JP3338673B2 - 3次元仮想空間共有マルチユーザーシステム - Google Patents
3次元仮想空間共有マルチユーザーシステムInfo
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Description
有マルチユーザーシステムに関し、特に、大規模な3次
元仮想空間の共有しその中で多様な活動を行うことを可
能とするマルチユーザーシステムに関する。
下CGという)で表現された大規模な仮想空間を、複数
のユーザー(マルチユーザー)がネットワークを介して
共有するサービスは、新しいコミュニケーションの形と
して注目されており、いくつかのサービスが提供されて
いる。しかし、それらはいずれもチャット(文字による
会話)を主とした、非常に限定されたコミュニケーショ
ンしかとれないものに留まっている。
行える仮想空間共有サービスが求められる。そのために
は、話をするだけでなく多様な活動ができ、ユーザーの
行動に応じて、刻一刻と周囲の環境やアバター(仮想空
間におけるユーザーの代理人)の状態が動的に変化する
空間であることが必要である。また、サービス提供側か
ら与えられた、万人向けの空間だけでなく、特定の興味
を持つ人達が、自分たちの興味に合わせて作り上げる空
間や、自分一人のためのプライベートな空間を一つのサ
ービスの中で共存させることも求められている。
うなサービスを行うための仮想空間は、複雑で広大な物
理的構造とその状態を記述する多くの情報を持つ、非常
に大規模なものとなる。その一方、サーバーとユーザー
をつなぐ伝送路の能力は限られており、仮想空間の情報
全てを、ユーザーにストレスを与えることなくやり取り
することは事実上不可能である。よって、何らかの形で
伝送する情報を限定する必要がある。
われているが、それは、空間をいくつかの部分に区切
り、ユーザーがそのどの部分にいるかによって伝送する
情報を限定するものである。これでは、本来必要でない
情報(ユーザーの背景にある物体の情報など)まで伝送
されてしまい、サーバーとユーザー間でやり取りできる
有効な情報は、その一部のわずかなものとなってしま
う。その結果、小規模な仮想空間の共有しか実現できな
いため、限られた活動しか行えず、変化の少ない静的な
空間しか表現できないものとなっている。
点から見える部分の情報を選択してサーバーとユーザー
との間で伝送する情報を最適化することにより、大規模
な3次元仮想空間を共有しその中で多様な活動を行うこ
とを可能とするマルチユーザーシステムを提供すること
にある。
めに、本発明に係る3次元仮想空間共有マルチユーザー
システムは、3次元仮想空間通信サービスを行うサーバ
ーに通信回線を介して接続された複数のクライアントの
ユーザーが3次元コンピュータグラフィックスによる3
次元仮想空間を共有する3次元仮想空間共有マルチユー
ザーシステムにおいて、前記サーバーは、各クライアン
トのユーザーからのイベントを処理するイベント管理部
と、前記イベント管理部の処理に応じて空間内のグロー
バルシーンの状態を更新するグローバルシーン管理部
と、クライアント毎にそのユーザーの見ているローカル
シーン内における視点情報に基づきユーザー視域内の複
数のオブジェクトに関しカリング処理を行うカリング部
と、前記カリング処理により残ったオブジェクトに関す
るローカルシーン変化情報を生成し当該クライアントに
伝送するクライアント管理部を含み、前記クライアント
管理部は、所定の更新タイミングにより生成されるシー
ン更新要求に応じて、前記カリング部にクライアントの
オブジェクトIDを送り、前記カリング部は、前記クラ
イアント管理部からクライアントのオブジェクトIDを
受け取ることに応答して、前記グローバルシーン管理部
からそのIDに対応する視点情報、オブジェクト位置、
オブジェクト概形を受け取ることによりカリング処理を
し、その処理によって残ったオブジェクトのID及びオ
ブジェクト位置を前記クライアント管理部に出力し、こ
れにより前記クライアント管理部が前記カリング処理に
より残ったオブジェクトに関するローカルシーン変化情
報を生成し、前記クライアントは、伝送された前記ロー
カルシーン変化情報に基づき更新されるローカルシーン
を描画するシーン描画部を含むことを特徴とする。
あるユーザーが、ある時点で3次元仮想空間をユーザー
自身のディスプレイに描画する場合、グローバルシーン
を管理しているサーバーから受け取るオブジェクトに関
する情報のうちユーザー自身が見ているローカルシーン
の動的な変化情報以外の情報は、ユーザーが見ているロ
ーカルシーンに反映されない情報であり、いわばユーザ
ーに不必要な情報である。言いかえれば、そのユーザー
は、ユーザー自身が見ているローカルシーンの動的な変
化情報をサーバーからリアルタイムに受け取ることさえ
できれば、動的に変化する空間を共有することができる
のである。そこで、所定のカリング処理を行いクライア
ントに伝送する情報をユーザーの視点情報に基づいたロ
ーカルシーン変化情報に限定する。こうすることによ
り、伝送するオブジェクトに関する情報を真にそのユー
ザーに有効な情報に限定し、すなわち最適化し、効率的
な伝送を可能とする。これにより、限られた伝送路の能
力内で多様な情報のやり取りを可能とし、動的に変化す
る3次元仮想空間を共有するマルチユーザーシステムを
提供することができる。
を高速に行うために、描画する必要のない(見えない)
オブジェクトを描画処理以前に取り除く処理として一般
に知られている。本発明では、このカリング処理を、サ
ーバーとユーザー間での伝送情報の制限に利用してお
り、各クライアントのユーザー毎にカリング処理をサー
バー側で行い、ユーザーが必要とする(ユーザーから見
える)オブジェクトに関する情報のみを伝送するように
している。
態を、図面に基づき説明する。
元仮想空間共有マルチユーザーシステムの機能ブロック
図であり、所定の3次元仮想空間通信サービスを行うサ
ーバー1とサービスの提供を受ける複数のクライアント
6−1、6−2、6−3、…を通信回線を介して接続し
たサーバークライアントシステムからなる。なお、説明
及び図示の便宜上クライアントは3つとしているが、本
発明はこれに限定されるものではない。
ユーザーが仮想空間を共有し、その中で多様なコミュニ
ケーションを行うことを可能とするために、サーバー内
のグローバルシーンと各クライアントにおけるローカル
シーンの状態を同期させる(リアルタイムで更新する)
機能と、ユーザーの視点から見える部分の情報だけを選
択してサーバーとユーザーとの間で伝送する情報を制限
(最適化)する機能を持つ。また、ユーザー間のコミュ
ニケーションはユーザー同士のイベントのやり取りとし
て扱われる。
する。
ルチユーザーサーバーを構築する。Shared Stateとは、
各々のユーザーが見ている空間の一貫性を保ち、空間共
有を実現する技術をいい、サーバーはユーザーからのイ
ベントを処理し、それによる空間の状態の変化を全ての
ユーザーに伝えるものである。Shared Stateについて
は、例えば、Yoshiaki Araki,"VSPLUS: A High-Level M
ulti-UserExtension Library For Interactive VRML Wo
rlds", Third Symposium on Virtual Reality Modeling
Language, 1998に記述されているので参照されたい。
イアント6−1、6−2、6−3、…から受け取るクラ
イアントメッセージは以下の情報を含む。・ メッセージを発生したクライアントのID…ユーザー
ID・ メッセージタイプ…移動、発言、アクション・ パラメータ…メッセージタイプによりパラメータの表
す内容は異なる。その関係を以下に示す。
アントからの接続要求、ユーザーID、パスワードを受
け取り、ユーザー管理DB内のレコードと照合する。適
合した場合は接続を受け付け、ユーザー管理DB内の初
期状態設定を元にシーン初期化情報を生成し、クライア
ントに伝送する。このときの接続管理部31の入出力は
次の通りである。
イアントからのクライアントメッセージを受け取り、そ
のメッセージタイプの応じてイベント管理部4の各処理
部に、クライアントのオブジェクトID、ターゲットオ
ブジェクトID、パラメータを受け渡す。ここで、ター
ゲットオブジェクトIDとは、後述するように、アクシ
ョンの対象となるオブジェクトのIDである。また、ロ
ーカルシーン管理部32からシーン変化情報を受け取
り、クライアントに伝送すると共に、シーン更新頻度の
設定及びシーン更新情報の伝送状態からシーンの更新タ
イミングを判断し、ローカルシーン管理部32に対しシ
ーン更新要求を送る。このとき接続管理部31の入出力
は次の通りである。
るカリング部5内のリクエスト管理部51にクライアン
トのオブジェクトIDを送る。その後、リクエスト管理
部51から返ってきたオブジェクトIDを、後述するグ
ローバルシーン管理部2内の更新履歴管理部23に送
り、受け取った状態更新情報と自ら保持する以前のロー
カルシーンの状態とを比較することで状態が変化したオ
ブジェクトを特定する。それらのオブジェクトのIDを
グローバルシーン管理部2内のオブジェクトパラメータ
管理部21に送り、オブジェクトパラメータを受け取
る。このパラメータと後述するカリング部5からのオブ
ジェクト位置を元にシーン変化情報を生成し、接続管理
部31に通知すると共にローカルシーンの状態を更新す
る。ローカルシーン管理部32の入出力は次の通りであ
る。
2、アクション処理部43、及び移動処理部44の4つ
の機能実現部からなる。
管理部21及びオブジェクトジオメトリ管理部22にそ
れぞれオブジェクトIDを送り、オブジェクト位置、オ
ブジェクトパラメータを受け取る。それらの情報が予め
設定された条件を満たしているかどうかをチェックし、
条件が満たされた場合は、自動的にイベントメッセージ
を生成し、イベント管理部4の各イベント処理部に向け
てメッセージを送る。イベント生成部41での入出力は
次の通りである。
オブジェクトのID、発言パラメータを受け取り、発言
パラメータに含まれる発言内容及び制御コードに基づい
て発言オブジェクトのパラメータを変更し、オブジェク
トパラメータ管理部21に通知する。発言処理部42で
の入出力は次の通りである。
オブジェクトID、ターゲットオブジェクトID、アク
ションパラメータを受け取る。アクション定義データベ
ースの中から受け取ったターゲットオブジェクトIDに
対するレコードを選び出し、記述されたアクションの定
義に従いクライアントのオブジェクトID、アクション
パラメータによるターゲットオブジェクトのパラメータ
変化を求め、オブジェクトパラメータ管理部21に通知
する。アクション処理部43の入出力は次の通りであ
る。
ID、移動パラメータを受け取る。グローバルシーン管
理部2内のオブジェクトジオメトリ管理部22にオブジ
ェクトIDを送り、オブジェクト位置を受け取る。この
オブジェクト位置に対して移動パラメータに応じた移動
処理を行い、更新されたオブジェクト位置をオブジェク
トジオメトリ管理部22に返す。移動処理部44の入出
力は次の通りである。
管理部21とオブジェクトジオメトリ管理部22と、更
新履歴管理部23からなる。
ェクトパラメータDBの管理を行う。具体的には、発言
処理部42、アクション処理部43からオブジェクトI
D、パラメータ変化を受け取り、オブジェクトパラメー
タDB内のオブジェクトIDに対応するレコードのパラ
メータ情報を更新し、更新履歴管理部23に情報が更新
されたオブジェクトのIDを知らせる。また、イベント
生成部41、ローカルシーン管理部32からオブジェク
トIDを受け取り、そのIDに対するオブジェクトパラ
メータDB内のレコードを取り出し、オブジェクトパラ
メータを返す。オブジェクトパラメータ管理部21の入
出力は次の通りである。
視点情報、オクルーダ(オクルージョンを生じさせるオ
ブジェクト)情報を管理するオブジェクトジオメトリD
Bの管理を行う。具体的には、つぎの処理を行う。
D、オブジェクト位置を受け取りオブジェクトジオメト
リDB内のオブジェクトIDに対応するレコードの位置
情報を更新し、更新履歴管理部23に情報が更新された
オブジェクトのIDを知らせる。
トIDを受け取り、それに対応するオブジェクト位置を
オブジェクトジオメトリDBから選び出し、イベント生
成部41に返す。
ントのオブジェクトIDを受け取り、対応する視点情報
を返す。
部52からオブジェクトIDを受け取り、対応するオブ
ジェクト位置、オブジェクト概形を渡す。
ンカリング部53からクライアントのオブジェクトID
を受け取り、それに対応する視点情報を選び出す。オブ
ジェクトジオメトリDBに保持されているオクルーダ情
報の中からこの視点情報に合致するレコードを選択し、
オクルージョンカリング部53にオクルーダIDを返
す。
の入出力を整理すると次の通りである。
新履歴DBを管理する。すなわち、オブジェクトジオメ
トリ管理部22やオブジェクトパラメータ管理部21か
ら、情報が更新されたオブジェクトのIDを受け取り、
そのIDに対応するレコードの更新タイムスタンプの履
歴を更新・保持する。また、ローカルシーン管理部32
からオブジェクトIDを受け取り、そのIDに対応する
オブジェクトの状態更新時間を返す。更新履歴管理部2
3の入出力は次の通りである。
タムカリング部52と、オクルージョンカリング部53
からなり、クライアント毎にそのユーザーの見ているロ
ーカルシーン内における視点情報に基づきユーザー視域
内の複数のオブジェクトに関しカリング処理を行う。こ
こでのカリング処理は、ユーザーの視域を仮想空間内に
設定しその範囲に含まれないオブジェクトを描画処理前
に取り除くビューフラスタムカリングと、その処理の結
果に対して手前にあるオブジェクトの陰に隠れて見えな
くなっているオブジェクトを描画処理前に取り除くオク
ルージョンカリングを含む。後者のオクルージョンカリ
ングについては、例えば、Hansong Zhang, "Effective
Occlusion Culling for the Interactive Displayof Ar
bitrary Models", Department of Computer Science, U
NC-Chapel Hill, July 1998に記述されているので参照
されたい。
取り、それに対応する視点情報をオブジェクトジオメト
リ管理部22から取得する。この視点情報をビューフラ
スタムカリング部52に渡し、その結果オクルージョン
カリング部53から戻ってきたオブジェクトIDとオブ
ジェクト位置をローカルシーン管理部32に返す。リク
エスト管理部51の入出力は次の通りである。
ューフラスタム(その視点から見える範囲)を仮想空間
内に設定する。オブジェクトの階層構造を表すシーング
ラフをトラバースしてオブジェクトIDをオブジェクト
ジオメトリ管理部22に送る。オブジェクトジオメトリ
管理部22から受け取ったオブジェクト位置、オブジェ
クト概形を持つオブジェクトがビューフラスタムに含ま
れるかどうかを判定し、含まれると判定されたオブジェ
クトのオブジェクトIDとオブジェクト位置、オブジェ
クト概形、及び視点情報をオクルージョンカリング部5
3に渡す。ビューフラスタムカリング部52の入出力は
次の通りである。
報をオブジェクトジオメトリ管理部22に送りオクルー
ダIDを受け取る。オクルーダIDとビューフラスタム
カリング部52からのオブジェクトIDを比較し、一致
するものについて、そのオブジェクトの陰になる範囲を
オブジェクト位置、オブジェクト概形及び視点情報を元
に求める。この範囲に他のオブジェクトが含まれるかど
うかを判定し、含まれると判定されたオブジェクトを取
り除く。その結果残ったオブジェクトのオブジェクトI
D、オブジェクト位置をローカルシーン管理部32に送
る。オクルージョンカリング部53の入出力は次の通り
である。
理部31はローカルシーン管理部32からシーン変化情
報を受け取りクライアントに伝送する。この際、カリン
グ部5に含まれるビューフラスタムカリングとオクルー
ジョンカリングを経ることにより、シーン変化情報を、
ユーザーから見える部分のローカルシーンについてのみ
のオブジェクトに関する情報に限定しているので、効率
的な伝送が可能となる。
ついて説明する。クライアント6−1は、接続管理部6
1、入力ハンドリング部62、ターゲット判定部63、
視点移動部64、ローカルシーン管理部65、フキダシ
レイアウト部66、及びシーン描画部67を含む。
り、接続が受けつけられた後に送られてくるシーン初期
化情報をローカルシーン管理部65に渡す。新規接続時
の入出力は次の通りである。
ッセージ、ターゲット判定部63からのターゲットオブ
ジェクトIDを元にクライアントメッセージを生成し、
サーバー1に送る。また、サーバーから送られてきたシ
ーン変化情報をローカルシーン管理部65に渡す。通常
時の入出力は次の通りである。
マウス、キーボードからの入力パラメータを受け取る。
入力パラメータから入力のタイプを判定し、それぞれの
タイプに応じた入力イベントメッセージを生成し、接続
管理部61に送る。また、入力タイプがアクションの場
合にはマウスポインタ位置をターゲット判定部63に、
発言の場合は発言パラメータをローカルシーン管理部6
5に、移動の場合は移動パラメータを視点移動部64に
それぞれ送る。ここでの入出力は次の通りである。
位置と視点情報からオブジェクトの画面上での表示位置
を求め、これを入力ハンドリング部62からのマウスポ
インタ位置と比較することで、アクション対象となるオ
ブジェクトを判定し、そのオブジェクトのID(ターゲ
ットオブジェクトID)を接続管理部61に送る。ここ
での入出力は次の通りである。
を元に、ローカルシーン管理部65からの視点情報に対
し移動処理を行い、新たな視点情報をローカルシーン管
理部65に返す。ここでの入出力は次の通りである。
カルシーンDBを管理する。接続管理部61からシーン
変化情報、入力ハンドリング部62からの発言パラメー
タ、視点移動部64からの視点情報を元にローカルシー
ンDB内のオブジェクトの情報を更新する。次いで、ロ
ーカルシーンDBから各オブジェクトの情報を取り出
し、ターゲット判定部63に視点情報、オブジェクトI
D、オブジェクト位置を、後述するフキダシレイアウト
部66にオブジェクト位置と発言パラメータを、そして
やはり後述するシーン描画部67にオブジェクト形状情
報をそれぞれ送る。ここでの入出力は以下の通りであ
る。
ザーの発言パラメータと各ユーザーアバターのオブジェ
クト位置を受け取り、それらを表示するためのフキダシ
を、見やすくかつ誰が何を話しているのか分かるよう、
画面の中で適切にレイアウトする。このフキダシレイア
ウトを後述するシーン描画部67に渡す。ここでの入出
力は次の通りである。
受け取り、それを元にローカルシーン画像を生成する。
また、フキダシレイアウト部66からのフキダシレイア
ウト情報を元にフキダシ画像を生成し、ローカルシーン
画像に重ねる。こうして生成された出力画像をディスプ
レイに表示する。ここでの入出力は次の通りである。
取るシーン変化情報は、1.サーバーの機能の項で説明
したように、ユーザーから見える部分のローカルシーン
についてのみのオブジェクトに関する情報に限定されて
いる。しかしながら、クライアントは、ユーザーが見て
いる仮想空間の状態情報を保持するローカルシーンDB
を管理するローカルシーン管理部65を有しているの
で、そこから描画に必要なオブジェクト形状情報を受け
取ることで、動的な空間をディスプレイに表示すること
ができる。
ルチユーザーシステムにおいて、サーバーとクライアン
ト間で伝送するローカルシーン変化情報の制限は、サー
バーによるカリング処理に加えて、ユーザーの視点から
オブジェクトまでの距離に応じて伝送する情報を増減さ
せる処理を行うようにしてもよい。ユーザーの視点から
遠いオブジェクトほど、そのオブジェクトに関する詳細
な情報は、動的な空間を描画する上で必要性が低くなる
からである。
リゴンやオブジェクトのパーツの単位として)行うと、
伝送すべきオブジェクトに関する情報の精度は向上する
が、サーバーの負荷が増大する。逆に、低い精度(オブ
ジェクトのグループ単位)のカリングを行った場合は、
余分な情報を伝送してしまったり、表示される画像の品
質が低下したりといった状況が生じる場合がある。そこ
で、システムの望ましい仕様に応じてカリングを行う単
位を適切に設定する。
取りにより仮想空間が更新される頻度と、伝送できる空
間情報の多様性とはトレードオフの関係にある。そこ
で、ユーザーに不快感を与えずにより多様な情報を伝送
するための更新頻度を適正に設定する。
ルチユーザーシステムは、通常のUNIXをプラットフ
ォームとするサーバーとMicrosoft Windows(マイクロ
ソフト社の商標)をプラットフォームとするパーソナル
コンピュータとを通信回線で接続したコンピュータネッ
トワークにより実現でき、TCP/IPプロトコルのネ
ットワークであるインターネットでも容易に実現可能で
ある。
されるものではなく、特許請求の範囲に記載した技術思
想の範囲内において種々の変更が可能なのはいうまでも
ない。
元仮想空間共有マルチユーザーシステムによれば、伝送
するオブジェクトに関する情報を真に各ユーザーに有効
な情報に限定し、すなわち最適化し、効率的な伝送を可
能とする。これにより、限られた伝送路の能力内で多様
な情報のやり取りを可能とし、動的に変化する3次元仮
想空間を共有するマルチユーザーシステムを提供するこ
とができることから、産業界に与える意義は極めて大で
ある。
有マルチユーザーシステムの機能ブロック図。
Claims (2)
- 【請求項1】 3次元仮想空間通信サービスを行うサー
バーに通信回線を介して接続された複数のクライアント
のユーザーが3次元コンピュータグラフィックスによる
3次元仮想空間を共有する3次元仮想空間共有マルチユ
ーザーシステムにおいて、前記サーバーは、 各クライアントのユーザーからのイベントを処理するイ
ベント管理部と、 前記イベント管理部の処理に応じて空間内のグローバル
シーンの状態を更新するグローバルシーン管理部と、 クライアント毎にそのユーザーの見ているローカルシー
ン内における視点情報に基づきユーザー視域内の複数の
オブジェクトに関しカリング処理を行うカリング部と、 前記カリング処理により残ったオブジェクトに関するロ
ーカルシーン変化情報を生成し当該クライアントに伝送
するクライアント管理部を含み、 前記クライアント管理部は、所定の更新タイミングによ
り生成されるシーン更新要求に応じて、前記カリング部
にクライアントのオブジェクトIDを送り、 前記カリング部は、前記クライアント管理部からクライ
アントのオブジェクトIDを受け取ることに応答して、
前記グローバルシーン管理部からそのIDに対応する視
点情報、オブジェクト位置、オブジェクト概形を受け取
ることによりカリング処理をし、その処理によって残っ
たオブジェクトのID及びオブジェクト位置を前記クラ
イアント管理部に出力し、これにより前記クライアント
管理部が前記カリング処理により残ったオブジェクトに
関するローカルシーン変化情報を生成し、 前記クライアントは、伝送された前記ローカルシーン変
化情報に基づき更新されるローカルシーンを描画するシ
ーン描画部を含む ことを特徴とする3次元仮想空間共有
マルチユーザーシステム。 - 【請求項2】 前記カリング処理は、ユーザーの視域を
仮想空間内に設定しその範囲に含まれないオブジェクト
を描画処理前に取り除くビューフラスタムカリング処理
と、その処理の結果に対して手前にあるオブジェクトの
陰に隠れて見えなくなっているオブジェクトを描画処理
前に取り除くオクルージョンカリング処理とからなるこ
とを特徴とする請求項第1項記載の3次元仮想空間共有
マルチユーザーシステム。
Priority Applications (1)
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JP25253199A JP3338673B2 (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 3次元仮想空間共有マルチユーザーシステム |
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