための当業者に知
られている方法でトータルステーションを使用して決定され得る。したがって、建設現場
での制御点の位置は、例えば陸地測量部またはＷＧＳ８４などの測地座標系で位置が正確
に知られている２つ以上の点からの三角測量によって決定され得る。

本発明の別の態様では、少なくとも１つの携帯式セットアウトツールと、追跡システム
により使用される内因性座標系の追跡ボリューム内のセットアウトツールの位置を特定す
るインサイドアウト位置追跡システムと、２つの座標系間で変換するための変換に基づい
て追跡システムによって決定された内因性座標系のセットアウトツールの座標を外因性現
実世界座標系の対応する座標に変換する座標変換エンジンを備える電子制御システムとを
備える建設現場をセットアウトするための機器が提供される。

好適には、変換は、現実世界座標系における既知の場所の１つ以上の制御点の位置を、
インサイドアウト位置追跡システムを使用して決定される内因性座標系の対応する位置に
関連付けることから導出される。

セットアウトツールは、例えば、外因性現実世界座標系におけるセットアウトツールの
位置をユーザに示すためのディスプレイなどのユーザインタフェースを備え得る。したが
って、上記のように、携帯式セットアウトツールを使用して、建設図面に従って建設現場
をセットアウトするための建設現場上の特定の基準点の位置を特定し得る。例えば、セッ
トアウトツールは、フラットパネルまたは「計算機タイプ」ディスプレイを備え得る。

位置追跡システムは、セットアウトツールに取り付けられた少なくとも１つのセンサと
、例えば基地局との角距離を示す変調電磁放射などの信号を放出するように動作可能な少
なくとも１つの基地局とを備え得る。好適には、少なくとも１つのセンサおよび少なくと
も１つの基地局は、上記のとおりであり得る。

いくつかの実施形態では、携帯式セットアウトツールは、先端を有するプローブを備え
得る。セットアウトツールは、建設現場の場所にセンサを正確に配置するために、プロー
ブの先端に配置されるセンサを備え得る。携帯式セットアウトツールの位置は、プローブ
の先端にあるセンサの位置として算出され得る。

いくつかの実施形態では、位置追跡システムは複数の基地局を備え得る。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの基地局は、電磁放射の少なくとも１つのビ
ームを放出し、追跡ボリュームにわたってビームを掃引するように動作可能である。好適
には、基地局は、制御された速度または一定の速度で、追跡ボリュームにわたってビーム
を掃引するように動作可能であり得る。

追跡システムは、少なくとも１つのセンサから受信したセンサデータ、例えば、センサ
がビームに反応するときを表すタイミングデータ、またはビーム内で符号化された角距離
データに基づいて、内因性座標系におけるセットアウトツールの位置を決定する追跡エン
ジンを備え得る。好適には、追跡エンジンは、携帯式セットアウトツール内に収容され得
、それにより、内因性座標系における追跡ボリューム内の携帯式セットアウトツールの位
置の算出は、携帯式セットアウトツール内で完全に実行される。

しかし、いくつかの実施形態では、追跡エンジンは、例えば、セットアウトツールとは
別個のコンピュータなどの制御デバイスに実装され得る。この構成は、機器が複数の携帯
式セットアウトツールを備えている場合に特に便利であり得る。制御デバイスおよび１つ
以上のセットアウトツールには、そのまたは各セットアウトツールと制御デバイスとの間
でデータを通信するためのそれぞれのデータ送信機が提供され得る。例えば、セットアウ
トツール上の少なくとも１つのセンサからのセンサデータは、内因性座標系における追跡
ボリューム内のセンサの位置の算出のためにリモート制御デバイスに送信され得、内因性
座標系でのセンサの位置を表す追跡データは、変換エンジンを使用して外因性現実世界座
標系に変換するためにセットアウトツールに送信され得る。

さらなる変形例では、座標変換エンジンはまた、別個の制御デバイス内で実装され得、
外因性座標系における１つ以上のセットアウトツールの位置を表す追跡データをセットア
ウトツールに送信して、１人以上のユーザに表示し得る。

複数のセットアウトツールが提供される場合、それぞれが特定のセットアウトツールを
識別する一意の識別子を表すデータを別個の制御デバイスに送信し得る。制御デバイスは
、複数のセットアウトツールの一意の識別子を使用して、正しい追跡データが各セットア
ウトツールに送信されることを保証するように動作可能であり得る。

１つ以上のセットアウトツールは、ケーブルまたは無線によりデータ転送のために制御
デバイスに接続され得る。

いくつかの実施形態では、電子制御システムは、インサイドアウト位置追跡システムを
使用して現実世界座標系における既知の場所の１つ以上の制御点の内因性座標系における
位置を特定することにより、内因性座標系を外因性現実世界座標系に関連付けるための変
換を生成する較正エンジンをさらに備え得る。

電子制御システムは、携帯式セットアウトツール内に便宜的に収容され得る。しかし、
いくつかの実施形態では、電子制御システムは、上記の種類の別個の制御デバイスに配置
され得る。現実世界座標における携帯式セットアウトツールの位置は、制御デバイスで算
出され、ユーザに表示するためにセットアウトツールに送信され得る。同様に、変換は、
別個の制御デバイスの較正エンジンと、変換エンジンに通信されて内因性座標系の座標を
外因性系の対応する座標に変換する変換を表すデータとを使用して生成され得る。

いくつかの実施形態では、本発明の実施形態による機器はさらに、外因性現実世界座標
系の既知の座標の建設現場における場所に配置でき、インサイドアウト位置追跡システム
を使用して追跡されて内因性座標系におけるその座標を決定できる少なくとも１つのセン
サを備える少なくとも１つの較正ツールを含み得る。較正エンジンは、変換を導出するた
めに、内因性および外因性座標系でセンサの対応する座標の位置を関連付けるために使用
され得る。

好適には、機器は、それぞれが少なくとも１つのセンサを有する複数のそのような較正
ツールを含み得る。

別の実施形態では、機器は、複数のセンサを有する少なくとも１つの較正ツールを含み
得る。

いくつかの実施形態では、位置追跡システムの定期的な再較正のために、既知の場所の
制御点に固定されるように較正ツールを構成し得る。この目的のために、較正ツールは、
上記のようなセンサと、制御点で較正ツールをオブジェクトにしっかりと固定するための
取り付け部とを備え得る。

いくつかの実施形態では、セットアウトツールはヘッドセットを備え得る。ヘッドセッ
トは、建設現場でのセットアウトツールの位置に関連する情報を表示するための拡張現実
ディスプレイを組み込み得る。

本発明のさらなる態様によれば、複数のセンサがそれに取り付けられたヘッドウェア物
品と、ユーザが見たときに建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像を表示する１つ以上のデ
ィスプレイを組み込んだ拡張現実眼鏡と、電子制御システムとを備える、建設現場をセッ
トアウトする際に使用するヘッドセットが提供される。好適には、本発明のヘッドセット
はさらに、ユーザの頭部の拡張現実眼鏡の位置、より具体的にはユーザの目に対する１つ
以上のディスプレイの位置を検出するための手段をさらに含む。

電子制御システムは、外因性現実世界座標系で定義された建物情報モデルを表すモデル
データを受信および処理し、外因性座標系と内因性座標系との間の変換を使用して内因性
座標系でモデルを配置および方向付けするためのモデル位置決めエンジンを備え得る。

電子制御システムは、内因性座標系での建設現場のヘッドウェア物品の位置および向き
を表すヘッドセット追跡データを受信し、ヘッドウェア物品の位置および向きに対してモ
デルの仮想画像をレンダリングし、モデルの仮想画像としてユーザが見ることができる１
つ以上のディスプレイに画像を送信する画像レンダリングエンジンを備え得る。

画像レンダリングエンジンはまた、ユーザの目に対する１つ以上のディスプレイの位置
を表すディスプレイ位置データを受信し得る。したがって、いくつかの実施形態では、画
像レンダリングエンジンは、内因性座標系における建設現場のヘッドウェア物品の位置お
よび向きを表すヘッドセット追跡データ、ユーザの目に対する１つ以上のディスプレイの
位置を表すディスプレイ位置データを受信し、建設現場でのヘッドウェア物品の位置およ
び向きと、ユーザの目に対する拡張現実眼鏡の位置とに対するモデルの仮想画像をレンダ
リングし、モデルの仮想画像としてユーザが見ることができる１つ以上のディスプレイに
画像を送信するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、ヘッドセット追跡データは、建設現場の１つ以上の基地局に
よって放出される変調電磁放射に対するヘッドウェア物品上の複数のセンサの反応を表す
センサデータから導出され得、電磁放射の変調は、１つ以上の尊重される基地局までの角
距離を示している。

いくつかの実施形態では、変換は、外因性座標系における既知の場所の１つ以上の制御
点の座標を、内因性座標系の対応する座標に関連付けることによって導出され得、内因性
座標系における１つ以上の制御点の座標は、変調電磁放射に対する１つ以上の制御点に配
置された１つ以上のセンサの反応を表すセンサデータから導出される。

したがって、ヘッドウェア物品上のセンサは、センサの位置を追跡するために１つ以上
の基地局から建設現場にわたって掃引される非可視光、好ましくは赤外線の１つ以上のビ
ームに反応し得る。有利には、上記のように、そのまたは各基地局は、相互横断する、好
ましくは直交する平面で非可視光の２つのビームを放出し得る。そのまたは各ビームは、
平面の扇形を有し得る。

センサは、好適な光－デジタル変換器によってデジタル信号に変換することができる検
出可能信号を生成することにより、電磁放射に反応する光－電子センサであり得る。いく
つかの実施形態では、デジタル信号は、追跡データを導出するためのタイミングデータを
符号化し得る。タイミングデータは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ
）によってタイムスタンプが付され、集計され得る。あるいは、デジタル信号は、ビーム
内に含まれるデータをビームのその源への瞬間的な角距離を表すキャリア信号として復調
することによって得られた角距離データを符号化し得る。

好適には、ヘッドウェア物品は、ヘッドセット上の互いに既知の位置に少なくとも５つ
のセンサを有する。いくつかの実施形態では、ヘッドウェア物品は、内因性座標系でヘッ
ドセットの位置および向きを正確に決定するために、５つ超のセンサ、好ましくは１０個
超のセンサ、より好ましくは２０個超のセンサを備え得る。いくつかの実施形態では、ヘ
ッドウェア物品は最大３２個のセンサを備え得る。

いくつかの実施形態では、ディスプレイ位置データは、ヘッドウェア物品の１つ以上の
ディスプレイ位置センサによって生成され得る。好適なディスプレイ位置センサは、当業
者に知られており、例えば、ＵＳ２０１３／０２３５１６９Ａ１またはＵＳ９７５４４１
５Ｂ２に開示されている種類の位置センサを含み、これらの内容は参照により本明細書に
組み込まれる。

例えば、いくつかの実施形態では、ディスプレイ位置データは、ユーザの目の動きを追
跡するための少なくとも１つの視線追跡デバイスによって生成され得る。視線追跡デバイ
スは、ユーザの目の位置を追跡するように構成され得る。好適には、ディスプレイ位置デ
ータは、ディスプレイに対するユーザの目の少なくとも１つの瞳孔の位置を表すデータを
備え得、より具体的には、ディスプレイ位置データは、ディスプレイに対するユーザの目
の瞳孔の少なくとも１つの中心の位置を表すデータを備え得る。いくつかの実施形態では
、視線追跡デバイスは、ヘッドセットに取り付けられてユーザの目に赤外線を放出するよ
う構成された少なくとも１つの赤外線カメラと、反射赤外放射を検出する少なくとも１つ
の赤外線検出器とを含み得る。

あるいは、ディスプレイ位置センサは、例えば、ユーザの頭部、皮膚および／または髪
の表面詳細を画像化して肌および／または髪に対するディスプレイの動きを決定する内向
きＣＭＯＳ検出器を備え得る。このような動きは、ディスプレイとユーザの頭部との間の
相対的な動きに対応し得る。いくつかの実施形態では、ＣＭＯＳ検出器は、ＬＥＤ光源と
、放射光線および反射光線を導くための単一レンズまたはマイクロレンズアレイのいずれ
かとを備え得る。ＣＭＯＳ検出器は、ディスプレイアセンブリ上の任意の好適な場所に配
置され得る。任意の好適な光学センサ技術および構成が、内向きの光学検出器に使用され
得る。例えば、任意の光学式マウスに見いだされるレーザまたはＬＥＤ、レンズ、および
ＣＭＯＳセンサは、ディスプレイとユーザの頭部との間の相対運動検出器として使用され
得る。

他の例では、ディスプレイ位置センサは、例えば、ユーザの頭部から離れて面してディ
スプレイアセンブリ上に配置されたカメラなどの外向きセンサを備え得る。カメラは、物
理的環境およびユーザの環境内の物理的オブジェクトから２次元画像情報および／または
深度情報をキャプチャし得る。例えば、カメラは、深度カメラ、可視光カメラ、赤外光カ
メラ、および／または位置追跡カメラを含み得る。

いくつかの実施形態では、ＢＩＭモデルの仮想画像は、拡張現実眼鏡の１つ以上のディ
スプレイでユーザに表示される合成３Ｄ画像を備え得る。好適には、眼鏡は、合成画像を
立体画像として表示するための２つのディスプレイを備え得る。本発明に従って生成され
る仮想画像は、１つ以上のディスプレイの光学的特性および／または物理的特性に従って
調整され得ることが、当業者によって理解されるであろう。したがって、当技術分野で知
られているように、仮想画像は、拡張現実ディスプレイの焦点距離および／または射出瞳
サイズに一致すべきである。

ＢＩＭモデルの仮想画像は、ヘッドセットが建設現場に対して移動したときに仮想画像
がスムーズに更新されるように、少なくとも３０Ｈｚ、好ましくは少なくとも６０Ｈｚの
フレームレートを有するべきである。１つの実施形態では、画像レンダリングエンジンの
フレームレートは約９０Ｈｚであり得る。

１つ以上の基地局からの不可視光のビームは、仮想画像の所望フレームレートよりも低
い周波数で建設現場にわたって移動し得る。例えば、いくつかの実施形態では、光ビーム
は、３０～６０Ｈｚの範囲の掃引周波数を有し得る。ヘッドセットの電子制御システムは
したがってさらに、少なくとも１つの慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を備え得る。好適なＩ
ＭＵユニットは、当業者に利用可能であり、例えば５００Ｈｚの報告周波数とともに、例
えば１０００Ｈｚのサンプリングレートを有し得る。

内因性座標系におけるヘッドウェア物品の位置および向きを表す追跡データは、ＩＭＵ
ユニットからの動きデータを、センサによって出力されたセンサデータから導出された位
置データと融合し得る。追跡モジュールはしたがって、センサデータをＩＭＵから受信し
た動きデータと融合して、センサデータのみを使用して仮想画像のスムーズなフレームレ
ートを提供可能であり得るよりも高い周波数で追跡データを生成し得る。好適には、内因
性座標系でのヘッドウェア物品の位置および向きを表す追跡データは、主にＩＭＵユニッ
トからの動きデータに基づいており、センサデータから導出される、より正確な位置およ
び向きの情報で定期的に更新される。

実行される建設タスクを表す仮想画像を現場の作業員に表示することにより、建設現場
をセットアウトするために本発明のヘッドセットを使用し得ることが、当業者には理解さ
れるであろう。仮想画像は、作業員に関連したコンテキストで、ＢＩＭモデルで定義され
るように建設現場におけるその正しい位置および向きに表示できる。位置追跡システムの
内因性座標系と建設現場について確立された外因性現実世界座標系との間の変換により、
ＢＩＭモデルは、追跡システムで使用される内因性座標系にて正しく配置および方向付け
でき、ヘッドウェア物品の位置および向きを追跡することにより、その適したコンテキス
トで作業員に表示できる。このように、例えばトータルステーションなどの従来の方法を
使用して制御点の位置を特定すると、建設現場で基準点またはマーカの位置をさらに特定
すること、または、基準点またはマーカに関連して建設現場で実行されるべきタスクの方
法について建設図面を解釈することの必要がなくなる。

代わりに、本発明によれば、従来の方法を使用して制御点の位置が特定されると、現場
で実行されるべきタスクを、正しい場所で正しい向きに作業員に直接、表示することがで
き、基準点もしくはマーカ間の補間または建設図面の解釈の必要性を回避することができ
る。

好適には、電子制御システムはさらに、内因性座標系における建設現場でのヘッドウェ
ア物品の位置および向きを算出するために、ヘッドウェア物品のセンサから受信したセン
サデータを処理する追跡エンジンを備え得る。

いくつかの実施形態では、電子制御システムはさらに、ヘッドウェア物品の１つ以上の
ディスプレイ位置センサから受信したディスプレイ位置データを処理してユーザの目に対
するヘッドウェア物品の１つ以上のディスプレイの位置を決定するディスプレイ位置追跡
エンジンを備え得る。

電子制御システムは、１つ以上のプロセッサと、１つ以上のメモリユニットと、変換を
使用して内因性座標系においてモデルを配置して方向付けするためにモデルデータを処理
することが１つ以上のプロセッサによって実行可能なモデル位置決めモジュール、ならび
に、追跡データ、モデルデータ、および任意選択的なディスプレイ位置データを処理して
、ヘッドウェア物品の位置および向きに対して、および任意選択的にユーザの頭部におけ
るディスプレイの位置に対してＢＩＭモデルの仮想画像をレンダリングすることが１つ以
上のプロセッサで実行可能な画像レンダリングモジュールを備えるソフトウェアを保存す
る少なくとも１つのデータ記憶デバイスとを備え得る。電子制御システムが、モデル位置
決めエンジンおよび／または画像レンダリングエンジンを実装するための１つ以上のマイ
クロコントローラ、または、ローカルデータバスによって通常の方法で相互接続される別
個のメモリおよびデータ記憶デバイスを伴う１つ以上のマイクロプロセッサを備え得るこ
とが理解されよう。

電子制御システムは、少なくとも１つのデータ通信デバイスをさらに備え得る。

ソフトウェアは、データ通信デバイスを介してリモートサーバからモデルデータを受信
することが１つ以上のプロセッサによって実行可能なモデルダウンロードモジュールを含
み得る。

いくつかの実施形態では、ソフトウェアは、変換を受信して少なくとも１つのデータ記
憶デバイスに保存することが１つ以上のマイクロプロセッサによって実行可能な変換受信
機モジュールをさらに備え得る。

いくつかの実施形態において、ソフトウェアはさらに、ヘッドセット上のセンサから受
信したセンサデータを処理して内因性座標系の建設現場におけるヘッドウェア物品の位置
および向きを算出することが１つ以上のプロセッサによって実行可能な追跡モジュールを
備え得る。

上記のように、本発明の実施形態によるヘッドウェア物品は、ヘルメットに取り付けら
れた、またはヘルメットとは別個の拡張現実眼鏡を伴う、例えば建設ヘルメットなどの安
全帽を備え得る。

本発明はまた、本明細書に記載の本発明に従って建設現場をセットアウトする方法を実
行するためのコンピュータ実行可能ソフトウェアを含む。

したがって、本発明のさらに別の態様では、建設現場をセットアウトするための機器を
制御するコンピュータソフトウェアが提供され、これは、内因性座標系における携帯式セ
ットアウトツールの位置および／または向きを決定する追跡モジュールと、内因性座標系
と外因性座標系との間の変換のための変換を使用して、内因性座標系のセットアウトツー
ルの座標を外因性現実世界座標系の対応する座標に変換するための座標変換モジュールと
を備える。

本発明のさらに別の態様によれば、したがって、座標変換モジュールは、追跡モジュー
ルによって算出されるように、内因性座標系におけるセットアウトツールの位置および／
または向きを表す追跡データに変換を適用して、外因性座標系におけるセットアウトツー
ルの位置および／または向きを決定することがプロセッサによって実行可能であり得る。

上記のように、変換は、現実世界座標系における既知の場所の１つ以上の制御点の位置
をインサイドアウト位置追跡システムを使用して決定された内因性座標系のそれらの対応
する位置に関連付けることから好適に導出される。

追跡モジュールは、建設現場の少なくとも１つの基地局から放出される信号（例えば変
調電磁放射）に反応するセットアウトツール上の１つ以上のセンサの出力を表すセンサデ
ータに基づいて、セットアウトツールの位置および／または向きを算出することがプロセ
ッサによって実行可能であり得る。

上記のように、１つ以上のセンサは、例えば、１つ以上の基地局からの入射光に反応す
るフォトダイオードなどの光－電子センサであり得る。

変調光は時間的に変化し得る。１つ以上のセンサは、タイムスタンプが付されて集約（
例えば、２つ以上のセンサがある場合）されるデジタルパルスに変換され得る電気信号を
生成して、センサから基地局までの角距離を示すタイミングデータを提供し得る。

いくつかの実施形態では、変調光は、データを符号化するために変調され得る。

いくつかの実施形態では、データは、光の絶対位相を表し得、センサと光が放出される
基地局との間の角距離を、光がセンサに入射する時間に基づいて算出することができる。

いくつかの実施形態では、データは、光が放出される基地局への方位を表し得る。光は
、追跡ボリュームにわたって掃引されるものであり得、データは、基地局に対するビーム
の方位が変化するにつれて動的に更新され得る。

追跡モジュールはしたがって、センサからのそのようなセンサデータに基づいてセット
アウトツールの位置および／または向きを算出することがプロセッサによって実行可能で
あり得る。いくつかの実施形態では、上記のように、追跡モジュールは、ＩＭＵユニット
の出力を表す動きデータに基づいて、セットアウトツールの位置および／または向きを算
出することが、プロセッサによって実行可能であり得、これは、１つ以上のセンサの出力
を表すデータから導出された、より正確な位置および／または向きの情報で周期的にスケ
ルチされる。

本発明のさらに別の態様によるソフトウェアはさらに、変調光に対する各制御点でのセ
ンサの反応を表すデータから外因性現実世界座標系における既知の場所の複数の制御点の
内因性座標系における位置を決定して、内因性座標系を外因性現実世界座標系に関連付け
るための変換を生成することがプロセッサによって実行可能な較正モジュールを備え得る
。

いくつかの実施形態において、ソフトウェアはさらに、外因性現実世界座標における追
跡モジュールによって決定されたセットアウトツールの位置を表示するようディスプレイ
を制御することがプロセッサによって実行可能なディスプレイモジュールを備え得る。い
くつかの実施形態では、ディスプレイはセットアウトツール上に提供され得る。いくつか
の実施形態では、ディスプレイは、例えば拡張現実ディスプレイを備えるヘッドセットで
提供され得る。

いくつかの実施形態では、ソフトウェアはさらに、外因性現実世界座標系で定義された
建物情報モデル（ＢＩＭ）を表すモデルデータを受信および保存することがプロセッサに
よって実行可能なデータ通信モジュールを備え得る。

いくつかの実施形態では、ソフトウェアはさらに、モデルデータによって表される建物
情報モデルの位置および向きを、変換を使用して外因性座標系から内因性座標系に変換す
ることがマイクロプロセッサによって実行可能なモデル位置決めモジュールを備え得る。

いくつかの実施形態では、ソフトウェアはさらに、変換されたモデルデータと追跡デー
タで表されるセットアウトツールの位置および向きとを使用して、セットアウトツールの
一部を形成する拡張現実ディスプレイに表示するための建物情報モデルの仮想画像をレン
ダリングすることがプロセッサによって実行可能な画像レンダリングモジュールを備え得
る。

いくつかの実施形態では、ソフトウェアはさらに、変換を受信してデータ記憶デバイス
に保存することがプロセッサによって実行可能な変換受信機モジュールを備え得る。

本発明のいくつかの実施形態では、コンピュータソフトウェアは、眼鏡が安全帽に対し
て正しく配置されることを保証するための位置合わせモジュールを備え得る。

本発明の別の態様では、プロセッサによって実行可能なマシンコードを備える建設現場
のセットアウトに使用するためのインサイドアウト位置追跡システムを較正する較正ソフ
トウェアが提供され、それは（ｉ）外因性現実世界座標系での建設現場における複数の制
御点の位置を表す制御点場所データを受信し、（ｉｉ）追跡システムで使用される内因性
座標系における制御点の位置を表す制御点追跡データを受信し、（ｉｉｉ）内因性座標系
および外因性座標系における制御点の位置を関連付けて座標系間の変換を導出する。

好適には、較正ソフトウェアは、基地局までの角距離を示す、建設現場の少なくとも１
つの基地局によって放出された変調電磁放射に対する各制御点でのセンサの反応を表すセ
ンサデータを受信および処理して内因性座標系での制御点の位置を算出することがプロセ
ッサによって実行可能なマシンコードを備え得る。

有利には、マシンコードは、ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）を定期的に繰り返して変換を
リフレッシュするように実行可能であり得る。

以下は、本発明の実施形態の添付図面を参照した単なる例としての説明である。

図面において、

建設現場の概略図であり、そこでは、インサイドアウト位置追跡システムが、本発明に従って携帯式セットアウトツールの位置を追跡するようにセットアップされる。既知の場所の複数の制御点は、セットアウトツールを現実世界座標系に較正するために建設現場にて位置特定されている。 本発明によるセットアウトツールに組み込まれている光－電子センサの概略図である。 本発明によるマルチセンサ較正ツールで使用するための複数の光－電子センサの概略図である。 追跡ボリューム内の既知の場所の複数の制御点を使用して、本発明による外因性現実世界座標系にセットアウトツールを較正する方法を概略的に示す。 既知の場所の単一制御点とマルチセンサ較正ツールとを使用して、本発明による外因性現実世界座標系にセットアウトツールを較正する代替方法を概略的に示す。 追跡システムによって定義される追跡ボリューム内の既知の場所の複数の制御点を使用して、内因性座標系を伴う位置追跡システムを外因性現実世界座標系に較正する方法を概略的に示す。 本発明による位置追跡システムの較正に使用するためのマルチセンサ較正ツールを概略的に示す。 典型的な建物情報モデル（ＢＩＭモデル）の概略図である。 本発明による携帯式セットアウトツールの概略図である。 図８の携帯式セットアウトツールの電子部品を概略的に示す。 較正モードにおける図８および図９の携帯式セットアウトツールの動作を表すフローチャートである。 セットアウトモードにおける図８および図９の携帯式セットアウトツールの動作を表すフローチャートである。 本発明による拡張現実ディスプレイを組み込んだ安全帽の上方から片側への斜視概略図である。 追跡モジュールと拡張現実ディスプレイモジュールとを含む図１２の安全帽の電子部品を示す。 図１２および図１３の安全帽の追跡モジュールの動作を表すフローチャートである。 図１２および図１３の安全帽の拡張現実ディスプレイモジュールの動作を表すフローチャートである。 図１の建設現場に対して正しく配置されて方向付けられている図７のＢＩＭモデルを概略的に表す。 図１２および図１３の拡張現実眼鏡を伴う安全帽を使用して、本発明による建設現場をセットアウトする方法を概略的に示す。 ディスプレイがユーザの目に対して中央にあるときのディスプレイ上の仮想画像のユーザのビューを示す。仮想画像は、ディスプレイを介して現実世界のユーザのビューに対して正しく配置される。 ディスプレイが中央位置からずれた状態の、図１８と同じ仮想画像のユーザのビューを示す。仮想画像は、ディスプレイを介して現実世界のユーザのビューに対して誤って位置特定される。 中央位置からのディスプレイのずれを補正するために、ディスプレイ上で図１８の仮想画像の位置がどのように調整されるべきかを概略的に示し、それにより、ディスプレイを介して現実世界のユーザのビューに対して画像が正しく位置特定されたままになる。 画像を表すデータ、ヘッドセット追跡データ、視線追跡データ、座標変換データ、およびディスプレイの特性に基づいて仮想画像がレンダリングされる、本発明による拡張現実ヘッドセットについての電子制御システムの動作を示すフローチャートである。

位置追跡システム

建設現場１が図１に概略的に示されている。３つの制御点１０ａ、１０ｂおよび１０ｃ
は、測量の当業者によく知られた方法でトータルステーションを使用して制御現場１にて
正確に位置特定される。特に、制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、建設現場のまたは建設
現場に隣接する地理的三角測量点、ベンチマークまたは他の既知の地理的特徴などの絶対
的な既知の場所の２つ以上の点からの三角測量によって、建設現場１に配置される。点１
０ａ、１０ｂ、１０ｃの場所は、例えば、ＷＧＳ８４または陸地測量部基準などの任意の
好適な現実世界座標系で表現され得る。

図１には３つの制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃが示されているが、他の実施形態では、
３つ超の制御点が確立され得る。

レーザベースのインサイドアウト位置追跡システム１００が、建設現場１にてセットア
ップされる。本実施形態では、追跡システム１００は、複数の離間した基地局１０２を備
え、それらの各々は、赤外光のパルス１０３の全方向同期を放出するように選択的に動作
可能であり、相互に直交する軸上で建設現場１にわたって２つの線形不可視光光学扇形ビ
ーム１０４、１０５を掃引するように構成された２つのロータを備える。本実施形態では
、基地局１０２は、最大約５～１０ｍの距離だけ互いに離れている。他の実施形態では、
採用されるインサイドアウト位置追跡システムの能力に応じて、基地局１０２は１０ｍ超
、離れて配置され得る。

図１に示すように、本実施形態では４つの基地局１０２が採用されるが、他の実施形態
では４つ未満の基地局１０２、例えば１つ、２つもしくは３つの基地局１０２、または４
つ超の基地局を使用し得る。使用される基地局１０２の総数は、建設現場１によってカバ
ーされるエリアに依存する。より多くの基地局１０２が使用される場合、より広いエリア
をカバーすることができる。

特に建設現場１が狭いエリアのみをカバーするいくつかの実施形態では、後述するよう
に単一の基地局１０２で十分であり得るが、少なくとも２つの基地局１０２があることが
好ましい。

上記のように、好適なインサイドアウト位置追跡システムは、ＷＯ２０１６／０７７４
０１Ａ１（Ｖａｌｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって開示されるが、建設現場をセ
ットアウトするために必要なレベルの精度を提供するならば、他の位置追跡システムを使
用し得る。

例えば、いくつかの実施形態では、代替のインサイドアウト位置追跡システムを採用し
得（図示せず）、これは２つ以上の基地局を備え、その各々は、相互横断軸上で建設現場
１にわたって２つの線形不可視光光学扇形ビームを掃引するように動作可能である。各基
地局によって生成される２つのビームは、上記のように別個のロータに取り付けられたレ
ーザ、または単一のロータに取り付けられた２つのレーザによって生成され得、それらは
、相互横断方向に掃引する２つのビームを作成するための好適な光学機械的構成を伴う。
ビームは相互に異なる周波数を有し得、搬送波として機能して基地局への方位（例えば、
方位角または傾斜のそれぞれ）を表すデータを符号化し得る。そのような構成では、全方
向同期パルスは不要である。

特に、追跡システムは、各方向で３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ未満の精度で追跡オブ
ジェクトの位置を特定可能であるべきである。これは、ＧＰＳベースの位置追跡システム
とは対照的であり、ＧＰＳベースの位置追跡システムでは、わずか約１～５ｃｍの範囲の
精度しか実現できない。このような精度は屋外の建設作業には十分であり得るが、より詳
細な屋内または内装作業には適していない。

本発明によれば、したがって、インサイドアウト位置追跡システムは、少なくとも±１
ｍｍ、好ましくは±１ｍｍよりも高い精度を有するべきである。

執筆時点で、ＷＯ２０１６／０７７４０１Ａ１の開示に従った好適な追跡システムは、
「Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ」という商品名でＶａｌｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販
されている。

「Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ」追跡システムでは、各基地局１０２内の２つのロータのそれ
ぞれが、レーザ光のビームを放出する複数の赤外線レーザダイオードを搭載している。動
作中、ロータは６０Ｈｚの周波数で互いに１８０°だけ位相がずれて回転する。他の実施
形態では、１つ以上のビームは、３０～９０Ｈｚまたは４５～７５Ｈｚの周波数で掃引さ
れ得る。各レーザビームは、基地局１０２内のミラーによって反射され、建設現場１にわ
たって掃引するそれぞれの扇形ビーム１０４、１０５を生成する。基地局１０２によって
放出されるレーザビーム１０４、１０５は、図４、図５Ａおよび図５Ｂに最もよく示され
るように建設現場１にて追跡ボリューム１１０を定義する。

全方向同期パルスは、各掃引サイクルの開始時に１２０Ｈｚの周波数で各基地局１０２
内の複数のＬＥＤによって放出され、追跡ボリューム１１０を光で漲らせる。このため、
同期パルスの生成には、例えばＬＥＤなどの広角光源が好ましい。

正確な一定角速度で建設現場１にわたってレーザビーム１０４、１０５を掃引し、レー
ザビーム１０４、１０５を正確なタイミングの同期パルス１０３に同期させることにより
、各基地局１０２は、以下でより詳細に説明するように、追跡ボリューム１１０内の１つ
以上の追跡オブジェクトの位置および／または向きを特定するために、追跡ボリューム１
１０内の光－電子センサによって検出できる２つの相互に直交する空間変調光ビーム１０
４、１０５を時間変化的に生成する。

位置追跡システム１００が２つ以上の基地局１０２を備える場合、基地局１０２は、有
線接続を介して、または無線で互いに同期して、それぞれの基地局１０２によって生成さ
れる全方向同期パルス１０３が異なる時間に放出されることを保証し、基地局１０２によ
って放出されたレーザビーム１０４、１０５が追跡ボリューム１１０にわたって互いに位
相がずれるように掃引されることを保証し得、それにより、各基地局１０２からの各パル
スおよび各レーザビーム１０４、１０５は、各センサによって個別に検出され得る。

ＷＯ２０１６／０７７４０１Ａ１に記載されているように、複数の基地局１０２からの
同期パルス１０３および／または掃引レーザビーム１０４、１０５を互いに区別して、異
なる基地局１０２からの信号および追跡ボリューム１１０内の任意の他の干渉光源からの
信号の曖昧性を除去しやすくし得る。例えば、各基地局１０２からの同期パルス１０３お
よび／または掃引ビーム１０４、１０５は、他の基地局（複数可）１０２とは異なる光波
長または振幅変調周波数を有し得、または、それらは基地局識別データを符号化し得る。

追跡ボリューム１１０内のオブジェクトの位置および／または向きは、オブジェクトに
取り付けられた１つ以上のセンサ２０２を使用して決定することができる。オブジェクト
が１つのセンサ２０２のみを有する場合、追跡ボリューム１１０内のオブジェクトの位置
を定義するために２つ以上の基地局１０２が必要とされる。一方、オブジェクトに複数の
センサ２０２が提供されてオブジェクト上のセンサ２０２の相対位置が既知である場合、
単一の基地局１０２で十分であり得る。

本実施形態では、各センサ２０２は、図２に示すように、シリコンフォトダイオード２
０４と、増幅器／検出器回路２０５とを備えるが、全方向同期パルス１０３の特性および
追跡ボリューム１１０を掃引する空間変調光ビーム１０４、１０５の特性に応じて、当業
者に知られている他の好適なセンサ２０２を採用し得る。

各フォトダイオード２０４は、基地局１０２からの光がフォトダイオード２０４に入射
するときにデジタルパルスを出力する光－デジタル変換器２０５に接続される。光－デジ
タル変換器２０５は、増幅器、離散エンベロープ検出器、および比較的少量のヒステリシ
スを伴う高速コンパレータを備え、これは、同期パルス１０３が入射するたび、または基
地局１０２からの光ビーム１０４、１０５がセンサ２０２を掃引して通過するたびにデジ
タルパルスを送達する。デジタルパルスは、センサ２０２がパルス１０３またはビーム１
０４、１０５によって照射される時間にわたり、それにより、基地局１０２に対するセン
サ２０２の向きに関係なく、エッジ位置がパルスまたはビームの通過を正確に表すように
回路が設計される。

光－デジタル変換器２０５によって生成されたデジタルパルスには、フィールドプログ
ラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２０７およびマイクロコントローラ２０８を使用して
タイムスタンプが付され、以下に説明するように、追跡ボリューム１１０内のセンサ２０
２の位置を算出するためのタイミングデータが生成される。

追跡オブジェクトが複数のセンサ２０２を有する場合、図３に示すように、単一のＦＰ
ＧＡ２０７によって、センサ２０２のすべてから受信したデジタルパルスが受信され、タ
イムスタンプが付され、集約される。

上記のように、各ビーム１０４、１０５内で方位データが符号化される実施形態では、
光－デジタル変換器２０５はさらに、ビームから復調された方位データを出力するための
データ出力を備え得る。

本実施形態で使用されるインサイドアウト位置追跡システムはしたがって、複数の基地
局１０２と、基地局１０２によって放出される掃引レーザビーム１０４、１０５によって
定義される追跡ボリューム１１０内の追跡対象オブジェクト上の少なくとも１つのセンサ
２０２とを備える。

ＦＰＧＡ２０７によって出力されるタイミングデータによって表されるように、基地局
１０２によって発行される全方向同期パルス１０３と、基地局１０２からのビーム１０４
、１０５のうちの１つがセンサ２０２を通過する時間との間の経過時間から、基地局１０
２とセンサ２０２との間の角距離を算出することが可能である。センサ２０２と２つ以上
の基地局１０２との間の角距離から、基地局１０２に対するセンサ２０２の位置を三角測
量することが可能である。各基地局１０２によって放出される掃引ビーム１０４、１０５
によって定義される直交平面内のセンサ２０２と２つ以上の基地局１０２との間の角距離
を算出することにより、３次元における基地局１０２に対するセンサ２０２の位置を決定
することが可能である。

このように、インサイドアウト位置追跡システム１００は、追跡ボリューム１１０内の
任意の追跡オブジェクトの位置を定義できる内因性座標系を定義することが理解されよう
。

上記のように、追跡オブジェクトが複数のセンサ２０２を有する実施形態では、オブジ
ェクト上の複数のセンサ２０２の相対位置が既知であれば、センサ２０２のそれぞれと１
つの基地局１０２との間の角距離を三角測量することにより、追跡ボリューム１１０内の
オブジェクトの位置決めは１つの基地局１０２のみを使用して達成できる。

現実世界座標への位置追跡システムの較正

本発明の重要な態様は、位置追跡システム１００によって定義される内因性座標系を外
因性現実世界（現場）座標に関連付けることを含む。上記のように、制御点１０ａ、１０
ｂ、１０ｃの位置は、現実世界座標系で既知である。追跡システム１００はしたがって、
図１に示すような単一のセンサ２０２を備える較正ツール２５０を手動で各制御点１０ａ
、１０ｂ、１０ｃに順に図４に示されるように移動させ、位置追跡システム１００によっ
て定義される内因性座標系における制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃの場所を決定すること
により、本発明の１つの実施形態に従って外因性座標系に較正され得る。制御点１０ａ、
１０ｂ、１０ｃの場所が内因性座標系と外因性現実世界座標系との両方で既知であると、
追跡システム１００の内因性座標系における座標を、外因性現実世界座標系における座標
に、またはその逆に変換するための数学的変換を導出することができる。

好適には、これらの較正ステップは、本発明による較正ソフトウェアがプログラムされ
たコンピュータ（図示せず）を使用して実行され得る。実行されると、較正ソフトウェア
はコンピュータを動作させて、外因性現実世界座標系における制御点１０ａ、１０ｂ、１
０ｃの位置を表す制御点位置データを受信し、各制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃに順に配
置されたときの較正ツール２５０上のセンサ２０２からのタイミングデータに基づいて位
置追跡システム１００によって定義された内因性座標系における制御点の位置を表す制御
点追跡データを受信し、内因性座標系および外因性座標系における制御点１０ａ、１０ｂ
、１０ｃの位置を関連付けて座標系間の変換を生成する。

較正ソフトウェアはしたがって、各制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃにて位置特定された
ときに建設現場１にて基地局１０２からの空間変調光ビーム１０４、１０５にセンサ２０
２が反応する時間を表すタイミングデータを受信および処理して、内因性座標系における
制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置を算出することが、コンピュータにより実行可能で
あるマシンコードを備え得る。

図５Ａは、本発明の異なる実施形態による、追跡システム１００を現実世界座標に較正
する代替方法を示す。

図５Ａでは、単一の制御点１０が建設現場１の既知の点に位置している。上記のように
、現実世界座標における制御点１０の場所は、トータルステーションを使用して、従来の
方法で建設現場１のまたは建設現場１に隣接する既知の場所の２つ以上の点から三角測量
を行って、現場技術者により決定され得る。

複数のセンサ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ…２０２ｎを備えたマルチセンサ較正ツー
ル３５０は、制御点１０に配置される。マルチセンサ較正の例は、図６に概略的に示され
る。分かるように、マルチセンサ較正ツール３５０は、ハンドル部分３７１を備える本体
３７０、ハンドル部分３７１に対して角度が付けられた中間部分３７２、および平坦な端
面３７５を備える取り付け部分３７４を備え、取り付け部分３７４には、較正ツール３５
０を制御点１０でオブジェクトに取り付けるために貫通する１つ以上の穴３８０が形成さ
れている。

図６に見られるように、センサ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ…２０２ｎは、ツール３
５０の中間部分３７２上の離間した位置に設けられる。センサ２０２ａ、２０２ｂ、２０
２ｃ…２０２ｎの相対位置は既知である。上記のように、追跡ボリューム１１０内のマル
チセンサ較正ツール３５０の位置および向きは、複数センサ２０２ａ、２０２ｂ、２０２
ｃ…２０２ｎによって生成されたタイミングデータから算出することができる。追跡ボリ
ューム１１０内の較正ツール３５０の位置および向き、較正ツール３５０上のセンサ２０
２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ…２０２ｎの既知の相対的配置、および外因性現実世界座標に
おける制御点１０の既知の場所から、外因性現実世界座標系と内因性座標系との間の変換
を算出できる。

建設現場１の現実世界座標系および位置追跡システム１００によって定義される内因性
座標系間の変換を生成するためのさらに別の較正方法を、図５Ｂに示す。

図５Ｂでは、上記の図１および図４に示されたのと同様に、建設現場１における既知の
場所の３つの制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃがある。外因性現実世界座標における制御点
１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置は、上記のように従来の測量技術を使用して既知である。

ただし、図４および図５Ａを参照して説明された実施形態とは異なり、図５Ｂでは、セ
ンサ２０２は、各制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃに恒久的に配置される。位置追跡システ
ム１００によって定義される内因性座標系の制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃでのセンサ２
０２の位置は、上記のように、各センサ２０２が各基地局１０２によって放出される同期
パルス１０３および直交掃引ビーム１０４、１０５に反応したときを表す各制御点でのセ
ンサ２０２によって生成されるタイミングデータを使用して各センサ２０２から各基地局
１０２までの角距離を算出し、その角距離から各基地局１０２までの各センサ２０２の位
置を三角測量することにより算出できる。制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃでのセンサ２０
２の位置が、内因性座標系と外因性現実世界座標系との両方で既知であると、２つの座標
系の間の好適な数学的変換を推定することができる。

図５Ｂに示された較正方法の利点は、センサ２０２を各制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
に恒久的に残すことができ、内因性座標系と外因性座標系との間の較正を定期的にリフレ
ッシュできることである。

セットアウトツール

建物情報モデル（ＢＩＭ）は従来、現実世界（現場）座標を使用してレイアウトされ、
これは上記のように典型的には地理座標系を使用して表現される。図７は、単に例として
、建設現場１で建設される建物５０についての３次元ＢＩＭモデルを示している。建物５
０は、外壁５１、５２、５３、５４、屋根５５、およびその１つが５８で示される内部パ
ーティション１を有する。壁５２のうちの１つは窓６１を含むように設計されている。

建設現場１をセットアウトする場合、建設現場１に関して、３ＤのＢＩＭモデルから２
次元で作成された建設図面を解釈することが必要であり、それにより、建設図面に示され
るさまざまなタスクが建設現場１の正しい場所で実行される。タスクは、適用される規制
および／または許可に準拠し、タスクが意図したとおりに実行されることを保証し、タス
クが他のタスクに関連して正しい場所で実行されることを保証するように、できる限り正
確に正しい場所で実行されるべきである。上記のように、正しい場所で建設タスクを実行
する際のエラーまたはミスは、建設図面に従うタスクの完了に遅れが生じ得、場合によっ
ては追加費用が発生し得る。

本発明によれば、建設現場１は、図８および図９に示される種類の携帯式セットアウト
ツール４００を使用してセットアウトすることができ、これは、ハウジング４０１に取り
付けられたプローブ４２１の先端に配置された単一の光－電子センサ４０２を備える。後
述のようにセンサ４０２の位置を表示するために、フラットパネルディスプレイ４２５が
ハウジング４２０の前壁４０３に設置される。センサ４０２は、単一のフォトダイオード
４０４と、上記の種類の光－デジタル変換器４０５とを備える。

図９に示すように、光－デジタル変換器４０５は、変換器４０６から受信したデジタル
パルスにタイムスタンプを付けるためのプロセッサ４０８により制御されるＦＰＧＡ４０
７に接続されている。ＦＰＧＡ４０７、プロセッサ４０８、およびディスプレイ４２５は
、ローカルバス４０９に接続され、ローカルバス４０９はまた、メモリデバイス４１０、
記憶デバイス４１１、および例えばＵＳＢポートなどのデータ入出力デバイス４１２に接
続される。セットアウトツール４００のさまざまな電子部品は、再充電可能なバッテリ４
１３により電力が供給され、バッテリ４１３は、必要に応じてバッテリ４１３を再充電す
るための電源に接続するための電源コネクタ４１４を有する。

記憶デバイス４１１は、セットアウトツール４００を動作させるためのマシン実行可能
コードを含む。ツール４００が動作するとき、マシン実行可能コードは、プロセッサ４０
８によって実行可能であり、較正モードおよび使用時のセットアウトモードを提供する。

較正モード

較正モードでは、セットアウトツール４００は、図４に関連して上述した較正ツール２
５０と同様の方法で動作する。すなわち、較正モードのセットアウトツールを、建設現場
１の現実世界座標における既知の場所の制御点１０ａ、１０ｂ、１０ｃに順次、移動させ
て、位置追跡システム１００によって定義された内因性座標系における制御点１０ａ、１
０ｂ、１０ｃの位置を特定し、２つの座標系の間の数学的変換を導出し得、それをそして
、以下に説明するそのセットアウトモードにおいてツール４００が使用するためにセット
アウトツール４００の記憶デバイス４１１に保存することができる。

図１０は、較正モードでマイクロコントローラ４０８によって実行される一連の動作を
示す。当業者は、これらの動作を実行するマシン実行可能コードを生成するためにコンパ
イルされ得るコンピュータプログラムを書くために使用され得る多数のコンピュータ言語
に精通しているであろう。

セットアウトツール４００のスイッチを入れた後、ステップ４５２でユーザは較正モー
ドまたはセットアウトモードを選択するよう促される。較正モードを開始すると、マシン
動作可能コードは次に、ステップ４５４で、図４に示すような建設現場における既知の場
所の第１の制御点１０ａについての現実世界地理座標系における座標を入力するようにユ
ーザを促す。ユーザはそして、第１の制御点１０ａに移動し、センサ４０２をセットアウ
トツール４００のプローブの先端におけるセンサ４０２を第１の制御点１０ａに正確に配
置し、ステップ４５６でセットアウトツール４００を動作させてセンサ４０２が正しく第
１の制御点１０ａに配置されていることを示す。

センサ４０２は、基地局１０２によって放出される全方向同期パルス１０３および掃引
直交ビーム１０４、１０５を検出し、光－デジタル変換器４０５は、ステップ４５８でツ
ール４００内のＦＰＧＡ４０７によってタイムスタンプが付された対応するデジタルパル
スを生成する。

ＦＰＧＡからのタイミングデータに基づいて、ステップ４６０で、マイクロコントロー
ラ４０８は、追跡システム１００によって定義される内因性座標系におけるセンサ４０２
の場所を決定する。内因性座標系における第１の制御点１０ａの場所は、ステップ４６２
で記憶デバイス４１１に記憶される。

ステップ４６４で、マイクロコントローラ４０８は、少なくとも３つの制御点の場所が
取得されたかどうかをチェックする。３つ未満の制御点の場所が得られている場合、内因
性座標系および外因性座標系の少なくとも３つの制御点の場所が記憶デバイス４１１に保
存されるまでステップ４５４～４６２が繰り返される。本実施形態では、少なくとも３つ
の制御点の場所が必要であるが、いくつかの代替実施形態では、２つの制御点だけで十分
であり得、その場合、内因性座標系および外因性座標系の少なくとも２つの制御点の場所
が記憶デバイス４１１に保存されるまでステップ４５４～４６２が繰り返される。

ステップ４６６において、内因性座標系における制御点の位置は、外因性現実世界座標
系における制御点の対応する位置に関連しており、２つの座標系間の数学的変換が導出さ
れ、これはそして、ステップ４６８で記憶デバイス４１１に記憶される。ツール４００は
そして、較正モードを終了する（ステップ４７０）。

セットアウトモード

ステップ５０１でセットアウトモードに入ると、図１１に示すように、マイクロコント
ローラ４０８はまず、上記のように、較正モードで算出された数学的変換を記憶デバイス
４１１からメモリ４１０にロードする（ステップ５０２）。

マイクロコントローラ４０８はそして、上記のように、ＦＰＧＡ４０７から受信したタ
イミングデータ（ステップ５０３）が継続的に処理されて、位置追跡システム１００によ
って定義される内因性座標系における追跡ボリューム１１０内のツール４００の位置を決
定する、連続「リスニング」モードで動作する（ステップ５０４）。

変換を使用して、内因性座標系における建設現場１の追跡ボリューム１１０内のツール
４００の位置、より正確にはツールのプローブの先端のフォトダイオード４０４の位置は
、外因性現実世界座標系に変換される（ステップ５０５）。

マシンコードは、マイクロコントローラ４０８を制御して、フラットパネルディスプレ
イ４２５上の現実世界座標系におけるツール４００の位置をリアルタイムで表示する（ス
テップ５０６）。

ユーザは、本発明の本実施形態によるセットアウトツール４００を使用して、基準点の
位置を特定すること、および／または、ツール４００から現実世界座標におけるその位置
が正確に知られている建設現場１の場所にマーカを建設図面に従って配置することによっ
て、建設現場１をセットアウトできることを理解されたい。このようにして、建設図面に
マークされる基準点は、現場技術者を建設現場１に呼び出して基準点の位置を特定させる
必要なく、または、トータルステーションを使用してマーカを配置させる必要なく、建設
現場１の現実世界にて位置特定されることができる。

拡張現実ディスプレイを伴う安全帽

別の実施形態では、本発明は、図１２に示すように、安全帽６００と拡張現実眼鏡７０
０とを備える建設現場用のセットアウトツールを提供する。

安全帽６００は、以下により詳細に説明するように、複数のセンサ６０２ａ、６０２ｂ
、６０２ｃ…６０２ｎおよび関連する電子回路を備えた本質的に従来型の構造の建設ヘル
メット６０１を備え、図１に関連して上述したように、建設現場１にセットアップされた
インサイドアウト位置追跡システム１００によって定義される追跡ボリューム１１０内の
安全帽６００の位置を追跡する。

本実施形態では、ヘルメット６０１は、３２個のセンサ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ
…６０２ｎを備え、ここでｎ＝３２であるが、センサの数は本発明に従って変え得ること
が理解されよう。好適には、ヘルメット６０１は、ヘルメット６０１の外面全体に分布す
る２０～３２個のセンサを有し得るが、安全帽６００の位置および向きを追跡するには少
なくとも５個のセンサが必要である。

図１３に最もよく示されているように、各センサ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ…６０
２ｎは、赤外光に敏感なフォトダイオード６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ…６０４ｎと、
図２、図３および図９に関して上述した種類の関連する光－デジタル変換器６０５ａ、６
０５ｂ、６０５ｃ…６０５ｎとを備える。好適には、フォトダイオード６０４ａ、６０４
ｂ、６０４ｃ…６０４ｎは、フォトダイオードへの損傷を避けるためにヘルメット６０１
の外面に形成された凹部内に配置される。

光－デジタル変換器６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ…６０５ｎから受信したデジタルパ
ルスは、ローカルデータバス６０９によりプロセッサ６０８に接続されたＦＰＧＡ６０７
によりタイムスタンプが付され、集約される。ローカルバス６０９はまた、メモリデバイ
ス６１０、記憶デバイス６１１、例えばＵＳＢポートなどのドックコネクタ６１５を有す
る入出力デバイス６１２、および、１つ以上の加速度計と１つ以上のジャイロスコープと
の組み合わせを備える仮想現実および拡張現実ヘッドセットに見られる種類の慣性測定ユ
ニット（ＩＭＵ）６１８に接続される。典型的なＩＭＵは、ピッチ、ロール、ヨーモード
ごとに１つの加速度計と１つのジャイロスコープとを備えている。

安全帽６００の電子部品は、充電式バッテリユニット６１３により電力供給される。バ
ッテリユニット６１３を再充電のために電源に接続するために、電源コネクタソケット６
１４が提供される。

好適には、安全帽６００の電子部品は、ヘルメット６０１に形成された保護された空洞
６２５内に収容される。

上述したように、安全帽６００は、ヘルメット６０１の内部に吊り下げバンドを有して
、安全帽６００の重量、ならびに頭の上部にわたる任意の衝撃の力を分散させ得る。図１
２に示すように、ヘルメット６０１は、突出つば６１９を備え、任意選択的に、イヤープ
ロテクタ、後部視界を広げるためのミラー、ヘッドランプまたはフラッシュライトの取り
付け部、ヘルメット６０１が脱落しないようにするあごひも、頭の側面を保温する断熱サ
イドパッド、ならびに／または、着色作業員識別用および／もしくは高視認性夜間再帰反
射用のつば６１９周りに伸ばされるバンドを取り付けられ得る。

有利なことに本実施形態では、ヘルメットは、建設現場１でのユーザの目を保護するだ
けでなく、ゴーグル６２０の内側に取り付けられた拡張現実眼鏡７００を保護するのに役
立つ安全ゴーグル６２０を備える。図１２に示されるように、ゴーグル６２０は、ゴーグ
ル６２０をある程度、保護するために、つば６１９のわずかに後ろに凹むようにヘルメッ
ト６０１に取り付けられている。拡張現実眼鏡７００自体が頑丈で建設用とされている実
施形態においては、安全ゴーグル６２０が省略され得ることが理解されるであろう。他の
実施形態では、ヘルメット６０１は安全バイザを備え得る。

拡張現実眼鏡７００は、図１２に示されるように、２つのテンプルアーム７２２の間に
取り付けられた成形されて透明な（光学的に透明な）プレート７２０を備える。本実施形
態では、拡張現実眼鏡７００は、センサ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ…６０２ｎに対し
て図１２に示すような「使用中」位置にしっかりと固定されて、上記のように安全ゴーグ
ル６２０の背後に配置されるように安全帽６００に取り付けられる。拡張現実眼鏡７００
は、いくつかの実施形態では、安全帽６００から取り外し可能であり得、または、例えば
安全帽６００とテンプルアーム７２２との間のヒンジによって、使用中位置から、ユーザ
の目の前からそれらを取り外す「非使用」位置（図示せず）に、選択的に移動可能であり
得る。

本実施形態では、透明プレート７２０は、ユーザの目の前に位置するように構成され、
ユーザの右目および左目のそれぞれの前に配置されるように構成された２つの目領域７２
３ａ、７２３ｂと、相互接続ブリッジ領域７２４とを備える。

目領域７２３ａ、７２３ｂのそれぞれに取り付けられる、または組み込まれるのは、以
下に説明するように、拡張現実メディアコンテンツをユーザに表示しつつ、自身の現実世
界環境を眼鏡７００を通してユーザが見ることを可能にするそれぞれの透明または半透明
のディスプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂである。拡張現実眼鏡７００はまた、各ディ
スプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂによって表示される画像を見るために、各ディスプ
レイデバイス７２５ａ、７２５ｂの後ろに配置されたレンズ（図示せず）も備える。いく
つかの実施形態では、レンズは、各ディスプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂにより表示
される画像が無限遠に位置するようにユーザに見えるようにコリメートレンズであり得る
。いくつかの実施形態では、レンズは、各ディスプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂによ
って表示される画像が、無限遠よりも近い拡張現実眼鏡７００の前の焦点距離に見えるよ
うに、ディスプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂによって放出される光線を発散させるよ
うに構成され得る。本実施形態では、レンズは、ディスプレイデバイス７２５ａ、７２５
ｂによって表示される画像がユーザの前方８ｍの焦点距離に位置するように見えるように
、ディスプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂとともに構成および配置される。

各目領域７２３ａ、７２３ｂ内で、透明プレート７２０は、安全帽６００が装着されて
いるときのユーザの目の位置を追跡するためのそれぞれの視線追跡デバイス７２８ａ、７
２８ｂを担持する。特に、視線追跡デバイス７２８ａ、７２８ｂのそれぞれは、使用中の
ユーザの目に対する拡張現実眼鏡７００の動きを検出する目的で、ユーザのそれぞれの目
の瞳孔の中心の位置を検出し、ユーザの頭部に対する拡張現実眼鏡７００の位置に関する
ディスプレイ位置データを生成および出力するように構成される。当業者は、ＵＳ９７５
４４１５Ｂ２に開示されている種類の光学センサ、およびＵＳ２０１３／０２３５１６９
Ａ１に開示されている種類の位置取得ユニットを含む、使用中のユーザの頭部に対する拡
張現実眼鏡７００の位置を追跡するための多数の他の解決策を知っているであろう。ユー
ザの頭部に対する拡張現実眼鏡７００の動きを監視することは重要であり、それは、特に
ユーザが身体活動を行っている場合、使用中のユーザの頭部に対して安全帽６００が移動
し得るからである。安全帽６００は、振動、衝動、またはユーザによる他の種類の動きの
結果として、ユーザの頭部の上で滑り得る。本実施形態では、２つの視線追跡デバイス７
２８ａ、７２８ｂが設けられ、それぞれがユーザの眼のそれぞれに関連付けられるが、他
の実施形態では、１つの眼に関連付けられる単一の視線追跡デバイスを採用し得る。

図１３を参照すると、透明ディスプレイデバイス７２５ａ、７２５ｂおよび視線追跡デ
バイス７２８ａ、７２８ｂは、プロセッサ７０８、メモリユニット７１０、記憶デバイス
７１１、ドックコネクタ７１５を伴う入出力デバイス７１２、およびＷｉＦｉマイクロコ
ントローラ７１６と相互接続するためにローカルデータバス７０９に接続される。電子部
品の電力は、バッテリユニット７１３を再充電用の電源に接続するための電源コネクタソ
ケット７１４に接続された再充電可能なバッテリユニット７１３によって提供される。他
の実施形態では、安全帽６００と眼鏡７００との両方に単一の電源コネクタソケットを提
供し得、いくつかの実施形態では、位置追跡回路および拡張現実ディスプレイ回路に電力
を供給するために単一の充電式バッテリユニットを提供し得る。

安全帽６００上のドックコネクタ６１５は、眼鏡７００のドックコネクタ７１５に接続
され、安全帽６００から眼鏡７００に追跡データを提供する。

安全帽６００の記憶デバイス６１１は、安全帽６００の動作を制御するためにプロセッ
サ６０８によって処理できるコンピュータ実行可能マシンコードを含む。上記の携帯式セ
ットアウトツール４００と同様に、当業者は、安全帽６００を図１４のフローチャートに
従って動作させるマシンコードを生成するためにコンパイル可能なソフトウェアを書くた
めに採用され得る多数のコンピュータプログラミング言語に精通しているであろう。

図１４のステップ６５０で安全帽６００の電源を入れると、プロセッサ６０８は、記憶
デバイス６１１にアクセスして、プロセッサ６０８による実行のためにマシンコードをメ
モリユニット６１０にロードする。ＦＰＧＡ６０７によって出力される集約されたタイム
スタンプ付きデジタルパルスは、ステップ６５１でマシンコードに従ってプロセッサ６０
８によって受信および処理され、図１～図１１に関して説明したように、全方向赤外線同
期パルス１０３を放出し、建設現場１にわたって赤外光１０４、１０５の直交ビームを掃
引する建設現場１の１つ以上の基地局１０２に関して、安全帽６００の初期位置および向
きを決定する。

ヘルメット６０１の表面上のフォトダイオード６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ…６０４
ｎは、同期パルス１０３および掃引ビーム１０４、１０５に反応し、光－デジタル変換器
６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ…６０５ｎによって生成されたデジタルパルスは、タイム
スタンプが付され、ＦＰＧＡ６０７によって集約される。基地局１０２のうちの１つによ
って放出された同期パルス１０３と、フォトダイオード６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ…
６０４ｎのうちの１つに入射する１つの基地局からの掃引ビーム１０４、１０５の時間と
の間の経過時間を使用して、１つの基地局１０２への１つのフォトダイオードの角距離を
決定することができる。基地局１０２からの掃引ビーム１０４、１０５によって作成され
た追跡ボリューム１１０内の１つのフォトダイオード６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ…６
０４ｎの位置は、上記のように、複数の基地局１０２までの１つのフォトダイオードの角
距離を三角測量することにより、追跡システムにより定義された内因性座標系で算出する
ことができる。安全帽６００の向きは、基地局１０２に対するすべてのフォトダイオード
６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ…６０４ｎの位置から算出することができる。

参照符号６５２によって図１４に示すように、安全帽６００の初期位置および向きを表
す追跡データは、ドッキングコネクタ６１５にて入出力デバイス６１２を介して安全帽６
００から出力され、以下で説明するように拡張現実眼鏡７００に送信される。

安全帽６００のその後の位置追跡は、主にＩＭＵデバイス６１８を使用して実行され、
ＩＭＵデバイス６１８は、サンプリングレートが１０００Ｈｚで、報告レートは５００Ｈ
ｚである。滑らかな拡張現実表示を達成するのに安全帽６００の位置追跡が十分に迅速で
あれば、本発明の他の実施形態では異なるサンプリングおよび報告レートを使用し得るこ
とを当業者は理解するであろう。

したがって、ステップ６５３で、建設現場１上の安全帽６００の位置および向きは、Ｉ
ＭＵデバイス６１８から受信したＩＭＵデータを処理することによって追跡され、更新さ
れた追跡データは、上記の参照符号６５４によって示されるように出力される。

当技術分野では、エラーの二重積分によるＩＭＵのドリフトが知られている。ドリフト
は毎秒メートルのオーダーである。本実施例の安全帽６００では、ＦＰＧＡ６０７によっ
て出力されるタイミングデータから導出される、より正確な位置および向きの情報を使用
して、ＩＭＵデバイス６１８によって生成される追跡データのエラーが周期的にスケルチ
される。

上記のように、本実施形態の各基地局１０２からのビーム１０４、１０５は、６０Ｈｚ
の周波数で建設現場１にわたって掃引される。ステップ６５５において、プロセッサ６０
８は、更新されたタイミングデータについてＦＧＰＡ６０７をポーリングする。更新され
たタイミングデータは毎秒６０回、利用可能であり、上記で説明したように、基地局１０
２に対する安全帽６００の位置および向きを決定するためにステップ６５６で処理される
ことが理解されよう。参照符号６５７によって示されるように、補正された追跡データは
、安全帽から眼鏡７００に出力される。このように、ＩＭＵデバイス６１８によって生成
される追跡データは、ＦＧＰＡ６０７によって出力されるタイミングデータから導出され
る追跡データと融合される。

眼鏡７００の記憶デバイス７１１は、眼鏡７００の動作を制御するためにプロセッサ７
０８によって処理することができるコンピュータ実行可能マシンコードを含む。上記のよ
うに、当業者は、眼鏡７００を図１５のフローチャートに従って動作させるマシンコード
を生成するようコンパイルできるソフトウェアを書くために採用され得る多くのコンピュ
ータプログラミング言語に精通しているであろう。

さらに、記憶デバイス７１１は、追跡システム１００の内因性座標系で定義される基地
局１０２によって定義される追跡ボリューム１１０内の安全帽６００の位置および向きを
、外因性現実世界座標系に変換するための数学的変換を保存する。変換は、図４、図５Ａ
または図５Ｂおよび／または図６もしくは図１０に関連して上述した方法および／または
装置のいずれかを使用して、本発明に従って取得し得る。変換は、Ｉ／Ｏデバイス７１２
を介して、またはＷｉＦｉマイクロコントローラ７１６を介して無線で眼鏡７００に入力
され、記憶デバイス７１１に保存され得る。

記憶デバイス７１１はまた、例えば、図７を参照して上述したＢＩＭモデルなどの建物
情報モデルを表すモデルデータも保存する。上記のように、ＢＩＭモデルは外因性現実世
界座標で定義される。変換と同様に、ＢＩＭモデルデータは、Ｉ／Ｏデバイス７１２を介
して、またはＷｉＦｉマイクロコントローラ７１６を介して無線で眼鏡７００に入力され
得る。好適には、ＢＩＭモデルデータは、インターネットを介してリモートサーバからダ
ウンロードされ得る。

記憶デバイス７１１はまた、ディスプレイ７２５ａ、７２５ｂによって表示される画像
がユーザの前に配置される焦点距離を含む、拡張現実眼鏡７００のさまざまな物理的およ
び／または光学的特性を表すディスプレイデータも保存する。

図１５のステップ７５０で眼鏡７００の電源を入れると、プロセッサ７０８は、記憶デ
バイス７１１にアクセスして、プロセッサ７０８による処理のためにマシンコードをメモ
リデバイス７１０にロードする。ステップ７５１および７５２のそれぞれにおいて、プロ
セッサ７０８はマシンコードを実行して、変換、ＢＩＭモデルデータおよび記憶デバイス
７１１からのディスプレイデータを取得し、それらをメモリユニット７１０にロードする
。

マシンコードは、外因性座標系で定義されるＢＩＭモデルの座標を、記憶デバイス７１
１から取得された数学的変換を使用して追跡システム１００が利用する内因性座標系に変
換することが、プロセッサ７０８によって実行可能なモデル位置決めモジュールを含む。
ステップ７５３ではしたがって、モデルデータは、変換を使用して処理され、ＢＩＭモデ
ルを正しく配置および方向付けし、図１６に概略的に示すように、内因性座標系にてスケ
ーリングする。

マシンコードはさらに、安全帽および眼鏡のゴーグル６２０および透明プレート７２０
を通して見た建設現場１の直接図に重ねられた、コンテキスト内の透明ディスプレイデバ
イス７２５ａ、７２５ｂに表示するための建物情報モデルの立体仮想３Ｄ画像をレンダリ
ングすることが、プロセッサ７０８によって実行可能な画像レンダリングモジュールを含
む。ＢＩＭモデルの仮想３Ｄ画像は、変換されたモデルデータ、ディスプレイデータ、安
全帽６００から受信した追跡データ６５２、６５４、６５７、および視線追跡デバイス７
２８ａ、７２８ｂから受信したディスプレイ位置データに基づいてレンダリングされ、建
設現場１上の安全帽６００の位置に対して、およびユーザの頭部に対する安全帽６００、
特にユーザの目に対する拡張現実眼鏡７００の位置に対して正しいコンテキストでモデル
の画像を表示する。

ＢＩＭモデルの仮想３Ｄ画像は、当業者に知られているように、ラスタ化、光線追跡ま
たは経路追跡を使用してレンダリングされ得、少なくとも３０Ｈｚ、好ましくは６０Ｈｚ
のフレームレートでステップ７５５で透明ディスプレイ７２５ａ、７２５ｂに出力される
。本実施例では、ＢＩＭモデルの合成画像は、９０Ｈｚのフレームレートでリフレッシュ
される。９０Ｈｚのフレームレートでは、上記のように５００Ｈｚの報告レートを有する
ＩＭＵ６１８からの出力に基づく追跡データを使用する必要があるが、これはヘルメット
６０１上のセンサ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ…６０２ｎからのタイミングデータを使
用して６０Ｈｚの周波数で修正されることが理解されるであろう。ビーム１０４、１０５
のより速いスキャンレートが使用される実施形態では、ＩＭＵ６１８を省いて、センサか
ら受信したタイミングデータのみに基づいて追跡データを作成することが可能であり得る
。

図１７に示されるように、ＢＩＭモデルの選択された部分のみがユーザ２ａ、２ｂに表
示され得る。例として、図１７に示されるユーザ２ａには、建設現場１で建設される建物
情報モデルによって表される建物５０の内部パーティション５８が示されている。有利に
は、本発明の方法および装置を使用して、パーティション５８の仮想３Ｄ画像は、建設現
場１において正しい位置および向きで正しいスケールでユーザに示されている。同様に、
図１７におけるユーザ２ｂには、建設現場１で建設される壁５２および窓６１が示されて
いる。

このように、本発明の安全帽６００および拡張現実眼鏡７００は、トータルステーショ
ンを使用して位置特定された基準点を物理的に墨出しすることなく建設現場１をセットア
ウトすることを可能にする。代わりに、建設現場１は、コンテキストにおいて建設現場１
で実行されるタスクを正しい場所および向きでユーザに表示することによりセットアウト
されることができる。本実施形態において、実行されるべきタスクは、図７に示される建
物５０の建設であり、個々のサブタスクは、窓６１を伴う壁５２を建設し、内部パーティ
ション５８を建設することを含む。しかし、他の実施形態では、グラフィカルに示すこと
ができる実行されるべき任意のタスクは、拡張現実眼鏡７００において仮想形式で表示さ
れ得る。例えば、眼鏡７００において仮想形式で表示され得る他のタスクには、溝を掘る
べき場所、敷設または切断されるべきパイプ、オブジェクトを作成するための、たとえば
ケーブルまたはパイプへのアクセスを提供するための１つ以上の穴などが含まれる。

本発明の方法は、単一のユーザに限定されないことが理解されよう。いくつかの実施形
態では、例えば建設現場１などの建設現場の複数の作業員メンバに、上記のような安全帽
６００および拡張現実眼鏡７００を装備させ得る。各ユーザの眼鏡７００は、同じ数学的
変換を使用して較正され、各ユーザには、それぞれの安全帽６００におけるセンサ６０２
ａ、６０２ｂ、６０２ｃ．．．６０２ｎを伴う追跡システム１００を使用して決定された
建設現場１上のそれぞれの位置に基づいて、建物情報モデルの一部の個々の仮想画像が表
示される。

図５Ｂを参照して上述したように、変換が継続的に更新される実施形態では、変換は、
例えば眼鏡７００の各セット内のＷｉＦｉマイクロコントローラを使用して、すべてのユ
ーザに同時にブロードキャストされることができる。

上記のように、安全帽６００の位置は、建設現場１にセットアップされた基地局１０２
に対するセンサ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ…６０２ｎの位置から導出される。ＢＩＭ
モデルの仮想画像が眼鏡７００の透明ディスプレイ７２５ａ、７２５ｂに表示されるので
、安全帽に対するディスプレイ７２５ａ、７２５ｂの変位を考慮するためにいくらかの修
正を行わなければならない。これは、眼鏡７００が上記のように安全帽６００にしっかり
と固定される場合には容易である。しかし、いくつかの実施形態では、眼鏡７００のマシ
ンコードは、眼鏡７００が安全帽６００に対して正しく配置されることを保証するための
位置合わせモジュールを含み得る。この目的のために、その内容が参照により本明細書に
組み込まれるＵＳ２０１７／００９０２０３Ａ１に開示された位置合わせ方法が、使用さ
れ得る。他の好適な位置合わせ方法も、当業者には明らかであろう。

同様に、透明プレート７２０またはディスプレイ７２５ａ、７２５ｂによって作成され
た任意の視覚的人工物を考慮するために調整が必要になり得る。例えば、透明プレート７
２０が、目領域７２３ａ、７２３ｂが近づく、または、透明プレート７２０を通して見た
ときの建設現場１の直接画像を補正するためのレンズを含むような形状である場合、ディ
スプレイ７２５ａ、７２５ｂでＢＩＭモデルの合成画像をレンダリングする際にディスプ
レイデータに基づいて何らかの補正がこれについて必要になり得る。

上記のように、本発明によれば、（図１９および図２０の参照符号１９１０で示される
）仮想カメラ、したがってディスプレイ７２５ａ、７２５ｂでユーザに表示される仮想画
像の位置が、ユーザの頭部の安全帽６００の任意の動きを考慮して好適に調整されること
を保証にするために、ユーザの頭部に対する拡張現実眼鏡７００の位置を追跡することが
重要である。これは、図１８～図２０に概略的に示されている。

図１８は、例としてディスプレイ７２５ａのうちの１つに表示される仮想画像１８０１
を示す。純粋に例示目的のために、仮想画像１８０１は、木１８０２と人１８０３とを含
む。図１８では、ディスプレイ７２５ａは、仮想画像１８０１が拡張現実眼鏡７００によ
ってオーバーレイされる現実世界に対するその正しい場所にそれが現れるように、ユーザ
の目に対して正しく中央に配置される。本発明のコンテキストにおいて、ＢＩＭモデルが
、特定の建設タスクが実行される場所をユーザに正確に示すために、建設現場１に対して
その正しい位置および向きで表示されることが重要であることが理解されよう。

使用中、安全帽６００は、ユーザの頭部に対して移動しやすいことが理解されよう。こ
れは、例えば建設タスクなどの身体活動を実行する際のユーザの身体運動の結果であり得
る。例えば、ユーザは、自身が実行しているさまざまな建設タスクによって、自身の体を
介して伝達される衝動または振動にさらされ得、その結果、ユーザの頭部に対する安全帽
６００の滑りが生じ得る。図１９に示すように、以下で説明する仮想画像の対応する調整
なしでのユーザの目１９０５に対するディスプレイ７２５ａの移動があると、仮想カメラ
１９１０がユーザの目１９０５ともはや整列しないような仮想カメラ１９１０の変位がも
たらされ、その結果、仮想画像１８０１は、ユーザがディスプレイ７２５ａを通して見る
ことができる現実世界に対して不正確な位置に表示されるであろう。図１９において、参
照符号１８０１は、ユーザの頭部に対する安全帽６００の動きにより、ユーザに対して誤
って表示される仮想画像の位置を示し、参照符号１９０１は、現実世界に対する仮想画像
の正しい位置を示す。

使用中のユーザの頭部に対する安全帽６００の動きを補償するために、視線追跡デバイ
ス７２８ａ、７２８ｂを使用して、ユーザの頭部に対する安全帽６００の位置が監視され
る。視線追跡デバイス７２８ａ、７２８ｂは、ユーザの頭部に対する安全帽６００の位置
、より具体的にはユーザの目１９０５に対する拡張現実眼鏡７００の位置を示す上記のデ
ィスプレイ位置データを生成する。このディスプレイ位置データは、ディスプレイデータ
および追跡データ６５２、６５４、６５７を用いてプロセッサ７０８によって処理され、
実効的に仮想カメラ１９１０をユーザの目１９０５に位置合わせしたままとすることによ
り図２０に示すように建設現場に対してその正しい位置にＢＩＭモデルの仮想画像をレン
ダリングする。

このプロセスは、図２１に概略的に示され、図２１は、内因性座標系での安全帽６００
からのヘッドセット追跡データ２１０４、視線追跡デバイス７２８ａ、７２８ｂによって
生成されたディスプレイ位置データ２１０６、および拡張現実眼鏡７００の物理的／光学
的特性を表すディスプレイデータ２１１０を融合し、拡張現実眼鏡７００による表示のた
めに、座標変換エンジン２１０８によって内因性座標系で定義されるＢＩＭモデルの仮想
画像を生成する、本発明による電子制御システム２１０２による処理を示す。このように
、本発明の本実施形態は、建設現場１に対するＢＩＭモデルの仮想画像を約３ｍｍまたは
それより良好な精度で表示すると同時に、拡張現実ディスプレイシステムに対して内因性
の仮想カメラをユーザの目との適切な位置合わせ状態に維持し、現実世界と仮想画像との
間の視差を回避することを目的とする。

本発明のヘッドセットは、例えばｍｍの精度で、実行される建設タスクを表してＢＩＭ
モデルの仮想画像を建設現場の作業員に表示しようとすることを当業者は理解するであろ
う。仮想画像を、ＢＩＭモデルで定義された建設現場で、作業員に対するコンテキストで
その正しい位置および向きに表示できる。位置追跡システムの内因性追跡座標系と外因性
現実世界座標系との間の座標変換により、ＢＩＭモデルを適切なコンテキストで作業員に
表示できる。実施形態に従ってユーザの頭部に対する拡張現実ディスプレイの位置を検出
するために視線追跡または他の方法を使用することにより、現場作業員が行う肉体労働な
どの身体活動によるディスプレイの小さな動きまたは向きの変化が考慮され得、仮想モデ
ルはＢＩＭモデルで定義されたその正しい場所にとどまり得る。

Claims (20)

1. 建設現場の外因性現場座標系に位置付けられ、方向付けられた建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像をユーザに表示するためのヘッドセットであって、
   ユーザが着用し、その外面に分布された複数の位置追跡センサを有するように構成された安全帽であって、前記位置追跡センサは、赤外線を検出するフォトダイオードを含み、前記位置追跡センサは、前記安全帽の位置および向きを決定できるようにする建設現場での位置追跡システムの１つ以上の基地局によって放出された１つ以上の赤外線信号に対する前記複数のセンサの反応を表すセンサデータを出力するように構成された、安全帽と、
   前記安全帽に取り付けられた一組の安全ゴーグルと、
   前記位置追跡センサに対して固定された前記ユーザの視野内の使用中位置を有するディスプレイアセンブリを含む拡張現実ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイアセンブリは、前記一組の安全ゴーグルの内側に取り付けられており、少なくとも１つのディスプレイを含み、前記ユーザに前記仮想画像を表示することができつつ、前記ユーザは前記ディスプレイアセンブリを通して自身の周囲を見ることができ、前記拡張現実ディスプレイシステムは、前記建物情報モデルの前記仮想画像を表す画像データを受信し、前記ディスプレイに前記仮想画像を表示するように構成される、拡張現実ディスプレイシステムと、
   電子制御システムと
   を備え、
   前記電子制御システムは、前記位置追跡システムによって定義された内因性座標系内の前記建設現場での前記安全帽の前記場所および向きを前記センサデータから決定し、それを表すヘッドセット追跡データを出力するように構成されたヘッドセット追跡システムと、変換に基づいて前記内因性座標系と前記外因性座標系との間で変換するように構成された座標変換エンジンとを含み、前記変換は前記外因性座標系の既知の場所の１つ以上の制御点の座標を、前記内因性座標系のそれらの対応する座標に関連付けることによって導出され、前記内因性座標系における前記１つ以上の制御点の前記座標は、前記位置追跡システムを使用して少なくとも１つのセンサから受信したセンサデータから導出され、
   前記電子制御システムは、前記ヘッドセット追跡データ、および前記外因性座標系で定義された前記建物情報モデルを表すモデルデータを受信し、前記座標変換エンジンを使用して前記モデルデータを処理して前記内因性座標系で定義された導出モデルデータを生成し、前記建設現場での前記安全帽の前記位置および向きに対する前記建物情報モデルの仮想画像をレンダリングするために前記ヘッドセット追跡データを使用し、前記仮想画像を表す前記画像データを生成し、前記ユーザが前記ディスプレイで見るために前記拡張現実ディスプレイシステムに前記画像データを送信するように構成される、
   ヘッドセット。
2. 前記ヘッドセットは、前記ユーザの頭部に対する前記ディスプレイの前記位置を検出し、それを表すディスプレイ位置データを出力するディスプレイ位置センサを更に備え、前記電子制御システムは、前記ディスプレイ位置データを受信し、前記建設現場での前記安全帽の前記位置および向きに対する前記建物情報モデルの前記仮想画像をレンダリングするために前記ヘッドセット追跡データと共に前記ディスプレイ位置データを使用するように構成され、前記ディスプレイ位置センサは、少なくとも１つの視線追跡デバイスを備える、請求項１に記載のヘッドセット。
3. 前記位置追跡システムは、掃引ビーム光学追跡システムを備える、請求項１又は２に記載のヘッドセット。
4. 前記位置追跡システムは、前記建設現場で静止している少なくとも１つの電磁放射源を備え、前記１つ以上のセンサの少なくとも１つは、前記少なくとも１つのセンサから前記静止源までの角距離を示す前記電磁放射の特性を検出または測定するように構成される、請求項１～３のいずれかに記載のヘッドセット。
5. 前記ヘッドセット追跡システムは、さらに、前記建設現場で基準点の位置を特定するために、前記ヘッドセットの前記位置を追跡するように構成される、請求項１～４のいずれかに記載のヘッドセット。
6. 前記ヘッドセット追跡データは、センサの組み合わせから受信したセンサデータに基づいており、前記複数の位置追跡センサに加えて少なくとも１つの慣性測定ユニットを含み、前記安全帽の前記位置および向きは、前記少なくとも１つの慣性測定ユニットからの動きデータと前記複数の位置追跡センサから得られる位置データとを融合させることによって導出される、請求項１～５のいずれかに記載のヘッドセット。
7. 前記少なくとも１つの慣性測定ユニットは、第１更新頻度を有し、前記複数の位置追跡センサは、第２更新頻度を有し、前記第１更新頻度は、前記第２更新頻度よりも高い、請求項６に記載のヘッドセット。
8. ヘッドセット内で建設現場の外因性現場座標系を参照して配置および方向付けされた建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像を表示する方法であって、前記ヘッドセットは、ユーザが着用し、その外面に分布された複数の位置追跡センサを有するように構成された安全帽であって、前記位置追跡センサは赤外線を検出するフォトダイオードを含む安全帽と、前記安全帽に取り付けられた一組の安全ゴーグルと、前記位置追跡センサに対して固定された前記ユーザの視野内の使用中位置を有するディスプレイアセンブリを含む拡張現実ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイアセンブリは、前記一組の安全ゴーグルの内側に取り付けられており、少なくとも１つのディスプレイを含み、前記ユーザに前記仮想画像を表示することができつつ、前記ユーザは前記ディスプレイアセンブリを通して自身の周囲を見ることができる、拡張現実ディスプレイシステムと、電子制御システムとを備え、前記方法は、
   前記ヘッドセット追跡システムで、前記建設現場にて位置追跡システムの１つ以上の基地局によって放出された１つ以上の赤外線信号に対する前記複数の位置追跡センサの反応を表すセンサデータに基づいて、前記位置追跡システムによって定義された内因性座標系で、前記建設現場での前記安全帽の前記場所および向きを決定することと、
   座標変換エンジンで、前記外因性座標系の既知の場所の１つ以上の制御点の座標を前記内因性座標系のそれらの対応する座標に関連付けることにより導出される変換に基づいて、前記内因性座標系と前記外因性座標系との間で変換することであって、前記内因性座標系における前記１つ以上の制御点の前記座標が、前記位置追跡システムを使用して、少なくとも１つのセンサから受信したセンサデータに基づいて決定される、変換することと、
   前記電子制御システムで、前記ヘッドセット追跡システムからヘッドセット追跡データを受信し、前記外因性座標系で定義された前記建物情報モデルを表すモデルデータを受信し、前記座標変換エンジンを使用して前記モデルデータを処理して前記内因性座標系で定義された導出モデルデータを生成し、前記ヘッドセット追跡データを使用して前記安全帽の前記位置および向きに対する前記建物情報モデルの仮想画像をレンダリングし、前記仮想画像を表す画像データを生成し、前記画像データを前記拡張現実表示システムに送信して、前記ユーザが前記建物情報モデルの仮想画像として見ることができるようにすることと
   を備える方法。
9. 前記ヘッドセットは、前記ユーザの頭部に対する前記ディスプレイの前記位置を検出する少なくとも１つのディスプレイ位置センサを備え、前記方法は、前記電子制御システムにおいて、前記ディスプレイ位置センサからディスプレイ位置データを受信することと、前記ヘッドセットユーザの目に対する前記安全帽の前記位置及び方向に対する前記建物情報モデルの仮想画像をレンダリングするために前記ヘッドセット追跡データ及び前記ディスプレイ位置データを使用することと
   を備える請求項８に記載の方法。
10. 前記ディスプレイ位置センサは、視線追跡デバイスを備える、請求項９に記載の方法。
11. 前記位置追跡システムは、掃引ビーム光学追跡システムを備える、請求項８～１０のいずれかに記載の方法。
12. リモートサーバから前記ヘッドセットにおける前記電子制御システムに前記ＢＩＭデータをダウンロードすることをさらに備える、請求項８～１１のいずれかに記載の方法。
13. リモートサーバから前記変換をダウンロードし、それを前記ヘッドセットに保存することをさらに備える、請求項８～１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記位置追跡システムは、前記建設現場で静止している少なくとも１つの電磁放射源を備え、前記１つ以上のセンサの少なくとも１つは、前記少なくとも１つのセンサから前記静止源までの角距離を示す前記電磁放射の特性を検出または測定するように構成される、請求項８～１３のいずれかに記載の方法。
15. コンピュータ化されたデバイスによって実行されると、前記コンピュータ化されたデバイスに請求項８～１４のいずれかに記載の方法を実行させる、命令のセットを備える、コンピュータプログラム。
16. 建設タスクの検証又は建設現場のセットアウトに使用するヘッドセットであって、安全帽の外面に分布された複数の位置追跡センサを有する安全帽であって、前記位置追跡センサは、赤外線を検出するフォトダイオードを含み、前記位置追跡センサは、前記安全帽の位置および向きを決定できるようにする建設現場での位置追跡システムの１つ以上の基地局によって放出された１つ以上の赤外線信号に対する前記複数のセンサの反応を表すセンサデータを出力するように構成された安全帽、前記安全帽に取り付けられた一組の安全ゴーグル、ユーザが見るときに建物情報モデル（ＢＩＭ）の仮想画像を表示するための１つ以上のディスプレイを含み、かつ、前記一組の安全ゴーグルの内側に取り付けられたディスプレイアセンブリを組み込んだ拡張現実眼鏡、および電子制御システムを有し、前記電子制御システムは、
    前記内因性座標系における前記建設での前記安全帽の前記位置及び向きを算出するために、前記安全帽の前記複数の位置追跡センサから受信したセンサデータを処理する追跡エンジンと、
    外因性現実世界座標系で定義された前記建物情報モデルを表すモデルデータを受信および処理して、前記外因性座標系と前記位置追跡システムによって定義された内因性座標系との間の変換を使用して前記内因性座標系で前記モデルを配置および方向付けするモデル位置決めエンジンと、
    前記内因性座標系で前記建設現場の前記安全帽の前記位置および向きを表す追跡データを受信し、前記安全帽の前記位置および向きに対する前記モデルの仮想画像をレンダリングし、前記モデルの仮想画像としてユーザが見ることができる前記１つ以上のディスプレイに前記画像を送信する画像レンダリングエンジンと
    を備え、
    前記追跡データは、前記位置追跡システムにより放出される１つ以上の信号に対する前記センサの前記反応を表すセンサデータから導出され、
    前記変換は、前記外因性座標系の既知の場所の１つ以上の制御点の前記座標を、前記内因性座標系のそれらの対応する座標に関連付けることによって導出され、前記内因性座標系の前記１つ以上の制御点の前記座標は、前記１つ以上の赤外線信号に対する前記１つ以上の制御点に配置された１つ以上のセンサの前記反応を表すセンサデータから導出される、
    ヘッドセット。
17. 前記建設現場において前記位置追跡システムにより放出される前記１つ以上の信号は、１つ以上の基地局により放出される電磁放射からなり、前記１つ以上のセンサの少なくとも１つは、少なくとも１つ以上の基地局からの角距離を示す電磁放射の特性を検出又は測定するように構成されている、請求項１６に記載のヘッドセット。
18. 前記電子制御システムは、１つ以上のプロセッサと、１つ以上のメモリユニットと、前記変換を使用して前記内因性座標系に前記モデルを配置して方向付けするために前記モデルデータを処理することが前記１つ以上のプロセッサによって実行可能なモデル位置決めモジュール、前記安全帽の前記位置および向きに対して前記ＢＩＭモデルの前記仮想画像をレンダリングするための前記追跡データおよびモデルデータを処理することが前記１つ以上のプロセッサで実行可能な画像レンダリングモジュール、並びに、前記安全帽上の前記複数の位置追跡センサから受信した前記センサデータを処理して前記内因性座標系における前記建設現場での前記安全帽の前記位置および向きを算出することが前記１つ以上のプロセッサにより実行可能な追跡モジュールを備えるソフトウェアを保存する少なくとも１つのデータ記憶デバイスと、を備える
    請求項１６又は１７に記載のヘッドセット。
19. 請求項１～７もしくは請求項１６～１８のいずれかに記載のヘッドセットを使用することを備える、建設方法。
20. 請求項８～１４のいずれかに記載の方法を備える、建設方法。