JP4886349B2 - 模擬視界生成装置 - Google Patents
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Description
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。また、近年、コンピュータにデジタルビデオ画像を格納しておき、速度に応じて再生する方法が実用化している。これらの実車ビデオ映像をもとにした方式では、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。
所定数に分割した部分模擬画像を生成する複数の請求項1又は2又は3に記載の模擬視界生成装置と、前記分割生成した部分模擬映像を合成し、完全な模擬映像として映像出力するから、精細な画像により模擬視界映像をリアルタイムに生成することができる。
ビデオカメラ201は実際に運行する車両の運転室から路線映像を撮影する。画像編集装置202は、前記ビデオカメラ201により撮影した線路映像をデジタル編集する。すなわち、デジタル画像キャプチャカード2021は、路線映像をフレーム単位にA/D変換によりデジタル化し、画像データ圧縮ボード2022はこのデータを画像圧縮処理する。DVD−Rドライブ2023は画像データ圧縮ボード2022からのデジタル画像データをDVD−R203に記録する。
ビデオカメラ204は、ビデオカメラ201が実際に運行する路線映像を撮影すると同時に、当該車両の運転席の速度計205を撮影する。速度情報記録装置206は、前記ビデオカメラ204により撮影した速度計映像を、デジタル画像キャプチャカード2061によりデジタル化し、速度読み取り手段2062により速度情報を得る。DVD−Rドライブ2063は速度読み取り手段2062からのデジタル画像データをDVD−R203に記録する。
ビデオカメラ201とビデオカメラ204は、その映像信号をデジタル画像キャプチャカード2021とデジタル画像キャプチャカード2061においてA/D変換しているが、カメラ201,204をデジタル信号で得て、これをデジタル画像キャプチャカード2021,2061において後の処理に適した信号に変換するようにしてもよい。
GPSレシーバ208は、前記ビデオカメラ201とビデオカメラ204の撮影と同時に、当該撮影地点の位置座標を得る。位置情報記録装置209は、GPSレシーバ208からの位置座標を記録する。すなわち、GPSデータ記録ボード2091は順次記録し、これをDVD−Rドライブ2092はDVD−R210に記録する。
ビデオカメラ201、ビデオカメラ204と位置情報記録装置209は、同期制御され、路線映像の撮影時における速度とその位置が関連付けられ既知のものとなる。
映像発生装置101のディスク103には、DVDドライブ105を介して各DVD−R203,207及び210から各データを格納し、画像データの集合としておく。
CPU102はこの映像発生装置101の全体を制御する。
ディスク103は、画像データ記憶手段として作用し、撮影地点の位置座標と撮影時の移動速度が既知の路線映像を画像圧縮処理したデジタル画像データの集合を予め記憶保持する。
メモリ104は、ディスク103に記録されている撮影地点の位置座標と移動速度から、CPU102があらかじめ線形近似等により計算したフレーム毎の路線上の位置座標と移動速度を格納しておく、また、画像データ一時記憶手段として作用し、移動体の運動を模擬する計算の結果得られた仮想の視点位置座標をもとに、前記ディスク(画像データ記憶手段)103に記憶される画像データの集合から、仮想の視点位置座標に最も近い画像データを1個ないし2個選択し、読み出して記憶する。なお、位置座標と移動速度の近似計算は、GPSレシーバ208又は速度計205には誤差を含む場合が多くあり、その誤差を減らすためのものである。
DVDドライブ105は、図2において説明したデータ保持手段により作成した画像データを含むデータを読み込み、ディスク103に転送する。
グラフィックスカード106は画像処理をする。
座標変換処理部1061は、映像出力のため、画像データにおける2次元もしくは3次元の座標系を視点座標系に変換する。
ラスタライズ処理部1062は、映像出力のため、視点座標系をウインドウ座標系に変換する。
テクスチャメモリ1063は、描画手段の一部を構成し、3次元コンピュータグラフィックスの技術を用いて、前記ディスク(画像データ記憶手段)103に記憶されている前記画像圧縮された画像データを、ポリゴンのテクスチャデータとして登録する。
カラーテクスチャマッピング処理部1064は、前記テクスチャメモリ1063に登録したポリゴンのテクスチャデータをテクスチャ付きのポリゴンとして表示できるように画像伸長処理する。
アルファ合成部1065は、模擬画像を生成し映像出力手段である画像生成手段として機能し、仮想の視点位置座標と撮影地点の位置座標が等しいときは、前記メモリ(画像データ一時記憶手段)104から読み出した画像データから前記描画手段により得た1個のテクスチャ付きポリゴンを模擬画像とし、また、仮想の視点位置座標と撮影地点の位置座標が異なるときは、仮想の視点位置と2個の画像データを撮像した地点との距離の内分比に応じて、2個の画像データから前記描画手段により得た2個のテクスチャ付きポリゴンをアルファ合成する。
フレームメモリ1066は、前記アルファ合成部1065により得られた模擬画像の1フレーム毎を記憶する。
ビデオ出力部1067は、前記アルファ合成部1065により得られた模擬画像を映像出力する手段である。
ネットワークカード107は、後述する運動模擬計算装置302とこの映像発生装置101とを結ぶネットワークシステムのための手段である。
運動模擬計算装置302から各映像発生装置1011,1012,1013,1014への接続はネットワークシステムにより行われている。各映像発生装置1011,1012,1013,1014間は同期制御されている。
映像発生装置101は、ビデオ映像をデータ保持手段108により得てディスク103に格納しておく(ステップS01)。CPU102は、ディスク103に格納されているビデオ映像データに記録された撮影地点の位置座標と移動速度から、これらの誤差を補正するため、フレーム毎の線路上の位置座標と移動速度を線形近似等によりあらかじめ計算し(ステップS02)、データとしてメモリ104に保持しておく(ステップS03)。
電車シミュレータの操作者が運転操作入力装置301を操作し、その操作状況に応じて模擬車両の運動が運動模擬計算装置302により計算される(ステップS04)。その計算結果、算出された仮想の視点位置座標Pに対し、画像データの集合内に存在するフレームの撮影地点の位置座標を比較する(ステップS05)。Pに等しいフレームがあれば、そのフレームの画像データを選択してディスク103から読み出してメモリ104に書き込み、この画像データをFとする(ステップS06)。Pに等しいフレームがなければ、Pに最も近い前後2枚のフレームを選び、それぞれの画像データをディスク103から読み出してメモリ104に書き込む(ステップS07)。このとき、前後2枚のフレームの画像データ及び位置座標について、仮想視点の後方側の画像データをF0、位置座標をP0、前方側の画像データをF1、位置座標をP1とする。
テクスチャメモリ1063、カラーテクスチャマッピング処理部1064よる描画手段は、PC用3次元グラフィックスチップのポリゴンレンダリング機能及びテクスチャ機能を利用するものである。グラフィックスライブラリとして標準的な、OpenGLを用いて、メモリ104に書き込まれている画像データを3次元グラフィックスチップのテクスチャメモリにテクスチャ1063として登録し、矩形のポリゴンと対応付ける(ステップS08)。この矩形のテクスチャ付きポリゴンを3次元グラフィックスチップのカラーテクスチャマッピング処理部1064によりOpenGLを用いてレンダリング処理する(ステップS09)。このレンダリング処理には画像伸長処理することが含まれる。なお、前記画像データFをテクスチャとして貼り付けたポリゴンを描画して結果の画像をS、前記画像データF0をテクスチャとして貼り付けたポリゴンを描画した結果の画像S0、画像データF1を貼り付けたポリゴンを描画した結果の画像をS1とする。
アルファ合成部1065において、仮想の視点位置座標と撮影地点の位置座標が等しいときは、前記Sを模擬画像とする(ステップS10)。また、仮想の視点位置座標と撮影地点の位置座標が異なるときは、仮想の視点位置Pと2個の画像データの撮影地点位置P0,P1から、次の処理を行うことにより2個の画像データをアルファ合成し、模擬画像Spを得る(ステップS11)。
A = D(P0,P)/D(P0,P1)
ただし、D(Pa,Pb)は、点PaからPb間での距離を求める関数
画像データSp,S0,S1について、ピクセル座標x,yの画素のカラーを、
pixSp(x,y),pixS0(x,y),pixS1(x,y)
とすると、各画像データの全画素について、次の計算を行う。
pixSp(x,y) = (1−A) × pixS0(x,y)
+ A × pixS1(x,y)
このアルファ合成処理部1065は、3次元グラフィックスチップによりOpenGLなどのグラフィックスライブラリソフトウェアを用いて実現し、これにより上記アルファ合成処理を実施し、3次元グラフィックスチップはアルファ合成処理の結果をフレームメモリ1066への蓄積(ステップS12)を介して、ビデオ出力として映像信号が出力される(ステップS13)。2個の画像データをアルファ合成することにより、低速走行を含む任意の走行速度に応じて滑らかな模擬視界映像をリアルタイムに生成することができる。
前記のステップS05と同様に、算出された仮想の予測視点位置座標に対し、画像データの集合内に存在するフレームの撮影地点の位置座標を比較し、予測値に等しいフレームあるいは予測値に最も近い前後2枚のフレームを選び、それぞれの画像データをディスク103から読み出してリングバッファ構造にしたメモリ104に書き込み、追加しておく。この画像データは、順次予測されたものとともに記憶される。現在時刻に最も近い予測時刻t−iTの前記リングバッファ構造にしたメモリ104の画像データについてステップS08以降の処理を行う。使用済みの画像データはリングバッファ構造にしたメモリ104から削除される。
Claims (4)
- 移動体シミュレータの模擬視界映像を生成する模擬視界生成装置であって、
撮影地点の位置座標と撮影時の移動速度が既知の路線映像を画像圧縮処理したデジタル画像データの集合を予め記憶する画像データ記憶手段と、
移動体の運動を模擬する計算の結果得られた仮想の視点位置座標をもとに、前記画像データ記憶手段に記憶される画像データの集合から、仮想の視点位置座標に最も近い画像データを1個ないし2個選択し、読み出して記憶する画像データ一時記憶手段と、
3次元コンピュータグラフィックスの技術を用いて、前記画像データ一時記憶手段に記憶されている前記画像圧縮された画像データを、ポリゴンのテクスチャデータとして登録し、画像伸長処理してテクスチャ付きのポリゴンとして表示する描画手段と、
仮想の視点位置座標と撮影地点の位置座標が等しいときは、前記画像データ一時記憶手段から読み出した画像データから前記描画手段により得た1個のテクスチャ付きポリゴンを模擬画像とし、また、仮想の視点位置座標と撮影地点の位置座標が異なるときは、仮想の視点位置と2個の画像データを撮像した地点との距離の内分比に応じて、2個の画像データから前記描画手段により得た2個のテクスチャ付きポリゴンをアルファ合成し、その結果を模擬画像とし、映像出力する画像生成手段と、
前記各手段を制御するCPUと、
を含むことを特徴とする模擬視界生成装置。 - 請求項1記載の模擬視界生成装置であって、
画像データ記憶手段から読み出して画像データ一時記憶手段に記憶するに際し、移動体の運動の模擬計算に基づき、予め視点位置座標を予測して、候補となる複数の画像データを画像データ記憶手段から読み出して画像データ一時記憶手段に記憶することを特徴とする模擬視界生成装置。 - 請求項1又は2に記載の模擬視界生成装置において、
画像生成手段において、描画手段により得た2個のテクスチャ付きポリゴンに対し、ピクセル毎に輝度Lを0≦k≦1の範囲の係数kにより変化させた後アルファ合成するか、又は、
2個のテクスチャ付きポリゴンをアルファ合成した後、ピクセル毎に輝度Lを0≦k≦1の範囲の係数kにより変化させることを特徴とする模擬視界生成装置。 - 所定数に分割した部分模擬画像を生成する複数の請求項1又は2又は3に記載の模擬視界生成装置と、
前記分割生成した部分模擬画像を合成し、完全な模擬映像として映像出力する合成手段を有することを特徴とする模擬視界生成装置。
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