(57)【要約】  本発明は、２次元スクリーン（２）上に３次元画像を映写するための方法に関し、スクリーン形状に応じて且つ固定基準点に関して、その映写前に画像を変形可能な各画像用の静的補正モジュール（１７）を有する。システムはさらに、スクリーンを見ている選択されたオブザーバの位置をリアルタイムで検知可能なセンサ（７）と、静的補正モジュールの上流に接続された、前記オブザーバの位置、基準点の位置、及びスクリーン形状に基づいて、前記基準点に対するオブザーバの動きによって各画像に生成される歪みをリアルタイムで自動的に補正することが可能な動的補正モジュール（１１）とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元スクリーン（２）上に３次元画像を映写するためのシステムであって、スクリーン形状に応じて且つ固定基準点に関して、映写前に画像を変形することが可能な各画像用の静的補正モジュール（１７）を備え、スクリーンを見ている選択されたオブザーバの位置をリアルタイムで検知可能なセンサ（７）と、静的補正モジュールの上流に接続されて、前記オブザーバの位置、基準点の位置、及びスクリーン形状に基づいて、前記基準点に対するオブザーバの動きによって各画像に作りだされる歪みを自動的に且つリアルタイムで補正することが可能な動的補正モジュール（１１）とを、さらに有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記スクリーン（２）が湾曲している請求項１記載のシステム。
【請求項３】
映写される画像の各点が空間での実際位置に応じて配置されている、所定の形状に応じた平坦画像を計算できる計算モジュール（１０）を有する画像ジェネレータをさらに有し、ここで前記動的補正モジュール（１１）が、基準点からの、平坦画像の対象点のスクリーン上への映写と、前記オブザーバの位置からの、他の対応する点のスクリーン上への映写が一致するように、計算された平坦画像の各点について、同平坦画像上に位置する別の点を決定することができる決定手段（１４）と、平坦画像の各点を、他の対応する点で置換することができる置換手段（１５）とを有する、請求項１又は２記載の映写システム。
【請求項４】
動的補正モジュール（１１）が、画像ジェネレータと静的補正モジュールの間に接続されている、請求項３記載の映写システム。
【請求項６】
前記請求項のいずれか一項に記載の２次元スクリーン上に３次元画像を映写するためのシステムを備えた運転シミュレーション機器。
【請求項７】
２次元スクリーン上に３次元画像を映写する方法であって、スクリーン形状に応じて且つ基準点に関して、映写前に各画像を変形する「静的」補正ステップ（４００）を含み、さらに、スクリーンを見ている選択されたオブザーバの位置をリアルタイムで検知するステップ（１００）と、前記基準点に対するオブザーバの動きによって各画像に作りだされる歪みを、前記オブザーバの位置、基準点の位置、及びスクリーン形状に基づいて補正する「動的」補正ステップ（３００）とを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
スクリーンが湾曲している、請求項１〜７のいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
映写される画像の各点が空間での実際の位置に応じて配置されている平坦画像を計算する（２１０）画像生成ステップ（２００）を有し、ここで「動的」補正ステップ（３００）が、基準点からの、平坦画像上の対象点のスクリーン上への映写と、前記オブザーバの位置からの、他の対応する点のスクリーン上への映写が一致するように、計算された平坦画像の各点について、平坦画像上に位置する他の点を決定する（３０１）ことと、他の対応する点で平坦画像の各点を置換する（３０２）ことを含む、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
「動的」補正ステップを、画像生成ステップの後で、且つ「静的」補正ステップの前に実行する、請求項１〜９のいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、２次元スクリーン上への３次元合成画像の映写に関する。これらの映写システムはとりわけシミュレーションシステム（例えば、運転シミュレーションシステム）やバーチャルリアリティシステムで用いられる。
【背景技術】
【０００２】
実際には、シミュレーションやバーチャルリアリティシステムは、コンピュータで計算された３次元合成画像を表示するためにパノラマ映写スクリーンを利用する。目−スクリーン間距離の変化を最小限としながらユーザにとって有効な視野を広げるため、好ましくは湾曲したスクリーンが用いられる。
【０００３】
湾曲スクリーンへの映写は必然的に、画像の幾何学的変形を生じる。しかしながらこの変形は、静的歪み補正モジュールを用いた逆変形を実行することで容易に相殺できる。こうしてオブザーバは正しい遠近感で３次元のシーンを見ることができる。
【０００４】
ところが湾曲スクリーンに映写する現行のシステムは、単一の視点用に設計されている。すなわち、オブザーバが動くごとに彼の見ている画像が歪むことに繋がる。この歪みはスクリーンの湾曲によって生じたものとははっきり異なる。
【０００５】
そして、多くの用途がオブザーバに動きを要求する。
【０００６】
公知の映写システムは、湾曲スクリーンによって生じる歪みを相殺するために（上述の静的歪み補正）、画像の逆変形を実行するハードウェア又はソフトウェア手段を利用する。これらのハードウェア又はソフトウェア手段は、映写システムの幾何学的形状（映写機の光学的特性及びスクリーンの幾何学的形状）に応じてオペレータによって予めパラメータ化される。
【０００７】
しかしながら、オブザーバの動きによる歪みを避けるために一般的に採用される解決法は、映写システムが調整されているポイントに関して、その移動を制限する。
【０００８】
あるいは、３次元合成画像ジェネレータのレベルで、オブザーバの動きと関連した歪みについて画像補正計算を行うことも可能である。ただしこの解決法は、映写システムの幾何学的形状についての非常に包括的な知識を必要とし、実際には常に可能というわけではない。さらにこの解決法は、計算時間において比較的高価である。
【０００９】
具体的には、公報ＵＳ２００６／００７７３５５が、複数の映写機を用いたシステム用の歪み補正手段を開示している。この手段はスクリーン上に、そのスクリーンの形状による歪みを被ることなく連続的画像を得ることを可能とする。ただし補正パラメータのリアルタイムアップデートに対しては備えがない。
【００１０】
公報ＵＳ２００５／０１４０５７５は湾曲スクリーン上への画像の映写によって生じる歪みを補正する装置を記載している。この公報は、湾曲スクリーン上にそれらを正しく表示するために、単純且つ計算時間において安価な計算によって画像の逆変形を非常に迅速に生じせしめる方法を提案している。ただし変形のパラメータは静的である。それらは、他の形状にそれらを調整するのに、オペレータの介入を必要とする。したがって、オブザーバの視点に応じた変形を加えるためにこの公報に記載の装置を用いることは一切不可能である。
【００１１】
公報ＵＳ４７１４４２８は、映写機によって表示されるべき画像へと逆変形を加えることで歪みを補正する装置を開示している。しかしながら、提案の装置は、映写機によって処理された画像とスクリーンに実際に表示された画像の間の相関関係について詳しいことを必要とするため、比較的複雑である。さらにこの公報によって提案される補正装置は、単一のモジュールを用いて画像を補正するもので、これがすべての補正、すなわち「静的」変形の補正及び「動的」変形に関連しての補正の両方を扱う。この公報によって提案される装置はしたがって、比較的複雑で融通が利かない。
【００１２】
公報ＵＳ５４４６８３４は、選択されたオブザーバの視点を考慮して、ＣＲＴタイプのスクリーン上に３次元のバーチャル画像を表示するのに用いられる方法を記載している。この方法は、そうしたスクリーンへの画像の表示で生じる歪み（湾曲及びスクリーンの光学的特性による歪み）の完璧且つ数学的なモデリングを必要とする。このモデリングは、比較的複雑な方法を暗示する。
【００１３】
公報ＪＰ２００４／３５６９８９は、非平面スクリーンの幾何学的形状を考慮に入れるために、入力信号を幾何学的に補正するためのシステムを開示している。ただしこのシステムは、オブザーバの移動によって生じた歪みを補正することには一切使用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこれらの問題への解決法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の目的の１つは、スクリーンの幾何学的形状（静的補正）及びスクリーン前面のオブザーバの移動（動的補正）によって生じる画像の歪みを、リアルタイムで単純に、オペレータの介入なしに補正しながら、３次元画像を２次元スクリーン上に映写するためのシステムを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このため、本発明の第１の側面によれば、スクリーン形状に応じて且つ固定基準点に関して、その映写前に画像を変形可能な各画像用の静的補正モジュールを有する２次元スクリーン上に３次元画像を映写するためのシステムが提案される。
【００１７】
本発明のこの側面の一般的特徴によれば、前記システムはさらに、
・スクリーンを見ている選択されたオブザーバの位置をリアルタイムで検知可能なセンサと、
・静的補正モジュールの上流に接続された、前記オブザーバの位置、基準点の位置、及びスクリーン形状に基づいて、前記基準点に対するオブザーバの動きによって各画像に作りだされる歪みを自動的に且つリアルタイムで補正することが可能な動的補正モジュールと
を有する。
【００１８】
すなわち、本発明による画像映写システムは、静的補正モジュールに加えて、スクリーン前面のオブザーバの移動によって生じるさらなる歪みを補正可能な動的補正モジュールを有する。
【００１９】
このモジュールは、静的補正モジュールとははっきり異なるものである。このモジュールは、リアルタイムで且つオペレータによる介入とは無関係に動作するように設計されている。
【００２０】
本発明の注目すべき利点は、とりわけ動的補正モジュールが、オブザーバの位置、基準点の位置、及びスクリーン形状に基づいて、オブザーバの動きによって生じる画像の歪みを単純に補正可能であるという事実のおかげで、比較的単純な動作を行うことである。
【００２１】
さらに本発明は、映写中にオペレータの介入をもはや必要としないという利点を有する。実際、セットされるべきパラメータは、静的補正モジュールのものであって、それらは画像映写システムを始動させる前に一度だけセットされる。
【００２２】
好ましくは、前記スクリーンは湾曲している。具体的には、スクリーンは、筒状、先細状、球面状、環状とできる。それは、（連続的又はサンプリングによる）分析的説明が行えるあらゆるタイプの表面形状を持ち得る。
【００２３】
一実施例によれば、映写システムは、映写される画像の各点が空間での実際の位置に応じて配置されている、所定の形状に応じた平坦画像を計算可能な計算モジュールを有する画像ジェネレータをさらに備えることができる。
【００２４】
さらに前記動的補正モジュールは、基準点からの、平坦画像上の対象点のスクリーン上への映写と、前記オブザーバの位置からの、他の対応する点のスクリーン上への映写が一致するように、計算された平坦画像の各点について、同平坦画像上に位置する他の点を決定することができる決定手段と、他の対応する点で平坦画像の各点を置換することができる置換手段とを有することができる。
【００２５】
一実施例によれば、動的補正モジュールは、画像ジェネレータと静的補正モジュールの間で接続されている。
【００２６】
本発明の他の側面によれば、２次元スクリーン上に３次元画像を映写するための上述のシステムを有する運転シミュレーション機器が提案される。
【００２７】
本発明の他の側面によれば、スクリーン形状に応じて且つ基準点に関して、その映写前に各画像が変形される「静的」補正ステップを有する、２次元スクリーン上に３次元画像を映写するための方法が提案される。
【００２８】
前記方法はさらに、スクリーンを見ている選択されたオブザーバの位置をリアルタイムで検知するためのステップと、前記基準点に対するオブザーバの動きによって各画像に作りだされる歪みを、前記オブザーバの位置、基準点の位置、及びスクリーン形状に基づいて補正する「動的」補正ステップを有する。
【００２９】
一実施例によれば、好ましくは、スクリーンは湾曲している。
【００３０】
一実施形態によれば、この方法は、映写される画像の各点がその空間での実際位置に応じて配置されている平坦画像を計算する画像生成ステップを有し、ここで「動的」補正ステップは、基準点からの、平坦画像の対象点のスクリーン上への映写と、前記オブザーバの位置からの、他の対応する点のスクリーン上への映写が一致するように、計算された平坦画像の各点について、同平坦画像上に位置する他の点を決定すること、及び他の対応する点で平坦画像の各点を置換することを含むことができる。
【００３１】
一実施形態によれば、「動的」補正ステップは、画像生成ステップの後で、且つ「静的」補正ステップの前に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明の他の利点及び特徴は、一切限定的なものではない本発明の実施例及び実施の詳細な説明、及び添付の図面を学ぶことから明らかとなろう。
【図１】スクリーン上に３次元画像を映写するための本発明によるシステムを図式的に示す。
【図２】本発明による映写方法の実施の方法を表す。
【図３】湾曲スクリーン上への３次元画像の映写時に計算される種々の点を表す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、スクリーン２に３次元画像１を映写するためのシステムを非常に図式的に表している。この例では、スクリーン２は筒状である。画像はスクリーンの表面に映写される。ただし本発明は決して、筒状タイプの映写スクリーンに限られるものではない。
【００３４】
実際、それは球面状、先細状、環状タイプ、あるいは（連続的又はサンプリングによる）分析的説明が行えるあらゆるタイプの表面形状とし得る。
【００３５】
映写システムはまた、ビデオ映写機、この場合は符号３、４、５の３台を有する。
【００３６】
映写機３、４、５はいかなるタイプであってもよく、概ねスクリーン２をカバーする合成画像を作るように配置される。
【００３７】
単一のビデオ映写機が用いられてもよい。
【００３８】
オブザーバはスクリーン前面に置かれ、その位置は概ね彼の頭部の位置から、より詳しくは彼の目の位置から決定される。
【００３９】
このため、符号７の３次元位置センサがオブザーバの位置の検知に用いられる。
【００４０】
この例では具体的には、センサ７が、画像の３次元での表示に関連して視点を動的にアップデートするため、オブザーバの目の位置を３次元的に決定することを可能とする。目の位置は、固定基準点Ｒに対して示される。
【００４１】
センサによって決定された位置は、コネクション９を介して画像ジェネレータ８へと伝達される。
【００４２】
画像ジェネレータ８は、スクリーン２上に表示される３次元画像を、オブザーバの目の位置に応じて生成する。このために、画像ジェネレータ８は計算モジュール１０を有するものであり、その機能は以下に詳述する。
画像ジェネレータ８によって生成された画像は、コネクション１２を介して動的補正モジュール１１へと伝達される。
【００４３】
動的補正モジュール１１はまた、コネクション１３を介してセンサ７によって届けられたオブザーバの目の３次元位置も受け取る。
【００４４】
動的補正モジュール１１の主要な機能は、符号６の所定の静的較正点に対するオブザーバの動きを相殺するために、画像ジェネレータ８によって生成された画像を変形することである。この変形は、現行のグラフィックス・カードで一般に利用可能ないわゆる「ピクセルシェーディング」技術を用いて加えることができる。この技術の主要なステップは、以下に詳述する。
【００４５】
具体的には、動的補正モジュールは、決定手段１４と置換手段１５を有するものであり、その機能は以下に詳述する。
【００４６】
さらに動的補正モジュール１１は、湾曲スクリーン２の形状を記憶可能なメモリ１６を有する。
【００４７】
動的補正モジュール１１によって変形された画像は、次にコネクション１８を介して静的補正モジュール１７へと伝達される。
【００４８】
静的補正モジュール１７は、湾曲スクリーン２の形状及び映写機３、４、５の光学的特性から生じた歪みを相殺するために、画像のさらなる変形を行う。
【００４９】
具体的には、静的歪み補正モジュール１７は、概ねスクリーンの中央に来るように選ばれた（この位置はコネクション１９を介して伝達される）符号６の所定の視点に対して正しい透視図をもたらすために、映写画像の変形を行う。この視点はまた、上述の動的歪み補正モジュール１１によっても用いられる。この基準点はこのとき、コネクション２０を介してモジュール１１へと伝達される。
【００５０】
静的補正モジュール１７は、映写前にオペレータによってセットされる。セッティングは一度だけで、映写中のオペレータのさらなる介入を必要としない。動的補正モジュール１１は、オブザーバの目の位置に応じてリアルタイムで自動的に動作する。
【００５１】
最後に、静的補正モジュールは映写機３、４、５へと、映写されるべき画像をそれらに伝達するために、コネクション２１を介して接続される。
【００５２】
ここで図２を参照すると、この図は、画像ジェネレータ８、動的補正モジュール１１、及び静的補正モジュール１７によって実施されるアルゴリズムをより詳細に記述している。
【００５３】
まず最初に、オブザーバの位置、とりわけ彼の目の位置が検知１００される。次にこの位置に応じて、スクリーン２００の上に表示される３次元合成画像が生成される。
【００５４】
画像生成２００はとりわけ、平坦画像の計算２０１を含む。計算２０１は、図１の符号１０の計算モジュールによって行われる。
【００５５】
具体的には、表示されるべき３次元合成画像の各点が、画像ジェネレータの計算モジュールによって計算された平坦画像に置換られる。
【００５６】
平坦画像３０は図３に示されている。平坦画像３０の位置は、計算モジュール１０内にオペレータによって予め規定されている。
【００５７】
図３は、３次元合成画像の点Ｎ３Ｄを、あたかもそれが実際に空間に表されているかのように示す。
【００５８】
点Ｐは、２次元平面、この場合だと平坦画像３０に表されたときの点Ｎ３Ｄに対応している。
【００５９】
再び図２を参照すると、動的補正３００は、この平坦画像のレベルで行われる。
【００６０】
動的補正３００は、図１の動的補正モジュール１１によって行われる。
【００６１】
動的補正ステップはとりわけ、平坦画像３０の各点Ｍについて他の点Ｐを決定するステップを含む。
【００６２】
具体的には、動的補正ステップ３００は、基準点ＥＲｅｆ（オブザーバの基準位置）からの、対象点Ｍのスクリーン２上への映写と、前記オブザーバＥの位置（センサ７によって決定された３次元位置）からの、他の対応する点Ｐのスクリーン２上への映写が一致するように、計算された平坦画像の各点Ｍについて、同平坦画像３０上に位置する他の点Ｐを決定すること３０１を有する。
【００６３】
所定の点Ｍに関して点Ｐを決定するこの工程は、上述の「ピクセルシェーディング」技術によって非常にたやすく実行される。
【００６４】
上述の点は、図３に示されている。
【００６５】
スクリーン２上に示された点Ｎは、それぞれオブザーバの基準位置ＥＲｅｆとオブザーバの決定位置Ｅに対応した、スクリーン２上への点Ｍと他の点Ｐの共通の映写に対応している。
【００６６】
ここで再び図２に言及する。
【００６７】
他の点Ｐが決定されると、対応する点Ｍに置換３０２される。置換ステップ３０２は、図１の置換手段１５によって行われる。
【００６８】
動的補正ステップ３００は、３次元合成画像のすべての点について関して繰り返される。
【００６９】
そして点Ｍが点Ｐによって置換された画像に対して静的補正４００が実行される。
【００７０】
静的補正４００が行われると、画像はスクリーン上へと実際に映写５００される。
【００７１】
スクリーン２上の点Ｎ３Ｄの画像は、オブザーバの位置Ｅから見れば、点Ｎである。
【００７２】
映写システムは、運転シミュレータ、バーチャル世界アニメーション機器、あるいはＣＡＤデータ没入型ビジュアライゼーション機器においても利用できる。
【００７３】
これはまた、（例えば逆投影による）半透明な、あるいは（例えば半反射光沢面への）反射性の湾曲スクリーン上への画像の映写に用いることでもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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