JPH08305473A - Three-dimensional data input system - Google Patents

Three-dimensional data input system

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JPH08305473A
JPH08305473A JP7112815A JP11281595A JPH08305473A JP H08305473 A JPH08305473 A JP H08305473A JP 7112815 A JP7112815 A JP 7112815A JP 11281595 A JP11281595 A JP 11281595A JP H08305473 A JPH08305473 A JP H08305473A
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JP
Japan
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joint
computer
angle
display
joints
Prior art date
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Pending
Application number
JP7112815A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Horii
洋一 堀井
Minoru Fujita
実 藤田
Yoshihisa Oishi
喜久 大石
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE: To improve the efficiency of the process of the attitude input of multi- joint body structure in computer graphics. CONSTITUTION: A doll-shaped input device 600 is constituted by combining joints provided with an angle sensor 610 for respective X, Y and Z axis directions. In a data fetching routine 300, values digitizing the angles of respective axial directions for the respective joints of the input device 600 with a converter are used and in a coordinate calculating routine 400, display positions for the respective joints of multi-joint body structure in computer graphics are calculated. In a polygon display routine 500, a polygon is displayed on a display 103 based on a local coordinate system with the display position calculated in the coordinate calculating routine 400 as an origin.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電子計算機を用いた三次
元データ入力システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional data input system using an electronic computer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のコンピュータグラフィクスにおけ
る多関節構造体の角度を入力する方法には、(1)マウ
スなどの二次元のポインティングデバイスを用いて、各
関節の方向をX−Y軸あるいはX−Z軸を中心として設
定する方法、(2)NICOGRAPH 論文集1994 162
頁から167頁にみられるような、少なくとも二つのカ
メラから、肩や肘といった関節にマーカを付けた人間を
撮影し、画像処理によって各関節の座標を計算し、角度
を計算する、モーションキャプチャと呼ばれる技術、な
どがある。
2. Description of the Related Art In the conventional method of inputting the angle of a multi-joint structure in computer graphics, (1) a two-dimensional pointing device such as a mouse is used to determine the direction of each joint along the XY axis or X-axis. Method of setting around Z-axis, (2) NICOGRAPH Proceedings 1994 162
As shown in pages 167 to 167, motion capture that captures a human with markers on joints such as shoulders and elbows from at least two cameras, calculates the coordinates of each joint by image processing, and calculates the angle. There is a technology called.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記(1)の方法で
は、三次元の情報を二次元のポインティングデバイスで
入力するため、操作が直観的でなかった。また、設定す
る角度の方向をX−Y軸もしくはX−Z軸を中心にする
ように切り替える必要があるため、例えばキーボードと
いった別のデバイスからの操作が必要であった。
In the above method (1), the operation is not intuitive because the three-dimensional information is input by the two-dimensional pointing device. Further, since it is necessary to switch the direction of the angle to be set so that the XY axis or the XZ axis is centered, it is necessary to operate from another device such as a keyboard.

【0004】また、上記(2)の方法では、撮影するた
めの十分なスペースが必要であり、マーカがカメラから
隠れた箇所にある場合、関節の座標を計算することがで
きなかった。
Further, the above method (2) requires a sufficient space for photographing, and the coordinates of the joint cannot be calculated when the marker is at a position hidden from the camera.

【0005】本発明の目的は、多関節構造体の各関節の
角度を直観的に省スペースで入力することができる三次
元データ入力システムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a three-dimensional data input system capable of intuitively inputting the angle of each joint of a multi-joint structure in a space-saving manner.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】角度センサを備えた可動
の関節を複数用いて人形型に組み合わせ、この人形の姿
勢を操作することにより、各関節の角度センサより得ら
れる信号をA/D変換して計算機に入力し、コンピュー
タグラフィクスにおける多関節構造体の各角度情報とし
て用いることにより上記の目的が達成される。
A plurality of movable joints provided with angle sensors are combined into a doll shape, and the posture of the doll is operated to convert the signals obtained from the angle sensors of each joint into A / D conversion. Then, it is input to a computer and used as each angle information of the multi-joint structure in computer graphics to achieve the above object.

【0007】[0007]

【作用】各関節に角度センサを備えた人形型の入力デバ
イスを用い、コンピュータグラフィクスにおける多関節
構造体の各関節の角度を入力する。これによって、身体
等にマーカ等を付けることなく、省スペースで、直観的
に多関節構造体の姿勢を設定することができる。
By using a doll type input device having an angle sensor at each joint, the angle of each joint of a multi-joint structure in computer graphics is input. As a result, the posture of the articulated structure can be intuitively set in a space-saving manner without attaching a marker or the like to the body or the like.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の一実施例のシステム構成の概
略を示し、図2はそのデータ処理フローを示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the outline of the system configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the data processing flow thereof.

【0009】図1において、101,110は計算機の
中央処理装置およびメモリ、102,103,104は
計算機に接続されたディスプレイ,ポインティングデバ
イス,キーボード、111はプログラム、900はデー
タテーブル、600は本発明の角度センサ610よりな
る入力デバイス、800は入力デバイスからの信号をA
/D変換して計算機に入力するコンバータを示す。
In FIG. 1, 101 and 110 are central processing units and memories of a computer, 102, 103 and 104 are displays, pointing devices and keyboards connected to the computer, 111 is a program, 900 is a data table, and 600 is the present invention. Input device consisting of the angle sensor 610, 800 is a signal from the input device
The converter which carries out / D conversion and inputs into a computer is shown.

【0010】人形型の入力デバイス600は、X,Y,Z
軸方向それぞれの角度センサ610を備えた関節の組み
合わせにより構成される。データ取り込みルーチン30
0で、入力デバイス600の各関節の各軸方向の角度を
コンバータによりデジタイズし、データテーブル900
に格納する。座標計算ルーチン400において、コンピ
ュータグラフィクスにおける多関節構造体の各関節の表
示位置をデータテーブル900を参照して計算する。表
示画像121の四角形はこれらの表示位置を示す。ポリ
ゴン表示ルーチン500において、座標計算ルーチン4
00で計算した表示位置を原点としたローカル座標系を
元に、ポリゴンを表示画像122に示すようにディスプ
レイ102上に表示する。
The doll type input device 600 includes X, Y, Z
It is configured by a combination of joints provided with angle sensors 610 for respective axial directions. Data acquisition routine 30
At 0, the angle of each joint of the input device 600 in each axial direction is digitized by the converter, and the data table 900
To be stored. In the coordinate calculation routine 400, the display position of each joint of the multi-joint structure in computer graphics is calculated with reference to the data table 900. The quadrangle of the display image 121 shows these display positions. In the polygon display routine 500, the coordinate calculation routine 4
Based on the local coordinate system whose origin is the display position calculated in 00, the polygon is displayed on the display 102 as shown in the display image 122.

【0011】次に、図3を用いて本発明で用いるデータ
テーブル900について述べる。データは関節の数だけ
以下の項目が用意されている。すなわち、関節番号i、
関節の親の関節番号Parent[i]、関節の親の座標系か
らのX,Y,Z方向のオフセットOffset[i][j]、
関節の親の座標系に対するX,Y,Z軸方向の回転角度
Angle[i][j] である。ここで親子関係とは、ある
関節(親)の平行移動もしくは回転が、ある関節(子)
の表示位置に影響する関係である。また、関節の親の関
節番号Parent[i]が−1のとき、関節番号iの関節は
ワールド座標系と親子関係にあることを示す。これらの
データテーブルの各値は、基本姿勢としてプログラム起
動時に初期化される。
Next, the data table 900 used in the present invention will be described with reference to FIG. The following items are prepared for the number of joints in the data. That is, joint number i,
The joint number Parent [i] of the joint parent, the offset Offset [i] [j] in the X, Y, and Z directions from the coordinate system of the joint parent,
Rotation angle in the X, Y, and Z axis directions with respect to the coordinate system of the joint parent
Angle [i] [j]. Here, the parent-child relationship means that the parallel movement or rotation of a certain joint (parent) means that a certain joint (child)
Is a relationship that affects the display position of. When the parent joint number Parent [i] of the joint is -1, it indicates that the joint with joint number i has a parent-child relationship with the world coordinate system. Each value in these data tables is initialized as a basic attitude when the program is started.

【0012】次に、図4を用いてデータ取り込みルーチ
ン300について述べる。ここでは、入力デバイス60
0の各関節の各軸方向の角度をコンバータによりデジタ
イズし、データテーブル900に格納する。まず、31
1においてカウンタiに1を代入する。312でカウン
タjに1を代入する。ここでjはX,Y,Zの各軸を示
し、各々1,2,3の値をとることとする。313で関
節番号iのj軸方向の角度をコンバータ800よりA/
D変換して計算機内に取り込み、データテーブル900
の各関節の角度データAngle [i][j]に格納する。
314でjをカウントアップする。315でjが3以下
なら313の処理に戻る。316でカウンタiをカウン
トアップする。317でiが関節の数以下の場合は31
2の処理に戻り、そうでない場合は処理を終える。
Next, the data fetching routine 300 will be described with reference to FIG. Here, the input device 60
The angle of each joint of 0 in each axial direction is digitized by the converter and stored in the data table 900. First, 31
At 1, the counter i is substituted with 1. At 312, 1 is assigned to the counter j. Here, j represents each of the X, Y, and Z axes, and takes values of 1, 2, and 3, respectively. At 313, the angle of the joint number i in the j-axis direction is converted from the converter 800 to A /
Data table 900 after D conversion and import into computer
The angle data of each joint is stored in Angle [i] [j].
At 314, j is incremented. If j is 3 or less in 315, the process returns to 313. At 316, the counter i is incremented. 31 if i is less than or equal to the number of joints in 317
Return to the process of No. 2, and if not, end the process.

【0013】次に、図5を用いて座標計算ルーチン40
0について述べる。ここでは、コンピュータグラフィク
スにおける多関節構造体の各関節の表示位置をデータテ
ーブル900を参照して計算する。411でカウンタi
に1を代入する。412で、関節番号iの親(Parent
[i])をたどることによりワールド座標系からの関節
のパスを求める。413でOffset[i][j]、Angle
[i][j] および412で求めたパスを用いて、ワ
ールド座標系に対する関節番号iのローカル座標系を計
算する。414でカウンタiをカウントアップする。4
15でiが関節の数以下の場合は412の処理に戻り、
そうでない場合は処理を終える。
Next, the coordinate calculation routine 40 will be described with reference to FIG.
0 will be described. Here, the display position of each joint of the multi-joint structure in computer graphics is calculated with reference to the data table 900. Counter i at 411
Substitute 1 for. At 412, the parent of the joint number i (Parent
[I]) to find the path of the joint from the world coordinate system. 413 Offset [i] [j], Angle
[I] [j] and the path obtained in 412 are used to calculate the local coordinate system of the joint number i with respect to the world coordinate system. At 414, the counter i is incremented. Four
If i is less than or equal to the number of joints in 15, the process returns to 412,
If not, the process ends.

【0014】次に、図6を用いてポリゴン表示ルーチン
500について述べる。ここでは、座標計算ルーチン4
00で計算した表示位置を原点としたローカル座標系を
元に、ポリゴンをディスプレイ102に表示する。51
1でカウンタiに1を代入する。512で、関節番号i
の関節のローカル座標系からワールド座標系への変換行
列を求める。513で512で得られた行列を用いて関
節のポリゴンのすべての頂点座標をワールド座標系に変
換する。514で、例えばスキャンライン法やZバッフ
ァ法等を用いて、ポリゴンを描画する。515でカウン
タiをカウントアップする。516でiが関節の数以下
の場合は512の処理に戻り、そうでない場合は処理を
終える。
Next, the polygon display routine 500 will be described with reference to FIG. Here, the coordinate calculation routine 4
The polygon is displayed on the display 102 based on the local coordinate system whose origin is the display position calculated in 00. 51
At 1, the counter i is substituted with 1. At 512, joint number i
Obtain the transformation matrix from the local coordinate system of the joint of to the world coordinate system. At 513, all the vertex coordinates of the polygon of the joint are converted into the world coordinate system using the matrix obtained at 512. At 514, a polygon is drawn using, for example, the scan line method or the Z buffer method. At 515, the counter i is incremented. If i is less than or equal to the number of joints in 516, the process returns to 512, and if not, the process ends.

【0015】図7に本発明の角度センサを備えた関節の
例を示す。ここでは2自由度の場合について述べる。図
7で、701,714は山付きのカバー、704,70
8,710はホルダ、706,720はジグ、711,
715はナット、717,721は歯車、702,71
3はポテンショメータといった角度センサ、703,7
12,719は皿子ねじ、705はウェーブワッシャ、
716,718,722は穴付止めねじ、709は湾曲
止め輪、707は止め輪を示す。関節の両端701,7
14を紙面の縦方向を中心に動かすことにより、71
7,721の歯車が動き、702のポテンショメータの
軸が回転する。また紙面の横方向を中心に動かすことに
より、713のポテンショメータの軸が回転する。この
ような操作により設定された角度の信号を図1のコンバ
ータによりA/D変換し、計算機に転送する。
FIG. 7 shows an example of a joint provided with the angle sensor of the present invention. Here, the case of two degrees of freedom will be described. In FIG. 7, reference numerals 701 and 714 are mountain-shaped covers, and 704 and 70.
8, 710 is a holder, 706, 720 are jigs, 711,
715 is a nut, 717 and 721 are gears, 702 and 71
3 is an angle sensor such as a potentiometer, 703, 7
12, 719 are countersunk screws, 705 are wave washers,
Reference numerals 716, 718, and 722 are set screws with holes, 709 is a curved snap ring, and 707 is a snap ring. Both ends of joint 701,7
By moving 14 around the vertical direction of the paper,
The gears 7,721 move and the shaft of the potentiometer 702 rotates. The axis of the potentiometer 713 is rotated by moving it in the lateral direction of the paper. The signal of the angle set by such an operation is A / D converted by the converter of FIG. 1 and transferred to the computer.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によれば、角度センサを備えた可
動の関節を複数用いて組み合わされた人形型の入力デバ
イスの姿勢を操作することにより、コンピュータグラフ
ィクスにおける多関節構造体の各角度情報として用いる
ことができるので、直観的に多関節構造体の姿勢を設定
することができる。
According to the present invention, by manipulating the posture of a doll type input device that is combined by using a plurality of movable joints provided with angle sensors, each angle information of a multi-joint structure in computer graphics. Therefore, the posture of the multi-joint structure can be intuitively set.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の三次元データ入力システムの一実施例
のシステムの説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a system according to an embodiment of a three-dimensional data input system of the present invention.

【図2】三次元データ入力システムのフローチャート。FIG. 2 is a flowchart of a three-dimensional data input system.

【図3】データテーブルの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a data table.

【図4】データ取り込みルーチンのフローチャート。FIG. 4 is a flowchart of a data import routine.

【図5】座標計算ルーチンのフローチャート。FIG. 5 is a flowchart of a coordinate calculation routine.

【図6】ポリゴン表示ルーチンのフローチャート。FIG. 6 is a flowchart of a polygon display routine.

【図7】角度センサ付きの関節の例を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing an example of a joint with an angle sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…CPU、102…ディスプレイ、103…ポイ
ンティングデバイス、104…キーボード、110…メ
モリ、111…プログラム、600…入力デバイス、6
10…角度センサ、800…コンバータ、900…デー
タテーブル。
101 ... CPU, 102 ... Display, 103 ... Pointing device, 104 ... Keyboard, 110 ... Memory, 111 ... Program, 600 ... Input device, 6
10 ... Angle sensor, 800 ... Converter, 900 ... Data table.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】計算機と、前記計算機に接続されたディス
プレイと、前記計算機上で複数の関節よりなるコンピュ
ータグラフィクスを表示する手段と、角度センサを少な
くとも一つ備えた複数の関節と、前記角度センサの信号
をA/D変換して計算機に転送する手段とを備え、前記
計算機内部の関節構造と同じように前記角度センサを備
えた関節を組み合わせ、これを操作して姿勢を決定し、
前記各角度センサの信号をA/D変換して前記計算機に
転送し、前記角度信号を用いて前記計算機上の前記コン
ピュータグラフィクスの関節角度を決定し、前記角度に
設定された関節構造を持つ前記コンピュータグラフィク
スをディスプレイに表示することを特徴とする三次元デ
ータ入力システム。
1. A computer, a display connected to the computer, means for displaying computer graphics consisting of a plurality of joints on the computer, a plurality of joints having at least one angle sensor, and the angle sensor. And a means for A / D converting the signal to be transferred to a computer, combining joints equipped with the angle sensor in the same manner as the joint structure inside the computer, and operating this to determine the posture,
A / D conversion is performed on the signals of the angle sensors, the signals are transferred to the computer, the joint angle of the computer graphics on the computer is determined using the angle signals, and the joint structure having the angle is set. A three-dimensional data input system characterized by displaying computer graphics on a display.
【請求項2】請求項1において、前記角度センサを備え
た関節にねじといった容易に取り外しが可能な処理を施
し、前記コンピュータグラフィクスの関節構造の変化に
応じて関節を組み合わせることができる三次元データ入
力システム。
2. The three-dimensional data according to claim 1, wherein the joint including the angle sensor is subjected to a process such as a screw that can be easily removed, and the joint can be combined according to a change in the joint structure of the computer graphics. Input system.
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