JP4694435B2 - 断面画像表示装置、断面画像表示方法及び断面画像表示プログラム - Google Patents

断面画像表示装置、断面画像表示方法及び断面画像表示プログラム Download PDF

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Description

本発明は、断面画像表示装置、断面画像表示方法及び断面画像表示プログラムに係り、より詳しくは、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示する断面画像表示装置、断面画像表示方法及び断面画像表示プログラムに関する。
近年、画像処理技術やコンピュータ・グラフィクス技術の進展に伴い、３次元画像の断面画像をリアルタイムで表示したい、という要望が高くなっている。例えば、施工前、施工中、施工後の建物や設計中の自動車等を表示対象とした顧客向けプレゼンテーションでの利用や、医療機関等における人体を表示対象とした患者やその家族向け説明時での利用等である。なお、ここでいう「断面画像」には、３次元画像を破断面により切断した場合の当該３次元画像の断面を示す画像の他、上記破断面を３次元画像の内部又は外部に設けた場合の当該３次元画像の透視画像、及び当該透視画像と上記断面を示す画像との組み合わせも含まれる。
この要望に応えるために適用できる従来の技術として、特許文献１には、平面図上に引かれた切断線に沿ってその断面図を作画する装置であって、前記平面図を表す平面図情報を記憶するための記憶手段を備え、前記平面図情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した平面図情報に基づいて前記平面図を作画し、前記切断線と前記平面図上のその他の線との交点に関する交点情報及び高さに関する高さ情報に基づいて前記断面図を作画することを特徴とする断面図作画装置が開示されている。
この技術を、上記平面図を上記建物、自動車、人体等の３次元画像の平面図として適用すると共に、作画した断面図を画像として表示するものとすることにより、これらの３次元画像の断面図を表示することができる。
特開２００１−５２０３８公報
ところで、表示する断面画像の用途によっては、複数箇所の断面画像を連続的に表示したい場合がある。この場合、当該複数箇所の断面位置を連続的かつ効率的に指定する必要がある。
これに対し、上記特許文献１に開示されている技術は、平面図に対して切断線を設定することによって断面位置を指定するものとされているので、断面位置を連続的かつ効率的に設定することが困難である、という問題点があった。
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、断面位置を連続的かつ効率的に設定することのできる断面画像表示装置、断面画像表示方法及び断面画像表示プログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１記載の断面画像表示装置は、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示する断面画像表示装置であって、前記３次元画像データを予め記憶した記憶手段と、前記断面画像を表示するための表示手段と、前記３次元画像の２次元画像を提示する提示面を有する２次元画像提示手段と、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定するための指定手段と、前記指定手段によって指定された前記断面位置を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算する換算手段と、前記換算手段によって換算された前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成する断面画像作成手段と、前記断面画像作成手段によって作成された前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように前記表示手段を制御する制御手段と、を備えている。
請求項１記載の断面画像表示装置は、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示するものであり、前記３次元画像データが記憶手段によって予め記憶されると共に、前記断面画像が表示手段によって表示されるものとされている。
なお、上記断面画像には、３次元画像を破断面により切断した場合の当該３次元画像の断面を示す画像の他、上記破断面を３次元画像の内部又は外部に設けた場合の当該３次元画像の透視画像、及び当該透視画像と上記断面を示す画像との組み合わせも含まれる。また、上記記憶手段には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュＥＥＰＲＯＭ（Flash EEPROM）等の半導体記憶素子、スマート・メディア（SmartMedia（登録商標））、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等の可搬記録媒体やハードディスク等の固定記録媒体、或いはネットワークに接続されたサーバ・コンピュータ等に設けられた外部記憶装置が含まれる。更に、上記表示手段には、液晶ディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の各種ディスプレイが含まれる。
ここで、本発明では、２次元画像提示手段の提示面により、前記３次元画像の２次元画像が提示され、指定手段により、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置が指定され、検知手段により、前記指定手段によって指定された前記断面位置が検知される。
そして、本発明では、換算手段により、前記検知手段によって検知された前記断面位置が前記３次元画像における座標系の断面位置に換算され、断面画像作成手段により、前記換算手段によって換算された前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データが当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成され、更に、制御手段により、前記断面画像作成手段によって作成された前記断面画像データが用いられて前記断面画像が表示されるように前記表示手段が制御される。
すなわち、本発明では、２次元画像提示手段の提示面において表示対象とする３次元画像の２次元画像を提示すると共に、指定手段により、利用者に対して、当該提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定させることによって断面位置を設定するようにしており、これによって利用者は実際の３次元画像に対して直接切断する状態で、自然な動作により断面位置を指定することができ、この結果として、断面位置を連続的かつ効率的に設定することができるようにしている。
このように、請求項１記載の断面画像表示装置によれば、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示するに当たり、前記３次元画像データを記憶手段によって予め記憶しておき、予め定められた提示面において前記３次元画像の２次元画像を提示し、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定手段により指定させ、指定された前記断面位置を検知し、検知した前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算し、換算した前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成し、作成した前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段を制御しているので、断面位置を連続的かつ効率的に設定することができる。
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記２次元画像を前記３次元画像の平面図又は側面図又は当該３次元画像の所定位置における断面図としてもよい。これにより、当該３次元画像の平面図又は側面図を参照した状態で断面位置を設定することができる。
また、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、前記断面画像作成手段は、前記断面画像データを前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成するものとしてもよい。これにより、実際の３次元画像に対して直接切断する状態で、より自然な動作により断面位置を指定することができる結果、断面位置を、より効率的に設定することができる。
特に、請求項３に記載の発明は、請求項４に記載の発明のように、前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面としてもよい。これにより、板状とされた指定手段により３次元画像を実際に切断する状態で断面位置を指定し、この状態において当該断面位置における断面画像を指定手段の表示面によって表示することが可能となり、より現実味の高い状態で当該断面画像を表示することができるようになる。
また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記表示手段を、前記断面画像データに基づいて生成された映像信号により電気的に前記断面画像を表示するものとするか、又は前記断面画像データにより示される断面画像を担持した光を投影することにより前記断面画像を表示するもの（所謂、プロジェクタ方式）としてもよい。
また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記検知手段を、指定位置を検知することによって前記断面位置を検知する位置検出装置とし、前記指定手段を、前記位置検出装置によって指定位置が検知される複数のペンが固定的に設けられたものとしてもよい。これにより、近年、市場に広く供給されている安価なタブレット等の位置検出装置及びペンを利用して本発明を構成することができ、本発明を低コストで実現することができる。
更に、本発明は、請求項７に記載の発明のように、前記２次元画像提示手段を、前記３次元画像データに基づいて生成された映像信号により電気的に前記２次元画像を表示することによって当該２次元画像を提示するものとしてもよい。これにより、本発明の２次元画像を、人手を介することなく提示することができ、利便性を向上させることができる。
一方、上記目的を達成するために、請求項８記載の断面画像表示方法は、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示する断面画像表示方法であって、前記３次元画像データを記憶手段によって予め記憶しておき、予め定められた提示面において前記３次元画像の２次元画像を提示し、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定手段により指定させ、指定された前記断面位置を検知し、検知した前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算し、換算した前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成し、作成した前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段を制御するものである。
従って、請求項８記載の断面画像表示方法によれば、請求項１記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、断面位置を連続的かつ効率的に設定することができる。
なお、請求項８記載の発明は、請求項９に記載の発明のように、前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、前記断面画像データを、前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成するものとしてもよい。これにより、実際の３次元画像に対して直接切断する状態で、より自然な動作により断面位置を指定することができる結果、断面位置を、より効率的に設定することができる。
特に、請求項９記載の発明は、請求項１０に記載の発明のように、前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面としてもよい。これにより、板状とされた指定手段により３次元画像を実際に切断する状態で断面位置を指定し、この状態において当該断面位置における断面画像を指定手段の表示面によって表示することが可能となり、より現実味の高い状態で当該断面画像を表示することができるようになる。
一方、上記目的を達成するために、請求項１１記載の断面画像表示プログラムは、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示すると共に、前記３次元画像データを予め記憶した記憶手段と、前記３次元画像の２次元画像を提示する提示面を有する２次元画像提示手段と、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定するための指定手段と、前記指定手段によって指定された前記断面位置を検知する検知手段と、を備えた断面画像表示装置により実行される断面画像表示プログラムであって、前記検知手段によって検知された前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算する換算ステップと、前記換算ステップによって換算された前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成する断面画像作成ステップと、前記断面画像作成ステップによって作成された前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段を制御する制御ステップと、をコンピュータに実行させるものである。
従って、請求項１１記載の断面画像表示プログラムによれば、コンピュータに対して請求項１記載の発明と同様に作用させることができるので、請求項１記載の発明と同様に、断面位置を連続的かつ効率的に設定することができる。
なお、請求項１１記載の発明は、請求項１２に記載の発明のように、前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、前記断面画像作成ステップは、前記断面画像データを前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成するものとしてもよい。これにより、実際の３次元画像に対して直接切断する状態で、より自然な動作により断面位置を指定することができる結果、断面位置を、より効率的に設定することができる。
特に、請求項１２記載の発明は、請求項１３に記載の発明のように、前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面としてもよい。これにより、板状とされた指定手段により３次元画像を実際に切断する状態で断面位置を指定し、この状態において当該断面位置における断面画像を指定手段の表示面によって表示することが可能となり、より現実味の高い状態で当該断面画像を表示することができるようになる。
本発明によれば、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示するに当たり、前記３次元画像データを記憶手段によって予め記憶しておき、予め定められた提示面において前記３次元画像の２次元画像を提示し、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定手段により指定させ、指定された前記断面位置を検知し、検知した前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算し、換算した前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成し、作成した前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段を制御しているので、断面位置を連続的かつ効率的に設定することができる、という効果が得られる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明が適用された断面画像表示システム１０の構成を説明する。
同図に示すように、本実施の形態に係る断面画像表示システム１０は、当該システム１０全体の動作を司るパーソナル・コンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）１２と、タブレット１６と、板状とされた小型の表示装置１８と、を含んで構成されている。
本実施の形態に係る表示装置１８は、液晶ディスプレイによる表示面１８Ａを備えている。なお、表示装置１８の表示媒体としては液晶ディスプレイに限らず、現存する各種のディスプレイを適用することができるが、表示装置１８は断面位置を連続的に指定するために用いるものである（詳細は後述。）ため、この際の操作性を考慮すると、有機ＥＬディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ等の薄型のものを適用することが好ましい。
また、表示装置１８の両端部には、各々タブレット１６によって先端部による指定位置の位置座標を検出することのできる一対のペン１８Ｂが、当該先端部が表示装置１８を正立させた状態で鉛直下方を向く状態で固定されている。従って、タブレット１６は、表示装置１８をペン１８Ｂの先端部が下方を向く姿勢（以下、「通常姿勢」という。）とし、タブレット１６の位置検出面１６Ａ上の空間の予め定められた位置検出許容範囲以内にペン１８Ｂの先端部が位置される状態とされているときに、表示装置１８の下端両端部における位置検出面１６Ａ上の位置座標（以下、「指定断面位置座標」という。）を検出することができる。
なお、タブレット１６の位置検出面１６Ａは、断面画像の表示対象とする３次元画像の平面画像、側面画像、斜視画像、当該３次元画像の所定位置における断面画像等の２次元画像（以下、「提示２次元画像」という。）が描画された用紙が載置されることにより当該提示２次元画像を提示する、本発明の提示面としての役割も有している。
タブレット１６はＰＣ１２に電気的に接続されており、ＰＣ１２は、タブレット１６の作動の制御を行う一方、タブレット１６によって検出された指定断面位置座標を取得することができる。また、表示装置１８もまたＰＣ１２に電気的に接続されており、ＰＣ１２は、表示装置１８の表示面１８Ａに対して任意の画像を表示させることができる。なお、ＰＣ１２には、後述するようにキーボード、ディスプレイ等の周辺機器が備えられているが、図１では、これらの周辺機器の図示を省略する。
次に、図２を参照して、本システムにおいて特に重要な役割を有するＰＣ１２の電気系の要部構成を説明する。
同図に示すように、本実施の形態に係るＰＣ１２は、ＰＣ１２全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）２０Ａと、ＣＰＵ２０Ａによる各種処理プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ２０Ｂと、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ２０Ｃと、各種情報を記憶するために用いられる二次記憶部（ここでは、ハードディスク装置）２０Ｄと、各種情報を入力するために用いられるキーボード２０Ｅと、各種情報を表示するために用いられるディスプレイ２０Ｆと、外部装置等との間の各種信号の授受を司る入出力Ｉ／Ｆ（インタフェース）２０Ｇと、が備えられており、これら各部はシステムバスＢＵＳにより電気的に相互に接続されている。
従って、ＣＰＵ２０Ａは、ＲＡＭ２０Ｂ、ＲＯＭ２０Ｃ、及び二次記憶部２０Ｄに対するアクセス、キーボード２０Ｅを介した各種入力情報の取得、ディスプレイ２０Ｆに対する各種情報の表示、及び入出力Ｉ／Ｆ２０Ｇを介した外部装置等との間の各種信号の授受を各々行うことができる。なお、入出力Ｉ／Ｆ２０Ｇには、前述したタブレット１６及び表示装置１８が電気的に接続されると共に、図示しないプリンタも接続されている。
一方、図３には、ＰＣ１２に備えられた二次記憶部２０Ｄの主な記憶内容が模式的に示されている。同図に示すように、二次記憶部２０Ｄには、各種データベースを記憶するためのデータベース領域ＤＢと、各種処理を行うためのプログラム等を記憶するためのプログラム領域ＰＧと、が設けられている。
なお、データベース領域ＤＢには、断面画像表示システム１０において断面画像の表示対象としている３次元画像を示す３次元画像データを記憶するための３次元画像データベースＤＢ１が含まれている。また、プログラム領域ＰＧには、後述する断面画像表示処理プログラムの他、汎用のコンピュータ・グラフィクス用のアプリケーション・プログラム（以下、「ＣＧプログラム」という。）が予め記憶（インストール）されている。なお、本実施の形態に係る断面画像表示システム１０では、上記３次元画像データとして、３次元物体の３次元形状を座標で表現した座標データと、当該３次元物体の表面及び内部の少なくとも一方の色データ及び形状の画像データを含むデータを適用しているが、これに限らず、例えば、上記座標データのみにより構成されたデータを適用してもよい。
本実施の形態に係るＣＧプログラムは、３次元画像データベースＤＢ１に記憶されている３次元画像データに基づいて、当該画像データにより示される３次元画像の、予め設定された断面位置を示す位置データにより示される断面位置における断面画像を示す２次元画像データを作成する機能（以下、「断面画像作成機能」という。）を有している。なお、本実施の形態に係るＣＧプログラムの断面画像作成機能では、後述する仮想的なカメラ２４（図５（Ｂ）も参照。）の位置を示す座標及び当該カメラ２４の注視点を示す座標が設定されることにより上記断面画像を示す２次元画像データが作成されるものとされている。また、ＣＧプログラムは、３次元画像データベースＤＢ１に記憶されている３次元画像データに基づいて、当該画像データにより示される３次元画像の平面画像、側面画像、斜視画像、天井伏画像、当該３次元画像の所定位置における断面画像等の２次元画像を示す２次元画像データを作成する機能（以下、「２次元画像作成機能」という。）も有している。なお、これらの機能はＣＧプログラムにおいて従来既知の一般的な機能であるので、これ以上のここでの説明は省略する。
次に、図４を参照して、本実施の形態に係る断面画像表示システム１０の作用を説明する。なお、図４は、利用者により、キーボード２０Ｅを介して断面画像表示処理の実行を指示する指示入力が行われた際にＰＣ１２のＣＰＵ２０Ａによって実行される断面画像表示処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
当該断面画像表示処理プログラムの実行に先立ち、利用者は、３次元画像データベースＤＢ１に登録されている３次元画像から断面画像の表示対象とする３次元画像を指定し、ＣＧプログラムの２次元画像作成機能を利用して、タブレット１６の位置検出面１６Ａにより提示する提示２次元画像（ここでは、平面画像、側面画像、斜視画像、上記３次元画像の所定位置における断面図の何れか１つ）が予め定められたサイズで描画された用紙を不図示のプリンタにより作成する。
そして、利用者は、作成した用紙を位置検出面１６Ａ上の所定の位置（ここでは、上記用紙の中心位置が位置検出面１６Ａの中心位置に略一致する位置）に載置した後、上記断面画像表示処理の実行を指示する指示入力を行う。これに応じて、ＣＰＵ２０Ａは、図４に示される断面画像表示処理プログラムの実行を開始する。
まず、同図のステップ１００では、タブレット１６に対する検出座標軸の初期値化等を行う初期設定を行い、次のステップ１０２にて、利用者により表示装置１８の位置により指定された断面位置を導出する断面位置導出処理を実行する。
このとき、利用者は、タブレット１６の位置検出面１６Ａ上の空間に、指定した３次元画像を当該位置検出面１６Ａにおいて提示されている提示２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成した状態で、当該構成した３次元画像における表示対象とする断面位置に表示装置１８の表示面１８Ａを位置させることにより、当該断面位置を指定する。
そこで、上記断面位置導出処理では、タブレット１６から指定断面位置座標を取得し、当該指定断面位置座標を、以下に示すように３次元画像の座標系に換算する。
なお、ここでは、図５（Ａ）に示すように、タブレット１６の座標系における位置検出面１６Ａの水平方向サイズ及び垂直方向サイズを各々Ｔｗ及びＴｈとし、表示装置１８の表示面１８Ａの水平方向サイズ及び垂直方向サイズを各々Ｓｗ及びＳｈとする。また、図５（Ｂ）に示すように、３次元画像の座標系における位置検出面１６Ａに対応する仮想的な矩形面２０Ａの水平方向サイズ及び垂直方向サイズを各々Ｖｗ及びＶｈとし、３次元画像の座標系における表示面１８Ａに対応する仮想的な矩形面２０Ｂの水平方向サイズ及び垂直方向サイズを各々Ｓｖｗ及びＳｖｈとする。更に、矩形面２０Ａの原点を（α，β，γ）とし、３次元画像の座標系に対して、矩形面２０Ｂの中心点を撮影領域の中心位置とするように仮想的に設けたカメラ２４の矩形面２０Ｂに対する画角をθとする。また、ここで、位置検出面１６Ａのサイズと矩形面２０Ａのサイズの比率は１：ａ、すなわち、Ｔｗ×ａ＝Ｖｗ，Ｔｈ×ａ＝Ｖｈとする。
そして、本実施の形態に係る断面画像表示システム１０では、以上の各パラメータ（位置検出面１６Ａの水平方向サイズＴｗ及び垂直方向サイズＴｈ、表示面１８Ａの水平方向サイズＳｗ及び垂直方向サイズＳｈ、矩形面２０Ａの水平方向サイズＶｗ及び垂直方向サイズＶｈ、矩形面２０Ｂの水平方向サイズＳｖｗ及び垂直方向サイズＳｖｈ、原点（α，β，γ）、画角θ、及びａ）は固定値とされており、これらのパラメータの値が予め二次記憶部２０Ｄの所定領域に記憶されている。
タブレット１６から取得された指定断面位置座標のうち、一方のペン１８Ｂの先端部の位置座標を（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）とし、他方のペン１８Ｂの先端部の位置座標を（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）とすると、矩形面２０Ｂの中心位置を示す座標（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）は次の（１）式により算出することができる。
Figure 0004694435
 ここで、各ペン１８Ｂの先端部間の距離Ｌは次の（２）式により示される。
Figure 0004694435
 従って、カメラ２４の位置を示す座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）は次の（３）式により算出することができる。
Figure 0004694435
 そこで、ＣＰＵ２０Ａは、予め記憶されているパラメータの値と、タブレット１６から取得した指定断面位置座標を（３）式に代入することにより、カメラ２４の位置を示す座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）を算出する。
ところで、本実施の形態に係るＣＧプログラムに搭載された断面画像作成機能では、一例として図６に示されるように、処理対象とする３次元物体３０を仮想的なカメラ２４で撮影することを想定し、カメラ２４の前方にフロント・カット・オフ・プレーン（Front Cut Off Plane）３２を設けると共にカメラ２４のフロント・カット・オフ・プレーン３２より遠方にバック・カット・オフ・プレーン（Back Cut Off Plane）３４を設け、カメラ２４の水平視野角（画角）をθとし、カメラ２４による撮影位置からフロント・カット・オフ・プレーン３２までの距離をＬｆｃとし、カメラ２４による撮影位置からバック・カット・オフ・プレーン３４までの距離をＬｂｃとして、カメラ２４からの距離ｄが、Ｌｆｃ≦ｄ≦Ｌｂｃの関係を満足する画像が作成対象とする断面画像として抽出される。
従って、当該断面画像作成機能では、画角θとして‘０’を設定することにより、距離Ｌｆｃ及び距離Ｌｂｃが座標（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）に置かれる結果、断面を示す画像を示す２次元画像データが生成される。また、距離Ｌｆｃとして‘０’を、距離Ｌｂｃとして‘∞’（無限大）を、各々設定することにより、透視画像を示す２次元画像データが生成され、距離Ｌｆｃとして（Ｓｖｗ／ｔａｎθ）を、距離Ｌｂｃとして‘∞’（無限大）を、各々設定することにより、透視画像と断面を示す画像が組み合わされた画像を示す２次元画像データが生成される。
従って、上記ステップ１００の処理によって実行される初期設定では、断面のみを示す画像を表示したい場合には画角θとして‘０’を設定し、透視画像を表示したい場合には距離Ｌｆｃとして‘０’を設定すると共に距離Ｌｂｃとして‘∞’を設定し、透視画像と断面を示す画像が組み合わされた画像を表示したい場合には距離Ｌｆｃとして（Ｓｖｗ／ｔａｎθ）を設定すると共に距離Ｌｂｃとして‘∞’を設定する。
次のステップ１０４では、上記ステップ１０２の処理によって導出された座標（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）及び座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）をＣＧプログラムに設定し、次のステップ１０６にて、当該ＣＧプログラムの断面画像作成機能を実行することにより、導出した断面位置に対応する断面画像を示す２次元画像データを作成させ、次のステップ１０８にて、作成された２次元画像データを用いて当該画像データにより示される断面画像が表示面１８Ａにより表示されるように表示装置１８を制御し、その後にステップ１１０に移行する。
ステップ１１０では、本断面画像表示処理プログラムの実行を終了するタイミングが到来したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１０２に戻り、肯定判定となった時点で本断面画像表示処理プログラムを終了する。なお、本実施の形態に係る断面画像表示処理プログラムでは、上記終了するタイミングを、利用者によって本断面画像表示処理プログラムの実行の停止を指示する指示入力が行われたタイミングを適用しているが、これに限らず、ＰＣ１２の電源スイッチがオフ状態とされたタイミング、タブレット１６によって表示装置１８の位置が検出できなくなったタイミング等、他のタイミングを適用することもできることは言うまでもない。
このように、本断面画像表示処理プログラムは、ステップ１０２〜ステップ１０８の処理を所定のタイミングが到来するまで繰り返し実行しているので、利用者が表示装置１８をタブレット１６の位置検出面１６Ａ上の検出可能範囲内において移動させることにより、その時点における表示装置１８の表示面１８Ａの位置に対応する断面画像が、当該表示面１８Ａによりリアルタイムで連続的に表示されることになる。
そして、このとき、表示面１８Ａに連続的に表示される断面画像は、一例として図７や図８に示されるように、タブレット１６の位置検出面１６Ａ上に載置された用紙に描画されている画像（図７、図８では平面画像）に対応する寸法かつ位置で位置検出面１６Ａ上の空間に仮想的に３次元画像を構成させた状態での、当該構成させた３次元画像における断面画像となるため、より現実味の高い状態で当該断面画像を表示することができる。なお、図７、図８ではペン１８Ｂの図示は省略している。
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示するに当たり、前記３次元画像データを記憶手段（ここでは、二次記憶部２０Ｄ）によって予め記憶しておき、予め定められた提示面（ここでは、位置検出面１６Ａ）において前記３次元画像の２次元画像（ここでは、平面画像等）を提示し、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定手段（ここでは、表示装置１８）により指定させ、指定された前記断面位置を検知し、検知した前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算し、換算した前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成し、作成した前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段（ここでは、表示装置１８）を制御しているので、断面位置を連続的かつ効率的に設定することができる。
また、本実施の形態では、前記２次元画像を前記３次元画像の平面図又は側面図又は斜視図又は当該３次元画像の所定位置における断面図としているので、当該３次元画像の平面図又は側面図又は斜視図又は断面図を参照した状態で断面位置を設定することができる。
また、本実施の形態では、前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、前記断面画像データを前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成しているので、実際の３次元画像に対して直接切断する状態で、より自然な動作により断面位置を指定することができる結果、断面位置を、より効率的に設定することができる。
特に、本実施の形態では、前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面としているので、板状とされた指定手段により３次元画像を実際に切断する状態で断面位置を指定し、この状態において当該断面位置における断面画像を指定手段の表示面によって表示することが可能となり、より現実味の高い状態で当該断面画像を表示することができるようになる。
更に、本実施の形態では、本発明の検知手段として、指定位置を検知することによって前記断面位置を検知するタブレット（ここでは、タブレット１６）を適用し、本発明の指定手段として、前記タブレットによって指定位置が検知される複数のペン（ここでは、ペン１８Ｂ）が固定的に設けられたものを適用しているので、近年、市場に広く供給されている安価なタブレット及びペンを利用して本発明を構成することができ、本発明を低コストで実現することができる。
なお、本実施の形態では、表示装置１８とＰＣ１２とを有線で電気的に接続した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、無線で接続する形態とすることもできる。この場合、本実施の形態に比較して表示装置１８の移動が容易となるため、操作性を向上させることができる。
［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、本発明の表示手段として、断面画像データに基づいて生成された映像信号により電気的に前記断面画像を表示するものを適用した場合の形態例について説明したが、本第２の実施の形態では、本発明の表示手段として、断面画像データにより示される断面画像を担持した光を投影することにより断面画像を表示するもの（プロジェクタ方式）を適用した場合の形態例について説明する。
まず、図９を参照して、本第２の実施の形態に係る断面画像表示システム１０’の構成を説明する。なお、図９における図１と同一の構成要素については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
図９に示されるように、本第２の実施の形態に係る断面画像表示システム１０’は、上記第１の実施の形態に係る断面画像表示システム１０に比較して、表示装置１８に代えて板状のスクリーン２６を適用している点、及びスクリーン２６の表示面２６Ａに画像を投影するプロジェクタ２２が新たに設けられている点のみ相違している。
同図に示すように、本実施の形態に係るスクリーン２６の両端部には、上記第１の実施の形態に係る表示装置１８と同様に、各々タブレット１６によって先端部による指定位置の位置座標を検出することのできる一対のペン２６Ｂが、当該先端部がスクリーン２６を正立させた状態で鉛直下方を向く状態で固定されている。従って、タブレット１６は、スクリーン２６をペン２６Ｂの先端部が下方を向く姿勢（以下、「通常姿勢」という。）とし、タブレット１６の位置検出面１６Ａ上の空間の予め定められた位置検出許容範囲以内にペン２６Ｂの先端部が位置される状態とされているときに、スクリーン２６の下端両端部における位置検出面１６Ａ上の位置座標（指定断面位置座標）を検出することができる。
また、プロジェクタ２２はＰＣ１２に電気的に接続されており、ＰＣ１２は、プロジェクタ２２の作動の制御を行うことができる。なお、プロジェクタ２２は、表示すべき画像を担持した光をスクリーン２６に投影することにより当該画像を表示するものであり、スクリーン２６が指定断面位置座標を検出することができる範囲内の何れの位置に位置されていても、当該スクリーン２６の表示面２６Ａに画像を投影できる予め定められた位置に設置されている。
本実施の形態に係る断面画像表示システム１０’では、利用者によって断面画像表示処理の実行を指示する指示入力が行われた際に上記第１の実施の形態に係る断面画像表示処理プログラム（図４参照。）と略同様の処理が実行されるが、３次元画像の座標系に仮想的に設けたカメラ２４の位置とプロジェクタ２２の設置位置の相対的な違いを考慮して、１枚の断面画像を表示するために、ＣＧプログラムが断面画像作成機能を２度実行させる点が異なっている。
すなわち、この場合、ＣＧプログラムでは、上記第１の実施の形態と同様に断面画像を示す２次元画像データを作成し、当該２次元画像データにより示される断面画像を矩形面２０Ｂ（図５（Ｂ）も参照。）に対してマッピングする。
そして、ＣＧプログラムは、カメラ２４を、矩形面２０Ｂに対する位置が、スクリーン２６の表示面２６Ａに対するプロジェクタ２２の位置と同一の位置関係となるように仮想的に設置し、この状態で矩形面２０Ｂにマッピングされた断面画像をカメラ２４により撮影して得られた画像を示す２次元画像データをスクリーン２６による表示画像を示すものとして作成する。
なお、ＣＰＵ２０Ａは、断面画像表示処理プログラムのステップ１０８の処理において、以上の処理によって作成された２次元画像データを用いて、当該画像データにより示される断面画像をスクリーン２６の表示面２６Ａに投影するようにプロジェクタ２２を制御することになる。
本第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができると共に、スクリーン２６に対して通信を行うことなく断面画像を表示することができ、利便性を向上させることができる。
なお、上記各実施の形態では、断面画像の表示対象とする３次元画像の平面画像、側面画像等の２次元画像を、用紙に印刷したものをタブレット１６の位置検出面１６Ａに載置することにより提示する場合の形態例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上記２次元画像を、３次元画像データに基づいて生成された映像信号により電気的に表示することにより提示する形態とすることもできる。この場合の形態としては、タブレット１６に代えて、ディスプレイ表面にタッチパネルが重ねられて構成されたタッチパネル・ディスプレイが設けられた表示部を採用した、所謂タブレットＰＣを適用する形態を例示することができる。この場合、提示すべき２次元画像が印刷された用紙を用意する必要がなくなるので、利便性を向上させることができる。
また、上記各実施の形態では、表示装置１８又はスクリーン２６にタブレット１６によって検出可能なペン１８Ｂを設けることにより、表示装置１８又はスクリーン２６の位置（指定断面位置）を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、表示装置１８又はスクリーン２６に超音波を発する音源と光を射出する光源とを設けると共に、位置検出装置（上記各実施の形態では、タブレット１６）に上記超音波及び光を検知する検知手段を設け、当該検知手段による検知結果に基づいて３角測量の原理で指定断面位置を検出する形態や、表示装置１８又はスクリーン２６に複数の光源を設けると共に、位置検出装置に表示装置１８又はスクリーン２６を撮像する撮像装置を設け、当該撮像装置による撮像画像から上記複数の光源からの光の位置を特定することにより指定断面位置を検出する形態等とすることもできる。この場合も、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、上記各実施の形態では、ＰＣ１２によってタブレット１６の座標系を３次元画像の座標系に換算する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、タブレット１６においてタブレット１６の座標系を３次元画像の座標系に換算する形態とすることもできる。この場合も、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、上記各実施の形態で説明した断面位置座標の換算手法は一例であり、他の従来既知の換算手法を適用できることは言うまでもない。この場合も、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、上記各実施の形態では、表示装置１８又はスクリーン２６を１台（１枚）のみ用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の表示装置１８又はスクリーン２６を用いる形態とすることもできる。この場合、複数の表示装置１８又はスクリーン２６に対して、自身の位置が断面位置とされた断面画像が表示されることになる。この場合も、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
その他、上記各実施の形態で説明した断面画像表示システム１０、１０’の構成（図１〜図３、図９参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
また、本実施の形態で示した断面画像表示処理プログラムの処理の流れ（図４参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
第１の実施の形態に係る断面画像表示システムの構成を示す概略斜視図である。 実施の形態に係るＰＣの電気系の要部構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るＰＣに備えられた二次記憶部の主な記憶内容を示す模式図である。 実施の形態に係る断面画像表示処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る断面画像表示処理プログラムにより行われる指定断面位置座標のタブレットの座標系から３次元画像データの座標系への換算の説明に供する概略図である。 実施の形態に係るＣＧプログラムに搭載された断面画像作成機能の説明に供する概略図である。 実施の形態に係る断面画像表示システムによる断面画像の表示状態例を示す斜視図である。 実施の形態に係る断面画像表示システムによる他の断面画像の表示状態例を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る断面画像表示システムの構成を示す概略斜視図である。
符号の説明
１０、１０’ 断面画像表示システム
１２ パーソナル・コンピュータ
１６ タブレット（２次元画像提示手段）
１６Ａ 位置検出面（提示面、検知手段）
１８ 表示装置（表示手段、指定手段）
１８Ａ 表示面
１８Ｂ ペン
２０Ａ ＣＰＵ（換算手段、断面画像作成手段、制御手段）
２０Ｄ 二次記憶部（記憶手段）
２２ プロジェクタ（表示手段）
２６ スクリーン（表示手段、指定手段）
２６Ａ 表示面
２６Ｂ ペン

Claims (13)

  1. ３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示する断面画像表示装置であって、
    前記３次元画像データを予め記憶した記憶手段と、
    前記断面画像を表示するための表示手段と、
    前記３次元画像の２次元画像を提示する提示面を有する２次元画像提示手段と、
    前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定するための指定手段と、
    前記指定手段によって指定された前記断面位置を検知する検知手段と、
    前記検知手段によって検知された前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算する換算手段と、
    前記換算手段によって換算された前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成する断面画像作成手段と、
    前記断面画像作成手段によって作成された前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように前記表示手段を制御する制御手段と、
    を備えた断面画像表示装置。
  2. 前記２次元画像を前記３次元画像の平面図又は側面図又は当該３次元画像の所定位置における断面図とした
    請求項１記載の断面画像表示装置。
  3. 前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、
    前記断面画像作成手段は、前記断面画像データを前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成する
    請求項１又は請求項２記載の断面画像表示装置。
  4. 前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面とした
    請求項３記載の断面画像表示装置。
  5. 前記表示手段を、前記断面画像データに基づいて生成された映像信号により電気的に前記断面画像を表示するものとするか、又は前記断面画像データにより示される断面画像を担持した光を投影することにより前記断面画像を表示するものとした
    請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の断面画像表示装置。
  6. 前記検知手段を、指定位置を検知することによって前記断面位置を検知する位置検出装置とし、
    前記指定手段を、前記位置検出装置によって指定位置が検知される複数のペンが固定的に設けられたものとした
    請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の断面画像表示装置。
  7. 前記２次元画像提示手段を、前記３次元画像データに基づいて生成された映像信号により電気的に前記２次元画像を表示することによって当該２次元画像を提示するものとした
    請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の断面画像表示装置。
  8. ３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示する断面画像表示方法であって、
    前記３次元画像データを記憶手段によって予め記憶しておき、
    予め定められた提示面において前記３次元画像の２次元画像を提示し、
    前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定手段により指定させ、
    指定された前記断面位置を検知し、
    検知した前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算し、
    換算した前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成し、
    作成した前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段を制御する、
    断面画像表示方法。
  9. 前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、
    前記断面画像データを、前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成する
    請求項８記載の断面画像表示方法。
  10. 前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面とした
    請求項９記載の断面画像表示方法。
  11. ３次元画像を示す３次元画像データに基づいて前記３次元画像の断面画像を表示すると共に、前記３次元画像データを予め記憶した記憶手段と、前記３次元画像の２次元画像を提示する提示面を有する２次元画像提示手段と、前記提示面上の空間に前記３次元画像を当該提示面において提示されている前記２次元画像に対応する寸法かつ位置で仮想的に構成させた状態で、当該構成させた３次元画像における前記断面画像の表示対象とする断面位置を指定するための指定手段と、前記指定手段によって指定された前記断面位置を検知する検知手段と、を備えた断面画像表示装置により実行される断面画像表示プログラムであって、
    前記検知手段によって検知された前記断面位置を前記３次元画像における座標系の断面位置に換算する換算ステップと、
    前記換算ステップによって換算された前記断面位置における前記３次元画像の断面画像を示す断面画像データを当該断面位置及び前記３次元画像データに基づいて作成する断面画像作成ステップと、
    前記断面画像作成ステップによって作成された前記断面画像データを用いて前記断面画像を表示するように表示手段を制御する制御ステップと、
    をコンピュータに実行させる断面画像表示プログラム。
  12. 前記指定手段を、板状のもので、かつ表示対象とする断面に当該板状における表面を対応させるように位置させることにより前記断面位置を指定するものとし、
    前記断面画像作成ステップは、前記断面画像データを前記仮想的に構成させた３次元画像における前記指定手段の前記表面が位置された領域の断面画像を示すものとして作成する
    請求項１１記載の断面画像表示プログラム。
  13. 前記表示手段と前記指定手段を兼用するものとし、前記指定手段の前記板状における表面を、前記断面画像を表示する表示面とした
    請求項１２記載の断面画像表示プログラム。
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