JPH06161477A - 仮想環境生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 仮想空間の形状や音響特性の変化に即座に応
じて、常に臨場感のある画像と音響とが同期した仮想環
境を生成する。 【構成】 ユーザ６０は画像表示部４０を見ながら操作
部３０を操作して３次元空間設計・操作演算部１１を動
作させ、閉空間を設計する。該設計した閉空間は画像表
示部４０を通して特定の視点から眺めることができ、ま
た、該視点に伝わる音源２０からの音響は音響再生部５
０で聞くことができる。ユーザ６０が閉空間の形状、特
性を変えると、３次元空間設計・操作演算部１１は閉空
間を構成する壁面の吸音率、表面積等を残響時間演算部
１２に送り、該演算部１２は残響時間を推定する。残響
付加回部１３は、残響時間に基づき音源２０の音響信号
に残響を付加して音響再生部５０に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は仮想環境生成装置に係
り、詳しくは、視覚と聴覚による体験を計算機によって
合成し、あたかも実空間にいるような状況を再現する仮
想環境、人工現実感、あるいはバーチャルリアリティを
実現する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機上で、壁面要素の組み合わ
せによって室内設計を行ない、人間の視点に基づいた室
内空間の映像を合成し、画面表示装置を見ているにもか
かわらず、その空間にいるような錯覚を合成する装置
や、さらに、室内としての閉空間内に音源を仮想的に配
置し、視覚のみならず、聴覚に関しても、あたかも視点
位置において音源からの音を受聴しているように感じる
仮想世界を合成体験する装置が開発されている。

【０００３】ここで、後者の視覚と聴覚の両方を疑似体
験できる装置において、受聴する音響信号が音源の信号
そのものでは、臨場感は欠如する。音の臨場感は室内音
響による残響によって付与されるので、計算機上で合成
された室内音響の影響を付加しなければならない。この
ような特性を模擬するためには、残響のない音源に対
し、残響付加回路を通して音響信号を受聴すればよい
が、従来は選択表示された閉空間に固有に定められた残
響特性の情報に基づき、残響付加回路の係数を制御して
いた。例えば、仮想の閉空間Ａに対して残響時間Ｔ
_Aを、閉空間Ｂに対しては残響時間Ｔ_Bを付与しておき、
計算機の操作によって、閉空間ＡからＢに移動した場合
は残響付加回路の残響時間をＴ_AからＴ_Bに変えるという
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、仮
想室内空間の形状や壁面の音響特性を設計変更しながら
仮想環境を体験する実時間操作型の系には適用できな
い。すなわち、閉空間の形状や壁面の音響特性の変更に
よって残響時間が変わる情報を残響付加回路に伝える手
段がないと、閉空間の仕様が変わっても音響環境は変化
しない。従来の装置には、このような配慮がなされてい
ない。

【０００５】本発明の目的は、仮想閉空間の形を変えた
り音響特性を変えても、即座にその変化に応じた音響信
号を生成して、常に臨場感のある視覚と聴覚とが同期し
た仮想環境が得られる仮想環境生成装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、計算機上で設計した仮想の閉空間とその
中に配置した音源に対し、ユーザの操作により与えられ
た前記閉空間内の与えられた視点位置から見た画像を画
像表示部に表示すると共に、該視点位置に伝わる音源か
らの音響信号を音響再生部に再生して、実際にその閉空
間内にいるような疑似体験を可能にする仮想環境生成装
置において、前記仮想の閉空間を構成する壁面要素の吸
音率によって該閉空間内の残響時間を求める手段と、前
記視点位置に伝わる音源からの音響信号に、前記残響時
間に応じた残響特性を付加する手段とを設けたことを特
徴とする。

【０００７】

【作用】本発明では、室内の残響特性はその閉空間を構
成する壁面要素の音響特性として吸音率を与えることに
より一意に決定されるという考え方に基づき、仮想空間
を設計する際に壁面要素に吸音率を情報として付与し、
これによって仮想空間内の残響時間を決定し、その空間
内の残響特性を音源信号に付加して、ユーザが画像を見
ながらその仮想空間の中にいるような視覚と聴覚の体験
を得るようにする。これにより、従来の技術では一つの
閉空間のオブジェクトにあらかじめ付与された残響時間
情報でしか制御できなかったのに対し、ユーザが壁面要
素の音響特性を変化させたり、壁面要素の組み合わせに
より閉空間の形状等を可変したりしても、その変化に対
応した残響特性が即座に体験できることになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により
説明する。

【０００９】図１は本発明の仮想環境生成装置の全体構
成図で、１０は仮想環境生成装置本体、２０は音源、３
０は操作部、４０は画像表示部、５０は音響再生部、６
０はユーザを示している。仮想環境生成装置本体１０
は、実体はいわゆる計算機であるが、機能的には３次元
空間設計・操作演算部１１と残響時間演算部１２と残響
付加部１３よりなる。以下、室内空間を設計・変更する
場合を例に本装置の動作を説明する。

【００１０】ユーザ６０は、画像表示部４０を見なが
ら、操作部３０を通じて３次元空間設計・操作演算部１
１を動作させることにより、室内空間を設計する。設計
した室内空間は、図２のように、画像表示部４０を通じ
て特定の視点から眺めることができる。図２の例では、
視点を内包する室内（閉）空間は注目の壁面要素４１お
よびその他の壁面要素４２〜４５からなる閉じた空間で
ある。従って、この空間を構成する壁面要素の一部はこ
の視点から見えない位置にある。すなわち、図２では、
その他の壁面要素は４つ見えているが、背面等に他の壁
面要素が存在する。ユーザは操作部３０を用いて３次元
空間設計・操作演算部１１を動作させることで、壁面要
素からなる閉空間を自由に設計し、かつ、画像表示部４
０による視点や視野を制御することができる。なお、こ
の種の室内空間設計は既に知られており、また、本発明
の重要課題ではないので、これ以上の説明は省略する。

【００１１】さて、この仮想空間内に仮想の音源オブジ
ェクト４６を設置することができる。本発明は、ユーザ
６０が音響再生部５０を通じて、この空間内の音源オブ
ジェクトが生成する音を自然に体験するために、この閉
空間の残響を付加した音響信号を受聴できるようにする
ものである。

【００１２】閉空間の残響特性は残響時間というパラメ
ータで記述できる。残響時間は閉空間の壁面を構成する
壁面要素の吸音率で一意に推定することができる。残響
時間と閉空間の平均吸音率の関係式にはいくつかある
が、代表的なものにセービンの式がある（例えば城戸健
一著「音響工学」ｐ．８４，コロナ社）。

【００１３】このセービンの式によれば、容積Ｖ
（ｍ³）、壁面の全表面積Ｓ（ｍ²）、壁面全体の平均吸
音率ａの閉空間（室内）の残響時間Ｔ（秒）は、次式に
より推定できる。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、閉空間がＮ個の壁面要素からなる
とし、それぞれの要素ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）の表面積を
Ｓｉ，吸音率をａｉとすると、平均吸音率は次式から求
めることができる。

【００１６】

【数２】

【００１７】式（１），（２）を用いれば、壁面要素の
吸音率を係数として与えることにより構成される閉空間
の残響時間を一意に決定することができる。もちろん残
響時間を推定する式は、式（１）のセービンの式に限ら
ず他の考え方を用いてもよい。

【００１８】図１において、ユーザ６０は画像表示部４
０を見ながら操作部３０を操作して、壁面要素の吸音率
を変更したり、あるいは壁面の構成を変えることにより
閉空間の形状、特性を変える。このとき、３次元空間設
計・操作演算部１１は、閉空間オブジェクト情報として
閉空間を構成する各壁面の吸音率、表面積、容積を残響
時間演算部１２に送出する。なお、壁面要素の変更に対
応した吸音率の選択には、３次元空間設計・操作演算部
１１は、あらかじめ壁面要素と吸音率の対応表を用意す
ることも考えられる。残響時間演算部１２では、式
（２）等を用いて閉空間の平均吸音率を算出し、さらに
式（１）等を用いて残響時間を推定する。この推定され
た残響時間情報は残響付加回路１３に係数として送られ
る。

【００１９】一方、３次元空間設計・操作演算部１１
は、選択した閉空間内におかれた音源オブジェクト情報
（位置情報）を音源２０に送る。音源２５はこのオブジ
ェクト情報に基づき音量等を調節して音響信号を生成す
る。この音響信号は残響付加部１３に入力される。残響
付加部１３では、上記残響時間演算部１２からの残響時
間情報に基づき該音響信号に残響を付加する。この残響
の付加された音響信号は音響再生部５０により再生さ
れ、その音響をユーザ６０が受聴する。

【００２０】なお、受聴信号は１チャネルであっても多
チャネルの信号であってもよい。例えば、閉空間内の音
源オブジェクトの位置による定位情報が必要な場合は、
音源２０が両耳受聴のための２チャネル信号を生成すれ
ばよい。この場合、残響は２本の信号のそれぞれに対し
付加され、ユーザ６０は２チャネル信号を音響再生部５
０により左右の各耳で受聴する。

【００２１】図１の構成により、ユーザ６０は閉空間の
形状を変化させると、それに応じて変化した画像表示と
即座に対応した音響信号を受聴することができる。ま
た、例えば壁面要素４１の吸音率を変化させても、それ
に即座に対応した音響信号を受聴することができる。一
方、画像表示部４０においては、壁面要素１３の吸音率
の値を要素の色や模様で表示させることにより、音響特
性の変化を視覚と聴覚の両方で知覚することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発行の仮想環境
生成装置によれば、閉空間を構成する壁面要素の各々に
吸音率を指定することにより、その値を逐次変更して
も、あるいは仮想空間の壁面の形状を変更しても残響時
間が逐次推定され、その空間内に存在する音源はその部
屋の残響性を模擬して再生することができるので、常に
臨場感のある視覚情報と聴覚情報とが同期した仮想環境
を生成できないという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の仮想環境生成装置の一実施例の全体構
成図である。

【図２】仮想環境生成装置の画像表示を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０ 仮想環境生成装置本体 １１ ３次元空間設計・操作演算部 １２ 残響時間演算部 １３ 残響付加部 ２０ 音源 ４０ 画像表示部 ５０ 音響再生部 ６０ ユーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永嶋 美雄 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計算機と操作部と画像表示部と音響再生
   部とを具備し、前記計算機上で設計した仮想の閉空間と
   その中に配置した音源に対し、ユーザの前記操作部の操
   作による前記閉空間内の与えられた視点位置から見た画
   像を前記画像表示部に表示すると共に、該視点位置に伝
   わる音源からの音響信号を前記音響再生部に再生する仮
   想環境生成装置において、 前記仮想の閉空間を構成する壁面要素の吸音率によって
   該閉空間内の残響時間を求める手段と、前記視点位置に
   伝わる音源からの音響信号に、前記残響時間に応じた残
   響特性を付加する手段とを設けたことを特徴とする仮想
   環境生成装置。