JPH06337756A

JPH06337756A - ３次元位置指定方法および仮想空間立体視装置

Info

Publication number: JPH06337756A
Application number: JP12671593A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kobayashi; 淳小林
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】仮想空間内の位置を指定する場合において操
作性の高い３次元位置指定方法を提供する。【構成】右眼用、左眼用の画像表示手段にコンピュー
タグラフィックスを用いて仮想空間内に対象物の画像を
表示し、観察者の位置および向きに応じて前記対象物の
画像を変化させて対象物を立体視させる場合において、
対象物を見ている観察者の左右眼の瞳孔位置を検出し、
瞳孔位置に基づいて左右眼の視線ベクトルをそれぞれ算
出し、両視線ベクトルの実質的な交点を求めることによ
り、仮想空間内の観察者の視点位置を指定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、３次元位置指定方法
および仮想空間立体視装置に関し、さらに詳細にいえば
コンピュータグラフィックスを用いて表示された仮想空
間内の位置を指定する３次元位置指定方法、およびヘッ
ド・マウンテッド・ディスプレイのような仮想空間立体
視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータグラフィックス技術
の進歩により、観察者にコンピュータグラフィックスに
よる画像を与え、あたかも観察者自身が仮想的な映像内
に存在するような錯覚を与える仮想現実という技術が提
案され、普及に向けて盛んに研究開発が行なわれてい
る。仮想現実では観察者がヘッド・マウンテッド・ディ
スプレイ（以下、ＨＭＤと称する）と呼ばれる装置を頭
に装着し、観察者の動作、例えば、頭を動かす、手、足
など体を移動させる動作に対応してＨＭＤ内にあるディ
スプレイに写し出される映像を変化させることにより、
観察者に仮想的な空間を実感させるようにしたものが多
い。

【０００３】仮想空間立体視装置は新しく家を建てると
きの間取りの感じを体験したり、自動車などの乗り物に
おける運転シュミレータ、あるいは遊戯装置などに応用
が期待されている。このような仮想空間立体視装置にお
いては、観察者の動きに対応し実感を伴った映像を写し
出すことが重要であるから、観察者の体の動きに対応す
る座標と、ディスプレイに写し出される仮想空間内の座
標との対応を正確かつ操作性良く実現することが重要に
なる。従来、両座標の対応を取る方法として下記の方法
が採用されている。（１）データグローブを観察者の手に付け、データグロ
ーブの形状をディスプレイ内に表示し、観察者の手の位
置をディスプレイ内のデータグローブで確認しながら、
ディスプレイ内で所望の点に触るようにすることで位置
を指定する。あるいは、観察者の手の位置を３次元カー
ソル、３次元マウスによってディスプレイ内に表示し、
３次元カーソル、３次元マウスを所望の点に移動するよ
うに手を移動させることにより仮想空間内の位置を指定
する。（２）ディスプレイ中にカーソルを表示し、そのカーソ
ルの位置をジョイスティックなどにより操作して、所望
の点にまでカーソルを持って行くことにより仮想空間内
の位置を指定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の方法は観察者が手を振り回して位置を特定しな
ければならず操作性が悪いという問題がある。また、上
記（２）の方法でも観察者の眼はディスプレイに写し出
された立体画像を見ており、手元のジョイスティックを
見られないので、手探りで操作しなければならず操作性
が悪いという問題がある。

【０００５】また、仮想空間立体視装置では仮想空間の
環境をモデリングする必要があり、精密なコンピュータ
グラフィックスの表現を行なうほど描画ポリゴン数が増
える。ポリゴン数が増えると、描画に時間がかかるため
に観察者の動きに対する応答が遅れ、ぎこちなくなり仮
想現実の使用感が低下する。したがって、表現の粗さと
応答のぎこちなさを考慮して、両者の我慢のできる範囲
において装置の条件を設定しているのが現状である。よ
って、壁面、天井、床面などは描画速度を向上させるた
めにべた塗りの平面として描画されることが多い。この
ため、例えば、壁面の１点を見つめて立体視することが
難しいので正確な遠近感がつかみにくく、廊下の広さや
天井の高さ、対象物の大きさ等の実感がつかみにくいと
いう問題がある。

【０００６】この問題を解決する方法として、壁面や天
井などにテクスチュアマッピング等によって不均一な模
様を付けることにより遠近感を得られやすくすることが
考えられるが、描画時間の増大をまねくので前記応答性
の点において好ましい方法ではない。

【０００７】

【発明の目的】この発明は仮想空間において３次元位置
を指定する場合において操作性が悪いという問題点に鑑
みてなされたものであり、操作性の高い３次元位置指定
方法および仮想空間立体視装置を提供することを目的と
している。この発明は仮想空間内の対象物において立体
視が行ないにくいという問題点に鑑みてなされたもので
あり、容易に視点を合わせることができるようにして立
体視が行ないやすい仮想空間立体視装置を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１の３次元位置指定方法は、右眼用、左眼用
の画像表示手段の仮想空間内に、観察者の位置および向
きに応じて対象物の画像を変化させて立体視させる場合
において、対象物を見ている観察者の左右眼の視線方向
を検出し、検出した両視線方向の交点を求め、求めた交
点を仮想空間内の観察者の指定位置とする。

【０００９】上記の目的を達成するための請求項２の仮
想空間立体視装置は、右眼用、左眼用の画像表示手段
と、観察者の位置および向きを検出する位置向き検出手
段と、仮想空間の対象物の情報を保持する対象物情報保
持手段と、観察者の位置および向きに応じて対象物の画
像を変化させて立体視させる立体視手段とを備えた仮想
空間立体視装置において、対象物を見ている観察者の左
右眼の視線方向を検出する視線方向検出手段と、検出し
た両視線方向の交点を算出して、その交点を仮想空間内
の観察者の指定位置として確定する指定位置確定手段と
を有している。

【００１０】上記の目的を達成するための請求項３の仮
想空間立体視装置は、右眼用、左眼用の画像表示手段
と、観察者の位置および向きを検出する位置向き検出手
段と、仮想空間の対象物の情報を保持する対象物情報保
持手段と、観察者の位置および向きに対応して前記対象
物の画像を立体的に変化させる立体視手段とを備えた仮
想空間立体視装置において、観察者の方向ベクトルを算
出する方向ベクトル算出手段と、算出した方向ベクトル
と仮想空間内の対象物表面との交点を算出する交点算出
手段と、算出した交点位置にカーソルを描画するカーソ
ル描画手段とを有している。

【００１１】

【作用】請求項１の３次元位置指定方法であれば、対象
物を見ている観察者の左右眼の視線方向を検出し、検出
した両視線方向の交点を求め、求めた交点を仮想空間内
の観察者の指定位置とするのであるから、観察者は仮想
空間内の対象物を見るだけで視点位置を指定できること
になる。したがって、従来のような特別な３次元位置指
定動作から解放され、仮想空間内の認識に集中できるの
であるから極めて操作性がよくなる。

【００１２】請求項２の仮想空間立体視装置であれば、
視線方向検出手段が対象物を見ている観察者の左右眼の
視線方向を検出し、指定位置確定手段が検出した両視線
方向の交点を算出して、その交点を仮想空間内の観察者
の指定位置として確定する。これら一連の処理の中で観
察者の行なう動作は仮想空間内の対象物を目で追うこと
だけである。したがって、従来のような特別な視点位置
指定動作が不要になって視点位置指定動作から解放さ
れ、仮想空間内の認識作業に集中できるのであるから、
極めて操作性の高い仮想空間立体視装置を提供できるこ
とになる。

【００１３】請求項３の仮想空間立体視装置であれば、
方向ベクトル算出手段が観察者の方向ベクトルを算出
し、交点算出手段が観察者の方向ベクトルと仮想空間内
の対象物表面との交点を算出し、カーソル描画手段が算
出した交点位置にカーソルを描画する。したがって、観
察者の向いた方向の視野内にある対象物の表面にカーソ
ルが表示されることになるのであるから、観察者はカー
ソルを基準として対象物の表面に視点を合わせることが
でき、立体視が行ないやすくなる。また、観察者の方向
ベクトルは位置向き検出手段に基づくデータにより容易
に算出することができるとともに、対象物の表面にカー
ソルを表示することも簡単な計算で行なえるのであるか
ら、描画速度の低下をもたらすこともなく、極めて安価
かつ効率的に実現できるという利点もある。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図１はこの発明の３次元位置指定方法の一実
施例を示すフローチャートである。この３次元位置指定
方法においては、ステップＳＰ１において視線検出装置
を内蔵したＨＭＤを頭に装着することにより、視線検出
装置と左右眼球の位置関係を固定化し、ステップＳＰ２
において右眼用液晶表示部および左眼用液晶表示部に表
示される仮想空間内の基準点に輝点を表示し、ステップ
ＳＰ３において輝点を左右眼で見つめている状態で視線
検出装置から赤外線を左右眼球に照射して左右の瞳孔像
を光検出器上に結像して瞳孔の位置を求め、ステップＳ
Ｐ４において光検出器上の左右瞳孔の位置に基づいて個
人差のある視線ベクトルの校正処理を行ない、ステップ
ＳＰ５において仮想空間において対象物を表示し、ステ
ップＳＰ６において対象物を見つめている状態の光検出
器上の左右瞳孔の位置を検出し、ステップＳＰ７におい
て左右瞳孔の位置に基づいて対象物を見ている時の視線
ベクトルを左右眼についてそれぞれ算出し、ステップＳ
Ｐ８において両視線ベクトルが近似的に交わる点の座標
を算出することにより、仮想空間中での座標を指定して
一連の処理を終了する。

【００１５】なお、ステップＳＰ３およびステップＳＰ
６において眼球の像から瞳孔の位置を求める場合は、瞳
孔と虹彩とでは反射率が異なるので閾値を両者を区別で
きる値に設定することで瞳孔の位置を検出することがで
きる。また、ステップＳＰ１からステップＳＰ４に示す
視線ベクトルの個人差を補正する校正処理としては、例
えば、下記の方法が採用できる。

【００１６】１つの方法としては、正面、無限遠方（視
線ベクトル（０，０，１））に輝点を表示し、この時の
瞳孔の結像位置を原点とするｘｙ座標系を設定する方法
がある。その他の方法としては視野の右上隅（視線ベク
トル（ａ，ｂ，１））に輝点を表示し、この時の瞳孔の
結像位置の座標が（ａ，ｂ）となるように座標系の尺度
を決定する方法がある。これらの校正により両眼の間
隔、眼の大きさなどの個人差を考慮した視線ベクトルの
校正処理が行なわれる。なお、この座標系上で（ｘ，
ｙ）の座標に瞳孔がある場合の視線ベクトルは（ｘ，
ｙ，１）で示される。

【００１７】さらにこの３次元位置指定方法について図
２および図３を参照しつつ説明する。図２は観察者が右
眼１で右眼用液晶表示部１１を見ているとともに、左眼
２で左眼用液晶表示部１２を見ている状態を概略的に示
した図である。この実施例における３次元位置指定方法
においては、左右の液晶表示部１１，１２の像を見てい
る視線ベクトル１３，１４を左右の眼についてそれぞれ
独立して求める。視線ベクトル１３，１４は見つめてい
る対象物１５の上で交差している（図２において破線で
示す）ので、この交差する点Ｐ１の座標を算出すること
で、仮想空間中の座標を指定することができる。

【００１８】図３（Ａ）は仮想空間内において単眼で対
象物を認識している状態を示した図である。図３（Ａ）
に示すように単眼での視線追跡によって視点位置を特定
する方法は、遠くの対象物２１，２２と近くの対象物２
３が視野内で近接している場合などにおいては視線追跡
のわずかな誤差により、指定しようとする位置が大きく
ずれてしまう危険性を有している。なお、図３（Ａ）に
おいて円２４は単眼の視線を示している。これに対し、
図３（Ｂ）に示すようにこの実施例の方法では、両眼の
視線ベクトル１３，１４の交点を指定位置と特定するの
で、両視線ベクトル１３，１４にわずかな誤差があって
も交点位置は本来指定しようとする遠くの対象物２２か
ら大きく離れない位置となる。このようにこの実施例の
方法では３次元的に座標を指定するので、従来、カメラ
において採用されてきた単眼の視線追跡によって視点を
特定する方法に比べ、大幅に精度が向上する利点があ
る。

【００１９】したがって、奥行き、広さを観察者の動き
に応じて変化させ、観察者に実感を伴った空間感覚を与
えることに意味がある仮想空間画像においては、観察者
の眼の動きにしたがって自動的に正確な位置指定ができ
るこの実施例の方法は極めて効果的なものとなる。ま
た、この方法によれば観察者は対象物の像を眼で追うだ
けで位置を指定できるので、従来のようにデータグロー
ブ、ジョイスティック等を使用する方法に比べて著しく
操作性が向上する。

【００２０】

【実施例２】図４はこの発明の３次元位置指定方法の第
２実施例を示すフローチャートである。この実施例は図
１に示すフローチャートのステップＳＰ８における視線
ベクトルが近似的に交わる点の座標を算出する場合の一
実施形態を示すものである。

【００２１】この実施例では観察者が仮想空間において
空中の１点を見つめるとは稀であることに着目し、所定
条件のときは右眼の視線ベクトルと左眼の視線ベクトル
との交点位置を仮想空間内の対象物表面上の点位置に移
動させるようにしたことを特徴としている。すなわち、
ステップＳＰ８１ａにおいて両視線ベクトルの交点を算
出し、ステップＳＰ８１ｂにおいて交点から最も近い対
象物表面が所定誤差以内であるかを判別し、所定誤差以
内であると判別された場合はステップＳＰ８１ｃにおい
てその最も近い対象物表面の点に交点を移動してその点
に位置を指定して処理を終了する。一方、ステップＳＰ
８１ｂにおいて所定誤差以内でないと判別された場合は
ステップＳＰ８１ｄにおいて最初の交点位置を指定して
処理を終了する。

【００２２】図５はこの実施例の３次元位置指定方法の
概略を説明するための図であり、両視線ベクトル１３，
１４の交点Ｐ１の位置が算出された場合に、誤差範囲
（例えば、半径ｒの球）内に対象物１５の表面がある場
合には交点Ｐ１に最も近い対象物１５の表面上の点Ｐ２
に移動させて、その点Ｐ２を指定点とするものである。
この実施例のようにして交点を最近接の対象物表面の点
の座標に丸め込むことにより、交点の測定誤差等を吸収
できるとともに、細かい位置合わせが不要になり、操作
が簡単になる利点がある。なお、この実施例においては
操作の多様性を確保するために、交点を最近接の対象物
表面の点の座標に丸め込む処理をＨＭＤ使用時に行なう
か否かを観察者の希望によって選択できるように構成す
ることが望ましい。

【００２３】

【実施例３】図６はこの発明の３次元位置指定方法の第
３実施例を示すフローチャートである。人間の視線は常
に静的に１点を凝視しているものではなく対象物の近傍
を動き回るものなので、追従性が高く高精度な視線位置
指定方法を採用すると、観察者に静的に１点を凝視する
努力を求めることになるので使いずらく、また、疲れ易
いものとなる。そこで、両視線ベクトルの交点位置を指
定点とする場合において、適当な追従性と精度を満足し
てやる必要がある。

【００２４】そのような３次元位置指定方法のフローチ
ャートの一例を説明する。即ち、図１に示すフローチャ
ートにおいてステップＳＰ８の処理に代えて図６に示す
処理を実行する。ステップＳＰ８２ａにおいてある時点
における両視線ベクトルの交点（第１交点）を求め、ス
テップＳＰ８２ｂにおいて前記ある時点から所定時間経
過後の両視線ベクトルの交点（第２交点）を算出し、ス
テップＳＰ８２ｃにおいて第１交点と第２交点の距離が
所定範囲内（例えば、半径Ｒ内の球の範囲内）において
存在しているか否かを判別し、所定範囲内に存在してい
ると判別された場合はステップＳＰ８２ｄにおいて前記
ある時点の第１交点の座標を保持して位置の指定を行な
う。一方、ステップＳＰ８２ｃにおいて所定範囲内でな
いと判別された場合はステップＳＰ８２ｅにおいて所定
時間経過後の第２交点の位置を指定して処理を終了す
る。

【００２５】図７はこの実施例を説明するための図であ
る。対象物１５の表面上の交点Ｐ１から所定範囲Ｒ内の
わずかな変動であれば、その交点Ｐ１の位置を保持す
る。そして対象物１５の交点Ｐ１から対象物２５の表面
上の所定点Ｑ１に視点を移動した場合のように、明らか
な視線ベクトルの変化が行なわれた場合にのみ、新たな
位置の指定を行なうようにするのである。

【００２６】この実施例によれば、所定時間前の交点位
置において前記所定範囲内の移動であれば交点は変動し
ないので、所定範囲Ｒを人間の視点の微小な変動量に対
応した値に設定することにより、観察者にとって疲れに
くい３次元位置指定方法を提供できる。なお、この実施
例において前記所定時間は使用するＨＭＤに要求される
追従性などによって決定される。

【００２７】なお、交点の微小な動きを抑制する前記所
定範囲の幅を観察者の選択によって可変にすることで、
鋭敏な追従性と精密に位置を指定したい場合などにおけ
る要望を満足することができる。また、精密に位置を指
定したい場合において交点位置の補助的な微調整機能を
持たせるように構成することが望ましい。

【００２８】

【実施例４】この発明の３次元位置指定方法の第４実施
例について説明する。この実施例は視線追跡による位置
指定を常時行なうものではなく、観察者の選択により所
定のスイッチ手段を動作させることによって指定された
特定期間だけ視線追跡による位置指定を行なうようにし
た点を特徴している。即ち、図１に示すフローチャート
においてステップＳＰ１の前に観察者が両視線ベクトル
による交点の位置指定を行うと選択したか否かを判別
し、両視線ベクトルによる交点の位置指定を行うと選択
した場合にのみステップＳＰ１以降の一連の処理を行な
い、観察者が両視線ベクトルによる交点の位置指定を行
なわないと選択した場合は、一連の交点による位置指定
を行なわない状態で仮想空間内の対象物を表示するので
ある。

【００２９】この実施例によれば、観察者が視線ベクト
ルによる位置指定を行なうと選択したときだけ上記処理
を行なうので、指定点を固定して視線を動かす状態を作
り出すことも可能となる。そして視線ベクトルによる位
置指定を解除したときに、必要に応じて所定の位置指定
手段により指定位置の微調整を行なうことができる。

【００３０】

【実施例５】図８はこの発明の仮想空間立体視装置の一
実施例として、ＨＭＤの構成を示すブロック図であり、
このＨＭＤは大別すると眼鏡のように頭に装着する装着
部３０と、装着部３０内の液晶表示部３１，３２に表示
する画像を生成する画像生成部５０とから構成されてい
る。

【００３１】装着部３０は右眼用と左眼用のそれぞれの
液晶表示部３１，３２と、液晶表示部３１，３２の像を
見易くするための光学レンズ３３，３４と、装着部３０
の位置および向きを検出する位置向き検出部３５とを有
している。なおこれらの要素は従来のＨＭＤにも採用さ
れている。この実施例の装着部３０には上記構成要素の
他に右視線追跡部３７と左視線追跡部３８が新たに付け
加えられている。

【００３２】右視線追跡部３７と左視線追跡部３８はそ
れぞれ眼球に違和感を与えなない程度の赤外線を照射す
る赤外線光源３９，４０と、眼球からの赤外線の反射光
を光検出器設置側に反射するハーフミラー４１，４２
と、眼球の像を光検出器上に結像する集光レンズ４３，
４４と、眼球の像を検出する光検出器４５，４６とを有
している。なお、光検出器４５，４６は少なくとも眼球
の上下左右の２次元の動きを検出できるものが採用され
る。

【００３３】画像生成部５０は位置向き検出部３５の情
報と光検出器４５，４６の瞳孔位置とに基づいて左右の
視線ベクトルを算出する視線ベクトル算出部５１，５２
と、左右の視線ベクトル算出部５１，５２からの両視線
ベクトルに基づいて交点座標を検出する交点算出部５３
と、交点算出部５３と位置向き検出部３５の情報に基づ
いて右眼用、左眼用の透視変換用の座標情報を与える座
標管理部５４と、仮想空間において表示する対象物の大
きさ、色、形状などを保持する対象物情報保持部５５
と、対象物情報と座標管理部５４からの座標情報に基づ
いてそれぞれ右眼用、左眼用の透視変換を行なう透視変
換部５６，５７と、透視変換部５６，５７のデータに基
づいて液晶表示部３１，３２に画像の描画を行なう画像
描画部５８５９とを有している。

【００３４】上記構成のＨＭＤの作用について説明す
る。まず、観察者は上記３次元指定装置の装着部３０を
頭に付けて、両眼と装着部３０との相対位置を固定す
る。そして第１実施例で説明したような方法で観察者の
眼の位置および瞳孔の位置に対応して座標系の校正処理
を行なう。この校正処理により装着部３０を付けた人の
目の位置、瞳孔の位置の違いなどを補正して、仮想空間
における対象物を見たときに瞳孔の位置により視線ベク
トルの算出を行なえるようにする。

【００３５】そして校正処理が終了したら、図示しない
ＨＭＤの操作パネルから観察者の視線ベクトルに基づい
て位置を指定するという選択信号を入力して、仮想空間
内の対象物を実感的に見ることを行なう。具体的に図８
を用いて説明すると、まず装着部３０の位置向き検出部
３５において装着部３０の位置および向きが検出され、
基準となる座標が特定される。また、右視線追跡部３７
と左視線追跡部３８はそれぞれ左右の瞳孔の位置を光検
出器４５，４６により検出して、右視線ベクトル算出部
５１と左視線ベクトル算出部５２において基準となる座
標における右視線ベクトルと左視線ベクトルを算出す
る。次いで、交点算出部５３において観察者の視点位置
を求め、その視点位置と位置向き検出部３５の基準座標
に基づいて座標管理部５４が、算出された視点位置に対
応して透視変換する情報をそれぞれ右透視変換部５６、
左透視変換部５７に与える。右透視変換部５６、左透視
変換部５７はそれぞれ、仮想空間内の対象物情報と座標
管理部５４からの情報に基づいて透視変換を行ない、左
右画像描画部５８，５９が観察者の視点位置に対応した
画像をそれぞれ右液晶表示部３１、左液晶表示部３２に
表示する。

【００３６】この実施例によれば、観察者は対象物の像
を眼で追うだけで順次その視線方向の画像が表示される
ので、従来のジョイスティックなどを使用して位置を指
定する場合に比べて、著しく観察者の負担を軽減してＨ
ＭＤの操作性を向上することができる。また、観察者は
視点位置の指定作業から実質的に開放されるので、仮想
空間内の対象物の認識に集中することができ、仮想空間
の実感を高めることができる。

【００３７】

【実施例６】図９はこの発明の仮想空間立体視装置の他
の実施例としてのＭＨＤの構成を示すブロック図であ
る。このＭＨＤは大別すると眼鏡のように装着する装着
部７０と、装着部７０内の液晶表示部３１，３２に表示
する画像を生成する画像生成部８０とから構成されてい
る。

【００３８】装着部７０には右眼用と左眼用のそれぞれ
の液晶表示部３１，３２と、液晶表示部３１，３２の光
を効率良く見るための光学レンズ３３，３４と、装着部
３０の位置および向きを検出する位置向き検出部３５と
を有している。なおこれらの要素は従来のＭＨＤにも採
用されている。画像生成部８０は位置向き検出部３５の
情報に基づいて右眼用、左眼用の透視変換用の座標情報
を与える座標管理部８１と、位置向き検出部３５の情報
に基づいて装着部７０の基準座標における方向ベクトル
を算出する方向ベクトル算出部８２と、仮想空間におい
て表示する対象物の大きさ、色、形状などを保持する対
象物情報保持部８３と、方向ベクトル算出部８２によっ
て算出された方向ベクトルと対象物の表面との交点を算
出する交点算出部８４と、対象物情報と座標管理部から
の座標情報に基づいてそれぞれ右眼用、左眼用の透視変
換を行なう右透視変換部８５，左透視変換部８６と、透
視変換部８５，８６のデータに基づいて液晶表示部３
１，３２に画像の描画を行なうとともに、交点算出部８
４の交点座標にカーソルを描画する右画像描画部８７，
左画像描画部８８とを有している。

【００３９】上記構成のＨＭＤの作用について図９から
図１１を参照しつつ説明する。前記したようにＭＨＤに
おいては壁面、天井、床面などはベタ塗りの平面として
処理されるので、例えば、壁面上の１点を見つめて立体
視することが難しく、正確な遠近感がつかみにくい。そ
こで装着部７０に設けられた位置向き検出部３５の基準
座標を用いて、図１０に示すような観察者の視野の方向
ベクトルＳを方向ベクトル算出部８２において算出す
る。そして、方向ベクトルＳと仮想空間内の対象物との
交点を交点算出部８４において算出し、その座標位置に
右画像描画部８７、左画像描画部８８によって補助カー
ソルを表示する。

【００４０】補助カーソルは左右液晶表示部３１，３２
に仮想空間内の対象物とともに描画されるので、観察者
には対象物表面上にカーソルが現われたように見える。
観察者が横方向に頭を動かせば、その動きに応じて図１
１に示すように補助カーソル９０は対象物表面上を破線
のように移動する。この感覚はちょうど装着部７０にレ
ーザ光源を取り付け、その光が当たっているような感じ
である。観察者はこの補助カーソル９０の出現によって
例えば壁面上の１点に容易に視点を合わせることができ
るので、遠近感がつかみやすくなる。

【００４１】この実施例によれば、たとえ、ベタ塗りの
壁面等であっても容易に視点を合わせることができると
ともに、方向ベクトルＳの算出は位置向き検出部３５の
情報から簡単に行なえ、かつ交点計算および補助カーソ
ル９０の描画は壁面をテクスチャ・マッピングを施すよ
りもはるかに処理が早く行なえるのであるから、追従性
低下などの性能低下を最小限に押さえつつ、上記遠近感
が得にくいという問題を解決することができる。

【００４２】また、ポリゴン数を増やすことあるいはテ
クスチャ・マッピングを施すことにより遠近感を得られ
易くする方法がいずれも画像描画部８７，８８の描画速
度の向上を要求するのに対し、この実施例の方法は交点
計算という画像描画とは独立した処理により補助カーソ
ル９０を表示するので、例えば、必要に応じて交点算出
用の計算処理を独立させることなどによって描画速度を
低下させることなく、実現することが可能である。

【００４３】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内にお
いて種々の設計変更を施すことが可能である。例えば、
前記実施例では瞳孔位置検出手段を赤外線を眼に照射し
て瞳孔の位置を光検出器によって検出することで構成し
たが、その他にも各種の方法を採用することができる。

【００４４】また、瞳孔位置検出の精度が良くないなど
の理由により、算出される左右視線ベクトルの交点が厳
密に１点に定まらない場合においても、視線ベクトルの
束を想定し、束同士の交点位置を算出することにより、
必ず近似的な交点を求めるようにすることができる。つ
まり、両視線ベクトルにある程度の幅を持たせてその交
点位置を算出するのである。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明は、従来
のような特別な３次元位置指定動作が不要になって視点
位置指定作業から解放され、仮想空間内の認識作業に集
中できるのであるから、操作性が極めて良くなるという
特有の効果を奏する。請求項２の発明も、従来のような
特別な３次元位置指定動作が不要になって視点位置指定
動作から解放され、仮想空間内の認識作業に集中できる
のであるから、極めて操作性の高い仮想空間立体視装置
を提供できるという特有の効果を奏する。

【００４６】請求項３の発明は、観察者の向いた方向の
視野内にある対象物の表面にカーソルが表示されること
になるのであるから、観察者簡単に対象物の表面に視点
を合わせることができ、立体視が行ないやすくなるとい
う特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の３次元位置指定方法の第１実施例を
示すフローチャートである。

【図２】この発明の３次元位置指定方法の第１実施例を
説明するための図である。

【図３】（Ａ）は単眼の位置指定方法の問題点を説明す
るための図、（Ｂ）は両眼の視線ベクトルの交点を求め
る場合の利点を説明するための図である。

【図４】この発明の３次元位置指定方法の第２実施例を
示すフローチャートである。

【図５】この発明の３次元位置指定方法の第２実施例を
説明するための図である。

【図６】この発明の３次元位置指定方法の第３実施例を
示すフローチャートである。

【図７】この発明の３次元位置指定方法の第３実施例を
説明するための図である。

【図８】この発明の仮想空間立体視装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図９】この発明の仮想空間立体視装置の他の実施例を
示すブロック図である。

【図１０】この発明の仮想空間立体視装置を説明するた
めの図である。

【図１１】この発明の仮想空間立体視装置の動作を説明
するための図である。

【符号の説明】

３１右眼用液晶表示部３２左眼用液晶表示部３５位置向き検出部３７右視線追跡部３８左視線追跡部５１右視線ベクトル算出部５２左視線ベクトル算出部５３交点算出部５４座標管理部５５対象物情報保持部５６右透視変換部５７左透視変換部５８右画像描画部５９左画像描画部８１座標管理部８２方向ベクトル算出部８３対象物情報保持部８４交点算出部８５右透視変換部８６左透視変換部８７右画像描画部８８左画像描画部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】右眼用、左眼用の画像表示手段の仮想空
間内に、観察者の位置および向きに応じて対象物の画像
を変化させて立体視させる場合において、対象物を見て
いる観察者の左右眼の視線方向を検出し、検出した両視
線方向の交点を求め、求めた交点を仮想空間内の観察者
の指定位置とする３次元位置指定方法。
【請求項２】右眼用、左眼用の画像表示手段（３１）
（３２）と、観察者の位置および向きを検出する位置向
き検出手段（３５）と、仮想空間の対象物の情報を保持
する対象物情報保持手段（５５）と、観察者の位置およ
び向きに応じて対象物の画像を変化させて立体視させる
立体視手段（５４）（５６）（５７）とを備えた仮想空
間立体視装置において、対象物を見ている観察者の左右
眼の視線方向を検出する視線方向検出手段（３７）（３
８）（５１）（５２）と、検出した両視線方向の交点を
算出して、その交点を仮想空間内の観察者の指定位置と
して確定する指定位置確定手段（５３）（５４）とを有
していることを特徴とする仮想空間立体視装置。
【請求項３】右眼用、左眼用の画像表示手段（３１）
（３２）と、観察者の位置および向きを検出する位置向
き検出手段（３５）と、仮想空間の対象物の情報を保持
する対象物情報保持手段（８３）と、観察者の位置およ
び向きに対応して前記対象物の画像を立体的に変化させ
る立体視手段（８１）（８５）（８６）とを備えた仮想
空間立体視装置において、観察者の方向ベクトルを算出
する方向ベクトル算出手段（８２）と、算出した方向ベ
クトルと仮想空間内の対象物表面との交点を算出する交
点算出手段（８４）と、算出した交点位置にカーソルを
描画するカーソル描画手段（８１）（８５）（８６）
（８７）（８８）とを有していることを特徴とする仮想
空間立体視装置。