JP3948489B2

JP3948489B2 - 輝度フィルターの作成方法、および仮想空間生成システム

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Publication number: JP3948489B2
Application number: JP2006340406A
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Inventors: 伸之柴野
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Description

本発明は、広視野にわたって映像を投影することで観察者に没入感を与える仮想空間生成システムに関し、より詳細には、仮想空間生成システムの中で使用される映像の輝度を調節するための輝度フィルターの作成方法に関する。

特許文献１には、仮想空間生成システムが開示されている。この仮想空間生成システムは、広視野にわたって映像を曲面スクリーンに投影することで、自分が仮想空間にいるような没入感を観察者に与える。

同時に多数の観察者を仮想空間に没入させるためには、大型のスクリーンが必要となる。特許文献２には、大型スクリーンに映像を投影するための装置が開示されている。この発明では、一つのつなぎ目のない映像を複数の分割映像に分割し、その分割映像を複数のプロジェクタを用いて大型の平面スクリーンに投影している。各分割映像は、分割映像間に隙間を生じないように、隣接する分割映像と部分的に重複しながら平面スクリーンに投影される。分割映像間で重なった重複領域は輝度が高くなるので、スクリーン上で明るく見えてしまう。この問題を解決するために、輝度フィルターが用いられる。輝度フィルターは、各分割映像の重複領域の輝度を分割映像の重なり具合に応じて下げたものである。各分割映像は、この輝度フィルターにより重複領域の輝度が下げられた後に、平面スクリーンに投影される。これにより、重複領域の輝度が非重複領域の輝度と調和したつなぎ目のない結合映像を得ることができる。
特開２００２−１４８７１１号公報特開２００１−３０６０２４号公報

上記発明では、スクリーンが平面スクリーンであるため、プロジェクタから投影された映像は、歪むことなくスクリーン上に投影される。従って、プロジェクタとスクリーンの位置関係やプロジェクタから出る映像の形状などがわかれば、予め各分割映像の重複領域を求め輝度フィルターを作成することは容易である。

しかしながら、スクリーンが曲面スクリーンの場合、曲面スクリーン上の各分割映像は歪んでいるため、各分割映像の重複領域を予め求め、輝度フィルターを作成することは非常に困難であった。

本発明は上記問題点を解決するために為されたものであって、複数のプロジェクタから出た分割映像が、隣接する分割映像と部分的に重複しながら曲面スクリーンに投影され、一つの結合映像を作り出す映像投影システムにおいて用いられる輝度フィルターの作成方法を提供することを目的とする。上記輝度フィルターは、上記分割映像の重複領域の輝度が非重複領域の輝度と調和しつなぎ目のない結合映像が得られるように上記分割映像の輝度を調節する。

本発明にかかる輝度フィルターの作成方法は、以下のステップを含む。
（ａ）曲面スクリーンの形状を反映したスクリーンモデルを作成する。
（ｂ）分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置をそれぞれ設定する。上記投影位置は互いに異なっており、それぞれプロジェクタの位置に一致している。
（ｃ）分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当てる。
（ｄ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置と一致する視点位置を設定する。
（ｅ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める。
（ｆ）上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求める。
（ｇ）上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する。
（ｈ）上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行う。
（ｉ）上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する。
（ｊ）上記分割映像の別の一つに基準映像を割り当て、上記ステップ（ｄ）〜ステップ（ｉ）を繰り返し、各分割映像に対する輝度フィルターを作成する。

本発明の原理を以下に説明する。曲面スクリーンに映像を投影する場合、その映像の投影位置とその映像を見る視点位置とが一致していなければ、曲面スクリーン上の上記映像の形状は歪んでしまう。しかしながら、その映像の投影位置とその映像を見る視点位置とが一致していれば、たとえスクリーンが曲面スクリーン上であっても、スクリーン上の映像は歪まない。例えば、プロジェクタから投影された映像が矩形形状であると、曲面スクリーン上の映像もまた、上記映像の投影位置から見ると、矩形形状となる。

本発明の方法はこの原理を用いる。ある分割映像の輝度フィルターを作成する場合は、まず、その分割映像を基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像として指定する（ステップ（ｃ））。そして、上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置に、視点位置を設定し（ステップ（ｄ））、上記スクリーンモデル上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める（ステップ（ｅ））。ここで、たとえスクリーンが曲面スクリーンであっても、上記２次元基準領域は、視点位置と上記基準映像の投影位置とが一致しているため、歪みがないことに留意する。次に、上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求め（ステップ（ｆ））、上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する（ステップ（ｇ））。そして、上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行い（ステップ（ｈ））、上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する（ステップ（ｉ））。ここで、上記２次元基準領域は歪みのない形状であるので、ステップ（ｈ）の補正結果から、上記基準映像に対する輝度フィルターを容易に作成することができることを忘れてはならない。そして、別の分割映像の輝度フィルターを作成するために、上記別の分割映像に基準映像を割り当て、上記ステップ（ｄ）〜ステップ（ｉ）を繰り返す。

好ましくは、上記方法は、上記２次元基準領域と上記２次元周辺領域とをそれぞれ記憶するフレームバッファを使用する。上記２次元基準領域は、上記フレームバッファ内で個々のアドレスを持った個別要素に分割され、上記２次元周辺領域は、上記フレームバッファ内で個々のアドレスを持った個別要素に分割される。上記ステップ（ｇ）は、上記２次元基準領域のアドレスと、上記２次元周辺領域のアドレスとを比較して、共通のアドレスを持つものとして上記重複領域を規定する。

また、本発明は、仮想空間生成システムも提供する。この仮想空間生成システムは、広視野の曲面スクリーンと、一つのつなぎ目のない映像を、上記曲面スクリーンに投影される複数の分割映像に分割する映像生成モジュールと、上記分割映像を、互いに一部重複させながら、上記曲面スクリーンに投影する複数のプロジェクタとからなる。上記映像生成モジュールは、各分割映像に対して輝度フィルターを備え、上記輝度フィルターは、上記した輝度フィルターの作成方法を用いて作成されている。

好ましくは、上記曲面スクリーンは、水平軸と垂直軸とを備えた凹面形状であり、上記凹面は、上記水平軸と上記垂直軸とに対して曲がっている。具体的には、上記曲面スクリーンは、例えば、球面スクリーン、或いはドーム形スクリーン、平面と曲面とからなる複合スクリーンであることが好ましい。

好ましくは、上記映像生成モジュールは、さらに、歪み補正部を有し、上記歪み補正部は、所定の視点位置から見た上記分割映像の歪みが最小になるように上記分割映像を補正する。

好ましくは、上記仮想空間生成装置は、さらに、上記分割映像の内容を変更する指示を与える入力装置と、上記指示に応答して、上記分割映像の内容を変更する内容変更装置とを備える。

さらに本発明は、上記方法を用いて作成された輝度フィルターを備えたプロジェクタセットも提供する。すなわち、上記プロジェクタセットは、複数の分割映像をスクリーン上に描写される一つの映像に結合する仮想空間生成システムで用いられる。各プロジェクタは、上記分割映像を互いに一部重複させながら、上記曲面スクリーンに投影し、上記分割映像の重複領域の輝度が非重複領域の輝度と調和しつなぎ目のない一つの映像が得られるように上記各分割映像の輝度を調節する個々のフィルターを備えている。そして、上記フィルターは、上記した方法によって作成されている。

また、本発明は、上記輝度フィルターを作成するためのプログラムも提供する。上記プログラムは、以下のモジュールからなる；
（ａ）スクリーンモデル作成モジュール；このモジュールは、曲面スクリーンの形状を反映したスクリーンモデルを作成する。
（ｂ）投影位置設定モジュール；このモジュールは、上記分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置をそれぞれ設定する。上記投影位置は互いに異なっておりそれぞれ上記プロジェクタの位置に一致している。
（ｃ）視点位置設定モジュール；このモジュールは、分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当て、上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置に視点位置を設定する。
（ｄ）基準領域取り込みモジュール；このモジュールは、上記スクリーン上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める。
（ｅ）周辺領域取り込みモジュール；このモジュールは、上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求める。
（ｆ）抽出モジュール；このモジュールは、上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する。
（ｇ）輝度補正モジュール；このモジュールは、上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行う。
（ｈ）輝度フィルター作成モジュール；このモジュールは、上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する。
（ｉ）繰り返しモジュール；このモジュールは、上記分割映像の別の一つを基準映像に順次割り当てながら上記モジュールを繰り返し実行し、各分割映像に対する輝度フィルターを作成する。

なお、一般に、人間が詳細に物を認識できるという有効視野は、水平方向１４０度、垂直方向８５度と言われており、本発明では、水平方向１４０度以上、垂直方向８５度以上の視野を広視野と規定する。

以下、本発明を添付の図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る仮想空間生成システムを示す。この仮想空間生成システムは、広視野にわたって映像を大型の曲面スクリーンに投影することで、自分が仮想空間にいるような没入感を、多数の観察者に同時に与えることができる。この仮想空間生成システムは、例えば、多くの建築家や都市計画者が大型曲面スクリーンに投影されたコンピュータグラフィックをみながら、建築予定の建物や橋などについて議論する都市計画や、宇宙や海底などの映像を投影して観察者が楽しむアミューズメント、火事の避難訓練など、様々な目的に用いられる。

本発明に係る仮想空間生成システムは、図１および図２に示すように、広視野を提供する大型の曲面スクリーン１と、１８台のプロジェクタ２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒ，２Ａ_Ｌ〜２Ｉ_Ｌと、１８台の映像生成装置３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒ，３Ａ_Ｌ〜３Ｉ_Ｌとからなる。映像生成装置全体で、映像生成モジュール３を構成する。

プロジェクタと映像生成装置は、立体映像を表示するために、右目用のグループ（２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒ，３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒ）と左目用のグループ（２Ａ_Ｌ〜２Ｉ_Ｌ，３Ａ_Ｌ〜３Ｉ_Ｌ）に分類される。以下の説明においては、理解を容易にするために、右目用のグループ（２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒ，３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒ）についてのみ説明するが、左目用のグループ（２Ａ_Ｌ〜２Ｉ_Ｌ，３Ａ_Ｌ〜３Ｉ_Ｌ）についても同様に説明できる。

曲面スクリーン１は、下側が水平にカットされた凹面形状の球面スクリーンである。曲面スクリーン１は、内径が８．５ｍ、水平視野角が１８０度、垂直視野角が１５０度で、広視野にわたって映像を表示できる。曲面スクリーン１は、図３に示すように、３×３の領域１ａ〜１ｉに分割され、９つのプロジェクタ２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒによって、それぞれの領域１ａ〜１ｉに分割映像が投影され、一つの結合映像２０を作り出す。

映像生成モジュール３は、一つのつなぎ目のない映像を、曲面スクリーン１に投影される９つの分割映像２０ａ〜２０ｉに分割し、各分割映像に対して後述する補正を行った後に、プロジェクタに出力する。

各映像生成装置３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒは、各プロジェクタ２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒと接続されており、それぞれ、分割映像生成部３０Ａ_Ｒ〜３０Ｉ_Ｒと、歪み補正部３１Ａ_Ｒ〜３１Ｉ_Ｒと、輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒとから構成される。

各分割映像生成部３０Ａ_Ｒ〜３０Ｉ_Ｒは、分割映像２０ａ〜２０ｉのうちの一つを作成する。

各歪み補正部３１Ａ_Ｒ〜３１Ｉ_Ｒは、所定の視点位置から見た時に、上記分割映像の歪みが最小になるように、ソフトウェアを用いて、各分割映像を補正する。

輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒは、曲面スクリーン１上でつなぎ目のない結合映像２０が得られるように各分割映像２０ａ〜２０ｉの輝度を調節するものである。より詳細に述べると、各分割映像２０ａ〜２０ｉは、図４−Ａに示すように、曲面スクリーン１上で隣接する分割映像間に隙間を生じないように、隣接する分割映像と部分的に重複しながら曲面スクリーンに投影される。よって、図４−Ｂに示すように、分割映像間で重なった重複領域αは輝度が高くなり、曲面スクリーン１上で明るく見えてしまう。そこで、各分割映像の重複領域を予め求め、その重複領域の輝度を重複の程度に応じて下げる輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒが用いられる。

各輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒは、後述する作成方法によって映像生成装置３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒ毎に作成され、各分割映像の全ての画素に対して輝度の変更割合を設定している。上記変更割合は、例えば０〜１の間に設定され、値が１はその画素の輝度が変更されないことを意味し、値が０はその画素の輝度が０に変更されることを意味し、値が１から０に近づくにつれてその画素の輝度が下げられる。

輝度フィルターの一つを可視化した一例を図５に示す。この図は、輝度の変更割合が１の画素を白色で描画し、変更割合が０に近づくにつれて濃い黒色で描画している。この例の分割画像は、解像度が１２８０×１０２４ピクセルの矩形形状であり、その全ての画素に対して輝度の変更割合が設定されている。この図５では、分割映像の周縁領域にある画素の輝度は、重複の程度に応じて輝度が下げられ、中央領域にある画素の輝度は、中央領域は重複しないため、変更されていない。

要約すると、分割映像生成手段３０Ａ_Ｒ〜３０Ｉ_Ｒによって作成された分割映像は、まず歪み補正部３１Ａ_Ｒ〜３１Ｉ_Ｒによって、スクリーン上で歪みを生じないように補正され、次に、各輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒによって重複領域の輝度が下げられ、次に、プロジェクタによって曲面スクリーン１に投影される。その結果、つなぎ目のない一つの結合映像２０が曲面スクリーン１上に作り出される。図６−Ａは各輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒの一例であり、図６−Ｂは各輝度フィルターによって重複領域の輝度が下げられた各分割映像２０ａ〜２０ｉの一例であり、図６−Ｃは曲面スクリーン１に作り出された結合映像２０の一例である。

以下に、輝度フィルターの作成方法について詳細に説明する。

各輝度フィルター３２Ａ_Ｒ〜３２Ｉ_Ｒは、プロジェクタとスクリーンの位置関係やプロジェクタ特性などの情報を基に、プログラムによって、予め作成される。一度作成された輝度フィルターは、プロジェクタの位置やスクリーン形状などが変更されない限り、再度作成する必要はない。

図７に、輝度フィルター作成用プログラムの構造を示す。このプログラムは、グラフィカルユーザーインターフェイス１００と、スクリーンモデル作成モジュール１１０と、投影位置設定モジュール１２０と、視点位置設定モジュール１３０と、基準領域取り込みモジュール１４０と、周辺領域取り込みモジュール１５０と、抽出モジュール１６０と、輝度補正モジュール１７０と、輝度フィルター作成モジュール１８０と、繰り返しモジュール１９０と、からなる。

以下に、図８および図９−Ａ〜図９−Ｄを参照しながら、このプログラムについて説明する。はじめに、ユーザーは、グラフィカルユーザーインターフェイス１００を介して、スクリーンパラメータと、全てのプロジェクタのプロジェクタパラメータとを入力する（ステップＳ１，Ｓ２）。スクリーンパラメータは、例えば、スクリーンの曲面形状（例えば、球面スクリーン）や、大きさなどである。プロジェクタパラメータは、例えば、アスペクト比、映像投影画角（例えば、２９度）、位置座標（例えば、（X,Y,Z)＝（0.0,-0.9,10.2）メートル）、回転位置座標（例えば、（Yaw, Pitch, Roll）＝（0.0,13.7,0.0）度）、レンズ位置の水平垂直シフト（例えば、（Horizontal, Vertical）＝（0.0,0.0）割合）などである。

スクリーンモデル作成モジュール１１０は、上記スクリーンパラメータを基に、曲面スクリーンの３次元形状を反映したスクリーンモデル２００を作成する（ステップＳ３）。

投影位置設定モジュール１２０は、上記プロジェクタパラメータを基に、各分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置Pをそれぞれ設定する（ステップＳ4）。上記投影位置は互いに異なっている。

視点位置設定モジュール１３０は、分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当て、上記基準映像の投影位置Pに視点位置Vを設定する（ステップS５）。

基準領域取り込みモジュール１４０は、図９−Ａに示すように、上記基準映像の投影路を模擬したビューフラスタム（視錐台）２１０ａを作成し（ステップＳ６）、上記スクリーンモデル上に描写された上記基準映像を上記視点位置Vから見たときの２次元基準領域２２０ａを求め、フレームバッファに記憶する（ステップＳ７）。

ここで、図９−Ａにおいて、視点位置Ｖと基準映像の投影位置Ｐとが一致しているため、上記２次元基準領域２２０ａは、歪みのない形状であることに留意する。

次に、周辺領域取り込みモジュール１５０は、図９−Ｂに示すように、上記周辺映像のうちの一つの周辺映像の投影路を模擬したビューフラスタム（視錐台）２１０ｂを作成し（ステップＳ８）、上記スクリーンモデル上に描写された上記周辺映像を上記視点位置Vから見たときの２次元周辺領域２２０ｂを求め、フレームバッファに記憶する（ステップＳ９）。なお、図９−Ｂにおいて、上記２次元周辺領域２２０ｂは、視点位置Ｖと周辺映像の投影位置が一致していないため、スクリーンモデル２００上で歪んだ形状となっている。

上記フレームバッファに記憶された上記２次元基準領域２２０ａと２次元周辺領域２２０ｂは、それぞれ上記フレームバッファ内で個々のアドレスを持った個別要素に分割される。抽出モジュール１６０は、上記フレームバッファから上記各個別要素のアドレスを取り出す機能を備えている。この機能を用いて、抽出モジュール１６０は、２次元基準領域２２０ａのアドレスと２次元周辺領域２２０ｂのアドレスとを比較して、共通するアドレスを抽出する（ステップＳ１０）。この抽出されたアドレスを基に、図９−Ｃに示すように、上記２次元基準領域２２０ａと２次元周辺領域２２０ｂとの重複領域αが特定できる。

その後、周辺領域取り込みモジュール１５０が上記基準映像の周囲にある全ての上記周辺映像に対してステップＳ８〜ステップＳ１０を繰り返し（ステップＳ１１）、図９−Ｄの斜線で示すように、上記２次元基準領域２２０ａと２次元周辺領域（図９−Ｄでは、２２０ｂ〜２２０ｆ）間の全ての重複領域αが特定される。

さらに、抽出モジュール１６０は、各個別要素のアドレスの重複の程度も求めることができる。これについて図１０を参照しながら説明する。まず、２次元基準領域２２０ａがフレームバッファに記憶されると、抽出モジュール１６０は、２次元基準領域２２０ａの各アドレスをフレームバッファから取り出し、２次元基準領域２２０ａ内のアドレスとして記憶する。例えば、図１０では、２次元基準領域２２０ａ内の各個別要素ｐ１〜ｐ５のアドレスが、２次元基準領域２２０ａ内のアドレスとして記憶される。次に、ステップＳ８，Ｓ９により、２次元周辺領域のうちの２次元周辺領域２２０ｂが作成されフレームバッファに記憶されると、抽出モジュール１６０は、２次元周辺領域２２０ｂ内の各個別要素（例えば、図１０ではｐ２，ｐ３，ｐ４）の各アドレスをフレームバッファから取り出し、２次元周辺領域２２０ｂ内のアドレスとして記憶する。この時点で、図１０では、２次元周辺領域２２０ｂ内にある各個別要素ｐ２，ｐ３，ｐ４のアドレスは、既に２次元基準領域２２０ａのアドレスとして記憶されているため、各個別要素ｐ２，ｐ３，ｐ４のアドレスは、２次元基準領域２２０ａと２次元周辺領域２２０ｂとの間の重複アドレスとなる。次に、ステップＳ８，Ｓ９が繰り返され、２次元周辺領域のうちの２次元周辺領域２２０ｃが作成されフレームバッファに記憶されると、抽出モジュール１６０は、２次元周辺領域２２０ｃの各個別要素（例えば、図１０ではｐ３，ｐ４，ｐ５）の各アドレスをフレームバッファから取り出し、２次元周辺領域２２０ｃ内のアドレスとして記憶する。この時点で、２次元周辺領域２２０ｃ内にある各個別要素ｐ３，ｐ４のアドレスは、２次元基準領域２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃの３つの領域で重複したアドレスとなり、個別要素ｐ５のアドレスは、２次元基準領域２２０ａ，２２０ｃとで重複したアドレスとなる。同様にして、ステップＳ８，Ｓ９が繰り返され、別の２次元周辺領域２２０ｄが作成されフレームバッファに記憶されると、２次元周辺領域２２０ｄ内にある個別要素ｐ３のアドレスは、２次元基準領域２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄとで重複したアドレスとなる。その結果、各個別要素ｐ１〜ｐ５のアドレスの重複の程度は、以下のようになる。

ｐ１：重複なし。

ｐ２：２重重複。

ｐ３：４重重複。

ｐ４：３重重複。

ｐ５：２重重複。

このように、抽出モジュール１６０は、各個別要素のアドレスの重複の程度も求めることができる。

次に、ステップＳ１２において、輝度補正モジュール１７０が上記２次元基準領域２２０ａの重複領域αに対して、輝度補正を行う。輝度補正は、アドレスの重なり具合に応じて補正され、重なりが多いほど、その輝度が下げられる。基本的には、重複領域の輝度の合計が、重複領域以外の輝度と一致するようにする。例えば、図１０の個別要素ｐ２，ｐ５は、２重の重複のため、重複領域αのうちの個別要素ｐ２，ｐ５に対応する領域の輝度が１／２とされる。同様に、個別要素ｐ３は４重の重複のため、個別要素ｐ３に対応する領域の輝度は１／４とされ、個別要素ｐ４に対応する領域の輝度は、１／３に設定される。ただし、実際には、図１１−Ａ，図１１−Ｂに示すように、重複領域の輝度が緩やかに変化する（換言すれば、重複領域の輝度が急激に変化しない）のが好ましい。

次に、輝度フィルター作成モジュール１８０によって、上記輝度補正の結果に基づいて、上記基準映像に対する輝度フィルターが作成される（ステップＳ１３）。具体的には、上記重複領域に位置している上記基準映像の各画素には、上記輝度補正の結果に基づいて輝度の変更割合が設定され、上記重複領域に位置していない基準映像の各画素には、輝度を変更しないように変更割合が設定される。これにより、各画素に対して輝度の変更割合が設定されたマップが作成される。このマップが、輝度フィルターである。

ここで、上記２次元基準領域２２０ａが歪みのない形状であるため、輝度補正の結果から上記基準映像に対する輝度フィルターが容易に作成できるということを忘れてはならない。もし、上記２次元基準領域２２０ａの形状が歪んでいれば、その歪んだ形状から基準映像に対する輝度フィルターを作成することは、非常に困難である。本発明では、視点位置Ｖを上記基準映像の投影位置Ｐに一致させることで、上記２次元基準領域を歪みの無い形状とし、それによって輝度フィルターの作成を容易にしている。

その後、繰り返しモジュール１９０が、上記分割映像の別の一つを基準映像に順次割り当て、ステップＳ５〜ステップＳ１３を繰り返す。その結果、全ての分割映像に対する輝度フィルターが作成される（ステップＳ１４）。

以上のように、本発明に係る輝度フィルターは、プログラムによって作成されるため、スクリーン形状やプロジェクタの設置位置などの変更に対して非常に柔軟に対応できる。すなわち、スクリーン形状やプロジェクタの設置位置に変更が生じても、使用者は、パラメータを入力してプログラムを実行するだけでよい。

なお、始めに述べたように、全てのプロジェクタ２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒ，２Ａ_Ｌ〜２Ｉ_Ｌと全ての映像生成装置３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒ，３Ａ_Ｌ〜３Ｉ_Ｌは、立体映像を表示するために、右目用のグループ（２Ａ_Ｒ〜２Ｉ_Ｒ，３Ａ_Ｒ〜３Ｉ_Ｒ）と左目用のグループ（２Ａ_Ｌ〜２Ｉ_Ｌ，３Ａ_Ｌ〜３Ｉ_Ｌ）に分類され、各プロジェクタの前面に（或いは、内部に）偏光フィルターが設けられている。偏光フィルターは、右目用のグループから投影される右目用映像、あるいは左目用のグループから投影される左目用映像を、偏光映像に加工する。観察者は、上記偏光映像を結合して立体映像にする偏光メガネを装着することで立体映像をみることができる。

また、立体映像を作成するために、右目用映像と左目用映像とを交互に遮断するシャッターを設けても良い。観察者は、スイッチを備えたメガネを装着することで立体映像を見ることができる。上記メガネは、上記シャッターによって交互に遮断される上記右目用映像と左目用映像と同期して、上記右目用映像は右目用レンズのみを通過させ、上記左目用映像は左目用レンズのみを通過させる。

また、本実施形態の仮想空間生成システムは、方向と速度を入力する入力装置（図示せず）と、シーンコントローラ（図示せず）とを備えている。上記入力装置は、例えば、ジョイスティックやトラックボールである。上記シーンコントローラは、上記入力装置を介して入力された上記方向と速度に応答して、上記曲面スクリーンに描写された上記分割映像のシーンを、上記方向へ上記速度で動かすように、映像生成モジュール３を制御する。これにより、観察者は、映像を見ることはもちろん、スクリーン上のシーンを、例えば、あたかも仮想空間の中を歩いているように、自分で動かすことができる。

また、仮想空間生成システムは、分割映像の内容を変更する指示を与える、マウスのような入力装置と、上記指示に応答して、上記分割映像の内容を変更する内容変更装置とを備えていてもよい。この場合、観察者は、単に映像を見るだけでなく、自分で上記分割映像の内容、例えば分割映像内のある物体の色や形状、を変更することができる。

また、本発明の第１の実施形態に係る曲面スクリーンは、図１に示したような球面スクリーンであったが、図１２−Ａ，図１２−Ｂに示すように、半球形のスクリーンや、平面と曲面とからなる複合スクリーンでもよい。すなわち、本発明に係る曲面スクリーンは、水平軸と垂直軸とを備えた凹面形状であり、上記凹面は、上記水平軸と上記垂直軸とに対して曲がっているのが好ましい。平面スクリーンと比較して、曲面スクリーン１を用いることで少ないスペースでも、広視野角に映像を投影することができる。

また、輝度補正モジュール１７０は、非重複領域の輝度が重複領域の輝度と調和するように、非重複領域の輝度に対して輝度補正を行ってもよい。

また、分割映像生成部が作成する分割映像は、コンピュータグラフィックスに限らず、実写映像でもよい。

また、本実施形態では、図３に示したように上段のプロジェクタ２Ａ_Ｒ〜２Ｃ_Ｒ，２Ａ_L〜２Ｃ_Lがプロジェクタ１の中段の領域１ａ〜１ｃに投影し、中段のプロジェクタ２Ｄ_Ｒ〜２Ｆ_Ｒ，２Ｄ_L〜２Ｆ_Lが上段の領域１ｄ〜１ｆに投影し、さらに、両端のプロジェクタが交差するように映像を投影している。これによって、スクリーンとプロジェクタとの物理的な距離が短くても、プロジェクタからスクリーンまでの投影距離を長くすることができる。

また、本実施形態においては、輝度フィルターは映像生成装置に含まれていたが、別の実施形態においては、図１３に示すように、各プロジェクタに輝度フィルターを設けてもよい。

上記のように、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、添付クレームにおいて限定した以外は、その特定の実施形態に制約されるものではない。

本発明の実施形態１に係る仮想空間生成システムの斜視図である。同上の仮想空間生成システムの構成を示すブロック図である。同上の各プロジェクタの投影路を示した略図である。同上の各分割映像の投影領域を示す図である。同上の重複領域の輝度を説明する図である。同上の一つの輝度フィルターを可視化した図である同上の各分割映像に対する輝度フィルターを示した図である。図６−Ａの輝度フィルターを用いて輝度を変更した各分割映像の図である。同上のスクリーンに投影された結合映像の図である。同上の輝度フィルターを作成するプログラムの構造を示すブロック図である。同上のプログラムの動作を説明するフローチャートである。同上のプログラムの動作を説明する図である。同上のプログラムの動作を説明する図である。同上のプログラムの動作を説明する図である。同上のプログラムの動作を説明する図である。同上のプログラムのある機能を説明する図である。同上の輝度補正の方法を説明する図である。同上の輝度補正の方法を説明する図である。同上の曲面スクリーンの別の形状を示す図である。同上の曲面スクリーンの別の形状を示す図である。本発明の別の実施形態に係る仮想空間生成システムの構成を示すブロック図である。

Claims

輝度フィルターの作成方法であって、上記輝度フィルターは、複数のプロジェクタから出た分割映像が、隣接する分割映像と部分的に重複しながら曲面スクリーンに投影され、一つの結合映像を作り出す映像投影システムにおいて用いられるもので、上記輝度フィルターは、上記分割映像の重複領域の輝度が非重複領域の輝度と調和しつなぎ目のない結合映像が得られるように上記分割映像の輝度を調節するものであって、
上記作成方法は、以下のステップを含む：
（ａ）曲面スクリーンの形状を反映したスクリーンモデルを作成する；
（ｂ）上記分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置をそれぞれ設定する；上記投影位置は互いに異なっておりそれぞれ上記プロジェクタの位置に一致している；
（ｃ）分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当てる；
（ｄ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置と一致する視点位置を設定する；
（ｅ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める；
（ｆ）上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求める；
（ｇ）上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する；
（ｈ）上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行う；
（ｉ）上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する；
（ｊ）上記分割映像の別の一つを基準映像に割り当て、上記ステップ（ｄ）〜ステップ（ｉ）を繰り返し、各分割映像に対する輝度フィルターを作成する。
請求項１に記載の方法において、
上記方法は、上記２次元基準領域と上記２次元周辺領域とをそれぞれ記憶するフレームバッファを使用し、
上記２次元基準領域は、上記フレームバッファ内で個々のアドレスを持った個別要素に分割され、
上記２次元周辺領域は、上記フレームバッファ内で個々のアドレスを持った個別要素に分割され、
上記ステップ（ｇ）は、上記２次元基準領域のアドレスと、上記２次元周辺領域のアドレスとを比較して、共通のアドレスを持つものとして上記重複領域を規定する。
仮想空間生成システムであって、以下の構成を備える：
広視野の曲面スクリーン；
映像生成モジュール；この映像生成モジュールは、一つのつなぎ目のない映像を、曲面スクリーンに投影される複数の分割映像に分割する；
複数のプロジェクタ；このプロジェクタは、上記分割映像を、互いに一部重複させながら、上記曲面スクリーンに投影する；
上記映像生成モジュールは、各分割映像に対して輝度フィルターを備え、上記輝度フィルターは、以下のステップにより作成されている：
（ａ）曲面スクリーンの形状を反映したスクリーンモデルを作成する；
（ｂ）上記分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置をそれぞれ設定する；上記投影位置は互いに異なっておりそれぞれ上記プロジェクタの位置に一致している；
（ｃ）分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当てる；
（ｄ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置と一致する視点位置を設定する；
（ｅ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める；
（ｆ）上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求める；
（ｇ）上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する；
（ｈ）上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行う；
（ｉ）上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する；
（ｊ）上記分割映像の別の一つに基準映像を割り当て、上記ステップ（ｄ）〜ステップ（ｉ）を繰り返し、各分割映像に対する輝度フィルターを作成する。
請求項３に記載の仮想空間生成システムにおいて、
上記曲面スクリーンは、水平軸と垂直軸とを備えた凹面形状であり、上記凹面は、上記水平軸と上記垂直軸とに対して曲がっている。
請求項３に記載の仮想空間生成システムにおいて、
上記映像生成モジュールは、さらに、歪み補正部を有し、上記歪み補正部は、所定の視点位置から見た上記分割映像の歪みが最小になるように上記分割映像を補正する。
請求項３に記載の仮想空間生成システムにおいて、さらに
上記分割映像の内容を変更する指示を与える入力装置と、
上記指示に応答して、上記分割映像の内容を変更する内容変更装置とを備えたことを特徴とする。
プロジェクタセットであって、上記プロジェクタセットは、複数の分割映像をスクリーン上で展開される一つの映像に結合する仮想空間生成システムで用いられるもので、
上記プロジェクタは、上記分割映像を、互いに一部重複させながら、上記曲面スクリーンに投影し、上記分割映像の重複領域の輝度が非重複領域の輝度と調和しつなぎ目のない一つの映像が得られるように上記各分割映像の輝度を調節する個々のフィルターを備えており、
上記フィルターは、以下のステップによって作られる：
（ａ）曲面スクリーンの形状を反映したスクリーンモデルを作成する；
（ｂ）上記分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置をそれぞれ設定する；上記投影位置は互いに異なっておりそれぞれ上記プロジェクタの位置に一致している；
（ｃ）分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当てる；
（ｄ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置と一致する視点位置を設定する；
（ｅ）上記スクリーン上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める；
（ｆ）上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求める；
（ｇ）上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する；
（ｈ）上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行う；
（ｉ）上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する；
（ｊ）上記分割映像の別の一つを基準映像に割り当て、上記ステップ（ｄ）〜ステップ（ｉ）を繰り返し、各分割映像に対する輝度フィルターを作成する。
輝度フィルターの作成プログラムであって、上記輝度フィルターは、複数のプロジェクタから出た分割映像が、隣接する分割映像と部分的に重複しながら曲面スクリーンに投影され、一つの結合映像を作り出す映像投影システムにおいて用いられるもので、上記輝度フィルターは、上記分割映像の重複領域の輝度が非重複領域の輝度と調和しつなぎ目のない結合映像を得るために上記分割映像の輝度を調節するものであって、
上記プログラムは、以下のモジュールからなる：
（ａ）スクリーンモデル作成モジュール；このモジュールは、曲面スクリーンの形状を反映したスクリーンモデルを作成する；
（ｂ）投影位置設定モジュール；このモジュールは、上記分割映像が上記スクリーンモデルに投影される投影位置をそれぞれ設定する；上記投影位置は互いに異なっておりそれぞれ上記プロジェクタの位置に一致している；
（ｃ）視点位置設定モジュール；このモジュールは、分割映像の一つを基準映像に割り当て、その周囲の分割映像をそれぞれ周辺映像に割り当て、上記スクリーン上に描写された上記基準映像が歪みを生じないように、上記基準映像の投影位置に視点位置を設定する；
（ｄ）基準領域取り込みモジュール；このモジュールは、上記スクリーン上に描写された上記基準映像を上記視点位置から見たときの２次元基準領域を求める；
（ｅ）周辺領域取り込みモジュール；このモジュールは、上記スクリーン上に描写された上記周辺映像を上記視点位置から見たときの２次元周辺領域を求める；
（ｆ）抽出モジュール；このモジュールは、上記２次元周辺領域と重なる上記２次元基準領域の重複領域を抽出する；
（ｇ）輝度補正モジュール；このモジュールは、上記２次元基準領域に関して、上記重複領域、或いは上記非重複領域の何れかに対して、輝度補正を行う；
（ｈ）輝度フィルター作成モジュール；このモジュールは、上記輝度補正を実現する輝度フィルターを、上記基準映像に対して作成する；
（ｉ）繰り返しモジュール；このモジュールは、上記分割映像の別の一つを基準映像に順次割り当てながら上記モジュールを繰り返し実行し、各分割映像に対する輝度フィルターを作成する。