JP2000020757A - 立体画像処理装置、ユーザ・インタフェース装置、立体表示用バッファ制御方法及びその制御装置、立体画像表示装置、そしてプログラム記憶媒体 - Google Patents

立体画像処理装置、ユーザ・インタフェース装置、立体表示用バッファ制御方法及びその制御装置、立体画像表示装置、そしてプログラム記憶媒体

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JP2000020757A JP10185135A JP18513598A JP2000020757A JP 2000020757 A JP2000020757 A JP 2000020757A JP 10185135 A JP10185135 A JP 10185135A JP 18513598 A JP18513598 A JP 18513598A JP 2000020757 A JP2000020757 A JP 2000020757A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体視パラメータが定義されていないＶＲＭ
Ｌデータに対して立体視パラメータを自動的に付与する
ことのできる立体画像処理装置を提案するものであ
る。。 【解決手段】 ＶＲＭＬデータを入力して記憶し、入力
されたＶＲＭＬデータに基づいて立体視に必要な立体視
パラメータ（基線長、輻輳角の初期値）を決定する立体
画像処理装置。基線長の初期値はＶＲＭＬデータの空間
の範囲の最大の大きさに、輻輳角の初期値は０に設定さ
れる。これらの初期値はユーザ・インタフェース１０３
により任意に変更される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばVRML（Virt
ual Reality Modeling Language）等の三次元の仮想空
間を扱う言語により記述された空間データを立体視可能
な画像データに変換する画像処理装置に関する。本発明
は、更に、立体視パラメータを変更するためのユーザ・
インタフェース装置、さらには、立体視を得るための立
体表示用バッファ制御方法、並びに制御装置、さらに
は、これらのプログラムを記憶するプログラム記憶媒体
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の計算機の能力向上と共に、3次元
コンビュータグラフィクス（CG）が急速に一般化しつつ
ある。それと相まって、インターネット上のWWWの急速
な普及と共に、3次元空間をWWW上で取り扱う言語として
VRML（Virtual Reality Modeling Language）が標準化
され、広く使われてきている。
【０００３】現時点で公表されている最新版のVRML2.0
は、エレクトリック・コマース用の仮想モール構築、ま
た、イントラネットでのCAD等の3次元データの管理等で
用いられている。一方、本発明の出願人は、観察者が直
接奥行きを知覚できる立体表示装置（以下、「立体表示
装置」と略す）として、リアクロスレンチ方式の3Dデイ
スプレイを開発しているが、出願人以外にも多くの立体
表示装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このVRML2.0で記述さ
れた3次元空間を表示するためには、VRMLビューワ装置
が必要となる。一般に普及しているVRMLビューワ装置
は、記述している空間は3次元であるものの、最終的な
表示は通常のモニタを用いた2次元表示（以下、「二次
元表示装置」と略す）に留まっている。
【０００５】この理由は、従来のVRMLビューワ装置が、
立体視用画像を効率よく生成することができず、そのた
めに、リアルタイムの立体画像の再現に向かないこと、
立体視を実現するための一部パラメータがVRML2.0でサ
ポートされていないために、事実上、立体視を実現する
ことができなかったからである。また、立体視をディス
プレイに実現するためには、上記本出願人の提案による
リアクロスレンチ方式の3Dデイスプレイでは、１つのフ
レームバッファに左目用画像と右目用画像とを１ストラ
イプずつ交互に書き込む必要があった。
【０００６】従来は、第１８図の制御手順に示すよう
に、ステップＳ５０で右目から3次元空間を眺めたとき
の画像を生成し、右目の視点位置と視点方向とを基にし
て、 3次元空間データの描画処理を行う。これにより、
フレームバッファＡに描画結果の右目用画像が蓄えられ
る。ステップＳ５２では、左目から3次元空間を眺めた
ときの画像を生成し、左目の視点位置と視点方向を基に
して、3次元空間データの描画処理を行う。フレームバ
ッファＢに描画結果の左目用画像が蓄えられる。
【０００７】ステップＳ５４では、フレームバッファＣ
を用意し、フレームバッファＡの必要部分のデータを読
み出してフレームバッファＣに書き込む。同様にフレー
ムバッファＢの必要部分を読み出して、フレームバッフ
ァＣに書き込む、ステップＳ５６では、フレームバッフ
ァＢの必要部分を読み出して、フレームバッファＡに書
き込む。
【０００８】第１９図の制御手順は、他の従来例に係る
バッファの書込制御手順順を示す。このように、第１８
図の手法も第１９図の手法も、２つ以上のフレームバッ
ファを必要とし、コスト的に有利でない。また、一旦書
き込んだフレームバッファから、データを読み出し、ま
た書き込みといったデータ転送は、一般に処理時間のか
かる処理であり、処理速度を低下させる要因である。
【０００９】本発明は従来技術のこのような欠点に鑑み
てなされたもので、その目的は、立体視パラメータが定
義されていない三次元空間データに対してパラメータを
付与することのできる立体画像処理装置、ユーザ・イン
タフェース装置、立体画像表示装置を提案するものであ
る。本発明の他の目的は、自由に立体視パラメータを変
更できるユーザ・インタフェース装置を提案する。
【００１０】本発明の他の目的は、１つのフレームバッ
ファで済み、且つそのフレームバッファからのデータの
読み出しを必要としないバッファ制御装置及び制御方法
を提案する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の、本発明の請求項１にかかる、立体画像処理装置は、
三次元空間データを入力して記憶する手段と、入力され
た三次元空間データに基づいて立体視に必要なパラメー
タを生成する手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】本発明の好適な一態様である請求項２に拠
れば、前記パラメータはユーザの基線長を定義する。ま
た、本発明の好適な一態様である請求項３に拠れば、前
記パラメータは輻輳角を定義する。基線長や輻輳角は立
体を実現するためには不可欠なパラメータである。ユー
ザは入力された画像データがパラメータの設定を必要と
することを知らない場合が多いので、パラメータの設定
は自動化することが好ましい。そこで、本発明の好適な
一態様である請求項４に拠れば、入力された三次元空間
データのファイル拡張子に基づいて、パラメータの生成
の必要性を判断する手段を具備する。
【００１３】請求項５に係る本発明の、立体画像を表示
する際のユーザ・インタフェース装置は、立体視パラメ
ータの値をユーザに設定させる手段と、設定された値に
応じて立体視パラメータの値を変更する手段とを具備す
る。このユーザ・インタフェース装置により、パラメー
タの変更を自由に行ってユーザのアプリケーションの目
的に合致させることができる。
【００１４】ユーザ・インタフェースは表示画面上にお
いて表示されることが好ましい。そこで、本発明の好適
な一態様である請求項６に拠れば、更に表示手段を有
し、前記ユーザ設定手段は前記表示手段上にＧＵＩを表
示することを特徴とする。本発明の好適な一態様である
請求項７に拠れば、前記ＧＵＩはスライドバーである。
【００１５】バッファを有効利用するための本発明の請
求項１１に係るバッファ制御方法は、１つのフレームバ
ッファに書き込まれた右目用画像と左目用画像を表示し
て立体視を得る際のバッファ制御方法であって、予めマ
スク機能が定められたマスク情報を用意し、右目用画像
と左目用画像のいずれか一方をフレームバッファに書き
込み、他方の画像を前記マスク情報を参照しながら、前
記フレームバッファ上に上書きすることを特徴とする。
上書きされた際に、マスク情報のマスク機能に従って、
一方の画像の一部が残り、他方の画像の一部がフレーム
バッファにおいて上書きされる。
【００１６】上記目的は、請求項１２の、１つのフレー
ムバッファを有し、このフレームバッファに書き込まれ
た右目用画像と左目用画像を表示して立体視を得るため
のバッファ制御装置であって、予めマスク機能が定めら
れたマスク情報を書き込まれたマスクメモリと、右目用
画像と左目用画像のいずれか一方を前記フレームバッフ
ァに書き込み、その後に、他方の画像を前記マスクメモ
リの情報を参照しながら、前記フレームバッファ上に上
書きする制御手段とを具備することを特徴とするバッフ
ァ制御装置によっても達成される。
【００１７】この場合、本発明の好適な一態様である請
求項１３に拠れば、前記マスクメモリはステンシルバッ
ファである。本発明の好適な一態様である請求項１４の
制御方法に拠れば、マスク機能は、表示装置のストライ
プの順序と、前記フレームバッファへの画像の書込順序
によって決定される。
【００１８】本発明の好適な一態様である請求項１５の
制御方法に拠れば、前記マスク情報は、ステンシルバッ
ファに書き込まれ、少なくとも、前記他方の画像が書き
込まれる前に前記ステンシルバッファに書き込まれる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、VRML2.0によっ
て記述された三次元空間データをWWWブラウザによって
取り込み立体表示させる立体表示装置（以下、「VRMLビ
ューワ装置」と呼ぶ）に適用した実施形態を説明する。
この立体表示装置は、ユーザに立体感を与えるために、
ディスプレイとして、本出願人が開発したリアクロスレ
ンチ方式の3Dデイスプレイを用いている。しかしなが
ら、本発明は、VRML2.0の仮想空間データのみに、或い
は、WWWブラウザによって取り込んだ仮想空間データの
みに、或いは、リアクロスレンチ方式の3Dデイスプレイ
のみに適用可能なものではないことは後述の説明から明
らかになるであろう。
【００２０】〈システム構成〉第１図は、本方式を採用
した複数のＶＲＭＬビューワ装置がWWWネットワークに
接続されている様子を説明する。本実施形態のＶＲＭＬ
ビューワ装置の特徴は、 i： 遠隔地のWWWサイトにあるサーバ（１-1，１-2，１
-3，１-4，１-5）から端末システム２にVRMLデータをダ
ウンロード或いは転送した際に、基線長及び輻輳角を付
与する機能を有する。 ii： 基線長及び輻輳角を付与されたVRMLデータを、基
線長及び輻輳角について、本ビューワ装置のユーザに変
更可能ならしめる。 iii： ステンシルバッファを有効に用いて高速に立体
画像を描画することができる。
【００２１】第２図は、本ビューワ装置１０００のハー
ドウエア構成を示す。このビューワ装置１０００は、通
常のワークステーションのように、ディスプレイ１０
と、ディスプレイ１０に表示するデータを一時的に格納
するフレームバッファ１１と、マスク情報を格納するス
テンシルバッファ１２と、ＣＰＵ１３と、キーボード１
４と、マウス１５と、記憶装置１６とを有する。
【００２２】ディスプレイ１０は、立体視が可能となる
ように、本出願人により提案されているリアクロスレン
チ方式眼鏡無し3Dディスプレイを用いている。リアクロ
スレンチ方式の裸眼立体デイスプレイ１０は、第３図に
示すようにTFTの波晶（LC）パネル２０とバックライト
・パネル２４との間に2枚のレンチキュラーレンズ（Ｈ
レンチキュラー２１、Ｖレンチキュラー２２）と市松状
マスクパネル２３を配置した構成を特徴としている。Ｖ
レンチキュラー２２は、バックライト２４からの照明光
の指向性を走査線毎に変えて左眼右眼に分離する役割を
もつ。Ｈレンチキュラー２１は、市松状マスク２３の1
つの水平ラインの開口からの光を、LCパネル２０の一走
査線上に集光させ、クロストークの発生を防ぐと同時
に、開口部からの光を観察者の方へ発散する光束とする
ことで垂直方向の立体視域を拡大している。
【００２３】第４図は、第３図のLCパネル２０の一部領
域Ａを拡大表示したものである。このデイスプレイ１０
では、第４図に示すように、立体視用の左右ステレオ画
像対を横ストライプ状に交互に並べて合成した画像をLC
パネル２０に表示する。そのため、縦ストライプ画像を
入力とする通常のレンチキュフ方式と比較して、波晶の
縦ストライプに対応した色分離が発生しない、波晶シャ
ッター眼鏡などで標準に使われる時分割フイールド順次
方式の水平ストライプ合成画像と互換性がある等の特長
を持つ。
【００２４】〈立体視のための描画〉VRMLなどの、3次
元幾何データを用いて構成される仮想空間を左右の目の
位置に相当する二つの視点から見た画像を描画すること
は、第５図に示すように、２つの視点を仮想カメラに見
立てて一般のCGの技法を用いることで容易に実現でき
る。この場合、ユーザの左目と右目の視点位置（Ｌ，
Ｒ）、視点方向（ベクトルｅ）、基線長ｂ、輻輳角θに
関するデータが必要となる。
【００２５】視点位置（Ｌ，Ｒ）、視点方向（視線ベク
トルｅ）、基線長ｂ、輻輳角θが与えられているとす
る。ユーザの利き目を基線位置とする表記法を採用し、
そのユーザの利き目が右目である場合における、視点位
置（Ｌ，Ｒ）、視点方向（ベクトルｅ）、基線長ｂ、輻
輳角θの関係を図示すると、第６図のようになる。即
ち、カメラ座標系を（ｘ，ｙ，ｚ）で表わし、座標軸ｘ
を左目から右目方向に、ｚ軸を奥行き方向に、座標軸ｙ
を視点方向ｅに一致させれば、 右目の視点位置Ｒ（ｘR，ｙR，ｚR）＝（０，０，０） 左目の視点位置Ｌ（ｘL，ｙL，ｚL）＝（ｘR−ｂ，
ｙR，ｚR） となる。また、右目の視点方向ベクトルｅRを（ｌ，
ｍ，ｎ）で表せば、左目の視点方向ベクトルｅLも同じ
く（ｌ，ｍ，ｎ）となる。第６図の表記に従えば、輻輳
角を表すベクトルは、左目の視線ベクトルｅLから角度
θだけ回転したベクトルとして表すことができる。
【００２６】第７図は、左右の目の中心に基線の中心を
定めた場合の、基線長ｂと輻輳角θの表記法を説明す
る。この場合は、座標原点は左右の目の中央に、ｘ軸は
左目から右目の方向に、ｙ軸が垂直方向に、奥行き方向
にｚ軸が取られる。すると、右目は原点からｂ／２だけ
右に、左目は原点からｂ／２だけ左によった位置にあ
る。すると、輻輳角をθとすると、右視線は、視線ベク
トルｅRから反時計廻りにθ／２だけ回転した方向に、
左視線は視線ベクトルｅLから時計廻りにθ／２だけ回
転した方向に一致する。
【００２７】視点位置（Ｌ，Ｒ）、視点方向（視線ベク
トルｅ）、基線長ｂ、輻輳角θが与えられている場合
に、第５図に示したような２つの仮想カメラによる左目
用画像と右目用画像とを生成するためには、第８図に示
すように、目（右目あるいは左目）の位置に置かれた仮
想カメラの二次元撮像面（ｘ，ｙ）への射影Ｍを求め
る。仮想カメラの位置を（ＸC，ＹC，ＺC）とすると、
射影Ｍは、視点位置（ＸC，ＹC，ＺC）、視線方向ｅ、
視野角によって決まるマトリクスで表され周知であり、
一般的には透視変換の手法が用いられる。
【００２８】VRMLデータ等の三次元空間データは、形状
を記述するデータ（点群に関する三次元位置データと各
点間のパッチリンク）を含む。三次元空間でのある点Ｐ
の位置がＰ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表させられている場合に
は、その点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の、仮想カメラの撮像面へ
の射影は、一般に、次の同次座標変換、
【００２９】
【数１】
【００３０】で表される。Ｍは４×４の行列である。こ
こで、（ｘM，ｙM）は撮像面での二次元座標であり、Ｚ
Mは、透視変換後の奥行きに相当するもので、奥行きの
前後判定に利用できる。（１）式による演算を全ての点
群に施せば、右目用或いは左目用の画像が得られ、一方
の画像（例えば右目用画像）が得られれば、他方の画像
（左目用の画像）についても、マトリクスをその他方の
目用のマトリクスに変更して、例えば、（ＸC，ＹC，Ｚ
C）＝（ＸR，ＹR，ＺR）、視線方向ｅRとして、（１）
式と同じように演算を行う。
【００３１】以上が、立体視のための右目用画像と左目
用画像の生成の手法である。この手法自体は公知であ
る。また、マトリクス演算を利用しない方法も考えられ
るが、本発明の立体画像表示装置では、描画方法自体に
は限定がない。 〈VRMLデータ〉VRMLデータのうち、空間を記述している
部分は、他の三次元空間データと同じように、 ・形状を記述するデータ（点群に関する三次元位置デー
タと各点間のパッチリンク）と、 ・表面の特性（色及びテクスチャ）を記述するデータ
と、 ・光源位置を記述するデータと、からなる。VRMLデータ
は、この他にも、初期値や、数個のセットの視点位置・
方向、動的に動いている物体の動作方法、音の生成方法
の記述（ある物体にさわると音がするなど）、手続きの
実行できるスクリプト言語の記述などが可能である。こ
れらのうち、視点位置、方向以外は、今回の発明とは直
接関係しないので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３２】しかし、VRMLデータでは、ユーザの「視点
位置」、「視線方向」を記述することが可能であって
も、「基線長」と「輻輳角」についてのデータは与えら
れていない。ただし、ユーザは仮想空間内を自由に視点
移動できるため、ある時点での「視点位置」と「視点方
向」は、実際に仮想空間を描画する時の問題であるか
ら、任意性が高過ぎ、VRMLデータの生成時点から与えら
れている必要はない。この任意性は、VRMLデータを二次
元表示する場合でも立体表示する場合でも異なるところ
はなく、従って、ユーザの「視点位置」と「視点方向」
はVRMLデータに必須のものではない。
【００３３】VRMLデータの描画において、ユーザの「基
線長」と「輻輳角」についても任意性はある。VRMLデー
タは、空間の大きさを人の大きさを基準として表現する
必要がなく、作成者の意図によって自由に作成されたも
のであるから、仮想空間の体験者の実際の「基線長」と
「輻輳角」について規定することに意味がない。例え
ば、仮想空間で分子構造モデルを描画する場合におい
て、分子の大きさと基線長とはあまりにも異なりすぎ、
それ故、「基線長」を前もって定義することは実質的に
無意味であるからである。
【００３４】発明者は、ユーザの「基線長」と「輻輳
角」の任意性が、「視点位置」と「視点方向」ほど高く
はないことを見いだした。即ち、ユーザの「視点位置」
と「視点方向」は、二次元画像への表示を行う場合や、
立体視用の画像を描画する場合に必須であるが、「基線
長」と「輻輳角」は、二次元画像を一枚だけ生成する場
合には不要である。しかしながら、ユーザに立体視を提
供するためには、「基線長」と「輻輳角」が必要とな
る。例えば、マクロの世界からミクロの世界にズーミン
グする場合に、例えば、広い部屋の中から小さな穴を見
ながら、その小さな穴の中に入っていくような描画を行
う場合に、二次元画像を描画する場合には「基線長」と
「輻輳角」は問題とならず、単に移動速度だけが問題と
なる。
【００３５】一方、第９図に示すように、三次元の立体
表示をしながら、小さな穴４０が設けられた部屋５０の
中で、その「穴」から離れたところから、その穴に近づ
いて入っていく場合を想定すると、視点位置が穴４０か
らかなり離間している場合には、右目用画像と左目用画
像との間で相違は少なく、問題はない。しかし、穴４０
に近づいた場合には、第１０図に示すように、基線長
（人間の左右の目の間の距離は6.5cmである）がその穴
の直径（第１０図の例では５cm）よりも大きいとし、ユ
ーザが穴の中を覗くことを意図しているような場合に
は、立体視描画は意味が無くなる。なぜなら、第１０図
の例では、左目は穴４０の中を見ることはできないから
である。二次元画像の描画にはそのような問題は発生し
ない。第１０図の例のような場合には、ユーザに基線長
を短くすることを可能ならしめ、恰も穴内部に入り込ん
で（即ち、ユーザ自身がミクロ化したように）穴内部を
見渡すような立体画像を描画することに意味がある。
【００３６】〈基線長と輻輳角の自動付与〉本実施形態
のビューワ装置は、VRMLデータが、基線長と輻輳角が与
えられていないことに鑑みて、外部から取り込んだVRML
データに、ユーザの手を介さずに、自動的に基線長と輻
輳角を与えるものである。第１１図は、第２図のビュー
ワ装置が、WWWサイトからWWWブラウザを介してＶＲＭＬ
データを取得し、そのＶＲＭＬデータに、基線長と輻輳
角を付与し、任意の視点位置における左目用画像１０４
と右目用画像１０５とを生成し、生成した両画像を立体
ディスプレイ１０に表示する際のデータの流れを説明す
る。
【００３７】即ち、第１１図に於いて、ビューワアプリ
ケーションプログラム１００は、オペレーティングシス
テム（ＯＳ）１０２の下に稼働するWWWブラウザ１０１
のヘルパープログラムである。本実施形態のビューワ装
置１０００は、第２図に示すように、ビューワアプリケ
ーションプログラム１００の処理手順（第１２図）と仮
想空間データ（三次元空間データ）と処理内容（空間操
作データと立体視パラメータ）を記憶する記憶装置１６
を有する。ここで、第２図の仮想空間データ（即ち三次
元空間データ）は、第１１図のＶＲＭＬデータ１１２で
ある。また、第２図の空間操作データとは、立体視表示
を実際に行う際に必要となる、例えば、前進（或いは後
退）距離、視野角等を表すために、所定のユーザインタ
フェースにより入力されたデータであり、第１１図では
１１０として示される。また、第２図の立体視パラメー
タは、ビューワアプリケーションプログラム１００が生
成した基線長と輻輳角等の立体視パラメータであり、第
１１図では１１１として表される。
【００３８】第１１図で、ユーザがWWWブラウザ１０１
を起動して、WWWブラウザ１０１がWWWサイト２００から
ＶＲＭＬデータを得る。このような画像データには、所
定のファイル拡張子が付加されている。一方、ビューワ
アプリケーションプログラム１００は、WWWブラウザプ
ログラム１０１のヘルパープログラムとして前もって登
録されている。即ち、ビューワ・アプリケーションプロ
グラム１００は、WWWブラウザ１０１から渡された所定
のファイル拡張子を付加されたデータに対して、基線長
の初期値ｂ0と、輻輳角の初期値θ0とを付与し、更に、
基線長ｂ、輻輳角θ等を含む空間操作データを変更する
ユーザインタフェース環境を提供する。
【００３９】以下では、第１１図と第１２図とを参照し
ながら説明する。第１２図は、ビューワ・アプリケーシ
ョンプログラム１０の制御手順である。WWWブラウザ１
０１が、WWWサイト２００から受信したデータに上記フ
ァイル拡張子を認識すると、WWWブラウザ１０１は、立
体視パラメータの付与が必要と判断して、そのＶＲＭＬ
データをビューワ・アプリケーションプログラム１００
に渡す。ビューワ・アプリケーションプログラム１００
は、ステップＳ２で、そのＶＲＭＬデータを受け取る。
【００４０】ステップＳ４では、受け取ったＶＲＭＬデ
ータから立体視パラメータ（基線長ｂと輻輳角θ）の初
期値（ｂ0とθ0）を決定する。この決定の手法は後述す
る。決定された初期値は立体視パラメータ記憶領域１１
１に記憶される。ステップＳ６では、決定された基線長
と輻輳角の初期値（ｂ0，θ0）に従って上記（１）式を
用いて、右目用画像１０５と左目用画像１０４とを生成
して、WWWブラウザ１０１に渡す。WWWブラウザ１０１或
いはオペレーティングシステム１０２は、これらの画像
を合成してディスプレイ１０に表示する（ステップＳ
８）。この合成の手法はステンシルバッファ１２を用い
たもので、本ビューワ装置１０００の１つの特徴点でも
あり、後に詳細に説明することとする。
【００４１】ユーザは表示画面を見て、自身の希望に合
わせて、基線長を変更し、或いは、視野角を変更し、或
いは輻輳角を変更し、或いは前進もしくは後退さらには
回転等のウオークスルー操作を行うかも知れない。基線
長を変更し、或いは、視野角を変更し、或いは輻輳角を
変更する操作は、本実施形態では、立体視パラメータの
変更操作と呼ぶ。一方、前進もしくは後退さらには回転
等のウオークスルー操作は空間操作或いはインタラクシ
ョン操作と呼ぶ。
【００４２】ステップＳ１０で入力されたデータが終了
操作であると判断（ステップＳ１２）されれば、本ビュ
ーワ・アプリケーションプログラム１００は終了する。
一方、ウオークスルー、仮想空間中の物体の移動などの
インタラクション操作であると判断されれば、ステップ
Ｓ２２に進み、そのインタラクション操作に対応した処
理が行われる。
【００４３】また、入力された操作が、立体視パラメー
タの操作であるならば、ステップＳ２０で、操作に係る
立体視パラメータを変更する、即ち、記憶部１１１内の
内容を変更する。 〈基線長の初期値〉ステップＳ４において行われる処理
のうち、基線長の初期値ｂ0は以下のようにして決定さ
れる。
【００４４】即ち、ビューワ・アプリケーションプログ
ラム１００は、基線長の初期値ｂ0を対象となる空間の
データのみから推定する。尚、立体視パラメータの与え
られていない空間データのみから、立体視パラメータを
求めるという処理自体は従来では行われていなかったも
のである。まず、空間全体の大きさを推定し、この大き
さと適当な定数ｋとの積をとることによって、基線長初
期値ｂ0とする。このような決定の意味は、「空間全体
の大きさに対して、0より大きいある一定倍の大きさが
人間の大きさであるとする」ということである（標準的
な人の基線長は65mmである）。
【００４５】具体的には、ＶＲＭＬデータの点群を（Ｘ
i，Ｙi，Ｚi）とする。この（Ｘi，Ｙi，Ｚi）の中で、
Ｘi，Ｙi，Ｚiの各々について最大値（Ｘmax，Ｙmax，
Ｚmax）と最小値（Ｘmin，Ｙmin，Ｚmin）とを求める。
これらの最大値（Ｘmax，Ｙma x，Ｚmax）と最小値（Ｘ
min，Ｙmin，Ｚmin）は、第１３図のような１つの立体
を与える。この立体は、ＶＲＭＬデータが表す対象空間
の範囲を規定する。この立体のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向
の夫々の大きさＳは、 で与えられ、従って、基線長初期値ｂ0は上記ＳX，
ＳY，ＳZの最大値、即ち、 ｂ0＝ｋ・max（ＳX，ＳY，ＳZ） …（３） で与えられる。ここで、ｋは所定の定数である。
【００４６】この方法を用いると、対象空間がどのよう
な大きさのものを表現しているかに関らず、ＶＲＭＬデ
ータが表す対象空間は常にある一定の大きさのものとし
てユーザに知覚されるようになる。空間の全体の大きさ
は人間の大きさの基準となるわけではないので、上述の
ようにして得られた基線長により本来望ましい立体感が
得られるとは限らない。例えば、本来的には第１４図の
ような人間に対する大きさを有する対象物（例えば、ピ
ラミッド）をユーザに表示するのに、上述の方法は、人
をある値で固定した場合、第１５図の大きさの物体とし
てユーザに提示することとなり、必ずしもユーザの希望
と合致していないかも知れない。しかしながら、上述の
方法により得られた基線長は、対象空間を全体的に把握
できる視野を与える。反対に、基線長の初期値ｂ0を人
間の目の大きさに設定することも本発明では可能である
が、好ましくない場合が多く発生する。
【００４７】上記式（３）で、定数値ｋは任意に設定で
きるので、式（３）に基づく実施形態の手法は、基線長
の初期値ｂ0を人間の目の大きさに設定することも許容
する。 〈輻輳角の初期値の決定〉ステップＳ４において行われ
る処理のうち、輻輳角の初期値θ0は以下のようにして
決定される。
【００４８】輻輳角θは、本来近くのものを観察する場
合に、両眼が両方とも内側に向くことによって生じる。
空間の奥行きが限定されていて、奥行き方向の範囲が狭
い空間の場合には輻輳角を設けることができる。しか
し、無限遠まで観察できることを前提とすると、輻輳角
を0として、平行視を初期状態とすることが妥当であ
る。従って、本実施形態では、輻輳角の初期値を、 θ0＝０ とする。輻輳角の初期値を０とすることによって、常
に、本来望ましい立体感が得られているとは限らない。
しかし、少なくとも立体感を把握できる立体視パラメー
タとすることが可能となる。
【００４９】〈ユーザ・インタフェース〉立体視パラメ
ータの初期値は前述したように、あらゆる場合にも最適
値を与えるとは限らない。また、初期値が最適であった
としても、例えば、ウオークスルーすることによって、
そのパラメータを変更する方が好ましい場合が発生す
る。例えば、街の仮想空間の中で、あるビルに向かって
進み、さらにそのビルのあるドアのドアノブの鍵穴へと
近寄っていく（さらに鍵穴に入っていく）操作をしたす
ると、ある時点から左右画像を融像することができなく
なる（左右画像のずれ量が大きくなる）ため、立体感が
失われる。そのため、観察者の操作に応じて、動的に立
体視パラメータが変更できる必要がある。上述の例の場
合でいうと、基線長を小さく（鍵穴に入れるように人間
の大きさを小さく）する必要があるのである。
【００５０】更に、立体視パラメータに限らず、仮想空
間内をユーザが移動することによるインタラクション処
理も必要となる。本ビューワ・アプリケーションプログ
ラム１００は、パラメータの変更及びインタラクション
の入力のためのユーザ・インタフェースも提供する。第
１６図は、ディスプレイ１０の画面に表示されたユーザ
・インタフェース(GUI)を表す。
【００５１】同図において、２００と２０１は基線長ｂ
を変更するためのユーザ・インタフェース(VIEW OFFSE
T)であり、どちらもスライドバーのコントロールであ
る。スライドバー２００は基線長を大きく変更すると
き、スライドバー２０１は小さく変更するときに使用す
る。基線長初期値ｂ0が第１４図のような仮想空間が得
られるようにしていた場合に、スライドバー２００によ
り基線長を大きくすることによって第１５図のような表
示が得られる。
【００５２】第１６図に於いて、スライドバー２０２は
前進方向の移動速度(FWD SPEED)を変更するときに用い
る。スライドバー２０３は後退方向の移動速度(BWD SPE
ED)を変更するときに用いる。また、スライドバー２０
４は輻輳角(View Cingestion)を変更するときに用い
る。更にスライドバー２０５は視野角(Field of View)
を変更するときに用いる。
【００５３】第１６図に示されたユーザ・インタフェー
スはユーザがマウス１５を用いて操作する。マウスの移
動量が操作量となる。尚、ユーザ・インタフェースの具
体的なツールはスライドバーに限定されない。連続的に
変更できるツール、例えば、ジョグダイヤルであっても
よい。 〈画像の合成〉第１２図のステップＳ６において行われ
る左右画像の合成について説明する。
【００５４】立体視を得るために、ディスプレイ１０に
表示される右目用画像と左目用画像とをフレームバッフ
ァに格納する必要がある。このフレームバッファには、
本実施形態に用いられている立体ディスプレイ１０がリ
アクロスレンチ方式眼鏡無し3Dディスプレイであるの
で、第４図に示すように、立体視用の左右ステレオ画像
対が横ストライプ状に交互に並べて表示される。このた
めに、１つのフレームバッファに、第１７図に示すよう
に、左目用画像の１ストライプと右目用画像の１ストラ
イプとを交互に格納する必要がある。
【００５５】従来では、第１８図，第１９図に関連して
説明したように、複数枚のフレームバッファを必要とし
コスト的に不利であったことと、フレームバッファから
のデータ読出が処理効率を低下させていた。本実施形態
のバッファ制御は、一枚のフレームバッファで済み、ま
たフレームバッファからのデータ読出が不要な制御を提
案するものである。このために、本実施形態のビューワ
装置１０００は、フレームバッファ１１とステンシルバ
ッファ１２とを具備する。
【００５６】ステンシルバッファ１２は、通常の画像処
理装置にはオプションとして装着されているバッファメ
モリである。本実施形態では、ステンシルバッファ１２
は、第２０図に示すように、深さ方向で１ビット、縦横
で、ディスプレイ１０の画素数と同じビット数を有する
メモリで、交互に、 0000000000… 1111111111… のデータが前もって記憶されている本実施形態では、ス
テンシルバッファ１２はマスクとして用いる。即ち、
“１”はマスクとして機能させ、“０”はマスクとして
機能させないものとする。
【００５７】第２１図はフレームバッファへのデータ書
込手順を示すフローチャートである。ステップＳ７０で
は、右目から3次元空間を眺めたときの画像を生成す
る。そして、右目の視点位置と方向を基にして、3次元
空間データの描画処理を行う。これにより、フレームバ
ッファ１１に描画結果の右目用画像が蓄えられる。即
ち、この時点では、フレームバッファ１１の全アドレス
には右目用画像のデータが書き込まれていることにな
る。
【００５８】ステップＳ７２では、第２０図のようなマ
スクパターンを用意し、ステンシルバッファ１２にその
マスクパターンを書き込む。ステップＳ７４では、左目
用画像を生成し、その画像を、ステンシルバッファ１２
のマスク（値は“１”）を考慮して、フレームバッファ
１１に書き込む。ステップＳ７４の処理により、フレー
ムバッファ１１においては、ステンシルバッファ１２の
“０”が書き込まれていた位置の右目用画像はそのまま
保存され、ステンシルバッファ１２の“１”が書き込ま
れていた位置に対応するフレームバッファ１１の画素位
置には左目用画像が書き込まれることになる。この操作
により、第１７図のようなストライプが得られる。
【００５９】フレームバッファからのデータの読み出
し、フレームバッファへの書き込みといったデータ転送
は、一般に処理時間のかかる処理であり、処理速度を低
下させる要因であるが、第２１図の提案手法は、フレー
ムバッファの読み出しを行わず、描画更新をマスクする
ことで同じフレームバッファに上書きすることのみによ
って左右画像の合成を行っており、処理速度の低下が押
さえられる。また、フレームパッファは、通常の3次元
空間からの画像の生成処理と同じ1枚しか必要としない
ので、コスト的に有利である。
【００６０】〈実施形態の効果〉以上説明した立体画像
表示装置によれば、 i) 例えば、基線長、輻輳角等は、立体視に不可欠であ
るにもかかわらず、三次元空間データには通常用意され
ていないが、本実施形態のビューワ・アプリケーション
プログラムによれば、外部（特にインターネット等を介
して）からその三次元空間データを取得したときに、ユ
ーザの手間をかけずに生成付加してくれる。この立体視
パラメータの自動付加は、WWWブラウザのヘルパーアプ
リケーションプログラムとして付加したときに特に有効
である。この場合、ビューワ・アプリケーションプログ
ラムは、データのファイル拡張子により、パラメータの
付加が必要な画像データであるか否かの判断を行うこと
ができるので、付加の自動化が実現し、併せて、その判
断の確実性が増す。 ii) また、一旦設定された立体視パラメータはユーザの
目的に合わせて、自由に変更できるようなユーザインタ
フェース(GUI)が用意されているので、アプリケーショ
ンの目的に即した違和感のない立体視が実現される。
【００６１】ユーザ・インタフェースは、グラフィック
ユーザ・インタフェース(GUI)であるので、操作性は高
い。 iii) 実施形態のバッファ制御によれば、立体画像の描
画のために、ステンシルバッファという低コストのバッ
ファを用いるだけで、フレームバッファを１つに減らす
ことができる。また、フレームバッファからのデータ読
出を除去できるので、効率的なバッファへの展開が可能
になった。
【００６２】〈変形例〉本発明のビューワ・アプリケー
ションプログラムはブラウザのヘルパーアプリケーショ
ンとしてのみ機能するものではない。立体表示を目的と
するものであれば、スタンドアロンのプログラムとして
も機能し得る。立体視パラメータの初期値は上述の手法
以外によっても決定可能である。このパラメータの初期
値が、ユーザに違和感を与えるか否かは、アプリケーシ
ョンによる。従って、ビューワ・アプリケーションプロ
グラムにアプリケーション毎に、初期値決定のための定
数ｋの値を前もっていろいろ用意しておき、アプリケー
ションプログラム毎に、異なる定数値を用いるようにす
る。
【００６３】本発明のユーザインタフェースは、ディス
プレイに表示することに限られない。ユーザが、パラメ
ータなどを連続的に或いは離散的に変更できるユーザ・
インタフェースであれば種類を問わない。フレームバッ
ファの内容をマスクするときに用いるマスク情報は、ス
テンシルバッファに限られない。第２０図のようなデー
タが格納されているのであれば、例えば、ＲＯＭを用い
てもよい。
【００６４】マスク情報の“０”と“１”のマスク機能
は逆であってもよい。立体ディスプレイ１０のＬＣＤ２
０における画像フォーマットの配置順に対応させる。第
２１図の制御手順で、左目用画像を先に書き込んでもよ
い。マスク情報の“０”と“１”のマスク機能を逆転さ
せるか否かは、立体ディスプレイ１０のＬＣＤ２０の配
置に対応させればよいこととなる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
立体視パラメータが定義されていない三次元空間データ
に対してパラメータを付与することができる。また、自
由に立体視パラメータを変更できるユーザ・インタフェ
ース装置が提供できた。
【００６６】また、１つのフレームバッファだけで、効
率的な立体視表示のためのバッファ制御を達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係るビューワ装置がWWWネットワ
ークに接続された形態を説明する図。
【図２】 実施形態に係るビューワ装置１０００の構成
を示す図。
【図３】 ビューワ装置１００に用いられているリアク
ロスレンチ方式眼鏡なし3Dディスプレイ１０の構成を説
明する図。
【図４】 ディスプレイ１０のＬＣＤ部分を拡大した
図。
【図５】 立体視を得るための左目用画像と右目用画像
の生成原理を説明する図。
【図６】 輻輳角と基線長の関係を説明する図。
【図７】 輻輳角と基線長の関係を他の記法によって説
明する図。
【図８】 任意の三次元位置を仮想カメラの撮像面に投
影する原理を説明する図。
【図９】 基線長を適切に設定することの必要性を説明
する図。
【図１０】 基線長を適切に設定することの必要性を説
明する図。
【図１１】 ビューワ装置１０００における機能構成を
説明するブロック図。
【図１２】 ビューワ・アプリケーションプログラムの
制御手順を示すフローチャート。
【図１３】 基線長の初期値を決定する原理を説明する
図。
【図１４】 基線長の値が小さく設定されたときの仮想
空間の表示例を示す図。
【図１５】 基線長の値が大きく設定されたときの仮想
空間の表示例を示す図。
【図１６】 実施形態の表示装置に表示されるグラフィ
ックユーザ・インタフェースを説明する図。
【図１７】 実施形態のビューワ装置のフレームバッフ
ァにおいて格納されるデータ順序を説明する図。
【図１８】 従来のフレームバッファの１手法に係る制
御手順を説明するフローチャート。
【図１９】 従来のフレームバッファの他の手法に係る
制御手順を説明するフローチャート。
【図２０】 ステンシルバッファ１２に記憶されるマス
ク情報の例を説明する図。
【図２１】 実施形態に係るフレームバッファ制御の制
御手順を説明するフローチャート。
【図２２】 実施形態に係るフレームバッファ制御の制
御手順を説明する図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B050 BA09 BA10 CA07 DA10 EA07 EA12 EA19 EA27 FA06 5C025 BA27 CA02

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三次元空間データを入力して記憶する手
    段と、 入力された三次元空間データに基づいて立体視に必要な
    パラメータを生成する手段とを具備することを特徴とす
    る立体画像処理装置。
  2. 【請求項２】 前記パラメータはユーザの基線長を定義
    することを特徴とする請求項１に記載の立体画像処理装
    置。
  3. 【請求項３】 前記パラメータは輻輳角を定義すること
    を特徴とする請求項１または２に記載の立体画像処理装
    置。
  4. 【請求項４】 更に、入力された三次元空間データのフ
    ァイル拡張子に基づいて、パラメータの生成の必要性を
    判断する手段を具備することを特徴とする請求項１に記
    載の立体画像処理装置。
  5. 【請求項５】 立体画像を表示する際のユーザ・インタ
    フェース装置であって、 立体視パラメータの値をユーザに設定させる手段と、 設定された値に応じて立体視パラメータの値を変更する
    手段とを具備するユーザ・インタフェース装置。
  6. 【請求項６】 更に表示手段を有し、前記ユーザ設定手
    段は前記表示手段上にＧＵＩを表示することを特徴とす
    る請求項１に記載のユーザ・インタフェース装置。
  7. 【請求項７】 前記ＧＵＩはスライドバーであることを
    特徴とする請求項１に記載のユーザ・インタフェース装
    置。
  8. 【請求項８】 前記立体視パラメータはユーザの基線長
    を定義することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか
    に記載のユーザ・インタフェース装置。
  9. 【請求項９】 前記立体視パラメータは輻輳角を定義す
    ることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の
    ユーザ・インタフェース装置。
  10. 【請求項１０】 請求項５乃至９のいずれかに記載のユ
    ーザ・インタフェース装置を組み込んだ立体画像表示装
    置。
  11. 【請求項１１】 １つのフレームバッファに書き込まれ
    た右目用画像と左目用画像を表示して立体視を得る際の
    バッファ制御方法であって、 予めマスク機能が定められたマスク情報を用意し、 右目用画像と左目用画像のいずれか一方をフレームバッ
    ファに書き込み、 他方の画像を前記マスク情報を参照しながら、前記フレ
    ームバッファ上に上書きすることを特徴とする立体表示
    用バッファ制御方法。
  12. 【請求項１２】 １つのフレームバッファを有し、この
    フレームバッファに書き込まれた右目用画像と左目用画
    像を表示して立体視を得るためのバッファ制御装置であ
    って、 予めマスク機能が定められたマスク情報を書き込まれた
    マスクメモリと、 右目用画像と左目用画像のいずれか一方を前記フレーム
    バッファに書き込み、その後に、他方の画像を前記マス
    クメモリの情報を参照しながら、前記フレームバッファ
    上に上書きする制御手段とを具備することを特徴とする
    立体表示用バッファ制御装置。
  13. 【請求項１３】 前記マスクメモリはステンシルバッフ
    ァであることを特徴とする請求項１２に記載の立体表示
    用バッファ制御装置。
  14. 【請求項１４】 マスク機能は、表示装置のストライプ
    の順序と、前記フレームバッファへの画像の書込順序に
    よって決定されることを特徴とする請求項１１に記載の
    立体表示用バッファ制御方法。
  15. 【請求項１５】 前記マスク情報は、ステンシルバッフ
    ァに書き込まれ、少なくとも、前記他方の画像が書き込
    まれる前に前記ステンシルバッファに書き込まれること
    を特徴とする請求項１１または１４に記載の立体表示用
    バッファ制御方法。
  16. 【請求項１６】 三次元空間データを入力して記憶する
    工程プログラムと、 入力された三次元空間データに基づいて立体視に必要な
    パラメータを生成する工程プログラムとを記憶するコン
    ピュータプログラムのプログラム記憶媒体。
  17. 【請求項１７】 コンピュータプログラムの記憶媒体で
    あって、 三次元空間データを入力して記憶する工程プログラム
    と、 入力された三次元空間データのファイル拡張子に基づい
    て、パラメータの生成の必要性を判断する工程プログラ
    ムと、 必要と判断された場合に、入力された三次元空間データ
    に基づいて立体視に必要なパラメータを生成する工程プ
    ログラムとを記憶するプログラム記憶媒体。
  18. 【請求項１８】 １つのフレームバッファに書き込まれ
    た右目用画像と左目用画像を表示して立体視を得るバッ
    ファ制御プログラムを記憶する記憶媒体であって、 予めマスク機能が定められたマスク情報を用意する工程
    プログラムと、 右目用画像と左目用画像のいずれか一方をフレームバッ
    ファに書き込む工程プログラムと、 他方の画像を前記マスク情報を参照しながら、前記フレ
    ームバッファ上に上書きする工程プログラムとを記憶す
    るプログラム記憶媒体。
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