(57)【要約】【課題】観察者が頭部を傾斜させても観察者による画像の立体視を維持する。【解決手段】画像生成装置は、基準姿勢における頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得する角度情報取得手段と、前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出する位置算出手段と、立体視可能となるように、前記位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する画像生成手段と、を有する。【選択図】図１
2011165068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得する角度情報取得手段と、
前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出する位置算出手段と、
立体視可能となるように、前記位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する画像生成手段と、
を有する画像生成装置。
【請求項２】
前記角度情報は、前記画像生成手段により生成された前記画像を表示する表示面に平行な平面における、該表示面の水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度を示す情報である、請求項１に記載の画像生成装置。
【請求項３】
前記位置算出手段は、
前記設定視点情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目の位置を算出する左目位置算出手段と、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の右目の位置を算出する右目位置算出手段と、
を有する請求項１又は２に記載の画像生成装置。
【請求項４】
前記設定視点情報は、観察者の視野の上方向のベクトルである上方ベクトルを示す情報を含み、
前記左目位置算出手段及び前記右目位置算出手段は、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の視野の上方向ベクトルを更に算出し、
前記画像生成手段は、
前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該左目の位置を原点として該上方ベクトルを３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する左目用ビュー座標変換手段と、
前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該右目の位置を原点として該上方ベクトルを３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する右目用ビュー座標変換手段と、
前記左目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
前記右目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記右目位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
を有する、請求項３に記載の画像生成装置。
【請求項５】
前記画像生成手段は、
前記左目画像生成により生成された前記画像を前記傾斜角だけ回転させる左目画像回転手段と、
前記右目画像生成により生成された前記画像を前記傾斜角だけ回転させる右目画像回転手段と、
を更に有する、請求項４に記載の画像生成装置。
【請求項６】
前記位置算出手段は、
前記基準姿勢の観察者の左目の位置を示す左目用視点情報と、該基準姿勢の観察者の右目の位置を示す右目用視点情報とを含む設定視点情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記左目用視点情報又は前記右目用視点情報を交互に切り替えて中心算出手段へ出力する切り替え手段と、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報から、前記回転軸と、所定の平面との交点である、回転中心の位置を算出する中心算出手段と、
前記記憶手段に記憶された前記左目用視点情報又は前記右目用視点情報と、前記傾斜角取得手段により取得された前記傾斜角と、前記中点算出手段により算出された前記回転中心とから、該観察者の実際の左目又は右目の位置を算出する視点算出手段と、
を有する、請求項１又は２に記載の画像生成装置。
【請求項７】
前記設定視点情報は、観察者の視野の上方向のベクトルである上方ベクトルを示す情報を含み、
前記左目位置算出手段及び前記右目位置算出手段は、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、観察者の実際の視野の上方向ベクトルを更に算出し、
前記画像生成手段は、
前記視点算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該左目の位置を原点として該上方ベクトルに沿った軸を３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する左目用ビュー座標変換手段と、
前記視点算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該右目の位置を原点として該上方ベクトルに沿った軸を３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する右目用ビュー座標変換手段と、
前記左目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
前記右目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記右目位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
を有する、請求項６に記載の画像生成装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像生成装置と、
前記画像生成装置により生成された前記画像を表示する設置型の表示装置と、
を有する、画像表示システム。
【請求項９】
角度情報取得手段が、基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得し、
位置算出手段が、前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出し、
画像生成手段が、立体視可能となるように、前記位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する、画像生成方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得する角度情報取得手順、
前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手順により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出する位置算出手順、及び
立体視可能となるように、前記位置算出手順により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する画像生成手順、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視可能な３次元グラフィックスを生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、両眼視差を利用した立体視用の３次元グラフィックスを生成する画像生成装置の研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
一般的な画像生成装置は、観察者の両眼の位置を予め想定しておき、その両眼の位置から見たときに立体視可能な画像を生成する。
【０００４】
しかし、実際には、観察者が左右あるいは上下に移動したり、移動はしなくても頭部を左右に傾けたりすることがある。観察者が移動したことで両眼の位置が想定した位置から外れてしまえば、観察者は画像を立体視できなくなったり、自然な立体感が得られなくなったりする。また、観察者が頭部を傾けたことで両眼あるいは片眼の位置が想定した位置から外れてしまえば、やはり観察者が画像を立体視できなくなったり、自然な立体感が得られなくなったりする。また、観察者が頭部を上に向けたり、下に向けたりした場合にも観察者の両眼の位置が想定した位置から外れることがある。
【０００５】
特許文献１に記載されたプロジェクタはレンチキュラスクリーンに画像を投影する。レンチキュラスクリーンは、観察者の目の位置から画像上の注視点への視線方向の向きが変われば、画像の見え方も変化する。このため、観察者がスクリーンに沿って平行移動したり、顔を正面から、幾分横に向けたりすると、視線方向の向きが変わり、立体視ができなくなる場合がある。
【０００６】
このプロジェクタは、観察者がスクリーンに沿って平行移動すると、追従してプロジェクタ自身もスクリーンに沿って平行移動してスクリーン上の画像を平行移動させる。このため、観察者が平行移動しても、立体視が可能となる。
【０００７】
また、プロジェクタは、観察者の顔が正面から、幾分横に向くように頭部が傾斜すると、その傾斜角を頭頂部の角度センサで検出する。その傾斜角に応じて、観察者の視線の方向とスクリーンのなす角度が傾斜前の角度に修正されるようにプロジェクタ自身がスクリーンに沿って平行移動してスクリーン上の画像を平行移動させる。平行移動する画像を観察者が目で追うので、注視点も移動する。両眼の位置の移動に応じて注視点も移動する結果、視線方向の向きが修正され、観察者が顔を、ある程度、横に向けても立体視が可能となる。
【０００８】
特許文献２に記載されたデータ処理装置は、観察者の頭部に取り付けた超音波発振器からの超音波信号に基づいて、ディスプレイを起点とした観察者の頭部の相対位置を求め、その位置から両眼の位置を推測する。そして、データ処理装置は、その両眼の位置から立体的に見えるように、左目用および右目用の画像を生成している。このため、観察者がディスプレイから離れたり近づいたりしても、観察者は立体視が可能となる。
【０００９】
また、このデータ処理装置は、ディスプレイを起点とした観察者の頭部の相対位置に基づいて、ディスプレイの表示面が観察者の方に向くように、水平走査線に平行な軸周りと、垂直走査線に平行な軸周りにディスプレイを回転させる。このため、観察者がディスプレイの周囲を回ったり、観察者が立ったり座ったりしても、立体視が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−３２８１７０号公報
【特許文献２】特許２７１８７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１または特許文献２に記載された装置では、観察者が頭部を回転させた場合に、自然な立体感を得られなくなる場合があった。
【００１２】
特許文献１または特許文献２に記載された装置の問題について説明する前に、図６を参照して、一般的な画像生成装置において、頭部が傾斜した場合について説明する。図６は、顔がディスプレイに正対した状態で首を傾げた場合の観察者の両眼の位置の変化の一例を示す図である。同図におけるＸ軸が画面の水平走査線に平行な軸、Ｙ軸が画面の垂直走査線に平行な軸、Ｚ軸が奥行きを示す軸である。同図に示すように、顔をディスプレイの正面に向けた状態で観察者が首を傾げると、両眼を結んだ直線の中点を中心に、Ｚ軸周りに両眼の位置が回転する。その結果、回転前にＶｌ，Ｖｒであった観察者の両眼の位置が、Ｖｌ’，Ｖｒ’へ移動する。
【００１３】
現実の立体的な物体を、回転後のＶｌ’，Ｖｒ’から見ると、物体の見え方が回転前のＶｌ，Ｖｒから見た場合と比較して変化する。例えば、回転後の左目の位置Ｖｌ’は、回転前のＶｌより高い位置にあるので、Ｖｌから見えなかった物体の上面がＶｌ’から見えることがある。また、傾斜後の右目の位置Ｖｒ’は、傾斜前のＶｒから水平走査線に沿った方向へ移動しているので、Ｖｒからは見えていた物体の側面がＶｒ’から見えなくなることがある。しかし、頭部が傾斜したにも関わらず、画像生成装置が、回転前の両眼の位置Ｖｌ，Ｖｒから見た物体を表示する画像を生成すると、その画像内の物体の見え方は頭部の回転後の両眼の位置からの見え方と異なるので、観察者は、その画像から自然な立体感を得られなくなる。観察者が顔を前方や後方に傾けたり、顔を横に向けたりする場合も同様である。
【００１４】
特許文献１に記載されたプロジェクタは、観察者の目の位置の水平走査線（図６ではＸ軸）上のずれを算出するが、垂直走査線（図６ではＹ軸）上のずれや奥行き（図６ではＺ軸上）のずれは算出せず、Ｙ軸、Ｚ軸上のずれがないという想定のもとに画像を生成する。顔をディスプレイの正面に向けたままで観察者が首を傾けた場合は、Ｙ軸上にもずれが生じ、顔を前方または後方に傾けたり、顔を横に向けたりした場合は、Ｚ軸上にもずれが生じる。
【００１５】
傾斜の方向によっては、目の位置のＸ軸上のずれがほとんどなくとも、Ｚ軸上またはＹ軸上のずれが大きくなることがある。Ｚ軸、Ｙ軸上のずれが増大してもＸ軸上のずれが傾斜前と変わらなければ、プロジェクタは、傾斜前の両眼の位置から見た物体を表示する画像を投影する。その画像内の物体の見え方は頭部の傾斜後の両眼の位置からの見え方と異なるので、自然な立体感を得られなくなるという問題があった。
【００１６】
特許文献２に記載されたデータ処理装置は、観察者の頭部の一点に取り付けられた超音波発振器からの信号を受信して、その信号から観察者の頭部の位置を求めている。しかし、超音波発振器が頭部の傾斜運動の中心となる点に取り付けられていた場合、観察者が頭部を傾斜させても、データ処理装置は、傾斜を検出できない。
【００１７】
例えば、超音波発振器が両眼を結ぶ線分の中点に取り付けられている場合、その中点を中心に観察者が顔を傾けても、データ処理装置は、両眼の位置が傾斜前と同じと推測してしまう。
【００１８】
この場合、データ処理装置は、傾斜前の両眼の位置から見た物体を表示する画像を生成する。その画像内の物体の見え方は頭部の傾斜後の両眼の位置からの見え方と異なるので、自然な立体感を得られなくなるという問題があった。
【００１９】
本発明は、観察者が頭部を傾斜させても観察者による画像の立体視を維持する技術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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の画像生成装置は、基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得する角度情報取得手段と、前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出する位置算出手段と、立体視可能となるように、前記位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する画像生成手段と、を有する。
【００２１】
本発明の画像表示システムは、本発明の画像生成装置と、前記画像生成装置により生成された前記画像を表示する設置型の表示装置と、を有する。
【００２２】
本実施形態の画像生成方法は、角度情報取得手段が、基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得し、位置算出手段が、前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出し、画像生成手段が、立体視可能となるように、前記位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する、画像生成方法である。
【００２３】
本発明のプログラムは、コンピュータに、基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得する角度情報取得手順、前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手順により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出する位置算出手順、及び立体視可能となるように、前記位置算出手順により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する画像生成手順、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、画像生成装置は、基準姿勢における頭部の姿勢と実際の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得し、その角度情報と設定視点情報とから、傾斜角だけ頭部を傾けた観察者の左目及び右目の位置を算出し、立体視可能となるように、左目で見た画像と右目で見た画像とを生成する。このように、画像生成装置は、傾斜角から傾斜後の両眼の位置自体を算出して、それらの位置から見た画像を生成するので、その画像の見え方は実際に頭部が傾斜した場合の両眼の位置からの見え方と一致し、観察者による画像の立体視を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態の立体視画像生成装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）本発明の第１の実施形態の左目視線情報の示す内容の一例を示す図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態の右目視線情報の示す内容の一例を示す図である。（ｃ）本発明の第１の実施形態の左目用補正視線情報の示す内容の一例を示す図である。（ｄ）本発明の第１の実施形態の右目用補正視線情報の示す内容の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の補正部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】（ａ）本発明の第１の実施形態の補正後の左目視点座標を算出するための行列式である。（ｂ）本発明の第１の実施形態の補正後の上方ベクトルを算出するための行列式である。
【図５】本発明の第１の実施形態の立体視画像生成部の一構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のワールド座標系における３次元物体の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の左目用補正座標変換部および右目用補正座標変換部の一構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の、傾斜角だけ回転させた左目用の３次元グラフィックスの一例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の、傾斜角だけ回転させた右目用の３次元グラフィックスの一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の立体視画像生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施形態の補正処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第１の実施形態の立体視画像生成処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施形態の補正部の一構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を実施するための実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の立体視画像生成装置１の一構成例を示すブロック図である。立体視画像生成装置１は、立体視可能な３次元グラフィックスを生成してディスプレイに出力する画像生成装置である。
【００２７】
図１を参照すると、立体視画像生成装置１は、傾斜角受信部１０、補正部２０、および立体視画像生成部３０を有する。また、立体視画像生成装置１は、観察者顔傾斜角センサー２と、左目用ディスプレイ３および右目用ディスプレイ４とに有線または無線で接続されている。
【００２８】
観察者顔傾斜角センサー２は、ジャイロセンサーや加速度センサーなどを使用することにより、基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を、頭部が傾いた傾斜角として検出する。基準姿勢は、例えば、観察者の顔面がディスプレイの正面に正対し、且つ観察者が首を傾げていない姿勢である。頭部の傾斜角には、ディスプレイの水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度、及び、ディスプレイの法線と観察者の顔面の法線とのなす角度などがある。
【００２９】
例えば、観察者がディスプレイに正対したままで首を傾げた場合、観察者顔傾斜角センサー２は、ディスプレイの水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度を傾斜角として検出する。観察者顔傾斜角センサー２は、観察者が顔を正面から横に向けた場合、または観察者が顔を前方または後方に傾けた場合、ディスプレイの法線と観察者の顔面の法線とのなす角度を傾斜角として検出する。
【００３０】
本実施形態では、観察者顔傾斜角センサー２は、観察者の顔面がディスプレイに正対したままで首を傾げた場合の傾斜角のみを検出する。
【００３１】
観察者顔傾斜角センサー２は、定期的に、または所定のイベントが発生したときに検出した傾斜角を示す角度情報を立体視画像生成装置１へ送信する。所定のイベントとしては、観察者顔傾斜角センサー２に電源が投入されたこと、閾値以上の傾斜角が検出されたこと、立体視画像生成装置１から立体視画像の表示開始を示す信号を受信したことなどがある。
【００３２】
立体視画像生成装置１は、傾斜角受信部１０、補正部２０、および立体視画像生成部３０を有する。
【００３３】
傾斜角受信部１０は、観察者顔傾斜角センサー２から角度情報を受信し、補正部２０へ出力する。
【００３４】
補正部２０は、予め設定視線情報を記憶しておき、角度情報と設定視線情報とから、補正視線情報を生成する。
【００３５】
設定視線情報は、顔をディスプレイの正面に向けた状態で観察者が頭部を傾けていない場合の視線情報である。補正視線情報は、顔をディスプレイの正面に向けた状態で観察者が傾斜角だけ首を傾けた場合の視線情報である。
【００３６】
ここで、視線情報とは、観察者の両眼のうち少なくとも１つの３次元位置の立体座標と、注視点の立体座標と、上方ベクトルとを示す情報である。両眼の３次元位置は、それぞれ視点とも呼ばれる。注視点は、各視点から観察者が視線方向に沿って注視した点である。上方ベクトルとは、観察者の視界の上下左右のうち、上方を示すベクトルである。上方ベクトルは、３次元のベクトルで定義される。
【００３７】
また、センサーの種類によっては、どれだけ傾いたかという動的な傾斜角の検出は可能だが、現在、どれだけ傾いているかという静的な傾斜角の検出が困難な場合がある。この場合、観察者顔傾斜角センサー２の電源投入時に、観察者の頭部が既に傾いた状態では、静的な検出角が反映されず、実際の傾斜角が正確に検出されないことがある。静的な傾斜角の検出が困難な場合、観察者が、頭部を傾けていない状態で観察者顔傾斜角センサー２を初期化するための操作を行ったときに、立体視画像生成装置１は、設定視線情報を初期値に更新するものとする。
【００３８】
静的な傾斜角の検出が可能なセンサーを用いる場合は、この初期化の操作は不要である。静的な傾斜角を検出可能なセンサーとしては、例えば、電極２本および電解液を密封したセンサーがある。このセンサーが傾くと、各電極の、電解液に浸る面積が変化し、その結果、静電容量が変化する。この静電容量の変化から、センサーは、静的な検出角を検出できる。
【００３９】
設定視線情報および角度情報から、補正視線情報を算出する方法の詳細については、図３で後述する。
【００４０】
本実施形態では、設定視線情報は、右目視線情報および左目視線情報を含み、補正視線情報は、右目用補正視線情報および左目用補正視線情報を含む。
【００４１】
図２（ａ）は、左目視線情報の示す内容の一例である。同図（ａ）に示すように、左目視線情報は、観察者の左目の３次元位置の立体座標Ｖｌ（Ｖｌｘ，Ｖｌｙ，Ｖｌｚ）と、注視点の立体座標Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と、上方ベクトルＵｐ（Ｕｐｘ，Ｕｐｙ，Ｕｐｚ）とを示す情報である。
【００４２】
図２（ｂ）は、右目視線情報の示す内容の一例である。同図（ｂ）に示すように、右目視線情報は、観察者の右目の３次元位置の立体座標Ｖｒ（Ｖｒｘ，Ｖｒｙ，Ｖｒｚ）と、注視点の立体座標Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と、上方ベクトルＵｐ（Ｕｐｘ，Ｕｐｙ，Ｕｐｚ）とを示す情報である。
【００４３】
図２（ｃ）は、左目用補正視線情報の示す内容の一例である。同図（ｃ）に示すように、左目用補正視線情報は、観察者の補正後の左目の３次元位置の立体座標Ｖｌ’（Ｖｌｘ’，Ｖｌｙ’，Ｖｌｚ’）と、注視点の立体座標Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と、補正後の上方ベクトルＵｐ（Ｕｐｘ，Ｕｐｙ，Ｕｐｚ）とを示す情報である。
【００４４】
図２（ｄ）は、右目用補正視線情報の示す内容の一例である。同図（ｄ）に示すように、右目用補正視線情報は、観察者の補正後の右目の３次元位置の立体座標Ｖｒ’（Ｖｒｘ’，Ｖｒｙ’，Ｖｒｚ’）と、注視点の立体座標Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と、補正後の上方ベクトルＵｐ’（Ｕｐｘ’，Ｕｐｙ’，Ｕｐｚ’）とを示す情報である。
【００４５】
図１に戻り、立体視画像生成部３０は、補正視線情報および角度情報に基づいて、補正視線情報の示す観察者の両眼の視点から立体視できるように、左目用の立体視画像と右目用の立体視画像とを生成する。立体視画像の生成方法の詳細については、図５で後述する。
【００４６】
本実施形態では、立体視画像生成部は、左目用の立体視画像を示す左目用画像情報と、右目用の立体視画像を示す右目用画像情報とをそれぞれ左目用ディスプレイ３と、右目用ディスプレイ４とに出力する。
【００４７】
左目用ディスプレイ３および右目用ディスプレイ４は、設置型の表示装置であり、それぞれ左目用立体視画像情報の示す立体視画像、右目用立体視画像情報の示す立体視画像を表示する。
【００４８】
立体視の方式は、両眼視差を利用し、設置型のディスプレイへの画像の表示を想定する方式であれば、任意の方式を採用できる。例えば、眼鏡型のデバイスを用いる偏光方式やアクティブシャッター方式でもよいし、裸眼立体視が可能な方式であってもよい。
【００４９】
図３を参照して、補正部２０の構成について詳細に説明する。同図は、補正部２０の一構成例を示すブロック図である。同図を参照すると、補正部２０は、設定値記憶部２０１、左目用視線補正部２０２、および右目用視線補正部２０３を有する。
【００５０】
設定値記憶部２０１は、設定視線情報として、左目視線情報および右目視線情報を記憶している。
【００５１】
左目用視線補正部２０２は、視点中心演算部２０２１、左目視点補正部２０２２、および上方ベクトル補正部２０２３を有する。右目用視線補正部２０３は、視点中心演算部２０３１、右目視点補正部２０３２、および上方ベクトル補正部２０３３を有する。
【００５２】
視点中心演算部２０２１および２０３１は、左目視線情報の示す左目の立体座標Ｖｌ（Ｖｌｘ，Ｖｌｙ，Ｖｌｚ）と、右目視線情報の示す右目の立体座標Ｖｒ（Ｖｒｘ，Ｖｒｙ，Ｖｒｚ）とから、観察者の両眼を結ぶ線分の中点Ｖｃ（Ｖｃｘ，Ｖｃｙ，Ｖｃｚ）を算出する。Ｖｃを以下、「視点中心」と称する。視点中心Ｖｃは下記の式により算出される。
【００５３】
【数１】
2011165068.tif 000003
【００５４】
視点中心演算部２０２１は、算出したＶｃを左目視点補正部２０２２および上方ベクトル補正部２０２３へ出力する。視点中心演算部２０３１は、算出したＶｃを右目視点補正部２０３２および上方ベクトル補正部２０３３へ出力する。
【００５５】
左目視点補正部２０２２は、視点中心Ｖｃ（Ｖｃｘ，Ｖｃｙ，Ｖｃｚ）と、注視点Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）とから、下記の式を使用して、回転軸のベクトルＨＶｃを求める。
【００５６】
【数２】
2011165068.tif 000004
【００５７】
そして、左目視点補正部２０２２は、下記の式を使用してＨＶｃを正規化し、単位ベクトルＮ（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）を求める。
【００５８】
【数３】
2011165068.tif 000005
【００５９】
【数４】
2011165068.tif 000006
【００６０】
次いで、左目視点補正部２０２２は、左目の立体座標Ｖｌ（Ｖｌｘ，Ｖｌｙ，Ｖｌｚ）を、視点中心Ｖｃが原点になるように平行移動する。平行移動後、左目視点補正部２０２２は、４×４の行列演算により、単位ベクトルＮを軸にＶｌをθだけ回転させる。回転させたＶｌを、左目視点補正部２０２２は、視点中心Ｖｃが元の位置に戻るように再度平行移動する。
【００６１】
左目視点補正部２０２２は、再度の平行移動後のＶｌの座標を補正左目視点座標Ｖｌ’  （Ｖｌｘ’，Ｖｌｙ’，Ｖｌｚ’）とする。
【００６２】
具体的には、Ｖｌ’  （Ｖｌｘ’，Ｖｌｙ’，Ｖｌｚ’）は、図４（ａ）に示す行列式により算出される。
【００６３】
上方ベクトル補正部２０２３は、視点中心Ｖｃ（Ｖｃｘ，Ｖｃｙ，Ｖｃｚ）と、注視点Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）とから、上記（２）〜（４）式を使用して、ＨＶｃから単位ベクトルＮ（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）を求める。
【００６４】
上方ベクトル補正部２０２３は、図４（ｂ）に示す行列式を使用して、左目視線情報の示す上方ベクトルＵｐ（Ｕｐｘ，Ｕｐｙ，Ｕｐｚ）と、単位ベクトルＮ（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）とから、補正上方ベクトルＵｐ’（Ｕｐｘ’，Ｕｐｙ’，Ｕｐｚ’）を算出する。
【００６５】
左目用視線補正部２０２は、左目視点補正部２０２２で算出された左目視点座標Ｖｌ’  （Ｖｌｘ’，Ｖｌｙ’，Ｖｌｚ’）と、左目視線情報に含まれる注視点Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と、上方ベクトル補正部２０２３で算出された上方ベクトルＵｐ’（Ｕｐｘ’，Ｕｐｙ’，Ｕｐｚ’）とを示す情報を左目用補正視線情報として立体視画像生成部３０へ出力する。
【００６６】
右目視点補正部２０３２は、視点中心Ｖｃ（Ｖｃｘ，Ｖｃｙ，Ｖｃｚ）と、注視点Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）とから、上記（２）〜（４）式を使用して、ＨＶｃから単位ベクトルＮ（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）を求める。
【００６７】
そして、右目視点補正部２０３２は、図４（ａ）に示した行列式のＶｌ（Ｖｌｘ，Ｖｌｙ，Ｖｌｚ）をＶｒ（Ｖｒｘ，Ｖｒｙ，Ｖｒｚ）に置き換えた式を使用して、右目視点座標Ｖｒ’  （Ｖｒｘ’，Ｖｒｙ’，Ｖｒｚ’）を算出する。
【００６８】
上方ベクトル補正部２０３３は、上方ベクトル補正部２０２３と同様の方法で、上方ベクトルＵｐ’（Ｕｐｘ’，Ｕｐｙ’，Ｕｐｚ’）を算出する。
【００６９】
右目用視線補正部２０３は、右目視点補正部２０３２で算出された右目視点座標Ｖｒ’（Ｖｒｘ’，Ｖｒｙ’，Ｖｒｚ’）と、右目視線情報に含まれる注視点Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と、上方ベクトル補正部２０３３で算出された上方ベクトルＵｐ’（Ｕｐｘ’，Ｕｐｙ’，Ｕｐｚ’）とを示す情報を右目用補正視線情報として立体視画像生成部３０へ出力する。
【００７０】
続いて、図５を参照して、立体視画像生成部３０の構成について説明する。同図を立体視画像生成部３０の一構成例を示すブロック図である。同図を参照すると、立体視画像生成部３０は、３次元物体情報記憶部３０１、左目用ビュー座標変換部３０２、右目用ビュー座標変換部３０３、左目用透視投影座標変換部３０４、右目用透視投影座標変換部３０５を有する。
【００７１】
更に、立体視画像生成部３０は、左目用補正座標変換部３０６、右目用補正座標変換部３０７、左目用スクリーン座標変換部３０８、右目用スクリーン座標変換部３０９、左目用ピクセル生成部３１０、右目用ピクセル生成部３１１、左目用画像メモリ３１２、および右目用画像メモリ３１３を有する。
【００７２】
３次元物体情報記憶部３０１は、ワールド座標系で各座標が定義された３次元物体を示す３次元物体情報を記憶している。３次元物体情報には、各座標のピクセルデータも含まれる。ピクセルデータは、例えば、ＲＧＢ（Ｒｅｄ  Ｇｒｅｅｎ  Ｂｌａｃｋ）形式のデータを使用する。
【００７３】
ここで、ワールド座標系とは、３次元物体が移動または表示される空間全体を表す座標系である。
【００７４】
３次元物体情報は、アプリケーションソフトウェアなどにより生成され、３次元物体情報記憶部３０１に格納される。図５では、アプリケーションソフトウェアは省略されている。
【００７５】
図６は、ワールド座標系の３次元物体の一例を示す図である。同図におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で定義される空間がワールド座標系であり、グレーの立方体が３次元物体である。
【００７６】
図５に戻り、左目用ビュー座標変換部３０２は、３次元物体情報記憶部３０１から３次元物体情報を読み出し、左目用視線補正部２０２から左目用補正視線情報を受信する。左目用ビュー座標変換部３０２は、３次元物体情報の示す３次元物体の各座標を、左目用補正視線情報に基づいて、ビュー座標に変換して左目用透視投影座標変換部３０４へ出力する。
【００７７】
具体的には、左目用ビュー座標変換部３０２は、左目用補正視線情報から、左目の立体座標Ｖｌ’、注視点Ｈ、および上方ベクトルＵｐ’を取得する。左目用ビュー座標変換部３０２は、左目の立体座標Ｖｌ’を原点、Ｕｐ’に平行な軸をＵ軸、奥行きをＮ軸、Ｕ軸およびＮ軸に垂直な軸をＶ軸とするＵ、Ｖ、Ｎ軸を定義し、これらの３軸上の座標をビュー座標とする。左目用ビュー座標変換部３０２は、３次元物体の各立体座標を、定義したビュー座標に変換する。
【００７８】
右目用ビュー座標変換部３０３は、３次元物体情報記憶部３０１から３次元物体情報を読み出し、右目用視線補正部２０３から右目用補正視線情報を受信する。右目用ビュー座標変換部３０３は、３次元物体情報の示す３次元物体の各座標を、右目用補正視線情報に基づいて、右目の立体座標Ｖｒ’を原点とするビュー座標に変換する。
【００７９】
左目用透視投影座標変換部３０４は、左目用ビュー座標変換部３０２によりビュー座標に変換された３次元物体の各座標を、透視投影法により、２次元の透視投影座標に変換して左目用補正座標変換部３０６へ出力する。
【００８０】
右目用透視投影座標変換部３０５は、右目用ビュー座標変換部３０３によりビュー座標に変換された３次元物体の各立体座標を、透視投影法により、平面座標である透視投影座標に変換して右目用補正座標変換部３０７へ出力する。
【００８１】
図７を参照して、左目用補正座標変換部３０６および右目用補正座標変換部３０７の構成について説明する。同図は、左目用補正座標変換部３０６および右目用補正座標変換部３０７の一構成例を示すブロック図である。同図を参照すると、左目用補正座標変換部３０６は、左目用２次元座標変換演算部３０６１を有し、右目用補正座標変換部３０７は、右目用２次元座標変換演算部３０７１を有する。
【００８２】
観察者が首を傾けていない場合、上方向ベクトルが、ディスプレイの垂直走査線に沿った方向と平行になることを想定して画像が生成される。しかし、本実施形態では、補正部２０は、上方ベクトルＵｐを、両眼を結ぶ直線に垂直な軸を中心として角度情報の示す傾斜角θだけ、回転させてＵｐ’としている。
【００８３】
ビュー座標系では、回転されたＵｐ’に平行な軸をＵ軸とするので、Ｕｐ’に基づいて生成された画像は、ディスプレイの垂直走査線に対して−θだけ回転された画像となる。このため、この画像を画面の原点の周りにθだけ回転させる必要がある。
【００８４】
左目用２次元座標変換演算部３０６１は、透視投影法により生成された左目用の画像を、原点の周りに傾斜角θだけ回転させ、左目用スクリーン座標変換部３０８へ出力する。
【００８５】
画像上の座標（ｘ，ｙ）をθ回転させた平面座標（ｘ’，ｙ’）は、下記の式により算出される。
【００８６】
【数５】
2011165068.tif 000007
【００８７】
【数６】
2011165068.tif 000008
【００８８】
右目用２次元座標変換演算部３０７１は、透視投影法により生成された右目用の画像を、上記（５）式および（６）式を使用して、原点の周りに傾斜角θだけ回転させ、右目用スクリーン座標変換部３０９へ出力する。
【００８９】
図８は、左目用２次元座標変換演算部３０６１による回転前後の画像を示す図である。同図における白抜きの立方体が回転前の物体であり、グレーの立方体が回転後の物体である。同図に示すように、画面内の物体は原点周りに傾斜角θだけ回転される。
【００９０】
図９は、右目用２次元座標変換演算部３０７１による回転前後の画像を示す図である。同図における白抜きの立方体が回転前の物体であり、グレーの立方体が回転後の物体である。同図に示すように、画面内の物体は原点周りに傾斜角θだけ回転される。
【００９１】
図５に戻り、左目用スクリーン座標変換部３０８は、左目用２次元座標変換演算部３０６１からの画像の各座標を、スクリーン座標に変換する。スクリーン座標は、概念上定義する２次元のスクリーンの縦横サイズをそれぞれｘ、ｙ軸のmax値とする座標系である。左目用スクリーン座標変換部３０８は、座標変換した画像を左目用ピクセル生成部３１０へ出力する。
【００９２】
右目用スクリーン座標変換部３０９は、右目用２次元座標変換演算部３０７１からの画像の各座標を、スクリーン座標に変換して右目用ピクセル生成部３１１へ出力する。
【００９３】
左目用ピクセル生成部３１０は、３次元物体情報に基づき、左目用スクリーン座標変換部３０８からの画像の各座標のピクセルデータを生成して、左目用画像メモリ３１２へ出力する。
【００９４】
右目用ピクセル生成部３１１は、３次元物体情報に基づき、右目用スクリーン座標変換部３０９からの画像の各座標のピクセルデータを生成して、右目用画像メモリ３１３へ出力する。
【００９５】
左目用画像メモリ３１２は、左目用ピクセル生成部３１０により生成された各ピクセルデータを含むデータを左目用画像情報として記憶する。
【００９６】
右目用画像メモリ３１３は、右目用ピクセル生成部３１１により生成された各ピクセルデータを含むデータを右目用画像情報として記憶する。
【００９７】
立体画像生成部３０は、左目用画像メモリ３１２、右目用画像メモリ３１３に記憶された左目用画像情報、右目用画像情報をそれぞれ、フレームレートに応じて、左目用ディスプレイ３、右目用ディスプレイ４へ出力する。
【００９８】
次いで、図１０〜図１２を参照して、立体視画像生成装置１の動作について説明する。図１０は、本実施形態の立体視画像生成装置１の動作を示すフローチャートである。この動作は、立体視画像生成装置１が、傾斜角θを観察者顔傾斜角センサー２から受信したときに開始する。
【００９９】
補正部２０は、θだけ首を傾けた場合の観察者の両眼の立体座標を求める補正処理を実行する（ステップＳ１）。立体視画像生成部３０は、補正部２０で求めた両眼の視点から立体視可能となるように、左目用の画像と右目用の画像とを生成する（ステップＳ２）。ステップＳ２の後、立体視画像生成装置１は、θに基づいて立体視画像を生成する処理を終了する。
【０１００】
θを受信しない場合は、立体視画像生成装置１は、立体視画像を生成するための、一般的な処理を実行する。図１０では、θを受信しない場合の処理は省略されている。
【０１０１】
図１１は、補正処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、補正部２０は、左目視線情報と、右目視線情報とから、視点中心Ｖｃとを算出する（ステップＳ１１）。
【０１０２】
補正部２０は、視点中心、左目視線情報、および傾斜角θから、図４（ａ）、（ｂ）に示した行列式を使用して、左目補正視線情報を求める（ステップＳ１２）。補正部２０は、視点中心、右目視線情報、および傾斜角θから、右目補正視線情報を求める（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の後、補正部２０は、補正処理を終了する。
【０１０３】
図１２は、立体画像生成処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、立体画像生成部３０は、３次元物体のワールド座標を、左目補正視線情報の示す左目の視点を原点とするビュー座標に変換する（ステップＳ２１）。立体画像生成部３０は、３次元物体のワールド座標を、右目補正視線情報の示す右目視点を原点とするビュー座標に変換する（ステップＳ２２）。
【０１０４】
立体画像生成部３０は、透視投影法を使用して、左目用のビュー座標を、左目用の透視投影座標に変換する（ステップＳ２３）。立体画像生成部３０は、右目用のビュー座標を、右目用の透視投影座標に変換する（ステップＳ２４）。
【０１０５】
立体画像生成部３０は、左目用の画像を傾斜角θだけ回転させる（ステップＳ２５）。立体画像生成部３０は、右目用の画像を傾斜角θだけ回転させる（ステップＳ２６）。
【０１０６】
立体画像生成部３０は、左目用の画像の各座標を、スクリーン座標に変換する（ステップＳ２７）。立体画像生成部３０は、右目用の画像の各座標を、スクリーン座標に変換する（ステップＳ２８）。
【０１０７】
立体画像生成部３０は、３次元物体情報に基づいて、左目用の各スクリーン座標のピクセルデータを生成して出力する（ステップＳ２９）。立体画像生成部３０は、３次元物体情報に基づいて、右目用の各スクリーン座標のピクセルデータを生成して出力する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の後、立体画像生成部３０は、立体画像生成処理を終了する。
【０１０８】
なお、本実施形態では、顔をディスプレイの正面に向けた状態で首を傾けた場合、すなわちロール運動した場合の中心点を、視点中心としているが、正確には、実際のロール運動の中心点は、首の付け根など、視点中心から少し下方に位置する。より正確に傾斜後の視点を算出する場合、立体画像生成装置１は、視点中心と中心点との間の距離を予め定義しておき、視点中心の座標と定義した距離とから回転中心の座標を算出する。
【０１０９】
また、本実施形態では、立体画像生成装置１は、ディスプレイに平行な平面における、水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度、すなわちロール角から、ロール角だけ首を傾けた観察者の両眼の立体座標を求めているが、ロール角以外の回転角を求めてもよい。例えば、ディスプレイの法線と観察者の顔面の法線とのなす角度、すなわちピッチ角、あるいは、ディスプレイの接地面に平行な平面における、水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度、すなわちヨー角から、傾斜後の視点を求めることができる。
【０１１０】
ヨー角から視点を求める場合、立体画像生成装置１は、視点中心と、ヨー運動の中心点（頭頂部など）との間の距離を予め定義しておき、視点中心の座標と定義した距離とから中心点の座標を算出する。そして、立体画像生成装置１は、その中心点の座標とＹ軸周りの回転を定義する行列式とから、傾斜後の視点を算出する。ヨー角を検出する場合、視点中心を回転中心として扱ってもよい。
【０１１１】
ピッチ角から視点を求める場合、立体画像生成装置１は、視点中心と、ピッチ運動の中心点（首の付け根など）との間の距離を予め定義しておき、視点中心の座標と定義した距離とから中心点の座標を算出する。そして、立体画像生成装置１は、その回転中心の座標とＸ軸周りの回転を定義する行列式とから、傾斜後の視点を算出する。
【０１１２】
立体画像生成装置１は、これらのロール角、ピッチ角、およびヨー角のうち、いずれか２つ以上から、傾斜後の視点を求めてもよいのは勿論である。
【０１１３】
本実施形態では、立体視画像生成装置１は、設定視線情報を予め補正部２０に格納しておく構成としている。しかし、観察者の顔の造形により視点間距離は予め設定しておいた設定値と異なる値となることがあり、観察者の頭部自体が移動すると、視点の座標も、その設定値からずれてしまう。そこで、立体視画像生成装置１は、観察者の操作に応じて設定視線情報を更新したり、位置を検出するセンサなどから観察者の頭部の位置を受信し、その位置に応じて設定視線情報を修正したりする構成としてもよい。
【０１１４】
本実施形態では、立体画像生成装置１は、透視投影法を使用して、立体座標を平面座標に変換しているが、立体座標から平面座標に変換できるのであれば、他の方法を使用してもよい。例えば、平行投影法を使用してもよい。
【０１１５】
本実施形態では、立体画像生成装置１内部に設けられた制御回路で、図１０〜図１２に示したフローチャートを実現する構成としている。しかし、これらのフローチャートの一部または全部を、コンピュータプログラムを実行することにより実現してもよいのは勿論である。その場合、立体画像生成装置１は、図１において図示されていないＣＰＵなどの処理装置と、メモリと、コンピュータプログラムを格納した記憶媒体とを有する。そして、立体画像生成装置１は、処理装置でコンピュータプログラムを実行することにより、フローチャートの一部または全部を実現する。
【０１１６】
本実施形態では、右目用のディスプレイと、左目用のディスプレイとをそれぞれ独立して設ける構成としているが、ディスプレイの構造によっては、１つのディスプレイしか設けない構成とすることもできる。この場合、例えば、１つのディスプレイが左目用の画像と右目用の画像とを高速で切り替えて表示するとともに、その切り替えに同期して、観察者が装着した眼鏡型のデバイスが左目用、右目用の液晶シャッターを交互に開閉するアクティブシャッター方式が用いられる。
【０１１７】
本実施形態では、ディスプレイと、立体画像生成装置１とを別々に設ける構成としているが、これらを一体としてもよいのは勿論である。
【０１１８】
本実施形態では、傾斜角受信部１０、補正部２０、立体視画像生成部３０を同一の装置に設ける構成としているが、これらの一部を別々の装置に分散してもよい。
【０１１９】
本実施形態では、立体画像生成装置１は、観察者の両眼の立体座標の補正と、上方ベクトルの補正とを行う構成としているが、立体座標は補正するが、上方ベクトルの補正は行わない構成とすることもできる。上方ベクトルの補正を行わない場合、透視投影座標系の画像が−θの角度だけ回転して生成されることがなくなるので、立体視画像生成部３０は、透視投影座標系の画像を回転させない。
【０１２０】
本実施形態では、設置型のディスプレイに立体視画像を表示する構成としているが、ヘッドマウントディスプレイなど、頭部に装着するタイプのデバイスに立体視画像を表示する構成としてもよい。その場合、観察者が首を傾けると、ディスプレイ自身も同時に傾くので、立体視画像生成部３０は、上方ベクトルの補正、透視投影座標系の画像の回転のうち、いずれか一方のみを行えばよい。また、この場合、観察者顔傾斜角センサー２と、立体画像生成装置１とを一体としてもよい。
【０１２１】
本実施形態の視線情報は、本発明の視点情報を含む情報である。本実施形態の傾斜角受信部１０は、本発明の角度情報取得手段の一例である。本実施形態の補正部２０は、本実施形態の位置算出手段を含む。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、立体視画像生成装置１は、基準姿勢における頭部の姿勢と実際の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得し、その角度情報と設定視点情報とから、傾斜角だけ頭部を傾けた観察者の左目及び右目の位置を算出し、立体視可能となるように、左目で見た画像と右目で見た画像とを生成する。このように、画像生成装置は、傾斜角から傾斜後の両眼の位置自体を算出して、それらの位置から見た画像を生成するので、その画像の見え方は実際に頭部が傾斜した場合の両眼の位置からの見え方と一致し、観察者による画像の立体視を維持することができる。
【０１２３】
通常、ディスプレイは水平面に設置され、観察者の顔が傾かずディスプレイの正面に正対している状態から頭部を傾斜させないことが前提とされており、両眼視差による立体視３次元画像を生成するプログラムや装置も、その条件下で視線情報を生成している。
【０１２４】
しかし、実世界では、図６に示したように、ある物体をみている観察者が頭部を傾斜させ、左右の視点が、３軸のいずれかの軸周りに回転した場合は、左右それぞれの視点が移動し、また視線の上方ベクトルも変化してしまう。このため、両眼それぞれで見ている物体の像も変化する。この変化は、立体視画像生成装置１が生成する画像において忠実に再現される。
【０１２５】
更に、立体視画像生成装置１は、３次元物体情報を生成するアプリケーションソフトウェアの改造ないし修正を必要としない。傾斜角受信部１０、補正部２０および立体視画像生成部３０は、そのようなアプリケーションソフトウェアを実行するハードウェアとは、独立して構成されるためである。立体視画像生成装置１は、このような両眼視差による左右両眼用の３次元グラフィックス画像を生成する様々なアプリケーションソフトウェアをそのまま利用できる。
【０１２６】
本実施形態では、立体視画像生成装置１は、傾斜角のうち、ディスプレイに平行な平面における、水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度、即ちロール角を取得している。一般的には、傾斜角のうち、ロール角は、ピッチ角またはヨー角に比べて変動しやすい。このため、ロール角のみを取得することにより、装置やプログラムを簡易な構成としつつ、効果的に、自然で臨場感のある画像を生成できる。
【０１２７】
補正部２０は、左目用補正視線情報と、右目用補正視線情報とを別々に生成するので、右目用の画像を生成する回路と、左目用の画像を生成する回路との間で、視線情報を相互に送受信する必要がなくなる。
【０１２８】
上方ベクトルの補正、透視投影座標系の画像の回転のいずれか一方のみを行うことにより、ヘッドマウントディスプレイなどの装着型デバイスに画像を表示する場合の観察者の傾斜運動に対応できる。
【０１２９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図１３を参照して説明する。本実施形態の立体視画像生成装置１は、補正部２０のハードウェアの規模を小さくした点で、第１の実施形態の立体視画像生成装置１と異なる。本実施形態の立体視画像生成装置１は、補正部２０の代わりに補正部２０ａを有する点で第１の実施形態と異なる。補正部２０ａ以外の他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、本実施形態では、その詳細な説明を省略する。
【０１３０】
図１３は、本実施形態の補正部２０ａの一構成例を示すブロック図である。同図を参照すると、左目用視線補正部２０２、右目用視線補正部２０３の代わりに、バッファ２１１および２１２と、スイッチ２１３と、視点中心演算部２１４と、視点補正部２１５と、上方ベクトル補正部２１６と、スイッチ２１７と、バッファ２１８および２１９とを有する。
【０１３１】
バッファ２１１は、左目視線情報を保持する。バッファ２１２は、右目視線情報を保持する。
【０１３２】
スイッチ２１３は、バッファ２１１に保持された左目視線情報と、バッファ２１２に保持された右目視線情報とが入力される。スイッチ２１３は、入力された情報のいずれかを視点補正部２１５に出力する。スイッチ２１３は、入力先を周期的に切り替える。
【０１３３】
視点中心演算部２１４は、左目視線情報の示す左目の立体座標Ｖｌと、右目視線情報の示す右目の立体座標Ｖｒとから、観察者の両眼を結ぶ直線の中点Ｖｃを算出する。
【０１３４】
視点補正部２１５は、視点中心演算部２１４からの視点中心Ｖｃと、スイッチ２１３からの左目視線情報または右目視線情報と、傾斜角受信部１０からの傾斜角θとから、図４（ａ）に示した行列式を使用して、傾斜後の左目または右目の視点の立体座標を求める。
【０１３５】
上方ベクトル補正部２１６は、視点中心演算部２１４からの視点中心Ｖｃと、設定値記憶部２０１からの左目視線情報および右目視線情報と、傾斜角受信部１０からの傾斜角θとから、図４（ｂ）に示した行列式を使用して、傾斜後の上方ベクトルを求める。
【０１３６】
スイッチ２１７には、視点補正部２１１から、左目または右目の立体座標が入力される。スイッチ２１７は、スイッチ２１７は、入力された座標をバッファ２１８またはバッファ２１９へ出力する。スイッチ２１７は、スイッチ２１３に同期して、出力先を切り替える。
【０１３７】
バッファ２１８は、スイッチ２１７からの傾斜後の左目の座標と、上方ベクトル補正部２１６からの上方ベクトルとを含む情報を左目用補正視線情報として一時的に保持して出力する。バッファ２１９は、スイッチ２１７からの傾斜後の右目の座標と、上方ベクトル補正部２１６からの上方ベクトルとを含む情報を右用補正視線情報として一時的に保持して出力する。
【０１３８】
以上説明したように本実施形態によれば、視点補正部２１５を、左目用補正視線情報、右目用補正視線情報の生成のために切り替えて、使用する。このため、視点補正部２１５に相当する回路を２つ設ける第１の実施形態の補正部２０と比較して、補正部２０のハードウェアの全体規模が小さくなる。
【０１３９】
本発明は、産業分野あるいはエンターテインメント分野等における両眼視差を用いた３次元グラフィックスによる立体視を実現する用途に適用できる。特に単独ユーザが用いる装置に適する。また、静止画はもとより、連続画像生成によるアニメーションにおいてはより効果が高く、より適する。
【０１４０】
（付記１）
基準姿勢における観察者の頭部の姿勢と、観察者の実際の頭部の姿勢との差を角度で示す角度情報を取得する角度情報取得手段と、
前記基準姿勢の観察者の右目及び左目の位置を示す設定視点情報を保持しており、該設定視点情報と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目及び右目の位置を算出する位置算出手段と、
立体視可能となるように、前記位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像と、該位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像とを生成する画像生成手段と、
を有する画像生成装置。
【０１４１】
（付記２）
前記角度情報は、前記画像生成手段により生成された前記画像を表示する表示面に平行な平面における、該表示面の水平走査線に平行な直線と観察者の両眼を結ぶ直線とがなす角度を示す情報である、付記１に記載の画像生成装置。
【０１４２】
（付記３）
前記位置算出手段は、
前記設定視点情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の左目の位置を算出する左目位置算出手段と、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の右目の位置を算出する右目位置算出手段と、
を有する付記１又は２に記載の画像生成装置。
【０１４３】
（付記４）
前記設定視点情報は、観察者の視野の上方向のベクトルである上方ベクトルを示す情報を含み、
前記左目位置算出手段及び前記右目位置算出手段は、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、前記観察者の実際の視野の上方向ベクトルを更に算出し、
前記画像生成手段は、
前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該左目の位置を原点として該上方ベクトルを３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する左目用ビュー座標変換手段と、
前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該右目の位置を原点として該上方ベクトルを３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する右目用ビュー座標変換手段と、
前記左目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
前記右目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記右目位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
を有する、付記３に記載の画像生成装置。
【０１４４】
（付記５）
前記画像生成手段は、
前記左目画像生成により生成された前記画像を前記傾斜角だけ回転させる左目画像回転手段と、
前記右目画像生成により生成された前記画像を前記傾斜角だけ回転させる右目画像回転手段と、
を更に有する、付記４に記載の画像生成装置。
【０１４５】
（付記６）
前記位置算出手段は、
前記基準姿勢の観察者の左目の位置を示す左目用視点情報と、該基準姿勢の観察者の右目の位置を示す右目用視点情報とを含む設定視点情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記左目用視点情報又は前記右目用視点情報を交互に切り替えて中心算出手段へ出力する切り替え手段と、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報から、前記回転軸と、所定の平面との交点である、回転中心の位置を算出する中心算出手段と、
前記記憶手段に記憶された前記左目用視点情報又は前記右目用視点情報と、前記傾斜角取得手段により取得された前記傾斜角と、前記中点算出手段により算出された前記回転中心とから、該観察者の実際の左目又は右目の位置を算出する視点算出手段と、
を有する、付記１又は２に記載の画像生成装置。
【０１４６】
（付記７）
前記設定視点情報は、観察者の視野の上方向のベクトルである上方ベクトルを示す情報を含み、
前記左目位置算出手段及び前記右目位置算出手段は、
前記記憶手段に記憶された前記設定視点情報の示す前記観察者の左目及び右目の位置と、前記角度情報取得手段により取得された前記角度情報とから、観察者の実際の視野の上方向ベクトルを更に算出し、
前記画像生成手段は、
前記視点算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該左目の位置を原点として該上方ベクトルに沿った軸を３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する左目用ビュー座標変換手段と、
前記視点算出手段により算出された前記左目の位置と、前記上方ベクトルとから、ワールド座標系の３次元物体の各座標について、該右目の位置を原点として該上方ベクトルに沿った軸を３軸のうちのいずれか１軸とするビュー座標に変換する右目用ビュー座標変換手段と、
前記左目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記左目位置算出手段により算出された前記左目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
前記右目ビュー座標変換手段によりビュー座標に変換された前記３次元物体の各座標を２次元座標に変換することにより、前記右目位置算出手段により算出された前記右目の位置から見た画像を生成する左目画像生成手段と、
を有する、付記６に記載の画像生成装置。
【０１４７】
（付記８）
前記画像生成手段は、
前記左目画像生成により生成された前記画像を前記傾斜角だけ回転させる左目画像回転手段と、
前記右目画像生成により生成された前記画像を前記傾斜角だけ回転させる右目画像回転手段と、
を更に有する、付記７に記載の画像生成装置。
【０１４８】
（付記９）
前記角度情報は、前記表示面の法線と、観察者の顔面の法線とがなす角度を示す情報である、付記１乃至８のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【符号の説明】
【０１４９】
１    立体視画像生成装置
２    観察者顔傾斜角センサー
３    左目用ディスプレイ
４    右目用ディスプレイ
１０    傾斜角受信部
２０    補正部
３０    立体視画像生成部
２０１    設定値記憶部
２０２    左目用視線補正部
２０３    右目用視線補正部
２０２１、２０３１    視点中心演算部
２０２２    左目視点補正部
２０２３、２０３３    上方ベクトル補正部
２０３２    右目視点補正部
３０１    ３次元物体情報記憶部
３０２    左目用ビュー座標変換部
３０３    右目用ビュー座標変換部
３０４    左目用透視投影座標変換部
３０５    右目用透視投影座標変換部
３０６    左目用補正座標変換部
３０７    右目用補正座標変換部
３０８    左目用スクリーン座標変換部
３０９    右目用スクリーン座標変換部
３１０    左目用ピクセル生成部
３１１    右目用ピクセル生成部
３１２    左目用画像メモリ
３１３    右目用画像メモリ
３０６１    左目用２次元座標変換演算部
３０７１    右目用２次元座標変換演算部
２１１、２１２、２１８、２１９    バッファ
２１３、２１７    スイッチ
２１４    視点中心演算部
２１５    視点補正部
２１６    上方ベクトル補正部
【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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