JP5927608B2

JP5927608B2 - 立体形状の立体視画像作成方法、立体形状の立体視表示方法及び立体形状の立体視画像作成プログラム

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Publication number: JP5927608B2
Application number: JP2012088860A
Authority: JP
Inventors: 横山　隆三; 隆三横山
Original assignee: 横山　隆三; 隆三横山
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP2013218536A; WO2013154081A1

Description

本発明は、距離縮尺と標高縮尺を一定値に維持するように、地形や物体などの立体形状及びその表面特性を示す立体形状の立体視画像を作成する方法と、それを用いた立体形状の立体視表示方法と、それに用いられる立体形状の立体視画像作成プログラムに関する。

従来、立体形状を表示する手法として次のような方法がある。その説明の前提として、図１３に示すように、同じ形と色を持つ２つの印Ｂ_ＡとＢ_Ｂが距離２ｄを隔てて描かれた紙面ｐがあるものとする。ここで、印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂを結ぶ直線Ｌ１の中心をＧとする。

図１４（ａ）は、瞳孔距離Ｐの人が、図１３の紙面ｐを距離Ｌだけ隔てて見ている状況を示している。Ｌは紙面距離と呼ぶことにする。また、Ｅ_Ｌ及びＥ_Ｒは各々左眼と右眼である。このとき、両眼Ｅ_Ｌ、Ｅ_Ｒを結ぶ線Ｌ２と、紙面上の印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂを結ぶ線Ｌ１は平行しており、中点Ｇは両眼を結ぶ線の中心の直下にあるとして、左眼Ｅ_Ｌには中点Ｇの右側にある印Ｂ_Ｂのみを見せており、右眼Ｅ_Ｒには中点Ｇの左側にある印Ｂ_Ａのみを見せているものとする。すると、脳は両眼の視野に写っている同一の色と形を持つ印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂを一致させるように反応して、印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂは１つの印として、左眼Ｅ_Ｌと印Ｂ_Ｂを結ぶ線Ｌ_Ｌと右眼Ｅ_Ｒと印Ｂ_Ａを結ぶ線Ｌ_Ｒの交点Ｔ_１にあるように紙面ｐから浮き上がって見えるものとなる。

△Ｅ_ＲＢ_ＡＫと△Ｔ_１ＢＡＧが相似であることから、
Ｈ_１：ｄ＝Ｌ：（Ｐ／２＋ｄ）
が成立することから、点Ｔ_１と紙面ｐとの距離Ｈ_１は式（１）で与えられる。
ここで、ｄは視差と呼ばれる。

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）と同じ条件下で、左眼Ｅ_Ｌには点Ｇの左側にある点Ｂ_Ａのみを見せ、右眼Ｅ_Ｒには点Ｇの右側にある印Ｂ_Ｂのみを見せている状況を示している。このとき、印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂは１つの印として、左眼Ｅ_Ｌと印Ｂ_Ａを結ぶ線Ｌ_Ｌと、右眼Ｅ_Ｒと印Ｂ_Ｂを結ぶ線Ｌ_Ｒの交点Ｔ_２にあるように紙面ｐより沈んで見えるものとなる。

△Ｅ_ＲＢ_ＢＫと△Ｔ_２Ｂ_ＢＧが相似であることから、
Ｈ_２：ｄ＝Ｌ：（Ｐ／２−ｄ）
が成立することから、点Ｔ_２と紙面ｐとの距離Ｈ_２は式（２）で与えられる。

上述の図１４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明した原理に基づき、立体形状の立体視表示は、画素の視差を調整して作成した右眼用画像と左眼用画像を用いて、右眼には右眼用画像のみを、左眼には左眼用画像を見せる方法により実現できるものとなる。

右眼には右眼用画像のみを見せ、左眼には左眼用画像を見せる方法には、両画像をアナグリフ処理して１枚の画像にしたものを青赤メガネで見る方法がある。そのほか、偏光方式、切替シャッター方式、裸眼方式など３Ｄ表示装置による方法がある。

一方、近年、デジタル技術の進歩により、地形を記述する方法として数値標高モデルが普及してきた。これは座標系を水平面に設定して、東西方向及び南北方向に一定間隔の網目をはって、格子点の位置情報とその標高値を組にしたデータセットである。図１５は数値標高モデルを模式的に示したものである。このように位置情報を水平面上に作図する方法は正射投影図法と呼ばれる。

数値標高モデルの概念は、地形の記述に限定されることなく、一般の立体形状を記述する方法としても適用できる。以後、表現対象とする立体形状とは数値標高モデルで記述された地形及び一般の立体形状を意味するものとする。

現在、距離縮尺を１／Ｓとする立体視表示における視差ｄには、格子点の標高値ｈをもとに、図１６に示すように一定角度θを指定して、式（３）を当てる方法が採られている。Ｓは縮尺分母を意味している。

前述した方法を用いて立体視表示を行うと、次のような問題がある。
格子点の標高値ｈが正の場合の立体視表示は図１４（ａ）の状況に該当しており、式（１）に式（３）を代入して、式（４）が得られる。

格子点の標高ｈが負の場合の立体視表示は図１４（ｂ）の状況に該当しており、式（２）に式（３）を代入して、式（５）が得られる。

式（４）の左辺のＨ₁／（ｈ／Ｓ）及び式（５）の左辺のＨ₂／（ｈ／Ｓ）は立体視表示における標高縮尺に相当している。しかし、これらの右辺はともにｈに依存するものとなっており、立体形状の全格子点について一定の標高縮尺を維持するのとはなっていない。

そこで、本発明の目的は、立体形状の全格子点について一定の標高縮尺を維持する、立体形状の立体視画像の作成方法と、それを用いた立体形状の立体視表示方法、及びそれに用いられる立体形状の立体視画像作成プログラムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の立体形状の立体視画像作成方法は、立体形状の立体視画像を作成するに当り、表現の対象となる領域の各点の位置情報及び高さ情報から、水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率を、領域の各点で予め指定された一定の値に維持するように、領域の各点の視差を算出する。その際、領域の各点の高さが基準面標高を超えているか否かによって、特許請求の範囲に示す式（I），式（II）に基いて視差を算出する。ただし、 _Ｕｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合の視差であり、 _Ｄｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合の視差であり、Ｐは瞳孔距離、Ｌは立体視画像からの距離、Ｓは距離縮尺の逆数、ｎは標高縮尺×Ｓの値、Ｂは基準面標高であり、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂは任意に設定される。

本発明の立体形状の立体視画像作成方法は、立体形状の立体視画像を作成するに当り、表現の対象となる領域の各点の位置情報及び高さ情報に基いて算出した各点の視差から正射投影による右眼用画像及び左眼用画像を作成するステップを有し、視差が、水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率を上記領域の各点で予め指定された一定の値に維持するように算出されている。その際、領域の各点の高さが基準面標高を超えているか否かによって、特許請求の範囲に示す式（I），式（II）に基いて視差を算出する。ただし、 _Ｕｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合の視差であり、 _Ｄｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合の視差であり、Ｐは瞳孔距離、Ｌは立体視画像からの距離、Ｓは距離縮尺の逆数、ｎは標高縮尺×Ｓの値、Ｂは基準面標高であり、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂは任意に設定される。

好ましくは、領域の各点には、高さ情報の他に対象が備える表面特性の情報を有しており、作成した右眼用画像及び左眼用画像中に表面特性の情報が記述されている。

発明の立体形状の立体視表示方法は、本発明の立体形状の立体視画像作成方法を用いて作成した右眼用画像と左眼用画像をもとに表現対象の立体形状を表示する。

さらに、本発明の立体形状の立体視画像作成プログラムは、水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率の指定を受けて、表示の対象となる領域の各点の位置情報及び高さ情報に基いて各点の高さが基準面標高を超えているか否かによって本特許請求の範囲に示す式（I），式（II）に基いて当該領域の各点の視差を算出する視差算出手段、及び、視差算出手段において算出された各点の視差に該当する位置に表現対象の表面特性の情報を記述して、正射投影による右眼用画像及び左眼用画像を作成する画像作成手段、としてコンピュータを機能させる。ただし、 _Ｕｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合の視差であり、 _Ｄｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合の視差であり、Ｐは瞳孔距離、Ｌは立体画像からの距離、Ｓは距離縮尺の逆数、ｎは標高縮尺×Ｓの値、Ｂは基準面標高であり、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂは任意に設定される。

地形をはじめ立体形状を立体視表示することは、科学・技術の諸分野、日常生活において重要であり、立体形状が標高縮尺を一定に維持して立体視表示できることは、形状を正確に認識するために重要な意義を持っている。本発明により、表現対象となる立体形状を、距離縮尺及び標高縮尺を一定値に維持した正射投影の立体形状表示として表現することが可能となる。

本発明の実施形態を説明する前提として、数値標高モデルの座標を模式的に示す図である。本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成方法の流れ図である。本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像のうち、右眼用画像と左眼用画像の画素の座標系を示す図である。数値標高モデルの格子点（ｉ，ｊ）と、それに該当する右眼用画像及び左眼用画像の第ｉ行の画素（ｉ，ｊ）の列方向の近傍画素を示したものである。図２に示すＳＴＥＰ４Ａにおける処理を説明するための図である。図２に示すＳＴＥＰ４Ｂにおける処理を説明するための図である。本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成プログラムを格納するコンピュータのシステムを示すブロック構成図である。図７により実現される立体形状の立体視画像作成システムのブロック構成図である。（ａ）及び（ｂ）は、式（９）及び式（１１）で求めた視差を用いて、紙面距離αＬを見ている状況を示している。図２に示すフローに従って作成した右眼用画像である。図２に示すフローに従って作成した左眼用画像である。図１０に示す右眼用画像と図１１に示す左眼用画像を合成してアナグリフ画像としたものである。本発明に関する背景技術として、立体形状を表示する手法の前提を説明するための図である。図１３に示す紙面を距離Ｌだけ離れて見ている状況を示し、（ａ）は印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂが１つの印として紙面から浮き上がって見える場合を示し、（ｂ）は印Ｂ_Ａと印Ｂ_Ｂが１つの印として紙面より沈んで見える場合を示している。数値標高モデルを模式的に示したものである。立体視表示における視差に格子点の標高値をもとに一定角度を指定する方法を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
前提として、本発明の実施形態において、表現対象とする立体形状は、数値標高モデルとして与えられているものとしている。図１は、数値標高モデルの座標を模式的に示す図である。図１に示すように、数値標高モデルの座標は、水平面の南北方向をＩ軸とし、東西方向をＪ軸として、一定間隔で配置された格子点（ｉ，ｊ）で指定され、その集合は式（６）で記述される。
以後、立体形状の格子点が定義されている式（６）の領域を表示対象領域と呼ぶことにする。iとｊはそれぞれ行番号と列番号と呼ばれる。ここで、ｉ＝１及びｉ＝Ｎ_Ｉは各々立体形状の表示対象領域の南端および北端を意味し、ｊ＝１及びｊ＝Ｎ_Ｊは各々立体形状の表示対象領域の西端及び東端を意味している。

本発明の表現対象としている立体形状の数値標高モデルは、式（６）で記述される格子点に対して、標高値を組み合わせたものとして、式（７）で与えられる。
ここで、ｈ_ｉｊは格子点（ｉ，ｊ）の標高値である。格子点は水平面上に等間隔で指定されていることから、数値標高モデルは正射投影図として記述されていることになる。

本発明による立体視表示の対象としている立体形状には、表面特性の情報が付加されているものとして、これも数値標高モデルの形式に準拠して、式（８）のような数値表面特性モデルとして与えられているものとする。
ここで、Ｃ_ｉｊは格子点（ｉ，ｊ）の表面特性を濃度値として、例えば白黒階調値で記述するか、又は色で記述したものである。例えば表面特性を地表斜度としている場合には、Ｃ_ｉｊは格子点（ｉ，ｊ）における地表の傾斜角度に割り当てられた濃度値を意味しており、表面特性を土地利用種目としている場合には、Ｃ_ｉｊは格子点（ｉ，ｊ）における土地利用種目に割り当てられた色を意味している。なお、表面特性には標高を用いてもよい。

本発明の実施形態による立体形状の立体視画像を作成し、表示するにあたって、パラメータとして瞳孔距離Ｐ、紙面距離Ｌ、距離縮尺１／Ｓ、標高縮尺ｎ／Ｓ及び基準面標高Ｂの各値が指定されているものとする。これらのパラメータについて次のように定義される。
瞳孔距離Ｐは人の左眼と右眼との距離であり、人体解剖学的見地から６ｃｍ〜６．５ｃｍの値が想定される場合が多い。
紙面距離Ｌは紙面ｐを直下において眺めるとき、両眼を結ぶ線と紙面ｐとの距離を意味する。この場合、紙面ｐを壁に貼って見る場合には、“紙面を垂直に見る”という表現になる。また３Ｄ表示装置については、紙面の代わりに“画面”という表現になる。
距離縮尺１／ＳのＳは縮尺分母の値である。標高縮尺ｎ／Ｓは距離縮尺のｎ倍として指定される値である。この場合のｎは標高倍率と呼ばれる。
基準面標高Ｂは、立体表示において紙面ｐに相当している標高を意味する。例えば対象領域の標高の最小値が１０００ｍであるような場合には、紙面に該当する標高を１０００ｍとして立体表示させる方法をとる場合がある。この時は、基準面標高は１０００ｍとしていることになる。ここで、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂの値は任意に指定できる。

本発明の実施形態では、表現対象とする立体形状の数値標高モデル及び数値表面特性モデルが与えられた下で、瞳孔距離Ｐの人が、紙面距離をＬとして、右眼には右眼用画像のみを見せ、左眼には左眼用画像のみを見せたとき、表現対象とする立体形状の表面特性が距離縮尺１／Ｓ及び標高縮尺ｎ／Ｓを維持して、紙面を基準面標高Ｂに一致させた正射投影の立体視表示を実現する。

図２は本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成方法の流れ図である。
先ず、表現の対象となる領域が指定され、式（７）と式（８）で定義されるように、その領域の数値標高モデルと数値表面特性モデルが与えられる（ＳＴＥＰ１Ａ，ＳＴＥＰ１Ｂ）。

次に、変数ｉをｉ＝０と初期化し（ＳＴＥＰ２Ａ）、変数ｉを１カウントアップし（ＳＴＥＰ２Ｂ）、変数ｉがＮ_Ｉを超えていなければ（ＳＴＥＰ２ＣでＮｏ）、変数ｊをｊ＝０と初期化して（ＳＴＥＰ２Ｄ）、変数ｊを１カウントアップして（ＳＴＥＰ２Ｅ）、変数ｊがＮ_Ｊを超えていなければ（ＳＴＥＰ２ＦでＮｏ）、次のＴＥＰ３及びＳＴＥＰ４を行う。ＳＴＥＰ３では、数値標高モデルにおいて格子点（ｉ、ｊ）の視差の算出を行い、ＳＴＥＰ４では、ＳＴＥＰ３で算出した視差に従って右眼用画像及び左眼用画像にそれぞれ表面特性情報Ｃ_ｉｊの書き込みを行う。

ＳＴＥＰ３の算出及びＳＴＥＰ４の書き込みを格子点（１，１）から格子点（１，Ｎ_Ｊ）まで行い（ＳＴＥＰ２ＦでＹｅｓ）、さらに、格子点（２，１）から格子点（２，Ｎ_Ｊ）まで行い、格子点（Ｎ_Ｉ，１）から格子点（Ｎ_Ｉ，Ｎ_Ｊ）まで行う（ＳＴＥＰ２ＣでＹｅｓ）。これにより、右眼用画像と左眼用画像とが完成する（ＳＴＥＰ５）。

ＳＴＥＰ３について具体的に説明する。ＳＴＥＰ３では、数値標高モデルにおいて、水平距離の縮尺に対応する高さ方向の表示縮尺の倍率が格子点によらず予め定められた一定の値となるよう、当該格子点（ｉ，ｊ）の視差を算出する（ＳＴＥＰ３Ｂ，ＳＴＥＰ３Ｃ）。その際、数値標高モデルにおいて格子点（ｉ，ｊ）の標高値ｈ_ｉｊが基準面標高Ｂを超えているか判断し（ＳＴＥＰ３Ａ）、標高ｈ_ｉｊが基準面標高Ｂを超えていれば（ＳＴＥＰ３ＡでＹｅｓ）、後述する式（９）により視差_ｕｄ_ｉｊを算出する。標高ｈ_ｉｊが基準面標高Ｂを超えていなければ（ＳＴＥＰ３ＡでＮｏ）、後述する式（１１）により視差_Ｄｄ_ｉｊを算出する。

ＳＴＥＰ４では、ＳＴＥＰ３で算出した当該格子点（ｉ，ｊ）の視差に対して、右眼用画像及び左眼用画像にそれぞれ表面特性情報Ｃ_ｉｊの書き込み（ＳＴＥＰ４）を行う。

本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成方法においては、ＳＴＥＰ３がデータ解析の第１段階となり、ＳＴＥＰ４がデータ解析の第２段階となる。以下詳細に説明する。

データ解析の第１段階（ＳＴＥＰ３）では、表現対象となる立体形状の数値標高モデルにおいて、標高値ｈとする格子点（ｉ,ｊ）が、基準面標高Ｂの下で、標高縮尺ｎ／Ｓとして立体視表示されるための視差ｄを算出する。視差の算出について、２つの場合に分けて説明する。

ケース１として、標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合、すなわち
ｈ≧Ｂ
の場合を考える。このとき、視差を_Ｕｄと記述して、次のように指定するものとする。

ケース１の場合、立体視表示は図１４（ａ）の状況にあるものとして、点Ｂ_Ａ及び点Ｂ_Ｂに格子点の表面特性情報Ｃが書き込まれるものとすると、表面特性情報Ｃは紙面から浮き上がって見えるものとなり、その高さは式（１）に式（９）を代入して式（１０）となる。
ここで、（ｈ−Ｂ）／Ｓは標高ｈの基準面標高Ｂより上の高さを縮尺１／Ｓで記述したものに相当する。従って、高さＨ_１は表面特性情報Ｃが見えている高さを縮尺１／Ｓで表示したものをｎ倍したものとなっている。つまり、表面特性情報Ｃが標高縮尺ｎ／Ｓで表示されていることになる。よって、式（９）で視差を求められることが分かる。

次に、ケース２として、標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合、すなわち
ｈ＜Ｂ
の場合を考える。このとき、視差を_Ｄｄと記述して、次のように指定するものとする。

ケース２の場合、立体視表示は図１４（ｂ）の状況にあるものとして、点Ｂ_Ａ及び点Ｂ_Ｂに格子点の表面特性Ｃが書き込まれるものとすると、表面特性情報Ｃは紙面から沈んで見えるものとなり、その深さは式（２）に式（１１）を代入して式（１２）となる。
ここで、（ｈ−Ｂ）／Ｓは標高ｈの基準面標高Ｂより下の高さを縮尺１／Ｓで記述したものに相当し、負の符号を持っている。従って、Ｈ_２は表面特性情報Ｃが見えている深さを縮尺１／Ｓで表示したものをｎ倍したものとなっている。つまり、表面特性情報Ｃが標高縮尺ｎ／Ｓで表示されていることになる。よって、式（１１）で視差を求められることが分かる。

本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成方法におけるデータ解析の第２段階では、式（９）及び式（１１）で与えられる視差に基いて、立体視表示のための右眼用画像及び左眼用画像の該当する画素に表面特性値を書き込む。

図３は、本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像のうち、右眼用画像と左眼用画像の画素の座標系を示す図である。右目用画像及び左眼用画像のために、それぞれ図３に示すような画像空間を用意する。右眼用画像、左眼用画像の各画素には、数値標高モデルと同一の座標系の下に同一の行列の番号が付記されており、画素間の距離は数値標高モデルの格子間距離の１／Ｓ倍としている。なお、両画像の領域は、視差を記入するために、数値標高モデルの領域より広く取っている。

図４は、数値標高モデルの格子点（ｉ，ｊ）と、それに該当する右眼用画像及び左眼用画像の第ｉ行の画素（ｉ，ｊ）の列方向、つまり東西方向の近傍画素を示したものである。表面特性値Ｃ_ｉｊの書き込みは、標高値ｈが基準面標高Ｂより小さくない場合と、標高値ｈが基準面標高Ｂより小さい場合とに分けて行う。

ケース１の格子点（ｉ，ｊ）の標高値ｈ_ｉｊが基準面標高Ｂより小さくない場合、すなわち、ｈ_ｉｊ≧Ｂの場合には、上述の式（９）を用いて視差_Ｕｄ_ｉｊを算出し、図１４（ａ）を想定して、図５に示すように、格子点（ｉ，ｊ）の表面特性情報Ｃ_ｉｊを、右眼用画像には画素（ｉ，ｊ）から西側つまり左側に_Ｕｄ_ｉｊだけ離れている画素に書き込み、左眼用画像には画素（ｉ，ｊ）の東側に_Ｕｄ_ｉｊつまり右側だけ離れている画素に書き込む。

ケース２の格子点（ｉ，ｊ）の標高値ｈ_ｉｊが基準面標高Ｂより小さい場合、すなわち、ｈ_ｉｊ＜０の場合には、上述の式（１１）を用いて視差_Ｄｄ_ｉｊを算出し、図１４（ｂ）を想定して、図６に示すように、格子点（ｉ，ｊ）の表面特性情報Ｃ_ｉｊを、右眼用画像には画素（ｉ，ｊ）から東側つまり右側に_Ｄｄ_ｉｊだけ離れている画素に書き込み、左眼用画像には画素（ｉ，ｊ）の西側に_Ｄｄ_ｉｊつまり左側だけ離れている画素に書き込む。

本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成方法では、データ解析の第２段階において、式（９）及び式（１１）で与えられる視差_Ｕｄ_ｉｊ，_Ｄｄ_ｉｊに基いて立体視表示のための右眼用画像及び左眼用画像の該当する画素に表面特性値を書き込む処理を、数値標高モデルの全ての格子点に行う。すると、立体視表示のための右眼用画像及び左眼用画像が完成する（ＳＴＥＰ５）。

格子点に対する操作の順序は、ライン走査に従うのが効率的である。すなわち最初に（１，１）から列方向に順次（１，２）,（１，３）,・・・（１，Ｎ_Ｊ）へと進み、第１行が完了したならば、第２行、第３行へと進み、最終的に第Ｎ_Ｉ行の処理を行う（図２におけるＳＴＥＰ２Ｂ乃至ＳＴＥＰ２Ｆ）。その際、計算過程で、同一の画素に複数の表面特性値を書き込む状況が生じた場合には、標高の大きいほうを書き込むものとする。

上述の方法による右目用画像及び左眼用画像の作成は、画素の東西方向に表面特性の書き込みをしていることから、北を上に向けて画像を見ることによって立体視が可能となる。

上述の方法で作成された右目用画像及び左眼用画像は、図３を参照して説明したように、数値標高モデルと同一の座標系から距離縮尺が１／Ｓの正射投影図となっており、またデータ解析の第１段階で説明したように、標高縮尺はｎ／Ｓとなっている。よって、表現対象とする立体形状の数値標高モデルを用いて、表現対象とする立体形状の立体視表示において、対象領域において標高縮尺をｎ／Ｓに維持することができ、立体形状の表面特性を正射投影で立体視表示するための右眼用画像及び左眼用画像が作成される。

図２に示すＳＴＥＰ２Ａ乃至ＳＴＥＰ２Ｆの変数制御では、画素を行方向、つまり東西方向に沿って移動させながら、表面特性を書き込む。しかし、画素を列方向、つまり南北方向に沿って移動させながら、表面特性を書き込んでもよい。なお、右眼用の視差と左眼用の視差の方向を行方向にとって作成された右眼用画像及び左眼用画像では、それらの画像の北を上に向けてみることにより立体視が可能となり、右眼用の視差と左眼用の視差の方向を列方向にとって作成された右眼用画像及び左眼用画像では、それらの画像の東を上に向けてみることにより立体視が可能となる。

次に、本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成プログラムについて説明する。立体形状の立体視画像作成プログラムをコンピュータに格納して実行することにより、立体視画像作成装置を製造することができる。

図７は、本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成プログラムを格納するコンピュータのシステムを示すブロック構成図である。コンピュータのシステム１０は、コンピュータ１１と、キーボードその他の入力部１２と、出力手段１３としてプリンタ１３ａやディスプレイ装置１３ｂを備えている。コンピュータ１１は、ＲＯＭ１１ａ、ＲＡＭ１１ｂと接続するＣＰＵ１１ｃと、ＣＰＵ１１ｃに対し入力部１２から入力される指令などをＣＰＵ１１ｃに出力制御する入力制御部１１ｄと、ＣＰＵ１１ｃから出力手段１３に対して出力データを出力する出力制御部１１ｅと、を備える。ＣＰＵ１１は、数値標高モデル、数値表面特性モデルを格納したデータベース１４に接続される。データベース１４とＣＰＵ１１との接続には、図示しない通信ネットワークを経由してもよい。本発明の実施形態に係る立体形状の立体視画像作成プログラムがＲＯＭ１１ａに格納されて、ＣＰＵ１１ｃがＲＯＭ１１ａに格納されている当該プログラムを実行することにより、図８に示すようにコンピュータ１１を立体視画像作成装置１１Ａとして具現化することができる。

図８は図７により実現される立体形状の立体視画像作成システムのブロック構成図である。図７と同一又は対応する要素には同一の符号を付している。立体形状の立体視画像作成プログラムは、ＲＯＭ１１ａ、ＲＡＭ１１ｂ及びＣＰＵ１１ｃを、図８に示すように、視差算出手段１１ｆ、画像作成手段１１ｇ及び制御手段１１ｈとして機能させる。

視差算出手段１１ｆは、入力部１２から入力制御部１１ｄを経由して、水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率の指定を受け、表示の対象となる領域の各格子点の位置情報及び高さ情報に基いて当該領域の各格子点の視差を算出する。

画像作成手段１１ｇは、視差算出手段１１ｆにおいて算出された各格子点の視差に該当する位置に表現対象の表面特性の情報を記述して、正射投影による右眼用画像及び左眼用画像を作成する。作成した右眼用画像、左眼用画像のデータはＲＯＭ１１ａ、ＲＡＭ１１ｂなどのメモリに格納される。

制御手段１１ｇは、図２に示すＳＴＥＰ２Ａ乃至ＳＴＥＰ２Ｆの処理を行う。また、制御手段１１ｇは視差算出手段１１ｆ及び画像作成手段１１ｇを制御し、出力制御部１１ｅを経由して出力手段１３によって出力表示されたり印刷出力されたりする。

立体視画像作成装置１１Ａを用いて立体視画像を作成する方法及び立体視画像を表示する方法について説明する。

先ず、入力部１２から入力制御部１１ｄを経由して制御手段１１ｈに対し、立体形状の立体視画像として表現の対象となる領域が指定される。これにより、ＳＴＥＰ１Ａ，１Ｂとして、数値表面特定モデルと数値標高モデルとが選定される。

次に、制御手段１１ｈとして、変数ｉを１〜Ｎ_Ｉまで、変数ｊを１〜Ｎ_Ｊまで、それぞれ１ずつカウントアップしながら、格子点（ｉ，ｊ）の標高ｈ_ｉｊが基準面標高Ｂより高いかを判定し、視差算出手段１１ｆにより格子点（ｉ，ｊ）の視差を算出し、画像作成手段１１ｇにより右眼用画像及び左眼用画像にそれぞれ表面特性情報Ｃ_ｉｊを記述する。

このようにして作成された右眼用画像と左眼用画像とは、画像作成手段１１ｇによりＲＡＭ１１ａやＲＯＭ１１ｂなどのメモリに格納される。よって、出力手段１３としてプリンタ１３ａやディスプレイ装置１３ｂに対して、メモリに格納されている右眼用画像と左眼用画像を出力することにより、立体形状を表示することができる。なお、プリンタ１３ａに出力するには、右眼用画像と左眼用画像にアナグリフ処理を適用しなければならない。

図９は、図８により出力手段１３に出力された立体視画像を見ている状況を模式的に示しており、（ａ）は標高値ｈが基準面標高Ｂよりも高い場合を示しており、（ｂ）は標高値ｈが基準面標高Ｂよりも低い場合を示している。Ｅ_Ｒ，Ｅ_Ｌ、ｄについては図１４（ａ）及び（ｂ）に示すものと同じである。

図９（ａ）及び（ｂ）は、式（９）及び式（１１）で求めた視差を用いて、紙面距離αL（α＞０）を見ている状況を示している。つまり、０＜α＜１の場合にはＬより近くで見た場合に相当しており、１＜αの場合にはＬより遠くで見た場合に相当している。

この場合には、図１４を参照して、視差ｄ及び瞳孔距離Ｐは変化しないで、紙面距離のみαＬとなることから、Ｈ_１及びＨ_２は単にα倍されて、各々αＨ_１及びαＨ_２の高さに見えるものとなる。これを式（１０）のＨ_１及び式（１２）のＨ_２について記述すると、αｎ（ｈ−Ｂ）／Ｓの値は図９（ａ）では紙面ｐから_ｕＨ_αで示す高さ、図９（ｂ）では紙面ｐから_ＤＨ_αで示す深さに相当する。つまり、紙面距離Ｌとして作成された立体視画像を紙面距離αＬで眺めた場合の標高縮尺は、αに比例してαｎ／Ｓとなることを意味している。この性質は、本発明で作成される立体形状図の他の１つの特徴であると言える。

本発明の実施形態による立体形状の表現には、陰影などによる方法を用いていない。したがって、表現対象としている立体形状の性質を、本発明による立体視表示で判読する際には、光源位置による影響は受けない。

立体形状の表面特性には多種多様のものがある。地形に関しては、特性値が数値で与えられている例として、斜度図、地上開度図、地下開度図などがあり、特性値が分類種目で与えられている例として、土地利用図、植生図、地質図などがある。

図１０、図１１、図１２は、それぞれ、図２に示すフローに従って作成した富士山周辺の斜度（地表傾斜角）図の右眼用画像、左眼用画像、及びそれらから合成したアナグリフ画像である。つまり、表面特性情報として地表の傾斜の度合いを用いたものであり、斜度が大きいほど暗く表現している。表面特性情報として標高値を例にしたものである。

以上説明したように、本発明の実施形態では、立体視表示のための右眼用画像及び左眼用画像が、表現対象の立体形状の数値標高モデル及び数値表面特性モデルとパラメータとして指定された瞳孔距離Ｐ、紙面距離Ｌ、距離縮尺１／Ｓ、標高縮尺ｎ／Ｓ及び標準面標高Ｂの各値を用い、各格子点（ｉ，ｊ）において、式（９）及び式（１１）に沿って視差を算出し、右眼用画素、左眼用画素に対してその視差に基いて当該格子点（ｉ，ｊ）の表面特性情報Ｃ_ｉｊが書き込まれることにより作成される。

つまり、第１段階では、数値標高モデルの中の指定された格子点について標高縮尺をｎ／Ｓに維持する視差を算出する。そして、第２段階では、数値標高モデルの中の指定された格子点について、第１段階で算出された視差に基づいて、右眼用画像及び左眼用画像の中の画素に表面特性値を記入する。これを数値標高モデルの全ての格子点について実施すれば、表現対象となる立体形状の立体視表示のための右眼用画像及び左眼用画像が完成する。このようにして完成した右眼用画像及び左眼用画像は、アナグリフ画像に合成して青赤メガネで見る方法、又は３Ｄ表示装置を用いて表示する方法により実現される。

本発明の実施形態では、数値標高モデルが領域の各点を等間隔に区分した格子点で位置情報と高さ情報とを備えているため、格子点毎に視差を算出しているが、等間隔でなく、例えば南北方向と東西方向とで間隔が異なる場合には、その間隔で区分した各点においてそれぞれ視差を算出する。特に、地形ではなく三次元物体の形状を３Ｄで示す場合、高さの値が或る方向とこれに交差する方向とで異なる場合には、値の変化が大きい方向の間隔を狭くし、それに交差する方向の間隔を広くしてもよい。

１０：コンピュータのシステム
１１：コンピュータ
１１Ａ：立体視画像作成装置
１１ａ：ＲＯＭ
１１ｂ：ＲＡＭ
１１ｃ：ＣＰＵ
１１ｄ：入力制御部
１１ｅ：出力制御部
１１ｆ：視差算出手段
１１ｇ：画像作成手段
１１ｈ：制御手段
１２：入力部
１３：出力手段
１３ａ：プリンタ
１３ｂ：ディスプレイ装置
１４：データベース

Claims

立体形状の立体視画像を作成するに当り、
表現の対象となる領域の各点の位置情報及び高さ情報から、水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率を、前記領域の各点で予め指定された一定の値に維持するように、前記領域の各点の視差を算出する、立体形状の立体視画像作成方法であって、
前記領域の各点の高さが基準面標高を超えているか否かによって、式（I），式（II）に基いて前記視差を算出する、立体形状の立体視画像作成方法。

ただし、 _Ｕｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合の視差であり、 _Ｄｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合の視差であり、Ｐは瞳孔距離、Ｌは立体視画像からの距離、Ｓは距離縮尺の逆数、ｎは標高縮尺×Ｓの値、Ｂは基準面標高であり、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂは任意に設定される。
立体形状の立体視画像を作成するに当り、
表現の対象となる領域の各点の位置情報及び高さ情報に基いて各点の高さが基準面標高を超えているか否かによって式（I），式（II）に基いて算出した各点の視差から正射投影による右眼用画像及び左眼用画像を作成するステップを有し、
前記視差が、水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率を前記領域の各点で予め指定された一定の値に維持するように算出されている、立体形状の立体視画像作成方法。

ただし、 _Ｕｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合の視差であり、 _Ｄｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合の視差であり、Ｐは瞳孔距離、Ｌは立体視画像からの距離、Ｓは距離縮尺の逆数、ｎは標高縮尺×Ｓの値、Ｂは基準面標高であり、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂは任意に設定される。
前記領域の各点には、高さ情報の他に対象が備える表面特性の情報を有しており、
作成した右眼用画像及び左眼用画像中に前記表面特性の情報が記述されている、請求項２に記載の立体形状の立体視画像作成方法。
請求項２又は３に記載の立体形状の立体視画像作成方法を用いて作成した右眼用画像と左眼用画像をもとに表現対象の立体形状を表示する、立体形状の立体視表示方法。
コンピュータを、
水平距離の縮尺に対する高さ方向の表示縮尺の倍率の指定を受けて、表示の対象となる領域の各点の位置情報及び高さ情報に基いて各点の高さが基準面標高を超えているか否かによって式（I），式（II）に基いて当該領域の各点の視差を算出する、視差算出手段、及び
前記視差算出手段において算出された各点の視差に該当する位置に表現対象の表面特性の情報を記述して、正射投影による右眼用画像及び左眼用画像を作成する、画像作成手段、
として機能させるための立体形状の立体視画像作成プログラム。

ただし、 _Ｕｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さくない場合の視差であり、 _Ｄｄは標高値ｈが基準面標高Ｂの値より小さい場合の視差であり、Ｐは瞳孔距離、Ｌは立体画像からの距離、Ｓは距離縮尺の逆数、ｎは標高縮尺×Ｓの値、Ｂは基準面標高であり、Ｌ，Ｓ，ｎ，Ｂは任意に設定される。