JP4283232B2 - 3次元表示方法および3次元表示装置 - Google Patents
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前述した提案済みの3次元表示装置は、複数の表示面に2次元像を表示し、この複数の表示面に表示される2次元像の、輝度あるいは透過度を各表示面毎に変化させて3次元立体像を表示するものである。
通常、その限られた面間隔の奥行きで設計された3次元画像をそのまま表示すれば期待通りの3次元表示が可能である。しかし、面間隔を考慮せずに作成された3次元画像を表示する場合には、面間隔に入りきらない奥行き部分に存在する画像は切り取られ、表示することができない。
そこで、面間隔を考慮せずに作成された3次元画像、あるいは面間隔と異なった設計で作成された3次元画像を表示する場合に、DFD表示可能な面間隔に元の3次元画像の全てが入るように奥行き間隔のみを圧縮することで、元の3次元画像の全てを3次元表示することが可能となる。
しかし、この方法では、全ての3次元画像を表示することは可能となるが、奥行きが圧縮された表示となり、違和感のある3次元表示となることが多いという問題点があった。
また、3次元表示したい像の全ての奥行きが圧縮されているため、元の3次元画像中にある各々の像の奥行きが小さい場合には平面(2次元)に近い画像となり、DFD表示方式の限られた奥行きを有効に活用した3次元表示を行うことができないことが多いという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、DFD表示方式の3次元表示方法および3次元表示装置において、面間隔を考慮せずに作成された3次元画像、あるいは面間隔と異なった設計で作成された3次元画像を表示する場合に、DFD方式特有の限られた奥行き表示範囲を有効に活用でき、従来のDFD方式の3次元表示に比べて違和感の少ない3次元表示が可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
前述の課題を解決するために、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に2次元像をそれぞれ表示し、当該各表示面に表示される2次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて3次元立体像を表示する3次元表示方法であって、表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を複数の範囲に分割し、当該分割した各範囲毎に前記奥行き方向の距離の圧縮率を変化させることにより、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を前記複数の表示面の間隔に圧縮することを特徴とする。
また、本発明では、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する範囲と、像が存在しない範囲で分割することを特徴とする。
また、本発明では、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する数に応じて分割することを特徴とする。
また、本発明では、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像の奥行き方向の距離の大きさに応じて分割することを特徴とする。
また、本発明では、前記手段1は、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する範囲と、像が存在しない範囲で分割することを特徴とする。
また、本発明では、前記手段1は、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する数に応じて分割することを特徴とする。
また、本発明では、前記手段1は、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像の奥行き方向の距離の大きさに応じて分割することを特徴とする。
本発明によれば、面間隔を考慮せずに作成された3次元画像、あるいは面間隔と異なった設計で作成された3次元画像を表示する場合に、3次元画像の奥行きの間隔を変更することにより、DFD方式特有の限られた奥行き表示範囲を有効に活用でき、従来のDFD方式に比べて違和感の少ない3次元表示が可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
始めに、本発明の基本となるDFD型の3次元表示装置について説明する。
[DFD型の3次元表示装置の一例]
図14は、DFD型の3次元表示装置の一例を説明するための図である。
図14に示す3次元表示装置は、観察者100の前面に複数の面、例えば、表示面(101,102)(表示面101が表示面102より観察者100に近い)を設定し、これらの表示面(101,102)に複数の2次元像を表示するために、2次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系103を構築する。
前記2次元表示装置としては、例えば、CRT、液晶ディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマディスプレイ、ELディスプレイ、FEDディスプレイ、DMD、プロジェクション方式ディスプレイ、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図14は、前述の特許文献1に記載されているものと同じ構成のものであり、また、この表示面の設定方法については、前述の特許文献1を参照されたい。
図14に示す3次元表示装置では、図15に示すように、観察者100に提示したい3次元物体104を、観察者100の両眼の視線方向から、前述の表示面(101,102)へ射影した像(以下、「2D化像」と呼ぶ)(105,106)を生成する。
この2D化像の生成方法としては、例えば、視線方向から3次元物体104をカメラで撮影した2次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の2次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
かかる構成を有する装置上で、2D化像(105,106)の各々の輝度を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、3次元物体104の奥行き位置に対応して変えることで、3次元物体104の3次元立体像を表示する。
その2D化像(105,106)の各々の輝度の変え方の一例について説明する。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では、輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、3次元物体104が表示面101上にある場合には、図16に示すように、この上の2D化像105の輝度を3次元物体104の輝度に等しくし、表示面102上の2D化像106の輝度はゼロとする。
次に、例えば、3次元物体104が観察者100より少し遠ざかって表示面101より表示面102側に少し寄った位置にある場合には、図17に示すように、2D化像105の輝度を少し下げ、2D化像106の輝度を少し上げる。
さらに、例えば、3次元物体104が表示面102上にある場合には、図19に示すように、この上の2D化像106の輝度を3次元物体104の輝度に等しくし、表示面101上の2D化像105の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者(人)100の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが2D化像(105,106)であっても、観察者100にはあたかも表示面(101,102)の中間に3次元物体104が位置しているように感じられる。
例えば、表示面(101,102)にほぼ等輝度の2D化像(105,106)を表示した場合には、表示面(101,102)の奥行き位置の中間付近に3次元物体104があるように感じられる。この場合に、この3次元物体104は、観察者100には立体感を伴って知覚される。
3次元物体自体が有する奥行きを表現する場合における重要な要点は、図14に示す構成を有する装置上で、2D化像(105,106)の各々の部位の輝度を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、3次元物体104の各部位が有する奥行き位置に対応して変えることである。
なお、前述の説明では、2次元像を配置する面の中で主に2つの面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が2つの面の間にある場合について述べたが、2次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する物体の位置が異なる場合であっても、同様な手法により3次元立体像を表示することが可能であることは明らかである。
例えば、面が3つで、観察者100に近い面と、中間の面との間に第1の3次元物体が、中間の面と、観察者100に遠い面との間に第2の3次元物体が存在する場合には、観察者100に近い面と、中間の面とに、第1の3次元物体の2D化像を表示し、中間の面と、観察者100に遠い面とに第2の3次元物体の2D化像を表示することで、第1および第2の3次元物体の3次元立体像を表示することができる。
例えば、3次元立体像が表示面101より表示面102まで時間的に移動する場合について説明する。
3次元立体像が表示面101上にある場合には、図16に示すように、表示面101上の2D化像105の輝度を3次元立体像の輝度に等しくし、表示面102上の2D化像106の輝度はゼロとする。
次に、例えば、3次元立体像が、次第に観察者100より時間的に少し遠ざかり、表示面101より表示面102側に時間的に少し寄ってくる場合には、図17に示すように、3次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて2D化像105の輝度を時間的に少し下げ、かつ2D化像106の輝度を時間的に少し上げる。
さらに、例えば、3次元立体像が表示面102上まで時間的に移動してきた場合には、図19に示すように、3次元立体像の奥行き位置の移動に対応させてこの上の2D化像106の輝度を3次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ表示面101上の2D化像105の輝度がゼロとなるまで変化させる。
このように表示することにより、人の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが2D化像(105,106)であっても、観察者100にはあたかも表示面(101,102)の間を、表示面101から表示面102に3次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。
なお、前述の説明では、2D化像を配置する面の中で主に2つの面に関してのみ記述し、かつ観察者100に提示する3次元立体像が2つの面の間を移動する場合について述べたが、2次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する3次元物体が複数の面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、3次元立体像を表示可能であり、同様な効果が期待できることは明らかである。
また、前述の説明では、1個の3次元立体像が2次元像を配置する二つの面内で移動する場合について説明したが、複数個の3次元物体が移動する場合、即ち、表示される2次元像が、それぞれ移動方向の異なる複数の物体像を含む場合には、各表示面に表示される物体像の輝度を、物体像毎に、その物体の移動方向および移動速度に応じて変化させればよいことは明らかである。
図20は、本発明の前提となるDFD型の3次元表示装置の他の例を説明するための図である。
図20に示す3次元表示装置は、観察者100の前方に、複数の透過型表示装置、例えば、透過型表示装置(111,112)(透過型表示装置111が透過型表示装置112より観察者100に近い)と、種々の光学素子と、光源110を用いて光学系103を構築する。即ち、本実施例では、前述の図14における表示面(101,102)に代えて、透過形表示装置(111,112)を用いるものである。
前記透過型表示装置(111,112)としては、例えば、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶ディスプレイ、ホモジニアス型液晶ディスプレイ、強誘電液晶ディスプレイ、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせなどを使用する。また、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図20では、光源110が、観察者100から見て最も後方に配置された場合を示し、また、図20は、前述の特許文献2に記載されているものと同じ構成のものである。
前記2D化像(107,108)を、図20に示すように、各々透過型表示装置111と透過型表示装置112との双方に、観察者100の右眼と左眼を結ぶ線上の一点から見て重なるように、2D化像(107,108)として表示する。
これは、例えば、2D化像(107,108)の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大/縮小率を制御することで可能となる。
前記構成を有する装置上で、観察者100が見る像は、光源110から射出された光で、2D化像108を透過し、さらに2D化像107を透過した光によって生成される。
図20に示す3次元表示装置では、前記構成を有する装置上で、2D化像(107,108)の各々の透過度の配分を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、3次元物体104の奥行き位置に対応して変えて、透過型表示装置111と透過型表示装置112との間に存在する3次元物体の3次元立体像を表示する。
例えば、3次元物体104が透過型表示装置111上にある場合には、透過型表示装置111上の透過度を、2D化像107の輝度が3次元物体104の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置112上の2D化像108の部分の透過度を、例えば、その透過型表示装置112の最大値とする。
次に、例えば、3次元物体104が観察者100より少し遠ざかって、透過型表示装置111より透過型表示装置112側に少し寄った位置にある場合には、透過型表示装置111上の2D化像107の部分の透過度を少し増加させ、透過型表示装置112上の2D化像108の部分の透過度を少し減少させる。
次に、例えば、3次元物体104が観察者100よりさらに遠ざかって、透過型表示装置111より透過型表示装置112側にさらに寄った位置にある場合には、透過型表示装置111上の2D化像107の部分の透過度をさらに増加させ、透過型表示装置112上の2D化像108の部分の透過度をさらに減少させる。
さらに、例えば、3次元物体104が透過型表示装置112上にある場合には、透過型表示装置112上の透過度を、2D化像108の輝度が3次元物体104の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置111上の2D化像107の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置111の最大値とする。
即ち、例えば、透過型表示装置(111,112)にほぼ等輝度の2D化像(107,108)を表示した場合には、透過型表示装置(111,112)の奥行き位置の中間付近に3次元物体104があるように感じられる。この場合に、この3次元物体104は、観察者100には立体感を伴って知覚される。
なお、前述の説明においては、例えば、3次元物体全体の奥行き位置を、例えば、透過型表示装置(111,112)に表示した2次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図20に示す3次元表示装置においても、図14に示す3次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、例えば、3次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
また、図20に示す3次元表示装置においても、図14に示す3次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、2D化像が3次元的に移動する場合には、観察者100の左右上下方向への移動に関しては通常の2次元表示装置の場合と同様に透過型表示装置内での動画再生によって可能であり、また、奥行き方向への移動に関しては、複数の透過型表示装置における透過度の変化を時間的に行うことで、3次元立体像の動画を表現することができることは明らかである。
即ち、図14に示す3次元表示装置では、2D化像(105,106)の各々の輝度の配分を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、3次元物体104の奥行き位置に対応して変化させて3次元立体像を表示する。
また、図20に示す3次元表示装置では、2D化像(107,108)の各々の透過度の配分を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、3次元物体104の奥行き位置に対応して変化させて3次元立体像を表示する。
このように、図14に示す3次元表示装置では、3次元物体104に近い方の面に表示される2D化像の輝度を、3次元物体104に遠い方の面に表示される2D化像の輝度よりも増加させるのに対して、図20に示す3次元表示装置では、3次元物体104に近い方の透過型表示装置に表示される2D化像の透過度を、3次元物体104に遠い方の透過型表示装置に表示される2D化像の透過度よりも減少させる点で異なっている。
したがって、図20に示す3次元表示装置において、図14に示す3次元表示装置と同様の手法を用いて、3次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、3次元立体像の動画を表現する場合には、図14に示す3次元表示装置において、各表示面に表示される2D化像の輝度を増加させる場合には、各透過型表示装置に表示される2D化像の透過度を減少させ、また、図20に示す3次元表示装置において、各表示面に表示される2D化像の輝度を減少させる場合には、各透過型表示装置に表示される2D化像の透過度を増加させるようにすればよい。
図1は、本発明の実施例の3次元表示方法における3次元空間の位置関係を示す図であり、横X軸、縦Y軸、奥行きZ軸として、3次元空間を表現する。
図1では、Z軸の手前をZOF、奥をZORとし、DFD表示面をZ軸方向に2面配置している。DFD表示面の前面101の奥行き位置をZFとし、後面102の奥行き位置をZRとする。
なお、本実施例では、説明のためにDFD表示の面数を2面で表すが、実際の実施には複数面でも同様の方法にて実現することができる。
DFD表示方式では、表示できる3次元表示エリアは、前後の表示面の間のみと限られている。通常、その限られた面間隔の奥行きで設計された3次元画像をそのまま表示すれば期待通りの3次元表示が可能である。
しかし、面間隔を考慮せずに作成された3次元画像を表示する場合には、面間隔に入りきらない奥行き部分に存在する画像は切り取られ、表示することができない。
そこで、図2に示すように、DFD方式の3次元表示方法において、面間隔を考慮せずに作成された3次元画像、あるいは面間隔と異なった設計で作成された3次元画像を表示する場合に、DFD表示可能な面間隔に元の3次元画像の全てが入るように奥行き間隔を圧縮することで、元の3次元画像の全てを3次元表示することが可能となる。
また、3次元表示したい像の全ての奥行きが圧縮されているため、元の3次元画像中にある各々の像の奥行きが小さい場合には平面(2次元)に近い画像となり、DFD表示方式の限られた奥行きを有効に活用した3次元表示を行うことができないことが多い。
そこで、図3に示すように、3次元画像の奥行き方向の距離を複数の範囲に分割し、各々の範囲毎に奥行き間隔の圧縮の大きさ(圧縮率)を異ならせることで、前記違和感や前記平面的になる問題を軽減することができる。
例えば、3次元画像中の像毎に、あるいはシーン毎に、あるいは強調したい部分毎に、3次元画像の奥行き方向の距離を複数の範囲に分割する。そして、この範囲毎に奥行き間隔をあまり圧縮せずに違和感を軽減したり、大きく圧縮してDFD表示方式の限られた奥行きの有効活用をしたりすることが可能となる。
3次元画像の奥行き方向の距離の範囲の指定は、図4に示すように、任意の範囲を指定して個別に圧縮することで、作成者が意図した3次元画像のイメージに近い3次元表示ができる。また、観察者が3次元として詳細に観察したい範囲を指定するなどの利用方法もある。
また、図6に示すように、3次元画像の奥行き方向の距離を、像の存在する数によって複数の範囲に分割することで、例えば、像の数が多い範囲はあまり圧縮せず、像の数が少ない範囲は大きく圧縮して、像が多く集まっている範囲の像の違和感を軽減して3次元表示することも可能である。
さらに、図7に示すように、3次元画像の奥行き方向の距離を、像の奥行き方向の大きさによって複数の範囲に分割することで、例えば、像の奥行きが大きい範囲はあまり圧縮せず、像の奥行きが小さい範囲は大きく圧縮して、奥行きが大きい像の違和感を軽減して3次元表示することも可能である。逆に奥行きが大きい像の範囲を大きく圧縮してDFD表示方式の限られた奥行きの有効活用をすることも可能である。
また、図10あるいは図11に示すように、3次元画像の奥行き方向の距離を、奥行き方向の前面方向あるいは後面方向に向かって、圧縮の大きさを非線形に変化させることにより、例えば、遠景が多い風景画像に人物が手前にいるような画像で、人物を見せたい場合には、後面方向に向かって大きく圧縮させて手前にある人物の違和感を軽減させる、あるいは風景を見せたい場合には前面方向に向かって大きく圧縮させて奥にある風景の圧縮による違和感を軽減して3次元表示することなどが可能である。
また、連続的に圧縮の大きさを変化させることにより、奥行き方向に継ぎ目のような奥行きの段差を無くし、違和感を軽減することができる。
また、図12あるいは図13に示すように、3次元画像の奥行き方向の距離を、奥行きの中央方向あるいは前後の両端方向に向かって、圧縮の大きさを非線形に変化させることにより、例えば、遠景が多い風景画像に人物が手前にいるような画像で、風景と人物の両方を見せたい場合には中央方向に向かって大きく圧縮させることで風景と人物の違和感を軽減させる、あるいは、逆に見せたい部分が中央付近に集まっている場合には前後両端方向に向けて圧縮させて中央付近の違和感を軽減して3次元表示することが可能である。
また、図8に示すように、3次元画像の奥行き方向の距離を、所定の範囲の圧縮として最大に圧縮し、奥行きが0(2次元)となるようにすることで、例えば、3次元表示の必要性が低い部分、あるいは3次元表示の不要な部分を圧縮し、DFD表示方式の限られた奥行きの有効活用をすることも可能である。
なお、図面を用いて個別に詳細な実施例を示したが、表示する3次元画像の内容は様々であり、前記した各々の方法の組み合わせによるDFD表示も可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
101,102 表示面
103 光学系
104 3次元物体
105,106,107,108 2D化像
111,112 透過型表示装置
110 光源
Claims (8)
- 観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に2次元像をそれぞれ表示し、当該各表示面に表示される2次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて3次元立体像を表示する3次元表示方法であって、
表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を複数の範囲に分割し、当該分割した各範囲毎に前記奥行き方向の距離の圧縮率を変化させることにより、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を前記複数の表示面の間隔に圧縮することを特徴とする3次元表示方法。 - 前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する範囲と、像が存在しない範囲で分割することを特徴とする請求項1に記載の3次元表示方法。
- 前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する数に応じて分割することを特徴とする請求項1に記載の3次元表示方法。
- 前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像の奥行き方向の距離の大きさに応じて分割することを特徴とする請求項1に記載の3次元表示方法。
- 観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に2次元像をそれぞれ表示し、当該各表示面に表示される2次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて3次元立体像を表示する3次元表示装置であって、
表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を複数の範囲に分割する手段1と、
前記手段1で分割した各範囲毎に前記奥行き方向の距離の圧縮率を変化させる手段2とを備え、
前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を前記複数の表示面の間隔に圧縮することを特徴とする3次元表示装置。 - 前記手段1は、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する範囲と、像が存在しない範囲で分割することを特徴とする請求項5に記載の3次元表示装置。
- 前記手段1は、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像が存在する数に応じて分割することを特徴とする請求項5に記載の3次元表示装置。
- 前記手段1は、前記表示したい3次元画像の奥行き方向の距離を、像の奥行き方向の距離の大きさに応じて分割することを特徴とする請求項5に記載の3次元表示装置。
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