JP5133599B2

JP5133599B2 - ３次元表示方法、３次元表示装置およびプログラム並びに記録媒体

Info

Publication number: JP5133599B2
Application number: JP2007135485A
Authority: JP
Inventors: 康子安藤; 篤中平; 尚文鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: JP2008292566A

Description

本発明は、３次元表示方法、３次元表示装置およびプログラム並びに記録媒体に係り、特に、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を、奥行き位置の異なる複数の表示面上に表示することにより、３次元立体像を表示する３次元表示方法に関する。

奥行き位置を知覚できる３次元表示方法については様々な提案がなされているが、複数の２次元像を重ね合わせることにより、３次元立体像を表示するＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示方法は、長時間見ても比較的疲れにくく、自然な立体像を知覚できることから注目を集めている。（下記、特許文献１参照）
この３次元表示方法では、複数の表示面に２次元像を表示し、この複数の表示面に表示される２次元像の輝度（あるいは、透過度）を、各表示面毎にそれぞれ独立に変化させることで、連続的に奥行き表現が可能な３次元立体像を表示する。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特許第３０２２５５８号公報

しかしながら、ＤＦＤ方式の３次元表示方法では、複数の表示面上の同じ平面的な位置に、それぞれ異なった輝度の２次元像を表示しているため、観察者の視線位置が多少ずれただけで、複数の２次元像が重なって見えてしまい、立体表示させる表示対象物体の画像品質が劣化し、連続的な奥行き位置表現が難しくなる。このため、観察位置が小さな範囲に限定されるという課題があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、観察位置が限定されるという課題を解決し、広い範囲から観察しても３次元立体像を表現可能な３次元表示方法および３次元表示装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の３次元表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラムと、当該プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を生成し、前記生成された２次元像を表示させる奥行き位置に応じていくつかの部分に分割し、前記分割したそれぞれの分割像を、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面の奥行き位置に応じた表示面上に重ね合わせることなく表示し、当該表示される分割像の、前記観察者から見た輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて三次元立体像を生成する３次元表示方法であって、前記複数の表示面の中の隣接する２つの表示面における、前記観察者に近い側の表示面を第１の表示面、前記観察者から遠い側の表示面を第２の表示面とするとき、前記第１の表示面に表示される２次元像は、表示奥行き位置が前記第１の表示面と前記第２の表示面の２つの表示面間の位置である領域Ａを含み、前記領域Ａは、前記２つの表示面間で奥に表示したい部分ほど、観察者から見た輝度が低くなるように表示され、前記第２の表示面に表示される２次元像は、前記第１の表示面に表示される２次元像に対応する領域Ｂを含み、前記領域Ｂは、観察者から見た輝度が一様な輝度で表示され、前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの前記観察者から見た輝度は、前記第１の表示面に表示される前記領域Ａの、前記観察者から見た輝度の最大値と、最小値との間の値であることを特徴とする。

（２）（１）において、前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの前記観察者から見た輝度は、前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの周囲の、前記観察者から見た輝度よりも低いことを特徴とする。
また、本発明は、（１）または（２）の３次元表示方法を実行する３次元表示装置である。
また、本発明は、（１）または（２）の３次元表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
また、本発明は、前述のプログラムを記録した記録媒体である。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の３次元表示方法によれば、観察位置が限定されるという課題を解決し、広い範囲から観察しても３次元立体像を表現することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１〜図４は、本発明の実施例１の３次元表示方法を説明するための図であり、３枚の表示面上に円錐形状の表示対象物体を立体表示する例を示す図である。
図１は、観察者と、表示対象物体の円錐台と、３枚の表示面との位置関係を表す概略図である。
図２は、図１に示す３枚の表示面と、表示対象物体の円錐台の位置関係を上方から見た図である。
図３は、図１に示す表示対象物体と、表示対象物体の縁と各表示面が交わる点を結んだ線とを観察者の視線方向から見た状態を示す図である。
図４は、図１に示す３枚の表示面にそれぞれ表示される２次元像を示す図である。
図１〜図４において、１は観察者、２は表示対象物体の円錐台、１１，１２，１３は観察者１から見て異なった奥行き位置にある３枚の表示面、Ｌ１１〜Ｌ１３は、立体的に表示させる表示対象物体の縁と各表示面（１１，１２，１３）が交わる点を結んだ線、Ａ〜Ｄは、表示対象物体（円錐台２）が、各表示面（１１，１２，１３）により分割される部分の表面、Ａ'からＤ'は、ＡからＤのそれぞれを、観察者の視線方向から射影した射影像である。

図１に示すような配置で円錐台２を表示させるために、本実施例では、観察者１の視線方向からの円錐台２の射影像を生成し、表示面より手前にある部分Ａの射影像Ａ'、中間部のそれぞれの射影像（Ｂ'、Ｃ'）、最後面より奥に位置する部分Ｄの射影像Ｄ'に分割する。そして、Ａ’とＢ’の射影像を表示面１１に、Ｃ’の射影像を表示面１２に、Ｄ’の射影像を表示面１３に表示する。
この場合に、Ｂ'の射影像は、奥に表示したい部分ほど輝度が低くなるように、即ち、表示面１１に対応する部分から、表示面１２に対応する部分に向かって、段階的に輝度を低くする。
同様に、Ｃ'の射影像は、奥に表示したい部分ほど輝度が低くなるように、即ち、表示面１２に対応する部分から、表示面１３に対応する部分に向かって、段階的に輝度を低くする。
なお、Ａ’の射影像も、奥に表示したい部分ほど輝度が低くなるように、即ち、円錐台２の平面状の最上面に対応する部分から、表示面１１に対応する部分に向かって、段階的に輝度を低くする。
同様に、Ｄ’の射影像も、奥に表示したい部分ほど輝度が低くなるように、即ち、表示面１２に対応する部分から、円錐台２の平面状の底面に対応する部分に向かって、段階的に輝度を低くする。
また、奥行き方向に相隣り合った表示面上に表示される射影像の互いに接する部分のそれぞれの輝度は、観察者１から見て手前に位置する射影像より、奥に位置する射影像の方を低くする。即ち、図４に示すように、立体表示させるＢ’，Ｃ’，Ｄ’の射影像において、それぞれの領域が互いに接する部分の輝度は、それぞれ観察者１の視線方向から見て近い部分の方が、観察者１の視線方向から見て遠い方の部分より輝度が高くなっている。
具体的に説明すると、線Ｌ１２における射影像Ｂ’側の輝度は、射影像Ｃ’側の輝度より高く、線Ｌ１３における射影像Ｃ’側の輝度は、射影像Ｄ’側の輝度より高く設定される。

さらに、本実施例では、表示面１２上の、表示面１１に表示された射影像（Ａ’＋Ｂ’）に対応する領域（Ａ''＋Ｂ''）を、一様な輝度で表示する。ここで、一様な輝度とは、表示面１１に対応する部分から、表示面１２に対応する部分に向かって、段階的に輝度を低くしたＢ'の射影像の輝度範囲の輝度である。
同様に、表示面１３上の、表示面１２に表示された射影像（Ｃ’）に対応する領域（Ｃ''）に、表示面１２に対応する部分から、表示面１３に対応する部分に向かって、段階的に輝度を低くしたＣ'の射影像の輝度範囲の輝度を表示する。
このように、本実施例においては、表示対象物体は円錐台２で、観察者１から見て円錐台２の側面が位置する奥行き値は、直線的に大きくなるために、Ｂ'、Ｃ'の射影像において、それぞれ、観察者１に近い側から奥行き方向に輝度を一様に段階的に低くする。
さらに、表示面１２上で、表示面１１に表示された射影像（Ａ’＋Ｂ’）に対応する領域（Ａ''＋Ｂ''）には、Ｂ'の射影像の一様に段階的に変化させた輝度範囲の中で、最も暗い輝度よりも少し明るい輝度で、一様に段階的に変化させた範囲と同じ色相を表示する。
また、表示面１３上で、表示面１２に表示された射影像（Ｃ’）に対応する領域（Ｃ''）にも、同様に、Ｃ'の射影像の一様に段階的に変化させた輝度範囲の中で、最も暗い輝度よりも少し明るい輝度で、一様に段階的に変化させた範囲と同じ色相を表示する。

本実施例では、観察者１が、表示面（１１，１２，１３）の正面から観察した場合に、各表示面（１１，１２，１３）に表示された射影像（Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）が連続的に重なり、立体的な円錐台形状を表示できる。
また、観察者１が、表示面（１１，１２，１３）の正面からずれた位置から観察した場合でも、表示された射影像（Ａ’，Ｂ’）の後面に同系色の表示があるため、ずれた部分が観察者１からはつながって見えるため、離散的な表示面に表示された表示物とは見えず、奥行き方向に連続した立体的な標示物として見える。
このように、本実施例では、観察者１が、表示面（１１，１２，１３）の正面からずれた位置から観察しても、立体物として見えるように表示することができるため、観察者１が頭を動かしたり、動いたりしても、立体物としての表示を維持することができる。さらに、観察者１が動いた時にも違和感のない立体物表現を維持することができるため、運動視差としての立体表現も可能となり、立体物としてはより自然な表現が可能となる。
なお、表示面１２上で、表示面１１に表示された射影像（Ａ’＋Ｂ’）に対応する領域（Ａ''＋Ｂ''）、並びに、表示面１３上で、表示面１２に表示された射影像（Ｃ’）に対応する領域（Ｃ''）に、前述の表示（一様な輝度の表示）を行わない場合、観察者１は、表示面（１１，１２，１３）の正面からは立体物として見ることはできるが、表示面（１１，１２，１３）の正面からずれた位置から観察した場合には、各表示面（１１，１２，１３）に表示された射影像（２次元像）を、連続的につながる立体像として見ることが困難であるため、頭を固定して立体物を観察する必要があった。
なお、前述の説明において、各表示面の行き位置を異ならせて重ね合わせる構成としては以下のようなものがある。
（１）自発光型の表示パネル、液晶表示パネル等を２枚あるいは複数枚をある面間幅で奥行き方向に重ねる構成。
（２）複数のディスプレイに表示された画像をハーフミラーを使用してある面間幅になるように重ね合わせる構成。
（３）複数のプロジェクターに表示された画像をある面間幅を持った複数の透明スクリーンに重ね合わせる構成。
（４）ディスプレイに表示された画像と、ある面間幅を持った複数の透明スクリーンに複数のプロジェクターによって表示された画像とを重ね合わせる構成。

［実施例２］
図５〜図８は、本発明の実施例２の３次元表示方法を説明するための図であり、２枚の液晶表示パネルが奥行き位置を変えて積層してある３次元表示装置上に立体表示を行う例を示す図である。ここでは、立体的な文字を表する方法について説明する。
図５は、観察者と、表示対象物体の立体文字と、２枚の液晶表示パネルとの位置関係を表す概略図である。
図６は、図５に示す２枚の液晶表示パネルと、表示対象物体の立体文字の位置関係を上方から見た図である。
図７は、図５に示す２枚の液晶表示パネルにそれぞれ表示される２次元像を示す図である。
図８は、図５に示す構成で、観察者に観察される立体文字を示す図である。
図５〜図７において、１は観察者、ａ，ｄは表示対象物体の立体文字、２１，２２は観察者から見て異なった奥行き位置にある２枚の液晶表示パネル、Ｌ２１，Ｌ２２は、立体的に表示させる表示対象物体の縁と各液晶表示パネル（２１，２２）とが交わる点を結んだ線である。ここでは、奥行き幅が、２枚の液晶表示パネル間の距離と同じ大きさの文字を表示するため、液晶表示パネル２１に、立体文字の視線方向から射影した像を表示し、液晶表示パネル２２には文字の背景が表示される。

図６に示す配置において、観察者１の視線方向から、ａ，ｄの立体文字の射影像を生成すると、液晶表示パネル２１に表示される射影像は、奥行き位置が液晶表示パネル上にある領域Ａ_０の射影像Ａ_０'と、液晶表示パネル２２と液晶表示パネル２１との間の領域Ａ_１の射影像Ａ_１'となる。
ここで、領域Ａ_１の射影像Ａ_１'は、液晶表示パネル２１に対応する部分から液晶表示パネル２２に対応する部分に向けて段階的に輝度を変化させる。ここでは、射影像Ａ_０'は（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１４５，０，０）（ＲＧＢは各２５６階調）の輝度で表示し、射影像Ａ_１'は（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１４５，０，０）から（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（０，０，０）へと段階的に輝度を低下させた。
具体的には、最も手前の射影像Ａ_０'の輝度から、０の輝度値まで順次、輝度を下げた。また、液晶表示パネル２２上で、液晶表示パネル２１に表示された射影像（Ａ_０’＋Ａ_１’）に対応する領域（Ａ_０’’＋Ａ_１’’）には、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（８４，０，０）を表示した。それ以外の部分には、領域（Ａ_０''＋Ａ_１''）よりも輝度の高い（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（８４，８４，８４）の色相の背景を表示した。

図５に示す構成で、液晶表示パネル（２１，２２）を正面から見たときに観察者に観察される立体文字を図８（ａ）に示す。実際には、液晶表示パネル（２１，２２）には奥行き位置の差があり、立体感を持った表示になっている。
液晶表示パネル（２１，２２）の正面から見た場合には、液晶表示パネル２１に表示した射影像（Ａ_０’＋Ａ_１’）と液晶表示パネル２２に表示される背景とが連続的につながり、立体文字として認識できる。
また、液晶表示パネル（２１，２２）の正面から表示に向かって右にずれた位置から、観察者１が観察した様子を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すように、観察者１が、液晶表示パネル（２１，２２）の正面からずれた位置から観察した場合でも、液晶表示パネル２２の領域（Ａ_０’’＋Ａ_１’’）に、液晶表示パネル２１に表示される射影像Ａ_１'の、段階的に低下させた輝度の範囲の輝度値を持つ一様な表示を行うことで、液晶表示パネル２１に表示された射影像（Ａ_０’＋Ａ_１’）と液晶表示パネル２２に表示された背景が連続的につながり、自然な立体像として観察される。
また、液晶表示パネル２１に表示される射影像（Ａ_０’）の輝度を高くし、液晶表示パネル２２に表示される背景の輝度を低くすることにより、より立体感を強調することが可能である。
さらに、観察者１が、液晶表示パネル（２１，２２）の正面からずれた位置から観察しても自然な立体像を観察でき、観察者１は頭を動かした状態でも立体像を観察できるため、運動視差によっても立体感を表現可能である。このため、自然な立体文字表現が可能となる。

本実施例では、液晶表示パネル（２１，２２）を奥行き方向に重ねた３次元表示装置を例に挙げて説明したが、以下に説明する構成を備える３次元表示装置を使用しても、前述した３次元表示は可能である。
（１）自発光型の表示パネル、液晶表示パネル等を２枚あるいは複数枚をある面間幅で奥行き方向に重ねる構成。
（２）複数のディスプレイに表示された画像をハーフミラーを使用してある面間幅になるように重ね合わせる構成。
（３）複数のプロジェクターに表示された画像をある面間幅を持った複数の透明スクリーンに重ね合わせる構成。
（４）ディスプレイに表示された画像と、ある面間幅を持った複数の透明スクリーンに複数のプロジェクターによって表示された画像とを重ね合わせる構成。
さらに、透明フイルムに印刷した画を奥行き位置を変えて重ねて観察することによっても、前述した３次元表示は可能である。
なお、透過型表示装置、あるいは、透明フイルムに印刷した２次元像を使用する場合は、各透過型表示装置に表示される２次元像、あるいは、透明フイルムに印刷した２次元像は、透過率を変化させて輝度を変化させる必要がある。
したがって、本発明における輝度は、観察者から見た輝度を意味することになる。

以上説明したように、本実施例では、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像をいくつかの部分に分割し、分割したそれぞれの分割像を、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面上に重ね合わせることなく表示し、その輝度を段階的に変化させて立体物を表示させる３次元表示方法において、複数の表示面の中の隣接する２つの表示面における、観察者１に近い側の表示面を第１の表示面、観察者１から遠い側の表示面を第２の表示面とするとき第１の表示面に表示される２次元像は、表示奥行き位置が第１の表示面と第２の表示面の２つの表示面間の位置である領域Ａを含み、領域Ａは、２つの表示面間で奥に表示したい部分ほど、観察者から見た輝度が低くなるように表示され、第２の表示面に表示される２次元像は、第１の表示面に表示される２次元像に対応する領域Ｂを含み、前記領域Ｂは、観察者から見た輝度が一様な輝度で表示される。
これにより、観察者１が表示面の正面からずれて、各表示面に表示された分割射影像がずれて見えた場合にも、連続的な奥行きとして立体物の表示が可能であるので、観察者１が立体物として観察できる範囲を広げる利点があり、さらに、観察者１が動いても立体物として観察し続けることが可能であることから、運動視差を利用した立体物表現も可能となり、より自然な立体物の表示が可能となるという効果がある。
なお、本発明の３次元表示方法において、各表示面に表示される２次元像の形状、輝度はコンピュータを用いて制御する。即ち、本発明の３次元表示方法は、コンピュータ内のハードディスクなどに格納されるプログラムを、コンピュータが実行することにより行われる。そして、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは、ネットワークを介したダウンロードにより供給される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例１の３次元表示方法を説明するための図であり、観察者と、表示対象物体の円錐台と、３枚の表示面との位置関係を表す概略図である。図１に示す３枚の表示面と、表示対象物体の円錐台の位置関係を上方から見た図である。図１に示す表示対象物体と、表示対象物体の縁と各表示面が交わる点を結んだ線とを観察者の視線方向から見た状態を示す図である。図１に示す３枚の表示面にそれぞれ表示される２次元像を示す図である。本発明の実施例２の３次元表示方法を説明するための図であり、観察者と、表示対象物体の立体文字と、２枚の液晶表示パネルとの位置関係を表す概略図である。図５に示す２枚の液晶表示パネルと、表示対象物体の立体文字の位置関係を上方から見た図である。図５に示す２枚の液晶表示パネルにそれぞれ表示される２次元像を示す図である。図５に示す構成で、観察者に観察される立体文字を示す図である。

符号の説明

１観察者
２表示対象物体の円錐台
１１，１２，１３表示面
２１，２２液晶表示パネル
Ｌ１１〜Ｌ１３表示対象物体の縁と各表示面が交わる点を結んだ線
Ｌ２１，Ｌ２２表示対象物体の縁と各液晶表示パネルとが交わる点を結んだ線
ａ，ｄ表示対象物体の立体文字
Ａ〜Ｄ表示対象物体が各表示面により分割される部分の表面、
Ａ’，Ａ_０’，Ａ_１’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’ 射影像
Ａ’’，Ａ_０’’，Ａ_１’’，Ｂ’’，Ｃ’’ 直前の表示面に表示される射影像に対応する領域

Claims

表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を生成し、
前記生成された２次元像を表示させる奥行き位置に応じていくつかの部分に分割し、前記分割したそれぞれの分割像を、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面の奥行き位置に応じた表示面上に重ね合わせることなく表示し、当該表示される分割像の、前記観察者から見た輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて三次元立体像を生成する３次元表示方法であって、
前記複数の表示面の中の隣接する２つの表示面における、前記観察者に近い側の表示面を第１の表示面、前記観察者から遠い側の表示面を第２の表示面とするとき、前記第１の表示面に表示される２次元像は、表示奥行き位置が前記第１の表示面と前記第２の表示面の２つの表示面間の位置である領域Ａを含み、前記領域Ａは、前記２つの表示面間で奥に表示したい部分ほど、観察者から見た輝度が低くなるように表示され、
前記第２の表示面に表示される２次元像は、前記第１の表示面に表示される２次元像に対応する領域Ｂを含み、前記領域Ｂは、観察者から見た輝度が一様な輝度で表示され、
前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの前記観察者から見た輝度は、前記第１の表示面に表示される前記領域Ａの、前記観察者から見た輝度の最大値と、最小値との間の値であることを特徴とする３次元表示方法。
前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの前記観察者から見た輝度は、前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの周囲の、前記観察者から見た輝度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示方法。
観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示面と、
表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を生成する第１の手段と、
前記第１の手段で生成された２次元像を表示させる奥行き位置に応じていくつかの部分に分割し、前記分割したそれぞれの分割像を、前記複数の表示面の奥行き位置に応じた表示面上に重ね合わせることなく表示し、当該表示される分割像の前記観察者から見た輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段とを具備する３次元表示装置であって、
前記複数の表示面の中の隣接する２つの表示面における、前記観察者に近い側の表示面を第１の表示面、前記観察者から遠い側の表示面を第２の表示面とするとき、前記第１の表示面に表示される２次元像は、表示奥行き位置が前記第１の表示面と前記第２の表示面の２つの表示面間の位置である領域Ａを含み、かつ、前記第２の表示面に表示される２次元像は、前記第１の表示面に表示される２次元像に対応する領域Ｂを含み、
前記第２の手段は、前記領域Ａにおける前記２つの表示面間で奥に表示したい部分ほど、観察者から見た輝度が低くなるように表示し、かつ、前記領域Ｂを、観察者から見た輝度が一様な輝度で表示し、
前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの前記観察者から見た輝度は、前記第１の表示面に表示される前記領域Ａの、前記観察者から見た輝度の最大値と、最小値との間の値であることを特徴とする３次元表示装置。
前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの前記観察者から見た輝度は、前記第２の表示面に表示される前記領域Ｂの周囲の、前記観察者から見た輝度よりも低いことを特徴とする請求項３に記載の３次元表示装置。
請求項１または請求項２に記載の３次元表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
請求項５に記載のプログラムを記録した記録媒体。