JP4828395B2

JP4828395B2 - 三次元地図表示装置

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Publication number: JP4828395B2
Application number: JP2006346236A
Authority: JP
Inventors: 満將櫻井; 仁志藤本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP2008158770A

Description

この発明は、三次元空間上に仮想的に配置されているカメラの撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像を描画する三次元地図表示装置に関するものである。

従来の三次元地図表示装置は、三次元座標値によって記述されている都市モデルや標高地を含む地図データを用いて、三次元空間内に仮想的に配置されているカメラの撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像を描画するようにしている。
三次元画像の表示範囲の変更は、カメラの位置と方向を制御することで実現している。
多くの三次元地図表示装置では、ユーザがマウスを操作することによってカメラの位置と方向を変更することができるようにしている。
例えば、以下の特許文献１に開示されている三次元地図表示装置では、カメラ方向と地平面の交点を注視点に定め、その注視点を固定したまま、カメラの位置を変更することにより、目標物を常に画面内に表示して、表示範囲の変更時における位置関係の把握を容易にしている。

特開２００１−１９５６０８号公報（段落番号［００１７］から［００４１］、図８）

従来の三次元地図表示装置は以上のように構成されているので、三次元画像の表示範囲を変更する際、カメラ方向と地平面の交点を注視点に定めている。しかし、ユーザの視線方向がカメラ方向と一致するとは限らず、ユーザの視線方向がカメラ方向と一致していない場合には、ユーザが実際に注視している場所と、三次元地図表示装置が定める注視点が一致しなくなるため、三次元画像の表示範囲を変更する際、自然な操作感が得られなくなるなどの課題があった。
例えば、三次元空間内を飛行する航空機から地図を見渡すような三次元画像を描画する場合、カメラ方向を水平にして、カメラを高い高度に配置し、カメラを前方に水平移動させることで実現することができる。この場合、カメラ方向を示す三次元画像の中心には、水平線が表示されることになるが、ユーザの注視点は三次元画像の中心の水平線ではなく、水平線よりも手前に位置する三次元画像の下部を注視していると考えられる。
このような場合、三次元画像の中心の水平線を注視点とするカメラの制御では、ユーザに対して自然な操作感を提供することは難しい。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、三次元画像の表示範囲を変更する際、ユーザが自然な操作感を得ることができる三次元地図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地図表示装置は、三次元空間上に仮想的に配置されているカメラに関するカメラ情報を用いて、カメラの配置位置を起点とするユーザの視線方向を推定する視線方向推定手段と、地図データ記憶手段に記憶されている地図データを参照して、視線方向推定手段により推定された視線方向が三次元空間における地図データと交差する注視点を算出する注視点算出手段と、注視点算出手段により算出された注視点とユーザによるカメラの移動操作に応じてカメラの配置位置及び配置方向を制御するカメラ制御手段とを設け、三次元画像描画手段が注視点算出手段により算出された注視点を含む地図データを用いて、カメラ制御手段により配置位置及び配置方向が制御されたカメラの撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像を描画するようにしたものである。

この発明によれば、三次元空間上に仮想的に配置されているカメラに関するカメラ情報を用いて、カメラの配置位置を起点とするユーザの視線方向を推定する視線方向推定手段と、地図データ記憶手段に記憶されている地図データを参照して、視線方向推定手段により推定された視線方向が三次元空間における地図データと交差する注視点を算出する注視点算出手段と、注視点算出手段により算出された注視点とユーザによるカメラの移動操作に応じてカメラの配置位置及び配置方向を制御するカメラ制御手段とを設け、三次元画像描画手段が注視点算出手段により算出された注視点を含む地図データを用いて、カメラ制御手段により配置位置及び配置方向が制御されたカメラの撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像を描画するように構成したので、三次元画像の表示範囲を変更する際、ユーザが自然な操作感を得ることができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による三次元地図表示装置を示す構成図であり、図において、視線方向推定部１は三次元空間上に仮想的に配置されているカメラに関するカメラ情報を用いて、そのカメラの配置位置を起点とするユーザの視線方向を推定する処理を実施する。なお、視線方向推定部１は視線方向推定手段を構成している。
ここで、カメラに関するカメラ情報としては、例えば、カメラの配置位置、カメラの配置方向、カメラの視野角、カメラの移動方向、カメラの移動速度、カメラが配置されている高度などを含む情報であり、また、ユーザによるカメラの移動操作に関する情報も含まれている。

三次元地図データ記憶部２は三次元空間における地平面の地図データを記憶しているメモリである。なお、三次元地図データ記憶部２は地図データ記憶手段を構成している。
注視点算出部３は三次元地図データ記憶部２に記憶されている地図データを参照して、視線方向推定部１により推定された視線方向が三次元空間における地平面（地図データ）と交差する注視点を算出する処理を実施する。なお、注視点算出部３は注視点算出手段を構成している。

カメラ制御部４は注視点算出部３により算出された注視点とカメラ情報に含まれているユーザによるカメラの移動操作に応じて、カメラの配置位置及び配置方向を制御する処理を実施する。なお、カメラ制御部４はカメラ制御手段を構成している。
地図データ収集部５は三次元地図データ記憶部２から注視点算出部３により算出された注視点を含む地図データを収集する処理を実施する。なお、地図データ収集部５は地図データ収集手段を構成している。
この実施の形態１では、視線方向が地平面と交差する点を注視点と定める例について記述しているが、三次元地図データ記憶部２に含まれる他の地図データとの交点を注視点として算出することも可能である。

三次元画像描画部６は地図データ収集部５により収集された地図データを用いて、カメラ制御部４により配置位置及び配置方向が制御されたカメラの撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像をディスプレイ７に描画する処理を実施する。
ディスプレイ７は液晶やＣＲＴなどの表示装置である。
なお、三次元画像描画部６及びディスプレイ７から三次元画像描画手段が構成されている。

図１の例では、三次元地図表示装置の構成要素である視線方向推定部１、注視点算出部３、カメラ制御部４、地図データ収集部５及び三次元画像描画部６がそれぞれ専用のハードウェア（例えば、ＭＰＵを実装している半導体集積回路基板）で構成されているものを想定しているが、三次元地図表示装置がコンピュータで構成されている場合、予め、視線方向推定部１、注視点算出部３、カメラ制御部４、地図データ収集部５及び三次元画像描画部６の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。

図２はこの発明の実施の形態１による三次元地図表示装置の視線方向推定部１を示す構成図であり、図において、カメラ上下角特定部１１はカメラ情報からカメラの配置方向を認識して、水平軸に対するカメラの配置方向の角度であるカメラ上下角γを特定する処理を実施する。
視線方向上下角算出部１２はカメラ上下角特定部１１により特定されたカメラ上下角γと、予め設定されている水平時視線方向上下角α（カメラが水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度）と、予め設定されている垂直時視線方向上下角β（カメラが垂直に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度）とから視線方向上下角θを算出する処理を実施する。
視線方向算出部１３は水平方向から視線方向上下角算出部１２により算出された視線方向上下角θだけ傾いている方向である視線方向を算出する処理を実施する。

カメラの配置位置を起点とするユーザの視線方向の先には、ユーザが注視している対象が存在する。
図３は三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラと、仮想カメラの撮影範囲の一例を示す説明図である。
図において、仮想カメラ２１は三次元空間上に仮想的に配置されているカメラであり、仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の物体２３，２４が三次元画像として描画される。
なお、仮想カメラ２１の配置方向を示すカメラ方向２５には物体２３が存在し、ユーザの視線方向２６には物体２４が存在している。

図４は仮想カメラ２１の撮像例を示す説明図である。
図において、注視点３１は従来の三次元地図表示装置のように、カメラ方向２５がユーザの視線方向２６と一致しているとする場合の注視点であり、物体２４の上に存在している。
上述したように、カメラ方向２５がユーザの視線方向２６と一致するとは限らず、カメラ方向２５がユーザの視線方向２６と一致しない場合には、誤った注視点３１に基づく表示制御を行うことになり、ユーザに対して操作上の違和感を与えることになる。
注視点３２は注視点算出部３により算出されるユーザの視線方向２６の注視点（ユーザが実際に注視している点）であり、物体２３の上に存在している。

次に動作について説明する。
視線方向推定部１は、三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラ２１に関するカメラ情報を入力すると、そのカメラ情報を用いて、その仮想カメラ２１の配置位置を起点とするユーザの視線方向２６を推定する。
以下、視線方向推定部１における視線方向の推定処理を具体的に説明する。

視線方向推定部１のカメラ上下角特定部１１は、仮想カメラ２１に関するカメラ情報を入力すると、そのカメラ情報に含まれているカメラ方向２５を示す情報（仮想カメラ２１の配置方向を示す情報）を取得して、水平軸に対するカメラ方向２５の角度であるカメラ上下角γを特定する。
ここで、図５は三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラ２１を示す説明図であり、カメラ方向２５及び視線方向２６と、カメラ上下角γ及び視線方向上下角θの関係を示している。
また、図６は仮想カメラ２１を水平に配置している場合（カメラ上下角γ＝０の場合）の一例であり、図７は仮想カメラ２１を垂直に配置している場合（カメラ上下角γ＝９０の場合）の一例である。

視線方向推定部１の視線方向上下角算出部１２は、カメラ上下角特定部１１がカメラ上下角γを特定すると、カメラ上下角γと、予め設定されている定数である水平時視線方向上下角α（仮想カメラ２１が水平に配置されている場合、ユーザは水平線よりも手前に位置する三次元画像の下部を注視していると考えられるので、図６に示すように、水平時視線方向上下角αは、例えば、４０〜６０度の範囲の角度が設定される）と、予め設定されている定数である垂直時視線方向上下角β（仮想カメラ２１が垂直に配置されている場合、ユーザは仮想カメラ２１のカメラ方向２５の近傍を注視していると考えられるので、図７に示すように、垂直時視線方向上下角βは、例えば、７０〜１００度の範囲の角度が設定される）とを下記の補間式（１）を代入して、視線方向上下角θを算出する。
θ＝（１−ｔ）×α＋ｔ×β （１）
ｔ＝γ÷９０

なお、図７の垂直時視線方向上下角βが９０度に設定されている場合、ユーザの視線方向を仮想カメラ２１のカメラ方向２５と一致させることができる。
この場合、仮想カメラ２１が真下を向いているときのユーザの視線方向が三次元画像の中心と一致する。

視線方向推定部１の視線方向算出部１３は、視線方向上下角算出部１２が視線方向上下角θを算出すると、図５に示すように、水平方向から視線方向上下角θだけ傾いている方向である視線方向２６を算出する。

注視点算出部３は、視線方向推定部１がユーザの視線方向２６を算出すると、三次元地図データ記憶部２に記憶されている地図データを参照して、ユーザの視線方向２６が三次元空間における地平面と交差する注視点３２を算出する。
ここで、図８は仮想カメラ２１を水平に設置してカメラ方向２５が水平軸と一致している場合（水平時視線方向上下角αと視線方向上下角θが一致している場合）の注視点３２を示す説明図である。
この場合、図９に示すように、三次元画像の中心はカメラ方向２５と一致し、三次元画像の中心と異なる位置に注視点３２が算出される。

一方、図１０は仮想カメラ２１を垂直に設置してカメラ方向２５が真下を向いている場合（垂直時視線方向上下角βが９０度の場合）の注視点３２を示す説明図である。
この場合、ユーザの視線方向がカメラ方向２５と一致するため、図１１に示すように、注視点３２が三次元画像の中心と一致する。

カメラ制御部４は、注視点算出部３が注視点３２を算出すると、その注視点３２とカメラ情報に含まれているユーザによるカメラの移動操作に応じて、カメラの配置位置及び配置方向を制御する。
即ち、カメラ制御部４は、例えば、ユーザによる仮想カメラ２１の移動操作がカメラの回転操作である場合、注視点算出部３により算出された注視点３２に仮想カメラ２１のカメラ方向２１を向けた状態で、その注視点３２を中心とする仮想カメラ２１の回転移動を行う。
図１２は仮想カメラ２１の回転移動例を示す説明図である。
図１２の例では、カメラ移動経路４４に沿って、カメラ位置４１にある仮想カメラ２１をカメラ位置４２に移動し、その後、仮想カメラ２１をカメラ位置４３に移動している様子を示している。

また、カメラ制御部４は、例えば、ユーザによる仮想カメラ２１の移動操作が視線方向の移動操作である場合、注視点算出部３により算出された注視点３２に仮想カメラ２１のカメラ方向２１を向けた状態で、仮想カメラ２１を注視点３２に近づける移動又は注視点３２から遠ざける移動を行う。
図１３は仮想カメラ２１の視線方向移動例を示す説明図である。
図１３の例では、カメラ位置５１にある仮想カメラ２１をカメラ位置５２に移動し、その後、仮想カメラ２１をカメラ位置５３に移動している様子を示している。

地図データ収集部５は、注視点算出部３が注視点３２を算出すると、三次元地図データ記憶部２から注視点３２を含む仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを収集し、その地図データを三次元画像描画部６に出力する。
ただし、地図データ収集部５は、三次元地図データ記憶部２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを収集する際、注視点３２に近い地図データから優先的に収集する。
即ち、仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データが三次元地図データ記憶部２に多量に記憶されている場合、その地図データの全てを取得するには多くの時間を費やさなければならない。このため、全ての地図データを取得してから三次元画像を生成して描画処理の実行を開始するとすれば、三次元画像の描画が遅れるため、ユーザの操作感を損なうおそれがある。
そこで、地図データ収集部５は、注視点３２に近い地図データから優先的に収集して、その地図データを三次元画像描画部６に与えることにより、三次元画像の段階的な描画を行えるようにしている。

以下、地図データ収集部５における地図データの収集処理を具体的に説明する。
図１４は仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを示す説明図である。
図１４では、仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データが、エリアＡの地図データと、エリアＢの地図データと、エリアＣの地図データとから構成されている例を示している。
地図データ収集部５は、仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データがエリアＡ，Ｂ，Ｃの地図データから構成されている場合、注視点算出部３により算出された注視点３２からエリアＡ，Ｂ，Ｃまでの距離（例えば、エリアＡ，Ｂ，Ｃの中心までの距離）を算出する。

地図データ収集部５は、注視点３２からエリアＡ，Ｂ，Ｃまでの距離を算出すると、注視点３２からの距離が短いエリアほど、優先度が高いエリアとして認定する。
図１４に示すように、注視点３２からエリアＡまでの距離がＬ_A、注視点３２からエリアＢまでの距離がＬ_B、注視点３２からエリアＣまでの距離がＬ_Cであるとき、Ｌ_A＜Ｌ_B＜Ｌ_Cの関係が成立するとすれば、エリアＡの優先度が最も高く、次にエリアＢの優先度が高く、エリアＣの優先度が最も低いと認定する。
地図データ収集部５は、エリアＡ，Ｂ，Ｃの優先度を認定すると、最初に、三次元地図データ記憶部２から優先度が最も高いエリアＡの地図データを収集し、エリアＡの地図データを三次元画像描画部６に与える。これにより、三次元画像描画部６は、エリアＡの地図データを用いて、後述する三次元画像の生成処理を開始する。

次に、地図データ収集部５は、三次元地図データ記憶部２から二番目に優先度が高いエリアＢの地図データを収集し、エリアＢの地図データを三次元画像描画部６に与える。これにより、三次元画像描画部６は、エリアＢの地図データを用いて、後述する三次元画像の生成処理を開始する。
最後に、地図データ収集部５は、三次元地図データ記憶部２から最も優先度が低いエリアＣの地図データを収集し、エリアＣの地図データを三次元画像描画部６に与える。これにより、三次元画像描画部６は、エリアＣの地図データを用いて、後述する三次元画像の生成処理を開始する。

三次元画像描画部６は、地図データ収集部５からエリアＡ，Ｂ，Ｃの地図データが与えられる毎に、その地図データを用いて、カメラ制御部４により配置位置及び配置方向が制御された仮想カメラ２１の撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像をディスプレイ７に描画する。
以下、三次元画像描画部６における三次元画像の生成描画処理を具体的に説明する。

三次元画像描画部６は、地図データ収集部５から地図データを受けると、その地図データに対するビューイング変換を実施する。
即ち、三次元画像描画部６は、地図データの座標系を、仮想カメラ２１の配置位置を原点、仮想カメラ２１のカメラ方向２５（仮想カメラ２１の配置方向）をＺ軸とする座標系に変換する処理を実施する。
次に、三次元画像描画部６は、ビューイング変換後の地図データに対する射影変換を実施する。
即ち、三次元画像描画部６は、ビューイング変換後の地図データの座標系を、仮想カメラ２１の配置位置から遠くに存在している物体ほど、小さく表現する座標系に変換する処理を実施する。

次に、三次元画像描画部６は、射影変換後の地図データに色付けを行う必要がある場合、射影変換後の地図データに対する照光処理を実施する。
即ち、三次元画像描画部６は、三次元空間上に配置されている光源と、射影変換後の地図データの位置関係に基づいて陰影付けを行う処理を実施する。
次に、三次元画像描画部６は、照光処理後の地図データに対するクリップ処理を実施する。
即ち、三次元画像描画部６は、上記の座標系の変換処理によって、仮想カメラ２１の撮影範囲２２を逸脱することになった部分の地図データを切り取る処理を実施する。
三次元画像描画部６は、地図データに対するクリップ処理を実施すると、クリップ処理後の地図データを仮想カメラ２１の投影面に投影し、その投影画像を三次元画像としてディスプレイ７に描画する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラ２１に関するカメラ情報を用いて、仮想カメラ２１の配置位置を起点とするユーザの視線方向２６を推定する視線方向推定部１と、三次元地図データ記憶部２に記憶されている地図データを参照して、視線方向推定部１により推定された視線方向２６が三次元空間における地平面と交差する注視点３２を算出する注視点算出部３と、注視点算出部３により算出された注視点３２とユーザによるカメラの移動操作に応じて仮想カメラ２１の配置位置及び配置方向を制御するカメラ制御部４とを設け、三次元画像描画部６が注視点算出部３により算出された注視点３２を含む地図データを用いて、カメラ制御部４により配置位置及び配置方向が制御された仮想カメラ２１の撮像に相当する三次元画像を生成し、その三次元画像を描画するように構成したので、三次元画像の表示範囲を変更する際、実際にユーザが注視している場所を基準にして三次元画像が描画されるようになり、その結果、ユーザが自然な操作感を得ることができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、カメラ情報から仮想カメラ２１の配置方向を認識して、水平軸に対する仮想カメラ２１の配置方向の角度であるカメラ上下角γを特定し、そのカメラ上下角γと、予め設定されている水平時視線方向上下角α及び垂直時視線方向上下角βとからユーザの視線方向２６を推定するように構成したので、実際にユーザが注視している場所の方向を精度よく推定することができる効果を奏する。

この実施の形態１によれば、仮想カメラ２１が垂直に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度である垂直時視線方向上下角βが９０度に設定されているように構成したので、ユーザが真下を向いていると考えられる場合に適する三次元画像を描画することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、ユーザによる仮想カメラ２１の移動操作がカメラの回転操作である場合、注視点算出部３により算出された注視点３２に仮想カメラ２１のカメラ方向２１を向けた状態で、その注視点３２を中心とする仮想カメラ２１の回転移動を行うように構成したので、２次元地図と同様の操作感を与えることができるようになり、その結果、ユーザが自然な操作感を得ることができる効果を奏する。

この実施の形態１によれば、ユーザによる仮想カメラ２１の移動操作が視線方向の移動操作である場合、注視点算出部３により算出された注視点３２に仮想カメラ２１のカメラ方向２１を向けた状態で、仮想カメラ２１を注視点３２に近づける移動又は注視点３２から遠ざける移動を行うように構成したので、２次元地図と同様の操作感を与えることができるようになり、その結果、ユーザが自然な操作感を得ることができる効果を奏する。

さらに、この実施の形態１によれば、三次元地図データ記憶部２から地図データを収集する際、注視点３２に近い地図データから優先的に収集して三次元画像描画部６に出力するように構成したので、仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データが三次元地図データ記憶部２に多量に記憶されている場合でも、全ての地図データの収集が完了する前の段階から、順次、三次元画像を描画することができるようになり、その結果、三次元画像の描画の遅れに伴うユーザの操作感の損ないを回避することができる効果を奏する。

実施の形態２．
図１５はこの発明の実施の形態２による三次元地図表示装置の視線方向推定部１を示す構成図であり、図において、カメラ高度認識部１４はカメラ情報から仮想カメラ２１が配置されている高度Ｈを認識する処理を実施する。
視線方向上下角算出部１５は仮想カメラ２１が配置されている高度Ｈと、予め設定されている第１の設定高度Ｈ_ref1（例えば、仮想カメラ２１の高度上限付近の高度）と、予め設定されている第２の設定高度Ｈ_ref2（例えば、仮想カメラ２１の高度下限付近の高度）と、予め設定されている第１の設定高度時視線方向上下角δ（仮想カメラ２１が第１の設定高度Ｈ_ref1に水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度）と、予め設定されている第２の設定高度時視線方向上下角ε（仮想カメラ２１が第２の設定高度Ｈ_ref2に水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度）とから視線方向上下角θを算出する処理を実施する。
視線方向算出部１６は水平方向から視線方向上下角算出部１５により算出された視線方向上下角θだけ傾いている方向である視線方向を算出する処理を実施する。

次に動作について説明する。
視線方向推定部１における視線方向の推定処理内容のみが上記実施の形態１と相違しているので、視線方向推定部１における視線方向の推定処理内容のみを詳細に説明する。
視線方向推定部１は、三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラ２１に関するカメラ情報を入力すると、そのカメラ情報を用いて、その仮想カメラ２１の配置位置を起点とするユーザの視線方向２６を推定する。

即ち、視線方向推定部１のカメラ高度認識部１４は、仮想カメラ２１に関するカメラ情報を入力すると、そのカメラ情報に含まれている高度情報から仮想カメラ２１が配置されている高度Ｈを認識する。
視線方向推定部１の視線方向上下角算出部１５は、カメラ高度認識部１４が高度Ｈを認識すると、仮想カメラ２１が配置されている高度Ｈなどを下記の補間式（２）を代入して、視線方向上下角θを算出する。
θ＝（１−ｔ）×δ＋ｔ×ε （２）
ｔ＝（Ｈ−Ｈ_ref1）÷（Ｈ_ref1−Ｈ_ref2）

ただし、補間式（２）において、Ｈ_ref1は予め設定されている第１の設定高度であり、例えば、仮想カメラ２１の高度上限付近の高度に設定されている。
また、Ｈ_ref2は予め設定されている第２の設定高度であり、例えば、仮想カメラ２１の高度下限付近の高度に設定されている。
δは予め設定されている第１の設定高度時視線方向上下角であり、仮想カメラ２１が第１の設定高度Ｈ_ref1に水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度である。仮想カメラ２１の高度が高い場合、ユーザは水平線より手前の領域を注視していると考えられるので、第１の設定高度時視線方向上下角δは、例えば、３０〜５０度の範囲の角度が設定される。
また、εは予め設定されている第２の設定高度時視線方向上下角であり、仮想カメラ２１が第２の設定高度Ｈ_ref2に水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度である。仮想カメラ２１の高度が低い場合、ユーザは正面付近を注視していると考えられるので、第２の設定高度時視線方向上下角εは、例えば、６０〜８０度の範囲の角度が設定される。

視線方向推定部１の視線方向算出部１６は、視線方向上下角算出部１５が視線方向上下角θを算出すると、水平方向から視線方向上下角θだけ傾いている方向である視線方向２６を算出する。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、カメラ情報から仮想カメラ２１が配置されている高度Ｈを認識し、仮想カメラ２１が配置されている高度Ｈと、予め設定されている第１及び第２の設定高度Ｈ_ref1,Ｈ_ref2と、予め設定されている第１及び第２の設定高度時視線方向上下角δ，εから視線方向２６を推定するように構成したので、仮想カメラ２１の高度を上げた場合には航空機から俯瞰するような操作が可能になり、また、仮想カメラ２１の高度を下げた場合には道路上から正面の物体を見るような操作が可能になり、その結果、ユーザが自然な操作感を得ることができる効果を奏する。

実施の形態３．
図１６はこの発明の実施の形態３による三次元地図表示装置の視線方向推定部１を示す構成図であり、図において、カメラ撮影範囲認識部１７はカメラ情報から仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識する処理を実施する。
地図データ取得部１８は三次元地図データ記憶部２からカメラ撮影範囲認識部１７により認識された仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを取得する処理を実施する。
地図オブジェクト選択部１９は地図データ取得部１８により取得された地図データに存在している地図オブジェクト（例えば、ビルなどの物体、山などの標高地）の中で最も特徴的な地図オブジェクトを選択する処理を実施する。
視線方向算出部２０は地図オブジェクト選択部１９により選択された地図オブジェクトに向かう方向をユーザの視線方向２６として注視点算出部３に出力する。

即ち、視線方向推定部１のカメラ撮影範囲認識部１７は、仮想カメラ２１に関するカメラ情報を入力すると、そのカメラ情報に含まれている撮影範囲情報から仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識する。
視線方向推定部１の地図データ取得部１８は、カメラ撮影範囲認識部１７が仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識すると、三次元地図データ記憶部２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを取得する。

視線方向推定部１の地図オブジェクト選択部１９は、地図データ取得部１８が仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを取得すると、その地図データに存在している地図オブジェクトの中で最も特徴的な地図オブジェクトを選択する。
ここで、最も特徴的な地図オブジェクトとは、ユーザが注視する可能性が最も高いオブジェクトであり、例えば、仮想カメラ２１の配置位置から最も近くにある地図オブジェクトや、仮想カメラ２１による撮像の面積が最も大きな地図オブジェクトや、予め定められた重要度が最も高い地図オブジェクトなどが該当する。

視線方向算出部２０は、地図オブジェクト選択部１９が地図データに存在している地図オブジェクトの中で最も特徴的な地図オブジェクトを選択すると、仮想カメラ２１の配置位置から当該地図オブジェクトに向かう方向をユーザの視線方向２６として注視点算出部３に出力する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、カメラ情報から仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識して、三次元地図データ記憶部２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを取得し、その地図データに存在している地図オブジェクトの中で最も特徴的な地図オブジェクトの方向がユーザの視線方向２６であると推定するように構成したので、実際にユーザが注視している場所の方向を精度よく推定することができる効果を奏する。

実施の形態４．
図１７はこの発明の実施の形態４による三次元地図表示装置の地図データ収集部５を示す構成図であり、図において、カメラ撮影範囲認識部６１はカメラ情報から仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識する処理を実施する。
地図データ取得部６２は三次元地図データ記憶部２からカメラ撮影範囲認識部６１により認識された仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを取得する処理を実施する。
地図データ詳細度変更部６３は地図データ取得部６２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを受けると、注視点算出部３により算出された注視点３２からの距離に応じて上記地図データの詳細度を変更する処理を実施する。

次に動作について説明する。
地図データ収集部５における地図データの収集処理内容のみが上記実施の形態１と相違しているので、地図データ収集部５における地図データの収集処理内容のみを詳細に説明する。
この実施の形態４の地図データ収集部５は、地図データの詳細度を適宜変更するものであるが、地図データの詳細度は、地図データを構成するデータ量を表しており、例えば、画像データの場合には解像度の高いデータは詳細度が高く、解像度の低いデータは詳細度が低い。例えば、曲面において、詳細度の高いデータは多くの平面を組み合わせることで曲面を表現し、詳細度の低いデータは少ない平面によって曲面を表現している。

地図データ収集部５のカメラ撮影範囲認識部６１は、仮想カメラ２１に関するカメラ情報を入力すると、そのカメラ情報に含まれている撮影範囲情報から仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識する。
地図データ収集部５の地図データ取得部６２は、カメラ撮影範囲認識部６１が仮想カメラ２１の撮影範囲２２を認識すると、三次元地図データ記憶部２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを取得する。

地図データ収集部５の地図データ詳細度変更部６３は、地図データ取得部６２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを受けると、注視点算出部３により算出された注視点３２からの距離に応じて上記地図データの詳細度を変更する。
即ち、地図データ詳細度変更部６３は、仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データのうち、注視点３２から近い位置にある地図データほど、その詳細度を高める一方、注視点３２から遠い位置にある地図データほど、その詳細度を下げる変更を行う。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、地図データ取得部６２から仮想カメラ２１の撮影範囲２２内の地図データを受けると、注視点算出部３により算出された注視点３２からの距離に応じて上記地図データの詳細度を変更するように構成したので、注視点付近の地図データの詳細度を高めて、ユーザが見ていない可能性が高い地図データの詳細度を下げることができるようになり、その結果、描画上の違和感を最小限に抑えながら、取り扱う地図データのデータ量を低減することができる効果を奏する。

この発明の実施の形態１による三次元地図表示装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１による三次元地図表示装置の視線方向推定部１を示す構成図である。三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラと、仮想カメラの撮影範囲の一例を示す説明図である。仮想カメラの撮像例を示す説明図である。三次元空間上に仮想的に配置されている仮想カメラを示す説明図である。仮想カメラを水平に配置している場合（カメラ上下角γ＝０の場合）の一例を示す説明図である。仮想カメラを垂直に配置している場合（カメラ上下角γ＝９０の場合）の一例を示す説明図である。仮想カメラを水平に設置してカメラ方向が水平軸と一致している場合の注視点を示す説明図である。三次元画像の中心と注視点を示す説明図である。仮想カメラを垂直に設置してカメラ方向が真下を向いている場合の注視点を示す説明図である。三次元画像の中心と注視点を示す説明図である。仮想カメラの回転移動例を示す説明図である。仮想カメラの視線方向移動例を示す説明図である。仮想カメラの撮影範囲内の地図データを示す説明図である。この発明の実施の形態２による三次元地図表示装置の視線方向推定部を示す構成図である。この発明の実施の形態３による三次元地図表示装置の視線方向推定部を示す構成図である。この発明の実施の形態４による三次元地図表示装置の地図データ収集部を示す構成図である。

符号の説明

１視線方向推定部（視線方向推定手段）、２三次元地図データ記憶部（地図データ記憶手段）、３注視点算出部（注視点算出手段）、４カメラ制御部（カメラ制御手段）、５地図データ収集部（地図データ収集手段）、６三次元画像描画部（三次元画像描画手段）、７ディスプレイ（三次元画像描画手段）、１１カメラ上下角特定部、１２視線方向上下角算出部、１３視線方向算出部、１４カメラ高度認識部、１５視線方向上下角算出部、１６視線方向算出部、１７カメラ撮影範囲認識部、１８地図データ取得部、１９地図オブジェクト選択部、２０視線方向算出部、２１仮想カメラ、２２撮影範囲、２３，２４物体、２５カメラ方向、２６視線方向、３１，３２注視点、４１〜４３カメラ位置、４４カメラ移動経路、５１〜５３カメラ位置、６１カメラ撮影範囲認識部、６２地図データ取得部、６３地図データ詳細度変更部。

Claims

三次元空間上に仮想的に配置されているカメラに関するカメラ情報を用いて、上記カメラの配置位置を起点とするユーザの視線方向を推定する視線方向推定手段と、三次元空間における地図データを記憶している地図データ記憶手段と、上記地図データ記憶手段に記憶されている地図データを参照して、上記視線方向推定手段により推定された視線方向が三次元空間における地図データと交差する注視点を算出する注視点算出手段と、上記注視点算出手段により算出された注視点とユーザによるカメラの移動操作に応じて上記カメラの配置位置及び配置方向を制御するカメラ制御手段と、上記地図データ記憶手段から上記注視点算出手段により算出された注視点を含む地図データを収集する地図データ収集手段と、上記地図データ収集手段により収集された地図データを用いて、上記カメラ制御手段により配置位置及び配置方向が制御されたカメラの撮像に相当する三次元画像を生成し、上記三次元画像を描画する三次元画像描画手段とを備えた三次元地図表示装置。
視線方向推定手段は、カメラ情報からカメラの配置方向を認識して、水平軸に対する上記配置方向の角度を特定し、水平軸に対する上記配置方向の角度と、予め設定されている上記カメラが水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度及び上記カメラが垂直に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度とからユーザの視線方向を推定することを特徴とする請求項１記載の三次元地図表示装置。
カメラが垂直に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度が９０度に設定されていることを特徴とする請求項２記載の三次元地図表示装置。
視線方向推定手段は、カメラ情報からカメラが配置されている高度を認識し、上記カメラが配置されている高度と、予め設定されている上記カメラが所定の高度に水平に配置されている場合の水平軸に対する視線方向の角度とからユーザの視線方向を推定することを特徴とする請求項１記載の三次元地図表示装置。
視線方向推定手段は、カメラ情報からカメラの撮影範囲を認識して、地図データ記憶手段から上記カメラの撮影範囲内の地図データを取得し、上記地図データに存在している地図オブジェクトの中で最も特徴的な地図オブジェクトの方向がユーザの視線方向であると推定することを特徴とする請求項１記載の三次元地図表示装置。
カメラ制御手段は、ユーザによるカメラの移動操作がカメラの回転操作である場合、注視点算出手段により算出された注視点に上記カメラの配置方向を向けた状態で、上記注視点を中心とする上記カメラの回転移動を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の三次元地図表示装置。
カメラ制御手段は、ユーザによるカメラの移動操作が視線方向の移動操作である場合、注視点算出手段により算出された注視点に上記カメラの配置方向を向けた状態で、上記カメラを上記注視点に近づける移動又は上記注視点から遠ざける移動を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の三次元地図表示装置。
地図データ収集手段は、地図データ記憶手段から地図データを収集する際、注視点に近い地図データから優先的に収集して三次元画像描画手段に出力することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の三次元地図表示装置。
地図データ収集手段は、地図データ記憶手段から地図データを収集すると、注視点算出手段により算出された注視点からの距離に応じて上記地図データの詳細度を変更することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の三次元地図表示装置。