(57)【要約】【課題】表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルＭtに基づいて表示対象物の三次元画像ＩＭ3を表示する三次元表示技術において、ファントム現象の発生を抑制可能とする。【解決手段】表示面４１aに表示される二次元画像ＩＭ2には、輪郭ＯＬの他に光を射出する付加領域Ｒfが輪郭ＯＬから内側へ向けて連続的に設けられている。したがって、三次元画像ＩＭ3の表面から内側にかけては、付加領域Ｒfからの光が結像される領域が連続的に広がる。つまり、三次元画像ＩＭ3の表面に対しては、実質的に厚みがその内側に付加される。その結果、厚みとして付加された領域によって三次元画像ＩＭ3の裏側を隠蔽して、ファントム現象の発生を抑制することが可能となっている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルの互いに異なる断面での前記ポリゴンで定められる輪郭を有して前記輪郭から光を射出する複数の二次元画像を表示面に順次表示する表示手段と、
前記表示面から射出された光を結像することで前記複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像して前記表示対象物の三次元画像を表示する結像手段と
を備え、
前記表示手段は、前記輪郭の他に光を射出する付加領域が前記輪郭から内側へ向けて連続的に設けられた前記二次元画像を前記表示面に表示することを特徴とする三次元画像表示装置。
【請求項２】
前記表示手段は、前記付加領域によって前記輪郭の内側が充填された前記二次元画像を前記表示面に表示する請求項１に記載の三次元画像表示装置。
【請求項３】
前記三次元モデルの前記輪郭を示す輪郭データの前記輪郭の内側に前記付加領域を付加するデータ処理を行うことで、前記輪郭および前記付加領域から光を射出する前記二次元画像を示す画像データを生成するデータ生成手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記画像データが示す前記二次元画像を前記表示面に表示する請求項１または２に記載の三次元画像表示装置。
【請求項４】
表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルの互いに異なる断面での前記ポリゴンで定められる輪郭を有して前記輪郭から光を射出する複数の二次元画像を表示面に順次表示する表示工程と、
前記表示面から射出された光を結像することで前記複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像して前記表示対象物の三次元画像を表示する結像工程と
を備え、
前記表示工程では、前記輪郭の他に光を射出する付加領域が前記輪郭から内側へ向けて連続的に設けられた前記二次元画像が前記表示面に表示されることを特徴とする三次元画像表示方法。
【請求項５】
表示面から射出された光を結像することで前記表示面に順次表示される複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像して、前記複数の二次元画像からなる表示対象物の三次元画像を表示する三次元画像表示装置をコンピュータによって制御するプログラムにおいて、
前記表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルの互いに異なる断面での前記ポリゴンで定められる輪郭を有して前記輪郭から光を射出する前記複数の二次元画像を前記表示面に順次表示する表示機能を、前記コンピュータによって前記三次元画像表示装置に実行させ、
前記表示機能は、前記輪郭の他に光を射出する付加領域が前記輪郭から内側へ向けて連続的に設けられた前記二次元画像を前記表示面に表示することを特徴とするプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示対象物の異なる断面での二次元画像を互いに異なる位置に順次結像して、表示対象物の三次元画像を表示する三次元画像表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、表示対象物の異なる断面での像（二次元画像）を互いに異なる位置に順次結像することで、表示対象物の三次元画像を表示する体積走査型の三次元画像表示装置（三次元ディスプレイ）が記載されている。具体的には、この三次元画像表示装置は、スクリーンに投影した二次元画像から射出された光をミラースキャナにより反射した後に結像する概略構成を備える。そして、表示対象物の異なる断面に対応する複数の二次元画像をスクリーンに順次投影しながらミラースキャナを変位させることで、互いに異なる位置にこれら二次元画像を順次結像して、表示対象物の三次元画像を表示することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】宮崎大介，「光学的実像の移動による体積走査型三次元ディスプレイ」，光技術コンタクト，社団法人日本オプトメカトロニクス協会，２０１０年１２月，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．１２，ｐ．２４−２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の三次元画像表示技術を用いて表示対象物の外観形状を三次元画像として表示するにあたっては、表示対象物の外観形状を示す三次元モデルを準備して、この三次元モデルの互いに異なる断面での二次元画像をスクリーンに順次表示すれば良い。この際、表示対象物の外観形状は、ポリゴンを用いて適切に表すことができる。そこで、ポリゴンを用いて、表示対象物の三次元モデルを構成することが考えられる。
【０００５】
ただし、ポリゴンを用いて構成された三次元モデルに基づいて、表示対象物の三次元画像を表示するにあたっては、次に示すファントム現象の発生という課題があった。つまり、ポリゴンで外観形状を表した三次元モデルに基づいて三次元画像を表示した場合、三次元画像の表面はポリゴンの像で構成されることとなる。この際、ポリゴンは基本的には厚みを有さないため、ポリゴンの像で構成される三次元画像の表面はほとんど厚みを有さない極めて薄いものとなる。このように三次元画像の表面は極めて薄いために、その裏側を観察者に対してしっかりと隠蔽できず、観察者に対して隠蔽されるべき三次元画像の裏側が三次元画像の表側から透けて見えるといったファントム現象が生じるおそれがあった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルに基づいて表示対象物の三次元画像を表示する三次元表示技術において、ファントム現象の発生を抑制可能とする技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる三次元画像表示装置は、上記目的を達成するために、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルの互いに異なる断面でのポリゴンで定められる輪郭を有して輪郭から光を射出する複数の二次元画像を表示面に順次表示する表示手段と、表示面から射出された光を結像することで複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像して表示対象物の三次元画像を表示する結像手段とを備え、表示手段は、輪郭の他に光を射出する付加領域が輪郭から内側へ向けて連続的に設けられた二次元画像を表示面に表示することを特徴としている。
【０００８】
この発明にかかる三次元画像表示方法は、上記目的を達成するために、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルの互いに異なる断面でのポリゴンで定められる輪郭を有して輪郭から光を射出する複数の二次元画像を表示面に順次表示する表示工程と、表示面から射出された光を結像することで複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像して表示対象物の三次元画像を表示する結像工程とを備え、表示工程では、輪郭の他に光を射出する付加領域が輪郭から内側へ向けて連続的に設けられた二次元画像が表示面に表示されることを特徴としている。
【０００９】
この発明にかかるプログラムは、上記目的を達成するために、表示面から射出された光を結像することで表示面に順次表示される複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像して、複数の二次元画像からなる表示対象物の三次元画像を表示する三次元画像表示装置をコンピュータによって制御するプログラムにおいて、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルの互いに異なる断面でのポリゴンで定められる輪郭を有して輪郭から光を射出する複数の二次元画像を表示面に順次表示する表示機能を、コンピュータによって三次元画像表示装置に実行させ、表示機能は、輪郭の他に光を射出する付加領域が輪郭から内側へ向けて連続的に設けられた二次元画像を表示面に表示することを特徴としている。
【００１０】
この発明にかかる記録媒体は、上記のプログラムを記録したことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された発明（三次元画像表示装置、三次元画像表示方法、プログラム、記録媒体）は、表示面に順次表示される複数の二次元画像を互いに異なる位置に結像することで、表示対象物の三次元画像を表示する。この三次元画像は、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルに基づいて表示される。つまり、表示面に表示される複数の二次元画像は、この三次元モデルの互いに異なる断面での輪郭を有しており、それぞれの輪郭は、表示対象物の外観形状を表すポリゴンによって定められる。そして、これら二次元画像のそれぞれの輪郭から射出される光が順次結像されることで、ポリゴンの像で表面が構成された表示対象物の三次元画像が表示される。
【００１２】
ただし、上述のとおり、ポリゴンの像で構成された三次元画像の表面が極めて薄いために、観察者に対して隠蔽されるべき三次元画像の裏側が三次元画像の表側から透けて見えるといったファントム現象が生じるおそれがあった。これに対して、この発明で表示面に表示される二次元画像には、輪郭の他に光を射出する付加領域が輪郭から内側へ向けて連続的に設けられている。したがって、三次元画像の表面から内側にかけては、付加領域からの光が結像される領域が連続的に広がる。つまり、三次元画像の表面に対しては、実質的に厚みがその内側に付加される。その結果、厚みとして付加された領域によって三次元画像の裏側を隠蔽して、ファントム現象の発生を抑制することが可能となっている。
【００１３】
この際、表示手段は、付加領域によって輪郭の内側が充填された二次元画像を表示面に表示するように、三次元画像表示装置を構成しても良い。このように輪郭の内側を付加領域によって充填する構成では、三次元画像の表面の内側全域にわたって、付加領域からの光が結像される領域が広がる。したがって、三次元画像の表面の内側全域に広がる当該領域によって三次元画像の裏側をしっかりと隠蔽して、ファントム現象の発生をより確実に抑制することができる。
【００１４】
また、三次元モデルの輪郭を示す輪郭データの輪郭の内側に付加領域を付加するデータ処理を行うことで、輪郭および付加領域から光を射出する二次元画像を示す画像データを生成するデータ生成手段をさらに備え、表示手段は、画像データが示す二次元画像を表示面に表示するように、三次元画像表示装置を構成しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルに基づいて表示対象物の三次元画像を表示する三次元表示技術において、ファントム現象の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用可能な三次元画像表示装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】投影スクリーン近傍の構成を模式的に示す図である。
【図３】三次元画像表示装置の動作を制御する電気的構成を模式的に示したブロック線図である。
【図４】ファントム現象の具体例を模式的に示す斜視図である。
【図５】データ生成部が実行する付加処理の一例を具体的に示した図である。
【図６】三次元画像表示装置の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明を適用可能な三次元画像表示装置の一例を模式的に示す図である。図１に示すように、三次元画像表示装置１は、三次元画像ＩＭ3の断面像ＩＭ2（二次元画像）を走査することで三次元画像ＩＭ3を空間中に表示する体積走査型の三次元ディスプレイであり、装置本体２および制御部３で構成されている。なお、図１では、各二次元画像ＩＭ2が破線で表され、三次元画像ＩＭ3がこれら破線の集合で表されている。
【００１８】
装置本体２は、投影スクリーン４１に二次元画像ＩＭ2を表示する表示手段４と、投影スクリーン４１に表示された二次元画像ＩＭ2を装置本体２の外部に結像する光学系５とを、筐体２１の内部に収容した概略構成を備える。一方、制御部３は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やメモリー等で構成されたコンピュータであり、装置本体２の表示手段４および光学系５の制御を司る。
【００１９】
表示手段４は、投影スクリーン４１の他に、投影スクリーン４１に二次元画像ＩＭ2を投影する投影部４２を有する。この投影部４２は、例えばハロゲンランプである光源４２１からの光を、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)４２２（空間光変調器）により変調して、投影スクリーン４１に投影する概略構成を有する。このＤＭＤ４２２は、複数の微小ミラーを二次元的に配列した構成を有する。各微小ミラーは、ＯＮ状態およびＯＦＦ状態の各姿勢を選択的に取ることができる。そして、投影部４２は、ＯＮ状態の微小ミラーが反射した光Ｌonを投影スクリーン４１に導く一方、ＯＦＦ状態の微小ミラーが反射した光Ｌoffを投影スクリーン４１に導かない。
【００２０】
これによって、投影スクリーン４１には、ＤＭＤ４２２のＯＮ状態にある各微小ミラーの像が投影される。したがって、ＤＭＤ４２２の各微小ミラーの姿勢を制御することで、所望の二次元画像ＩＭ2を投影スクリーン４１に投影することができる。なお、ＤＭＤ４２２の微小ミラーの姿勢は、制御部３によって制御される。
【００２１】
また、投影部４２には、ＤＭＤ４２２からの射出光Ｌon（ＯＮ状態の微小ミラーの反射光）を、投影スクリーン４１に適切に導くために、投影レンズ４２３および投影ミラー４２４（平面鏡）が設けられている。さらに、投影部４２には、ＤＭＤ４２２と投影レンズ４２３の間に、全反射プリズム４２５が設けられている。したがって、光源４２１が射出した光は、全反射プリズム４２５を介してＤＭＤ４２２に照射される。そして、ＤＭＤ４２２からの射出光Ｌonは、全反射プリズムを介して、投影レンズ４２３を透過した後に、投影ミラー４２４により反射されて、投影スクリーン４１に結像される。
【００２２】
投影スクリーン４１は、平面形状を有する表示面４１aおよび投影面４１bを互いに平行に設けた背面投影型のスクリーンであり、投影部４２によって投影面４１bに投影された二次元画像ＩＭ2を表示面４１aに表示する。この投影スクリーン４１の詳細について、図２を用いて説明する。ここで、図２は、投影スクリーン近傍の構成を模式的に示す図であり、投影スクリーン４１と後述する凹面鏡５１とが示されている。
【００２３】
投影スクリーン４１の投影面４１bには、１枚のプリズムシートである偏向シート４１２が貼り付けられている。この偏向シート４１２は、図２紙面の垂直方向に伸びつつ三角形の断面形状を有する棒状のプリズム要素を、互いに平行に複数並べた構成を有する。そして、この投影スクリーン４１の投影面４１bに、表示面４１aの法線Ａ41に平行な方向から光Ｌonが投影される。そして、偏向シート４１２のプリズムの作用によって、光Ｌonは凹面鏡５１へ向かう方向へと主に屈折されて、表示面４１aから射出される。つまり、表示面４１aに表示された二次元画像ＩＭ2から射出される光Ｌonは、表示面４１aの法線Ａ41に対して凹面鏡５１側に角度θだけ傾斜している。こうして二次元画像ＩＭ2から射出された光Ｌonが、光学系５へと入射する。
【００２４】
図１に戻って説明を続ける。光学系５は、凹面鏡５１の他に、平面形状を有する反射ミラー５２と凹面鏡５３とを有する。具体的には、凹面鏡５１および凹面鏡５３は、反射ミラー５２の反射平面５２aに対向して配置されている。凹面鏡５１、５３それぞれの光軸Ａ51、Ａ53（中心軸）は同一平面上に存在し、互いに反射ミラー５２側（内側）に傾斜している。また、反射ミラー５２の反射平面５２aは、光軸Ａ51、Ａ53を含む平面に垂直となっている。なお、上述した投影スクリーン４１の表示面４１aも、光軸Ａ51、Ａ53を含む平面に垂直となっている。そこで、これらの位置関係を判りやすくするために、図１では、凹面鏡５１、５３それぞれの光軸Ａ51、Ａ53を含む平面における断面が示されている。そして、表示面４１aの二次元画像ＩＭ2から射出された光Ｌonは、凹面鏡５１に入射した後に、反射ミラー５２、凹面鏡５３へとこの順でリレーされる。かかる光学系５の構成について詳述する。
【００２５】
凹面鏡５１は、反射ミラー５２側に傾斜して配置されている。かかる配置について、凹面鏡５１の凹面５１aの頂点５１tで凹面５１aに接する仮想接平面Ｐ51により、凹面鏡５１の姿勢を代表して説明すると次のとおりである。つまり、表示面４１aの中心４１cから射出されて頂点５１tに入射する光Ｌonの行路Ｔに垂直な仮想垂直平面Ｐvに対して、凹面鏡５１の仮想接平面Ｐ51は、角度β（０度＜β＜９０度）だけ図１の反時計回り側（反射ミラー５２側）に傾いている。なお、頂点５１tは、凹面鏡５１の光軸Ａ51と凹面５１aとの交点に一致する。また、表示面４１aの中心４１cは、表示面４１aの幾何学的な重心として求めることができる。
【００２６】
ちなみに、上述した投影スクリーン４１は、この凹面鏡５１の配置に応じて、傾けて配置されている。より詳しくは、行路Ｔに垂直な仮想垂直平面Ｐvに対して、投影スクリーン４１の表示面４１aは、角度α（０度＜α＜９０度）だけ図１の反時計回り側に傾いている。つまり、仮想垂直平面Ｐvとなす鋭角α、βに注目したとき、凹面鏡５１の仮想接平面Ｐ51および投影スクリーン４１の表示面４１aは、いずれも同じ側（図１の反時計回り側）に傾斜している。
【００２７】
光学系５の構成について説明を続ける。行路Ｔの距離は、凹面鏡５１の焦点距離（例えば、３００[mm]）に等しく、凹面鏡５１で反射された光Ｌonは、当該凹面鏡５１の作用によりコリメートされる。そして、このコリメート光Ｌonが反射ミラー５２へ照射される。この反射ミラー５２は、制御部３から与えられる駆動信号に応じて回動することで、凹面鏡５１、５３の光軸Ａ51、Ａ53を含む平面に垂直な回転軸Ｃ52を中心として、その反射平面５２aを回動させる。この際、行路Ｔを通った光Ｌonが回転軸Ｃ52上において反射平面５２aに入射するように、反射ミラー５２は位置決めされている。なお、反射ミラー５２の回動は、図１の時計回りおよび反時計回りの両側について可能となっており、制御部３によって制御される。
【００２８】
そして、反射ミラー５２で反射されたコリメート光Ｌonが、凹面鏡５３に入射する。この凹面鏡５３は、入射してきたコリメート光Ｌonを、筐体２１に設けられた開口２２から筐体２１外部に射出して結像する。こうして、筐体２１外部の空間に、投影スクリーン４１に表示された二次元画像ＩＭ2の実像が形成される。なお、行路Ｔを通った光Ｌonが進行する経路において、凹面鏡５１から反射ミラー５２までの距離、反射ミラー５２から凹面鏡５３までの距離、および凹面鏡５３の焦点距離は、いずれも凹面鏡５１の焦点距離に等しく設定されている。なお、実像の歪を修正したり、実像の位置を視域の広い領域に調整したりするために、これらの距離の全部あるいは一部を互いに異ならせることもできる。
【００２９】
かかる構成を具備した三次元画像表示装置１では、次に説明するようにして、三次元画像ＩＭ3が表示される。つまり、制御部３は、ＤＭＤ４２２の各微小ミラーの姿勢を制御して、表示対象物の三次元画像ＩＭ3の互いに異なる複数の断面像（二次元画像ＩＭ2）を所定周期で投影スクリーン４１に表示する。これによって、互いに異なる断面を示す複数の二次元画像ＩＭ2が、所定周期で投影スクリーン４１に表示される。また、制御部３は、この二次元画像ＩＭ2の表示と同期して、反射ミラー５２を所定角度ずつ回動させる。これによって、筐体２１外部の空間において、互いに異なる位置に複数の二次元画像ＩＭ2が次々と結像される。この際、複数の二次元画像ＩＭ2の結像を十分に速い周期で実行することで、残像効果によって、人の眼には複数の二次元画像ＩＭ2からなる三次元画像ＩＭ3が認識される。具体的には、三次元画像ＩＭ3の結像位置に対して開口２２の反対側の観察位置から観察することで、立体感のある三次元画像ＩＭ3を観察することができる。こうして、三次元画像表示装置１では、三次元画像ＩＭ3（立体像）が表示される。
【００３０】
以上が、三次元画像表示装置１の構成および動作の概略である。続いては、この実施形態における三次元画像表示装置１の動作の詳細について説明する。図３は、三次元画像表示装置の動作を制御する電気的構成を模式的に示したブロック線図である。図３に示すように、三次元画像表示装置１の制御部３は、ＣＤ(Compact Disc)、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリー等の記録媒体６に記録されたプログラム７に従って次のような動作を行なう。
【００３１】
概略的には、制御部３は、表示対象物の外観形状をポリゴンで表した三次元モデルＭtに基づいて、表示対象物の三次元画像ＩＭ3を表示する。かかる動作を実行するために、制御部３は記憶部３１とデータ生成部３２とを有する。記憶部３１は、装置１外部から与えられた三次元モデルＭtを記憶するものである。一方、データ生成部３２は、表示対象物の断面像（二次元画像ＩＭ2）を示す断面像データＤiを三次元モデルＭtに基づいて生成する。この断面像データＤiは、三次元モデルＭtの互いに異なる断面での輪郭を有する複数の二次元画像ＩＭ2を示すデータであり、表示対象物の外観形状を表すポリゴンによって各二次元画像ＩＭ2の輪郭を定める。そして、制御部３は、断面像データＤiが示す複数の二次元画像ＩＭ2を表示面４１aに順次表示しつつ反射ミラー５２を回動させる。これによって、表示面４１aに順次表示される各二次元画像ＩＭ2の輪郭から射出された光が、光学系５によって互いに異なる位置に結像されて、表示対象物の三次元画像ＩＭ3の外観形状を構成する。こうして、表示対象物の三次元画像ＩＭ3が表示される。
【００３２】
ただし、ポリゴンを用いて構成された三次元モデルＭtに基づいて、表示対象物の三次元画像ＩＭ3を表示するにあたっては、上述のとおりファントム現象の発生という課題があった。これについて図４を用いて具体的に説明する。ここで、図４は、ファントム現象の具体例を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、ここでは表示対象物としてティーポットを表示する例について説明する。なお、同図の「表示対象物」の欄では、表示対象物であるティーポットの実物ＯＪの外観が示され、同図の「三次元画像」の欄では、表示対象物であるティーポットの三次元画像ＩＭ3が示されている。
【００３３】
上述のように、ポリゴンによって定められる輪郭を有する各二次元画像ＩＭ2を順次結像して三次元画像ＩＭ3を表示した場合、三次元画像ＩＭ3の表面はポリゴンの像で構成されることとなる。この際、ポリゴンは基本的には厚みを有さないため、ポリゴンの像で構成される三次元画像ＩＭ3の表面はほとんど厚みを有さない極めて薄いものとなる。具体的には、三次元画像ＩＭ3の表面の厚みは例えば、ＤＭＤ４２２の１個の微小ミラーが表示面４１aに作る像の幅に相当する１画素程度となる場合がある。このように三次元画像ＩＭ3の表面は極めて薄いために、その裏側を観察者に対してしっかりと隠蔽できず、観察者に対して隠蔽されるべき三次元画像ＩＭ3の裏側が三次元画像ＩＭ3の表面から透けて見えるといったファントム現象が生じるおそれがあった。具体的には、図４に示す三次元画像ＩＭ3の例では、注ぎ口の付け根を縁取る稜線Ｆaや底面を縁取る稜線Ｆbがファントム（同図の破線）となって透けて見えてしまっている。
【００３４】
このようなファントム現象の発生を抑制するために、この実施形態のデータ生成部３２は、断面像データＤiの作成にあたって、輪郭の他に光を射出する付加領域を輪郭から内側へ向けて連続的に付加する付加処理を各二次元画像ＩＭ2に施す（図５）。図５は、データ生成部が実行する付加処理の一例を具体的に示した図である。図５では、データ生成部３２が付加処理に際して実行する各ステップＳ１０１〜Ｓ１０３が示されている。
【００３５】
ステップＳ１０１では、断面ＣＳによって三次元モデルＭtが切り取られる。続くステップＳ１０２では、三次元モデルＭtの断面ＣＳでの輪郭ＯＬを示す輪郭データＤlが求められる。なお、断面ＣＳが傾いていることから、図５に例示する輪郭データＤlでは、ティーポットの本体および注ぎ口それぞれの輪郭が離れて切り取られている。ステップＳ１０３では、輪郭ＯＬから内側へ向けて付加領域Ｒf（図５の斜線ハッチング）を連続的に付加するデータ処理が、輪郭データＤlに対して行われる。これによって、輪郭ＯＬから内側へ連続的に付加領域Ｒfを設けた二次元画像ＩＭ2を示すデータが求められる（付加処理）。特に、図５の例では、輪郭ＯＬの内側に付加領域Ｒfが充填されており、換言すれば、付加領域Ｒfによって輪郭ＯＬの内側が充填された二次元画像ＩＭ2を示すデータが求められる。かかるステップＳ１０１〜１０３は、断面ＣＳを変えながら繰り返し実行されて、付加処理の施された複数の二次元画像ＩＭ2を示す断面像データＤiが生成される。その結果、表示面４１aには、輪郭ＯＬの他に光を射出する付加領域Ｒfが輪郭ＯＬの内側ヘ向けて連続的に設けられた二次元画像ＩＭ2が順次表示される。
【００３６】
以上に説明したように、この実施形態では、表示面４１aに表示される二次元画像ＩＭ2には、輪郭ＯＬの他に光を射出する付加領域Ｒfが輪郭ＯＬから内側へ向けて連続的に設けられている。したがって、三次元画像ＩＭ3の表面から内側にかけては、付加領域Ｒfからの光が結像される領域が連続的に広がる。つまり、三次元画像ＩＭ3の表面に対しては、実質的に厚みがその内側に付加される。その結果、厚みとして付加された領域によって三次元画像ＩＭ3の裏側を隠蔽して、ファントム現象の発生を抑制することが可能となっている。
【００３７】
特に、この実施形態では、付加領域Ｒfによって輪郭ＯＬの内側が充填された二次元画像ＩＭ2が表示面４１aに表示される。このように輪郭ＯＬの内側を付加領域Ｒfによって充填する構成では、三次元画像ＩＭ3の表面の内側全域にわたって、付加領域Ｒfからの光が結像される領域が広がる。したがって、三次元画像ＩＭ3の表面の内側全域に広がる当該領域によって三次元画像ＩＭ3の裏側をしっかりと隠蔽して、ファントム現象の発生をより確実に抑制することができる。
【００３８】
このように、上記実施形態では、三次元画像表示装置１が本発明の「三次元画像表示装置」に相当し、記録媒体６が本発明の「記録媒体」に相当し、プログラム７が本発明の「プログラム」に相当し、表示手段４が本発明の「表示手段」に相当し、表示面４１aが本発明の「表示面」に相当し、光学系５が本発明の「結像手段」に相当し、付加領域Ｒfが本発明の「付加領域」に相当し、データ生成部３２が本発明の「データ生成手段」に相当し、輪郭データＤlが本発明の「輪郭データ」に相当し、断面像データＤiが本発明の「画像データ」に相当する。
【００３９】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、二次元画像ＩＭ2の輪郭ＯＬの内側が付加領域Ｒfで充填されていた。しかしながら、二次元画像ＩＭ2の輪郭ＯＬから一定の厚みでもって付加領域Ｒfを連続的に設けて、二次元画像ＩＭ2の輪郭ＯＬの内側を部分的に中空に（つまり付加領域Ｒfを設けないように）構成しても良い。このような構成においても、三次元画像ＩＭ3の表面の内側に広がる付加領域Ｒfからの光が結像される領域によって三次元画像ＩＭ3の裏側を隠蔽して、ファントム現象の発生を抑制することが可能となる。さらに、この際の付加領域Ｒfの厚みも一定に限らず、場所に応じて変化させても構わない。
【００４０】
また、上記実施形態では、三次元モデルＭtが装置１外部から与えられ、データ生成部３２がこの三次元モデルＭtから輪郭データＤlを求めていた。しかしながら、輪郭データＤlを装置１外部で予め求めて制御部３に与えるように構成しても構わない。
【００４１】
また、表示対象物としてティーポットを表示した場合を例示して説明を行なった。しかしながら、上記の三次元画像表示装置１によって表示できる表示対象物は、上記のティーポットに限られないことは言うまでも無い。
【００４２】
また、例えばカラーの三次元画像ＩＭ3を構成するように、三次元画像表示装置１を構成しても良い。図６は、三次元画像表示装置の変形例を模式的に示す図である。なお、図６では、上記実施形態と異なる構成が主として示され、上記実施形態と共通する構成は省略されている。
【００４３】
図６に示すように、この変形例では、光源４２１、ＤＭＤ４２２および全反射プリズム４２５が、赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色それぞれについて設けられている。なお、同図では、各部材４２１、４２２、４２５に対応する色を示す符号(R)、(G)、(B)が示されている。そして、ＤＭＤ４２２(R)から射出された赤の光Ｌon(R)と、ＤＭＤ４２２(G)から射出された緑の光Ｌon(G)とが、ダイクロイックミラー４２７により合成される。さらに、この合成光に対して、ＤＭＤ４２２(B)から射出された青の光Ｌon(B)がダイクロイックミラー４２８によって合成される。こうして赤、緑、青それぞれの光Ｌon(R)、Ｌon(G)、Ｌon(B)を合成した光が、投影レンズ４２３に入射した後、上述した要領でカラーの三次元画像ＩＭ3として表示される。
【００４４】
なお、カラーの三次元画像ＩＭ3を表示する具体的構成は、図６に示したものに限られない。つまり、図６では、３原色の色毎にＤＭＤ４２２が設けられていた。しかしながら、単一のＤＭＤ４２２に対して、時分割で各色の光を照射することで、カラーの三次元画像ＩＭ3を表示することもできる。
【００４５】
また、上記実施形態では、背面投影型の投影スクリーン４１が用いられていた。しかしながら、投影スクリーン４１の具体的構成は、背面投影型に限られず、種々のものを採用可能である。
【００４６】
また、上記実施形態では、投影スクリーン４１に対して偏向シート４１２が設けられており、表示面４１aから射出される光Ｌonは、凹面鏡５１に向けて屈折されていた。上記実施形態では、この屈折角度について特に言及しなかったが、例えば、表示面４１aの法線Ａ41に対する光Ｌonの屈折角度θを、角度αと等しくしても良い。これによって、二次元画像ＩＭ2の結像に供する光量をより多く確保して、明るい三次元画像ＩＭ3を表示することができる。
【００４７】
ちなみに、偏向シート４１２の位置は、投影スクリーン４１の投影面４１bに限られず、投影スクリーン４１の表示面４１aであっても良い。また、光Ｌonを偏向させる偏向部の具体的構成は、かかる偏向シート４１２に限られず、種々の変形が可能である。
【００４８】
また、凹面鏡５１からの光Ｌonを反射する反射ミラー５２（変位ミラー）の構成は、上述のようなものに限られず、例えばポリゴンミラー等を用いることもできる。
【００４９】
また、凹面鏡５３を排除するように構成することも可能である。具体例を挙げれば、反射ミラー５２に光学的なパワーを持たせて、反射ミラー５２によって光Ｌonを結像するように構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
この発明は、表示対象物の異なる断面での二次元画像を互いに異なる位置に順次結像して、表示対象物の三次元画像を表示する三次元画像表示技術に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…三次元画像表示装置
３…制御部
３１…記憶部
３２…データ生成部
４…表示手段
４１…投影スクリーン
４１a…表示面
５…光学系
６…記録媒体
７…プログラム
ＩＭ2…二次元画像（断面像）
ＩＭ3…三次元画像
Ｍt…三次元モデル
ＯＬ…輪郭
Ｒf…付加領域
Ｄl…輪郭データ
Ｄi…断面像データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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