(57)【要約】【課題】  ３次元モデルに表示する画像を変更することができる３次元映像装置を得ることを目的とする。【解決手段】  立体的に変形するスクリーン４の表面形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償部６を設け、そのデータ補償部６により補償された投影データにしたがってスクリーン４に画像を投影する。また、データ補償部６がスクリーン４に対するプロジェクタ７の相対的な位置を考慮して、２次元の投影データを補償する。これにより、スクリーン４に表示する画像を変更することができる。また、スクリーン４に対するプロジェクタ７の相対的な位置が変更されても、適正な画像をスクリーン４に表示することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体的に変形する３次元モデルの形状を検出する形状検出手段と、上記形状検出手段により検出された３次元モデルの形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段と、上記データ補償手段により補償された投影データにしたがって上記３次元モデルに画像を投影するプロジェクタとを備えた３次元映像装置。
【請求項２】
３次元空間のモデルデータにしたがって３次元モデルの形状を変更する形状変更手段と、上記形状変更手段による形状変更後の３次元モデルの形状を検出する形状検出手段と、上記形状検出手段により検出された３次元モデルの形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段と、上記データ補償手段により補償された投影データにしたがって上記３次元モデルに画像を投影するプロジェクタとを備えた３次元映像装置。
【請求項３】
３次元空間のモデルデータにしたがって３次元モデルの形状を変更する形状変更手段と、その３次元空間のモデルデータから３次元モデルの形状を認識する形状認識手段と、上記形状認識手段により認識された３次元モデルの形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段と、上記データ補償手段により補償された投影データにしたがって上記３次元モデルに画像を投影するプロジェクタとを備えた３次元映像装置。
【請求項４】
データ補償手段は、３次元モデルに対するプロジェクタの相対的な位置を考慮して、２次元の投影データを補償することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の３次元映像装置。
【請求項５】
データ補償手段は、複数のプロジェクタが実装されている場合において、３次元モデルに対する複数のプロジェクタの投影範囲が重なり合う領域が存在する場合、その領域に係る投影データの輝度を減光することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の３次元映像装置。
【請求項６】
複数のプロジェクタが実装されている場合において、あるプロジェクタから投影される画像を遮る凸部が３次元モデルに存在する場合、他のプロジェクタから投影される画像が当該凸部により遮られる画像を補うことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の３次元映像装置。
【請求項７】
３次元モデルは、画像表示面が変形可能なスクリーンであることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の３次元映像装置。
【請求項８】
３次元空間上を回転する３次元モデルの回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記回転角度検出手段により検出された３次元モデルの回転角度に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段と、上記データ補償手段により補償された投影データにしたがって上記３次元モデルに画像を投影するプロジェクタとを備えた３次元映像装置。
【請求項９】
３次元モデルの回転を制御する回転制御手段と、上記３次元モデルの回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記回転角度検出手段により検出された３次元モデルの回転角度に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段と、上記データ補償手段により補償された投影データにしたがって上記３次元モデルに画像を投影するプロジェクタとを備えた３次元映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、臨場感のある３次元モデル映像を生成する３次元映像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の３次元映像装置は、臨場感のある３次元モデル映像を生成するために、画像表示面の形状が波状に形成されているスクリーンを設置し、プロジェクタに与える投影データをスクリーンの画像表示面の形状に応じて補償するようにしている。
即ち、従来の３次元映像装置は、スクリーンの画像表示面の形状に応じて、プロジェクタに与える投影データに幾何変形や色変形などの変換を施し、プロジェクタが変換後の投影データにしたがってスクリーンに画像を投影するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８４０４０号公報（段落番号［００４０］から［００７４］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の３次元映像装置は以上のように構成されているので、立体的な形状が固定のスクリーンに対応する投影データを生成することができるが、形状が立体的に変形するスクリーンなどの３次元モデルには対応することができず、３次元モデルに表示する画像を変更することができないなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、３次元モデルに表示する画像を変更することができる３次元映像装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る３次元映像装置は、立体的に変形する３次元モデルの形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段を設け、そのデータ補償手段により補償された投影データにしたがって３次元モデルに画像を投影するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、立体的に変形する３次元モデルの形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段を設け、そのデータ補償手段により補償された投影データにしたがって３次元モデルに画像を投影するように構成したので、３次元モデルに表示する画像を変更することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による３次元映像装置を示す構成図であり、図において、データ入力部１は例えば３次元映像装置が３次元地図を表示する場合、３次元の地図データ（各位置（経度、緯度）毎の高度情報を有するデータ）を３次元空間のモデルデータとして入力するとともに、２次元の投影データを入力する。
アクチュエータ制御部２は３次元地図の縮尺に応じて３次元の地図データを変換し、変換後の地図データからスクリーン４（３次元モデル）の表面形状を変形させるアクチュエータ３の駆動量を演算する。アクチュエータ３はアクチュエータ制御部２により演算された駆動量だけ移動してスクリーン４の表面形状を変更する。図１ではアクチュエータ３が１つだけアクチュエータ制御部２に接続されているが、実際には多数のアクチュエータ３がアクチュエータ制御部２に接続されている。
スクリーン４の表面は例えばゴム膜などの変形自在の素材から構成され、多数のアクチュエータ３により表面形状が変形される。
なお、アクチュエータ制御部２及びアクチュエータ３から形状変更手段が構成されている。
【０００９】
形状検出部５はアクチュエータ３の駆動量を監視してスクリーン４の表面形状を検出する形状検出手段を構成している。
データ補償部６は形状検出部５により検出されたスクリーン４の表面形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段を構成している。プロジェクタ７はデータ補償部６により補償された投影データにしたがってスクリーン４に画像を投影する。
【００１０】
図２はアクチュエータ３による変形前のスクリーン４を示す斜視図であり、図３はアクチュエータ３による変形後のスクリーン４を示す斜視図である。
また、図４はアクチュエータ３の構造を示す側面図であり、図において、伸縮部材１１は先端１１ａがスクリーン４の表面にクリップされ、モータ１２によって伸縮されてスクリーン４の表面を変形させる。モータ１２はアクチュエータ制御部２により演算された駆動量だけ伸縮部材１１を伸縮させることにより、スクリーン４の表面形状を変更する。
なお、図２及び図３の例では、スクリーン４は複数の柱状のセグメントが縦横に配列されて構成され、セグメント毎にアクチュエータ３が設置されている。
図７はこの発明の実施の形態１による３次元映像装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００１１】
次に動作について説明する。
データ入力部１は、例えば、３次元映像装置が３次元地図を表示する場合、３次元の地図データ（各位置（経度、緯度）毎の高度情報を有するデータ）を入力し、その地図データをアクチュエータ制御部２に与える。また、２次元の投影データを入力して、その投影データをデータ補償部６に与える（ステップＳＴ１）。
【００１２】
アクチュエータ制御部２は、データ入力部１から３次元の地図データを受けると、３次元地図の縮尺に応じて３次元の地図データを変換する（ステップＳＴ２）。
例えば、１０ｍ×１０ｍの大きさのスクリーン４に、１０Ｋｍ×１０Ｋｍの領域の地図を表示する場合、縮尺が１０００分の１の地図になるので、３次元の地図データを構成する経度、緯度、高度情報に“１／１０００”を乗算して３次元の地図データを変換する。
【００１３】
アクチュエータ制御部２は、３次元の地図データの変換処理が完了すると、変換後の地図データからアクチュエータ３の駆動量を演算する（ステップＳＴ３）。
即ち、アクチュエータ制御部２は、アクチュエータ３毎に、伸縮部材１１の先端１１ａがクリップされているスクリーン４の位置（経度、緯度）に対応する高度情報を変換後の地図データから取り出し、その高度情報に応じてアクチュエータ３の駆動量を演算する。
例えば、スクリーン４の位置（経度、緯度）に対応する高度情報が“３ｃｍ”である場合（この場合、縮尺変換前の高度情報は“３０ｍ”）、アクチュエータ３の伸縮部材１１を“３ｃｍ”だけ伸ばす必要があるので、伸縮部材１１を“３ｃｍ”だけ伸ばすために必要なモータ１２の回転量をアクチュエータ３の駆動量として演算する。
モータ１２の回転量＝Ａ／Ｂ
ただし、Ａは伸縮部材１１の伸ばし量、Ｂはモータ１２の１回転当りの伸縮部材１１の伸ばし量である。
【００１４】
複数のアクチュエータ３は、上記のようにしてアクチュエータ制御部２がモータ１２の回転量をアクチュエータ３の駆動量として演算すると、その回転量だけモータ１２を回転させることにより、伸縮部材１１を伸ばしてスクリーン４の表面形状を変更する（ステップＳＴ４）。
これにより、スクリーン４の表面形状が現実空間の立体形状に近似される。
【００１５】
形状検出部５は、例えば、エンコーダを用いて、アクチュエータ３におけるモータ１２の回転量を監視することによって、スクリーン４の表面形状を検出する（ステップＳＴ５）。
ここでは、モータ１２の回転量を監視することにより、スクリーン４の表面形状を検出するようにしているが、これに限るものではなく、例えば、カメラやレーザスキャナを用いて、スクリーン４の表面形状を撮像することにより、スクリーン４の表面形状を検出するようにしてもよい。
【００１６】
データ補償部６は、形状検出部５がスクリーン４の表面形状を検出すると、データ入力部１から与えられた２次元の投影データをスクリーン４の表面形状に応じて補償する（ステップＳＴ６）。
即ち、プロジェクタ７からスクリーン４までの距離が近い場合、そのスクリーン４に投影される画像は小さくなるが（図５の左側の画像に着目）、プロジェクタ７からスクリーン４までの距離が遠い場合、そのスクリーン４に投影される画像は大きくなる（図５の右側の画像に着目）。
したがって、プロジェクタ７とスクリーン４の位置関係が、例えば図６の関係を満足する場合（プロジェクタ７からスクリーン４の左端までの距離がＬ１、プロジェクタ７からスクリーン４の右端までの距離がＬ２であって、Ｌ１＜Ｌ２が成立する場合）、スクリーン４の左側より右側の画像が大きく投影されてしまうため、スクリーン４の左側と右側の画像の大きさが均一になるように、スクリーン４に対するプロジェクタ７の相対的な位置を考慮して、２次元の投影データを補償する必要がある。
【００１７】
具体的には、下式に補償前の２次元の投影データを代入して、補償後の２次元の投影データを計算する。
【数１】
2005277900.tif 000003
ただし、Ｄｂは補償前の投影データ、Ｄａは補償後の投影データ、Ｒは透視射影用の変換行列である。
そして、スクリーン４の中で、プロジェクタ７から最も距離が短いスクリーン４の左端に画像が投影される場合と（Ｌ１＝ｎ）、プロジェクタ７から最も距離が長いスクリーン４の右端に画像が投影される場合（Ｌ２＝ｆ）を想定し、スクリーン４の左端に投影される画像の左辺の長さをｌ、右辺の長さをｒ、上辺の長さをｔ、下辺の長さをｂと定義している。
【００１８】
また、スクリーン４の表面形状は平面ではなく立体的であり、ある立体物の頂部と底部とでは、プロジェクタ７の画角が異なるため（θＢ＜θＴが成立する場合）、２次元の投影データを補償せずに立体物に投影すると、その立体物に投影された画像に歪が生じる。
したがって、データ補償部６は、形状検出部５により検出されたスクリーン４の表面形状に応じて２次元の投影データを補償する必要がある。
具体的には、データ補償部６は、形状検出部５により検出されたスクリーン４の表面形状と、プロジェクタ７により投影された画像の大きさを比較する。
例えば、ある立体物に係る画像と、その立体物の表面形状とを比較し、その画像の大きさが立体物の表面形状より大きい場合には、その画像の大きさが立体物の表面形状と一致するように縮小する。一方、その画像の大きさが立体物より小さい場合には、その画像の大きさが立体物の表面形状と一致するように拡大する。
なお、画像と立体物の表面形状との比較方法は、いかなる方法を利用してもよいが、例えば、カメラを用いて、プロジェクタ７により投影された画像を撮像することによって、画像と立体物の表面形状とを比較することができる。
【００１９】
プロジェクタ７は、上記のようにして、データ補償部６が投影データを補償すると、補償後の投影データにしたがってスクリーン４に画像を投影する（ステップＳＴ７）。
スクリーン４は、上述したように、表面形状が平面ではなく立体的であるため、スクリーン４には臨場感のある３次元モデル映像が形成される。
【００２０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、立体的に変形するスクリーン４の表面形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償部６を設け、そのデータ補償部６により補償された投影データにしたがってスクリーン４に画像を投影するように構成したので、スクリーン４に表示する画像を変更することができる効果を奏する。
【００２１】
また、この実施の形態１によれば、データ補償部６がスクリーン４に対するプロジェクタ７の相対的な位置を考慮して、２次元の投影データを補償するように構成したので、スクリーン４に対するプロジェクタ７の相対的な位置が変更されても、適正な画像をスクリーン４に表示することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態１では、特に言及していないが、プロジェクタ７の設置位置を変更するアクチュエータなど、機械的な設置位置変更手段を設けてもよい。
【００２２】
この実施の形態１では、表面形状が変形自在のスクリーン４に画像を投影するものについて示したが、投影対象の３次元モデルは立体的に変形するものであればよく、スクリーン４に限るものでないことは言うまでもない。例えば、投影対象の３次元モデルとして自動車やビルなどの立体物でもよい。
【００２３】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による３次元映像装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
形状認識部８は３次元の地図データからスクリーン４の表面形状を認識する形状認識手段を構成している。
【００２４】
上記実施の形態１では、形状検出部５がアクチュエータ３におけるモータ１２の回転量を監視することによって、スクリーン４の表面形状を検出するものについて示したが、形状認識部８が３次元の地図データからスクリーン４の表面形状を認識するようにしてもよい。
即ち、形状認識部８は、データ入力部１から３次元の地図データを受けると、アクチュエータ制御部２と同様に、３次元地図の縮尺に応じて３次元の地図データを変換する。
形状認識部８は、３次元の地図データの変換処理が完了すると、アクチュエータ制御部２と同様に、変換後の地図データからアクチュエータ３の駆動量を演算し、アクチュエータ３の駆動量からスクリーン４の表面形状を認識する。
形状認識部８は、表面形状の認識結果をデータ補償部６に出力する。その他、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００２５】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、形状認識部８が３次元の地図データからスクリーン４の表面形状を認識するように構成したので、例えば、エンコーダを用いて、アクチュエータ３におけるモータ１２の回転量を監視することなく、スクリーン４の表面形状を認識できるようになり、その結果、装置構成の簡略化を図ることができる効果を奏する。
【００２６】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、１台のプロジェクタ７がスクリーン４に画像を投影するものについて示したが、図９に示すように、複数台のプロジェクタ７がスクリーン４に画像を投影するようにしてもよい。
この場合、データ入力部１は入力された２次元の投影データの中から、各プロジェクタ７が担当する領域の投影データを切り出して、その投影データをそれぞれデータ補償部６に出力する。
図１０は２台のプロジェクタ７がスクリーン４に画像を投影している様子を示している。
【００２７】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、複数台のプロジェクタ７がスクリーン４に画像を投影するものについて示したが、例えば、図１１に示すように、スクリーン４に対する２台のプロジェクタ７の投影範囲が重なり合う領域が存在する場合、その領域に係る投影データの輝度を減光するようにしてもよい。
【００２８】
即ち、２台のプロジェクタ７が、投影範囲が重なり合う領域に対しても、他の領域と同様の輝度で投影を行う場合、その重なり合う領域が他の領域よりも明るくなり、違和感のある画像になる。
そこで、各データ補償部６は、投影範囲が重なり合う領域に係る投影データの輝度を減光する補償を実施して（例えば、投影範囲が重なり合う領域に係る投影データの輝度を半分にする）、その重なり合う領域と他の領域の明るさを同じにする。
これにより、スクリーン４に対する２台のプロジェクタ７の投影範囲が重なり合う領域が存在する場合でも、違和感のない画像を表示することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態５．
上記実施の形態３では、複数台のプロジェクタ７がスクリーン４に画像を投影するものについて示したが、例えば、図１２に示すように、一方のプロジェクタ７から投影される画像を遮る立体物４ａ（凸部）がスクリーン４に存在する場合、他のプロジェクタ７から投影される画像が立体物４ａにより遮られる画像を補うようにすればよい。
【００３０】
即ち、２台のプロジェクタ７の投影範囲が重なり合う領域の近傍に、例えば、背の高いビルや鉄塔など立体物４ａが存在する場合、例えば、図中左側のプロジェクタ７が投影する画像は、立体物４ａにより遮られて、立体物４ａの右側に遮蔽部が発生する。
逆に、図中右側のプロジェクタ７が投影する画像は、立体物４ａにより遮られて、立体物４ａの左側に遮蔽部が発生する。
そこで、データ入力部１は、立体物４ａの右側に発生する遮蔽部の画像は、図中右側のプロジェクタ７が投影する画像に含まれるように、担当する領域の投影データの切り出し処理を実施し、立体物４ａの左側に発生する遮蔽部の画像は、図中左側のプロジェクタ７が投影する画像に含まれるように、担当する領域の投影データの切り出し処理を実施する。
これにより、プロジェクタ７から投影される画像を遮る立体物４ａがスクリーン４に存在する場合でも、違和感のない画像を表示することができる効果を奏する。
【００３１】
なお、一方のプロジェクタ７から投影される画像が立体物４ａにより遮られる場合、その遮蔽部において、他方のプロジェクタ７の投影と重なり合うことはないので、その遮蔽部においては、上記実施の形態４のように、他方のプロジェクタ７の投影データの輝度を減光する補償は実施しない。
【００３２】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６による３次元映像装置を示す構成図であり、図において、データ入力部２１は例えば円柱状のスクリーン２３（３次元モデル）のモデルデータ（プロジェクタ２６からスクリーン２３を見たときのスクリーン２３の形状データであって、スクリーン２３の回転角度毎に異なる形状データ）を入力するとともに、２次元の投影データを入力する。
回転制御部２２はスクリーン２３の回転を制御する回転制御手段を構成している。
【００３３】
回転角度検出部２４はスクリーン２３の回転角度を検出する回転角度検出手段を構成している。データ補償部２５は回転角度検出部２４により検出されたスクリーン２３の回転角度に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償手段を構成している。
プロジェクタ２６はデータ補償部２５により補償された投影データにしたがってスクリーン２３に画像を投影する。
【００３４】
次に動作について説明する。
データ入力部２１は、例えば、円柱状のスクリーン２３のモデルデータ、即ち、プロジェクタ２６からスクリーン２３を見たときのスクリーン２３の形状データであって、スクリーン２３の回転角度毎に異なる形状データをモデルデータとして入力し、そのモデルデータをデータ補償部２５に与える。また、２次元の投影データを入力して、その投影データをデータ補償部６に与える。
【００３５】
回転制御部２２は、例えば、図１４に示す矢印の方向に、スクリーン２３を３次元空間上で回転させる。
回転角度検出部２４は、例えば、エンコーダを用いて、スクリーン２３の回転角度を検出する。
【００３６】
データ補償部２５は、回転角度検出部２４がスクリーン２３の回転角度を検出すると、データ入力部２１から与えられたモデルデータ（全角度のモデルデータ）のうち、その回転角度に対応するモデルデータを選択する。
また、データ入力部２１から与えられた投影データ（全角度の投影データ）のうち、その回転角度に対応する投影データを選択する。
【００３７】
データ補償部２５は、回転角度に対応するモデルデータと投影データを選択すると、そのモデルデータを参照して、プロジェクタ２６からスクリーン２３を見たときのスクリーン２３の表面形状を認識する。
データ補償部２５は、上記実施の形態１〜５におけるデータ補償部６と同様に、スクリーン２３の表面形状に応じて２次元の投影データを補償する。
プロジェクタ２６は、上記のようにして、データ補償部２５が投影データを補償すると、補償後の投影データにしたがってスクリーン２３に画像を投影する。
【００３８】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、回転角度検出部２４により検出されたスクリーン２３の回転角度に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償部２５を設け、そのデータ補償部２５により補償された投影データにしたがってスクリーン２３に画像を投影するように構成したので、プロジェクタ２６からスクリーン２３を見たときのスクリーン２３の表面形状が回転角度によって異なる場合でも、適正な画像をスクリーン２３に投影することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１による３次元映像装置を示す構成図である。
【図２】アクチュエータによる変形前のスクリーンを示す斜視図である。
【図３】アクチュエータによる変形後のスクリーンを示す斜視図である。
【図４】アクチュエータの構造を示す側面図である。
【図５】プロジェクタにより投影される画像の大きさを示す説明図である。
【図６】プロジェクタとスクリーンの位置関係を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による３次元映像装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２による３次元映像装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態３による３次元映像装置を示す構成図である。
【図１０】２台のプロジェクタがスクリーンに画像を投影している様子を示す説明図である。
【図１１】２台のプロジェクタがスクリーンに画像を投影している様子を示す説明図である。
【図１２】２台のプロジェクタがスクリーンに画像を投影している様子を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による３次元映像装置を示す構成図である。
【図１４】プロジェクタとスクリーンの位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  データ入力部、２  アクチュエータ制御部（形状変更手段）、３  アクチュエータ（形状変更手段）、４  スクリーン（３次元モデル）、５  形状検出部（形状検出手段）、６  データ補償部（データ補償手段）、７  プロジェクタ、８  形状認識部（形状認識手段）、１１  伸縮部材、１１ａ  先端、１２  モータ、２１  データ入力部、２２  回転制御部（回転制御手段）、２３  スクリーン（３次元モデル）、２４  回転角度検出部（回転角度検出手段）、２５  データ補償部（データ補償手段）、２６  プロジェクタ。
【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】
2005277900.tif 000011
【図９】
2005277900.tif 000012
【図１０】
2005277900.tif 000013
【図１１】
2005277900.tif 000014
【図１２】
2005277900.tif 000015
【図１３】
2005277900.tif 000016
【図１４】
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