JPH10240108A - 計算機ホログラム表示方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人の視覚特性を利用し、少ない計算量で高精
細、高臨場感のある立体映像表示を実現する計算機ホロ
グラムの表示方法および装置を提供する。 【解決手段】 表示対象全体を複数の解像度レベルで記
述し、粗い解像度表示時のホログラムの干渉縞を計算
（ステップ１０１）し記憶する（ステップ１０２）。次
に観察者の視線検出を行い、人間の視覚識別能力の高い
視線上の物体を検出（ステップ１０３）し、その高解像
度表示時の干渉縞を計算する（ステップ１０４、１０
５）。この再計算した干渉縞と既計算した干渉縞とを合
成（ステップ１０６）して表示する（ステップ１０
７）。高解像度の干渉縞の計算量は、表示対象空間が大
なほど膨大になるが、視線上の対象物による干渉縞の計
算量は、視域に対応した空間のみなので大幅に少なくな
る。またステップ１０４では、対象物までの距離に合わ
せて計算範囲を限定することで更に計算量が削減でき
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、計算機により生成
した干渉縞をホログラムとしてディスプレイに表示し、
三次元映像（画像）として表示するための、計算機ホロ
グラム表示技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計算機ホログラムを表示する手段とし
て、高解像度プリンタ、液晶、音響素子等を用いた手法
が提案されている。この中で、プリンタを利用した手法
は、大画面化が容易であるが、生成から表示までに時間
がかかるため、高速書き換え、さらには動画の表示がで
きない。

【０００３】一方、液晶・音響素子を使った手法は、動
画表示まで可能な表示手段として使われている。これら
の表示デバイスの表示面積自身は、極めて小さいが、観
察される像の大きさは、大きくとることが出来る。なぜ
ならば、ホログラムでは、干渉縞表示画面サイズは投影
画像のサイズと同一ではない。これは、ホログラムが、
それを透過した光の干渉の結果によって空間に像を形成
するためである。つまり、図４に示すように、ホログラ
ム面４２の奥（眼４３とは反対の側）の表示空間４１に
像が生成されるため（ホログラムは、一つの小さな窓と
考えることができる）、ホログラムの画面が小さくと
も、再現される空間は大きなものが再生できる。このよ
うな特性から、従来のヘッドマウントディスプレイなど
を利用することで、小さな画面であっても、従来の立体
視以上の立体的臨場感のある映像（空間）を創り出すこ
とが出来ると考えられる。

【０００４】しかし、ホログラムは、高解像度の干渉縞
を表示するため、表示画面が小さくても、従来のＨＤＴ
Ｖ等の高精細表示装置以上の膨大な画素数を処理する必
要がある。そのため、表示画素数の増加に伴い増大する
データ量の低減が大きな課題となっている。このよう
な、課題を解決する一つの手法として、従来の２次元大
画面表示装置の手法である視線検出による、注視点のみ
を高解像度に表示する視線追従型の手法が考えられる。

【０００５】この視線追従型の手法とは、次のようなも
のである。図５に示すように、瞳の大きさをＡ、瞳から
表示デバイスまでの距離をｄ、物体Ｐまでの距離をｚと
する。このとき、物体Ｐを観察しているときに瞳に入っ
てくる像の大きさは、表示画面上では、図５のＳ≦Ａの
部分だけである。つまり、ｄはほぼ一定と考えれば、Ｓ
もほぼ一定となり、視線に応じた領域Ｓ近傍の部分のみ
を高精細に表示すれば、常に見ている部分が高精細に表
示され、大画面でかつ高精細な画像を少ない計算量で表
示し、臨場感を得ることが可能となる。つまり、画像を
生成するための計算量は、小さな表示空間を対象とした
ときの計算量でよく、しかも視覚的には大画面表示が実
現できる手法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の視線追従型の手
法は、従来の投影像を表示する手法で有れば、視線の範
囲内のＳの領域のみを高解像度にすればよかった。しか
し、ホログラムの場合、ホログラム面の特定領域で一つ
の像を生成するのではなく、ホログラム面からの光の回
折の統合によって、像を生成している。つまり、前述の
Ｓの領域だけの干渉縞を計算して、更新したとしても、
表示対象物を高解像度にすることができない。また、表
示対象物が複雑、高精細になるにつれ、干渉縞を計算す
るための物体数（点光源の集合と考えるならば、点光源
の数）が増大し、膨大な計算が必要とされる。

【０００７】本発明は、上述のような従来の欠点に鑑み
てなされたもので、人の視覚特性を利用し、少ない計算
量で高精細、高臨場感のある立体映像表示を実現する計
算機ホログラムの表示方法および装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
の方法として、計算機に保持されている三次元物体のホ
ログラムを光の干渉縞として計算して求め前記干渉縞を
表示することで対象物のホログラムを表示する計算機ホ
ログラム表示方法において、表示対象物を複数の記述レ
ベルに分け、前記分けられた対象物の中で粗い記述レベ
ルのデータを用いた干渉縞を生成した後、観察者の視線
上に存在する対象物の詳細な記述レベルのデータを用い
て新たに干渉縞を計算し、前記生成された粗い記述レベ
ルのデータの干渉縞と前記新たに計算した詳細な記述レ
ベルのデータの干渉縞を合成して表示することを特徴と
する。

【０００９】また、上記目的を達成するための装置とし
て、物体からの光の干渉として求めた干渉縞をホログラ
ムとして表示する計算機ホログラム表示装置において、
表示対象物のデータを複数の記述レベルに分けて管理す
る手段と、観察者の視線を検出する手段と、前記管理さ
れている表示対象物のデータの中で粗い記述レベルのデ
ータを用いた干渉縞を生成した後、前記検出された観察
者の視線上に存在する前記管理されている表示対象物の
詳細な記述レベルのデータを用いて新たに干渉縞を計算
する手段と、前記計算された粗い記述レベルのデータの
干渉縞を記憶する手段と、前記記憶された粗い記述レベ
ルのデータの干渉縞と前記新たに計算した詳細な記述レ
ベルのデータの干渉縞を合成する手段と、前記合成され
た干渉縞を表示する手段と、を具備することを特徴とす
る。

【００１０】本発明では、表示対象物全体を、複数の解
像度レベルで記述し、粗い解像度で表示したときの、ホ
ログラム面上での干渉縞を計算し、表示する。そして、
ホログラム表示する際に、観察者の視線検出を同時に行
い、視線の動きに合わせて、視線上に存在する物体を検
出する。検出された対象物について、高解像度で表示し
たときの干渉縞を計算する。そして、再計算した干渉縞
と既表示干渉縞とを合成して表示する。

【００１１】ホログラムパターンの計算は、表示対象空
間が大きくなるほど膨大な計算量が必要とされるが、ホ
ログラムの変更（演算）は、表示空間全域が対象ではな
く、視域に対応した空間のみを対象とすることで、大幅
に演算量を少なくすることができる。さらに、対象物ま
での距離に合わせて、干渉縞の計算範囲を限定すること
で、さらに計算量を削減することが可能となる。

【００１２】人間の視覚識別能力は、注視点が高精細／
高感度で、周辺部分は感度が低い。そのため、本発明で
は、注視点に結像する像のみを高精細にし、他の領域
は、少しぼけたような像ができるが、これは、視覚特性
に合った像であるため、視覚的には遺和感のない像を表
示でき、しかも、表示のための干渉縞計算量を低減する
ことが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施形
態例を詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の方法での一実施形態例を
説明するフローチャートである。この実施形態例におい
ては、ホログラム表示システムは、図２のブロック図に
示すように、干渉縞表示手段２１、干渉縞合成手段２
２、視線検出手段２３、干渉縞計算手段２４、干渉縞記
億手段２５、表示する三次元対象物を管理する表示対象
物管理手段２６とで構成されるものとする。また、表示
される物体は、予め計算機の中に三次元モデル（例え
ば、点光源の集合）として生成されているものを用いる
ことにする。

【００１５】まず、最初に、表示対象物全体を、例えば
２つの解像度レベル（粗い解像度、高解像度の２段階）
で記述し、粗い解像度で表示したときの、ホログラム面
上での干渉縞、即ち、大まかな像として干渉縞を干渉縞
計算手段２５により生成する（ステップ１０１）。ここ
では、表示画面（ホログラム面）全体で干渉縞を計算す
る。計算された干渉縞は、干渉縞記憶手段２４に記憶さ
れる（ステップ１０２）。

【００１６】次に、視線検出手段２３で検出された観察
者の視線の位置に存在する物体までの距離を求め、視線
上に存在する対象物を抽出する（ステップ１０３）。

【００１７】次に、表示画面が大きい場合は、物体まで
の距離に応じて、干渉縞を計算すべき範囲を設定する
（ステップ１０４）。例えば、計算を容易にするため、
一辺の長さ２Ｒの正方形を計算領域とし、更に、このＲ
を物体までの距離ｚに比例する量として設定することが
できる。この範囲の設定の仕方は、本例に特定されるも
のではなく、表示対象により、設定方法を変えることも
考えられる。また、この範囲を決める形状についても、
例えば、円、長方形など、様々な形状が考えられ、特定
されるわけではない。また、全ての物体について同一で
ある必要はなく、物体の位置、配置、形状、光源の種類
などに応じて、計算領域の形状を可変にすることもでき
る。

【００１８】次に、物体毎の計算範囲に応じて、対象と
なる物体から来る光の波面を、高解像度レベルで記述さ
れたデータを用いて高解像度で表示したときの干渉縞と
して計算する（ステップ１０５）。

【００１９】ここで、ヘッドマウントディスプレイのよ
うに表示画面面積が小さい場合は、物体の位置に応じて
範囲を限定しても、限定範囲が表示画面より大きい場合
もあり、このような場合は計算領域を限定しなくてもよ
い。つまり、上記ステップ１０４は省略され、計算範囲
は、表示画面と等価の範囲を用いることになる。

【００２０】次に、先に作成し、表示している大まかな
像の干渉縞に新たに作成した干渉縞を干渉縞合成手段２
２で合成する（ステップ１０６）。合成の方法として
は、例えば、複素振幅値として、干渉縞のデータを保存
しておき、複素数演算を行って、干渉縞の合成演算を行
う。

【００２１】そして、この複素振幅の実数部のみを取り
出して表示手段２１に干渉縞を送る。（ステップ１０
７） 以後、視線の変化に応じて、上記ステップを繰り返す
（ステップ１０８）。

【００２２】次に、上述のような特徴部分を有する本発
明動画ホログラム表示装置の動作について図２、図３に
より説明する。

【００２３】図２で示した視線検出手段２３並びに干渉
縞表示手段２１は、図３に示すように、例えば、ヘッド
マウントディスプレイの様な一体構成になっている装置
を例として説明する。３２、３３は視線検出装置であ
り、３４の干渉縞表示部に取り付けられている。３５
は、ホログラム表示画面であり、３１の瞳から対象物を
観察するとき、３６に相当する部分が、高精細な干渉縞
を計算する領域を示している。

【００２４】最初に、図２で示した表示対象物管理手段
２６では、表示対象空間を粗い記述データと高精細な記
述データの２つで記述し、管理している。まず粗い記述
データを元に、干渉縞計算手段２４において画面全体の
干渉縞が作成される。この干渉縞は干渉縞記億手段２５
に記憶される。

【００２５】視線検出手段２３で、視線の変化を検出す
ると、表示対象物管理手段２６では、検出された視線に
沿った表示対象空間を求め、表示対象空間内に存在する
物体を視域に含まれる対象物として検出する。なお、物
体の検出方法としては、ｚバッファを使って、視線上で
最初に交差した物体を検出する方法、あるいは、３次元
マトリックスに物体の有無情報を管理し、視線と物体の
交差したマトリックス要素を求めるなど、様々な手法が
あり、視線上の物体検出方法は本実施形態例によって特
定されない。

【００２６】検出された対象物に関して、高精細な記述
モデルを表示対象物管理手段２６より呼び出し、取り出
された高精細記述データによる干渉縞を干渉縞計算手段
２４において計算する。

【００２７】計算した干渉縞は、干渉縞合成手段２２に
おいて、すでに保持している粗い記述の干渉縞を干渉縞
記憶手段２５より呼び出し、新たに計算した干渉縞と合
成し、新しい干渉縞を生成する。

【００２８】新しい干渉縞は、表示手段２１に送出さ
れ、ホログラムとして表示されることになる。

【００２９】後は、視線の変化に応じて、上記プロセス
が繰り返される。

【００３０】上述のような処理形態をとれば、干渉縞の
計算量が軽減でき、しかも高精細なホログラムとしての
表示により、臨場感のある（表示空間の大きな）よりリ
アルな表示が実現できる。

【００３１】なお、上記実施形態例は、点光源のモデル
を用いて説明したが、粗い記述のモデルと高精細モデル
といった複数のタイプの記述モデルを有していれば、本
発明は適用可能であって、ポリゴンモデルなどの適用も
可能であり、モデルの形態は限定されない。また、記述
のレベルについても、本実施形態例では、２つの記述レ
ベルを用いたが、ホログラム面までの距離に応じて複数
の記述レベルを持たせることも可能であり、本実施形態
例に限定されない。

【００３２】また、本実施形態例では、ヘッドマウント
ディスプレイを用いて説明したが、視線検出と同期した
画面切り替え表示ができれば、本発明の適用は可能であ
る。例えば、大画面表示ディスプレイに、複数視線検出
装置を設け、各視線に対応した複数の部分を高精細にす
ることも考えられ、表示装置の形態は本実施形態例に限
定されない。

【００３３】また、本実施形態例では、動画ということ
に触れていないが、上記プロセスの繰り返しにおいて、
視線検出のみならず、動画表示を高速に行なうことも可
能となる。例えば、対象物が移動した場合、その移動対
象物に関して、ホログラムの（例えば中心）と物体とを
結んだ直線を考え、この直線を先の視線と同様の考え
で、干渉縞の再計算処理、合成処理を行なうことで、動
画表示が可能となる。また、画面を見ている人間の頭の
位置、傾きを検出し、その変化に応じて表示すべき干渉
縞を再計算／表示することで、より臨場感のある映像を
提供することも可能である。つまり、表示画像が、静止
画であるか動画であるかは限定されず、しかも画面を見
ている人の頭の位置を特定するなどの限定はされない。

【００３４】また、表示対象物の位置に応じて、干渉縞
の計算範囲を限定することで、距離に応じて計算量を大
幅に削減することも可能となる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、表
示対象空間が大きいとしても、人間の視覚特性を利用し
て表示のための干渉縞計算対象空間が限定されるため、
少ない計算量で、より高精細なホログラム表示が可能と
なる。また、再計算対象領域を限定することで、より大
画面の表示装置を使ったとしても、計算量は、初期の粗
い解像度の計算量が増加するだけであり、視覚としても
っとも感度のある部分が見る領域の空間のサイズは、あ
まり変化せず、小画面と同等の計算量でホログラム表示
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明での方法の一実施形態例を示すフローチ
ャートである。

【図２】本発明の装置での一実施形態例を示すブロック
図である。

【図３】本発明の装置での一実施形態例の動作を説明す
るための図である。

【図４】ホログラムでの表示空間を説明する図である。

【図５】従来の視線追跡型画面表示の仕組みを説明する
図である。

【符号の説明】

２１…干渉縞表示手段 ２２…干渉縞合成手段 ２３…視線検出手段 ２４…干渉縞計算手段 ２５…干渉縞記憶手段 ２６…表示対象物管理手段 ３１…瞳 ３２、３３…視線検出装置 ３４…干渉縞表示部 ３５…ホログラム表示画面 ３６…瞳から対象物を観察するとき高精細な干渉縞を計
算する領域

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計算機に保持されている三次元物体のホ
   ログラムを光の干渉縞として計算して求め前記干渉縞を
   表示することで対象物のホログラムを表示する計算機ホ
   ログラム表示方法において、 表示対象物を複数の記述レベルに分け、 前記分けられた対象物の中で粗い記述レベルのデータを
   用いた干渉縞を生成した後、 観察者の視線上に存在する対象物の詳細な記述レベルの
   データを用いて新たに干渉縞を計算し、 前記生成された粗い記述レベルのデータの干渉縞と前記
   新たに計算した詳細な記述レベルのデータの干渉縞を合
   成して表示する、 ことを特徴とする計算機ホログラム表示方法。
2. 【請求項２】 物体からの光の干渉として求めた干渉縞
   をホログラムとして表示する計算機ホログラム表示装置
   において、 表示対象物のデータを複数の記述レベルに分けて管理す
   る手段と、 観察者の視線を検出する手段と、 前記管理されている表示対象物のデータの中で粗い記述
   レベルのデータを用いた干渉縞を生成した後、前記検出
   された観察者の視線上に存在する前記管理されている表
   示対象物の詳細な記述レベルのデータを用いて新たに干
   渉縞を計算する手段と、 前記計算された粗い記述レベルのデータの干渉縞を記憶
   する手段と、 前記記憶された粗い記述レベルのデータの干渉縞と前記
   新たに計算した詳細な記述レベルのデータの干渉縞を合
   成する手段と、 前記合成された干渉縞を表示する手段と、 を具備することを特徴とする計算機ホログラム表示装
   置。