(57)【要約】      （修正有）【課題】３次元ＣＧを用いた仮想環境内を移動する際の表示範囲の決定が容易に行え、描画遅れにも対処できる情報提示方法および情報提示装置を提供する。【解決手段】経路領域内の現在位置から指示された進行方向へ移動する場合の仮想環境内の次の地点までの水平面上での座標の変化分を計算し、次の地点が経路領域内である時は、現在位置の座標に変化分を加算して水平面上の次の地点の座標を算出し、次の地点が経路領域外である時は、次の地点が経路領域内となるように変化分を補正を行った後、現在位置の座標に補正された変化分を加算して水平面上の次の地点の座標を算出し、現在位置の座標値と次の地点との間の水平面に垂直方向の座標値の差分、及び歩行速度を基に、仮想環境内の地表の傾きを算出し、次の地点の水平面上の座標及び水平面に垂直な方向の座標と、指示された進行方向及び地表の傾きから定める視線方向とにより、仮想環境を描画し、表示する。【選択図】図１
2006031719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報提示の対象となる資料の形状を記憶する資料形状記憶手段と、
前記資料が提示される仮想環境の形状を記憶する仮想環境形状記憶手段と、
前記仮想環境内の前記資料の配置位置を記憶する配置記憶手段と、
前記仮想環境内の現在位置からの進行方向を指示する指示手段と、
を備えた情報提示装置における情報呈示方法であって、
前記仮想環境形状記憶手段に記憶された仮想環境の形状と前記配置記憶手段に記憶された配置位置と前記資料記憶手段に記憶された資料の形状とを基に３次元の仮想環境を構成する仮想環境構成ステップと、
前記仮想環境内の水平面上に、２つの境界線により経路領域の定められた進行経路の一方の境界線と他方の境界線を設定する進行経路設定ステップと、
前記指示手段で前記仮想環境内の進行方向を指示する指示ステップと、
前記２つの境界線の間の経路領域内の現在位置から前記指示ステップで指示された進行方向へ予め定められた歩行速度で移動する場合の前記仮想環境内の次の地点までの前記水平面上での座標の変化分を計算するステップと、
前記次の地点が前記経路領域内であるときには、前記水平面上の前記現在位置の座標に前記変化分を加算することにより前記水平面上の前記次の地点の座標を算出し、前記次の地点が前記経路領域外であるときには、前記次の地点が前記経路領域内となるように前記変化分を減少させるための補正を行った後、前記水平面上の前記現在位置の座標に補正された変化分を加算することにより前記水平面上の前記次の地点の座標を算出する第１の算出ステップと、
前記現在位置の座標値と前記次の地点との間の前記水平面に垂直な方向の座標値の差分、及び前記歩行速度を基に、前記仮想環境内の地表の傾きを算出する第２の算出ステップと、
前記次の地点の前記水平面上の座標及び当該水平面に垂直な方向の座標と、前記指示ステップで指示された進行方向及び前記第２の算出ステップで算出された地表の傾きから定める視線方向とに基づき、前記仮想環境構成手段で構成された仮想環境を描画する描画ステップと、
前記描画ステップでの描画結果を表示手段で表示する表示ステップと、
を有することを特徴とする情報提示方法。
【請求項２】
情報提示の対象となる資料の形状を記憶する資料形状記憶手段と、
前記資料が提示される仮想環境の形状を記憶する仮想環境形状記憶手段と、
前記仮想環境内の前記資料の配置位置を記憶する配置記憶手段と、
前記仮想環境形状記憶手段に記憶された仮想環境の形状と前記配置記憶手段に記憶された配置位置と前記資料記憶手段に記憶された資料の形状とを基に３次元の仮想環境を構成する仮想環境構成手段と、
前記仮想環境内の水平面上に、２つの境界線により経路領域の定められた進行経路の一方の境界線と他方の境界線を設定する進行経路設定手段と、
前記仮想環境内の現在位置からの進行方向を指示する指示手段と、
前記２つの境界線の間の前記経路領域内の現在位置から前記指示手段で指示された進行方向へ予め定められた歩行速度で移動する場合の前記仮想環境内の次の地点までの前記水平面上での座標の変化分を計算する手段と、
前記次の地点が前記経路領域内であるときには、前記水平面上の前記現在位置の座標に前記変化分を加算することにより前記水平面上の前記次の地点の座標を算出し、前記次の地点が前記経路領域外であるときには、前記次の地点が前記経路領域内となるように前記変化分を減少させるための補正を行った後、前記水平面上の前記現在位置の座標に補正された変化分を加算することにより前記水平面上の前記次の地点の座標を算出する第１の算出手段と、
前記現在位置と前記次の地点との間の前記水平面に垂直な方向の座標値の差分と、前記歩行速度とから、前記仮想環境内の地表の傾きを算出する第２の算出手段と、
前記次の地点の前記水平面上の座標及び当該水平面に垂直な方向の座標と、前記指示手段で指示された進行方向及び前記第２の算出手段で算出された地表の傾きから定める視線方向とに基づき、前記仮想環境構成手段で構成された仮想環境を描画する描画手段と、
前記描画手段での描画結果を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする情報提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、博物館や美術館等で、展示対象物について仮想環境を用いて臨場感のある情報提示を行う情報提示方法およびそれを用いた情報提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
博物館や美術館では展示対象物とその説明を物理的に近傍に配置して情報提示を行っている。たとえば、アンモナイトの化石であれば、化石をガラスのショーケースにいれ、その上方などにアンモナイトの説明のパネル（たとえば、「アンモナイトは古生代から中生代まで生存していた頭足類に属する化石動物」）などを提示するような形態をとっている。
【０００３】
しかしこのような形態では、アンモナイトが中生代の海の中を泳ぐ巨大な巻き貝の一種であったというイメージを把握することは難しい。また、従来の展示形式では、観覧者の見方は受け身的であるために、すぐあきてしまうなどの問題点もあった。
【０００４】
このような問題点を解決するために、最近では、コンピュータグラフィックスなどを用い、アンモナイトの生存していたときの環境状態を再現して、ＶＴＲなどで展示するような情報提示方法もでてきている。ＶＴＲによる情報提示方法は従来のパネルによる静的な展示方法に比較すると、アンモナイトが生存していたときの状態を容易に類推できる。しかし、ＶＴＲによる情報提示方法では、観覧者への一方的な情報提示になるため、観覧者は受け身的にならざるをえない。また、ＶＴＲでは、情報の提示が一過性になってしまうために、書誌情報は従来とおり、パネルを使用して提示する必要があった。
【０００５】
これを是正するために、ＶＴＲに録画するかわりに、ＣＤ−ＲＯＭに記録する情報提示方法も採用されるようになってきている。
【０００６】
ＣＤ−ＲＯＭを用いた情報提示方法は、たとえば、海の中を泳いでいるアンモナイトをマウスなどの入力デバイスを用いて選択すると、選択されたアンモナイトに対する書誌情報が画面上に表示されたり、あるいは音声ナレーションにより説明されるようなハイパーテキスト的提示方法をとることができる。このような方法によれば、ＶＴＲによる情報提示方法に比べると、観覧者は自分の興味のある対象を選ぶことができるぶん、参加意識が高まり、能動的な見方をできる。
【０００７】
ただし、ＣＤ−ＲＯＭによる情報提示方法では、各場面でのカメラ位置や、場面展開はあらかじめ決まっているので、観覧者は好きな位置からみたり、あるいは対象の位置を変えたり、あるいは、異なる場面展開にするようなことはできなかった。
【０００８】
このような問題点を改善し、自由な位置からみたり、配置を変更したりできるようにするために、最近では、３次元コンピュータグラフィックス（ＣＧ）を用いて、３次元で環境を仮想的に構築する方法も採用されるようになってきている。３次元ＣＧを用いた仮想環境では、どのような位置からみるか、どのように仮想環境の中を移動するかなどを２次元あるいは３次元の指示装置を用いて指定することができる。
【０００９】
実際には、移動は指示装置を用いて指示を行い、どの位置から見るかは、たとえば、観覧者の頭部に磁気センサを別につけ、その磁気センサから得られた座標値をもとに制御する方法がとられている。しかし、この方法では、磁気センサが高価であること、あまり大きく頭の位置が変化すると画面から大きく頭がすれてしまい、仮想環境における自分の相対的な位置をしることが難しいという問題がある。
【００１０】
このため、単一の指示装置から、移動および視点位置を操作する方法も検討されている。しかし、移動先を指定するモードと視点位置を指定するモードの切り替えを行う方法の場合、仮想環境内を単一の指示装置を使って移動し、さらに視点位置を変更する場合、操作が煩雑になるという問題点がある。さらに、モード切り返しなしで操作をする場合には、移動をのみを指定したのに、視点位置まで変えてしまうなど、移動と視点位置の変更が影響を与えあい、容易な指示操作ができないという問題もある。また、視点位置を固定すると、対象物に近づいても、視点を対象に向けることができないなどの問題点があった。
【００１１】
このように、従来の３次元ＣＧを用いた仮想環境による情報提示方法においては、仮想環境内を移動する際の移動方向を視点位置との関連性を考慮して制御することが容易に行えなかった。
【００１２】
仮想環境の描画速度が十分に高速で、例えば、自然な対話を実現するために応答時間の制限が０．１秒である場合には、自由に移動できるようになっていても、目的の対象物に近づくように指示装置を使って操作をすることは、比較的容易である。しかし、たとえば、遠隔地から所定の通信システムを介して仮想環境内の移動を指示する場合は、伝送遅延により応答時間の制限が守れず、描画遅れが生じることとなる。従って、応答が悪く、自由に移動できるようになっていると、かえって、自分の思うとおりの移動をすることが難しく、目的の場所に行き着けないという問題点があった。
【００１３】
このような場合には、目的の対象物に容易に近づけるように移動を制限する必要があるが、その制限がきついと、観覧者は自由に移動できないという不満を抱くほど、利用者側の利便性が悪くなる。
【００１４】
また、大きなスクリーンに仮想環境を提示し、観覧者に対し、まるで仮想の環境内に入り込んだような情報の提示方法も試みられているが、このような方法では、複数の観覧者が同一の仮想環境を体験する場合、選択された対象の書誌情報を大スクリーン上に提示すると、他の観覧者のじゃまになるという問題も発生している。
【００１５】
また、仮想環境により、対象が生存していたときの状況などは知ることができるが、対象の重さや触覚に働きかけるような情報の提示などはできないという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、３次元ＣＧを用いた仮想環境内を移動する際の視野範囲となるような仮想環境の表示範囲の決定が容易に行え、また、遠隔操作に伴う描画遅れにも対処できる進行方向の補正が可能な情報提示方法およびそれを用いた情報提示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、情報提示の対象となる資料の形状を記憶する資料形状記憶手段と、前記資料が提示される仮想環境の形状を記憶する仮想環境形状記憶手段と、前記仮想環境内の前記資料の配置位置を記憶する配置記憶手段と、前記仮想環境内の現在位置からの進行方向を指示する指示手段とを備え、
前記仮想環境形状記憶手段に記憶された仮想環境の形状と前記配置記憶手段に記憶された配置位置と前記資料記憶手段に記憶された資料の形状とを基に３次元の仮想環境を構成し、
前記仮想環境内の水平面上に、２つの境界線により経路領域の定められた進行経路の一方の境界線と他方の境界線を設定し、
前記指示手段で前記仮想環境内の進行方向を指示し、
前記２つの境界線の間の経路領域内の現在位置から指示された進行方向へ予め定められた歩行速度で移動する場合の前記仮想環境内の次の地点までの前記水平面上での座標の変化分を計算し、
前記次の地点が前記経路領域内であるときには、前記水平面上の前記現在位置の座標に前記変化分を加算することにより前記水平面上の前記次の地点の座標を算出し、前記次の地点が前記経路領域外であるときには、前記次の地点が前記経路領域内となるように前記変化分を減少させるための補正を行った後、前記水平面上の前記現在位置の座標に補正された変化分を加算することにより前記水平面上の前記次の地点の座標を算出し、
前記現在位置の座標値と前記次の地点との間の前記水平面に垂直な方向の座標値の差分、及び前記歩行速度を基に、前記仮想環境内の地表の傾きを算出し、
前記次の地点の前記水平面上の座標及び当該水平面に垂直な方向の座標と、前記指示ステップで指示された進行方向及び前記第２の算出ステップで算出された地表の傾きから定める視線方向とに基づき、前記仮想環境構成手段で構成された仮想環境を描画し、
描画結果を表示手段で表示する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、現在地と進行方向の傾きに沿った視線方向が自動的に決定されるので、進行に従って、視線方向まで指示する必要がなく、ユーザは単純に進む時には、進行方向のみ指示すればよいので、操作を容易にする作用がある。
【００１９】
また、ユーザにより指示される進行方向に基づく経路が、あらかじめ定められた進行経路から大きくそれることが防がれ、ユーザが仮想空間内で迷子になる率を大幅に減らすことができ、しかも遠隔操作にて進行方向を指示する場合の描画遅れにも対処できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、第１の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、第１の実施形態に係る情報提示装置の構成を概略的に示したもので、資料記憶部１、背景記憶部２、配置記憶部３、仮想環境構成部４、歩行指示部５、視線方向決定部６、描画部７から構成される。
【００２３】
資料記憶部１には、情報提示の対象となる資料の物理的な形状データが、たとえば、図２に示すようなデータ構造で記憶されている。さらに、各資料についての詳細な情報も記憶されている。
【００２４】
背景記憶部２には、資料記憶部１に記憶されている資料の提示の背景となる仮想環境の形状データを、例えば、ラスタ形式で記憶されている。
【００２５】
配置記憶部３には、背景記憶部２に記憶された仮想環境における資料記憶部１に記憶された資料の配置位置と向き等を、例えば、ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標にて表現して記憶されている。
【００２６】
仮想環境構成部４は、背景記憶部２に記憶された仮想環境に対し、配置記憶部３に記憶された配置に沿って、資料記憶部１に記憶された資料を配置することにより３次元の仮想環境を構成するようになっている。
【００２７】
歩行指示部５は、例えば、マウス等のポインティングデバイスで、仮想環境構成部４により構成された３次元の仮想環境内における現在位置と進行方向を前進、後進、右回り、左回りのように指示するものである。言い換えれば、仮想環境構成部４により構成された３次元の仮想環境内に仮想的な人物が存在する位置と、その人物が歩行して移動する場合の進行方向を指示するものである。
【００２８】
視野方向決定部６では、歩行指示部５に指示された現在位置における仮想環境の例えば地形の傾斜等の形状と、同じく歩行指示部５で指示された進行方向を基に、表示範囲を設定するための（仮想的な人物の）視線方向を決定するようになっている。
【００２９】
描画部７は、歩行指示部５により指示された現在位置と視線方向決定部６により決定された視線方向に基づき、仮想環境構成部４により構成された仮想環境を描画するものである。すなわち、ここで言う描画とは、仮想環境構成部４により構成された３次元の仮想環境内を人が歩いて移動したときに人の視野に入る世界を２次元に投影することである。
【００３０】
表示部８は、描画部７で仮想環境を描画した結果を表示するためのディスプレイ装置である。
【００３１】
図２は、資料記憶部１の資料の形状データの記憶例を示したもので、資料（以下、オブジェクトと呼ぶこともある）ごとにその形状データが記憶されている。例えば、「アンモナイト化石」のように、複雑な形状の場合には、その表面をおおう多角形（ポリゴン）の頂点座標の系列を記憶する。一方、「柱」の場合には、単純な図形の円柱で構成できるが、その場合には、あらかじめ基本となる円柱の形状を記憶しておき、図２にあるように、例えば、形状属性として「円柱」（円柱ｓｈａｐｅ）と、基本となる円柱に対する縮尺率（ｌｘ、ｌｙ、ｌｚ）を記憶する。
【００３２】
なお、図２では、資料の形状データをテーブル形式にて記憶するようになっているが、この場合に限らず、各資料の形状データをリスト等にて管理することも可能である。
【００３３】
仮想環境構成部４は、資料記憶部１に記憶されたオブジェクトを背景記憶部２に記憶された環境の上に、配置記憶部３に記憶された配置座標に基づいた配置をおこなう。これにより、仮想環境が設定される。その結果は、描画部７により、レンダリングされ、たとえば、スクリーン上などに表示される。仮想環境構成部４が構成した仮想環境は３次元世界である。これに対し、描画部７で描画される結果は２次元世界である。３次元世界から２次元世界への投影は、歩行指示部５により指示された仮想環境内での現在位置と視線方向決定部６により決定された視線方向により行われる。つまり、現在位置にカメラが設定され、視線方向のむきにカメラのレンズがむいた状態が２次元世界として描画されるのである。
【００３４】
この現在位置を自由に変えることで丁度、カメラから３次元世界をのぞき込んでいるような状態で、３次元世界である仮想環境の中を自由に歩き回ること（ウオークスルー）ができる。このとき、現在位置が変わっても、カメラの向きが変わらないと、とんでもないところをみながらウオークスルーすることになっておしまう。この問題を解決する手段が視線方向決定部６である。
【００３５】
次に、視線方向決定部６の処理動作を図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３６】
まず、初期設定の一つとしてステップＳ１でウオークスルーにより仮想環境内を歩く速さを設定する。ここでは、仮にフレーム更新あたりの速度をｖとする。次に、ステップＳ２で現在地の座標を設定する。これは、フレームの更新ごとに更新されたり、歩行指示部５で指示された位置となるが、仮に（ｔｘ、ｔｙ、ｔｚ）とする。次に歩行指示部５を用いて指示された進行方向を得る。たとえば、ポインティングデバイス（位置指示装置）としてマウスを用いた指示であれば、マウスを前方に進めれば前進、後方に進めれば後進として左右のずれを、それまでの進行方向からのずれの角度θとするように設定できる。３次元ポインタやジョイスティックなど他の位置指示装置を用いた場合にも同様に設定できる。なお、歩行の進行方向の指示は、水平面（例えば３次元世界の地表面に平行なｘｚ平面）に対してのみ有効である。垂直方向に対する指示は、この場合は無視する。ここでは、仮想環境における歩行を前提としているので、あくまでも地表（あるいは歩行面）を歩いている。従って、単純な歩行移動において、垂直方向に移動するということはありえないので、無視している。ただし、異なる視点からみるための仮想的な移動をおこなう場合もあるが、ここでは、そのような場合は、歩行移動とは異なる指示方向をとると仮定している。
【００３７】
次に速さｖと指示された進行方向から、一定時間（ここでは１フレーム）後の地点の座標値を計算する（ステップＳ４）。進行方向から得られるのはｘ座標とｚ座標のみである。
【００３８】
その結果、ｘ座標値は、（ｔｘ±ｖｃｏｓθ）、ｚ座標値は（ｔｚ±ｖｓｉｎθ）をとなる。前進の場合は「＋」であり、後進の場合は「−」である。
【００３９】
ステップＳ４で得られた座標値をもとに、仮想環境構成部４にて、仮想環境内で、このｘ座標とｚ座標値に対応するｙ座標ｔｙ′を得る（ステップＳ５）。
【００４０】
ここまでのステップで現在位置と次の地点の座標値が求まったので、ステップＳ６では、この現在位置と次の地点の座標値から仮想環境の地表の傾きδを（１）式から算出する。
【００４１】
δ＝ａｒｃｔａｎ（｜ｔｙ−ｔｙ′｜／ｖ）      …（１）
視線方向に関しては、歩行指示部５で指示された進行方向θがｘｚ平面での角度を表現し、傾きδが、垂直方向の角度を表しているので、これをあわせて視線方向（θ、δ）として設定する。
【００４２】
以降、次の地点を現地点に更新して、ステップＳ１からステップＳ７を繰り返す。このことにより、仮想環境内における現在位置から指示された進行方向での地表面の傾きにあわせた視線方向を設定できる。
【００４３】
次に、図４を参照して、図３に示した視線方向の決定処理動作を具体的に説明する。
【００４４】
図４（ａ）は、ｘｚ平面での新旧の進行方向の関係を示している。点線が旧い方向で、実線が歩行指示部５により指示された新しい進行方向である。新しい進行方向にあわせるために、視線方向とθを変更する必要がある。
【００４５】
そこで、図４（ｂ）に示すように、ｘｙ平面での仮想環境の地表面の傾きにあわせて視線方向が設定される。つまり、現地点（ｔｘ、ｔｙ、ｔｚ）から地表面の傾きを考慮しないときの視線方向は、図４（ｂ）の点線で示す方向で、単純に水平方向をみるだけである。これでは、地表の傾きが急な場合は、眼前にある地表面しか見えないが、実線で示す方向のように、地表面の傾きδ分だけ傾けることで、地表面に対して平行な視線方向になるので、進んでいく方向を無理なく見えるようになる。
【００４６】
視線方向に進路の地表にあわせた修正がない場合、すなわち、図４（ａ）および（ｂ）における点線で示された視線方向の場合に視野にはいる仮想環境は、例えば、図５（ａ）に示すように、足下ばかり見るようなものとなっているので、ほとんど地面しか視野にはいっていない。
【００４７】
これに対し、視線方向が進路の地表にあわせて修正された場合、図５（ｂ）に示すように、地表面に対して平行な視線方向が維持できるので、ユーザからすれば仮想環境内をまるで歩行しているように、何ら違和感なく視点の移動が行われたことになる。そして、例えば、仮想環境内を飛ぶ昆虫類の化石を見ながら進めるようになることがわかる。
【００４８】
また、この状態で、歩行指示部５から説明提示の指示が与えられると、仮想環境構成部４は、ほぼ視野の中央にあるオブジェクト（例えば、図５（ｂ）の場合、昆虫の化石）に対応して資料記憶部１に記憶されている詳細情報を読み出して、それを表示部８に表示する。
【００４９】
以上、説明したように、上記第１の実施形態によれば、ユーザは、現在位置から所望の進行方向を歩行指示部５から指示するだけで、視線方向は視線方向決定部６において、進行方向の地表の傾きに平行に、すなわち、地表が上り坂であれば上方を、下り坂であれば下方をみるように自動的に決定されるので、ユーザからすれば何ら違和感なく視点の移動が行われたことになり、ちょうど、実際に地表を歩いているときのように、足下は傾いていても、視線は地表に対して水平にしている状態を、仮想環境においても容易に再現できる。また、仮想環境内の地形に合わせて、視線方向の修正をおこなうことで、歩行指示部５からは基本的に進行方向を指定するだけになるのでユーザの操作負担を軽減できる。
【００５０】
なお、上記第１の実施形態では、歩行指示部５は、水平面での角度θと進行方向のみを与えるようにしているが、かならずしもこれに限定されるものではない。たとえば、図３の処理動作により求められた視線方向に対して、若干上向き、あるいは下向きの視線方向の垂直面での角度の微調整ができるようにすることも可能である。この場合の処理動作の具体例を図６に示す。
【００５１】
図６に示すフローチャートは、図３に示したフローチャートのステップＳ７がステップＳ８、ステップＳ９に置き換えられ、その他の部分は、図３と同一である。すなわち、図６のステップＳ８では、歩行指示部５で指示された垂直平面での傾きδ´を例えば、背景記憶部２から読み出して、ステップＳ６で求められた傾きδにδ´を加算して、視線方向（θ、δ＋δ´）と決定する（ステップＳ９）。
【００５２】
これにより、背景記憶部２に記憶された背景は、季節に応じて変形することも可能である。たとえば、冬であれば、雪が降ったり情景を、秋であれば、落ち葉が地面につもった情景に応じた垂直面の微調整用の角度δ´を記憶しておき、これを切り替えることで、季節感を表現することができる。
【００５３】
さらに、どのような仮想環境を提示するか、例えば、地形などはユーザが選択できるようにすることも可能である。
【００５４】
次に、第２の実施形態について説明する。
【００５５】
ここでは、仮想環境内でユーザが所望の資料（展示対象物）に容易に近づけるようにするための経路制御を行う情報提示装置について説明する。
【００５６】
図７は、第２の実施形態に係る情報提示装置の構成を概略的に示したもので、資料記憶部１、背景記憶部２、配置記憶部３、仮想環境構成部４、歩行指示部５、経路制御決定部９、描画部７、表示部８から構成される。なお、図７において、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５７】
すなわち、新たに追加された経路制御決定部９には、仮想環境構成部４で構成される仮想環境内のあらかじめ定められた進行可能な経路を記憶されていて、仮想環境内の展示対象物に容易に近づけるように、歩行指示部５から指示された進行方向に基づく進行経路が、そのあらかじめ定められた進行経路からはずれないよう制御を行うものである。
【００５８】
また、歩行指示部５から指示される仮想環境内の位置、進行方向等情報は、所定の通信システムを介して本体である情報提示装置に送信することも可能である。
【００５９】
次に、図８に示すフローチャートを参照して、経路制御決定部９の処理動作について説明する。
【００６０】
まず、あらかじめ定められた進行可能な経路のｘｚ平面における一方の経路境界Ｒ（ｘ、ｚ）＝０と他方の経路境界Ｌ（ｘ、ｚ）＝０を設定する（ステップＳ１０）。図９に、あらかじめ定められた進行経路の具体例を示す。なお図９では簡単のため経路境界は直線で表している。
【００６１】
次に、歩行指示部５の指示に応じて（ステップＳ１１）、図９に示すように、ウオークスルーを開始する地点ＳＴ（ｓｘ、ｓｙ、ｓｚ）を設定し（ステップＳ１２）、歩行指示部５より指示されたｘｚ平面内での進行方向（図９の実線の矢印）をあらかじめ定められた歩行速度ｖに基づき変化分ｄｘ、ｄｚとして得る（ステップＳ１３）。
【００６２】
次に、開始地点からこのｄｘ、ｄｚ分進んだ地点が、図９の一方の経路境界Ｒ（ｘ、ｚ）と他方の経路境界Ｌ（ｘ、ｚ）の間の経路領域内に含まれているのかを判定する（ステップＳ１４）。すなわち、経路内であれば、
Ｒ（ｓｘ＋ｄｘ、ｓｚ＋ｄｚ）Ｌ（ｓｘ＋ｄｘ、ｓｚ＋ｄｚ）＜０   …（２）
を満たすので、この（２）式を条件式として判定を行えばよい。
【００６３】
（２）式を満足しない場合（例えば、移動先の地点が図９の点Ｐ２の地点）は、ステップＳ１５に進み、変化分ｄｘ、ｄｚを減少させるように制御する。例えば、変化分ｄｘ、ｄｚのそれぞれに１より小さい定数ｋを乗じたものを新たに変化分ｄｘ、ｄｚとすることにより変化分を減少する（（３）式）。
【００６４】
ｄｘ←ｋｄｘ、ｄｚ←ｋｄｚ（０＜ｋ＜１）        …（３）
なお、変化分の制御方法は一定数を減じるような方法でもよい。このステップＳ１５の操作により、図９の移動先の地点Ｐ２がＰ２′に変更になる。
【００６５】
さらに、この減少した変化分進んだ地点が経路内に含まれているかどうかをステップＳ１４に戻って再び判定を行う。もし、含まれていなければ、再度ステップＳ１５で変化分を減じ、変化分が経路内に含まれるまでステップＳ１４〜ステップＳ１５を繰り返す。なお、一定回数減じる操作を繰り返したにもかかわらず、経路内に含まれない場合には、強制的にｄｘ、ｄｚを０にすることも可能である。
【００６６】
図９の点Ｐ２′に関しては、ステップＳ１４に戻った時点で、経路内に含まれているので、次に、ステップＳ１６に進む。また点Ｐ１の場合は、ｄｘ、ｄｚの変化分が大きくなく、最初から経路内に含まれているので、ステップＳ１５に進まずに直にステップＳ１６に進む。
【００６７】
最終的に経路内に含まれるようになると、移動先のｘｚ平面上の座標（ｓｘ＋ｄｘ、ｓｚ＋ｄｚ）を決定して、ステップＳ１６で、仮想環境構成部４にて、そその移動先である次の地点のｙ座標ｓｙ′を得る。すなわち、図９の地点Ｐ１あるいはＰ２′に対応するｙ座標を得る。
【００６８】
さらに、ステップＳ１７に進み、この値を新たな地点とし、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜ステップＳ１７の処理を繰り返す。すなわち、図９のＰ１あるいはＰ２′を開始点として、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【００６９】
以上説明したように、上記第２の実施形態によれば、歩行指示部５から進行方向を指示する際に、たとえば、所定の通信システムを介して伝送に時間がかかる遠距離にある本体の情報提示装置の仮想環境にアクセスしていて、応答時間が遅くて、歩行の指示をしすぎる可能性が高く、目的の対象物への接近が非常に困難な場合でも、経路制御決定部９において、歩行指示部５から指示された進行方向に基づく進行経路をあらかじめ定められた仮想環境内の進行経路からはずれないよう制御することにより、ユーザは、意識せずに、あらかじめ定められた一定の進行経路からはみ出すことがないので、容易に目的の対象物に接近できる。
【００７０】
また、経路制御決定部９で進行経路の制御を行うことにより、ユーザは、情報提示装置にてあらかじめ定められた進行経路から大幅にはずれることがないので、経路付近以外の仮想環境部分は、形状を簡易化でき、従って、データ量の軽減とデータ作りの軽減もはかることができる。
【００７１】
なお、上記第２の実施形態において、経路をはずれた場合の修正係数ｋは、固定であったが、必ずしもこれに限定されるものではない。たとえば、前述の第１の実施形態の場合のように、季節に応じて背景が変化し、たとえば、冬で雪が降っている状況では、経路とその周囲も白く表示されることになるので、経路境界がわかりにくく、経路がみえにくい状況が発生するが、このような場合には、修正係数ｋを小さめにすることで、あらかじめ定められた進行経路から一層はずれにくくするようにすることも可能である。
【００７２】
次に、第３の実施形態について説明する。
【００７３】
上記第１、第２の実施形態では、ともに、仮想環境が表示されているディスプレイ装置の表示画面（表示部８）に向かって指示をするような設定である。この方法では、画面に表示されているのは、仮想環境構成部４で構成される３次元の仮想環境内のある視点から見える範囲の視野である。このため、仮想環境内でどこにいるか不明になりやすいことが問題になっている。また、博物館などでの使用を仮定したときに、一度にある一人の視野しか表示できないため、他の観覧者は、自分以外の視野で見るという不自然な状態が発生する。そこで、第３の実施態として、このような問題点を解決する情報提示方法およびこの情報提示方法を用いた情報提示装置について説明する。
【００７４】
図１０は、第３の実施形態に係る情報提示装置の構成を概略的に示したもので、
資料記憶部１、背景記憶部２、配置記憶部３、仮想環境構成部４、歩行指示部５、経路制御決定部９、描画部７、表示部８、手元操作部１０から構成される。なお、図１０において、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、新たに手元操作部１０が追加され、表示部８は、例えば、部屋の周囲を大スクリーンで取り囲むような形態のものであってもよい。
【００７５】
次に、図１１を参照して手元操作部１０について説明する。
【００７６】
手元操作部１０は、各ユーザＭが所持するもので、表示部８にてユーザＭの周囲に仮想環境が表示されると、ユーザＭの位置を仮想環境内の３次元的な位置として検知し、ユーザＭの指示に応じて、そのユーザＭの視野内の資料等の情報提示を行うものである。
【００７７】
図１１において、手元操作部１０は、ディスプレイ１００と、説明の表示指示等を行う指示ボタン１０１と、仮想環境内でのユーザＭの３次元的な位置を検知するための磁気などによる位置センサ１０２と、仮想環境構成部４と例えば無線によりデータの送受信をするための送受信部１０３とから構成されている。ユーザは、ひとり１台手元操作部１０を持ち、表示部８で周囲に表示された仮想環境内を歩き回る。仮想環境は、例えば、図１１のように、３次元の仮想環境が描画されて、その描画結果が周囲の大スクリーンに表示された古代の海中の様子である。
【００７８】
ユーザＭがどこに位置するかは、手元操作部１０の位置センサ１０２がセンスし、それを送受信部１０３が仮想環境構成部４にｘ、ｙ、ｚの座標値の組として伝える。
【００７９】
次に、図１２に示すフローチャートを参照して手元操作部１０を用いるときの処理動作で、特に、仮想環境構成部４を中心とした処理動作について説明する。
【００８０】
まずステップＳ２０で、位置センサ１０２の位置を初期化する。次に位置センサ１０２で得られたユーザＭの仮想環境内における現在の座標値（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ）が送受信部１０４から仮想環境構成部４に送信される（ステップＳ２１）。
【００８１】
次に、ステップＳ２２では得られた座標値（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ）を中心とする視野（たとえば、有効視野である上下左右２０度）を設定し、その視野にどのオブジェクトが含まれるかを判定する。
【００８２】
そして、ステップＳ２３では、描画部７において、判定したオブジェクトを描画し、その描画結果としての画像データを手元操作部１０に送り、ディスプレイ１００に描画する。
【００８３】
なお、手元操作部１０の送受信の能力が低い場合には、仮想環境構成部４では、画像データを圧縮してから伝送することも可能である。この場合には、手元操作部１０には、元の画像に復号するための画像復号化部が別途必要である。
【００８４】
ユーザが手元操作部１０のディスプレイ１００に表示されているオブジェクトの説明を知りたい場合には、その旨を指示ボタン１０１を押下することにより指示する（ステップＳ２４）。
【００８５】
この説明表示の指示があったときは、ステップＳ２５に進み、仮想環境構成部４は手元操作部１０のディスプレイ１００の中央に表示されているオブジェクトの説明が求められたと解釈し、まず、中央値（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ）にもっとも近いオブジェクトを探索する。そして、探索されたオブジェクトの説明（通常はテキスト）を資料記憶部１から読み出して手元操作部１０に送信する。手元操作部１０は受信したテキストをたとえば、図１１に示したようにディスプレイ１００にすでに描画しているオブジェクトに重なるように別のウインドウを用いて、描画する（ステップＳ２６）。このとき、テキストだけでなく、音声によるナレーションを送ることも可能である。この場合には、手元操作部１０にスピーカが必要である。
【００８６】
説明の指示を始めた時刻から計測し、一定時間がすぎると、説明の表示を終えるようにする（ステップＳ２７）。あるいは、ユーザが指示ボタン１０２を押すことにより、説明の提示を終えるようにすることも可能である。
【００８７】
説明の提示を終了すると、再び、ステップＳ２１にもどり、ユーザの位置を得て、以下、ステップＳ２２〜ステップＳ２７までの処理を繰り返す。
【００８８】
以上説明したように、上記第３の実施形態によれば、各ユーザが手元操作部１０を用いることにより、複数のユーザが表示部８表示された１つの仮想環境を共有して、なおかつ個々のユーザが自分の得たいオブジェクトの説明を随時得ることができる。このとき、説明は説明表示の要求をしたユーザの手元操作部１０にのみ表示されるので、他のユーザのじゃまをすることがない。
【００８９】
なお、手元操作部１０に表示される説明は概要と詳細のようにレベル分けしておき、最初の説明表示指示に対しては概要のみ、さらに説明指示ボタン１０２が押されたときには、詳細（たとえば、動画による生態の説明など）を表示するようにすることも可能である。
【００９０】
また、単に、文字や動画、音声だけでなく、図１３に示すように、力フィードバック部１１と手元操作部１０を組み合わせた構成により、オブジェクトにさわったと想定したときの重量を力として帰すことも可能である。具体的には、図１４に示すように、力フィードバック部１１のアーム１１ｂに手元操作部１０を接続する構成になる。
【００９１】
このような構成において、たとえば、手元操作部１０の指示ボタン１０１から説明表示の指示があったときには、仮想環境構成部４は、そのオブジェクトの説明と重さの情報を資料記憶部１から読み出して手元操作部１０に送る。手元操作部１０は、さらに重さの情報を力フィードバック部１１に送り、制御部１１ａの制御のもと、トルク発生部１１ｃで重さに応じたトルクを発生して、そのトルクをアーム１１ｂを介して手元操作部１０にかけることにより、ユーザは実際にそのオブジェクトを持ち上げたような体験ができるようになっている。
【００９２】
さらに、図１３に示すように、触覚フィードバック部１２を付加することにより、オブジェクトの表面の荒さなどを体験できるようにすることもできる。具体的には、図１５に示すように、触覚フィードバック部１２は手元操作部１０に組み込まれて構成される。このような構成により、たとえば、指示ボタン１０２から説明表示の指示があったときには、仮想環境構成部４は、そのオブジェクトの説明と表面の荒さ等の触覚情報を資料記憶部１から読み出して手元操作部１０に送る。手元操作部１０は、さらに触覚情報を触覚フィードバック部１２に送り、荒さに応じて振動部１２ａを振動させる。ユーザは、振動部１２ａをさわることで、実際にそのオブジェクトにさわったような体験をできる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る情報提示装置の構成を概略的に示した図。
【図２】資料記憶部の形状データの記憶例を示した図。
【図３】図１の情報提示装置の処理動作を説明するためのフローチャートで、特に、視線方向決定部の処理動作の具体例を説明するためのものである。
【図４】視線方向の決定処理動作を具体的に説明するための図。
【図５】ウオークスルーを行うときの視線方向の重要性を説明するための図。
【図６】図１の情報提示装置の処理動作を説明するためのフローチャートで、特に、視線方向決定部の処理動作の他の具体例を説明するためのものである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る情報提示装置の構成を概略的に示した図。
【図８】図７の情報提示装置の処理動作を説明するためのフローチャートで、特に、経路制御決定部の処理動作を説明するためのものである。
【図９】経路制御決定部の処理動作を具体的に説明するための図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る情報提示装置の構成を概略的に示した図。
【図１１】手元操作部の機能について説明するための図。
【図１２】図１０の情報提示装置の処理動作を説明するためのフローチャートで、特に、手元操作部を用いたときの仮想環境構成部の処理動作について説明するためのものである。
【図１３】第３の実施形態に係る情報提示装置の他の構成例を具体的に示した図。
【図１４】力フィードバック部について説明するための図。
【図１５】触覚フィードバック部について説明するための図。
【符号の説明】
【００９４】
１…資料記憶部、２…背景記憶部、３…配置記憶部、４…仮想環境構成部、５…歩行指示部、６…視野方向決定部、７…描画部、８…表示部、９…経路制御決定部、１０…手元操作部、１１…力フィードバック部、１２…触覚フィードバック部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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