JPH09311381A

JPH09311381A - ドーム型環境模擬方法及び装置

Info

Publication number: JPH09311381A
Application number: JP8128076A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kakei; 秀一掛井; Naoharu Mori; 尚治森; Sumio Yagi; 澄夫八木; Shigeaki Fujita; 茂明藤田; Tadashi Ito; 正伊藤
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: JP3159370B2

Abstract

(57)【要約】【課題】立体感のある画像の投映により臨場感の高い環
境模擬空間を呈示するドーム型環境模擬装置の提供。【解決手段】撮像機２で環境画像３を作成し、模擬環境
体験者９の視点に曲面形状のドーム型スクリーン８の表
側を対向させ、そのドーム型スクリーン８の裏側へ環境
画像３をリア・プロジェクタ７によって投映する。スク
リーン８上には、その曲面に応じた立体感のある環境画
像の映像が投映される。好ましくは、広角レンズ１付き
の撮像機２によって広い視野の環境画像３を作成し、広
角レンズ１に起因する画像周縁部分の歪を、ドーム型ス
クリーン８の突端から突出側に離れた単一のリア・プロ
ジェクタ７によりドーム型スクリーン８へ投映すること
による修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドーム型環境模擬方法
及び装置に関し、とくに広角レンズカメラで撮った画像
を体験者の視野全体を覆うドーム状スクリーンに低歪で
投映し現実感の高い模擬環境空間を再現するドーム型環
境模擬方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】視覚的な環境をシミュレートする各種方
法が提案されている。例えば、体験者を囲う４面のフラ
ットスクリーンに環境画像を写す空間擬似体験装置（CA
VE又はオムニマックス）、体験者の頭に被せたディスプ
レイ（Head Mounted Display、HMD）やBOOMによってバ
ーチャル・リアリティ（仮想現実感）を与える方法、模
型をそのまま覗き込む方法、模型の中のシュノーケルカ
メラを通して映像を確認する方法等が、目的や効果に応
じて既に利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の方法によ
って投映される画像は、必ずしも体験者の視野の全体を
占めるものではなく、また比較的広い視野の画像の場合
に輝度や解像度に不足又は不均等が生じがちであり、画
像形状が歪んだり、シミュレートした模擬環境に臨場感
が欠ける問題点があった。

【０００４】従って、本発明の目的は立体感のある画像
の投映により臨場感の高い環境模擬空間を呈示するドー
ム型環境模擬装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】広い視野の環境の撮影
は、魚眼レンズ等の広角レンズ付きカメラによって行う
ことができる。本発明者は、広角レンズによる画像は周
縁部分に歪を生ずるが、その画像をドーム型スクリーン
の突端から突出側に離れた単一のプロジェクタにより該
ドーム型スクリーンへ投映すれば、投映された画像の周
縁部分はその中央部分に比して単一プロジェクタから遠
く離れているので、前記広角レンズによる画像周縁部歪
が少なくとも部分的に打消されることに注目した。本発
明は、この歪打消しに関する知見に基づいて完成したも
のである。

【０００６】図１の実施例を参照するに、本発明のドー
ム型環境模擬方法は、撮像機２で環境画像３を作成し、
模擬環境体験者９の視点に曲面形状のドーム型スクリー
ン８の表側を対向させ、そのドーム型スクリーン８の裏
側へ環境画像３をリア・プロジェクタ７によって投影
し、スクリーン８の曲面に応じた立体感のある環境画像
の映像を投映してなるものである。

【０００７】好ましくは、魚眼レンズ等の広角レンズ１
が付いた撮像機２によって広い視野の環境画像３を作成
し、広角レンズ１に起因する画像周縁部分の歪を、ドー
ム型スクリーン８の突端から突出側に離れた単一のリア
・プロジェクタによりドーム型スクリーン８へ投映する
ことにより修正する。この場合、投映された画像の周縁
部分はその中央部分に比してリア・プロジェクタ７から
遠く離れているので、広角レンズ１による画像周縁部歪
が少なくとも部分的に打消される。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１及び図４(Ｄ)を参照するに本
発明によれば、標準レンズ付きカメラ等の撮像機２で環
境画像３を作成する。模擬環境体験者９にこの場合表側
が凹である曲面形状のドーム型スクリーン８の表側を対
向させ、そのドーム型スクリーン８の裏側へ環境画像３
をリア・プロジェクタ７によって投映する。「リア・プ
ロジェクタ」とは、画像３をスクリーン８の裏側から投
映し、スクリーン８の表側において画像３の正しい姿勢
の映像が見えるようにするプロジェクタである。体験者
９がスクリーン８の表側に視点をおいて見ると、環境画
像３の映像がスクリーン８の曲面に応じた立体感のある
ものになる。例えば、撮像機２の視野内環境の中央部が
視野の他の部分に比し撮像機２から遠く離れている場
合、その環境の環境画像３を図４(Ｄ)のスクリーン８に
投映すると、スクリーン８の中央部が周縁部より凹んで
いるので、観察者９の視点からはその中央部が周縁部よ
り離れ、遠近感のある映像をスクリーン８上に見ること
となる。体験者９の視点はスクリーン８上の映像に囲ま
れるので、その環境への高い臨場感をもつ。逆に、模擬
すべき環境の中央部が視野の他の部分に比し撮像機２に
近い場合には、その環境画像３を図４(Ｅ)のように中央
部が周縁部より突出しているスクリーン８上へ投映する
と、その中央部が視点に近い遠近感のある映像が得られ
る。

【０００９】こうして本発明の目的である「立体感のあ
る画像の投映により臨場感の高い環境模擬空間を呈示す
るドーム型環境模擬装置の提供」を達成することができ
る。

【００１０】図４(Ａ)を参照するに、好ましくは広角レ
ンズ１付きの撮像機２により広範囲に亘る視野の街並み
や風景等の環境の画像（以下、広視野画像という。）3a
を撮影し、次いでその広視野画像3aを凹面が表側である
ドーム型スクリーン８の裏側に配置されたリア・プロジ
ェクタ７から投映する。スクリーン８の中心軸線とリア
・プロジェクタ７の光軸とは心合わせしておくことが望
ましい。広角レンズ１を介して撮った広視野画像3aで
は、中央部で歪がなく半径方向に広がるに従って順次連
続的に縮まる傾向の歪が生ずる。他方、リア・プロジェ
クタ７からドーム型スクリーン８の投映面までの距離
は、その投映面がスクリーン８の中央部から周縁部へ広
がるに従って順次連続的に増大する。このため、広角レ
ンズ１を介して撮った広視野画像3aをドーム型スクリー
ン８の裏側に前記のように配置したリア・プロジェクタ
７によって投映すると、その広視野画像3aの周縁部の歪
が、リア・プロジェクタ７からドーム型スクリーン８の
投映面までの距離の前記順次連続的増大によって修正さ
れる。このため、広角レンズ１による画像周縁部の歪が
修正された広視野画像3aの映像をドーム型スクリーン８
上に投映することができる。

【００１１】このようにして広視野画像3aが投映された
ドーム型スクリーン８の表側に体験者９を臨ませると、
体験者９はドーム型スクリーン８の表側凹面に囲まれて
自己の視野全体に亘る環境映像を視ることになる。しか
もこの環境映像は、広視野画像3aにおける周縁部歪が修
正されているので、高い臨場感を持って模擬環境を体験
することができる。

【００１２】図１の例では、実質上体験者９の体が表側
凹面に入るほどの大きさのドーム型スクリーン８を用い
ているが、本発明はこの大きさに限定されるものではな
い。例えば、体験者９の頭だけが入る程のものであって
も十分な臨場感を体験者に与え得るものであれば、本発
明のドーム型環境模擬装置において使用することができ
る。

【００１３】

【実施例】図４(Ｂ)は、図１及び図４(Ａ)における広角
レンズ１による環境画像３の投映に当り、適当な魚眼レ
ンズ等の修正レンズ7aをリア・プロジェクタ７に取付け
ることにより、広角レンズ１に起因する環境画像３の周
縁部における歪を図４(Ａ)の場合より一層よく除去して
スクリーン８に投影する実施例を示す。

【００１４】図４(Ｃ)は、標準レンズの撮像機１で撮っ
た環境画像３を、表側が凸の球状曲面又は非球状曲面の
スクリーン８の上へ、修正レンズ7a付きのリア・プロジ
ェクタ７によって投映して、スクリーン８上の映像の立
体感を高めた例を示す。

【００１５】スクリーン８上の映像の一部分を拡大・縮
小又は強調させて見る場合には、図４(Ｅ)の例のよう
に、体験者９の視点とスクリーン８との間にそれぞの目
的に適した補助光学手段16を設けてもよい。

【００１６】また、ドーム型スクリーン８を体験者９の
前後に配置し、体験者９を完全に模擬環境で囲む方式の
模擬装置とすることも可能である。図１の例ではドーム
型スクリーン８を体験者９の顔の前においているが、こ
のスクリーン８を体験者９の頭上においてもよい。さら
にドーム型スクリーン８を天井面へ上向き又は下向きに
取付け、各種映像のディスプレイに使用してもよい。

【００１７】本発明で使用する図１の撮像機２は、例え
ば光学的若しくは電子的なスチルカメラ2a、デジタル・
ビデオカメラ2b、CCD（Charge Coupled Device)カメラ2
c、撮像管式カメラ等とすることができる。広角レンズ
１の好ましい例は、視野角が限りなく180゜に近い魚眼レ
ンズである。撮像機２や撮影時の光学的諸元（カメラや
レンズの種類・台数、仰角、被写体深度など）の選定に
当っては、ドーム型スクリーン８の形状やリア・プロジ
ェクタ７の光学的特性を考慮して、撮影時の広角レンズ
１による画像歪が投映時に十分修正できるようにする。

【００１８】撮像機２が電気的な画像信号を発生するス
チルカメラ2a、ビデオカメラ2b又はCCDカメラ2c等であ
る場合には、その画像信号に対して色調修正その他の各
種の画像処理を施す画像処理装置４を設け、画像処理後
の広視野画像3aをリア・プロジェクタ７により投映する
ことができる。広角レンズ１及び撮像機２の光学的特性
が知られている場合には、広視野画像3aの周縁部歪に対
する画像処理装置４による修正も期待される。

【００１９】図１の実施例では、例えばＣＧ（Computer
Graphics）画像作成器６からの別画像若しくは動画を
環境の画像３と組合わせて編集する編集器５を設け、編
集後の情報量の多い画像３をドーム型スクリーン８に投
映している。編集器５によれば、単に画像合成だけでな
くウォークスルー画像作成その他種々の画像処理、編集
後の画像の記録等が可能である。本発明の環境画像３を
他の手法と比較してその臨場感を高めるため、例えば五
面液晶モニタ等の他の空間模擬装置により呈示される画
面を魚眼レンズ付きCCDカメラ2cで撮り、これをドーム
型スクリーン８へ投映して比較検討し、その結果に基づ
いて情報を補うことも可能である。

【００２０】環境画像３のリア・プロジェクタ７による
投映には、複数のカメラとプロジェクタとを使うことも
考えられるが、本発明においては１台の撮像機２と１台
のリア・プロジェクタ７による投映が基本である。環境
画像３の作成の手間の軽減、投映された映像の明るさの
ばらつきの防止、現実感の高い映像空間の創出、煩雑な
同期編集・制御の不要化などがその理由である。

【００２１】ドーム型スクリーン８上の映像の歪や解像
度は、そのドーム形状の曲率の調節によって制御するこ
とができる。図１の実施例で用いる可変ドーム型スクリ
ーン装置10は、両端開口の筒状周壁11の一端開口をドー
ム型スクリーン８となる弾塑性スクリーン膜で気密に閉
鎖し、その他端開口を透明端板12により気密に閉鎖し、
周壁11に排気口13を設けた構造のものである。排気ポン
プ14を排気ホース15により排気口13へ接続し、排気ポン
プ14を駆動して周壁11内の圧力を調節すれば、環境の撮
影や投映時のレンズの種類その他各種の条件による映像
の歪に対し臨機応変に対処することができる。筒形周壁
11内部の空間の空気圧を一定に保つため、筒形周壁11の
排気口13の内側部位に調圧弁（図示せず）を設けてもよ
い。スクリーン８用の弾塑性スクリーン膜が筒形周壁11
の内部圧力の過度の増加又は減少により破裂するのを防
止するため、そのスクリーン膜の変形の程度を検出する
レーザビーム利用のセンサー（図示せず）等を設け、そ
の出力に応じて前記排気口13からの給排気を制御するよ
うにしてもよい。またスクリーン膜の破裂防止のために
は、スクリーン膜の耐圧強度以下の一定圧力で気密性を
喪失する放圧部（図示せず）をそのスクリー膜の一部分
に設けてもよい。筒状周壁11の透明端板12を透明な剛性
材料例えばガラス板製とすることができる。

【００２２】図２は、周壁11を円錐台状として運搬を容
易にし、人間の身長程度の径Ｄの弾塑性スクリーン膜を
ドーム型スクリーン８とし、板ガラスを透明端板12とし
て試作したスクリーン装置を示す。周壁11の両端開口間
の距離Ｌは撮像機２で使用する広角レンズ１の光学的特
性によって定まり、リア・プロジェクタ７に魚眼レンズ
を用いればこの距離Ｌを小さくすることができる。弾塑
性スクリーン膜には、リア・プロジェクタ７からの投映
に応じて映像を結ぶこと、ドーム型スクリーン８の表側
の体験者９がその映像を観察できるような表側透明性を
有すること、周壁11内部の圧力調節の反復に追随する強
度と可撓性を有することなどが求められる。この様なス
クリーン膜の材料の一例は、シリコーンゴム、テフロン
（デュポン社の商品名）又はビニル樹脂である。

【００２３】図３は、体験者９が自己の頭の向きの如何
に拘らず、ドーム型スクリーン８上の映像を一定方向か
ら見るようにするためのターンテーブル20を示す。体験
者９はターンテーブル20の中心部に位置し、頭をドーム
型スクリーン８の中心軸線の方向、この場合ドーム型ス
クリーン８の中心へ向う方向Ｃに保つことが期待されて
いるものとする。この方向Ｃに対する頭の向きＤのずれ
を検出するセンサー21を設け、その出力をターンテーブ
ルの角度位置制御手段22に入力として加える。この角度
位置制御手段22は、ターンテーブル20を入力と反対向き
に入力の大きさだけ回転させる機能を有する。センサー
21が、図３(Ａ)のように前記中心への向きＣに対し頭の
向きＤが角度θだけずれていることを検出した場合に
は、角度位置制御手段22が図３(Ｂ)のようにその時のセ
ンサー21の出力に応答してターンテーブル20を前記ずれ
と反対向きに角度θだけ回転させる。従って、体験者９
は頭をどちらに向けても、その視線は常にドーム型スク
リーン８の中心へ向う方向Ｃに保たれる。なお、図３
(Ｂ)のＲは、ターンテーブル20上の基準径方向を示す。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のドーム型環
境模擬方法及び装置は、例えば広角レンズで撮った環境
の広視野画像を凹面が表側のドーム型スクリーン上へそ
の裏側からリア・プロジェクタによって投映することに
より広角レンズに起因する画像歪をスクリーンの形状に
より打消すので、次の顕著な効果を奏する。

【００２５】(イ)体験者の視野全体に亘る画像により臨
場感の高い環境模擬空間を呈示する。 (ロ)他のＣＧ画像や動画を組込んだ広視野画像を容易に
編集し投映できる。 (ハ)災害その他危機に対する避難のシミュレーションを
高い環境臨場感で行うことができる。 (ニ)原子力発電所の中央制御室、窓なし空間、地下空
間、超々高層居住空間等の特殊空間の設計内容を高い臨
場感で模擬し、人間の心理・生理・精神活動に与える影
響を予備的に実験・研究することができる。 (ホ)都市開発や地域開発等の開発計画の内容を高い臨場
感で模擬し、それらの計画の有力な説明支援手段とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例の構成を示す説明図であ
る。

【図２】は、可変ドーム型スリーン装置の構造の一例の
説明図である。

【図３】は、体験者が乗るターンテーブルの角度制御の
原理的説明図である。

【図４】は、本発明の異なる実施例の図式的説明図であ
る。

【符号の説明】

１…広角レンズ２…撮像機３…画像４…画像処理装置５…編集器６…ＣＧ画像作成器７…リア・プロジェクタ８…ドーム型スクリーン９…体験者 10…可変ドーム型スクリーン装置 11…周壁 12…透明端板 13…排気口 14…排気ポンプ 15…排気ホース 16…補助光学手段 20…ターンテーブル 21…センサー 22…制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田茂明東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者伊藤正東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像機で環境画像を作成し、模擬環境体験
者の視点に曲面形状のドーム型スクリーンの表側を対向
させ、前記ドーム型スクリーンの裏側へ前記環境画像を
リア・プロジェクタによって投影し、前記スクリーンの
曲面に応じた立体感のある環境画像の映像を投映してな
るドーム型環境模擬方法。
【請求項２】請求項１の環境模擬方法において、前記画
像をフィルム・スライド画像とし、前記リア・プロジェ
クタをリア・スライド・プロジェクタとしてなるドーム
型環境模擬方法。
【請求項３】請求項１の環境模擬方法において、前記画
像をビデオ画像とし、前記リア・プロジェクタをリア・
ビデオ・プロジェクタとしてなるドーム型環境模擬方
法。
【請求項４】請求項１から３の何れかの環境模擬方法に
おいて、前記ドーム型スクリーンを表側が凹の球状曲面
又は非球状曲面のスクリーンとし、前記画像を魚眼レン
ズ撮像機で撮った画像としてなるドーム型環境模擬方
法。
【請求項５】請求項４の環境模擬方法において、前記リ
ア・プロジェクタに魚眼レンズからなる修正レンズを設
けてなるドーム型環境模擬方法。
【請求項６】請求項１から３の何れかの環境模擬方法に
おいて、前記ドーム型スクリーンを表側が凸の球状曲面
又は非球状曲面のスクリーンとし、前記リア・プロジェ
クタに魚眼レンズからなる投影レンズを設けてなるドー
ム型環境模擬方法
【請求項７】請求項１から３の何れかの環境模擬方法に
おいて、前記ドーム型スクリーンを表側が凹の球状曲面
又は非球状曲面のスクリーンとし、前記画像を標準レン
ズ撮像機で撮った画像としてなるドーム型環境模擬方
法。
【請求項８】請求項１から７の何れかの環境模擬方法に
おいて、模擬環境体験者の視点と前記ドーム型スクリー
ンの表側との間に該スクリーン上の投映画像を明確化す
る補助光学手段を設けてなるドーム型環境模擬方法。
【請求項９】表側が凸又は凹の球状曲面又は非球状曲面
のドーム型スクリーン、及び該スクリーンの裏側へ向け
た環境画像投映用のリア・プロジェクタを備え、前記リ
ア・プロジェクタから前記ドーム型スクリーン上へ当該
スクリーンの曲面に応じた立体感のある映像を投映して
なるドーム型環境模擬装置。
【請求項１０】請求項９の環境模擬装置において、前記
画像に対し歪の修正処理を施す画像処理装置を備え、処
理後の画像を前記リア・プロジェクタにより投映してな
るドーム型環境模擬装置。
【請求項１１】請求項９又は１０の環境模擬装置におい
て、前記画像に対する加工及び／又は別画像若しくは動
画との合成を施す編集器を備え、編集後の画像を前記リ
ア・プロジェクタにより投映してなるドーム型環境模擬
装置。
【請求項１２】請求項９から１１までの何れかの環境模
擬装置において、前記画像を広角又は魚眼レンズ撮像機
で撮った環境画像としてなるドーム型環境模擬装置。
【請求項１３】請求項９から１２までの何れかの環境模
擬装置において、前記画像を静止画像カメラ、光学的映
画カメラ、ビデオカメラ、又はＣＣＤカメラで撮った環
境画像としてなるドーム型環境模擬装置。
【請求項１４】請求項９から１３までの何れかの環境模
擬装置において、前記スクリーンを等方的変形が可能な
弾塑性膜としてなるドーム型環境模擬装置。
【請求項１５】請求項１４の環境模擬装置において、前
記スクリーンをシリコンゴム膜、テフロン膜又はビニル
樹脂膜としてなるドーム型環境模擬装置。
【請求項１６】請求項１２の環境模擬装置において、前
記広角又は魚眼レンズに起因する画像歪の修正用の修正
レンズを前記リア・プロジェクタに設けてなるドーム型
環境模擬装置。
【請求項１７】請求項９から１６までの何れかの環境模
擬装置において、前記スクリーンの前面に臨む位置に設
けたターンテーブル上の体験者席、前記ターンテーブル
に臨む位置に設けられ前記ドーム型スクリーンの中心軸
線の方向に対する前記体験者席上の体験者の頭あるいは
眼球の水平角度偏位を検出する偏位センサー、及び前記
偏位センサーの出力に応じ前記ターンテーブルを前記偏
位が零となるように回転する角度位置制御手段を設けて
なるドーム型環境模擬装置。
【請求項１８】両端開口の耐圧性筒形周壁、該周壁の一
端開口に気密に張設した弾塑性スクリーン膜、前記周壁
の他端開口に気密に固定した透明端板、及び前記周壁に
穿った排気口を備え、前記排気口からの前記周壁内部の
排気又は給気により前記スクリーン膜を可変曲率でドー
ム形状に湾曲させてなる環境模擬装置用の可変曲率ドー
ム型スクリーン装置。
【請求項１９】請求項１８のスクリーン装置において、
前記筒形周壁の前記排気口内側部位に調圧弁を設けてな
る環境模擬装置用の可変曲率ドーム型スクリーン装置。
【請求項２０】請求項１８のスクリーン装置において、
前記筒形周壁の前記スクリーン膜に許容される最大変形
に対応する前記スクリーン膜の最大許容変位を検出する
変位センサ、及び前記変位センサの出力に応じて前記排
気口からの排気又は給気を停止する手段を設けてなる環
境模擬装置用の可変曲率ドーム型スクリーン装置。
【請求項２１】請求項１８のスクリーン装置において、
前記スクリーン膜の一部分に該スクリーン膜の耐圧強度
以下の一定圧力で気密性を喪失する放圧部を設けてなる
環境模擬装置用の可変曲率ドーム型スクリーン装置。
【請求項２２】請求項１８のスクリーン装置において、
前記透明端板を透明な剛性材料製としてなる環境模擬装
置用の可変曲率ドーム型スクリーン装置。
【請求項２３】請求項２２のスクリーン装置において、
前記透明端板を透明な剛性材料製のガラス板としてなる
環境模擬装置用の可変曲率ドーム型スクリーン装置。