JP3770965B2 - 3D virtual space experience device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は三次元仮想空間の体験装置に関し、特に、三次元仮想空間内を移動しながら種々の対象物を自由自在に観察することが可能な三次元仮想空間の体験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及により、ディスプレイ画面上に三次元仮想空間を投影し、この仮想空間内を自由に移動する体験を提供することができるようになってきた。たとえば、ゲームソフトウエアの分野では、コンピュータによって構築された三次元仮想空間内をプレーヤが探検してゆくようなジャンルのものが広く普及している。また、パソコン通信の普及により、いわゆるオンラインショッピングという販売方法が一般に定着しつつあり、特に、インターネットにより商品情報を提供する場合には、三次元仮想空間を体験させながら商品を紹介する方法が注目されている。たとえば、インターネットを利用して、顧客に対して、三次元仮想空間内に構築された疑似デパート内を歩きまわる体験を提供することにより、種々の商品を紹介するような提案もなされている。顧客は自宅に居ながらにして、あたかもデパート内を歩きまわるようにして種々の商品を見てまわることができ、しかも、興味のある商品については、これを所望の角度から十分に観察することも可能になる。
【0003】
仮想空間内を自由に移動するためには、自分が望む移動方向をコンピュータに対して指示する必要がある。パーソナルコンピュータに対する入力デバイスとしては、キーボード、マウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、グラフィックタブレットなどが一般に利用されているが、三次元仮想空間内における移動方向を指示するための入力デバイスとしては、通常、直観的に方向を指示する入力を行うことが便利なマウスやジョイスティックなどが利用されている。たとえば、ジョイスティックを用いれば、ステックを前方へ傾斜させることにより前進を指示し、後方へ傾斜させることにより後退を指示し、右方へ傾斜させることにより右転を指示し、左方へ傾斜させることにより左転を指示するといった入力形態を採ることができる。ユーザはこれらの指示を組み合わせることにより、三次元空間内を自由に移動することが可能になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
コンピュータに搭載されるCPUの性能やメモリの容量は年々著しく向上してきており、今後は、より現実に近い繊細な画像を非常にスムーズな動きをもってディスプレイ画面上に提示することが可能になるものと思われる。しかしながら、コンピュータ内部の画像データ処理機能が格段に向上したとしても、ユーザの意思をコンピュータへ伝達するインターフェイスが不十分であると、三次元仮想空間の体験装置全体の機能向上は望めない。すなわち、より現実に近い体験を提供するためには、ユーザがその意思どおりに自由自在に三次元空間内を移動することができ、見たい物を見たい態様で観察することができるような環境を整える必要がある。ところが、上述したように、パーソナルコンピュータにおける一般的な入力デバイスとしてのマウスやジョイスティックを用いたこれまでの指示入力の方法では、前後左右への移動を指示する程度の環境しか与えることができず、きわめて自由度が制限されていた。もちろん、キーボードを利用してコマンドの形式で指示入力を与えるようにすれば、原理的には無限種類の指示入力が可能であるが、直感的な操作にはならないため、人間にとって自然な指示入力にはならないという弊害が生じることになる。
【0005】
そこで本発明は、直感的な自然な操作によって、できるだけ現実に近い自由度をもった体験を提示することができる三次元仮想空間の体験装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の第1の態様は、UVW三次元直交座標系内において、UV平面を水平面とし、W軸を鉛直軸として定義された三次元仮想空間を構成する個々の要素についての三次元画像データを記憶する三次元画像データ記憶手段と、
UVW座標系内におけるUV平面上の位置Pを示す座標値(u,v)と、この位置Pもしくはその鉛直上方位置P′を始点として定義された視線ベクトルEのUV平面に対する角度θおよびUW平面に対する角度φと、視線ベクトルEが示す方向にある三次元仮想空間構成要素の投影倍率を示す倍率値Mと、からなる姿勢状態データを記憶する姿勢状態データ記憶手段と、
上述した三次元画像データと姿勢状態データとに基づいて、位置Pもしくはその鉛直上方位置P′から視線ベクトルEの方向を眺めたときの状態を倍率値Mに基づいて投影した二次元視界画像を示す視界画像データを生成する視界画像データ生成手段と、
この視界画像データに基づいて二次元視界画像を表示する表示手段と、
XYZ三次元直交座標系におけるX軸方向の操作量と、Y軸方向の操作量と、Z軸方向の操作量と、を検出し、検出した各操作量を出力する三次元操作量センサと、
第1の状態および第2の状態のいずれか一方を選択的に設定できる設定スイッチと、
三次元操作量センサの出力および設定スイッチの設定に基づいて、姿勢状態データ記憶手段内の姿勢状態データを更新する姿勢状態データ更新手段と、
により三次元仮想空間の体験装置を構成し、姿勢状態データ更新手段が、
設定スイッチが第1の状態にあるときには、視線ベクトルEをUV平面上に投影することにより得られる投影ベクトルFを考慮して、X軸方向の操作量に基づいてUV平面上の位置Pを投影ベクトルFに直交する方向に移動するように座標値(u,v)を更新し、Y軸方向の操作量に基づいてUV平面上の位置Pを投影ベクトルFの示す方向あるいはその逆方向に移動するように座標値(u,v)を更新し、
設定スイッチが第2の状態にあるときには、X軸方向の操作量に基づいて角度φを増減し、Y軸方向の操作量に基づいて角度θを増減し、
設定スイッチの設定にかかわらず、もしくは、設定スイッチがいずれか一方の状態にあるときに、Z軸方向の操作量に基づいて倍率値Mを増減する機能を有するようにしたものである。
【0007】
(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1の態様に係る体験装置において、
2つの状態のいずれか一方を選択的に設定できる補助設定スイッチを更に設け、
三次元操作量センサとして、Z軸方向の操作量に関しては、正の操作量+Zおよび負の操作量−Zのうちの少なくとも一方の操作量を検出できるセンサを用い、
姿勢状態データ更新手段が、補助設定スイッチの状態に基づいて、Z軸方向の操作量の符号を反転した取り扱いを行うように構成したものである。
【0008】
(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係る体験装置において、
三次元操作量センサをキーボード上に設け、キーの間隙に立設した操作棹を操作することによって操作量の入力が可能になるような構成とし、キーボード主面にほぼ沿った横方向をX軸、縦方向をY軸、キーボード主面にほぼ垂直な方向をZ軸と定義し、操作棹を各座標軸方向に操作することにより各操作量の入力を行えるようにしたものである。
【0009】
(4) 本発明の第4の態様は、上述の第3の態様に係る体験装置において、
キーボード上の特定のキーを、設定スイッチもしくは補助設定スイッチとして用いるようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図1は本発明に係る三次元仮想空間の体験装置の基本構成を示すブロック図である。ここで、三次元画像データ記憶手段10は、UVW三次元直交座標系内において、UV平面を水平面とし、W軸を鉛直軸として定義された三次元仮想空間を構成する個々の要素についての三次元画像データaを記憶する機能を有する。すなわち、図2に示すようなUVW三次元直交座標系を定義し、UV平面を床面とした仮想空間が形成される。たとえば、仮想デパートの空間を構成するのであれば、この三次元座標空間内に配置された陳列棚やショーウインドウなどの要素や、その中に置かれた種々の商品についての三次元画像データが用意されることになる。
【0011】
姿勢状態データ記憶手段20は、上述の三次元仮想空間内を移動するユーザの位置および姿勢を示す姿勢状態データbを記憶する機能を有する。この姿勢状態データbは、UVW座標空間内でのユーザの現在地を示す座標値(u,v)と、このユーザの視線方向を示す視線ベクトルEの向きを定義する角度(θ,φ)と、ユーザの注視対象物の表示倍率を示す倍率値Mと、から構成されている。座標値(u,v)は、図2に示すように、UVW座標系内におけるUV平面上の位置Pを示すパラメータであり、ユーザが仮想空間内の位置Pに立っているとの仮定の下で、以下の処理は行われる。
【0012】
視線ベクトルEは、この位置Pにいるユーザがどこを見ているかを示すパラメータである。ユーザの身長を無視すれば(すなわち、ユーザ自身を1点Pで表せば)、この視線ベクトルEは位置Pを始点とするベクトルになる。ただ、この実施形態では図2に示すように、ユーザの身長(厳密には眼球までの高さ)をhとして位置P(u,v)の鉛直上方に位置P′(u,v,h)を定義し、この位置P′を始点とした視線ベクトルEを定義している。また、後述する処理を行う上で、この視線ベクトルEをUV平面(床面)に投影することにより投影ベクトルFを定義している。
【0013】
本発明では、視線ベクトルEは視線の方向を示すパラメータとして用いられているので、その方向成分は重要であるが、ベクトルの大きさ(長さ)に関する情報は必要としない。そこで、視線ベクトルEを一対の角度(θ,φ)によって、その方向のみを定義している。すなわち、視線ベクトルEのUV平面に対する角度を角度θと定義し(この実施形態では、UV平面より上方を正、下方を負にとって、−90°≦θ≦+90°なる範囲で角度θを定義)、視線ベクトルEのUW平面に対する角度を角度φと定義(この実施形態では、Uの値が正であるUW平面を基準として、上方から見たときに反時計まわりの方向に角度が増加するようにφを定義しており、0°≦φ<360°なる範囲をとる)している。図3は、図2に示す視線ベクトルEの始点をUVW座標系の原点Oにまで平行移動した状態を示す図であり、角度θおよびφの定義方法が視覚的に示されている。結局、角度θは、視線ベクトルE(ベクトルOQ)と、これをUV平面上に投影して得られる投影ベクトルF(ベクトルOQ′)とのなす角として定義され、角度φはU軸と投影ベクトルFとのなす角として定義される。
【0014】
一方、倍率値Mは、視線ベクトルEが示す方向にある三次元仮想空間構成要素の投影倍率を示すものであり、いわば視線ベクトルEの方向にある対象物についてのズーム倍率を示すパラメータである。位置Pが全く同じであっても、この倍率値Mが大きくなれば対象物により接近したような画像表示がなされ、この倍率値Mが小さくなれば対象物から遠ざかったような画像表示がなされることになる。
【0015】
視界画像データ生成手段30は、三次元画像データaと姿勢状態データbとに基づいて、位置P′(ユーザの身長を無視する取り扱いを行う場合には位置P)から視線ベクトルEの方向を眺めたときの状態を倍率値Mに基づいて投影した二次元視界画像を示す視界画像データcを生成する機能を有する。別言すれば、視線ベクトルEに対する直交面に所定の大きさをもった投影領域を定義し、三次元画像データaによって定義された三次元画像をこの投影領域上に二次元投影する処理が行われることになる。投影領域上に得られた二次元画像が視界画像に相当し、この視界画像を示す視界画像データcが生成される。表示手段40は、いわゆるディスプレイ装置であり、この視界画像データcに基づいて二次元視界画像を表示する機能を有する。倍率値Mは、投影領域のサイズを決定するパラメータとなり、倍率値Mが大きいほど、小さな投影領域が定義され、投影領域内に投影された二次元の視界画像が表示手段の画面に大きく拡大されて表示されることになる。
【0016】
以上のように、三次元画像データ記憶手段10内に予め用意された三次元画像データaは同じであっても、姿勢状態データ記憶手段20内の姿勢状態データbによって表示手段40の画面上に表示される内容は異なることになる。このように、同一の三次元空間内を観察していても、観察位置や視線方向によって異なった視界画像を体験することができる。
【0017】
本発明に係る装置には、更に、三次元操作量センサ50、設定スイッチ60、姿勢状態データ更新手段70が設けられている。ユーザは、三次元操作量センサ50および設定スイッチ60を用いて、姿勢状態データbの内容を更新するための指示入力を与えることができる。姿勢状態データ更新手段70は、この指示入力に基づいて、姿勢状態データbの内容を更新する処理を実行する。こうして、姿勢状態データ記憶手段20内の姿勢状態データbが更新されると、その都度、視界画像データ生成手段30によって新しい視界画像データcが生成され、表示装置40上に表示される視界画像はリアルタイムで更新されてゆく。
【0018】
本発明の特徴は、ユーザによる直感的な自然な操作によって、比較的高い自由度をもった指示入力を実現できる点にあり、本発明に係る装置を用いれば、現実に近い自由度をもった体験を提示することができるようになる。このような指示入力は、三次元操作量センサ50および設定スイッチ60によって行われる。三次元操作量センサ50は、XYZ三次元直交座標系(ここでは、説明の便宜上、三次元画像データaが定義されている三次元空間とは区別するために、UVW三次元直交座標系とは別な座標系を用いることにする)におけるX軸方向の正および負の操作量+X,−Xと、Y軸方向の正および負の操作量+Y,−Yと、Z軸方向の正および負の操作量+Z,−Zと、を検出し、検出した各操作量を出力する機能を有する。一方、設定スイッチ60は、▲1▼移動モードか、▲2▼回転モードか、のいずれのモードにあるかを設定する機能を有する。
【0019】
三次元操作量センサ50としては、三次元座標系のいずれの座標軸について、いずれの方向(正方向か負方向か)に向かっての操作が行われたか、という情報を入力することができれば、どのようなセンサを用いてもかまわないが、ここで述べる実施形態では、静電容量式の三次元力センサを三次元操作量センサ50として用いている。図4に、この静電容量式三次元力センサ50の側断面図を示す。このような静電容量式センサについての詳細は、たとえば、特開平8−6711号公報などに開示されているので、ここでは簡単な構造説明および動作説明だけを行う。
【0020】
この図4に示すセンサは、基板51と蓋部材52と操作棹53とによって構成されており、基板51の上面には5枚の電極E1〜E5が形成されている。図5は、このセンサから蓋部材52および操作棹53を除去した状態を示す上面図であり、基板51上に形成された5枚の電極E1〜E5の形状および配置が明瞭に示されている(破線は、蓋部材52の取り付け位置を示す)。
【0021】
いま、この基板51の上面がXY平面に含まれるように、XYZ三次元直交座標系を定義する。操作棹53は、Z軸方向に伸びた円柱状の部材であり、蓋部材52の上面中央部に固着されている。蓋部材52は、基板51上に形成された5枚の電極E1〜E5全体を覆うカバーとして機能するとともに、全体として1つの共通電極として機能する。すなわち、このセンサにおいて、基板51および操作棹53は絶縁材料によって構成されているが、5枚の電極E1〜E5および蓋部材52は導電材料から構成されており、蓋部材52の上面を構成する部分は、5枚の電極E1〜E5のすべてに対向する共通の電極としての役割を果たす。したがって、5枚の電極E1〜E5とこれに対向した共通電極とにより、5組の容量素子C1〜C5が形成されることになる。
【0022】
また、蓋部材52は、可撓性をもった導電材料(この例では、金属)から構成されており、操作棹53に力が加えられると、その力に基づいて撓みを生じる性質を有する。たとえば、操作棹53の上部に図のX軸正方向に向かう力が加えられると、電極E1に対向する蓋部材52の一部は下がり、電極E3に対向する蓋部材52の一部は上がるように、蓋部材52全体に撓みが生じることになる。その結果、容量素子C1の電極間隔は短くなり静電容量値が増加し、容量素子C3の電極間隔は長くなり静電容量値が減少する。X軸負方向に向かう力が加わった場合には、これと逆の現象が起こる。したがって、X軸上に配置された容量素子C1,C3の静電容量値を電気的に測定すれば、操作棹53の上部に対してX軸方向に加えられた力の向き(X軸正方向か負方向か)と、その大きさとを検出することが可能になる。同様に、Y軸上に配置された容量素子C2,C4の静電容量値を測定すれば、操作棹53の上部に対してY軸方向に加えられた力の向き(Y軸正方向か負方向か)と、その大きさとを検出することが可能になる。
【0023】
一方、操作棹53に対して、図4の上方へと引っ張りあげる力(Z軸正方向の力)が加えられた場合、電極E5に対向する中央部分が上がるように蓋部材52全体に撓みが生じ、容量素子C5の電極間隔が長くなり静電容量値は減少する。逆に、操作棹53に対して、図4の下方へと押し込む力(Z軸負方向の力)が加えられた場合、電極E5に対向する中央部分が下がるように蓋部材52全体に撓みが生じ、容量素子C5の電極間隔が短くなり静電容量値は増加する。したがって、容量素子C5の静電容量値を電気的に測定すれば、操作棹53の上部に対してZ軸方向に加えられた力の向き(Z軸正方向か負方向か)と、その大きさとを検出することが可能になる。
【0024】
こうして、図4および図5に示す静電容量式力センサは、本発明における三次元操作量センサ50として機能し、XYZ各座標軸に沿った操作量±X,±Y,±Zを検出し、検出した操作量を姿勢状態データ更新手段70に与える機能を果たすことができる。なお、この図4および図5に示すセンサによれば、三次元座標系のいずれの座標軸について、いずれの方向(正方向か負方向か)に向かって、どの程度の量の操作が行われたか(すなわち、操作棹53の上部にどの程度の力が加えられたか)という情報を入力することができるが、本発明に適用する上では、操作棹53に加えられた力の量までを検出する機能はなくてもかまわない。たとえば、X軸に沿った操作量±Xに関しては、上述のセンサを用いれば、容量素子の静電容量値の測定値に基づき、+3.2とか、−8.4といった具体的なスカラー値までを特定することが可能であるが、本発明では、必ずしもこのようなスカラー値まで特定する機能は必要なく、たとえば、X軸に沿った操作量に関しては、+X方向の力が検出された(たとえば操作量+1)、−X方向の力が検出された(たとえば操作量−1)、X軸方向には有意なレベルでの力検出はない(たとえば操作量0)、という3つの状態だけを認識する機能が備わっていれば十分である。
【0025】
一方、設定スイッチ60は、第1の状態(▲1▼移動モード)および第2の状態(▲2▼回転モード)のいずれか一方を選択的に設定できるスイッチであれば、どのようなスイッチを用いてもかまわない。2つの状態設定を切り替えることができるいわゆる「切り替えスイッチ」を用いてもよいし、通常は第1の状態を維持しつつ、指で押し続けている間だけは第2の状態になるようないわゆる「押しボタン式スイッチ」を用いてもよい。あるいは、1回押すごとに、2つの状態が交互に入れ替わるようないわゆる「トグルスイッチ」を用いてもよい。
【0026】
本発明の特徴は、三次元操作量センサ50と設定スイッチ60との組み合わせによって、姿勢状態データ更新手段70に対する指示入力を行うようにした点にある。設定スイッチ60により「▲1▼移動モード」の設定がなされていた場合には、三次元操作量センサ50により移動に関する指示を入力することができ、設定スイッチ60により「▲2▼回転モード」の設定がなされていた場合には、三次元操作量センサ50により回転(視線変更)に関する指示を入力することができる。これらの指示入力は、三次元操作量センサ50における操作量±X,±Yとして与えられることになるが、その他に本発明では、三次元操作量センサ50における操作量±Zを利用して、表示対象物に関する倍率値Mを更新する指示入力を行うようにしている。いずれの指示入力も、三次元操作量センサ50を用いているため、非常に直観的な入力が可能になる。
【0027】
姿勢状態データ更新手段70は、三次元操作量センサ50から与えられる操作量±X,±Y,±Zを示す信号と、設定スイッチ60から与えられる状態▲1▼/▲2▼を示す信号とに基づいて、姿勢状態データ記憶手段20内の姿勢状態データbに対して、次のような更新処理を実行する。
【0028】
まず、設定スイッチ60が「▲1▼移動モード」に設定されていた場合は、視線ベクトルEをUV平面上に投影することにより得られる投影ベクトルFを考慮して、操作量+Xおよび−Xに基づいてUV平面上の位置Pを投影ベクトルFに直交する方向に移動するように座標値(u,v)を更新し、操作量+Yおよび−Yに基づいてUV平面上の位置Pを投影ベクトルFの示す方向あるいはその逆方向に移動するように座標値(u,v)を更新する処理を行う。このような更新処理により、「▲1▼移動モード」では、三次元操作量センサ50上で定義されたXY平面と、三次元画像データa上で定義されたUV平面とが対応することになり、ユーザは三次元操作量センサ50によって直感的に指示した方向へ、三次元仮想空間内を移動することができる。
【0029】
より具体的には、操作量+Xが与えられた場合には、UV平面上において投影ベクトルFに直交する線に沿って右方向に位置Pが移動するように、座標値(u,v)が更新され、操作量−Xが与えられた場合には、UV平面上において投影ベクトルFに直交する線に沿って左方向に位置Pが移動するように、座標値(u,v)が更新される。したがって、ユーザとしては、視線の向きを固定したまま、右方向あるいは左方向へ移動する状態が体験できる。
【0030】
また、操作量+Yが与えられた場合には、投影ベクトルFが示す方向に沿って位置Pが移動するように、座標値(u,v)が更新され、操作量−Yが与えられた場合には、投影ベクトルFが示す方向とは逆方向に沿って位置Pが移動するように、座標値(u,v)が更新される。したがって、ユーザとしては、視線の向きを固定したまま、前方あるいは後方へ移動する状態が体験できる。
【0031】
これに対して、設定スイッチ60が「▲2▼回転モード」に設定されていた場合は、操作量+Xおよび−Xに基づいて角度φを増減し、操作量+Yおよび−Yに基づいて角度θを増減する更新処理を行う。このような更新処理により、「▲2▼回転モード」では、三次元操作量センサ50上で定義されたXY平面と、三次元画像データa上で定義されたUW平面とが対応することになり、ユーザは三次元操作量センサ50によって直感的に指示した方向へ、視線ベクトルEを向けることができる。別言すれば、角度φを増減する操作は、直観的には、位置Pにおいて、身体の向きを左右に変える操作に相当し、角度θを増減する操作は、直観的には、位置Pにおいて、顔の上下方向の向きを変える操作(たとえば、視線を床から天井へ向けて移動させる操作)に相当することになる。
【0032】
より具体的には、操作量+Xが与えられた場合には、角度φを減少させて視線ベクトルEを上方から見たときに時計まわり(右まわり)に回転させる操作が行われ、操作量−Xが与えられた場合には、角度φを増加させて視線ベクトルEを上方から見たときに反時計まわり(左まわり)に回転させる操作が行われる。なお、角度φは、0°≦φ<360°なる範囲で定義されているので、この増減処理により0°<φとなった場合には、360°を加算した値を新たなφの値とし、360°≦φとなった場合には、360°を減算した値を新たなφの値とする補正が行われる。
【0033】
また、操作量+Yが与えられた場合には、角度θを減少させて視線ベクトルEを下方へ回転させる操作が行われ、操作量−Yが与えられた場合には、角度θを増加させて視線ベクトルEを上方へ回転させる操作が行われる。なお、角度θは、−90°≦θ≦90°なる範囲で定義されているので、この増減処理によりθ>90°となるような場合にはθ=90°に維持し、θ<−90°となるような場合にはθ=−90°に維持する飽和処理が行われる。
【0034】
更に、操作量+Zおよび−Zに基づいて倍率値Mを増減する処理が行われる。すなわち、操作量+Zが与えられた場合には、倍率値Mを減少させる処理が行われ、操作量−Zが与えられた場合には、倍率値Mを増加させる処理が行われる。このような更新処理により、三次元操作量センサ50上で定義されたZ軸と、三次元仮想空間内で注視する対象物の表示倍率とが対応することになり、ユーザは三次元操作量センサ50によって、あたかもカメラのズームレバーを操作するように、表示倍率を変えることができる。
【0035】
なお、この操作量±Zによる倍率値Mの更新処理は、設定スイッチ60の設定状態にかかわらず常に実行されるようにしてもよいし、設定スイッチ60がいずれか一方の設定状態にあるときにのみ実行されるようにしてもよい。ここに示す実施形態では、ユーザの操作上の混乱を避けるため、設定スイッチ60が「▲1▼移動モード」の設定状態になっているときにのみ、この倍率値Mの更新処理が行われるようにしている。
【0036】
図6は、設定スイッチ60の設定状態と三次元操作量センサ50から与えられた操作量との組み合わせについて、姿勢状態データ更新手段70で行われる更新処理の内容を示す図表である。上述したように、「▲1▼移動モード」においては、操作量±X,±Yに基づいて位置Pの座標値(u,v)を更新する処理が行われるとともに、操作量±Zに基づいて倍率値Mを更新する処理が行われ、「▲2▼回転モード」においては、操作量±X,±Yに基づいて視線ベクトルEの向きを示す角度値(θ,φ)を更新する処理が行われる。
【0037】
なお、各操作量として、そのスカラー値までも特定可能な三次元操作量センサ50を用いた場合には、そのスカラー値に応じた更新幅で更新処理を行うことができる。たとえば、「▲1▼移動モード」において、操作量+Yが入力された場合であっても、Y=+5なる操作量が入力された場合に対し、Y=+10なる操作量が入力された場合は、位置Pの移動量が2倍になるように設定すると、より直観的な移動処理が可能になる。もっとも、本発明に適用する三次元操作量センサ50としては、必ずしもこのようなスカラー値までも特定できる必要はなく、たとえば、Y軸方向に関しては、+Y方向の力が検出された、−Y方向の力が検出された、Y軸方向には有意なレベルでの力検出はない、という3つの状態だけを認識する機能が備わっていれば十分であり、この場合は、同じ検出状態が継続する時間によって、更新幅が決定されることになる。たとえば、「+Y方向の力が検出された」という検出状態が1秒間継続した場合に対し、2秒間継続した場合は位置Pの移動量が2倍になればよい。
【0038】
ところで、図4および図5に示すような三次元操作量センサ50を操作する場合、±X,±Y,−Zという5種類の操作量を入力する操作は比較的容易であり、自然な操作として実行できるが、+Zという操作量の入力操作はやや不自然な操作で扱いにくい。すなわち、操作量±X,±Yを入力する操作は、操作棹53の上部に指を当てて、所定方向に操作棹53を倒すように傾ける操作になり、操作量−Zを入力する操作は、操作棹53の上面に指を当てて下方へと押し込む操作になり、いずれも自然な操作になる。ところが、操作量+Zを入力する操作は、操作棹53を指でつまんで、これを上方へと引っ張り上げる操作になるため、不自然で扱いにくい操作になる。
【0039】
このような弊害を避けるためには、図1に示す構成の代わりに、図7に示す構成を採ればよい。この図7に示す構成では、三次元操作量センサ50としては、±X,±Y,−Z(座標系の定義のしかたによっては+Z)という5種類の操作量を入力する機能が備わっていれば足り、操作量+Z(座標系の定義のしかたによっては−Z)を入力する機能は必ずしも必要とはされない。その代わり、新たに補助設定スイッチ80を設ける必要がある。この補助設定スイッチ80は、設定スイッチ60と同様に、2つの状態のいずれか一方を選択的に設定できるスイッチであれば、どのようなスイッチでもかまわない。
【0040】
このような構成の体験装置では、姿勢状態データ更新手段70は、補助設定スイッチ80の設定状態に基づいて操作量Zの符号を決定する。この実施形態では、補助設定スイッチ80によって、「▲1▼正常モード」か、「▲2▼反転モード」か、の設定が可能であり、「▲1▼正常モード」の設定がなされている場合には、姿勢状態データ更新手段70は、三次元操作量センサ50から与えられる操作量−Zをそのままの状態で取り扱うが、「▲2▼反転モード」の設定がなされている場合には、符号を反転させて、操作量−Zが与えられているにもかかわらず操作量+Zが与えられたものとしての取り扱いを行う。
【0041】
このような補助設定スイッチ80を設けた体験装置では、図4および図5に示すような三次元操作量センサ50に対する入力操作は、±X,±Y,−Zという5種類の操作量の入力操作だけで足り、操作量+Zを入力するための不自然な入力操作は不要になる。すなわち、ユーザは対象物の表示倍率を増加させたい場合には、補助設定スイッチ80を「▲1▼正常モード」に維持した状態で、操作棹53の上面を指で押さえるような操作を行えばよいし、逆に表示倍率を減少させたい場合には、補助設定スイッチ80を「▲2▼反転モード」に維持した状態で、同じように操作棹53の上面を指で押さえるような操作を行えばよい。補助設定スイッチ80を切り替える操作が加わるものの、この補助設定スイッチ80をたとえば単純な押しボタンスイッチ(通常は「▲1▼正常モード」で、押している間だけ「▲2▼反転モード」に切り替わるようなスイッチ)で構成しておけば、操作は非常に自然になる。
【0042】
【実施例】
続いて、本発明に係る三次元仮想空間の体験装置のより具体的な実施態様を、実施例に即して説明する。ここでは、三次元仮想空間として、模擬的なデパートの店内を想定し、ユーザがこの模擬的なデパート店内を歩きまわりながら、展示されている商品を観察できるようにした実施例、別言すれば、いわゆるオンラインショッピングを実現するための体験装置に本発明を適用した実施例を述べる。
【0043】
図8は、模擬的なデパートの店内を示す三次元画像データaの概念を示す平面図であり、UV平面を垂直上方から眺めた状態が示されている。ここに示す例では、ショーウインドウS1,S2が配置されており、各ショーウインドウ内には商品Gが並べられている。ショーウインドウや商品は、それぞれ三次元の画像データ(たとえば、表面に定義された多数の画素の画素値を示すデータ)として定義されている。
【0044】
既に述べたように、この三次元仮想空間内には、ユーザの位置を示すUV平面上の位置P(u,v)と、このユーザの視線方向を示す視線ベクトルE(θ,φ)が定義されている。図示の例では、視線ベクトルEは、ショーウインドウS1内に展示されている商品Gの方向を向いている。ユーザの身長を考慮した場合は、図9の側面図に示すように、視線ベクトルEは、点P(u,v)の鉛直上方の点P′(u,v,h)を始点とするベクトルになる。
【0045】
設定スイッチ60を「▲1▼移動モード」に設定した状態で、操作量±Xを入力すると、図8に「▲1▼+X」あるいは「▲1▼−X」と記した矢印で示すように、ユーザの位置Pは左右に移動することになる。また、同じく「▲1▼移動モード」に設定した状態で、操作量±Yを入力すると、図8に「▲1▼+Y」あるいは「▲1▼−Y」と記した矢印で示すように、ユーザの位置Pは前後に移動することになる。こうして、「▲1▼移動モード」において、ユーザはUV平面上を自由に移動することができる。
【0046】
一方、設定スイッチ60を「▲2▼回転モード」に設定した状態で、操作量±Xを入力すると、図8に「▲2▼+X」あるいは「▲2▼−X」と記した矢印で示すように、ユーザは位置Pにおいて左右に回転することになり、視線ベクトルEの向きが変化することになる。すなわち、ユーザは位置Pにおいて左右に向きを変えたことになる。また、同じく「▲2▼回転モード」に設定した状態で、操作量±Yを入力すると、図9に「▲2▼+Y」あるいは「▲2▼−Y」と記した矢印で示すように、視線ベクトルEは下方あるいは上方へと傾斜することになる。すなわち、ユーザは顔の向きを上下に変えたことになる。こうして、「▲2▼回転モード」において、ユーザは任意の方向を見ることが可能になる。
【0047】
また、この実施例では、設定スイッチ60の設定状態にかかわりなく、操作量±Zを入力することにより、視線ベクトルEの方向にある対象物を表示する倍率値Mを増減できるようにしている。図10は、実際に表示装置40のディスプレイ画面上に表示された視界画像の一例を示す図である。設定スイッチ60が「▲1▼移動モード」にある場合も、「▲2▼回転モード」にある場合も、操作量−Zの入力により倍率値Mは増加し、図10の左に示すように視界画像は拡大され、操作量+Zの入力により倍率値Mは減少し、図10の右に示すように視界画像は縮小される。なお、この実施例では、図4および図5に示す静電容量式力センサを三次元操作量センサ50として用い、図7に示すように、補助設定スイッチ80によって操作量Zの符号を決定する構成を採っているため、補助設定スイッチ80を「▲1▼正常モード」にして操作棹53を押し込むと視界画像は拡大表示(ズームアップ)され、補助設定スイッチ80を「▲2▼反転モード」にして操作棹53を押し込むと視界画像は縮小表示(ズームダウン)される。
【0048】
図11は、上述した実施例に係る体験装置において、各スイッチの設定状態と操作量との組み合わせについて、姿勢状態データ更新手段70で行われる更新処理の内容を示す図表である。この図表からもわかるとおり、この実施例の場合、補助設定スイッチ80の設定状態は操作量±X,±Yには無関係であり、設定スイッチ60の設定状態は操作量−Zには無関係であるので、設定スイッチ60と補助設定スイッチ80とを兼用するような実施形態も可能である。図12は、このような実施形態における更新処理の内容を示す図表である。ただ、ユーザによる操作の混乱を防ぐためには、設定スイッチ60と補助設定スイッチ80とを別個に設けるのが好ましい。
【0049】
図13は、図4および図5に示した静電容量式力センサ50を、キーボード90上に設け、キー91の間隙に操作棹53を立設するようにした実施例の斜視図である。ここで、センサ50は、キーボード90の主面にほぼ沿った横方向(キーボードの長手方向)がX軸、縦方向(キーボードの短手方向)がY軸、キーボード主面にほぼ垂直な方向がZ軸となるように、キーボード90内に埋設されている。ユーザは、キー53の隙間に配設された操作棹53を操作することにより、各操作量の入力を行うことができる。なお、このように、センサ50を内蔵したキーボードの構造は、たとえば、特開平8−6711号公報に開示されている。
【0050】
このように、キーボード90にセンサ50を内蔵した構成を採る場合には、このキーボード上に、設定スイッチ60および補助設定スイッチ80を独立して設けることもできるが、特定のキー(たとえば、スペースバー、コントロールキーなど)に、設定スイッチ60および補助設定スイッチ80としての機能を割り当てることもできる。この場合は、別個独立した設定スイッチを設ける必要はなくなる。たとえば、スペースバーを設定スイッチ60として利用するのであれば、単に操作棹53のみを操作すると、「▲1▼移動モード」における操作量入力となり、スペースバーを押しながら操作棹53を操作すると、「▲2▼回転モード」における操作量入力となるような実施形態が可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る三次元仮想空間の体験装置によれば、三次元操作量センサと設定スイッチとを組み合わせた操作量入力を行うようにしたため、直感的な自然な操作によって、できるだけ現実に近い自由度をもった体験を提示することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る三次元仮想空間の体験装置の基本構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す装置における三次元画像データaおよび姿勢状態データbの内容を説明するための座標図である。
【図3】図2に示した視線ベクトルEの向きを角度(θ,φ)によって定義する一方法を示す座標図である。
【図4】従来提案されている静電容量式の三次元力センサの側断面図である。
【図5】図4に示すセンサの基板51上の電極E1〜E5の配置を示す上面図である。
【図6】図1に示す三次元仮想空間の体験装置において、設定スイッチ60の設定状態と三次元操作量センサ50から与えられた操作量との組み合わせについて、姿勢状態データ更新手段70で行われる更新処理の内容を示す図表である。
【図7】本発明に係る三次元仮想空間の体験装置の別な基本構成を示すブロック図である。
【図8】模擬的なデパートの店内を示す三次元画像データaの概念を示す平面図である。
【図9】図8に示すデパート店内の側面図である。
【図10】実際に表示装置40のディスプレイ画面上に表示された視界画像の一例を示す図である。
【図11】図7に示す体験装置において、各スイッチの設定状態と操作量との組み合わせについて、姿勢状態データ更新手段70で行われる更新処理の内容を示す図表である。
【図12】図7に示す体験装置において、設定スイッチ60と補助設定スイッチ80との兼用設定スイッチを用いた実施形態における更新処理の内容を示す図表である。
【図13】図4および図5に示した静電容量式力センサ50を、キーボード90上に設け、キー91の間隙に操作棹53を立設するようにした実施例の斜視図である。
【符号の説明】
10…三次元画像データ記憶手段
20…姿勢状態データ記憶手段
30…視界画像データ生成手段
40…表示手段(ディスプレイ)
50…三次元操作量センサ
51…基板
52…蓋部材
53…操作棹
60…設定スイッチ
70…姿勢状態データ更新手段
80…補助設定スイッチ
90…キーボード
91…キー
a…三次元画像データ
b…姿勢状態データ
c…視界画像データ
E…視線ベクトル
E1〜E5…電極
F…投影ベクトル
G…商品
M…対象物の表示倍率値
P…UV平面上でのユーザの位置
P′…UVW三次元空間内でのユーザの眼球位置
Q…視線ベクトルEの先端点
Q′…投影ベクトルEの先端点
S1,S2…ショーウインドウ
θ,φ…視線ベクトルの方向を示す角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional virtual space experience device, and more particularly to a three-dimensional virtual space experience device capable of freely observing various objects while moving in a three-dimensional virtual space.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of personal computers, it has become possible to project a three-dimensional virtual space on a display screen and provide an experience of moving freely within this virtual space. For example, in the field of game software, genres in which a player explores a three-dimensional virtual space constructed by a computer are widely used. Also, with the spread of personal computer communication, so-called online shopping is becoming popular, and in particular, when providing product information via the Internet, a method of introducing products while experiencing a three-dimensional virtual space is attracting attention. ing. For example, proposals have been made to introduce various products by using the Internet to provide customers with an experience of walking in a pseudo department store built in a three-dimensional virtual space. Customers can visit various products as if they are walking in a department store while staying at home, and for products that are of interest they can also observe this from a desired angle. It becomes possible.
[0003]
In order to move freely in the virtual space, it is necessary to instruct the computer on the desired moving direction. As input devices for personal computers, keyboards, mice, trackballs, trackpads, joysticks, graphic tablets, etc. are generally used, but as input devices for instructing the moving direction in the three-dimensional virtual space, A mouse, joystick, etc., which are convenient for intuitive input of directions, are used. For example, if you use a joystick, instruct to move forward by tilting the stick forward, instruct to reverse by tilting backward, instruct to turn right by tilting right, and tilt left. It is possible to take an input form such as instructing to turn left. The user can freely move in the three-dimensional space by combining these instructions.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The performance and memory capacity of CPUs installed in computers have been remarkably improving year by year, and in the future, it will be possible to present more realistic images on display screens with very smooth movement. Seem. However, even if the image data processing function inside the computer is greatly improved, if the interface for transmitting the user's intention to the computer is insufficient, it is not possible to improve the function of the entire experience apparatus in the three-dimensional virtual space. In other words, in order to provide a more realistic experience, the environment allows the user to freely move in the three-dimensional space according to his / her intention, and to observe what he wants to see. It is necessary to arrange. However, as described above, the conventional instruction input method using a mouse or a joystick as a general input device in a personal computer can only provide an environment for instructing movement to the front, back, left, and right. The degree of freedom was extremely limited. Of course, if instruction input is given in the form of a command using a keyboard, in principle, infinite types of instruction input are possible, but since it is not an intuitive operation, instruction input natural to humans is possible. The evil that it will not become will arise.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a three-dimensional virtual space experience device capable of presenting an experience having a degree of freedom as close as possible to reality by an intuitive natural operation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) In the first aspect of the present invention, in the UVW three-dimensional orthogonal coordinate system, the three-dimensional for individual elements constituting a three-dimensional virtual space defined with the UV plane as a horizontal plane and the W axis as a vertical axis. Three-dimensional image data storage means for storing image data;
The coordinate value (u, v) indicating the position P on the UV plane in the UVW coordinate system, and the angle θ and the UW plane with respect to the UV plane of the line-of-sight vector E defined starting from this position P or its vertical upper position P ′ Posture state data storage means for storing posture state data consisting of an angle φ with respect to and a magnification value M indicating the projection magnification of the three-dimensional virtual space component in the direction indicated by the line-of-sight vector E;
Based on the above-described three-dimensional image data and posture state data, a two-dimensional field-of-view image obtained by projecting a state when viewing the direction of the line-of-sight vector E from the position P or its vertically upper position P ′ based on the magnification value M is obtained. View image data generating means for generating view image data to be shown;
Display means for displaying a two-dimensional view image based on the view image data;
In XYZ 3D Cartesian coordinate system An operation amount in the X-axis direction, an operation amount in the Y-axis direction, an operation amount in the Z-axis direction, A three-dimensional manipulated variable sensor for detecting each detected manipulated variable,
A setting switch capable of selectively setting one of the first state and the second state;
Posture state data updating means for updating posture state data in the posture state data storage means based on the output of the three-dimensional manipulated variable sensor and the setting of the setting switch;
Constitutes a 3D virtual space experience device, and posture state data update means
When the setting switch is in the first state, considering the projection vector F obtained by projecting the line-of-sight vector E onto the UV plane, Amount of operation in the X-axis direction The coordinate values (u, v) are updated so that the position P on the UV plane is moved in the direction orthogonal to the projection vector F based on Amount of operation in the Y-axis direction The coordinate values (u, v) are updated so that the position P on the UV plane is moved in the direction indicated by the projection vector F or the opposite direction based on
When the setting switch is in the second state, Amount of operation in the X-axis direction Increase or decrease the angle φ based on Amount of operation in the Y-axis direction Increase or decrease the angle θ based on
Regardless of the setting switch setting, or when the setting switch is in either state, Operation amount in the Z-axis direction Based on the above, the function of increasing or decreasing the magnification value M is provided.
[0007]
(2) According to a second aspect of the present invention, in the experience device according to the first aspect described above,
An auxiliary setting switch that can selectively set one of two states is further provided.
As a three-dimensional operation amount sensor, with respect to the operation amount in the Z-axis direction, a sensor that can detect at least one of the positive operation amount + Z and the negative operation amount −Z is used.
The posture state data update means is configured to perform the handling by inverting the sign of the operation amount in the Z-axis direction based on the state of the auxiliary setting switch.
[0008]
(3) According to a third aspect of the present invention, in the experience device according to the first or second aspect described above,
A three-dimensional operation amount sensor is provided on the keyboard, and the operation amount can be input by operating an operation rod standing in the gap between the keys. The horizontal direction along the main surface of the keyboard is the X axis. The vertical direction is defined as the Y axis, and the direction substantially perpendicular to the keyboard main surface is defined as the Z axis, and each operation amount can be input by operating the operation rod in each coordinate axis direction.
[0009]
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the experience device according to the third aspect described above,
A specific key on the keyboard is used as a setting switch or an auxiliary setting switch.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of a three-dimensional virtual space experience device according to the present invention. Here, the three-dimensional image data storage means 10 is a three-dimensional image for each element constituting a three-dimensional virtual space defined with the UV plane as a horizontal plane and the W axis as a vertical axis in the UVW three-dimensional orthogonal coordinate system. It has a function of storing image data a. That is, a UVW three-dimensional orthogonal coordinate system as shown in FIG. 2 is defined, and a virtual space with the UV plane as the floor surface is formed. For example, if a virtual department store space is to be configured, elements such as display shelves and show windows arranged in this three-dimensional coordinate space, and three-dimensional image data for various products placed therein are prepared. Will be.
[0011]
The posture state
[0012]
The line-of-sight vector E is a parameter indicating where the user at the position P is looking. If the user's height is ignored (that is, the user himself / herself is represented by one point P), the line-of-sight vector E becomes a vector starting from the position P. However, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the height of the user (strictly, the height to the eyeball) is set to h, and a position P ′ (u, v, h) vertically above the position P (u, v). And a line-of-sight vector E starting from this position P ′ is defined. Further, when performing the processing described later, the projection vector F is defined by projecting the line-of-sight vector E onto the UV plane (floor surface).
[0013]
In the present invention, since the line-of-sight vector E is used as a parameter indicating the direction of the line of sight, the direction component is important, but information on the size (length) of the vector is not necessary. Therefore, only the direction of the line-of-sight vector E is defined by a pair of angles (θ, φ). In other words, the angle of the line-of-sight vector E with respect to the UV plane is defined as an angle θ (in this embodiment, the angle θ is defined in a range of −90 ° ≦ θ ≦ + 90 °, with the upper side being positive and the lower side being negative) The angle of the line-of-sight vector E with respect to the UW plane is defined as an angle φ (in this embodiment, the angle increases in a counterclockwise direction when viewed from above with reference to a UW plane having a positive U value) Φ is defined in the range of 0 ° ≦ φ <360 °). FIG. 3 is a diagram showing a state in which the starting point of the line-of-sight vector E shown in FIG. 2 is translated to the origin O of the UVW coordinate system, and visually shows a method for defining the angles θ and φ. After all, the angle θ is defined as an angle formed by the line-of-sight vector E (vector OQ) and a projection vector F (vector OQ ′) obtained by projecting this onto the UV plane, and the angle φ is the U axis and the projection vector. Defined as the angle with F.
[0014]
On the other hand, the magnification value M indicates the projection magnification of the three-dimensional virtual space component in the direction indicated by the line-of-sight vector E, and is a parameter indicating the zoom magnification for the object in the direction of the line-of-sight vector E. Even if the position P is exactly the same, if the magnification value M is increased, an image is displayed as if it is closer to the object, and if the magnification value M is decreased, an image is displayed as if it is far from the object. It will be.
[0015]
The field-of-view image data generation means 30 looks at the direction of the line-of-sight vector E from the position P ′ (position P when handling the user's height is ignored) based on the three-dimensional image data a and the posture state data b. A visual field image data c indicating a two-dimensional visual field image obtained by projecting the state at the time based on the magnification value M. In other words, a process is performed in which a projection area having a predetermined size is defined on a plane orthogonal to the line-of-sight vector E, and a three-dimensional image defined by the three-dimensional image data a is two-dimensionally projected onto the projection area. It will be. The two-dimensional image obtained on the projection area corresponds to a view image, and view image data c indicating this view image is generated. The display means 40 is a so-called display device, and has a function of displaying a two-dimensional view image based on the view image data c. The magnification value M is a parameter for determining the size of the projection area. The larger the magnification value M, the smaller the projection area is defined, and the two-dimensional view image projected in the projection area is greatly enlarged on the screen of the display means. Will be displayed.
[0016]
As described above, even if the 3D image data a prepared in advance in the 3D image
[0017]
The apparatus according to the present invention is further provided with a three-dimensional
[0018]
A feature of the present invention is that an instruction input having a relatively high degree of freedom can be realized by an intuitive natural operation by a user. With the apparatus according to the present invention, the degree of freedom is close to reality. The experience can be presented. Such an instruction input is performed by the three-dimensional
[0019]
As the three-dimensional
[0020]
The sensor shown in FIG. 4 includes a
[0021]
Now, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is defined so that the upper surface of the
[0022]
The
[0023]
On the other hand, when a force pulling upward in FIG. 4 (force in the positive direction of the Z axis) is applied to the operating
[0024]
4 and 5 functions as the three-dimensional
[0025]
On the other hand, the setting
[0026]
A feature of the present invention is that an instruction is input to the posture state
[0027]
The posture state data update means 70 is a signal indicating the operation amount ± X, ± Y, ± Z given from the three-dimensional
[0028]
First, when the setting
[0029]
More specifically, when the operation amount + X is given, the coordinate values (u, v) are such that the position P moves rightward along a line orthogonal to the projection vector F on the UV plane. When updated and the operation amount −X is given, the coordinate values (u, v) are updated so that the position P moves to the left along the line orthogonal to the projection vector F on the UV plane. The Therefore, the user can experience a state of moving rightward or leftward with the direction of the line of sight fixed.
[0030]
When the operation amount + Y is given, the coordinate value (u, v) is updated so that the position P moves along the direction indicated by the projection vector F, and the operation amount -Y is given. The coordinate value (u, v) is updated so that the position P moves in the direction opposite to the direction indicated by the projection vector F. Therefore, the user can experience a state of moving forward or backward while fixing the direction of the line of sight.
[0031]
On the other hand, when the setting
[0032]
More specifically, when the operation amount + X is given, an operation of rotating the line-of-sight vector E clockwise (clockwise) when the line-of-sight vector E is viewed from above is performed by reducing the angle φ, and the operation amount − When X is given, an operation of increasing the angle φ and rotating the line-of-sight vector E counterclockwise (counterclockwise) when viewed from above is performed. Note that the angle φ is defined in a range of 0 ° ≦ φ <360 °, and therefore, when 0 ° <φ is obtained by this increase / decrease processing, a value obtained by adding 360 ° is set as a new value of φ. When 360 ° ≦ φ, correction is performed with a value obtained by subtracting 360 ° as a new value of φ.
[0033]
Further, when the operation amount + Y is given, an operation of rotating the line-of-sight vector E downward by decreasing the angle θ is performed, and when the operation amount −Y is given, the angle θ is increased. An operation of rotating the line-of-sight vector E upward is performed. Since the angle θ is defined in a range of −90 ° ≦ θ ≦ 90 °, when θ> 90 ° is obtained by this increase / decrease processing, θ is maintained at 90 °, and θ <−90. In such a case, a saturation process is performed to maintain θ = −90 °.
[0034]
Further, processing for increasing / decreasing the magnification value M based on the operation amounts + Z and −Z is performed. That is, when the operation amount + Z is given, a process for decreasing the magnification value M is performed, and when the operation amount -Z is given, a process for increasing the magnification value M is performed. By such an update process, the Z axis defined on the three-dimensional
[0035]
The update processing of the magnification value M by the operation amount ± Z may be always executed regardless of the setting state of the setting
[0036]
FIG. 6 is a chart showing the contents of the update process performed by the posture state
[0037]
In addition, when the three-dimensional
[0038]
By the way, when the three-dimensional
[0039]
In order to avoid such an adverse effect, the configuration shown in FIG. 7 may be adopted instead of the configuration shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 7, the three-dimensional
[0040]
In the experience device configured as described above, the posture state
[0041]
In the experience device provided with such an
[0042]
【Example】
Next, a more specific embodiment of the experience device of the three-dimensional virtual space according to the present invention will be described in accordance with an embodiment. Here, as an example of a three-dimensional virtual space assuming a store in a simulated department store, the user can observe the displayed products while walking around the simulated department store store, in other words, An embodiment in which the present invention is applied to an experience apparatus for realizing so-called online shopping will be described.
[0043]
FIG. 8 is a plan view showing the concept of the three-dimensional image data a indicating the interior of a simulated department store, and shows a state in which the UV plane is viewed from vertically above. In the example shown here, show windows S1 and S2 are arranged, and products G are arranged in each show window. A show window and a product are each defined as three-dimensional image data (for example, data indicating pixel values of a large number of pixels defined on the surface).
[0044]
As already described, in this three-dimensional virtual space, a position P (u, v) on the UV plane indicating the user's position and a line-of-sight vector E (θ, φ) indicating the user's line-of-sight direction are defined. Has been. In the illustrated example, the line-of-sight vector E faces the direction of the product G displayed in the show window S1. When the user's height is taken into consideration, as shown in the side view of FIG. 9, the line-of-sight vector E is a vector starting from a point P ′ (u, v, h) vertically above the point P (u, v). become.
[0045]
When the operation amount ± X is input in a state where the setting
[0046]
On the other hand, when an operation amount ± X is input in a state where the setting
[0047]
In this embodiment, regardless of the setting state of the setting
[0048]
FIG. 11 is a chart showing the contents of the update process performed by the posture state
[0049]
FIG. 13 is a perspective view of an embodiment in which the
[0050]
As described above, when the keyboard 90 has the built-in
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the experience device in the three-dimensional virtual space according to the present invention, since the operation amount input combining the three-dimensional operation amount sensor and the setting switch is performed, it is as realistic as possible by an intuitive natural operation. It is possible to present an experience with a degree of freedom close to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a three-dimensional virtual space experience device according to the present invention.
2 is a coordinate diagram for explaining the contents of three-dimensional image data a and posture state data b in the apparatus shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a coordinate diagram showing one method for defining the direction of the line-of-sight vector E shown in FIG. 2 by angles (θ, φ).
FIG. 4 is a side sectional view of a conventionally proposed electrostatic capacitance type three-dimensional force sensor.
5 is a top view showing an arrangement of electrodes E1 to E5 on a
6 is a diagram illustrating a combination of the setting state of the setting
FIG. 7 is a block diagram showing another basic configuration of the experience apparatus in the three-dimensional virtual space according to the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing the concept of three-dimensional image data a indicating the inside of a simulated department store.
FIG. 9 is a side view of the inside of the department store shown in FIG.
10 is a diagram showing an example of a field-of-view image actually displayed on the display screen of the
11 is a table showing the contents of the update process performed by the posture state
12 is a table showing the contents of update processing in the embodiment using the combined setting switch of setting
13 is a perspective view of an embodiment in which the
[Explanation of symbols]
10: Three-dimensional image data storage means
20 ... Attitude state data storage means
30. Visibility image data generation means
40: Display means (display)
50. Three-dimensional manipulated variable sensor
51 ... Board
52. Lid member
53 ... Operation
60: Setting switch
70: Posture state data update means
80 ... Auxiliary setting switch
90 ... Keyboard
91 ... Key
a ... 3D image data
b ... Attitude state data
c ... Visibility image data
E ... Gaze vector
E1-E5 ... Electrodes
F ... Projection vector
G ... Product
M: Display magnification value of the object
P: User position on the UV plane
P ': User's eyeball position in UVW 3D space
Q ... Point of eye vector E
Q '... the tip of projection vector E
S1, S2 ... show window
θ, φ ... An angle indicating the direction of the line-of-sight vector
Claims (4)
前記UVW座標系内におけるUV平面上の位置Pを示す座標値(u,v)と、前記位置Pもしくはその鉛直上方位置P′を始点として定義された視線ベクトルEのUV平面に対する角度θおよびUW平面に対する角度φと、前記視線ベクトルEが示す方向にある三次元仮想空間構成要素の投影倍率を示す倍率値Mと、からなる姿勢状態データを記憶する姿勢状態データ記憶手段と、
前記三次元画像データと前記姿勢状態データとに基づいて、位置Pもしくはその鉛直上方位置P′から視線ベクトルEの方向を眺めたときの状態を倍率値Mに基づいて投影した二次元視界画像を示す視界画像データを生成する視界画像データ生成手段と、
前記視界画像データに基づいて二次元視界画像を表示する表示手段と、
XYZ三次元直交座標系におけるX軸方向の操作量と、Y軸方向の操作量と、Z軸方向の操作量と、を検出し、検出した各操作量を出力する三次元操作量センサと、
第1の状態および第2の状態のいずれか一方を選択的に設定できる設定スイッチと、
前記三次元操作量センサの出力および前記設定スイッチの設定に基づいて、前記姿勢状態データ記憶手段内の姿勢状態データを更新する姿勢状態データ更新手段と、
を備え、前記姿勢状態データ更新手段は、
前記設定スイッチが第1の状態にあるときには、視線ベクトルEをUV平面上に投影することにより得られる投影ベクトルFを考慮して、X軸方向の操作量に基づいてUV平面上の位置Pを前記投影ベクトルFに直交する方向に移動するように座標値(u,v)を更新し、Y軸方向の操作量に基づいてUV平面上の位置Pを前記投影ベクトルFの示す方向あるいはその逆方向に移動するように座標値(u,v)を更新し、
前記設定スイッチが第2の状態にあるときには、X軸方向の操作量に基づいて角度φを増減し、Y軸方向の操作量に基づいて角度θを増減し、
前記設定スイッチの設定にかかわらず、もしくは、前記設定スイッチがいずれか一方の状態にあるときに、Z軸方向の操作量に基づいて倍率値Mを増減する機能を有することを特徴とする三次元仮想空間の体験装置。3D image data storage means for storing 3D image data for individual elements constituting a 3D virtual space defined with the UV plane as a horizontal plane and the W axis as a vertical axis in the UVW 3D orthogonal coordinate system; ,
The coordinate values (u, v) indicating the position P on the UV plane in the UVW coordinate system, and the angles θ and UW of the line-of-sight vector E defined with the position P or its vertical upper position P ′ as the starting point. Posture state data storage means for storing posture state data including an angle φ with respect to a plane and a magnification value M indicating a projection magnification of a three-dimensional virtual space component in the direction indicated by the line-of-sight vector E;
Based on the three-dimensional image data and the posture state data, a two-dimensional field-of-view image obtained by projecting a state when viewing the direction of the line-of-sight vector E from the position P or the vertically upper position P ′ based on the magnification value M is obtained. View image data generating means for generating view image data to be shown;
Display means for displaying a two-dimensional view image based on the view image data;
A three-dimensional operation amount sensor that detects an operation amount in the X-axis direction, an operation amount in the Y-axis direction, and an operation amount in the Z-axis direction in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, and outputs each detected operation amount;
A setting switch capable of selectively setting one of the first state and the second state;
Posture state data update means for updating posture state data in the posture state data storage means based on the output of the three-dimensional manipulated variable sensor and the setting of the setting switch;
The posture state data update means includes:
When the setting switch is in the first state, the position P on the UV plane is set based on the operation amount in the X-axis direction in consideration of the projection vector F obtained by projecting the line-of-sight vector E onto the UV plane. The coordinate value (u, v) is updated so as to move in the direction orthogonal to the projection vector F, and the position P on the UV plane is changed to the direction indicated by the projection vector F or vice versa based on the operation amount in the Y-axis direction. Update the coordinate values (u, v) to move in the direction,
When the setting switch is in the second state, the angle φ is increased or decreased based on the operation amount in the X-axis direction, and the angle θ is increased or decreased based on the operation amount in the Y-axis direction .
Regardless of the setting switch setting, or when the setting switch is in one of the states, it has a function of increasing or decreasing the magnification value M based on the operation amount in the Z-axis direction. Virtual space experience device.
2つの状態のいずれか一方を選択的に設定できる補助設定スイッチを更に設け、
三次元操作量センサとして、Z軸方向の操作量に関しては、正の操作量+Zおよび負の操作量−Zのうちの少なくとも一方の操作量を検出できるセンサを用い、
姿勢状態データ更新手段が、前記補助設定スイッチの状態に基づいて、前記Z軸方向の操作量の符号を反転した取り扱いを行うように構成したことを特徴とする三次元仮想空間の体験装置。The experience device according to claim 1,
An auxiliary setting switch that can selectively set one of two states is further provided.
As a three-dimensional operation amount sensor, with respect to the operation amount in the Z-axis direction, a sensor that can detect at least one of the positive operation amount + Z and the negative operation amount −Z is used.
An apparatus for experiencing a three-dimensional virtual space, wherein the posture state data updating means is configured to perform handling by reversing the sign of the operation amount in the Z-axis direction based on the state of the auxiliary setting switch.
三次元操作量センサをキーボード上に設け、キーの間隙に立設した操作棹を操作することによって操作量の入力が可能になるような構成とし、キーボード主面にほぼ沿った横方向をX軸、縦方向をY軸、キーボード主面にほぼ垂直な方向をZ軸と定義し、前記操作棹を各座標軸方向に操作することにより各操作量の入力を行えるようにしたことを特徴とする三次元仮想空間の体験装置。In the experience device according to claim 1 or 2,
A three-dimensional operation amount sensor is provided on the keyboard, and the operation amount can be input by operating an operation rod standing in the gap between the keys. The horizontal direction along the main surface of the keyboard is the X axis. The vertical direction is defined as the Y-axis, the direction substantially perpendicular to the keyboard main surface is defined as the Z-axis, and each operation amount can be input by operating the operation rod in each coordinate axis direction. Former virtual space experience device.
キーボード上の特定のキーを、設定スイッチもしくは補助設定スイッチとして用いるようにしたことを特徴とする三次元仮想空間の体験装置。The experience device according to claim 3,
A device for experiencing a three-dimensional virtual space, wherein a specific key on a keyboard is used as a setting switch or an auxiliary setting switch.
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