JP4699119B2 - 三次元画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、透視投影により三次元グラフィックスを表示した画面上の付帯情報の認識を容易にする三次元画像表示装置に関するものである。

従来、二次元地図の概念の延長で、縮尺を基本として三次元画像を構築して表示する三次元画像表示装置がある（例えば特許文献１参照）。一般に、二次元地図においては、２万５千分の一、１／５００００のように縮尺を用いてその大きさを表現しており、地図の一部に単位距離を表す、いわゆる定規状の図形を表示することで大きさを把握する場合も多い。特許文献１の場合、画面上に表示したスライドバーにより、全体の縮尺を連続的に操作すると共に、現状の縮尺がどの程度であるかを視覚的に読み取ることができるようにしている。

また、三次元ＣＡＤでは、三次元描画を行う際に、表示面への投影方法に平行投影を行うことにより、Ｘ−Ｙ平面に投影されたオブジェクトの大きさが、視線方向であるＺ軸上の値に依存しない特性を用いて画面上の３Ｄオブジェクトの大きさを正確に把握する。しかし、平行投影を行うと通常目にする画像からは歪んでいるため設計用途以外には適しておらず、多くの場合、投影方法には透視投影が用いられる。

特開２０００−１０６９３号公報

従来の三次元画像表示装置は、以上のように構成されているが、特に投影方法に透視投影を用いた場合には、同じ大きさのオブジェクトでも、空間内の座標位置により投影後の形状、大きさは異なる。また、縮尺を用いて三次元画像表示を制御する場合、特定の座標においてのみ、例えば２万５千分の一であり、そのほかの部分ではどの程度の縮尺であるかは捉えにくかった。すなわち、画面上の任意の場所において、大きさや距離、正確な方向を把握しにくかった。また、メッシュ表示をすることにより単位メッシュの大きさから、目的とする場所での大きさを認識する方法が取られる場合もあるが、三次元オブジェクト表面のテクスチャ表示を行えないか、テクスチャ上に重ねて表示する場合でも表示が見づらくなる場合があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、透視投影された三次元画像の画面上に、容易に読み取ることができる付帯情報を表示する三次元画像表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る三次元画像表示装置は、三次元描画される地図を形成するための三次元オブジェクトデータを記憶する三次元形状データ記憶部と、三次元描画される地図が配置される三次元空間上の各座標位置と表現しようとする実世界上のスケールとを関連付けた数値データを記憶する数値データ記憶部と、三次元描画される地図が描画されている空間上の座標位置を指定するスケールオブジェクト生成操作部と、スケールオブジェクト生成操作部により指定された空間上の座標位置に対応する数値データを数値データ記憶部から読み出し、該数値データに基づいて該指定された三次元空間にある座標位置に対応する表現しようとする実世界上のスケールを表す単位距離を生成する数値相関情報生成部と、数値相関情報生成部により生成された単位距離に基づいて、スケールオブジェクト生成操作部により指定された座標位置に配置する単位距離を可視化するスケールオブジェクトを生成するスケールオブジェクト生成部と、三次元形状データ記憶部に記憶された三次元オブジェクトデータに基づいて三次元描画される地図を生成し、当該三次元描画される地図とスケールオブジェクト生成部により生成されたスケールオブジェクトとを同じ三次元空間内に描画してディスプレイに表示する三次元描画部とを備えたものである。

この発明によれば、描画する三次元オブジェクトの座標に関連して実世界上で用いるスケールを表す数値間情報を生成して、可視化するスケールオブジェクトにし、これを三次元オブジェクトと同じ空間上に配置して三次元描画するようにしたので、スケールオブジェクトを、大きさや距離、正確な方向に合わせて三次元オブジェクトの付帯情報として表示するため、容易に読み取ることが可能となる。したがって、この発明を、三次元グラフィックス機能を備えるコンピュータ、テレビ、情報家電、カーナビゲーションなどの機器に適用した場合、表示された付帯情報の読み取りに利便性を与えるユーザインタフェースを構成することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の各実施の形態に共通な三次元表示装置の構成を示すブロック図である。図において、三次元表示装置は、三次元形状データ記憶部１、数値データ記憶部２、数値相関情報生成部３、スケールオブジェクト生成部４、スケールオブジェクト生成操作部５、三次元描画部６およびディスプレイ７を備えている。
三次元形状データ記憶部１は、各ポリゴンの頂点の三次元空間における座標値や標高データなどのジオメトリデータ、ポリゴンの表面に貼るためのテクスチャデータ、テクスチャデータに重畳するイメージやベクトルデータ、文字情報など、一般的にも用いられている三次元オブジェクトデータを予め記憶している。以下の各実施の形態では、三次元オブジェクトとしては三次元描画される地図を用いている。数値データ記憶部２は、投影前の三次元オブジェクトが配置される三次元空間上の座標毎に存在する、三次元空間上の座標と表現しようとする実世界上のスケールとを関連付けた数値データを予め記憶している。この数値データとしては、例えば実施の形態１では三次元空間上の座標そのものが、実施の形態２では三次元空間上の座標ごとの移動条件が、また実施の形態３では三次元空間上の座標ごと交通機関料金の算出条件が用いられる。

スケールオブジェクト生成操作部５は、三次元オブジェクトが描画されている空間上の座標をユーザが指定する手段である。数値相関情報生成部３は、スケールオブジェクト生成操作部５で指定された三次元空間上の座標に基づいて、数値データ記憶部２に記憶された数値データから表現しようとする実世界上のスケールを表す数値相関情報を算出する。数値相関情報は、例えば実施の形態１の場合は、座標点における距離のスケールを表す単位距離であり、実施の形態２の場合は、座標点における他点からの移動時間のスケールを表す単位時間であり、また、実施の形態３の場合は、座標点における他点からの交通料金のスケールを表す単位料金である。

スケールオブジェクト生成部４は、指定された座標と関連した三次元空間上の座標位置に、生成された数値相関情報を可視化するスケールオブジェクトを生成する。三次元描画部６は、三次元形状データ記憶部１の三次元オブジェクトデータから三次元オブジェクトを生成し、その三次元オブジェクトと生成されたスケールオブジェクトとを同じ三次元空間内に描画してディスプレイ７に二次元画像として表示する。

図２はこの発明の実施の形態１に係るスケールオブジェクトの生成方法を示す説明図である。
画面上に描画された三次元オブジェクト１００は、三次元描画部６により、三次元形状データ記憶部１で保持されている三次元オブジェクトデータを用いて描画されたディスプレイ上の二次元画像である。球状のスケールオブジェクト１０１〜１０３は、この三次元オブジェクト１００が描画されている空間上の３ヶ所の座標に形成された三次元のスケールオブジェクトである。３ヶ所の座標は、スケールオブジェクト生成操作部５により指定された指定点である。

この実施の形態１の場合、数値データ記憶部２に記憶されている数値データは、三次元空間上の座標そのものである。三次元オブジェクト１００が描画されている空間上の座標がスケールオブジェクト生成操作部５により指定されると、数値相関情報生成部３では、指定された各座標（指定点）に対応する数値データを数値データ記憶部２から読み出して、各指定点における実世界上の２点間の距離のスケールを表す単位距離を数値相関情報としてそれぞれ生成する。そして、スケールオブジェクト生成部４では、得られた各単位距離を基に、例えば予め格納している球状の三次元オブジェクトデータからそれぞれの単位距離に対応したスケールを表す三次元のスケールオブジェクト１０１〜１０３を指定点の位置に生成する。この三次元のスケールオブジェクト１０１〜１０３は、各指定点において、直径がそれぞれ単位距離（例えば１ｋｍ、５ｋｍ、１０ｋｍのような単位）を表している。

図２において、３ヶ所の指定点（例えば球の中心となる）は、透視投影図上の視点位置から視線方向に向かう各直線上に配置されている。また、球状のスケールオブジェクト１０３は、球状のスケールオブジェクト１０１よりも視点位置に対して遠方にあるため、小さく表示されている。この直線上に配置されたスケールオブジェクトの表示後における移動、回転などの操作は、スケールオブジェクト生成操作部５により一般的な方法で行うことができる。表示したスケールオブジェクトの単位距離を連続的または離散的に変化させるようにしてもよい。また、勿論、１つのスケールオブジェクトを任意の位置に移動させる形態としてもよい。

一方、立方体形状のスケールオブジェクト１０４〜１０６は、他の３ヶ所の座標（指定点）を指定することにより、球状のスケールオブジェクト１０１〜１０３と同様にして生成されたオブジェクトである。この立方体形状のスケールオブジェクト１０４〜１０６は、各指定点から三次元空間において直交した座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に延び、それぞれの指定点における単位距離を表している。

上記スケールオブジェクト１０１〜１０３，１０４〜１０６の属性は半透明でも、不透明でもよい。半透明にした場合には、スケールオブジェクトを移動させて三次元オブジェクト１００に重ねて表示するようにしてもよく、正確な距離、大きさを読み取ることが可能となる。
この例では、スケールオブジェクトは指定点からの単位距離にオブジェクト表面が存在するようなポリゴンによるオブジェクトを生成している。一方、別のスケールオブジェクトの例として、１ｋｍ、２ｋｍ、３ｋｍのように複数の距離を定規のように表す場合には、それぞれのスケールオブジェクトを半透明の異なる色とし、空間的に重ねた状態、あるいは並べた状態で、三次元オブジェクト１００と共に表示するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、数値データ記憶部２に記憶される数値データとして、三次元空間上の座標位置を用い、数値相関情報生成部３において、スケールオブジェクト生成操作部５で指定された三次元空間にある座標位置に対応する単位距離を数値相関情報として生成し、スケールオブジェクト生成部４が、生成された単位距離に基づいて、スケールオブジェクト生成操作部５で指定された座標位置に配置する単位距離を表すスケールオブジェクトを生成するようにしたので、三次元オブジェクトの付帯情報を、大きさや距離、正確な方向に合わせて表示できるため、ディスプレイ上から容易に読み取ることが可能となる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２および実施の形態３に係るスケールオブジェクトの生成方法を示す説明図である。この実施の形態２では、スケールオブジェクト生成操作部５で座標を指定することにより、実世界上として見た場合の、その指定点からの移動予測時間が一定の時間内に入る範囲（例えば単位時間を１時間とした場合の推定到達範囲）をスケールオブジェクトで表す方法について説明する。
ここでは、数値データ記憶部２に記憶される数値データとしては、三次元オブジェクト１００が配置される三次元空間上の座標ごとの移動速度等の移動条件を与える情報が含まれる。図３の三次元オブジェクト１００のように地形を表示する場合には、地面の傾きや地面の属性（例えば高速道路、林道）と移動方向から予め計算した移動速度を数値データとして保持しておく。

例えば地図表示の場合において、数値データは三次元オブジェクト１００表面上の座標点でのみ意味を持っている。移動不可能な座標点の数値データについては保持する必要は無い。したがって、スケールオブジェクト生成操作部５では、指定点を三次元オブジェクト１００の表面上でのみ移動操作を可能とする。勿論、指定点が三次元オブジェクト１００表面以外での移動も可能であれば、その座標点も含めてよい。数値相関情報生成部３では、座標毎に存在するこれらの数値データ、すなわち移動条件を与える情報に基づいて、指定点から三次元オブジェクト１００表面上の各座標位置までの移動予測時間を算出し、その移動予測時間が納まる実世界上の時間（例えば１時間とか２時間）を数値相関情報として生成する。なお、指定点と計算上の移動先となる座標点間に複数の経路が存在した場合には、複数経路毎の移動予測時間積分値のうち、最小のものを求める。

スケールオブジェクト生成部４では、生成された単位時間を表すスケールオブジェクト２０１を生成するが、このスケールオブジェクトは単位時間に納まる移動予測時間に対応した座標位置に配置される。三次元描画部６では、地図を表す三次元オブジェクト１００と共に単位時間を表すスケールオブジェクト２０１を描画し、ディスプレイ７に表示させる。スケールオブジェクト２０１は、予測移動時間が納まる単位時間の座標点（例えば移動に１時間かかる地点）の集合を面として表示している。すなわち、指定した地点から、一定時間毎に進むことができる場所を面として表したものをスケールオブジェクトとして生成したものである。
スケールオブジェクト２０１の表示方法としては、単位時間が１時間、２時間というように複数指定されている場合には、例えば黄色から徐々に青色（１時間）に変化し、さらに赤色（２時間）になるように、色の連続的な変化（グラデーション）で表してもよい。また、スケールオブジェクト２０１は、三次元オブジェクト１００の表面の垂線方向に厚みを持ったオブジェクトで表現し、視認性を高めるようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、数値データ記憶部２に記憶される数値データとして、三次元オブジェクトが配置される三次元空間上の座標ごとの移動条件を与える情報を用い、数値相関情報生成部３において、移動条件を与える情報に基づいて、スケールオブジェクト生成操作部５により指定された座標から三次元空間にある各座標位置までの移動予測時間を算出し、算出された移動予測時間が納まる単位時間を数値相関情報として生成し、スケールオブジェクト生成部４が、生成された単位時間に納まる移動予測時間に対応した座標位置に配置する単位時間を表すスケールオブジェクトを生成するようにしたので、三次元オブジェクトの付帯情報として移動予測時間の単位時間を、大きさや距離、正確な方向に合わせて表示できるため、ディスプレイ上から移動予測時間の大略を容易に認識することが可能となる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、スケールオブジェクト生成操作部５で座標を指定することにより、実世界上として見た場合の、その指定点からの距離に基づいて換算した交通機関料金が一定の単位料金内に入る範囲（例えば単位料金を１０００円とした場合の推定到達範囲）をスケールオブジェクトで表す方法について説明する。
ここでは、数値データ記憶部２に記憶される数値データとして、三次元オブジェクトが配置される三次元空間上の各座標と関連付けた、距離など交通機関料金の算出条件を与える情報が含まれる。この場合、数値相関情報生成部３では、交通機関料金の算出条件を与える情報に基づいて、指定点から三次元空間にある各座標位置までの距離を算出し、その距離の移動にかかる料金を数値相関情報として算出する。指定点から三次元オブジェクト１００表面上の各座標位置までの予測距離を算出し、その予測距離に対応する交通機関料金の単位料金を求める。なお、予測移動距離の計算は詳細計算でもよいし、直線距離としてもよい。

スケールオブジェクト生成部４では、算出された交通機関料金の単位料金に対応した距離にある座標位置に配置する単位料金を表すスケールオブジェクトを生成する。三次元描画部６では、このスケールオブジェクトを三次元オブジェクト１００と共に描画し、図３のスケールオブジェクト２０１のようにディスプレイ７に表示させる。この場合のスケールオブジェクト２０１は、予測移動距離にある座標点（例えば単位料金が１０００円かかる地点）の集合を単位料金の面として表示している。移動予測時間と同様に、ユーザが始点位置を指定することにより、その上で、いくらの料金で何処まで到達できるかの表示をすることができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、数値データ記憶部２に記憶される数値データとして、三次元オブジェクトが配置される三次元空間上の座標ごと交通機関料金の算出条件を与える情報を用い、数値相関情報生成部３において、交通機関料金の算出条件を与える情報に基づいて、スケールオブジェクト生成操作部５で指定された座標位置から三次元空間にある各座標までの距離を算出し、算出された距離に対応する交通機関料金の単位料金を数値相関情報として生成し、スケールオブジェクト生成部４が、生成された交通機関料金の単位料金に対応した距離にある座標位置に配置する単位料金を表すスケールオブジェクトを生成するようにしたので、三次元オブジェクトの付帯情報として交通機関料金の単位料金を、大きさや距離、正確な方向に合わせて表示できるため、ディスプレイ上からタクシーなどの交通機関料金の大略を容易に認識することが可能となる。

以上の各実施では、地図を三次元オブジェクトで表示した場合において、地図に関わる距離、時間、料金などの数値相関情報を求めてスケールオブジェクトとして描画することについて述べてきたが、三次元オブジェクトは、地図だけではなく、他の立体的に表す対象であってもよい。また、数値相関情報も、対象となる三次元オブジェクトに関わる付帯情報としてのスケールオブジェクトを表すためのものであればよく、距離、時間、料金などに限られるものではない。さらに、スケールオブジェクトの形状も、上記実施の形態で示した以外のもとしてもよい。

この発明の各実施の形態による三次元画像表示装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るスケールオブジェクトの生成方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態２および実施の形態３に係るスケールオブジェクトの生成方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 三次元形状データ記憶部、２ 数値データ記憶部、３ 数値相関情報生成部、４ スケールオブジェクト生成部、５ スケールオブジェクト生成操作部、６ 三次元描画部、７ ディスプレイ。

Claims (3)

1. 三次元描画される地図を形成するための三次元オブジェクトデータを記憶する三次元形状データ記憶部と、
   前記三次元描画される地図が配置される三次元空間上の各座標位置と表現しようとする実世界上のスケールとを関連付けた数値データを記憶する数値データ記憶部と、
   前記三次元描画される地図が描画されている空間上の座標位置を指定するスケールオブジェクト生成操作部と、
   前記スケールオブジェクト生成操作部により指定された空間上の座標位置に対応する数値データを前記数値データ記憶部から読み出し、該数値データに基づいて該指定された三次元空間にある座標位置に対応する前記表現しようとする実世界上のスケールを表す単位距離を生成する数値相関情報生成部と、
   前記数値相関情報生成部により生成された単位距離に基づいて、前記スケールオブジェクト生成操作部により指定された座標位置に配置する単位距離を可視化するスケールオブジェクトを生成するスケールオブジェクト生成部と、
   前記三次元形状データ記憶部に記憶された三次元オブジェクトデータに基づいて三次元描画される地図を生成し、当該三次元描画される地図と前記スケールオブジェクト生成部により生成されたスケールオブジェクトとを同じ三次元空間内に描画してディスプレイに表示する三次元描画部とを備えた三次元画像表示装置。
2. 三次元描画される地図を形成するための三次元オブジェクトデータを記憶する三次元形状データ記憶部と、
   前記三次元描画される地図が配置される三次元空間上の各座標位置と表現しようとする実世界上のスケールとを関連付け、該三次元描画される地図が配置される三次元空間上の座標ごとの交通機関料金の算出条件を与える情報を記憶する数値データ記憶部と、
   前記三次元描画される地図が描画されている空間上の座標位置を指定するスケールオブジェクト生成操作部と、
   前記スケールオブジェクト生成操作部により指定された空間上の座標位置に対応する交通機関料金の算出条件を与える情報を前記数値データ記憶部から読み出し、該交通機関料金の算出条件を与える情報に基づいて該指定された座標位置から三次元空間にある各座標までの交通機関料金を算出し、算出した交通機関料金が納まる単位料金を生成する数値相関情報生成部と、
   前記数値相関情報生成部により生成された単位料金に基づいて、前記スケールオブジェクト生成操作部により指定された座標位置に配置する単位料金を可視化するスケールオブジェクトを生成するスケールオブジェクト生成部と、
   前記三次元形状データ記憶部に記憶された三次元オブジェクトデータに基づいて三次元描画される地図を生成し、当該三次元描画される地図と前記スケールオブジェクト生成部により生成されたスケールオブジェクトとを同じ三次元空間内に描画してディスプレイに表示する三次元描画部とを備えた三次元画像表示装置。
3. スケールオブジェクトを半透明にして、三次元描画される地図に重ねて表示するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の三次元画像表示装置。

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