JP4530214B2 - Simulated field of view generator - Google Patents

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Description

本発明は、自動車シミュレータなどに用いられ、例えばステアリングによる運転操作に応じて窓外の視界をリアルタイムに表示するための模擬視界発生装置に関する。   The present invention relates to a simulated visual field generator for displaying a visual field outside a window in real time according to a driving operation by a steering wheel, for example, for an automobile simulator.

模擬視界を発生する従来技術では、道路脇の建物、道路上の車両などの物体をポリゴンで構成し、3次元コンピュータグラフィックスの技法によりレンダリングする方法が一般的であり、近年、PC用の安価なグラフィックスLSIが大幅に性能向上し、広く使われるようになった。外観のリアリティを増すために、ポリゴンの上に実際の物体を撮影した画像を貼り付けるフォトテクスチャなどの手法が多用されている。しかしながら、実在する街並みを3次元モデルとして入力するには、建物などの物体の正確な位置座標が詳細なレベルまで必要であり、モデリングソフトウェアを使ったデータ作成作業についても人手に頼っており、コストがかかる問題がある。
一方、ビデオカメラで撮影した映像をレーザーディスク等に格納し、走行速度に応じてレーザーディスクからのフレーム表示速度を制御することにより電車シミュレータの窓外視界を模擬する装置が利用されている。この方式では、比較的簡単に実在の路線の画像を模擬に利用できる長所がある。短所としては、例えば、踏切内へ進入する車両や、人物がホームから転落する様子などを模擬するには、フレームごとに2次元画像を正確な位置とサイズで合成する画像処理が必要となり、膨大な手間を要する。
In the prior art that generates a simulated field of view, a method of rendering an object such as a building on a roadside or a vehicle on the road with polygons and rendering it with a three-dimensional computer graphics technique is generally used. Graphics LSIs have greatly improved performance and are now widely used. In order to increase the reality of the appearance, a technique such as a photo texture in which an image obtained by photographing an actual object is pasted on a polygon is often used. However, in order to input a real cityscape as a three-dimensional model, accurate position coordinates of objects such as buildings are required to a detailed level, and data creation work using modeling software is also reliant on human labor. There is a problem that takes.
On the other hand, an apparatus for simulating the outside view of a train simulator window by storing an image captured by a video camera on a laser disk or the like and controlling the frame display speed from the laser disk according to the traveling speed is used. This method has an advantage that an image of an actual route can be used for simulation relatively easily. Disadvantages include, for example, in order to simulate a vehicle entering a railroad crossing or how a person falls from the home, image processing that combines a two-dimensional image with an accurate position and size for each frame is required. Takes time and effort.

解決しようとする課題は、ビデオカメラで撮影した街並みなどの風景と、3次元モデルとして作成した道路、車両、信号などを、それぞれ仮想視点位置及び視線方向に応じて画像生成し、一画面に合成して実時間で表示できるようにすることである。   The problem to be solved is to generate images of cityscapes taken with a video camera and roads, vehicles, signals, etc. created as a three-dimensional model according to the virtual viewpoint position and line-of-sight direction, and combine them on one screen. To be able to display in real time.

本発明は、道路上で予め撮影した撮影地点の位置座標と主撮影方向が既知である全方位を撮影し、撮影方向とともに記録し前記撮影方向ベクトルで所定領域を切り出すことができるパノラマ画像データの集合を保持する撮影画像データ記憶手段と、コンピュータ内に構築したモデルにおいて道路の両側に壁状の矩形を連結して定義し、仮想の視点から前記壁状の矩形の特定の領域を見た画像を、前記撮影画像データのなかから、撮影地点の位置座標と、仮想の視点から壁状の矩形の前記特定の領域の中心へ向かう視線方向ベクトルとを考慮し、仮想の視点との距離が近くにある撮影地点のなかから、その撮影地点から前記特定の領域の中心に向かう撮影方向ベクトルと、仮想の視点から壁状の矩形の前記特定の領域の中心へ向かう視線方向ベクトルとのなす角が最小となる撮影地点を選び、その撮影地点で撮影記録したパノラマ画像から、当該撮影地点における前記撮影方向ベクトルの方向に対して壁状の矩形である前記特定の領域を望む視野角に対応するイメージ領域を切り出して、これをその壁状の矩形領域に貼り付けることにより道路両側の画像を生成するとともに、前記仮想視点から最も短い撮影地点で取得されたパノラマ画像から前記正面矩形領域を望む視野角に対応するイメージ領域を切り出して、その矩形領域に貼り付けることにより正面の画像を生成し、ポリゴンでモデリングした3次元モデルを3次元コンピュータグラフィックスの技法によりレンダリングし、画素ごとのカラーデータと視点から前記壁状の矩形及び正面矩形までのデプスデータを出力するパノラマ画像生成手段と、ポリゴンでモデリングした3次元モデルを3次元コンピュータグラフィックスの技法によりレンダリングし、画素ごとのカラーデータと仮想視点から前記レンダリングした物体までのデプスデータを出力する3次元モデル画像生成手段と、前記パノラマ画像生成手段による画素ごとのカラーデータと仮想視点から壁状の矩形及び正面矩形までのデプスデータの組の1組又は所定の複数組と、前記3次元モデル画像生成手段による画素ごとのカラーデータと仮想視点から物体までのデプスデータの組の1組又は所定の複数組とを入力し、1フレーム上の画素ごとに全てのデプスデータを大小比較して画素ごとに最も仮想視点に近い画素のカラーデータを選択し映像信号として出力する画像合成手段とを含むものである。 The present invention captures panoramic image data in which the position coordinates and the main shooting direction of a shooting point previously shot on a road are shot, recorded together with the shooting direction, and a predetermined area can be cut out by the shooting direction vector . A photographed image data storage means for holding a set and an image in which a wall-shaped rectangle is defined on both sides of a road in a model built in a computer and a specific area of the wall-shaped rectangle is viewed from a virtual viewpoint In consideration of the position coordinates of the shooting point and the line-of-sight direction vector from the virtual viewpoint toward the center of the specific area of the wall-shaped rectangle, the distance from the virtual viewpoint is short. A shooting direction vector from the shooting point to the center of the specific area, and a gaze direction vector from the virtual viewpoint to the center of the wall-like rectangular area. From the panoramic image captured and recorded at the shooting point, the specific area that is a wall-shaped rectangle with respect to the direction of the shooting direction vector is desired. An image area corresponding to the viewing angle is cut out and pasted on the wall-shaped rectangular area to generate images on both sides of the road, and from the panoramic image acquired at the shortest shooting point from the virtual viewpoint, An image area corresponding to a desired viewing angle of a rectangular area is cut out and pasted to the rectangular area to generate a front image, and a 3D model modeled with polygons is rendered using 3D computer graphics techniques. Which outputs color data and depth data from the viewpoint to the wall rectangle and front rectangle A three-dimensional model image is generated by rendering a three-dimensional model modeled with a polygon using a three-dimensional computer graphics technique and outputting color data for each pixel and depth data from a virtual viewpoint to the rendered object. A set of color data for each pixel by the panorama image generation unit and a set of depth data from a virtual viewpoint to a wall-like rectangle and a front rectangle, or a predetermined plurality of sets, and a pixel by the three-dimensional model image generation unit Each color data and one set of depth data from the virtual viewpoint to the object or a predetermined plurality of sets are input, and all depth data are compared in size for each pixel on one frame, and the virtual viewpoint is the most virtual for each pixel. Image synthesizing means for selecting color data of pixels close to and outputting as video signals.

本発明の模擬視界発生装置によると、コンピュータ内に構築したモデルにおいて道路の両側に壁状の矩形を連結して定義し、仮想の視点から前記壁状の矩形の特定の領域を見た画像を、ビデオカメラ等で撮影した道路より遠景例えば街並みなどの撮影画像データのなかから、撮影地点の位置座標と、仮想の視点から壁状の矩形の前記特定の領域へ向かうベクトルとを考慮し、当該ベクトル方向に最も近い撮影地点から見たパノラマ画像のイメージ領域を切り出して前記特定の領域に対応させて壁状の矩形に貼り付けることにより道路両側の画像を生成するとともに正面の画像を正面に設定した正面矩形領域に正面のパノラマ画像領域から切り出して貼り付けて生成し、画素ごとのカラーデータと視点から前記壁状の矩形までのデプスデータを出力し、道路、車両、信号などの近景部分に3次元コンピュータグラフィックスの手法による画像を用い、道路両側より遠景と近景部分も仮想視点に応じた模擬視界を一画面に合成して実時間で表示することができる。   According to the simulated visual field generation device of the present invention, a model constructed in a computer is defined by connecting wall-shaped rectangles on both sides of a road, and an image in which a specific region of the wall-shaped rectangle is viewed from a virtual viewpoint is obtained. Considering the position coordinates of the shooting point and the vector from the virtual viewpoint toward the specific area of the wall-shaped rectangle from the shot image data such as the cityscape from the road shot with a video camera, etc. The image area of the panoramic image viewed from the shooting point closest to the vector direction is cut out and pasted on the wall-shaped rectangle corresponding to the specific area to generate images on both sides of the road and set the front image to the front Generated by cutting out and pasting the front panorama image area to the front rectangular area and color data for each pixel and the depth data from the viewpoint to the wall-shaped rectangle. By using images by 3D computer graphics in the foreground parts such as roads, vehicles, signals, etc., the simulated view fields corresponding to the virtual viewpoints are synthesized on one screen for both the foreground and foreground parts from both sides of the road in real time. Can be displayed.

図1は、本発明に係る模擬視界発生装置を説明する1実施例の機能ブロック図である。101は運転操作入力装置、102は車両運動模擬部、103は左側面遠景画像生成手段、104は右側面遠景画像生成手段、105は正面遠景画像生成手段、106は近景画像生成手段、107は画像合成装置、108は表示装置である。左側面遠景画像生成手段103、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105によりパノラマ画像生成手段が構成される。近景画像生成手段106により3次元モデル画像生成手段が構成される。   FIG. 1 is a functional block diagram of one embodiment illustrating a simulated visual field generation apparatus according to the present invention. 101 is a driving operation input device, 102 is a vehicle motion simulation unit, 103 is a left side distant view image generating unit, 104 is a right side distant view image generating unit, 105 is a front distant view image generating unit, 106 is a foreground image generating unit, and 107 is an image. A synthesizing device 108 is a display device. The left side distant view image generation unit 103, the right side distant view image generation unit 104, and the front distant view image generation unit 105 constitute a panoramic image generation unit. The foreground image generation means 106 constitutes a three-dimensional model image generation means.

運動操作入力装置101は模擬車両の操作機器例えばステアリング、ブレーキペダル、アクセルペダルである。車両運動模擬部102は、運動操作入力装置101の出力すなわち操作機器の操作量を接続して、模擬車両の運動を模擬して、運転者の視点すなわち仮想視点の位置と、車両の方向、車両の速度として仮想視点の速度等を出力する。
左側面遠景画像生成手段103、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105は、それぞれに撮影画像データ記憶手段1031、1041、1051を備えて、道路上で予め撮影した撮影地点の位置座標と主撮影方向が既知であるパノラマ画像データの集合を保持する。
The exercise operation input device 101 is an operation device for a simulated vehicle, such as a steering, a brake pedal, and an accelerator pedal. The vehicle motion simulation unit 102 connects the output of the motion operation input device 101, that is, the operation amount of the operating device, simulates the motion of the simulated vehicle, and determines the position of the driver's viewpoint, that is, the virtual viewpoint, the direction of the vehicle, the vehicle The speed of the virtual viewpoint, etc. is output as the speed of.
The left side distant view image generation unit 103, the right side distant view image generation unit 104, and the front distant view image generation unit 105 are respectively provided with photographed image data storage units 1031, 1041, and 1051, and the positions of the photographing points previously photographed on the road. A set of panoramic image data whose coordinates and main shooting direction are known is held.

(全方位ビデオ画像の取得)
全方位ビデオ画像の取得を説明する。模擬視界発生装置の運用とは別に予め、全方位を撮影可能なビデオカメラを車両に搭載し、実際の道路を走行して撮影し、全方位画像(360度パノラマ)を取得する。同時に、撮影地点の位置座標と、車両の進行方向の方位角(主撮影方向)をGPS等により測定し、前記画像とともに記録しておく。この撮影の例を図2に示す。計測車両201は全方位のビデオカメラ202を搭載して、模擬しようとする地域を走行して、時刻t−1,t,t+1の経過に従って、地点X1,X2,X3の経路を通過し、その時点でそれらの各点から見える全方位画像を得る。
(Acquisition of omnidirectional video images)
The acquisition of an omnidirectional video image will be described. Aside from the operation of the simulated visual field generation device, a video camera capable of photographing all directions is mounted on the vehicle in advance, and is shot while traveling on an actual road to obtain an omnidirectional image (360-degree panorama). At the same time, the position coordinates of the shooting point and the azimuth angle (main shooting direction) of the traveling direction of the vehicle are measured by GPS or the like and recorded together with the image. An example of this photographing is shown in FIG. The measurement vehicle 201 is equipped with an omnidirectional video camera 202, travels in an area to be simulated, and passes through points X1, X2, and X3 according to the passage of time t-1, t, and t + 1. An omnidirectional image that is visible from each of those points at the time is obtained.

(パノラマ画像の作成)
撮影画像データ記憶手段1031、1041、1051に保存するパノラマ画像データの作成を説明する。前述のようにビデオカメラで撮影したビデオ画像をコンピュータに取り込んでディジタルデータ化し、例えば主撮影方向を含む水平面上の前記主撮影方向に対する方向としての撮影方向ベクトルにより所定領域を切り取れることができるように記録して、時刻Tのパノラマ画像データを作成する。これを時刻ごとに繰り返して、全てのビデオ画像から時刻ごとのパノラマ画像データを作成し、各撮影画像データ記憶手段1031、1041、1051を構成するディスクへ保存しておく。
(Create panorama image)
Creation of panoramic image data to be stored in the photographed image data storage means 1031, 1041, 1051 will be described. As described above, a video image captured by a video camera is taken into a computer and converted into digital data. For example, a predetermined area can be cut out by a shooting direction vector as a direction with respect to the main shooting direction on a horizontal plane including the main shooting direction. recorded in, to create a panoramic image data of time T. This is repeated for each time, and panoramic image data for each time is created from all the video images, and stored in the disks constituting the respective photographed image data storage means 1031, 1041, and 1051.

(パノラマ画像を用いた風景の模擬)
道路上の模擬車両内の運転者の仮想視点が、図3のようにPに位置するとする。このときの、仮想視点Pから見た道路より遠景の画像の生成を説明する。
仮想の道路の両側に、壁のように続くスクリーンを想定する。従って、左側面遠景画像生成手段103はスクリーンSl(左)を想定する。右側面遠景画像生成手段104はスクリーンSr(右)を想定する。これらのスクリーンSl,Srは、道路に面した建物の壁にあると仮定してその位置に置き、道路に面した建物より遠景にある物体はすべて建物の壁すなわちスクリーンに位置するものと仮定して画像を生成する。
道路上を走行する仮想視点Pから見た風景は、パノラマ画像から生成する。すなわち、道路上のある仮想視点Pから見える風景は、図3のように、A方向に見た風景は計測車両が時刻t−1における地点X1から撮影した画像p(t−1)を、B方向に見た風景は時刻tにおける地点X2から撮影した画像p(t)を、C方向に見た風景は時刻t+1における地点X3から撮影した画像p(t+1)を用いて、生成する。
実世界の建物Xは、まず、例えば左側面遠景画像生成手段103の撮影画像データ記憶手段1031から、仮想視点Pに比較的近い撮影地点群を抽出し、仮想視点Pから建物Xの中心に向かう視線方向ベクトルと撮影地点から建物Xの中心に向かう撮影方向ベクトルとのなす角が最小である撮影地点を検索し、当該撮影地点において前記撮影方向ベクトル方向で記録されているパノラマ画像の建物Xが存在する領域すなわち当該撮影地点から建物Xを望むある程度の水平及び垂直視野角範囲を持った領域を縦方向に長い短冊状に切り出してスクリーン上に貼り付けることにより、模擬される。このとき、検索には個々の物体ごとに処理するのではなく、図4のように視界内のスクリーンが埋まるように視線方向ベクトル401を変化させ、対応する最も近い撮影方向ベクトル402,403,404,405…のパノラマ画像の領域を短冊状に切り出してスクリーンSl406上に貼り付ける。仮想視点Pから建物が位置する壁までの距離を算出し、その距離をdとする。例えば、各撮影方向ベクトルが距離dにある壁に接する個所の中央点を各撮影方向ベクトルのパノラマ画像の各領域間の境界点Q1,Q2,Q3,Q4,Q5…(スクリーン面では縦方向の境界線)に設定して建物等の遠景の見え方を現実に近いものとすることができる。
図4は左側面遠景画像生成手段103における処理を説明しているが、右側面遠景画像生成手段104においても同様である。
スクリーンSl,Srは、ポリゴンの集合として定義され、パノラマ画像はテクスチャとして登録される。例えば、Open GLグラフィックスライブラリのglTex Coord2f()を用いて、これらポリゴンとテクスチャの対応関係を、上述したようにスクリーンにパノラマ画像を連続して貼り付けることができるように指定することにより、短冊状の切り出しを行う。スクリーンSl、スクリーンSrは同一の座標系で定義される。
走行方向前方の画像は、正面遠景画像生成手段105により、仮想視点に最も近い地点で撮影したパノラマ画像から生成する。図5のように模擬車両による仮想視点501は仮想道路上を図の右方向を前にして進行しているものとする。仮想視点501の両側(図5では上下方向)には左スクリーンSl502と右スクリーンSr503が位置する。仮想視点501から前方の所定の視野角504を設定し、その視野角504の左右に広がる垂直な平面と左スクリーンSl502と右スクリーンSr503面との交線と、例えば街並みの高さに等しい適当高さに渡した横線とで形成される矩形Sf505のポリゴンを設定する。時々刻々の仮想視点501の位置は、車両運動模擬部102により入力し、正面遠景画像生成手段105は、この仮想視点501の位置に最も近い地点X2で撮影した画像から得たパノラマ画像をテクスチャとして切り出し、そのパノラマ画像内の矩形Sfに対応する領域を切り出し、当該矩形Sf505に貼り付けることにより、正面の画像生成を行う。矩形SfはスクリーンSl、スクリーンSrと同一の座標系で定義される。
左側面遠景画像生成手段103、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105は、車両運動模擬部102から入る時々刻々変化する仮想視点ごとの遠景画像を上記のように生成する。
(Simulation of scenery using panoramic images)
It is assumed that the virtual viewpoint of the driver in the simulated vehicle on the road is located at P as shown in FIG. The generation of an image of a distant view from the road viewed from the virtual viewpoint P at this time will be described.
Assume a screen that continues like a wall on both sides of a virtual road. Therefore, it is assumed that the left side far view image generation unit 103 has a screen Sl (left). The right side distant view image generation means 104 assumes a screen Sr (right). These screens Sl and Sr are assumed to be located on the wall of the building facing the road, and the objects located farther away than the building facing the road are all assumed to be located on the wall or screen of the building. To generate an image.
A landscape viewed from a virtual viewpoint P traveling on a road is generated from a panoramic image. That is, the scenery seen from a certain virtual viewpoint P on the road is an image p (t-1) taken from the point X1 by the measuring vehicle at time t-1, as shown in FIG. A landscape viewed in the direction is generated using an image p (t) taken from a point X2 at time t, and a landscape seen in the C direction is generated using an image p (t + 1) taken from a point X3 at time t + 1.
For the building X in the real world, first, for example, a shooting point group that is relatively close to the virtual viewpoint P is extracted from the shooting image data storage unit 1031 of the left side distant view image generation unit 103, and heads toward the center of the building X from the virtual viewpoint P. A shooting point where the angle formed by the line-of-sight vector and the shooting direction vector from the shooting point toward the center of the building X is searched is searched, and the building X of the panoramic image recorded in the shooting direction vector direction at the shooting point is obtained. An existing area, that is, an area having a certain horizontal and vertical viewing angle range in which the building X is desired from the photographing point is cut out in a strip shape that is long in the vertical direction and pasted on the screen. At this time, the search is not performed for each individual object, but the line-of-sight vector 401 is changed so that the screen in the field of view is filled as shown in FIG. , 405... Are cut out in a strip shape and pasted on the screen Sl406. The distance from the virtual viewpoint P to the wall where the building is located is calculated, and the distance is defined as d. For example, the center point of the location where each shooting direction vector is in contact with the wall at a distance d is the boundary point Q1, Q2, Q3, Q4, Q5... Between the regions of the panoramic image of each shooting direction vector (in the vertical direction on the screen surface). It is possible to make the distant view of a building or the like look closer to reality by setting the boundary line).
FIG. 4 illustrates the processing in the left side far view image generation unit 103, but the same applies to the right side far view image generation unit 104.
The screens Sl and Sr are defined as a set of polygons, and the panoramic image is registered as a texture. For example, by using glGLex Coord2f () of the Open GL graphics library, the correspondence between these polygons and textures can be specified so that panoramic images can be continuously pasted on the screen as described above. Cut out the shape. Screen Sl and screen Sr are defined in the same coordinate system.
The front image in the traveling direction is generated from the panoramic image taken at the point closest to the virtual viewpoint by the front distant view image generation means 105. As shown in FIG. 5, it is assumed that the virtual viewpoint 501 by the simulation vehicle is traveling on the virtual road with the right direction in the figure in front. The left screen S <b> 502 and the right screen Sr <b> 503 are located on both sides (vertical direction in FIG. 5) of the virtual viewpoint 501. A predetermined viewing angle 504 in front of the virtual viewpoint 501 is set, and an appropriate height equal to, for example, the height of the cityscape and the intersection of the vertical plane extending to the left and right of the viewing angle 504, the left screen Sl502 and the right screen Sr503 surface. A polygon of a rectangle Sf505 formed by the horizontal line that has been passed is set. The position of the virtual viewpoint 501 every moment is input by the vehicle motion simulation unit 102, and the front distant view image generation means 105 uses the panoramic image obtained from the image taken at the point X2 closest to the position of the virtual viewpoint 501 as the texture. The front image is generated by cutting out, cutting out an area corresponding to the rectangle Sf in the panoramic image, and pasting the region on the rectangle Sf505. The rectangle Sf is defined in the same coordinate system as the screen Sl and the screen Sr.
The left side distant view image generation unit 103, the right side distant view image generation unit 104, and the front distant view image generation unit 105 generate the distant view image for each virtual viewpoint that enters from the vehicle motion simulation unit 102 and changes from moment to moment.

(3次元モデルによる道路面等の模擬と画像生成)
道路面や、ガードレール、歩道橋、車両や信号機等、道路脇とは見なせない物体は、3次元コンピュータグラフッィクスの技法により、ポリゴンで構成した3次元モデルとして、近景画像生成手段106においてモデリングソフトウェアを利用して作成する。空は、例えば、雲のテクスチャを貼った半円球のポリゴンの集合で模擬する。
近景画像生成手段106における前記物体の画像生成は、3次元グラフィックスチップを用い、デプスバッファ法により、車両運動模擬部102から入る時々刻々の仮想視点から見た画像の描画処理(レンダリング)により行われる。3次元モデルは、スクリーンSl、スクリーンSr及び矩形Sfと同一の座標系で定義される。
また、ポリゴンでモデリングした3次元モデルをレンダリングし、画素ごとのカラーデータと仮想視点から前記レンダリングした物体までの画素ごとのデプスデータを出力する。
(Simulation of road surface etc. and image generation by 3D model)
An object that cannot be regarded as a roadside, such as a road surface, guardrail, pedestrian bridge, vehicle, traffic light, etc., is modeled in the foreground image generation means 106 as a three-dimensional model composed of polygons by a three-dimensional computer graphics technique. Create using. The sky is simulated by, for example, a set of hemispherical polygons with a cloud texture.
Image generation of the object in the foreground image generation means 106 is performed by drawing processing (rendering) of an image viewed from a virtual viewpoint every moment entering from the vehicle motion simulation unit 102 by a depth buffer method using a three-dimensional graphics chip. Is called. The three-dimensional model is defined in the same coordinate system as the screen S1, the screen Sr, and the rectangle Sf.
In addition, a three-dimensional model modeled with polygons is rendered, and color data for each pixel and depth data for each pixel from the virtual viewpoint to the rendered object are output.

(パノラマ画像を用いた模擬画像の生成)
前述したようにスクリーンSl、スクリーンSr、矩形Sf及び道路面等の3次元モデルは、同一の座標系で定義されている。スクリーンSl、スクリーンSr、矩形Sfは、テクスチャを貼ったポリゴンの集合である。左側面遠景画像生成手段103、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105は、それぞれにおいて3次元グラフィックスチップを用い、デプスバッファ法により、仮想視点から見た画像の表示処理(レンダリング)を行うとともに、表示処理された画像の画素ごとのカラーデータに加えて仮想視点から物体(各スクリーンSl、スクリーンSr、矩形Sfの面)までの画素ごとデプスデータを出力する。
なお、左側面遠景画像生成手段103、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105において、パノラマ画像のデータサイズが大きく、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105のそれぞれが有するテクスチャメモリに全てを格納できないときは、高速なディスクからパノラマ画像を順次読み込み、テクスチャメモリの内容を更新する。
(Generation of simulated images using panoramic images)
As described above, the three-dimensional models such as the screen Sl, the screen Sr, the rectangle Sf, and the road surface are defined in the same coordinate system. The screen S1, the screen Sr, and the rectangle Sf are a set of polygons with textures attached. The left side distant view image generation unit 103, the right side distant view image generation unit 104, and the front distant view image generation unit 105 each use a 3D graphics chip, and display processing (rendering) of an image viewed from a virtual viewpoint by a depth buffer method. ) And depth data for each pixel from the virtual viewpoint to the object (surface of each screen Sl, screen Sr, and rectangle Sf) is output in addition to the color data for each pixel of the displayed image.
It should be noted that the panoramic image data size is large in the left side distant view image generation unit 103, the right side distant view image generation unit 104, and the front distant view image generation unit 105, and the right side distant view image generation unit 104 and the front distant view image generation unit 105 respectively. When all the data cannot be stored in the texture memory of the image data, the panorama image is sequentially read from the high-speed disk and the contents of the texture memory are updated.

(3次元モデルによる模擬画像とパノラマ画像を用いた模擬画像の合成)
上述したように、3次元モデルによる模擬画像は近景画像生成手段106において、パノラマ画像を用いた模擬画像は左側面遠景画像生成手段103、右側面遠景画像生成手段104及び正面遠景画像生成手段105のそれぞれにおいて、デプスバッファ法によりレンダリングされ、画素ごとのカラーとデプスが出力される。画像合成装置107は、これらのデータをもとに、例えばコンパレータ回路とセレクタ回路を用いて画素単位にデプスの大小により隠顕判定を行い、視点に最も近いカラーを選択し、D/A変換して映像信号を出力し、実時間で合成結果を表示装置108において表示する。近景画像生成手段106において生成された例えば道路面の3次元モデルはこれと比較されるパノラマ画像の道路面より手前にあるようにデプスデータが設定されるから、常に3次元モデルの道路面が合成画像として表示される。
(Synthesis of simulated image using 3D model and simulated image using panoramic image)
As described above, the simulated image based on the three-dimensional model is generated by the foreground image generating unit 106, and the simulated image using the panoramic image is generated by the left side far view image generating unit 103, the right side far view image generating unit 104, and the front background image generating unit 105. In each case, rendering is performed by the depth buffer method, and the color and depth for each pixel are output. Based on these data, the image compositing device 107 performs concealment determination based on the depth of each pixel using, for example, a comparator circuit and a selector circuit, selects a color closest to the viewpoint, and performs D / A conversion. The video signal is output and the combined result is displayed on the display device 108 in real time. For example, the depth data is set so that the three-dimensional model of the road surface generated by the foreground image generation means 106 is in front of the road surface of the panoramic image to be compared with this, so the road surface of the three-dimensional model is always synthesized. Displayed as an image.

本発明に係る模擬視界発生装置の1実施例の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of one Example of the simulation visual field generator which concerns on this invention. 全方位ビデオ画像の取得を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed acquisition of the omnidirectional video image. 仮想視点からある方向にある1物体とそれを撮影する地点を説明する図である。It is a figure explaining one object in a certain direction from a virtual viewpoint, and the point which image | photographs it. 側面スクリーンと貼り付ける画像の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a side screen and the image to paste. 正面と貼り付ける画像の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the front and the image to paste.

符号の説明Explanation of symbols

101…運転操作入力装置、102…車両運動模擬部、103…左側面遠景画像生成手段、104…右側面遠景画像生成手段、105…正面遠景画像生成手段、106…近景画像生成手段、107…画像合成装置、108…表示装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Driving operation input device, 102 ... Vehicle motion simulation part, 103 ... Left side distant view image generation means, 104 ... Right side distant view image generation means, 105 ... Front distant view image generation means, 106 ... Near view image generation means, 107 ... Image Synthesizer 108, display device.

Claims (2)

道路上で予め撮影した撮影地点の位置座標と主撮影方向が既知である全方位を撮影し、撮影方向とともに記録し前記撮影方向ベクトルで所定領域を切り出すことができるパノラマ画像データの集合を保持する撮影画像データ記憶手段と、
コンピュータ内に構築したモデルにおいて道路の両側に壁状の矩形を連結して定義し、仮想の視点から前記壁状の矩形の特定の領域を見た画像を、前記撮影画像データのなかから、撮影地点の位置座標と、仮想の視点から壁状の矩形の前記特定の領域の中心へ向かう視線方向ベクトルとを考慮し、仮想の視点との距離が近くにある撮影地点のなかから、その撮影地点から前記特定の領域の中心に向かう撮影方向ベクトルと、仮想の視点から壁状の矩形の前記特定の領域の中心へ向かう視線方向ベクトルとのなす角が最小となる撮影地点を選び、その撮影地点で撮影記録したパノラマ画像から、当該撮影地点における前記撮影方向ベクトルの方向に対して壁状の矩形である前記特定の領域を望む視野角に対応するイメージ領域を切り出して、これをその壁状の矩形領域に貼り付けることにより道路両側の画像を生成するとともに、前記仮想視点から最も短い撮影地点で取得されたパノラマ画像から前記正面矩形領域を望む視野角に対応するイメージ領域を切り出して、その矩形領域に貼り付けることにより正面の画像を生成し、ポリゴンでモデリングした3次元モデルを3次元コンピュータグラフィックスの技法によりレンダリングし、画素ごとのカラーデータと視点から前記壁状の矩形及び正面矩形までのデプスデータを出力するパノラマ画像生成手段と、
ポリゴンでモデリングした3次元モデルを3次元コンピュータグラフィックスの技法によりレンダリングし、画素ごとのカラーデータと仮想視点から前記レンダリングした物体までのデプスデータを出力する3次元モデル画像生成手段と、
前記パノラマ画像生成手段による画素ごとのカラーデータと仮想視点から壁状の矩形及び正面矩形までのデプスデータの組の1組又は所定の複数組と、前記3次元モデル画像生成手段による画素ごとのカラーデータと仮想視点から物体までのデプスデータの組の1組又は所定の複数組とを入力し、1フレーム上の画素ごとに全てのデプスデータを大小比較して画素ごとに最も仮想視点に近い画素のカラーデータを選択し映像信号として出力する画像合成手段とを含むことを特徴とする模擬視界発生装置。
A set of panoramic image data that can shoot all directions in which the position coordinates and the main shooting direction of the shooting point previously shot on the road are known, recorded together with the shooting direction, and cut out a predetermined area by the shooting direction vector is held. Photographic image data storage means;
In the model built in the computer, a wall-shaped rectangle is defined by connecting both sides of the road, and an image of a specific area of the wall-shaped rectangle viewed from a virtual viewpoint is captured from the captured image data. Considering the position coordinates of the point and the line-of-sight direction vector from the virtual viewpoint toward the center of the specific area of the wall-like rectangle , the shooting point is selected from among the shooting points that are close to the virtual viewpoint. The shooting point that minimizes the angle formed by the shooting direction vector from the virtual viewpoint toward the center of the specific area and the gaze direction vector from the virtual viewpoint toward the center of the specific area of the wall-like rectangle is selected, and the shooting point The image region corresponding to the desired viewing angle is cut out from the panoramic image captured and recorded in step S1, and the specific region that is a wall-shaped rectangle with respect to the direction of the photographing direction vector at the photographing point is extracted. The generates the road both sides of the image by adhering to its wall-like rectangular areas, an image area corresponding to the view angle overlooking the front rectangular area from the panoramic image obtained by the shortest photographing point from the virtual viewpoint A front image is generated by cutting out and pasting to the rectangular area , a 3D model modeled with polygons is rendered by 3D computer graphics techniques, and the wall-shaped rectangle is viewed from the color data and viewpoint of each pixel. Panoramic image generation means for outputting depth data up to the front rectangle;
3D model image generation means for rendering a 3D model modeled with polygons by a 3D computer graphics technique and outputting color data for each pixel and depth data from the virtual viewpoint to the rendered object;
One set of color data for each pixel by the panoramic image generation means and depth data from a virtual viewpoint to a wall-like rectangle and a front rectangle or a predetermined plurality of sets, and a color for each pixel by the three-dimensional model image generation means Pixel that is closest to the virtual viewpoint for each pixel by inputting data and one set of depth data sets from the virtual viewpoint to the object, or by comparing a plurality of depth data for each pixel on one frame And an image composition means for selecting the color data and outputting it as a video signal.
請求項1において、パノラマ画像生成手段は、道路左側の画像、道路右側の画像、又は正面の画像のうち、いずれか一つ又は複数を生成することを特徴とする模擬視界発生装置。
2. The simulated visual field generation device according to claim 1, wherein the panoramic image generation means generates one or more of an image on the left side of the road, an image on the right side of the road, or an image on the front.
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