JP2584100B2 - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2584100B2
JP2584100B2 JP2097968A JP9796890A JP2584100B2 JP 2584100 B2 JP2584100 B2 JP 2584100B2 JP 2097968 A JP2097968 A JP 2097968A JP 9796890 A JP9796890 A JP 9796890A JP 2584100 B2 JP2584100 B2 JP 2584100B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は計算機援用設計(CAD)及び科学技術シミュ
レーション等の分野における、計算機内に構築した物体
形状モデルを画面上に可視化するためのカメラモデルの
視線を対話的に更新する画像表示装置に関するものであ
る。
従来の技術 近年、画像表示装置は、写実的な表示を用いて言葉や
数値では表現が困難な現象を可視化し、計算機と人間の
コミュニケーションを図るための道具として、種々の設
計やシミュレーションに利用されている。
以下図面を参照しながら、上述した従来の画面表示装
置の一例について説明する。第10図は、従来の画面表示
装置の一例である。第10図において101は視線移動量入
力部、102は視線算出部、103は視線メモリ部、104は形
状変換部、105は画素輝度算出部である。以上のように
構成された画面表示装置について、以下その動作を説明
する。まず、視線移動量入力部101において、ワールド
座標系における視線の移動量として、水平及び鉛直角度
増分(Δθ、Δφ)を入力する。
次に視線算出部102において、視線メモリ部103から読
みだした更新前の視線の角度成分(θ、φ)と角度増分
(Δθ、Δφ)との各成分の和を更新視線の角度成分
(θ+Δθ、φ+Δφ)として視線メモリ部103に格納
する。
更に、形状変換部104において、視線算出部102から得
た更新視線の角度成分と現在の視点の位置に基づいて、
物体の形状データに透視変換などの座標変換を施す。
最後に、画素輝度算出部105において、画面の各面素
の輝度を算出する。
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構成では、視線を更新した
い場合、視線の変位量や方向を視線が定義されている3
次元空間における数値によって指定しなければならない
ので、ユーザが所望しているシーンを表示させるために
用な3次元空間での視線の変位量や方向の算出が困難で
あるという課題と、指定したキーフレームを中割りした
フレームにおける動画表示の際には、視線を予測するこ
とが困難であるという課題を有していた。
本発明は上記課題に鑑み、計算機内に構築した物体形
状モデルを画面上に可視化するためのカメラモデルの視
線を対話的に更新するマンマシンインターフェイスの優
れた画像表示装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の画像表示装置は、
更新視線が更新前の仮想表示画面と交差する点に対応す
る表示画面上の点位置を対話型入力する画面位置入力部
と、前記画面位置入力部から入力した複数の点位置を補
間した表示画面上の補間曲線を求める補間曲線算出部
と、前記補間曲線をサンプリングすることにより表示画
面上の複数のサンプル位置を求めサンプル位置算出部
と、更新前の視線が更新前の仮想表示画面と交差する点
に対応する表示画面上の画面基準位置と前記サンプル位
置算出部で得た表示画面上のサンプル位置との移動量に
対応する仮想表示画面上の3次元空間での変位置から更
新視線を求める視線算出部と、表示対象物体の形状デー
タを前記更新視線により定義される空間に座標変換する
形状変換部とを具備したものである。
作用 本発明は上記した構成により、更新前の視線が更新前
の仮想表示画面と交差する点に対応する表示画面上の画
面基準位置と前記画面位置入力部で入力した表示画面上
の点位置との移動量に対応する仮想表示画面上の3次元
空間での移動量から更新視線を算出することにより、表
示画面上に直接指定した点位置に応じて更新した視線に
従ったシーンを画面表示させることとなる。
また、直接指定した表示画面上の複数の点位置から算
出した補間曲線をサンプリングして複数のサンプリング
位置を算出することにより、表示画面上の複数のサンプ
リング位置に応じて更新した視線に従ったシーンを連続
表示させることとなる。
実 施 例 以下本発明の一実施例の画像表示装置について、図面
を参照しながら説明する。
第1図は本発明の実施例における画像表示装置の構成
図を示すものである。第1図において、11は画面位置入
力部、12は補間曲線算出部、13はサンプル位置算出部、
14は視線算出部、15は形状変換部、16は画素輝度算出部
である。
第2図は第1図視線算出部14の内部構成図を示すもの
である。第2図において、14は視線算出部、22は水平角
度増分算出部、23は鉛直角度成分算出部、24は視線メモ
リ部、25は加算部、26はメモリ更新許可部である。
第3図は、ワールド座標系における視点と仮想表示画
面及び視野角の概念図を示すものである。第3図におい
て、31は長方形、RaRbRcRdで表した仮想表示画面、32は
視点S,33は視野角で∠ASBを表す。点A、点Bはそれぞ
れ辺RaRd、辺RbRcの中点で、▲▼は視点Sと仮想表
示画面RaRbRcRdの距離を表す。
第4図は、ワールド座標系における視線ベクトルの角
度成分の概念図を示すものである。第4図において、41
は視線ベクトルの単位ベクトル▲▼、42は視点S,
43は水平角度成分θ、44は鉛直角度成分φである。視線
ベクトルは−z軸基準y軸周りの水平角度成分θとxz平
面と視線ベクトルがなす鉛直角度成分φを用いて表す。
すなわち▲▼(θ、φ)とPeのワール座標値
(Px,Py,Pz)の間には第1式〜第3式が成立している。
Px=−cosφsinθ [第1式] Py=sinφ [第2式] Pz=cosφcosθ [第3式] 第5図は、表示画面上の座標系を示すものである。第
5図において、51は表示画面で点0は画面の中心であ
る。点0を原点としたu−v座標系を用いて、表示画面
51上の位置PnはPn(Pw、Ph)、原点0に設けた画面基準
位置Pn-1はPn-1(0、0)で表す。H、Wはそれぞれu
−v座標で(0、Ph)、(Pw,0)の位置を表す。
第6図は、ワールド座標系における視点と視線ベクト
ルの概念図を示すものである。第6図において、61は仮
想表示画面、62は視点S、63は更新前の視線ベクトル
で、表示画面51上の画面基準位置Pn-1(0、0)に対応
する仮想表示画面61上の点Pn-1を指し、角度成分を用い
てベクトル▲▼(θn-1、φn-1)で表す。64
は更新視線ベクトルで、表示画面51上の位置Pn(Pw
Ph)に対応する仮想表示画面61上の点Pnを指し、角度成
分を用いてベクトル▲▼(θ、φ)で表す。
ただし、仮想表示画面61を形成する辺RaRd及び辺RbR
cは、ワールド座標系におけるxz平面に平行で、点R、
Qはそれぞれ点H、Pnから、視点Sを含みxz平面に平行
な平面に下ろした垂線の足を表す。
第7図は表示画面上の補間曲線とサンプル位置の概念
図を示すものである。第7図において、71は表示画面、
72は表示画面71上の位置、73は補間曲線、74はサンプル
位置である。
以上のように構成された画像表示装置について、以下
第1図〜第7図を用いてその動作を説明する。
まず画面位置入力部11において、u−v座標で表した
表示画面上の複数の位置72を対話型入力する。
次に補間曲線算出部12において、入力した表示画面上
の複数の位置72の、各々のu座標値を標本点、v座標値
を標本値として求めた3次のスプライン関数を用いてス
プライン補間を施し、表示画面上の補間曲線73を算出す
る。
更にサンプル位置算出部13において、補間曲線算出部
12で算出した補間曲線73上にu座標を等間隔にとった複
数の点を、サンプル位置74として算出し、最終のサンプ
ル位置75を算出する際に、0、1の2値をとる終了フラ
グに1をたてる。次に視線算出部14において、サンプル
位置から視線を得る視線算出方法についてその動作を説
明する。
まず、水平角度増分算出部22において、サンプル位置
算出部13から得た表示画面51上の位置Pn(PwPh)を用い
て、更新ベクトル▲▼の水平角度増分のΔθを第
4式によって算出する。ただし第4式におけるd1は第6
図▲▼を示し、視線メモリ部24から読みだした更新
前の視線ベクトル▲▼(θn-1、φn-1)と視
点62と仮想表示画面61の距離▲▼とを用いて
第5式から得る。
Δθ=tan-1(Pw/d1) [第4式] d1=▲▼cos(φn-1)−Phsin(φn-1)[第
5式] 次に、加算部25において、水平角度増分算出部22で算
出したΔθと視線メモリ部24から読みだした更新前の視
線ベクトル▲▼(θn-1、φn-1)の水平角度
成分θn-1とを加算し、更新ベクトル▲▼の水平
角度成分θを算出する。
更に、鉛直角度成分算出部23において、更新ベクトル
▲▼の鉛直角度成分φを第6式によって算出す
る。ただし第6式におけるd2、d3はそれぞれ第6図sign
(φ)▲▼、▲▼を示し、サンプル位置算出
部13から得た表示画面51上の位置Pn(Pw、Ph)と、水平
角度増分算出部22で得たd1と、視線メモリ部24から読み
だした更新前の視線ベクトル▲▼(θn-1
φn-1)と、視点62と仮想表示画面61の距離▲
▼とを用いて第7式及び第8式から得る。上記のsign
(φ)はφ≧0なら正符号(+)、φ<0なら負符号
(−)を表す。
φ=tan-1(d2/d3) [第6式] d2=▲▼sin(φn-1)+Pncos(φn-1)[第
7式] d3=(d12+Pw 21/2 [第8式] ここで、メモリ更新許可部26において、サンプル位置
算出部13から得た表示画面51上の位置Pn(Pw、Ph)の終
了フラグを参照し、フラグが1の場合のみ、加算部25及
び鉛直角度成分算出部23で算出した更新視線ベクトル▲
▼(θ、φ)を視線メモリ部24に格納する。
以上が視線算出部14における視線算出方法である。
次に、形状変換部16において、視線算出部14で算出し
た更新視線と視点の位置に基づいて、物体の形状データ
に透視変換を施す。
最後に、画素輝度算出部16において、画面の各画素の
輝度を算出する。
以上に示した構成の本実施例の画像表示装置を用いて
視線変更をおこなった際の、表示画面の更新側を第8図
及び第9図に示す。第8図は視線更新前の表示画面、第
9図は視線更新後の表示画面である。
第8図及び第9図において、81、91は表示画面、82は
画面基準位置、83は入力した位置である。本実施例の画
像表示装置は、表示画面81上で直接入力された位置83を
画面基準位置92に表示画面上において地動させた更新画
面91を表示する。
以上のように本実施例によれば、視線算出部14を設け
ることにより、ユーザは所望する画面基準位置を表示画
面上で直接指定するだけで、指定位置に応じた更新視線
に従ったシーンを表示させることができる。また、補間
曲線算出部12及びサンプル位置算出部13を設けることに
より、キーフレームを中割したフレームにおける動画表
示の際には、表示画面上で視線を容易に予測することが
でき、所望する更新視線に従ったシーンを連続表示させ
ることができる。
なお、上記実施例において、画面基準位置を表示画面
の中心に設けたが、表示画面上のいずれの位置に設けて
もよい。
また、上記実施例においては、視点位置と画角(視
界)を固定にした視線の変更を表示画面上で指定した
が、注視点(例えば、視線と形状データの交点)、画
角、及び視点と注視点の距離を固定にした更新視線を求
め画像表示することも可能である。また、第1図補間曲
線算出部12で施される補間方法として3次のスプライン
補間を用いたが、その他の多項式補間及び、有理式や三
角関数を用いたその他の補間方法を用いてもよい。
また、サンプル位置算出部13では、補間曲線上にu座
標を等間隔にとった点をサンプル位置としたが、補間曲
線上のその他の点をサンプル位置としてもよい。
発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明は、表示画面
上の位置から視線を算出するので、ユーザは所望する更
新視線に対応する表示画面上の位置を直接指定するだけ
で、指定位置に応じた更新視線に従ったシーンを画面表
示させることができ、補間曲線算出部及びサンプル位置
算出部を設けることにより、表示画面上の位置を補間し
て表示画面上のサンプル位置を算出するので、キーフレ
ームを中割したフレームにおける動画表示の際には、表
示画面上で視線を容易に予測でき、所望する更新視線に
従ったシーンを連続表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における画像表示処理装置の構
成図、第2図は同実施例における視線ベクトル算出部14
の内部構成図、第3図はワールド座標系における視点と
仮想表示画面及び視野角の概念図、第4図はワールド座
標系における視線ベクトルと角度成分の概念図、第5図
は表示画面上の座標系における位置の概念図、第6図は
ワールド座標系における視点と視線ベクトルの概念図、
第7図は表示画面上の補間曲線とサンプル位置の概念
図、第8図は視線更新前の表示画面を示す図、第9図は
視線更新後の表示画面を示す図、第10図は従来の画像表
示装置の構成図である。 11……画面位置入力部、12……補間曲線算出部、 13……サンプル位置算出部、 14……視線算出部、15……形状変換部、 16……画素輝度算出部、31、61……仮想表示画面、 21……視線算出部、 51、71、81、91……表示画面、 32、42、62……視点、 22……水平角度増分算出部、 23……鉛直角度成分算出部、 25……加算部、26……メモリ更新許可部、 33……視野角、 41……視線ベクトルの単位ベクトル、 43……水平角度成分、44……鉛直角度成分、 63……更新前の視線ベクトル、 64……更新視線ベクトル、 72、82……入力した表示画面上の位置、 73……補間曲線、74……サンプル位置、 75……最終サンプル位置、82、92……画面基準位置、 83……入力した位置、 101……視線移動量入力部、102……視線算出部、 103……視線メモリ部、104……形状変換部、 105……画素輝度算出部。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】更新視線が更新前の仮想表示画面と交差す
    る点に対応する表示画面上の点位置を対話型入力する画
    面位置入力部と、 更新前の視線が更新前の仮想表示画面と交差する点に対
    応する表示画面上の画面基準位置と前記画面位置入力部
    で入力した表示画面上の点位置との移動量に対応する仮
    想表示画面上の3次元空間での変位量から更新視線を求
    める視線算出部と、 表示対象物体の形状データを前記更新視線により定義さ
    れる平面に座標変換する形状変換部とを具備することを
    特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】更新視線が更新前の仮想表示画面と交差す
    る点に対応する表示画面上の点位置を対話型入力する画
    面位置入力部と、 前記画面位置入力部から入力した複数の点位置を補間し
    た表示画面上の補間曲線を求める補間曲線算出部と、 前記補間曲線をサンプリングすることにより表示画面上
    の複数のサンプル位置を求めるサンプル位置算出部と、 更新前の視線が更新前の仮想表示画面と交差する点に対
    応する表示画面上の画面基準位置と前記サンプル位置算
    出部で得た表示画面上のサンプル位置との移動量に対応
    する仮想表示画面上の3次元空間での変位量から更新視
    線を求める視線算出部と、 表示対象物体の形状データを前記更新視線により定義さ
    れる平面に座標変換する形状変換部とを具備することを
    特徴とする画像表示装置。
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