JP3127447B2 - 立体表示装置 - Google Patents

立体表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、三次元形状のデザインシステム等に好適で
ある立体的形状を表現する立体表示装置に関するもので
ある。
[発明の概要] 本発明は、立体的な形状を表現する立体表示装置にお
いて、 多数の画像表示素子を平面状に配列し、その各画像表
示素子を、三次元情報に基づいて配列面に対し垂直に移
動させてその配列面を変化させることにより、 三次元形状を多数の者が具象的に種々の視点から即時
に見ることができるようにしたものである。
[従来の技術] 従来の、三次元の画像を表示する方式としては、 (1)通常の二次元のディスプレイに表示し、入力操作
により視点が変えられるようなシステム、 (2)ホログラフィーによる立体表示、 (3)二次元ディスプレイ等に左眼,右眼用の2画像を
表示し、液晶シャッタメガネ,偏光メガネ,色メガネを
利用して分離して見ることによる立体映像、 などが提唱されている。
[発明が解決しようとする課題] しかしかながら、上記従来の技術における三次元画像
の表示方式では、それぞれ以下のような問題点があっ
た。
(1)の二次元ディスプレイ表示では、立体表示とは
言っても、二次元的な表示であるため、立体感を得るの
が困難であり、1つの表示における視点は1つに固定さ
れるので具体的に形状を把握し難い。
(2)のホログラフィーでは、まず、特殊なフィルム
を作成しなければならないため、動的,即時的に映像を
提供することが困難である。
(3)のメガネを利用した立体表示では、メガネを準
備し、それを作業の都度に着脱しなければならない煩わ
しさがあることと、一人ないし小人数でしか見られない
ことなどの欠点がある。
さらに、二次元表示によるデザイン等においては、表
示されているものをそのまま操作するダイレクト マニ
ピュレーションという考え方が広く受け入れられ、マウ
スやタブレット,タッチスクリーンといった入力手段で
ポインティングがなされているが、上記従来の(1),
(2),(3)の二次元画像の表示では、いずれも表示
に対するポインティングの操作が困難であった。
本発明は、上記問題点を解決するために創案されたも
ので、三次元形状を多くの者が具象的に種々の視点から
即時に見ることができるようにし、また、その三次元形
状を操作するポインティングを容易にする立体表示装置
を提供するこことを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するための本発明の立体表示装置の
第1の構成は、二次元状に配列された複数の軸部と、三
次元情報に基づいて上記軸部を夫々垂直な方向に移動さ
せる駆動手段と、上記軸部夫々の先端に設けられた発光
手段と、上記発光手段に重ねて配設されたポインティン
グ用センサーと、上記センサーの検出結果に基づいて上
記三次元情報を変更する演算処理手段とを、を備えるこ
とを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の立体表示装置の
第2の構成は、二次元状に配列された複数の軸部と、三
次元情報に基づいて上記軸部を夫々垂直な方向に移動さ
せる駆動手段と、複数の上記軸部の先端を覆う柔軟な膜
と、色・輝度データに従って上記膜に対し投影して表示
する投影手段とを、備えることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の立体表示装置の
第3の構成は、上記軸部夫々の先端に設けられたポイン
ティング用センサーと、上記センサーの検出結果に基づ
いて上記三次元情報を変更する演算処理手段とを、備え
ることを特徴とする。
[作用] 本発明は、三次元情報に基づいて、二次元状に配列し
た多数の画像表示素子をその配列面に垂直に移動させ、
その配列面を変化させるとともに所望の色・輝度でその
表面を発光させることにより、三次元形状を具象的に所
望の色・輝度で表現し、即時に多数の者が種々の視点か
ら同時に見られるようにする。また、各画像表示素子に
ポインティング用のセンサーを設けることにより、ダイ
レクトにその三次元形状を操作可能にする。さらに、画
像表示素子の表示面を柔軟な膜で覆い、色・輝度データ
に従ってその膜に投影表示することにより、所望の色・
輝度が投影された滑らかな輪郭の立体表示を可能にす
る。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す立体表示
装置の斜視図であり、第2図はその立体表示装置を構成
する一個の画像表示素子の斜視図である。本実施例は、
大きな基板1上に多数の画像表示素子2が二次元状,ア
レイ状に配列されて成る。図例では、縦×横が8×8個
の画像表示素子2を等間隔で配列した例を示してある
が、実用的には例えば200×640個程度の配列例が好適で
ある。
画像表示素子2は、第2図に示すように、リニアステ
ッピングモータ21により所定距離を上下に移動される軸
部22の先端に圧力ゲージ23を取り付け、その上に赤
(R),緑(G),青(B)の3色の発光部を有する発
光素子24を配して構成される。リニアステッピングモー
タ21の底部は中央に軸部22の抜ける穴を有する小基板25
に取り付けられ、ステッピングモータ21,圧力ゲージ23,
発光素子24の各々の信号線,制御線等は、小基板25上の
端子25aにそれぞれリード線21aで、あるいはケーブル23
a,24aを用いて接続される。軸線22の最大移動量が大き
いような場合には、ケーブル23a,24aとしては伸縮量の
大きいスパイラル線を用いたり、あるいは軸部22上に電
極を設けるとともに、小基板25側にその電極に対する接
点を設けて上下動時に摺動接触させて端子25aとの電気
的接続を行うようにしても良い。この場合には、圧力ゲ
ージ23の微弱な検出信号は、圧力ゲージ23側に増幅手段
を備えて授受を行うのが好適である。小基板25上には、
必要により発光素子24の駆動回路やリニアステッピング
モータ21の駆動回路を実装する。発光素子24は、R,G,B
別の発光部を有するもの以外に、RGB三色を1つにまと
めて任意の発色ができるものでも良く、あるいは単色の
発色のものであっても良い。
第3図は、上記第1の実施例の立体表示装置の使用例
を示すブロック図である。この使用例は、コンピュータ
等を有するシステムの三次元データの表現手段として、
従来のディスプレイの代わりに使用する例を示してい
る。このシステムの構成において、3は第1の実施例の
立体表示装置、4はリニアステッピングモータ駆動装
置、5は発光素子制御装置、6は演算処理装置、7は操
作入力用のキーパッド、8は同じく操作入力用のトラッ
クボール、9は三次元データ格納装置である。
立体表示装置3は、画像表示素子2の二次元配列面の
座標軸をX,Y軸とし、その配列面に垂直な方向軸をZ軸
とする。三次元データ格納装置9には、CAD(コンピュ
ータ エイデッド デザイン)と同じ手法で作成された
立体形状の三次元形状データが格納される。この三次元
形状データは、一般に三次元形状を構成する線分を表す
ベクトルデータと、その線分で構成される面の色・輝度
データとから成る。演算処理装置6は座標変換手段を有
し、上記三次元形状データに基づいて立体表示装置3を
構成する各画像表示素子2の各座標位置(X,Y,Z)と色
・輝度とを求める。これにより、演算処理装置6は、そ
の出力部から、ステッピングモータ駆動装置4に対して
は画像表示素子2を特定するX,Y座標指定信号とそのZ
方向の移動量を指示する変量指定信号を送出し、発光素
子制御装置5に対しては同じく画像表示素子2を特定す
るX,Y座標指定信号とその色・輝度信号を送出する。
以上の信号を受けて、ステッピングモータ駆動装置4
は各画像表示素子2毎に変量を保持するとともに、その
変量に対応して各画像表示素子2にリニアステッピング
モータ21(第2図)の駆動信号を送出する。また、発光
素子制御装置5は各画像表示素子2毎に色・輝度信号を
保持し、例えばライン毎の走査により指示された色・輝
度でそれらに設けられている発光素子24(第2図)を発
光させる。なお、リニアステッピングモータ21の駆動方
法としては、接続線数を減少させるために、ライン毎に
制御を行ったり、あるいは各画像素子2毎に駆動回路を
備え変量を保持して制御を行ったりしても良い。発光素
子24の駆動についても、同様に各画像表示素子2毎に駆
動回路を備えて行うことができる。
立体表示装置3の各画像表示素子2の圧力ゲージ23
(第2図)の出力は、圧力ゲージ入力として演算処理装
置6へその入力部を通して入力される。また、キーパッ
ド7は、「ダウン」釦,「アップ」釦,「拡大」釦,
「ズーム」釦等を有し、操作モード等の選択情報を演算
処理装置6へその入力部を通して入力する。また、トラ
ックボール8は、その視点を動かすための回転変量を演
算処理装置6へその入力部を通して入力する。
以上のように構成した第1の実施例の動作および作用
を述べる。
以下、第3図のシステムにおいて、乗用車のデザイン
を行う場合を例に説明する。第4図(a),(b)は、
立体表示装置3の立体表示例を示す斜視図である。ま
ず、立体表示動作について述べる。表示のための車体の
三次元形状データは、標準形状データとして三次元デー
タ格納装置9に格納されたものを取り出すなどして得
る。演算処理装置6は、取り出した車体の三次元形状デ
ータをその座標変換手段で展開し、各画像表示素子2の
リニアステッピングモータ21(第2図)の変量(移動
量)を求めて、ステッピングモータ駆動装置にその駆動
を行わせる。また、車体の色・輝度データに従って、発
光素子制御装置5を介して各画像表示素子2の発光素子
24(第2図)を所定の色,明度に発光させる。このよう
にして例えば第4図(a)のような車体の上面を視点と
する立体表示を行うことができる。しかし、この立体表
示の向きではタイヤハウスなど車体の横方向にへこんだ
部分を表現することができない。そこで、トラックボー
ル8を回転させることにより、その回転変量に合わせて
車体形状の視点を変化させ、例えば第4図(b)のよう
に横方向を視点として車体形状を展開し立体表示を行
う。また、解像度の点で細部が不明確である場合には、
キーパッド8の「拡大」釦や「ズーム」釦を押し、画像
表示素子2の先端を押すことによって拡大部分を指示す
ることにより、車体の一部分(例えばタイヤハウス)を
拡大して展開し立体表示を行う。このときの拡大率は、
釦を押した期間などで決定する。立体表示装置3は机上
等に画像表示素子2の配列面を水平にして設置しても良
いし、壁などにその配列面を垂直にして配置しても良
い。このように、三次元形状が具体的,具象的に即時に
見ることが可能になる。また、具象的な立体表示である
ため、一つの表示においていろいろな角度(視点)から
観察を行うことも可能になる。
次に、立体表示された形状の操作について述べる。車
体形状の線や面に変更を加えたい場合は、キーパッド7
の「アップ」釦または「ダウン」釦を押しながら、画像
表示素子2の先端を押す。その押されたことは、圧力ゲ
ージ23(第2図)により検出されて演算処理装置6に入
力され、演算処理装置6は、該当する各画像表示素子2
を指示して従って移動させるとともに、逆変換して三次
元形状データを変更する。これにより、容易に三次元形
状の操作即ちダイレクト マニピュレーションが可能に
なる。この機能を利用すれば、無から新たに三次元形状
データを作成することも可能である。
第5図は、本発明の第2の実施例の立体表示装置の構
成を示す断面図である。本実施例の立体表示装置3′
も、第1の実施例と同様に、大きな基板1上に画像表示
素子2′をアレイ状に配列して構成する。ただし、本実
施例の画像表示素子2′は、ポインティング用のセンサ
ー23のみを、リニアステッピングモータ21で上下動され
る軸部22の先端に設け、発光素子に代えてそれらの表面
を白色ゴム膜等で形成した配列面を覆う大きさの柔軟な
スクリーン31に取り付ける。さらに各発光素子の発光に
代えてスクリーン31の上方にプロジェクタ10aを設け、
色・輝度信号を投影して表現する。ポインティング用の
センサーとしては圧力センサーでも構わないが、例えば
凹部内に収納するなどスクリーンの張力がかからないよ
うな構造にする必要がある。この点では、磁気センサー
を用い、その操作は磁気を発するペンを近づけることで
行うようにするのが好適である。
第6図は、第2の実施例の立体表示装置3′の使用例
を示すブロック図であり、第3図に対応するものであ
る。前述したように、本実施例では、立体表示装置3′
の上方にプロジェクタ10aを設ける。このプロジェクタ1
0aは、ディスプレイ表示装置10bにより制御されて、演
算処理装置6から出力される各画像表示素子毎の色・輝
度信号をスクリーン31上に投影する。上記以外の同一符
号の各部材は、第1の実施例の場合と同様に構成され、
機能するものである。第2の実施例によれば、滑らかな
輪郭の立体表示を行うことができる。
なお、いずれの実施例においても発光ないしは投影に
て立体形状を表現しているが、自然光のみで形状のみを
立体表現しても、本発明の目的は達せられる。また、各
画像表示素子に設けるポインティング用のセンサーとし
ては、圧力ゲージや磁気センサーに限るものではなく、
特殊光による光センサーやあるいは機械式の接点,圧力
ゲージ以外の圧力センサーなど種々のものが使用可能で
ある。このように、本発明はその主旨に沿って種々に応
用され、種々の実施態様を取り得るものである。
[発明の効果] 以上の説明で明らかなように、本発明の立体表示装置
によれば、具象的に即時に所望の色・輝度で立体表示が
できるとともに、いろいろな角度から立体形状を見るこ
とができ、わかりやすく三次元形状を表現することがで
きる。また、画像表示素子の先端にポインティング用の
センサーを設けた場合には、三次元形状を直接操作する
ことが可能になる。さらに、画像表示素子の表示面を柔
軟な膜で覆い、所望の色・輝度に従って投影して表示す
るようにした場合には、所望の色・輝度が投影された滑
らかな輪郭の立体表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す斜視図、第
2図は上記実施例の画像表示素子の斜視図、第3図は上
記第1の実施例の使用例を示すブロック図、第4図
(a),(b)は上記第1の実施例の立体表示例を示す
斜視図、第5図は本発明の第2の実施例の構成を示す斜
視図、第6図は上記第2の実施例の使用例を示すブロッ
ク図である。 1……基板、2……画像表示素子、21……リニアステッ
ピングモータ、22……軸部、23……圧力ゲージ、24……
発光素子、3……立体表示装置、4……ステッピングモ
ータ駆動装置、5……発光素子制御装置、6……演算処
理装置、9……三次元データ格納装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−68587(JP,A) 特開 平2−178720(JP,A) 特開 昭55−163568(JP,A) 特開 昭58−118687(JP,A) 特開 昭60−260085(JP,A) 特開 昭64−11571(JP,A) 特開 平1−311225(JP,A) 特開 平2−186110(JP,A) 特開 平2−276400(JP,A) 特開 昭62−92928(JP,A) 特開 昭63−78193(JP,A) 実開 昭54−64556(JP,U) 実開 昭58−149759(JP,U) 実開 昭60−178866(JP,U) 実開 昭58−42833(JP,U) 実開 昭62−164328(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G09F 9/30 - 9/46 G09B 21/00 - 21/06 H04N 13/00 - 17/06 G06F 3/03 G03B 21/132 G03B 21/56 - 21/64

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次元状に配列された複数の軸部と、 三次元情報に基づいて上記軸部を夫々垂直な方向に移動
    させる駆動手段と、 上記軸部夫々の先端に設けられた発光手段と、 上記発光手段に重ねて配設されたポインティング用セン
    サーと、 上記センサーの検出結果に基づいて上記三次元情報を変
    更する演算処理手段とを、 備えることを特徴とする立体表示装置。
  2. 【請求項2】二次元状に配列された複数の軸部と、 三次元情報に基づいて上記軸部を夫々垂直な方向に移動
    させる駆動手段と、 複数の上記軸部の先端を覆う柔軟な膜と、 色・輝度データに従って上記膜に対し投影して表示する
    投影手段とを、 備えることを特徴とする立体表示装置。
  3. 【請求項3】上記軸部夫々の先端に設けられたポインテ
    ィング用センサーと、 上記センサーの検出結果に基づいて上記三次元情報を変
    更する演算処理手段とを、 備えることを特徴とする請求項2に記載の立体表示装
    置。
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