JP2671619B2 - 映像生成処理装置 - Google Patents

映像生成処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドマウンテッド・
ディスプレイに、それを装着した人の視線の移動に応じ
て、所要の映像を表示して、いわゆる仮想環境或いは人
工現実感を生成するシステムにおける、該映像の生成処
理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】仮想環境或いは人工現実感を生成するシ
ステムにおいて、視覚に関しては、図２に例示するよう
に、映像生成処理装置１がコンピュータグラフィックス
技術によって所要の立体画像を生成して、利用者の頭部
２に装着するヘッドマウンテッド・ディスプレイ３にそ
の映像を表示し、又適当に検出する視線の移動に応じ
て、刻々その映像を更新する。
【０００３】立体画像は、例えば両眼の視差に応じた左
右の映像を別個に生成することによって行なわれ、ヘッ
ドマウンテッド・ディスプレイ３は、それぞれの映像が
各一方の眼にのみ見えるような構造にされている。
【０００４】視線の移動の検出には、同じく頭部２に装
着する適当なセンサ４と例えば磁気信号等を発生する信
号源５とを使用して、信号源５を基準としたセンサ４の
位置情報や向き等を計測できるようにし、それによって
頭部の位置と動きを検出し、その動きから視線の方向を
決定する方法が採られる。
【０００５】視線に追随する映像の更新は、例えばある
適当な周期でセンサ４からの計測値を受け取って視線の
方向を決定することにより、その視線の方向が視野の中
心になるような新映像を決定して、表示画像を新映像に
なるように更新することによって行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記のような、視線に
追随する映像の更新において、、ある１つの視野全体を
カバーする立体画像を生成する処理は比較的長時間を要
し、例えば１画面に少なくとも100 ミリ秒程度を要す
る。
【０００７】一方、動画像を人間が自然な動きに感じる
ようにするためには、毎秒30フレーム程度の速さで画面
を変化させなければならないといわれているが、視線の
移動に応じて更新する場合に、更新処理時間より短い周
期で画面を更新することはできないので、前記の画像更
新処理時間では上記要件を満足できず、円滑な画面の遷
移ができないという問題がある。
【０００８】本発明は、視線の移動に応ずる画像の更新
における処理量を減少して、更新間隔を短縮できるよう
にした映像生成処理装置を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の構成を
示すブロック図である。図は映像生成処理装置の構成で
あって、センサ部10と、画像処理部11と、表示部12とを
有し、センサ部10が、人体の視線を検出して、視線の方
向を表す所定の視線ベクトルを発生し、画像処理部11
が、所与の画像データに基づき、該視線ベクトルによっ
て定まる画像を生成して、該画像を表示部12の表示画面
13に表示する装置である。
【００１０】画像処理部11に、視線移動識別部14と、優
先度割当部15と、部分更新部16とを設け、視線移動識別
部14は、該視線ベクトルを所定の時間間隔で採取して、
最近に採取した２個の該視線ベクトルの差から、視線の
移動速度を示す所定の視線移動ベクトルを算出する。
【００１１】優先度割当部15は、該視線移動ベクトル
を、表示画面13の中心を起点とするように表示画面13に
投影して投影ベクトルを生成し、表示画面13の所定の各
部分ごとの優先度を、該投影ベクトルに近い程高く、且
つ該投影ベクトルに沿って、該表示画面の中心から周辺
に向かって低くする所定の処理によって決定する。
【００１２】部分更新部16は、該優先度に従い、該優先
度の高い該部分の順に、最近の該視線ベクトルによって
定まる画像によって、表示画面13の表示を該部分ごとに
更新する。
【００１３】以上において、表示画面13の所定の各部分
は、表示画面13を、同じ大きさ同じ形状の長方形に分割
した部分としてよい。又、優先度割当部15の所定の処理
は、前記投影ベクトル上のそれぞれ異なる所定点に頂点
を有し、該投影ベクトルの起点で該投影ベクトルに垂直
な、前記表示画面上の直線上に底辺を持ち、それぞれ異
なる所定面積を有する所定個数の各二等辺三角形につい
て、最小の該三角形の領域、及び各該三角形とその次に
大きな該三角形とによって区切られる各領域ごとに、各
該領域ごとに定める優先度に基づいて、当該領域と重な
る前記各部分の優先度を決定する処理としてよい。
【００１４】以上に加えて、部分更新部16は、前記表示
画面の所定の各部分の所定の優先度を予め保持し、各該
部分の画像の更新を行なった場合に当該部分の該優先度
を所定量だけ低くし、前記視線移動ベクトルによって視
線の移動が無い状態を識別した場合には、該優先度に従
う順に各該部分の画像の更新を行なう処理を、該視線の
移動が無い状態が継続する間繰り返すようにしてよい。
【００１５】
【作用】本発明の映像生成処理装置により、視線の方向
を最優先として、視線に沿って視線の動く方向の部分画
像が優先的に更新される。従って視線に追随する画像更
新を適当に短い周期で行なうと、視線が移動している間
は前記のようにして優先されるある何個かの部分領域の
画像のみが更新されることになる。
【００１６】しかし、視線を動かしている場合には、視
野の中で注意を向けることのできる範囲が狭められ、ほ
ぼ前記の優先処理の順に認識できなくなることが分かっ
ているので、以上のように部分的な更新でも、更新され
ない部分との違和感を生じ難く、むしろ注目する視野部
分が円滑に更新される効果によって、自然感を改善する
ことができる。
【００１７】一方、視線の動きが止まったときは、速や
かに映像全体をそのときの状態に更新するように、例え
ば視野の中心から周辺に向かっての更新を継続して、全
視野領域を更新するようにする。
【００１８】
【実施例】図１の視線移動識別部14は例えば30ミリ秒ご
とにセンサ部10からのデータを制御部17を経て受信し、
その時刻t におけるデータとして、頭部の位置を示す座
標(x,y,z)tと、視線の方向を示す視線ベクトル(Ex,Ey,E
z)tとを得る。
【００１９】視線移動識別部14は、１周期前の視線ベク
トル(Ex,Ey,Ez)t-1を保持し、 (Vx,Vy,Vz)t=(Ex,Ey,Ez)t-(Ex,Ey,Ez)t-1 によって、時刻tにおける視線移動ベクトル(Vx,Vy,Vz)t
を求めて、優先度割当部15に渡す。
【００２０】優先度割当部15は、例えば図３に概念的に
示すように、表示画面を格子状に分割した等大長方形の
各部分に、図に例示するような優先度を与え、優先度値
の大きいものから順に処理を行なうことにより、図に矢
印で示すように視線移動ベクトルを投影した投影ベクト
ルに沿う部分が優先的に処理されるようにする。
【００２１】このために優先度割当部15は、表示画面13
の平面に、その中心点に起点をもつように、前記の視線
移動ベクトルを投影し、視線移動ベクトルの長さに比例
した必要な長さをもつ投影ベクトルを図４の矢印線のよ
うに想定する。
【００２２】この投影ベクトルを、例えば４等分して、
その分割点とベクトルの先とをそれぞれ頂点にし、投影
ベクトルの起点 (画面の中心) を通り、投影ベクトルに
垂直な表示画面上の直線の上に底辺を持つ４個の２等辺
三角形を描く。
【００２３】その場合、各三角形の面積は、予め定める
各一定の大きさとなるように各底辺の長さを決定する。
この面積は頂点の低い方から次第に大きくなるように定
め、例えば内側から1:4:9:16の比になるような適当な大
きさとする。従って、視線の移動が速く、従って投影ベ
クトルが長い程、前記の各三角形は細長い三角形にな
る。
【００２４】又、最小の (最も内側の）三角形の領域
と、各三角形に挟まれる部分の３領域との４領域に、そ
れぞれ優先度計算値を内側が最も大きく、外側が順次小
さくなるように、例えば図４のように定めておく。
【００２５】以上の準備の後、各優先度計算値の領域ご
とに、その領域と交差のある表示画面の各部分につい
て、交差面積と優先度計算値とに比例するように定める
値を計算し、その値を各部分ごとに加えて、その部分の
優先度とする。
【００２６】又、投影ベクトルの逆向きベクトルを設定
して、前記と同様に交差する部分の優先度を求める。但
しこの場合は、前記の視線の移動方向に沿う計算の場合
より充分小さい優先度計算値を使用するように定めてお
く。以上によって三角形によって作られる何れの領域と
も交差しない部分については、最低の優先度を与えるよ
うにする。
【００２７】以上によって、視線の移動が速い程、移動
方向に沿って幅は狭く、長く延びた先まで比較的高い優
先度が与えられ、視線の移動が遅いと中心付近で比較的
幅の広い領域が高い優先度になる。
【００２８】部分更新部16は、そのように定まる優先度
に従って各部分の更新処理を順次行ない、制御部17を経
て表示部12へ表示情報を送って表示画面13の表示を部分
的に更新する。この処理を次の視線移動ベクトルによる
更新を始めるまでに可能な個数の各部分について実行す
る。
【００２９】又、部分更新部16は、表示画面13を分割し
た前記の各部分について、例えば中心を最高として周辺
に向かって順次低くなる第２の優先度を予め保持し、以
上のようにして、ある部分の更新を終わると、その部分
の第２の優先度を例えばある一定値だけ下げて、処理済
の部分が他の部分より低い優先度になるようにする。
【００３０】このようにして次の周期の処理を開始する
とき、視線移動ベクトルの絶対値をある閾値と比較し、
閾値より小ければ視線移動が無いと判定し、その場合に
は上記の第２の優先度に従って更新処理を行う。この処
理は以後の周期で視線移動の無い状態が続く限り同様に
継続し、第２の優先度がすべて０以下になるか、又は視
線の移動があった場合には、第２の優先度を初期値の状
態に戻す。
【００３１】図５は、以上の処理の流れを示す図であ
り、視線移動識別部14が各周期の処理開始で処理ステッ
プ20においてセンサ部10から視線ベクトルを取得する
と、処理ステップ21で、保持している１回前の視線ベク
トルとの差として視線移動ベクトルを算出し、今取得し
た視線ベクトルを記憶する。
【００３２】優先度割当部15は処理ステップ22で、その
視線移動ベクトルを表示画面に投影した投影ベクトルを
生成し、処理ステップ23で投影ベクトルに基づいて、表
示画面の平面に前記のような三角形領域を設定し、処理
ステップ24で、三角形領域と表示画面の分割した各部分
との交差面積に基づいて各部分の優先度を算出決定す
る。
【００３３】部分更新部16は、処理ステップ25で視線移
動ベクトルにより、視線移動の有無を判定し、移動があ
る場合には処理ステップ26で第２の優先度を初期値にリ
セットした後、処理ステップ27で時間を監視しながら、
処理ステップ28で優先度順に採り上げる部分の画像更新
を行い、処理ステップ29でその部分の第２の優先度を減
じる処理を、順次各部分について進め、次の周期になれ
ば終了する。
【００３４】移動が無いと判定した場合には、処理ステ
ップ30で時間を監視しながら、処理ステップ31で第２の
優先度の順に採り上げる画像の各部分の画像更新を行
い、処理ステップ32でその部分の第 2の優先度を減じる
処理を、順次各部分について進め、次の周期になれば終
了する。
【００３５】この間に、処理ステップ33で識別して、第
２の優先度がすべて０以下になった場合には、処理ステ
ップ34で第２の優先度を初期の値にリセットする。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、仮想環境を生成するシステムの映像生成処理装
置において、ヘッドマウンテッド・ディスプレイを装着
した人の視線の移動に応ずる画像の更新間隔を短縮でき
るので、視線移動に追随する自然な映像の生成が可能に
なるという著しい工業的効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示すブロック図
【図２】 仮想環境を生成するシステムを説明する図
【図３】 優先度の割当を説明する図
【図４】 優先度の算出処理を説明する図
【図５】 本発明の処理の流れ図
【符号の説明】
１ 映像生成処理装置 ２ 頭部 ３ ヘッドマウンテッド・ディスプレイ ４ センサ ５ 信号源 10 センサ部 11 画像処理部 12 表示部 13 表示画面 14 視線移動識別部 15 優先度割当部 16 部分更新部 17 制御部 20〜34 処理ステップ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 センサ部と、画像処理部と、表示部とを
    有し、該センサ部が、人体の視線を検出して、視線の方
    向を表す所定の視線ベクトルを発生し、該画像処理部
    が、所与の画像データに基づき、該視線ベクトルによっ
    て定まる画像を生成して、該画像を該表示部の表示画面
    に表示する装置であって、該画像処理部に、視線移動識
    別部と、優先度割当部と、部分更新部とを設け、該視線
    移動識別部は、該視線ベクトルを所定の時間間隔で採取
    して、最近に採取した２個の該視線ベクトルの差から、
    視線の移動速度を示す所定の視線移動ベクトルを算出
    し、該優先度割当部は、該視線移動ベクトルを、該表示
    画面の中心を起点とするように該表示画面に投影して投
    影ベクトルを生成し、該表示画面の所定の各部分ごとの
    優先度を、該投影ベクトルに近い程高く、且つ該投影ベ
    クトルに沿って、該表示画面の中心から周辺に向かって
    低くする所定の処理によって決定し、該部分更新部は、
    該優先度に従い、該優先度の高い該部分の順に、最近の
    該視線ベクトルによって定まる画像によって、該表示画
    面の表示を該部分ごとに更新するように構成されている
    ことを特徴とする映像生成処理装置。
  2. 【請求項２】 前記表示画面の所定の各部分は、該表示
    画面を同じ大きさで、同じ形状の長方形に分割した部分
    である、請求項１記載の映像生成処理装置。
  3. 【請求項３】 前記優先度割当部の所定の処理は、前記
    投影ベクトル上のそれぞれ異なる所定点に頂点を有し、
    該投影ベクトルの起点で該投影ベクトルに垂直な、前記
    表示画面上の直線上に底辺を持ち、それぞれ異なる所定
    面積を有する所定個数の各二等辺三角形について、最小
    の該三角形の領域、及び各該三角形とその次に大きな該
    三角形とによって区切られる各領域ごとに、各該領域ご
    とに定める優先度に基づいて、当該領域と重なる前記各
    部分の優先度を決定する処理である、請求項１又は請求
    項２記載の映像生成処理装置。
  4. 【請求項４】 前記部分更新部は、前記表示画面の所定
    の各部分の所定の優先度を予め保持し、各該部分の画像
    の更新を行なった場合に当該部分の該優先度を所定量だ
    け低くし、前記視線移動ベクトルによって視線の移動が
    無い状態を識別した場合には、該優先度に従う順に各該
    部分の画像の更新を行なう処理を、該視線の移動が無い
    状態が継続する間繰り返す、請求項１、請求項２又は請
    求項３記載の映像生成処理装置。
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