(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための表示領域を有する表示手段と、
前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた立体視眼鏡と、
前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力するための視点位置入力手段と、
前記表示手段の表示領域上の位置を入力するために、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準光軸を形成する光照射部とを備え、前記表示領域上に表示された基準図形について入力された自己の位置及び前記基準光軸に基づいて表示領域上の位置を入力する表示位置入力手段と、
前記入力された眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、
を備えた立体画像表示装置。
【請求項２】
画像を表示するための表示領域を有しかつ光の一部を反射する反射部材を含んで形成された表示手段と、
前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた立体視眼鏡と、
前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力するために、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球が前記表示手段上に写し出された該表示手段上の位置の入力、及びオペレータの頭部位置を検知する検知部を備えて検出された頭部位置に基づいて視点位置を入力する視点位置入力手段と、
前記表示手段の表示領域上の位置を入力するための表示位置入力手段と、
前記入力された眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、
を備えた立体画像表示装置。
【請求項３】
画像を表示するための表示領域を有する表示手段と、
前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた立体視眼鏡と、
前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力するために、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準視軸を形成する照準部とを備え、入力された自己の位置及び前記基準視軸に基づいて視点位置を入力する視点位置入力手段と、
前記表示手段の表示領域上の位置を入力するための表示位置入力手段と、
前記入力された眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、
を備えた立体画像表示装置。
【請求項４】
前記視点位置入力手段は、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の回転を検出する検出部を備え、検出された眼球の回転に基づいて前記入力された視点位置から変化した視点位置を入力することを特徴とする請求項２または３に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記視点位置入力手段は、前記表示手段上の注視位置から眼球の回転を検出する検出手段を備え、検出された眼球の回転に基づいて視点位置を入力することを特徴とする請求項２または３に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記表示位置入力手段は、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準光軸を形成する光照射部とを備え、前記表示領域上に表示された基準図形について入力された自己の位置及び前記基準光軸に基づいて表示領域上の位置を入力することを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
予め測定された仮想立体空間内に表示した仮想物体の位置と、該仮想物体の知覚位置を測定した測定位置との誤差に基づいて、前記仮想立体空間内の知覚位置と、前記視点位置入力手段で入力する位置及び前記表示位置入力手段で入力する位置の少なくとも一方の位置との対応関係を予め求め、該対応関係に基づいて仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記補正手段は、前記対応関係に基づいて仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を計算することを特徴とする請求項７に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
画像を表示するための表示手段と、
前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々自己の位置を報知する報知手段を備えると共に、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた複数の立体視眼鏡と、
前記複数の立体視眼鏡から予め定めた基準位置まで最短距離の立体視眼鏡を選択することによって知覚対象の立体視眼鏡を選択する選択手段と、
前記表示手段の位置を入力するための表示位置入力手段と、
前記表示手段から離間しかつ予め定めた基準位置及び前記表示手段の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、
を備えた立体画像表示装置。
【請求項１０】
画像を表示するための表示手段と、
前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々自己の位置を報知する報知手段を備えると共に、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた複数の立体視眼鏡と、
前記複数の立体視眼鏡から予め定めた基準位置に基づいて立体視眼鏡が存在することが予想される存在領域を定める領域設定手段を有し、該存在領域及び前記報知手段から報知された複数の位置に基づいて知覚対象の立体視眼鏡を選択することによって知覚対象の立体視眼鏡を選択する選択手段と、
前記表示手段の位置を入力するための表示位置入力手段と、
前記表示手段から離間しかつ予め定めた基準位置及び前記表示手段の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、
を備えた立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記基準位置は、前記複数の立体視眼鏡のうちの１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された自己の位置に基づいて基準位置を定めることを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【請求項１２】
前記基準位置は、予め定めた視点位置または前記複数の立体視眼鏡のうちの１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された位置に基づいて定めた視点位置であることを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像表示装置、立体画像表示方法及び記録媒体にかかり、特に、仮想立体空間内に仮想物体を表示する立体画像表示装置、立体画像表示方法及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車体の形状や部品等を設計や評価する場合、設計値による部材（設計値と同一の値である実物）を作成して評価や検討そして再設計という処理を繰り返し行っていた。ところが、部材を作成して検討や再設計を繰り返すことは、膨大な時間を必要とする。このため、実物である部材を製作することなく、評価や検討することを可能とする装置の必要性が叫ばれている。
【０００３】
このような装置として、設計値により形成されるべき実物に相当する仮想物体を仮想空間上に表示させる、コンピュータグラフィック（ＣＧ）の立体画像により再現して検討を行うことや再設計の情報を得ることが注目されている。すなわち、最近では、設計段階からＣＡＤを用いたコンピュータ設計が行われており、このＣＡＤデータを用いて立体画像用のデータを生成し、立体画像を表示させることが可能となってきている。一例としては、立体視眼鏡を用いて、３次元空間を生成し、その仮想空間内の仮想物体を操作することにより、ＣＡＤの操作性を向上させる立体表示装置が知られている（特開平６−１３１４４２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実物である部材を作成することなく評価や検討等をするためには、設計値の忠実な再現、すなわち表示が必要となる。このためには、実物と同一サイズの表示や予め定めた一定尺度による表示を行わなければならない。従来の立体表示装置では、表示精度について十分な検討がなされておらず、実物と同一サイズの表示や予め定めた一定尺度による表示をすることができない。
【０００５】
また、個々のオペレータでは仮想立体空間内の仮想物体の認知（知覚情報）についてばらつきがあるが、従来の立体表示装置では、この点について十分な検討がなされておらず、高精度の立体表示が不可能であった。
【０００６】
さらに、従来の立体表示装置は、仮想空間上に実物と同様の仮想物体を表示させることができるが、その仮想物体は唯一のオペレータのみが目視可能であった。このため、立体表示された仮想物体を複数のオペレータ（観察者）が目視することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、仮想立体空間内に忠実に再現された仮想物体を表示することができる立体画像表示装置、立体画像表示方法及び記録媒体を得ることが目的である。
【０００８】
また、上記目的に加え、本発明は、仮想立体空間内に再現された仮想物体を複数のオペレータが認知することができる立体画像表示装置、立体画像表示方法及び記録媒体を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明の立体画像表示装置は、画像を表示するための表示領域を有する表示手段と、前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた立体視眼鏡と、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力するための視点位置入力手段と、前記表示手段の表示領域上の位置を入力するために、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準光軸を形成する光照射部とを備え、前記表示領域上に表示された基準図形について入力された自己の位置及び前記基準光軸に基づいて表示領域上の位置を入力する表示位置入力手段と、前記入力された眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、を備えている。
【００１０】
請求項２に記載の発明の立体画像表示装置は、画像を表示するための表示領域を有しかつ光の一部を反射する反射部材を含んで形成された表示手段と、前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた立体視眼鏡と、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力するために、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球が前記表示手段上に写し出された該表示手段上の位置の入力、及びオペレータの頭部位置を検知する検知部を備えて検出された頭部位置に基づいて視点位置を入力する視点位置入力手段と、前記表示手段の表示領域上の位置を入力するための表示位置入力手段と、前記入力された眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、を備えている。
【００１１】
請求項３に記載の発明の立体画像表示装置は、画像を表示するための表示領域を有する表示手段と、前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた立体視眼鏡と、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力するために、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準視軸を形成する照準部とを備え、入力された自己の位置及び前記基準視軸に基づいて視点位置を入力する視点位置入力手段と、前記表示手段の表示領域上の位置を入力するための表示位置入力手段と、前記入力された眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、を備えている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の立体画像表示装置において、前記視点位置入力手段は、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の回転を検出する検出部を備え、検出された眼球の回転に基づいて前記入力された視点位置から変化した視点位置を入力することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２または３に記載の立体画像表示装置において、前記視点位置入力手段は、前記表示手段上の注視位置から眼球の回転を検出する検出手段を備え、検出された眼球の回転に基づいて視点位置を入力することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載の立体画像表示装置において、前記表示位置入力手段は、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準光軸を形成する光照射部とを備え、前記表示領域上に表示された基準図形について入力された自己の位置及び前記基準光軸に基づいて表示領域上の位置を入力することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の立体画像表示装置において、予め測定された仮想立体空間内に表示した仮想物体の位置と、該仮想物体の知覚位置を測定した測定位置との誤差に基づいて、前記仮想立体空間内の知覚位置と、前記視点位置入力手段で入力する位置及び前記表示位置入力手段で入力する位置の少なくとも一方の位置との対応関係を予め求め、該対応関係に基づいて仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の立体画像表示装置において、前記補正手段は、前記対応関係に基づいて仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を計算することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明の立体画像表示装置は、画像を表示するための表示手段と、前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々自己の位置を報知する報知手段を備えると共に、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた複数の立体視眼鏡と、前記複数の立体視眼鏡から予め定めた基準位置まで最短距離の立体視眼鏡を選択することによって知覚対象の立体視眼鏡を選択する選択手段と、前記表示手段の位置を入力するための表示位置入力手段と、前記表示手段から離間しかつ予め定めた基準位置及び前記表示手段の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、を備えている。
請求項１０に記載の発明の立体画像表示装置は、画像を表示するための表示手段と、前記表示手段から離れた位置に設けられかつ、各々自己の位置を報知する報知手段を備えると共に、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えた複数の立体視眼鏡と、前記複数の立体視眼鏡から予め定めた基準位置に基づいて立体視眼鏡が存在することが予想される存在領域を定める領域設定手段を有し、該存在領域及び前記報知手段から報知された複数の位置に基づいて知覚対象の立体視眼鏡を選択することによって知覚対象の立体視眼鏡を選択する選択手段と、前記表示手段の位置を入力するための表示位置入力手段と、前記表示手段から離間しかつ予め定めた基準位置及び前記表示手段の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する制御手段と、を備えている。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の立体画像表示装置において、前記基準位置は、前記複数の立体視眼鏡のうちの１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された自己の位置に基づいて基準位置を定めることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の立体画像表示装置において、前記基準位置は、予め定めた視点位置または前記複数の立体視眼鏡のうちの１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された位置に基づいて定めた視点位置であることを特徴とする。
【００２８】
本発明では、視点位置入力手段により立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置が入力される。また、表示位置入力手段により表示手段の表示領域上の位置が入力される。これによって、表示手段の表示領域上の位置と眼球の位置とが正確に対応される。制御手段は、入力された眼球の位置及び表示領域上の位置に基づいて表示手段と立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定める。これと共に、制御手段は、仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する。立体視眼鏡は、左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えており、各々について光の透過及び未透過が制御手段からの信号によって切り換えられることにより仮想立体空間内に表示された実際の物体に相当する仮想物体がオペレータにより認知される。
【００２９】
前記表示手段が光の一部を反射する反射部材を含んで形成されることによって、オペレータの瞳を表示手段に写し出すことができ、前記視点位置入力手段は前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球が前記表示手段上に写し出された該表示手段上の位置の入力、及びオペレータの頭部位置を検知する検知部を備えて検出された頭部位置に基づいて視点位置を入力することができる。すなわち、オペレータの瞳から表示手段に写し出された瞳までの視軸と表示手段に写し出された瞳とオペレータの瞳とを結ぶ直線とが一致し、表示手段上の位置の入力が視点位置を正確に対応することになる。
【００３０】
前記視点位置入力手段は、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準視軸を形成する照準部とを備え、入力された自己の位置及び前記基準視軸に基づいて視点位置を入力することによって、オペレータが目視する表示手段上の位置は正確に特定することができると共に、その特定できる位置を指示した自己の位置を正確に入力することができる。
【００３１】
また、前記視点位置入力手段は、前記立体視眼鏡近傍に位置する眼球の回転を検出する検出部を備え、検出された眼球の回転に基づいて前記入力された視点位置から変化した視点位置を入力することによって、眼球の回転運動による視点位置の移動を検出でき、正確に視点位置を入力することができる。
【００３２】
また、前記視点位置入力手段は、前記表示手段上の注視位置から眼球の回転を検出する検出手段を備え、検出された眼球の回転に基づいて視点位置を入力することによって、眼球の回転運動による視点位置の移動を検出でき、正確に視点位置を入力することができる。
【００３３】
前記表示位置入力手段は、自己の位置を入力するための位置入力部と前記位置入力部に対して基準光軸を形成する光照射部とを備え、前記表示領域上に表示された基準図形について入力された自己の位置及び前記基準光軸に基づいて表示領域上の位置を入力することによって、表示手段上に基準光軸に沿う光で指示することができると共に、その表示手段上を指示した位置の延長線上の自己の位置を正確に入力することができる。
【００３４】
前記仮想立体空間内の知覚位置と、前記視点位置入力手段で入力する位置及び前記表示位置入力手段で入力する位置の少なくとも一方の位置との対応関係を予め求め、該対応関係に基づいて仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を補正する補正手段をさらに備えることによって、仮想立体空間内の位置と視点位置入力手段で入力する位置との対応関係や、仮想立体空間内の位置と表示位置入力手段で入力する位置との対応関係が定まるので、仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を容易に補正することができ、高精度で仮想物体を表示することができる。
【００３５】
オペレータが画像を目視するとき、常時頭部が固定されているわけではない。従って、オペレータの頭部が移動することで眼球の位置と表示領域との間の関係は相対的に移動する。この場合、上記対応関係を仮想立体空間内の知覚位置と、前記視点位置入力手段で入力する位置及び前記表示位置入力手段で入力する位置の少なくとも一方の所定位置との対応関係を求めたのみでは、目視位置によって、仮想物体の表示精度が悪化する。このため、眼球の位置と表示領域迄の空間の距離を考慮して、対応関係を求めるようにすれば、オペレータの頭部の移動や表示装置の移動によっても、高精度で仮想物体を表示することができる。
【００３６】
前記補正手段は、前記対応関係に基づいて仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を計算することによって、より正確な位置に仮想物体を立体画像として得ることができる。
【００３７】
また、前記補正手段は、予め測定された仮想立体空間内に表示した仮想物体の位置と、該仮想物体の知覚位置を測定した測定位置との誤差に基づいて、前記対応関係を求めることにより、オペレータの知覚特性に応じた仮想物体を表示することができる。
【００３８】
上記立体画像表示装置では、プログラムされたコンピュータによって立体画像を表示する立体画像表示方法による処理が実行される。すなわち、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を有する立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力し、画像を表示するための表示領域を有する表示手段の該表示領域上の位置を入力し、前記眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を切り換えると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子を光の透過または未透過に切り換える。
【００３９】
また、眼球の位置と表示領域迄の空間の距離は表示中に変動することがあるので、この場合には、前記仮想立体空間内の知覚位置と、前記眼球の位置及び前記表示領域上の位置の少なくとも一方の位置との対応関係を予め求め、該対応関係に基づいて仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を補正すればよい。
【００４０】
上記実行される処理は、コンピュータによって立体画像を表示するための立体画像表示プログラムを記録した記録媒体に格納することができる。この記録媒体には、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を有する立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置を入力し、画像を表示するための表示領域を有する表示手段の該表示領域上の位置を入力し、前記眼球の位置及び前記表示領域上の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間を定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を切り換えると共に、該切り換えに同期して前記左眼用光学素子及び右眼用光学素子を光の透過または未透過に切り換えることによって、立体画像を表示するための立体画像表示プログラムが記録される。
【００４１】
請求項９の発明では、選択手段によって、複数の立体視眼鏡から知覚対象の立体視眼鏡が選択される。制御手段は、予め定めた基準位置及び表示位置入力手段により入力された表示手段の位置に基づいて、表示手段と、選択された立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定める。これと共に、制御手段は、仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子が交互に光を透過または未透過を繰り返すように切換信号を出力する。立体視眼鏡は、左眼用光学素子及び右眼用光学素子を備えており、各々について光の透過及び未透過が制御手段からの信号によって切り換えられることにより仮想立体空間内に表示された実際の物体に相当する仮想物体が、複数の立体視眼鏡から知覚対象として選択された立体視眼鏡を装着したオペレータにより認知される。
【００４２】
従って、複数の立体視眼鏡について知覚対象の立体視眼鏡を選択して仮想物体を認知させることができるので、複数のオペレータのうち選択した立体視眼鏡を有するオペレータに対して仮想物体を提示することができる。また、複数の立体視眼鏡について知覚対象の立体視眼鏡を順次選択することによって、複数のオペレータに仮想物体を提示することができる。
【００４３】
例えば、車両内部から目視する物体について仮想立体空間を提示して仮想物体を知覚させようとする場合、前記基準位置は、車両内部空間の任意の位置、例えば運転席を基準位置とすることができる。また、通常、車両内には複数の乗員が着座可能であるので、各乗員の着座位置を基準位置とすることにより、それぞれの乗員に対して仮想物体を提示することができる。そこで、前記基準位置は、複数の立体視眼鏡のうち１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された自己の位置に基づいて基準位置を定めることができる。このように、報知手段から報知された位置に基づいて基準位置を定めることによって、立体視眼鏡を装着しているオペレータに対して最適な仮想物体を提示することができる。
【００４４】
また、車両内部から目視する物体について仮想立体空間を提示して仮想物体を知覚させようとする場合、その知覚は目視位置からであるので、前記基準位置は、運転席に着座したドライバの目視位置とすることができる。また、車両内の複数の乗員の各々の着座位置または目視位置を基準位置とすることにより、それぞれの乗員に対して仮想物体を提示することができる。そこで、予め定めた視点位置または複数の立体視眼鏡のうちの１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された位置に基づいて定めた視点位置を前記基準位置とすることによって、知覚対象となるオペレータが目視する位置から正確に仮想立体空間に定めて仮想物体を表示させることができる。
【００４５】
前記選択手段が複数の立体視眼鏡から知覚対象の立体視眼鏡を選択する場合、複数の立体視眼鏡のうち、１つを指定する入力手段によって定めて選択するようにしてもよい。また、複数の立体視眼鏡から自動的に知覚対象の立体視眼鏡を選択することもできる。すなわち、前記選択手段として、基準位置まで最短距離の前記立体視眼鏡を選択するようにすれば、基準位置付近に立体視眼鏡を装着した複数のオペレータが存在しても、その中から最短距離の立体視眼鏡が選択されるので、簡単かつ正確に知覚対象となるオペレータに対して仮想物体を表示させることができる。
【００４６】
また、前記選択手段は、前記基準位置に基づいて立体視眼鏡が存在することが予想される存在領域を定める領域設定手段を有することができる。領域設定手段は、基準位置から所定範囲、例えば半径１ｍで規定される形状（円や楕円等）の存在領域を定める。この存在領域には立体視眼鏡を装着したオペレータが存在することが予想されるので、存在領域及び報知手段から報知された複数の位置に基づいて、知覚対象の立体視眼鏡を選択することができる。存在領域及び報知手段による位置からの選択は、存在領域内に立体視眼鏡が存在するときに基準点まで最短距離の立体視眼鏡を選択したり、存在領域に対する依存度が高い立体視眼鏡例えば存在領域外まで最長距離の立体視眼鏡を選択したりする。また、存在領域内に立体視眼鏡が存在しないときに存在領域まで最短距離の立体視眼鏡を選択すればよい。このように、存在領域及び報知手段による位置から知覚対象の立体視眼鏡を選択できるので、複数の立体視眼鏡から自動的に知覚対象の立体視眼鏡を選択することもできる。
【００４７】
なお、前記立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子として、液晶シャッタを用いることによって、立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子は追従性を高速にかつ遮光性の切り替えを容易にすることができ、立体視眼鏡により仮想物体を容易にオペレータに認知させることができる。
【００４８】
上記立体画像表示装置では、プログラムされたコンピュータによって立体画像を表示する立体画像表示方法による処理が実行される。すなわち、画像を表示するための表示領域を有する表示手段の該表示領域上の位置を入力し、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を有する複数の立体視眼鏡から知覚対象の立体視眼鏡を選択し、前記表示手段から離間しかつ予め定めた基準位置及び前記表示手段の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子を光の透過または未透過に切り換える。
【００４９】
上記実行される処理は、コンピュータによって立体画像を表示するための立体画像表示プログラムを記録した記録媒体に格納することができる。この記録媒体には、画像を表示するための表示領域を有する表示手段の該表示領域上の位置を入力し、各々入力された信号に基づいて光の透過及び未透過を切り換え可能な左眼用光学素子及び右眼用光学素子を有する複数の立体視眼鏡から知覚対象の立体視眼鏡を選択し、前記表示手段から離間しかつ予め定めた基準位置及び前記表示手段の位置に基づいて、前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に含まれる空間を仮想立体空間に定めかつ仮想立体空間内で認知させるための仮想物体の位置が該仮想物体に対応する実際の物体を前記表示手段と前記立体視眼鏡との間に設置したときの位置となるように仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を生成し、これら仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を前記表示手段に切り換えて表示させると共に、該切り換えに同期して前記知覚対象の立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子を光の透過または未透過に切り換えることによって、立体画像を表示するための立体画像表示プログラムが記録される。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００５１】
〔第１実施の形態〕
第１実施の形態は、単一のオペレータ（観察者）に対して立体画像を提示する場合に本発明を適用したものである。
【００５２】
図１に示すように、本実施の形態の立体画像表示装置１０は、暗室６０内に、スクリーン１６に画像を投影するプロジェクタ１２を備えている。プロジェクタ１２は、立体表示のための画像を生成する制御装置１４上に取り付けられている。
【００５３】
プロジェクタ１２の投影側でスクリーン１６より下流側にはオペレータＯＰが着座するためのシート２４が位置している。シート２４は台座２６上に設けられ、この台座２６は蛇腹２８Ａを介してモータ２８に連結されている。モータ２８は床上を移動可能な台車２８Ｂに固定されており、モータ２８の駆動によって、蛇腹２８Ａが伸縮する。この蛇腹２８Ａの伸縮により、台座２６が上下方向（図１の矢印ＵＤ方向）に移動され、シート２４に着座したオペレータＯＰが昇降する。このシート２４に着座したオペレータＯＰの昇降は、車種に応じた車高の調整に用いられるものである。
【００５４】
なお、台車２８Ｂは、床上を所定方向（前後方向として図１の矢印ＦＲ方向、及び左右方向として図１の矢印ＲＬ方向）に移動可能である。
【００５５】
オペレータＯＰは、位置座標等を入力するための位置入力装置１８（詳細は後述）を所持している。また、オペレータＯＰの頭部には、液晶シャッタ眼鏡２０が取り付けられており、この液晶シャッタ眼鏡２０には位置センサ２２が設けられている。位置センサ２２は、磁界検出センサであり、オペレータＯＰの後方に設けられた磁界発生装置３０から発生された磁界を検出して、位置センサ２２が位置する３次元座標及び方向を検出するためのものである。
【００５６】
図２に示すように、制御装置１４は、単数または複数のＣＰＵ３４，ＲＡＭ３６，ＲＯＭ３８、及び入出力ポート４０を含んだマイクロコンピュータで構成され、各々コマンドやデータ授受が可能なようにバス４２によって接続されている。この入出力ポート４０にはドライバ４４を介して位置入力装置１８が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ４６を介して液晶シャッタ眼鏡２０が接続され、ドライバ４８を介して位置センサ２２が接続されている。また、プロジェクタ１２は、ドライバ５０を介して入出力ポート４０に接続されている。さらに、入出力ポート４０には、ドライバ５２を介してモータ２８が接続され、ドライバ５４を介して磁界発生装置３０が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ５６を介してキーボード３２が接続されている。また、ＲＯＭ３８には、後述する処理ルーチンが記憶されている。
【００５７】
また、入出力ポート４０には、記録媒体としてのフロッピーディスク３７が挿抜可能なフロッピーデュスクユニット（ＦＤＵ）３５が接続されている。なお、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵ３５を用いてフロッピーディスク３７に対して読み書き可能である。従って、後述する処理ルーチンは、ＲＯＭ３８に記憶することなく、予めフロッピーディスク３７に記録しておき、ＦＤＵ３５を介してフロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを実行してもよい。また、制御装置１４にハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、フロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省略）へ格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵ３５に代えてまたはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。
【００５８】
図３に示すように、位置入力装置１８は、ペン型形状のボデー６２を有しており、先端部に磁界を検出する検出部６４が取り付けられると共に、検出するタイミングを指示するための指示部６６が取り付けられている。なお、本実施の形態では、位置入力装置１８として、３次元の座標入力を容易とするため、以下の説明では次に示す他の３次元ポインタ１８Ａ，１８Ｂを用いることもある。
【００５９】
図４に示すように、３次元ポインタ１８Ａは、レーザ装置６８を有しており、レーザ装置６８に取り付けられた把手６９に磁界を検出することにより３次元の位置を検出する検出部７０が取り付けられると共に、検出するタイミングを指示するための指示部７２が取り付けられている。また、図５に示すように、３次元ポインタ１８Ｂは、円筒状のボデー７５の両端部に照準７４、７６が取り付けられている。ボデー７５には３次元ポインタ１８Ａと同様に、把手６９が取り付けられており、この把手６９には磁界を検出する検出部７０が取り付けられると共に、検出するタイミングを指示するための指示部７２が取り付けられている。これらの３次元ポインタ１８Ａ，１８Ｂは、位置入力装置１８として制御装置１４に接続可能とされている。
【００６０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
立体画像表示装置１０に電源が投入されると、制御装置１４において、図６の処理ルーチンが実行される。まず、ステップ１００では実際の空間位置と位置センサで検出した仮想空間となり得べき空間位置との誤差を補正するための空間補正処理が行われ、次のステップ１０２ではスクリーン１６上に表示される画像の３次元位置を正確に把握するためのスクリーン位置設定処理が行われ、次のステップ１０４ではオペレータＯＰの実際の視点位置を定めるための視点位置設定処理が行われ、次のステップ１０６では空間補正された仮想空間上に上記設定されたスクリーン位置及び視点位置を採用して立体画像表示が行われる。
【００６１】
次に、図６のステップ１００の空間補正処理の詳細を説明する。
図７に示すように、空間補正処理では、ステップ１１０において空間フレーム座標データを読み取り、次のステップ１１２においてフレームを表示する。空間フレーム座標データは、３次元空間上にて所定間隔ｄの座標値をＸＹＺの各方向に所定個（例えばｍ個）有する座標データであり、各座標点を直線で結ぶことにより、辺の長さｄの所定の大きさの小立方体が積み重ねられた辺の長さｍｄの立方体を構成する。また、空間フレーム座標データによるフレーム表示は、長さｄの間隔で糸やレーザ光線（図示省略）をＸＹＺの各方向に直交するように配置することにより形成することができる。
【００６２】
次のステップ１１４では、表示されたフレームの交点座標を入力する。すなわち、ペン型の位置入力装置１８の先端部の検出部６４を表示されたフレームの複数の交点に位置させて、各々で指示部６６により検出を指示して磁界を検出することにより、表示されたフレームの交点座標を入力する。次のステップ１１６では、表示されたフレームの交点座標と、磁界の検出により入力された交点座標との対応関係を補正テーブルとして求めて記憶する。
【００６３】
これにより、磁界の検出により入力される座標は、実際の空間座標に対応されることになる。
【００６４】
次に、図６のステップ１０２のスクリーン位置設定処理の詳細を説明する。なお、ステップ１０２の処理では、位置入力装置１８として、レーザ装置６８を有する３次元ポインタ１８Ａを用いている。また、この３次元ポインタ１８Ａは、指示部７２で検出を指示することにより、検出部７０で磁界を検出すると共に、方向を検出するものとする。すなわち、３次元ポインタ１８Ａは、指示部７２の指示で、３次元ポインタ１８Ａからレーザ光が射出される中心点Ｊ（図４参照）の３次元座標値、及びレーザ光の射出方向に沿う方向のベクトルを出力する。
【００６５】
図８に示すように、スクリーン位置設定処理では、ステップ１２０において、基準形状データを読み取り、次のステップ１２２で基準形状をスクリーン１６に表示する。本実施の形態では、図９に示すように、スクリーン１６におけるプロジェクタ１２の投影可能範囲の最大枠１６Ａの相似形でかつその最大枠より小さな所定の相似比の長方形１６Ｂを基準形状に設定している。最大枠１６Ａは、スクリーン表示外枠として四隅の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで定められ、その最大枠１６Ａより小さな長方形１６Ｂも同様に四隅の点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’で定められる。
【００６６】
次のステップ１２４では、スクリーン１６上に表示された基準形状である長方形１６Ｂの四隅の点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’を３次元ポインタ１８Ａによって入力することで、各３次元座標及びベクトルを読み取る。すなわち、点Ａ’を３次元ポインタ１８Ａから射出されるレーザ光を照射し、指示部７２で指示することで点Ａ”の座標値及びベクトルａを得る。同様に、点Ｂ’を３次元ポインタ１８Ａのレーザ光で照射して指示部７２で指示し点Ｂ”の座標値及びベクトルｂを得て、点Ｃ’を３次元ポインタ１８Ａのレーザ光で照射して指示部７２で指示し点Ｃ”の座標値及びベクトルｃを得て、点Ｄ’を３次元ポインタ１８Ａのレーザ光で照射して指示部７２で指示し点Ｄ”の座標値及びベクトルｄを得る。
【００６７】
次のステップ１２６では、点Ａ”，Ｂ”，Ｃ”，Ｄ”の座標値及びベクトルａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて、以下に示すように、スクリーン１６上に表示された基準形状である長方形１６Ｂの四隅の点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’の仮想空間上の座標値を得る。
【００６８】
仮想空間上の中心点をＯとすると、中心点Ｏからスクリーン１６上の点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’までは、次のように表せる。
【００６９】
ＯＡ’＝ＯＡ”＋ｐａ
ＯＢ’＝ＯＢ”＋ｑｂ
ＯＣ’＝ＯＣ”＋ｒｃ
ＯＤ’＝ＯＤ”＋ｓｄ
但し、ｐ，ｑ，ｒ，ｓは変数（ｐ＞０，ｑ＞０，ｒ＞０，ｓ＞０）
【００７０】
点Ａ”，Ｂ”，Ｃ”，Ｄ”の座標値、及びベクトルａ，ｂ，ｃ，ｄは既知であり、Ａ’Ｂ’＝Ｃ’Ｄ’，Ａ’Ｂ’・Ａ’Ｄ’＝０であることにより、点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’の座標値を求めることができる。
【００７１】
次のステップ１２８では、上記で求めた点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’の座標値を用いて最大枠１６Ａの四隅の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値を求める。本実施の形態では、最大枠１６Ａと長方形１６Ｂとが中心が同一の長方形であるため、点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’の座標値からその中心を求めて相似比を用いて点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値を求める。
【００７２】
このように、仮想空間上の座標値から遠隔に設置されたスクリーン１６の３次元の位置を高精度でかつ容易に求めることができる。
【００７３】
なお、上記では基準形状として四角形を用いた場合を説明したが、測定する基準形状を変形（多角形）したり、測定点を増加させたりしてもよい。
【００７４】
また、上記では、演算により求めた場合を説明したが、実測によって求めても良い。次に、この実測によって求める他処理を説明する。
【００７５】
図１０に示すように、スクリーン位置設定の他処理では、ステップ１３０において、基準点データを読み取る。この基準点データは、空間補正処理（図７）においてフレーム表示させたときの１つの交点座標値を用いる。次のステップ１３２では、読み取った基準点の座標値を空中に表示させる。すなわち、２本のレーザ光を用いて交差させたその交点が前記交点座標値に位置するようにレーザ光を射出させる。この交点を基準点として、次のステップ１３４においてペン型の３次元ポインタ、すなわち位置入力装置１８で入力する。次のステップ１３６では、位置入力装置１８で入力した基準点からスクリーン１６までの距離を実際に測定し、その測定値を用いて点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値、すなわちスクリーン表示外枠の座標値を求める。
【００７６】
このように、空中に表示された交点を基準点として用いているので、基準点を表示させるときの障害が生じることなく、測定することができる。
【００７７】
すなわち、２本のレーザ光を用いて交差させて生じる交点を基準点として、ペン型の３次元ポインタ、すなわち位置入力装置１８で位置を入力し、その基準点からスクリーン１６までの距離を実際に測定し、その測定値を用いて点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値、すなわちスクリーン表示外枠の座標値を求めてもよい。このように、空中に表示された交点を基準点として用いれば、基準点を表示させるときの障害が生じることなく、測定することができる。
【００７８】
次に、図６のステップ１０４の視点位置設定処理の詳細を説明する。
図１１に示すように、視点位置設定処理では、ステップ１４０においてスクリーン１６上に十字カーソル８０（図１２）を表示させ、次のステップ１４２においてキーボード３２の入力に応じて十字カーソル８０を移動させる。ステップ１４２では、オペレータＯＰは、スクリーン１６上に写し出された自己の左右の瞳像８２Ｌ，８２Ｒ上に各々十字カーソル８０を移動させ（図１２）、座標読み取り指示を行う。次のステップ１４４では、自己の左右の瞳像８２Ｌ，８２Ｒ上に合致された十字カーソル８０の位置を各々読み取り、次のステップ１４６において、視点位置を演算する。このステップ１４４で読みとった座標値から正視状態（略無限遠を目視した状態）の瞳孔間距離ＰＤを求めることができる。なお、ステップ１４６で求める視点位置は、オペレータＯＰの頭部に位置する位置センサ２２からの標準的な頭部形状から定まる距離で求めることができる。また、ペン型の位置入力装置１８の先端部の検出部６４をオペレータＯＰの眼球付近に位置させて入力した座標値から頭部形状を求め、その頭部形状から定まる距離を採用してもよい。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、スクリーン１６上に写し出された自己の瞳像に十字カーソルを合わせ込む場合を説明したが、スクリーン１６上に自己の瞳が写し出されない場合には、オペレータＯＰとスクリーン１６との間にハーフミラー等の反射部材を設けて写し出すようにすればよい。
【００８０】
また、上記では、スクリーン１６上に写し出された自己の瞳像から視点位置を求めた場合を説明したが、より正確に視点位置を求める他処理について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、より正確に視点位置を求める他処理では、位置入力装置１８として、円筒状のボデー７５の両端部に照準７４、７６が取り付けられた３次元ポインタ１８Ｂ（図５）を用いている。また、この３次元ポインタ１８Ｂは、指示部７２で検出を指示することにより、検出部７０で磁界を検出すると共に、方向を検出するものとする。すなわち、３次元ポインタ１８Ｂは、指示部７２の指示で、３次元座標値、及び３次元ポインタ１８Ｂの照準７４、７６に合致するスクリーン１６上の点に向かう方向のベクトルを出力する。つまり、オペレータＯＰがスクリーン１６上の点を３次元ポインタ１８Ｂの照準７４、７６で合致させることにより、３次元ポインタ１８Ｂ上の視軸の１点ＪＪの座標値及び視軸の方向ベクトルを求めることができる。
【００８１】
このように、異なる２点において、オペレータＯＰがスクリーン１６上の点を３次元ポインタ１８Ｂの照準７４、７６で合致させることにより、３次元ポインタ１８Ｂ上の視軸の１点ＪＪの座標値及び視軸の方向ベクトルを求め、視点位置を求めることができる。
【００８２】
図１３に示すように、視点位置設定の他処理では、ステップ１５０において、基準点データを読み取る。この基準点データは、スクリーン１６上に表示させるための基準点Ｓの座標データであり、予め定められている。次のステップ１５２では、この基準点Ｓをスクリーン１６上に表示させる。次のステップ１５４ではオペレータＯＰに第１位置において座標値及び視軸の方向ベクトルの指示を促し基準点Ｓを入力させる。これにより、３次元ポインタ１８Ｂ上の視軸の１点ＪＪの座標値である位置ベクトルａ及び視軸の方向ベクトルである単位ベクトルｂが入力される（図１４）。次のステップ１５６では第１位置と異なる位置の第２位置において座標値及び視軸の方向ベクトルの指示を促し基準点を入力させる。これにより、第２位置による位置ベクトルａ’及び単位ベクトルｂ’が入力される。
【００８３】
次のステップ１５８では、位置入力装置１８で入力された基準点の位置ベクトル及び単位ベクトルを用いて視点位置を求める。この視点位置を求める方法を詳細に説明する。なお、オペレータＯＰに取り付けられた位置センサ２２の位置を検出することが可能であるため、視点位置は、位置センサ２２から視点Ｘまでのベクトルｔを求めることに相当する。
【００８４】
図１４に示すように、基準点Ｓ、点Ａの位置ベクトルａ及び単位ベクトルｂ、点Ａ’の位置ベクトルａ’及び単位ベクトルｂ’は、上記のようにして入力される。従って、左眼について、第１位置の視点Ｘの位置ベクトルｘ、第２位置の視点Ｘ’の位置ベクトルｘ’は、以下のように表せる。なお、図中、点Ｏは、仮想空間上の中心点を表している。
【００８５】
ｘ  ＝ｔ＋ｐ  ＝ｓ＋ｋ・ｂ
ｘ’＝ｔ＋ｐ’＝ｓ＋ｋ’・ｂ’
但し、ｔ  ：位置センサから視点Ｘまでの位置ベクトル
ｘ  ：視点Ｘの位置ベクトル
ｘ’：視点Ｘ’の位置ベクトル
ｐ  ：点Ｏから第１位置の位置センサまでの位置ベクトル
ｐ’：点Ｏから第２位置の位置センサまでの位置ベクトル
ｋ，ｋ’：変数
【００８６】
上記の式からベクトルｔを求めることができ、視点位置を求めることができる。なお、右眼についても、上記と同様の処理により求めることができる。
【００８７】
上記説明したようにしてオペレータＯＰの視点位置を設定することができるが、オペレータＯＰは、目視する方向によって視点位置が変化する。すなわち、注視点の位置によって視点位置が変化する。このように、注視点の位置によって変化する視点位置を求める処理を説明する。
【００８８】
図１５に示すように、注視点の位置による視点位置を求める処理は、まず、ステップ１６０において眼球の中心位置Ｌ０，Ｒ０を求める。すなわち、眼球の大きさは一般的にばらつきが少なく、標準的に眼球の直径を定めることができるので、図１３の処理で求めたように、予め求めた視点位置から所定の眼球直径を用いて、眼球の中心位置Ｌ０，Ｒ０を求める。次のステップ１６１では、オペレータＯＰに取り付けられた位置センサ２２によって顔面の方向を読み取る。次のステップ１６２では、注視点の位置座標を読み取り、この注視点の位置座標、ステップ１６１で読み取った顔面方向、眼球の中心位置Ｌ０，Ｒ０及び眼球直径から次のステップ１６４において視点位置を求める。
【００８９】
図１６を参照して、オペレータＯＰが正視状態から変化した状態の場合を例にして、視点位置を求める方法を説明する。なお、本実施の形態では、略無限遠を目視した状態をオペレータＯＰの正視状態としている。この場合、オペレータＯＰの顔面の方向は、両眼の中心と目視した位置を結ぶ方向を向いているものとする。従って、所謂流し目、上目づかいや下目づかい等のように、眼球のみを回転させた状態は、正視状態ではない。このような、所謂流し目、上目づかいや下目づかい等の状態を、以下の説明では総称して斜視状態という。
【００９０】
オペレータＯＰが顔面を前方（スクリーン）に向けて注視点Ｓｃを目視するとき（斜視状態）、左眼の視点位置は、正視状態の視点位置Ｌ１から左眼の中心Ｌ０と注視点Ｓｃとを結ぶ直線と眼球直径による円との交点に移動した視点位置Ｌ２に移動する。同様に、右眼の視点位置は、正視状態の視点位置Ｒ１から右眼の中心Ｒ０と注視点Ｓｃとを結ぶ直線と眼球直径による円との交点に移動した視点位置Ｒ２に移動する。従って、注視点Ｓｃの位置、眼球の中心位置Ｌ０，Ｒ０及び眼球直径から、注視点の位置によって変化する視点位置Ｌ２，Ｒ２を求めることができる。なお、図１６ではオペレータＯＰが顔面を前方（スクリーン）に向けた状態である場合を説明したが、オペレータＯＰに取り付けられた位置センサ２２によって顔面の方向を検出することが可能であるため、オペレータＯＰの顔面の向きがいかなる状態の場合でも、顔面の方向と注視点Ｓｃの位置及び眼球の直径から、注視点の位置によって変化する視点位置Ｌ２，Ｒ２を求めることができる。
【００９１】
この注視点の位置によって変化する視点位置を求めることは、オペレータＯＰに表示する仮想物体の位置をオペレータＯＰの正視方向から上下左右に大きく移動させて表示させたときに、すなわち斜視状態のときに有効である。
【００９２】
上記では、演算により、注視点の位置によって変化する視点位置を求めた場合を説明したが、眼球運動を直接検出して視点位置を求めることもできる。この直接眼球運動を検出して視点位置を求める他処理について図１７を参照して説明する。なお、この眼球運動を直接検出するものとしては、瞳の回転運動や角膜の反射率変化から眼球の回転運動を検出するアイトラッカ（図示省略）がある。ここでは、この図示しないアイトラッカからの出力信号が制御装置１４に入力されるものとする。また、このアイトラッカは液晶シャッタ眼鏡２０に取り付けることが好ましい。
【００９３】
図１７に示すように、眼球運動を検出して視点位置を求める他処理では、ステップ１７４において、アイトラッカにより眼球の回転運動を読み取り、次のステップ１７６において、眼球の回転運動による角度によって正視状態での視点位置Ｒ１，Ｌ１から変化した視点位置Ｌ２，Ｒ２を求めることができる。
【００９４】
次に、図６のステップ１０６の立体画像表示処理の詳細を説明する。
図１８に示すように、立体画像表示処理では、ステップ２００において仮想空間上に仮想物体を表示するための画像データを読み取り、次のステップ２０２において位置センサ２２を読み取ってオペレータＯＰの位置を読み取る。次のステップ２０４では、上記設定した視点位置等を用いて後述するように画像データを補正して、補正された画像データによって次のステップ２０６で立体画像を表示する。
【００９５】
ここで、立体画像の表示について図１９を参照して簡単に説明する。瞳孔間距離ＰＤのオペレータＯＰは、左眼の視点Ｌ、及び右眼の視点Ｒからスクリーン１６を目視する。このスクリーン１６上には、画像データによる画像が表示される。この画像データから瞳孔間距離ＰＤ及びスクリーン１６までの距離が考慮されて、視差を含んだ左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲが生成され、左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲが交互に表示される。この左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの表示の切り換えに同期して、液晶シャッタ眼鏡２０の左眼部と右眼部との光の透過が切り換えられる。これによって、左眼により目視される左眼用画像ＧＬまでの領域と、右眼により目視される右眼用画像ＧＲまでの領域との重複領域が仮想物体を表示できる仮想空間Ｖｒとなり、左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの表示による仮想物体が立体表示される。
【００９６】
なお、立体画像の表示は、図３３に示すように、スクリーン１６上に表示する左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの重複領域を増加させることで、左眼により目視される左眼用画像ＧＬまでの領域と、右眼により目視される右眼用画像ＧＲまでの領域との重複領域が増加し、仮想物体を表示できる仮想空間Ｖｒが広がることになる。
【００９７】
本発明者等は、仮想空間Ｖｒに表示された実際の物体に相当する仮想物体の認知について、すなわち知覚特性がばらつくという点に着目し、知覚特性についての実験を行った。実験には、実際の物体として円錐を用いて、その円錐の頂点を測定点とすると共に、その円錐を仮想物体として仮想空間上に表示させ、仮想物体である円錐の頂点をオペレータＯＰにより指示させたときの知覚位置と、その測定点の提示位置との関係を求めた。
【００９８】
図２０（１）は、１０人の異なるオペレータＯＰによって、正視状態で仮想物体を目視したときの提示位置と誤差（提示位置と知覚位置の差）との関係を示すものであり、図２０（２）は、斜視状態で仮想物体を目視したときの提示位置と知覚位置との関係を示すものである。なお、図中、提示位置はオペレータＯＰからの距離を示している。また、誤差は正符号がオペレータＯＰから離間する方向を示し、負符号はオペレータＯＰに接近する方向を示している。
【００９９】
図２０（１）から理解されるように、個々にばらつきはあるが、正視状態による仮想物体の知覚距離は、オペレータＯＰに近づくにしたがってより近くで知覚され、オペレータＯＰから離間するにしたがってより遠くで知覚される。また、図２０（２）から理解されるように、斜視状態による仮想物体の知覚距離は、正視状態の知覚特性と同様の傾向であると共に、全体的にオペレータＯＰに近づく方向にシフトしている。
【０１００】
本発明者等は、上記実験結果から、仮想空間Ｖｒに表示された実際の物体に相当する仮想物体を認知するオペレータＯＰの知覚特性は、個々に違いがあると共に提示距離によっても提示距離と知覚距離の誤差に違いがあることに着目し、仮想物体をオペレータＯＰにとって正しい位置に知覚させるためには、補正が必要であるという知見を得た。
【０１０１】
なお、本発明者等は、仮想物体がオペレータＯＰに対する知覚距離から提示距離を引いた誤差量が提示距離が増加するに伴って増加するという点について、眼球の輻輳により変化する点を勘案し、瞳孔間距離ＰＤの関係を実験し次の結果を得た。図２１は実験結果を示すものであり、図２１（１）には、正視状態による仮想物体の提示距離に対する瞳孔間距離ＰＤの関係を示し、図２１（２）には、斜視状態による仮想物体の提示距離に対する瞳孔間距離ＰＤの関係を示した。なお、図中、太線は、仮想物体の提示距離変化に応じた理論的な瞳孔間距離ＰＤの変化特性を示したものである。この結果より、理論的な輻輳によってのみでは知覚誤差が解消されないという知見も得た。
【０１０２】
以下、仮想物体をオペレータＯＰにとって正しい位置に知覚させるための処理である、図１８のステップ２０４の画像データ補正処理を説明する。
【０１０３】
まず、仮想空間Ｖｒに表示された実際の物体に相当する仮想物体を認知するオペレータＯＰの知覚特性を把握するため、後述する補正処理で用いる補正用のデータを計測し、空間歪みテーブルを生成する処理を図２２のフローチャートを参照して説明する。
【０１０４】
図２２に示すように、空間歪みテーブル生成処理は、ステップ２１０において、複数（仮想空間内を網羅する点に相当する数）の提示距離で仮想物体を表示させると共に、表示された仮想物体の知覚位置を入力するようにオペレータＯＰに促す。次のステップ２１２では、オペレータＯＰにより入力された仮想物体の知覚位置を読み取る。この仮想物体の知覚位置の入力は、ペン型の位置入力装置１８を用いて行い、３次元座標のデータを得る。次のステップ２１４では、仮想物体の提示距離と、知覚位置の入力値との関係を空間歪みテーブルとして生成し記憶する。この場合、空間歪みテーブルは、多数のオペレータＯＰによる計測値により一般化してもよく、またオペレータＯＰの個人のテーブルとして用いてもよい。なお、空間歪みテーブルには、オペレータＯＰの瞳孔間距離ＰＤが対応されて記憶されるものとする。
【０１０５】
なお、上記では、表示された仮想物体の知覚位置を入力しそのときの誤差をテーブルとして採用することができるが、実際に位置すべき位置に仮想物体を移動させた移動量を採用することもできる。
【０１０６】
次に、仮想物体をオペレータＯＰに正しい位置に知覚させるための補正処理について説明する。まず、第１の歪み補正について図２３の補正処理を参照して説明する。第１の歪み補正は、瞳孔間距離を、仮想物体が正しい位置に知覚される基準瞳孔間距離に設定し補正するものである。
【０１０７】
図２３に示すように、第１の歪み補正処理は、ステップ２２０において、上記空間歪みテーブルを読み取って、次のステップ２２２において、仮想空間内の予め定めた所定位置において位置誤差が略０となる瞳孔間距離のデータを抽出する。抽出した瞳孔間距離を次のステップ２２４において基準瞳孔間距離として設定し、その基準瞳孔間距離を用いてステップ２２８で画像を計算する。
【０１０８】
このように、位置誤差が略０となる瞳孔間距離を基準瞳孔間距離として設定するので、瞳孔間距離が異なるオペレータＯＰであっても仮想物体を正しい位置に知覚させることができる。
【０１０９】
次に、第１の歪み補正処理と異なる、第２の歪み補正処理について図２４を参照して説明する。第２の歪み補正は、空間の歪みに応じて仮想物体の形状を歪ませて補正するものである。
【０１１０】
図２４に示すように、第２の歪み補正処理は、ステップ２３０において、上記空間歪みテーブルを読み取って、次のステップ２３２において、仮想空間内で画像の形状を歪ませて表示させるための歪み補正関数ｆを導出する。導出した歪み補正関数ｆを用いて、ステップ２３６で画像を計算する。
【０１１１】
上記の歪み補正関数は、次の式で表される。
（α’，β’，ｙ’）＝ｆ（α，β，ｙ）
α’＝α
β’＝β
ｙ’＝ａ（α，β）・ｙ＋ｂ（α，β）
但し、ｙ  ：知覚させるべき奥行距離
ｙ’：データ上の奥行距離の補正値
α  ：知覚させるべき垂直方向の流し目角度（垂直方向注視点角度）
α’：データ上の垂直方向の流し目角度補正値
β  ：知覚させるべき水平方向の流し目角度（水平方向注視点角度）
β’：データ上の水平方向の流し目角度補正値
ａ（α，β），ｂ（α，β）：α，βに依存する関数
【０１１２】
上記歪み補正関数ｆは、オペレータＯＰの知覚位置と提示位置とが略線形関係にあることに着目し（図２０参照）、各オペレータＯＰについて回帰直線を求めてその平均値を傾きａ（α，β）とし、切片ｂ（α，β）を定めるものである。これらの関数ａ（α，β）、ｂ（α，β）は、個々のオペレータＯＰに応じて計測した２点（ｙ１，ｙ１’），（ｙ２，ｙ２’）から求めることができる。
【０１１３】
図２５には、上記の補正関数ｆによって補正した位置に仮想物体を提示した知覚希望位置と、その知覚希望位置からの知覚位置の誤差との関係を求めた結果を示した。図２５（１）には正視状態で目視したときの関係を示し、（２）には斜視状態で目視したときの関係を示した。図から理解されるように、オペレータＯＰにかかわらず略均等に知覚される。
【０１１４】
なお、上記の補正関数ｆは、基準となる点（α０，β０，ｙ０）について（α０，β０，ｙ０）＝ｆ（α０，β０，ｙ０）となるように、個々のオペレータＯＰの瞳孔間距離を変更することによって、少数のオペレータＯＰによる関数ａ（α，β）、ｂ（α，β）から一般化することができる。
【０１１５】
また、上記では、垂直方向及び水平方向の各々の角度について別個に補正するようにしたが、単に視線方向からの偏角θで置き換えてもよい。このようにすることで歪み補正関数ｆを簡略化することができる。
【０１１６】
次に、第３の歪み補正処理について図２６を参照して説明する。第３の歪み補正は、空間の歪みに応じた仮想の瞳孔間距離を求めて、その視点位置で立体画像を表示させるものである。
【０１１７】
図２６に示すように、第３の歪み補正処理は、ステップ２４０において、上記空間歪みテーブルを読み取って、次のステップ２４２において、仮想の瞳孔間距離を求めるための歪み補正関数ｇを導出する。導出した歪み補正関数ｇを用いて、次のステップ２４４で仮想の瞳孔間距離を求める。次のステップ２４８では、画像データを読み取って、仮想の瞳孔間距離を用いて補正する。
【０１１８】
上記のこの歪み補正関数ｇは、次の式で表される。
（α’，β’，ｄ’）＝ｇ（α，β，ｙ）
α’＝α
β’＝β
ｄ’＝ａ（α，β）・ｙ＋ｂ（α，β）
但し、ｙ  ：知覚させるべき奥行距離
ｄ’：データ上の瞳孔間距離の補正値
α  ：知覚させるべき垂直方向の流し目角度（垂直方向注視点角度）
α’：データ上の垂直方向の流し目角度補正値
β  ：知覚させるべき水平方向の流し目角度（水平方向注視点角度）
β’：データ上の水平方向の流し目角度補正値
ａ（α，β），ｂ（α，β）：α，βに依存する関数
【０１１９】
上記歪み補正関数ｇの関数ａ（α，β）、ｂ（α，β）は、個々のオペレータＯＰに応じて計測した２点（ｙ１，ｄ１’），（ｙ２，ｄ２’）から求めることができる。例えば、ある任意の奥行きｙ１で位置誤差０となるように瞳孔間距離ｄを修正し、定めることができる。また、他の方法として、ある任意の奥行きｙ１で、瞳孔間距離ｄ１としたときの奥行き誤差ｅを計測し、その誤差からデータ上の瞳孔間距離ｄ１’を次の式で求める。
【０１２０】
ｄ１’＝（ｄ１・ｄｓ・ｅ）／｛ｙ１・（ｄｓ−ｙ１−ｅ）｝＋ｄ１
但し、ｄｓ：視点からスクリーンまでの距離
【０１２１】
なお、上記の補正関数ｇは、標準的なオペレータＯＰの関数ａ（α，β）、ｂ（α，β）の基準値を予め求め、基準となる点（α０，β０，ｙ０）について、個々のオペレータＯＰに対するデータ上の瞳孔間距離と、標準的なオペレータＯＰの瞳孔間距離との誤差を計測し、その誤差成分を加味して個々のオペレータＯＰの関数ａ（α，β）、ｂ（α，β）を求めることにより一般化することができる。
【０１２２】
また、上記では、垂直方向及び水平方向の各々の角度について別個に補正するようにしたが、単に視線方向からの偏角θで置き換えてもよい。このようにすることで歪み補正関数ｇを簡略化することができる。
【０１２３】
次に、第４の歪み補正処理について図２７を参照して説明する。第４の歪み補正は、空間の歪みに応じた仮想の眼球半径を求め、仮想の眼球半径による仮想の視点を求めて、その視点位置で立体画像を表示させるものである。
【０１２４】
図２７に示すように、第４の歪み補正処理は、ステップ２５０において、上記空間歪みテーブルを読み取って、次のステップ２５２において、仮想の眼球半径ｒを求めるための関数ｈを導出する。導出した関数ｈを用いて、次のステップ２５４で仮想の視点位置を求める。その仮想の視点位置を用いて次のステップ２５８で画像を計算する。
【０１２５】
上記の関数ｈは、次の式で表される。
ｒ＝ｈ（α，β）
【０１２６】
【数１】
0003651204.tif 000002
【０１２７】
但し、ｒ  ：仮想の眼球半径
ｙ  ：知覚させるべき奥行距離
α  ：知覚させるべき垂直方向の流し目角度（垂直方向注視点角度）
β  ：知覚させるべき水平方向の流し目角度（水平方向注視点角度）
ｄ（α，β，ｙ）：データ上の瞳孔間距離の補正値
【０１２８】
上記関数ｈでは各（α，β）について、２点ｙ１，ｙ２での仮想の瞳孔間距離ｄ（α，β，ｙ１），ｄ（α，β，ｙ２）を必要とするが、上記の処理（図２６）から求めることができる。
【０１２９】
なお、上記の関数ｈは、基準となる点（α０，β０，ｙ０）について、ｒを同じにするような仮想の瞳孔間距離を用いたり、瞳孔間距離を同じにするようにｒを計算することによって一般化することができる。
【０１３０】
また、上記では、垂直方向及び水平方向の各々の角度について別個に補正するようにしたが、単に視線方向からの偏角θで置き換えてもよい。このようにすることで歪み補正関数ｈを簡略化することができる。
【０１３１】
上記の補正処理（図１８のステップ２０４）は、立体画像表示について常時なされることが好ましいが、リアルタイム処理を可能とするときには視点追従に応じて補正処理がなされるため、仮想空間上において仮想物体がふらつくことがある。このたような画像のふらつき感を減少させるため、図２８に示すように、ステップ２６０において位置センサを読み取ってその値が所定値より大きいときにのみ、ステップ２６４で補正処理をすることが好ましい。このようにすることによって、所定値を越えるまでの移動に対しては平滑化され、安定感が増加することになる。なお、補正にヒステリシスを有させるようにしてもよい。
【０１３２】
次に、本発明者等は、上記知覚特性のばらつきに起因するものとして、視点からスクリーンまでの距離が関係すると勘案し、視点からスクリーンまでの距離を変化させたときの知覚特性の実験を行った。実験には、同一の提示距離の仮想物体を異なるスクリーンまでの距離で仮想空間上に表示させ、その知覚位置と、提示位置との関係を求めたものである。
【０１３３】
図２９は、３人の異なるオペレータＯＰに、スクリーン位置を４点の各々に変更して、各々の位置で３点の提示位置（オペレータＯＰからの距離、すなわち提示距離）に仮想物体を提示したときの仮想瞳孔間距離の関係を示すものである。図から理解されるように、提示距離が一定の場合、スクリーン位置が離間するに従って仮想瞳孔間距離が減少する傾向にある。また、スクリーン位置にかかわらず提示距離が増加するに従って仮想瞳孔間距離が増加する傾向にある。
【０１３４】
本発明者等は、上記の実験から、仮想空間Ｖｒに表示された仮想物体を認知するオペレータＯＰの知覚特性は、視点からスクリーンまでの距離の影響を受ける点に着目し、仮想物体をオペレータＯＰにとって正しい位置に知覚させるためには、視点からスクリーンまでの距離を考慮した補正が必要であるという知見を得た。すなわち、オペレータは仮想物体を目視するとき頭部が静止しているとは限らないため、頭部が移動すると、視点からスクリーンまでの距離は変動する。このため、視点からスクリーンまでの距離を考慮した補正を行うことで、より正確にオペレータに仮想物体を知覚させることができる。
【０１３５】
上記の視点からスクリーンまでの距離を考慮した補正（図１８のステップ２０４の画像データ補正処理）について説明する。
【０１３６】
第５の歪み補正処理は、上記第２の歪み補正と類似するものであり、視点からスクリーンまでの距離を考慮し、空間の歪みに応じて仮想物体の形状を歪ませて補正するものである。
【０１３７】
図４９に示すように、第５の歪み補正処理は、上記空間歪テーブル作成時に、視点からスクリーンまでの距離をパラメータとして付加したものであり、ステップ２３１において、上記空間歪みテーブルを読み取って、次のステップ２３３において、仮想空間内で画像の形状を歪ませて表示させるための歪み補正関数ｆ" 、すなわち、形状をデフォルメする補正関数ｆ" を導出する。導出した歪み補正関数ｆを用いて、ステップ２３７で画像を計算する。すなわち、導出した歪み補正関数ｆを用いて形状を歪めてその形状を用いた画像を生成する。これによって知覚誤差を補正できる。
【０１３８】
上記の歪み補正関数ｆ”は、次の式で表される。すなわち、上記第２の歪補正関数ｆに視点からスクリーンまでの距離をパラメータとして付加したものである。
【０１３９】
（ｙ’，α’，β’，ｓ’）＝ｆ" （ｙ，α，β，ｓ）
但し、ｓ  ：視点からスクリーンまでの距離
ｓ’：データ上の視点からスクリーンまでの距離
【０１４０】
次に、第６の歪み補正処理を説明する。第６の補正処理は、第３の歪み補正と類似するものであり、視点からスクリーンまでの距離を考慮し、空間の歪みに応じた仮想の瞳孔間距離を求めて、その視点位置で立体画像を表示させるものである。
【０１４１】
図３０に示すように、第６の歪み補正処理は、ステップ２７０において、上記空間歪みテーブルを読み取って、次のステップ２７２で、スクリーン位置ｓに応じた仮想瞳孔間距離ＰＤ’を求めるための補正関数ｕ（詳細は後述）を導出する。導出した補正関数ｕを用いて、次のステップ２７４で補正した仮想瞳孔間距離ＰＤ’を求める。次に、仮想瞳孔間距離ＰＤ’を用いて次のステップ２７８で補正する。
【０１４２】
上記の補正関数ｕは、次の式で表される。
ＰＤ’＝ｕ（ｘ，ＰＤ，ｓ）
但し、ｘ：知覚させるべき仮想物体の奥行距離（提示距離）
ＰＤ：提示距離に対する仮想瞳孔間距離
ｓ：スクリーン位置
【０１４３】
詳細には、次のようになる。まず、仮想瞳孔間距離と提示距離との線形な関係は、次の式で表すことができる。
【０１４４】
【数２】
0003651204.tif 000003
【０１４５】
0003651204.tif 000004
【０１４６】
また、スクリーン位置については、上記説明したように、スクリーン位置が離間するに従って仮想瞳孔間距離が短くなることから、予め行った実験によって、スクリーン位置と提示距離とについて回帰分析を行い、次に示す回帰直線を求め、この回帰直線で近似する。
【０１４７】
ＰＤn （ｉ，ｓ）＝ａnk・ｓ＋ｂnk
但し、ａnk：提示距離ｋにおける回帰直線の傾き
ｂnk：提示距離ｋにおける回帰直線の切片
【０１４８】
本実施の形態では、２点の提示距離（ｉ＝３００ｍｍ，ｊ＝５００ｍｍ）を基準としてオペレータＯＰn に対して回帰直線の傾きａn300，ａn500及び切片ｂn300，ｂn500を求め、回帰直線の式に代入し、任意のスクリーン位置ｓでの仮想瞳孔間距離ＰＤn （３００，ｓ），ＰＤn （５００，ｓ）を求める。求めた値を上記仮想瞳孔間距離と提示距離との線形関係を表す式に代入し、各提示距離ｘ、各スクリーン位置ｓに応じた仮想瞳孔間距離ＰＤn （ｘ，ｓ）を求めている。なお、本実施の形態では、各オペレータについて８カ所の仮想瞳孔間距離の測定を行った。
【０１４９】
図３１には、知覚距離のずれと提示距離との間の関係を求めた結果を示したものである。図３１（１）は仮想瞳孔間距離を固定して測定したものであり、図３１（２）は上記補正式を適用して求めた仮想瞳孔間距離により提示した仮想物体について測定したものである。図３１から理解されるように、視点からスクリーンまでの距離を考慮して仮想瞳孔間距離を補正することによって、提示距離にかかわらず知覚距離のずれが軽減されて、略正確な位置に仮想物体が知覚されている。
【０１５０】
図３２には、知覚距離のずれとスクリーン位置との間の関係を求めた結果を示したものである。図３２（１）は仮想瞳孔間距離を固定して測定したものであり、図３２（２）は上記補正式を適用して求めた仮想瞳孔間距離により提示した仮想物体について測定したものである。図３２から理解されるように、視点からスクリーンまでの距離を考慮して仮想瞳孔間距離を補正することによって、スクリーン位置にかかわらず知覚距離のずれが軽減されて、略正確な位置に仮想物体が知覚されている。
【０１５１】
また、第７の歪補正処理として、図示は省略するが、上記第４の歪補正処理において眼球半径を求めるときに、視点からスクリーンまでの距離を考慮し、視点からスクリーンまでの距離に応じて眼球半径を求め直してもよい。
【０１５２】
〔第２実施の形態〕
次に、第２実施の形態を説明する。上記の実施の形態では単一のオペレータに対して立体画像を提示する場合を説明したが、本実施の形態は複数のオペレータに対して立体画像を提示する場合に本発明を適用したものである。なお、本実施の形態は複数のオペレータに対して立体画像を提示するため、所定時間毎に優先提示させるべきオペレータを設定して立体画像を表示するものである。また、本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１５３】
図３４に示すように、本実施の形態の立体画像表示装置１１は、暗室６０内に、スクリーン１６に画像を投影するプロジェクタ１２を備えている。プロジェクタ１２は、立体表示のための画像を生成する制御装置１５上に接続されている。スクリーン１６の上方には、スクリーン１６より下流に位置するオペレータへ向けて赤外線を送信するための赤外線送信機１７が取り付けられている。プロジェクタ１２の投影側でスクリーン１６より下流側には複数（本実施の形態では２人）のオペレータＯＰ1 ，ＯＰ2 が着座するための複数（本実施の形態では２つ）のシート２４1 ，２４2 が順に位置している。なお、以下の説明では、複数のオペレータのうちで特に指定せずにオペレータについて一般的に説明するときは、オペレータＯＰと表記する。
【０１５４】
オペレータＯＰ1 が着座するためのシート２４1 は台座２６1 上に設けられ、この台座２６1 は蛇腹２８Ａ1 を介してモータ２８1 に連結されている。モータ２８1 は床上を所定方向（前後方向として図３４の矢印ＦＲ方向、及び左右方向として図３４の矢印ＲＬ方向）に移動可能な台車２８Ｂ1 に固定されており、モータ２８1 の駆動によって、蛇腹２８Ａ1 が伸縮する。この蛇腹２８Ａ1 の伸縮により、台座２６1 が上下方向（図３４の矢印ＵＤ方向）に移動され、シート２４1 に着座したオペレータＯＰ1 が昇降する。このシート２４1 に着座したオペレータＯＰ1 の昇降は、車種に応じた車高の調整に用いられるものである。
【０１５５】
同様に、オペレータＯＰ2 が着座するためのシート２４2 は台座２６2 上に設けられ、台座２６2 は蛇腹２８Ａ2 を介してモータ２８2 に連結され、モータ２８2 は床上を移動可能な台車２８Ｂ2 に固定されている。このモータ２８2 の駆動によって、蛇腹２８Ａ2 が伸縮により、台座２６2 が上下方向に移動され、シート２４2 に着座したオペレータＯＰ2 が昇降する。
【０１５６】
なお、このシート２４2 に着座したオペレータＯＰ2 は、オペレータＯＰ1 の位置を運転席とした場合に、台座２６2 の移動により、車種に応じた助手席の位置や後部座席の位置に対応して設定することができる。これにより、オペレータＯＰ1 ，ＯＰ2 の間の位置関係は、車種に応じた車両内の着座位置に対応させることができる。
【０１５７】
オペレータＯＰ1 は、位置座標等を入力するための位置入力装置１８を所持している。また、オペレータＯＰ1 の頭部には、液晶シャッタ眼鏡２０1 が取り付けられており、この液晶シャッタ眼鏡２０1 には位置センサ２２1 が設けられている。位置センサ２２1 は、磁界検出センサであり、オペレータＯＰ1 の後方に設けられた磁界発生装置３０から発生された磁界を検出して、位置センサ２２1 が位置する３次元座標及び方向を検出するためのものである。
【０１５８】
同様に、オペレータＯＰ2 の頭部には、液晶シャッタ眼鏡２０2 が取り付けられており、この液晶シャッタ眼鏡２０2 には位置センサ２２2 が設けられている。位置センサ２２2 は、位置センサ２２1 と同様の磁界検出センサである。
【０１５９】
図３７に示すように、オペレータＯＰ1 が装着する液晶シャッタ眼鏡２０1 は、右側アーム２１Ｒ，右眼用フレーム２３Ｒ，左目用フレーム２３Ｌ，左側アーム２１Ｌから構成されている。右眼用フレーム２３Ｒには右眼用液晶シャッタ２５Ｒが取り付けられており、左眼用フレーム２３Ｌには左眼用液晶シャッタ２５Ｌが取り付けられている。右眼用フレーム２３Ｒと左眼用フレーム２３Ｌとの間には赤外線受信機２７が取り付けられている。また、左側アーム２１Ｌ上には、ＬＥＤ２９，３１が取り付けられている。ＬＥＤ２９は優先観察者であるとき点灯するものであり、ＬＥＤ３１は赤外線受信機２７で信号を受信したときに点灯するものである（詳細は後述）。上記赤外線受信機２７には、図示しないマイクロコンピュータが内蔵されており、赤外線受信機２７の赤外線を受信する受信部と、ＬＥＤ２９，３１とに接続されている。
【０１６０】
なお、オペレータＯＰ2 が装着する液晶シャッタ眼鏡２０2 は、上記オペレータＯＰ1 が装着する液晶シャッタ眼鏡２０1 と同様の構成のため、詳細な説明を省略する。
【０１６１】
図３５に示すように、制御装置１５は、単数または複数のＣＰＵ３４，ＲＡＭ３６，ＲＯＭ３８、及び入出力ポート４０を含んだマイクロコンピュータで構成され、各々コマンドやデータ授受が可能なようにバス４２によって接続されている。この入出力ポート４０にはドライバ４３を介して赤外線送信機１７が接続されると共に、ドライバ４４を介して位置入力装置１８が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ４６を介してオペレータＯＰ1 についての位置センサ２２1 が接続され、ドライバ４８を介してオペレータＯＰ2 についての位置センサ２２2 が接続されている。また、プロジェクタ１２は、ドライバ５０を介して入出力ポート４０に接続されている。さらに、入出力ポート４０には、ドライバ５２を介してモータ２８が接続され、ドライバ５４を介して磁界発生装置３０が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ５６を介してキーボード３２が接続されている。また、ＲＯＭ３８には、後述する処理ルーチンが記憶されている。
【０１６２】
また、入出力ポート４０には、記録媒体としてのフロッピーディスク３７が挿抜可能なフロッピーデュスクユニット（ＦＤＵ）３５が接続されている。なお、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵ３５を用いてフロッピーディスク３７に対して読み書き可能である。従って、後述する処理ルーチンは、ＲＯＭ３８に記憶することなく、予めフロッピーディスク３７に記録しておき、ＦＤＵ３５を介してフロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを実行してもよい。また、制御装置１４にハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、フロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省略）へ格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵ３５に代えてまたはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。
【０１６３】
なお、本実施の形態における位置入力装置は、上記実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１６４】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
立体画像表示装置１１に電源が投入されると、制御装置１５において、図３６の処理ルーチンが実行される。まず、オペレータＯＰ1 について、上記実施の形態と同様に、実際の空間位置と位置センサで検出した仮想空間となり得べき空間位置との誤差を補正するための空間補正処理が行われ（ステップ１００）、スクリーン１６上に表示される画像の３次元位置を正確に把握するためのスクリーン位置設定処理が行われ（ステップ１０２）、オペレータＯＰ1 の実際の視点位置を定めるための視点位置設定処理が行われる（ステップ１０４）。次のステップ１０５では、全てのオペレータについて上記処理が終了したか否かを判断する。上記では、オペレータＯＰ1 のみ行ったため、ステップ１０５で否定され、ステップ１００へ戻りオペレータＯＰ2 について上記と同様の処理を行った後、ステップ１０７へ進む。次のステップ１０７では、上記のように設定された複数（本実施の形態では２人）のオペレータの中から、立体画像の目視対象となる優先観察者を定めて、その優先観察者について、空間補正された仮想空間上に上記設定されたスクリーン位置及び優先観察者の視点位置を採用して立体画像表示が行われる。
【０１６５】
次に、図３６のステップ１０７の立体画像表示処理の詳細を説明する。上記ステップ１００〜ステップ１０５において、各オペレータの設定が終了すると、以下に説明するようにして立体画像表示が行われる。
【０１６６】
本実施の形態では、立体画像を表示する所定時間毎に優先観察者を設定して立体画像を表示するものである。立体画像表示処理が開始されると、図３８の立体画像表示処理ルーチンが実行される。まず、図３８のステップ３００において、立体画像を表示するときの基準となる基準点を設定すると共に、複数のオペレータの中から対象となるオペレータを定めるための優先領域を設定する。次のステップ３０２では、設定された基準点及び優先領域を用いて複数のオペレータの中から立体画像の表示対象となる優先観察者を定め、次のステップ３０４において、優先観察者の視点による立体画像を生成し、表示する。
【０１６７】
このように、複数のオペレータの中から立体画像の表示対象となる優先観察者を定め、優先観察者の視点による立体画像を生成し、表示するので、立体画像を目視するオペレータが唯一となることはなく、複数のオペレータに対して立体画像を提示することができる。
【０１６８】
次に、上記基準点及び優先領域の設定処理（図３８のステップ３００）の詳細を説明する。まず、車両の運転席に着座する乗員を想定し、基準とした、基準点及び優先領域の設定する第１の基準領域設定処理を説明する。
【０１６９】
第１の基準領域設定処理、すなわち基準点及び優先領域の設定処理が開始されると、図３９の設定処理ルーチンが実行され、ステップ３１０へ進む。
【０１７０】
ステップ３１０では、車両の運転席や助手席等の座席シート位置や座席シート間距離、全長、車幅、車高等の車両情報が読み取られる。次のステップ３１２では、上記読み取った車両情報を用いて、その車両の運転席に標準体型の乗員が着座したときの標準視点を算出し、その標準視点を基準点Ｐｏに設定する。次のステップ３１４では、上記で設定された基準点から優先領域を求める。この優先領域は、基準点から一定距離までの空間や予め定めた関数により導出される形状空間、また基準点を含む予め定めた形状による空間を優先領域として求めてもよい。次のステップ３１６では、上記基準点及び優先領域が設定されたので、この後の処理で優先観察者を設定することを可能とするため、優先観察者をイニシャライズ（リセット）して本ルーチンを終了する。
【０１７１】
このように、第１の基準領域設定処理では、車両の運転席の乗員についての標準視点を基準点Ｐｏに設定し、その基準点から優先領域を求めているので、車両の運転席周辺に関する立体画像、すなわち運転席に着座した乗員（ドライバ）に対して提示すべき立体画像を、複数のオペレータに対して提示することが可能となる。
【０１７２】
次に、第２の基準領域設定処理を説明する。第２の基準領域設定処理は、複数のオペレータの中から仮の優先観察者を設定し、そのかりの優先観察者の視点を基準とした、基準点及び優先領域の設定する処理である。
【０１７３】
第２の基準領域設定処理が開始されると、図４０の設定処理ルーチンが実行され、ステップ３２０へ進む。
【０１７４】
ステップ３２０では、仮の優先観察者を指定する。この仮の優先観察者の指定は、処理が開始されるときやステップ３２０の実行時に何れかのオペレータを優先観察者として入力してもよく、予め定めたオペレータを優先観察者として設定してもよい。仮の優先観察者が設定されたときには、赤外線送信機１７から各オペレータが装着した液晶シャッタ眼鏡へ向けて赤外線によるデータ送信が行われ、仮の優先観察者の液晶シャッタ眼鏡（本実施の形態では、２０1 、２０2 の何れか）のＬＥＤ２９が点灯し、優先観察者であることを他のオペレータに対して報知する。なお、赤外線送信機１７からのデータ送信では、赤外線受信機２７が信号を受信し、ＬＥＤ３１が点灯してデータ受信中であることを報知している。なお、ステップ３２０における仮の優先観察者の設定は、詳細を後述する処理（図４１〜図４３）で優先観察者を決定してもよい。
【０１７５】
次のステップ３２２では、上記で設定された仮の優先観察者を着座させ、その着座させた位置による視点を基準点Ｐｏとして設定する。着座位置による視点の設定は、設定された仮の優先観察者の位置センサ（２２1 または、２２2 ）により、磁界発生装置３０から発生された磁界を検出して、位置センサが位置する３次元座標及び方向を検出し、視点を求め設定できる。
【０１７６】
上記のようにして第２の基準領域設定処理における基準点の設定は終了したが、その基準点から優先領域を定める必要がある。第２の基準領域設定処理では、以下のようにして、基準点から予め定めた優先領域を求めたり、仮の優先観察者の指示で優先領域を定めたりしている。
【０１７７】
次のステップ３２４では、仮の優先観察者の指示で優先領域を定めるか否かを判別するため、指定した優先観察者を移動させるか否かを判断する。この判断値は、処理開始時にフラグ等で予め定められており、そのフラグ等を読み取った値を判別することで判断する。基準点から予め定めた優先領域を求めるときには優先観察者を移動させる必要がなく、ステップ３２４で否定され、次のステップ３２６において、上記ステップ３１４と同様に、基準点から一定距離や所定関数により導出される形状空間等により優先領域を求める。
【０１７８】
一方、仮の優先観察者の指示で優先領域を定めるときには優先観察者を移動させることが必要であるので、ステップ３２４で肯定され、次のステップ３２８において、優先観察者を移動させる指示を行うと共に、移動範囲から優先領域を求める。この移動範囲は、優先観察者が座席シートに着座しているときに体勢を変更する自己の許容範囲や、他のオペレータに優先観察者に対する立体画像を提示するための許容範囲がある。なお、移動範囲から優先領域を求める場合、優先観察者の位置センサ（２２1 または、２２2 ）の移動範囲を、磁界発生装置３０から発生された磁界により検出して、その範囲から一定距離までの空間や予め定めた関数により導出される形状空間を優先領域として求めてもよい。
【０１７９】
このように、第２の基準領域設定処理では、複数のオペレータの中から指定したオペレータについての視点を基準点Ｐｏに設定し、その基準点から優先領域を求めたり、オペレータの移動範囲から優先領域を求めたりしているので、オペレータが位置する任意の座席位置やオペレータが維持する車両内外の位置等の周辺を視点とした立体画像を、複数のオペレータに対して提示することが可能となる。
【０１８０】
次に、上記のようにして設定された基準点及び優先領域を用いて複数のオペレータの中から立体画像の表示対象となる優先観察者を定める処理（図３８のステップ３０２）の詳細を説明する。
【０１８１】
基準点に基づき設定された優先領域が定められたとき、本来立体画像を表示する基準となる基準点まで最短距離で到達するオペレータが、１または複数のオペレータの中で、優先観察者となり得る可能性が高い。そこで、第１の優先観察者設定処理は、１または複数のオペレータが存在するときに、基準点までの距離から優先観察者を設定するものである。
【０１８２】
第１の優先観察者設定処理が実行されると、図４１のステップ３３０へ進み、各オペレータの視点を求め、次のステップ３３２において各オペレータの視点から基準点までの距離を求める。各オペレータの視点は、各オペレータの位置センサ（本実施の形態では、位置センサ２２1 または、２２2 ）により、磁界発生装置３０から発生された磁界を検出して、位置センサが位置する３次元座標及び方向を検出し、視点を求めることができる。次のステップ３３４では、ステップ３３２で求めた距離のうち最短距離、すなわち基準点に最も近いオペレータを優先観察者として設定する。
【０１８３】
図４４（１）に示すように、例えば、オペレータＰ1 ，Ｐ2 が優先領域Ａｒｅａの外に存在するとき、オペレータＰ1 ，Ｐ2 の基準点Ｐｏまでの距離はＬ1 ，Ｌ2 （Ｌ1 ＜Ｌ2 ）となり、オペレータＰ1 を優先観察者として設定する。また、図４４（２）に示すように、オペレータＰ3 ，Ｐ4 が優先領域Ａｒｅａの内に存在するときは、オペレータＰ3 ，Ｐ4 の基準点Ｐｏまでの距離はＬ3 ，Ｌ4 （Ｌ3 ＞Ｌ4 ）となり、オペレータＰ4 を優先観察者として設定する。なお、複数のオペレータのうち優先領域Ａｒｅａの内外に分散して存在する場合も同様であり、基準点まで最短距離のオペレータを優先観察者とする。
【０１８４】
このように、基準点まで最短距離のオペレータを優先観察者とするので、複数のオペレータの中から、容易に優先観察者を設定することができる。
【０１８５】
上記第１の優先観察者設定処理では、基準点まで最短距離のオペレータを優先観察者に設定したが、同一距離であるオペレータが複数存在するときには設定することができない。そこで、第２の優先観察者設定処理は、優先領域までの距離が最短のオペレータを優先観察者に設定するものである。
【０１８６】
第２の優先観察者設定処理が実行されると、図４２のステップ３４０へ進み、優先領域内にオペレータが存在するか否かを判断する。優先領域内にオペレータが存在しないときは、ステップ３４０で否定され、ステップ３４６へ進み、上記ステップ３３０と同様にして各オペレータの視点を求め、次のステップ３４７において各オペレータの優先領域までの距離を求める。次のステップ３４８では、ステップ３４７で求めた距離のうち最短距離、すなわち優先領域に最も近いオペレータを優先観察者として設定する。
【０１８７】
一方、優先領域内にオペレータが存在するときは、ステップ３４０で肯定され、ステップ３４２へ進み、存在するオペレータが複数か否かを判断する。単数であるときは、ステップ３４２で否定され、ステップ３４５でそのオペレータを優先観察者として設定する。複数であるときはステップ３４２で肯定され、ステップ３４４において、基準点まで最短距離のオペレータが優先観察者として設定される。なお、このステップ３４４の処理は、第１の優先観察者設定処理（図４１）のステップ３３０乃至ステップ３３４のように、各オペレータの視点、及び各オペレータの視点から基準点までの距離を求め、最短距離、すなわち基準点に最も近いオペレータを優先観察者として設定すればよい。
【０１８８】
図４４（３）に示すように、例えば、オペレータＰ5 ，Ｐ6 が優先領域Ａｒｅａの外に存在するとき、オペレータＰ5 ，Ｐ6 の優先領域Ａｒｅａまでの最短距離はＬ5 ，Ｌ6 （Ｌ5 ＜Ｌ6 ）であり、オペレータＰ5 を優先観察者として設定する。また、図４４（４）に示すように、オペレータＰ7 ，Ｐ8 は優先領域Ａｒｅａの外に存在するが基準点までの距離が同一であるとき、オペレータＰ7 ，Ｐ8 の優先領域Ａｒｅａまでの最短距離はＬ7 ，Ｌ8 （Ｌ7 ＞Ｌ8 ）であり、オペレータＰ8 を優先観察者として設定する。
【０１８９】
このように、優先領域からはずれたオペレータで基準点までの距離が同一であるオペレータが複数存在しても、優先領域まで最短距離のオペレータを優先観察者に設定するので、優先領域の大きさや形状に応じて優先観察者を設定することができ、複数のオペレータの中から容易に優先観察者を設定することができる。
【０１９０】
上記第２の優先観察者設定処理では、優先領域外の複数のオペレータが基準点までの距離が同一であっても優先観察者を設定することができたが、優先領域内にオペレータが複数存在するときには設定することができない。そこで、第３の優先観察者設定処理は、優先領域から優先領域外へ移動するための距離が最短のオペレータを優先観察者に設定するものである。なお、第３の優先観察者設定処理は第２の優先観察者設定処理と略同様のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１９１】
第３の優先観察者設定処理が実行されると、図４３の処理ルーチンが実行される。まず、優先領域内にオペレータが存在するか否かを判断し（ステップ３４０）、オペレータが存在しないとき（否定判断）、ステップ３４９において、図４２のステップ３４６乃至ステップ３４８と同様に、各オペレータの視点及び優先領域までの距離を求め、優先領域に最も近いオペレータを優先観察者として設定する。
【０１９２】
一方、優先領域内に１オペレータのみが存在するときは（ステップ３４０で肯定、ステップ３４２で否定）、そのオペレータを優先観察者として設定する（ステップ３４５）。優先領域内に複数のオペレータが存在するときは（ステップ３４０、３４２で肯定）、ステップ３５０へ進み、上記ステップ３３０と同様にして各オペレータの視点を求め、次のステップ３５２において各オペレータの優先領域外へ移動するための最短距離を求める。次のステップ３５４では、ステップ３５２で求めた距離のうち最長の距離、すなわち優先領域外へ移動するのが最も困難なオペレータを優先観察者として設定する。
【０１９３】
図４４（５）に示すように、オペレータＰ9 ，Ｐ10が優先領域Ａｒｅａの外に存在するとき、オペレータＰ9 ，Ｐ10の優先領域Ａｒｅａまでの最短距離はＬ9 ，Ｌ10（Ｌ9 ＜Ｌ10）であり、オペレータＰ9 を優先観察者として設定する。また、図４４（６）に示すように、オペレータＰ11，Ｐ12は優先領域Ａｒｅａの外に存在するが基準点までの距離は同一である。このとき、オペレータＰ11，Ｐ12の優先領域Ａｒｅａの外へ移動するための最短距離はＬ11，Ｌ12（Ｌ11＞Ｌ12）であり、優先領域外への移動が最も困難なオペレータＰ11，を優先観察者として設定する。
【０１９４】
このように、優先領域の外への移動が最も困難なオペレータを優先観察者としているので、基準点までの距離が同一であるオペレータが複数存在しても、優先領域の大きさや形状に応じて優先観察者を設定することができ、複数のオペレータの中から容易に優先観察者を設定することができる。
【０１９５】
次に、上記立体画像の生成・表示処理（図３８のステップ３０４）の詳細を説明する。まず、複数のオペレータの各々について、順次立体画像を提示する第１の立体画像生成表示処理を説明する。
【０１９６】
上記のように図３８のステップ３０４が実行されて、立体画像の生成・表示処理が開始されると、第１の立体画像生成表示処理が実行されて、図４５のステップ３６０へ進む。ステップ３６０では、上記のようにして設定された優先観察者について、その視点における立体画像を生成、すなわち、右眼用画像及び左眼用画像が生成される。次のステップ３６２では、全てのオペレータの人数Ｎを検知する。この人数検知は、本処理が実行される以前にキーボードから入力するようにしてもよく、予め設定していてもよい。また、本実施の形態では、人数検知はオペレータの位置センサ（２２1 、２２2 ）からの入力数によって検知することができる。
【０１９７】
次のステップ３６４では、カウンタ値ｉを初期化（ｉ＝１）して、次のステップ３６６においてオペレータｉの右眼用の画像を表示し、次のステップ３６８においてオペレータｉのみの液晶シャッタ眼鏡の右眼用液晶シャッタを透過状態とする。これにより、オペレータｉの右眼にのみ画像が提示され、オペレータｉの左眼及び他のオペレータの右眼及び左眼には画像提示されることがない。なお、オペレータｉの右眼用の画像は、優先観察者の視点による画像をオペレータｉの視点で補正することが好ましいが、優先観察者による目視状態に近づけるため、優先観察者の視点による画像をそのまま提示していもよい。
【０１９８】
次のステップ３７０では、オペレータｉの左眼用の画像を表示し、次のステップ３７２においてオペレータｉのみの液晶シャッタ眼鏡の左眼用液晶シャッタを透過状態とする。これにより、オペレータｉの左眼にのみ画像が提示され、オペレータｉの右眼及び他のオペレータの右眼及び左眼には画像提示されることがない。
【０１９９】
次のステップ３７４では、ｉ＞Ｎか否かを判断し、ｉ≦Ｎで否定判断の場合には次のオペレータに画像を提示するため、ステップ３７６でカウンタ値ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）し、ステップ３６６へ戻り、上記処理を繰り返す。一方、ｉ＞Ｎでステップ３７４において肯定判断の場合には、ステップ３７８において、終了指示がなされたか否かを判断する。このステップ３７８の判断は、例えば、キーボードからの終了コマンドの入力やオペレータの全てが優先領域から逸脱した状態で肯定されるようにすればよい。画像表示を継続するときはステップ３７８で否定され、ステップ３６４へ戻り、画像表示を終了するときはステップ３７８で肯定され、本ルーチンを終了する。
【０２００】
次に、複数のオペレータの各々の右眼または左眼について、順次立体画像を提示する第２の立体画像生成表示処理を説明する。
【０２０１】
第２の立体画像生成表示処理が実行されると、図４６の処理ルーチンが実行され、優先観察者の視点での立体画像を生成し（ステップ３６０）、全オペレータの人数Ｎを検知する（ステップ３６２）。次のステップ３８０では、右眼用カウンタ値ｉ、及び左眼用カウンタ値ｊを初期化（ｉ＝１，ｊ＝１）して、次のステップ３６６においてオペレータｉの右眼用の画像を表示し、次のステップ３６８においてオペレータｉのみの液晶シャッタ眼鏡の右眼用液晶シャッタを透過状態とする。次のステップ３７４では、ｉ＞Ｎか否かを判断し、ｉ≦Ｎで否定判断の場合には次のオペレータの右眼に画像を提示するため、ステップ３７６でカウンタ値ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）し、ステップ３６６へ戻り、上記処理を繰り返す。
【０２０２】
一方、ｉ＞Ｎでステップ３７４において肯定判断の場合には、左眼への画像提示を開始するため、ステップ３８２へ進み、オペレータｊの左眼用の画像を表示し、次のステップ３８４においてオペレータｊのみの液晶シャッタ眼鏡の左眼用液晶シャッタを透過状態とする。次のステップ３８６では、ｊ＞Ｎか否かを判断し、ｊ≦Ｎで否定判断の場合には次のオペレータの左眼に画像を提示するため、ステップ３８８でカウンタ値ｊをインクリメント（ｊ＝ｊ＋１）し、ステップ３８２へ戻り、上記処理を繰り返す。一方、ｊ＞Ｎでステップ３８６において肯定判断の場合には、ステップ３９０において、終了指示がなされたか否かを判断する。画像表示を継続するときはステップ３９０で否定され、ステップ３６４へ戻り、画像表示を終了するときはステップ３９０で肯定され、本ルーチンを終了する。
【０２０３】
以上説明したように、本実施の形態では、複数のオペレータが存在する場合に、基準点及び優先領域を設定し、その基準点及び優先領域から優先観察者を定めている。この優先観察者について、立体画像を表示しているので、複数のオペレータが存在する場合であっても、各々のオペレータに対して立体画像を提示することができる。
【０２０４】
なお、上記優先観察者の視点での立体画像の生成は（図４５、図４６のステップ３６０）、上記実施の形態で説明したように、仮想空間に表示された実際の物体に相当する仮想物体の認知に関するオペレータの知覚特性のばらつきを考慮して、仮想物体をオペレータにとって正しい位置に知覚させるために補正することが好ましい。
【０２０５】
すなわち、仮想空間上に仮想物体を表示するための画像データを読み取ると共に、位置センサ２２を読み取ってオペレータの位置を読み取って、上記設定した視点位置等を用いて後述するように画像データを補正して、補正された画像データによって次のステップ２０６で立体画像を表示する（図１８参照）。
【０２０６】
〔第３実施の形態〕
次に、第３実施の形態を説明する。本実施の形態は、複数のオペレータに対して立体画像を提示するため、優先観察者の有無に応じて立体画像を表示する場合に本発明を適用したものである。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０２０７】
上述のようにして、各オペレータの設定が終了すると、立体画像表示が行われる（図３６のステップ１０７）。本実施の形態では、優先観察者有無に応じて立体画像を表示する。立体画像表示処理が開始されると、図４７の立体画像表示処理ルーチンが実行される。まず、立体画像を表示するときの基準となる基準点を設定すると共に、複数のオペレータの中から対象となるオペレータを定めるための優先領域を設定する（ステップ３００）。基準点及び優先領域の設定が終了すると、ステップ３９２において、優先観察者が存在するか否かを判断する。本処理ルーチンが起動したときには、優先観察者が定められていないので、初回のみステップ３９２は否定される。ステップ３９２で否定されると、上記設定された基準点及び優先領域を用いて複数のオペレータの中から立体画像の表示対象となる優先観察者を定め（ステップ３０２）、優先観察者の視点による立体画像を生成し、表示する（ステップ３０４）。
【０２０８】
一方、優先観察者が存在するときは、ステップ３９２で肯定され、ステップ３９４において、その優先観察者が優先領域内に存在しているか否かを判断する。優先観察者が優先領域内に不在であるときは、ステップ３９４で否定され、上記と同様にして優先観察者を決定した後に、立体画像を生成して表示する（ステップ３０２、３０４）。優先観察者が優先領域内に存在するときは、ステップ３９４で肯定され、その優先観察者の視点で立体画像を生成して表示する（ステップ３０６）。
【０２０９】
このように、本実施の形態では、優先観察者の存在の有無を判断すると共に、優先観察者が優先領域外または優先観察者が不在のときにのみ優先観察者を定めて、その優先観察者の視点による立体画像を生成し表示するので、表示される立体画像を優先観察者を基準として維持させることができる。
【０２１０】
〔第４実施の形態〕
次に、第４実施の形態を説明する。本実施の形態は、複数のオペレータに対して立体画像を提示するため、優先観察者の有無及び優先領域内のオペレータの有無に応じて立体画像を表示する場合に本発明を適用したものである。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０２１１】
上述のようにして、各オペレータの設定が終了すると、立体画像表示が行われる（図３６のステップ１０７）。本実施の形態では、優先観察者有無に応じて立体画像を表示する。立体画像表示処理が開始されると、図４８の立体画像表示処理ルーチンが実行される。まず、立体画像を表示するときの基準となる基準点を設定すると共に、複数のオペレータの中から対象となるオペレータを定めるための優先領域を設定する（ステップ３００）。基準点及び優先領域の設定が終了すると、優先観察者が存在するか否かを判断する（ステップ３９２）。本処理ルーチンが起動したときには、優先観察者が定められていないので、初回のみステップ３９２は否定される。ステップ３９２で否定されると、上記設定された基準点及び優先領域を用いて複数のオペレータの中から立体画像の表示対象となる優先観察者を定め（ステップ３０２）、優先観察者の視点による立体画像を生成し、表示する（ステップ３０４）。
【０２１２】
一方、優先観察者が存在（ステップ３９２で肯定）するときは、その優先観察者が優先領域内に存在しているか否かを判断する（ステップ３９４）。優先観察者が優先領域内に存在するときは、ステップ３９４で肯定され、そのまま優先観察者の視点で立体画像を生成して表示する（ステップ３０６）。優先観察者が優先領域内に不在（ステップ３９４で否定）であるときは、ステップ３９６へ進む。ステップ３９６では、優先領域内にオペレータが存在するか否かを判断する。優先領域内にオペレータが存在ときは、ステップ３９６で肯定され、上記と同様にして優先領域内に存在するオペレータの中から優先観察者を決定した後に、立体画像を生成して表示する（ステップ３０２、３０４）。一方、優先領域内にオペレータが不在のとき（ステップ３９６で否定）は、優先観察者は優先領域外であるが、新規に優先観察者を定める必要がないと判断し、そのまま優先観察者の視点で立体画像を生成して表示する（ステップ３０６）。
【０２１３】
このように、本実施の形態では、優先観察者の存在の有無を判断すると共に、優先観察者が優先領域外または優先観察者が不在でかつ、優先領域内に他のオペレータが存在するときにのみ優先観察者を定めて、その優先観察者の視点による立体画像を生成し表示するので、一時的に優先観察者が席を離れたときであっても表示される立体画像は以前の優先観察者を基準として維持させることができる。
【０２１４】
なお、上記実施の形態では、２人のオペレータに立体画像を提示する場合を説明したが、本発明は。２人に限定されるものではなく、３人以上のオペレータに対して立体画像を提示するときにも適用が可能である。
【０２１５】
なお、上記実施の形態では、オペレータに立体画像を知覚させるために、構造的な画像の歪を補正して立体画像を提示する場合について説明したが、提示する画像の色を補正対象として画像を補正してもよい。
【０２１６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載した発明によれば、視点位置入力手段により立体視眼鏡近傍に位置する眼球の位置が入力され、表示位置入力手段により表示手段の表示領域上の位置が入力されるので、表示手段の表示領域上の位置と眼球の位置とが正確に対応され、仮想立体空間内に表示された仮想物体は実際の物体に相当する高精度の表示が可能となる、という効果がある。
【０２１７】
請求項２に記載した発明によれば、表示手段の反射部材に写し出されたオペレータの瞳を視点位置入力手段で入力することができ、表示手段上の位置の入力が視点位置を正確に対応され、視点位置入力の精度が向上する、という効果がある。
【０２１８】
請求項３に記載した発明によれば、視点位置入力手段の位置を位置入力部で入力できると共に位置入力部に対して基準視軸を形成する照準部で視点位置を入力できるので、表示手段上の位置を正確に特定することができると共に、その特定できる位置を指示した自己の位置を正確に入力することができる、という効果がある。
【０２１９】
請求項４に記載した発明によれば、視点位置入力手段の検出部により眼球の回転を検出し検出された眼球の回転から視点位置を入力できるので、正確に視点位置を入力することができる、という効果がある。
【０２２０】
請求項５に記載した発明によれば、視点位置入力手段の検出手段により眼球の回転を検出し検出された眼球の回転から視点位置を入力できるので、正確に視点位置を入力することができる、という効果がある。
【０２２１】
請求項６に記載した発明によれば、表示位置入力手段の位置入力部で自己の位置を入力できると共に、光照射部が位置入力部に対して基準光軸を形成するので、自己の位置及び基準光軸の光の照射で表示領域上の位置を入力でき、表示手段上を指示した位置の延長線上の自己の位置を正確に入力することができる、という効果がある。
【０２２２】
請求項７に記載した発明によれば、仮想立体空間内の知覚位置と、視点位置入力手段で入力する位置及び表示位置入力手段で入力する位置の少なくとも一方の位置との予め求めた対応関係から仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を補正することができるので、仮想物体を表示するための仮想立体空間の座標を容易に補正することができ、高精度で仮想物体を表示することができる、という効果がある。
【０２２３】
請求項８に記載した発明によれば、補正手段の対応関係に基づいて仮想物体の左眼用画像及び仮想物体の右眼用画像を計算することによって、より正確な位置に仮想物体を立体画像として得ることができる、という効果がある。
【０２２４】
請求項９に記載した発明によれば、予め測定された仮想立体空間内に表示した仮想物体の位置と、該仮想物体の知覚位置を測定した測定位置との誤差から対応関係を求めているので、オペレータの知覚特性に応じた仮想物体を表示することができる、という効果がある。
【０２２５】
請求項１２に記載した発明によれば、複数の立体視眼鏡のうちの選択手段により選択された立体視眼鏡について、制御手段により定められた仮想立体空間内で仮想物体を表示させているので、複数の立体視眼鏡から知覚対象として選択された立体視眼鏡を装着したオペレータに仮想物体を認知させることが容易に行える、という効果がある。
【０２２６】
請求項１３に記載した発明によれば、複数の立体視眼鏡のうち１つの立体視眼鏡の報知手段から報知された自己の位置に基づいて基準位置を定めるので、立体視眼鏡を装着している各々のオペレータに対して最適な仮想物体を提示することができる、という効果がある。
【０２２７】
請求項１４に記載した発明によれば、視点位置または報知手段から報知された位置に基づいて定めた視点位置を基準位置とするので、知覚対象となるオペレータが目視する位置から正確に仮想立体空間に定めて仮想物体を表示させることができる、という効果がある。
【０２２８】
請求項１５に記載した発明によれば、選択手段により基準位置まで最短距離の立体視眼鏡を選択するので、基準位置付近に立体視眼鏡を装着した複数のオペレータが存在しても、その中から最短距離の立体視眼鏡が選択されるので、簡単かつ正確に知覚対象となるオペレータに対して仮想物体を表示させることができる、という効果がある。
【０２２９】
請求項１６に記載した発明によれば、存在領域及び報知手段による位置から知覚対象の立体視眼鏡を選択できるので、複数の立体視眼鏡から自動的に知覚対象の立体視眼鏡を選択することもできる、という効果がある。
【０２３０】
請求項１７に記載した発明によれば、立体視眼鏡の左眼用光学素子及び右眼用光学素子として液晶シャッタを用いることができるので、追従性を高速にかつ遮光性の切り替えを容易にすることができ、立体視眼鏡により仮想物体を容易にオペレータに認知させることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかる立体画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施の形態にかかる立体画像表示装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】位置入力装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図４】レーザ光を光軸とする位置入力装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図５】照準を備えた位置入力装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図６】立体画像表示装置で立体画像を表示させる処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】立体画像を表示させるための空間補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】スクリーンの位置設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】スクリーンの位置設定処理の過程を説明するためのイメージ図である。
【図１０】スクリーンの位置設定の他例の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】視点位置設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】視点位置設定処理の過程を説明するためのイメージ図である。
【図１３】視点位置設定の他例の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】視点位置設定の他例の処理の過程を説明するためのイメージ図である。
【図１５】注視点から視点位置を設定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】注視点から視点位置を設定する処理の過程を説明するためのイメージ図である。
【図１７】注視点から視点位置を設定する他例の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】立体画像表示の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】立体画像表示の過程を説明するためのイメージ図である。
【図２０】オペレータによって知覚特性を示す線図であり、（１）は正視状態で仮想物体を目視したときの提示位置と誤差との関係を示し、（２）は斜視状態における関係を示している。
【図２１】仮想物体の提示距離と瞳孔間距離の関係を示す線図であり、（１）には、正視状態、（２）は斜視状態の結果を示している。
【図２２】空間歪みテーブルを生成する処理の流れを示すフローチャートである。
【図２３】オペレータに正しい位置で仮想物体を知覚させるための第１の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図２４】オペレータに正しい位置で仮想物体を知覚させるための第２の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図２５】仮想物体を補正した位置に提示したときの知覚位置の誤差を示し、（１）は正視状態、（２）は斜視状態を示している。
【図２６】オペレータに正しい位置で仮想物体を知覚させるための第３の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図２７】オペレータに正しい位置で仮想物体を知覚させるための第４の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図２８】画像のふらつき感を減少させつつ補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図２９】異なる複数の仮想物体の提示位置の各々に対するスクリーン位置と仮想瞳孔間距離との関係を示す線図である。
【図３０】オペレータに正しい位置で仮想物体を知覚させるための第６の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図３１】オペレータの提示距離による知覚特性を示す線図であり、（１）は仮想瞳孔間距離固定のときの仮想物体の提示位置と知覚距離の誤差との関係を示し、（２）は仮想瞳孔間距離を補正したときの仮想物体の提示位置と知覚距離の誤差との関係を示している。
【図３２】オペレータのスクリーン位置による知覚特性を示す線図であり、（１）は仮想瞳孔間距離固定のときのスクリーン位置と知覚距離の誤差との関係を示し、（２）は仮想瞳孔間距離を補正したときのスクリーン位置と知覚距離の誤差との関係を示している。
【図３３】立体画像表示の過程を説明するためのイメージ図である。
【図３４】本発明の第２実施の形態にかかる立体画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３５】立体画像表示装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３６】立体画像表示装置で立体画像を表示させる処理の流れを示すフローチャートである。
【図３７】立体視眼鏡の概略構成を示す斜視図である。
【図３８】第２実施の形態における、立体画像表示処理の流れを示すフローチャートである。
【図３９】図３８のステップ３００の詳細である第１の基準領域設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４０】図３８のステップ３００の詳細である第２の基準領域設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４１】図３８のステップ３０２の詳細である第１の優先観察者設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４２】図３８のステップ３０２の詳細である第２の優先観察者設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４３】図３８のステップ３０２の詳細である第３の優先観察者設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４４】優先観察者設定の過程を説明するための説明図である。
【図４５】図３８のステップ３０４の詳細である第１の立体画像生成表示処理の流れを示すフローチャートである。
【図４６】図３８のステップ３０４の詳細である第２の立体画像生成表示処理の流れを示すフローチャートである。
【図４７】第３実施の形態における、立体画像表示処理の流れを示すフローチャートである。
【図４８】第４実施の形態における、立体画像表示処理の流れを示すフローチャートである。
【図４９】オペレータに正しい位置で仮想物体を知覚させるための第５の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    立体画像表示装置
１１    立体画像表示装置
１２    プロジェクタ
１４    制御装置
１５    制御装置
１６    スクリーン
１８    位置入力装置
２０    液晶シャッタ眼鏡
２０1 ，２０2     液晶シャッタ眼鏡
２２    位置センサ
２２1 ，２２2     位置センサ
３０    磁界発生装置
【図１】
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【図２】
0003651204.tif 000006
【図３】
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【図４】
0003651204.tif 000008
【図５】
0003651204.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003651204.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
0003651204.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003651204.tif 000020
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0003651204.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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