JP5387978B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

近年、自動車の車両用の表示装置において、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などで表示装置を構成して、その画面上に、コンピュータグラフィックス技術により作成された仮想的なメータ（計器）の画像を表示する場合が増えてきている。その場合、速度計（スピードメータ）、タコメータ、水温計、燃料残量計など各種メータをまとめて１つの画面上に表示することができ、実物のメータを装備する場合と比較して、組付けの容易さやデザイン変更の自由度の高さなどの多くの利点がある。

例えば下記特許文献１には、メータの枠部分であるリング画像で光沢感を表現するとともに、指針が現示している部分を視認し易い輝度に自動的に変更する技術が開示されている。

特開２００４−１５７４３４号公報

しかし仮想的なメータ画像の表示は平面的に見え易いとの問題点があり、特許文献１を用いても、実物のメータの持つ質感や立体感などを十分に再現できていない。したがって、リアルさが向上し、車両の乗員に立体的な画像として認識されるようなメータ画像の開発が望まれる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、仮想的な計器の画像を表示する車両用表示装置であって、実物の計器の持つ質感や立体感などを十分に再現できて、車両の乗員に立体的な画像として認識される表示がおこなえる車両用表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、車両の車室内に配置された表示部と、前記車両に装備された計測手段による計測値を表示する仮想的な立体の計器の画像を、前記表示部において表示するように制御する表示制御部と、を備え、その表示制御部は、仮想空間内における仮想光源と仮想視点との位置を設定する設定手段と、その設定手段によって位置を設定された仮想光源から放射された仮想的な光を受けた前記仮想的な立体の計器を前記仮想視点から見た画像を形成する画像処理手段と、を備え、前記設定手段は、前記仮想的な立体の計器における反射光と陰影とが変化するように前記仮想光源の位置を時間の経過に応じて周期的に移動させることを特徴とする。

これにより本発明の車両用表示装置では、仮想的な計器を表示する際に仮想光源を移動させることによって仮想表示器の画像における反射光や陰影が変化させるので、変化する反射光や陰影の視覚的効果によって車両の乗員にリアルで立体感があるように視認される計器表示が可能となる。

また前記仮想的な立体の計器は、その周縁に枠部を有し、前記設定手段による仮想光源の移動により、前記枠部における反射光と陰影とが変化するとしてもよい。

これにより仮想の計器において、その枠部の反射光と陰影とを移動する仮想光源からの仮想的な光によるものとするので、枠部表面において移動する反射光と陰影によって乗員に計器表示のリアルさや立体感を効果的に印象付けることができる。

また前記枠部の表面形状は前記仮想視点の方へ膨出する曲面を含むとしてもよい。

これにより仮想視点の方に膨張する曲面を有する枠部に対して、移動する仮想光源からの仮想的な光が照射されることによって、枠部表面を反射光と陰影とが移動する様子が効果的に乗員に視認できるようになるので、計器表示のリアルさや立体感が一層向上する。

また前記仮想的な立体の計器は、円環状の枠部内に、円弧状に配置された目盛部と、その目盛部を指し示すように揺動する指針部と、を有するアナログ型の計器であり、前記仮想的な立体の計器における前記目盛部と指針部とが立体的に形成され、前記目盛部と前記指針部とに形成される陰影は、前記枠部に反射光と陰影とを形成させる仮想光源とは別の、固定した仮想光源であるとしてもよい。

これにより仮想の計器はアナログ計器として、その目盛部や指針部の陰影は、枠部とは別に、固定光源からの光によるものとするので、画像処理の計算負荷を軽くすることができる。

また前記仮想的な立体の計器における前記目盛部と前記指針部とが立体的に形成され、前記目盛部と前記指針部とに形成される陰影も、前記枠部に反射光と陰影とを形成させる仮想光源と同じ、前記設定手段が移動させる仮想光源により形成される陰影であるとしてもよい。

これにより枠部と同様に、目盛部や指針部の陰影も移動する仮想光源からの仮想的な光によるものとするので、枠部、目盛部、指針部の陰影、反射光に統一感ができて計器表示のリアルさや立体感が向上する。

また前記設定手段は、前記車両の前記計測手段による計測値に応じて、前記仮想光源の位置を移動させるとしてもよい。

これにより車両の計測手段からの計測値に応じて仮想光源の位置を移動させるので、計測手段からの計測値に応じて仮想計器上の反射光や陰影が移動して、乗員に計器表示のリアルさや立体感を効果的に印象付けることができる。

また前記計測値は前記車両の車速又はエンジン回転数であり、車速又はエンジン回転数の数値と前記仮想光源の位置との対応関係が予め定められ、前記設定手段は、前記対応関係に従って前記仮想光源の位置を移動させるとしてもよい。

これにより車両の車速またはエンジン回転数に応じて仮想光源の位置を移動させるので、車速またはエンジン回転数に応じて仮想計器上の反射光や陰影が移動して、さらに運転状態が激しく変動するときには反射光や陰影も急激に変化するなどの視覚的効果もともなって、乗員に計器表示のリアルさや立体感を効果的に印象付けることができる。

また前記設定手段は、時間の経過に応じて前記仮想光源の位置を周期的に移動させるとしてもよい。

これにより時間の経過に応じて仮想計器上の反射光や陰影が移動するので、常に反射光や陰影が変化し続けることにより、乗員に計器表示のリアルさや立体感を効果的に印象付けることができる。

また前記設定手段は、前記仮想光源の位置をランダムに移動させるとしてもよい。

これにより常に反射光や陰影がランダムに変化し続けることにより、乗員に計器表示のリアルさや立体感を効果的に印象付けることができる。

本発明の実施例における車両用表示装置の構成図。 仮想空間を示す図。 表示例を示す図。 表示制御処理のフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る車両用表示装置１（表示装置）の実施例１における装置構成の概略図である。表示装置１は例えば自動車の車両に装備される。図１では、表示装置が車両の速度やエンジン回転数などを組み合わせて表示するコンビネーションメータである場合が示されている。

表示装置１は、コンビネーションメータ２とボディＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３を備え、両装置が車内通信４で接続されて情報の受け渡しが可能とされている。車内通信４は例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信とすればよい。

コンビネーションメータ２は、後述する画像処理などのために、各種演算や情報処理を実行するＣＰＵ２１、その作業領域としての一時記憶部であるＲＡＭ２２、や各種情報を記憶するためにＲＯＭ２３、ボディＥＣＵ３等車内の他の部位との通信のためのインターフェイス部２０（Ｉ／Ｆ）を備えるとする。なおＲＯＭは記憶内容の消去や書き換えが可能なＥＥＰＲＯＭを含むとする。

コンビネーションメータ２はさらに、描画ＬＳＩ２４、グラフィックメモリ２５、ＬＣＤ２６（液晶ディスプレイ）、バックライトモジュール２７を備える。描画ＬＳＩ２４によりグラフィックメモリ２５上で画像を形成して、その画像をＬＣＤ２６に伝え、バックライトモジュール２７により裏側から光が照射されることによりユーザが画像を視認できるようになる。ＬＣＤ２６は例えば車両のインストルメントパネルの運転席前部に設置されているとすればよい。なお図１ではＬＣＤ２６を用いた場合を示したが、プラズマディスプレイやＥＬディスプレイなどの自発光ディスプレイとしてもよい。

ボディＥＣＵ３（ＥＣＵ）は、車速センサ３０、エンジン回転数センサ３１、燃料残量センサ３２、水温センサ３３と接続されている。車速センサ３０は、周知のロータリエンコーダ等の回転検出部を含み、例えば車輪取り付け部付近に設置されて車輪の回転を検出してパルス信号としてＥＣＵ３に送る。ＥＣＵ３では、その車輪の回転数を車両の速度に換算する。

エンジン回転数センサ３１は、エンジンの（単位時間あたりの）回転数を計測する。具体的には、エンジン回転数センサ３１は、例えばエンジンから連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサであり、その検出値がＥＣＵ３へ送られてエンジンの回転数が算出される。燃料残量センサ３２は、車両の燃料タンクにおける燃料の残量を検出する。水温センサ３３は、エンジンの冷却水の温度を検出する。

以上の構成のもとで、表示装置１は、車両の走行状態などに関する表示を実行する。具体的には、コンピュータグラフィックスの技術を用いて、仮想的な立体の計器（以降、仮想計器）を仮想空間内に形成し、それを仮想視点から見た画像をＬＣＤ２６上に表示する。その例が図２、図３に示されている。図２には仮想空間、及びその内部に配置された仮想計器、仮想視点などが示されている。図３には、ＬＣＤ２６における表示例が示されている。

まず図２を説明する。仮想空間１００は、コンピネーションメータ内、具体的にはＲＡＭ２２上に形成されており、同空間内に、仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４、仮想視点１０６、仮想光源１０５が設定されている。それらの相対的な位置関係はＣＰＵ２１が設定する。

仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４は、図示左側（ＬＣＤ２６上でも左側）から順に、水温計１０１、タコメータ１０２（回転計、エンジン回転数計）、速度計１０３、燃料残量計１０４からなっている。図２、３のとおり、これら４つの仮想計器は、すべて円形のアナログ型の計器であり、それらすべてが、円弧状に配置された目盛部１１１と、回動（揺動）して計測値を指し示すように配置された指針部１１２とを有する。また円形の仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４の全ての周縁には、円環状の枠部１１０（リング）が形成されている。

そしてエンジン回転数計１０２と速度計１０３とが、さらに水温計１０１と燃料残量計１０４とが、それぞれ同じ大きさで、全体が左右対称に配置されている。そして水温計１０１と燃料残量計１０４とが、エンジン回転数計１０２と速度計１０３とよりも相対的に小面積とされて、かつ仮想視点１０６から相対的に遠方に配置されている。

そして、水温計１０１の図示右側の一部がエンジン回転数計１０２の後ろに隠れ、燃料残量計１０４の図示左側の一部が速度計１０３の後ろ側に隠れることにより、全体がコンパクトに配置されている。仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４のリング１１０の形状はドーナツ形状とされており、仮想視点１０６の側から見ると、仮想視点１０６の側に膨出する曲面を有している。

以上述べたとおり仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４は立体（３次元）として構成され、仮想光源１０５からの仮想的な光を受けて、その表面に反射部分や陰影部分が形成される。図３の例では、仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４のリング１１０の表面は金属的に光が反映するように設定されており、ＬＣＤ２６に表示される画像では、リング１１０の表面に金属的な光沢が形成されている。

本発明では、仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４の画像上の反射光や陰影が変化するように仮想光源の位置を仮想空間内で移動させる。その処理手順が図４に示されている。図４の処理手順はプログラム化して例えばＲＯＭ２３に記憶しておき、これを自動的にＣＰＵ２１及び描画ＬＳＩ２４が実行するとすればよい。

同図の処理手順ではまず、手順Ｓ１０でＣＰＵ２１は、車両の何らかの計測値を取得する。計測値の例としては、車速センサ３０が計測した車速や、エンジン回転数センサ３１が計測したエンジン回転数（回転数）などとすればよい。

次にＳ２０でＣＰＵ２１は、Ｓ１０で取得した計測値が前回に取得した計測値から変化しているか否かを判別する。ＣＰＵ２１は、計測値が変化している場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）はＳ３０に進み、変化していない場合（Ｓ２０：ＮＯ）はＳ１０に戻って、計測値が変化するまで同じ処理を繰り返す。

次にＳ３０でＣＰＵ２１は、Ｓ１０で取得した計測値に応じて仮想光源１０５（ライト）の位置を設定する。その際、計測値が変化することにより仮想光源１０５の位置も変化させる。例えば、計測値を車速（回転数）として、その数値に応じて仮想光源１０５を移動させる場合、仮想空間１００内に仮想光源の移動経路を予め定めておき、その移動経路上の点と車速（回転数）との対応関係を設定しておいて、車速（回転数）が連続的に変化するにつれて移動経路上を仮想光源１０５が連続的に（滑らかに）移動するようにしてもよい。そのとき車速に比例して仮想光源１０５が移動するようにしてもよい。

また計測値を車速と回転数の両方としてもよい。その場合、仮想空間１００内に仮想光源１０５が移動する平面を予め定めて、その移動平面上に、それぞれ車速、回転数を示す座標軸（縦軸、横軸）を定め、車速と回転数とが連続的に変化するにつれて、その平面上で仮想光源１０５を連続的に（滑らかに）移動させる。なおいずれの場合でも仮想光源１０５の移動範囲は、仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４よりも仮想視点１０６に近い領域に限定すればよい。また計算上は仮想光源１０５は点光源とすればよい。

次にＳ４０で描画ＬＳＩ２４は、仮想視点１０６から見たメータ画像を形成する。メータ画像の形成のうち、リング１１０の画像の形成は、コンピュータグラフィックの分野におけるシェーディング法を用いて下記のように行えば、リアルさを追求する本発明にとって好適である。

まず予めリング１１０（の仮想視点１０６から視認される側）を多数の微小なポリゴンに分割しておく。そして各ポリゴンにおける輝度値をフォンの照明モデルより算出する。フォンの照明モデルにおいては、物体表面の輝度は拡散反射光、鏡面反射光、環境光の和とされる。拡散反射光は、光源から光の入射角の余弦に比例し（したがって入射角が小さいほど、つまり垂直な入射に近いほど、反射光の強度は大きい）、あらゆる方向に等しく拡散する。

鏡面反射光は、視線方向と正反射方向（入射角と同じ反射角の方向）との間の角度の余弦のハイライト特性係数乗に比例する。したがって入射角と視線方向の角度との間のずれが大きくなるほど、鏡面反射光の強度は小さくなる。環境光は、空気による反射などであり、光の入射方向や視線方向の角度に関係なく一定値である。

また目盛部１１１の画像は、例えばＲＯＭ２３に予め記憶しておく。その目盛部の画像においては目盛、数字ともに立体的に形成し、それらの陰影は、仮想光源１０５による陰影ではなく、例えば仮想視点１０６から見て斜め上方に位置する固定された光源からの光で形成される陰影として描画しておく。そして、その目盛部の画像に、計測値に応じて位置が調節された指針部１１２の画像を付加する。

図３に示されているように、指針部１１２の画像を付加する場合に、指針部１１２が目盛部１１１の文字の下側（仮想視点よりも遠い側）を動くようにすれば文字の視認に支障が生じないのでよい。指針部１１２の回動角度はＳ１０で求めた計測値に応じて、正しい目盛を指し示すように調節される。指針部１１２の陰影は、指針部１１２の回動角度によって変わるが、例えばその光源を目盛部１１１への光源と同じ固定の光源としてもよい。

描画ＬＳＩ２４は、以上述べたリング１１０、目盛部１１１、指針部１１２の仮想視点１０６から見た画像を、グラフィックメモリ２５上で、仮想計器１０１、１０２、１０３、１０４のそれぞれに対して形成し、その後それらを合成して全体的なメータ画像を形成する。

なおリング１１０の画像に関しては、３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））ごとに上記反射光を算出して、それらを合成すれば、よりリアルな画像が形成できる。さらに金属調の光沢を表現するために、上記拡散反射光の各色ごとの値に、リング１１０の材質として想定された金属材料に応じた光沢分の値を加算すればよりリアルとなる。

最後にＳ５０で描画ＬＳＩ２４は、Ｓ４０で形成されたメータ画像をＬＣＤ２６に表示する。図３に表示例が示されている。図３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ仮想光源１０５の位置が異なる場合のメータ画像であり、陰影や反射光が異なっているのが確認できる。以上が図４の処理手順である。図４の処理手順は、車両の運転中（イグニションオン中）、所定周期で繰り返し実行し続ければよい。

なお上記実施例では目盛部１１１と指針部１１２との陰影は、リング１１０における陰影とは異なる固定した仮想光源によるものとした。これにより画像処理における計算負荷が大きくなる過ぎることが抑制されるが、目盛部１１１と指針部１１２との陰影もリング１１０の陰影と同じ移動する光源によるものとしてもよい。この場合、リング１１０、目盛部１１１、指針部１１２の陰影に統一感が生じるので、メータ画像のリアルさが向上する。

また上記実施例では仮想光源１０５の位置を計測値に応じて移動させたが、仮想光源１０５の位置を時間の経過に応じて周期的に移動させてもよい。この場合、閉じた（つまり端点をもたない）移動経路を予め設定しておいて、その経路上を所定の速さで仮想光源１０５を周回移動させるとしてもよい。

また仮想光源１０５の位置をランダムに移動させるとしてもよい。この場合例えば、時々刻々ＣＰＵ２１で乱数を発生させて、それにより仮想光源１０５の個々の時点での移動方向を決定して、それに従い微小な移動を繰り返すとすればよい。

上記例では仮想計器を速度計、タコメータ、水温計、燃料残量計としたが、本発明ではこれらに何ら限定されず、パワーメータなど車両に装備される他のメータに変更してもよい。

本発明では仮想計器の形式（つまりアナログ式かディジタル式か）や形状には限定はなされない。上記例ではアナログ式メータを、円弧状の目盛部１１１と回動する指針部１１２とからなるものとしたが、直線状に配置された目盛部と平行移動する指針部とからなるものとしてもよい。また指針部を用いない棒グラフ状のメータとしてもよい。その場合にも、そうしたメータの周囲を囲むように枠部を設けて、その枠部の反射光と陰影とを上記例のリング１１０と同様に移動する仮想光源によって形成すればよい。

また上記例ではアナログ式メータとしたが、ディジタル式メータにしてもよい（あるいは複数のメータのうちにディジタル式メータを含んでもよい）。その場合、例えばディジタル式メータに枠部を設けて、その部分の反射光と陰影を上記例のリング１１０と同様に移動する仮想光源によって形成してもよい。そしてディジタル式メータの数字表示部分は、数字を立体化して、その陰影は、上記目盛部１１１と同様に、固定の仮想光源によるものとしてもよい。

上記ではメータの枠部をリング形状としたが、本発明ではこの形状は、例えば楕円や多角形（四角形など）などの他の形状に限定無く変更できる。ただしその際にも枠部の表面に曲面を含むようにすれば、移動する仮想光源による陰影や反射光が顕著に変化して、リアルさを効果的に向上させることができるので好適である。

上記実施例において、Ｓ３０の手順とＣＰＵ２１または描画ＬＳＩ２４とが表示制御部、設定手段を構成する。Ｓ４０の手順とＣＰＵ２１または描画ＬＳＩ２４とが表示制御部、画像処理手段を構成する。

１ 車両用表示装置
２１ ＣＰＵ
２４ 描画ＬＳＩ
２６ ＬＣＤ（表示部）
３０ 車速センサ（計測手段）
３１ エンジン回転数センサ（計測手段）
３２ 燃料残量センサ（計測手段）
３３ 水温センサ（計測手段）
１００ 仮想空間
１０１、１０２、１０３、０１４ 仮想計器
１０５ 仮想光源
１０６ 仮想視点
１１０ リング（枠部）
１１１ 目盛部
１１２ 指針部

Claims (8)

1. 車両の車室内に配置された表示部と、
   前記車両に装備された計測手段による計測値を表示する仮想的な立体の計器の画像を、前記表示部において表示するように制御する表示制御部と、を備え、
   その表示制御部は、
   仮想空間内における仮想光源と仮想視点との位置を設定する設定手段と、
   その設定手段によって位置を設定された仮想光源から放射された仮想的な光を受けた前記仮想的な立体の計器を前記仮想視点から見た画像を形成する画像処理手段と、を備え、
   前記設定手段は、前記仮想的な立体の計器における反射光と陰影とが変化するように前記仮想光源の位置を時間の経過に応じて周期的に移動させることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記仮想的な立体の計器は、その周縁に枠部を有し、
   前記設定手段による仮想光源の移動により、前記枠部における反射光と陰影とが変化する請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記枠部の表面形状は前記仮想視点の方へ膨出する曲面を含む請求項２に記載の車両用表示装置。
4. 前記仮想的な立体の計器は、円環状の前記枠部内に、円弧状に配置された目盛部と、その目盛部を指し示すように揺動する指針部と、を有するアナログ型の計器であり、
   前記仮想的な立体の計器における前記目盛部と前記指針部とが立体的に形成され、
   前記目盛部と前記指針部とに形成される陰影は、前記枠部に反射光と陰影とを形成させる仮想光源とは別の、固定した仮想光源である請求項２又は３に記載の車両用表示装置。
5. 前記仮想的な立体の計器における前記目盛部と指針部とが立体的に形成され、
   前記目盛部と前記指針部とに形成される陰影も、前記枠部に反射光と陰影とを形成させる仮想光源と同じ、前記設定手段が移動させる仮想光源により形成される陰影である請求項２又は３に記載の車両用表示装置。
6. 前記設定手段は、前記車両の前記計測手段による計測値に応じて、前記仮想光源の位置を移動させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用表示装置。
7. 前記計測値は前記車両の車速又はエンジン回転数であり、
   車速又はエンジン回転数の数値と前記仮想光源の位置との対応関係が予め定められ、
   前記設定手段は、前記対応関係に従って前記仮想光源の位置を移動させる請求項６に記載の車両用表示装置。
8. 前記設定手段は、前記仮想光源の位置をランダムに移動させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用表示装置。