JPH07210705A - 仮想現実装置 - Google Patents

仮想現実装置

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JPH07210705A
JPH07210705A JP6007022A JP702294A JPH07210705A JP H07210705 A JPH07210705 A JP H07210705A JP 6007022 A JP6007022 A JP 6007022A JP 702294 A JP702294 A JP 702294A JP H07210705 A JPH07210705 A JP H07210705A
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剛 橋本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 より高速かつ正確な全視野方向の動画および
静止画映像を生成することの可能な仮想現実装置を提供
する。 【構成】 等角図法または円筒図法の映像を入力するイ
メージ入力部6と、前記視野方向センサからの視野方向
の情報を入力する角度入力部5と、入力した映像を視野
方向の情報に基づき球にマッピングし、球の中心から入
力した視野方向に透視した際の画像を生成するイメージ
変換部8、9、10と、変換後の映像を出力する画像出
力部7とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、仮想現実装置に係り、
特に、視野方向を計測する視野方向センサと、視野方向
に応じた映像を生成する描画装置と、描画装置からの出
力映像を表示する眼前固定型ディスプレイを備えている
仮想現実装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、頭の方向情報をセンサによって取
り込みそれに応じた映像を頭部にとりつけた映像機器に
表示することにより、架空の世界を体験する仮想現実装
置が知られている。このような仮想現実装置において
は、時間遅れの少ない描画装置が望まれている。
【0003】従来の仮想現実装置の描画には、ポリゴン
方式のコンピューターグラフィクスが使用されるが、
空、地面などの背景描画の方法については、視点の周り
に球形に多角形を配置しその内面にテクスチャマッピン
グを施して描画を行うエンバイロンメント・マッピング
方式と、2次元的な映像を視野方向に合わせて別に生成
しポリゴン方式で描かれた映像と重ね合わせる疑似3D
方式がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のエンバ
イロンメント・マッピングでは描画するべき面の数が増
すため、描画コストが高くなるという欠点があった。
【0005】また、後者の疑似3D方法は、描画コスト
の面では優れているものの、あくまで疑似的なものであ
り、応用性に乏しいという欠点があった。
【0006】本発明は、このような点に鑑みなされたも
のであり、2次元的に記録された円筒図法もしくは等角
図法の映像を立体球面にマッピングし、視野のオイラー
角、垂直視野角、水平視野角に応じて透視することによ
り、より高速かつ正確な全視野方向の動画および静止画
映像を生成することの可能な仮想現実装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、視野方向を計測する視野方向センサと、
視野方向に応じた映像を生成する描画装置と、描画装置
からの出力映像を表示する眼前固定型ディスプレイを備
えている仮想現実装置であって、前記描画装置が、等角
図法または円筒図法の映像を入力するイメージ入力部
と、前記視野方向センサからの視野方向の情報を入力す
る角度入力部と、入力した映像を視野方向の情報に基づ
き球にマッピングし、球の中心から入力した視野方向に
透視した際の画像を生成するイメージ変換部と、変換後
の映像を出力する画像出力部を備えたことを特徴とす
る。
【0008】ここで、前記イメージ変換部は、入力した
映像を格納するイメージデータメモリと、視野方向に応
じた画像を前記イメージデータメモリの画素情報から生
成する演算手段と、該生成された画像を格納する出力画
像メモリとから構成されることが望ましく、更に前記演
算手段が、画面の画素座標を逐次生成する座標生成部
と、該座標生成部によって生成された座標に対して視野
方向の回転を行う視野方向回転部と、該視野方向回転部
により得られた座標に対して仰角方向の回転を行う仰角
方向回転部と、該仰角方向回転部によって得られた座標
に対してマッピング処理を行い等角座標とするマッピン
グ部と、得られた等角座標に水平方向の回転を施す水平
方向回転部と、該水平方向回転部によって得られた座標
よりイメージデータメモリのアドレスを生成し出力する
イメージアドレス出力部とから構成されることが望まし
い。
【0009】
【作用】上記した構成によれば、イメージ入力部を介し
て入力された円筒図法もしくは等角図法の映像は、角度
入力部を介して入力された視野方向の情報に基づき立体
球にマッピングされ、球の中心から視野方向に透視した
際の映像に変換される。この変換後の映像が、画像出力
部を介して眼前固定型ディスプレイに出力される。これ
により、全視野方向の情報を正確かつ高速に取り出すこ
とができる。
【0010】イメージ変換部がイメージデータメモリ、
演算手段及び出力画像メモリからなる場合は、イメージ
入力部を介して入力された映像は、イメージデータメモ
リに格納され、演算手段はこのイメージデータメモリの
画素情報から、視野方向に応じた画像を生成し、出力画
像メモリに格納する。
【0011】さらに、上記した演算手段が、座標生成
部、視野方向回転部、仰角方向回転部、マッピング部、
水平方向回転部、及びイメージアドレス出力部からなる
場合は、まず座標生成部が画面の画素座標を逐次生成
し、次いで視野方向回転部が該座標生成部によって生成
された座標に対して視野方向の回転を行う。この後、仰
角方向回転部にて該視野方向回転部により得られた座標
に対して仰角方向の回転を行い、マッピング部にて該仰
角方向回転部によって得られた座標に対してマッピング
処理を行う。得られた等角座標に水平方向回転部にて水
平方向の回転が施され、イメージアドレス出力部にて該
水平方向回転部によって得られた座標よりイメージデー
タメモリのアドレスが生成され出力される。
【0012】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図を参照しな
がら説明する。
【0013】図1は仮想現実装置の基本的構成の一例を
示し、1は描画装置であり、2は操作者の視野方向を測
定するセンサであり、3は映像を表示する眼前固定型デ
ィスプレイである。図2は、本発明にかかる仮想現実装
置の全体構成図であり、図1と同一の要素には、同一の
参照符号を付している。描画装置1には視野方向センサ
2からの信号が入力され、また該描画装置1からは、眼
前固定型ディスプレイに画像信号が出力されている。描
画装置1中の、4はイメージ変換部であり、視野方向セ
ンサ2からの信号が入力される角度入力部5、入力画像
信号が供給されるイメージ入力部6、画像を出力する画
像出力部7、入力画像を蓄えるイメージデータメモリ
8、出力画像を蓄える出力画像メモリ9、及び演算処理
を行うCPU10を備える。該イメージ変換部4は、視
野方向センサ2からの視野情報を角度入力部5から、入
力画像信号をイメージ入力部6からそれぞれ入力し、入
力画像を球形にマッピングし、それを球の中心から視野
方向に透視した映像を生成画像出力部7を通し眼前固定
型ディスプレイ3に出力する。
【0014】以下、イメージ変換部について説明する。
【0015】イメージデータメモリ8は、複数の画素か
らなる画像を表す入力信号を外部より入力し保存するメ
モリであり、CPU10からの指示によって任意の位置
の画素情報を読み出すことができる。出力画像メモリ9
は出力すべき画像を保存するメモリであり、CPU10
から任意の位置に書き込みを行なうことができ、また眼
前固定型ディスプレイ3に表示しうる映像信号を出力す
る。CPU10は、後述の方法により、視野方向に応じ
た映像をイメージデータメモリ8の画素情報から生成
し、出力画像メモリ9に出力する。
【0016】図3はCPU10の処理ブロック図であ
る。CPU10の処理は、大きく分けて、座標生成部1
1、視野方向回転部12、仰角方向回転部13、マッピ
ング部14、水平方向回転部15、イメージアドレス出
力部16の六つのブロックから構成され、視野方向セン
サ2から水平方向回転角(Head)、仰角方向回転角
(Pit)及び視野方向回転角(Rol)から成る視野
のオイラー角と、予め設定されている水平画角A及び垂
直画角Bとから、水平角h及び仰角pを算出し、これを
イメージデータメモリ8のアドレスに変換して、イメー
ジデータメモリ8にアクセスする。図9に、視野方向回
転角(Rol)、水平方向回転角(Head)、仰角方
向回転角(Pit)の座標系を、図10に、等角座標の
座標系を夫々図示する。
【0017】図4に前記六つのブロックで実行される処
理のフローチャートを示す。また、図5は各部で行われ
る演算を表すものである。
【0018】まず、座標生成部11にて出力画像メモリ
の画素に対応して、画面を左上から右下まで1ラインず
つ走査した場合の、書き込みアドレス及び入力(ピクセ
ル)座標(x,y)を逐次生成する。水平512ドット
垂直512ドットの画面の場合、(0,0),(1,
0),...,(511,0),(0,1),...,
(511,511)という座標が生成される。
【0019】視野方向回転部12では、座標生成部11
によって生成された座標(x,y)を式(1)に従っ
て、視野方向回転角Rolだけ逆向きに回転させ、新た
な座標(x,y)を生成する。
【0020】
【数1】
【0021】仰角方向回転部13では、視野方向回転部
12によって生成された座標(x,y)を式(2)、
(3)に従って、仰角方向回転角Pitだけ逆向きに回
転させ、新たな座標(x,y)を生成する。
【0022】
【数2】
【0023】
【数3】
【0024】マッピング部14では、先の座標(x,
y)を式(4)〜(6)に従って、等角座標(h,p)
に変換する。
【0025】
【数4】
【0026】
【数5】
【0027】
【数6】
【0028】水平方向回転部15では、等角座標の
(h,p)を式(7)に従って、水平方向回転角Hea
dだけ逆向きに回転させる。
【0029】
【数7】
【0030】イメージアドレス出力部16では、仰角及
び水平角から、イメージデータメモリ8上のアドレスを
算出する。
【0031】結果、座標生成部によって生成された座標
x,yは、等角座標で描かれた映像上のある1ピクセル
を指すアドレス変換される。
【0032】このアドレスのピクセル情報を逐次読みだ
し出力画像メモリ9にストアすることによって、出力映
像が完成する。
【0033】図7は、変換操作の概念図であり、等角座
標で描かれた世界地図上の視野範囲19が、球面上の視
野範囲19に変換されることが示されている。
【0034】図8は変換部からイメージデータメモリ5
に出力された座標をプロットしたものであり、黒い部分
20が視野であり、Pitは視野の仰角方向回転角を意
味する。また視野方向回転角(Rol)は0度、水平方
向回転角(Head)は90度、水平画角A、垂直画角
Bは180度である。
【0035】以上、本実施例によれば、2次元的に記録
された円筒図法もしくは等角図法の映像を立体球面にマ
ッピングし、視野のオイラー角、水平画角、垂直画角に
応じて透視することにより、より高速かつ正確な全視野
方向の映像を生成することができる。ここで、イメージ
データメモリ8に格納される映像情報を、所定間隔にて
更新すれば動画映像、更新しない場合には静止画映像を
生成することとなる。
【0036】図6は、別の実施例であり、3次元グラフ
ィック描画装置とイメージ変換部を組み合わせて使用し
た仮想現実装置である。図中、図2と同一の構成には、
同一の参照符号が付してある。本実施例の仮想現実装置
は、先の実施例同様、描画装置1、視野方向センサ2、
眼前固定型ディスプレイ3から構成される。描画装置1
は、イメージ変換部4と、3次元グラフィック描画装置
18と、イメージ変換部4からの出力映像と3次元グラ
フィック描画装置18からの出力映像を合成する画像合
成装置17とを備えている。ここで、イメージ変換部4
は先の実施例でのイメージ変換部4と全く同一の構成、
機能を有するもので、画像出力部7より出力された映像
は、画像合成装置17に入力されている。3次元グラフ
ィック描画装置18は、視野方向センサ1からの情報に
応じて視野方向に応じた透視映像を生成するものであ
り、画像合成装置17は、画像出力部7より背景映像を
入力し、3次元グラフィック描画装置より、前景を入力
し、3次元グラフィックの描画されていない部分から、
画像出力部7からの映像がすけて見えるように合成し、
眼前固定型ディスプレイ3に出力する。これにより、背
景として入力される映像と3次元グラフィックにより作
成された映像とが重ね合わされた全視野方向の動画およ
び静止画映像が、より高速かつ正確に生成される。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の仮想現実
装置によれば、2次元的に記録された円筒図法もしくは
等角図法の映像を立体球面にマッピングし、視野のオイ
ラー角に応じて透視することにより、より高速かつ正確
な全視野方向の動画および静止画映像を生成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にてなる仮想現実装置の基本的構成の一
例を示す構成図である。
【図2】本発明にてなる仮想現実装置の一例の全体構成
図である。
【図3】図2の仮想現実装置のCPUの処理ブロック図
である。
【図4】図3に示した処理ブロックにて実行される座標
変換動作を説明するフローチャートである。
【図5】座標変換動作に用いられる変換式を示したフロ
ーチャートである。
【図6】本発明の他の実施例の全体構成図である。
【図7】図2の仮想現実装置の映像変換の概念図であ
る。
【図8】イメージ変換部から出力された読みだし座標の
プロットである。
【図9】本発明で使用する視野方向の座標系の説明図で
ある。
【図10】本発明で使用する等角座標の座標系の説明図
である。
【符号の説明】
1 描画装置 2 視野方向センサ 3 眼前固定型ディスプレイ 4 イメージ変換部 5 角度入力部 6 イメージ入力部 7 画像出力部 8 イメージデータメモリ 9 出力画像メモリ 10 CPU 11 座標生成部 12 視野方向回転部 13 仰角方向回転部 14 マッピング部 15 水平方向回転部 16 イメージアドレス出力部 17 画像合成装置 18 3次元グラフィック描画装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 視野方向を計測する視野方向センサと、
    視野方向に応じた映像を生成する描画装置と、描画装置
    からの出力映像を表示する眼前固定型ディスプレイを備
    えている仮想現実装置であって、前記描画装置が、等角
    図法または円筒図法の映像を入力するイメージ入力部
    と、前記視野方向センサからの視野方向の情報を入力す
    る角度入力部と、入力した映像を視野方向の情報に基づ
    き球にマッピングし、球の中心から入力した視野方向に
    透視した際の画像を生成するイメージ変換部と、変換後
    の映像を出力する画像出力部とを備えたことを特徴とす
    る仮想現実装置。
  2. 【請求項2】 前記イメージ変換部が、入力した映像を
    格納するイメージデータメモリと、視野方向に応じた画
    像を前記イメージデータメモリの画素情報から生成する
    演算手段と、該生成された画像を格納する出力画像メモ
    リとからなることを特徴とする請求項1に記載の仮想現
    実装置。
  3. 【請求項3】 前記演算手段が、画面の画素座標を逐次
    生成する座標生成部と、該座標生成部によって生成され
    た座標に対して視野方向の回転を行う視野方向回転部
    と、該視野方向回転部により得られた座標に対して仰角
    方向の回転を行う仰角方向回転部と、該仰角方向回転部
    によって得られた座標に対してマッピング処理を行い等
    角座標とするマッピング部と、得られた等角座標に水平
    方向の回転を施す水平方向回転部と、該水平方向回転部
    によって得られた座標よりイメージデータメモリのアド
    レスを生成し出力するイメージアドレス出力部とからな
    ることを特徴とする請求項2に記載の仮想現実装置。
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