(57)【要約】【課題】３次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に３次元空間内の任意の方向に視線を向けることを可能とする。【解決手段】３次元視点位置・視線方向入力装置１は、ディスプレイに表示された３次元空間内の観察対象を、任意の視点位置から観察するための入力を行うことができる。３次元視点位置・視線方向入力装置１は、３次元空間内の前記観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更しながら、視点位置を変更するための入力を行う視点位置変更入力手段２と、視点位置を変更することなくその視点位置からの視線方向を変更するための入力を行う視線方向変更入力手段３とを備える。【選択図】図１
2006024077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイに表示された３次元空間内の観察対象を、任意の視点位置から観察するための３次元視点位置・視線方向入力装置において、３次元空間内の前記観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更しながら、視点位置を変更するための入力を行う視点位置変更入力手段と、視点位置を変更することなく該視点位置からの視線方向を変更するための入力を行う視線方向変更入力手段とを備えたことを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、３次元空間内の視線方向を変更することなく該視線方向に沿って視点位置を変更するための入力を行う第２の視点位置変更入力手段と、３次元空間内における視点位置を変更することなく、画角を変更するズーミングを行うための入力を行うズーミング入力手段と、３次元空間における視点位置及び視線方向を変更することなく、視野を回転させるための入力を行う視野回転入力手段と、を有することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、３次元空間における視点位置を変更しながら、該視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる第３の視点位置変更入力手段を有することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記各入力手段の機能を切り替える切り替え手段と、前記各入力手段のうち複数の入力手段に対して操作入力を可能とする操作入力部とを有し、前記切り替え手段の切り替え動作に従って、前記操作入力部により入力可能な前記入力手段を切り替えて使用することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記各入力手段への入力を行うための操作入力用部材を有し、３次元空間内で視線方向を変更するとき、前記操作入力用部材の軸方向を、前記３次元空間における視線方向に一致させることを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記操作入力用部材の軸方向と、３次元空間内における視線方向とが一致するように、前記部材の軸方向を修正する駆動手段を有することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、球体と、該球体を回転自在に保持するアームと、該アームに固定され、該アームを回転可能にかつ上下移動可能に支持する縦軸と、前記アームに対する前記球体の回転量を検出する球体回転量検出手段と、前記縦軸の回転量を検出する縦軸回転量検出手段とを有し、前記球体回転量検出手段及び前記縦軸回転量検出手段により検出された回転量情報を、前記視点位置変更入力手段または前記視線方向変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項８】
請求項７に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記球体に対して進退可能かつ回転可能に保持された柱状入力部と、前記柱状入力部の回転量を検出する柱状入力部回転量検出手段と、前記柱状入力部の進退による移動量を検出する柱状入力部移動量検出手段とを有し、前記柱状入力部回転量検出手段により検出される回転量情報を、前記視野回転入力手段に対する入力情報とし、前記柱状入力部移動量検出手段により検出される移動量情報を、前記第２の視点位置変更入力手段または前記ズーミング入力手段に対する入力情報とすることを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項９】
請求項８に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記切り替え手段として、前記柱状入力部移動量検出手段により検出される移動量情報を、前記第２の視点位置変更入力手段または前記ズーミング入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える第１の切り替えスイッチを有することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記縦軸の上下方向への移動量を検出する縦軸上下移動量検出手段と、前記縦軸の水平方向への移動量を検出する縦軸水平移動量検出手段とを有し、前記縦軸上下移動量検出手段及び前記縦軸水平移動量検出手段により検出された移動量情報を、前記第３の視点位置変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記切り替え手段として、前記球体回転量検出手段及び前記縦軸回転量検出手段により検出される回転量情報を、前記視点位置変更入力手段または前記視線方向変更入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える第２の切り替えスイッチを有することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１０のいずれか１に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記柱状入力部を傾けることができるように構成し、該柱状入力部の傾き方向と傾き量を検出するための柱状入力部傾き検出手段を有し、該柱状入力部傾き検出手段により検出される傾き量情報を、前記視点位置変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の３次元視点位置・視線方向入力装置において、前記駆動手段により軸方向を修正する前記操作入力用部材は、前記柱状入力部であって、前記駆動手段は、前記柱状入力部の軸方向の向きと３次元空間内における視線方向とが一致するように、前記柱状入力部の軸方向の向きを修正することを特徴とする３次元視点位置・視線方向入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ上に表示された３次元空間内の物体を、視点位置を変えて様々な方向から観察する際に利用する、あるいは視線方向を変えて観察の対象を変える際に利用する、３次元視点位置・視線方向入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディスプレイ上に表示された３次元空間内の物体を観察する視点位置や視線方向を入力する手段としては、マウスやジョイスティック、トラックボールが用いられてきた。これらの入力装置はいずれも、ｘ座標軸，ｙ座標軸の２座標軸によって作られる２次元座標系の移動と入力を行うものである。また、ｘ座標軸，ｙ座標軸，ｚ座標軸の移動と、ｘ座標軸回転，ｙ座標軸回転，ｚ座標軸回転のそれぞれが、独立したつまみを持つ入力装置もあった。これらを用いて３次元空間内の視点位置や視線方向を入力するには、幾つかの座標軸を切り替えながら入力するほかなく、操作が複雑であり直感性に欠けるという問題点があった。
【０００３】
これに対し特許文献１では、自由に回転できる球体とその球体から突き出した視点位置入力手段によって、視線方向の位置調整、視点のズーミング、及び視点回転角の調整を可能とし、これによって３次元空間における観察視点位置を直感的に操作できる３次元位置入力装置が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２９７５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の３次元位置入力装置では、３次元空間内のある物体を様々な方向から観察するための視点位置変更は可能であるが、別の物体を見るために視線方向を変更する機能を持たない。すなわち、３次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に、３次元空間内の任意の方向に視線を向けて自由に空間内を観察することができないという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、３次元空間における視点位置及び視線方向をユーザが任意に変更することが可能であり、３次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に３次元空間内の任意の方向に視線を向けることが可能な３次元視点位置・視線方向入力装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の技術手段は、ディスプレイに表示された３次元空間内の観察対象を、任意の視点位置から観察するための３次元視点位置・視線方向入力装置において、３次元空間内の観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更しながら、視点位置を変更するための入力を行う視点位置変更入力手段と、視点位置を変更することなく視点位置からの視線方向を変更するための入力を行う視線方向変更入力手段とを備えたことを特徴としたものである。
【０００７】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、３次元空間内の視線方向を変更することなく視線方向に沿って視点位置を変更するための入力を行う第２の視点位置変更入力手段と、３次元空間内における視点位置を変更することなく、画角を変更するズーミングを行うための入力を行うズーミング入力手段と、３次元空間における視点位置及び視線方向を変更することなく、視野を回転させるための入力を行う視野回転入力手段と、を有することを特徴としたものである。
【０００８】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、３次元空間における視点位置を変更しながら、視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる第３の視点位置変更入力手段を有することを特徴としたものである。
【０００９】
第４の技術手段は、第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、各入力手段の機能を切り替える切り替え手段と、各入力手段のうち複数の入力手段に対して操作入力を可能とする操作入力部とを有し、切り替え手段の切り替え動作に従って、操作入力部により入力可能な入力手段を切り替えて使用することを特徴としたものである。
【００１０】
第５の技術手段は、第１ないし第４のいずれか１の技術手段において、各入力手段への入力を行うための操作入力用部材を有し、３次元空間内で視線方向を変更するとき、操作入力用部材の軸方向を、３次元空間における視線方向に一致させることを特徴としたものである。
【００１１】
第６の技術手段は、第１ないし第５のいずれか１の技術手段において、操作入力部に使用する部材の軸方向と、３次元空間内における視線方向とが一致するように、部材の軸方向を修正する駆動手段を有することを特徴としたものである。
【００１２】
第７の技術手段は、第１ないし第６のいずれか１の技術手段において、球体と、球体を回転自在に保持するアームと、アームに固定され、アームを回転可能にかつ上下移動可能に支持する縦軸と、アームに対する球体の回転量を検出する球体回転量検出手段と、縦軸の回転量を検出する縦軸回転量検出手段とを有し、球体回転量検出手段及び縦軸回転量検出手段により検出された回転量情報を、視点位置変更入力手段または視線方向変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。
【００１３】
第８の技術手段は、第７の技術手段において、球体に対して進退可能かつ回転可能に保持された柱状入力部と、柱状入力部の回転量を検出する柱状入力部回転量検出手段と、柱状入力部の進退による移動量を検出する柱状入力部移動量検出手段とを有し、柱状入力部回転量検出手段により検出される回転量情報を、視野回転入力手段に対する入力情報とし、柱状入力部移動量検出手段により検出される移動量情報を、第２の視点位置変更入力手段またはズーミング入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。
【００１４】
第９の技術手段は、第８の技術手段において、切り替え手段として、柱状入力部移動量検出手段により検出される移動量情報を、第２の視点位置変更入力手段またはズーミング入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える第１の切り替えスイッチを有することを特徴としたものである。
【００１５】
第１０の技術手段は、第７ないし第９のいずれか１の技術手段において、縦軸の上下方向への移動量を検出する縦軸上下移動量検出手段と、縦軸の水平方向への移動量を検出する縦軸水平移動量検出手段とを有し、縦軸上下移動量検出手段及び縦軸水平移動量検出手段により検出された移動量情報を、第３の視点位置変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。
【００１６】
第１１の技術手段は、第７ないし第１０のいずれか１の技術手段において、切り替え手段として、球体回転量検出手段及び縦軸回転量検出手段により検出される回転量情報を、視点位置変更入力手段または視線方向変更入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える第２の切り替えスイッチを有することを特徴としたものである。
【００１７】
第１２の技術手段は、第７ないし第１０のいずれか１の技術手段において、柱状入力部を傾けることができるように構成し、柱状入力部の傾き方向と傾き量を検出するための柱状入力部傾き検出手段を有し、柱状入力部傾き検出手段により検出される傾き量情報を、視点位置変更入力手段に対する入力情報とすることを特徴としたものである。
【００１８】
第１３の技術手段は、第１２の技術手段において、駆動手段により軸方向を修正する操作入力用部材は、柱状入力部であって、駆動手段は、柱状入力部の軸方向の向きと３次元空間内における視線方向とが一致するように、柱状入力部の軸方向の向きを修正することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、３次元空間を観察する際に、視点位置及び視線方向をユーザが任意に変更することが可能であり、３次元空間内の物体を任意の視点から観察できると同時に３次元空間内の任意の方向に視線を向けることが可能となる。またこのときに３次元空間における視点位置や視線方向をユーザが直観的に把握可能である入力インタフェースを備えることにより、操作性の良好な入力装置を得ることができる。
また、本発明により、視点位置を観察対象に近づけたり遠ざけたりして任意の距離から観察すること、視点はそのままカメラをズーミングして観察すること、及び観察視野を任意の角度に回転することが可能になる。
また、切り替えスイッチ等の切り替え手段により、同一の操作入力部になされた操作を複数の入力手段のいずれかに切り替えて入力させることが可能となる。
また柱状入力手段等の操作入力部の軸方向の向きと、３次元空間内における視線方向とを一致させ、これらがずれたときに一致するように修正することにより、ユーザは、３次元視点位置・視線方向入力装置を見ただけで、３次元空間における視点位置と観察対象との関係や、視線方向を直観的に把握することができ、ユーザに対して良好な操作性を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の実施形態を添付された図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同様の機能を有する要素には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の実施の形態を説明するブロック図である。３次元空間内の物体を任意の視点位置から観察するための３次元視点位置・視線方向入力装置１は、３次空間における視点位置を変更するための入力を行う視点位置変更入力手段２と、視線方向を変更するための入力を行う視線方向変更入力手段３とを備え、その入力情報を出力信号Ｓとして出力する。ここでは、視点位置変更入力手段２は、３次元空間内の記観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更しながら、視点位置を変更するための入力を行う。また、視線方向変更入力手段３は、視点位置を変更することなくその視点位置からの視線方向を変更するための入力を行う。
【００２２】
図２は、本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の他の実施の形態を説明するブロック図である。図２に示す３次元視点位置・視線方向入力装置１は、図１の構成に加えて、３次元空間内の視線方向を変更することなくその視線方向に沿って視点位置を変更するための入力を行う第２の視点位置変更入力手段４と、３次元空間内における視点位置を変更することなく、画角を変更するズーミングを行うための入力を行うズーミング入力手段５と、３次元空間における視点位置及び視線方向を変更することなく、視野を回転させるための入力を行う視野回転入力手段６とを有し、各入力手段の入力情報を出力信号Ｓとして出力する。
【００２３】
図３は、本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。図３に示す３次元視点位置・視線方向入力装置１は、図２の構成に加えて、３次元空間における視点位置を変更しながら、その視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる第３の視点位置変更入力手段７を有し、各入力手段の入力情報を出力信号Ｓとして出力する。
【００２４】
図４は、本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。本実施形態において、３次元空間内の物体を任意の視点位置から観察するための３次元視点位置・視線方向入力装置１は、あるひとつの操作入力部８で操作された信号を、上述した第２の視点位置変更入力手段４とズーミング入力手段５とのいずれかに入力するように切り替える切り替えスイッチ９を有している。これにより、ひとつの操作入力部８を、ふたつの入力手段に対する操作入力部として併用することができる。
【００２５】
図５は、本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。本実施形態において、３次元空間内の物体を任意の視点位置から観察するための３次元視点位置・視線方向入力装置１は、あるひとつの操作入力部８´で操作された信号を、上述した視点位置変更入力手段２と視線方向変更入力手段３とのいずれかに入力するように切り替える切り替えスイッチ９´を有している。これにより、ひとつの操作入力部８´を、ふたつの入力手段に対する操作入力部として併用することができる。
【００２６】
本発明では、上記の図４及び図５に示す実施形態のように、ひとつの操作入力部への操作入力信号を図１ないし図３に示す複数の入力手段に対して切り替えて入力させるための切り替え手段を入力手段に応じて適宜設けることができる。これにより、ひとつの操作入力部を、複数の入力手段に対する操作入力部として併用することができる。
【００２７】
図６は、本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するブロック図である。本実施形態の３次元視点位置・視線方向入力装置１は、図３に示す構成に加えて、３次元空間内で視線方向を変更するとき、操作入力部に使用する部材の軸方向を、３次元空間における視線方向に一致させるように、その部材の軸方向を修正する駆動手段１０を有する。この駆動手段１０は、例えば、部材を駆動するためのモータ等を含み、この駆動手段１０によって、柱状入力手段等の操作部の軸方向の向きと３次元空間内における視線方向とを一致させ、これらがずれたときに一致するように修正する。この駆動手段１０は、例えば、後述する柱状入力手段が設置された球体及び球体を支持する縦軸を回転駆動させるモータによって実現される。
【００２８】
これにより、ユーザは、３次元視点位置・視線方向入力装置１を見ただけで、３次元空間における視点位置と観察対象との関係や、視線方向を直観的に把握することができ、良好な操作性を得ることができる。駆動手段１０を駆動するための制御信号Ｃは、外部の装置から入力することができる。
【００２９】
以下に、本発明をさらに具体化した実施例を図面を参照しながら説明する。なお、実施例を説明する図において、同様の機能を有する部分は同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
（実施例１）
図７は、本発明における３次元視点位置・視線方向入力装置の一実施例の斜視概略図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１は、横軸１２を中心として自由に回転できる球体１１と、球体１１を左右で挟み込むようにして保持しているアーム１３を備えている。そしてこのアーム１３は、縦軸１４によって固定支持され、縦軸１４の軸を中心にして左右に（水平方向に）自由に回転できるようになっている。
【００３１】
縦軸１４はその軸方向に伸縮する機能を持っている。この縦軸１４は、台座１５に支持されていて、上記の伸縮機能によってアーム１３全体を上下に移動させることが可能となっている。さらに、縦軸１４自体を前後左右に移動させることが可能となっており、これによりアーム１３全体を前後左右に移動させることが可能である。
【００３２】
球体１１には、円柱形状の柱状入力部１６が取り付けられている。この柱状入力部１６は、その軸方向で球体１１に押し込んだり球体１１から引き出したりできる機構を持つ。また、柱状入力部１６は、その軸を中心として回転可能である。すなわち、柱状入力部１６は、球体１１に対して進退可能にかつ回転可能に保持されている。
また台座１５の上には、第１ボタン１７及び第２ボタン１８が配置されている。そして第１ケーブル１９が球体１１からの入力信号を台座１５に伝える。また第２ケーブル２０は、球体１１からの入力信号及び台座１５からの入力信号を図示しないコンピュータに出力する。
【００３３】
図８は、図７に示した３次元視点位置・視線方向入力装置１の横軸１２及び縦軸１４を含む平面での断面概略構成を示す図である。横軸１２は、アーム１３に固定されている。そして球体１１内部に球体回転量検出手段２１が固定され、横軸１２に対する球体１１の回転量を検出する。台座１５の上には、アーム１３に固定された縦軸１４の軸周りの回転量を検出する縦軸回転量検出手段２２と、縦軸１４の上下方向の移動量を検出する縦軸上下移動量検出手段２３とが設けられている。また、台２４，２５は、縦軸１４の前後左右の移動量を検出するために使用するものである。
【００３４】
図９は、図７に示した３次元視点位置・視線方向入力装置の柱状入力部１６を含む平面での断面概略構成を示す図である。球体１１の内部には、柱状入力部１６の軸まわりの回転量を検出する柱状入力部回転量検出手段３１と、柱状入力部１６の軸方向への移動量を検出する柱状入力部移動量検出手段３２が設けられている。
【００３５】
図１０は、台座１５の内部に設けられた台２４，２５により、縦軸１４の前後左右の移動量を検出する仕組みを説明するための図である。台座１５の底面には、第１レール４１が固定されている。また台２４には溝が形成され、この溝により第１レール４１の長手方向に沿って台２４を移動させることができる。そして第１の台移動量検出手段４２が、第１レール４１に接触した状態で台２４に固定されており、第１レール４１に対する台２４の移動量を検出することができる。
【００３６】
さらに台２４の上には、第２レール４３が固定されている。また台２５にも溝が形成されており、この溝により第２レール４３の長手方向に沿って台２５を移動させることができる。そして第２の台移動量検出手段４４が第２レール４３に接触した状態で台２５に固定されており、第２レール４３に対する台２５の移動量を検出することができる。すなわち、上記第１及び第２の台移動量検出手段４２，４４によって、縦軸１４の水平方向への移動量を検出する本発明の縦軸水平移動量検出手段を実現することができる。
【００３７】
図１１ないし図１５は、上記の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて、３次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための図である。まず、３次元視点位置・視線方向入力装置１の球体１１を右方向に回転させ、図１１に示す状態から図１２に示す状態に変化させる。
図１３は、３次元視点位置・視線方向入力装置を視点位置変更手段として用いる場合の、３次元空間中の物体（観察対象）と視点位置の関係を示している。３次元視点位置・視線方向入力装置１が図１１の状態にある時は、物体５１に対する視点位置はカメラ５２の位置にある。そして３次元視点位置・視線方向入力装置１を図１２の状態に変化させたときは、その変化に対応して視点位置がカメラ５３の位置に移動する。
【００３８】
図１４及び図１５は、３次元視点位置・視線方向入力装置を視線方向変更手段として用いる場合の、３次元空間中の物体と視点位置の関係を示している。３次元視点位置・視線方向入力装置１が図１１の状態にあるとき、視線方向は、図１４に示すカメラ５６のように物体５４の方向を向いている。そして３次元視点位置・視線方向入力装置１を図１２の状態に変化させたときは、その変化に対応して図１５示すカメラ５７の方向に視線方向を変化させ、物体５５の方向を向かせることができる。
【００３９】
上記のように図１１ないし図１５により説明した視点位置の変更動作と視線方向の変更
動作は、球体回転量検出手段２１と縦軸回転量検出手段２２との出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
また、上記の視点位置の変更動作及び視線方向の変更動作は、第２ボタン１８を押すことにより自由に切り替えることができる。これにより、３次元空間中の物体を様々な方向から観察することが可能になると同時に、３次元空間中の複数の物体へ視線を移動させ観察することが可能となる。
すなわち、第２ボタン１８は、球体回転量検出手段２１及び縦軸回転量検出手段２２により検出される回転量情報を、本発明の視点位置変更入力手段と視線方向変更入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える本発明の第２の切り替えスイッチに該当する。
【００４０】
図１６ないし図１８は、上記３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置を固定したままズーミングを行うか、あるいは視点位置を物体に近づける操作を説明するための図である。
３次元視点位置・視線方向入力装置１の円柱形状の柱状入力部１６を球体１１の内部に挿入することにより、図１６に示す状態から図１７に示す状態に変化させる。
【００４１】
図１８は、３次元視点位置・視線方向入力装置１をズーミング入力手段として用いる動作を説明するための図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１が図１６の状態にあるときは、物体６１に対する視点位置は、カメラ６２の位置にある。そして３次元視点位置・視線方向入力装置１を図１７の状態に変化させたとき、視点位置はカメラ６２の位置のまま固定であるが、カメラのズームレンズの焦点距離を伸ばしてズームインする。
【００４２】
同じく図１８により、３次元視点位置・視線方向入力装置を、第２の視点位置変更入力手段として用いる動作を説明する。上述したように、３次元視点位置・視線方向入力装置１が図１６の状態にあるときは、物体６１に対して視点位置はカメラ６２の位置にある。そして３次元視点位置・視線方向入力装置を図１７に示す状態に変化させたとき、視点位置が視線方向に沿ってカメラ６３の位置に変化する。これにより、視点位置を対象物体に近づけて観察することが可能となる。
【００４３】
上記のズーミング動作と、視線方向に沿った視点位置の変更表示は、柱状入力部移動量検出手段３２の出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
また、上記のズーミング表示及び視線方向に沿った視点位置の変更動作は、第１ボタン１７を押すことにより自由に切り替えることができる。これにより、視点位置を固定したままズーミングを行うことが可能になると同時に、視点位置を物体に近づけて観察することが可能となる。
すなわち、第１ボタン１７は、柱状入力部移動量検出手段３２により検出される移動量情報を、本発明の第２の視点位置変更入力手段とズーミング入力手段のいずれかに対する入力情報となるように切り替える本発明の第１の切り替えスイッチに該当する。
【００４４】
図１９ないし図２１は、上記３次元視点位置・視線方向入力装置を第３の視点位置変更手段として用いる動作を説明するための図である。ここでは、３次元視点位置・視線方向入力装置の縦軸１４をアーム１３とともに、図１９に示した状態から装置背面の方向に平行移動して、図２０の状態に変化させる。
図２１は、３次元視点位置・視線方向入力装置を第３の視点位置変更手段として用いる場合の、３次元空間中の物体と視点位置の関係を示す図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１が図１９の状態にあるときは、物体７１に対する視点位置はカメラ７２の位置にある。そして３次元視点位置・視線方向入力装置１を図２０の状態に変化させたときは、その変化に対応して視点位置がカメラ７３の位置に平行移動する。このとき、カメラの視線方向は変化しないため、視線は物体７１から逸れる。
【００４５】
上記の視点位置の変更に伴って視線方向を平行移動させる表示は、縦軸水平移動量検出手段を構成する台移動量検出手段４２，４４と縦軸上下移動量検出手段２３との出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
【００４６】
図２２ないし図２５は、上記３次元視点位置・視線方向入力装置を視野回転入力手段として用いる動作を説明するための図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１の柱状入力部１６を回転させて、図２２に示した状態から図２３の状態に変化させる。
図２４は、３次元視点位置・視線方向入力装置を、視野回転入力手段として用いる場合の、３次元空間中の物体と視点位置の関係を示す図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１が図２２の状態にあるときは、物体８１に対する視点位置は、カメラ８２の位置にある。そして３次元視点位置・視線方向入力装置１を図２３の状態に変化させたときは、その変化に対応してカメラが回転し、図２５に示すカメラ８３の状態に変化する。
上記の視野を回転させる表示は、柱状入力部回転量検出手段３１の出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
【００４７】
上述の図７ないし図２５で説明した３次元空間中の物体の観察においては、いずれも柱状入力部１６の軸方向と、カメラの方向とが一致しており、ユーザは、３次元視点位置・視線方向入力装置を見ただけで物体観察の状況を直観的に把握することができる。
【００４８】
（実施例２）
図２６は、本発明における３次元視点位置・視線方向入力装置の別の実施例の斜視概略図である。本実施例の構成は、上述の実施例１の３次元視点位置・視線方向入力装置とほぼ同様であるが、次の２点に関して構成が異なる。すなわち、図２６に示す構成は、円柱形状の柱状入力部１６がそれ自体でジョイスティックとなっており、柱状入力部１６を傾けた方向や傾きの量を入力情報として取得することができる。すなわち、本実施例では、柱状入力部１６の傾き方向及び傾き量を検出する図示しない柱状入力部傾き検出手段が備えられる。また実施例１における第２ボタン１８は、本実施例には存在しない。
【００４９】
図２７は、図２６に示した３次元視点位置・視線方向入力装置１の横軸１２及び縦軸１４を含む平面での断面概略図である。図８の構成と比較して追加されている点は下記の４点である。すなわち、本実施例においては、第１モータ９２が球体１１に固定され、第１モータ９２の回転軸に設けたモータ側ギアにかみ合うように横軸側ギア９１が設けられる。横軸側ギア９１は、横軸１２に固定されており、横軸１２はアーム１３に固定されている。第１モータ９２が回転すると、横軸側ギヤ９１と、この横軸側ギヤ９１と一体的に構成された横軸１２及びアーム１３は回転できないため、第１モータ９２自体が相対的に回転し、第１モータ９２自体と一体的に構成された球体１１の姿勢を変えることが可能である。
【００５０】
また、第２モータ９４が台座１５に固定され、第２モータ９４の回転軸に設けたモータ側ギアにかみ合うように縦軸側ギア９３が設けられる。縦軸側ギア９３は、縦軸１４に固定されているため、第２モータ９４が回転することにより、縦軸１４と、この縦軸１４と一体的に構成されたアーム１３及び球体１１を縦軸１４の軸周りに回転させることが可能である。
【００５１】
図２８ないし図３０は、第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置を変更する動作を説明するための図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１の球体１１を回転させ、図２８に示した状態から図２９に示した状態に変化させる。図３０はカメラ位置と物体との関係を示している。３次元視点位置・視線方向入力装置１が図２８の状態にあるときは、物体１０１に対する視点位置はカメラ１０２の位置にある。そして３次元視点位置・視線方向入力装置１を図２９の状態に変化させたときは、その変化に対応して視点位置がカメラ１０３の位置に移動する。
【００５２】
図３１ないし図３５は、第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視線方向を変更する動作を説明するための図である。３次元視点位置・視線方向入力装置１の柱状入力部１６を下方向に傾けて、図３１に示した状態から図３２に示した状態に変化させる。このとき、ユーザが柱状入力部１６を傾けている間は、図３３に示すカメラ１０５の位置はそのままで向きを上方に傾け続ける。そしてユーザが柱状入力部１６から手を離すと、カメラの向きの変更を停止する。停止後は例えば図３４のカメラ１０６のような状態になる。図３３の状態では、カメラ１０５は物体１０４の方向に向いていたが、図３４の状態ではカメラ１０６は物体１０４より上の方向に向いている。このような視線方向の変更表示は、上記の柱状入力部傾き検出手段の出力信号に基づいて、外部装置によって生成される制御信号によって実行される。
【００５３】
上記実施例１では、視点位置を固定して視線方向を変更する視点位置変更入力手段への入力情報としては、球体回転量検出手段２１と縦軸回転量検出手段２２との検出結果を用いていたが、本実施例では、上述の柱状入力部傾き検出手段の検出結果を用いている。また、実施例１においては、視線方向の変更を伴う視点位置の変更動作、及び視点位置を固定した視線方向の変更動作は、第２ボタン１８を押すことにより切り替えるようにしていたが、本実施例では、球体回転量検出手段２１と縦軸回転量検出手段２２による検出結果に基づいて、３次元空間内の観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更することができる。従って、上記の二つの動作を同時に実行することができるようになる。
【００５４】
図３３及び図３４の例では、柱状入力部１６の操作によって、カメラ１０５（図３３）が方向を変えてカメラ１０６（図３４）の状態になったところで、ユーザが柱状入力部１６から手を離したものとする。このとき、カメラと物体１０４とを横から見た位置関係を模式的に示したものが図３５である。ここでは、水平方向を基準とするカメラ１０５の視線の角度はθであり、カメラ１０６の視線の角度はθ’である。
【００５５】
一方、３次元視点位置・視線方向入力装置１の球体１１を横から見た様子を示したものが図３６である。この動作では、カメラ移動中に柱状入力部１６を傾けるのみで、球体１１は回転しない。ここでは、水平方向を基準とするとき、カメラの移動前は柱状入力部１６の角度（水平方向と柱状入力部の中心軸とのなす角度）はθであってカメラ１０５の角度と一致していた。しかしながら、カメラの向きを変更した後においても、柱状入力部１６の角度はθのまま変わらないため、移動後のカメラ１０６の角度θ’と異なってしまっている。すなわち、この場合、３次元視点位置・視線方向入力装置１の状態が視点位置や視線方向を直観的に反映するという本発明の利点が失われている。
【００５６】
上記の問題を改善するため、図２７で示した横軸側ギア９１及び第１モータ９２を用いて球体１１を回転させ、柱状入力部１６の角度とカメラ１０６の角度が一致するよう制御する。この方法については後で詳しく説明する。
図３７は、球体１１を回転させた後の様子を示す図である。ここでは、水平方向を基準とする柱状入力部１６の角度はθ’となり、向きを変更した後のカメラ１０６の角度θ’と一致している。なお図３１ないし図３７においては、柱状入力部１６を下方向に傾けた場合について説明したが、その他の方向に傾けた場合も同様の処理を行うことは言うまでもない。この場合に、図２７に示す縦軸側ギア９３及び第２モータ９４を用いて、他の方向に傾けたときの処理を行うことができる。すなわち、柱状入力部１６を傾けることにより生じるカメラの角度と柱状入力部１６の角度の不一致を修正するために、第１モータ９２及び／または第２モータ９４を駆動させる。
【００５７】
上記のように柱状入力部１６を傾けることにより、視点位置を変更することなく視点位置からの視線方向を変更する入力を行うことができる。そして、軸回転量検出手段による検出結果と、球体回転量検出手段による検出結果に基づいて、３次元空間内の観察対象に対して視線が向くように視線方向を変更することができる。そして本実施例では、上記の処理を同時に実行することが可能である。
【００５８】
上記図２６ないし図３７で説明した３次元空間中の物体の観察においては、いずれも柱状入力部１６の方向とカメラの方向が一致しており、ユーザは、３次元視点位置・視線方向入力装置を見ただけで、視点位置と物体の関係や視線方向を直観的に把握することができる。
【００５９】
次に、上記図２６ないし図３７の説明で述べた柱状入力部１６の角度とカメラ１０３の角とを一致させるモータ制御について、図３８及び図３９を参照して説明する。
図３８は、３次元視点位置・視線方向入力装置の操作入力部の軸の向きを変える駆動手段を制御するための構成を示す図である。各種入力手段１１０は、上述の各実施例における視点位置変更入力手段２，視線方向変更入力手段３，第２の視点位置変更入力手段４，ズーミング手段５，視野回転入力手段６，及び第３の視点位置変更入力手段７等の各種入力手段を指すものとする。
【００６０】
各種入力手段１１０からの出力信号Ｓは、信号制御部１１１に送られる。信号制御部１１１は、送られた信号Ｓを用いてカメラの位置の制御情報を算出し、制御信号Ｃ１をカメラの位置制御装置１１２に送る。カメラの位置制御装置１１２は、制御信号Ｃ１に従ってカメラ位置を動作させる。一方、信号制御部１１１は、図２８ないし図３７を参照して上述したように、柱状入力部１６の角度とカメラ１１３の角度の不一致を修正するための制御信号Ｃ２を算出し、駆動手段１０へ送る。駆動手段１０では、送られた制御信号Ｃ２に従って柱状入力部１６の軸の向きを修正する。駆動手段１０は、上述のように、第１モータ９２または第２モータ９４、もしくはこれらの両方によって球体１１の位置を回転駆動させることにより実現される。
【００６１】
図３９は、上記図３８に示す信号制御部１１１における駆動手段に対する制御信号Ｃ２の算出手順を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ１において、３次元視点位置・視線方向入力装置１の姿勢情報を検出する。ここでは、各種入力手段１１０から送られてきた出力信号Ｓがこの姿勢情報に該当するため、信号制御部１１１内に出力信号Ｓを保存しておき、それを読み出してくればよい。これを情報Ａとする。
【００６２】
次にステップＳ２では、物体を観察するカメラの姿勢情報を検出する。カメラの位置制御装置１１２に送信した制御信号Ｃ２がこのカメラの姿勢情報に該当するので、信号制御部１１１内で制御信号Ｃ１を保存しておき、それを読み出してくればよい。これを情報Ｂとする。
そしてステップＳ３では、上記の情報Ａと情報Ｂとの差分を算出する。算出した差分が、すなわち、柱状入力部１６の角度とカメラ１１３の角度のずれ（柱状入力部１６の軸方向とカメラの視線方向とのずれ）を示す情報である。
【００６３】
次にステップＳ４では、上記の差分が０かどうかを判別する。差分が０である場合は、柱状入力部１６の角度とカメラ１１３の角度にずれがない、すなわち３次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を正しく反映している状態であるため、そこで処理を終了する（ステップＳ５）。また、差分が０ではない場合は、柱状入力部１６の角度とカメラ１０３の角度にずれがある、すなわち３次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を正しく反映していない状態であることを示す。この場合、差分を減少させる制御信号Ｃ２を算出し（ステップＳ６）、その制御信号Ｃ２を、３次元視点位置・視線方向入力装置の駆動手段１０に送る（ステップＳ７）。駆動手段は、送られた制御信号Ｃ２に従って、モータ等を駆動させ、差分が０となるように修正を行う。
【００６４】
駆動手段１０によって３次元視点位置・視線方向入力装置１の所定の操作入力部の姿勢が修正されたことにより、各種入力手段１１０の状態が変わり、出力信号Ｓの情報が変化する。そこでステップＳ１に戻り、新たな出力信号Ｓの情報を用いて処理を繰り返す。
以上の処理を実行することにより、柱状入力部１６の角度とカメラ１１３の角度にずれがない、すなわち３次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を正しく反映している状態へと収束する。よって３次元視点位置・視線方向入力装置の状態が視点位置や視線方向を直感的に反映するという本発明の利点が実現される。
【００６５】
なお、前記図７ないし図３７で説明した３次元視点位置・視線方向入力装置１は、実空間中の物体を観察する際にカメラ位置を制御する用途に使用可能であり、また、仮想空間中の物体を観察する際にも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の他の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明による３次元視点位置・視線方向入力装置の更に他の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明における３次元視点位置・視線方向入力装置の一実施例の斜視概略図である。
【図８】図７に示した３次元視点位置・視線方向入力装置の横軸及び縦軸を含む平面での断面概略構成を示す図である。
【図９】図７に示した３次元視点位置・視線方向入力装置の柱状入力部を含む平面での断面概略構成を示す図である。
【図１０】台座の内部に設けられた台により、縦軸の前後左右の移動量を検出する仕組みを説明するための図である。
【図１１】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための図である。
【図１２】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための他の図である。
【図１３】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図１４】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図１５】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図１６】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置を固定したままズーミングを行うか、あるいは視点位置を物体に近づける動作を説明する図である。
【図１７】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置を固定したままズーミングを行うか、あるいは視点位置を物体に近づける動作を説明する他の図である。
【図１８】３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に視点位置を固定したままズーミングを行うか、あるいは視点位置を物体に近づける動作を説明する更に他の図である。
【図１９】３次元視点位置・視線方向入力装置を第３の視点位置変更手段として用いる動作を説明するための図である。
【図２０】３次元視点位置・視線方向入力装置を第３の視点位置変更手段として用いる動作を説明するための他の図である。
【図２１】３次元視点位置・視線方向入力装置を第３の視点位置変更手段として用いる動作を説明するための更に他の図である。
【図２２】３次元視点位置・視線方向入力装置を視野回転入力手段として用いる動作を説明するための図である。
【図２３】３次元視点位置・視線方向入力装置を視野回転入力手段として用いる動作を説明するための他の図である。
【図２４】３次元視点位置・視線方向入力装置を視野回転入力手段として用いる動作を説明するための更に他の図である。
【図２５】３次元視点位置・視線方向入力装置を視野回転入力手段として用いる動作を説明するための更に他の図である。
【図２６】本発明における３次元視点位置・視線方向入力装置の別の実施例の斜視概略図である。
【図２７】図２６に示した３次元視点位置・視線方向入力装置の横軸及び縦軸を含む平面での断面概略構成を示す図である。
【図２８】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための図である。
【図２９】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための他の図である。
【図３０】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３１】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３２】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３３】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３４】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３５】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３６】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３７】第２の実施例の３次元視点位置・視線方向入力装置を用いて３次元空間中の物体を観察する際に、視点位置と視線方向を変更する動作を説明するための更に他の図である。
【図３８】３次元視点位置・視線方向入力装置の操作入力部の軸の向きを変える駆動手段を制御するための構成を示す図である。
【図３９】図３８に示す信号制御部における駆動手段に対する制御信号の算出順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１…３次元視点位置・視線方向入力装置、２…視点位置変更入力手段、３…視線方向変更入力手段、４…第２の視点位置変更入力手段、５…ズーミング入力手段、６…視野回転入力手段、７…第３の視点位置変更入力手段、８，８´…操作入力部、９,９´…切り替えスイッチ、１０…駆動手段、１１…球体、１２…横軸、１３…アーム、１４…縦軸、１５…台座、１６…柱状入力部、１７…第１ボタン、１８…第２ボタン、１９…第１ケーブル、２０…第２ケーブル、２１…球体回転量検出手段、２２…縦軸回転量検出手段、２３…縦軸上下移動量検出手段、２４，２５…台、３１…柱状入力部回転量検出手段、３２…柱状入力部移動量検出手段、４１…第１レール、４２…第１の台移動量検出手段、４３…第２レール、４４…第２の台移動量検出手段、５１，５４，５５，６１，７１，８１，１０１…物体、５２，５３，５６，５７，６２，６３，７２，７３，８２，８３，１０２，１０３…カメラ、９１…横軸側ギア、９２…第１モータ、９３…縦軸側ギア、９４…第２モータ、１１０…各種入力手段、１１１…信号制御部、１１２…カメラの位置制御装置、１１３…カメラ、Ｓ…出力信号、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２…制御信号。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【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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