JP2006127004A - Cg提示装置、その方法及びそのプログラム、並びに、cg表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 CG提示装置10は、鑑賞者の視点位置を測定する鑑賞者視点位置測定手段12と、鑑賞対象物の形状を模したレプリカの位置を測定するレプリカ位置測定手段13aと、レプリカの向きを測定するレプリカ姿勢測定手段13bと、測定されたレプリカの位置及び向きと、予め定められたレプリカの大きさとに基づいて、表示装置30に提示する鑑賞対象物のCGの領域を算出するCG領域算出手段14aと、CG領域算出手段14aで算出されたCGの領域に基づいて、CGデータ記憶手段11に記憶されているCGデータから、CG画像を生成し表示装置30に出力するCG画像生成手段14bとを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
また、バーチャルリアリティ技術を利用した情報の鑑賞では、鑑賞者がセンサ、ヘッドマウントディスプレイ等を装着しなければならず、正しく装着を行うための補助員が必要となったり、眼鏡をかけている鑑賞者の視野が狭くなったり等の問題がある。さらに、鑑賞者にとって、容易に、あるいは、気軽に情報の閲覧をできないという問題がある。
このバーチャルスコープによる展示システムは、全体画像を示すパネルに対して、鑑賞者がバーチャルスコープをかざして動かすことで、そのバーチャルスコープの位置に対応する画像を拡大して、表示装置に提示するものである。これによって、鑑賞者の直感的、かつ、容易な操作によって、画像を拡大して提示することができる。
この問題に対しては、従来のバーチャルスコープによる展示システムにおいて、全体画像を示すパネルを、三次元形状の模型とし、鑑賞者がバーチャルスコープをその模型にかざすことで、三次元情報のコンピュータグラフィックスにおいても、多方向からの画像を拡大して提示することは可能である。
また、三次元形状の模型を回転させることで、バーチャルスコープの操作と表示装置における画像の鑑賞とを同一の視線方向で行うことも可能であるが、模型を回転させる動作をジョイスティック等のデバイスによって行うことは非常に困難である。さらに、鑑賞者は、この模型の回転とバーチャルスコープの操作とを合わせて行う必要があるため、表示装置に表示された画像に集中することができないという問題がある。
これによって、CG提示装置は、基準位置に基づいて、三次元空間上において、固定位置に設置されている表示装置と、鑑賞者の視点位置と、レプリカの位置とが、どのような位置関係にあり、その三次元空間上において、レプリカがどの方向を向いているのかを特定することができる。
これによって、鑑賞者の視点位置から、表示装置の表示領域に対してレプリカを投影したCGの領域が特定されることになる。
これによって、鑑賞者がレプリカを見ている視線方向にある表示装置に、レプリカの向きに合わせたCG画像が表示される。
これによって、CG提示装置は、鑑賞者の目の位置、すなわち視点位置を特定することができる。
これによって、CG提示方法は、基準位置に基づいて、三次元空間上において、固定位置に設置されている表示装置と、鑑賞者の視点位置と、レプリカの位置とが、どのような位置関係にあり、その三次元空間上において、レプリカがどの方向を向いているのかを特定することができる。
これによって、鑑賞者の視点位置から、表示装置の表示領域に対してレプリカを投影したCGの領域が特定されることになる。
これによって、鑑賞者がレプリカを見ている視線方向にある表示装置に、レプリカの向きに合わせたCG画像が表示される。
さらに、CG提示プログラムは、レプリカ姿勢測定手段によって、表示装置の表示面に対するレプリカの向きを測定する。
これによって、CG提示プログラムは、基準位置に基づいて、三次元空間上において、固定位置に設置されている表示装置と、鑑賞者の視点位置と、レプリカの位置とが、どのような位置関係にあり、その三次元空間上において、レプリカがどの方向を向いているのかを特定することができる。
これによって、鑑賞者の視点位置から、表示装置の表示領域に対してレプリカを投影したCGの領域が特定されることになる。
これによって、鑑賞者がレプリカを見ている視線方向にある表示装置に、レプリカの向きに合わせたCG画像が表示される。
これによって、CG表示システムは、基準位置に基づいて、三次元空間上において、固定位置に設置されている表示装置と、鑑賞者の視点位置と、レプリカの位置とが、どのような位置関係にあり、その三次元空間上において、レプリカがどの方向を向いているのかを特定することができる。
そして、CG表示システムは、CG画像生成手段によって、CG領域算出手段で算出されたCGの領域に基づいて、CGデータ記憶手段に記憶されているCGデータから、CG画像を生成し、表示装置が、そのCG画像を表示する。
また、本発明によれば、鑑賞者がレプリカを見た視線の延長線上に、CG画像が提示されるため、鑑賞者は自然な目線のままCG画像を鑑賞することができる。
[CG表示システムの構成]
まず、図1を参照して、博物館等で用いるCG表示システムの構成について説明する。図1は、本発明に係るCG表示システムの全体構成を示す模式図である。CG表示システム1は、鑑賞者Mが、手に持ったレプリカ20を動かすことで、鑑賞者Mが見たレプリカ20の形状に相当するCG画像を、表示装置30に提示するものである。ここでは、CG表示システム1は、CG提示装置10と、レプリカ20と、表示装置30と、超音波発信器40と、カメラ50とを備えている。
このように、カメラ50Uで撮影された画像と、カメラ50L又はカメラ50Rで撮影された画像とを用いることで、CG提示装置10は、仮想の三次元空間上における鑑賞者Mの視点位置を測定することができる。
次に、図2を参照(適宜図1参照)して、CG提示装置の構成について説明する。図2は、本発明に係るCG提示装置の構成を示すブロック図である。図2に示すように、CG提示装置10は、CGデータ記憶手段11と、制御手段COとしての鑑賞者視点位置測定手段12と、レプリカ位置・姿勢測定手段13と、CG生成手段14とを備えている。
ここでは、鑑賞者視点位置測定手段12は、立ち位置測定手段12aと、頭頂部検出手段12bと、顔検出手段12cと、視点高測定手段12dとを備えている。
図2に戻って、CG提示装置10の構成の説明を続ける。
y2=(z2/z1)y1 …(1)
ここでは、レプリカ位置・姿勢測定手段13は、レプリカ位置測定手段13aと、レプリカ姿勢測定手段13bとを備えている。
これによって、視点位置Cとレプリカ20と表示装置の仮想表示領域Dvとが、仮想の三次元座標空間において特定される。
そして、CG領域算出手段14aは、この四角錐(C,Pa´,Pb´,Pc´,Pd´)に含まれる鑑賞対象物のCGの領域を算出する。
これによって、図5に示すように、仮想カメラ映像Iに示すように、レプリカ20に対応するCGの領域を算出されることになる。
図2に戻って、CG提示装置10の構成の説明を続ける。
このCG画像生成手段14bは、CG領域算出手段14aで算出されたCGの領域に対応するCGデータをCGデータ記憶手段11から読み出して、例えば、CGデータとして設定されている色情報、透明度、反射率等に基づいてCG画像を生成する。
この図7に示した表示モードの切り替えは、CGデータが、ボリュームレンダリング法におけるボリュームデータである場合、CG画像生成手段14bが、鑑賞者の立ち位置によって、ボクセルの透明度を変化させることで実現することができる。
なお、CG提示装置10は、コンピュータを制御手段COの各手段として機能させるCG提示プログラムによって動作する。
次に、図8を参照(適宜図2参照)して、CG提示装置の動作について説明する。図8は、本発明に係るCG提示装置の動作を示すフローチャートである。
まず、CG提示装置10は、鑑賞者視点位置測定手段12の立ち位置測定手段12aによって、立ち位置検出用のカメラ50Uで撮影された画像を入力する(ステップS1)。そして、立ち位置測定手段12aは、ステップS1で撮影された画像から、床面に立っている鑑賞者のつま先を背景差分により検出し、鑑賞者の立ち位置を算出する(ステップS2)。
このように、ステップS2で算出された鑑賞者の立ち位置と、ステップS5で算出された目の高さとによって、仮想の三次元空間における鑑賞者の視点位置が測定される。
また、CG提示装置10は、レプリカ位置・姿勢測定手段13のレプリカ位置測定手段13aによって、レプリカ20に備え付けられている超音波受信器21から出力される超音波発信器40から発信される超音波の周波数の位相差、到達タイミングのずれ等に基づいて、仮想の三次元空間におけるレプリカ20の位置を測定する(ステップS6)。
さらに、CG提示装置10は、レプリカ姿勢測定手段13bによって、レプリカ20に備え付けられているジャイロセンサ22から出力される、ジャイロセンサ22で検出された向きを、レプリカ20の向きとして測定する(ステップS7)。
この段階で、鑑賞者の視点位置と、レプリカ20の位置及び向きとが測定されたことになる。
そして、CG提示装置10は、CG生成手段14のCG領域算出手段14aによって、鑑賞者の視点位置と、予め設定された表示装置30の表示領域の四隅とからなる四角錐の仮想領域における、レプリカ20の位置及び向きに基づいて、表示装置30に提示する鑑賞対象物のCGの領域を算出する(ステップS8)。
ここでは、図3に示したXZ平面における、鑑賞者の立ち位置のX軸の値に基づいて、表示するCG画像の表示モードを変えることとする。
そこで、CG提示装置10は、CG画像生成手段14bによって、ステップS2で算出された鑑賞者の立ち位置を判定する(ステップS9)。
そして、鑑賞者の立ち位置のX座標が、予め定めた2つの閾値(x1、x2)の範囲内の場合(x1≦X≦x2)、CG画像生成手段14bは、第1の表示モードとして、例えば、レプリカ20(ここでは人形)に対応する「骨」のみの画像をCG画像として生成する(ステップS10)。
さらに、鑑賞者の立ち位置のX座標が、閾値x2より大きい場合(x2<X)、CG画像生成手段14bは、第3の表示モードとして、例えば、レプリカ20に対応する「皮膚」のみの画像をCG画像として生成する(ステップS12)。
以上の動作が連続して実行されることで、鑑賞者のレプリカ20の操作に連動して、リアルタイムで、CG画像が提示される。
なお、前記した鑑賞者視点位置測定ステップ(ステップS1〜S5)、レプリカ位置測定ステップ(ステップS6)、及び、レプリカ姿勢測定ステップ(ステップS7)は、必ずしもこの順番で動作させる必要はない。
以上の説明においては、本発明に係るCG提示装置が、博物館等で用いるCG表示システムとして利用される形態について説明したが、ここでは、図9を参照(適宜図2参照)して、本発明に係るCG提示装置の他の利用形態について説明する。
図9は、レプリカを、テレビジョン装置を操作するリモコンとした例を示す概念図である。図9では、鑑賞者が、テレビジョン装置Tvを操作するリモコン(レプリカ)20を、テレビジョン装置Tvの前に差し出すことで、テレビジョン装置Tvの画面上にリモコン20のボタンの操作方法、ボタンの機能等を表示する例を示している。
この場合、CG提示装置10は、予め設定されたテレビジョン装置Tvの位置を基準として、鑑賞者の視点位置と、リモコン(レプリカ)20の位置とを測定する。
10 CG提示装置
11 CGデータ記憶手段
12 鑑賞者視点位置測定手段
12a 立ち位置測定手段
12b 頭頂部検出手段
12c 顔検出手段
12d 視点高測定手段
13 レプリカ位置・姿勢測定手段
13a レプリカ位置測定手段
13b レプリカ姿勢測定手段
14 CG生成手段
14a CG領域算出手段
14b CG画像生成手段
20 レプリカ
21 超音波受信器
22 ジャイロセンサ
30 表示装置
40 超音波発信器
50 カメラ
50U カメラ(第1のカメラ)
50L、50R カメラ(第2のカメラ)
Claims (8)
- CGデータとして作成された鑑賞対象物の形状を模したレプリカの、鑑賞者に対する位置及び向きに連動して、前記鑑賞対象物のCGの位置、大きさ及び向きを変えて、表示装置に提示するCG提示装置であって、
前記鑑賞対象物のCGデータを記憶するCGデータ記憶手段と、
予め定められた基準位置に対する前記鑑賞者の視点位置を測定する鑑賞者視点位置測定手段と、
前記基準位置に対する前記レプリカの位置を測定するレプリカ位置測定手段と、
前記表示装置の表示面に対する前記レプリカの向きを測定するレプリカ姿勢測定手段と、
測定された前記レプリカの位置及び向きと、予め定められた前記レプリカの大きさとに基づいて、前記鑑賞者の視点位置から見たときの前記表示装置に提示する前記鑑賞対象物のCGの領域を算出するCG領域算出手段と、
このCG領域算出手段で算出されたCGの領域に基づいて、前記CGデータ記憶手段に記憶されているCGデータから、CG画像を生成し前記表示装置に出力するCG画像生成手段と、
を備えていることを特徴とするCG提示装置。 - 前記CG領域算出手段は、前記鑑賞者の視点位置を、前記表示装置の表示領域の中心を向かせた仮想カメラ位置とし、前記表示領域を含む当該仮想カメラの撮影画角の四隅と、前記仮想カメラ位置とからなる四角錐において、前記鑑賞対象物のCGの領域を算出することを特徴とする請求項1に記載のCG提示装置。
- 前記鑑賞者視点位置測定手段は、
予め定められた位置に固定した第1のカメラによって撮影された、前記鑑賞者の足下を撮影した足下画像と、予め撮影された前記足下画像に対応する背景画像との差分画像に基づいて、前記基準位置に対する前記鑑賞者の立ち位置を測定する立ち位置測定手段と、
予め定められた位置に固定した第2のカメラによって撮影された、前記鑑賞者を撮影した鑑賞者画像と、予め撮影された前記鑑賞者画像に対応する背景画像との差分画像に基づいて、前記鑑賞者の頭頂部を検出する頭頂部検出手段と、
この頭頂部検出手段で検出された頭頂部から所定の範囲内において、前記鑑賞者の顔の領域を検出する顔検出手段と、
この顔検出手段で検出された顔の領域における重心位置から、前記鑑賞者の目の位置を特定し、前記基準位置に対する前記鑑賞者の目の高さを測定する視点高測定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のCG提示装置。 - 予め定められた位置に固定した第1のカメラによって撮影された、前記鑑賞者の足下を撮影した足下画像と、予め撮影された前記足下画像に対応する背景画像との差分画像に基づいて、前記基準位置に対する前記鑑賞者の立ち位置を測定する立ち位置測定手段を備え、
前記CG画像生成手段が、前記立ち位置測定手段で測定された鑑賞者の立ち位置に基づいて、表示内容の異なるCG画像を生成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のCG提示装置。 - 前記CG領域算出手段は、前記鑑賞者視点位置測定手段で測定された視点位置、又は、前記レプリカ位置測定手段で測定されたレプリカの位置に、予め定めた方向のオフセットを付加して、前記鑑賞対象物のCGの領域を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のCG提示装置。
- CGデータとして作成された鑑賞対象物の形状を模したレプリカの、鑑賞者に対する位置及び向きに連動して、前記鑑賞対象物のCGの位置、大きさ及び向きを変えて、表示装置に提示するCG提示方法であって、
予め定められた基準位置に対する前記鑑賞者の視点位置、前記レプリカの位置及び向きを測定する測定ステップと、
この測定ステップで測定された前記レプリカの位置及び向きと、予め定められた前記レプリカの大きさとに基づいて、前記鑑賞者の視点位置から見たときの前記表示装置に提示する前記鑑賞対象物のCGの領域を算出するCG領域算出ステップと、
このCG領域算出ステップで算出されたCGの領域に基づいて、CGデータ記憶手段に記憶されているCGデータから、CG画像を生成し前記表示装置に出力するCG画像生成ステップと、
を含んでいることを特徴とするCG提示方法。 - CGデータとして作成された鑑賞対象物の形状を模したレプリカの、鑑賞者に対する位置及び向きに連動して、前記鑑賞対象物のCGの位置、大きさ及び向きを変えて、表示装置に提示するために、コンピュータを、
予め定められた基準位置に対する前記鑑賞者の視点位置を測定する鑑賞者視点位置測定手段、
前記基準位置に対する前記レプリカの位置を測定するレプリカ位置測定手段、
前記表示装置の表示面に対する前記レプリカの向きを測定するレプリカ姿勢測定手段、
測定された前記レプリカの位置及び向きと、予め定められた前記レプリカの大きさとに基づいて、前記表示装置に提示する前記鑑賞対象物のCGの領域を算出するCG領域算出手段、
このCG領域算出手段で算出されたCGの領域に基づいて、CGデータ記憶手段に記憶されているCGデータから、CG画像を生成し前記表示装置に出力するCG画像生成手段、
として機能させることを特徴とするCG提示プログラム。 - CGデータとして作成された鑑賞対象物の形状を模したレプリカの、鑑賞者に対する位置及び向きに連動して、前記鑑賞対象物のCGの位置、大きさ及び向きを変えて、表示装置に提示するCG表示システムであって、
前記鑑賞対象物のCGデータを記憶するCGデータ記憶手段と、
超音波受信器とジャイロセンサとを備えた前記レプリカと、
前記レプリカの周囲に配置された複数の超音波発信器と、
前記鑑賞者を撮影するカメラと、
このカメラによって撮影された画像に基づいて、予め定められた基準位置に対する前記鑑賞者の視点位置を測定する鑑賞者視点位置測定手段と、
前記超音波受信器で受信した、前記超音波発信器が発信した超音波の位相に基づいて、前記基準位置に対する前記レプリカの位置を測定するレプリカ位置測定手段と、
前記ジャイロセンサから出力される姿勢情報に基づいて、前記表示装置の表示面に対する前記レプリカの向きを測定するレプリカ姿勢測定手段と、
測定された前記レプリカの位置及び向きと、予め定められた前記レプリカの大きさとに基づいて、前記鑑賞者の視点位置から見たときの前記表示装置に提示する前記鑑賞対象物のCGの領域を算出するCG領域算出手段と、
このCG領域算出手段で算出されたCGの領域に基づいて、前記CGデータ記憶手段に記憶されているCGデータから、CG画像を生成するCG画像生成手段と、
このCG画像生成手段で生成されたCG画像を表示する前記表示手段と、
を備えていることを特徴とするCG表示システム。
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