(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの散乱光に相当する光線群を与える点状の光出射部を所定間隔で平面状に配置して成る光源装置と、この光源装置の光出射側に配置された映像表示パネルと、各光出射部に対応する前記映像表示パネルの各画素領域に表示する表示映像を設定する表示パネル駆動手段と、を備えて成る三次元映像表示装置の前記映像表示パネルに与える表示映像を生成する方法において、
表示しようとする前記物体、前記点状の光出射部、及び前記映像表示パネルの配置関係に対応させて、前記物体となるポリゴン集合体、複数のピンホール、及び記録面をコンピュータ上で仮想的に配置して、各光線と前記ポリゴン集合体との交点部の画素情報を前記光線が通過する記録面上の記録画素とする計算処理を行う一方、前記ポリゴン集合体を構成する各ポリゴンのうち、その法線と光線広がりの最大幅の光線との成す角度が観察者側から見て９０度を越えるポリゴンについては、前記計算処理の対象から除外する処理を行うことを特徴とする三次元映像表示装置への供給映像生成方法。
【請求項２】
映像を表示する映像表示パネルと、この映像表示パネルからの映像光が入射される点状光透過部が所定間隔で平面状に配置されて物体からの散乱光に相当する光線群を与える点状光透過部形成パネルと、各点状光透過部に対応する前記映像表示パネルの各画素領域に表示する表示映像を設定する表示パネル駆動手段と、を備えて成る三次元映像表示装置の前記映像表示パネルに与える表示映像を生成する方法において、
表示しようとする前記物体、前記所定間隔で平面状に配置された点状光透過部、及び前記映像表示パネルの配置関係に対応させて、前記物体となるポリゴン集合体、複数のピンホール、及び記録面をコンピュータ上で仮想的に配置して、各光線と前記ポリゴン集合体との交点部の画素情報を前記光線が通過する記録面上の記録画素とする計算処理を行う一方、前記ポリゴン集合体を構成する各ポリゴンのうち、その法線と光線広がりの最大幅の光線との成す角度が観察者側から見て９０度を越えるポリゴンについては、前記計算処理の対象から除外する処理を行うことを特徴とする三次元映像表示装置への供給映像生成方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の三次元映像表示装置への供給映像生成方法において、除外計算処理を全ポリゴンに対して行った後に、記録画素を生成する計算処理を除外後の残りのポリゴンに対して行うことを特徴とする三次元映像表示装置への供給映像生成方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の三次元映像表示装置への供給映像生成方法において、ポリゴンに対する除外計算処理を、各ポリゴンに対する記録画素生成の前段階で逐次行うことを特徴とする三次元映像表示装置への供給映像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、いわゆる光線再生方式を用いた三次元映像表示装置に利用される供給映像生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特殊な眼鏡を必要とせずに立体映像表示を実現する方法しとて、パララックスバリア方式やレンチキュラーレンズ方式等が知られているが、これらの方式は両眼視差を有する右眼用映像と左眼用映像とを短冊状に表示画面に交互に表示することとしており、左右方向の立体感は得られるものの、上下方向の立体感は得ることができない不満がある。また、適視位置から外れると、右眼に左眼映像が入射し、左眼に右眼映像が入射する逆視といった現象などが生じ、見る位置を自由に選ぶことができないという不便もある。
【０００３】
一方、近年においては、見る位置を自由に選ぶことが可能な光線再生方式と呼ばれる三次元映像表示方法が提案されるようになってきている。この光線再生方式は、平面を通過する光線の情報（すなわち、物体からの散乱光に相当する光線の方向や光線の広がり）を平面に記録・再生する方式といえるものであり、その再生装置は、例えば、図４（ａ）に示すように、バックライト５１と、ピンホールアレイ板５２と、液晶表示パネル５３とによって構成することができる。ここで、ピンホールアレイ板５２の各ピンホール５２ａからは光線が所定の範囲で幾つかの方向に出射されているとみることができる。液晶表示パネル５３には各ピンホール５２ａに対応して画素領域（例えば、横９〜２０、縦３〜２０個の画素により構成される）５３ａが形成されることになる。画素領域５３ａの各画素は、対応するピンホール５２ａからの各方向の光線に対して光透過量を制御することとなり、これによって各方向の光線について強度が再現される。より具体には、図４（ｂ）に示すように、例えば、ピンホール５２ａ1 からの光線を受けることになる画素領域５３ａ1 の画素ａ1 に、対象物Ｘの箇所Ｘ1 を表現した光透過量が設定され、ピンホール５２ａ2 からの光線を受けることになる画素領域５３ａ2 の画素ａ2 に、対象物Ｘの箇所Ｘ2 を表現した光透過量が設定され、ピンホール５２ａ3 からの光線を受けることになる画素領域５３ａ3 の画素ａ3 に、対象物Ｘの箇所Ｘ3 を表現した光透過量が設定されるというように、対象物Ｘの所定の点に対応して各画素において光透過量が再現されることにより、観察者Ｚは対象物Ｘを三次元的に認識することになる。また、観察者Ｚが下方に移動すれば、対象物Ｘの下側に回り込んで見たように認識することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光線再生方式の三次元映像表示装置に与える映像データを生成する映像生成系には、コンピュータ（コンピュータグラフィック技術）が用いられる。すなわち、コンピュータ上でポリゴンオブジェクト及び複数のピンホールを仮想的に配置し、ポリゴンオブジェクトを構成する各点と前記ピンホールとを結ぶ線上に位置する仮想的に設けた記録面上の各記録画素領域における各記録画素についてのデータ（映像表示系における映像表示パネルの光透過量を設定することになるデータ）を算出するように構成される。
【０００５】
具体的には、図５に示すように、対象物Ｘを構成する点Ｘａは、仮想的に設けられたピンホール６０を通り、仮想的に設けられた記録面上の記録画素領域６１の記録画素ａに至る光線Ａによって再現されることになるので、記録画素ａには前記の点Ｘａを表現するデータを持たせるように計算処理を行う。すなわち、各光線と対象物Ｘを構成する各ポリゴンとの衝突判定を行い、衝突箇所でのポリゴン画素を、当該光線が通過する記録面のデータとする処理を行う。同様に、光線Ｂ乃至Ｉに対応する記録画素ｂ〜ｉついても計算処理を行うことになる。映像生成系におけるピンホール６０と記録画素領域６１との位置関係は、映像表示系における各ピンホール５２ａと画素領域５３ａとの位置関係等に対応して設定されることになる。ここで、例えば、光線Ａは、対象物Ｘを構成するポリゴンのうち裏面側のポリゴンと表面側のポリゴンの二つを通過（衝突）するので、二つの記録画素データが得られるが、例えば、これら二つのポリゴンのＺ座標値に基づいてどちらのポリゴンが観察者に近いかを判定し、観察者に近い方の記録画素データを採用する処理を行うことになる。
【０００６】
このような光線再生方式の三次元映像表示装置では、上述した原理にて観察者Ｚに三次元的に映像を認識させることができるものの、表示映像の作成のための計算量が膨大になり、表示映像を高速で作成することができなかった。
【０００７】
この発明は、上記の事情に鑑み、三次元映像表示装置への表示映像を高速で作成することを可能とする三次元映像表示装置への供給映像生成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の三次元映像表示装置への供給映像生成方法は、上記の課題を解決するために、物体からの散乱光に相当する光線群を与える点状の光出射部を所定間隔で平面状に配置して成る光源装置と、この光源装置の光出射側に配置された映像表示パネルと、各光出射部に対応する前記映像表示パネルの各画素領域に表示する表示映像を設定する表示パネル駆動手段と、を備えて成る三次元映像表示装置の前記映像表示パネルに与える表示映像を生成する方法において、表示しようとする前記物体、前記点状の光出射部、及び前記映像表示パネルの配置関係に対応させて、前記物体となるポリゴン集合体、複数のピンホール、及び記録面をコンピュータ上で仮想的に配置して、各光線と前記ポリゴン集合体との交点部の画素情報を前記光線が通過する記録面上の記録画素とする計算処理を行う一方、前記ポリゴン集合体を構成する各ポリゴンのうち、その法線と光線広がりの最大幅の光線との成す角度が観察者側から見て９０度を越えるポリゴンについては、前記計算処理の対象から除外する処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
従来においては、一つの物体を構成しているポリゴンのうち裏面側のポリゴンと表面側のポリゴンの二つに光線が衝突するときには、二つの記録画素データが得られ、そのうちの一つを採用する処理を行っていたが、この発明の方法では、観察可能範囲外となるポリゴンについては予め計算処理の対象外とするので、二つの記録画素データが得られるといったことは無くなる。すなわち、採用されない記録画素データを得る無駄な計算処理が無くなる分、映像生成のめたの計算処理が速くなり、三次元映像表示装置への表示映像が高速で作成される。
【００１０】
また、三次元映像表示装置への供給映像生成方法は、映像を表示する映像表示パネルと、この映像表示パネルからの映像光が入射される点状光透過部が所定間隔で平面状に配置されて物体からの散乱光に相当する光線群を与える点状光透過部形成パネルと、各点状光透過部に対応する前記映像表示パネルの各画素領域に表示する表示映像を設定する表示パネル駆動手段と、を備えて成る三次元映像表示装置の前記映像表示パネルに与える表示映像を生成する方法において、表示しようとする前記物体、前記所定間隔で平面状に配置された点状光透過部、及び前記映像表示パネルの配置関係に対応させて、前記物体となるポリゴン集合体、複数のピンホール、及び記録面をコンピュータ上で仮想的に配置して、各光線と前記ポリゴン集合体との交点部の画素情報を前記光線が通過する記録面上の記録画素とする計算処理を行う一方、前記ポリゴン集合体を構成する各ポリゴンのうち、その法線と光線広がりの最大幅の光線との成す角度が観察者側から見て９０度を越えるポリゴンについては、前記計算処理の対象から除外する処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
上記構成においても、観察可能範囲外となるポリゴンについては予め計算処理の対象外とするので、採用されない記録画素データを得る無駄な計算処理が無くなる分、映像生成のめたの計算処理が速くなり、三次元映像表示装置への表示映像が高速で作成されることになる。
【００１２】
除外計算処理を全ポリゴンに対して行った後に、記録画素を生成する計算処理を除外後の残りのポリゴンに対して行うようにしてもよい。また、ポリゴンに対する除外計算処理を、各ポリゴンに対する記録画素生成の前段階で逐次行うようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の三次元映像表示装置への供給映像生成方法を図１乃至図３に基づいて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は映像生成系の概念を示した説明図であり、同図（ｂ）は映像表示系である三次元映像表示装置を示した説明図である。
【００１５】
映像生成系では、表示対象である対象物Ｙ（ポリゴンオブジェクト）、複数のピンホール１１、及び記録面１２を、映像表示系で表示しようとする対象物、ピンホールアレイ板１に設けた複数のピンホール１ａ、及び液晶表示パネル２の配置関係に対応させて、コンピュータ上で仮想的に配置することになる。そして、各ピンホール１ａに対応して設定される画素領域３が横９個、縦９個の合計８１個の画素３ａで構成されるなら、映像生成系の記録面１２においても、各ピンホール１１に対応する記録画素領域１３は横９個、縦９個の合計８１個の記録画素１３ａにより構成される。
【００１６】
そして、映像生成系では、上記のごとく対象物Ｙやピンホール１１や記録面１２を仮想的に設定した後、対象物Ｙを構成する各点と前記ピンホール１１とを結ぶ線上に位置する記録面１２上の各記録画素領域１３における各記録画素１３ａ…についてデータ生成のための計算処理を行う。図の例であれば、対象物Ｙの点Ｙ1 はピンホール１１Ａを通り、記録画素領域１３Ａの画素１３ａ1 に到達するので、記録画素１３ａ1 には対象物Ｙの点Ｙ1 を表現するデータ（映像表示系における映像表示パネルの光透過量を設定することになるデータ）が計算処理によって求められる。対象物Ｙの各点について同様の計算処理を行うことで、全ての記録画素１３ａのデータが求められ、このデータに基づいた電圧値を三次元映像表示装置の液晶表示パネル２の各画素３ａに与えることで、各画素３ａの光透過量が設定され、観察者Ｚは対象物Ｙを三次元的に認識することになる。
【００１７】
図２は、従来項の説明で用いた図５に対応させたかたちで図１（ａ）の映像生成系の概念を示している。対象物Ｙを構成する点Ｙａは、仮想的に設けられたピンホール１１を通り、仮想的に設けられた記録面上の記録画素領域１３の記録画素１３ａ（ａ）に至る光線Ａによって再現されることになるので、記録画素１３ａ（ａ）には前記の点Ｙａを表現するデータを持たせるように計算処理を行う。すなわち、各光線と対象物Ｙを構成する各ポリゴンとの衝突判定を行い、衝突箇所でのポリゴン画素を、当該光線が通過する記録面のデータとする処理を行う。同様に、光線Ｂ乃至Ｉに対応する記録画素１３ａ（ｂ〜ｉ）についても計算処理を行うことになる。
【００１８】
ここで、各ピンホール１１と記録画素領域１３の最縁を結ぶ光線（図１（ａ）の光線Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 参照）の範囲内が観察可能範囲（対象物Ｙを回り込んで見ることができる範囲）となる。この観察可能範囲において、対象物Ｙを構成しているポリゴンには、観察者に見えるものと、観察者から見えないものとが存在する。具体的には、図２に示すように、各ピンホール１１から記録画素領域１３の最縁を通る光線（上下方向ではＡ，Ｉ）に対してポリゴン法線が９０度を越えるポリゴンについては、たとえ観察者が頭部位置を上下にずらしても見えないものとなる。図２に示す角度θは、上下方向について当該角度の範囲に法線が存在するポリゴンは観察されないことを示している。なお、左右方向についても同様に角度範囲が定まる。かかる点に着目し、各光線と対象物Ｙを構成する各ポリゴンとの衝突判定に先立ち、法線が角度θの範囲に存在するポリゴンを選び出し、衝突判定の対象から除外する。すなわち、前記ポリゴン集合体を構成する各ポリゴンのうち、その法線と光線広がりの最大幅の光線との成す角度が観察者側から見て９０度を越えるポリゴンについては、計算処理の対象から除外する処理を行う。
【００１９】
図３は、上記の除外処理を示したフローチャートである。まず、削除範囲とする法線領域（前記θに相当）を設定する（ステップＳ１）。次に、ポリゴンの法線方向を判定し（ステップＳ２）、法線方向が削除範囲かどうかを判定する（ステップＳ３）。削除範囲であれば、当該ポリゴンについては、物体データから削除し（ステップＳ４）、ステップＳ５に進む。一方、削除範囲外であれば、そのままステップＳ５に進む。ステップＳ５では、全ポリゴンについて終了したかどうかの判定がなされ、ＮＯであれば、ステップＳ２に進む。一方、全ポリゴンについての削除判定処理が終了したなら、Ｚ値探索処理に進む。Ｚ値探索処理は、各ポリゴンのＺを探索し、観察者に近いポリゴンを決定する衝突判定を行っていく処理である。
【００２０】
なお、図３のフローチャートに示した処理は、ポリゴンに対する除外処理を行った後に、記録画素を生成する計算処理を除外後の残りのポリゴンに対して行うこととしたが、これに限るものではなく、観察者に近いポリゴンを決定する衝突判定を行う際に、当該ポリゴンが削除範囲にあるかどうかを判定し、削除範囲でなければ衝突判定に進む一方、削除範囲であれば衝突判定は行わずに次に観察に近いポリゴンデータを読み出し、同様にその衝突判定を行う前段階でそのポリゴンが削除範囲にあるかどうかを判定するといった方法を採用してもよい。
【００２１】
また、上記実施例においては、点光源の前方に映像表示パネルを配置する光線再生方式の三次元映像表示装置に対応させて表示映像を生成する方法について説明したが、映像表示パネルの前方にピンホールアレイ板等を配置する光線再生方式の三次元映像表示装置の装置に対しても、同様の方法により表示映像を生成することができる。
【００２２】
すなわち、映像を表示する映像表示パネルと、この映像表示パネルからの映像光が入射される点状光透過部が所定間隔で平面状に配置されて物体からの散乱光に相当する光線群を与える点状光透過部形成パネルと、各点状光透過部に対応する前記映像表示パネルの各画素領域に表示する表示映像を設定する表示パネル駆動手段と、を備えて成る三次元映像表示装置の前記映像表示パネルに与える表示映像を生成する方法において、表示しようとする前記物体、前記所定間隔で平面状に配置された点状光透過部、及び前記映像表示パネルの配置関係に対応させて、前記物体となるポリゴン集合体、複数のピンホール、及び記録面をコンピュータ上で仮想的に配置して、各光線と前記ポリゴン集合体との交点部の画素情報を前記光線が通過する記録面上の記録画素とする計算処理を行う一方、前記ポリゴン集合体を構成する各ポリゴンのうち、その法線と光線広がりの最大幅の光線との成す角度が９０度を越えるポリゴンについては、前記計算処理の対象から除外する処理を行うようにしてもよい。これは、図２において、ピンホール１１を記録面１２の右側に配置したかたちをコンピュータ上で構成して、映像データを生成することに相当する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、観察可能範囲外となるポリゴンについては予め計算処理の対象外とし、採用されない記録画素データを得る無駄な計算処理が無くなるため、映像生成のめたの計算処理が速くなり、三次元映像表示装置への表示映像を高速で作成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す図であって、同図（ａ）は三次元映像表示装置に供給する映像を生成する映像生成系の概念を示した説明図であり、同図（ｂ）は三次元映像表示装置を示した説明図である。
【図２】この発明の実施形態の映像生成系の概念を示した説明図である。
【図３】この発明の実施形態の処理を示したフローチャートである。
【図４】三次元映像表示装置の一例を示した断面図であり、同図（ｂ）はその作用説明図である。
【図５】三次元映像表示装置への従来の供給映像生成方法を示した説明図である。
【符号の説明】
１    ピンホールアレイ板
１ａ  ピンホール
２    液晶表示パネル
３    画素領域
３ａ  画素
１１  ピンホール
１２  記録面
１３  記録画素領域
１３ａ記録画素
【図１】
0004477257.tif 000002
【図２】
0004477257.tif 000003
【図３】
0004477257.tif 000004
【図４】
0004477257.tif 000005
【図５】
0004477257.tif 000006