JPH03184119A

JPH03184119A - ３次元情報入力方法

Info

Publication number: JPH03184119A
Application number: JP1323241A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ebina; 修海老名
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-13
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1991-08-12

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、３次元空間表示装置に対して、視点または光
源からの方位を任意に変化させる情報を入力できる３次
元空間情報入力方法に関する。

〔従来の技術〕

３次元空間を表示する表示装置には、３次元の物体が表
示されるが、扱者からその物体を見る視点の方位が変更
されると、表示される物体の方向が変化する。例えば、
横または後方に視点が変更されると、表示される物体は
前時点で横方向に向いていた面が９０″回転して正面を
向き、また後方に向いていた面が１８０＠回転して正面
を向く。

一方、光源を用いる場合には、表示されている物体に陰
影が表示される。光源の方位を変更して、前時点の前方
向から左横方向に光源が移ると、陰影は後方向から右横
方向に移ることになる。

従来、３次元処理／表示装置においては、３次死空間中
の方位情報（つまり、視点の方位、入射光の方位等）を
入力する方法として、キーボード等からパラメータの数
値（３次元座標情報、または極座標情報）を入力してい
た。

また、従来、３次元情報入力方法として、手の動きを指
すことにより、その方位が入力される方法が開発されて
いた。これに伴って、手首の動きを入力するデータグロ
ーブ（手袋）と呼ばれる大刃物体も開発されている。し
かし、特別な入力装置が必要となる等の問題があった。

また、視点または光源の方位情報の入力方法ではないが
、類似するものとして、本出願人の出願による米国特許
第４７６６４２３号明細書、（日本国出願、特願昭６１
−１０８９号明細書）および米国特許第４８１２８２９
号明細書等がある。

この特許の指示方法は、３次元表示物体を２次元の指示
手段により指示することが困難であるため、表示されて
いる空間の中にカーソルを配置して指示する方法である
。

〔発明が解決しようとする課題１このように、従来の３次元空間中での方位情報の入力方
法としては、キーボードから数値パラメータを入力する
ことにより行っていたため、３次元空間情報を対話型、
実時間処理で入力する場合には、入力操作が複雑であっ
て、時間がかかってしまうという問題がある。

本発明の目的は、このような従来の課題を解決し、３次
元空間情報を対話型、実時間で処理するシステムにおい
て、３次元空間の視点または光源の方位情報を簡単に、
かつ高速に入力することが可能な３次元情報入力方法を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の３次元情報入力方法
は、（イ）表示画面内に３次元空間の表面を表わす曲面
を表示し、曲面上の特定の点の位置を、２次元的に移動
する入力機器により制御することにより、移動させて３
次元的に方位を指定することに特徴がある。また、（ロ
）入力機器により制御される曲面上の点と、曲面上以外
の他の１点とを結ぶ直線をとり、直線の方位を表示され
る３次元空間内の方位情報として入力することにも特徴
がある。さらに、（ハ）曲面を、表示する３次元空間内
の座標原点を中心とする球または半球の表面とすること
にも特徴がある。

〔作　　用〕

本発明においては、３次元空間中に仮想的な曲面（例え
ば、球または半球）を想定して、その曲面上に点を定義
することにより、この点の曲面上の位置を２次元情報入
力手段（例えば、マウスまたはジョイスティック等）に
より制御する。すなわち、３次元空間中の方位情報の入
力のために、曲面上にない他の点（例えば、球の中心点
、半球の切断面の中心点等）とその曲面とを結ぶ直線が
、２次元入力手段により制御される曲面上の点の位置に
より任意に設定できることに着目している。

このように、本発明では、２次元情報の入力手段を、仮
想された３次元空間中の曲面上の点を移動させる２次元
情報を入力するために利用している。この場合、点は曲
面上を２次元的に移動するだけであるが、曲面自体が３
次元的変位を持っているため、結果的に３次元的情報を
入力することができる。そして、曲面の他の別個の固定
点（例えば、中心点）を設けて、曲面上の移動する点と
その固定点とを結ぶ直線を考えれば、２次元情報入力手
段により、この直線の方位を任意に設定することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明の３次元情報入力方法を適用した表示
システムの全体概要図である。

第１図において、１０１は３次元表示装置、ｌＯ２は主
表示ウィンドウ、１０３は方位を設定入力する時点での
み表示される方位設定ウィンドウ、１０４は本発明で新
たに提案された仮想曲面（ここでは、半球）、１０５は
仮想曲面上の点（ここでは、半球上の点）、１０６は２
次元的に移動するポインティングデバイス（マウス）で
ある。

ここでは、３次元空間としての複数の箱が、３次元表示
装置１０１の主表示ウィンドウ１０３内に表示されてい
る。同時に、視点方位入力のために、視点方位設定ウィ
ンドウ１０３も表示されており、そのウィンドウ１０３
中には、主表示ウィンドウの３次元空間に対応した座標
軸と、その原点を中心とする半球１０４とが表示されて
いる。

ここでは、視点方位設定ウィンドウ１０３の半球の中心
が別個の固定点として設定される。

本発明においては、視点方位設定ウィンドウ１０３に３
次元表示としての曲面（例えば、球または半球）とその
曲面上を移動する点を表示し、その曲面以外の固定点（
例えば、球または半球の中心点）とその移動点とを結ぶ
直線の方向で、入力方位を表わしている。従って、ポイ
ンティングデバイス１０６等の２次元的入力手段により
、簡単に３次元的な方位を入力することが可能である。

第２図は、第１図における視点方位設定ウィンドウの詳
細説明図である。

第２図において、１０３は視点方位設定ウィンドウ、１
０４は３次元曲面（仮想曲面）、ここでは半球を表す境
界線、１０５は半球上（仮想曲面上）を移動する点、１
０６はポインティングデバイス（マウス）、２０１は基
本線と移動点１０５とが形成する方位情報である。

半球上の点１０５と座標軸原点の間は、直線２０１で結
ばれている。点＋０５の座標（極座標）は、パラメータ
（θ、ψ）を用いた極座標で表わされる。

マウス＋０６をａ〜ｄ等の方向に移動させると、それに
対応して点１０５は半球＋０４上を矢印ａ〜ｄ等の方向
に移動する。この移動は、仮想曲面の３次元曲面上の移
動であるため、２次元移動ではなく、３次元移動となる
。つまり、マウス１０６を前方向に移動させると、点１
０５は坂を上昇するように移動する。また、マウス１０
６を後方に移動させると、点１０５は坂を下降するよう
に移動する。

点１０５と座標軸原点を結ぶ直線２０１は、主表示ウィ
ンドウが示す３次元空間に対して、表示のための視点が
どこに存在するのかを示す方位情報である。点１０５の
移動により、この方位情報が変化して、主ウィンドウ１
０２が表示する３次元空間の表示視点が変化する。

第３図は、本発明の３次元情報入力方法の動作フローチ
ャートである。

先ず、主ウィンドウ１０２に表示されている３次元空間
を見る視点を変更したいとき、例えば、回転した方向、
あるいは、逆方向からの視野等に視点を変化させたいと
き、表示装置のオペレータは、主ウィンドウ１０２の上
部に配置されている「視点方向ｊをマウスでビックする
。なお、光源方位を変更したいときには、マウスで「光
源方位」をビックする。この動作は、方位設定指示検出
ループで検出され（ステップ３０１）、それにより方位
設定ウィンドウ１０３が開く（ステップ３０２）。

ここで、マウスを移動させると、方位設定ウィンドウ１
０３のクローズ指示でないことを判別しくステップ３０
３）、その移動をマウス移動検出ループで検出する（ス
テップ３０４）。その移動量が、垂直、水平各成分毎に
、変数（ｖ、ｈ）として入力される（ステップ３０５）
、ｖに重み付は定数（−に、）を掛けた値をφに加えて
、ψの新しい値とする。ここで、■はマウスの縦移動距
離であり、ｋ、の負数はマウス１０６の前方移動を点１
０５の上方移動に対応させて、ψが減少する方向にする
ためである。すなわち、マウス１０６を押したとき、点
１０５が上昇するようにしたいので、逆極性座標とした
。これを逆にしても、何等差し支えはない。また、ｈに
重み付は定数に、を掛けた値をθに加え、θの新しい値
にする（ステップ３０６）。ここで、ｈはマウスの横移
動距離であり、θに掛けるに、はマウス１０６の横方向
移動を同じ方向の３次元曲面移動に変換するための値で
ある。

このようにして生成した新しい（θ、ψ）の値を、対象
３次元空間を２次元表示（透視変換処理）するための視
点の方向として用い、新しい表示を得る（ステップ３０
７）。ここで、方位設定ウィンドウをクローズするか否
かを判別し、クローズしない場合には、新しい処理に移
る（ステップ３ｏ３）。

方位設定ウィンドウ１０３を閉じれば、方位設定処理は
終了する（ステップ３０３，３０８）、透視変換処理プ
ログラムは、従来より知られているもので、３次元空間
を表示画面に２次元表示するため、パラメータをマトリ
ックス変換することにより、指定された方向に視点を置
いた物体を画面上に表示する。すなわち、視点を極座標
（θ、ψ）とし、かつ３次元のＸ、ｙ、Ｚの座標を入力
することにより、指定された視点から見た表示画面上の
物体の２次元のＸ＋’／の座標に変換される。

以上は視点方位設定の場合であるが、３次元空間中の光
源の方向を指定する場合にも、同じようにして指定する
ことができる。すなわち、視点方位設定と全く同一の方
法により、マウス１０６で光源方位をビックして光源方
位設定ウィンドウを開き、マウス１０６を変更したい光
源方位の方向に移動することにより、光源方位設定ウィ
ンドウ中の曲面上の点１０５をそれに対応させて移動さ
せ、移動後の点１０５と外部の点とを結ぶ直線方向によ
り光源の方位を指定する。

なお、本発明に他の実施例として、視点または光源方位
設定ウィンドウの３次元曲面として、半球の代りに、完
全な球を使用する方法、あるいは曲面の特殊例として平
面を使用する方法等がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、３次元空間中の
視点または光源の方位情報を、簡単な方法で迅速に入力
することができるので、対話型３次元図形処理装置に適
用すれば、高速処理が可能となる。また、この場合、特
別な入力装置は不要であり、マウス等の一般的に使用さ
れるハードウェアを用いて実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す３次元表示装置の全体
構成図、第２図は第１図における方位設定用ウィンドウ
の詳細説明図、第３図は本発明の３次元情報入力方法の
動作フローチャートである。１０１　：３次元表示装置、１０２：主表示ウィンドウ
、１０３：方位設定ウィンドウ、１０４：仮想曲面、１
０５：仮想曲面上の点、１０６：ボインティングデバイ
ス（マウス）、２０１：方位情報。第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、３次元空間表示装置の視点および光源の方位を入力
する３次元情報入力方法において、表示画面内に３次元
空間の表面を表わす曲面を表示し、該曲面上の特定の点
の位置を、２次元的に移動する入力機器により制御する
ことにより、移動させて３次元的に方位を指定すること
を特徴とする３次元情報入力方法。２、請求項１に記載の３次元情報入力方法において、上
記入力機器により制御される曲面上の点と、曲面上以外
の他の１点とを結ぶ直線をとり、該直線の方位を表示さ
れる３次元空間内の方位情報として入力することを特徴
とする３次元情報入力方法。３、請求項１または２に記載の３次元情報入力方法にお
いて、上記曲面を、表示する３次元空間内の座標原点を
中心とする球または半球の表面とすることを特徴とする
３次元情報入力方法。