JPH0269798A - デイスプレイされたオブジエクトを回転する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、２次元コンピュータ入力コントローラ装置で
３次元コンピュータ入力コントローラ装置をエミュレー
トする方法に関し、更に詳細には、３次元画像でディス
プレイされたオブジェクトを回転する方法に関する。

〔発明の背景〕

コンピュータ・グラフィックスの技術進歩により、今や
、ユーザの能力範囲は大きく拡大した。

現在では、たとえば、ワイヤフレーム形式や、ソリッド
およびシェード形′ｆ：、マたはその一方の形式のよう
な３次元（３Ｄ）画像で、オブジェクトをディスプレイ
することができるようになっている。

３Ｄ画像でディスプレイされたオブジェクトを直接的に
操作するのに、３Ｄトラツクボールの入力コントローラ
装置が使用されているが、これは複雑でしかも高価であ
る。

また、３Ｄ画像でディスプレイされたオブジェクトを操
作する之め、マウスのような２Ｄ人カコントローラを使
用した様々な技術が開発されてきた。

ある周知の技術では、グラフィック的にディスプレイさ
れるｘ、ｙ、ｚスライダを使用している。

これらスライダは、独立的に各軸に関する回転の量を表
示するよう、ユーザにより（たとえば、マウスのような
入力コントローラで）調整される。

しかし、代表的には、所定の時間に１つのスライダしか
調整できない。

別の周知の技術は、回転が要求されている軸のメニュー
選択を含んでいる。その後、回転量を示すため、マウス
のような入力コントローラを１次元で移動するようにな
っている。

さらに別の技術では、マウスまたはキーボードの３つの
ボタンの１つを押し下げて回転軸を選択し、かつ１次元
でマウスを移動して回転量を示すようにしている。

３Ｄ形式でディスプレイされたオブジェクトを操作する
周知の技術における重要な問題点は、入力コンドローラ
装置の移動とオブジェクトの回転方向との間に運動感覚
的な一致（すなわち、刺激−レスポンスの一致）が欠け
ていることである。

すなわち、要求された入力コントローラ装置の移動が、
ディスプレイされたオブジェクトの実際の回転方向では
ないということである。

また、３Ｄオフジエクトを操作する周知の２Ｄ入カコン
トローラ技術における別の問題点は、３次元空間におい
て回転軸を連続的に変化する能力がかいことである。た
とえば、グラフィック・スライダ技術では、所定の回転
に関する軸は、直交軸の１つに限られている。

周知の技術に関する他の問題点は、ｘ、ｙ、ｚ成分を含
んでいる任意の軸に関して回転することができないこと
である。

〔発明の概要〕

したがって、本発明の利点は、入力コントローラの運動
とディスプレイされたオブジェクトの回転とを運動感覚
的に一致させた、２Ｄ入カコントローラ装置で、３Ｄ画
像でデ・ｆスプレィされたオブジェクトを回転させる改
善された技術を提供していることである。

本発明の他の利点は、３次元空間のどの任意の軸に関し
ても、ディスプレイされたオブジェクトを回転できる改
善された技術を提供していることである。

本発明のさらに他の利点は、コンピュータによりｇ識さ
れた基準インジケータを配置する２次元人力コントロー
ラを使用して、コンピュータとビデオ・ディスプレイを
有するコンピュータ制御ディスプレイ装置の３次元画像
にディスプレイされたオブジェクトを回転する方法を提
供していることである。ユーザが見ることができる基準
円を設け、コンピュータが、制御移動モードを活性化す
るよう信号を送る。このような制御移動モードにおける
基準円の移動は、基準円に関する制御移動の位置とχ：
準インジケータの制御＄勤の方向により決定される任意
の軸に関して、ディスプレイされたオブジェクトを回転
させることになる。

以下、添付の図面に基いて、本発明の実施例について説
明する。

〔実施例〕

本発明は、一般に３次元方式で表示されたコンピュータ
ーディスプレイ・オブジェクトの操作に関しておシ、適
切なコンピュータ環境について間単に説明する。第１図
は、一般にマイクロプロセッサ、関連論理回路、メモリ
回路から成るＣＰＵ／メモリ装置１１を含んでいる適当
なコンピュータ装置１０の一般的ブロック図である。キ
ーボード１３は、たとえば、マウス、２Ｄトラツクボー
ル、ジョイスティック、タッチ・スクリーン、タッチ・
タブレットまたはディジタイザのような２次元入力コン
トローラ１５と同様に、ＣＰＵ／メモリ装置１１に入力
を供給する。固定ディスク・ドライブを含んでいるディ
スク・ドライブ１７は、多量のプログラムおよびデータ
を格納するのに使用される。ディスプレイ出力は、ビデ
オ・ディスプレイ１９によシ供給される。

第２図に示すように、ビデオ・ディスプレイ１９上に現
われたオブジェクトは、オブジェクトの回転の中心に起
点を有する直交座標系に関係付けられている。水平軸は
Ｘ軸で、垂直軸はＹ軸で、２軸は、見る人の方に向いて
いる。

理解しやすくするため、以下の説明は、マウスである２
次元入力コントローラ１５に関連して行なわれるが、本
発明は、他の２次元人力コントローラであってもよいこ
とは当業者には明白であろう。２次元制御ディスプレイ
装置とともに使用されるマウス装置の例としては、本実
施例において示されている米国特許用４，４６４，６５
２号が挙げられる。

マウスは、ビデオ・ディスプレイにディスプレイされる
マウス・ポインタの位置を制御する。ポインタは、平坦
面上で、ポインタを移動したい方向にマウスを移動する
ことにより移動される。したがって、平坦面におけるマ
ウスの２次元移動は、それに対応したビデオ・ディスプ
レイ上のマウス・ポインタの２次元移動にトランスレー
トする。

代表的には、マウスは、指で作動する１つ以上の制御ボ
タンを有している。制御ボタンは、ポインタによりメニ
ュー弗オプションを選択する場合のように、いろいろな
機能に対して使用することができるが、本発明は、目標
の進路に沿ってポインタの移動をトレースするのに、単
一のマウス・ボタンを使用している。特に、ポインタを
目標の開始位ｔＫ配置し、マウス・ボタンを押して、制
御移動モードを活性化するようコンピュータに信号を送
り、かつボタンを押したままマウスを移動する。目標の
進路がトレースされると、マウス・ボタンは解除される
。この手順のことを、マウス・ポインタのドラギング（
ｄｒａｇｇｉＢ）と呼称することかある。

代表的には、マウス・ポインタの位置は、所定の割合で
、たとえば１秒当シ１０回の割合でサンプルされる。各
サンプルされた位置は、ライン・セグメントの始めと終
シを規定している。し九がって、マウス・ポインタのド
ラギングにょシトレースされた進路は、一連の相互接続
した短いライン・セグメントから成っていると考えられ
る。なお、ライン・セグメントの終シは、サンプルされ
たマウス・ボイ／り位置によシ規定される。

また、キーボードの所定のキーは、マウス・ポインタの
ドラギングを活性化するのにも使用できる。

第３図において、基準円Ｃは、２Ｄ入力コントローラ１
５を備えたユーザの入力に関する基準として示されてい
る。マウスの場合、基準円は、ビデオ・ディスプレイ装
置の都合のよい位ｆｉ＆にディスプレイされる。また、
物理的ポインタの物理的位置とディスプレイされた画像
の位置とが一致している、タッチ・タブレットマたはデ
イジタイザのような入力コントローラにおいては、基準
円は、適当ガ入カタブレット上に配置されていてもよい
。

マウスとともに使用する場合、基準円は、回転されるべ
きオブジェクトを包囲することができ、これにより、オ
ブジェクトが、適当な入力にし念がって回転される透明
すなわち仮想球中に閉じ込められているという感覚が得
られる。円の中心０は、前述したように回転の中心でも
ある第２図の直交座標系の起点と一致し、ている。

基準円Ｃは、３Ｄトラツクボール入カコンドローラの平
坦な上部半球を表示していると考えられ、“上部半球″
とは、代表的には、それが支持面上に配向されている場
合トラックボールの上半分のことである。無論、基準円
は、トラックボールの平坦な上部半球の上面図を示して
いる。後述するように、基準円に関ｊ７て、２Ｄ入カコ
ントローラの物理的すなわちディスプレイされたポイン
タを移動する動作は、３Ｄ）ラックボールを回転する動
作に対応している。

たとえば、マウスは、基準円の中か、または基準円の外
のいずれかにおいてマウス・ポインタを移動するのに使
用される。基準円Ｃ上、または基準円Ｃ外でマウス令ポ
インタをドラギングすることにより（すなわち、マウス
・ボタンを押し下げてマウスを移動することにより）、
Ｚａｌｌに関して回転することができる。基準円内にお
いてマウス・ポインタをドラギングすることにより、Ｘ
、Ｘ。

２成分を有する任意の軸に関して回転することができる
。特に、ドラギングされたマウス・ポインタのサンプル
された位置によ）規定された各ライン・セグメントに関
して、対象となるディスプレイされたオブジェクトは、
ライン・セグメントの位置、長さ、方向の関数として回
転される。ドラギングされたマウス・ポインタの２つの
連続位置サンプルにより規定されるこのようなライン・
セグメントの１つが、起点Ｐと終点Ｑを有するベクトル
Ｄとして示されている。また、中心ｏから点Ｐ、Ｑへの
各ベクトルは、ベクトルＰ、Ｑとじて示されている。

任意ベクトルＤにより規定された回転軸の決定について
説明するため、ベクトルＤが基準円の中心Ｏで始まりか
つＸ軸に関して角度τを成している第４図に示されてい
る特定のケースについて最初に考察する。便宜上、ベク
トルＡとして示された回転軸は、次のように計算きれる
。

Ａ（ｘ＋７＋Ｚ）　＝Ｃ−内τ郭τＯ〕　　（式１）な
お、式１から得られた回転軸は、ＸＹ面に制限されてい
る。

ベクトルＤが起点から正の方向に配置されたＸ軸上の位
置で始まりかつＸ軸に関して角度τを成している第５図
に示されている特定のケースについて考察する。回転軸
は、式１から得られるが、これはＹ軸に関してωだけ回
転されている。

ｆ（２）−〇°　　　（ｘ＝ｏ）　　　　　　（式３）
％式％（１） 特定の例では、ｆ（ｘ！は、次のような場合がある。

ｆ伏）＝９０・Ｘ　　　　　　　　　　（式４）ｆ（ｘ
）は、回転軸がＹ軸と交差する任意平面上に位置できる
ようにする補間関数である。要するに、関数ｆ（ｘ）は
、３Ｄトラツクボールの上部半球が、回転軸の位置に関
してどのように基準円Ｃに平坦化されるかを規定する。

関数ｆ（ｘ）は、地図製作者が、地図上に陸地の特徴を
表わすのに使用するプロジェクション・マツピングに類
似している。

（回転軸を表わしている）ベクトルＡは、次のように決
定される。

ここで、ＯＰは、円の中心ＯとベクトルＤの起点Ｐとの
間の距離で、ＯＲは円１１の半径で、ｆ（ｘ）は、次の
条件を漕たしている単調に増加する関数である。

（式５） 第６図に示された一般的なケースでは、ＰはＸ軸に関し
て角度θで任意に配置され、ベクトルＤはＸＩ！１１に
関して角度（θ＋τ）を成している。実際上、この一般
的なケースでは、式４により示された特定のケースのベ
クトルＤが、２軸に関してθ度回転されている。したが
って、回転軸を示しているベクトルＡは、式４を改変す
ることにより、Ｚ　Ｅ＋に関するθ度の回転を含むよう
にされている。

（１）中心Ｏを通シ円を横断してマウスをフル掃引する
ことによ、９．１８０度の回転を生じる。

（２）円のエツジの回Ｄ（！たは、外側）の円全体は、
Ｚ軸に関する３６０度の回転を生じる。

ｆ（ｘ）＝９０１１ｘ（Ｄ場合、次のように回転１．φ
を計算することにより、前述した回転特性が適切に近似
されることが経験的にわかっている。

式６は、回転！Ｉ１１を３次元空間に任意に配置するこ
とができるように、式５を変えたものである。

なお、弐６は、角度ω、θにゼロ値を挿入することによ
り、前述した特定のケースの式１，５のように簡単化す
ることができる。

所定のベクトルＤの回転量φは、ベクトルＤの大きさか
ら計算できる。たとえば、φは、ベクトルＤの大きさに
適当なスケール・ファクタを掛けることにより計算でき
る。しかし、３Ｄトラツクボールのローリングをより正
確にモデル化するには、次の特性が達成されるように、
回転量をスケーリングしなければならない。

（式７） なお、ＩＤＩは、ベクトルＤの長さで、ＯＲは、基準円
の半径である。

また、回転量φの計算式は、前述した回転特性（１）　
、　（２）が達成されるならば、それぞれの補間関数ｆ
（支）に対応して異なっている。

ドラギングされたマウス・デイ／りの２つの連続した位
置サンプルによシ規定された各ベクトルＤごとに、回転
軸および回転の量が、弐６．７にしたがって計算される
。ディスプレイされたオブジェクトを示すデータは、回
転を表わすよう処理され、オブジェクト・ディスプレイ
が更新され、回転を示す。

第７図は、３Ｄ画像でディスプレイされたオブジェクト
を操作する前述した２Ｄ技術を示し７’ｊ　−膜内なフ
ローチャートを示している。機能ブロック１１０にした
がって、ドラギングされ友マウス・ポインタの位置が決
定される。回転４（ｈ　Ａと回転の量φは、機能ブロッ
ク１２０　Ｋしたがって、式５．６に基いてそれぞれ計
算される。

回転されるべきオブジェクトを表わすデータは、回転を
含むよう機能ブロック１３０にしたがって処理され、そ
の後、回転されたオブジェクトが、機能ブロック１４０
ＫＬ、たがってビデオ・ディスプレイにディスプレイさ
れる。

第８図は、第７図の機能ブロック１１０，１２０によシ
供給された機能の詳細なフローチャートを示している。

決定ブロック２１１にしたがって、マウス・ボタンが下
がっているかどうかについての決定が行なわれる。下が
っていないならば、決定ブロック２１１　による決定が
繰り返される。マウス・ボタンが下がっている々らば、
マウス・ボタンが押し下げられたばかりであるかどうか
（すなわち、マウス・ボタンが下がっているという最も
新しい決定の前には、マウス拳ボタンが押し下げられて
いない）決定ブロック２１３にしたがって決定が行なわ
れる。マウス・ボタンが押し下げられたばかりである場
合、機能ブロック２１５にしたがって、サンプルされた
マウス・ポイン′夕位置の現在の値に、Ｐが割シ当てら
れる。

マウス・ボタンが押し下げられたばかυでない（マウス
・ボタンは、少なくともすぐ前のサンプルに対して下げ
られた）場合、機能ブロック２１７にしたがって、サン
プルされたマウス番ポインタ位置の現在の値に、Ｑが割
り当てられる。続いて、角度τ、θを計算する機能ブロ
ック２１９に進む。

このような計算は、ポイントの位ｆＦ２Ｐ　、　Ｑに基
いている。機能ブロック２２１Ｋしたがって、ベクトル
Ｄは、ベクトルＱからベクトルＰを引くことにより計算
される。

機能ブロック２２３　にし次がって、次のベクトルＤの
起点は、Ｑの現在の値をＰに割シ当てることにより初期
化される。最後に、式６，７にしたがって、機能ブロッ
ク２２５において回転軸と回転の量が計算される。

周知の技術にしたがって、回路軸と回転の量に関する情
報を使用して、オブジェクトのディスプレイを更新し、
回転を表わす。たとえば、多くのシステムでは、オブジ
ェクト・データをディスプレイ・データにマツプするの
に変換マトリックスを使用している。このマトリックス
は、回転を表わすため適切に変化され、その後、変換マ
）　ＩＪソックスオブジェクト・データに供給され、回
転を示すディスプレイ・データを決定する。

基準円を使用した簡単化した技術は、基準円中のマウス
・ポインタの移動を、ｘＹ平面にある軸に関する回転に
変換するもので、回転軸は上記の式１にしたがって計算
される。基準円上または外のマウスの移動は、２軸に関
する回転を生じる。

この簡単化した技術は、ＸＹ千面の任意軸に関してしか
連続的回転を併給できないが、より簡単な計算が使用で
きる。

最初に述べたように、本発明は、様々な２Ｄ入カコント
ローラに対して使用することができる。

物理的ポインタの物理的位置が、ディスプレイされた画
像上の位置と同一でないこれら入力コントローラ（たと
えば、マウスまたは２Ｄ）ラックボール）において、基
準円とポインタは、ビデオ・ディスプレイにディスプレ
イされる。しかし、物理的ポインタの物理的位置が、デ
ィスプレイサした画像上の位置と同一である２Ｄ入カコ
ントローラにおいては、基準円を入力コントローラ上に
示すこともできるが、ディスプレイされたポインタは使
用されガい。たとえば、基準円は、ディジタイザΦタブ
レット上にマークしてもよく、ディジタイザ・パックの
移動によシ規定されるサンプル・ポイント位置がベクト
ルＤを規定する。同様に、タッチ自タブレットにおいて
は、基準円を、タブレット上にマークしてもよく、また
ユーザの指または針の圧力移動によりベクトルＤが規定
される。

基本的には、本発明は、２Ｄ人カコントローラによって
与えられた２次元移動を、たとえば、３次元中間におけ
る任意の回転軸の３つの直交成分である３つの連続的に
変化する変数に変換する。

本発明技術は、３Ｄ画像にディスプレイされたオブジェ
クトを２Ｄ入カコントローラにより直接的でしかも連続
的に操作できるようにしている。

この技術により、入力コントローラの移動と、その結果
得られたオブジェクトの回転とが一致することができる
。これは、たとえは１基準円が、回転されるべきディス
プレイされたオブジェクトを包囲しているディスプレイ
された基準円である場合、容易に行なうことができる。

ディスプレイされたポインタを、回転されるべきオブジ
ェクトに重ね、ポインタをドラギングすることにょシ、
オブジェクトを把持しかつこれを回転しているという感
覚を与える。基準円が、ディスプレイされたオブジェク
トを包囲する仮想球を示し、かつ回転が２Ｄ人カコント
ローラの移動で球を回転することにより生じると考える
ことにより、本発明の技術における利点が得られる。簡
単に言えば、行なっているものが、すなわち見ているも
のである。

開示された技術は、２Ｄ入カコントローラ装置を使用す
ることにより有効的にしかも容易に実施することができ
る。多くの装電において、本発明技術は、適当なソフト
ウェアを使用することにより実施することができる。

前述したように、２Ｄ入カコントローラを使用している
本発明技術は、３Ｄトラツクボール・コントローラ金エ
ミュレートしている。基準円は、３Ｄ）ラックボールの
露出された上部の平面図を示している。基準円内におい
てデイ／りを移動することは、トラックボールのローリ
ングに対応しておシ、基準円の周囲の回りをポインタを
移動することは、トラックボールの旋回に対応している
。

３Ｄ）ラックボールをエミュレートする他、本発明の技
術は、３Ｄトラツクボールより優れた利点を有している
。３Ｄトラツクボールは、トラックボールの“赤道“に
おける回転センサの必然的位置のため、トラックボール
の上半分が完全には露出されないので、同時にロールし
かつ旋回することは困難である。さらに、３Ｄトラツク
ボールの３つの回転センサは、直交して配置され、かつ
トラックボールの回転が特定のセンナのローリング方向
に平行していない場合いくらか滑ってしまう。滑ると、
回転検出の精度は低減する。また、３Ｄ）ラックボール
の回転検出機構は、正確に整合されなければならず、か
つ交戦的環境においてはあまり頑丈でない多くの移動素
子を含んでいる。

開示された２Ｄ技術では、３Ｄトラツクゲールの上部半
球は完全に表示され、かつ同時にローリングと旋回をシ
ミュレートすることができる。さらに、機械重結合は、
２次元に限定されているので、滑りによる不正確さは低
減される。また、この２Ｄ技術によれば、信頼性と頑丈
性を増すため、移動素子を減少することができる。

以上のように、本発明の実施例について説明してきたが
、本発明は、本発明の思想から離れることなく、様々に
改変できることは当業者には明白であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において使用されるコンピュータ装置
のブロック図、第２図は、本発明にょシ回転されるべき
、ディスプレイされたオブジェクトに関する座標系、第
３図は、ディスプレイされたオブジェクトを回転する、
本発明において使用されるディスプレイされたポインタ
の移動を示し、第４および５図は、本発明による、ディ
スプレイされたオブジェクトを回転するディスプレイさ
れたポインタの移動の特定例を示し、第６図は、本発明
による、ディスプレイされたオブジェクトを回転するデ
ィスプレイされたポインタの移動の一般的な例を示し、
第７図は、ディスプレイされたポインタの移動にしたが
って、ディスプレイされたオブジェクトを回転する本発
明の過程を示したフローチャートを示し、第８図は、第
７図のフローチャートにしたがって行なわれたある機能
の詳細がフローチャートを示している。 １０・・・番コンピュータ・システム、１１・拳・・Ｃ
Ｐ　Ｕ／メモリ装［，１３・・Φ・キーボード、１５・
・・・２Ｄ入カコントローラ、１７Φ・・・ディスク・
ドライブ、１９・・・・ビデオ・ディスプレイ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンピュータおよびビデオ・ディスプレイを有す
   るコンピュータ制御ビデオ・ディスプレイ装置に３次元
   画像でディスプレイされたオブジェクトを回転する方法
   において、 基準円を供給する過程と、 コンピュータにより認識された基準インジケータを選択
   的に配置するユーザ作動入力コントローラを供給する過
   程と、 制御移動モードにおける基準インジケータの移動が、基
   準円に関する基準インジケータの制御移動の位置と基準
   インジケータの制御移動の方向とにより決定される軸に
   関して、ディスプレイされたオブジェクトを回転させる
   ことになる制御移動モードを活性化するようコンピュー
   タに信号を送る過程と、 入力コントローラを使用して制御移動モードにおいて基
   準インジケータを移動する過程と、制御移動モードにお
   いて、規定された移動にしたがつて、ディスプレイされ
   たオブジェクトを回転する過程と、 から成ることを特徴とする、３次元画像でディスプレイ
   されたオブジェクトを回転する方法。
2. （２）コンピュータおよびビデオ・ディスプレイを有す
   るコンピュータ制御ビデオ・ディスプレイ装置に３次元
   画像でディスプレイされたオブジェクトを回転する方法
   において、 ビデオ・ディスプレイに基準円をディスプレイする過程
   と、 ビデオ・ディスプレイにディスプレイされたポインタを
   選択的に配置するポインタ制御装置を供給する過程と、 制御移動モードにおけるディスプレイされたポインタの
   移動が、基準円に関するポインタの制御移動の位置とポ
   インタの制御移動の方向とにより決定される軸に関して
   、ディスプレイされたオフジエクトを回転させることに
   なる制御移動モードを活性化するようコンピュータに信
   号を送る過程と、 ポインタ制御装置を使用して制御移動モードにおいてポ
   インタを移動する過程と、 制御移動モードにおいてポインタの移動にしたがつて、
   ディスプレイされたオブジェクトを回転する過程と、 から成ることを特徴とする、３次元画像でディスプレイ
   されたオブジェクトを回転する方法。