JPH10340157A

JPH10340157A - 座標指定装置

Info

Publication number: JPH10340157A
Application number: JP9149291A
Authority: JP
Inventors: Shin Totoki; 伸十時
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、表示画面に表示された画像上の座標
を指定する座標指定装置に関し、表示画面上の二次元座
標を指定するポインティングデバイスを用いて三次元座
標を容易に指定する。【解決手段】例えばマウス１４により指定される二次元
座標が必ず仮想三次元空間内に存在する仮想物体の表面
に位置しているなど、座標が一次元異なることを補償す
るための前提を置くことにより、マウス１４により指定
された、表示画面１２ａ上の二次元座標と、格納された
仮想三次元空間を記述したデータとに基づいて、その二
次元座標を三次元座標に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を表示する表
示画面を有する、例えばＣＲＴディスプレイ装置等の表
示装置を備えたコンピュータシステム等に組み込まれ、
画像上の座標を指定する座標指定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータシステム内に、例えば仮想
物体等からなる仮想三次元空間を記述したデータを格納
しておき、その仮想物体上の三次元座標、あるいはその
仮想物体の仮想三次空間内の配置位置をあらわす三次元
座標を指定する必要を生じる場合がある。

【０００３】コンピュータでは、例えばＣＲＴディスプ
レイ装置の表示画面上の二次元座標指定用に、マウスや
トラックボール等のポインティングデバイスが多用され
ており、上記のような三次元座標を指定する場合も、ポ
インティングデバイスを使用するのが便利である。従
来、ポインティングデバイスを使用して、仮想物体上の
三次元的な位置を指定するには、その仮想物体の正面
図、平面図、および側面図からなる３面図を表示画面に
表示し、それら三画面それぞれの二次元位置を指定する
ことによりその仮想物体上の三次元位置を指定する方法
が標準的であり、かつ、その三次元位置を正確に指定す
ることができる方法でもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような表示画面上に三面図を表示し各図面上の二次元位
置を指定することによりその仮想物体上の三次元位置を
指定する方法は、直感的な指定方法ではなく、図面把握
の知識が必要なために、誰れもが簡単に使えるようなマ
ン・マシンインターフェースであるとは言い難い。

【０００５】現在のコンピュータシステムの操作上から
すると、仮想物体の鳥瞰図的な遠近法表現の三次元図を
表示画面に表示しておいて、その三次元図に対して直接
的に位置を指定する方法が最も直感的な操作であると考
えられるが、この場合、ポインティングデバイスでは表
示画面上の二次元的な座標しか指定できない為、表示画
面に表示された三次元図上の上下と前後が誤認識されて
しまう結果となる。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、表示画面上の
二次元座標を指定するポインティングデバイスを用いて
三次元座標を容易に指定することのできる座標指定装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の座標指定装置は、仮想三次元空間を記述したデータ
が格納されてなる記憶部、画像を表示する表示画面を有
し、その表示画面に、上記仮想三次元空間をあらわす画
像を表示する表示部、表示画面上の二次元座標を指定す
るためのポインティングデバイス、および上記ポインテ
ィングデバイスにより指定された表示画面上の二次元座
標と、上記記憶部に格納された仮想三次元空間を記述し
たデータとに基づいて、表示画面上の二次元座標を仮想
三次元空間内の三次元座標に変換する座標変換演算部を
備えたことを特徴とする。

【０００８】本発明の座標指定装置は、例えばポインテ
ィングデバイスにより指定された二次元座標が仮想三次
元空間内に存在している仮想物体の表面に位置している
という前提など、座標が一次元異なることを補償するた
めの前提を置くことにより、ポインティングデバイスに
より指定された、表示画面上の二次元座標と、記憶部に
格納された仮想三次元空間を記述したデータとに基づい
て、表示画面上の二次元座標、仮想三次元空間内の三次
元座標に変換する。こうすることによりポインティング
デバイスを用いて三次元座標を容易に指定することがで
きる。

【０００９】ここで、上記表示部は、その表示画面に、
仮想三次元空間を斜視図にあらわした画像を表示するも
のであることが好ましい。本発明の座標指定装置によれ
ば、表示画面に斜視図を表示しておき、その斜視図上で
の二次元座標の指定を仮想三次元空間内の三次元座標に
変換することができる。

【００１０】また、上記本発明の座標指定装置におい
て、上記記憶部が、相対的な配置位置が変更自在に定義
された複数の仮想物体を有する仮想三次元空間を記述し
たデータが格納されてなるものであり、上記ポインティ
ングデバイスが、表示画面に表示された複数の仮想物体
のうちの１つの仮想物体を指定し指定した１つの仮想物
体を表示画面上で移動させることにより、その１つの仮
想物体の移動後の、表示画面上の二次元座標を指定する
ものであって、上記座標変換演算部が、ポインティング
デバイスにより指定された上記１つの仮想物体の移動後
の二次元座標と、記憶部に格納された、三次元仮想空間
を記述したデータとに基づいて、その１つの仮想物体
の、ポインティングデバイスにより指定された移動後の
二次元座標を、三次元仮想空間内の移動後の三次元座標
に変換するものであってもよい。

【００１１】ポインティングデバイスの中には、例えば
マウス等、表示画面に表示された画像としての物体をつ
かむ（ピッキングする）ことのできるポインティングデ
バイスがある。本発明は、そのようなポインティングデ
バイスを用い、また仮想三次元空間内に仮想物体を複数
配置しておいて、そのポインティングデバイスを用いて
それら複数の仮想物体の１つをピッキングして表示画面
上で移動させることにより、その１つの仮想物体の、仮
想三次元空間内での三次元座標を定めるものであっても
よい。

【００１２】このように、複数の仮想物体の１つをピッ
キングして表示画面上で移動させ、その１つの仮想物体
の仮想三次元空間内での三次元座標を定めるにあたり、
本発明の座標指定装置は、上記座標変換演算部が、１つ
の仮想物体のポインティングデバイスにより指定された
移動後の二次元座標を、ポインティングデバイスにより
上記１つの仮想物体の他の仮想物体と干渉する位置への
移動が指示された場合にその１つの仮想物体が他の仮想
物体の上に積み重ねた位置に移動し、ポインティングデ
バイスにより他の仮想物体に積み重ねられた位置にある
１つの仮想物体の他の仮想物体から外れた位置への移動
が指示された場合にその１つの仮想物体が他の仮想物体
の上から下りた位置に移動するように、仮想三次元空間
内の移動後の三次元座標に変換するものであってもよ
い。

【００１３】前述したように、表示画面上で指定された
二次元座標を仮想三次元空間内の三次元座標に変換する
には、例えばその表示画面上で指定された二次元座標
は、仮想三次元空間内の仮想物体の表面上の座標である
という前提を置くなど、座標を一次元高めるための前提
を置く必要があるが、ここでは、上記１つの移動物体
の、表示画面上での二次元座標の指定は、仮想三次元空
間内での水平面内での移動指示である、という前提を置
いている。この場合、他の仮想物体と干渉する場合が生
じるが、干渉したときは、その干渉した移動物体の上に
積み重ねた位置まで高さ方向に持ち上げ、その持ち上げ
た状態で水平方向に移動させるようにする。例えばこの
ような、二次元座標から三次元座標への変換ルールを置
くことにより、ポインティングデバイスにより指定され
た二次元座標を仮想三次元空間内の三次元座標に変換す
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の座標指定装置の一実施形態
を内蔵したコンピュータシステム、およびそのコンピュ
ータシステムを構成するＣＲＴディスプレイ装置の、デ
ィスプレイ画面上に表示された画像の一例を示す模式図
である。

【００１５】このコンピュータシステム１０は、中央演
算装置（ＣＰＵ）や磁気ディスク装置等を内蔵した本体
部１１、ディスプレイ画面１２ａ上に画像を表示するＣ
ＲＴディスプレイ装置１２、このコンピュータシステム
１０に各種のデータを入力するキーボード１３、例えば
机の上で２次元的に移動させることにより、ディスプレ
イ画面１２ａ上の位置（２次元座標）を指定するマウス
１４を備えている。マウス１４には複数の押ボタン１４
ａが備えられており、またディスプレイ画面１２ａ上に
は、マウス１４に対応するカーソル１２ｂが表示されて
おり、マウス１４を机の上で移動させると、それにつれ
てディスプレイ画面１２ａ上のカーソル１２ｂもそのデ
ィスプレイ画面１２ａ上で移動し、押ボタン１４ａのう
ちの１つ（通常は左側の押ボタン）を押す（クリックす
る）ことにより、ディスプレイ画面１２ａ上に表示され
ているカーソル１２ｂの、その押ボタン１４ａを押した
時点におけるディスプレイ画面１２ａ上の２次元座標
が、コンピュータシステム１０で認識される。また、マ
ウス１４を、ディスプレイ画面１２ａに表示されている
物体に重ねて押ボタン１４ａを押し、その押ボタン１４
ａを押したままにすると、ディスプレイ画面１２ａ上で
その物体をつかむ（ピッキングする）ことができ、その
押ボタン１４ａを押したまま、マウス１４を机の上等で
移動させる（ドラッグ操作を行なう）ことにより、その
ピッキングした物体をディスプレイ画面上で移動させる
こともできる。また、本体部１１は、光ディスクやフロ
ッピィディスク等の外部メモリを装脱自在に装填するた
めのスロット１１ａを有しており、そのスロット１１ａ
に、そのスロット１１ａに応じた外部メモリを装填して
その外部メモリからデータをコンピュータ内部に取り込
んだり、コンピュータ内部のデータをその外部メモリに
書き込んだりすることができる。

【００１６】ここでは、以下に説明するようにして、マ
ウス１４の机の上（Ｘ−Ｙ平面）での二次元的な動き
（二次元情報）が、コンピュータシステム１０内部の仮
想三次元空間内の三次元情報に変換される。図２は、二
次元座標の入力から、その二次元座標が三次元座標に変
換されるまでの手順を示した流れ図である。

【００１７】ポインティングデバイス（図１に示す例で
は、マウス１４）を移動する（ステップ（１））と、そ
の移動量（ΔＸ，ΔＹ）がコンピュータシステム１０に
より取得される（ステップ（２））。すると、コンピュ
ータシステム１０内部では、その取得した移動量（Δ
Ｘ，ΔＹ）がディスプレイ画面上の二次元座標へマッピ
ングされ、ディスプレイ画面上の座標（Ｘ’，Ｙ’）が
得られる（ステップ（３））。次いで、コンピュータシ
ステム１０内では、そのコンピュータ内部のオブジェク
ト形状情報（３次元モデル）の、高さ情報（Ｚ’）と、
入力である平面情報（Ｘ’，Ｙ’）が合成（演算）され
（ステップ（４））、その結果、コンピュータ内の空間
座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が特定される（ステップ（５））。
ディスプレイ画面上には、そのディスプレイ画面に表示
されている斜視図内部の空間座標に識別マーク（カーソ
ル等）が表示される（ステップ（６））。

【００１８】ここでは、このように、ディスプレイ画面
上の２次元座標（Ｘ’，Ｙ’）と、コンピュータ内部に
構築されているオブジェクトの３次元モデルの高さ情報
とを合成することにより、コンピュータ内に構築されて
いるオブジェクト等を含む仮想三次元空間内の空間三次
元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が特定される。以下、さらに具体
的な実施形態について説明する。

【００１９】図３は、本発明をブロック（立方体）を積
み上げる操作に適用した例を示す模式図である。ここで
は、ブロック（立方体）を移動させて積み上げていく操
作、例えば積み木あそびの操作をコンピュータで実現す
る場合を想定する。すなわち、ここでは、ディスプレイ
画面１２ａ上に複数のブロック２０を表示し、そのうち
の１つのブロック２０ａをマウス１４で掴み、そのマウ
ス１４を机の上で移動させる。すると、ディスプレイ画
面上で掴まれたブロック２０ａはマウス１４の操作に同
期してディスプレイ画面上で移動する。このブロック２
０ａの移動は、図３（Ａ）に示すように、他のブロック
と重ならないかぎりは２次元平面上の移動となる。図３
（Ｂ）に示すようにブロック２０ａが他のブロック２０
ｂと重なる座標に移動した場合には、ブロック２０ａは
ブロック２０ｂの上に積み重なる移動（３次元移動）を
行う。

【００２０】そのブロック２０ａがさらに水平に移動
し、ブロック２０ｂと重ならなくなった場合、図３
（Ｃ）に示すように高さ方向の座標が再計算され、ブロ
ック２０ｂから下りた２次元平面上の移動操作となる。
図４は、図３を参照して説明した動作を実現するため
の、コンピュータ内部の処理フローを示した図である。

【００２１】２次元デバイス（ここではマウス１４）の
操作により、そのマウスの、机の上での２次元方向の移
動量（ΔＸ，ΔＹ）が入力されると、（ステップ
（ａ））、そのマウス移動量（ΔＸ，ΔＹ）が、以下の
変換式に基づいてディスプレイ画面上の２次元座標
（Ｘ，Ｙ）に、変換される（ステップ（ｂ））。（Ｘ，Ｙ）＝（Ｘ’＋ＸΔ，Ｙ’＋ＹΔ）ただし、Ｘ’はディスプレイ画面上の、移動前のＸ座
標、Ｙ’はディスプレイ画面上の、移動前のＹ座標であ
る。

【００２２】次いで、上記のようにして求めたディスプ
レイ画面上での移動後の２次元座標（Ｘ，Ｙ）を用い
て、掴まれたブロック２０ａが、図３に示す複数のブロ
ック２０が配置された仮想三次元空間内で二次元水平面
上を（Ｘ，Ｙ）だけ移動した場合に、そのブロック２０
ａが他のブロックと重なるか否かが判定され（ステップ
（ｃ））、他のブロックとは重ならない場合はステップ
（ｄ）に進み、重なる場合はステップ（ｅ）に進む。他
のブロックと重ならない場合は、ステップ（ｄ）におい
て、三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として、ステップ（ｂ）
において求めた水平面座標（Ｘ，Ｙ）に高さ方向（Ｚ方
向）の基準座標（基準水平面の座標）Ｚ₀が付加された
三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ₀ ）が求めら
れる。一方、他のブロックと重なる場合は、ステップ
（ｅ）において、三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として、ス
テップ（ｂ）において求めた水平面座標（Ｘ，Ｙ）に、
高さ方向の座標として、基準水平面の座標Ｚ₀ に重なっ
たブロックの高さｈを加えたＺ ₀ ＋ｈが付加された、三
次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ₀ ＋ｈ）が求め
られる。このようにして三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求
められると、ステップ（ｄ）ないしステップ（ｅ）で求
められた三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）位置に、そのブロッ
ク２０ａが移動される（ステップ（ｆ））。

【００２３】図５は、マウスにより掴まれたブロックが
他のブロックと重なるか否かを判定するアルゴリズムの
一例を示した平面図である。ここでは、各ブロックは正
六面体であり、マウスにより掴まれたブロックは常に１
つのブロックの一辺の長さを単位として移動するものと
する。この場合、ブロックが位置する座標（Ｘ，Ｙ）
は、限定された特定の値しかとり得ないため、２つのブ
ロックが重なるかどうかの判断は、それら２つのブロッ
クの座標が一致するか否かをチェックすることにより行
なわれる。

【００２４】すなわち、マウスで掴まれて移動するブロ
ック２０ａの座標を（Ｘ，Ｙ）、そのブロック２０ａと
重なるか否かの判定対象とされるブロック２０ｂの座標
を（ｘ，ｙ）としたとき、（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ，ｙ）のときに重なっていると判定され、（Ｘ，Ｙ）≠（ｘ，ｙ）のときに重なっていないと判定される。

【００２５】図６は、マウスにより掴まれたブロックが
他のブロックと重なるか否かを判定するアルゴリズムの
他の例を示した平面図である。ここでは、図５の場合と
同様、各ブロックは正六面体であり、２つのブロックが
平面座標（Ｘ，Ｙ）上で僅かでも重なりあっている時
は、マウスで掴まれて移動中のブロックを他のブロック
の高さｈだけ持ち上げるものとする。

【００２６】この場合、図６に示すように、２つのブロ
ックの座標がＸ方向もしくはＹ方向の何れか一方の方向
についてブロック一辺の長さと同じ距離以上離れている
ときにそれら２つのブロックは重ならず、２つのブロッ
クがＸ方向およびＹ方向の双方についてブロック一辺の
長さと同じ距離未満のときにそれら２つのブロックが重
なっているものと判定される。

【００２７】すなわち、マウスで掴まれて移動するブロ
ック２０ａの座標を（Ｘ，Ｙ）、そのブロック２０ａと
重なるか否かの判定対象とされるブロック２０ｂの座標
を（ｘ，ｙ）、ブロック一辺の長さをＷとしたとき、｜Ｘ−ｘ｜＜Ｗ、かつ、｜Ｙ−ｙ｜＜Ｗのときに重なっていると判定され、｜Ｘ−ｘ｜≧Ｗ、もしくは、｜Ｙ−ｙ｜≧Ｗのときには重なっていないと判定される。

【００２８】図７は、本発明を、鳥瞰図などの斜視図で
示される立体地表上の位置を指定する操作に適用した例
を示す模式図である。ここでは、位置を示すカーソル２
０ｂが２次元デバイス（マウス）の操作でコントロール
され、画面上の地形表面上の位置が特定される。画面上
の地形を表現する情報として標高の情報が存在る。この
標高の情報を高さ情報（Ｚ）として、２次元デバイスで
決められる平面情報（Ｘ，Ｙ）と高さ情報（Ｚ）とを合
成して地形表面の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が割り出される。

【００２９】すなわち、ここでは、カーソル２０ｂは常
に立体地表上に位置しているという前提が置かれてい
る。図８は、本発明を、画面上の物体（３次元の立体）
の座標を特定する操作に適用した例を示す模式図であ
る。ここでは、地球儀などのオブジェクトが画面上に表
示され、その表面の座標（地球上の場所）を特定するよ
うなインターフェイスを２次元デバイスの平面移動のみ
で行なう。

【００３０】コンピュータ内には、物体の表面を構成す
るための三次元座標情報が存在する。ここではこの三次
元座標情報を用いて、二次元デバイスの操作により得ら
れた二次元座標をこの物体の表面上の位置に変換（マッ
ピング）する。すなわち、２次元デバイス操作の移動量
から求められる画面上の二次元座標（Ｘ，Ｙ）に応じて
物体表面上での移動方向と距離が決定され、実際の空間
座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が割り出される。

【００３１】すなわち、ここではカーソル２０ｂは、常
に立体オブジェクトの表面上に存在するという前提がお
かれており、この前提を基に二次元座標が三次元座標に
変換される。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の座標指定
装置によれば、本来、三次元座標を構成する３つの軸方
向の情報をそれぞれ指定すべき状況において、二２次元
の平面操作のみで三次元座標の指定を可能とするインタ
ーフェイスが提供され、したがって直感的で簡単な操作
を望むソフトウェアで有効である。

【００３３】現在、ポインティングデバイスとして一般
的なマウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイ
スティック、ゲームパッドなどが全て二次元座標指定の
もののみであることを考えると、本発明は、不特定の利
用者を対象としたインターフェイスとして広い範囲で利
用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標指定装置の一実施形態を内蔵した
コンピュータシステム、およびそのコンピュータシステ
ムを構成するＣＲＴディスプレイ装置のディスプレイ画
面上に表示された画像の一例を示す模式図である。

【図２】二次元座標の入力から、その二次元座標が三次
元座標に変換されるまでの手順を示した流れ図である。

【図３】本発明をブロック（立方体）を積み上げる操作
に適用した例を示す模式図である。

【図４】図３を参照して説明した動作を実現するため
の、コンピュータ内部の処理フローを示した図である。

【図５】マウスにより掴まれたブロックが他のブロック
と重なるか否かを判定するアルゴリズムの一例を示した
平面図である。

【図６】マウスにより掴まれたブロックが他のブロック
と重なるか否かを判定するアルゴリズムの他の例を示し
た平面図である。

【図７】本発明を、鳥瞰図などで示される立体地表面上
の位置を指定する操作に適用した例を示す模式図であ
る。

【図８】本発明を、画面上の物体（３次元の立体）の座
標を特定する操作に適用した例を示す模式図である。

【符号の説明】

１０コンピュータシステム１１本体部１１ａスロット１２ＣＲＴディスプレイ装置１２ａディスプレイ画面１２ｂカーソル１２１３キーボード１４マウス１４ａ押ボタン２０，２０ａ，２０ｂブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仮想三次元空間を記述したデータが格納
されてなる記憶部、画像を表示する表示画面を有し、該表示画面に、前記仮
想三次元空間をあらわす画像を表示する表示部、前記表示画面上の二次元座標を指定するためのポインテ
ィングデバイスおよび、前記ポインティングデバイスにより指定された前記表示
画面上の二次元座標と、前記記憶部に格納された、仮想
三次元空間を記述したデータとに基づいて、該表示画面
上の二次元座標を前記仮想三次元空間内の三次元座標に
変換する座標変換演算部を備えたことを特徴とする座標
指定装置。
【請求項２】前記記憶部が、相対的な配置位置が変更
自在に定義された複数の仮想物体を有する仮想三次元空
間を記述したデータが格納されてなるものであり、前記ポインティングデバイスが、前記表示画面に表示さ
れた複数の仮想物体のうちの１つの仮想物体を指定し指
定した１つの仮想物体を前記表示画面上で移動させるこ
とにより、該１つの仮想物体の移動後の、該表示画面上
の二次元座標を指定するものであって、前記座標変換演算部が、前記ポインティングデバイスに
より指定された前記１つの仮想物体の移動後の二次元座
標と、前記記憶部に格納された、三次元仮想空間を記述
したデータとに基づいて、該１つの仮想物体の、前記ポ
インティングデバイスにより指定された移動後の二次元
座標を、該三次元仮想空間内の移動後の三次元座標に変
換するものであることを特徴とする請求項１記載の座標
指定装置。
【請求項３】前記座標変換演算部が、前記１つの仮想
物体の、前記ポインティングデバイスにより指定された
移動後の二次元座標を、前記ポインティングデバイスに
より前記１つの仮想物体の他の仮想物体と干渉する位置
への移動が指示された場合に該１つの仮想物体が該他の
仮想物体の上に積み重ねられた位置に移動し、前記ポイ
ンティングデバイスにより他の仮想物体に積み重ねられ
た位置にある前記１つの仮想物体の該他の仮想物体から
外れた位置への移動が指示された場合に該１つの仮想物
体が該他の仮想物体の上から下りた位置に移動するよう
に、前記仮想三次元空間内の移動後の三次元座標に変換
するものであることを特徴とする請求項２記載の座標指
定装置。
【請求項４】前記表示部が、前記表示画面に、前記仮
想三次元空間を斜視図にあらわした画像を表示するもの
であることを特徴とする請求項１記載の座標指定装置。