JP5164341B2 - 投影法および図形表示装置 - Google Patents
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Description
特定の方位に存在する障害物や方位線は3次元的表示画像上においても視覚的に瞭然と把握できることが重要である。しかし従来のカメラ的投影法では画面の中央(正面)方向と画面の左右端方向とでは距離感が異なる。このことに関連して、特定方位についてのターゲットは一直線に並んで表示(投影)されはするが、等方位線などの補助線無しではどのような方位角に位置するのか判然としない。また、複数の物標がほぼ同じ方位で別の距離に位置するような場合に、それらの相対的な方位関係が直感的には把握しにくい。このことは距離についても同様である。例えば2つの物標がほぼ同じ距離で別方位に表示されるような場合に、等距離線などの補助線無しでは、どちらの物標が遠いのか近いのかが判然としない。
3次元的表示においては、視点が一定の高さにあることが前提である。その視点から俯瞰する形で、近傍と遠方の両方をカメラ撮影のように矩形領域(2次元画面)に投影することで3次元的表現を得るわけであるが、限られた矩形領域へ投影するので、表示画面の表示範囲に足下を含めると一般的に中距離域から遠距離域にかけての画像が、表示画面上の上部に「圧縮」されて表現されてしまう。すなわち、表示画面の大半が足下の画像で占められることになる。あるいは、投影用領域の採り方によっては近傍のみの表示になってしまう。人間やTVカメラの場合には、足下を見るときは遠方を見るのをあきらめ、俯角を変える(パンする)ことで遠方をみる習性があるので不都合は感じないが、固定的な投影条件が多い3次元的表示の場合には、足下を表現することを事実上捨てなければ良好な画像が得られないことになる。しかし、例えば航海機器の表示装置においては、足下すなわち自船近傍をオミットして中距離域以遠だけを表示するという固定的な投影は安全の観点から採ることのできない選択である。
従来のカメラ的投影法で3次元的表示を行う方法は、表示対象領域の3次元位置情報と色などの表示属性とともに静的に内蔵している地理的情報データベースを逐一スキャンし、それらが投影用領域のどこに投影されるかを計算し、その投影用領域と等価な描画用メモリへ計算結果をプロットしていくというものであった。そして、この表示対象領域と投影用領域との関係は、座標的にも図形的にも「平行」ではなく、一次変換の投影計算を行うものであった。
前記鉛直線に対して垂直且つ所定高さで交わる平面上で、該平面と前記鉛直線との交点を中心とした円弧上の視点から前記鉛直線を通る前記表示対象領域への視線が交わる交点が存在する、前記回転面上の領域、または前記鉛直線上の1つの視点から前記表示対象領域への視線が交わる交点が存在する、前記回転面上の領域、を投影用領域として設定し、該投影用領域内での前記視線の交点を投影データとして生成するデータプロットステップと、
前記表示対象領域の、前記原点座標を基準とする方位方向に前記視線を移動させたときに前記投影用領域での交点が移動する方向を一方の軸とし、前記表示対象領域の、前記原点座標を基準とする距離方向に前記視線を移動させたときに前記投影用領域での交点が移動する方向を他方の軸とする直交座標系にして前記投影データを2次元表示するデータ表示ステップと、
で投影を行う。
この発明の第1の実施形態に係る3次元投影法について図3を参照して説明する。
図3は、表示対象領域、投影用領域、視点、視線等の関係を示す図である。図3(A)において、3次元上の原点Oを通る鉛直線を回転中心線とする逆円錐面RCを考え、前記鉛直線上の所定高さにある視点Vから表示対象領域OAを見たとき、その視線が逆円錐面RCと交わる点が存在する領域が投影用領域PAである。
まず原点O(自船の位置)の座標(0,0,0)、視点V(0,0,Z)を決定する。
図4〜図6はこの発明の3次元投影法による表示例について示している。図4(A)は図3(C)に示したものと同様の、投影用領域に仮想的に投影した画像の表示画面上への表示例であり、表示画面の下辺が視点となる。これに対して図4(B)は従来のカメラ的投影法による表示画面の例である。カメラ的投影法では、視点が表示画面の下辺中央の1点となり、等方位線を表示すれば、図中実線で示すように、視点から放射状に延びる直線として表示される。また、等距離線を表示すれば、前記視点を中心とする同心楕円状の曲線として表示される。
次に、第2の実施形態に係る3次元投影法について図7〜図9を参照して説明する。
図7は、表示対象領域、投影用領域、視点、視線等の関係を示す図である。
まず図8(A)に示すように、原点O(自船の位置)の座標(0,0,0)、基準視点QC(0,0,Z)を決定する。
次に、第3の実施形態に係る3次元投影法について図10・図11を参照して説明する。
第1・第2の実施形態では投影用領域PAが逆円錐面をなすように設定したが、投影用領域は、原点Oを通る鉛直線を回転中心線とし、頂点が下方を向く回転面であればよく、必ずしも逆円錐面でなくてもよい。図10は原点Oを通る鉛直線を含む断面図である。図10においてRC1は第1・第2の実施形態で示した逆円錐面であり、図10では直線の母線として現れている。RC2,RC3は、いずれも原点Oを通る鉛直線を回転中心線とし、頂点が下方を向く回転面であるが、非逆円錐面である。これらも図10では曲線の母線として現れている。
次に、第4の実施形態に係る3次元投影法について図12・図13を参照して説明する。
図12は投影用領域と表示画面との関係を示す図である。図12(A)において、3次元上の原点Oを通る鉛直線を回転中心線とする逆円錐面RCの所定領域が投影用領域PAである。この投影用領域PAをどのように定めるかについては第1〜第3の実施形態の場合と同様である。図12(B)は表示画面の形状を示している。表示画面PA″は円筒面内部から見える面の一部を成している。
次に、この発明の実施形態に係る3次元図形表示装置について図14・図15を参照して説明する。
図14は、表示対象領域のデータを基に表示画面に3次元図形を表示するための処理について示すフローチャートである。まず表示対象領域が決定されると、その表示対象領域に対応する地理的データベースを選択し、その地理的データベースから、原点Oを中心とする極座標形式の各点のデータ(オブジェクト)を方位毎に生成する。この処理が本発明に係る「オブジェクト抽出ステップ」に相当する。
図15は視点および表示対象領域を含む範囲の平面図である。ここで視線方位をθ、物標方位をφ、水平視野角をα、表示画面幅wの中心位置からの横方向ドット位置をgxとする。
PA−投影用領域
RC−逆円錐面
V−視点
O−原点
Claims (3)
- 直交(X,Y,Z)の座標系における原点座標(0,0,0)を通り、(X,Y,0)面上で一定角度開いた2つの直線上の2つの線分を円弧でつないだ扇状台形を成す表示対象領域と、前記原点座標を通るZ軸である鉛直線を回転中心線とする回転面と、を設定し、
前記鉛直線に対して垂直且つ所定高さで交わる平面上で、該平面と前記鉛直線との交点を中心とした円弧上の視点から前記鉛直線を通る前記表示対象領域への視線が交わる交点が存在する、前記回転面上の領域、または前記鉛直線上の1つの視点から前記表示対象領域への視線が交わる交点が存在する、前記回転面上の領域、を投影用領域として設定し、該投影用領域内での前記視線の交点を投影データとして生成するデータプロットステップと、
前記表示対象領域の、前記原点座標を基準とする方位方向に前記視線を移動させたときに前記投影用領域での交点が移動する方向を一方の軸とし、前記表示対象領域の、前記原点座標を基準とする距離方向に前記視線を移動させたときに前記投影用領域での交点が移動する方向を他方の軸とする直交座標系にして前記投影データを2次元表示するデータ表示ステップと、
を含むことを特徴とする投影法。 - 前記回転面は、前記鉛直線を中心とする逆円錐面である請求項1に記載の投影法。
- 直交(X,Y,Z)の座標系における原点座標(0,0,0)を通り、(X,Y,0)面上で一定角度開いた2つの直線上の2つの線分を円弧でつないだ扇状台形を成す表示対象領域と、前記原点座標を通るZ軸である鉛直線を回転中心線とする回転面と、を設定し、
前記鉛直線に対して垂直且つ所定高さで交わる平面上で、該平面と前記鉛直線との交点を中心とした円弧上の視点から前記鉛直線を通る前記表示対象領域への視線が交わる交点が存在する、前記回転面上の領域、または前記鉛直線上の1つの視点から前記表示対象領域への視線が交わる交点が存在する、前記回転面上の領域、を投影用領域として設定し、該投影用領域内での前記視線の交点を投影データとして生成するデータプロット手段と、
前記表示対象領域の、前記原点座標を基準とする方位方向に前記視線を移動させたときに前記投影用領域での交点が移動する方向を一方の軸とし、前記表示対象領域の、前記原点座標を基準とする距離方向に前記視線を移動させたときに前記投影用領域での交点が移動する方向を他方の軸とする直交座標系にして前記投影データを2次元表示するデータ表示手段と、
を含むことを特徴とする図形表示装置。
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