JPH0685182B2 - 模擬視界発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は模擬視界発生装置に関し、特に、仮想的な３
次元の風景を、ある指定された視点から見たときの２次
元画像として表示できるものであり、水平線上および中
空にある山脈、町並、星座のような遠景と、視点に近い
風景である近景とを別々に別要の演算処理を施して表示
するようにされた模擬視界発生装置に関するものであっ
て、各種シミュレータやゲーム装置等に有利に適用され
るものである。

［従来の技術］ 第12図は、従来からの模擬視界発生装置のブロック図で
ある。この第12図において、（121）は電子画像発生装
置であって、これにはデータベース（124）が含まれて
おり、このデータベース（124）には遠景の画像内容を
含む全ての画像内容が格納されている。また、電子画像
発生装置（121）は、外部から入力される位置、姿勢情
報に基づき、データベース（124）内の所要の画像内容
を選択し、出力するようにされる。（122）は面形成装
置であって、これは電子画像発生装置（121）からの出
力情報を受け入れ、所定の処理を施してから表示装置
（123）で所望の表示がなされる。

上記された従来例装置によれば、３次元の風景を２次元
的に表示させるためには、次のような計算処理が施され
る。

S1:モデリング変換、 S2:視野交換、 S3:透視交換、 S4:ビューポート変換。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記された従来の模擬視界発生装置では、そのデータベ
ース内に遠景すなわちパノラマ情報を含めた全ての画像
内容が格納されているために、このデータベース内の画
像内容をある所定の視点位置から見た形状に変換するた
めに必要な演算処理回数が増大して、表示装置に所望の
画像を表示させるための情報処理が困難になる。すなわ
ち、一般に、この種の表示装置の表示面は蛍光体等が塗
布されているものであることから、所定のリフレッシュ
レートをもって必要な画像をくり返して表示させねばな
らず、データベースの画像内容が多くなると、その演算
処理に要する時間が不足してしまう問題点があった。

この発明は上記された問題点を解決するためになされた
ものであって、２個のデータベースを用意し、その一方
には遠景すなわちパノラマ情報である画像内容を格納
し、他方にはそれ以外の画像内容を格納しておき、前者
の画像内容については演算処理を簡略化して、全体とし
ての演算処理に要する時間が不足することのないような
模擬視界発生装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る模擬視界発生装置は、視認者からの距離
に応じて複数の層に分割され、垂直位置がスクリーン座
標系の水平線位置からの高さとして規定された全方位の
遠景の画像内容を各層毎にデータベース化して格納する
第１のデータベースと、前記遠景以外の近景の画像内容
を格納する第２のデータベースと、水平走査に応じて前
記第１のデータベースから遠景の画像内容を各層毎に並
列に取り出し、取り出した垂直位置と、視認者の視点の
前記水平線位置からの上下角と垂直走査の位置の加算位
置との比較に基づいて取り出した遠景の画像内容の有無
を各層毎に並列に判定してその結果を前記近景と遠景の
画像を重畳する面形成装置に各層毎に並列に伝える遠景
画像発生装置とを備えたものである。

［作 用］ この発明によれば、第１のデータベースは、視認者から
の距離に応じて複数の層に分割され、垂直位置がスクリ
ーン座標系の水平線位置からの高さとして規定された全
方位の遠景の画像内容を各層毎にデータベース化して格
納し、第２のデータベースは、前記遠景以外の近景の画
像内容を格納し、遠景画像発生装置は、水平走査に応じ
て前記第１のデータベースから遠景の画像内容を各層毎
に並列に取り出し、取り出した垂直位置と、視認者の視
点の前記水平線位置からの上下角と垂直走査の位置の加
算位置との比較に基づいて取り出した遠景の画像内容の
有無を各層毎に並列に判定してその結果を前記近景と遠
景の画像を重畳する面形成装置に各層毎に並列に伝え
る。

概略構成 第１図は、この発明の実施例である模擬視界発生装置の
ブロック図である。この第１図において、（11）は電子
画像発生装置であって、第２のデータベース（14）には
近景の画像内容が格納されている。また、（15）は遠景
（パノラマ）画像発生装置であって、第１のデータベー
ス（16）には遠景の画像内容が格納されている。外部か
らの位置・姿勢情報は前記電子画像発生装置（11）およ
び遠景画像発生装置（15）の双方に加えられ、それぞれ
に対応するデータベース（14）および（16）の画像内容
に基づく所要の処理を施し、結果としての双方の出力は
面形成装置（12）に印加されて所定の処理を施されてか
ら表示装置（13）で所望の表示がなされることになる。

遠景データベース 遠方の風景である遠景には、前述されたように、山脈、
町並や星座等のような風景が含まれており、このような
遠景はパノラマとも呼ばれている。視認者の位置が変化
しても、このような遠景が変化することはほとんどな
い。このようなことは、例えば列車の乗客等によってし
ばしば経験されるところである。また、遠景は近景によ
って隠されることがあるが、これも、例えば遠方の山脈
が手近にある家屋によって見えなくされるように、しば
しば経験されることである。第２図は、上記された事柄
についての説明図であり、この第２図において、遠景
（21）および近景（22）は水平線（23）によつて区切ら
れている。そして、遠景（21）には山脈（21A）、町並
（21B）、星座（21C）、独立山塊（21D）、海面（21E）
等が含まれ、また、近景（22）には建物（22A）、道路
（22B）、樹木（22C）が含まれている。

遠景データベースの作成 この発明の実施例で用いられる遠景データベースは次の
ようにして作成される。先ず、第３図（ａ）は視認者
（31）と円筒状の遠景データベース層（32_I）Ｉ＝1,・
・・Ｎ）との関係を示す斜視図であり、第３図（ｂ）は
その上面図である。また、第４図は、視認者（41）と遠
景データベース層との関係を具体的に示す斜視図であ
り、ここに、遠景データベース層は第１層（42₁）から
第４層までとされており、第１層（42₁）には視認者（4
1）に最も近い位置の独立山塊（43）が存在し、第２層
（42₂）には前記独立山塊（43）より遠方にある別異の
独立山塊（44）が存在し、第３層（42₃）には更に遠方
の町並（45）や山脈（46）が存在し、そして、第４層
（42₄）には中空上の星座（47）が存在する。このよう
にして、適数個の層に分割された遠景は、これらの層別
にデータベース化される。そして、これらの層間には優
先順位が定められており、優先順位の低いものは優先順
位の高いものによって隠されるものであり、例えば、第
１層（42₁）は第２層（42₂）よりも優先順位が高いこと
になる。なお、この層化は、円筒状にするばかりでな
く、多角柱状にすることもできる。

表示対象の位置情報計算処理 この発明の実施例における模擬視界発生装置に含まれて
いる遠景（パノラマ）画像発生装置（15）によれば、下
記のやり方によって演算処理時間の短縮がなされる。第
５図（ａ）は視認者（51）とスクリーン（52）との関係
を説明する模式図であり、第５図（ｂ）は同斜視図であ
る。

このパノラマ画像発生装置では、計算時間の短縮を目的
とする為、パノラマデータベースに遠景を蓄える時点
で、スクリーン座標系上の水平線位置に対して、何本の
走査線分の高さかを規定して（Ｘ）格納する。即ち、パ
ノラマデータベースはスクリーン圧縮のデータである。
なお、水平方向の方位に関しては、ψ（ヘディング）
［視認者が見ている方位］に対して、切り取る画面の端
より何画素目かを規定する（Ｙ）。

実施例装置の具体的な構成 第６図は、この発明の実施例装置の具体的な構成を示す
詳細ブロック図である。この第６図において、計算部
（61）は、発生画像のモデル・データおよび視点の姿勢
・位置からディスプレイ面上に画像を発生させるための
計算を行う一種の計算機（コンピュータ）であって、近
景の画像内容が格納されている第２のデータベースを含
む。従って四則演算が可能であり、結果をデータ・バス
（16BiT程度）で出力できる装置である。

イメージ・ジェネレータ（62）は、ディスプレイを垂直
・水平走査するための各種クロックを発生し計算部（6
1）から出力されるデータからディスプレイの垂直・水
平走査の時々刻々のタイミングに合わせて発生させるべ
き画像の面のシグナルを発生する装置である。

プライオリティ・フェイス・ジェネレータ（63）は、イ
メージ・ジェネレータ（62）から得た各面のシグナルを
規定の優先順位に従って隠蔽処理を行い赤・緑・青の三
色のカラー・シグナルをディスプレイドライバ（65）に
出力する。

ライト・ポイント・ジェネレータ（64）は、計算部（6
1）から点灯させるべき光点のディスプレイの縦横（垂
直・水平）位置のデータを得てディスプレイの垂直・水
平走査の時々刻々のタイミングに合わせて光点シグナル
を発生させる装置であり、ディスプレイ・ドライバ（6
5）に出力してフェイス（面）のシグナルと合わせて画
像を発生させるものである。

ディスプレイ・ドライバ（65）は、前記プライオリティ
・フェイス・ジェネレータ（63）およびライト・ポイン
ト・ジェネレータ（64）から得たロジック・レベルのカ
ラー・シグナルをカラー・ディスプレイ（66）に合わせ
たアナログのカラー・シグナルに変換してから、前記カ
ラー・ディスプレイ（66）に出力する。なお、プライオ
リティ・フェイス・ジェネレータ（63）とディスプレイ
・ドライバ（65）から面形成装置（12）が構成される。

カラー・ディスプレイ（66）は、赤・緑・青のカラー・
ディスプレイである。

計算部（61）、イメージ・ジェネレータ（62）及びライ
ト・ポイント・ジェネレータ（64）からなる電子画像装
置に対して、後述のパノラマ（遠景）画像発生装置（6
7）の接続が可能にされる。このパノラマ画像発生装置
（67）は、計算部（61）とはデータバス（61a）で係合
されており、また、イメージジェネレータ（62）とはク
ロックバス（62a）で係合されている。そして、所定の
クロック操作の下に与えられたデータについての処理を
行い、その結果は出力バス（67a）によってプライオリ
ティフェイスジェネレータ（63）に加えられるとともに
別異の出力バス（67b）によって別異のライトポイント
ジェネレータ（64）にも加えられる。

第７図は、上記されたパノラマ画像発生装置（67）の詳
細ブロック図である。この第７図において、（71）は方
位レジスタ、（72）は水平線位置レジスタ、（73）は垂
直走査レジスタ、（74）はアドレスカウンタ、（75）は
データベースROM、（76）は加算器、（77）は比較器で
あり、また、（78）はラッチである。

前記第６図及び第７図に示されているこの発明の実施例
装置の動作を、下記第８図から第11図までを参照しなが
ら説明する。ここで、第８図は、パノラマデータベース
の中の任意の部分がディスプレイされることの例示図で
あり、（81）は視点、（82）はパノラマデータベースで
あって、視点（81）からみて360゜全方位のもの。

（83）は、ディスプレイであって、視点（81）からの視
野が例えば中心角で48゜であるような領域（AB）がとら
れている。第９図は、データベースROM（75）のアドレ
スとデータとの対応関係の例示図であり、全方位360゜
をｍ分割した態様でアドレス設定がなされている。ま
た、第10図には、前記データの内容については、パノラ
マの高さVSが０からｎまでのスケールをもって表わされ
ている。そして、第11図は、第10図の変形図であって、
第13図に示すように、視認者の視点の上下角（ピッチ
角）を角度（Ｐ）上げたときに、スクリーン上の水平線
位置がディスプレイセンターよりも分量（Ｈ）だけ下げ
られているものである。なお、これら第10図及び第11図
は、ディスプレイ（83）上で見えるパノラマ画像の拡大
図であって、視点の上下角（ピッチ）に対する水平線位
置をディスプレイ縦軸の垂直走査線番号（VS:0〜ｎ）の
中点に対して上下角が水平走査線の何本分（Ｈ）に相当
するかで表わすものである。

次いで、動作について説明すると、方位レジスタ（71）
には、ディスプレイの左端に見えるはずのＡ点（第8,第
９図）のROMアドレスをフレイム毎に（典型的には33.3m
秒毎に）入力する。アドレスカウンタ（74）は、方位レ
ジスタ（71）からのデータを各水平走査の初めにロード
クロックＢで入力し、水平同期クロック毎にその内容を
増加させる。そして、その内容がｍに達すると、直ちに
０に戻ってから増加が再開される。このアドレスカウン
タ（74）の内容がデータベースROM（75）に対するアド
レスとなり、ディスプレイ（83）の視界のＡ点からＢ点
まで水平走査がなされる毎にHpiデータが出力されて、
比較器（77）に加えられる。水平線位置レジスタ（72）
には、ディスプレイセンターと水平線位置との差（Ｈ）
がデータとしてロードクロックＣによりフレイム毎に加
えられる。垂直走査レジスタ（73）には、垂直走査番号
が各水平走査の初めにロードされる。そして、加算器
（76）は、水平線位置レジスタ（72）及び垂直走査レジ
スタ（73）の内容を加え合わせることにより視点の上下
角（ピッチ）を垂直走査番号にオフセットした値が得ら
れる（第11図）。これは視点の上下角が０である場合
（第10図）のVS＝０からパノラマの高さまでの距離（Hp
i）と比較する値となる。比較器（77）により、データ
ベースROM（75）の内容と加算器（76）の内容とが比較
され、各水平走査時のパノラマの高さが当該時点におけ
る垂直走査番号よりも高いか、あるいは低いかの判定が
なされる。そして、その時の走査位置で、パノラマの方
が低いとき（ただし、星座の場合には合致したとき）に
はパノラマ面が存在するとしてロジック“1"を、またそ
うでないときは存在しないとしてロジック“0"をディス
プレイの横軸を分割した時間毎にラッチ（78）にセット
される。したがって、パノラマフェイスは、各水平走査
線の位置において、パノラマのフェイス内にあるか否か
を規定するフェイスシグナルとして、バス（67a）を介
してプライオリティフェイスジェネレータ（63）に加え
られ、空よりは高いけれども他のフェイスよりは低い優
先順位をもったフェイスとして扱われる。また、遠景が
星座である場合には、ライトポイントジェネレータ（6
4）に対し、バス（67b）を介してパノラマスターとして
加えられる。なお、データベースROM（75）、比較器（7
7）及びラッチ（78）は、パノラマを構成する層の数、
つまり第１層から第４層までの４組あり、それらがアド
レスカウンタ（74）と加算器（76）に対して並列に設け
られており、それらを並列に制御することによって複数
層にわたるパノラマ画像が得られる。

［発明の効果］ 以上説明されたように、この発明に係る模擬視界発生装
置は、視認者からの距離に応じて複数の層に分割され、
垂直位置がスクリーン座標系の水平線位置からの高さと
して規定された全方位の遠景の画像内容を各層毎にデー
タベース化して格納する第１のデータベースと、前記遠
景以外の近景の画像内容を格納する第２のデータベース
と、水平走査に応じて前記第１のデータベースから遠景
の画像内容を各層毎に並列に取り出し、取り出した垂直
位置と、視認者の視点の前記水平線位置からの上下角と
垂直走査の位置の加算位置との比較に基づいて取り出し
た遠景の画像内容の有無を各層毎に並列に判定してその
結果を前記近景と遠景の画像を重畳する面形成装置に各
層毎に並列に伝える遠景画像発生装置とを備えているの
で、所要の演算処理時間が短縮されるという効果が奏せ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の概略構成を示すブロック
図、第２図は、この発明を説明するための風景の例示
図、第３図および第４図は、この発明におけるデータベ
ース作成の説明図、第５図は、この発明における視認者
とスクリーンとの関係の説明図、第６図および第７図
は、この発明の実施例の詳細ブロック図、第８図は、パ
ノラマデータベースとディスプレイとの関係説明図、第
９図は、データベースROMのアドレス説明図、第10図お
よび第11図は、ディスプレイ上のパノラマ画像の拡大例
示図、第12図は、従来例装置の概略構成を示すブロック
図、第13図は、この発明の実施例における視認者、スク
リーン及びパノラマ面を真横から見た図である。 （11）は電子画像発生装置、（12）は面形成装置、（1
3）は表示装置、（14）は（第２の）データベース、（1
5）は遠景画像発生装置、（16）は（第１の）データベ
ース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元の風景を２次元的に表示させる模擬
   視界発生装置において、 視認者からの距離に応じて複数の層に分割され、垂直位
   置がスクリーン座標系の水平線位置からの高さとして規
   定された全方位の遠景の画像内容を各層毎にデータベー
   ス化して格納する第１のデータベースと、 前記遠景以外の近景の画像内容を格納する第２のデータ
   ベースと、 水平走査に応じて前記第１のデータベースから遠景の画
   像内容を各層毎に並列に取り出し、取り出した垂直位置
   と、視認者の視点の前記水平線位置からの上下角と垂直
   走査の位置の加算位置との比較に基づいて取り出した遠
   景の画像内容の有無を各層毎に並列に判定してその結果
   を前記近景と遠景の画像を重畳する面形成装置に各層毎
   に並列に伝える遠景画像発生装置と を備えたことを特徴とする模擬視界発生装置。