JPH07501156A - 模擬３次元画像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は実際の又は／ミコレートされた対象の３次元像の生成及びそれを視るた めの装置及び方法に関する。

シミュレートされた３次元の写真撮影の方法は知られている。従来は、３次元写 真は、同一の対象の２つの写真を、人間の目の距離と同程度の距離だけ離れた位 置から撮って作成していた。次に、２つの写真は別々に、しかし同時に、視覚者 の右目と左の目によって視られる。これが、３次元の奥行の幻影を作り出してい る。

この種の従来の３次元写真撮影法の欠点は視覚者が必然的に対象の外側にいて、 のぞき込んでいるという＠覚をもっということである。従って、この技術は対象 の内側にいるという感覚または３次元空間を視ているという感覚を視覚者に与え ない。

仮想現実は視覚者が、それによって上の効果を達成できる技術に対して与えられ た名前である。典型的には、仮想現実のシステムは視覚者の右目と左目によって 別々に視られる２つの小さな表示スクリーンを持ったヘッドセットを備えている 。視覚者の頭の位置と方間が検出され、スクリーノ上に表示される像がそれに従 って変化する。

このような仮想現実のシステムは比較的高価であるけれども、像の品質は低いと いう欠点を持っている。

対象をシミュレートした３次元像又は３次元空間（以下これを「対象」という） に対する、上記の欠点を克服した又は実質的に軽減した方法及び装置がこれまで 改良されてきた。

本発明の第１観点によれば、対象をエミュレートとした３次元像をめる方法が提 供されており、その方法は、 ８）　対象の第１と第２のパノラマ像を、回転の共通軸がら偏れている２つの空 間的に分離した位置から、同時に又は連続的に生成し、ｂ）　第１と第２の像を 同時に視覚者の右目と左目に別々に運び、Ｃ）　視覚者の頭の動きに応答して、 またはシミュレーションして、同期させて又は近似的に同期させて第１及び第２ の像を動かす、ステップを含んでいる。

第１及び／又は第２の像は実際の像であっても、／ミニレートした像であっても よい。実際の像はノリラマ的な写真像であってもよい。シミュレートとした像は コンピュータによって発生されたものでもよい。高品質の実際の像又はシミュレ ートとした像は容易に作成できる。

いずれの場合にも、像は直接に視ることができるようにポジティブな像であるこ とが望ましい。

それらの像は本発明の第２の観点に従うシステムを用いて記録することができる 。本発明は模擬３次元画像システムを提供しており、その７ステムは共通の回転 軸のまわりに空間的に分離した第１及び第２の対物手段、第１及び第２の対物手 段をその対象に関連させて、同期して回転する手段、及び第１及び第２の対物手 段の各々によって作り出されたパノラマ像を別々に記録するための東ｌ及び第２ の記録手段とを具備している。

第１及び第２の対物手段はパノラマ静止写真撮影カメラ又はビデオカメラの対物 レンズであってもよい。第１及び第２の記録手段はパノラマ写真フィルム又は乾 板、又はビデオテープ又は他の長期間記録媒体であってもよい。

像を同時に記録する代りに、成る応用に対しては、像を連続的に記録することも できる。例えば、通常の形式の単ｌのパノラマカメラを鏡付属装置を用いて、最 初に、第１の面に向けてカメラの光軸を偏向し、次に第２の像を記録するために 他の面に向けて偏向してもよい。

記録された像は本発明の第３観点による装置を用いて見ることができる。本発明 は対象をエミュレートして３次元的に見るためのシステムを提供しており、その ／ステムは回転の共通軸の回りに空間的に分離された位置から撮られた同一の対 象の別々の第１及び第２のパノラマ像を同時に表示するための第１及び第２の表 示手段、視覚者の右目と左目に第１及び第２の像を別々に運ぶ手段と、視覚者の 頭の動きに応答して、又は／ミコレートして、同期又は近似的に同期させて第１ 及び第２の像を動かす手段とを具備している。

第１と第２の表示手段は、像がパノラマ写真像である場合には、単に像を照明す るための適切な手段であってもよい。視覚者の目に像を運ぶ手段は、機械的な、 例えば、パノラマ写真像を同期させて移動させるためのローラ／ステムであって もよい。視覚／ステムの好適実施例において、像は簡単な機械装置によって同期 して動かされるフィルム又はストリップの形をとる。そのような視覚システムは 使用が簡単で低コストであるという特長をもっている。

多くの応用に対して、像は容易にしかも迅速に視覚／ステムに装着できるカセッ トに録画されるのが好ましい。視覚者の頭の動きに応答して像を動かすことがで きるためには、位置上ノサー、例えば従来の仮セ現実ヘッドセットにおけるもの を使用してもよい。像の動きに従って、例えばオーディオヘッドセットによって 、適当な音を同期させてもよい。

パノラマ像は３６０度で撮られた完全なパノラマ像であってもよいし、３６０度 以下、例えば１８０度又はそれ以下で撮られた単なる部分的パノラマ像であって もよい。完全なパノラマ像である場合には、そのパノラマ像はループの形であっ てもよい。幾つかの応用に対しては、パノラマ像は完全な１回転以上、例えば２ 又は３回転で撮るのが望ましい。例えば、パノラマ像が写真フィルムに記録され ている場合には、フィルムループの結合に遭遇することなしに完全なパノラマを 見ることができる。

殆どの応用において、像は人間の目の距離、即ち約７０ｍｍに相当する距離離れ た位置から撮るか又は撮っているように見えるのが望ましい。これは、現実的な ３次元効果を最も与える。しかしながら、他の効果は第１及び第２の対物手段の 空間的距離を適当に選ぶことにより、又はシミュレートされる像を見かけ１撮る 位置を適当に選ぶことにより、或いは対物レンズの倍率を適当に選ぶことにより 、達成される。

本発明の方法及び装置の応用分野には次のものがある。即ち、娯楽−低コストの 視覚システムを用いて仮想現実を提供する。ビデオゲームが、この技術と安いテ レビの出力を組合せることができる。

マーチ１テングー例えば、家やオフィスの閘大者はそこを訪問しないでも建物の 内部を見ることができる。

デザイン−建築家は当面の建物に対しては、コノピユータに基づいたデザイン、 内側及び外側の両方を提供することができる。

教育及び訓練−例えば人体、天体等の内側の実際の又はシミュレートした像を用 いて、現実の教育の補助を提供することができる。

展示−例えば会社の製品の展示を提供することができる。

記録目的−例えば犯罪場面の正確な記録の提供することができる。

本発明を添付図を引用して、説明のためのみに更に詳細に以下に述べる。

図１は本発明によるパノラマカメラ／ステムの概略図である。

図２は本発明による視覚システムの概略図である。

図３ａ及び３ｂは唯１つのカメラを利用した、本発明による第２のパノラマカメ ランステムの概略図である。

図４は本発明による第２の、床に設置した視覚システムの側面図である。

図５は図４のｖ−ｖ線から見た断面図である。

図６は本発明による第３の、天井吊りの視覚システムの側面図である。

図７は本発明によるヘッドセット形式の第４の視覚システムの概略図である。

図８は図７のへラドセットの側面図である。

図９は本発明による第５の視覚／ステムの概略図である。

最初に図１を参照して、パノラマカメラ／ステムは一対のパノラマ写真カメラ１ ．２を含み、各カメラは一般的には通常のデザインのカメラである。２つのカメ ラ１，２は各々対物レンズ３．４を持ち、それらの間の軸５の回りに回転するよ うに並んでマウントされている。対物レンズ３，４の距離は人間の目の距離、即 ち７０ｍｍに匹敵している。カメラ１．２は従来の透明なフィルムが充填されて いる。

使用中は、カメラ装置は軸５の回りに回転され、各カメラは通常の十分なパノラ マ透明陽画を記録する。カメラ装置は完全な３６０［を回転又は複数回転、例え ば２回転または３回転される。カメラ１，２のフィルムは通常の方法で処理され 、ループに形成される。

図２を参照して、図１のカメラ／ステムで記録された透明陽画を見ることができ る視覚装置が示されている。その視覚装置は各透明陽画２５，２５ａの送り機構 ２２．２１ａを含んで、囲まれたハウジング２１を具備している。各送り機構２ ２．２２８は３個のローラ２７，２７ａのセＩトを持っており、そのローラの回 りに透明陽画２５，２５ａがマウントされている。ローラ２７，２７ａは（図示 されていない）スプロケットを念んでおり、そのスプロケットは透明陽画のルー プ２６，２５ａの端にあるスプロケット穴と係合している。各透明陽画２５゜２ ５ａはラップ２６，２６ａによってバック照明され、その対応する部分が接眼レ ンズ２４，２４ａと鏡２３，２３８の装置によって視られる。透明陽画２５゜２ ５ａの視られる部分は適切なガイドによって定められた湾曲したトラックに追従 する。湾曲の最適な半径は完全な３６０度１回転に対応するフィルムの長さによ って定まる。具体的には、最適半径はその長さを２πで割った半径である。

透明陽画２５，２５ａはハウジング２１の下側にある（図示されていない）ノブ 手段によって同期して移動される。ノブは適切な歯車列によってローラ２７゜２ ７ａの各セットの１つに連結されており、他のローラは自由に回転できる。使用 中は、使用者はハウジング２１を顔に当てて保持し、接眼レンズ２４．２４ａを 通して眺め、ノミュレートした３次元像を見る。透明陽画２５．２５ａの同期し た動きが使用者の頭の回転の効果をンミ謙レートし、ユーザは見られている物体 の内側にいるような知覚をもつ。

図３に転すると、図１に類似しているが１つのパノラマカメラのみを採用してい るカメラ／ステムの概略図が示されている。図３（ａ）に示すように、カメラは 軸３２の回りを回転するように設置されている。付属品３３がカメラ３１の正面 に取付けられ、その付属品３３はカメラ３１の光軸を３５ｍｍだけ効果的に右側 へ移すように配設された１χ４の鏡３４．３５を含んでいる。

図３（ｂ）では、付属品３３は逆にされている。この配置では、そのシステムの 光軸は左側へ３５ｍｍ移される。従って、カメラ３１を２ｖ使用することによっ て、最初は図３（ａ）に示す位置の付属品と一緒に、次に図３（ｂ）に示された 位置で使用することによって、図１のカメラ／ステムによって同時に生成された 透明陽画と同様な２枚の透明陽画が作り出される。勿論、２つの像は同時に作り 出されないので、図３の／ステムは一般的に静止物体を撮影する場合に適するの みである。

視覚システムの第２実施例が図４に示されている。この実施例の装置は固定ベー ス４３から上方に向かって伸びているボール４２にマウントされた回転可能な視 覚装置４１を具備している。この視覚装置４１には１対のハンドル４４が付いて おり、そまハンドル４４は使用者が視覚装置４１をのぞき込むときに把持される 。図５から分るように、視覚装置４１はローラ５２，５２ａのセットの回りを通 過する２つの透明陽画のループ５１．５１ａを具備している。

図２の装置におけると同様に、視られる透明陽画５１．５１ａの部分５３．５３ ａは、ランプ５４．５４ａによってバック照明され、かつ湾曲形状にされている 。透明陽画は一対のレンズ５５，５５ａによりて視られる。

太陽ギア５６がポール４２の頂上にマウントして固定されている。遊星歯車５７ ．５７ａはローラ５２，５２ａの各々２）の最後のものに同軸に固定されている 。使用中は、使用者はハンドル４４を把持して、レンズ５５．５５ａを通して透 明陽画５１．５１ａを見る。視覚ユニツ）４１は自由に回転される。回転が生ず ると、遊星ギア５７．５７ａは太陽ギア５６を旋回して、透明陽画の同期した動 きを生じさせる。再度、使用者は対象の内側にいるという印象をもつ。

図６は図４及び図５のシステムに類似したシステムを示している。視覚装置６１ が天井から吊り下げられている点だけが異なる。視覚装置６１は吊り部材６２の 底に、（図示されていない）太陽ギアの回りを自由に回転できるように固定され ている。吊り部材６２は、視覚ユニットが回転するときに太陽ギアの一定方向を 維持することができる部材に換えることができるということは理解されるであろ う。

図４−図６の実施例において、固定基準点を維持するという問題は床又は天井に 機械的連結装置を固定することにより解決される。図７及び図８は別のやり方を 示している。これらの図はローラ７２，７２ａの回りにマウントされた一対のパ ノラマ透明陽画のループ７１，７１ａを含んでいるヘブドセフトを示している。

前に述べた視覚装置におけると同時に、この視覚装置にも接眼レンズ７３．７３ ａが備わっており、見られる透明陽画の部分はランプ７４，７４ａでバック照明 され、湾曲している。透明陽画のループ７１．７１ａは太陽ギア７５によって駆 動される。太陽ギア７５はローラ７２，７２ａのセットの１つのローラ軸にマウ ントされている遊星ギア７６．７６ａとかみ合っている。

太陽ギア７５は、太陽ギア７５にマウントして固定されたジャイロスコープ７８ の制御の下で、サーボモータ７７によって歯車列を介して駆動される。モータ７ ７とランプ７４．７４ａの動力と制御はへ、ドセットの後にマウントされた電池 回路パ７り７９によって供給される。

へラドセットの動きはジャイロスコープ７８によって検出され、サーボモータ７ ７は太陽ギア７５を再編生するように作動し、それによって、透明陽画のループ ７１，７１ａを同期して回転させる。

ジャイロスコープ７８の代りに、他の形式の方向センサを用いてもよい。例えば 、取囲いている空間の中で固定されているソースからの輻射を検出できる赤外線 センサ、コノパス等がある。

最後に、図９はブース（小室）の形式の視覚システムを概略的に示す。使用者は 回転腰掛９１の上に座り、それの上方、約眼の高さの位置に、環状のギアトラッ ク９２が取付けられている。

視覚装置９３の内部構成は前に述べたシステムのそれと概ね類似しているが、透 明陽画ストリップ９４，９４ａが環状トラック９２とかみ合っているギア９５． ９５８によって駆動される点が異なる。使用において、使用者は腰掛９１に座り 、視覚装置９３を自分の眼に当てる。使用者が腰掛９１の上で回転すると、視覚 装置９３はトラック９２の回りを追従し、透明陽画９４，９４ａは同期して動か される。

補正書の翻訳文の提出書（特許法第１８４条の８）平成６年５月２３日

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．共通の回転軸からずれた２つの空間的に離れた位置からの対象の第１及び第 ２のパノラマ像（２５，２５ａ）を同時にまたは連続して作り出し、前記第１及 び第２の像（２５，２５ａ）を視覚者の右目及び左目に別々に同時に運び、視覚 者の頭の動きに対応して、また動きをシミュレーションして、同期または近同期 に前記第１及び第２像（２５，２５ａ）を動かすことを特徴とする対束の模擬３ 次元画像の生成方法。
2. ２．前記第１及び／又は第２の像（２５，２５ａ）は実際の像であることを特徴 とする請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．前記像（２５，２５ａ）はパノラマ写真の像であることを特徴とする請求の 範囲２に記載の方法。
4. ４．前記第１及び／又は第２の像はシミュレートされた像であることを特徴とす る請求の範囲１に記載の方法。
5. ５．前記像はコンピュータを使用して発生させた像であることを特徴とする請求 の範囲４に記載の方法。
6. ６．前記像（２５，２５ａ）は陽画像であることを特徴とする請求の範囲１〜５ のいずれか１項に記載の方法。
7. ７．前記パノラマ像（２５，２５ａ）は完全なパノラマ像であることを特徴とす る請求の範囲１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. ８．前記パノラマ像は完全な１回転以上の回転で撮られた、または撮られたよう に見えることを特徴とする請求の範囲７に記載の方法。
9. ９．前記像（２５，２５ａ）は人間の眼の距離に合致する離れた距離の位置から 撮られ、又は撮られたように見えることを特徴とする請求の範囲１〜８のいずれ か１項に記載の方法。
10. １０．前記像（２５，２５ａ）は同時に記録されていることを特徴とする請求の 範囲１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. １１．前記像（２５，２５ａ）は連続して記録されていることを特徴とする請求 の範囲１〜９のいずれか１項に記載の方法。
12. １２．共通の回転軸の回りに空間的に分離した第１及び第２の対象手段（３，４ ）と、対象に関連する第１及び第２の対象手段（３，４）を同期させて回転する 手段と、及び、第１及び第２の対象手段（３，４）によって別々に生成したパノ ラマ像を別々に記録する第１及び第２の記録手段とを具備することを特徴とする 模擬３次元画像システム。
13. １３．前記第１及び第２の対象手段（３，４）はパ／ラマ静止写真カメラまたは ビデオカメラの対物レンズであることを特徴とする請求の範囲１２に記載のシス
14. １４．前記第１及び第２の記録手段はパノラマ写真フィルムまたは乾板であるこ とを特徴とする請求の範囲１２または１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. １５．前記第１及び第２の記録手段はビデオテープであることを特徴とする請求 の範囲１２または１３のいずれか１項に記載のシステム。
16. １６．共通の回転軸の回りで空間的に分離した位置から撮られた同一対象の第１ 及び第２のパノラマ像（２５，２５ａ）を別々にかつ同時に表示する第１及び第 ２の表示手段（２６，２６ａ）と、前記第１及び第２の像（２５，２５ａ）を視 覚者の右目と左目に別々に運ぶ手段と、及び前記第１及び第２の像（２５，２５ ａ）を、視覚者の頭の動きに応答して、またはシミュレーションして、同期また は近同期させて動かす手段とを具備することを特徴とする対象を模擬３次元的に 見るシステム。
17. １７．前記像（２５，２５ａ）はパノラマ写真像であり、前記第１及び第２表示 手段は像を照明する適切な手段であることを特徴とする請求の範囲１６に記載の
18. １８．前記像（２５，２５ａ）を視覚者の目に運ぶ手段はレンズ（２４，２４ａ ）及び／または鏡（２３，２３ａ）を具備することを特徴とする請求の範囲１６ または１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. １９．前記第１及び第２の像（２５，２５ａ）を動かす手段は機械的であること を特徴とする請求の範囲１６〜１８のいずれか１項に記載のシステム。
20. ２０．前記像（２５，２５ａ）は簡単な機械式装置によって同期して動かされる フィルムまたはストリップの形をとることを特徴とする請求の範囲１６〜１９の いずれか１項に記載のシステム。
21. ２１．前記像は容易にかつ迅速に装着できるカセットに記録されていることを特 徴とする請求の範囲１６〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
22. ２２．前記システムは、更に視覚者の頭の動きを検出する位置センサ（７８）を 具備することを特徴とする請求の範囲１６〜２１のいずれか１項に記載のシステ
23. ２３．前記像（２５，２５ａ）は実際の写真像であり、見られる各像の部分は湾 曲したトラックに追従し、その湾曲の半径は完全な３６０度１回転に相当するフ ィルム長さを２πで割った値であることを特徴とする請求の範囲１６〜２２のい ずれか１項に記載のシステム。
24. ２４．固定された太陽ギア（５６）と一対の実際のパノラマ像（５３，５３ａ） の同期した動きを引き起こすように操作可能に連結されている一対の遊星ギア（ ５７，５７ａ）とを含んでいる、固定ベース（４３）に回転可能にマウントされ た視覚ユニット（４１）を具備することを特徴とする請求の範囲１６〜２３のい ずれか１項に記載のシステム。
25. ２５．固定された太陽ギア（５６）と一対の実際のパノラマ像（５３，５３ａ） の同期した動きを引き起こすように操作可能に連結されている一対の遊星ギア（ ５７，５７ａ）とを含んでいる、固定ベース（４３）に回転可能に吊り下げられ た視覚ユニット（４１）を具備することを特徴とする請求の範囲１６〜２３のい ずれか１項に記載のシステム。
26. ２６．ヘッドセット形式をしていることを特徴とする請求の範囲２２に記載のシ
27. ２７．視覚ユニット（９３）の軌道運動が起ったときに像（９４，９４ａ）の同 期運動を生じきせるために、ギァトラック（９２）に操作可能に連結している一 対のパノラマ像（９４，９４ａ）を表示する手段を含み、環状ギアトラック（９ ２）の内側リムの回りを軌道運動するようにマウントされた視覚ユニット（９３ ）を具備したことを特徴とする請求の範囲１６〜２３のいずれか１項に記載のシ ステム。
28. ２８．光軸をカメラ（３１）の回転軸（３２）から一定距離を最初は１方向に、 次に正反対の方向に偏らせる手段を具備することを特徴とするパノラマ写真像を 連続的に記録するカメラシステム。