JPH11120384A - 入力装置 - Google Patents
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- JPH11120384A JPH11120384A JP28502897A JP28502897A JPH11120384A JP H11120384 A JPH11120384 A JP H11120384A JP 28502897 A JP28502897 A JP 28502897A JP 28502897 A JP28502897 A JP 28502897A JP H11120384 A JPH11120384 A JP H11120384A
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
- G06F3/0481—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] based on specific properties of the displayed interaction object or a metaphor-based environment, e.g. interaction with desktop elements like windows or icons, or assisted by a cursor's changing behaviour or appearance
- G06F3/04815—Interaction with a metaphor-based environment or interaction object displayed as three-dimensional, e.g. changing the user viewpoint with respect to the environment or object
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
- G06T19/20—Editing of 3D images, e.g. changing shapes or colours, aligning objects or positioning parts
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2219/00—Indexing scheme for manipulating 3D models or images for computer graphics
- G06T2219/20—Indexing scheme for editing of 3D models
- G06T2219/2016—Rotation, translation, scaling
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３次元空間内に存在する操作対象物体に対す
る操作指示を、２次元平面に構成される操作画面上か
ら、簡単に効率よく操作入力する。 【解決手段】 操作入力手段１からの操作量１Ａに基づ
いて、その操作入力に対応する３次元座標変換のための
変換行列２Ａを変換行列発生手段２で求め、平面カーソ
ル射影手段４により、この変換行列２Ａに基づいて平面
カーソル発生手段３からの平面カーソル形状３Ａを３次
元座標変換して平面カーソル図形４Ａに変形する。また
２次元画像変形手段６により、変換行列２Ａに基づいて
２次元画像入力手段５からの環境映像５Ａを３次元座標
変換して内部図形６Ａに変形し、画面合成手段７によ
り、これらを合成して操作画面表示手段８の操作画面８
Ａに表示する。
る操作指示を、２次元平面に構成される操作画面上か
ら、簡単に効率よく操作入力する。 【解決手段】 操作入力手段１からの操作量１Ａに基づ
いて、その操作入力に対応する３次元座標変換のための
変換行列２Ａを変換行列発生手段２で求め、平面カーソ
ル射影手段４により、この変換行列２Ａに基づいて平面
カーソル発生手段３からの平面カーソル形状３Ａを３次
元座標変換して平面カーソル図形４Ａに変形する。また
２次元画像変形手段６により、変換行列２Ａに基づいて
２次元画像入力手段５からの環境映像５Ａを３次元座標
変換して内部図形６Ａに変形し、画面合成手段７によ
り、これらを合成して操作画面表示手段８の操作画面８
Ａに表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力装置に関し、
特に３次元空間内にある操作対象物体に対する移動ある
いは回転などの操作指示を、２次元平面に表示されてい
る操作画面上から入力する入力装置に関するものであ
る。
特に３次元空間内にある操作対象物体に対する移動ある
いは回転などの操作指示を、２次元平面に表示されてい
る操作画面上から入力する入力装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ロボットなど３次元空間で動作する装置
は、３次元空間内でＸ，Ｙ，Ｚ、３軸方向の平行移動
と、Ｘ，Ｙ，Ｚ、各軸回りの回転、の合計６自由度の動
作指令を必要とする。従来、このように３次元空間内に
あるロボットなどの操作対象物体に対する移動や回転動
作の操作指示を、２次元平面に表示されている操作画面
上から入力する入力装置として、３次元ＣＡＤの入力装
置では、各軸ごとに回転つまみを設け、合計６つのつま
みで操作量を入力するものとなっていた。
は、３次元空間内でＸ，Ｙ，Ｚ、３軸方向の平行移動
と、Ｘ，Ｙ，Ｚ、各軸回りの回転、の合計６自由度の動
作指令を必要とする。従来、このように３次元空間内に
あるロボットなどの操作対象物体に対する移動や回転動
作の操作指示を、２次元平面に表示されている操作画面
上から入力する入力装置として、３次元ＣＡＤの入力装
置では、各軸ごとに回転つまみを設け、合計６つのつま
みで操作量を入力するものとなっていた。
【０００３】また、通信ネットワークを通したロボット
遠隔操作を用いた入力装置として、平行移動と回転移動
とを分別し、それぞれに操作ボタンを入力画面上に表示
し、マウスなどにより移動操作するものもあった。ま
た、３次元ＣＡＤシステムで用いられる入力装置とし
て、ボタンによりＸ，Ｙ，Ｚ軸からいずれか複数を選択
し、または予め設定される移動量の比を指定することに
より、２次元平面上を動くカーソルの移動方向を３次元
座標軸で表される方向に対応させるものが提案されてい
る（例えば、特開平８−１２３８４１号公報など参
照）。
遠隔操作を用いた入力装置として、平行移動と回転移動
とを分別し、それぞれに操作ボタンを入力画面上に表示
し、マウスなどにより移動操作するものもあった。ま
た、３次元ＣＡＤシステムで用いられる入力装置とし
て、ボタンによりＸ，Ｙ，Ｚ軸からいずれか複数を選択
し、または予め設定される移動量の比を指定することに
より、２次元平面上を動くカーソルの移動方向を３次元
座標軸で表される方向に対応させるものが提案されてい
る（例えば、特開平８−１２３８４１号公報など参
照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の入力装置では、第１の入力装置によれば、片
手で操作する場合には、一度に複数の軸方向への移動を
組み合わせる複雑な移動の操作は困難であった。また、
第２の入力装置によれば、図１５に示すように、表示装
置５０上に操作ボタン５１と操作画面５２が表示されて
おり、構成は簡便であるが移動対象の動きの指定が間接
的であり、特に通信上の制約から操作結果として得られ
る画像の変化に時間的遅れがある場合、必要な入力値に
対し過大な移動量を指定してしまうという課題があっ
た。
うな従来の入力装置では、第１の入力装置によれば、片
手で操作する場合には、一度に複数の軸方向への移動を
組み合わせる複雑な移動の操作は困難であった。また、
第２の入力装置によれば、図１５に示すように、表示装
置５０上に操作ボタン５１と操作画面５２が表示されて
おり、構成は簡便であるが移動対象の動きの指定が間接
的であり、特に通信上の制約から操作結果として得られ
る画像の変化に時間的遅れがある場合、必要な入力値に
対し過大な移動量を指定してしまうという課題があっ
た。
【０００５】また、第３の入力装置によれば、任意の方
向に対して２つの軸を選択し、その２次元平面上を動く
カーソルの２軸方向を、ボタン選択により３次元の移動
方向Ｘ，Ｙ，Ｚのうちのいずれかに対応させることがで
きるが、操作時に任意の方向を自由に設定し直すことが
困難であるとともに、３次元座標軸のうち選択している
２つの軸方向とカーソルの２つの入力軸との対応を利用
者が直感的に認識することは困難であるという課題があ
った。本発明はこのような課題を解決するためのもので
あり、３次元空間内にある操作対象物体に対する操作指
示を、２次元平面に表示されている操作画面上から、簡
単に効率よく操作入力できる入力装置を提供することを
目的としている。
向に対して２つの軸を選択し、その２次元平面上を動く
カーソルの２軸方向を、ボタン選択により３次元の移動
方向Ｘ，Ｙ，Ｚのうちのいずれかに対応させることがで
きるが、操作時に任意の方向を自由に設定し直すことが
困難であるとともに、３次元座標軸のうち選択している
２つの軸方向とカーソルの２つの入力軸との対応を利用
者が直感的に認識することは困難であるという課題があ
った。本発明はこのような課題を解決するためのもので
あり、３次元空間内にある操作対象物体に対する操作指
示を、２次元平面に表示されている操作画面上から、簡
単に効率よく操作入力できる入力装置を提供することを
目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による入力装置は、所定操作入力に応
じて操作対象物体への操作指示を３次元空間における操
作量として出力する操作入力手段と、この操作量に基づ
いて操作指示に対応する３次元座標変換のための変換行
列を求める変換行列発生手段と、操作対象物体の位置お
よび姿勢を示す平面からなる平面カーソル形状を発生す
る平面カーソル発生手段と、変換行列を用いてこの平面
カーソル形状を３次元座標変換して操作後の操作対象物
体を示す平面カーソル図形に変形する平面カーソル射影
手段と、操作対象物体を含む環境を示す映像を入力し環
境映像として出力する２次元画像入力手段と、これら平
面カーソル図形と環境映像とを合成し合成映像として出
力する画面合成手段と、この合成映像を２次元平面に操
作画面として表示する操作画面表示手段とを備えるもの
である。したがって、操作入力された３次元空間におけ
る操作量に基づいて操作指示に対応する３次元座標変換
のための変換行列が求められ、この変換行列を用いて平
面カーソル形状が３次元座標変換されて操作後の操作対
象物体を示す平面カーソル図形に変形され、この平面カ
ーソル図形と操作対象物体を含む環境を示す環境映像が
合成されて２次元平面に操作画面として表示される。
るために、本発明による入力装置は、所定操作入力に応
じて操作対象物体への操作指示を３次元空間における操
作量として出力する操作入力手段と、この操作量に基づ
いて操作指示に対応する３次元座標変換のための変換行
列を求める変換行列発生手段と、操作対象物体の位置お
よび姿勢を示す平面からなる平面カーソル形状を発生す
る平面カーソル発生手段と、変換行列を用いてこの平面
カーソル形状を３次元座標変換して操作後の操作対象物
体を示す平面カーソル図形に変形する平面カーソル射影
手段と、操作対象物体を含む環境を示す映像を入力し環
境映像として出力する２次元画像入力手段と、これら平
面カーソル図形と環境映像とを合成し合成映像として出
力する画面合成手段と、この合成映像を２次元平面に操
作画面として表示する操作画面表示手段とを備えるもの
である。したがって、操作入力された３次元空間におけ
る操作量に基づいて操作指示に対応する３次元座標変換
のための変換行列が求められ、この変換行列を用いて平
面カーソル形状が３次元座標変換されて操作後の操作対
象物体を示す平面カーソル図形に変形され、この平面カ
ーソル図形と操作対象物体を含む環境を示す環境映像が
合成されて２次元平面に操作画面として表示される。
【０００７】また、変換行列発生手段からの変換行列を
用いて２次元画像入力手段からの環境映像のうち平面カ
ーソル図形に対応する部分の切り取りおよび変形を行い
内部図形として出力する２次元画像変形手段を備え、画
面合成手段により、平面カーソル図形、環境映像および
内部図形を合成し合成映像として出力するようにしたも
のである。したがって、変換行列を用いて２次元画像入
力手段からの環境映像のうち平面カーソル図形に対応す
る部分の切り取りおよび変形を行うことによって内部図
形が生成され、平面カーソル図形、環境映像および内部
図形が合成されて２次元平面に操作画面として表示され
る。
用いて２次元画像入力手段からの環境映像のうち平面カ
ーソル図形に対応する部分の切り取りおよび変形を行い
内部図形として出力する２次元画像変形手段を備え、画
面合成手段により、平面カーソル図形、環境映像および
内部図形を合成し合成映像として出力するようにしたも
のである。したがって、変換行列を用いて２次元画像入
力手段からの環境映像のうち平面カーソル図形に対応す
る部分の切り取りおよび変形を行うことによって内部図
形が生成され、平面カーソル図形、環境映像および内部
図形が合成されて２次元平面に操作画面として表示され
る。
【０００８】また、平面カーソル発生手段は、操作対象
物体の位置および姿勢を示す平面からなる平面カーソル
形状を発生するとともに、その平面カーソルの向きを示
す補助形状を発生し、平面カーソル射影手段は、変換行
列を用いて平面カーソル形状および補助形状を３次元座
標変換して操作後の操作対象物を示す平面カーソル図形
に変形するようにしたものである。したがって、操作対
象物体の位置および姿勢を示す平面からなる平面カーソ
ル形状と、平面カーソルの向きを示す補助形状とが、変
換行列を用いて３次元座標変換され、操作後の操作対象
物を示す平面カーソル図形に変形されて操作画面に表示
される。
物体の位置および姿勢を示す平面からなる平面カーソル
形状を発生するとともに、その平面カーソルの向きを示
す補助形状を発生し、平面カーソル射影手段は、変換行
列を用いて平面カーソル形状および補助形状を３次元座
標変換して操作後の操作対象物を示す平面カーソル図形
に変形するようにしたものである。したがって、操作対
象物体の位置および姿勢を示す平面からなる平面カーソ
ル形状と、平面カーソルの向きを示す補助形状とが、変
換行列を用いて３次元座標変換され、操作後の操作対象
物を示す平面カーソル図形に変形されて操作画面に表示
される。
【０００９】また、操作入力手段は、所定操作入力に応
じて２次元座標での操作入力値を出力する２次元座標入
力手段と、複数の操作量変換動作からいずれかを選択指
示する動作選択スイッチと、この動作選択スイッチによ
り選択指示された操作量変換動作により、動作選択スイ
ッチが選択された時点での２次元座標入力手段からの操
作入力値とその後の操作入力値との２次元の差分を、３
次元空間における所定操作量として変換出力する操作量
変換手段とを有するものである。したがって、動作選択
スイッチにより選択指示されたいずれかの操作量変換動
作に基づいて、動作選択スイッチが選択された時点での
操作入力値とその後の操作入力値との２次元の差分が、
３次元空間における所定操作量として変換出力される。
じて２次元座標での操作入力値を出力する２次元座標入
力手段と、複数の操作量変換動作からいずれかを選択指
示する動作選択スイッチと、この動作選択スイッチによ
り選択指示された操作量変換動作により、動作選択スイ
ッチが選択された時点での２次元座標入力手段からの操
作入力値とその後の操作入力値との２次元の差分を、３
次元空間における所定操作量として変換出力する操作量
変換手段とを有するものである。したがって、動作選択
スイッチにより選択指示されたいずれかの操作量変換動
作に基づいて、動作選択スイッチが選択された時点での
操作入力値とその後の操作入力値との２次元の差分が、
３次元空間における所定操作量として変換出力される。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である入力
装置のブロック図である。本発明では、３次元空間内に
あるロボットなどの操作対象物体の動作を、２次元平面
に表示されている画面上から操作入力するため、操作対
象物体を含む環境を操作画面表示手段８により操作画面
として表示する。操作対象物体の移動や回転動作は、ジ
ョイスティックやマウスなどの操作入力手段１により指
定される。
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である入力
装置のブロック図である。本発明では、３次元空間内に
あるロボットなどの操作対象物体の動作を、２次元平面
に表示されている画面上から操作入力するため、操作対
象物体を含む環境を操作画面表示手段８により操作画面
として表示する。操作対象物体の移動や回転動作は、ジ
ョイスティックやマウスなどの操作入力手段１により指
定される。
【００１１】また、操作画面内において、操作対象物体
の位置および姿勢は、平面カーソル発生手段３により生
成される平面カーソルによって表示され、さらに操作対
象物体の移動や回転動作は、平面カーソルの動きにより
指示入力される。したがって、平面カーソルは、例えば
カメラ付き移動ロボットにおけるカメラ前面のレンズ、
カメラ出力画面あるいはカメラ像の投影スクリーンに相
当しており、平面カーソルへの動きの指示により、移動
ロボット自体あるいはそのカメラが移動すると考えられ
る。
の位置および姿勢は、平面カーソル発生手段３により生
成される平面カーソルによって表示され、さらに操作対
象物体の移動や回転動作は、平面カーソルの動きにより
指示入力される。したがって、平面カーソルは、例えば
カメラ付き移動ロボットにおけるカメラ前面のレンズ、
カメラ出力画面あるいはカメラ像の投影スクリーンに相
当しており、平面カーソルへの動きの指示により、移動
ロボット自体あるいはそのカメラが移動すると考えられ
る。
【００１２】まず、操作入力手段１の操作に応じて、
Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向での移動量と、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸
回りの回転量との合計６自由度に対応する操作量１Ａが
出力される。変換行列発生手段２では、この操作量１Ａ
に基づいて、操作入力に対応する３次元座標変換のため
の変換行列２Ａが求められる。
Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向での移動量と、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸
回りの回転量との合計６自由度に対応する操作量１Ａが
出力される。変換行列発生手段２では、この操作量１Ａ
に基づいて、操作入力に対応する３次元座標変換のため
の変換行列２Ａが求められる。
【００１３】平面カーソル射影手段４は、変換行列発生
手段２で得られた変換行列２Ａを用いて、平面カーソル
発生手段３が生成した平面カーソル形状３Ａを３次元座
標に変換する。これにより、平面カーソル形状３Ａが、
操作後に移動したときに見えるであろう形状を示す平面
カーソル図形４Ａに変形される。
手段２で得られた変換行列２Ａを用いて、平面カーソル
発生手段３が生成した平面カーソル形状３Ａを３次元座
標に変換する。これにより、平面カーソル形状３Ａが、
操作後に移動したときに見えるであろう形状を示す平面
カーソル図形４Ａに変形される。
【００１４】一方、２次元画像入力手段５により入力さ
れた操作対象物体が存在する環境を示す環境映像５Ａ
は、２次元画像変形手段６において、変換行列発生手段
２で得られた変換行列２Ａを用いて、変形後の平面カー
ソル図形４Ａの内部に挿入可能なように切り取り変形さ
れ、内部図形６Ａとして出力される。また、２次元画像
入力手段５により入力された操作対象物体を含む環境映
像５Ａは、そのまま出力される。
れた操作対象物体が存在する環境を示す環境映像５Ａ
は、２次元画像変形手段６において、変換行列発生手段
２で得られた変換行列２Ａを用いて、変形後の平面カー
ソル図形４Ａの内部に挿入可能なように切り取り変形さ
れ、内部図形６Ａとして出力される。また、２次元画像
入力手段５により入力された操作対象物体を含む環境映
像５Ａは、そのまま出力される。
【００１５】このようにして生成された平面カーソル図
形４Ａ，環境映像５Ａおよび内部図形６Ａは、画面合成
手段７に入力されて合成され、その合成映像７Ａが操作
画面表示手段８により操作画面８Ａとして表示出力され
る。ここで、平面カーソルは３次元空間内の平面として
扱われ、２次元操作画面へ射影表示され、操作対象物体
の平行移動，回転移動，奥行き移動に応じた形状に変形
されて表示される。
形４Ａ，環境映像５Ａおよび内部図形６Ａは、画面合成
手段７に入力されて合成され、その合成映像７Ａが操作
画面表示手段８により操作画面８Ａとして表示出力され
る。ここで、平面カーソルは３次元空間内の平面として
扱われ、２次元操作画面へ射影表示され、操作対象物体
の平行移動，回転移動，奥行き移動に応じた形状に変形
されて表示される。
【００１６】これにより、操作指示時に３次元空間にお
ける操作対象物体の位置および姿勢を容易に把握でき、
３次元空間内での操作対象物体の動作を、２次元平面に
表示されている操作画面８Ａ上から、簡単に効率よく操
作入力できる。また、２次元画像変形手段６を設けて、
変換行列発生手段２で得られた変換行列２Ａを用いて環
境映像５Ａの切り取りおよび変形を行い、得られた内部
図形６Ａを平面カーソル内に表示するようにした。
ける操作対象物体の位置および姿勢を容易に把握でき、
３次元空間内での操作対象物体の動作を、２次元平面に
表示されている操作画面８Ａ上から、簡単に効率よく操
作入力できる。また、２次元画像変形手段６を設けて、
変換行列発生手段２で得られた変換行列２Ａを用いて環
境映像５Ａの切り取りおよび変形を行い、得られた内部
図形６Ａを平面カーソル内に表示するようにした。
【００１７】これにより、特に、遠方の移動機器を操作
する場合、機器が入力する２次元画像が操作側に伝達さ
れるまで数秒以上遅延する場合なども、操作後に得られ
るであろう画像が時間遅れなく擬似的に平面カーソル内
に表示されるため、操作の効率が向上する。また、平面
カーソル内への画像表示を行う代わりに、平面カーソル
の方向を示す矢印や補助線などの補助形状をあわせて表
示するようにしてもよく、移動の把握が容易となる。
する場合、機器が入力する２次元画像が操作側に伝達さ
れるまで数秒以上遅延する場合なども、操作後に得られ
るであろう画像が時間遅れなく擬似的に平面カーソル内
に表示されるため、操作の効率が向上する。また、平面
カーソル内への画像表示を行う代わりに、平面カーソル
の方向を示す矢印や補助線などの補助形状をあわせて表
示するようにしてもよく、移動の把握が容易となる。
【００１８】なお、実際に操作対象物体を移動させる場
合、まず、操作画面表示手段８の操作画面８Ａに表示さ
れている操作対象物体から見た映像を見ながら、操作入
力手段１を操作して、操作対象物体への操作指示を入力
する。これに応じて、その映像に合成表示されている平
面カーソルが、操作後の操作対象物体の平行移動，回転
移動，奥行き移動に応じた形状に変形されて、操作画面
８Ａに表示される。
合、まず、操作画面表示手段８の操作画面８Ａに表示さ
れている操作対象物体から見た映像を見ながら、操作入
力手段１を操作して、操作対象物体への操作指示を入力
する。これに応じて、その映像に合成表示されている平
面カーソルが、操作後の操作対象物体の平行移動，回転
移動，奥行き移動に応じた形状に変形されて、操作画面
８Ａに表示される。
【００１９】この後、所定の入力指示確定操作に応じ
て、平面カーソルで指定された位置および姿勢に操作対
象物体が移動する。そして、操作画面表示手段８の操作
画面８Ａに、移動後の操作対象物体から見た映像が表示
されるとともに、その中央に平面カーソルが表示され、
新たな操作入力待ちとなる。
て、平面カーソルで指定された位置および姿勢に操作対
象物体が移動する。そして、操作画面表示手段８の操作
画面８Ａに、移動後の操作対象物体から見た映像が表示
されるとともに、その中央に平面カーソルが表示され、
新たな操作入力待ちとなる。
【００２０】次に、操作入力手段１の動作について説明
する。３次元空間内での操作対象物体に対する操作指示
は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向への移動と、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸回
りの回転の合計６の自由度に対する操作指示が必要とな
る。図１において、２次元画像入力手段５および操作画
面表示手段８では、ともに２次元画像が扱われる。
する。３次元空間内での操作対象物体に対する操作指示
は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向への移動と、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸回
りの回転の合計６の自由度に対する操作指示が必要とな
る。図１において、２次元画像入力手段５および操作画
面表示手段８では、ともに２次元画像が扱われる。
【００２１】しかし、操作入力手段１が２次元入力のも
のに限定されるものでなく、例えばＸ，Ｙ，Ｚの３方向
への変位量を入力可能な公知の３自由度ジョイスティッ
クや６次元の変位量を入力可能な６自由度ジョイスティ
ックを使用しても良い。３自由度以上の操作入力手段１
を適用することにより、操作効率の向上がはかれる。
のに限定されるものでなく、例えばＸ，Ｙ，Ｚの３方向
への変位量を入力可能な公知の３自由度ジョイスティッ
クや６次元の変位量を入力可能な６自由度ジョイスティ
ックを使用しても良い。３自由度以上の操作入力手段１
を適用することにより、操作効率の向上がはかれる。
【００２２】なお、操作入力手段１として２次元座標入
力手段を用いる場合、動作選択スイッチにより６自由度
から同時に２自由度を選択し、２自由度座標入力手段に
より指定する２つの操作入力を２自由度の動作に対応さ
せる必要が生じる。また、３自由度ジョイスティックを
適用した場合、移動指示と回転指示の切り替えのため、
動作選択スイッチは必要となり、さらに６自由度ジョイ
スティックを使用した場合にも回転指示の際の回転中心
の指定の選択が必要になる場合がある。
力手段を用いる場合、動作選択スイッチにより６自由度
から同時に２自由度を選択し、２自由度座標入力手段に
より指定する２つの操作入力を２自由度の動作に対応さ
せる必要が生じる。また、３自由度ジョイスティックを
適用した場合、移動指示と回転指示の切り替えのため、
動作選択スイッチは必要となり、さらに６自由度ジョイ
スティックを使用した場合にも回転指示の際の回転中心
の指定の選択が必要になる場合がある。
【００２３】図２は、２次元座標入力手段を用いた場合
の操作入力手段の構成を示すブロック図、図３は操作画
面および操作入力手段の例を示す説明図である。２次元
座標入力手段１１は、その操作に応じて２次元座標
（Ｘ，Ｙ）上での操作入力値を出力するものであり、例
えば、図３に示すように、複数の操作量変換動作からい
ずれかを選択指示する動作選択スイッチ１２を有するマ
ウスや２自由度のジョイスティックなどから構成され
る。
の操作入力手段の構成を示すブロック図、図３は操作画
面および操作入力手段の例を示す説明図である。２次元
座標入力手段１１は、その操作に応じて２次元座標
（Ｘ，Ｙ）上での操作入力値を出力するものであり、例
えば、図３に示すように、複数の操作量変換動作からい
ずれかを選択指示する動作選択スイッチ１２を有するマ
ウスや２自由度のジョイスティックなどから構成され
る。
【００２４】２次元座標入力手段１１の操作に応じて、
前述の平面カーソル１０とは別体のマウスカーソル２０
が操作画面８Ａに表示される。このマウスカーソル２０
は、平面カーソル１０と同様に、平面カーソル発生手段
３により生成され、平面カーソル射影手段４により投影
された例えば矢印の形状が画面合成手段７に入力され
て、平面カーソル図形４Ａ，環境映像５Ａおよび内部図
形６Ａと合成され、その合成映像７Ａが操作画面表示手
段８により操作画面８Ａとして表示出力される。
前述の平面カーソル１０とは別体のマウスカーソル２０
が操作画面８Ａに表示される。このマウスカーソル２０
は、平面カーソル１０と同様に、平面カーソル発生手段
３により生成され、平面カーソル射影手段４により投影
された例えば矢印の形状が画面合成手段７に入力され
て、平面カーソル図形４Ａ，環境映像５Ａおよび内部図
形６Ａと合成され、その合成映像７Ａが操作画面表示手
段８により操作画面８Ａとして表示出力される。
【００２５】動作選択スイッチ１２を操作しない非選択
時には、操作画面８Ａ上の現在の操作入力値に対応する
座標にマウスカーソル２０を表示し、２次元座標入力手
段１１からのその操作入力値の変化に対応してマウスカ
ーソル２０の表示位置も更新する。ただしこの場合、マ
ウスカーソル２０および平面カーソル１０の移動は互い
に分離されており、マウスカーソル２０を移動させて
も、平面カーソル１０は移動させない。
時には、操作画面８Ａ上の現在の操作入力値に対応する
座標にマウスカーソル２０を表示し、２次元座標入力手
段１１からのその操作入力値の変化に対応してマウスカ
ーソル２０の表示位置も更新する。ただしこの場合、マ
ウスカーソル２０および平面カーソル１０の移動は互い
に分離されており、マウスカーソル２０を移動させて
も、平面カーソル１０は移動させない。
【００２６】一方、操作入力手段１を用いて、操作画面
８Ａから平面カーソル１０の平行移動および回転動作を
指示入力する場合、まず２次元座標入力手段１１の動作
選択スイッチ１２を操作することにより、平面カーソル
１０の一連の動作を平行移動や回転移動などの適切な組
み合わせに分割して指示する。動作選択スイッチ１２の
いずれかを選択した時点で、２次元座標入力手段１１の
操作入力値（Ｘ，Ｙ）を記憶させる。
８Ａから平面カーソル１０の平行移動および回転動作を
指示入力する場合、まず２次元座標入力手段１１の動作
選択スイッチ１２を操作することにより、平面カーソル
１０の一連の動作を平行移動や回転移動などの適切な組
み合わせに分割して指示する。動作選択スイッチ１２の
いずれかを選択した時点で、２次元座標入力手段１１の
操作入力値（Ｘ，Ｙ）を記憶させる。
【００２７】以後、この記憶した操作入力値と最新の操
作入力値（Ｘ’，Ｙ’）との差分、すなわち２次元座標
入力手段１１の移動量（ＸM ＝Ｘ−Ｘ’，ＹM ＝Ｙ−
Ｙ’）を、操作量変換手段１３により、平面カーソル１
０の移動および回転動作を示す操作量（３次元）に対応
させる。
作入力値（Ｘ’，Ｙ’）との差分、すなわち２次元座標
入力手段１１の移動量（ＸM ＝Ｘ−Ｘ’，ＹM ＝Ｙ−
Ｙ’）を、操作量変換手段１３により、平面カーソル１
０の移動および回転動作を示す操作量（３次元）に対応
させる。
【００２８】２次元座標入力手段１１の差分（２次元）
は、操作入力手段１から出力される操作量１Ａ（３次
元）として、 ・平面カーソルまたは操作画面の面に沿った平行移動量
（第１の動作）、 ・平面カーソルまたは操作画面の面に直交する奥行き方
向（垂線方向）への平行移動量と奥行き方向（垂線方
向）回りの回転量（第２の動作）、 ・所定の２次元座標軸の２軸回りの回転量（第３の動
作）のいずれかに対応付けられる。
は、操作入力手段１から出力される操作量１Ａ（３次
元）として、 ・平面カーソルまたは操作画面の面に沿った平行移動量
（第１の動作）、 ・平面カーソルまたは操作画面の面に直交する奥行き方
向（垂線方向）への平行移動量と奥行き方向（垂線方
向）回りの回転量（第２の動作）、 ・所定の２次元座標軸の２軸回りの回転量（第３の動
作）のいずれかに対応付けられる。
【００２９】また、座標軸回りの回転（第３の動作）に
おける回転中心を指定する方式として、 ・回転中心を平面カーソルの中心点に置く方式（第１の
回転中心指定方式）、 ・平面カーソルから所定距離だけ離れた任意点を回転中
心とする方式（第２の回転中心指定方式）などが考えら
れる。
おける回転中心を指定する方式として、 ・回転中心を平面カーソルの中心点に置く方式（第１の
回転中心指定方式）、 ・平面カーソルから所定距離だけ離れた任意点を回転中
心とする方式（第２の回転中心指定方式）などが考えら
れる。
【００３０】また、座標軸回りの回転（第３の動作）に
おける回転方向を指定する方式として、 ・平面カーソル面または操作画面を定義する２次元座標
軸またはこれに平行する２次元座標の２軸回りの回転を
回転方向として指定する方式（第１の回転方向指定方
式）が考えられる。なお、第３の動作における回転軸
は、前述の回転中心指定方式により指定された回転中心
を通る２軸からなる。
おける回転方向を指定する方式として、 ・平面カーソル面または操作画面を定義する２次元座標
軸またはこれに平行する２次元座標の２軸回りの回転を
回転方向として指定する方式（第１の回転方向指定方
式）が考えられる。なお、第３の動作における回転軸
は、前述の回転中心指定方式により指定された回転中心
を通る２軸からなる。
【００３１】また、 ・動作選択時のマウスカーソルの座標に対応する３次元
座標を端点とし、この端点および回転中心を含み操作画
面に平行な仮想操作平面と、平面カーソルとの相対位置
関係を保持しながら、平面カーソル面，操作画面または
仮想操作平面を定義する２次元座標軸またはこれに平行
する２次元座標の２軸回りに回転する回転を回転方向と
して指定する方式（第２の回転方向指定方式）などが考
えられる。
座標を端点とし、この端点および回転中心を含み操作画
面に平行な仮想操作平面と、平面カーソルとの相対位置
関係を保持しながら、平面カーソル面，操作画面または
仮想操作平面を定義する２次元座標軸またはこれに平行
する２次元座標の２軸回りに回転する回転を回転方向と
して指定する方式（第２の回転方向指定方式）などが考
えられる。
【００３２】特に、第２の回転方向指定方式では、平面
カーソル１０をマウスカーソル２０により直接的あるい
は間接的につかみ、任意の方向に回転させるような自然
な操作感覚を得ることができる。また、回転中心の指定
方式と回転方向の指定方式のそれぞれ２種を考慮して、
回転指示に対する対応付けは、合計４種類の組み合わせ
から選択することができる。
カーソル１０をマウスカーソル２０により直接的あるい
は間接的につかみ、任意の方向に回転させるような自然
な操作感覚を得ることができる。また、回転中心の指定
方式と回転方向の指定方式のそれぞれ２種を考慮して、
回転指示に対する対応付けは、合計４種類の組み合わせ
から選択することができる。
【００３３】なお、前述の平面カーソル面，操作画面ま
たは仮想操作平面を定義する座標軸とは、平面カーソル
面，操作画面または仮想操作平面を形成する２次元座標
軸であり、第３の動作では、この２次元座標またはこれ
に平行する２次元座標軸（平面上の２次元座標軸も含
む）回りに回転する。このように、マウスなどの２次元
座標入力手段１１を用いた場合でも、動作選択スイッチ
１２の操作および２次元座標入力手段１１の出力に応じ
て、操作入力手段１の操作量変換手段１３から、Ｘ，
Ｙ，Ｚの３方向への移動量と、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸回りの
回転量との合計６自由度に対する操作量１Ａが出力され
る。
たは仮想操作平面を定義する座標軸とは、平面カーソル
面，操作画面または仮想操作平面を形成する２次元座標
軸であり、第３の動作では、この２次元座標またはこれ
に平行する２次元座標軸（平面上の２次元座標軸も含
む）回りに回転する。このように、マウスなどの２次元
座標入力手段１１を用いた場合でも、動作選択スイッチ
１２の操作および２次元座標入力手段１１の出力に応じ
て、操作入力手段１の操作量変換手段１３から、Ｘ，
Ｙ，Ｚの３方向への移動量と、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸回りの
回転量との合計６自由度に対する操作量１Ａが出力され
る。
【００３４】したがって、２次元画像入力手段５により
得た環境画像５Ａからなる２次元の操作画面８Ａを用い
て、３次元空間内の操作対象物体に対し、簡単に効率よ
く動作指示できる入力装置が得られる。また、マウスな
どの２次元座標入力手段１１を操作入力手段１として用
いた場合にも、３次元空間内での６自由度にわたる円滑
な操作を指示可能となる。
得た環境画像５Ａからなる２次元の操作画面８Ａを用い
て、３次元空間内の操作対象物体に対し、簡単に効率よ
く動作指示できる入力装置が得られる。また、マウスな
どの２次元座標入力手段１１を操作入力手段１として用
いた場合にも、３次元空間内での６自由度にわたる円滑
な操作を指示可能となる。
【００３５】なお、以上の説明では、第２の回転方向指
定方式として、仮想操作平面を用いることにより、マウ
スカーソルの座標に対応する３次元座標を特定するよう
にしたが、他の方法で特定するようにしてもよい。この
場合には、仮想操作平面ではなく、端点と回転中心とを
結ぶベクトルと、平面カーソルとの平面カーソルとの相
対位置関係を保持しながら、平面カーソル面または操作
画面を定義する２次元座標軸またはこれに平行する２次
元座標の２軸回りに回転する回転が回転方向として指定
される。
定方式として、仮想操作平面を用いることにより、マウ
スカーソルの座標に対応する３次元座標を特定するよう
にしたが、他の方法で特定するようにしてもよい。この
場合には、仮想操作平面ではなく、端点と回転中心とを
結ぶベクトルと、平面カーソルとの平面カーソルとの相
対位置関係を保持しながら、平面カーソル面または操作
画面を定義する２次元座標軸またはこれに平行する２次
元座標の２軸回りに回転する回転が回転方向として指定
される。
【００３６】次に、変換行列発生手段２の動作について
説明する。一般に、３次元座標変換行列Ａは、数１のよ
うに表される。
説明する。一般に、３次元座標変換行列Ａは、数１のよ
うに表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】変換行列発生手段２では、２次元座標入力
手段１１（図２参照）により入力された２次元操作量を
用いて、３次元座標変換行列Ａの各要素を決定する。点
ｉの３次元座標をＰi 、および２次元座標入力手段１１
により入力された２次元操作量を数２のように表記した
場合、例えばＸ，Ｙ，Ｚの各軸回りに角度θだけ回転さ
せるための３次元座標変換行列は、数３のように表され
る。
手段１１（図２参照）により入力された２次元操作量を
用いて、３次元座標変換行列Ａの各要素を決定する。点
ｉの３次元座標をＰi 、および２次元座標入力手段１１
により入力された２次元操作量を数２のように表記した
場合、例えばＸ，Ｙ，Ｚの各軸回りに角度θだけ回転さ
せるための３次元座標変換行列は、数３のように表され
る。
【００３９】
【数２】
【００４０】
【数３】
【００４１】また、ベクトルＶ方向への平行移動させる
ための３次元座標変換行列は、数４のように表される。
ための３次元座標変換行列は、数４のように表される。
【００４２】
【数４】
【００４３】なお、後述する図５〜７で示す動作の３次
元座標変換行列は、それぞれ数５のように表される。
元座標変換行列は、それぞれ数５のように表される。
【００４４】
【数５】
【００４５】
【実施例】図４は、本発明の第１の実施例を示す説明図
である。操作入力手段１として６自由度マウスを適用
し、平面カーソル１０の平行移動および回転を指示して
いる。本実施例において、初期状態では平面カーソル１
０は正方形であるが、回転指示に応じて台形に変形表示
されるため、回転方向を容易に把握できる。また、平面
カーソル１０の垂線方向を示す補助形状９として矢印が
表示されるため、平面カーソル１０の向き（垂線方向）
を容易に把握できる。
である。操作入力手段１として６自由度マウスを適用
し、平面カーソル１０の平行移動および回転を指示して
いる。本実施例において、初期状態では平面カーソル１
０は正方形であるが、回転指示に応じて台形に変形表示
されるため、回転方向を容易に把握できる。また、平面
カーソル１０の垂線方向を示す補助形状９として矢印が
表示されるため、平面カーソル１０の向き（垂線方向）
を容易に把握できる。
【００４６】図５は、本発明の第２の実施例を示す説明
図である。操作入力手段１として２次元座標入力手段１
１を適用し、動作選択スイッチ１２の操作により平面カ
ーソル１０の面に沿った平行移動を選択し、移動を指示
している（動作１）。この場合、２次元座標入力手段１
１のＸ（左右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，Ｙ
M は、それぞれ平面カーソル面の定義座標ＸC 軸，ＹC
軸方向の平行移動量に対応している。
図である。操作入力手段１として２次元座標入力手段１
１を適用し、動作選択スイッチ１２の操作により平面カ
ーソル１０の面に沿った平行移動を選択し、移動を指示
している（動作１）。この場合、２次元座標入力手段１
１のＸ（左右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，Ｙ
M は、それぞれ平面カーソル面の定義座標ＸC 軸，ＹC
軸方向の平行移動量に対応している。
【００４７】図６は、本発明の第３の実施例を示す説明
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０の面の垂線方向への平行移動と、同方向を軸
とする回転を選択し、移動と回転を指示している（動作
２）。この場合、２次元座標入力手段１１のＸ（左右）
方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、平面カー
ソル１０の中心点１０Ａを回転中心とした平面カーソル
面の垂線軸ＺC 回りの回転量と、平面カーソル面の垂線
軸ＺC 方向への平行移動量に対応している。
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０の面の垂線方向への平行移動と、同方向を軸
とする回転を選択し、移動と回転を指示している（動作
２）。この場合、２次元座標入力手段１１のＸ（左右）
方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、平面カー
ソル１０の中心点１０Ａを回転中心とした平面カーソル
面の垂線軸ＺC 回りの回転量と、平面カーソル面の垂線
軸ＺC 方向への平行移動量に対応している。
【００４８】図７は、本発明の第４の実施例を示す説明
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０の中心点１０Ａを回転中心として（第１の回
転中心指定方式）、平面カーソル面の定義座標軸回りの
回転（第１の回転方向指定方式）を選択し、平面カーソ
ル１０の回転を指示している（動作３）。この場合、２
次元座標入力手段１１のＸ（左右）方向とＹ（上下）方
向の操作量ＸM ，ＹM は、それぞれ平面カーソル面の定
義座標ＹC 軸回りおよびＸC 軸回りの回転量に対応して
いる。
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０の中心点１０Ａを回転中心として（第１の回
転中心指定方式）、平面カーソル面の定義座標軸回りの
回転（第１の回転方向指定方式）を選択し、平面カーソ
ル１０の回転を指示している（動作３）。この場合、２
次元座標入力手段１１のＸ（左右）方向とＹ（上下）方
向の操作量ＸM ，ＹM は、それぞれ平面カーソル面の定
義座標ＹC 軸回りおよびＸC 軸回りの回転量に対応して
いる。
【００４９】図８は、本発明の第５の実施例を示す説明
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０から所定距離だけ離れた任意点１０Ｂを回転
中心として（第２の回転中心指定方式）、平面カーソル
面の定義座標軸回りの回転（第１の回転方向指定方式）
を選択し、平面カーソル１０の回転を指示している（動
作３）。この場合、２次元座標入力手段１１のＸ（左
右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、それ
ぞれ任意点１０Ｂを通り、かつ平面カーソル面の定義座
標軸に平行な座標ＹC 軸回りおよびＸC 軸回りの回転量
に対応している。
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０から所定距離だけ離れた任意点１０Ｂを回転
中心として（第２の回転中心指定方式）、平面カーソル
面の定義座標軸回りの回転（第１の回転方向指定方式）
を選択し、平面カーソル１０の回転を指示している（動
作３）。この場合、２次元座標入力手段１１のＸ（左
右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、それ
ぞれ任意点１０Ｂを通り、かつ平面カーソル面の定義座
標軸に平行な座標ＹC 軸回りおよびＸC 軸回りの回転量
に対応している。
【００５０】なお、任意点１０Ｂまでの距離について
は、予め設定入力しておいた所定距離を用いる方法の他
に、操作対象物などに設けられたセンサなどにより、任
意点１０Ｂ、例えば回転中心付近に位置する物体までの
距離を実測して得たものを用いてもよい。また、３次元
ＣＡＤなどにより３次元空間をシミュレーションしてい
る場合には、平面カーソル１０の中心点からの垂線と、
任意点１０Ｂ、例えば回転中心付近に位置する物体との
３次元距離を計算により算出するようにしてもよい。
は、予め設定入力しておいた所定距離を用いる方法の他
に、操作対象物などに設けられたセンサなどにより、任
意点１０Ｂ、例えば回転中心付近に位置する物体までの
距離を実測して得たものを用いてもよい。また、３次元
ＣＡＤなどにより３次元空間をシミュレーションしてい
る場合には、平面カーソル１０の中心点からの垂線と、
任意点１０Ｂ、例えば回転中心付近に位置する物体との
３次元距離を計算により算出するようにしてもよい。
【００５１】図９は、本発明の第６の実施例を示す説明
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０の中心点１０Ａを回転中心として（第１の回
転中心指定方式）、操作画面８Ａの定義座標軸回りの回
転（第１の回転方向指定方式）を選択し、平面カーソル
１０の回転を指示している（動作３）。この場合、２次
元座標入力手段１１のＸ（左右）方向とＹ（上下）方向
の操作量ＸM ，ＹM は、それぞれ操作画面の定義座標Ｙ
D 軸回りおよびＸD 軸回りの回転量に対応している。
図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面カ
ーソル１０の中心点１０Ａを回転中心として（第１の回
転中心指定方式）、操作画面８Ａの定義座標軸回りの回
転（第１の回転方向指定方式）を選択し、平面カーソル
１０の回転を指示している（動作３）。この場合、２次
元座標入力手段１１のＸ（左右）方向とＹ（上下）方向
の操作量ＸM ，ＹM は、それぞれ操作画面の定義座標Ｙ
D 軸回りおよびＸD 軸回りの回転量に対応している。
【００５２】図１０は、本発明の第７の実施例を示す説
明図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面
カーソル１０から所定距離だけ離れた任意点１０Ｂを回
転中心として（第２の回転中心指定方式）、操作画面８
Ａの定義座標軸回りの回転（第１の回転方向指定方式）
を選択し、平面カーソル１０の回転を指示している（動
作３）。この場合、２次元座標入力手段１１のＸ（左
右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、それ
ぞれ任意点１０Ｂを通り、かつ操作画面の定義座標軸に
平行な座標ＹD 軸回りおよびＸD 軸回りの回転量に対応
している。
明図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面
カーソル１０から所定距離だけ離れた任意点１０Ｂを回
転中心として（第２の回転中心指定方式）、操作画面８
Ａの定義座標軸回りの回転（第１の回転方向指定方式）
を選択し、平面カーソル１０の回転を指示している（動
作３）。この場合、２次元座標入力手段１１のＸ（左
右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、それ
ぞれ任意点１０Ｂを通り、かつ操作画面の定義座標軸に
平行な座標ＹD 軸回りおよびＸD 軸回りの回転量に対応
している。
【００５３】図１１は、本発明の第８の実施例を示す説
明図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面
カーソル１０の中心点１０Ａを回転中心として（第１の
回転中心指定方式）、仮想操作平面を用いた平面カーソ
ル面の定義座標軸回りの回転（第２の回転方向指定方
式）を選択し、平面カーソル１０の回転を指示している
（動作３）。
明図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面
カーソル１０の中心点１０Ａを回転中心として（第１の
回転中心指定方式）、仮想操作平面を用いた平面カーソ
ル面の定義座標軸回りの回転（第２の回転方向指定方
式）を選択し、平面カーソル１０の回転を指示している
（動作３）。
【００５４】この場合、動作選択スイッチ１２の操作に
応じて、平面カーソル１０の中心点１０Ａを含む操作画
面に平行な仮想操作平面１０Ｄが生成され、この仮想操
作平面１０Ｄ上に動作選択スイッチ１２操作時のマウス
カーソル２０の位置に対応する３次元座標に端点１０Ｃ
が設けられる。そして、２次元座標入力手段１１のＸ
（左右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、
仮想操作平面１０Ｄと平面カーソル面との相対位置関係
を保持した回転であって、かつ平面カーソル面の定義座
標ＹC 軸回りおよびＸC 軸回りの回転の回転量に対応付
けられる。
応じて、平面カーソル１０の中心点１０Ａを含む操作画
面に平行な仮想操作平面１０Ｄが生成され、この仮想操
作平面１０Ｄ上に動作選択スイッチ１２操作時のマウス
カーソル２０の位置に対応する３次元座標に端点１０Ｃ
が設けられる。そして、２次元座標入力手段１１のＸ
（左右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、
仮想操作平面１０Ｄと平面カーソル面との相対位置関係
を保持した回転であって、かつ平面カーソル面の定義座
標ＹC 軸回りおよびＸC 軸回りの回転の回転量に対応付
けられる。
【００５５】図１２は、本発明の第９の実施例を示す説
明図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面
カーソル１０から所定距離だけ離れた任意点１０Ｂを回
転中心として（第２の回転中心指定方式）、仮想操作平
面を用いた操作画面の定義座標軸回りの回転（第２の回
転方向指定方式）を選択し、平面カーソル１０の回転を
指示している（動作３）。
明図である。動作選択スイッチ１２の操作により、平面
カーソル１０から所定距離だけ離れた任意点１０Ｂを回
転中心として（第２の回転中心指定方式）、仮想操作平
面を用いた操作画面の定義座標軸回りの回転（第２の回
転方向指定方式）を選択し、平面カーソル１０の回転を
指示している（動作３）。
【００５６】この場合、動作選択スイッチ１２の操作に
応じて、平面カーソル１０の中心点１０Ａを含む操作画
面に平行な仮想操作平面１０Ｄが生成され、この仮想操
作平面１０Ｄ上に動作選択スイッチ１２操作時のマウス
カーソル２０の位置に対応する３次元座標に端点１０Ｃ
が設けられる。そして、２次元座標入力手段１１のＸ
（左右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、
仮想操作平面１０Ｄと平面カーソル面との相対位置関係
を保持した回転であって、かつ操作画面の定義座標に平
行な座標ＹD 軸回りおよびＸD 軸回りの回転の回転量に
対応付けられる。
応じて、平面カーソル１０の中心点１０Ａを含む操作画
面に平行な仮想操作平面１０Ｄが生成され、この仮想操
作平面１０Ｄ上に動作選択スイッチ１２操作時のマウス
カーソル２０の位置に対応する３次元座標に端点１０Ｃ
が設けられる。そして、２次元座標入力手段１１のＸ
（左右）方向とＹ（上下）方向の操作量ＸM ，ＹM は、
仮想操作平面１０Ｄと平面カーソル面との相対位置関係
を保持した回転であって、かつ操作画面の定義座標に平
行な座標ＹD 軸回りおよびＸD 軸回りの回転の回転量に
対応付けられる。
【００５７】したがって、第８および第９の実施例によ
れば、２次元座標入力手段１１の操作に応じてマウスカ
ーソル２０が操作画面８Ａ上を移動し、仮想操作平面１
０Ｄが平面カーソル１０に対して３次元的な相対位置関
係を保つように平面カーソルの方向が更新される。これ
により、平面カーソルを囲む仮想的な球面のある部分を
つかみながら平面カーソル１０の方向を、直接、回転さ
せているような操作感覚を得ることができ、マウスカー
ソル２０の操作量と３次元操作量との対応関係を直感的
に把握できる。
れば、２次元座標入力手段１１の操作に応じてマウスカ
ーソル２０が操作画面８Ａ上を移動し、仮想操作平面１
０Ｄが平面カーソル１０に対して３次元的な相対位置関
係を保つように平面カーソルの方向が更新される。これ
により、平面カーソルを囲む仮想的な球面のある部分を
つかみながら平面カーソル１０の方向を、直接、回転さ
せているような操作感覚を得ることができ、マウスカー
ソル２０の操作量と３次元操作量との対応関係を直感的
に把握できる。
【００５８】図１３，１４は、本発明の第１０の実施例
を示す説明図である。ここでは、２次元画像変形手段６
（図１参照）を用いて、変換行列発生手段２で得られた
変換行列２Ａを用いて環境映像５Ａの切り取りおよび変
形を行い、得られた内部図形６Ａを平面カーソル内に表
示する動作例を説明する。
を示す説明図である。ここでは、２次元画像変形手段６
（図１参照）を用いて、変換行列発生手段２で得られた
変換行列２Ａを用いて環境映像５Ａの切り取りおよび変
形を行い、得られた内部図形６Ａを平面カーソル内に表
示する動作例を説明する。
【００５９】図１３には、平面カーソル１０を操作画面
８Ａの手前方向に平行移動させた例が示されている。図
１３（ａ）に示すように、操作前の状態では、操作画面
８Ａの中央に平面カーソル１０が表示されており、その
内側には、平面カーソル１０が位置する環境映像５Ａの
一部が透過的に表示されている。
８Ａの手前方向に平行移動させた例が示されている。図
１３（ａ）に示すように、操作前の状態では、操作画面
８Ａの中央に平面カーソル１０が表示されており、その
内側には、平面カーソル１０が位置する環境映像５Ａの
一部が透過的に表示されている。
【００６０】ここで、平面カーソル１０を操作画面８Ａ
の手前方向に平行移動するように指示入力した場合、こ
れに応じて変換行列２Ａが求められるとともに、この変
換行列２Ａを用いて環境映像５Ａが２次元画像変形手段
６により処理されて、平行移動後の環境映像の一部を示
す内部図形６Ａが生成され、図１３（ｂ）に示すよう
に、平面カーソル１０の内側に表示される。
の手前方向に平行移動するように指示入力した場合、こ
れに応じて変換行列２Ａが求められるとともに、この変
換行列２Ａを用いて環境映像５Ａが２次元画像変形手段
６により処理されて、平行移動後の環境映像の一部を示
す内部図形６Ａが生成され、図１３（ｂ）に示すよう
に、平面カーソル１０の内側に表示される。
【００６１】この場合、平面カーソル１０が操作画面８
Ａの手前方向に平行移動するため、平面カーソル１０の
大きさが拡大されている。その後、操作入力の確定指示
に応じて、平面カーソル１０の平行移動が実行され、図
１３（ｃ）に示すように、移動後に平面カーソル１０か
ら見た映像が操作画面８Ａに表示されるとともに、その
中央に平面カーソル１０が表示されて、一連の動作が終
了する。
Ａの手前方向に平行移動するため、平面カーソル１０の
大きさが拡大されている。その後、操作入力の確定指示
に応じて、平面カーソル１０の平行移動が実行され、図
１３（ｃ）に示すように、移動後に平面カーソル１０か
ら見た映像が操作画面８Ａに表示されるとともに、その
中央に平面カーソル１０が表示されて、一連の動作が終
了する。
【００６２】また図１４には、平面カーソル１０を操作
画面８Ａの定義座標ＹD 軸回りに回転移動させた例が示
されている。図１４（ａ）に示すように、操作前の状態
では、操作画面８Ａの中央に平面カーソル１０が表示さ
れており、その内側には、平面カーソル１０が位置する
環境映像５Ａの一部が透過的に表示されている。
画面８Ａの定義座標ＹD 軸回りに回転移動させた例が示
されている。図１４（ａ）に示すように、操作前の状態
では、操作画面８Ａの中央に平面カーソル１０が表示さ
れており、その内側には、平面カーソル１０が位置する
環境映像５Ａの一部が透過的に表示されている。
【００６３】ここで、平面カーソル１０を操作画面８Ａ
の定義座標ＹD 軸回りに回転移動するように指示入力し
た場合、これに応じて変換行列２Ａが求められるととも
に、この変換行列２Ａを用いて環境映像５Ａが２次元画
像変形手段６により処理されて、平行移動後の環境映像
の一部を示す内部図形６Ａが生成され、図１４（ｂ）に
示すように、平面カーソル１０の内側に表示される。
の定義座標ＹD 軸回りに回転移動するように指示入力し
た場合、これに応じて変換行列２Ａが求められるととも
に、この変換行列２Ａを用いて環境映像５Ａが２次元画
像変形手段６により処理されて、平行移動後の環境映像
の一部を示す内部図形６Ａが生成され、図１４（ｂ）に
示すように、平面カーソル１０の内側に表示される。
【００６４】この場合、平面カーソル１０が操作画面８
Ａの定義座標ＹD 軸回りに回転移動するため、平面カー
ソル１０が台形に変形されている。その後、操作入力の
確定指示に応じて、平面カーソル１０の回転移動が実行
され、図１４（ｃ）に示すように、移動後に平面カーソ
ル１０から見た映像が操作画面８Ａに表示されるととも
に、その中央に平面カーソル１０が表示されて、一連の
動作が終了する。
Ａの定義座標ＹD 軸回りに回転移動するため、平面カー
ソル１０が台形に変形されている。その後、操作入力の
確定指示に応じて、平面カーソル１０の回転移動が実行
され、図１４（ｃ）に示すように、移動後に平面カーソ
ル１０から見た映像が操作画面８Ａに表示されるととも
に、その中央に平面カーソル１０が表示されて、一連の
動作が終了する。
【００６５】なお、操作入力の確定指示後、操作画面８
Ａの表示を更新する場合、確定指示前に平面カーソル１
０の内部に表示されている内部図形が、確定指示後すな
ちわ移動処理後の操作画面８Ａに対して徐々に広がるよ
うに表示してもよい。これにより、内部図形６Ａと移動
処理後の映像との関連が把握し易くなる。また、前述の
各実施例における２次元座標入力手段１１の操作量と移
動あるいは回転方向との対応関係は、前述した対応関係
に限定されるものではなく、逆の対応関係を用いること
も可能であり、利用者，操作環境あるいは操作対象に応
じて適切な操作感覚が得られる。
Ａの表示を更新する場合、確定指示前に平面カーソル１
０の内部に表示されている内部図形が、確定指示後すな
ちわ移動処理後の操作画面８Ａに対して徐々に広がるよ
うに表示してもよい。これにより、内部図形６Ａと移動
処理後の映像との関連が把握し易くなる。また、前述の
各実施例における２次元座標入力手段１１の操作量と移
動あるいは回転方向との対応関係は、前述した対応関係
に限定されるものではなく、逆の対応関係を用いること
も可能であり、利用者，操作環境あるいは操作対象に応
じて適切な操作感覚が得られる。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、操作対
象物体の位置および向きを示す平面カーソルを３次元空
間上での平面として扱い、操作対象物への操作指示に応
じて２次元の操作画面へ射影表示して、平面カーソルを
平行移動・回転移動・奥行き移動に応じた形状に変化さ
せて表示するようにしたので、３次元空間内にある操作
対象物体に対する操作指示を、２次元平面に表示されて
いる操作画面上から、簡単に効率よく操作入力できる。
また、操作後に得られるであろう概略画像を内部図形と
してカーソル内に表示するようにしたので、特に、遠方
の移動機器を操作する場合、機器が入力する２次元画像
が操作側に伝達されるまで数秒以上遅延する場合など
も、操作後に得られるであろう画像が時間遅れなく擬似
的に平面カーソル内に表示されるため、操作の効率が向
上する。
象物体の位置および向きを示す平面カーソルを３次元空
間上での平面として扱い、操作対象物への操作指示に応
じて２次元の操作画面へ射影表示して、平面カーソルを
平行移動・回転移動・奥行き移動に応じた形状に変化さ
せて表示するようにしたので、３次元空間内にある操作
対象物体に対する操作指示を、２次元平面に表示されて
いる操作画面上から、簡単に効率よく操作入力できる。
また、操作後に得られるであろう概略画像を内部図形と
してカーソル内に表示するようにしたので、特に、遠方
の移動機器を操作する場合、機器が入力する２次元画像
が操作側に伝達されるまで数秒以上遅延する場合など
も、操作後に得られるであろう画像が時間遅れなく擬似
的に平面カーソル内に表示されるため、操作の効率が向
上する。
【００６７】また、平面カーソルの方向を示す補助形状
をあわせて表示するようにしたので、操作指示後の操作
対象物体の空間内での移動の把握が容易となる。また、
２次元座標入力手段と複数の操作量変換動作とを設け、
操作量変換動作が選択された時点での２次元座標入力手
段の操作入力値とその後の操作入力値との２次元の差分
を、選択指示された操作量変換動作に基づき３次元空間
における所定操作量として変換出力するようにしたの
で、マウスなどの２次元座標入力手段を操作入力手段と
して用いた場合にも、３次元空間内での６自由度に渡る
操作指示を円滑に入力できる。
をあわせて表示するようにしたので、操作指示後の操作
対象物体の空間内での移動の把握が容易となる。また、
２次元座標入力手段と複数の操作量変換動作とを設け、
操作量変換動作が選択された時点での２次元座標入力手
段の操作入力値とその後の操作入力値との２次元の差分
を、選択指示された操作量変換動作に基づき３次元空間
における所定操作量として変換出力するようにしたの
で、マウスなどの２次元座標入力手段を操作入力手段と
して用いた場合にも、３次元空間内での６自由度に渡る
操作指示を円滑に入力できる。
【図１】 本発明の一実施の形態による入力装置のブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】 ２次元座標入力手段を用いた場合の操作入力
手段を示すブロック図である。
手段を示すブロック図である。
【図３】 操作画面および操作入力手段の例を示す説明
図である。
図である。
【図４】 本発明の第１の実施例を示す説明図である。
【図５】 本発明の第２の実施例を示す説明図である。
【図６】 本発明の第３の実施例を示す説明図である。
【図７】 本発明の第４の実施例を示す説明図である。
【図８】 本発明の第５の実施例を示す説明図である。
【図９】 本発明の第６の実施例を示す説明図である。
【図１０】 本発明の第７の実施例を示す説明図であ
る。
る。
【図１１】 本発明の第８の実施例を示す説明図であ
る。
る。
【図１２】 本発明の第９の実施例を示す説明図であ
る。
る。
【図１３】 本発明の第１０の実施例を示す説明図であ
る。
る。
【図１４】 本発明の第１０の他の実施例を示す説明図
である。
である。
【図１５】 従来の入力装置による操作画面例を示す説
明図である。
明図である。
１…操作入力手段、１Ａ…操作量、２…変換行列発生手
段、２Ａ…変換行列、３…平面カーソル発生手段、３Ａ
…平面カーソル形状、４…平面カーソル射影手段、４Ａ
…平面カーソル図形、５…２次元画像入力手段、５Ａ…
環境映像、６…２次元画像変換手段、６Ａ…内部図形、
７…画面合成手段、７Ａ…合成映像、８…操作画面表示
手段、８Ａ…操作画面、９…補助形状、１０…平面カー
ソル、１０Ａ…中心点、１０Ｂ…任意点（回転中心）、
１０Ｃ…端点、１０Ｄ…仮想操作平面、１１…２次元座
標入力手段（マウス）、１２…動作選択スイッチ、１３
…操作量変換手段、２０…マウスカーソル。
段、２Ａ…変換行列、３…平面カーソル発生手段、３Ａ
…平面カーソル形状、４…平面カーソル射影手段、４Ａ
…平面カーソル図形、５…２次元画像入力手段、５Ａ…
環境映像、６…２次元画像変換手段、６Ａ…内部図形、
７…画面合成手段、７Ａ…合成映像、８…操作画面表示
手段、８Ａ…操作画面、９…補助形状、１０…平面カー
ソル、１０Ａ…中心点、１０Ｂ…任意点（回転中心）、
１０Ｃ…端点、１０Ｄ…仮想操作平面、１１…２次元座
標入力手段（マウス）、１２…動作選択スイッチ、１３
…操作量変換手段、２０…マウスカーソル。
Claims (12)
- 【請求項１】 ３次元空間内に存在する操作対象物体へ
の移動あるいは回転動作などの操作指示を、２次元平面
で表示された操作画面上から入力する入力装置におい
て、 所定操作入力に応じて操作対象物体への操作指示を３次
元空間における操作量として出力する操作入力手段と、 この操作量に基づいて前記操作指示に対応する３次元座
標変換のための変換行列を求める変換行列発生手段と、 操作対象物体の位置および姿勢を示す平面からなる平面
カーソル形状を発生する平面カーソル発生手段と、 前記変換行列を用いてこの平面カーソル形状を３次元座
標変換して操作後の操作対象物体を示す平面カーソル図
形に変形する平面カーソル射影手段と、 操作対象物体を含む環境を示す映像を入力し環境映像と
して出力する２次元画像入力手段と、 これら平面カーソル図形と環境映像とを合成し合成映像
として出力する画面合成手段と、 この合成映像を２次元平面に操作画面として表示する操
作画面表示手段とを備えることを特徴とする入力装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の入力装置において、 変換行列発生手段からの変換行列を用いて２次元画像入
力手段からの環境映像のうち平面カーソル図形に対応す
る部分の切り取りおよび変形を行い内部図形として出力
する２次元画像変形手段を備え、 画面合成手段は、 平面カーソル図形、環境映像および内部図形を合成し合
成映像として出力することを特徴とする入力装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の入力装置におい
て、 平面カーソル発生手段は、 操作対象物体の位置および姿勢を示す平面からなる平面
カーソル形状を発生するとともに、その平面カーソルの
向きを示す補助形状を発生し、 平面カーソル射影手段は、 前記変換行列を用いて前記平面カーソル形状および補助
形状を３次元座標変換して操作後の操作対象物を示す平
面カーソル図形に変形することを特徴とする入力装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３記載の入力装置において、 操作入力手段は、 所定操作入力に応じて２次元座標での操作入力値を出力
する２次元座標入力手段と、 複数の操作量変換動作からいずれかを選択指示する動作
選択スイッチと、 この動作選択スイッチにより選択指示された操作量変換
動作により、動作選択スイッチが選択された時点での２
次元座標入力手段からの操作入力値とその後の操作入力
値との２次元の差分を、３次元空間における所定操作量
として変換出力する操作量変換手段とを有することを特
徴とする入力装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の入力装置において、 操作量変換手段は、 操作量変換動作として、平面カーソル面または操作画面
を定義する２次元座標の２軸方向の平行移動量に前記差
分をそれぞれ対応させて操作量を変換する第１の動作を
有することを特徴とする入力装置。 - 【請求項６】 請求項４記載の入力装置において、 操作量変換手段は、 操作量変換動作として、平面カーソル面または操作画面
の垂線方向の平行移動量とその垂線回りの回転量とに前
記差分をそれぞれ対応させて操作量を変換する第２の動
作を有することを特徴とする入力装置。 - 【請求項７】 請求項４記載の入力装置において、 操作量変換手段は、 操作量変換動作として、所定の２次元座標の２軸回りの
回転の回転量に前記差分をそれぞれ対応させて操作量を
変換する第３の動作を有することを特徴とする入力装
置。 - 【請求項８】 請求項４記載の入力装置において、 操作量変換手段は、 操作量変換動作として、 平面カーソル面または操作画面を定義する２次元座標の
２軸方向の平行移動量に前記差分をそれぞれ対応させて
操作量を変換する第１の動作と、 平面カーソル面または操作画面の垂線方向の平行移動量
とその垂線回りの回転量とに前記差分をそれぞれ対応さ
せて操作量を変換する第２の動作と、 所定の２次元座標軸の２軸回りの回転の回転量に前記差
分をそれぞれ対応させて操作量を変換する第３の動作と
を有することを特徴とする入力装置。 - 【請求項９】 請求項７または８記載の入力装置におい
て、 操作量変換手段は、 平面カーソルの中心点を第３の動作の回転中心として指
定することを特徴とする入力装置。 - 【請求項１０】 請求項７または８記載の入力装置にお
いて、 操作量変換手段は、 平面カーソルから所定距離だけ離れた任意点を第３の動
作の回転中心として指定することを特徴とする入力装
置。 - 【請求項１１】 請求項９または１０記載の入力装置に
おいて、 操作量変換手段は、 平面カーソルまたは操作画面を定義する２次元座標軸ま
たはこれに平行する２次元座標軸の２軸回りの回転を第
３の動作の回転方向として指定することを特徴とする入
力装置。 - 【請求項１２】 請求項９または１０記載の入力装置に
おいて、 操作量変換手段は、 動作選択スイッチによる動作選択時の２次元座標入力手
段からの操作入力値に対応する３次元座標を端点とし、
この端点および回転中心を含み操作画面に平行な仮想操
作平面と平面カーソルとの相対位置関係を保持しなが
ら、平面カーソル面，操作画面または仮想操作平面を定
義する２次元座標軸またはこれに平行する２次元座標軸
の２軸回りに回転する回転を第３の動作の回転方向とし
て指定することを特徴とする入力装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9285028A JP2985847B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 入力装置 |
| US09/174,226 US6243096B1 (en) | 1997-10-17 | 1998-10-16 | Instruction input system with changeable cursor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9285028A JP2985847B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11120384A true JPH11120384A (ja) | 1999-04-30 |
| JP2985847B2 JP2985847B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=17686227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9285028A Expired - Fee Related JP2985847B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 入力装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6243096B1 (ja) |
| JP (1) | JP2985847B2 (ja) |
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| KR20080088802A (ko) * | 2007-03-30 | 2008-10-06 | 삼성전자주식회사 | 디스플레이 상에서 포인터 이동속도가 가변적인 ｇｕｉ제공방법 및 이를 적용한 영상기기 |
| KR20100041006A (ko) | 2008-10-13 | 2010-04-22 | 엘지전자 주식회사 | 3차원 멀티 터치를 이용한 사용자 인터페이스 제어방법 |
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