JP6211144B1 - 表示制御方法および当該表示制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】直感的に視点を切り替えることができる表示制御方法を提供する。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を備えたシステムにおける表示制御方法であって、当該方法は、（ａ）仮想カメラ３００を含む仮想空間を定義する仮想空間データを生成するステップと、（ｂ）仮想カメラ３００の視野および仮想空間データに基づいて、ＨＭＤに視野画像を表示させるステップと、（ｃ）ＨＭＤの動きと連動して仮想カメラ３００を仮想空間内で移動させることで視野画像を更新するステップと、（ｄ）上下方向へのＨＭＤの移動量が所定量を超えた場合には、仮想カメラ３００の描画範囲を変化させるステップと、（ｅ）描画範囲を変化させた場合には、水平方向において、ＨＭＤの移動量に対する仮想カメラ３００の移動量を変動させるステップと、を含む。【選択図】図１０

Description

本開示は、表示制御方法および当該表示制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

ユーザの頭部に装着され、仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）空間や拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）空間等の仮想空間として仮想空間画像を表示可能なヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ‐Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）が知られている。特許文献１は、仮想空間を利用して建築物等の物件の設計支援を行うための視点情報表示機能付き設計支援システムを開示している。特許文献１には、リアルタイムで視点位置を変更する手段として、操作ボタン群を操作してユーザが仮想空間内で前後左右にウォークスルーする従来手段の他に、平面図表示部で視点位置を入力することにより瞬時に視点位置を移動させたり、視野角を変更することによって現実空間におけるユーザの移動量を仮想空間における移動量に変換する際の倍率（スケール）を変更させたりする手段が記載されている。

特開２０００−１７２７４０号公報

特許文献１に記載のシステムでは、操作ボタン群を操作することで視野角の切り替えが行われる。しかし、ヘッドマウントディスプレイを用いてユーザに様々な体験を提供するに当たり、視野画像を定義するための視点の切り替えをより直感的に行う方法が要求されている。

本開示は、直感的に視点を切り替えることができる表示制御方法を提供することを目的とする。また、本開示は、当該表示制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。

本開示が示す一態様によれば、ヘッドマウントディスプレイを備えたシステムにおける表示制御方法であって、
当該表示制御方法は、
（ａ）仮想カメラを含む仮想空間を定義する仮想空間データを生成するステップと、
（ｂ）前記仮想カメラの視野および前記仮想空間データに基づいて、前記ヘッドマウントディスプレイに視野画像を表示させるステップと、
（ｃ）前記ヘッドマウントディスプレイの動きと連動して前記仮想カメラを前記仮想空間内で移動させることで前記視野画像を更新するステップと、
（ｄ）上下方向への前記ヘッドマウントディスプレイの移動量が所定量を超えた場合には、前記仮想カメラの描画範囲を変化させるステップと、
（ｅ）前記描画範囲を変化させた場合には、前記上下方向に交差する水平方向において、前記ヘッドマウントディスプレイの移動量に対する前記仮想カメラの移動量を変動させるステップと、
を含む。

本開示によれば、直感的に視点を切り替えることができる表示制御方法を提供することができる。

本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）システムを示す概略図である。 ＨＭＤを装着したユーザの頭部を示す図である。 制御装置のハードウェア構成を示す図である。 視野画像をＨＭＤに表示する処理を示すフローチャートである。 仮想空間の一例を示すｘｙｚ空間図である。 （ａ）は、図５に示す仮想空間のｙｘ平面図であり、（ｂ）は、図５に示す仮想空間のｚｘ平面図である。 仮想カメラの視点を切り替えるための処理を示すフローチャートである。 仮想空間内における視点切り替えの一例を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ＨＭＤを装着したユーザの移動に対応するＨＭＤの座標変化を示す図である。 現実空間におけるＨＭＤの移動に応じた仮想空間内での仮想カメラの座標変化を示す図である。 仮想カメラの大きさを変動させる例を示す図である。 仮想カメラの描画範囲を変化させる態様の例を示す図である。 （ａ）は、通常視点での視野画像を示す図であり、（ｂ）は巨人視点での視野画像を示す図である。 第二の実施形態に係る仮想空間内における視点切り替えの例を示す模式図である。 記憶部に記憶される属性情報テーブルを示す図である。 仮想カメラの画角を変化させる態様の一例を示す図である。 （ａ）は、一人称視点での仮想空間内における仮想カメラの配置構成を示す図であり、（ｂ）は、三人称視点での仮想空間内における仮想カメラの配置構成を示す図である。（ｃ）は、（ａ）の場合の視野画像を示す図であり、（ｄ）は、（ｂ）の場合の視野画像を示す図である。

［本開示が示す実施形態の説明］
本開示が示す実施形態の概要を説明する。
（１）ヘッドマウントディスプレイを備えたシステムにおける表示制御方法であって、
当該表示制御方法は、
（ａ）仮想カメラを含む仮想空間を定義する仮想空間データを生成するステップと、
（ｂ）前記仮想カメラの視野および前記仮想空間データに基づいて、前記ヘッドマウントディスプレイに視野画像を表示させるステップと、
（ｃ）前記ヘッドマウントディスプレイの動きと連動して前記仮想カメラを前記仮想空間内で移動させることで前記視野画像を更新するステップと、
（ｄ）上下方向への前記ヘッドマウントディスプレイの移動量が所定量を超えた場合には、前記仮想カメラの描画範囲を変化させるステップと、
（ｅ）前記描画範囲を変化させた場合には、前記上下方向に交差する水平方向において、前記ヘッドマウントディスプレイの移動量に対する前記仮想カメラの移動量を変動させるステップと、
を含む。

上記方法によれば、上下方向へのヘッドマウントディスプレイの移動に応じて仮想カメラの描画範囲が変化することで、より直感的に視点を切り替えることができる。そのため、より没入感の高い仮想空間の表示制御方法を提供することができる。

（２）前記ステップ（ｄ）では、前記仮想カメラの画像取得部の大きさを変動させることで前記描画範囲を変化させても良い。

上記方法によれば、簡便な方法により仮想カメラの描画範囲を変化させることができる。

（３）前記ステップ（ｄ）では、前記描画範囲の変化の前後において前記仮想カメラの視軸方向における視点位置が変動しないように、前記仮想カメラの座標を補正しても良い。

上記方法によれば、ＨＭＤの上下方向の移動に連動して仮想カメラの大きさを変動させる際の視軸方向における視点位置の変動を抑えることで、視野画像の不自然な変化を防止することができる。

（４）前記仮想カメラは、左眼用仮想カメラと右眼用仮想カメラとを含み、
前記ステップ（ｄ）は、前記左眼用仮想カメラと前記右眼用仮想カメラとの間の距離を変動させるステップをさらに含んでも良い。

（５）前記ステップ（ｄ）は、前記仮想カメラの画角を変化させるステップを含む、

これらの方法によれば、より直感的に視野の範囲を変化させることができる。

（６）一実施形態に係るプログラムは、（１）から（５）のうちいずれかに記載の表示制御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。

この構成によれば、ヘッドマウントディスプレイの所定方向への移動に応じて直感的な視点の切り替えが可能なプログラムを提供することができる。

［本開示が示す実施形態の詳細］
以下、本開示が示す実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は繰り返さない。

（第一の実施形態）
図１は、本開示が示す実施形態（以下、単に本実施形態という。）に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、単にＨＭＤという。）システム１を示す概略図である。図１に示すように、ＨＭＤシステム１は、ユーザＵの頭部に装着されたＨＭＤ１１０と、位置センサ１３０と、制御装置１２０と、外部コントローラ３２０とを備える。

ＨＭＤ１１０は、表示部１１２と、ＨＭＤセンサ１１４と、ヘッドフォン１１６とを備えている。なお、ＨＭＤ１１０にヘッドフォン１１６を設けずに、ＨＭＤ１１０とは独立したスピーカやヘッドフォンを用いても良い。

表示部１１２は、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵの視界（視野）を完全に覆うように構成された非透過型の表示装置を備えている。これにより、ユーザＵは、表示部１１２に表示された視野画像のみを見ることで仮想空間に没入することができる。なお、表示部１１２は、ユーザＵの左眼に投影される左眼用の表示部とユーザＵの右眼に投影される右眼用の表示部とから構成されてもよい。

ＨＭＤセンサ１１４は、ＨＭＤ１１０の表示部１１２の近傍に搭載される。ＨＭＤセンサ１１４は、地磁気センサ、加速度センサ、傾きセンサ（角速度センサやジャイロセンサ等）のうちの少なくとも１つを含み、ユーザＵの頭部に装着されたＨＭＤ１１０の各種動きを検出することができる。

位置センサ１３０は、例えば、ポジション・トラッキング・カメラにより構成され、ＨＭＤ１１０の位置を検出するように構成されている。位置センサ１３０は、制御装置１２０に無線または有線により通信可能に接続されており、ＨＭＤ１１０に設けられた図示しない複数の検知点の位置、傾きまたは発光強度に関する情報を検出するように構成されている。また、位置センサ１３０は、赤外線センサや複数の光学カメラを含んでもよい。

制御装置１２０は、位置センサ１３０から取得された情報に基づいて、ＨＭＤ１１０の位置情報を取得し、当該取得された位置情報に基づいて、仮想空間における仮想カメラの位置と、現実空間におけるＨＭＤ１１０を装着したユーザＵの位置を正確に対応付けることができる。

次に、図２を参照して、ＨＭＤ１１０の位置や傾きに関する情報を取得する方法について説明する。図２は、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵの頭部を示す図である。ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵの頭部の動きに連動したＨＭＤ１１０の位置や傾きに関する情報は、位置センサ１３０および／またはＨＭＤ１１０に搭載されたＨＭＤセンサ１１４により検出可能である。図２に示すように、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵの頭部を中心として、３次元座標（ｕｖｗ座標）が規定される。ユーザＵが直立する垂直方向をｖ軸として規定し、ｖ軸と直交し表示部１１２の中心とユーザＵとを結ぶ方向をｗ軸として規定し、ｖ軸およびｗ軸と直交する方向をｕ軸として規定する。位置センサ１３０および／またはＨＭＤセンサ１１４は、各ｕｖｗ軸回りの角度（すなわち、ｖ軸を中心とする回転を示すヨー角、ｕ軸を中心とした回転を示すピッチ角、ｗ軸を中心とした回転を示すロール角で決定される傾き）を検出する。制御装置１２０は、検出された各ｕｖｗ軸回りの角度変化に基づいて、視野情報を定義する仮想カメラの視軸を制御するための角度情報を決定する。

次に、図３を参照して、制御装置１２０のハードウェア構成について説明する。図３に示すように、制御装置１２０は、制御部１２１と、記憶部１２３と、Ｉ／Ｏ（入出力）インターフェース１２４と、通信インターフェース１２５と、バス１２６とを備える。制御部１２１と、記憶部１２３と、Ｉ／Ｏインターフェース１２４と、通信インターフェース１２５とは、バス１２６を介して互いに通信可能に接続されている。

制御装置１２０は、ＨＭＤ１１０とは別体に、パーソナルコンピュータ、タブレットまたはウェアラブルデバイスとして構成されてもよいし、ＨＭＤ１１０の内部に搭載されていてもよい。また、制御装置１２０の一部の機能がＨＭＤ１１０に搭載されると共に、制御装置１２０の残りの機能がＨＭＤ１１０とは別体の他の装置に搭載されてもよい。

制御部１２１は、メモリとプロセッサを備えている。メモリは、例えば、各種プログラム等が格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やプロセッサにより実行される各種プログラム等が格納される複数ワークエリアを有するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。プロセッサは、例えばＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および／またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であって、ＲＯＭに組み込まれた各種プログラムから指定されたプログラムをＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭとの協働で各種処理を実行するように構成されている。

特に、プロセッサが本実施形態に係る表示制御方法をコンピュータに実行させるための表示制御プログラム（後述する）をＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭとの協働で当該プログラムを実行することで、制御部１２１は、制御装置１２０の各種動作を制御してもよい。制御部１２１は、メモリや記憶部１２３に格納された所定のアプリケーション（ゲームプログラム）を実行することで、ＨＭＤ１１０の表示部１１２に仮想空間（視野画像）を提供する。これにより、ユーザＵは、表示部１１２に提供された仮想空間に没入することができる。

記憶部（ストレージ）１２３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、ＵＳＢフラッシュメモリ等の記憶装置であって、プログラムや各種データを格納するように構成されている。記憶部１２３には、表示制御プログラムが組み込まれてもよい。また、ユーザの認証プログラムや各種画像やオブジェクトに関するデータを含むゲームプログラム等が格納されてもよい。さらに、記憶部１２３には、各種データを管理するためのテーブルを含むデータベースが構築されてもよい。

Ｉ／Ｏインターフェース１２４は、位置センサ１３０と、ＨＭＤ１１０と、外部コントローラ３２０をそれぞれ制御装置１２０に通信可能に接続するように構成されており、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子、ＤＶＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ―Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子等により構成されている。なお、制御装置１２０は、位置センサ１３０と、ＨＭＤ１１０と、外部コントローラ３２０のそれぞれと無線接続されていてもよい。

通信インターフェース１２５は、制御装置１２０をＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）またはインターネット等の通信ネットワーク３に接続させるように構成されている。通信インターフェース１２５は、通信ネットワーク３を介して外部装置と通信するための各種有線接続端子や、無線接続のための各種処理回路を含んでおり、通信ネットワーク３を介して通信するための通信規格に適合するように構成されている。

次に、図４から図６を参照することで視野画像をＨＭＤ１１０に表示するための処理について説明する。図４は、視野画像をＨＭＤ１１０に表示するための処理を示すフローチャートである。図５は、仮想空間２００の一例を示すｘｙｚ空間図を示す。図６（ａ）は、図５に示す仮想空間２００のｙｘ平面図であって、図６（ｂ）は、図５に示す仮想空間２００のｚｘ平面図である。

図４に示すように、ステップＳ１において、制御部１２１（図３参照）は、仮想カメラ３００を含む仮想空間２００を定義する仮想空間データを生成する。図５および図６に示すように、仮想空間２００は、中心位置２１を中心とした全天球として規定される（図５および図６では、上半分の天球のみが図示されている）。また、仮想空間２００には、中心位置２１を原点とするｘｙｚ座標系が設定されている。ＨＭＤシステム１の初期状態では、仮想カメラ３００が仮想空間２００の中心位置２１に配置されている。
仮想カメラ３００の視野を定義するｕｖｗ座標系は、現実空間におけるユーザＵの頭部を中心として規定されたｕｖｗ座標系に連動するように決定される。また、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵの現実空間における移動に連動して、仮想カメラ３００を仮想空間２００内で移動させてもよい。

次に、ステップＳ２において、制御部１２１は、仮想カメラ３００の視野ＣＶ（図６参照）を特定する。具体的には、制御部１２１は、位置センサ１３０および／またはＨＭＤセンサ１１４から送信されたＨＭＤ１１０の状態を示すデータに基づいて、ＨＭＤ１１０の位置や傾きに関する情報を取得する。次に、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の位置や傾きに関する情報に基づいて、仮想空間２００内における仮想カメラ３００の位置や向きを決定する。次に、制御部１２１は、仮想カメラ３００の位置や向きから仮想カメラ３００の視軸に相当する基準視線Ｌを決定し、決定された基準視線Ｌから仮想カメラ３００の視野ＣＶを特定する。ここで、仮想カメラ３００の視野ＣＶは、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵが視認可能な仮想空間２００の一部の領域と一致する（換言すれば、ＨＭＤ１１０に表示される仮想空間２００の一部の領域に一致する）。また、視野ＣＶは、図６（ａ）に示すｘｙ平面において、基準視線Ｌを中心とした極角θ_αの角度範囲として設定される第１領域ＣＶａと、図６（ｂ）に示すｘｚ平面において、基準視線Ｌを中心とした方位角θ_βの角度範囲として設定される第２領域ＣＶｂとを有する。

このように、制御部１２１は、位置センサ１３０および／またはＨＭＤセンサ１１４からのデータに基づいて、仮想カメラ３００の視野ＣＶを特定することができる。ここで、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵが動くと、制御部１２１は、位置センサ１３０および／またはＨＭＤセンサ１１４から送信されたＨＭＤ１１０の動きを示すデータに基づいて、仮想カメラ３００の視野ＣＶを特定することができる。つまり、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の動きに応じて、視野ＣＶを移動させることができる。

次に、ステップＳ３において、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の表示部１１２に表示される視野画像を示す視野画像データを生成する。具体的には、制御部１２１は、仮想空間２００を規定する仮想空間データと、仮想カメラ３００の視野ＣＶとに基づいて、視野画像データを生成する。すなわち、仮想カメラ３００の視野ＣＶにより、仮想空間データのうち視野画像データとして描画される範囲が定まる。

次に、ステップＳ４において、制御部１２１は、視野画像データに基づいて、ＨＭＤ１１０の表示部１１２に視野画像を表示する。このように、ＨＭＤ１１０を装着しているユーザＵの動きに応じて、仮想カメラ３００の視野ＣＶが変化し、ＨＭＤ１１０に表示される視野画像Ｖが変化するので、ユーザＵは仮想空間２００に没入することができる。

次に、図７から図１１を参照して、ＨＭＤ１１０の上下方向への移動に連動して仮想カメラ３００の視点切り替えを行う処理の一例を説明する。図７は、仮想カメラ３００の視点を切り替えるための処理を示すフローチャートである。図８は、仮想空間２００内における視点切り替えの一例を模式的に示している。図８において、仮想空間２００内の所定の位置にはオブジェクト（例えば建物オブジェクト）ＯＢが配置されている。図９（ａ）〜（ｄ）は、ＨＭＤ１００を装着したユーザＵの移動に対応するＨＭＤ１１０の座標変化、すなわち現実空間におけるＨＭＤ１００の位置変化を示している。図９では、図２に示すｕｖｗ座標をＸｒ・Ｙｒ・Ｚｒ座標と規定する。図１０は、現実空間におけるＨＭＤ１００の移動に応じた仮想空間２００内での仮想カメラ３００の座標変化を示している。図１０では、図５等に示すｘｙｚ座標をＸｖ・Ｙｖ・Ｚｖ座標と規定する。

図９（ａ）に示すように、ユーザＵは、例えば椅子に座った状態でＨＭＤ１１０を装着して３次元画像を体験する場合が多い。このようにユーザＵの姿勢が座位の場合に、仮想空間２００において仮想カメラ３００の視野ＣＶで定義されるユーザＵの視点を、例えば通常視点ＮＶと定義する（図８参照）。

図７に示すように、ステップＳ１１において、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０を装着したユーザＵが動いたか否か、あるいはコントローラ３２０から仮想カメラ３００を移動させるための操作が入力されたか否かを判定する。すなわち、制御部１２１は、仮想カメラ３００に対する移動入力があったか否かを判定する。そして、制御部１２１は、仮想カメラ３００に対する移動入力があったと判定した場合には（ステップＳ１１のＹｅｓ）、ステップＳ１２において、当該移動入力に基づいて仮想空間２００内で仮想カメラ３００を移動させる。

次に、ステップＳ１３において、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の上下方向（図９のＹｒ軸方向）への移動量が所定量を超えたか否かを判定する。例えば、ユーザＵが座った状態（図９（ａ）参照）から立ち上がると（図９（ｂ）参照）、現実空間では、ＨＭＤ１１０の位置は座標Ｐｒ１（Ｘｒ１，Ｙｒ１，Ｚｒ１）から座標Ｐｒ２（Ｘｒ２，Ｙｒ２，Ｚｒ２）へと変化する。ここで、ＨＭＤ１１０のＹｒ軸方向への移動量をΔＹｒとし、Ｚｒ軸方向への移動量をΔＸｒとすると、ＨＭＤ１１０の座標Ｙｒ２，Ｚｒ２は以下の関係式で示される。
（数１）
Ｙｒ２＝Ｙｒ１＋ΔＹｒ ・・・（式１）
（数２）
Ｚｒ２＝Ｚｒ１＋ΔＺｒ ・・・（式２）

このようにＨＭＤ１１０が移動したときに、ＨＭＤ１１０のＹｒ軸方向への移動量が所定のしきい値を超えたと判定されると（ステップＳ１３のＹｅｓ）、制御部１２１は、現実空間におけるＨＭＤ１１０のＹｒ軸方向への移動を仮想空間２００内の仮想カメラ３００のＹｖ軸方向への移動に対応付ける。ＨＭＤ１１０の移動量に応じた仮想カメラ３００のＹｖ軸方向への移動量は、以下の関係式で示される。
（数３）
Ｙｖ２＝Ｙｖ１＋ΔＹｒ＊α ・・・（式３）

上記の関係式において、係数αは、ＨＭＤ１１０のＹｒ軸方向への移動に応じて決定される係数であって、例えば本実施形態に係る表示制御方法が適用される各種ゲームに応じて変化する任意の数値であればよい。また、ＨＭＤ１１０のＹｒ軸方向への移動量に対応する複数のしきい値を設けておき、しきい値ごとに異なる数値の係数αを設定してもよい。

そして、制御部１２１は、ステップＳ１４において、図１０および図１１に示すように、仮想カメラ３００（特に仮想カメラ３００の画像取得部３０１）の大きさを変動させる。画像取得部３０１は、仮想カメラ３００の位置または向きにより決定される視野ＣＶを定義し得るものであればその構成が限定されるものではないが、本例では説明の簡略化のため、例えば図１０や図１１に示すような仮想カメラ３００のレンズ表面に相当する部分を示すものとして説明する。

なお、図１１に示すように、仮想カメラ３００のＹｖ軸方向への移動に応じて、仮想カメラ３００の中心座標Ｃの視軸方向（Ｚｖ軸方向）の位置を変化させずに仮想カメラ３００の大きさを変化させてもよいが、この場合は、仮想カメラ３００の拡大に伴って、例えば画像取得部３０１の中心として定義される仮想カメラ３００の視点ＰｖがＺｖ軸方向に大きく変動してしまう。そのため、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、仮想カメラ３００の大きさが変化しても、仮想カメラ３００の視軸方向における視点Ｐｖが変動しないように仮想カメラ３００の中心座標Ｃの位置を補正することが好ましい。そこで、制御部１２１は、ステップＳ１４において、仮想カメラ３００を拡大させながら、Ｚｖ２＝Ｚｖ１を維持するべく、仮想カメラ３００の中心座標Ｃを修正する。具体的には、制御部１２１は、仮想カメラ３００の拡大に伴って生じる視点ＰｒのＺｖ軸方向の誤差ΔＺｖ’の誤差をキャンセルすることで仮想カメラ３００の中心座標Ｃを修正する。中心座標ＣのＺｖ軸座標は以下の関係式で示される。
（数４）
Ｚｃ２＝Ｚｃ１−ΔＺｖ’・・・（式４）

さらに、Ｚｖ２＝Ｚｖ１を維持するためには、ＨＭＤ１１０の座標Ｚｒ１から座標Ｚｒ２までの移動量であるΔＺｒを相殺することが必要である。ここで、仮想空間における仮想カメラ３００の視点ＰｖのＺｖ軸方向への移動量ΔＺｖは、以下の関係式で示される。
（数５）
ΔＺｖ＝ΔＺｒ＊β＝ΔＺｒ＊Ｙｃ＊ｔ ・・・（式５）

上記の関係式において係数ｔは、仮想カメラ３００の上下方向の位置（高さ位置）に対する、仮想カメラ３００の拡大倍率の変化率を示す。式（５）によれば、仮想カメラ３００が高い位置に移動するほど、すなわち、仮想カメラ３００の拡大率が大きくなるほど、係数βの値が大きくなるため、ＨＭＤ１１０の移動量に対するΔＺｖの変化量は大きくなる。したがって、制御部１２１は、仮想カメラ３００のＹｖ軸方向の中心座標Ｃを、さらに以下の関係式を満たすように補正する。
（数６）
Ｚｃ２＝Ｚｃ１−ΔＺｖ’−ΔＺｒ＊β ・・・（式６）

このように、仮想カメラ３００の中心座標ＣのＺｖ軸座標を修正することで、仮想カメラ３００の視軸方向における視点位置Ｐｖの変動を抑えることができ、視野画像の不自然な変化を防止することができる。

仮想カメラ３００のＹｖ軸方向への移動に応じて、仮想カメラ３００の大きさを変化させると、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、仮想カメラ３００の描画範囲を変化させることができる。前記「描画範囲」は、仮想カメラ３００の視軸方向に所定距離だけ離れた仮想スクリーンＷ上において画像取得部３０１が取得可能な視野画像の範囲、すなわち、仮想カメラ３００によって描画される仮想空間の範囲として定義される。例えば、図１２（ａ）に示すように、画像取得部３０１が三角錐形状であると仮定して、当該三角錐の頂点を仮想カメラ３００の焦点と定義した場合には、仮想カメラ３００の視軸方向における視点位置Ｐｖを変化させずに仮想カメラ３００を拡大すると、仮想カメラ３００の焦点から仮想スクリーンＷまでの距離が拡がる。そのため、仮想スクリーンＷ上での描画範囲を拡げることができる。
なお、図１２（ｂ）に示すように、仮想カメラ３００の画像取得部３０１が撮像素子の撮像面に相当するものであって、仮想カメラ３００と仮想スクリーンＷとの間の所定距離に焦点ｆが存在するものと定義してもよい。この場合には、撮像面に相当する画像取得部３０１の面積が大きくなるにつれて、描画範囲を拡げることができる。
また、図６（ａ）に示す極角θ_αおよび図６（ｂ）に示す方位角θ_βを変化させる、すなわち、仮想カメラ３００の画角を変化させることで、画像取得部３０１の面積を変化させることなく描画範囲を拡げるようにしても良い。

このように、仮想カメラ３００の上下方向（Ｙｖ軸方向）での位置の変化に応じて、仮想カメラ３００の描画範囲を変化させることで、図８に示すように、ユーザＵの視点を通常視点ＮＶから巨人視点ＧＶへと切り替えることができる。これにより、図１３（ａ）に示す通常視点ＮＶでの視野画像Ｖから、図１３（ｂ）に示す巨人視点ＧＶでの視野画像Ｖ（このとき、オブジェクトＯＢは通常視点ＮＶよりも下方かつ小さく見えることとなる）へと、視野画像Ｖの表示を更新することができる。

通常視点ＮＶから巨人視点ＧＶへと仮想カメラ３００の視点が切り替えられた場合には、ステップＳ１５において、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の水平方向における移動量に対する仮想カメラ３００の移動量を変動させる。例えば、図９（ｃ）に示すようにユーザＵがＺｒ方向に移動した場合には、現実空間でのＨＭＤ１１０の移動に連動して、以下の関係式を満たすように仮想カメラ３００の位置を移動させる。
（数７）
Ｚｖ３＝Ｚｖ２＋ΔＺｖ＝Ｚｖ２＋ΔＺｒ＊β＝Ｚｖ２＋ΔＺｒ＊Ｙｃ＊ｔ ・・・（式７）

このように、仮想カメラ３００が高い位置に移動するほどＨＭＤ１１０のΔＺｒに対するΔＺｖの変化量は大きくなる。そのため、図８に示すように、巨人視点ＧＶでは、仮想空間内を俯瞰しながら、仮想カメラ３００へ水平方向への移動操作が入力された場合に、一気に遠くへ行くことができる。

次に、ユーザＵが図９（ｄ）に示すようにかがんだ場合には、図９（ａ）から図９（ｂ）に変化したときとは逆の操作が行われる。現実空間では、ユーザＵの視点位置に「Ｚｒ４＝Ｚｒ３＋ΔＺｒ、Ｙｒ４＝Ｙｒ３＋ΔＹｒ（ΔＹｒはマイナスの値）」の動きが生じる。そこで、制御部１２１は、「Ｙｖ４＝Ｙｖ３＋ΔＹｒ＊α」となるように、ＨＭＤ１１０のＹｒ軸方向への移動と仮想カメラ３００のＹｖ軸方向への移動とを対応付ける。また、制御部１２１は、Ｚｖ４＝Ｚｖ３を維持するように、仮想カメラ３００のＺｖ軸方向における位置を、さらに「Ｚｃ４＝Ｚｃ３−ΔＺｖ’−ΔＺｒ＊β」となるように補正する。

このように、本実施形態によれば、制御部１２１は、上下方向へのＨＭＤ１１０の移動量が所定量を超えた場合に、仮想カメラ３００の画像取得部３０１の大きさを変動させることで仮想カメラ３００の描画範囲を変化させる。それとともに、制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の水平方向における移動量に対する仮想カメラ３００の移動量を変動させる。これにより、より直感的に通常視点ＮＶから巨人視点ＧＶへ視点を切り替えることができる。そのため、より没入感の高い視野画像を提供することができる。

また、制御部１２１は、視点の切り替えの前後、すなわち、描画範囲の変化の前後において、仮想カメラ３００の視軸方向における視点Ｐｖの位置が変動しないように、仮想カメラ３００の中心座標Ｃを補正する。これにより、仮想カメラ３００の大きさが変動した場合でも仮想カメラ３００の視点Ｐｖが変動することがなく、視野画像Ｖの不自然な変化を防止することができる。

また、制御部１２１によって実行される各種処理をソフトウェアによって実現するために、本実施形態に係る表示制御方法をコンピュータ（プロセッサ）に実行させるための表示制御プログラムが記憶部１２３またはＲＯＭに予め組み込まれていてもよい。または、表示制御プログラムは、磁気ディスク（ＨＤＤ、フロッピーディスク）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭ、Ｂｌｕ−ｒａｙディスク等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、フラッシュメモリ（ＳＤカード、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ等）等のコンピュータ読取可能な記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、記憶媒体が制御装置１２０に接続されることで、当該記憶媒体に格納されたプログラムが、記憶部１２３に組み込まれる。そして、記憶部１２３に組み込まれた表示制御プログラムがＲＡＭ上にロードされて、プロセッサがロードされた当該プログラムを実行することで、制御部１２１は本実施形態に係る表示制御方法を実行する。

また、表示制御プログラムは、通信ネットワーク３上のコンピュータから通信インターフェース１２５を介してダウンロードされてもよい。この場合も同様に、ダウンロードされた当該プログラムが記憶部１２３に組み込まれる。

（第二の実施形態）
上記説明した第一の実施形態においては、図１０や図１１に示すように、ＨＭＤ１１０の上下方向の移動に連動して仮想カメラ３００の画像取得部３０１の大きさを変動させることで、仮想カメラ３００の描画範囲を変化させているが、この例に限られない。例えば、第二の実施形態においては、図１４（ａ）に示すように、仮想カメラは、視点位置が互いに異なる左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとを含んでも良い。この場合、制御部１２１は、仮想空間データと左眼用仮想カメラ３００Ｌの視野に基づいて、左眼用視野画像データを生成するとともに、仮想空間データと右眼用仮想カメラ３００Ｒの視野に基づいて、右眼用視野画像データを生成する。そして、制御部１２１は、左眼用仮想カメラによって取得される左眼用視野画像データと右眼用仮想カメラによって取得される右眼用視野画像データとに基づいて、ＨＭＤ１１０の表示部１１２に左眼用視野画像および右眼用視野画像を表示する。これにより、ユーザＵは、視野画像を３次元画像として視認することができる。

本実施形態では、制御部１２１は、図７のステップＳ１４において、仮想カメラの画像取得部の大きさを変化させることに代えて、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を変動させる。制御部１２１は、ＨＭＤ１１０の上方向への移動量が所定量を超えたと判定された場合には、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を拡げ、ＨＭＤ１１０の下方向への移動量が所定量を超えた場合には左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を縮める。例えば、図１４（ａ）に示す左眼用仮想カメラ３００Ｌの中心線と右眼用仮想カメラ３００Ｒの中心線との間の距離Ｄ_１を、図１４（ｂ）に示すように距離Ｄ_２まで拡げると、左眼用仮想カメラ３００Ｌの視野ＣＶ_Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒの視野ＣＶ_Ｒとの相対位置が変化する。これにより、左眼用仮想カメラ３００Ｌおよび右眼用仮想カメラ３００Ｒによって仮想スクリーンＷ上に描画される視野画像の範囲（図１４（ａ），（ｂ）に示す描画範囲Ｒ）の大きさを左右方向において変化させることができる。なお、ここでの描画範囲Ｒは、左右どちらか一つの仮想カメラによって描画される範囲ではなく、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒの両方によって描画される範囲を合わせることにより、ユーザＵによって実質的に視認可能な視野の範囲を意味する。すなわち、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を拡げることで、描画範囲Ｒが左右方向に広くなる。このようにして、例えば、図１４（ｃ）示す通常視点ＮＶでの視野画像Ｖから、図１４（ｄ）に示す巨人視点ＧＶでの視野画像Ｖへと、視野画像Ｖの表示を更新することができる。

なお、記憶部１２３は、図１５に示す属性情報テーブルを記憶していても良い。属性情報テーブルは、例えば、各プレイヤキャラクタに関連付けられたキャラクタＩＤと、キャラクタ属性と、左右カメラ間の距離と、パーツ属性と、に関する情報を含んでいる。キャラクタ属性は、主にプレイヤキャラクタの体格に関する情報であり、例えば「小型」、「中型」、「大型」に分類される。キャラクタ属性に応じて、左右の仮想カメラ間の距離が設定されている。例えば、プレイヤキャラクタの属性が「中型」であれば、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離（左右カメラ間隔）は５０ｍｍと設定されている。プレイヤキャラクタの属性が「小型」である場合は、左右カメラ間隔は「中型」よりも小さくなる（５０−α１となる）ように設定されている。一方、プレイヤキャラクタの属性が「大型」である場合は、左右カメラ間隔は「中型」よりも大きくなる（５０＋α２となる）ように設定されている。パーツ属性は、プレイヤキャラクタが装備しているパーツの属性を示す。例えば、キャラクタＩＤ：００４のプレイヤキャラクタ（キャラクタ属性は「中型」）が「大型」属性のパーツを装備している場合には、通常の「中型」属性のプレイヤキャラクタよりも、左右カメラ間隔が大きくなる（５０＋α３となる）ように設定されている。

制御部１２１は、記憶部１２３に記憶された属性情報テーブルからユーザＵにより選択されたプレイヤキャラクタの属性情報を読出し、読み出した属性情報に基づいて左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を変動させることができる。すなわち、ＨＭＤ１１０の移動に連動せずに、例えばプレイヤキャラクタの属性に応じて視点を切り替えることも可能である。これにより、ユーザＵは、自らが選択したプレイヤキャラクタに関連付けられた視点で画像を楽しむことができる。

また、図１５に示すように、属性情報テーブルは、さらに、各仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの画角に関する情報を含んでいてもよい。例えば、プレイヤキャラクタの属性が「中型」であれば、各仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの画角は６０°と設定されている。プレイヤキャラクタの属性が「小型」である場合は、画角は「中型」よりも小さくなる（６０°−β１となる）ように設定され、プレイヤキャラクタの属性が「大型」である場合は、画角は「中型」よりも大きくなる（６０°＋β２となる）ように設定されている。画角は、図１６に示すように、左右の各仮想カメラ３００Ｌ（３００Ｒ）の基準視線Ｌを中心とした視野の角度θを変化させることで変更することができる。このように、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を拡げるとともに、各仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの画角を拡大することで、より直感的かつ自然に視点を変化させることができる。

なお、画角を変化させる代わりに、左右の仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの各画像取得部３０１Ｌ，３０１Ｒの大きさを変化させても良い。このとき、例えば、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとを一体であるものとして扱い、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の中心線ＣＬ（図１４（ａ）参照）を基準にして仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒを拡大しても良い。これにより、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を拡げるのと同時に、各仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの描画範囲の拡大を実現することができる。

また、図１５に示すように、属性情報テーブルは、さらに、一人称視点用のカメラ設定に関する情報と、三人称視点用のカメラ設定に関する情報とを含んでいてもよい。各プレイヤキャラクタの一人称視点での各仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの設定は、当該プレイヤキャラクタの三人称視点での各仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの設定と一致している（キャラクタＩＤ：００１のプレイヤキャラクタの一人称視点が設定Ａの場合、同一プレイヤキャラクタの三人称視点は設定Ａと略一致した設定Ａ’となる。）。具体的には、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、プレイヤキャラクタＰの一人称視点での左右の仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの間隔Ｄ_３が、同一のプレイヤキャラクタＰの三人称視点での左右の仮想カメラ３００Ｌ，３００Ｒの間隔Ｄ_３と一致していることが好ましい。これにより、図１７（ｃ），（ｄ）に示すように、視野画像Ｖは、一人称視点から三人称視点への変化の前後においてもほぼ一致した状態で（オブジェクトＯＢの表示位置がほぼ変わらない状態で）ＨＭＤ１１０の表示部１１２上に表示される。そのため、ユーザＵは、各プレイヤキャラクタＰの属性に関連付けられた視点で視野画像Ｖを楽しむことができる。

このように、本実施形態によれば、制御部１２１は、例えばＨＭＤ１１０の上下方向の移動や属性情報等の所定の条件を満たす場合に、左眼用仮想カメラ３００Ｌと右眼用仮想カメラ３００Ｒとの間の距離を変動させることで両方の仮想カメラによって描画される仮想空間の範囲（描画範囲Ｒ）を変化させ、左眼用仮想カメラ３００Ｌによって取得される左眼用視野画像と、右眼用仮想カメラ３００Ｒによって取得される右眼用視野画像と、をＨＭＤ１１０に出力する。これにより、ＨＭＤシステム１を用いてユーザに様々な体験を提供することができる。

以上、本開示の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではない。本実施形態は一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲およびその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

１：ＨＭＤシステム
３：通信ネットワーク
２１：中心位置
１１０：ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
１１２：表示部
１１４：ＨＭＤセンサ
１１６：ヘッドフォン
１２０：制御装置
１２１：制御部
１２３：記憶部
１２４：Ｉ／Ｏインターフェース
１２５：通信インターフェース
１２６：バス
１３０：位置センサ
２００：仮想空間
３００：仮想カメラ
３００Ｌ：左眼用仮想カメラ
３００Ｒ：右眼用仮想カメラ
３０１：画像取得部
Ｃ：仮想カメラの中心座標
ｆ：焦点
ＮＶ：通常視点
ＧＶ：巨人視点
Ｐｖ：仮想カメラの視点位置
Ｒ：描画範囲
Ｕ：ユーザ
Ｖ:視野画像
ＶＬ：左眼用視野画像
ＶＲ：右眼用視野画像
Ｗ：仮想スクリーン

Claims (4)

1. ヘッドマウントディスプレイを備えたシステムにおける表示制御方法であって、
   （ａ）仮想カメラを含む３次元仮想空間を定義する仮想空間データを生成するステップと、
   （ｂ）前記仮想カメラの視野および前記仮想空間データに基づいて、前記ヘッドマウントディスプレイに視野画像を表示させるステップと、
   （ｃ）前記ヘッドマウントディスプレイの動きと連動して前記仮想カメラを前記３次元仮想空間内で移動させることで前記視野画像を更新するステップと、
   （ｄ）上下方向への前記ヘッドマウントディスプレイの移動量が所定量を超えた場合には、前記仮想カメラの描画範囲を変化させるステップと、
   （ｅ）前記描画範囲を変化させた場合には、前記上下方向に交差する水平方向において、前記ヘッドマウントディスプレイの移動量に対する前記仮想カメラの移動量を変動させるステップと、
   を含み、
   前記仮想カメラは、前記３次元仮想空間内に配置されるオブジェクトとしての位置座標と、前記仮想カメラの視点の視軸方向において当該位置座標とは異なる位置において所定面積を有する画像取得部とを有するオブジェクトとして定義され、
   前記画像取得部は、前記仮想カメラの前記描画範囲の形状に対応する部分として特定され、
   前記ステップ（ｄ）では、前記オブジェクトのスケールを変更して前記画像取得部の前記所定面積を変動させることで前記描画範囲を変化させるとともに、前記描画範囲の変化の前後において前記画像取得部の前記視軸方向における位置が変動しないように、前記仮想カメラの前記位置座標を補正する、表示制御方法。
2. 前記仮想カメラは、左眼用仮想カメラと右眼用仮想カメラとを含み、
   前記ステップ（ｄ）は、前記左眼用仮想カメラと前記右眼用仮想カメラとの間の距離を変動させるステップをさらに含む、請求項１に記載の表示制御方法。
3. 前記ステップ（ｄ）は、前記仮想カメラの画角を変化させるステップを含む、請求項１または２に記載の表示制御方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の表示制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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