JPH04345197A - 時分割式視点追従３次元画像表示装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、時分割式視点追従３次
元画像表示装置に関する。最近のコンピユータを用いた
設計や，　教育においては、コンピユータグラフィック
スが活用されているが、該コンピユータグラフィックス
の活用効果を高める為には、より高いリアリティ，　或
いは、空間操作性を得るための、３次元空間での画像表
示技術が重要である。

【０００２】上記の３次元空間に画像を表示する際、立
体感，或いは、奥行き感を出す要素としては、１）両眼
視差による立体感の他、２）物体に対する頭の相対的な
動きによる立体感、３）照明や陰影による立体感等があ
る。

【０００３】この内、上記１）の両眼視差による立体感
は、二眼式立体視の技術により表現可能であり、３）の
照明や陰影による立体感についても、所謂、コンピユー
タグラフィックスの技術を用いることで表現可能である
。

【０００４】一方、２）の物体に対する頭の相対的な動
きによる立体感の効果は、観測者と画面および空間の相
対的な位置関係によるものであるので、各時刻の観測者
の位置に応じた画像を表示する必要がある。

【０００５】このとき、従来手法では、一人しか正しい
立体像を観測することができなかったが、上記コンピユ
ータを用いた設計や，　教育においては、複数の設計者
，教育対象者がいることがあり、これら複数の観測者に
対しても、同一画面で、正確な３次元画像を観測できる
ことが要求される。

【０００６】

【従来の技術】図６，図７は従来の３次元画像表示装置
を説明する図であり、図６は、原理を示し、図７は、構
成例を示している。

【０００７】従来の一人用の立体視装置としては、図７
に示したように、共有メモリ（ＲＡＭ）１　に格納され
ている物体モデルの３次元画像に対して、予め、２つの
画像生成ユニット　４で、観測者Ａの左右の視点から見
た透視画像を生成し、対応する画像生成ユニット　４の
フレームメモリ（ＶＲＡＭ）　４０　に格納されている
ているフレームデータ（画像データ）（図６参照）を、
ビデオコントローラ　６でフレーム毎に交互に読み出し
、ビデオ信号に変換して、陰極線管等の単一面のディス
プレイ上の画面８に表示すると共に、該画像データに同
期して、観測者Ａが付けている眼鏡　７の左右のシャッ
タを開く等して、立体像を観測可能とする手法が知られ
ている。

【０００８】上記２つのフレームメモリ（ＶＲＡＭ）　
４０　から読み出して、ディスプレイ上に表示されてい
る画面　８の画像を分離する手法としては、ディスプレ
イ上に表示されている画面　８上への左右の画像の表示
に同期｛フレーム選択信号■による｝させて、眼鏡の左
右のレンズの位置に配置した液晶シャッタを開閉｛シャ
ッタ眼鏡開閉信号■による｝し、左右のフレーム画像が
、各々の対応する側の目から観測されるようにする方法
が一般的である。

【０００９】一方、より実在感の高い立体像を表示する
ことを目的として、例えば、観測者Ａの視点の移動に追
従して、表示すべき画像データを変化させ、より実際に
近いステレオ像を得る方法が提案されている。

【００１０】これは、観測者の視点の位置から画面の方
向に見えるべき物体の画像データを実時間で生成し、表
示することにより、表示すべき仮想空間と観測者との相
対的な位置が矛盾しない映像を得るものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術による
立体視手法の内、特に、観測者の視点移動に追従して表
示を変化させて現実感を得る方法では、同時に一人しか
立体視像を観測することができなかった。

【００１２】本発明は上記従来の欠点に鑑み、同時に、
複数人が同一の画面を用いて、視点の位置に追従した正
しいステレオ画像を得る３次元画像表示装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理説
明図である。上記の問題点は、下記のように構成した時
分割式視点追従３次元画像表示装置によって解決される
。

【００１４】（１）　３次元画像表示装置に、複数の観
測者の視点の位置を検出する手段　５と、各々の視点の
位置から画面の方向に見えるべき映像を個々に生成し、
それを同一画面上に時分割で表示すると共に、それに同
期して開閉する頭部装着型の映像分離器（シャッタ付き
眼鏡）によって、各観測者の視点に対応する映像のみを
通過させる時分割画像表示手段　４，６，　■，　■と
を設けて、複数人の観測者に対して、同一表示画面を用
いて、各観測者の視点の移動に追従した３次元画像を表
示するように構成する。

【００１５】（２）　上記複数の観測者の視点の位置を
検出する手段　５として、各観測者が装着する眼鏡　７
のフレームの左右に超音波パルス発生源　７ａ　を設け
、該超音波パルス発生源　７ａ　から超音波パルスを発
生させ、それを、画像の表示面　８の近傍に配置した、
少なくとも、３個以上の超音波センサ　８ａ　で検出し
、超音波パルスの発生タイミングからの遅延時間によっ
て、該超音波パルスの発生源　７ａ　の位置を検出し、
該観測者の視点位置を求めるように構成する。

【００１６】（３）　上記複数の観測者の視点の位置を
検出する手段　５として、各観測者が装着する眼鏡　７
のフレームの左右に、発光素子　７ｂ　を設け、該発光
素子を　７ｂ　を順次発光させて、該発光光を画像表示
面　８の近傍に配置した、少なくとも２台以上のカメラ
　８ｂ　で監視し、三角測量の原理で、該発光素子　７
ｂ　の位置を求め、該観測者の視点位置を求めるように
構成する。

【００１７】（４）　上記時分割画像表示手段　４，６
，　■，　■として、上記複数の観測者の視点の位置を
検出する手段　５によって得られた複数人の視点につい
て、それぞれの視点の位置の変化に追従した透視画像を
生成して、フレームメモリ（ＶＲＡＭ）　４０　に格納
する画像生成ユニット　４を、例えば、観測者数×２個
設けて、各画像生成ユニット　４内のフレームメモリ（
ＶＲＡＭ）　４０　に格納されている、上記観測者の視
点の位置に追従して生成されている画像データを、ビデ
オコントローラ　６によって１フレーム毎に順次読み出
し、ビデオ信号に変換して、表示部に出力して、表示画
面　８に表示すると共に、該読み出した画像データに同
期したシャッタ眼鏡開閉信号■を、該当の眼鏡　７のシ
ャッタ　７ｃ　に出力するように構成する。

【００１８】

【作用】即ち、本発明においては、複数の観測者に対し
て、それぞれの視点に対応した異なる画像を送るために
、各観測者に対する画像を、時分割的に、順次、陰極線
管，　プロジェクタ等により、画面　８に表示し、該画
面　８の表示に同期させて、観測者が装着した液晶シャ
ッタ付き眼鏡　７のシャッタ　７ｃ　を開閉することに
より、複数の観測者に対して、各々の視点から見えるべ
き画像のみを通過させるようにして、該複数の観測者か
らの視点の移動に追従した立体画像が見えるようにする
。

【００１９】該表示する画像は、例えば、観測者の数×
２（左右の画像用）個用意したフレームバッファ（ＶＲ
ＡＭ）　４０　上に、上記視点位置に対応して、物体モ
デル画像データを基に、実時間で生成した画像を、順次
、ビデオ信号に変換して、表示部の表示画面　８に表示
する。

【００２０】各観測者の位置は、例えば、超音波パルス
の伝達時差などを用いて検出し、その伝達時差を基に、
各観測者の視点位置を求め、それに基づいて、各観測者
の左右の視点から画面方向に観測されるべき透視画像を
生成し、対応するフレームバッファ（ＶＲＡＭ）　４０
　に格納する。

【００２１】即ち、観測者視点位置検出装置　５により
求められた視点の位置情報に基づいて、各視点の位置か
ら画面方向に観測したときの空間の透視図｛図１参照｝
が生成され、それが時分割で画面　８上に表示され、そ
れに同期して観測者が装着した液晶シャッタ付き眼鏡　
７のシャッタ　７ｃ　が開閉されることにより、各観測
者の両眼の視点から観測されるべき映像のみが、眼鏡　
７のシャッタ　７ｃ　を通過し、観測者と表示装置の位
置関係の実時間的な変化に応じた３次元画像が観測され
ることになる。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面によって詳述する
。前述の図１は、本発明の原理説明図であり、図２は本
発明の３次元画像表示装置の使用例を示した図であり、
図３は本発明の３次元画像表示装置の構成例を示した図
であり、図４は本発明のシャッタ付き眼鏡の例を示した
図であり、図５は本発明の表示装置外観図である。

【００２３】本発明においては、３次元画像表示装置に
、複数の観測者の視点の位置を検出する手段　５と、各
々の視点の位置から画面の方向に見えるべき映像　（透
視画像）を個々に生成し、それを同一画面　８上に時分
割で表示すると共に、それに同期して開閉する頭部装着
型の映像分離器（シャッタ付き眼鏡）７　によって、各
観測者の視点に対応する映像のみを通過させる時分割画
像表示手段（画像生成ユニット４，　ビデオコントロー
ラ６，　シャッタ眼鏡開閉信号■，　フレーム選択信号
■等）を設けて、複数人の観測者に対して、同一表示画
面　８を用いて、各観測者の視点の移動に追従した３次
元画像を表示する手段が本発明を実施するのに必要な手
段である。 尚、全図を通して同じ符号は同じ対象物を示している。

【００２４】図１では、観測者２名に対して同時に、同
一画面を用いて、視点の動きに追従した両眼立体視画像
を表示する場合の原理を示している。例えば、図１の平
面図に示した矢印ａ→ｂの位置の空間に立体像を表示す
る場合、本図に示したように、観測者Ａ，及び、Ｂの各
観測者の左右の視点から見える画像データ（フレーム０
〜３）を、それぞれ、生成し、それらを、図１に示した
順、フレーム０→フレーム１→フレーム２→フレーム３
→フレーム０の順に時分割的に表示し、該フレーム単位
の表示に同期させて、シャッタ付き眼鏡　７のシャッタ
　７ｃ　を、対応する画像データが表示面　８に表示さ
れている間は開き、それ以外は閉じているように開閉す
ることによって、各視点に対応する画像データのみを通
過させて、各観測者の両眼に到達させることにより、各
観測者の動きに追従した立体像の表示を実現する。

【００２５】図２は、本発明の３次元画像表示装置の使
用例を示しており、２人の観測者が、シャッタ付き眼鏡
　７を使用して、表示画面　８を観測すると、該観測者
がかけているシャッタ付き眼鏡　７の、例えば、図４に
示したように、その両端に備えられている超音波パルス
発生源　７ａ　から超音波パルスが発生しており、その
超音波パルスが当該３次元画像表示装置の表示画面　８
の近傍の、少なくとも、３箇所の超音波センサ　８ａ　
で受信されたときの到達時間の遅延時間差により、該観
測者の位置、引いては、該観測者の視点の位置を認識す
ることで、図１に示した各フレーム毎の画像データを生
成することができる。

【００２６】図３は、本発明による３次元画像表示装置
の回路構成例を示している。この構成例では、各々の観
測者の視点に対応させて、画像生成ユニット　４を用意
する。従って、該画像生成ユニット　４は観測者数×２
（左右の画像に対応）個を必要とする。この画像生成ユ
ニット　４は、外部バス　３を介して、共有メモリ（Ｒ
ＡＭ）　１に接続されている。該共有メモリ（ＲＡＭ）
　１　には、複数の観測者が観測する物体モデルの３次
元データが格納されており、これを、各画像生成ユニッ
ト　４から参照することにより、各視点から見た同一の
空間の透視画像データを生成して、フレームメモリ（Ｖ
ＲＡＭ）　４０　に格納する。

【００２７】即ち、各画像生成ユニット　４では、観測
者視点位置検出装置　５によって、リアルタイムで求め
られる観測者の視点の位置情報を受け取り、その視点と
表示面，及び、表示の対象となる３次元空間の相対関係
に応じて、各視点から表示面方向に見える空間の画像を
生成する。｛図１参照｝上記観測者視点位置検出装置　
５では、各観測者が装着しているシャッタ付き眼鏡　７
に設けられている超音波パルス発生源　７ａ　に、順次
超音波パルス発生用信号■を送り、該超音波パルス発生
源　７ａ　から発せられた超音波パルスを、当該３次元
画像表示装置の前面に配置した複数、例えば、少なくと
も、３個の超音波センサ　８ａ　で検出し、該超音波パ
ルスの発生から各超音波センサ　８ａ　に到達するまで
の遅延時間によって、各超音波パルス発生源　７ａ　の
位置　（但し、３次元）を求め、その位置を基に、各観
測者の視点の位置を求め、その位置情報を上記のように
、画像生成ユニット４に送出する。

【００２８】ビデオコントローラ　６では、上記各視点
に対応したシャッタ付き眼鏡　７のシャッタ眼鏡開閉信
号■をシャッタ付き眼鏡　７に送出し、フレーム毎に順
次切り替わるフレーム選択信号■を上記画像生成ユニッ
ト４に送出することによって、いずれかの視点のシャッ
タを開放すると同時に、それに対応する画像生成ユニッ
ト　４のフレームメモリ（ＶＲＡＭ）　４０　上に生成
された画像データをビデオ信号に変換し、図示されてい
ない表示装置に送出することで、各観測者の両眼の視点
位置に対応した画像データが、当該３次元画像表示装置
の表示画面　８に表示される。

【００２９】前述の図４は、観測者が装着するシャッタ
付き眼鏡の例である。シャッタ　７ｃは、上記ビデオコ
ントローラ　６からのシャッタ眼鏡開閉信号■によって
左右独立して開閉する液晶セルを用いる。また、同様に
、観測者視点位置検出装置　５からの超音波パルス発生
用信号■によって、左右独立に動作する超音波パルス発
生源７ａ　を備えており、該観測者視点位置検出装置　
５からの超音波パルス発生用信号■に基づいて超音波パ
ルスを発生し、当該３次元画像表示装置の前面に設けら
れている上記超音波センサ　８ａ　で検出されることに
より、前述のようにして、当該観測者の左右の視点の位
置が求められる。

【００３０】図５は、本発明の３次元画像表示装置の外
観例図であり、図示されているように、視点の３次元の
位置を求める為の超音波センサ　８ａ　が、少なくとも
、３個以上（本図の例では、４個）備えられている。該
超音波センサ　８ａ　が４個以上の場合は、それらの内
、最も、信頼できる３個を選択して、視点の位置検出情
報として使用することにより、位置検出の死角を減らす
ことができる。

【００３１】上記詳細に説明した図３の回路構成の他に
、例えば、より高速の画像生成機構を使用することによ
り、視点の数よりも少ない画像生成ユニットで、各視点
の画像データが生成可能となる。例えば、（１）　各画
像生成ユニットに、視点の数と同数のフレームメモリ（
ＶＲＡＭ）を用意し、画像生成部を共有する。

【００３２】（２）　単一のフレームメモリ（ＶＲＡＭ
），　及び、画像生成部を用いて、視点毎のフレーム切
り替えに同期させて、各視点に対応する画像データを生
成する。又、観測者の視点の位置を検出する手段として
は、上記超音波パルスによる方法の他、ビデオカメラ　
８ｂ（図５参照）　により撮影した観測者の装着してい
る眼鏡に設けられている発光素子　７ｂ（図４参照）　
の位置画像を処理して、該観測者の位置を求める方法が
ある。

【００３３】具体的には、各々の眼鏡　７に左右２個の
発光素子　（例えば、ＬＥＤ）　７ｂ　を取り付け、そ
れを、順次発光させ、複数箇所、例えば、少なくとも、
２箇所に設置したビデオカメラ　８ｂ　で撮影したとき
の、該発光素子　７ｂ　に対する撮影角度に基づいて、
三角測量の原理で、該発光素子　７ｂ　の位置を計算し
、その計算結果から、実際の観測者の視点の位置を求め
るようにする。

【００３４】このように、本発明による時分割式視点追
従３次元画像表示装置は、複数の観測者の視点の位置を
検出する手段　５と、各々の視点位置から画面　８の方
向に見えるべき映像を個々に生成し、それを同一画面　
８上に時分割で表示すると共に、それに同期して閉塞す
る頭部装着型の映像分離器（シャッタ付き眼鏡）７　に
よって、各観測者の視点に対応する映像のみを通過させ
る時分割画像表示手段（画像生成ユニット　４，　ビデ
オコントローラ　６，　シャッタ眼鏡開閉信号■，　フ
レーム選択信号■等）　を設けて、複数人の観測者に対
して、同一表示画面　８を用いて、各観測者の視点の移
動に追従した３次元画像を表示するようにした所に特徴
がある。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
時分割式視点追従３次元画像表示装置は、複数の観測者
の視点の位置を検出し、各々の視点位置から画面の方向
に見えるべき映像を個々に生成し、それを同一画面上に
時分割で表示すると共に、それに同期して開閉する頭部
装着型の映像分離器（シャッタ付き眼鏡）によって、各
観測者の視点に対応する映像のみを通過させることによ
り、同一画面を用いて複数人が異なる映像を観測できる
ようにして、擬似的な３次元空間を表示するようにした
ものであるので、複数の観測者に対して、同一表示画面
を用いて、各観測者の視点の移動に追従した３次元画像
の表示を実現することができる。即ち、複数人で空間上
の同一の位置に、同一の物体の像を、それぞれの視点か
ら見た画像として観測することができ、複数人で立体像
を観測しながらの共同作業が可能になるとうい効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図

【図２】本発明の３次元画像表示装置の使用例を示した
図

【図３】本発明の３次元画像表示装置の構成例を示した
図

【図４】本発明のシャッタ付き眼鏡の例を示した図

【図
５】本発明の表示装置外観図

【図６】従来の３次元画像表示装置を説明する図（その
１）

【図７】従来の３次元画像表示装置を説明する図（その
２）

【符号の説明】

１　　　　　共有メモリ（ＲＡＭ）　　　　　　　　　
　　　　２　　　　　共有メモリ管理部 ３　　　　　外部バス　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　４　　　　　画像生成ユニット ４０　　　　フレームメモリ（ＶＲＡＭ）　　　　　　
　　５　　　　　観測者視点位置検出装置 ６　　　　　ビデオコントローラ　　　　　　　　　　
７　　　　　シャッタ付き眼鏡 ７ａ　　　　超音波パルス発生源　　　　　　　　　　
８　　　　　表示画面，　又は、表示面 ８ａ　　　　超音波センサ　　　　　　　　　　　　　
　　　８ｂ　　　　ビデオカメラ ■　　　　シャッタ眼鏡開閉信号　　　　　　　　■　
　　　超音波パルス発生用信号 ■　　　　フレーム選択信号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元画像表示装置に、複数の観測者の視
   点の位置を検出する手段（５）　と、各々の視点の位置
   から画面の方向に見えるべき映像を個々に生成し、それ
   を同一画面上に時分割で表示すると共に、それに同期し
   て開閉する頭部装着型の映像分離器（シャッタ付き眼鏡
   ）（７）によって、各観測者の視点に対応する映像のみ
   を通過させる時分割画像表示手段（４，６，　■，■）
   　とを設けて、複数人の観測者に対して、同一表示画面
   （８）　を用いて、各観測者の視点の移動に追従した３
   次元画像を表示するように構成したことを特徴とする時
   分割式視点追従３次元画像表示装置。
2. 【請求項２】上記複数の観測者の視点の位置を検出する
   手段（５）　として、各観測者が装着する眼鏡（７）　
   のフレームの左右に超音波パルス発生源（７ａ）を設け
   、該超音波パルス発生源（７ａ）から超音波パルスを発
   生させ、それを、画像の表示面（８）　の近傍に配置し
   た、少なくとも、３個以上の超音波センサ（８ａ）で検
   出し、超音波パルスの発生タイミングからの遅延時間に
   よって、該超音波パルスの発生源（７ａ）の位置を検出
   し、該観測者の視点位置を求めるように構成したことを
   特徴とする請求項１に記載の時分割式視点追従３次元画
   像表示装置。
3. 【請求項３】上記複数の観測者の視点の位置を検出する
   手段（５）　として、各観測者が装着する眼鏡（７）　
   のフレームの左右に、発光素子（７ｂ）を設け、該発光
   素子を（７ｂ）を順次発光させて、該発光光を画像表示
   面（８）　の近傍に配置した、少なくとも２台以上のカ
   メラ（８ｂ）で監視し、三角測量の原理で、該発光素子
   （７ｂ）の位置を求め、該観測者の視点位置を求めるよ
   うに構成したことを特徴とする請求項１に記載の時分割
   式視点追従３次元画像表示装置。
4. 【請求項４】上記時分割画像表示手段（４，６，　■，
   　■）　として、上記複数の観測者の視点の位置を検出
   する手段（５）　によって得られた複数人の視点につい
   て、それぞれの視点の位置の変化に追従した透視画像を
   生成して、フレームメモリ（ＶＲＡＭ）（４０）に格納
   する画像生成ユニット（４）　を、１個，又は、複数個
   設けて、各画像生成ユニット（４）　内の１つ，又は、
   複数個のフレームメモリ（ＶＲＡＭ）（４０）に格納さ
   れている、上記観測者の視点の位置に追従して生成され
   ている画像データを、ビデオコントローラ（６）　によ
   って１フレーム毎に順次読み出し、ビデオ信号に変換し
   て、表示部に出力し、表示画面（８）　に表示すると共
   に、該読み出した画像データに同期したシャッタ眼鏡開
   閉信号　（■）　を、該当の眼鏡（７）　のシャッタ（
   ７ｃ）に出力するように構成したことを特徴とする請求
   項１に記載の時分割式視点追従３次元画像表示装置。