(57)【要約】【課題】従来の一般的な仮想現実システムは、ＨＭＤを装着した体験者が自らの体の動きによって仮想空間を操作する事で仮想空間への没入感が高まる為、操作の主体は体験者自身であった。ただ、仮想空間内で自由に移動したり、仮想空間の中に配置された家具などを動かすのは、たとえばジェスチャやコントローラ等で操作するなど、事前に操作方法の説明や練習が必要な場合が多い。例えば内装業者ショールームなどの来場者に対し、これらのシステムを用いて内装リフォームの提案を行う際、事前説明に時間が掛かってしまい、主目的である内装コーディネイトの提案ができなくなってしまう。また操作が難しいと、提案そのものができなくなってしまう場合もある。【解決手段】本発明では、体験者の位置や家具の移動などは外部の操作者が制御できるようにする事で、体験者は説明を受けたり練習することなく仮想空間に没入することができる。【選択図】図１６
2018013562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ内に生成した仮想空間をヘッドマウントディスプレイ（Head Mount Display：ＨＭＤ）等の装置を用いて体験者に表示し、あたかもその空間内に居るかの様な感覚を提供する、いわゆる仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）を用いたシステムに於いて、体験者の位置を外部の操作者が変更できるようにしたことを特徴とする仮想現実システム
【請求項２】
仮想現実システムに於いて、仮想空間内の仮想建造物の内装材や外装材を、体験者ではなく、外部の操作者が変更することを特徴とする仮想現実システム
【請求項３】
仮想現実システムに於いて、仮想空間内に家具などの部品を配置したり、配置されている家具を移動させたり、配置されている家具を別の家具に入れ替えたりという操作を、体験者ではなく、外部の操作者が操作することを特徴とする仮想現実システム
【請求項４】
請求項１記載の仮想現実システムに於いて、仮想空間内の仮想建造物の内装材や外装材を、体験者ではなく、外部の操作者が変更することを特徴とする仮想現実システム
【請求項５】
請求項１記載の仮想現実システムに於いて、仮想空間内に家具などの部品を配置したり、配置されている家具を移動させたり、配置されている家具を別の家具に入れ替えたりという操作を、体験者ではなく、外部の操作者が操作することを特徴とする仮想現実システム
【請求項６】
請求項１記載の仮想現実システムに於いて、仮想空間内の仮想建造物の内装材や外装材を、体験者ではなく、外部の操作者が変更することを特徴とし、さらに仮想空間内に家具などの部品を配置したり、配置されている家具を移動させたり、配置されている家具を別の家具に入れ替えたりという操作を、体験者ではなく、外部の操作者が操作することを特徴とする仮想現実システム
【請求項７】
請求項１〜６の何れかのシステムをコンピュータによって実現するためのプログラムを記憶した記録媒体
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想現実システム、仮想現実提供方法、及び仮想現実提供装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ内に生成した仮想空間をヘッドマウントディスプレイ（Head Mount Display：ＨＭＤ）等の装置を用いて体験者に表示し、あたかもその空間内に居るかの様な感覚を提供する、いわゆる仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）に関する技術が存在する。
【０００３】
例えば、住宅リフォームの検討場面に於いて、仮想空間内に生成した住宅モデルの中にＨＭＤを用いて入り込み、マウス等のコントローラを用いて視点位置を変更若しくは体験者の位置をリアルタイムで計測する装置などと連動して視点位置を変更することで仮想住宅内を自由に歩き回り、頭の動きに連動して表示画像を更新することで周りを見回すなどの機能によって、あたかも住宅の中で生活しているような感覚を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８１７７４
【特許文献２】特開平８−１６１１０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンピュータ内に３次元の住宅モデルを作成し、その居室内の視点から見た画像を表示でき、壁材や床材、天井材などの材質や色合い、模様を変更する機能及びカーテンや家具什器類、照明などを配置する機能を有し、これらの機能を組み合わせて用いることで住宅の内装コーディネイトを行えるシステムがある。住宅リフォームなどの際に、壁材、床材、天井材などカタログや材質サンプルなどを見て選択しても、それらを施工した後の状態を想像するのは難しく、選択を誤る場合も多いが、このシステムを使えばこれらの素材をコーディネイトした状態の画像を表示できるので、施工後をイメージしやすく、検討や評価に有用である。
【０００６】
さらに、ＶＲによって仮想住宅に入り込める仮想現実システムでは、部屋の広さや家具のサイズ感も把握しやすく、壁材や床材等の模様の大きさまでも現実と同じように確認できる為、より高精度での検討、評価ができる。
【０００７】
一般的な仮想現実システムは、ＨＭＤを装着した体験者（以下「体験者」）が自らの体の動きによって仮想空間を操作し、それによって仮想空間の中に自分が居るかのように錯覚させる効果を得られる為、操作の主体は体験者自身である。体験者若しくはＨＭＤにセンサーを取り付け、体験者の空間位置を計測できる装置と連携することで、体験者が現実空間内を歩き回ると仮想空間内でも同様に視点が移動し、仮想空間の中を歩き回ることが可能であるが、このような装置がない場合は、手指の動きを計測する装置を介して歩行を示すジェスチャーを入力したり、マウス等のコントローラを操作して視点位置を移動させる必要がある。
【０００８】
また、指の動きを入力できる機能と、手の空間位置を計測できる機能を備えた入力装置を片手若しくは両手に１つずつ持ち、例えば仮想空間内で目の前にある家具の位置に手を下し、手を握る動作を行う事で仮想空間内にある家具を掴み、そのまま手を上げることで家具を持ち上げ、場所を移動して手を下し、手を開く動作を行う、という一連の操作で仮想空間の家具を移動させることができる。しかし、このような入力装置がない場合は、視線の先に捉えた家具をマウスボタンの押下などの操作で掴み、そのまま視線を上げることで家具を持ち上げ、マウスボタンを離して家具を下すというような操作方法を備える必要があり、これは現実世界とは異なる動作の為、操作を学習する必要がある。
【０００９】
特に仮想空間内で内装材の材質や色、模様を選択し、壁材や床材を変更する操作については、たとえばＨＭＤの表示画面上に内装材を選択するためのメニューを表示、視線やジェスチャーなどを使ってメニューや内装材を選択し、さらにそれを適用する壁や床を選択する操作方法などを備えなければならず、体の動きなどで直感的に操作できる方法でも一般的な操作方法でもない為、この機能を利用するための操作説明が必要であり、操作の練習も必要である。
【００１０】
例えば内装業者ショールームなどの来場者に対し、これらのシステムを用いて内装リフォームの提案を行う際、操作の事前説明や練習に時間が掛かってしまい、主目的である内装コーディネイトの提案ができなくなってしまう。また操作が難しいと、このシステムを避けてしまい、提案そのものができなくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、操作説明や操作練習を不要としながらも仮想空間を体感することができる手段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】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するために、ＨＭＤを装着した体験者の仮想空間内での位置や方向を、体験者ではなく、外部の操作者が制御できるようにしたものである。
【００１３】
また、操作者は仮想空間内の仮想建造物の内装材・外装材の材質・色・模様などを選択・入れ替えなどの操作を行うことができるようにした。
【００１４】
また操作者は仮想空間内に置かれた家具・建具等の部品を選択・移動・回転・削除・入れ替えなどの操作を行うことができるようにした。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様に、ＨＭＤを装着した体験者の操作を頭の動きで周りを見回すという直感的な動作によるものに限定し、他の操作は外部の操作者が行う事により、体験者は操作方法を学習したり、操作の練習をすることなく直ぐに仮想空間を体感することができるようになる。
【００１６】
例えば内装業者ショールームなどの来場者に対して内装リフォームの提案を行う場合、このシステムでは体験者にはＨＭＤを装着してもらうだけでよく、操作者は仮想空間内の体験者の位置を制御し、体験者に見てもらいたい箇所に移動させることができる。また、体験者が見ている部屋の壁材・床材・天井材などの色や模様を変更したり、家具を別のものに入れ替えたり、位置を移動させたり、といった操作を操作者が行う事ができる。
【００１７】
つまり体験者は素材の変更や家具の入れ替え等の難しい操作を覚える必要がなく、仮想空間内での体験に没入することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る仮想現実提供装置の概略構成を示す図
【図２】図１に示した仮想現実提供装置に於ける外部制御手段を示すブロック図
【図３】仮想建造物定義手段に於ける間取図作成作業の例（部屋作成）
【図４】仮想建造物定義手段に於ける間取図作成作業の例（建具配置）
【図５】仮想建造物定義手段によって作成された仮想建造物の例（全体）
【図６】仮想建造物定義手段によって作成された仮想建造物の例（１階部分）
【図７】体験者が装着したＨＭＤに表示されている画像の例
【図８】平面図等表示手段２１によって表示された画面の例（パース図：俯瞰表示）
【図９】平面図等表示手段２１によって表示された画面の例（パース図：体験者目線での表示）
【図１０】基準視線と体験者視線を表す図形の例
【図１１】上面図に於ける基準視線と体験者視線の表示例（１）
【図１２】上面図に於ける基準視線と体験者視線の表示例（２）
【図１３】マウスによる基準視線の移動操作の例
【図１４】マウスによる基準視線の回転操作の例
【図１５】図１２に於ける基準視線を別の部屋、別の方向に移動した状態
【図１６】上面図上に基準視線と体験者視線を示す図形を表示した実施例
【図１７】基準視線の位置をパース図上の人形モデルを移動することで制御する場合の表示例
【図１８】内装外装材入替手段に於ける内装材の変更操作の例（素材選択中）
【図１９】内装外装材入替手段に於ける内装材の変更操作の例（素材変更後）
【図２０】家具建具配置手段に於ける家具配置操作の例（家具選択中）
【図２１】家具建具配置手段に於ける家具配置操作の例（家具配置後）
【図２２】家具建具配置手段に於ける家具入替操作の例
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、実施形態の構成の一例を示す図である。処理を行なう計算機１１には、操作するためのマウス１２やキーボード１３、表示装置１４、仮想空間を表示するためのＨＭＤ１５、コントローラ１６が接続されている。
また、必要に応じてデータの読み込みや保存を行なうための外部記憶装置１７、印刷装置１８などを接続しても良い。
【００２０】
図２は、実施形態における処理の流れを示した図である。
処理は、仮想建造物定義手段２１、外部制御手段２３、仮想空間表示手段２４とからなり、外部制御手段２３は平面図等表示手段３１、視点位置視線方向制御手段３２、内装外装材入替手段３３、家具建具配置手段３４とからなる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図面に沿って説明する。
【００２２】
仮想建造物定義手段２１は、住宅などの建造物を仮想空間内で定義する手段である。たとえば図３の様にマウスなどを用いて間取り情報を入力する手段であり、長方形や多角形などの図形を組み合わせる事によって部屋の大きさや形状、位置を定義する機能を持つ。また図４の様に建具シンボルを選択し、部屋の壁位置に配置する機能も持つ。
【００２３】
さらにこの様にして定義した平面間取図情報に対して高さ情報などを付加することにより、図５のような立体的な住宅をコンピュータ内に作成することができるものである。図６はこの様にして作成された住宅の１階部分を俯瞰で表示した例である。
【００２４】
ＣＡＤなどの他アプリケーションで設計した仮想建造物データを読み込む場合には、仮想建造物読込手段２２を設けてもよい。
【００２５】
仮想空間表示手段２４は、外部制御手段２３を介して仮想空間内の仮想建造物を体験者が装着したＨＭＤ等の仮想空間表示装置上に表示することができる。図７は体験者が装着したＨＭＤに表示されている画像の例である。
【００２６】
さらに、頭の動きを計測するセンサーからの情報を解釈し、ＨＭＤに表示する視線方向を制御することにより、ＨＭＤを装着した体験者は頭を上下左右に回転させることによって、仮想空間内で周りを見回すことができる。また、頭の位置を計測するセンサーからの情報を解釈し、ＨＭＤに表示する視点位置を制御することによって、体験者が立ち上がったり、頭を前後左右に移動させた場合など、その動きに一致した視界で表示することができる。この点に於いては、体験者は操作者の制御に関係なく、自分自身の動きで視線を制御できるため、仮想空間に没入した感覚を失うことなく体感することができる。
【００２７】
外部制御手段２３に於ける平面図等表示手段３１は、仮想空間内の仮想建造物を三面図（正面図、上面図、側面図）等の平面図や俯瞰図を用いて表示装置上に表示することができる。図８はその表示例である。画面は左右に2分割され、それぞれ正面図、パース図が表示されている。画面の大きさは可変できるようにしてもよく、上面図だけ表示するなど必要な図面だけ選択して表示できるようにしてもよいし、画面を４分割して正面図、上面図、側面図、パース図を表示してもよい。図８のパース図には、仮想構造物全体若しくは部分を俯瞰表示しているが、図９の様にＨＭＤを装着した体験者が見ている画像を表示できるようにしてもよい。
【００２８】
平面図等表示手段３１の平面図上に、操作者が体験者の視点を制御する為の基準となる視点位置・視線方向（以下「基準視線」）を表す図形及びＨＭＤを装着した体験者の仮想空間内での位置や視線方向（以下「体験者視線」）を表す図形を重ねて表示する。図１０（Ａ）は基準視線、図１０（Ｂ）は体験者視線を表す図形の例である。それぞれ、視点位置４２と視線方向４１を示している。視線の画角４３を表示するようにしてもよい。
【００２９】
図１１及び図１２は上面図での表示の例である。図１１は、基準視線図形と体験者視線図形がほぼ重なって表示されている。つまり、体験者が頭の位置を計測するセンサーの基準位置（原点）付近におり、またほぼ正面を向いている状態を示している。図１２は、体験者が頭を前のほうに移動させ、さらに少し右方向を向いた状態を示している。
【００３０】
仮想空間に於ける基準視線の位置座標を（Ox , Oy , Oz）、基準視線のＺ軸周りの回転角をOrとし、頭の位置を計測するセンサーからの情報の内、センサー原点からの変位量を（Dx , Dy , Dz）、頭の左右方向の回転角（Ｚ軸周り回転角）をDr（真正面が0）とした場合の体験者視線の位置座標（Hx , Hy , Hz）、体験者視線の回転角Hrは、以下の計算によって求めることができる。
Hx = Ox + Dx × cos(Or) - Dy × sin(Or)
Hy = Oy + Dx × sin(Or) + Dy × cos(Or)
Hz = Oz + Dz
Hr = Or + Dr
仮想空間の座標系と頭の位置を計測するセンサーの座標系は一致しており、Ｚ軸周りの回転角0はＹ軸と一致しているものとする。なお、体験者視線を表す回転角はＺ軸周りだけでなく、仰角（Ｘ軸周りの回転角）及び頭の傾き（Ｙ軸周りの回転角）もあるが、この２つの回転角は操作者が制御する対象では無く、仮想空間表示手段１４ではセンサーからの情報をそのまま使用して表示する。
【００３１】
視点位置視線方向制御手段３２は、操作者がマウスやキーボード、コントローラなどの入力装置を用いて、仮想空間内での体験者の位置及び視線方向を制御することができる。具体的には、図１３の様に基準視線を表す図形をマウスでドラッグすることで移動し、図１４の様に視線方向を示す矢印の先部分をマウスでドラッグすることで視線方向を回転させる。なお、ドラッグしなくても、ダブルクリックでマウス位置まで基準視線位置を移動させたり、クリックでマウスの方向を向くような操作方法としてもよい。
【００３２】
上記説明では、上面図について説明したが、正面図や側面図に於いても基準視線及び体験者視線の表示は同様である。ただし、仰角と頭の傾きは操作者の操作対象外であり、正面図や側面図上では基準視線の視線方向は常に水平方向で、体験者視線のみがセンサーの情報を反映した表示となる。
【００３３】
図１５は、図１２に於ける基準視線を別の部屋、別の方向に移動した状態を示す。この時体験者は自分の頭の位置、方向を動かしておらず、新しい基準視線からの相対的な位置関係は保たれたままである。なお、操作者の操作とは関係なく、体験者は自由に頭を動かし、周りを見回すことができる。
【００３４】
図１６は、上面図５０上に基準視線を示す図形５１と体験者視線を示す図形５２を表示した実施例である。パース図５３には、体験者のＨＭＤに表示されている画像と同じものが表示されている。パース図の表示は、体験者視線の画像に代えて、俯瞰画像を表示する様にしてもよい。
【００３５】
図１７の様に、上面図に於ける図１０の図形に代えて、パース図上のＨＭＤを装着した体験者の位置に人形モデル５５を表示し、これをマウスで移動・回転させることで基準視線を変更できる様にしてもよい。
【００３６】
内装外装材入替手段は、操作者がマウスやキーボード、コントローラなどの入力装置を用いて、仮想空間内の仮想建造物の内装材・外装材の材質・色・模様などを選択・入れ替えなどの操作を行うことができる。図１８及び図１９はその例である。図１８に於いて、パース図部分は体験者がＨＭＤを介して見ている画面である。操作者は、素材パレットから素材を１つ選択し、パース図の床部分にドラッグする。すると図１９の様に平面図等表示手段３１のパース図上に表示されている床の素材が変わる。すなわち体験者がＨＭＤを介して見ている仮想空間表示手段２４上の床の材質も同様に変わる。
【００３７】
家具建具配置手段は、操作者がマウスやキーボード、コントローラなどの入力装置を用いて、仮想空間内に置かれた家具・建具等の部品を選択・移動・回転・削除・入れ替えなどの操作を行うことができる。図２０及び図２１はその例である。図２０に於いて、パース図部分は体験者がＨＭＤを介して見ている画面である。操作者は、家具パレットから家具を１つ選択し、パース図の床部分にドラッグする。すると図２１の様に平面図等表示手段３１のパース図上に表示されている床の上に家具が配置される。すなわち体験者がＨＭＤを介して見ている仮想空間表示手段２４上の床の上にも家具が現れる。
【００３８】
操作者は、パース図上で家具の１つを選択した状態で、家具パレットから別の家具を選択し、「家具を入れ替える」メニューを選択すると、パース図上の家具が家具パレットで選択した家具に入れ替わる。図２２は、家具の入れ替え操作を行っている画面の例である。図２１の画面に於いて選択されている家具が、別の家具に入れ替わっている。
【００３９】
この様にして、体験者に操作の説明や練習をさせることなく操作者が説明したい箇所へ簡単に案内でき、かつ、体験者は立ち上がったり、周りを見回したり、覗き込んだりといった動作で仮想空間に没入する感覚を損なうことなく体験することができる様になる。
【符号の説明】
【００４０】
１１：計算機
１２：マウス
１３：キーボード
１４：表示装置
１５：ＨＭＤ
１６：コントローラ
１７：外部記憶装置
１８：印刷装置
２１：仮想建造物定義手段
２２：仮想建造物データ読込手段
２３：外部制御手段
２４：仮想空間表示手段
３１：平面図等表示手段
３２：視点位置視線方向制御手段
３３：内装外装材入替手段
３４：家具建具配置手段
３６：上面図
３７：パース図
４１：視線方向
４２：視点位置
４３：画角
５０：上面図
５１：基準視線を示す図形
５２：体験者視線を示す図形
５３：パース図
５５：パース図上で基準視線位置を示す人形モデル
６１：家具が選択状態であることを示す選択枠
【図１】
2018013562.tif 000003
【図２】
2018013562.tif 000004
【図３】
2018013562.tif 000005
【図４】
2018013562.tif 000006
【図５】
2018013562.tif 000007
【図６】
2018013562.tif 000008
【図７】
2018013562.tif 000009
【図８】
2018013562.tif 000010
【図９】
2018013562.tif 000011
【図１０】
2018013562.tif 000012
【図１１】
2018013562.tif 000013
【図１２】
2018013562.tif 000014
【図１３】
2018013562.tif 000015
【図１４】
2018013562.tif 000016
【図１５】
2018013562.tif 000017
【図１６】
2018013562.tif 000018
【図１７】
2018013562.tif 000019
【図１８】
2018013562.tif 000020
【図１９】
2018013562.tif 000021
【図２０】
2018013562.tif 000022
【図２１】
2018013562.tif 000023
【図２２】
2018013562.tif 000024