(57)【要約】【課題】物体を三次元形状で描画する際の精細度を簡略化して、画像生成処理の処理負荷を軽減する。【解決手段】物体の照度を演算し、この照度に基づいて当該物体に対する三次元形状の描画精細度を判定する。そして、この描画精細度に応じた三次元形状で物体を描画して、仮想空間画像を生成する。【選択図】　図１３
2004086603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に基づいて、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置において、
前記物体の照度を演算する照度演算手段と、
この照度演算手段により算出された照度に基づいて前記三次元形状の描画精細度を判定する精細度判定手段とを具備し、
前記物体を、前記精細度判定手段により判定された描画精細度の三次元形状で描画して仮想空間画像を生成することを特徴とする仮想空間画像生成装置。
【請求項２】
入力信号に基づいて、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置において、
前記物体と前記視点との間に遮蔽物が存在するとき、当該遮蔽物を介して見える前記物体の可視度を演算する可視度演算手段と、
この可視度演算手段により算出された可視度に基づいて前記三次元形状の描画精細度を判定する精細度判定手段とを具備し、
前記物体を、前記精細度判定手段により判定された描画精細度の三次元形状で描画して仮想空間画像を生成することを特徴とする仮想空間画像生成装置。
【請求項３】
精細度判定手段により判定された描画精細度を、視点と物体と遮蔽物との位置関係により補正する位置補正手段を、さらに具備したことを特徴とする請求項２記載の仮想空間画像生成装置。
【請求項４】
精細度判定手段により判定された描画精細度を、遮蔽物の照度により補正する照度補正手段を、さらに具備したことを特徴とする請求項２記載の仮想空間画像生成装置。
【請求項５】
入力信号に基づいて、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置において、
前記物体の照度を演算する照度演算手段と、
前記物体と前記視点との間に遮蔽物が存在するとき、当該遮蔽物を介して見える前記物体の可視度を演算する可視度演算手段と、
前記照度演算手段により算出された照度と前記可視度演算手段により算出された可視度とに基づいて前記三次元形状の描画精細度を判定する精細度判定手段とを具備し、
前記物体を、前記精細度判定手段により判定された描画精細度の三次元形状で描画して仮想空間画像を生成することを特徴とする仮想空間画像生成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の仮想空間画像生成装置により生成された仮想空間画像を表示する画像表示手段を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーチャルリアリティ（ＶＲ：仮想現実感）技術を用いて移動可能に表示される仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置及びこの装置によって生成された仮想空間画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、三次元映像からなる仮想空間の内部に人間が入り込んで様々な疑似体験ができるシステム、いわゆるバーチャルリアリティシステムが開発され、実用に供されている。
【０００３】
ここで、仮想空間とは、コンピュータのメモリ内に、図１６に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸で表わされる空間を想定し、この空間中に種々の物体１や光源２を配置したものであり、カメラ３の視野内に入ると推定される画像がコンピュータの演算処理によって生成され、スクリーンやディスプレイ等に映し出されて、仮想空間の映像として操作者に提示される。操作者は、例えば操作用の入力装置を操作することによって、カメラ３の位置，つまりは仮想空間内に入り込んだ人間の視点位置や、カメラ３の向き，つまりはその人間の視線方向を制御できる。コンピュータは、カメラ３の位置や向きが制御されると、それに応じて新たな仮想空間画像を即座に生成して、操作者に提示する。
【０００４】
このように、バーチャルリアリティシステムにおいては、仮想空間内に入り込んだ人間の動きに合わせて仮想空間の映像を変化させる必要があったので、仮想空間画像を生成するコンピュータの処理負荷が大きかった。
【０００５】
通常、コンピュータは、カメラ３の視野内に位置する仮想空間中の物体１を三次元形状で描画することにより仮想空間画像を生成する。そこで従来は、仮想空間内の視点位置（カメラ３の位置）に近い物体１は詳細に描画するものの、視点位置から遠く離れた物体１は多角形を簡略化して描画することによって、コンピュータの処理負荷軽減を図っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仮想空間内の視点位置から遠く離れた物体の多角形を簡略化して描画する程度では、コンピュータの処理負荷を十分に軽減することはできなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、画像生成処理の処理負荷が十分に軽減された仮想空間画像生成装置及びこの装置によって生成された仮想空間画像を表示する画像表示装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１に対応する発明は、入力信号に基づいて、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置において、物体の照度を演算する照度演算手段と、この照度演算手段により算出された照度に基づいて三次元形状の描画精細度を判定する精細度判定手段とを設け、物体を、精細度判定手段により判定された描画精細度の三次元形状で描画して仮想空間画像を生成するようにしたものである。
【０００９】
この請求項１に対応する発明においては、物体の明るさが描画簡略化の指標値として用いられる。例えば、光源からの距離が近いために明るく映し出される物体は詳細に描画するものの、暗く映し出される物体は簡略化して描画することによって、画像生成処理の処理負荷が軽減される。
【００１０】
本発明の請求項２に対応する発明は、入力信号に基づいて、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置において、物体と視点との間に遮蔽物が存在するとき、当該遮蔽物を介して見える物体の可視度を演算する可視度演算手段と、この可視度演算手段により算出された可視度に基づいて三次元形状の描画精細度を判定する精細度判定手段とを設け、物体を、精細度判定手段により判定された描画精細度の三次元形状で描画して仮想空間画像を生成するようにしたものである。
【００１１】
この請求項２に対応する発明においては、物体の可視度が描画簡略化の指標値として用いられる。例えば、視点と物体との間に半透明の遮蔽物が介在するとき、この遮蔽物が透明に近く可視度が大きい物体は詳細に描画するものの、遮蔽物が不透明に近く可視度が小さい物体は簡略化して描画することによって、画像生成処理の処理負荷が軽減される。
【００１２】
本発明の請求項３に対応する発明は、上記請求項２に対応する発明において、さらに、精細度判定手段により判定された描画精細度を、視点と物体と遮蔽物との位置関係により補正する位置補正手段を設けたものである。
【００１３】
この請求項３に対応する発明においては、視点と物体と遮蔽物との位置関係が描画簡略化の指標値に反映される。
【００１４】
本発明の請求項４に対応する発明は、上記請求項２に対応する発明において、さらに、精細度判定手段により判定された描画精細度を、遮蔽物の照度により補正する照度補正手段を設けたものである。
【００１５】
この請求項４に対応する発明においては、遮蔽物の明るさが描画簡略化の指標値に反映される。
【００１６】
本発明の請求項５に対応する発明は、入力信号に基づいて、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する仮想空間画像生成装置において、物体の照度を演算する照度演算手段と、物体と視点との間に遮蔽物が存在するとき、当該遮蔽物を介して見える物体の可視度を演算する可視度演算手段と、照度演算手段により算出された照度と可視度演算手段により算出された可視度とに基づいて三次元形状の描画精細度を判定する精細度判定手段とを設け、物体を、精細度判定手段により判定された描画精細度の三次元形状で描画して仮想空間画像を生成するようにしたものである。
【００１７】
この請求項５に対応する発明においては、物体の明るさと物体の可視度とが描画簡略化の指標値として用いられる。例えば、光源からの距離が遠いために暗く映し出される物体や、視点と物体との間に半透明の遮蔽物が介在するために可視度が小さい物体は簡略化して描画することによって、画像生成処理の処理負荷が軽減される。
【００１８】
本発明の請求項６に対応する発明は、上記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の仮想空間画像生成装置により生成された仮想空間画像を表示する画像表示手段を備えた画像表示装置である。
【００１９】
この請求項６に対応する発明においては、処理負荷が軽減された画像生成処理によって生成された仮想空間画像が表示される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。
なお、この実施の形態は、図１に示すように、３台のプロジェクタ１１，１２，１３によって立体視可能な三次元映像からなる仮想空間の画像をスクリーン２０上に映し出し、この仮想空間の内部に人間が入り込んで様々な疑似体験ができるバーチャルリアリティシステムに本発明を適用したものであり、携帯可能な小型の入力装置３０の操作内容が、コンピュータ４０を介してスクリーン２０上の仮想空間画像にリアルタイムで反映されるようになっている。
【００２１】
入力装置３０は、図２に示すように、家庭用ＴＶゲーム機の操作スイッチと同様に操作者が両手で保持可能な程度の大きさを成しており、上面に、左手で操作可能な十字形状の方向キー３１と、右手で操作可能な４つのボタンａ，ｂ，ｃ，ｄとを有している。方向キー３１は、上方向を示すキーＵと、左方向を示すキーＬと、下方向を示すキーＤと、右方向を示すキーＲとからなり、各キーＵ，Ｌ，Ｄ，Ｒ又は各ボタンａ，ｂ，ｃ，ｄの単独押しや組合せの押し操作により、各種の信号をコンピュータ４０に供給するものとなっている。なお、方向キー３１は、左上，左下，右下及び右上の４方向がさらに追加される８方向のキーからなるものとしても良いが、説明の便宜上、ここでは４方向の方向キー３１を例に挙げている。
【００２２】
コンピュータ４０は、図２に示すように、入力信号変換部５０、仮想空間画像生成部６０、３つのフレームメモリ７１，７２，７３及び３つのＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器８１，８２，８３を備えている。なお、フレームメモリ７１，７２，７３と、Ｄ／Ａ変換器８１，８２，８３と、プロジェクタ１１，１２，１３とは、符号の１の位が等しいものが同一の信号系統となっている。
【００２３】
入力信号変換部５０は、入力装置３０から入力される各種の信号を、それぞれ対応する内容の入力指令に変換し、この入力指令を仮想空間画像生成部６０の画像生成演算部６１に入力するというインタフェース機能を有したものである。
【００２４】
仮想空間画像生成部６０は、３つのプロジェクタ１１，１２，１３によってスクリーン２０上に映し出される仮想空間画像を生成するために、画像生成演算部６１、コンテンツ記憶部６２及び精細度判定部６３を備えている。また、精細度判定部６３が使用するテーブルメモリとして、距離評価テーブル６４、照度評価テーブル６５、可視度評価テーブル６６、距離補正テーブル６７及び照度補正テーブル６８を備えている。
【００２５】
画像生成演算部６１は、入力信号変換部５０から入力された入力指令に基づき、コンテンツ記憶部６２のデータを参照して、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体を三次元形状で描画して仮想空間画像を生成する機能と、生成した仮想空間画像を示す画像データを、左領域，中央領域及び右領域の３領域に互いに境界を重複させつつ略３分割して、個別に３つのフレームメモリ４１〜４３に送出する機能とを有している。
【００２６】
コンテンツ記憶部６２は、仮想空間を構成する各種の物体や光源等に関する種々の情報を記憶したもので、特に、形状記憶部６２１、位置記憶部６２２、属性記憶部６２３及び光源記憶部６２４を有している。
【００２７】
形状記憶部６２１は、各種物体の三次元形状を例えば座標列によって示すデータを記憶するもので、具体的には、図３に示すように、各物体にそれぞれ割り当てられたその物体固有の物体ＩＤ（ＯＩＤｘｘｘｘ）毎に、１０段階の精細度Ｐ（１〜１０）別に設計された１０個の三次元形状データを記憶している。ここで、精細度Ｐとは、物体を三次元形状で描画する際の精細さの度合いを示す値であり、値が大きければ大きいほど精細さの度合いを高く、つまり実物の形状に近いデータとしている。
【００２８】
例えば、物体ＩＤ（ＯＩＤ０００１）によって特定される物体の形状が球体であるとき、図４に示すように、精細度が最も高いＰ＝１０の三次元形状データ「１９」は球体７を表わすデータとなるが、精細度が中程度のＰ＝５の三次元形状データ「１４」は多角形体８を表わすデータとなり、精細度が最も低いＰ＝１の三次元形状データ「１０」は立方体９を表わすデータとなる。なお、精細度は、このような形状的な精度（例えば頂点数）だけでなく、材質感，陰影，反射屈折等の描画に関する精度を含む。
【００２９】
位置記憶部６２２は、各種物体の仮想空間内における配置位置を示すデータを記憶するもので、具体的には、図５に示すように、各種物体の物体ＩＤ毎に、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸で表わされる仮想空間内でその物体の基準点が位置する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）等の仮想空間位置データを記憶している。
【００３０】
属性記憶部６２３は、各種物体の種々の属性に関するデータを記憶するもので、具体的には、図６に示すように、各種物体の物体ＩＤ毎に、色データ、透明度データ、距離補正フラグ及び照度補正フラグ等の項目データを記憶している。色データは、その物体の色をＲＧＢ表色系で表わしたデータである。透明度データは、その物体の透明度を光の透過率で表わしたデータであり、透明に近い物体ほど１００％に近い値を取る。距離補正フラグは、その物体が、後述する精細度判定部６３において実行される補正処理において距離補正対象となる物体であるとき“１”にセットされ、距離補正対象とならない物体であるとき“０”にリセットされる識別フラグである。照度補正フラグは、その物体が、後述する精細度判定部６３において実行される補正処理において照度補正対象となる物体であるとき“１”にセットされ、距離補正対象とならない物体であるとき“０”にリセットされる識別フラグである。
【００３１】
なお、距離補正対象となる物体とは、透明度を有し、かつ、図１５に示すように、視点４と物体６との間に遮蔽物５として介在したときに、視点４と物体１と遮蔽物５との距離関係により物体６の可視度（見えやすさ）が変化する物体である。また、照度補正対象となる物体とは、同じく透明度を有し、かつ、視点４と物体６との間に遮蔽物５として介在したときに、遮蔽物５の明るさによって物体６の可視度が変化する物体である。
【００３２】
光源記憶部６２４は、仮想空間内に配置された各光源の仮想空間内における配置位置を示すデータを記憶するもので、具体的には、図７に示すように、各光源にそれぞれ割り当てられたその光源固有の光源ＩＤ（ＬＩＤｘｘｘｘ）毎に、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸で表わされる仮想空間内でその光源が位置する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）等の仮想空間位置データを記憶している。
【００３３】
距離評価テーブル６４、照度評価テーブル６５及び可視度評価テーブル６６は、物体の三次元形状を描画する際の精細度を決定するための指標値として用いられる距離精細度係数ｐ１，照度精細度係数ｐ２及び可視度精細度係数ｐ３を予め設定したものである。
【００３４】
具体的には、距離評価テーブル６４は、図８に示すように、視点４から描画対象となる物体６までの距離Ｅをその長さに応じて１０段階に区分し、段階毎に、それぞれ１〜１０までの１単位の距離精細度係数ｐ１を、距離が長くなるに従い係数が小さくなるように順に設定している。これは、視点４からの距離が遠い物体６ほど、三次元形状で描画する際に精細の度合いが小さい三次元形状データを使用することを意味している。
【００３５】
照度評価テーブル６５は、図９に示すように、描画対象となる物体６の照度Ｆをその明るさに応じて１０段階に区分し、段階毎に、それぞれ１〜１０までの１単位の照度精細度係数ｐ２を、明るさの程度が大きくなるに従い係数が大きくなるように順に設定している。これは、光源２から離れているために暗い物体６ほど、三次元形状で描画する際に精細の度合いが小さい三次元形状データを使用することを意味している。
【００３６】
可視度評価テーブル６６は、図１０に示すように、描画対象となる物体の可視度Ｇをその見えやすさに応じて１０段階に区分し、段階毎に、それぞれ１〜１０までの１単位の可視度精細度係数ｐ３を、見えやすさの程度が大きくなるに従い係数が大きくなるように順に設定している。なお、可視度Ｇは、描画対象となる物体６と視点４との間に遮蔽物５が介在するとき、この遮蔽物５の透明度に応じて算出される値であり、透明度が“０”の遮蔽物５のときには最小値（Ｇ＜ｇ０）とし、遮蔽物５が介在しないときには最大値（Ｇ＞ｇ９）とする。これは、透明度を有する遮蔽物５があるために見えにくくなっている物体６ほど、三次元形状で描画する際に精細の度合いが小さい三次元形状データを使用することを意味している。
【００３７】
距離補正テーブル６７及び照度補正テーブル６８は、描画対象となる物体６と視点４との間に遮蔽物５が介在するとき、この遮蔽物５の属性によって物体６の可視度Ｇを補正するための補正係数を予め設定したものである。
【００３８】
具体的には、距離補正テーブル６７は、図１１に示すように、視点４から遮蔽物５までの距離ｅをその長さに応じて５段階に区分し、段階毎に、それぞれ１．２〜０．８までの０．１単位の補正係数を、距離が長くなるにしたがい係数が小さくなるように順に設定している。これは、視点４から遮蔽物５までの距離ｅが長くなればなるほど物体６の可視度（見えやすさ）が低下することを意味している。
【００３９】
照度補正テーブル６８は、図１２に示すように、遮蔽物５の照度ｆをその明るさに応じて５段階に区分し、段階毎に、それぞれ１．２〜０．８までの０．１単位の補正係数を、明るさの程度が大きくなるに従い係数が小さくなるように順に設定している。これは、遮蔽物５が明るくなればなるほど物体６の可視度（見えやすさ）が低下することを意味している。
【００４０】
精細度判定部６３は、画像生成演算部６１からの指令に基づき、この画像生成演算部６１において生成される仮想空間画像に描画される物体毎に、上記距離評価テーブル６４、照度評価テーブル６５、可視度評価テーブル６６、距離補正テーブル６７及び照度補正テーブル６８を参照して、その物体を描画する際の精細度Ｐを判定し、その判定結果を画像生成演算部６１に通知する機能を有している。
【００４１】
すなわち精細度判定部６３は、図１３に示すように、先ず、ＳＴ１として視点４から描画対象の物体（以下、対象物と称する）１までの距離Ｅを算出する。具体的には、精細度判定部６３は、入力装置３０から入力される信号により制御される視点４の位置に相当する仮想空間内の座標データと、位置記憶部６２２にて記憶管理されている当該対象物６の仮想空間位置データとから距離Ｅを算出する。そして視点４から対象物６までの距離Ｅを算出したならば、精細度判定部６３は、ＳＴ２として距離評価テーブル６４を参照して、その距離Ｅに応じた距離精細度係数ｐ１を取得する。
【００４２】
次に、精細度判定部６３は、ＳＴ３として対象物６の照度Ｆを算出する。具体的には、精細度判定部６３は、位置記憶部６２２にて記憶管理されている当該対象物６の仮想空間位置データと、光源記憶部６２４にて記憶管理されている各光源２の仮想空間位置データとから、各光源２と対象物６との相対距離を求め、この相対距離と予め設定された各光源の強度とから対象物６の照度Ｆを算出する（照度演算手段）。そして対象物６の照度Ｆを算出したならば、精細度判定部６３は、ＳＴ４として照度評価テーブル６５を参照して、その照度Ｆに応じた照度精細度係数ｐ２を取得する（精細度判定手段）。
【００４３】
次に、精細度判定部６３は、ＳＴ５として視点４と対象物６との間に遮蔽物５が介在するか否かを判断する。具体的には、仮想空間画像に描画される各物体の位置関係を、位置記憶部６２２にて記憶管理されているその物体の仮想空間位置データに基づいて求め、視点４と対象物６との間に介在する物体（遮蔽物５）の有無を判断する。
【００４４】
遮蔽物５が存在する場合には、精細度判定部６３は、ＳＴ６としてその遮蔽物５を介した対象物６の可視度Ｇを算出する。具体的には、精細度判定部６３は、属性記憶部６２３にて記憶管理されている当該遮蔽物５の透明度を取得する。なお、視点４と対象物６との間に２以上の遮蔽物５が介在する場合には各々の透明度を取得し乗算して透明度を求める。そして、この透明度に所定係数を乗算した値を可視度Ｇとする（可視度演算手段）。そして対象物６の可視度Ｇを算出したならば、精細度判定部６３は、ＳＴ７として可視度評価テーブル６６を参照して、その可視度Ｇに応じた可視度精細度係数ｐ３を取得する（精細度判定手段）。
【００４５】
次に、精細度判定部６３は、ＳＴ８として可視度精細度係数ｐ３の補正処理を行なう。すなわち精細度判定部６３は、図１４に示すように、ＳＴ８１として遮蔽物５が距離補正対象の物体か否かを、属性記憶部６２３にて記憶管理されている当該遮蔽物５の距離補正フラグに基づいて判断する。そして、距離補正対象の物体であるときには、精細度判定部６３は、ＳＴ８２として視点４から対象物６までの距離をＥとしたときの視点４から遮蔽物５までの距離ｅを算出する。そして、精細度判定部６３は、ＳＴ８３として距離補正テーブル６７を参照して、視点４から遮蔽物５までの距離ｅに対応した距離補正係数ｋ１を取得する。遮蔽物５が距離補正対象の物体でないときには、精細度判定部６３は、ＳＴ８２及びＳＴ８３で示す処理を実行せず、距離補正係数ｋ１を“１”とする。
【００４６】
次に、精細度判定部６３は、ＳＴ８４として遮蔽物５が照度補正対象の物体か否かを、属性記憶部６２３にて記憶管理されている当該遮蔽物５の照度補正フラグに基づいて判断する。そして、照度補正対象の物体であるときには、精細度判定部６３は、ＳＴ８５として光源２と遮蔽物５との位置関係から遮蔽物５の照度ｆを算出する。そして、精細度判定部６３は、ＳＴ８６として照度補正テーブル６８を参照して、遮蔽物５の照度ｆに対応した照度補正係数ｋ２を取得する。遮蔽物５が照度補正対象の物体でないときには、精細度判定部６３は、ＳＴ８５及びＳＴ８６で示す処理を実行せず、照度補正係数ｋ２を“１”とする。
【００４７】
しかる後、精細度判定部６３は、ＳＴ８７として可視度精細度係数ｐ３に、距離補正係数ｋ１と照度補正係数ｋ２を乗算して、可視度精細度係数ｐ３を補正する（位置補正手段，照度補正手段）。
【００４８】
可視度精細度係数ｐ３の補正処理を終了すると、精細度判定部６３は、ＳＴ９として距離精細度係数ｐ１，照度精細度係数ｐ２及び可視度精細度係数ｐ３に基づいて対象物６の精細度Ｐを算出する。具体的には、精細度判定部６３は、距離精細度係数ｐ１と照度精細度係数ｐ２と可視度精細度係数ｐ３の平均値を算出して精細度Ｐとする。しかる後、精細度判定部６３は、ＳＴ１０として当該対象物６を描画する際に精細度Ｐに対応した三次元形状データを選択する旨を画像生成演算部６１に指令する。
【００４９】
因みに、この指令を受けた画像生成演算部６１は、形状記憶部６２１から精細度Ｐに対応した三次元形状データを読み出し、このデータに基づき当該対象物６を三次元形状で描画して、仮想空間画像を生成するものとなっている。
【００５０】
各フレームメモリ７１，７２，７３は、画像生成演算部６１から送出され、書込まれた仮想空間画像のディジタル画像データを、逐次、対応するＤ／Ａ変換器８１，８２，８３に供給する。各Ｄ／Ａ変換器８１，８２，８３は、対応するフレームメモリ７１，７２，７３から供給されるディジタル画像データをアナログ画像信号に変換し、得られた画像信号をそれぞれ対応するプロジェクタ１１，１２，１３に与える。各プロジェクタ１１，１２，１３は、各Ｄ／Ａ変換器８１，８２，８３から得られる画像信号に基づいて、各プロジェクタ１１，１２，１３と対向配置された凹面形状を有する反射型のスクリーン２０に画像を投影するものとなっている。
【００５１】
ここに、各フレームメモリ７１，７２，７３，各Ｄ／Ａ変換器８１，８２，８３及び各プロジェクタ１１，１２，１３は、仮想空間画像生成部６０により生成された仮想空間画像を表示する画像表示手段を構成している。
【００５２】
このように構成された本実施の形態においては、入力装置３０の操作により仮想空間内の視点位置及び視線方向が制御されると、画像生成演算部６１において視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体が三次元形状で描画されて仮想空間画像が生成されるが、この際、物体は、精細度判定部６３で判定された精細度Ｐに応じた三次元形状データで描画される。
【００５３】
今、図４に示すような精細度Ｐ別の三次元形状データが設定されている物体を対象物６として描画する場合を例に挙げて説明する。この例において、例えば、視点４から対象物６までの距離Ｅがごく短いために距離精細度係数ｐ１が「１０」であり、また、対象物６が光源２によって明るく照射されているために照度精細度係数ｐ２も「１０」であり、さらに、視点４と対象物６との間に遮蔽物５が介在しないために可視度精細度係数ｐ３も「１０」であったとすると、対象物６の精細度Ｐは「１０」となる。したがってこの場合には、対象物６は精細度Ｐ＝１０に対応した三次元形状データ「１９」、つまりは球体７として描画される。
【００５４】
一方、例えば距離精細度係数ｐ１は「１０」であるものの、対象物６が非常に暗いために照度精細度係数ｐ２が「２」であり、また、視点４と対象物６との間に不透明に近い遮蔽物５が介在するために可視度精細度係数ｐ３が「３」であったとすると、対象物６の精細度Ｐは「５」となる。したがってこの場合には、対象物６は精細度Ｐ＝５に対応した三次元形状データ「１４」、つまりは多角形体８として描画される。
【００５５】
また、距離精細度係数ｐ１，照度精細度係数ｐ２及び可視度精細度係数ｐ３がいずれも「１」であった場合には、対象物６の精細度Ｐは「１」となるので、この場合には、対象物６は精細度Ｐ＝１に対応した三次元形状データ「１０」、つまりは立方体９として描画される。
【００５６】
球体をなす対象物６を画像生成演算部６１で描画する場合において、当該対象物を球体７として描画する場合と、多角形体８として描画する場合とを比較すると、多角形体８を描画する方が球体７を描画するよりも座標点数が少ないので、画像生成演算部６１の処理負荷が軽減される。同様に、当該対象物を多角形体８として描画する場合と、立方体９として描画する場合とを比較すると、立方体９を描画する方が多角形体８を描画するよりも座標点数が少ないので、画像生成演算部６１の処理負荷がより軽減される。
【００５７】
したがって、本実施の形態によれば、仮想空間内の視点位置から視線方向に沿った視野内に位置する物体のうち、視点４から遠く離れた部位に位置する物体は勿論のこと、照度の低い物体や、視点４との間に半透明の遮蔽物５が介在するために可視度が低下している物体も、精細度の低い簡略化された三次元形状データで描画されるので、仮想空間画像を生成するのに要するコンピュータ４０の処理負荷が軽減される上、処理時間も大幅に短縮できる。
【００５８】
また、本実施の形態では、視点４と対象物６との間に半透明の遮蔽物５が介在する場合において、その遮蔽物５が距離補正対象となる物体であるときには距離補正テーブル６７に設定された補正係数ｋ１に基づいて可視度精細度係数ｐ３が補正される。例えば、遮蔽物５が平滑でないガラスや簾などの場合、視点４から遮蔽物５までの距離ｅが短いときと長いときとでは対象物６の可視度が変化する。このような場合でも、本実施の形態によれば、視点４と遮蔽物５との距離に応じて可視度精細度係数ｐ３が補正されるので、より適切な精細度Ｐを得ることができる。
【００５９】
同様に、本実施の形態では、遮蔽物５が照度補正対象となる物体であるときには照度補正テーブル６８に設定された補正係数ｋ２に基づいて可視度精細度係数ｐ３が補正される。例えば、遮蔽物５が光を反射する物体であるときには、遮蔽物５の照度によって対象物６の可視度が変化する。このような場合でも、本実施の形態によれば、遮蔽物５の照度に応じて可視度精細度係数ｐ３が補正されるので、より適切な精細度Ｐを得ることができる。
【００６０】
なお、この実施の形態では、距離精細度係数ｐ１と照度精細度係数ｐ２と可視度精細度係数ｐ３の３つの係数を指標値として精細度Ｐを算出したが、距離精細度係数ｐ１と照度精細度係数ｐ２の２つの係数から精細度Ｐを算出してもよいし、距離精細度係数ｐ１と可視度精細度係数ｐ３の２つの係数から精細度Ｐを算出してもよい。また、照度精細度係数ｐ２あるいは可視度精細度係数ｐ３をそれぞれ単独で精細度Ｐとし、この精細度の三次元形状で物体を描画して仮想空間画像を生成してもよい。
【００６１】
また、精細度は、頂点数などの形状的な精度だけでなく、材質感，陰影，反射屈折等の描画に関する精度を含めてもよい。例えば、材質感や陰影等の計算を省略できることによって、コンピュータの処理負担を削減できるのはいうまでもない。
【００６２】
また、この実施の形態では、距離精細度係数ｐ１と照度精細度係数ｐ２と可視度精細度係数ｐ３の３つの係数の平均値を精細度Ｐとしたが、かくけいすうｐ１，ｐ２，ｐ３の最小値や合計値を精細度Ｐとしてもよい。また、画質の主観評価から見た重み付け係数を用いた加重平均により単一の精細度Ｐを求めることもできる。なお、この実施の形態では、精細度Ｐを１０段階に区分したが、２段階以上に区分したものであれば本発明の範囲に含まれるものである。
【００６３】
また、この実施の形態では、距離補正テーブル６７及び照度補正テーブル６８を用いて可視度精細度係数ｐ３を補正したが、視点４と対象物６と遮蔽物５との位置関係により参照する可視度評価テーブル６６を切り替えたり、遮蔽物５の照度により参照する可視度評価テーブル６６を切り替えたりすることによって、可視度精細度係数ｐ３を補正することもできる。こうすることにより、精細度係数ｐ３の補正処理が不要となるので、処理時間をより短縮できる効果を奏する。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に対応する発明によれば、光源からの距離が近いために明るく映し出される物体は詳細に描画されるものの、暗く映し出される物体は簡略化して描画されるので、画像生成処理の処理負荷を軽減できる効果を奏する。
【００６５】
また、請求項２に対応する発明によれば、視点と物体との間に半透明の遮蔽物が介在するとき、この遮蔽物が透明に近く可視度が大きい物体は詳細に描画されるものの、遮蔽物が不透明に近く可視度が小さい物体は簡略化して描画されるので、やはり画像生成処理の処理負荷を軽減できる効果を奏する。
【００６６】
また、請求項３記載の発明によれば、視点と物体と遮蔽物との位置関係が描画簡略化の指標値に反映されるので、より適切に可視度が小さい物体を簡略化して描画することができる。
【００６７】
また、請求項４に対応する発明によれば、遮蔽物の明るさが描画簡略化の指標値に反映されるので、より適切に可視度が小さい物体を簡略化して描画することができる。
【００６８】
また、請求項５に対応する発明によれば、暗く映し出される物体とともに可視度が小さい物体も簡略化して描画されるので、画像生成処理の処理負荷をより一層軽減できる効果を奏する。
【００６９】
また、請求項６に対応する発明によれば、処理負荷が軽減された画像生成処理によって生成された仮想空間画像を表示できる画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を適用したバーチャルリアリティシステムの外観図。
【図２】同バーチャルリアリティシステムの要部構成を示すブロック図。
【図３】同実施の形態における形状記憶部の構成を示す模式図。
【図４】同実施の形態において形状記憶部に記憶される三次元形状データの例を示す模式図。
【図５】同実施の形態における位置記憶部の構成を示す模式図。
【図６】同実施の形態における属性記憶部の構成を示す模式図。
【図７】同実施の形態における光源記憶部の構成を示す模式図。
【図８】同実施の形態における距離評価テーブルの構成を示す模式図。
【図９】同実施の形態における照度評価テーブルの構成を示す模式図。
【図１０】同実施の形態における可視度評価テーブルの構成を示す模式図。
【図１１】同実施の形態における距離補正テーブルの構成を示す模式図。
【図１２】同実施の形態における照度補正テーブルの構成を示す模式図。
【図１３】同実施の形態における精細度判定部の主要な処理手順を説明するための流れ図。
【図１４】図１３における精細度係数補正処理を具体的に説明するための流れ図。
【図１５】同実施の形態の作用において視点と対象物と遮蔽物との位置関係を説明するための模式図。
【図１６】一般的な仮想空間を説明するための模式図。
【符号の説明】
１…物体
２…光源
４…視点
５…遮蔽物
６…対象物
１１，１２，１３…プロジェクタ
２０…スクリーン
３０…入力装置
４０…コンピュータ
５０…入力信号変換部
６０…仮想空間画像生成部
６１…画像生成演算部
６２…コンテンツ記憶部
６３…精細度判定部
６４…距離評価テーブル
６５…照度評価テーブル
６６…可視度評価テーブル
６７…距離補正テーブル
６８…照度補正テーブル
７１，７２，７３…フレームメモリ
８１，８２，８３…Ｄ／Ａ変換器
６２１…形状記憶部
６２２…位置記憶部
６２３…属性記憶部
６２４…光源記憶部
【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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【図１６】
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