JPH07253773A - 立体型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 あたかも表示物体が表示装置の内部にあるか
のごとく観察でき、観察者の通常の感覚で表示物体映像
の操作を行うことを可能にする。 【構成】 立体型映像表示部100を、６面体の６面夫々に
表示画面を設けることで構成する。そして、立体型映像
表示部100の内部に位置センサ104を配し、観察者108に
も位置センサ109を配する。立体型映像表示部100と観察
者10８の視点位置を参照し、立体型映像表示部100の各
面に表示する映像を生成し表示する。これにより、立体
型映像表示部100を動かすことで、表示されている物体
も動かすことができ、あたかも表示物体が実在するかの
ような感覚で表示物体を観察できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は映像表示装置に係り、特
に、表示物体の見る方向を変えて立体的に表示する操作
をオペレータの人間的感覚に基づいて行うことの可能な
立体型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピュータグラフィックスで
は、表示物体を立体的に表示することが当たり前になっ
てきており、オペレータが物体に対する視点位置を指定
すると、その視点位置から見た物体の立体画像を二次元
画面に表示するようになっている。また、表示物体の見
たい方向を変化させる場合には、マウスやジョイスティ
ック等のポインティングデバイスを用いて視点位置を変
化させることで行うようになっている。

【０００３】尚、従来技術に関連するものとして、「コ
ンピュータグラフィックス」日本コンピュータ協会発行
1984年、p191~p200、特開昭６２−２９３３８１号公報
等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】人間が物体の裏側を見
ようとする場合、その物体を手にとって裏返し裏側を見
るという操作を行うのが普通の感覚である。しかし、コ
ンピュータグラフィックスの世界では、二次元画面に遠
近法等を用いて物体の三次元画像を表示しなければなら
ないため、表示物体の裏側を見るためには、マウス等を
用いて視点位置を変化させ、二次元画面上で表示物体を
回転させなければならない。この視点位置の変更を行う
操作は、上述した人間の普通の感覚とはかけ離れた操作
であり、使い勝手が悪く、マンマシン性が良くないとい
う問題がある。

【０００５】本発明の目的は、立体的に表示した物体の
視点位置を人間の操作感覚に基づいて変化させることの
可能なマンマシン性の優れた立体型表示装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、映像を表示
する装置において、多面体で構成した立体型映像表示部
と、該立体型映像表示部の観察者に対する相対位置を測
定する相対位置測定手段と、測定された相対位置に基づ
き表示対象物体の映像が多面体の面接続部分で連続し且
つ歪まない映像として見える映像を各面毎に夫々生成し
て各面に表示する画像生成表示手段とを設けることで、
達成される。

【０００７】

【作用】表示対象物体の映像は、立体型映像表示部の内
部に存在するように表示されるので、立体型映像表示部
を手にとって移動，回転させると、その移動，回転に伴
って表示物体画像も移動，回転する。例えば、立体型映
像表示部の裏側を見ると、表示物体画像の裏側が見え
る。この操作は、人間の普通の感覚による操作のため、
マンマシン性が向上する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例に係る立体型表示装置
の構成図である。本実施例は、二次元画面装置（ＣＲ
Ｔ，液晶表示装置，発光ダイオード等）を６面体の各面
に配置して、立体型表示装置の映像表示部を構成してい
る。勿論、６面よりも面数の多い多面体や少ない面数の
多面体も可能であるが、究極的には、無限数の多面体つ
まり球状の立体型表示装置が好ましい。

【０００９】図１において、100は多面体の立体型映像
表示部である。多面体の映像表示面105,106,107及び裏
側３面の計６面は、CRTあるいは液晶ディスプレイある
いは発光ダイオードなどのように、映像を表示する機能
を有する。立体型映像表示部100及び観察者108には、夫
々、３次元位置センサ104（これは表示部100に内蔵され
る）及び三次元位置センサ109が取付けられている。

【００１０】３次元位置センサは、磁力あるいは超音波
あるいは画像処理の手法を用いて三次元位置を検出す
る。基準点110からの３次元距離及び回転を表示部100の
位置計測装置103及び頭部の位置計測装置102を用い求め
る。映像生成装置群101では、６面の各映像表示面に表
示する映像を夫々生成する。表示する映像は、コンピュ
ータグラフィックスにより生成された映像や実際に撮影
された映像、あるいはセルアニメーションにより生成さ
れた映像、発光ダイオードなどの表示部品の点滅により
生成された映像、上記映像の合成映像などどのような映
像でもよい。

【００１１】映像生成装置群101では、立体型映像表示
部100あるいは観察者108の位置変化に応じて、生成する
映像を変える。例えば、コンピュータグラフィックスを
用いて映像を表示する場合には、形状データベース111
（予め、入力装置112により各種形状データが格納され
ている。）より、観察者108の位置及び立体型映像表示
部100の位置に応じて表示する形状を選択し映像を表示
する。これにより観察者108あるいは立体型映像表示部1
00が移動すると、立体型映像表示部100に表示される映
像が変化する。

【００１２】次に、映像生成装置群101で生成する映像
について、図２乃至図６を用いて説明する。尚、本実施
例では、コンピュータグラフィックスを用いて映像を生
成する場合について説明する。

【００１３】図２は、従来のコンピュータグラフィック
スによる映像の生成方法を説明する図である。201が表
示しようとする物体の位置、204は物体を投影するスク
リーン、202が視点の位置である。物体をスクリーン204
へ投影する場合、このスクリーン204は、視線205に対し
て垂直な面でなおかつ面との交点206がスクリーン204の
中心となるように置かれる。従って、この視点位置202
は、実際の観察者の視点位置と一致するとはかぎらな
い。例えば、スクリーン204を固定し、観測者が視点203
でスクリーン204を観測したとすると、観測者の視線は2
07となり、スクリーン204を斜めから見る形となる。こ
のため、映像生成に使われた視点202に基づいて生成さ
れた画像は、観察者20３にとっては、図３の画像301に
示すように、歪んだ形となって観察される。

【００１４】一般に、複数のスクリーンをある角度でつ
なぎ、一つの物体を投影，表示した場合、各スクリーン
に投影する時の視点位置がそれぞれ違うため、スクリー
ンのつなぎ目で映像が連続的につながらないという問題
がある。そこで、本発明の実施例では、この問題を解決
する必要がある。

【００１５】図４は本発明の実施例による投影方法を説
明する図である。107及び105は表示物体201を投影する
スクリーンの位置である。このスクリーンの位置は、立
体型映像部100を構成する面と同じ場所に置く。スクリ
ーンの位置は表示部100の位置計測装置103により求め
る。視点404は、頭部の位置計測装置102及び視点位置の
算出装置113により求められた観察者の視点位置であ
る。視点位置の算出装置113は、頭部の位置計測装置で
求めた頭部の位置から、観察者の目の位置を算出する。
このスクリーン（面）に投影され生成される画像は、こ
のスクリーンに対し垂直方向の視点から見た場合、図５
に示すように歪んで生成される。

【００１６】しかし、この映像を立体型映像表示部100
の各面に表示し、頭部に位置センサを取付けた観察者10
8が観察した場合には、図６に示すように、歪みのない
映像として観察される。また、各スクリーンのつなぎ目
でも、映像は連続的につながる。映像は、表示部分の位
置及び観察者の視点の位置を常に参照しながら生成され
る。従って、観察者108の位置あるいは表示部100の位置
が変化しても、常に観察者108には歪まずしかも連続し
た画像として表示され、観察者108からみた立体型映像
表示部100は、あたかも透明なケースとして認識され、
映像はこのケースの中に実際に存在する物体の様に観察
できる。

【００１７】図７には初期状態の画像601からこの画像
を移動回転した画像602を表示してある。従来このよう
な移動回転を行う場合、「回転」のコマンドを入力した
り、視点位置を移動させたりしていた。しかし、本実施
例では、立体型映像表示部100を手に取り、実際に回転
させることで、あたかも表示物体を手に持って回転させ
るかのようにして、物体の裏側を見たりする。

【００１８】図８は、プラントの景観の表示画像603を
示す図である。このように実際には巨大な物体を小さく
縮小表示することができることは従来と同様であるが、
本実施例では、観察者108がこの立体型映像表示部100に
顔を近づけることで、両者間の間隔がセンサ104，109に
より求まるので、表示画像を拡大して表示することが可
能となる。このように物を詳細に見るために顔を近づけ
るという操作も、人間の普通の間隔に基づく操作であ
り、それに基づく画面表示を行うことは、使い勝手が向
上し、マンマシン性が向上する。

【００１９】次に、図９を用い、観察者の両眼視差を考
慮した実施例を説明する。703は観察者の頭部の位置か
ら右目の位置を算出する装置、705 は左目の位置を算出
する装置である。701は右目の透過装置、702は左目の透
過装置である。切り替えスイッチ706がONを示している
ときのみ観察者は立体型映像表示部100を見ることがで
きる。切り替えスイッチ704は映像生成装置群101へ入力
する視点位置を切り替える。右目を視点としたときの映
像を生成する場合には、切り替えスイッチ704を右目位
置の算出装置703側に倒し、観察者の右目の位置を映像
生成装置群101へ入力する。映像生成装置群101では右目
を視点としたときの映像を各映像表示面毎に生成する。

【００２０】切り替えスイッチ704と透過装置の切り替
えスイッチ706は連動している。右目を視点としたとき
には、右目の透過装置がONとなる。従って、右目を視点
として生成した映像は、観察者には右目だけで観察され
る。同様にして左目の映像も生成し、観察者には左目だ
けで観察される。

【００２１】本実施例によれば左目，右目それぞれ独立
した映像を観察者に提供できるため、両眼の視差を利用
して立体的に映像を観察できる両眼立体視が可能とな
る。人間の視点を１箇所に代表した場合、左右の目の視
点位置の違いにより、特に多面体表示部分の視点が接近
したとき、各表示面の接合位置で表示映像が不連続につ
ながり、右目で見える面でも左目で見えない面が生じる
という不都合が生じる。しかし、本実施例によれば、左
右の目にそれぞれ独立に映像を提供するため、このよう
な不都合は生じない。

【００２２】図１０は、形状の断面を表示する実施例の
構成図である。802はクリッピング装置群、801は断面の
生成装置群、803は内部形状のデータベース、804は内部
形状の入力装置である。クリッピング装置群802では、
図１１に示すようなクリッピング処理を行う。901はク
リッピング面であり、904は観察者の視点である。クリ
ッピングとは、視点から見て表示物体がクリッピング面
901に対し遠い場合には表示物体を表示し、近い場合に
は表示しない手法を言う。

【００２３】図１１においては、クリッピング面よりも
遠い画像902は表示するが、クリッピング面よりも近い
部分903は表示しない。これにより、クリッピング面901
での物体の断面が表示される。本実施例では、このクリ
ッピング面901を立体型映像表示部100の映像表示面と同
じ場所に置く。尚、表示物体の裏側を見るときの説明で
は、表示物体が立体型映像表示部100の移動に伴って移
動したが、本実施例では、表示部100が移動しても、表
示物体は移動しないように設定する。これにより、常に
クリッピング面は映像表示面にあり、立体型映像表示部
100の移動に伴い、クリッピング面を移動させることが
可能となる。

【００２４】断面の生成装置群801では、クリッピング
処理により削られた部分に断面を生成する。コンピュー
タグラフィックスを用い映像を生成する場合、物体の形
状は表面形状のみしかデータベース111には入れられて
いない。従って、表示物体をクリッピングした場合、ク
リッピング部分が空洞となる。断面の生成装置群801で
は、この部分に断面を貼る。断面の情報は、内部形状の
データベース803に入力装置804を用い予め登録されてお
り。このデータベースより表示物体のクリッピング面部
分の内部情報を参照し、断面の形状を生成する。最後に
画像生成装置群101を用い各表示面に表示する映像を生
成する。

【００２５】図１２は、本実施例で生成される映像を示
す図である。立体型映像表示部100に、表示物体1001の
断面が表示される。表示物体をクリッピング面（映像表
示面）が通過している。図１２の例では、表示物体はそ
の断面が表示されている。多面体表示部100を矢印1002
のように種々の方向に移動すると、断面の位置も移動す
る。

【００２６】本実施例によれば、立体型映像表示部を移
動することにより表示物体の任意の断面を観察できる効
果がある。さらに、表示部分が多面体であるので、多面
体（３次元）で断面形状が観察できる効果もある。

【００２７】立体型映像表示部100を手に持って移動，
回転させることで、表示物体の画像を移動，回転させる
場合、その表示物体の重心が表示部100の移動，回転に
伴って移動すると、よりリアルに感じる。そこで、次
に、図１３を参照して、表示物体の重心を模擬する実施
例を説明する。1112は重心情報が登録されているデータ
ベース。1101は多面体表示装置に表示する表示物体の重
心位置の算出装置、1102は求めた重心位置を直交座標系
の各軸に分解する装置、1106,1107,1108は移動装置付の
重り、1109,1110,1111は重りの移動するレール、1103,1
104,1105は各軸の重りの位置を制御する制御装置であ
る。

【００２８】表示する物体の重心の位置を1101の表示物
体の重心位置の算出装置で求める。このとき、表示物体
を構成する各部品の重さ情報は重心情報データベース11
12に登録されており、それを参照しながら表示物体の重
心位置を算出する。算出した重心は、重心位置分解装置
1102を用い直交座標の各成分（x軸、y軸、z軸）に分離
する。これをもとに、各軸の制御装置1103,1104,1105
は、重り1106,1107,1108を移動し、表示物体の重心位置
を表現する。この重りは、立体型映像表示部100の内部
に入っており、観察者が立体型映像表示部を持つことに
より表示物体の重心を感じることができる。

【００２９】本実施例によれば、立体型映像表示部の重
心を、表示する物体に応じ移動することができるので、
観察者は表示物体の重心を感じることができる。

【００３０】表示物体を移動，回転させたときに、その
表示物体が他の表示物体に作用しその反力を受けたと
き、その反力を観察者に伝えることができると、更にリ
アリティが増し、好ましい。そこで次に、図１４によ
り、表示物体に加わる力を模擬する実施例を説明する。
立体型映像表示部100は、1212のアームで支えられてい
る。観察者は立体型映像表示部100を動かす。立体型映
像表示部を動かすということは、表示物体を動かすとい
うことになる。動かしたことによる変位量は、位置セン
サ104及び表示部分の位置計測装置103により計測され
る。表示物体に加わる力の算出装置1202では表示物体を
動かしたことにより表示物体に加わる力を算出する。表
示物体のデータベース1203には、表示物体の形状，密
度，質量などの情報が入力装置1204により予め登録され
ている。周辺物体のデータベースには、周囲の形状、例
えば、壁や床、水面などの形状、固さ、比重などが入力
装置1206により予め登録されている。

【００３１】表示物体に加わる力とは、物体に加わる重
力、物体が壁や床に衝突した場合の抗力、水中に沈めた
ときの浮力、摩擦抵抗などである。これらの力は、立体
型映像表示部100の移動により、周辺物体のデータベー
スより周囲物体との干渉、表示物体のデータベースより
重力や浮力などを算出する。立体型映像表示部100を支
えているアームのジョイント部分には、アクチュエータ
1209,1210,1211が取付けられており、ジョイントの曲げ
角とトルクを制御する。1207は物体に加わる力を各アク
チュエータに加える力に分解する。1208の各アクチュエ
ータの制御装置は、分解した力をもとに、各アクチュエ
ータの曲げ角度やトルクを制御する。これにより、例え
ば表示物体が壁に衝突した場合には、壁に対して垂直の
方向の力を発生させ、観察者に壁を認識させたり、物体
が水中に入った場合には、物体を上方向に持ち上げる浮
力を発生させ、水中に没したことを認識させることがで
きる。

【００３２】本実施例によれば、種々な力学的な力を立
体型映像表示部に加えることができるので、観察者が立
体型映像表示部を持って動かすことにより物体に加わっ
ている力を感じることができるという効果がある。

【００３３】図１５は、高速表示を行う実施例の構成図
である。1301は観察者からの映像表示面の可視判定装置
である。立体型映像表示部及び観察者の視点は位置セン
サによりわかるので、立体映像表示装置を構成する映像
表示面が観察できるか否かを映像表示面の可視判定装置
で判定する。観察者から見えない映像表示面は映像生成
装置で映像を生成しない。映像生成装置群を１つの演算
装置で構成した場合、映像を生成しない映像表示面があ
ればそれだけ高速に映像を生成できる。本実施例によれ
ば、観察者から見えない映像表示面の画像を生成しない
ので、高速に画像を生成できる効果がある。

【００３４】尚、上述した実施例では、立体型映像表示
部を他の装置と信号線で接続しているが、信号線ではな
く、無線，超音波等の信号送受手段により非有線で接続
し、立体型映像表示部を独立した存在にすると使い勝手
が更に向上することはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、立体型映像表示部を動
かすことによりそこに表示されている物体も動かすこと
ができ、また、立体型映像表示部を動かすことにより表
示物体の任意の断面形状も観察できるので、人間の操作
間隔に基づいて表示物体を操作することが可能となり、
マンマシン性が向上し、使い勝手がよく非熟練者でも容
易に装置を操作することが可能となる。更に、表示物体
の重心移動や表示物体に加わる外力も感じることがで
き、あたかも表示物体が実在するかのような感覚で観察
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る立体型表示装置の構成
図である。

【図２】従来の投影方法を説明する図である。

【図３】スクリーンを斜めから見たときに観察される映
像例を示す図である。

【図４】本発明の一実施例による投影方法を説明する図
である。

【図５】立体型表示装置の各映像表示面に表示される画
像を示す図である。

【図６】立体型映像表示部で観察される映像を示す図で
ある。

【図７】図６の映像を回転させた映像を示す図である。

【図８】プラント概観を縮小して表示した図である。

【図９】本発明の第２実施例に係る両眼立体視が可能な
立体型表示装置の構成図である。

【図１０】本発明の第３実施例に係る断面表示が可能な
立体型表示装置の構成図である。

【図１１】映像表示面でのクリッピングを説明する図で
ある。

【図１２】断面表示の例を示す図である。

【図１３】本発明の第４実施例に係る重心模擬の可能な
立体型表示装置の構成図である。

【図１４】本発明の第５実施例に係る外力模擬の可能な
立体型表示装置の構成図である。

【図１５】本発明の第６実施例に係る高速表示可能な立
体型表示装置の構成図である。

【符号の説明】 100…立体型映像表示部、101…映像生成装置群、104…
位置センサ、105,106,107…映像表示面、109…頭部の位
置センサ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像を表示する装置において、多面体で
   構成した立体型映像表示部と、該立体型映像表示部の観
   察者に対する相対位置を測定する相対位置測定手段と、
   測定された相対位置に基づき表示対象物体の映像が多面
   体の面接続部分で連続し且つ歪まない映像として見える
   映像を各面毎に夫々生成して各面に表示する画像生成表
   示手段とを備えることを特徴とする立体型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、立体型映像表示部が
   球状であることを特徴とする立体型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、多面
   体の各面が曲面形状をしていることを特徴とする立体型
   表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかにおい
   て、前記画像生成表示手段は、前記立体型映像表示部に
   表示される映像を、観察者の目の位置を視点とし表示対
   象物体を立体型映像表示部に投影した状態として生成
   し、表示された物体が前記立体型映像表示部内部に存在
   するかのように表示するものであることを特徴とする立
   体型表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかにおい
   て、前記画像生成表示手段は、相対位置測定手段が検出
   した相対位置が変化したとき該変化に応じて前記立体型
   映像表示部に表示する画像を変更させ前記立体型映像表
   示部の位置変化に対応させて表示物体画像を変化させる
   ものであることを特徴とする立体型表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかにおい
   て、前記立体型映像表示部に観察者の右目を視点とした
   映像を右目だけで見えるように表示する手段と、観察者
   の左目を視点とした映像を左目だけで見えるように表示
   する手段とからなる両眼立体視手段を備えることを特徴
   とする立体型表示装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれかにおい
   て、観察者からの表示物体の見掛け上の位置を固定し前
   記立体型映像表示部の移動により立体型映像表示部の面
   が表示物体の内部に入った場合に該立体型映像表示部に
   該表示物体の断面映像を表示する手段を備えることを特
   徴とする立体型表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかにおい
   て、前記立体型映像表示部の内部に設けた該立体型映像
   表示部の重心位置を移動させる重心位置移動手段と、該
   立体型映像表示部に表示した表示物体の映像が移動した
   とき前記重心位置を該表示物体映像の重心位置として移
   動させる重心制御手段とを備えることを特徴とする立体
   型表示装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれかにおい
   て、前記立体型映像表示部に表示した物体画像が他の物
   体画像と干渉したときに受ける力の反力を発生させ該立
   体型映像表示部に加える手段を備えることを特徴とする
   立体型表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれかにお
    いて、前記立体型映像表示部に表示する物体画像のうち
    観察者に可視できない部分の映像の生成・表示を省く手
    段を備えることを特徴とする立体型表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項１０のいずれかに
    おいて、前記立体型映像表示部との間で行う信号の送受
    を非有線で行う構成としたことを特徴とする立体型表示
    装置。