(57)【要約】【課題】表示装置を操作するとともに動かすことによって画像の表示が制御される方法を得る。【解決手段】表示システムは、中立姿勢を含む複数の可能な姿勢を有する表示装置を備えている。外力の印加がないときは、物理的拘束部が表示装置を中立姿勢に保持する。センサが、外力の印加に起因する変位姿勢に対する表示装置の変位の大きさおよび方向を測定する。次に、変位の大きさおよび方向にしたがって、レンダリングエンジンは、表示装置が変位姿勢において一定のままである間であっても、画像を表示装置上にレンダリングする。【選択図】図１Ｆ
2011043796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示システムであって、
中立姿勢を含む複数の可能な姿勢を有する表示装置と、
外力の印加がないときは前記表示装置を前記中立姿勢に保持するように構成される拘束手段と、
前記外力の印加に起因する変位姿勢に対する前記表示装置の変位の大きさおよび方向を測定するように構成されるセンサと、
前記変位の前記大きさおよび方向にしたがって、前記表示装置が前記変位姿勢において一定のままである間であっても、画像を前記表示装置上にレンダリングするように構成されるレンダリングエンジンと、
を備えた表示システム。
【請求項２】
前記複数の姿勢は、６自由度を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記拘束手段は、エラストマーから構築された請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記拘束手段は、１つまたは複数のばねを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記拘束手段によって前記表示装置に接続されるベース、をさらに備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記中立姿勢は、前記拘束手段上にセンタリングされ、且つ前記ベースと同一平面にある請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記レンダリングエンジンのためのビューイングパラメータを決定すること、をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記変位姿勢を保持するには、前記表示装置に前記外力が印加されなくてはならない請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記画像は、前記変位姿勢にある間継続的に動く請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記外力は、ユーザの手によって印加される請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ビューイングパラメータは、画像をレンダリングするのに使用される仮想カメラ姿勢の視点に関連付けられる請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記センサは、光感知を使用する請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記センサは、機械的感知を使用する請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像は、ボリュームデータを表す請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記変位は、前記ボリュームデータのスライスを選択する請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記スライスをマーク付けする手段、をさらに備えた請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
表示装置上に画像をレンダリングするための方法であって、前記方法のステップを実行するためのプロセッサを備え、
前記表示装置を拘束するステップであって、前記表示装置は、中立姿勢を含む複数の可能な姿勢を有し、前記拘束は、外力の印加がないときは前記表示装置を前記中立姿勢に保持するステップと、
前記外力の印加に起因する変位姿勢に対する前記表示装置の変位の大きさおよび方向を感知するステップと、
前記変位の前記大きさおよび方向にしたがって、前記変位姿勢が一定のままである間であっても、画像を前記表示装置上にレンダリングするステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、包括的には、表示装置上に画像を表示するための方法に関し、より詳細には、表示装置を操作するとともに動かすことによって画像の表示が制御される方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが表示装置上に表示される画像およびオブジェクトを選択および制御することを可能にする多数の既知の方法が存在する。たとえば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）アプリケーションにおいて、オブジェクトの３Ｄ表現は、コンピュータマウスを用いて平行移動、回転、および拡大縮小することができる。マウスの動きに応答して、コンピュータソフトウェアは、表示されるオブジェクトの画像を変更する。しかしながら、表示されるオブジェクトを、マウスを使用して制御するのは、常に好都合であり、直感的であり、且つ正確であるとは限らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
第１に、マウスは作業台の平面内を動き、一方で画像は、マウスが動く平面に垂直な表示スクリーン平面内を動く。
【０００４】
第２に、表示されるオブジェクトを６自由度（ＤＯＦ）、たとえば回転用の３Ｄおよび平行移動用の３Ｄで制御するために、いくつかの自由度は、残りの自由度が、入力装置が利用可能な自由度にマッピングされている間、ロックされる必要がある。
【０００５】
第３に、表示される画像が制御されている間、マウスは通常作業台上に配置される。このため、表示が動く平面は入力装置が動く平面とは別個である。
【０００６】
第４に、画像はマウスが動くときしか動かない。画像が大きな距離を動かされなくてはならない場合、マウスは作動空間からすぐに飛び出し、マウスパッドから落ちるか、または表示装置スタンド、キーボード、または机上の他の手回り品のような障害物にぶつかり、その後マウスは拾われ、再配置される。これは厄介である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
表示システムは、中立姿勢を含む複数の可能な姿勢を有する表示装置を備えている。外力の印加がないときは、物理的拘束部が表示装置を中立姿勢に保持する。
【０００８】
センサは、外力の印加に起因する変位姿勢に対する表示装置の変位の大きさおよび方向を測定する。
【０００９】
次に、変位の大きさおよび方向にしたがって、レンダリングエンジンが、表示装置が変位姿勢において一定のままである間であっても、画像を表示装置上にレンダリングする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、表示装置を操作するとともに動かすことによって画像の表示を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】この発明の実施の形態１による表示装置の概略図である。
【図１Ｂ】この発明の実施の形態１による表示装置の概略図である。
【図１Ｃ】この発明の実施の形態１による表示装置の概略図である。
【図１Ｄ】この発明の実施の形態１による表示装置の概略図である。
【図１Ｅ】この発明の実施の形態１により表示されるボリュームデータの説明図である。
【図１Ｆ】この発明の実施の形態１による、画像を表示しながら表示装置を操作するための方法およびシステムのブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、画像を更新および表示するための方法のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による差動表示装置の概略部分切取図である。
【図４】この発明の実施の形態１による、デジタル表現を表示および更新するための方法のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１による座標変換のための方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１Ａ〜図１Ｄは、この発明の実施の形態１による表示装置１３０を示している。表示装置は表示スクリーン１３１を備える。表示装置は、自身が複数の可能な姿勢を有する、すなわち矢印１３５で示されるように６自由度を有するように、拘束手段１３３によってベース１３２に可動に接続される。外力の印加がないとき、表示装置は中立姿勢を有する。中立姿勢は、たとえば、拘束手段上にセンタリングされ、且つベースと同一平面にある。
【００１３】
たとえばユーザの手によって、外力１３４が表示装置に印加されると、表示装置は、中立姿勢から変位姿勢、すなわち中立姿勢でない任意の姿勢に変位される。力が取り除かれると、拘束手段は元に戻り、表示装置を中立姿勢に保持する。
【００１４】
表示装置は、自身の変位または、姿勢を測定するセンサ１６０も備える。変位を使用して、画像を表示スクリーン１３１上にレンダリングするためのビューイングパラメータを決定する。従来的に、ビューイングパラメータは、画像をレンダリングするのに使用される仮想カメラ姿勢の視点に関連付けられる。たとえば、表示装置が左右に動かされる場合、画像も左右に動く。表示装置を回転することによって同様に画像を傾けるか、または回転させる。表示装置を（ベースに対して垂直に）上下に動かすことによって、画像は、ズーム効果をシミュレートするために拡大縮小される。画像をレンダリングする間、様々な可能な変位を組み合わせることができる。
【００１５】
図１Ｅに示すように、装置は、３Ｄの医療スキャンまたは地質スキャンのような、ボリュームデータをレンダリングするのに特に有用である。この場合、表示装置の動きによって、表示されるボリュームにおいて同様の動きが生じる。ズーム機能を使用して、ボリュームを貫くスライス１０８を適切な深さで選択し、興味深い特徴、たとえば腫瘍を強調するためにマーク付けすることができる（１０９）。このマーク付けは、タッチセンサ式のスクリーンを使用して行うことができる。この装置は、３Ｄ地理情報システム（ＧＩＳ）とともに使用することもできる。
【００１６】
拘束手段は、従来のコンピュータ入力装置には存在しないいくつかの興味深い特性を有する。
【００１７】
表示装置が中立姿勢から何らかの他の姿勢に変位される場合、表示装置をその変位姿勢に保持するための力が必要とされる。
【００１８】
したがって、ディスプレイの変位姿勢が一定のままである間であっても、画像は、表示装置をその変位姿勢に保持するのに必要な加力の大きさおよび方向にしたがって動き続ける。
【００１９】
これは、マウスが停止する瞬間に表示が動きを停止するマウス駆動型表示と著しい対照を成している。また、マウスは、手が取り除かれるときに中立姿勢に戻らない。代わりに、マウスは、単に自身の最後の位置に取り残される。画像を継続的に長距離を動かすのは、マウスを用いる場合可能ではない。これは、マウスが作業台の空間から飛び出すことが不可避であるためである。
【００２０】
図１Ａに示すように、拘束手段１３３は、エラストマー、たとえばＵｌｔｒａｆｌｅｘ（登録商標）から作製される。代替的に、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、拘束手段は、１つまたは複数のばねとすることができる。図１Ｄは、表示装置の小型な携帯版を示している。
【００２１】
図１Ｆは、画像１１０を表示装置１３０のスクリーン１３１上に表示するための方法およびシステム１００を示している。表示装置は、力を加える（１３４）ユーザの手によって操作される。実施の形態１において、表示装置は、６自由度（６−ＤＯＦ）を有するマニピュレータ１７０上で中立姿勢１２０で配置される。したがって、表示装置は、ユーザによって６ＤＯＦで操作することができる。しかしながら、異なる自由度を有する他の配置も可能である。
【００２２】
そのような配置によって、表示装置を、中立姿勢１２０および変位姿勢１２１を含む複数の可能な姿勢に位置決めすることが可能になる。表示装置は、外力１３４の印加によって変位姿勢に位置決めされるように構成される。
【００２３】
操作中、画像１１０は、仮想カメラのビューイングパラメータを使用して表示スクリーン上に表示される。ビューイングパラメータは、中立姿勢からの表示装置の変位の方向、大きさ、および時間に比例する。
【００２４】
ユーザは、外力１３４を表示装置に印加することによって表示装置を操作する。この力によって、装置は、中立姿勢から変位１１５を形成する変位姿勢に変位される。たとえば、いくつかの実施の形態では、ユーザは、表示装置を回転および／または平行移動することによって、表示装置を操作する。したがって、システム１００は、力１３４が取り除かれたときに表示装置を中立姿勢に戻して保持するように構成された拘束手段１３３を備えている。
【００２５】
力１３４は、限定ではないが、力の印加の大きさ、方向、および時間のような１つまたは複数のパラメータによって特徴付けられる。通常、変位は、力の方向および大きさに比例する。力は、力の複数の成分、すなわち自由度毎に１つの成分に分割することができる。各成分もパラメータによって特徴付けられる。１つの成分を特徴付けるパラメータは、力の別の成分を特徴付けるパラメータとは独立している。
【００２６】
システム１００は、表示装置の変位１１５を感知する（１４５）ように構成されたセンサ１６０を備えている。様々な実施の形態において、センサは、力を直接的にまたは間接的に感知することができ、たとえば、表示装置によってマニピュレータに印加される力を感知する。
【００２７】
センサは、変位を示す信号１６５、たとえば電気信号を生成する。この発明の様々な実施の形態において、信号１６５の値は外力に比例する。たとえば、いくつかの実施の形態において、センサ１６０は、変位１１５を測定し、変位の方向および大きさに比例する信号１６５を生成する。
【００２８】
レンダリングエンジン１５０がセンサ１６０および表示装置１３０に接続される。信号１６５に基づいて、レンダリングエンジンは、仮想カメラのビューイングパラメータに基づいて画像１１０’を表示する。下記で説明されるように、レンダリングエンジンは、仮想カメラによって仮想視点から見られるシーン１０５のデジタル表現に基づいて、画像１１０を更新する、すなわち画像１１０’を生成および表示する。ここで、仮想視点は信号１６５に基づく。信号１６５がセンサによって生成されている間、すなわち、ユーザによって力１３４が印加されている間および／または変位１１５が存在している間、レンダリングエンジンは画像１１０’を生成および表示し続ける。
【００２９】
図２は、表示装置上に画像１１０’を表示するための方法２００を示している。この方法は、当該技術分野において既知のメモリおよび入／出力インタフェスを備えたプロセッサにおいて実行することができる。時間間隔Δｔ２１０において変位１１５を周期的に求める（２２０）。ディスプレイの姿勢２２５は、変位によって定義される。変位が存在する場合、信号１６５が変位の大きさおよび方向を示すように信号１６５を生成する（２３０）。信号１６５に基づいて、ビューイングパラメータ２４５を更新して（２４０）ビューイングパラメータ２４６を生成する。次の時間間隔２１０において、ビューイングパラメータ２４６は、以前のビューイングパラメータ２４５に置き換わり、メモリ２４３内に格納される。レンダリングエンジン１５０は、現在のビューイングパラメータおよび画像１０５のデジタル表現に基づいて画像１１０’を決定し（２５０）、画像１１０’を表示装置のスクリーン上に表示する（２６０）。方法２００のステップは、新たな時間間隔２１０毎に繰り返される。
【００３０】
上記で説明されるように、表示装置の変位によって、画像１１０’を、表示装置の姿勢をさらに変化させることなくレンダリングする。このため、たとえば、表示装置上に表示される仮想オブジェクトを１つの方向に動かすために、ユーザは、力を印加して装置をその方向に変位し、所望の目的地に達するときを待つ。
【００３１】
センサ
センサ１６０は、表示装置に印加される外力を感知し、その力を示す信号を生成する。この発明の実施の形態１は、歪みゲージ、薄膜センサ、光センサ、圧電センサ、慣性センサ、半導体センサ、および磁歪センサのような様々な感知装置および感知技法を使用することができる。
【００３２】
図３は、この発明の実施の形態１の例を示している。表示装置１３０は、自身の変位によってコンピュータ入力装置が信号１６５を生成するように、６−ＤＯＦのコンピュータ入力装置上に搭載される。信号は、レンダリングエンジンが画像を表示装置上に表示するのに使用される。この実施形態の変形形態において、レンダリングエンジンは、入力装置および／または表示装置とともに統合されるか、または依存不可能に（ｕｎｄｅｐｅｎｄａｂｌｙ）実装される。センサ１６０の一例は、Ｓｐａｃｅ  Ｎａｖｉｇａｔｏｒ（登録商標）に類似の６−ＤＯＦのマニピュレータである。
【００３３】
レンダリングエンジン
図４は、シーン１１０’の画像を表示装置上に表示するための方法を示している。この方法は、表示装置の変位を示す信号１６５に応答して、仮想カメラ姿勢４５４のビューイングパラメータ２４６を決定する（４１０）。ビューイングパラメータ２４６は、中立姿勢からの表示装置の変位の大きさ、方向、および時間に比例する。画像１０５のビューイングパラメータおよびデジタル表現に基づいて、画像処理ユニット（ＧＰＵ）４４０は、画像１１０’を表示する。
【００３４】
図５は、レンダリングエンジン１５０によって使用される座標変換５００を示している。画像１０５のデジタル表現は、通例、デジタル表現の角のうちの１つに関連付けられる座標系５２０を有する。表示装置１３０は、座標系５３０に関連付けられる。ビューイングパラメータ２４６は、デジタル表現の座標系を表示装置の座標系に関連させる。
【００３５】
この発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、この発明の精神および範囲内で様々な他の適応および変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、この発明の真の精神および範囲内に入るすべての変形および変更を包含することである。
【図１Ａ】
2011043796.tif 000003
【図１Ｂ】
2011043796.tif 000004
【図１Ｃ】
2011043796.tif 000005
【図１Ｄ】
2011043796.tif 000006
【図１Ｅ】
2011043796.tif 000007
【図１Ｆ】
2011043796.tif 000008
【図２】
2011043796.tif 000009
【図３】
2011043796.tif 000010
【図４】
2011043796.tif 000011
【図５】
2011043796.tif 000012
【外国語明細書】
2011043796.tif 000013
2011043796.tif 000014
2011043796.tif 000015
2011043796.tif 000016
2011043796.tif 000017
2011043796.tif 000018
2011043796.tif 000019
2011043796.tif 000020
2011043796.tif 000021
2011043796.tif 000022
2011043796.tif 000023
2011043796.tif 000024
2011043796.tif 000025
2011043796.tif 000026
2011043796.tif 000027
2011043796.tif 000028
2011043796.tif 000029
2011043796.tif 000030
2011043796.tif 000031
2011043796.tif 000032
2011043796.tif 000033
2011043796.tif 000034
2011043796.tif 000035
2011043796.tif 000036