JPH10326071A - 注視点高解像度化による計算機ホログラム表示方法並びに装置並びにこの方法を記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人の視覚特性に基づき、高精細、高臨場感の
ある立体映像表示を効率良く実現する計算機ホログラム
表示方法と装置を提供する。 【解決手段】 表示対象物管理手段２３は、表示対象物
全体を、複数の解像度レベルで記述しておく。始めに計
算対象物検出手段２２は、粗い解像度レベルの記述を読
み出してホログラム面上での干渉縞を計算し表示すると
ともに、その干渉縞を干渉縞記憶手段２５に記憶させ
る。次に、ホログラム表示する際に、視線／ピント検出
手段２１により、観察者の注視点を計測する。次に、計
算対象物検出手段２２は、観察者の注視点から注視点対
象空間を検出し、干渉縞計算手段２４が、その検出され
た対象物について高解像度レベルの記述を読み出して干
渉縞を再計算する。干渉縞合成手段２６は、再計算され
た干渉縞と干渉縞記憶手段２５に記憶された既表示干渉
縞とを合成し、干渉縞表示手段２７に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体からの光の波
面と参照光の波面との干渉を計算により求め、その干渉
縞をホログラムとしてディスプレイに表示し、三次元映
像（画像）として表示するための、計算機ホログラム表
示技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計算機ホログラムの生成においては、光
の回折を起こさせるために、高解像度の干渉縞を表示す
る必要がある。そのため、表示画面が小さくても、従来
のＨＤＴＶ等高精細表示装置以上の膨大な画素数を処理
しなければならない。そして、干渉縞の計算では、表示
対象物全てからの光の波面を合成して得られた値が、干
渉縞の各点（画素）ごとの値になるため、表示画素数の
増加に伴い、計算量の増大が解決すべき大きな課題とな
っている。このような、課題を解決する一つの手法とし
て、二次元大画面表示手法である、視線検出に基づく注
視点のみの高解像度表示という手法がある。これは、視
線を追従し、視線上の物体のみを高精細表示すること
で、表示する画像生成の演算を少なくすることができ、
しかも大画面表示が可能となる手法である。一方、ＨＭ
Ｄの様な接眼タイプの表示装置に於いては、左右の眼の
視線を検出し、視線の交差ポイントから観察者の注視点
（焦点距離）を検出し、注視領域の物体にピントを合わ
せて表示させるといった方法が提案されている（Ｓ．Ｓ
ｈｉｗａ，Ｋ．Ｏｍｕｒａ，Ｆ．Ｋｉｓｈｉｎｏ，“Ｐ
ｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ａ ３−Ｄ Ｄｉｓｐｌａｙ
ｗｉｔｈ ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｖｅ ｃｏｍｐｅ
ｎｓａｔｉｏｎ：３ＤＤＡＣ”，Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
ＳＩＤ，４／４，ｐｐ．２５５−２６２，１９９
６．）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の視線追従型のホ
ログラム表示手法では、従来の投影像を表示する手法に
おいて眼と表示画面との距離が一定であれば、画面上で
の高解像度にすべき領域の面積もほぼ一定である。その
ため、表示対象画像生成の計算量もほぼ一定と考えるこ
とができる。図３で示すように、観察者３３が、ホログ
ラム面（投影面）３２を通して観察することのできる空
間は３１であり、その中で、注視対象物は、３４のビュ
ーボリューム（視線上の注視対象空間）の中に存在する
物体である。従来手法であれば、このビューボリューム
の中の物体の投影像を、３５で示す注視領域（ビューボ
リューム３４とホログラム面３２の交差領域）の中だけ
で、画像を生成すれば良かった。

【０００４】しかし、ホログラムの場合、ホログラム面
の特定領域で一つの対象物の像を生成するのではなく、
ホログラム面からの光の回折の統合によって、像を生成
している。つまり、当該対象物からの波面を、ホログラ
ム面全体について計算する必要がある。つまり、対象領
域は、視線を軸としたビューボリューム内の物体に計算
対象物を限定しても、ホログラムとしての干渉縞を計算
する範囲は、ホログラム面全体となってしまい、大幅な
計算量削減にはなっていない。

【０００５】また、表示空間のなかのビューボリューム
に対象を限定したとしても、視線の方向によっては、多
数の対象物が当該ビューボリュームの中に存在する場合
があり、計算量の削減には限界がある。

【０００６】本発明は、上述のような従来の手法での欠
点に鑑みてなされたもので、人の視覚特性に基づき、高
精細、高臨場感のある立体映像表示を効率良く実現する
ホログラム表示方法並びに装置を提供することを課題と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの方法として本発明は、注視点を検出し、視線上の物
体を高精細に表示する計算機ホログラム表示方法におい
て、両眼の視線の交差領域を検出することで観察者の注
視点つまり焦点距離を計測し、前記計測した観察者の注
視点の位置に存在する物体を高精細に表示することを特
徴とする。

【０００８】また、前記計測した観察者の注視点の位置
に存在する物体を高精細に表示する過程では、予め表示
対象物全体に関して低解像度で干渉縞を生成して表示し
ておき、前記観察者の注視点の位置の物体に関して高解
像度で干渉縞を生成し、前記表示対象物全体に関する低
解像度の干渉縞と前記観察者の注視点の位置の物体に関
する高解像度の干渉縞とを合成して表示することを特徴
とする。

【０００９】また、上記の課題を解決するための装置と
して本発明は、視線上の物体を高精細に表示する計算機
ホログラム表示装置において、表示対象物を複数の解像
度で記述して管理する手段と、観察者の注視点を検出す
る手段と、始めに表示対象物全体に関して前記管理する
手段から低い解像度の記述を読み出して干渉縞を計算す
るとともに、前記検出された注視点の位置の物体に関し
て前記管理する手段から高い解像度の記述を読み出して
干渉縞を計算する手段と、前記計算する手段で計算され
た複数の干渉縞を記憶する手段と、前記記憶されている
複数の干渉縞を合成する手段と、前記合成された干渉縞
を表示する手段と、を具備することを特徴とする。

【００１０】また、上記の課題を解決するための方法を
記録した記録媒体として本発明は、注視点を検出し、視
線上の物体を高精細に表示する計算機ホログラム表示方
法を実現するプログラムを記録した記録媒体であって、
観察者の注視点を計測する手順と、前記計測した観察者
の注視点の位置に存在する物体を高精細に表示する手順
と、を計算機に実行させるプログラムを該計算機が読み
取り可能である記録媒体に記録したことを特徴とする。

【００１１】また、前記計測した観察者の注視点の位置
に存在する物体を高精細に表示する手順では、予め表示
対象物全体に関して低解像度で干渉縞を生成して表示し
ておき、前記観察者の注視点の位置の物体に関して高解
像度で干渉縞を生成し、前記表示対象物全体に関する低
解像度の干渉縞と前記観察者の注視点の位置の物体に関
する高解像度の干渉縞とを合成して表示することを特徴
とする。

【００１２】本発明では、表示対象物全体を、複数の解
像度レベルで記述し、粗い解像度で表示したときの、ホ
ログラム面上での干渉縞を計算し、表示する。そして、
ホログラム表示する際に、観察者の注視点を検出する。
次に、この注視点から、注視点対象空間を検出し、検出
された対象物について、高解像度で表示したときの干渉
縞を再計算する。そして、再計算した干渉縞と既表示干
渉縞とを合成して表示する。ホログラムパターンの計算
は、表示対象物が多くなるほど膨大な計算量が必要とさ
れるが、ホログラムの変更の演算は、表示空間全域が対
象ではなく、視域に対応した空間（ビューボリューム）
の、さらに特定の距離に位置するものだけが対象となる
ので、大幅に演算量を少なくすることができる。さら
に、対象物までの距離に合わせて、干渉縞の計算範囲を
限定することで、さらに計算量を削減することができ
る。

【００１３】人間の視覚識別能力は、注視点では高精細
／高感度であり、周辺部分では感度が低いという視覚特
性がある。本発明では、この視覚特性に基づき、観察者
の注視点に結像する像のみを高精細にし、注視点以外の
他の領域は、低解像度で少しぼけたような像とする。こ
れは上記の視覚特性に合った像であるため、視覚的には
違和感のない像を表示でき、しかも、上述したように表
示のための干渉縞計算量を低減することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施形
態例を詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の方法の一実施形態例を示す
フロー図である。本発明の方法での一実施形態例を図１
を用いて説明する。本実施形態例において、表示される
物体は、予め計算機の中に三次元モデル（例えば、点光
源の集合）として生成されているものを用いることにす
る。

【００１６】まず、最初に、表示対象物全体を、２つの
解像度レベル（粗い解像度、高解像度の２段階）で記述
する（ステップ１０１）。次に、粗い解像度で表示した
ときの、ホログラム面上での干渉縞、即ち、大まかな像
として干渉縞を生成する（ステップ１０２）。計算され
た干渉縞は、干渉縞記憶手段に記憶される（ステップ１
０３）。

【００１７】次に、視線の交差領域から観察者の注視点
を検出する（ステップ１０４）。次に、注視点の位置に
存在する対象物を抽出する（ステップ１０５）。次に、
抽出された注視点対象物から来る光の波面を計算し干渉
縞を生成する（ステップ１０６）。

【００１８】次に、先に作成し、表示している大まかな
像の干渉縞に新たに作成した干渉縞を合成する（ステッ
プ１０７）。合成の方法としては、例えば、複素振幅値
として、干渉縞のデータを保存しておき、複素数演算を
行って、縞の合成演算を行う。そして、この複素振幅の
実数部のみを取り出して表示手段に干渉縞を送る。（ス
テップ１０８）以後、視線の変化に応じて、上記ステッ
プ１０４〜１０８を繰り返す（ステップ１０９）。

【００１９】図２は、上述のような特徴部分を実行する
本発明のホログラム表示装置の一実施形態例を示すブロ
ック図である。以下、本実施形態例の構成と動作につい
て図２を用いて説明する。

【００２０】図２において、ホログラム表示装置は、視
線／ピント検出手段２１、計算対象物検出手段２２、三
次元対象物を管理する表示対象物管理手段２３、干渉縞
計算手段２４、干渉縞記憶手段２５、干渉縞合成手段２
６、干渉縞表示手段２７とで構成される。

【００２１】最初に、表示対象物管理手段２３におい
て、表示対象空間の対象物を複数の記述レベルで記述し
たものを保持しているとする。ここでは、一例として、
粗い記述データと高精細な記述データの２つで記述し、
保持しているとして以下説明する。

【００２２】まず、計算対象物検出手段２２では、一番
最初には計算対象物を表示対象物全体として指定する。
干渉縞計算手段２４では、計算対象が、表示対象物全体
であることを受け、この場合は、粗い記述データを、表
示対象物管理手段２３より読み出し、ホログラム画面全
体の干渉縞が作成される。この干渉縞は干渉縞記憶手段
２５に記憶される。

【００２３】視線／ピント検出手段２１で、視線の変化
を検出すると、両眼の視線方向の交差領域を算出し、観
察者の注視点（焦点距離、奥行き）を算出する。図４に
視線方向の交差領域から観察者の注視点を算出する例を
示す。左眼４１、右眼４２からの視線に沿って、それぞ
れのビューボリューム４３並びに４４を算出する。次
に、２つのビューボリューム４３および４４の交差領域
４５の位置を注視点と考えることができる。ここで説明
した、注視点の求め方は一例であり、眼の焦点距離を計
測できる手段などでもよく、特定はされない。

【００２４】算出された観察者の注視点の位置から、注
視対象物を検出する。ここで、注視対象物は、図４の交
差領域４５の空間に存在する物体を検出することを意味
する。

【００２５】検出された注視点対象物に関して、高精細
な記述モデルを表示対象物管理手段２３より呼び出し、
取り出された高精細記述データにより生成される干渉縞
を干渉縞計算手段２４において計算する。

【００２６】計算した干渉縞は、干渉縞合成手段２６に
おいて、すでに保持している粗い記述の干渉縞を干渉縞
記憶手段２５より呼び出し、新たに計算した干渉縞と合
成し、新しい干渉縞を生成する。

【００２７】新しい干渉縞は、干渉縞表示手段２７に送
出され、ホログラムとして表示されることになる。

【００２８】後は、視線の変化に応じて、上記プロセス
が繰り返される。

【００２９】上述のような構成並びに処理形態をとれ
ば、干渉縞の計算量が軽減でき、しかも高精細なホログ
ラムとしての表示により、臨場感のある（表示空間の大
きな）よりリアルな表示が実現できる。

【００３０】なお、記述のレベルについて、本実施形態
例では、２つの記述レベルを用いたが、ホログラム面ま
での距離に応じて複数の記述レベルを持たせることも可
能であり、本実施形態例に限定されない。

【００３１】また、（ａ）物体の記述レベルを１種類に
して、ホログラムの解像度を変化させる、あるいは、
（ｂ）ホログラムの一部分のみで干渉縞を計算するとい
う方法も考えられる。なお、ホログラムの全体を用いな
くても、一部分を用いても同様の画像が表示されること
は、参考文献（Ｃ．Ｂ．Ｂｕｒｃｋｈａｒｄｔ，“Ｉｎ
ｆｏｍａｔｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｏｌ
ｏｇｒａｍｓ ｆｏｒＶｉｓｕａｌ Ｄｉｓｐｌａ
ｙ”，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，Ｖｏｌ．５８，Ｎ
ｏ．２，ｐｐ．２４１−２４６，１９６８．）により、
理論的にも、実験的にも示されている。以下に、これら
（ａ），（ｂ）の方法の実施形態例を、図５を用いて説
明する。

【００３２】（ａ）ホログラムの解像度を変化させる方
法では、仮に、ホログラムの解像度が１０００×１００
０画素の解像度で記述されるとする。このとき、注視点
対象物は、１０００×１０００の解像度で干渉縞を計算
し、注視点以外の物体に関しては、例えば同一サイズの
ホログラムを５００×５００の解像度として計算するこ
とも考えられる。具体的には一例として、図５（ａ）に
示すような、表示対象空間５３を考えたとき、注視物の
干渉縞はホログラム全体の画素の値を計算し、注視点以
外の物体については、５１に示すような一画素おきに干
渉縞の値を計算することになる。また、注視点以外の部
分の物体を複数、例えば２つ（ＡとＢ）に分類し、１つ
めのグループＡでまず、ｌ画素おきに計算し、２つめの
グループＢに対して、先の飛ばした画素の部分での縞の
値を計算する（図５（ａ）の５２）という処理を行うこ
とも考えられる。

【００３３】（ｂ）ホログラムの一部分のみを利用する
方法としては、まず、図５（ｂ）の５５に示すように、
例えば表示対象空間並びにホログラムを左右Ａ，Ｂの２
つに分割する。そして５６に示すように表示対象空間の
右側に存在する物体の干渉縞はホログラムの右側のみで
計算し、表示対象空間の左側に存在する物体は、ホログ
ラムの左側のみで計算させるようにする。これにより、
計算領域が半減し、計算量も半分で良いことになる。

【００３４】ここで、この分割の仕方は左右の２つに分
ける必然性はなく、ホログラムを複数の領域に分割し、
個々のホログラムの部分領域に対応する表示対象空間を
設定することで計算領域を自由に変えることが可能であ
る。他に、計算領域を設定する際に、表示対象物の可視
領域を予め大まかに設定し、その設定された範囲を計算
領域とすることも可能である。

【００３５】また、上記例では、解像度の変化とホログ
ラムの部分計算の方法を別々に説明したが、両者を組み
合わせることも可能であり、組み合わせにより、更に計
算量の削減が可能となる。

【００３６】また、表示手段の実施形態例としては、視
線検出と同期した画面切り替え表示ができれば、本発明
の適用は可能である。たとえば、大画面表示ディスプレ
イに、複数視線検出装置を設け、各視線に対応した複数
の部分を高精細にすることも考えられ、表示装置の形態
は限定されない。

【００３７】本実施形態例では、視線交差部分を注視点
として、注視点距離に基づいて、その注視領域に対応す
る部分を高精細なデータを元に計算し直すという例を説
明したが、注視点位置の検出方法は特定されない。例え
ば他に、眼の調節機構を、眼の毛様体筋肉の緊張の度合
い等を計測し、緊張の度合い（即ち水晶体の厚みの変
化）から注視点距離を計測する事も考えられる。しか
も、この場合、視線交差による位置と、焦点距離の位置
のズレ具合により、観察者が意識して注視しているかど
うかを判断し、意識して注視している場合のみ、高精細
表示のための計算をするという方法も考えられる。なぜ
なら、無意識のうちに眼の中に入ってきた映像ならば、
解像度が粗くても観察者への影響が少ないためである。

【００３８】また、対象物までの距離が数十メートル
（せいぜい２０メートル程度）以上遠方にある物体は、
注視点位置であっても、高精細表示しないという方法も
考えられる。これは、人間の視覚機能として、輻輳によ
り奥行きを感知できるのはせいぜい２０メートルと言わ
れているからである。

【００３９】本発明は、表示対象物や干渉縞等のデータ
を記憶、保存し、それらを自由に読み出し可能なハード
ディスクやそれに準ずる装置と、干渉縞計算や干渉縞合
成等の処理を行う際のデータの保持等に必要なバッファ
やそれに準ずる装置と、干渉縞等を表示するディスプレ
イなどの表示手段と、キーボードやマウスなどの入力手
段を備え、それらハードディスク、バッファ、表示手段
及び入力手段などをあらかじめ定められた手順に基いて
制御する計算機（コンピュータ）やそれに準ずる装置に
より、図１のフローチャートで示した本発明の方法の実
施形態例での処理の手順ないしアルゴリズム、あるいは
図２で示した各機能手段を実現するための処理の手順な
いしアルゴリズムを適宜、実行することが可能であり、
その手順ないしアルゴリズムを計算機に実行させるため
のプログラムを該計算機が読み取り可能な記録媒体、例
えばフロッピーディスクや各種のメモリカード、ＭＯ、
ＣＤ−ＲＯＭなどに記録して配布することが可能であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、表
示対象空間が大きいとしても、表示のための干渉縞計算
対象空間が注視点のみに限定されるため、少ない計算量
でホログラム表示が可能となる。注視点以外の領域に関
しては粗いホログラム表示となるが、注視点に関しては
より高精細なホログラム表示が可能となり、人間の視覚
特性に合った違和感のないホログラム表示ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図
である。

【図２】本発明の装置での一実施形態例を示すブロック
図である。

【図３】ホログラムでの表示空間を説明する図である。

【図４】注視点の位置検出例を説明する図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明での注視点対象物以
外の干渉縞の生成例を説明する図である。

【符号の説明】

２１…視線／ピント検出手段 ２２…計算対象物検出手段 ２３…表示対象物管理手段 ２４…干渉縞計算手段 ２５…干渉縞記憶手段 ２６…干渉縞合成手段 ２７…干渉縞表示手段 ３１…観察できる空間 ３２…ホログラム面（投影面） ３３…観察者（眼） ３４…ビューボリューム（視線上の注視対象空間） ３５…注視領域（ビューボリュームと投影面との交差領
域） ４１…左眼 ４２…右眼 ４３…左眼によるビューボリューム ４４…右目によるビューボリューム ４５…２つのビューボリュームの交差領域 ５３…表示対象空間 ５４…ホログラム ５５…表示対象空間 ５６…ホログラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 注視点を検出し、視線上の物体を高精細
   に表示する計算機ホログラム表示方法において、 観察者の注視点を計測し、 前記計測した観察者の注視点の位置に存在する物体を高
   精細に表示する、 ことを特徴とする注視点高解像度化による計算機ホログ
   ラム表示方法。
2. 【請求項２】 前記計測した観察者の注視点の位置に存
   在する物体を高精細に表示する過程では、 予め表示対象物全体に関して低解像度で干渉縞を生成し
   て表示しておき、 前記観察者の注視点の位置の物体に関して高解像度で干
   渉縞を生成し、 前記表示対象物全体に関する低解像度の干渉縞と前記観
   察者の注視点の位置の物体に関する高解像度の干渉縞と
   を合成して表示する、 ことを特徴とする請求項１に記載の注視点高解像度化に
   よる計算機ホログラム表示方法。
3. 【請求項３】 視線上の物体を高精細に表示する計算機
   ホログラム表示装置において、 表示対象物を複数の解像度で記述して管理する手段と、 観察者の注視点を検出する手段と、 始めに表示対象物全体に関して前記管理する手段から低
   い解像度の記述を読み出して干渉縞を計算するととも
   に、前記検出された注視点の位置の物体に関して前記管
   理する手段から高い解像度の記述を読み出して干渉縞を
   計算する手段と、 前記計算する手段で計算された複数の干渉縞を記憶する
   手段と、 前記記憶されている複数の干渉縞を合成する手段と、 前記合成された干渉縞を表示する手段と、 を具備することを特徴とする注視点高解像度化による計
   算機ホログラム表示装置。
4. 【請求項４】 注視点を検出し、視線上の物体を高精細
   に表示する計算機ホログラム表示方法を実現するプログ
   ラムを記録した記録媒体であって、 観察者の注視点を計測する手順と、 前記計測した観察者の注視点の位置に存在する物体を高
   精細に表示する手順と、 を計算機に実行させるプログラムを該計算機が読み取り
   可能である記録媒体に記録した、 ことを特徴とする注視点高解像度化による計算機ホログ
   ラム表示方法を記録した記録媒体。
5. 【請求項５】 前記計測した観察者の注視点の位置に存
   在する物体を高精細に表示する手順では、 予め表示対象物全体に関して低解像度で干渉縞を生成し
   て表示しておき、 前記観察者の注視点の位置の物体に関して高解像度で干
   渉縞を生成し、 前記表示対象物全体に関する低解像度の干渉縞と前記観
   察者の注視点の位置の物体に関する高解像度の干渉縞と
   を合成して表示する、 ことを特徴とする請求項４に記載の注視点高解像度化に
   よる計算機ホログラム表示方法を記録した記録媒体。