JP3240156B2 - 三次元作業域における目標に対する移動ビューポイント - Google Patents

三次元作業域における目標に対する移動ビューポイント

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JP3240156B2
JP3240156B2 JP18901791A JP18901791A JP3240156B2 JP 3240156 B2 JP3240156 B2 JP 3240156B2 JP 18901791 A JP18901791 A JP 18901791A JP 18901791 A JP18901791 A JP 18901791A JP 3240156 B2 JP3240156 B2 JP 3240156B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】〔発明の背景〕本発明はディスプレイ上に
提示される三次元領域内の移動ビューポイントを知覚す
る技術に関する。
【０００２】グィンドン・アール(Guindon,R.)編「人間
−コンピュータの相互作用のための認識科学およびその
応用(Cognitive Science and its Applications for Hu
man-Computer Interaction) 」 (ニュージャージー州ヒ
ルズデイルのローレンス・エアルバウム(Lawrence Erlb
aum)発行) の２０１−２３３ページ、フェアチャイルド
・ケイ・エム(Fairchild,K.M.)、ポルトロック・エス・
イー(Poltrock,S.E.) 及びファーナス・ジー・ダブリュ
ー (Furnas,G.W.)共著「ＳｅｍＮｅｔ：大容量知識ベー
スの三次元グラフィック表現(SemNet:Three-Dimensiona
l Graphic Representations of Large Knowledge Base
s) 」はＳｅｍＮｅｔ、すなわち三次元グラフィック・
インタフェースを開示している。ＳｅｍＮｅｔは相対運
動、絶対運動及びテレポーテーションのような意味論的
巡航技術を提示するものである。第５章には例えばビュ
ーポイントをユーザーが吟味する必要がある要素の近く
に移動するビューポイント移動技術を含む巡航とブラウ
ジングが言及されている。５章第２項にはディスプレイ
される知識ベースの部分を判定するためにビューポイン
トを移動する方法が開示されている。５章第２項１節に
はビューポイントの３次元直交回転と視線に沿った往復
運動が別個に制御される相対運動が記載されている。移
動と回転の速度を調整するための手段は備えられている
が、相対運動は遅く、利用しにくい。５章第２項２節で
はユーザーが三次元知識領域のマップで所望のビューポ
イント位置を表示できる絶対運動が記載されている。マ
ップは２つ又は３つの二次元部分を有することができ、
各部分は領域内の座標面を表し、ユーザーは同時にマウ
スを利用してある面においてアスタリスクを動かすこと
によりビューポイントの位置を操作することができる。
フィルタによってビューポイントがスムーズに移動さ
れ、三次元領域での進行の経験が保持される。絶対運動
は相対運動よりも迅速で利用し易いが、極めて精確なわ
けではなく、一つ以上のマップでビューポイントを移動
すると混乱をきたす。５章第２項３節ではテレポーテー
ションが記載されており、その場合はユーザーはメニュ
ーから最近アクセスされた知識要素をピックアップし
て、知識要素の位置に即座に移動することができる。５
章第２項４節にはハイパースペース運動が記述され、こ
の場合は選択された知識要素に接続された節点がその周
囲の位置に一時的に移動され、次に新たな節点が選択さ
れた後に元の位置にスナップして戻る。
【０００３】〔発明の概要〕本発明は三次元作業域内で
移動するビューポイントの知覚を生成するためのシステ
ムの動作技術を提供するものである。ユーザーが対象の
関心点を指示すると、ビューポイントは径方向と横方向
の双方から関心点に漸近的に接近することができる。関
心点を視界内に保つためビューポイントの方位は回転可
能である。視界は更にビューポイントを回転することに
よって関心点の中心に置くことができる。
【０００４】本発明の一側面は三次元作業域においてビ
ューポイントを移動する際の基本問題を認識することに
基づいている。特定の目標のより近くにビューポイント
を移動することが望ましい場合が多い。例えば、ユーザ
ーは対象の詳細を密着して吟味したい場合がある。従来
の技術ではユーザーがそのようなビューポイントを移動
できる容易な方法が得られない。
【０００５】前記の側面は更にこの問題点を解決するた
めのユーザー・インタフェース技術の発見に基づくもの
である。ユーザーは目標領域を指示することができ、そ
れに応答してビューポイントはおおよその観察位置に移
動する。
【０００６】この技術はマウスのような指示装置によっ
て実現可能である。ユーザーはポインタが現在指示して
いる対象の表面上の領域を表示するためマウス・ボタン
をクリックすることができる。ユーザーは更に“関心点
(PointOf Interest)”すなわち“ＰＯＩ”と呼ばれる
領域内の表示されたポイントの方向へのビューポイント
の移動を要求する信号を付与することができる。ユーザ
ーが“ＰＯＩ接近”と呼ばれるＰＯＩの方向へのビュー
ポイントの移動を要求すると、システムは対象の不変性
が保持されるようにアニメーション的な移動を行うこと
ができる。
【０００７】別の技術は２段階の変位がビューポイント
とＰＯＩとの距離の関数であるならば、異なる種類のビ
ューポイント移動を統合できるという発見に基づくもの
である。このアプローチによって、所定のポイントから
の各々の種類のビューポイント移動用の変位は以前のビ
ューポイント移動とは独立することができ、同じポイン
トからの別の種類のビューポイント移動と適応する関数
で確定することができる。
【０００８】このアプローチの一例はＰＯＩ接近をここ
では“ＰＯＩ退却”と呼ばれる、ＰＯＩから離れるビュ
ーポイントの移動と統合することである。ＰＯＩ接近は
接近比例定数を有する対数関数を辿ることができる。Ｐ
ＯＩ接近と退却とを対称にするため、ＰＯＩ退却関数
は、２点間の各退却段階が同じ２点間の反対方向での接
近段階と長さが等しくなるように退却比例定数を有する
対数関数であることができる。
【０００９】横のビューポイント移動もＰＯＩで表面法
線への移動ができるようにＰＯＩ接近及び退却と統合す
ることができる。各アニメーション周期中、ＰＯＩ接近
又は退却からの変位は中間のビューポイントを得るため
に利用される。ＰＯＩに対する法線ベクトルが得られ、
ＰＯＩから中間ビューポイントまでの距離と等しい距離
で法線ベクトルでの横の地点が発見される。次に最終ビ
ューポイントが中間ビューポイントから横地点までの線
に沿って発見される。この線は弧又は弦状であることが
できる。中間ビューポイントから最終ビューポイントま
での変位は横比例定数を用いて発見された線と比例する
ことができる。この横移動をＰＯＩ接近と統合するた
め、横比例定数は、ＰＯＩを観察するための適宜の距離
に達する前にビューポイントが法線に接近するように接
近比例定数よりも充分に大きくなければならない。
【００１０】本発明の別の側面はＰＯＩに対するビュー
ポイント移動に関する問題点の認識に基づいている。ビ
ューポイント移動が進展すると、ユーザーは特にＰＯＩ
と周囲領域がディスプレイ上で次第に大きくなるＰＯＩ
接近中にＰＯＩ位置を調整することを欲する。ユーザー
は現在のＰＯＩに対するビューポイントの移動を終了
し、次に新たなＰＯＩを指示し、この新たなＰＯＩに対
するビューポイント移動を要求することによってＰＯＩ
位置を調整することもできよう。しかし、これによって
ビューポイント移動の手順が煩わしいものになろう。
【００１１】この側面は更にビューポイント移動を中断
せずにＰＯＩ位置を調整する技術の発見に基づくもので
ある。この技術によって、ユーザーは別個にＰＯＩ位置
を調整しつつ、所望のビューポイント移動を行うことが
できる。ユーザーは例えばＰＯＩに向かってビューポイ
ントを移動し、ＰＯＩからビューポイントを離すように
移動し、又はビューポイントを以前の位置に保持すると
いうような幾つかの簡単な選択肢からキーを用いて選択
することによって、ビューポイントの移動を制御するこ
とができる。横移動モードでは、ビューポイントをＰＯ
Ｉの方向に、又はそこから離れるように移動させること
なくビューポイントを横方向に移動するための付加的な
選択によって、各種類の径方向でのビューポイント移動
を横のビューポイント移動と組み合わせることができ
る。ユーザーは位置の変化を表示するためにマウスのよ
うな入力装置を用いてＰＯＩ位置を制御することができ
る。独立したビューポイント移動要求とＰＯＩ位置調整
は特に有効であるが、それはユーザーは一般に混乱せず
に同時に双方の要求を容易に行うことができるからであ
る。例えば、ユーザーは片手でビューポイントの移動を
要求し、別の手でＰＯＩ位置を制御することができる。
【００１２】次に本発明の前記の及びその他の課題、特
徴及び利点を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】〔図面の簡単な説明〕図１は三次元作業域
内のビューポイントから知覚できる表面の概略図であ
る。
【００１４】図２Ａは図１に示した表面を含む提示され
た画像の概略図である。
【００１５】図２Ｂは異なるビューポイントから観察し
て図Ａの表面の継続として知覚できる表面を含む別の提
示された画像の概略図である。
【００１６】図３はビューポイント移動の基本段階を示
したフローチャートである。
【００１７】図４Ａは中心合わせ (centering)なしの、
表面上のポイントへのビューポイントの径方向移動を示
す平面図である。図４Ｂは中心合わせを伴う、表面上の
ポイントへのビューポイントの径方向移動を示す平面図
である。
【００１８】図５はビューポイントの回転を伴うビュー
ポイントの横移動を示し、かつ横及び径方向成分を含む
ビューポイント移動をも示す平面図である。
【００１９】図６は横及び径方向成分を含むビューポイ
ントの移動を示した三次元の図面である。
【００２０】図７は関心点の移動を伴うビューポイント
移動を示す平面図である。
【００２１】図８はビューポイント移動及び関心点移動
の要求に応答して新たなビューポイントから三次元作業
域を提示する基本段階を示したフローチャートである。
【００２２】図９はビューポイント移動及び関心点移動
を行うシステムの部品を示す構成図である。
【００２３】図１０はビューポイント移動及び関心点移
動を行うアニメーション・ループの段階を示すフローチ
ャートである。
【００２４】図１１は図１０の関心点の開始を発見する
段階を示すフローチャートである。
【００２５】図１２は図１０の関心点及びビューポイン
ト位置の現在ポイントを発見する段階を示すフローチャ
ートである。
【００２６】図１３は図１２のビューポイントの径方向
移動の段階を示すフローチャートである。
【００２７】図１４は図１２のビューポイントの横移動
の段階を示すフローチャートである。
【００２８】〔詳細な説明〕Ａ．概念的フレームワーク 以下の概念的フレームワークは本発明を広義に理解する
上で有用であり、以下に定義する用語は特許請求の範囲
を含めて本明細書で一貫した意味を有している。
【００２９】“データ処理システム”とはデータを処理
するシステムである。“データ・プロセッサ”もしくは
“プロセッサ”はデータを処理する任意の部品であり、
単数又は複数の中央処理装置又はその他の処理装置が含
まれる。
【００３０】“ユーザー入力装置”はユーザーの操作に
基づいて信号を付与する装置である。ユーザー入力装置
はユーザーの操作に基づいて信号を付与するキーボード
又はマウスのような単数又は複数の“ユーザー入力素
子”を含むことができる。従ってユーザー入力装置によ
って付与される信号の集合にはマウス動作を表示するデ
ータ及びキーボード動作を表示するデータが含まれる。
【００３１】“画像”とは光のパターンである。“画像
出力素子”は画像を確定する出力を供給することができ
る。“ディスプレイ”は画像を可視的な形式で形成する
出力を提供する画像出力素子である。ディスプレイには
例えば陰極線管や、発光、光反射又は吸収素子の配列
や、紙又はその他の媒体にマークを表示する構造や、画
像を可視的に形成可能な他の任意の構造が含まれる。デ
ィスプレイ上に“画像を提示する”とは観察者が画像を
知覚できるようにディスプレイを操作することである。
【００３２】データ処理システムには例えば種々の図形
処理ユーザー・インタフェースを含む広範なディスプレ
イ技術を利用することができるが、これらの技術はその
多様性にも関わらず一定の共通の特徴を備えている。基
本的な共通の特性の一つはディスプレイが人間による知
覚を可能にすることである。本明細書では、“ディスプ
レイ造形”の用語はディスプレイにより作成される人間
が知覚する造形のことである。
【００３３】“ディスプレイ対象”もしくは“対象”は
結合単一体として知覚可能であるディスプレイ造形であ
る。“対象表面”もしくは“表面”はディスプレイ対象
の表面として知覚可能であるディスプレイ造形である。
例えば、三次元ディスプレイ対象の外周が表面である。
表面上の“領域”とは表面の境界領域である。例えば単
一のポイントは任意の表面で可能な最小の領域である。
“形状”とは判別可能な輪郭を有するディスプレイ対象
である。例えば円形のディスプレイ対象は形状である。
【００３４】画像の提示が対象、表面、領域又は形状を
知覚可能にするならば、画像には対象、表面、領域又は
形状が“含まれる”。
【００３５】画像内の対象その他のディスプレイ造形が
空間内で位置を占めていることが知覚されると“作業
域”が知覚されたと言う。“三次元作業域”は３つの直
交次元に延びていると知覚される作業域である。代表的
にはディスプレイは二次元のディスプレイ表面を有して
おり、第３の次元の知覚は消失点の方向に延びる透視線
や、近接する対象による遠方の対象の妨害や、観察者の
方向に、又は遠ざかって移動する対象のサイズの変化
や、対象の透視図の形状や、観察者から異なる距離での
対象の異なる陰影等の視覚的手掛かりによって作成され
る。三次元作業域には三次元の知覚を作成するためにこ
れらの手掛かりの全てが組合せられる作業域のみなら
ず、単一の手掛かりが三次元の知覚を作成する作業域も
含まれる。例えば、ディスプレイ対象が重なる作業域又
は視界が対象内でズーム・インする作業域はその内部の
対象が遠近法なしで直交投影法で提示されていても三次
元作業域であるとすることができる。
【００３６】三次元作業域は代表的には作業域内の位置
から観察されたものとして知覚され、この位置が“ビュ
ーポイント”である。ビューポイントの“オリエンテー
ション方向”とはビューポイントから視界の中心におけ
る軸に沿って視界へと至る方向である。
【００３７】三次元作業域を提示するため、システムは
作業域内の対象、ビューポイント又はその他のディスプ
レイ造形の“座標”を表示するデータを記憶することが
できる。次にディスプレイ造形の座標を表示するデータ
をディスプレイ造形を提示するために利用して、それが
表示された座標に位置するものとして知覚できるように
することができる。２つのディスプレイ造形の間の“距
離”とは双方の間の知覚できる距離であり、双方のディ
スプレイ造形がそれらの座標に位置するように見えるよ
うに提示されれば、それらの座標から距離を判定するこ
とができる。
【００３８】ユーザー入力素子からの信号は、それが領
域を特定できるデータを含んでいる場合は表面の領域を
“表示”することができる。例えば、信号がマウス・ポ
インタの変位を表示するデータを含んでいる場合は、シ
ステムは以前のポインタ位置に基づいてディスプレイ面
のポイントを発見することができる。次にこのポイント
はビューポイントから提示されている三次元作業域へと
光線を投射するために利用することができ、ディスプレ
イ造形の座標は光線が交差する最も近いディスプレイ造
形を発見するために利用することができる。交差点又は
交差点の集合はこのようにして領域として識別すること
ができる。
【００３９】表面上の領域内の“法線”とは領域内の表
面と直角で交差する線のことである。例えば“水平法
線”は平面内の表面の境界に対して垂直なｘ−ｚ座標と
平行な平面内の線として定義することができる。
【００４０】第２のディスプレイ造形が提示された時に
ユーザーが第１のディスプレイ造形を連続するものとし
て知覚するように、第２のディスプレイ造形の提示が第
１のディスプレイ造形の提示に続く場合に、第２のディ
スプレイ造形は第１のディスプレイ造形の“継続”であ
るものと知覚される。これが可能であるのは、２つのデ
ィスプレイ造形の連続的なディスプレイが同じディスプ
レイ造形であるように見えるほど時間的、空間的に接近
している場合である。その一例は“対象不変性”と呼ば
れる現象である。
【００４１】“アニメーション・ループ”は各々の反復
が画像を提示し、かつ、各画像内の対象及びその他のデ
ィスプレイ造形が直前の先行画像内の対象及びディスプ
レイ造形の継続であるように見える反復動作である。ユ
ーザーがユーザー入力装置によって信号を付与する場合
は、これらの信号は事象として待機可能であり、各ルー
プは待ち行列から幾つかの事象を処理することができ
る。
【００４２】第２のディスプレイ造形はそれが異なる位
置で継続であると知覚できるならば第１のディスプレイ
造形の“移動された継続”又は“変位された継続”とし
て知覚可能である。第１のディスプレイ造形は作業域内
で“移動している”、又は“運動”又は“動作”を行っ
ている、又は“変位している”ものと知覚される。
【００４３】“ビューポイントの移動”又は“ビューポ
イントの変位”は移動する、又は変位されたビューポイ
ントから三次元作業域の視野として知覚可能である一連
の画像が提示された時に生ずる。この知覚は作業域内の
対象の継続としての知覚から生じることもある。ビュー
ポイントがポイント又はその他の領域に対して移動して
いるものと知覚された場合にビューポイントの移動はポ
イント又はその他の領域に対して“相対的”である。
“関心点”すなわち“ＰＯＩ”はユーザーによって指示
され、ビューポイントがそれに対して相対的に移動可能
であるポイントである。
【００４４】“変位”とはそれによって造形又はビュー
ポイントが作業域内で変位されたと知覚される距離であ
る。
【００４５】“径方向移動”又は“径方向変位”は単一
又は複数の光線に沿った移動又は変位として知覚され
る。光線は“径方向光源”から延びる。ビューポイント
は三次元空間内の径方向光源の方向に、又はそこから離
れて径方向に移動又は変位可能であり、径方向光源はＰ
ＯＩであることも可能である。
【００４６】“横移動”又は“横変位”は単一又は複数
の光線に対して横方向の移動又は変位として知覚され
る。ビューポイントは例えばＰＯＩから延びる光線に対
して垂直な方向に横に移動又は変位可能である。
【００４７】ビューポイントのオリエンテーション方向
はそれが“シフト角度”と呼ばれるある角度だけ変化し
たときに“シフト”したと言う。オリエンテーション方
向はビューポイントの移動なしでシフトすることができ
る。例えば、オリエンテーション方向はＰＯＩを視界の
中心により近接させる角度によってシフトすることがで
きる。
【００４８】ユーザー入力装置からの信号はビューポイ
ントの移動及びＰＯＩの移動を要求することができる。
ユーザーがビューポイントとＰＯＩの移動を別個に要求
でき、かつ、両方の種類の移動を同時に要求できるなら
ば、ユーザー入力装置はユーザーがビューポイントの移
動とＰＯＩの移動を“独立的に”要求できるように構成
される。例えば、ユーザーはＰＯＩの移動を要求するた
めに片手でマウス又はその他の指示装置を操作し、ビュ
ーポイントの移動を要求するために別の手で別個にキー
ボード上のキーを操作することができる。
【００４９】移動するビューポイントは作業域内で“経
路”を辿る、又は形成するものと知覚される。“漸近経
路”とは経路は接近するが漸近線には到達しないように
知覚された速度が減少する経路のことである。
【００５０】ビューポイントが漸近経路を辿っているよ
うに知覚される場合、連続する位置間の変位は“漸近関
数”を辿る。漸近関数の例は時間の経過とともに対数が
漸近的にゼロに接近する関数である。“対数関数”の用
語はこのような関数及びこれらに近似する関数を含む。
【００５１】２つのポイント又は位置間の“距離関数”
とは各組の距離ごとにそれぞれの値の集合を生成する関
数である。例えば、２つのポイント又は位置間の一つの
簡単な対数関数は距離の“比例”すなわちゼロ以上であ
るが距離全体よりは短い距離の一部を取ることによって
算出することができる。距離の比例は距離と“比例定
数”を乗算することによって算出することができ、その
際、比例定数はゼロ以上１未満の値である。第１と第２
のポイント間の距離の関数の別の例は第１ポイントから
第２ポイントと等距離にある第３のポイントを発見する
関数である。
【００５２】“位置関数”とは各々の位置の集合ごとに
それぞれの値の集合を生成する関数である。例えば、一
つの簡単な位置の対数関数は距離関数に関して前述した
とおり、一つの位置と別の位置との間の距離の対数関数
である。
【００５３】Ｂ．基本的特徴 図１〜図８は本発明の基本的特徴を示している。図１は
三次元作業域内で知覚できる表面を示している。図２Ａ
及び２Ｂはビューポイント移動の前後の画像を示してい
る。図３はビューポイント移動を伴う一連の画像の提示
の基本段階を示したフローチャートである。図４Ａ及び
４Ｂは漸近経路に沿った表面上の関心点の方向への径方
向のビューポイント移動を示す平面図であり、図４Ｂは
心出し動作をも示している。図５は弧を辿る漸近経路に
沿ったビューポイントの横移動を示す平面図であり、径
方向及び横移動の双方を含むビューポイント移動をも示
している。図６は径方向及び横移動の双方を含むビュー
ポイント移動を示した三次元の図面であり、弦を辿る漸
近経路に沿った横移動を示している。図７は表面上の関
心点の移動とともに径方向のビューポイント移動を示す
平面図である。図８はビューポイント移動と、表面上の
ポイント位置の調整の段階を示すフローチャートであ
る。
【００５４】図１は三次元作業域内でビューポイント１
４から観察して知覚できる表面１０を示す。ビューポイ
ント１４は観察軸がｚ軸に沿った方位の座標系の原点に
ある。点線がビューポイント１４から表面１０上のポイ
ント１６まで延びている。ポイント１６は円で表示さ
れ、その位置はマウスのようなユーザー入力素子によっ
て制御可能である。
【００５５】図２Ａは画像２０を示し、その内部には三
次元作業域内でビューポイント１４から観察して表面１
０が知覚可能である。図２Ｂは画像２２を示し、表面２
４は円内のポイント２６を含んでいる。一連の適宜の画
像を提示することによって、表面２４は表面１０の継続
として知覚できるが、三次元作業域内の異なるビューポ
イントから観察されたものである。ユーザーがポイント
１６を指示し、ポイント１６の方向へのビューポイント
移動を要求すると、画像２０を提示するシステムは画像
２２で終了する一連の画像に応答することができるの
で、ユーザーはポイント１６の継続として知覚できるポ
イント２６とその周囲領域を更に詳細に見ることができ
る。
【００５６】図３はシステムがこのような手順で提示す
る際の基本段階を示している。ボックス３０の段階は三
次元作業域内で知覚できる表面を含む一連の画像のうち
の第１の画像を提示する。ボックス３２の段階は表面上
にＰＯＩを表示し、ＰＯＩに対するビューポイントの移
動を要求するユーザー入力素子により設定された信号を
受信する。それに応答して、ボックス３４の段階では、
ＰＯＩに対してビューポイントが移動された視野として
知覚できる画像が提示される。ボックス３４で提示され
た画像にはボックス３０で提示された表面の継続として
知覚できる表面が含まれている。ボックス３６の段階は
設定された別の信号を受信し、この信号はＰＯＩとビュ
ーポイント移動の双方を要求する。ボックス３８の段階
はＰＯＩが移動され、ビューポイントがＰＯＩに対して
移動された視野として知覚できる画像を提示することに
よって前記信号に応答する。ボックス３８で提示された
画像にはボックス３０で提示された表面の継続として知
覚できる表面が含まれ、移動されたＰＯＩは以前のＰＯ
Ｉの移動した継続として知覚でき、又、ＰＯＩの移動は
表面で行われる。ボックス３６と３８の段階は満足でき
る画像が得られるまで反復可能である。
【００５７】図４Ａは表面５０上に表示されたＰＯＩの
方向にビューポイントを径方向に移動する技術を示して
いる。ビューポイント５２は一連のビューポイント位置
のうちの最初のビューポイントであり、その視野の方向
はｖ軸、すなわち原点がビューポイント５２にある視野
の初期方向として規定された軸に沿って配向されてい
る。図４Ａでは、径方向移動がそれに沿って行われる光
線はビューポイントから表面５０上のＰＯＩを経て延び
ている。
【００５８】ＰＯＩの方向へのビューポイントの移動を
要求する第１信号に応答して、ビューポイント５２から
ＰＯＩを経た光線に沿ってビューポイント５２から変位
されたビューポイント５４からの対象５０を示す画像が
提示される。ビューポイント５４はビューポイント５２
からＰＯＩへの距離と比例する距離だけＰＯＩの方向に
転移可能である。
【００５９】同様に、同じＰＯＩの方向へのそれ以上の
ビューポイントの移動を要求する第２及び第３信号に応
答して、画像は同じ光線に沿って同じ比率でＰＯＩの方
向に変位されたビューポイント５６及び５８から提示す
ることができる。更に、ＰＯＩから離れるビューポイン
トの移動を要求する第４信号に応答して、ビューポイン
トはＰＯＩに接近する際に辿った経路を後退してビュー
ポイント５８からビューポイント５６へと変位可能であ
ろう。
【００６０】図４Ａに示したビューポイント移動は漸近
経路を辿るが、それは漸近経路はＰＯＩに接近するが到
達することはないからである。特に、漸近経路に沿った
ＰＯＩへの接近は最初は急激であり、次に次第に遅くな
るので、ＰＯＩがより近接した範囲で観察されると、ユ
ーザーはより容易に移動を制御することができる。
【００６１】図４Ａは更にＰＯＩを満足できるように観
察するためには径方向でのＰＯＩへの接近では何故不十
分であるのかを示している。観察方向が軸ｖと平行な軸
ｖ’に沿ったビューポイント５４の場合に示されている
ように、観察方向は径方向でのＰＯＩへの接近中は変化
しない。ビューポイント５４，５６及び５８から観察し
た場合、表面５０はビューポイント５２から観察した場
合よりも近接して知覚できるが、観察の方向は良好では
なく、ＰＯＩは視野の周辺に留まっている。
【００６２】図４ＢはＰＯＩを良好に観察するためにビ
ューポイントの中心合わせを径方向のＰＯＩ接近と組み
合わせることが可能な態様を示している。表面６０とビ
ューポイント６２は図４Ａの表面５０及びビューポイン
ト５２と対応する。ビューポイント６４はビューポイン
ト５４と対応するが、ＰＯＩの方向に部分的に回転され
ているので、ＰＯＩは視野の中心により近接している。
ビューポイント６４の観察方向は軸ｖ’に沿っており、
この軸は軸ｖと平行ではなく、軸ｖと、ビューポイント
６４からＰＯＩへの光線との間に角度を有している。ビ
ューポイント６６はビューポイント５６に対応している
が、ＰＯＩの方向に完全に回転しているので、ＰＯＩは
視野の中心に位置する。ビューポイント５８と対応する
ビューポイント６８はそれ以上は回転されないので、Ｐ
ＯＩは視野の中心に留まる。ビューポイント６６と６８
の観察方向は軸ｖ''に沿っており、これは軸ｖ又は軸
ｖ’ト平行ではなく、各ビューポイントからＰＯＩへの
光線に沿っている。
【００６３】図４Ｂに示した中心合わせは各段階で観察
方向とＰＯＩへの光線との間の残りの角度を確定するこ
とによって達成可能である。残余角度が一段階の最大回
転を超える場合は、ビューポイントは一段階の回転で回
転される。それ以外の場合は、ビューポイントは残りの
全角度だけ回転される。
【００６４】図５はＰＯＩを良好に観察するためにビュ
ーポイントの横移動とビューポイントの回転移動をビュ
ーポイントの接近と組み合わせることが可能な態様を示
している。対象７０は最初とビューポイント７２から観
察され、観察方向は一例として図示のようにｚ軸に沿っ
ている。
【００６５】回転を伴うが径方向移動は伴わない横のビ
ューポイント移動は各々がポイント８０の方向に変位さ
れたビューポイント７４，７６及び７８によって図示さ
れており、前記ポイントは表面７０上の水平法線上に位
置しており、この特別な例ではビューポイント７２及び
ＰＯＩと同じｘ−ｚ面にある。一般的な場合は、ビュー
ポイントは図６に関連して後述するようにＰＯＩと同一
平面上にはないので、横移動もｙ成分を含んでいる。ｘ
−ｚ面でのビューポイントの回転は観察者の垂直な感覚
を維持する。図５の横変位は一例として弧に沿ってお
り、漸近経路を辿る。
【００６６】ビューポイント７４，７６及び７８もビュ
ーポイントの回転を示している。これらのビューポイン
トの各々の観察方向は視野内にＰＯＩを保つために以前
のビューポイントから回転されている。ビューポイント
の回転には更に図４に関連して述べたようにビューポイ
ントの中心合わせも含まれ、それによってＰＯＩは図示
のように視野の中心になる。
【００６７】回転と径方向移動を伴うビューポイントの
横移動はビューポイント８４，８６及び８８によって示
されている。ビューポイントのこの配列は例えば、最初
のビューポイント７２がＰＯＩと同一のｘ−ｚ面にあ
り、かつ、ＰＯＩがビューポイントの移動中に移動しな
い場合に生ずる。この場合は、ビューポイントの径方向
移動はビューポイントの横移動と同じ平面で行われる。
実際には、ビューポイント８４，８６及び８８で示した
ビューポイントの移動を行うために径方向と横の移動成
分は組み合わせることができる。横移動の速度はビュー
ポイントが表面に接近する前に法線に接近する接近運動
の速度よりも充分に速くすることができるので、ユーザ
ーは法線に沿って表面からの距離を調整することができ
る。
【００６８】図６は径方向移動、横移動及びビューポイ
ントの中心合わせを含むビューポイント移動の別の例を
示している。表面１００は三次元作業域内で知覚でき
る。ＰＯＩ１０２で表面１００は法線１０４を有し、水
平法線１０６はＰＯＩ１０２を含む水平面への法線１０
４の投影である。
【００６９】最初のビューポイント１１０からＰＯＩ１
０２へのビューポイント移動を要求する信号に応答し
て、中間のビューポイント１１２の座標が発見され、最
終ビューポイント１１４の座標を算定するために利用さ
れる。言い換えると、ビューポイントは単一の段階で最
初のビューポイント１１０から最終ビューポイント１１
４まで移動し、中間のビューポイント１１２と計算目的
で利用される。
【００７０】中間ビューポイント１１２の座標はＰＯＩ
１０２から最初のビューポイント１１０を経た光線に沿
った最初のビューポイント１１０からの径方向の変位に
よって発見される。最初のビューポイント１１０はＰＯ
Ｉ１０２を含む水平面の下にあるので、径方向の変位は
ｘ，ｙ及びｚの成分を含む。
【００７１】最終ビューポイント１１４の座標は弦に沿
った中間ビューポイント１１２からの横変位によって発
見される。図示のように、弦は中間ビューポイント１１
２と法線ポイント１１６、すなわちＰＯＩ１０２から中
間ビューポイント１１２と等距離にある水平法線１０６
上のポイントとを結ぶことができる。あるいは、横変位
が中間ビューポイント１１２を法線１０４上の、又は図
５に示す弧に沿った点と結ぶ弦に沿うこともできよう。
【００７２】図６は横変位がいかにして行われるかを示
すために、ビューポイント１１０，１１２及び１１４、
及び法線ポイント１１６のｘ−ｚ面への投影を示してい
る。中間ビューポイント１１２の座標が算定された後、
最初のビューポイント１１０の投影１２０は横変位の計
算には含まれない。中間ビューポイント１１２の投影１
２２及びポイント１１６の投影１２６は投影された弦の
最終点である。最終ビューポイント１１４の投影１２４
は弦上にあり、弦の比例で投影１２２から偏位してい
る。投影１２２から投影１２４へのｘ及びｚの偏位はビ
ューポイント１１２からビューポイント１１４への横変
位のｘ及びｚ成分と等しい。
【００７３】横変位のｙ成分はｘ及びｚ成分がｘ及びｚ
の偏位に対して持つのと同じ比率をビューポイント１１
２と法線ポイント１１６の間のｙ偏位に対して持ってい
る。しかし、ｙ成分を算定する際には、ＰＯＩ１０２に
おける法線１０４がｙ軸に対して平行もしくはほぼ平行
であるかどうかを判定するための検査を行ってもよい。
そうではない場合は、前述のようにｘ，ｙ及びｚを用い
て横変位を適用することができる。しかし、法線１０４
がｙ軸と平行である場合は、横変位を採用しないことが
好ましく、その代わりにＰＯＩを視野の中心に置くため
に、ビューポイント移動をビューポイントの径方向移動
及び回転に限定することができる。それによって視野が
真下又は真上にくる可能性が避けられる。
【００７４】一連の段階で同じ比率が用いられる場合
は、横移動は漸近経路を辿る。各段階で横変位を算定す
るために用いられる関数は対数関数である。図５に示し
たものと同一の関数を弦に沿った横移動に適用すること
が可能であろう。
【００７５】図７は関心点の移動と共にビューポイント
の移動を示している。表面１４０は三次元作業域内で知
覚でき、ＰＯＩ１４２とＰＯＩ１４４とを含む。最初の
ビューポイント１５０からＰＯＩ１４２の方向に径方向
移動が要求されるので、画像はＰＯＩ１４２からビュー
ポイント１５０を経た光線上にビューポイント１５２か
ら提示される。次に、ＰＯＩの方向への径方向移動の要
求が継続している間は、ＰＯＩ１４４へと移動する要求
も受けられるので、画像はＰＯＩ１４４からビューポイ
ント１５２を経た光線上にビューポイント１５４から提
示される。
【００７６】図８は図４〜図７に示したビューポイント
移動を行うために図３のボックス３４及び３８の段階で
実行可能な段階を示している。ボックス１７０の段階は
ユーザー信号から新たな光線を得ることによって開始さ
れ、この信号は三次元作業域内に光線を表示することが
できるマウス又はその他のユーザー入力素子によって、
図３のボックス３２及び３６の段階で受信可能である。
新たな光線は例えば以前の光線と同じ光源の単位ベクト
ルによって表示でき、ユーザーによる機械的指示素子は
計算速度と比較して相対的に遅いので通常は以前の光線
の方向に近い。
【００７７】ボックス１７２の段階は新たな光線と選択
された対象の表面との交点を発見することによって新た
なＰＯＩを発見する。新たな光線が選択された対象の表
面と交差しない場合は、新たなＰＯＩは新たな光線に最
も近い対象表面であることができる。あるいは、新たな
ＰＯＩは二次元信号をディスプレイ表面全体にではなく
表面にマッピングすることによって以前選択された対象
の表面内に保持し、光線が常に表面と交差するようにし
てもよい。図３のボックス３２の段階で、設定された信
号は新たに選択された対象の表示を含んでいる。ボック
ス３６の段階では、選択された対象は以前選択された対
象である。
【００７８】ボックス１８０の段階は図３のボックス３
２及び３６の段階でキーボード上のキー又はマウスによ
り受信できるビューポイント移動の形式を選択する信号
に基づいて分岐する。信号がビューポイント移動を選択
しない場合は、ボックス１８２の段階は以前の位置を新
たな位置として採用する。信号がＰＯＩの方向への、又
はそこから離れるビューポイント移動を選択した場合
は、ボックス１８４の段階は要求された移動がＰＯＩの
方向に向かうのか、そこから離れるかに応じて分岐す
る。ＰＯＩの方向に向かう場合は、ボックス１８６の段
階が新たな径方向位置として漸近経路上のＰＯＩに向か
う新たな位置をとる。ＰＯＩから離れる場合は、ボック
ス１８８の段階が新たな新たな径方向位置として漸近経
路上のＰＯＩから離れる新たな位置をとる。信号が横移
動だけを選択した場合は、ボックス１９０の段階が新た
な径方向位置として以前の位置をとる。
【００７９】新たな径方向位置が得られると、又、シス
テムが横移動を含む動作モードにある場合は、ボックス
１９２の段階が新たな位置として、新たな径方向位置か
らＰＯＩ法線に向かう横漸近経路上に次の位置をとる。
この段階は又、中心合わせを含めてビューポイントを適
宜に回転させる。システムが横移動モードにない場合
は、新たな位置はボックス１８６、ボックス１８８又は
ボックス１９０による新たな径方向位置である。
【００８０】最後に、ボックス１９４の段階がボックス
１８２又はボックス１９２による新たな位置のビューポ
イントから観察して対象を知覚できる画像を提示する。
次にシステムは次のビューポイント移動段階のためにボ
ックス３６に戻る。
【００８１】Ｃ．実現形態 本発明は種々のデータ処理システムにおいて実現可能で
ある。グラフィック機関オプションを含むシリコン・グ
ラフィックス・アイリスのワークステーションにおいて
好適に実現可能であった。
【００８２】１．システム 図９は記憶装置内の適合項目を含む、本発明を実現する
システムの構成部品を示している。システム２００はキ
ーボード及びマウス２０４からの入力信号を受信し、か
つ、ディスプレイ２０６に画像を提示するために接続さ
れたプロセッサ２０２を備えている。プロセッサ２０２
は命令を検索するためにプログラム・メモリ２１２をア
クセスすることによって動作し、命令を実行する。命令
の実行中、プロセッサ２０２は入力信号を受信し、かつ
画像を提示することに加えて、データ・メモリ２１４を
アクセスすることができる。
【００８３】プログラム・メモリ２１２はオペレーディ
ング・システム２２０を備え、これはグラフィック処理
を行うための命令を含んでおり、その全てがグラフィッ
ク機関を有するシリコン・グラフィックス・アイリスワ
ークステーションの一部である。対話型のセッションを
準備するため、プロセッサ２０２は準備及び初期化ソフ
トウェア２２２を実行する。現行の実現形態では、プロ
セッサ２０２はコモン・リスプ及びコモン・リスプ対象
システム・コードを実行するために準備され、その幾つ
かは後述されるパラメタによって初期化される。図９の
プログラム・メモリ２１２の別のルーチンはコモン・リ
スプ対象システムの分類及び方法によって実現される。
【００８４】適宜の呼出しに応答して、プロセッサ２０
２はアニメーション・ループ・ルーチン２２４を実行す
る。これにはキーボード及びマウス２０４からの適宜の
信号によって終了されるまで継続されるループが含まれ
る。ループの各周期はディスプレイ２０６上にそれぞれ
の画像を提示する二重バッファ技術を利用することがで
き、それぞれの画像は各画像内のディスプレイ造形が対
象不変性技術に従って以前の画像のディスプレイ造形の
継続に見えるように相互の順序付けを形成する。
【００８５】各アニメーション周期はオペレーティング
・システム２２０によって保持されるＦＩＦＯ事象待ち
行列の次の項目を受領し、処理するための入力処理サブ
ルーチン２２６への呼出しを含んでいる。事象待ち行列
にはキー・ストローク、マウス事象、ウインドウ内へ
の、又、ウインドウからでるマウス・ポインタの運動及
びウインドウを再形成し、又は移動するマウス・ポイン
タの運動のようなユーザーからの信号を含み、例えば別
のプロセスのような別のソースからの事象を含むことが
できる。
【００８６】各アニメーション周期は更にビューポイン
トの現在位置を判定するためビューポイント移動サブル
ーチン２３２への呼出しをも含んでいる。次にアニメー
ション周期は三次元作業域を再作図するために３Ｄ作業
域サブルーチン２２８を呼び出す。作業域を再作図する
際、３Ｄ作業域サブルーチン２２８は作業域内に各対象
を再作図するために対象作図サブルーチン２３０を呼び
出す。
【００８７】データ・メモリ２１４は３Ｄ作業域データ
構造２４０と、対象データ構造２４２と、ビューポイン
トデータ構造２４４及びプログラム・メモリ２１２内の
命令の実行中に記憶され、アクセスされる別のデータを
含んでいる。３Ｄ作業域データ構造２４０は作業域内の
対象のリストと、作業域の内容を表示するデータとを含
むことができる。対象データ構造２４２は各対象ごとに
幾何学的形状を表すタイプ・データと、三次元作業域内
の位置を表示する座標データと、対象を含む立方体又は
球のような領域を表示するエクステント・データと、対
象に取付けられた別の対象がある場合はそのリストとを
含むことができる。ビューポイントデータ構造２４４は
三次元作業域内のビューポイントの位置を表示する座標
データと、観察方向を表示するデータと、ボデーの方向
を表示するデータとを含むことができる。作業域データ
構造２４０と、対象データ構造２４２と、ビューポイン
トデータ構造２４４は共同で作業域のモデル及びその内
容を提供する。
【００８８】２．アニメーション・ループ アニメーション・ループ２２４は種々の方法で実現可能
である。図１０は本発明の現行の実現形態で実行される
アニメーション・ループの関連段階を示している。
【００８９】ボックス２６０の段階は事象待ち行列から
処理される次の事象を検索する。ボックス２６２の段階
は次の事象に基づいて分岐する。次の事象が中央マウス
・ホタンの下方クリックとして実施されるＰＯＩ飛行の
開始を要求する信号である場合は、ボックス２６４の段
階は現在指示されている対象を発見するため選別動作を
行い、指示されている対象が現在選択されていることを
表示するために現行選択変数をセットし、開始ＰＯＩを
発見し、選択された対象が平坦である場合は、ＰＯＩで
法線を発見し、新たに選択された対象に適する別の動作
を実行する。ボックス２６４の段階は、対象の位置を表
示する座標データを検索するため対象データ構造２４２
のアクセスを含むことができる。他方では、次の事象が
中央マウス・ボタンの上方クリックとして実施されるＰ
ＯＩ飛行の終了を要求する信号である場合は、ボックス
２６６の段階は対象が現在もはや選択されていないこと
を表示するため現行選択変数をリセットする。次の事情
が別の信号である場合は、それは適宜に段階２６８で処
理される。ボックス２６８の段階はキー・クリック又は
受信された別の入力信号を表示するデータの記憶を含む
ことができる。
【００９０】ボックス２７０の段階は以下に詳述するよ
うに、作業域及び対象を再作図するのに用いられる現在
のＰＯＩとビューポイントの位置を発見する。最も簡単
な場合、ビューポイントは移動しないので、以前のビュ
ーポイント位置を表示する座標データはビューポイント
データ構造２４４をアクセスすることによって検索可能
である。
【００９１】ボックス２７２の段階は現在のビューポイ
ントから観察するための三次元作業域を作図する。この
段階はコーナー、陰影及び壁、天井及び床を表示するた
めのその他の視覚的キューを含む三次元の知覚を促進す
るための種々のキューを伴って作業域を作図することが
できる。この段階は作業域のエクステントを表示するデ
ータを検索するためのデータ構造２４０のアクセスを含
むことができる。
【００９２】ボックス２８０の段階は各対象を作図する
対話型ループを開始する。前述のように、作業域データ
構造２４０は作業域内の対象のリストを含み、このリス
トは対話型ループによって追跡されることができる。ボ
ックス２８２の段階はリスト中の次の対象の位置を発見
し、その位置で対象を作図するための動作を実行する。
対象データ構造２４２は各対象ごとのデータを検索する
ためにアクセスすることができる。現在選択されている
対象はＰＯＩを中心とする対象に最も近い適宜の表面に
ＰＯＩの円で作図することができる。
【００９３】全ての対象の作図が終了すると、ボックス
２８４の段階はバッファを切り換えて、ボックス２７２
及び２８２で作図された対象がディスプレイ２０６上に
提示されるようにする。次に、ループは開始段階に戻
る。
【００９４】アニメーション・ループは種々の付加的な
動作を含むことができる。例えば、ビューポイントが作
業域の壁に衝突する位置に移動されると、作業域の視野
はグレーになって視覚的キューを送ることができる。
【００９５】３．ＰＯＩの発見 図１０のボックス２６４の段階は種々の方法で実現可能
である。図１１は開始ＰＯＩを発見するための基本段階
を示している。
【００９６】ボックス３００の段階は選別された対象の
集合を獲得することから始まる。シリコン・グラフィッ
クスワークステーションでは、選別及び最終選別機能は
表出された対象が選別領域に延びているかどうかを判定
するために利用できる。選別領域に延びている対象は選
別された対象の集合に含められる。
【００９７】ボックス３０２の段階は現在のマウス位置
を読み取り、マウスによって表示された位置の二次元座
標を利用して、ビューポイントからマウスによって表示
された位置を経て延びる新たな光線の光源と方向を表示
するデータを生成する。シリコン・グラフィックスワー
クステーションでは、現在のマウス位置の座標を用いて
新たな光線の座標を得るためにマップｗ機能を利用する
ことができる。マップｗ機能を呼び出す前に、ビューポ
イントデータ構造２４４を用いて適宜の変換マトリクス
が準備される。マップｗ機能により戻された座標は次に
新たな光線の方向を表示する単位ベクトルを生成するた
めに利用可能である。
【００９８】ボックス３１０の段階は選別された各対象
を処理する対話型ループを開始する。このループはボッ
クス３１２でボックス３０２からの新たな光線が次の選
別された対象と交差するポイントを発見することから開
始される。例えば球形の対象の場合は、これは球を原点
へと移行し、同時に光源を移行し、次に二次方程式を用
いて光源から球の表面までの距離を計算することによっ
て発見することができる。最小の有効解が距離として定
められ、次に、交点の座標の成分を発見するために新た
な光線の方向を表示する単位ベクトルが利用される。
【００９９】ボックス３１４での検査は処理中の選別さ
れた対象が第１の選別対象であるかどうか、又は、最も
近い種々の選別された対象よりも光源に近いかどうかが
判定される。いずれかの条件が満たされると、ボックス
３１６の段階はその選別された対象が最も近い選別され
た対象であることを表示する値をセットし、交点の座標
と光源からの距離を保存する。
【０１００】選別された全ての対象が対話型ループによ
って処理され終わると、ボックス３２０の段階は、発見
された最も近い対象が現在選択されているＰＯＩ対象で
あり、かつ、開始ＰＯＩは現在選択されているＰＯＩ対
象上の交点の座標にあることを表示する値をセットす
る。ボックス３２０の段階はカーソルによって空位にす
ることができるので、ＰＯＩパターンによって代用する
ことが可能である。現在選択されているＰＯＩ対象が平
坦である場合は、ボックス３２０の段階は開始ＰＯＩと
対象の二次元境界ボックスでの平面に対する水平法線を
計算することもできる。次にルーチンは図１０のボック
ス２７０の段階へと進む。
【０１０１】４．ＰＯＩ及びビューポイント移動 図１０の段階２７０での現在のＰＯＩ及びビューポイン
トの発見は種々の方法で実施できよう。図１２は現在の
ＰＯＩを発見する段階と、現在のビューポイントを発見
する基本段階を示している。図１３は径方向ビューポイ
ント移動の段階を示している。図１４はビューポイント
の横移動の段階を示している。
【０１０２】ボックス３５０の段階はＰＯＩ対象が現在
選択されているかどうかに基づく分岐から開始される。
選択されていない場合はサブルーチンは終了するが、Ｐ
ＯＩ対象が現在選択されている場合は、ボックス３５２
の段階は現在のマウス位置を読み取り、マウスにより表
示された位置の二次元座標を利用してビューポイントか
らマウスにより表示された位置を経て延びる新たな光線
の光源と方向を表示するデータを生成する。シリコン・
グラフィックスワークステーションでは、マップｗ機能
は現在のマウス位置の座標を用いて前記光線の座標を算
定するためにマップｗ機能を利用できる。マップｗ機能
を呼び出す前に、ビューポイントデータ構造２４４を利
用して適宜の変換マトリクスが準備される。マップｗ機
能により戻された座標は次に新たな光線の方向を表示す
る単位ベクトルを生成するために利用できる。
【０１０３】ボックス３６０の段階は現在のＰＯＩ対象
が複合対象、すなわち付属する多数の単純な対象を含む
対象であるかどうかに基づいて分岐する。そうである場
合は、ボックス３６２の段階はボックス３５２からの光
線に最も近い単純な対象上でＰＯＩを発見する。対象が
すでに単純な対象である場合は、ボックス３６４の段階
がその表面にＰＯＩを発見する。ＰＯＩはその幾何学的
形状に応じて異なる対象ごとに別個に発見される。例え
ば、対象が長方形のように平坦であり、一次方程式で表
すことができる場合は、光線との交点は媒介変数の代入
によって計算することができる。同様の媒介変数の代入
は球形の対象にも適用できる。
【０１０４】ボックス３７０の段階はビューポイント移
動を要求するキーのいずれかが押されているかどうかに
応じて分岐する。どのキーも押されていない場合は、サ
ブルーチンは終了する。いずれかのキーが押されている
場合は、ボックス３７２の段階は要求されたビューポイ
ントの径方向移動を行う。次に、ボックス３７４の段階
がシステムはビューポイントの横移動を許容するモード
にあると判定すると、ボックス３７６の段階はサブルー
チンが終了する前に適宜の横移動を行う。
【０１０５】図１３は図１２のボックス３７２の段階を
実現するために実行可能な段階を示している。ボックス
４００の段階はビューポイントの移動を要求するキーに
応じた分岐から開始される。スペース・バーはＰＯＩ方
向へのビューポイントの移動を表示することができ、左
アルト・キーはＰＯＩから離れるビューポイントの移動
を表示することができる。双方とも押される場合は、横
移動が可能なモードにあるならばＰＯＩ法線の方向への
ビューポイントの横移動を行うことができる。
【０１０６】スペース・バーが押されており、ＰＯＩの
方向への移動を表示する場合は、ボックス４０２の段階
はＰＯＩの方向への漸近経路上にビューポイントの新た
な径方向位置を発見する。次の方程式は新たなビューポ
イント座標、 eyex 、 eyey 及び eyez を算出するため
に用いることができる。
【０１０７】 eyex ＝ eyex −パーセント径方向接近×（ eyex − poix ） eyey ＝ eyey −パーセント径方向接近×（ eyey − poiy ）、および eyez ＝ eyez −パーセント径方向接近×（ eyez − poiz ）
【０１０８】ここに、パーセント径方向接近は初期化
中に記憶される値であることができる。この値の選択は
利用されるアニメーション・ループの速度によって左右
される。良好な移動を行うためには０．１５前後の広範
囲の値が用いられた。
【０１０９】左アルト・キーが押されて、ＰＯＩから離
れる移動が表示されると、ボックス４０４の段階はＰＯ
Ｉから離れる漸近経路上のビューポイントの新たな径方
向位置を発見する。次の方程式は新たなビューポイント
座標、 eyex 、 eyey 及び eyez を算出するために用い
ることができる。
【０１１０】 eyex ＝ eyex ＋パーセント径方向退却×（ eyex − poix ) eyey ＝ eyey ＋パーセント径方向退却×（ eyey − poiy ) 及び、 eyez ＝ eyez ＋パーセント径方向退却×（ eyez − poiz ）
【０１１１】ここに、パーセント径方向接近は初期化
中に記憶される値であることができ、この値の選択はＰ
ＯＩから離れる漸近経路がＰＯＩに接近する漸近経路を
再追跡するように選択することができる。
【０１１２】スペース・バーと左アルト・キーが押さ
れ、横移動だけが表示されると、ボックス４０６の段階
は以前のビューポイント位置と等しいビューポイントの
新たな径方向位置を設定する。
【０１１３】ボックス４１０の段階はボックス４０２、
ボックス４０４又はボックス４０６による新たな径方向
位置を検査して、それがＰＯＩ位置に近すぎないかどう
かを判定する。それはあらたな径方向位置とＰＯＩ位置
との距離を最小距離と比較することによって行うことが
できる。新たな径方向位置が近すぎる場合は、サブルー
チンは以前のビューポイント位置を変更せずに図１２の
ボックス３７４へと進行する。しかし、新たな径方向位
置がＰＯＩから充分離れている場合は、ボックス４１２
の段階は新たな径方向位置と作業域の境界でクリッピン
グ動作を行い、次にビューポイントをクリップされた新
たな径方向位置へと移動する。ボックス４１２の段階は
例えば壁又はその他のディスプレイ造形により規定され
た境界で新たな径方向位置をクリップすることも可能で
ある。
【０１１４】図１４は図１２のボックス３７６の段階を
実現するために実行可能な段階を示している。ボックス
４３０の段階は単純にＰＯＩとビューポイントのｘ，ｙ
及びｚ座標の差の二乗の和の平方根であるＰＯＩからビ
ューポイントまでの水平距離を算出することによって、
又、ＰＯＩにおける水平法線上にあり、かつこれもＰＯ
Ｉからの水平距離である法線ポイント（normal point)
を算出することによって開始される。法線ポイントは次
の方程式によって算出することができる。
【０１１５】 normalx ＝ poix ＋水平距離× poiNormalx 、 normaly ＝ poiy 、及び、 normalz ＝ poiz ＋水平距離× poiNormalz
【０１１６】一般には、法線ポイントはＰＯＩにおけ
る法線上にあるので、次の方程式を用いることができよ
う。
【０１１７】 normalx ＝ poix ＋距離× poiNormalx normaly ＝ poiy ＋距離× poiNormaly 、及び、 normalz ＝ poiz ＋距離× poiNormalz
【０１１８】ここに距離はＰＯＩからビューポイントま
での三次元の距離である。
【０１１９】ボックス４３２の段階はボックス４３０に
基づく水平距離が横移動には不適切なほど短いかどうか
を検査し、その場合は、ボックス４３４の段階は新たな
位置を以前のビューポイント位置へと設定する。
【０１２０】ボックス４４０の段階はビューポイントの
横移動モードが有効であるかに基づいて分岐する。弦モ
ードの場合はビューポイントは図６に示す弦を辿る。弧
モードの場合はビューポイントは図５に示す弧を辿る。
【０１２１】弦モードでは、ボックス４４２の段階は新
たな位置をビューポイント位置と法線ポイントの間の弦
上のポイントに設定する。ビューポイントは弦に沿って
漸近経路を辿ることができ、その場合は、新たな位置を
発見するために対数関数を用いることができる。次の方
程式を用いることが可能である。
【０１２２】 eyex ＝ eyex ＋パーセント横方向×（ eyex −normalx ) eyey ＝ eyey ＋パーセント横方向×（ eyey −normaly ) 及び、 eyez ＝ eyez ＋パーセント横方向×（ eyez −normalz ）
【０１２３】ここに、パーセント横方向は初期化中に
記憶される値であることができる。所望の径方向距離に
達する前にビューポイントは法線まで移動しなければな
らないので、この値の選択はパーセント径方向接近の値
に左右される。パーセント径方向接近の値が０．１５で
ある場合、良好な横移動を行うためにはパーセント横方
向の値は０．２５が用いられた。
【０１２４】弧モードでは、ボックス４４４の段階はビ
ューポイント位置から法線ポイントまでの全横方向角度
を算定する。この横方向角度θ、は次の方程式によって
算出することができる。
【０１２５】 θeye ＝atan(eyex − poix ,eyez − poiz ）； θnormal＝atan(poiNormalx ,poiNormalz ) 及び θ= θnormal−θeye
【０１２６】ここにａｔａｎはアークタンジェント関数
である。
【０１２７】ボックス４５０の段階は次にθが一段階で
法線ポイントへの横移動を可能にするには大きすぎるか
どうかを検査する。ビューポイント位置は次の方程式を
用いて弧に沿った漸近経路を辿ることができる。
【０１２８】 θ＝（１−パーセント回転）×θ
【０１２９】ここにパーセント回転はパーセント横方向
に関して上述したように初期化中に記憶される値である
ことができる。あるいはθはπ／１０のような最大段階
と比較することができる。θが大きすぎる場合は、ボッ
クス４５２の段階がθを最大ステップ角度に制限する。
【０１３０】次にボックス４５４の段階は新たな位置を
弧上のポイントに設定し、これは次の方程式によって行
うことができる。
【０１３１】 eyex ＝ poix ＋水平距離×sin(θeye ＋θ） eyey ＝ poiy ；及び eyez ＝ poiz ＋水平距離×cos(θeye ＋θ）
【０１３２】一般に、ｙ次元での横移動用の第２の角度
を計算することが必要であり、これは次の方程式によっ
て行うことができる。
【０１３３】 θv ＝atan(poiNormaly ，k)−atan(eyey − poiy , 水平距離）
【０１３４】ここにｋは法線ベクトルの水平距離であ
る。
【０１３５】ボックス４３４、ボックス４４２又はボッ
クス４５４で新たな位置が算定されると、ボックス４６
０の段階は新たな位置を作業域の境界にクリップする。
作業域は室であると考えることができるので、新たな位
置が室の床、壁及び天井内にクリップされる。クリッピ
ングはビューポイントが対象によって占められた作業域
の領域内にある場合も、ビューポイントを対象の外側に
移動するために用いることができる。クリッピングの
後、アークタンジェント関数はビューポイントの現在の
角度と、後続の計算で用いられる実際の横方向角度を再
計算するために用いることができる。
【０１３６】ボックス４６２の段階は横移動を補正する
ＰＯＩ回転角度を算出する。補正がなされないと、横移
動はＰＯＩをマウス・カーソルの下の外側に移動し、Ｐ
ＯＩを視界から外側に移動してしまい、それによってユ
ーザーは混乱するであろう。ｘ−ｚ平面での回転には、
ＰＯＩ回転角度は前述の角度θと同じであることができ
る。一般に、ビューポイントがｙ次元で回転される場合
は、ＰＯＩ回転角度は前述のように計算された角度θと
θv とを組み合わせる。
【０１３７】ボックス４７０の段階はビューポイントが
中心合わせモードで移動しているかどうかを検査する。
中心合わせモードでは、ビューポイントはＰＯＩを視界
の中心に置くためにも回転される。中心合わせモードに
ある場合は、ボックス４７２の段階はビューポイントの
方位とビューポイントからＰＯＩへの光線の方向との中
心合わせ角度を算出し、これは次の方程式を用いてｘ−
ｚ平面で行うことができる。
【０１３８】 θ＝atan(poix − eyex ,poiz − eyez ) −atan(dobx ,dobz )
【０１３９】ここにｄｏｂは長さ１のボデー・ベクトル
の水平方向を示す。ボデー・ベクトルの方向はｘ−ｚ平
面でのビューポイントの方向を表示する。
【０１４０】ボックス４７４の段階はボックス４７２に
基づく中心合わせ角度を例えば１８°の最大中心合わせ
角度と比較して、それが大きすぎるかどうかを判定す
る。大きすぎる場合は、ボックス４７６の段階は最大中
心合わせ角度に設定することによって中心合わせ角度を
制限する。
【０１４１】ＰＯＩ回転角度及び中心合わせ角度の双方
が算出されると、ボックス４８０の段階は２つの角度の
和θt が有効なビューポイントの回転を行うためにゼロ
よりも充分に大きいかどうかを判定する。そうである場
合は、ボックス４８２の段階はそれに従ってビューポイ
ントを回転させる。この段階は次の方程式を用いてボデ
ー・ベクトルの方向を修正することによって実施するこ
とができる。
【０１４２】 dobx ＝ dobx ＋ sinθt dobz ＝ dobz ＋ cosθt
【０１４３】ｘ−ｚ平面では、ビューポイントはｄｏｂ
だけを修正することによって回転させることができる
が、それはｄｏｂはｘ及びｚ成分だけで実現されるから
である。一般に、ビューポイントがｙ次元でも回転され
る場合は、これも長さ１のベクトルであるものと想定さ
れているｄｏｇと呼ばれる注目ベクトルの方向は次の方
程式によって修正することができる。
【０１４４】 dogy ＝ dogy ＋sin(θv )
【０１４５】ここにθv は前述のように計算される。ｄ
ｏｇベクトルはビューポイントから視界へと至る切頭体
の軸を辿るベクトルであるものと考えることができる。
【０１４６】ビューポイントの回転が終了すると、ボッ
クス４８４の段階はマウス・カーソルをその結果生じた
ＰＯＩの位置に移動する。それが必要であるのは、ユー
ザーがＰＯＩ位置の制御を継続できるようにするためで
ある。
【０１４７】これまで本発明をＰＯＩの移動を要求する
信号を付与するためにマウスを利用し、ビューポイント
移動を要求する信号を付与するためにキーボードを利用
して説明してきた。本発明は光線を三次元作業域へと当
てるためにＶＰＬのような多次元入力素子を用いても実
現できよう。例えば要求された移動の形式を表示するた
めに、圧搾することによってビューポイント移動を要求
するために同じ入力素子を利用することもできよう。
【０１４８】本発明は修正、変更及び拡張を含めて種々
の実施例に関して説明してきたが、その他の実施態様、
修正及び変更も本発明の範囲内にある。従って、本発明
はこれまでの説明又は図面に限定されるものではなく、
特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 三次元作業域内のビューポイントから知覚で
きる表面の概略図である。
【図２】 Ａは図１に示した表面を含む提示された画像
の概略図である。Ｂは異なるビューポイントから観察し
て図Ａの表面の継続として知覚できる表面を含む別の提
示された画像の概略図である。
【図３】 ビューポイント移動の基本段階を示したフロ
ーチャートである。
【図４】 Ａは中心合わせなしの、表面上のポイントへ
のビューポイントの径方向移動を示す平面図である。Ｂ
は中心合わせを伴う、表面上のポイントへのビューポイ
ントの径方向移動を示す平面図である。
【図５】 ビューポイントの回転を伴うビューポイント
の横移動を示し、かつ横及び径方向成分を含むビューポ
イント移動をも示す平面図である。
【図６】 横及び径方向成分を含むビューポイントの移
動を示した三次元の図面である。
【図７】 関心点の移動を伴うビューポイント移動を示
す平面図である。
【図８】 ビューポイント移動及び関心点移動の要求に
応答して新たなビューポイントから三次元作業域を提示
する基本段階を示したフローチャートである。
【図９】 ビューポイント移動及び関心点移動を行うシ
ステムの部品を示す構成図である。
【図１０】 ビューポイント移動及び関心点移動を行う
アニメーション・ループの段階を示すフローチャートで
ある。
【図１１】 図１０の関心点の開始を発見する段階を示
すフローチャートである。
【図１２】 図１０の関心点及びビューポイント位置の
現在ポイントを発見する段階を示すフローチャートであ
る。
【図１３】 図１２のビューポイントの径方向移動の段
階を示すフローチャートである。
【図１４】 図１２のビューポイントの横移動の段階を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 表面、１４ ビューポイント、１６ ポイント、
２０ 画像、２２ 画像、２４ 表面、２６ ポイン
ト、５０ 表面、５２，５４，５６，５８ ビューポイ
ント、６０ 表面、６２，６４，６６，６８ ビューポ
イント、７０ 対象、７２，７４，７６，７８，８０，
８４，８６，８８ ビューポイント、１００表面、１０
２ ＰＯＩ、１０４ 法線、１０６ 水平法線、１１０
初期ビューポイント、１１２ 中間ビューポイント、
１１４ 最終ビューポイント、１１６法線ポイント、１
２０，１２２，１２４，１２６ 投影、１４０ 表面、
１４２，１４４ ＰＯＩ、１５０，１５２ ビューポイ
ント、２００ システム、２０２ プロセッサ、２０４
マウス、２０６ ディスプレイ、２１２ プログラム
・メモリ、２２０ オペレーション・システム、２２２
初期化ソフトウェア、２２４ アニメーション・ルー
プ・サブルーチン、２２６ 入力処理サブルーチン、２
２８ ３Ｄ作業域サブルーチン、２３０ 作図サブルー
チン、２４０３Ｄ作業域データ構造、２４２ 対象デー
タ構造、２４４ ビューポイントデータ構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ・ジー・ロバートソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94303 パロアルト アレンコート 774 (56)参考文献 特開 平４−127279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 11/60 - 17/50

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ディスプレイと、ユーザー入力装置と、
    ユーザー入力装置からの信号を受信し、かつディスプレ
    イ上に画像を提示するために接続されたプロセッサとを
    備え、該ユーザー入力装置は提示された画像内の領域を
    示す信号と、ビューポイントの移動を要求する移動要求
    信号とを供給する形式のシステムの動作方法であって；
    その方法は次のステップを有する： 三次元作業域内の第１ビューポイントから観察して知覚
    できる第１表面を含む第１画像をディスプレイ上に提示
    するステップであって、三次元作業域内の第１ビューポ
    イントの位置を示すビューポイント座標データを記憶す
    るサブ・ステップを含むステップ； ユーザー入力装置から第１領域を示す信号と第１移動要
    求信号を受信するステップであって、第１領域を示す信
    号は第１表面の第１領域を示し、第１移動要求信号は第
    １領域に対するビューポイントの移動を要求するステッ
    プ；および第２画像をディスプレイ上に提示するステッ
    プであって、第２画像は三次元作業域内の第２ビューポ
    イントから観察した第１表面の継続として知覚できる第
    ２表面を含み、第２ビューポイントは第１移動要求信号
    に従って第１表面上の第１領域に対する記憶されたビュ
    ーポイント座標データによって示された位置から変位さ
    れるステップ。
  2. 【請求項２】 ディスプレイと、ユーザー入力装置と、
    ユーザー入力装置からの信号を受信し、かつディスプレ
    イ上に画像を提示するために接続されたプロセッサとを
    備え、該ユーザー入力装置はビューポイントの移動を要
    求する移動要求信号を供給する形式のシステムの動作方
    法であって；この方法は次のステップを含む： 三次元作業域内の第１ビューポイントから観察して知覚
    できる第１表面を含む第１画像をディスプレイ上に提示
    するステップであって、第１表面は第１領域を含み、第
    １ビューポイントは第１領域から第１の距離を隔てて位
    置しているステップ； ユーザー入力装置からビューポイントの移動を要求する
    第１移動要求信号を受信するステップ；および第２画像
    をディスプレイ上に提示するステップであって、第２画
    像は三次元作業域内の第２ビューポイントから観察した
    第１表面の継続として知覚できる第２表面を含み、第２
    ビューポイントは第１移動要求信号に従って第１ビュー
    ポイントからの第１の変位により変位され、第１の変位
    は第１の距離の関数であるステップ。
  3. 【請求項３】 ディスプレイと、信号を供給するユーザ
    ー入力装置と、ユーザー入力装置からの信号を受信し、
    かつディスプレイ上に画像を提示するために接続された
    プロセッサとを備え、該ユーザー入力装置は移動要求信
    号を供給し、移動要求信号はビューポイントの移動と、
    関心点の移動を要求し、ユーザー入力装置はユーザーが
    ビューポイントの移動と関心点の移動を別個に要求可能
    である形式のシステムの動作方法であって；この方法は
    次のステップを含む： 三次元作業域内の第１ビューポイントから観察して知覚
    できる第１表面を含む第１画像をディスプレイ上に提示
    するステップであって、該第１画像は第１表面上の第１
    関心点を含み、第１画像を提示するステップは三次元作
    業域内の第１ビューポイントの位置を示すビューポイン
    ト座標データを記憶するサブ・ステップを含むステッ
    プ； ユーザー入力装置からの第１移動要求信号の集合を受
    け、第１移動要求信号の集合は第１のビューポイント移
    動と第１の関心点移動を要求するステップ；および第１
    移動要求信号に応答して、ディスプレイ上に第２画像を
    提示し、該第２画像は三次元作業域内の第２ビューポイ
    ントから観察した第１表面の継続として知覚できる第２
    表面を含み、第２画像は第２表面上に第２関心点を含
    み、第２関心点は第１関心点移動に従って変位されるス
    テップ。
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