JPH0792656B2 - 三次元表示装置 - Google Patents

三次元表示装置

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JPH0792656B2
JPH0792656B2 JP2242104A JP24210490A JPH0792656B2 JP H0792656 B2 JPH0792656 B2 JP H0792656B2 JP 2242104 A JP2242104 A JP 2242104A JP 24210490 A JP24210490 A JP 24210490A JP H0792656 B2 JPH0792656 B2 JP H0792656B2
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0484—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] for the control of specific functions or operations, e.g. selecting or manipulating an object, an image or a displayed text element, setting a parameter value or selecting a range
    • G06F3/04845—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] for the control of specific functions or operations, e.g. selecting or manipulating an object, an image or a displayed text element, setting a parameter value or selecting a range for image manipulation, e.g. dragging, rotation, expansion or change of colour

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は三次元的カーソルを有した三次元表示装置に関
するものである。
従来の技術 物体や各種のデータの表示を三次元空間で行いこれをCR
T等の二次元的な画面で表示する三次元表示装置は近年
多く商品化されている。この三次元表示装置で図形の編
集等を効率的に行うため、三次元空間内の位置を示した
り、複雑に交錯する立体を選択したりする三次元的なカ
ーソルが必要である。従来の二次元的な表示装置におけ
るカーソルは比較的に容易に実現することができた。例
えばポインティングデバイスとしてマウスを使ったカー
ソル系では、実平面上のマウスの相対位置と画面上のカ
ーソル位置があるスケールファクタで１対１に対応して
おり、画面上の物体を選択する場合には、カーソルをそ
の物体の位置にもって行き、マウスに付属しているボタ
ンを押せばその物体を選択できる。このようなことが容
易に実現できるのは、マウスが二次元平面上を移動する
のと対応した形で、二次元画面上のカーソルが移動でき
るためである。一方、三次元表示画面の場合、二次元か
ら三次元への拡張として、画面と平行なｘ−ｙ平面以外
に奥行き方向（ｚ方向の座標）もカーソルで表現する必
要があった。このためポインティングデバイスにはｚ方
向の位置を示す手段が必要となる。
発明が解決しようとする課題 前述のような、二次元表示装置のカーソル系を単純に三
次元に拡張したようなカーソル系には二つの問題点があ
る。第一の問題点は奥行きのｚ方向を示すための新しい
ポインティングデバイスが必要となることである。これ
には従来の二次元表示装置用のポインティングデバイス
に切り換えスイッチを付加し、切り換え後はポインティ
ングデバイスの動きをｚ方向の位置を示すようにするこ
とができるが、ポインティングデバイスはｘ方向とｙ方
向の動きの自由度があり、画面上のカーソルのｚ方向の
動きと対応しないため自然な操作が行えない。第二の問
題点は画面上に表示されている三次元的なカーソルの座
標位置がはっきり分からない点である。本発明は上述の
問題点に鑑みて試されたもので、三次元的なカーソルの
座標位置を明確に示すことができる三次元表示装置を提
供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するため、通常の三次元表示
装置が持つ被表示物体の投影面に対する投影座標を計算
する第１の計算手段と、物体の可視・不可視部分を識別
する隠面処理手段と、処理結果を画面に表示する表示手
段に加えて、被表示物体の存在する三次元空間に前記物
体が投影される仮想的な投影面以外にポインティングデ
バイスが仮想的にその上で操作される操作面（仮想操作
面）を設定し、ポインティングデバイスの物理位置に対
して、この仮想操作面上の対応点を計算する第２の計算
手段と、前記仮想操作面上の位置情報を記憶する記憶手
段と、前記仮想操作面上の任意の点を始点とし、前記仮
想操作面と一定角度で交わる半直線でカーソルの働きを
させ、この三次元カーソルと前記被表示物体とが交わる
場合、その交点座標を計算する第３の計算手段と、その
交点と前記始点を結ぶ線分、或は前記半直線全体を前記
投影面上に投影した場合の座標を計算する第４の計算手
段とを有するという構成を備えたものである。また、別
のカーソル用半直線を採用するため、仮想操作面外のあ
る点の座標位置を設定するための設定手段と、この点を
始点とし、仮想操作面上のポインティングデバイス位置
との対応点を通る半直線と被表示物体との複数の交点を
求めるための第５の計算手段と、表示手段とを設ける。
更に新しい機能として、三次元物体の選択、移動および
空間の絶対位置の指定をするために、ポインティングデ
バイスに付加された付加情報入力手段を設け、半直線カ
ーソルとの交点を形成する被表示物体に対し、前記付加
情報入力手段からのある選択信号により前記被表示物体
の選択状態を認識する認識手段と、前記付加情報入力手
段からの他の入力信号により、前記認識された被表示物
体の中心座標を変更し、被選択物体を半直線カーソル線
上に平行移動する場合の新しい被表示物体の主頂点の座
標位置を計算する第６の計算手段を有する構成を備えた
ものである。
作用 本発明は上述の構成によって、実際の操作面上を移動す
るポインティングデバイスの動きに対応して、仮想操作
面上の対応した点を計算し、これを始点とする半直線そ
のもの、あるいはこの半直線と被表示物体との交点を計
算しこの始点と交点からなる線分又は仮想操作面外の基
準点と上記仮想操作面上の対応した点の二点を通る半直
線そのもの、あるいはこの半直線と被表示物との交点を
計算し、この基準点と交点からなる線分の投影面上の投
影座標を計算しこれを画面に表示する。更にポインティ
ングデバイスの付加情報入力手段からの信号に対応して
半直線と交点をもつ被表示物体を選択的に認識し、これ
をこの被表示物体の情報を記憶している部分へ登録する
とともに、登録された被表示物体の座標位置を変更しこ
れに対応する新しい位置に被表示物体が平行移動した状
態を表示することができる。
実施例 （実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例における被表示物体、投
影面、仮想操作面の幾何学的位置関係を示す図である。
また第２図は本発明の三次元装置の処理手順を示す構成
図である。以下、第１図及び第２図を用いて本実施例の
詳細な説明を行なう。通常の三次元表示では始点５、被
表示物体１、更に投影面２があり、被表示物体１の各種
情報（例えばこの図の例では、被表示物体１は円柱でそ
の半径、高さ、中心座標、軸の方向といった情報）、視
点５と座標投影面２の位置情報から、第１計算手段10
（通常は専用の数値計算機を使う）を用いて被表示物体
の表示に必要な主頂点の視点５からの投影面２に対する
投影点Ｃの投影座標を計算する。同時にこの投影座標デ
ータを受けとり重なっている部分で視点５から可視の部
分と不可視の部分を、隠面処理手段20（例えばｚバッフ
ァ法を使った隠面処理を実行するハードウェア）で評価
し、被表示物体１の視点から見た投影図が表示手段30を
用いて画面に描画される。本発明の装置では更に仮想的
操作面３が、一般的には投影面２とは別にある、ポイン
ティングデバイスは見かけ上、この仮想の操作面３上を
平面的に任意に移動できる。第１図において物体の指示
や選択は、操作面３上のポインティングデバイスに対応
している点Ａから、投影面２へ向かって半直線を引き、
三次元のカーソル４とする。具体的な始点Ａの位置（仮
想操作面３上のポインターの位置）の計算は仮想操作面
３の位置情報（仮想操作面の法線方向と、被表示三次元
空間の基準原点から前記仮想操作面までの距離）を記憶
する記憶手段40を用いて第２の計算手段50を使って行な
う。また点Ａを始点とする半直線と仮想操作面３との交
角を交角設定手段70を用いて設定し、仮想操作面３と零
でない一定角度をもって交わる半直線を求め、半直線と
被表示物体１との交点Ｂの座標を第３の計算手段60で求
める。三次元カーソルの半直線と仮想操作面との交角
は、例えばジョイスティックの様な角度設定手段（頻繁
に変更しない場合はキーボードからの入力でもよい）を
使って設定することができる。更に、始点Ａと交点Ｂ
（複数の交点がある場合は、例えば始点に最も近い交
点）とで形成される三次元カーソル４の投影面２上の投
影位置Ｄについては、第４の計算手段80（専用の数値計
算機で通常の三次元表示装置に備わっている第１の計算
手段10に能力的な余裕があればこれを流用することもで
きる）を使って行う。また被表示物体１と交わる場合、
この交点Ｂは第３の計算手段60を用いて座標を計算でき
るが、カーソル４の不可視部分を表示しなくてもよいの
であれば、隠面処理手段20を使っても交点を求めること
ができる。被表示物体１と交わらない場合、始点をＡ点
とする半直線をカーソル４とする。本実施例では、半直
線をカーソル４としたが、被表示物体１と交わる場合、
操作面３上の始点Ａと交点Ｂとを端点とする線分をカー
ソル４にしてもよい。この半直線もしくは線分を表示す
るために表示手段30を用いる。この結果の表示画面を示
したのが第３図である。第３図から明らかなように、こ
の画面は立体的なものを指し示すのに、レーザ光線を使
って行うのと同様な表示になっている。二次元表示用カ
ーソルの概念をそのまま延長して三次元化した場合のカ
ーソル表示を第４図に示す。第３図と第４図を比べれば
明らかなように、従来のものでは、カーソル７の三次元
的な位置があいまいだったものが、本発明のカーソル表
示では位置関係や指示されている物体が極めて明瞭にな
る。これを実現するための各手段も従来の三次元表示装
置に付随したハードウェアを拡張流用できるため、ハー
ドウェアコストの上昇は問題にならない。
（実施例２） 一方別のカーソル用半直線として、第５図に示すように
仮想操作面３外のある点Ｐを基準点とし、仮想操作面３
上のポインティングデバイス対応点（Ａ点）を通る半直
線４を採用することもできる。この場合必要な要素は、
従来の三次元表示装置に加え、第６図に示すように記憶
手段40と、第２の計算手段50と、点Ｐの座標位置情報設
定手段71と、点Ｐと前記操作面３上の対応点Ａを通る半
直線４及びこの半直線４と被表示物体１との交点を計算
する第５の計算手段61と、第４の計算手段80と隠面処理
手段20である。ただし半直線のうち、線分▲▼は可
視状態にするか、不可視状態にするかは使い分けられる
ものとする。このカーソルも第１の実施例とほぼ同様に
操作することができるが、やや異なる点として、前記基
準点Ｐを仮想操作面３の近傍にとると、ポインティング
デバイスの少しの動きでカーソル線４の方向角が大きく
変化し、表示されている遠方の三次元空間全域を簡単に
指し示すことができる点がある。また、第１の実施例は
基準点Ｐが無限遠にある場合と考えることができる。
（実施例３） 更に、カーソル用半直線の生成法として、前記二種類の
方法、即ち仮想操作面３上のポインティングデバイス対
応点（Ａ点）より一定角の半直線を生成する方式と、更
に別の基準点（Ｐ点）を考え、P,Aの二点を通過しＰ点
を始点とする半直線を生成する方式のいづれでも随時切
り換えることができる装置も可能である。第７図に示す
ように、この場合は、両方式の共通計算手段、記憶手
段、表示手段等、即ち第２の計算手段50、第４の計算手
段80、隠面処理手段20、仮想操作面の位置記憶手段40
と、第３の計算手段60、半直線と仮想操作面との交角設
定手段70（組合せ１）および、第５の計算手段61、カー
ソル用固定基準点Ｐの位置情報設定手段71（組合せ２）
を全て備え、しかも上記組合せ１と組合せ２のいづれか
を選択的に使用するための切り換え手段100を備えてい
る。第８図は、第７図に対応する各処理手段の接続関係
を示したブロック図である。同図において210は仮想操
作面の位置情報、カーソルの交角情報、カーソル用仮想
固定基準点情報を記憶するパラメータ記憶部であり、こ
のパラメータ記憶部210内の仮想操作面の位置情報とポ
インティングデバイス200の位置情報より第２の計算手
段220を用いて仮想操作面上のポインタ位置情報を計算
する。230は切り換え手段であり、第３の計算手段240叉
は第５の計算手段250への切り換えを行う。第３の計算
手段240を選択すれば仮想操作面上のポインタ位置情
報、被表示物体の情報及びカーソルの交角情報により、
カーソル線情報及び、カーソル線と被表示物体との交点
情報を得る。また第５の計算手段250を選択すれば同様
に仮想操作面上のポインタ位置情報、被表示物体の情報
及びカーソルの基準点情報により、カーソル線情報及
び、カーソル線と被表示物体との交点情報を得る。実際
のグラフィックでは被表示物体とカーソルが両方とも表
示されねばならないので、第４の計算手段260（投影座
標の計算部）の入力には被表示物体の情報も、カーソル
線情報及び、カーソル線と被表示物体との交点情報に加
えて入力される。カーソルもこれ以降１本の半直線とい
う被表示物体の一種として扱われ隠面処理手段270にて
隠面処理を行ない、画面表示処理手段280を通してディ
スプレイ部290で表示される。更に追加機能として、第
３図において三次元カーソル線４が最初に交わる被表示
物体１（ここでは円柱）を必要であれば選択することが
できるように、ポインティングデバイスに付加された情
報入力手段（例えば、マウス上のボタン等）と認識手段
を設けることで、この入力手段から入力信号があった場
合、交点Ｂを作っている物体の選択的認識が行なわれ
る。（例えば、上記マウス上のボタンが押されたとき表
示されている円柱の記憶情報中に選択されたというフラ
グを立てる手段をもつ）これは二次元表示装置で行って
いる選択的認識手段とまったく同様である。その後、色
・形状等の被表示物体の属性を変更することも可能であ
る。また、第９図に示すように選択された被表示物体を
カーソル線に沿って平行移動をすることもできるように
ポインティングデバイス上に別の付加情報入力手段110
を設け、更にこの付加情報入力手段110からの入力信号
があったときにカーソル線と交わっている被表示物体を
認識する認識手段120と、付加情報入力手段110からの他
の入力信号により前記認識された被表示物体の中心座標
を変更し、この被表示物体の主頂点の変更後の座標を計
算する第６の計算手段130と、この結果を被表示物体の
情報記憶に変更して書き込む編集手段140を設ける。ま
た、三次元カーソルの他の使用法として、第10図に示す
ように、始点Ａ′から任意の長さのカーソル線分６の座
標位置Ｂ′を登録することができれば、Ｂ′点を基準に
して新しい図形や立体を形成することができる。このた
めには始点Ａ′からある距離にある点の座標を計算する
第７の計算手段が必要である。（これも従来の三次元表
示装置中に使われている第１の計算手段を流用すること
ができる。）また、類似の処理としてポインティングデ
バイスと異なる入力手段（例えばキーボード）を使って
入力された指定座標値の位置を三次元カーソルを使って
表示することができる。これには、例えば第３の計算手
段60によりこの指定座標位置から交角設定手段70により
三次元カーソルの決められた角度をもって引いた半直線
が仮想操作面３と交わる交点座標を求め、交点と指定座
標間を結ぶ線分の投影座標を第４の計算手段80で求めこ
れを第２の表示手段90を使って表示する。このことによ
り指定座標値の奥行き方向の被表示物体との相対的な位
置が容易にわかる。以上の説明中、第１〜第７の計算手
段は、ほぼ同様の浮動少数点演算を行う計算機で実行で
きるので、非常な高速処理を要する場合は、各々別の計
算機を設けなければならないが、通常の場合一つの計算
機を用意し、各計算に対応するプログラムを用意するこ
とで実現できる。なお、本実施例１〜３では仮想操作面
を被表示物体と視点との間に設けたが、被表示物をはさ
んで視点と反対側にあってもよい。この場合、被表示物
体の視点から見えない部分を指示する場合に有効であ
る。
発明の効果 以上の説明から明かなように、本発明により画面に表示
された三次元物体を適確に指示でき、その相対および絶
対位置の明瞭化、三次元的な場所の移動等の編集操作も
極めて容易になる。しかもそのために追加しなければな
せないハードウェアは実質的に仮想操作面の位置と方向
を記憶しておくレジスタだけなので、なんら問題なく実
現できる。また、三次元カーソルの方向を仮想操作面と
の交角設定手段により、あるいは仮想操作面外の基準点
を設定する手段により任意に設定できるため、最も操作
性のよい（或は見やすい）方向を選ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例における被表示物体、投
影面、操作面と三次元カーソルの位置関係を示した説明
図、第２図は本発明の第１の実施例の三次元表示装置の
処理手順を示すブロック図、第３図は本発明の第１の実
施例を使った表示画面例を示す図、第４図は従来のカー
ソル表示による画面例を示す図、第５図は本発明の第２
の実施例における被表示物体、投影面、操作面、カーソ
ル基準点Ｐと三次元カーソルの位置関係を示した説明
図、第６図は本発明の第２の実施例の三次元表示装置の
処理手順を示すブロック図、第７図は本発明の第１、第
２の実施例を切り換えて使用できる第３の実施例の処理
手順を示すブロック図、第８図は第７図の処理の手順を
実現するための内部構成ブロック図、第９図は本発明の
他の実施例の処理手順を示すブロック図、第10図は本発
明の三次元カーソルの他の使用法を説明する図である。 １……被表示物体、２……投影面、３……仮想操作面、
4,6……三次元カーソル線、５……視点、10……第１の
計算手段、20……隠面処理手段、30……表示手段、40…
…仮想操作面の位置情報記憶手段、50……第２の計算手
段、60……第３の計算手段、61……第５の計算手段、70
……交角設定手段、71……カーソル用仮想固定基準点Ｐ
の位置情報設定手段、80……第４の計算手段。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも、被表示物体の表示に必要な主
    頂点の視点から投影面に対する投影座標を計算する第１
    の計算手段と、前記各主頂点によって張られた被表示物
    体の各表面要素が視点から可視かどうかを評価する隠面
    処理手段と、以上の処理結果を画面に表示する表示手段
    と、ポインティングデバイスとを備え、前記被表示物体
    と視点との間もしくは前記被表示物体をはさんで視点と
    反対側にある仮想的な操作面の位置情報を記憶する記憶
    手段と、前記ポインティングデバイスが実際の操作面上
    を移動した時、ポインティングデバイス位置と前記仮想
    操作面上の対応点を計算する第２の計算手段と、この仮
    想操作面上の対応点を始点とし、前記仮想操作面と零で
    ない一定角度をもって交わる半直線と、前記仮想操作面
    と半直線との交わる角度を設定するための設定手段と、
    前記半直線と被表示物体との交点を求めるための第３の
    計算手段と、この交点と前記始点で形成される線分もし
    くは、前記半直線そのものの投影面への投影座標を計算
    するための第４の計算手段とを有することを特徴とする
    三次元表示装置。
  2. 【請求項２】少なくとも、被表示物体の表示に必要な主
    頂点の視点から投影面に対する投影座標を計算する第１
    の計算手段と、前記各主頂点によって張られた被表示物
    体の各表面要素が視点から可視かどうかを評価する隠面
    処理手段と、以上の処理結果を画面に表示する表示手段
    と、ポインティングデバイスとを備え、前記被表示物体
    と視点との間もしくは前記被表示物体をはさんで視点と
    反対側にある仮想的な操作面の位置情報を記憶する記憶
    手段と、前記ポインティングデバイスが実際の操作面上
    を移動した時、ポインティングデバイス位置と前記仮想
    操作面上の対応点を計算する第２の計算手段と、この仮
    想操作面外の点を始点とし、前記対応点を通過する半直
    線と、前記仮想操作面外の始点座標位置を設定するため
    の設定手段と、前記半直線と被表示物体との交点を求め
    るための第５の計算手段と、この交点と前記始点で形成
    される線分もしくは、前記半直線そのものの投影面への
    投影座標を計算するための第４の計算手段とを有するこ
    とを特徴とする三次元表示装置。
  3. 【請求項３】請求項１と請求項２の記憶手段、設定手
    段、計算手段、表示手段からなる二種の半直線構成手段
    を両方とを有し、更にいづれの一方の半直線表示に切り
    換えるための切り換え手段を有することを特徴とする三
    次元表示装置。
  4. 【請求項４】前記ポインティングデバイスは、付加情報
    入力手段と、この付加情報入力手段からのある入力信号
    があった時点で前記半直線と交わる被表示物体のうち指
    定されたものを認識する認識手段と、前記付加情報入力
    手段からの他の入力信号により前記認識された被表示物
    体の中心座標を変更し、この被表示物体の主頂点の変更
    後の座標を計算する第６の計算手段と、変更後の被表示
    物体の情報を記憶部分に書き込む編集手段とを有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
    の三次元表示装置。
  5. 【請求項５】請求項１或は請求項２、或は請求項３記載
    の構成で、前記第１、第２、第３、第４、第５の計算手
    段が共通であることを特徴とする三次元表示装置。
JP2242104A 1989-09-13 1990-09-11 三次元表示装置 Expired - Lifetime JPH0792656B2 (ja)

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JPH03174191A JPH03174191A (ja) 1991-07-29
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