JPS62269221A

JPS62269221A - ３次元座標指示方式

Info

Publication number: JPS62269221A
Application number: JP61113194A
Authority: JP
Inventors: Shogo Ono; 小野　正吾; Osamu Ebina; 修海老名
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-05-17
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は３次元図形の表示装置に係り、特に表示装置が
２次元の表示画面を持つような場合に好適な３次元座標
の指示方式に関する。

〔従来の技術〕

一般に表示装置においては、図形の表示に２次元のＣＲ
Ｔディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプ
レイ等が使用され、表示図形の指示にはマウス等の２次
元ポインティングデバイスやタブレット等が使用されて
いる。一方、図形表示処理の進歩により、このような２
次元平面のディスプレイに３次元図形の表示が比較的容
易に行えるようになってきた。例えばＰ　Ｉ　ＸＥ　Ｌ
Ｎα３２（１９８５−５）ｒ特集コンピュータグラフィ
ックスによるリアルなイメージ生成とその適用技術」に
は、３次元図形を表示する技術として、陰線／陰影処理
、半透明表示、セクショニング、レイトレーシングによ
るシェーディング等により奥行を色や切断面表示で表わ
す技術が記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

２２次元平のディスプレイに表示された３次元図形を、
従来の２次元ポインティングデバイスで指示する場合を
考えてみる。この場合、本来３次元空間上に定義した３
次元図形は２次元平面に投影されて表示され、ポインテ
ィングデバイスも２次元座標しか指示できないため、該
２次元空間の奥行方向の座標を指定することができない
。このように、従来技術では、２次元の表示装置に３次
元図形を表示する場合、その奥行を色の濃淡等で表すな
どして感覚的に理解せしめることは可能であっても、正
確な位置付けを表現することができなかった。

本発明の目的は、３次元図形を表示する２次元の表示装
置において、３次元図形上の任意の位置を容易に指示す
ることができる３次元座標指示方式を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、３次元図形を表示する２次元の表示装置にお
いて、それが表示する３次元図形上の任意の位置にカー
ソルを設定できる手段を設け、操作者の指示に従って、
カーソル移動させることにより、該カーソルを３次元図
形上に制限した空間で移動させると共に、該カーソルの
移動した軌跡を表示することにより、操作者に該カーソ
ルと３次元図形との位置関係を確認させて位置指定する
ことを特徴とする。

〔作　用〕

操作者は、表示されている３次元図形上の任意の方向に
カーソルを移動させるが、該カーソルの移動した軌跡が
画面上に表示されることにより、該３次元図形の特徴と
する部位との相対的位置が最も解かり易い移動方法によ
りポインティングしたい位置にカーソルを近づけること
が可能となる。

目的とするポインティング位置にカーソルが到達した時
、その旨操作者が入力することにより、当該カーソルの
示す３次元座標値の入力が完了する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面により説明する。

第１図は本発明によるカーソルの移動例を示したもので
ある。表示画面１００には多面体１０１が表示されてい
る。１０２はカーソルであり、その任意方向への移動は
操作者が入力袋［１０５のレバー１０６を操作すること
により行われる。該入力装置１０５のレバー１０６には
入力指示スイッチ１０７がある。入力装置１０５上のも
う一つのレバー１０８は本発明に関係するところではな
ぃので、以後説明は省略する。

いま、カーソル１０２は多面体１０１上の一点１０３を
表示しており、該カーソルを操作者が位置１０４に移動
し、この位置１０４を上位装置へ報告する意図を持って
いるものとする。この場合、操作者は入力装置１０５の
レバー１０６を操作して、カーソルを多面体１０１の表
面上で移動させ、目的とする位置１０４に近づけるよう
にする。この時、カーソルが移動した軌跡１０９を表示
することにより、操作者は多面体１０２のどの位置にカ
ーソルがあるかを認識できる。多面体１０２上の目的と
する位置１０４にカーソルが到達した時、操作者がレバ
ー１０６上の入力指示スイッチ１０７を押せば、上位装
置にその３次元座標値が報告される。

こ＼で、カーソルを３次元空間を自由に移動させて多面
体上の一点１０３を表す操作と、多面体の面上に制限さ
れた空間を移動させて多面体上の一点１０４を表す操作
とは、任意の時点で任意回数切り換えて制御することに
より、多面体上の一点の指示をより明確に、迅速に行う
ことが可能である。

第２図は操作者がカーソルを位置１０３から位置１０４
に移動させるにあたり、入力装置１０５による多面体１
０１上のカーソルの制御を示したものである。操作者が
、入力装置１０５のレバー１０６を第２図に示すとおり
前後左右に動かすと、各々中心点２０１に対する前後方
向及び左右方結の変位情報としてθ０．θ２が入力され
る。この情報は各々カーソルの移動方向と移動速度に変
換され、この情報により、カーソルの移動が行われる。

第３図はカーソルの移動方向とレバー１０６の変位量と
について更に詳細に表したものである。

位置１０３（これを原点とする）が存在する面１１ｏと
Ｘ軸、Ｙ軸との関係は任意であるが、初期状態を１つに
決定した後は変更しないものとする。

入力装置１０５のレバー１０６をレバー位置２０２まで
動かすと、レバーが中立の状態からの倒した角度（０□
）と中立点２０１を中心とし左右方向とのなす角度（θ
１）がカーソルの移動速度３０２と移動方向３０１に対
応する。

こ＼で、カーソルが多面体１０１の辺１１１まで移動し
、面１１２上を移動させる場合について説明する。第４
図は、この様子を表したものである。面１１０と面１１
２とは２次元平面４００上に展開した２つの面であり、
この２つの面の位置関係を保証する限りは、入力装置１
０５とカーソル移動速度、移動方向の関係は変化するこ
とはない。第４図において、４０１は位置１０３のカー
ソルが多面体の辺１１１まで移動したことを示している
。

次に、第５図によりカーソルが多面体の頂点１１３に移
動した場合について考える。入力装置１０５のレバー１
０６の変位が、範囲５０１になっている場合には、この
範囲５０１を頂点１１３を含む面の数−１（この場合に
は２）で均等分割して各面の方向に割り当て、選ばれた
面の頂点を２次元平面４００の原点１０３にとり、その
面を２次元平面４００上に展開する。第６図は面１１４
を選択した例である。この時、他の辺との位置関係は、
任意であるが、初期状態を１つに決定した後は変更しな
いものとする。また、カーソルが均等分割した面の境界
に移動した場合には、３次元空間上の辺に移動するもの
とし、頂点１１３を原点にして、この辺を含む２つ以上
の面の中でいずれか１つを選択し、２次元平面４００上
に展開する。

以上に記述したカーソルの移動制御を行うことにより、
カーソルを多面体１０１の表面上にある位置１０３から
１０４を移動させることができる。

この状態で入力装置１０６の入力指示スイッチ１０７を
操作者が押すと、多面体上にある位置１０４を操作者が
指定したとして、上位装置にその３次元座標値が報告さ
れる。また、移動後のカーソルの位置をより明確に表現
するため、面上を移動したカーソルの軌跡を表示する。

第１図では、該軌跡を１０９に示すとおり破線を用いて
いるが、多面体と区別がつくものであれば、いかなる形
状のものを用いても構わない。

第７図は本発明による表示装置の一実施例のブロック図
である。

上位装置からの図形コマンドは通信インターフェイス７
０１を通じて全体の制御、？ｉＩ算部７０２が受信し、
図形コマンド格納部７０４に格納する。

受信が完了すると、図形コマンド格納部７０４内の図形
コマンドは制御・演算部７０２によりドツト情報に展開
され、また、シェーディング等の３次元処理を施され、
図形コマンド展開・３次元処理格納部（画面バッファ１
）７０５に格納される。

図形表示制御部７０８は画面バッファ７０５をスキャン
し表示用信号を表示部制御７１０へ渡す。

一方、入力装置１０５を操作者が操作すると、その情報
は入力装置インターフェイス７０３を通じて、制御・演
算部７０２が受けとり、カーソル移動パラメータ用レジ
スタ７０７へ格納する。第８図にレジスタ７０７の内容
を示す。レジスタ７０７が更新されると、制御・演算部
７０２はその値に応じたカーソルの移動方向と移動速度
を算出して表示する。これは２次元平面におけるカーソ
ルの移動制御と同一の手法であるが１本発明の場合には
１表示にあたり、カーソル移動している面の配置情報を
用いて、３次元空間上の座標に置換してからカーソル描
画コマンド格納部７０６に蓄えられる。

このようにして、時々刻々と変化するカーソル移動に伴
って発生するカーソル描画コマンドは、カーソル描画コ
マンド格納部（画面バッファ２）７０６に蓄積される。

画面バッファ７０６の内容はカーソル表示制御部７０９
が読み出し、表示用信号の形で表示制御部７１０へ渡す
。表示制御部７１０は図形表示制御部７０８及びカーソ
ル表示制御部７０９からの表示用信号を合成し、ディス
プレイ７１１へ表示する。

カーソル描画コマンドは指示点（原点）と速度ベクトル
（Ｘ方向の単位ベクトル）を有している。

第１１図（ａ）に該カーソル描画コマンドとカーソルの
座標関係を示し、第１１図（ｂ）〜（ｅ）にカーソルの
表示例を示す。例えば、第１１図（ｅ）の場合、カーソ
ル描画コマンドは線分始点　　　　線分終点 ■（Ｌ、　Ｏ，Ｏ）　、　　（０，Ｏ，Ｏ）■（１，Ｏ
，Ｏ）、　　（０，７５，０，０，１２５）■（０，１
，Ｌ２５，０．１２５）、（０，−０，１２５，−０，
１２５）０４　（０，−０，１２５，０，１２５）、（
０，０，１２５，−０，１２５）表わされる。

第９図は本実施例の全体の動作を示すフローチャートで
ある。まず、操作者は入力装置１０５を用いて、３次元
図形上にカーソルを設定する（ステップ９０１）、その
後、入力装置１０５からの入力の有無を判定しくステッ
プ９０２）、操作者しこよるカーソル移動指示があると
、入力装置１０５の入力値に合せて、カーソル移動パラ
メータ用レジスタ７０７のカーソル位置及び移動の方向
ベクトルを変更する（ステップ９０３）。次に表示面上
の移動すべき位置にカーソルを表示し、移動指示前のカ
ーソル位置からの変位をマークすることにより軌跡を表
示するために、カーソル表示制御部７０９が解読できる
カーソル描画コマンドに変換する（ステップ９０４）。

このカーソル描画コマンドによるカーソルおよびその軌
跡は、即時に表示部制御’ＭＯにより表示される（ステ
ップ９０５）、カーソル移動軌跡は、第１２図に示すよ
うに、その時点でのレジスタ７０７が持つカーソル移動
ベクトルに速度係数μｘ（−１）を乗じて得られるベク
トルをカーソル現在位置からの変位として、その点と現
在位置とを結ぶ線分として表現される（即ち、カーソル
の移動は微視的には直線の集合で表現できる）。この動
作は、入力装置１０５の入力指示スイッチ１０７が押さ
れるまで行われ、操作者は目的とする位置までカーソル
を移動する（ステップ９０６）。入力指示スイッチ１０
７が押されると、カーソル位置パラメータレジスタ７０
７のカーソル位置が、通信インターフェイス７０１を通
じて、上位装置に３次元座標値として報告される。

第９図におけるステップ９０３の詳細フローチャートを
第１０図に示す。こぎでは、第３図で示される移動方向
及び速度が第４図及び第５図で示される場合において、
カーソル移動パラメータ用レジスタ７０７の内容に変換
される様子を示す。

まず、現時点におけるカーソルが、面の境界に達してい
るか否かを調べる（ステップ１００１）。

面の境界に到達していない場合は、カーソル移動パラメ
ータ用レジスタ７０７内にあるカーソル位置に微少速度
を加算したものを以って、次時点でのカーソル位置とす
る（ステップ１００２）。

ステップ１０ｏ１の判定により、現時点でのカーソル位
置が、面の境界となっている場合には、面上の辺に存在
するのか、面上の頂点に存在するのかを判定する（ステ
ップ１００３）。現時点のカーソルが辺上に位置する場
合には、その辺を含む２平面を検索しくステップ１００
４）、この２つの面のなす角を求める（ステップ１００
５）。

この角に従って、カーソル移動パラメータ用レジスタ７
０７内の移動方向／速度（ベクトル表現）をこの辺を中
心軸として回転させたものを以ってカーソルの移動方向
／速度とする（ステップ１００６）。この様にして変更
したカーソル移動方向／速度の微少速度をカーソル移動
パラメータレジスタ７０７内にあるカーソルに位置に加
算したものを以ってカーソル位置とする（ステップ１０
０２）。

ステップ１００３の判定により、現時点のカーソルが頂
点に位置している時には、この頂点を含む面を検索しく
ステップ１００７）、第５図の様にこの面の数−１の領
域に均等角度で分割し各面との対応をとる。この時、カ
ーソルの移動方向／速度のベクトルが、この領域のどの
部分を差し示すかによって、面の選択を行う（ステップ
１００８）。この面と、カーソルが頂点に到達するまで
移動していた面とのなす角を求め（ステップ１００９）
、この角に従って、カーソル移動パラメータ用レジスタ
７０７内の移動方向／速度（ベクトル表現）を頂点を回
転の中心として回転させたものを以ってカーソルの移動
方向／速度とする（ステップ１０１０）。この様にして
変更したカーソル移動方向／速度の微少速度をカーソル
移動パラメータ用レジスタ７０７内にあるカーソル位置
に加算したものを以ってカーソル位置とする（ステツブ
１００２）。

こ＼で、移動後のカーソル位置は具体的に次のようにし
て計算する。現時点のカーソル位置をＰａ”　（Ｐ　Ｃ
Ｘｏ＋　Ｐ　Ｃ’ｆｏｒ　Ｐ　ＣＺｏ）とし、移動後の
カーソル位置をｐ１＝　（ＰＣＸｌｌ　ＰＣｙＬｔ　Ｐ
ｃｚｔ）とすれば、回転後のカーソル移動方向／速度Ｖ
＝（Ｖ工、　Ｖｙｔ　ｖｚ）を用いて、Ｐ１＝Ｐ、十μＶすなわちとなる。二＼でμは速度係数であり、カーソルの速さの
係数としてオペレータが事前に設定しておく。

一般的に面と面とのなす角θは、各々の面の法線ベクト
ルから算出できる。すなわち、各面の法線ベクトルをＤ
０＝　（ｄつ。＋ｄｙｏｔｄｚ。）、Ｄ１＝（ｄＸ□、
ｄｙ□＋ｄＺ□）とすれば。

ｆｌｌ＝ｃｏｓ−１（Ｄ、、　Ｄ、）　　（括弧は内積
を表す）として算出できる。

任意の点、直線を中心とする平面の回転は、原点を中心
とする座標軸の回転と平行移動により表される。すなわ
ち、座標軸回転３Ｘ３変換マトリされる。

転前のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対する回転後のＸ軸。

Ｙ軸、Ｚ軸の方向余弦（回転後のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
の単位ベクトル）を表すものとする。従つて、である。Ｑ（、ｍｊ、ｎｋ（ｉ、ｊ、ｋ）は、角度θ及
び、各面の法線ベクトルから求められる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、３次元空間上に存在する３次元図形を
２次元表示装置に表示する際に、該３次元図形上の一点
を容易に指示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の原理説明図、第２図は入力装置と
カーソルの移動方向／移動速度の説明図、第３図はカー
ソルが存在する面上での移動速度と移動方向の説明図、
第４図はカーソルが３次元図形の辺上に現われた場合の
制御の説明図、第５図はカーソルが３次元図形の頂点に
現われた場合の制御の説明図、第６図は第５図における
カーソル位置でのカーソル移動速度と移動方向の一例を
示す図、第７図は本発明の一実施例のハードウェア構成
図、第８図は第７図におけるカーソル移動パラメータ用
レジスタの内容を示す図、第９図は第７図の全体的動作
を示すフローチャート、第１０図はカーソル移動パラメ
ータ用レジスタの入力値の変換処理を示すフローチャー
ト、第１１図はカーソル描画コマンドとカーソル表示の
関係を示す図、第１２図はカーソル移動軌跡の表示動作
を説明する図である。１００・・・表示画面、　１０１・・・多面体、１０２
・・カーソル、　　１０３，１０４・・・カーソル位置
、　１０５・・・入力装置、１０６・・・レバー、　　１０７・・・入力指示スイッ
チ、１０９・・・カーソル移動軌跡。第１図第２図第６図第７図戸 ■ 第９図第Ｓ図　　　〔Ｄ第１１図（α）（ｂ）（Ｃ）　　　　　　　　　（ｄ） ■　（すプと０方より

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３次元図形を表示する表示装置において、３次元
図形上の任意の位置にカーソルを設定する手段を設け、
操作者の指示に従って、前記カーソルを３次元図形上に
制限した空間で移動させると共に該カーソルの移動した
軌跡を表示し、操作者に該カーソルと３次元図形との位
置関係を確認させて位置指定することを特徴とする３次
元座標指示方式。