(57)【要約】多次元データ空間の３Ｄ可視化像を生成するためのデータ可視化システム及び方法を記載する。１つの好適例では、３Ｄデータ可視化アプリケーションが：多次元データ点の集合を可視化テーブル内にロードすること；データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトの集合の表現を作成すること；データ次元を可視化属性にマップするマッピングを受信すること；データ次元を３Ｄオブジェクトの属性にマップする選択したマッピングに基づいて、３Ｄオブジェクトの集合の可視化属性を決定すること；データ次元を可視化属性にマップする選択したマッピングに基づいて、複数の３Ｄオブジェクトの各々について、各３Ｄオブジェクトの可視性を反映するように、可視化テーブル内の可視化の次元を更新すること；及び受信したユーザ入力に基づいて、定めた視点から見た３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を仮想空間内にレンダリングすることを、処理システムに指示する。
2018533099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多次元データ空間の可視化像を生成するデータ可視化システムであって、
表示装置と、
コンピュータシステムとを具え、
該コンピュータシステムは、
３Ｄデータ可視化アプリケーションを含むメモリと、
処理システムとを具え、
前記３Ｄデータ可視化アプリケーションは、
前記メモリ内にある可視化テーブル内にデータ点の集合をロードすることを前記処理システムに指示し、前記データ点の各々は複数データ次元の値を含み、追加的な可視性値が、可視性の次元で、前記可視化テーブル内の前記データ点の各々に割り当てられ、
前記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトの集合の表現を生成することを前記処理システムに指示し、該３Ｄオブジェクトの各々が、当該３Ｄオブジェクトをレンダリングする方法を定める可視化属性の集合を有し、該可視化属性は、３つの空間次元を有する仮想空間内の当該３Ｄオブジェクトの位置を含み、
データ次元を前記可視化属性にマップするマッピングを受信することを処理システムに指示し、
前記３Ｄオブジェクトの集合の前記可視化属性を、前記データ次元を前記３Ｄオブジェクトの属性にマップする選択したマッピングに基づいて決定することを前記処理システムに指示し、前記データ次元を前記３Ｄオブジェクトの属性にマップする前記選択したマッピングは、前記仮想空間内の前記３Ｄオブジェクトの各々の位置を定め、
複数の前記３Ｄオブジェクトの各々について、前記可視化テーブル内の可視性の次元を、データ次元を前記可視化属性にマップする前記選択したマッピングに基づいて、前記３Ｄオブジェクトの可視性を反映するように更新することを前記処理システムに指示し、
前記３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることを前記処理システムに指示する、
データ可視化システム。
【請求項２】
前記表示装置が３Ｄ表示装置であり、
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、前記３Ｄ表示装置により表示されるステレオ画像をレンダリングすることを含む、
請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項３】
前記３Ｄデータ可視化アプリケーションを、３Ｄレンダリング・エンジンを用いて実現する、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項４】
前記３Ｄデータ可視化アプリケーションの実現が、さらに、前記３Ｄレンダリング・エンジンにより実行されるスクリプトに頼る、請求項３に記載のデータ可視化システム。
【請求項５】
前記可視化属性が、
Ｘ座標、
Ｙ座標、
Ｚ座標、
形状、
サイズ、
カラーパレット、
カラーマップ、
カラースケール、
透明度、
ＩＤ、
ＵＲＬ、
マスク、
表示可否、
３Ｄオブジェクトの動き、
音発生、
触覚フィードバック、及び
振動触覚フィードバック
から成るグループから選択した少なくとも１つの属性を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項６】
データ次元を前記可視化属性にマップする前記マッピングを受信することが、データ次元を前記可視化属性にマップする前記マッピングのユーザ選択を受信することをさらに含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項７】
データ次元を前記可視化属性にマップする前記マッピングを受信することが、記憶されている、データ次元を前記可視化属性にマップする前記マッピングの集合を検索することをさらに含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項８】
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、
複数の可視の前記３Ｄオブジェクトの前記可視化属性に基づいて、３Ｄオブジェクトの少なくとも１グループを生成することと、
前記３Ｄオブジェクトの少なくとも１グループの３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項９】
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、
前記ユーザ入力に応答して、前記仮想空間内の仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトを変更して、前記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトが前記仮想空間内に静止したままであり、前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトの前記変更に起因して、前記３Ｄデータ可視化像内の前記仮想環境に対して変化して見えるようにすることと、
前記データ点の集合に対応する可視の前記３Ｄオブジェクト及び前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトをレンダリングすることと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１０】
前記ユーザ入力に応答して、前記仮想空間内の前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトを変更することが、
ユーザの命令に応答して、前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトのサイズを変更することにより、前記データ点の集合に対応する前記３Ｄオブジェクトのサイズを変更して、前記データ点の集合に対応する前記３Ｄオブジェクトが前記仮想環境に対してサイズを変化させている印象を生成すること、
前記ユーザの命令に応答して、前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトの位置を移動させることにより、前記データ点の集合に対応する前記３Ｄオブジェクトを移動させて、前記データ点の集合に対応する前記３Ｄオブジェクトが前記仮想環境に対して移動している印象を生成すること、及び
前記ユーザの命令に応答して、前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトの位置を移動させることにより、前記データ点の集合に対応する前記３Ｄオブジェクトを回転させて、前記データ点の集合に対応する前記３Ｄオブジェクトが前記仮想環境に対して回転している印象を生成すること
を含むグループから選択した少なくとも１つの変更を含む、請求項９に記載のデータ可視化システム。
【請求項１１】
前記３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、
前記３Ｄオブジェクトの少なくとも一部を照明し、前記照明される３Ｄオブジェクトの各々は、ユーザの視点において発光する指向性照明光源を用いて照明されることと、
少なくとも前記照明される３Ｄオブジェクトを、前記ユーザの視点に基づいてレンダリングすることと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１２】
前記３Ｄオブジェクトの少なくとも一部を照明することが、
視野を測定することと、
前記３Ｄオブジェクトを、前記ユーザの視点において発光する指向性照明光源を用いて、ユーザの前記視野内で照明することと、
前記ユーザの視野内で照明される前記３Ｄオブジェクトをレンダリングすることと
を含む、請求項１１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１３】
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、
前記３Ｄオブジェクトの少なくとも一部を、前記ユーザの視点に基づいて回転させて、前記回転する３Ｄオブジェクトの外観が前記ユーザの視点に対して不変であるようにすることと、
前記回転する３Ｄオブジェクトを、前記ユーザの視点に基づいてレンダリングすることと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１４】
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、
前記仮想空間内の少なくとも１つのインタラクション・プリミティブの位置を、前記ユーザの視点に基づいて決定することと、
前記少なくとも１つのインタラクション・プリミティブを、前記ユーザの視点に基づいてレンダリングすることと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのインタラクション・プリミティブの透明度を、前記ユーザの視点に基づいて決定することを含む、請求項１４に記載のデータ可視化システム。
【請求項１６】
前記３Ｄオブジェクトが、深さの知覚を保つ形状を有する３Ｄオブジェクトを含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１７】
前記データ次元を前記可視化属性にマップする前記マッピングを受信することが、
対象の特徴の選択を受信することと、
前記複数のデータ次元の少なくとも部分集合の、前記対象の特徴にとっての重要度を特定することと、
高い前記重要度を有する前記データ次元を特定の前記可視化属性にマップするマッピングを生成することと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項１８】
前記複数のデータ次元の少なくとも部分集合の、前記対象の特徴にとっての重要度を特定することが、
数値的であるデータ次元及びカテゴリー的であるデータ次元を識別することと、
高い重要度を有する前記数値的であるデータ次元を、前記可視化属性の第１集合にマップするマッピングを生成することと、
高い重要度を有する前記カテゴリー的であるデータ次元を、前記可視化属性の第２集合にマップするマッピングを生成することと
をさらに含む、請求項１７に記載のデータ可視化システム。
【請求項１９】
前記可視化属性の第１集合が、Ｘ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、及びサイズを含む、請求項１８に記載のデータ可視化システム。
【請求項２０】
前記可視化属性の第２集合が形状を含む、請求項１９に記載のデータ可視化システム。
【請求項２１】
前記３Ｄデータ可視化アプリケーションが、さらに、
前記データ次元を前記可視化属性にマップする少なくとも１つの更新されたマッピングを受信することを前記処理システムに指示し、
前記データ次元を前記３Ｄオブジェクトの属性にマップする前記選択したマッピングに基づいて、前記３Ｄオブジェクトの集合に対する更新された前記可視化属性を決定することを、前記処理システムに指示し、前記データ次元を前記可視化属性にマップする前記更新されたマッピングは、更新された前記仮想空間内の可視の前記３Ｄオブジェクトの各々の位置を定め、
可視の前記３Ｄオブジェクトの集合について、当該集合内のそれぞれの前記３Ｄオブジェクトの、前記仮想空間内の位置から前記仮想空間内の更新された位置までの軌跡を生成することを、前記処理システムに指示し、
前記仮想空間内の位置から前記仮想空間内の更新された位置までの前記生成された軌跡に沿った前記３Ｄオブジェクトの移動のアニメーションを、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から対話形式でレンダリングすることを、前記処理システムに指示する、
請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項２２】
前記３Ｄデータ可視化アプリケーションが、さらに、前記複数の３Ｄオブジェクトの各々について、更新された可視性の値を、前記更新されたマッピングに基づいて前記３Ｄオブジェクトの各々の可視性を反映するように決定することを、前記処理システムに指示する、請求項２１に記載のデータ可視化システム。
【請求項２３】
前記生成された軌跡に沿った前記３Ｄオブジェクトの移動のアニメーションを対話形式でレンダリングすることが、レンダリングされた前記アニメーション中で、前記３Ｄオブジェクトの異なる集合が当該３Ｄオブジェクトの軌跡に沿った移動を開始する時刻を変化させることをさらに含む、請求項２２に記載のデータ可視化システム。
【請求項２４】
前記レンダリングされたアニメーション中で、前記３Ｄオブジェクトの異なる集合が当該３Ｄオブジェクトの軌跡に沿った移動を開始する時刻を、ユーザ入力に基づいて決定する、請求項２３に記載のデータ可視化システム。
【請求項２５】
前記生成された軌跡に沿った前記３Ｄオブジェクトの移動のアニメーションを対話形式でレンダリングすることが、前記レンダリングされたアニメーション中で、前記３Ｄオブジェクトの異なる集合が当該３Ｄオブジェクトの軌跡に沿って移動する速度を変化させることをさらに含む、請求項２１に記載のデータ可視化システム。
【請求項２６】
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、
少なくとも１つのアフォーダンスの前記仮想空間内の位置を決定することであって、該少なくとも１つのアフォーダンス上への前記３Ｄデータ可視化像の移動を指示するユーザ入力が、前記３Ｄデータ可視化像の変更を開始することと、
前記少なくとも１つのアフォーダンス上への前記３Ｄデータ可視化像の移動を検出することと、
前記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つに基づいて、前記３Ｄデータ可視化像を変更することと、
前記変更した３Ｄデータ可視化像を、前記ユーザの視点に基づいてレンダリングすることと
を含む、請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つに基づいて前記３Ｄデータ可視化像を変更することが、前記３Ｄデータ可視化像のサイズを変更することを含む、請求２６に記載のデータ可視化システム。
【請求項２８】
前記メモリがアバター・メタデータをさらに含み、該アバター・メタデータは、アバターをレンダリングする方法を定める前記可視化属性の集合を含み、前記可視化属性は、前記仮想空間内の前記アバターの位置を含み、
前記３Ｄオブジェクトの前記３Ｄデータ可視化像を、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、前記視点及び前記アバター・メタデータに基づいて、前記３Ｄデータ可視化像内に前記アバターをレンダリングすることを含む、
請求項１に記載のデータ可視化システム。
【請求項２９】
前記アバター・メタデータがポーズ情報をさらに含み、
前記視点及び前記アバター・メタデータに基づいて、前記３Ｄデータ可視化像内に前記アバターをレンダリングすることが、前記アバター・メタデータ内の前記ポーズ情報に基づいて、前記３Ｄデータ可視化像内に前記アバターのポーズをレンダリングすることをさらに含む、
請求項２８に記載のデータ可視化システム。
【請求項３０】
多次元データ空間の可視化像を生成するデータ可視化システムであって、
３Ｄ表示装置と、
コンピュータシステムとを具え、
該コンピュータシステムは、
３Ｄデータ可視化アプリケーションを含むメモリと、
処理システムとを具え、
前記３Ｄデータ可視化アプリケーションは、
前記メモリ内にある可視化テーブル内にデータ点の集合をロードすることを前記処理システムに指示し、前記データ点の各々は複数データ次元の値を含み、追加的な可視性値が、可視性の次元で、前記可視化テーブル内の前記データ点の各々に割り当てられ、
前記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトの集合の表現を生成することを前記処理システムに指示し、該３Ｄオブジェクトの各々が、当該３Ｄオブジェクトをレンダリングする方法を定める可視化属性の集合を有し、該可視化属性は、３つの空間次元を有する仮想空間内の当該３Ｄオブジェクトの位置を含み、
ユーザが選択した、データ次元を前記可視化属性にマップするマッピングを受信することを処理システムに指示し、
前記３Ｄオブジェクトの集合の前記可視化属性を、前記データ次元を前記３Ｄオブジェクトの属性にマップする選択したマッピングに基づいて決定することを前記処理システムに指示し、前記データ次元を前記３Ｄオブジェクトの属性にマップする前記選択したマッピングは、前記仮想空間内の前記３Ｄオブジェクトの各々の位置を定め、
複数の前記３Ｄオブジェクトの各々について、前記可視化テーブル内の可視性の次元を、データ次元を前記可視化属性にマップする前記選択したマッピングに基づいて、前記３Ｄオブジェクトの可視性を反映するように更新することを前記処理システムに指示し、
前記３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、前記３Ｄディスプレイにより表示されるステレオ画像として、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングすることを前記処理システムに指示し、
前記レンダリングすることは、
複数の可視の前記３Ｄオブジェクトの前記可視化属性に基づいて、３Ｄオブジェクトの少なくとも１グループを生成し、
前記ユーザ入力に応答して、前記仮想空間内の仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトを変更して、前記３Ｄオブジェクトの前記少なくとも１グループが前記仮想空間内に静止したままであり、前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトの前記変更に起因して、前記３Ｄデータ可視化像内の前記仮想環境に対して変化して見えるようにし、
前記３Ｄオブジェクトの前記少なくとも１グループ及び前記仮想環境の一部分を形成する前記３Ｄオブジェクトに相当する可視の前記３Ｄオブジェクトを、前記受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から前記仮想空間内に対話形式でレンダリングする
ことによって行う、データ可視化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府支援の声明
本発明は、全米科学財団によって授与された認可番号第ＨＣＣ０９１７８１４号の下での政府支援によりなされたものである。米国政府は本発明における特定の権利を有する。本明細書に記載する本発明は、ＮＡＳＡ（National Aeronautics and Space Administration：米航空宇宙局）の契約第ＮＮＮ１２ＡＡ０１Ｃ号の下での作業の履行によりなされたものであり、契約者が発明の名称を保有するために選択した公法第９６−５１７号（３５ ＵＳＣ ２０２）の条項の支配下にある。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に可視化に関するものであり、より具体的には、仮想現実感（ＶＲ：virtual reality）ディスプレイ、複合現実感（ＭＲ：mixed reality）ディスプレイ、及び拡張現実感（ＡＲ：augmented reality）ディスプレイを含む（がそれらに限定されない）三次元表示技術を用いた複合、多次元データの可視化に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
データ可視化は、一般に、データまたは情報を、コンピュータにより表示することができる視覚的オブジェクトに符号化することによって伝達するために利用される技術を参照する。可視化は、あらゆるデータ分析及び／またはデータマイニング（大量データからの知識取り出し）プロセスの不可欠な構成要素である。多数の例では、幾何学的形状のグラフィック（図式的）表現及びデータ分散の技術が、さらなる見識、及び結果の解釈を示す適切な分析ツールの選択を可能にすることができる。「ビッグデータ」の時代には、高次元のデータ集合からすぐに利用可能な知識を抽出することにおける主要な隘路（ボトルネック）は、ユーザが４次元以上のパターンを可視化する能力（がないこと）であることが多い。
【０００４】
コンピュータ・ディスプレイは、一般に情報を二次元（２Ｄ：two-dimensions）で表示する。しかし、立体視を含む多数の異なる視覚的効果により深さをシミュレート（模擬）する種々の三次元（３Ｄ：three-dimensional）表示技術が出現しつつあり、こうした技術では、異なる視点からレンダリングした画像を左目及び右目に対して別個に表示する。次に、これら２つの画像を脳内で組み合わせて、３Ｄの深さの知覚を与える。多数のヘッドマウント（頭部装着）型３Ｄディスプレイ技術が現在利用可能である。Paul Milgram及びFumio Kishinoによる”A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays”と題されIEICE Transactions on Information Systems, Vol. E77-D, No.12,において1994年12月に公表された論文（非特許文献１）（その開示全体を参照することによって本明細書に含める）は、あらゆる特定の表示状況において提示されるオブジェクトのクラスの混合に関係する「仮想連続体」の概念を提案しており、ここでは実環境が連続体の一方の端を構成し、仮想環境が連続体の他方の端を構成する。この論文では、Milgram及びFumio Kishinoは、仮想環境と複合実環境との違いを次のように説明している：
「従来より成り立っている仮想現実感（ＶＲ）環境の見解は、参加者−観察者が、完全に合成の世界に完全に没入し、完全に合成の世界と相互作用することができる、というものである。こうした世界は、一部の現実世界の環境の性質を、実在でも架空でも模倣することができる；しかし、こうした世界は、空間、時間、力学、物性、等を通常、支配する物理法則がもはや成り立たない世界を作り出すことによって、物理的実体の限界を超えることもできる。しかし、この見解において見落とされ得るものは、ＶＲのラベルは、完全な没入及び完全な合成に必ずしも関連しないが、仮想連続体に沿ったどこかに収まる他の種々の環境に関連しても頻繁に用いられる、ということである。本論文では、現実世界と仮想世界との融合を含むＶＲ関係技術の特定の部分集合（サブクラス）に焦点を当て、この部分集合を総称的に複合現実感（ＭＲ）と称する。」（Milgram Paul and Fumio Kishino, ”A taxonomy of mixed reality visual displays”, IEICE TRANSACTIONS on Information Systems, 77.12 (1994), p.1321）
【０００５】
複合現実感の領域内で、拡張現実感（ＡＲ）と複合現実感（ＭＲ）との間にさらなる区別をつけることができる。ＡＲディスプレイ及びＭＲディスプレイは、共に、透明表示技術を用いて実現することができ、及び／または、シーンの画像を捕捉し、捕捉した画像を用いて現実世界のシーンと仮想的オブジェクトとを組み合わせた表示をレンダリングすることによって実現することができる。ＡＲとは、一般に、状況的に関係する情報を現実世界のシーンに与える仮想的オブジェクトを表示する３Ｄ表示技術を記述するために用いられる。ＡＲは、現実世界の物体が、コンピュータで生成された感覚的入力によって拡張または補足された体験を参照すべく用いられることが多い。ＭＲは時として混合現実感と称され、一般に、現実の物体と仮想的オブジェクトとが共存してリアルタイムで相互作用する新たな環境及び可視化像を生成するための、現実世界と仮想世界との融合を含む。
【０００６】
ＡＲ、ＭＲ、及びＶＲディスプレイはすべて、部分的にせよ全体的にせよ仮想的な環境にユーザを没入させるという同様な目標を有する。ＡＲ及びＶＲにより、ユーザは、現実世界に触れ続けながら、自分の周りの仮想的オブジェクトと相互作用する。ＶＲによれば、ユーザは現実世界から隔離されつつ、完全に合成である世界に没入する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Paul Milgram and Fumio Kishino, ”A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays”, IEICE Transactions on Information Systems, Vol. E77-D, No.12, 1994年12月
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
人間は優れたパターン認識システムを有し、視覚を通して、他のすべての感覚を組み合わせたものよりも多くの情報を取得することができる。可視化は、抽象的な情報をより容易に理解される視覚的要素にマップ（対応付け）することによって大量のデータを理解する能力を提供する。本発明の種々の実施形態によるシステム及び方法は、観察者がさらに高次元のデータを探索し、データ内の複雑なパターンを観察する能力を増加させる。人間は、周りの世界及びその中のパターンを三次元で見ることについて生物学的に最適化されている。従って、データを３Ｄディスプレイにより多次元データ（即ち、表示されるデータの次元数が３以上である）の可視化像として提示することは、データ中の意味のある構造（例えば、クラスタ（集団）、相関、外れ値（異常値））の識別を可能にし、こうした構造は、利用可能な知識を含むことができ、より高次元の空間内に存在することが多く、従来の２Ｄ表示技術によるデータの可視化によれば容易に観察可能ではない。さらに、没入可能なＡＲ、ＭＲ、及びＶＲ環境は、共同作業的なデータの可視化と探索とを必然的にサポートし、仮想空間を共有する同僚と一緒にデータと相互作用する科学者にとって手助けとなる。
【０００９】
データ可視化を説明するに当たり、グラフィック表示装置の次元（例えば、印刷紙面または平面スクリーンは一般に２Ｄ装置であるのに対し、ＶＲ／ＡＲヘッドセットは一般に３Ｄ表示装置である）とデータの次元とを区別しなければならず、データの次元は、各データ項目に関連する特徴／量／パラメータの数とすることができる（例えば、表計算ソフト（スプレッドシート）における行は単一のデータ項目であり、列の数がその次元である）。さらなる例示として、３列のエントリを有するデータ集合は三次元であり、２０列を有するデータ集合は２０次元である。いずれのデータ集合も３Ｄ表示装置上に表現することができる。追加的な区別は、データがレンダリングまたは可視化されるデータ空間の次元である。３次元（３軸）までのこうしたデータ可視化空間は（実）空間的とすることができ；追加的次元は、データ点の色、透明度、形状、及びサイズにより符号化することができる。このようにして、４以上のデータ次元を、３Ｄ表示装置により多次元データ空間内に可視化することができる。データ集合がＮ次元を有する場合、これらのデータのうちｋ個の部分集合を任意の所定時刻に可視化することができ、ここにｋ≦Ｎである。ｋ＞３である場合、３次元までをデータ可視化空間内の空間位置（ＸＹＺ）として符号化することができ、残りは色、サイズ、及び形状のようなデータ点の特徴により表現することができる。散布図では、各データ項目（データ点）を個別の幾何学的オブジェクト、例えば点、四角形、球、等として何らかの空間座標（ＸＹＺ）で表現し、他の可視の特徴（例えば、色、サイズ、等）は追加的なデータ次元を符号化する。挑戦は、人間が容易に理解することができる、同時に可視化されるデータ次元ｋの数を最大にすることにある。
【００１０】
多数の好適例では、三次元データ可視化システムが、種々の表示状況におけるデータ可視化を提供することができる。特定の好適例では、多次元データを、従来型の２Ｄ表示装置（例えば、平面スクリーン）を用いて視認、ナビゲート（進行）、及び操作することができる３Ｄ可視化空間用にレンダリングする。多数の好適例では、１０以上のデータ次元の最適化されたレンダリングを用いて、多次元データ空間の３Ｄデータ可視化像を生成する。いくつかの好適例では、三次元データ可視化システムが、３Ｄ表示装置（例えば、ＶＲ／ＡＲヘッドセット）を用いて多次元データ空間を表示する際に、多次元データ空間の強化された直感的理解を提供することができる。没入型３Ｄディスプレイを用いた多次元データ空間内への没入は、データ中に存在し得る幾何学的形状及びその関係（クラスタ、相関、外れ値、偏差、ギャップ、等）を人間が理解する能力を、２Ｄディスプレイの使用を含む従来型のデータ可視化方法に比べて増強することができる。
【００１１】
本発明の１つの好適例は：表示装置、及びコンピュータシステムを含み、このコンピュータシステムは、３Ｄデータ可視化アプリケーションを含むメモリ及び処理システムを含む。これに加えて、この３Ｄ可視化アプリケーションは：メモリ内にある可視化テーブル（表）内にデータ点の集合をロードすることを処理システムに指示し、各データ点は複数データ次元の値を含み、追加的な可視性値が、可視性の次元で、可視化テーブル内の各データ点に割り当てられ；上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトの集合の表現を生成することを処理システムに指示し、各３Ｄオブジェクトは、当該３Ｄオブジェクトをレンダリングする方法を定める可視化属性の集合を有し、これらの可視化属性は、３つの空間次元を有する仮想空間内の当該３Ｄオブジェクトの位置を含み；データ次元を可視化属性にマップするマッピング（対応付け）を受信することを処理システムに指示し；上記３Ｄオブジェクトの集合の可視化属性を、データ次元を３Ｄオブジェクトの属性にマップする選択したマッピングに基づいて決定することを処理システムに指示し、データ次元を３Ｄオブジェクトの属性にマップする選択したマッピングは、仮想空間内の３Ｄオブジェクトの各々の位置を定め；複数の上記３Ｄオブジェクトの各々について、可視化テーブル内の可視性の次元を、データ次元を可視化属性にマップする選択したマッピングに基づいて各３Ｄオブジェクトの可視性を反映するように更新することを処理システムに指示し；３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることを処理システムに指示する。
【００１２】
他の好適例では、上記表示装置が３Ｄ表示装置であり、上記３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、この３Ｄ表示装置により表示されるステレオ（立体）画像をレンダリングすることを含む。
【００１３】
他の好適例では、上記３Ｄデータ可視化アプリケーションを、３Ｄレンダリング・エンジンを用いて実現する。
【００１４】
さらに他の好適例では、上記３Ｄデータ可視化アプリケーションの実現が、さらに、上記３Ｄレンダリング・エンジンにより実行されるスクリプトに頼る。
【００１５】
さらに他の好適例では、上記可視化属性が、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標、形状、サイズ、カラーパレット、カラーマップ、カラースケール（色尺度）、透明度、ＩＤ（identification：識別情報）、ＵＲＬ（uniform resource location）、マスク、表示可否、３Ｄオブジェクトの動き、音発生、触覚フィードバック、及び振動触覚フィードバックから成るグループから選択した少なくとも１つの属性を含む。
【００１６】
さらに他の好適例では、データ次元を可視化属性にマップするマッピングを受信することが、データ次元を可視化属性にマップするマッピングのユーザ選択を受信することをさらに含む。
【００１７】
さらに他の好適例では、データ次元を可視化属性にマップするマッピングを受信することが、記憶されている、データ次元を可視化属性にマップするマッピングの集合を検索することをさらに含む。
【００１８】
他の好適例では、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが：複数の可視の３Ｄオブジェクトの可視化属性に基づいて、３Ｄオブジェクトの少なくとも１グループを生成することと；この３Ｄオブジェクトの少なくとも１グループの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることとを含む。
【００１９】
他の好適例では、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが：ユーザ入力に応答して、仮想空間内の仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトを変更して、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトが、仮想空間内に静止したままであり、仮想空間内の仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトの変更に起因して、上記３Ｄデータ可視化像内の仮想環境に対して変化して見えるようにすることと；上記データ点の集合に対応する可視の３Ｄオブジェクト及び上記仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトをレンダリングすることとを含む。
【００２０】
さらに追加的な好適例では、ユーザ入力に応答して、仮想空間内の仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトを変更することが：ユーザの命令に応答して、上記仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトのサイズを変更することにより、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトのサイズを変更して、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトが上記仮想環境に対してサイズを変化させている印象を生成すること；ユーザの命令に応答して、上記仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトの位置を移動させることにより、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトを移動させて、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトが上記仮想環境に対して移動している印象を生成すること；及び、ユーザの命令に応答して、上記仮想環境の一部分を形成する３Ｄオブジェクトの位置を移動させて、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトを回転させて、上記データ点の集合に対応する３Ｄオブジェクトが上記仮想環境に対して回転している印象を生成することとを含むグループから選択した少なくとも１つの変更を含む。
【００２１】
さらに他の好適例では、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが：上記３Ｄオブジェクトの少なくとも一部を照明し、照明される３Ｄオブジェクトの各々は、ユーザの視点において発光する指向性照明光源を用いて照明されることと；少なくとも照明される３Ｄオブジェクトを、ユーザの視点に基づいてレンダリングすることとを含む。
【００２２】
さらに他の好適例では、上記３Ｄオブジェクトの少なくとも一部を照明することが：視野を測定することと；上記３Ｄオブジェクトを、ユーザの視点において発光する指向性照明光源を用いて、ユーザの視野内で照明することと；ユーザの視野内で照明される３Ｄオブジェクトをレンダリングすることとを含む。
【００２３】
さらに他の好適例では、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが：上記３Ｄオブジェクトの少なくとも一部を、ユーザの視点に基づいて回転させて、回転する３Ｄオブジェクトの外観がユーザの視点に対して不変であるようにすることと；回転する３Ｄオブジェクトを、ユーザの視点に基づいてレンダリングすることとを含む。
【００２４】
さらに他の好適例では、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが：仮想空間内の少なくとも１つのインタラクション（相互作用）プリミティブの位置を、ユーザの視点に基づいて決定することと；この少なくとも１つのインタラクション・プリミティブを、ユーザの視点に基づいてレンダリングすることとを含む。
【００２５】
さらに他の追加的な好適例は、少なくとも１つのインタラクション・プリミティブの透明度を、ユーザの視点に基づいて決定することを含む。
【００２６】
さらに他の追加的な好適例では、上記３Ｄオブジェクトが、深さの知覚を保つ形状を有する３Ｄオブジェクトを含む。
【００２７】
さらに他の好適例では、上記深さの知覚を保つ形状が、不変である第１寸法、及びマップされたデータ寸法に基づいて変化する可視化属性である第２寸法によって特徴付けられる。
【００２８】
さらに他の好適例では、上記深さの知覚を保つ形状の少なくとも１つが弾丸状である。
【００２９】
他の追加的な好適例では、データ次元を可視化属性にマップするマッピングを受信することが：対象の特徴の選択を受信することと；複数のデータ次元の少なくとも部分集合の、対象の特徴にとっての重要度を特定することと；高い重要度を有するデータ次元を特定の可視化属性にマップするマッピングを生成することとを含む。
【００３０】
他の追加的な好適例では、複数のデータ次元の少なくとも部分集合の、対象の特徴にとっての重要度を特定することが：数値的であるデータ次元及びカテゴリー的であるデータ次元を識別することと；高い重要度を有する数値的であるデータ次元を可視化属性の第１集合にマップするマッピングを生成することと；高い重要度を有するカテゴリー的であるデータ次元を可視化属性の第２集合にマップするマッピングを生成することとをさらに含む。
【００３１】
さらに他の好適例では、可視化属性の第１集合が、Ｘ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、及びサイズを含む。
【００３２】
さらに他の追加的な好適例では、可視化属性の第２集合が、形状を含む。
【００３３】
さらに他の追加的な好適例では、上記３Ｄデータ可視化アプリケーションが、さらに：データ次元を可視化属性にマップする少なくとも１つの更新されたマッピングを受信することを上記処理システムに指示し；データ次元を３Ｄオブジェクトの属性にマップする上記選択したマッピングに基づいて、上記３Ｄオブジェクトの集合に対する更新された可視化属性を決定することを、上記処理システムに指示し、データ次元を可視化属性にマップする上記更新されたマッピングは、更新された仮想空間内の可視の３Ｄオブジェクトの各々の位置を定め；可視の３Ｄオブジェクトの集合について、当該集合内のそれぞれの３Ｄオブジェクトの、仮想空間内の位置から仮想空間内の更新された位置までの軌跡を生成することを、上記処理システムに指示し；上記仮想空間内の位置から上記仮想空間内の更新された位置までの生成された軌跡に沿った３Ｄオブジェクトの移動のアニメーションを、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から対話形式でレンダリングすることを、上記処理システムに指示する。
【００３４】
さらに他の好適例では、上記３Ｄデータ可視化アプリケーションが、さらに、上記複数の３Ｄオブジェクトの各々について、更新された可視性の値を、上記更新されたマッピングに基づいて各３Ｄオブジェクトの可視性を反映するように決定することを、上記処理システムに指示する。
【００３５】
さらに他の好適例では、上記生成された軌跡に沿った３Ｄオブジェクトの移動のアニメーションを対話形式でレンダリングすることが、レンダリングされたアニメーション中で、３Ｄオブジェクトの異なる集合がその軌跡に沿った移動を開始する時刻を変化させることをさらに含む。
【００３６】
さらに他の追加的な好適例では、レンダリングされたアニメーション中で、３Ｄオブジェクトの異なる集合がその軌跡に沿った移動を開始する時刻を、ユーザ入力に基づいて決定する。
【００３７】
さらに他の追加的な好適例では、上記生成された軌跡に沿った３Ｄオブジェクトの移動のアニメーションを対話形式でレンダリングすることが、レンダリングされたアニメーション中で、３Ｄオブジェクトの異なる集合がその軌跡に沿って移動する速度を変化させることをさらに含む。
【００３８】
さらに他の追加的な好適例では、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが：少なくとも１つのアフォーダンスの上記仮想空間内の位置を決定することであって、この少なくとも１つのアフォーダンス上への３Ｄデータ可視化像の移動を指示するユーザ入力が、この３Ｄデータ可視化像の変更を開始することと；上記少なくとも１つのアフォーダンス上への３Ｄデータ可視化像の移動を検出することと；上記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つに基づいて、上記３Ｄデータ可視化像を変更することと；変更した３Ｄデータ可視化像を、上記ユーザの視点に基づいてレンダリングすることとを含む。
【００３９】
さらに他の追加的な好適例では、上記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つに基づいて上記３Ｄデータ可視化像を変更することが、上記３Ｄデータ可視化像のサイズを変更することを含む。
【００４０】
さらに他の追加的な好適例では、上記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つに基づいて上記３Ｄデータ可視化像を変更することが：上記３Ｄ可視化像内で可視化される３Ｄオブジェクトに対応する上記可視化テーブル内のデータ点の集合にデータ分析プロセスを適用することと；このデータ分析プロセスの少なくとも１つの結果に基づいて、上記３Ｄ可視化像内で可視化される上記３Ｄオブジェクトの可視化属性を変更することと；上記ユーザの視点に基づいて、上記３Ｄオブジェクトの変更された可視化属性を含む変更された３Ｄデータ可視化像をレンダリングすることとを含む。
【００４１】
さらに他の追加的な好適例では、上記データ分析プロセスがクラスタリング（集団化）プロセスである。
【００４２】
さらに他の追加的な好適例では、上記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つに基づいて上記３Ｄデータ可視化像を変更することが、上記少なくとも１つのアフォーダンスのうちの１つのアフォーダンス上へ移動された上記３Ｄ可視化像内で選択した少なくとも１つの３Ｄオブジェクトによって表現される３Ｄオブジェクトの集合の新たな３Ｄデータ可視化像をレンダリングすることを含む。
【００４３】
さらに他の追加的な好適例は：細長いハンドル及び入力ボタンを有する入力装置をさらに含む。これに加えて、上記３Ｄデータ可視化アプリケーションは、さらに：入力装置から入力されたポーズ（姿勢）入力及びボタン状態を取得することを上記処理システムに指示し；入力されたポーズ入力及びボタン状態に基づいて、上記３Ｄデータ可視化像を、ユーザ・インタフェースの状況に基づいて決まる方法で変更することを上記処理システムに指示し；そして変更された３Ｄデータ可視化像を、上記ユーザの視点に基づいてレンダリングすることを上記処理システムに指示する。
【００４４】
さらに他の追加的な好適例は：入力されたポーズ入力及びボタン状態に基づいて、上記３Ｄデータ可視化像を、ユーザ・インタフェースの状況に基づいて決まる方法で変更することが、入力されたポーズ入力及びボタン状態が、ボタンが押されていないことを示すことに基づいて、上記仮想空間内の上記３Ｄデータ可視化像の位置を決定することと；入力されたポーズ入力及びボタン状態が、ボタンが押されていることを示すことに基づいて、上記仮想空間内で上記３Ｄデータ可視化像を回転させることとを含む。
【００４５】
他の好適例では、上記メモリがアバター（化身）メタデータをさらに含み、このアバター・メタデータは、アバターをレンダリングする方法を定める可視化属性の集合を含み、これらの可視化属性は、上記仮想空間内のアバターの位置を含み、３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ可視化像を、受信したユーザ入力に基づいて決まる視点から仮想空間内に対話形式でレンダリングすることが、この視点及び上記アバター・メタデータに基づいて、上記３Ｄデータ可視化像内にアバターをレンダリングすることを含む。
【００４６】
他の好適例では、上記アバター・メタデータがポーズ情報をさらに含み、上記視点及び上記アバター・メタデータに基づいて、上記３Ｄデータ可視化像内にアバターをレンダリングすることが、上記アバター・メタデータ内のポーズ情報に基づいて、上記３Ｄデータ可視化像内のアバターのポーズをレンダリングすることをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１Ａ〜１Ｅは８つのクラスタの集合を例示する図であり、これらのクラスタは、仮想的立方体の角部にデータ中心をおいてレイアウトされている。
【図２Ａ】本発明の種々の実施形態による、多次元データ空間の３Ｄ可視化像内を移動することによってユーザが得ることができる異なる透視図、及び追加的なデータ次元を可視化するための追加的な可視化属性を例示する図である。
【図２Ｂ】本発明の種々の実施形態による、多次元データ空間の３Ｄ可視化像内を移動することによってユーザが得ることができる異なる透視図、及び追加的なデータ次元を可視化するための追加的な可視化属性を例示する図である。
【図２Ｃ】本発明の種々の実施形態による、多次元データ空間の３Ｄ可視化像内を移動することによってユーザが得ることができる異なる透視図、及び追加的なデータ次元を可視化するための追加的な可視化属性を例示する図である。
【図２Ｄ】本発明の種々の実施形態による、多次元データ空間の３Ｄ可視化像内を移動することによってユーザが得ることができる異なる透視図、及び追加的なデータ次元を可視化するための追加的な可視化属性を例示する図である。
【図３】図３Ａは、本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄの折れ線プロットとして可視化している。図３Ｂは、本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄの折れ線プロットとして可視化している。図３Ｃは、本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄの折れ線プロットとして可視化している。図３Ｄは、本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄの折れ線プロットとして可視化している。図３Ｅは、本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄの折れ線プロットとして可視化している。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄ表面として可視化している。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄ表面として可視化している。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄ表面として可視化している。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄ表面として可視化している。
【図４Ｅ】本発明の実施形態による、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示する図であり、データを３Ｄ表面として可視化している。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、異なるユーザの異なる視点からの３Ｄグラフのレンダリングを例示する図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、異なるユーザの異なる視点からの３Ｄグラフのレンダリングを例示する図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による、異なるユーザの異なる視点からの３Ｄグラフのレンダリングを例示する図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による、異なるユーザの異なる視点からの３Ｄグラフのレンダリングを例示する図である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態による、仮想空間内の複数のユーザのアバターを示す３Ｄデータ可視化像を例示する図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による、多次元データ空間の３Ｄ可視化像を生成するためのシステムを概念的に例示する図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による、多次元データ空間の３Ｄ可視化像を生成するためのシステムを概念的に例示する図である。
【図７】本発明の実施形態による、単一の計算空間上に実現される多次元データ可視化コンピュータシステムを概念的に例示する図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による、多次元データの可視化像を生成するためのプロセスを例示するフローチャートである。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による、３Ｄオブジェクトのグループを用いた３Ｄデータ可視化像をレンダリングするためのプロセスを例示するフローチャートである。
【図９Ａ】本発明の種々の実施形態による多次元データ空間の３Ｄ可視化像を例示する図であり、データ次元を３Ｄオブジェクトの形状及びサイズの属性にマップしている。
【図９Ｂ】本発明の種々の実施形態による多次元データ空間の３Ｄ可視化像を例示する図であり、データ次元を３Ｄオブジェクトの形状及びサイズの属性にマップしている。
【図９Ｃ】本発明の種々の実施形態による多次元データ空間の３Ｄ可視化像を例示する図であり、データ次元を３Ｄオブジェクトの形状及びサイズの属性にマップしている。
【図１０】高密度のプロットでも認識可能であるように設計された３Ｄオブジェクト形状の小集合を示す図である。
【図１１Ａ】３つの静止点光源による一定の照明下で、球形の形状を有する３Ｄオブジェクトを異なる方向から見た際の、外観の変化を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示すのと同じ視点から見た同じ３Ｄデータ・オブジェクトを示す図であり、この３Ｄオブジェクトは、ユーザの視点（またはその付近）から発光する指向性照明光源を用いて照明している。
【図１２Ａ】本発明の種々の実施形態による、ユーザが仮想空間を通って移動する間に、オブジェクトの照明がユーザのポーズと共に変化することによる、同様な複数の３Ｄオブジェクトの外観の類似性を例示する図である。
【図１２Ｂ】本発明の種々の実施形態による、ユーザが仮想空間を通って移動する間に、オブジェクトの照明がユーザのポーズと共に変化することによる、同様な複数の３Ｄオブジェクトの外観の類似性を例示する図である。
【図１２Ｃ】本発明の種々の実施形態による、ユーザが仮想空間を通って移動する間に、オブジェクトの照明がユーザのポーズと共に変化することによる、同様な複数の３Ｄオブジェクトの外観の類似性を例示する図である。
【図１３】本発明の実施形態による、仮想空間内のユーザの視野が変化する際の、３Ｄオブジェクト（あるいは３Ｄオブジェクトの頂点または表面）の照明を更新することを示すフローチャートである。
【図１４】仮想空間内の複数の３Ｄオブジェクト、及び／または３Ｄオブジェクトのグループの頂点または表面の指向性照明を概念的に例示する図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態による、インタラクション・プリミティブを含む３Ｄグラフを、３Ｄデータ可視化システムによって生成されるグリッド、軸、軸ラベルの形式で例示する図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態によるユーザ・インタフェースを例示する図であり、特定のデータ次元を、３Ｄデータ可視化像内で可視である３Ｄオブジェクトの特定の属性にマップすることに関する推奨を示す。
【図１６】図１６Ａ〜１６Ｄは、本発明の実施形態による一連のデータ可視化像であり、３Ｄデータ・オブジェクトのＸ属性が第１データ次元（即ち「年齢」）から第２データ次元（即ち「勤続年数」）に変更されている。
【図１７】図１７Ａは、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される仮想世界内でユーザが３Ｄデータ可視化像のサイズを制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを例示する図である。図１７Ｂは、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される仮想世界内でユーザが３Ｄデータ可視化像のサイズを制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを例示する図である。図１７Ｃは、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される仮想世界内でユーザが３Ｄデータ可視化像のサイズを制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを例示する図である。図１７Ｄは、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される仮想世界内でユーザが３Ｄデータ可視化像のサイズを制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを例示する図である。図１７Ｅは、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される仮想世界内でユーザが３Ｄデータ可視化像のサイズを制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを例示する図である。図１７Ｆは、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される仮想世界内でユーザが３Ｄデータ可視化像のサイズを制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
詳細な説明
本発明の多数の実施形態による、多次元データを３Ｄグラフとして可視化することができるデータ可視化システム（即ち、３Ｄデータ可視化システム）、及び多次元データ空間の可視化像を生成する方法は、３Ｄ表示技術を用いて、効果的な対話型の高次元データの可視化への挑戦のうちの多数に応えることができる。ここで３Ｄグラフとは、データの集合を総体的に記述する３Ｄオブジェクトまたは３Ｄオブジェクトのグループを参照する一般的意味で用いる。３Ｄグラフを作り上げる３Ｄオブジェクトと他の３Ｄオブジェクトとの区別をつけることができ、この区別を多次元データの３Ｄ可視化像内で利用して、３Ｄグラフを含む仮想環境を表現することができる。現在のデータ可視化技術は、平面スクリーン上に表示された環境を、ユーザが外側から見入ることによって知覚することを大いに求める。本発明のいくつかの実施形態によるシステム及び方法は、より複雑なデータ空間の可視化を可能にし、３Ｄ表示技術を利用してユーザを可視化像の内部に置くことによって、そしてデータ可視化の動作を一人称（自分自身）の体験にすることによって、人間が追加的次元を解釈する能力を拡張することができる。この取り組みは、固有受容感覚（人々がそれぞれの身体部分どうしの相対位置を感知する方法）及び運動感覚（人々が、自分自身の体の動きを感知する方法）といった人間の感覚を活性化することができ、外部環境内での人体の体験を記述して説明する。
【００４９】
高次元のデータを三次元の可視化像で提示することは、複雑であり、サイズ、形状、及び／またはテクスチャといった３Ｄオブジェクトの特徴の微妙な変化を用いたデータ内の構造の表現を含み得る。移動及び深さの知覚は、これらの視覚的刺激の一部を混同させることがあり、この混同は、３Ｄオブジェクトを３Ｄディスプレイ用にレンダリングする方法が、基になる次元とは無関係である変化（例えば、知覚される色及び／またはサイズを変化させ得る陰影）を導入する環境内で複雑になり得る。本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、ユーザの視野内にある同様な３Ｄオブジェクト間の類似性を保ち、３Ｄオブジェクトのサイズ属性の変化に起因するサイズの変化と、３Ｄオブジェクトまでの距離の差に起因するサイズの変化とをユーザが区別する能力を増強する技術を利用し、こうした技術は形状選択及び照明モデルを含む（がそれに限定されない）。多数の実施形態では、３Ｄオブジェクトが多次元データ空間の１つの３Ｄ可視化像から異なる多次元データ空間の３Ｄ可視化像へ移行する際に、特定の３Ｄデータ点に対応する３Ｄオブジェクトの属性の変化をユーザが観察することを可能にするアニメーションを利用することによって、ユーザがデータ内の構造を知覚する能力をさらに増強する。
【００５０】
本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムの使い勝手は、３Ｄデータ可視化像による高次元データのレンダリングを自動的に変更するためにユーザが用いることができるアフォーダンスを３Ｄユーザ・インタフェース内に設けることによって増強することができる。いくつかの実施形態では、ユーザが多次元データ空間の３Ｄ可視化像をアフォーダンス上でドラッグするだけで、特定の動作（例えば、３Ｄデータ可視化像のサイズの変更、あるいはデータ点のｋ平均法クラスタリング）が実行される。データは３Ｄデータ可視化像内で明確なオブジェクト（データ点）として可視化されるが、４以上のデータ次元が、個別のデータ点の性質（例えば、色、サイズ、形状、等）によりレンダリングされることを強調しておく。
【００５１】
容易にわかるように、多次元データ空間内のデータを３Ｄの形で可視化する能力は、複合データの分析の可能性の無数の可能性を広げ、本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、データ探索を共同作業的な方法で実行することを可能にする。いくつかの実施形態では、多数のユーザが、同じ物理的位置にいてもいなくても、同じ共有の仮想多次元データ空間を独立して探索することができる。特定の実施形態では、単一のユーザが「ブロードキャスト（広域伝達）型の」対話型セッションをリード（先導）することができ、こうしたセッションでは、すべてのユーザが３Ｄデータ可視化空間を、リードするユーザによって制御される視点から見る。本発明の種々の実施形態による、多次元データの可視化像を用いて複合データを探索するための多次元データ可視化システム及びプロセス（方法）は、以下でさらに説明する。
【００５２】
三次元データ可視化
複合データを扱う際に、二次元マッピングはデータ内に特有の構造を示し損なうことが多い。図１Ａ〜１Ｅに８つのクラスタの集合を例示し、これらのクラスタは、仮想的立方体の角部（隅部、コーナー）にデータ中心をおいてレイアウトされている。図１Ａ〜１Ｃに示す単純な２Ｄ射影は、データ内のすべての構造を容易に示すことはできない。図１Ｄ及び１Ｅに示すように３つの空間次元内にデータを可視化すると、クラスタパターンがより容易に識別される。本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、特定の３Ｄ可視化をレンダリングする視点次第では容易に明らかになり得ない構造をユーザがより明確に識別することを可能にする動き及び視差により、ユーザが３Ｄキュー（合図、指示）と直接相互作用する能力をユーザに提供する。別な言い方をすれば、ユーザが３Ｄ可視化における視点をリアルタイムで容易にシフトさせる能力は、追加的な見識をデータ内に生み出す異なる視点からユーザにデータ空間を探索させる視覚的キューを示すことができる。構造を視覚的に観察する能力は、人間のユーザが１つ以上の視点からの目視検査により容易に識別することができる「外れ値」の存在により、データ内の構造を識別するように訓練された機械学習アルゴリズム（例えばｋ平均クラスタリング）が役に立たない環境において、特に有用であり得る。
【００５３】
図２Ａ及び２Ｂは、（３つの空間次元内に可視化されたデータをデータ空間外から見ることに制約されることとは対照的に）多次元データ空間の３Ｄ可視化像内を移動することによってユーザが得ることができる異なる透視図を例示する。ユーザの視点が図２Ａ中に示す視点から関心データ及び図２Ｂ中に示す視点に向かって移動する際に、データの特定部分集合内の構造がより詳細に見える。以下でさらに説明するように、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、任意数の異なる入力モダリティ（手段）をサポートすることができ、こうした入力様式により、ユーザは、３Ｄデータ可視化像のズーム、相対位置、及び／または向きを制御する命令を与えることができる。図２Ａ及び２Ｂに示す３Ｄデータ可視化像は、データ次元を３Ｄオブジェクトの特徴にマップすることによってレンダリングされ、これらの特徴は、３Ｄオブジェクトの可視性（フィルタ処理基準に基づけば、一部のデータ点は示されないことがある）、３Ｄデータ可視化像内の３Ｄオブジェクトの位置、レンダリングされた３Ｄオブジェクトのサイズ、及び／または３Ｄオブジェクトの色を含む。特定の実施形態では、データ次元のマッピングを用いて３Ｄオブジェクトの追加的な特徴を定めることによって、より高次元の可視化像をさらに生成することができ、追加的な特徴は、３Ｄオブジェクトをレンダリングするために用いる形状、３Ｄオブジェクトのテクスチャ、及び／または３Ｄオブジェクトの透明度を含む（が、それらに限定されない）。図２Ｃに、図２Ｂに示すデータ集合の３Ｄ可視化像を例示し、この３Ｄ可視化像は、透明度を用いて追加的なデータ次元を表現している。図２Ｄに、図２Ｂに示すデータ集合の３Ｄ可視化像を例示し、この３Ｄ可視化像は、透明度及びテクスチャを共に用いて追加的なデータ次元を表現している。本発明の種々の実施形態による、異なる３Ｄ形状の選定による追加的な次元の表現は、形状を保つ深さの知覚の利用を含めて以下に説明する。他の実施形態では、データ次元を没入体験における非視覚的な態様にマップすることができ、これらの非視覚的な態様は、動き、音発生、触覚フィードバック、及び／または振動触覚フィードバックを含む（が、それらに限定されない）。
【００５４】
３Ｄデータ可視化像を２Ｄ紙面上に図示することに特有の限界は、図２Ａ〜２Ｄに示す３Ｄデータ可視化像が、基になる３Ｄデータ可視化像の二次元射影である、ということにある。本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、相互作用及び運動視差を可能にする対話型の３Ｄ可視化を提供し、相互作用及び運動視差は、図２Ａ及び２Ｄを生成するために利用される方法で３Ｄデータを投影する際に失われる。従って、本発明の一実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される３Ｄデータ可視化像における対話型のデータ探索を例示するビデオ・シーケンス（動画像列）は、
http://www.virtualitics.com/patent/Virtualitics1.mp4、及び
http://www.virtualitics.com/patent/Virtualitics2.mp4
より入手可能であり、同じ対話型セッションの３Ｄビデオ・シーケンスは、
http://www.virtualitics.com/patent/Virtualitics3.mp4
より入手可能である。上記２Ｄビデオ・シーケンスと３Ｄビデオ・シーケンスとの比較は、上記３Ｄデータ可視化システムによって３Ｄデータ可視化像を生成するために用いられるデータの構造を解釈するに当たっての、運動視差の効果の感覚を提供する。
http://www.virtualitics.com/patent/Virtualitics1.mp4、
http://www.virtualitics.com/patent/Virtualitics2.mp4、及び
http://www.virtualitics.com/patent/Virtualitics3.mp4
に見出される２Ｄ及び３Ｄビデオ・シーケンスは、その全体を参照することによって本明細書に含める。
【００５５】
以下に続く説明の大部分は、３Ｄオブジェクトを仮想空間内にレンダリングすることによって生み出される対話型の多次元可視化像の生成に関係するが、本発明の多数の実施形態によるシステム及び方法を利用して、多次元データの可視化像を、データを表現するための種々の異なる技術を用いて生成することができる。いくつかの実施形態では、３Ｄデータ可視化像が、３Ｄ折れ線プロット（例えば、図３Ａ及び３Ｂ参照）及び／または３Ｄ表面（例えば、図４Ａ及び４Ｂ参照）を含むことができる。図３Ａ及び３Ｂは、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示し、ここではデータを一連の３Ｄ折れ線プロットとして可視化している。比較として、これらの３Ｄ折れ線プロットの二次元射影を図３Ｃ〜３Ｅに示す。図４Ａ及び４Ｂに、複数の視点からの３Ｄグラフの可視化像を例示し、ここではデータを表面として可視化している。比較として、これらの３Ｄ表面の二次元射影を図４Ｃ〜４Ｅに示す。従って、本発明の異なる実施形態によるシステム及び方法は、特定種類の３Ｄデータ可視化像に限定されず、種々の３Ｄデータ可視化像のいずれをも生成するために利用することができる。本発明の種々の実施形態による、ユーザの認知システムが高次元データを解釈して高次元データと相互作用することを可能にする３Ｄデータ可視化を実行するためのシステム及び方法は、以下でさらに説明する。
【００５６】
３Ｄデータ可視化システム
本発明の特定実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、単一ユーザまたは複数ユーザによる３Ｄグラフの探索用に構成することができる。いくつかの実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、データ次元を３Ｄ仮想オブジェクトにマップする３Ｄレンダリング・エンジンを含み、これらの３Ｄ仮想オブジェクトは、この３Ｄレンダリング・エンジンによって仮想空間内での可視化用にレンダリングされる。マシンビジョン（機械視覚）システム及び／またはセンサシステムを利用して、１人以上のユーザのポーズを追跡することができ、より具体的には、ユーザの頭部位置を追跡することができる。頭部位置を利用して視点を測定することができ、この視点から、仮想空間の３Ｄ表示を、仮想空間内のデータと相互作用しているユーザ毎にレンダリングすることができる。複数のユーザが１つの仮想空間内で共同作業している場合、ユーザの頭部位置及び／またはポーズを利用して、各ユーザに提示される３Ｄ表示をレンダリングし、個別ユーザのアバターをデータ空間内にレンダリングすることができる。
【００５７】
本発明の一実施形態による、異なるユーザの異なる視点からの３Ｄグラフのレンダリングを、図５Ａ〜５Ｄに概念的に例示する。本発明の一実施形態による、複数のユーザのアバターを仮想空間内に示す３Ｄ可視化像を、図５Ｅに例示する。図示する３Ｄデータ可視化像では３Ｄグラフ５００を示し、このグラフでは、データ点が３Ｄオブジェクト５０２として可視化され、他のユーザが仮想空間を探索している視点はアバター５０４、５０６として示す。以下に説明するように、ユーザが仮想空間内の自分の位置を確認する能力は、グリッド（格子）線５０８及び軸ラベル５１０のような直感的なインタラクション・プリミティブを提供することによって増強することができる。多数の実施形態では、共同作業しているユーザが仮想空間を通って独立して移動することができ、あるいは、一組のユーザが、単一ユーザが仮想空間と相互作用することによって制御される仮想空間の同じ可視化を体験することができる。容易にわかるように、３Ｄデータ可視化システムによってサポートされる特定の共同作業の探索モードは、所定用途の要求に大きく依存する。
【００５８】
本発明の一実施形態による、ユーザ用の３つの空間次元内に多次元データの可視化像を生成するために利用することができる、及び／または、複数のユーザの共同作業によるこうした３Ｄ空間内での多次元データ探索を促進するために利用することができる多次元データ可視化システムを、図６Ａに例示する。３Ｄデータ可視化システム６００は３Ｄデータ可視化コンピュータシステム６０２を含み、３Ｄデータ可視化コンピュータシステム６０２は３Ｄディスプレイ６０４と通信するように構成され、図示する実施形態では、３Ｄディスプレイ６０４はヘッドマウント・ディスプレイである。
【００５９】
３Ｄデータ可視化コンピュータシステム６０２はカメラシステム６０６に接続することもでき、カメラシステム６０６を利用してユーザの画像データを捕捉することができ、このデータからユーザのポーズ及び／または頭部位置を測定することができる。このカメラシステムは、ジェスチャー系の入力を検出するための入力モダリティとして用いることもできる。追加的な、及び／または代案の入力モダリティを用意することができ、こうした入力モダリティは、ユーザ入力装置、及び音声入力を検出するためのマイクロホンを含む（が、それらに限定されない）。カメラシステムは、画像データを捕捉することができる種々の異なるカメラシステムのいずれをも含むことができ、こうしたカメラシステムからユーザのポーズを測定することができ、こうしたカメラシステムは、従来型カメラ、飛行時間型カメラ、構造化照明型カメラ、及び／またはマルチビュー（多画像）ステレオカメラを含む（が、それらに限定されない）。ポーズとは、多次元空間内のユーザの位置及び向きの両方のあらゆる表現を記述するために利用することができる。ポーズの単純な表現は頭部位置及び見る方向である。より複雑なポーズ表現は、交連骨格の関節位置を用いてユーザの体位を記述することができる。容易にわかるように、所定の３Ｄデータ可視化システム６００内で利用されるポーズ及び／またはカメラシステムの具体的記述は、特定用途の要求に大きく依存する。
【００６０】
多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化コンピュータシステム６０２、３Ｄディスプレイ６０４、及びカメラシステム６０６が統合装置である。例えば、３Ｄデータ可視化コンピュータシステム６０２、３Ｄディスプレイ６０４、及びカメラシステム６０６は、（それに限定されないが）ワシントン州レッドモンドのマイクロソフト社によって市販されているHoloLens（登録商標）のようなヘッドマウント・ディスプレイ内に実現することができる。他の実施形態では、３Ｄデータ可視化コンピュータシステム６０２と３Ｄディスプレイ６０４とが無線接続経由で、カリフォルニア州メンロパークのOculus VR, LLCによって市販されているOculus Rift（登録商標）３Ｄディスプレイが利用しているのと同様の方法で通信することができる。容易にわかるように、３Ｄデータ可視化像は、ＭＲヘッドセット（例えばHoloLens（登録商標））を用いた複合現実感の状況で表示される、及び／またはＶＲ用３Ｄディスプレイ（例えばOculus（登録商標））を用いた完全没入型の環境内で表示される仮想オブジェクトの集合として構成することができる。
【００６１】
特定の実施形態では、３Ｄデータ可視化コンピュータシステムが分散処理を利用することができる。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化像をレンダリングすることに関連する少なくとも一部の処理を、ヘッドマウント・ディスプレイ内のプロセッサによって実行することができる。いくつかの実施形態では、ヘッドマウント・ディスプレイと通信するローカル・コンピュータシステムによって追加的な処理を実行する。多数の実施形態では、インターネット経由で（可能性としてローカル・コンピュータシステム経由で）ヘッドマウント・ディスプレイと通信するリモート・コンピュータシステム（例えば、クラウド・コンピュータクラスタ内のコンピュータ・リソース）によって処理を実行する。従って、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化コンピュータシステムは、単一のコンピュータ装置に限定されず、単一のコンピュータ装置、及び／またはヘッドマウント・ディスプレイ内のコンピュータシステム、ローカル・コンピュータシステム、及び／またはリモート・コンピュータシステムの組合せを包含することができる。容易にわかるように、所定の３Ｄデータ可視化システム内で使用される３Ｄデータ可視化コンピュータシステムの具体的実現は、特定用途の要求に大きく依存する。
【００６２】
本発明の一実施形態による、複数のユーザが多次元データ空間の３Ｄ可視化像内を同時に探索することができる多次元データ可視化システムを図６Ｂに例示する。３Ｄデータ可視化システム６５０は、ネットワーク６５６越しにサーバー・コンピュータシステム６５６を介して通信する２つのローカル・コンピュータシステム６５２を含む。ローカル・コンピュータシステム６５２の各々は、３Ｄディスプレイ６５８及びカメラシステム６６０に、図６Ａを参照して上述したのと同様の方法で接続されている。
【００６３】
図示する実施形態では、ローカル・コンピュータシステム６５２の各々が、多次元データ空間の３Ｄモデルを構築して、ユーザのポーズの変化に応答してビデオ・シーケンス（２Ｄにも３Ｄにもすることができる）をレンダリングする。多数の実施形態では、ローカル・コンピュータシステム６５２が、ユーザによる独立したデータ探索を可能にするように構成され、ポーズ情報は、サーバー・コンピュータシステム６５４を介してローカル・コンピュータ６５２どうしの間で共有することができる。次に、ポーズ情報を利用して、特定のユーザが仮想空間を見ている位置を示すアバターを、仮想空間内にレンダリングすることができる。多数の実施形態では、ローカル・コンピュータシステム６５２がブロードキャスト（広域伝達）モードをサポートし、ブロードキャスト・モードでは、１人のユーザが仮想空間を通って進行（ナビゲート）し、進行中のユーザのポーズは、サーバー・コンピュータシステム６５４を介して、仮想空間内の他のユーザのローカル・コンピュータシステム６５２に伝達される。進行中のユーザからのポーズ情報を受信したローカル・コンピュータシステム６５２は、このポーズ情報を用いて、進行中のユーザの視点からの多次元データの可視化像を、他のユーザの３Ｄディスプレイによる表示用にレンダリングすることができる。
【００６４】
多数の実施形態では、３Ｄビデオ・シーケンスをレンダリングして、この３Ｄビデオ・シーケンスを他のユーザのローカル・コンピュータシステム６５２へストリーム送信することによって、ブロードキャスト・モードがサポートされる。いくつかの実施形態では、サーバー・コンピュータシステム６５４が、ローカル・コンピュータシステム６５２から受信したポーズ情報に基づいて、３Ｄデータ可視化像をユーザ毎に生成して、３Ｄビデオ・シーケンスをネットワーク６５６上で、３Ｄディスプレイによる表示用にローカルコンピュータへストリーム送信するのに十分な計算能力（例えば、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（図形処理装置））を含む。
【００６５】
多次元データの３Ｄ可視化用のコンピュータシステム
多次元データの３Ｄ可視化像を生成することができるコンピュータシステムは種々の形態をとることができ、すべての計算を単一のコンピュータ装置によって実行する実現から、ヘッドマウント・ディスプレイ、ローカル・コンピュータシステム、及び／またはクラウドベースのサーバーシステムにわたって処理を分散させる複合システムまでを含む。異なる処理の具体的な分散は、ユーザの数及び所定用途の要求に大きく依存する。
【００６６】
本発明の一実施形態による、単一のコンピュータ装置上に実現される多次元データ可視化コンピュータシステムを、図７に示す。多次元データ可視化コンピュータシステム７００は、パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、ヘッドマウント・ディスプレイ装置、及び／または３Ｄ表示を十分なフレームレートでレンダリングして特定用途の対話型の３Ｄデータ可視化の要求を満足するのに十分な処理能力を有する他のあらゆるコンピュータ装置とすることができる。
【００６７】
３Ｄデータ可視化コンピュータシステム７００はプロセッサ７０２を含む。プロセッサ７０２とは、３Ｄデータ可視化コンピュータシステムのメモリ７０４内に記憶された機械可読の命令により計算を実行するように構成することができる、コンピュータ装置内の１つ以上の装置を参照すべく用いる。プロセッサ７０２は、１つ以上のマイクロプロセッサ（ＣＰＵ：central processing unit）、１つ以上のグラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ：graphics processing unit）、及び１つ以上のデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）を含むことができる。これに加えて、プロセッサ７０２は、３Ｄデータ可視化コンピュータシステムを加速させるように開発された種々の特定用途向け回路のいずれをも含むことができる。
【００６８】
図示する実施形態では、３Ｄデータ可視化コンピュータシステム７００が、リモート・コンピュータシステム（例えば、他のユーザのコンピュータシステム、及び／またはリモートサーバー・コンピュータシステム）と通信するためのネットワーク・インタフェース７０６、及び３Ｄディスプレイ及び／またはカメラシステムを含む（がそれらに限定されない）種々の装置と通信するために利用することができる入力／出力（Ｉ／Ｏ：input/output）インタフェースを含む。多次元データの３Ｄ可視化像を生成するために使用されるコンピュータシステムに要求される具体的な通信及びＩ／Ｏ能力は、一般に所定用途の要求に基づいて決まる。
【００６９】
容易にわかるように、種々のソフトウェア・アプリケーションを利用して、本発明の実施形態による多次元データ可視化コンピュータシステムを実現することができる。図示する実施形態では、３Ｄデータ可視化像が、オペレーティングシステム７１２によって生成される計算環境内で実行される３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０によって生成される。３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０は、３Ｄレンダリング・エンジン７１４を利用して、３Ｄディスプレイにより表示することができる３Ｄデータ可視化像を生成する。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０が、多次元データ集合７１６をメモリ内データ構造７１８内にロードし、メモリ内データ構造７１８は３Ｄデータ可視化コンピュータシステムの低レイテンシ（待ち時間）メモリ内に記憶されている。多次元データ集合７１６は、ファイル及び／またはデータベース内にローカルに記憶することができる。いくつかの実施形態では、多次元データがリモートで（例えば分散型データベース内に）記憶され、多次元データの一部または全部を、３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０によって維持されるメモリ内データ構造７１８内にロードする。多数の実施形態では、多次元データを少なくとも１つの可視化テーブル内にロードする。以下に説明するように、３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０が多次元データを少なくとも１つの可視化テーブル内にロードする際に、追加的なデータ次元を多次元データに追加することができる。いくつかの実施形態では、可視化テーブルが可視性の次元を含み、３Ｄデータ可視化アプリケーションが、可視化テーブル内に含まれる多次元データ集合内の個別項目の可視性の値を、当該項目に対応する３Ｄオブジェクトが可視化テーブル内に含まれる多次元データが現在の３Ｄ可視化像内で可視であるか否かを反映するように変更する。容易にわかるように、所定用途の要求に適合していれば、種々の追加的次元のいずれをも、３Ｄデータ可視化アプリケーションによって多次元データに追加することができる。
【００７０】
以下でさらに説明するように、ユーザは、データ次元を３Ｄデータ可視化像内の３Ｄオブジェクトの属性にマップするマッピングを選択し、これにより多次元データの可視化像を効果的に生成することができる。これらのマッピングはデータ次元マッピング７２０として記憶される。３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０は、データ次元マッピング７２０を用いて、３Ｄオブジェクトの属性を３Ｄレンダリング・エンジン７１４に提供することができる。多数の実施形態では、３Ｄレンダリング・エンジン７１４が、メモリに記憶された３Ｄモデル７２２内の３Ｄオブジェクトのインスタンスを作成し、３Ｄオブジェクトの属性を更新することができる。いくつかの実施形態では、３Ｄレンダリング・エンジンが、メモリ内データ構造７１８内にロードされたデータ点の数に基づいて、３Ｄオブジェクトのインスタンスを３Ｄモデル７２２内に作成することができる。このようにして、３Ｄレンダリング・エンジン７１４は、ユーザによる可視化用のデータ次元の選択に応答して、３Ｄデータ可視化像を容易に生成することができる、というのは、３Ｄオブジェクトのインスタンスが作成され、３Ｄレンダリング・エンジン７１４は、可視化像を生成するために、３Ｄモデル７２２内の３Ｄオブジェクトの属性を変更するだけでよいからである。他の実施形態では、ユーザによる３Ｄオブジェクトの属性の定義に応答して、３Ｄオブジェクトのインスタンスを作成する。
【００７１】
３Ｄレンダリング・エンジン７１４は、３Ｄモデル７２２を利用して、３Ｄディスプレイにより提示することができるステレオ画像をレンダリングすることができる。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化アプリケーションが、ディスプレイ・ドライバ７２４を用いて、レンダリングの視点７２６を３Ｄディスプレイにより表示する。特定のレンダリングの視点は、（例えばブロードキャスト中モードでは）リモート・コンピュータシステムから受信したポーズデータ７２８によって、あるいは３Ｄデータ可視化コンピュータシステムが画像及び／または他のセンサデータから決定したポーズデータ７２８に基づいて、決めることができる。
【００７２】
図示する実施形態では、３Ｄ可視化アプリケーション７１０が、ポーズデータ７２８をマシンビジョン・アプリケーション７３０から受信し、マシンビジョン・アプリケーション７３０は、画像データをカメラシステムから１つ以上のカメラドライバ７３２を用いて取得する。マシンビジョン・アプリケーション７２０は、捕捉した画像データからユーザの頭部の位置及び向きを含む（がそれに限定されない）ユーザのポーズを抽出するように、プロセッサ７０２を構成する。上述したように、ユーザのポーズを利用して、３Ｄモデル７２２からの画像をレンダリングする視点７２６を決めることができる。多数の実施形態では、ユーザのポーズを利用して３Ｄモデルの要素も制御し、これらの要素は、３Ｄオブジェクトの照明、仮想空間を通る移動速度、及び／またはインタラクション・プリミティブの可視性を含む（が、それらに限定されない）。本発明の種々の実施形態による、ユーザのポーズを利用して多次元データの３Ｄ可視化のレンダリングを変更することができる具体的方法は、以下でさらに説明する。
【００７３】
複数のユーザが同じ仮想空間を同時に可視化中である多次元データの３Ｄ可視化像を、多次元データ可視化コンピュータシステム７００が生成している際には、３Ｄレンダリング・エンジン７１４は、アバター毎のポーズ情報を含むアバター・メタデータ７３４、及び（随意的に）アバターの識別情報を用いて、ユーザの視野内に位置するアバターが、３Ｄレンダリング・エンジンによるレンダリングの視点７２６において可視であるような方法で、これらのアバターを３Ｄモデル７２２内に含めるることもできる。
【００７４】
多数の実施形態では、３Ｄレンダリング・エンジン７１４が３Ｄグラフィック・エンジンまたは３Ｄゲーム・エンジンの一部を形成し、この３Ｄグラフィック・エンジンまたは３Ｄゲーム・エンジンは、（それに限定されないが）スクリプト言語のようなメカニズムを用いて３Ｄデータ可視化アプリケーション７１０を当該３Ｄグラフィック・エンジン内に実装することを可能にする。他の実施形態では、３Ｄレンダリング・エンジンが３Ｄデータ可視化アプリケーションの一部を形成する。容易にわかるように、上記の３Ｄデータ可視化アプリケーション、３Ｄレンダリング・エンジン、及び／またはマシンビジョン・アプリケーションは、独立して、単一のアプリケーションとして、あるいは、（それに限定されないが）ウェブ・ブラウザ・アプリケーションのような他のアプリケーション内に、または他のアプリケーション用のプラグインとして実現することができる。３Ｄデータ可視化アプリケーションを実現することができる具体的方法は、所定のコンピュータシステム及び／または使用事例の要求に大きく依存する。
【００７５】
特定の多次元データ可視化システム及び３Ｄデータ可視化コンピュータシステムを、図６Ａ〜図７に関して上述しているが、種々のコンピュータ・プラットフォーム（基盤）、３Ｄディスプレイ、及び／またはカメラシステムのいずれをもを利用して、本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化像内の対話型の探索を可能にするプロセスを実現することができる。本発明の多数の実施形態による３Ｄデータの対話型の探索は、以下でさらに説明する。
【００７６】
３Ｄデータ可視化像を生成する
本発明の多数の実施形態による、３Ｄデータ可視化像を生成するためのプロセスは、データをメモリ内データ構造内へロードすること、及び次に、データ次元を３Ｄオブジェクトの属性にマップして、３Ｄディスプレイによる３Ｄデータ可視化像のレンダリングを可能にすることを含む。本発明の一実施形態による、多次元データの可視化像を生成するためのプロセスを、図８Ａに例示する。プロセス８００は、データ点を、（それに限定されないが）可視化テーブルのようなメモリ内データ構造内にロードするステップ（８０２）を含む。図示する実施形態では、データ点の各々に対して、３Ｄオブジェクトのインスタンスを作成する（ステップ８０４）。上述したように、データ次元を３Ｄオブジェクトの属性にマップするマッピングを受信する前に３Ｄオブジェクトのインスタンスを作成することは、３Ｄデータ可視化像をレンダリングすることができるためのレイテンシを減少させることができる。他の実施形態では、３Ｄオブジェクトの属性を決定するデータ・マッピングが規定されるまで、３Ｄオブジェクトのインスタンスを作成しない。容易にわかるように、３Ｄ表示のレンダリングに対する、３Ｄオブジェクトのインスタンス作成のタイミングは、所定用途の要求に大きく依存する。いくつかの実施形態では、データ点をメモリ内データ構造内にロードするプロセスが、３Ｄデータ可視化像内における特定データ点の可視性を記述する追加的なデータ次元を生成することを含む。個別のデータ点に対する可視性のデータ次元をプロセス８００によって更新して、所定のデータ点が３Ｄデータ可視化像の一部であるべきでないことを示すことができる。この関係では、可視性は、ユーザの視野内にあることとは区別される概念であり、その代わりに、プロセス８００による当該データ点を３Ｄグラフ内にレンダリングしないことの決定を参照する。あるデータ点を除外する理由は、当該データ点が、ある３Ｄオブジェクトの属性にマップされるデータ次元のうちの１つに関して、値を有さないか無効な値を有することを含むことができる（が、それに限定されない）。容易にわかるように、所定用途の要求に適合していれば、種々の理由のいずれをも利用して、特定のデータ点を３Ｄ可視化像内に含めるべきでないものと判定することができる。データ取得中に追加される可視性のデータ次元は、個別のデータ点を可視化しないことの決定を反映するためのメカニズムを提供する。
【００７７】
プロセス８００は、データ次元のマッピングを用いて３Ｄオブジェクトの属性を決定するステップ（８０６）を含む。ユーザ・インタフェースは、データ点を記述するデータ次元に関する情報を提示して、３Ｄオブジェクトの属性にマップすべき特定のデータ次元をユーザが選択することを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、データ次元のマッピングが３Ｄオブジェクトの特徴を定め、これらの特徴は、３Ｄオブジェクトの可視性、仮想空間内の３Ｄオブジェクトの位置、３Ｄオブジェクトをレンダリングするために用いる形状、仮想空間内にレンダリングされる３Ｄオブジェクトのサイズ、及び／または３Ｄオブジェクトの色を含む（が、それらに限定されない）。特定の実施形態では、４つ以上のデータ次元の可視化像を、データ次元のマッピングを用いることによって生成して、３Ｄオブジェクトの追加的な特徴を定めることができ、これらの特徴は、３Ｄオブジェクトのテクスチャ、及び／または３Ｄオブジェクトの透明度を含む（が、それらに限定されない）。多数の実施形態では、定義することができる属性のリストが：Ｘ（浮動小数点の値）、Ｙ（浮動小数点の値）、Ｚ（浮動小数点の値）、形状（浮動小数点の値）、サイズ（浮動小数点の値）、カラーパレット（浮動小数点の値、ストリング（文字列））、カラーマップ（浮動小数点の値、ストリング）、カラースケール（色尺度）（浮動小数点の値、ストリング）、カラースケール（浮動小数点の値、ストリング）、及び透明度（浮動小数点の値）を含む（が、それらに限定されない）。視覚的属性を補完するものとして、データ次元のマッピングを、３Ｄオブジェクトによって表現されるデータ点を記述するメタデータに関して定義することもでき、これらのメタデータは：ＩＤ（ストリング）、ＵＲＬ（ストリング）、マスク（あるデータ点が選択されているか否かを示すために用いる浮動小数点の値）、表示可否（浮動小数点、ストリング、データ点を表示するべきか否かをフィルタに基づいて示すために用いる、例えば”ＵＳ（United States：米国）”に等しい国名の値を有するデータ点のみを示す）を含む（が、それらに限定されない）。３Ｄオブジェクトに関連する追加的な属性は、３Ｄオブジェクトの微妙な動き（例えば、ジッターまたはねじれの異なる速度区分へデータを入れる）、音発生、触覚フィードバック、及び／または振動触覚フィードバックを含むことができる（が、それらに限定されない）。特定の属性を上述しているが、上述した属性の一部または全部のあらゆる部分集合及び／または組合せを、データ点の可視化における追加的な属性と組み合わせることができる。データ点を３Ｄグラフ内に可視化するために利用される具体的な属性は、所定の３Ｄデータ可視化システムの要求に大きく依存する。
【００７８】
データ次元を属性にマップするマッピング（ステップ８０６）はユーザによって実行されることが多いが、ユーザ及び／または３Ｄデータ可視化システムは、以前から記憶している３Ｄデータ可視化像を用いて、データ次元を属性にマップするマッピングを定義することもできる。このようにして、ユーザは、新たなデータ集合または更新されたデータ集合（例えば、新たなデータ点が追加されたデータ集合）をロードして、以前に選択したマッピングの集合を利用してデータを可視化することができる。従って、３Ｄオブジェクトの属性は、以前に生成された３Ｄデータ可視化像内に含まれるマッピングに基づいて自動的に決定することができる（ステップ８０６）。多数の実施形態では、複数のユーザが３Ｄデータ可視化像を共有し、共有される３Ｄデータ可視化像内のマッピングを利用して、３Ｄオブジェクトの属性を決定することができる（ステップ８０６）。複数のユーザは、他のユーザによる独立した利用のために、及び／またはブロードキャスト（広域伝達）される３Ｄデータ可視化像の一部として、３Ｄデータ可視化像を共有することができる。
【００７９】
プロセス８００は、ユーザの視点に基づいて３Ｄ表示をレンダリングする（ステップ８１４）。従って、ユーザのポーズを測定し（ステップ８０８）、このポーズを用いて、仮想空間内のユーザの位置、及びユーザの視野内にある３Ｄオブジェクトに基づいて、３Ｄ表示をレンダリングすることができる。以下で図８Ｂを参照してさらに説明するように、
多数（あるいは全部）の３Ｄオブジェクトのメッシュに基づいて、１つ以上のメッシュを３Ｄオブジェクトのグループ用に作成することによって、レンダリング中に追加的な計算効率を得ることができる。このようにして、（それに限定されないが）衝突処理のような物理プロセスを含むプロセスを、ずっと少数の３Ｄオブジェクトのグループに対して実行することができる。容易にわかるように、３Ｄデータ可視化像をレンダリングするために必要な計算を低減する目的で、複数の３Ｄオブジェクトを３Ｄオブジェクトのグループにまとめることは、所定用途の要求に大きく依存する。
【００８０】
３Ｄデータの効果的な可視化は、ユーザがデータ内の構造を知覚する能力を増強し、可視化されるデータの特徴とは無関係な外観の変化を３Ｄグラフ内の３Ｄオブジェクトに取り入れることを回避する。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化の種々の態様を、ユーザのポーズに基づいて変更して、ユーザがデータの構造を知覚する能力を増強する。いくつかの実施形態では、３Ｄ表示をレンダリングするプロセスが、ユーザのポーズに基づいて３Ｄオブジェクトを照明するステップ（８１０）を含む。以下に説明するように、ユーザの視野内にある各３Ｄオブジェクトを、ユーザの視点で、あるいはユーザの視点から少しオフセットした所で発光する指向性光源を用いて照明することは、同様な３Ｄオブジェクトの外観の類似性を、ユーザの視野全体にわたって保つことができる。本発明の種々の実施形態による、ユーザのポーズに基づいて３Ｄオブジェクトを照明するプロセスを以下に説明する。３Ｄオブジェクトが見る方向に基づいて異なる外観を有する場合、ユーザの視野内にある３Ｄオブジェクトの向きを、ユーザに「対面」するように再配向することができる（但し、以下に説明するように、ユーザに対面することは、実際には３Ｄオブジェクトを、３Ｄ形状の特徴をより良く目立たせることに合った角度に向けることを含む）。このようにして、ユーザがオブジェクトを見る向きがどうであろうと、オブジェクトの外観は３Ｄグラフ内で常に同じになり、ユーザが意識的または無意識に向きの違いを意味ある情報と混同することが回避される。しかし、他の実施形態では、向きを固定すること、及び／または向きを用いて追加的なデータ次元を可視化することができる（例えば、あるデータ次元が、ユーザの視点に対する向きに、あるいは回転の速度のような動きにマップされる）。
【００８１】
多数の実施形態では、ユーザのポーズを用いて、３Ｄデータ可視化の他の多数の態様を変更し、これらの態様は、インタラクション・プリミティブの透明度及び／または位置を含む（が、それらに限定されない）。例えば、グリッド（格子）線及び／またはナビゲーション・アフォーダンスのようなインタラクション・プリミティブを仮想空間内に含めて、配向及びナビゲーションを手助けすることができる。多数の実施形態では、ユーザのポーズが、インタラクション・プリミティブがデータ点を表現する３Ｄオブジェクトを覆い隠す度合いを決める。３Ｄデータ可視化システムが実現することを目指す特定のユーザ体験に適合していれば、種々の基準を利用して、透明度を増加させるか否か、及び／またはインタラクション・プリミティブの可視性を変更するか否かを決定することができる。多数の実施形態では、３Ｄグラフを、仮想環境（例えば、仮想オフィス区画または仮想オフィスの一室）を含む可視空間内に含めることができる。ユーザが仮想環境内で３Ｄグラフを操作する（例えば、３Ｄグラフを回転させる、あるいは３Ｄグラフのサイズを増加させる）際に、３Ｄグラフを静止オブジェクトとして維持し、ユーザの視点に基づいて、仮想環境に関連するメッシュ（例えば、テーブル、椅子、机、壁、等を描画するメッシュ）を３Ｄグラフに対して変更すること（例えば、仮想環境のサイズを変更すること、あるいは、仮想環境及びユーザの視点を３Ｄグラフに対して回転させること）によって、計算効率を達成することができる。仮想環境に関連するメッシュは、一般に３Ｄグラフを作り上げる３Ｄオブジェクトのメッシュよりも単純である。従って、ユーザが３Ｄグラフに対する操作を実行する能力を維持しつつ、仮想環境に関連するユーザの視点及び３Ｄオブジェクトを、３Ｄグラフに対してシフトさせることは、大きな計算上の利点をもたらすことができ、３Ｄグラフに対する操作は、仮想環境内で３Ｄグラフを回転させ、移動させ、及び／またはサイズ変更することを含む（が、それらに限定されない）。容易にわかるように、ユーザのポーズに応答して変更することができる仮想空間の要素は、照明及びインタラクション・プリミティブの可視性に限定されず、所定用途の要求に適合していれば、３Ｄデータ可視化の種々の態様のいずれをも含むことができ、これらの態様は、ユーザの位置及び／またはポーズに基づいて、ユーザが仮想空間を通って移動する速度、及び／またはユーザが仮想空間内の３Ｄオブジェクトと相互作用することができる速度を変更することを含む（が、それらに限定されない）。以下に説明するように、本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、ユーザのポーズ及び／または状況に基づいて、異なる可視化モード間で切り換えることができる。
【００８２】
ユーザのポーズに基づいて３Ｄ表示をレンダリングする（ステップ８１４）具体的方法は、利用している特定の３Ｄ表示技術に大きく依存する。多数のヘッドマウント型ＡＲ、ＭＲ、及びＶＲヘッドセットにおいて利用されるもののようなステレオ３Ｄディスプレイを利用する実施形態では、異なる視点からの２つのフレームをレンダリングし、これらのフレームをステレオ・ディスプレイの各々によって提示して、シミュレート（模擬）された深さの知覚をユーザにもたらすことができる。
【００８３】
プロセス８００は、ユーザの位置の変化（ステップ８０８）及び／またはデータ次元を属性にマップするマッピングの変化（ステップ８１８）に基づいて、レンダリングされる３Ｄ表示を更新し続ける。ユーザが対話型セッションを終了すると（ステップ８１６）、プロセスが完了する。
【００８４】
容易にわかるように、３Ｄデータ可視化像の相互作用性は、可視化像の更新をレンダリングすることができる速度に依存する。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、少なくとも１秒当たり３０フレームのフレームレートを目標とする。いくつかの実施形態では、少なくとも１秒当たり６０フレーム及び／または少なくとも１秒当たり１２０フレームの目標フレームレートをサポートする。３Ｄデータ可視化像を高いフレームレートで更新することは、大量の計算を含む。多数の例では、高いフレームレートを維持するために必要な計算が大量過ぎ、３Ｄデータ可視化像が、１つ以上のフレームを表示に間に合わせてレンダリングすることができず、フレームドロップ（フレーム欠落）と一般に称されることを生じさせる。特定実施形態では、ユーザの視野の中央にあるフレームの部分をレンダリングし、ユーザの周囲視野内にあるフレームの部分はレンダリングしない良い意味での質的低下をサポートする。所定の３Ｄデータ可視化システムが、目標フレームレートに必要なすべてのフレームをレンダリングすることができないことに対処する具体的方法は、所定用途の要求に依存する。
【００８５】
目標フレームレートを達成することができる可能性は、３Ｄデータ可視化像をレンダリングすることの複雑性を低減することによって増加させることができる。多数の実施形態では、本質的に複数の可視の３Ｄオブジェクトの集合体である３Ｄオブジェクトのグループを作成することによって計算効率を達成する。オブジェクトの数を低減することは、レンダリング・パイプラインの態様に関連する計算を減少させることができ、これらの計算は、物理エンジンによって実行される３Ｄオブジェクト間の衝突を検出するための処理、及び描画プロセス自体を含む。いくつかの実施形態では、３Ｄオブジェクトの単一グループを、３Ｄグラフ内の可視のデータ点に対応するすべての３Ｄオブジェクトを用いて作成する。多数の実施形態では、可視の３Ｄオブジェクトの総数よりも少数の、３Ｄオブジェクトの複数グループを作成する。特定実施形態では、３Ｄオブジェクトのグループが、単に、３Ｄオブジェクトの集合の形状を有するメッシュである。
【００８６】
本発明の一実施形態による、３Ｄオブジェクトのグループを用いて３Ｄデータ可視化像をレンダリングするためのプロセスを図８Ｂに例示する。このプロセス８５０は、複数の可視化属性を含む３Ｄデータ・オブジェクトの集合のインスタンス作成（ステップ８５２）から開始される。３Ｄデータ・オブジェクトの可視化属性は、データ次元のマッピングの集合を用いて上述したのと同様な方法で決定することができる。特定実施形態では、データ次元のマッピングが可視化テーブル内のデータ次元の値を規定し、これらのデータ次元の値を処理して、３Ｄオブジェクトの具体的な可視化属性を決定する。複数の可視の３Ｄオブジェクトのメッシュ及びテクスチャを用いて、３Ｄオブジェクトの各グループのメッシュ及びテクスチャを生成することによって、３Ｄオブジェクトの１つ以上のグループを作成する（ステップ８５６）。いくつかの実施形態では、１００，０００個もの３Ｄオブジェクトを利用して、３Ｄオブジェクトのグループを作成する。３Ｄオブジェクトのグループを作成する（ステップ８５６）ために利用する３Ｄオブジェクトの具体的な数は、一般に所定用途の要求に依存する。
【００８７】
ユーザのポーズを測定し（ステップ８５８）、３Ｄオブジェクトのグループを、ユーザのポーズに基づいて照明する（ステップ８６０）。多数の実施形態では、３Ｄオブジェクトのグループを頂点毎のベースで描画し、指向性光源を用いて、各頂点を、ユーザの視点（あるいは、ユーザの視点に近い点）からの視線に基づいて決まる方向に照明する。次に、仮想空間内の３Ｄオブジェクト（３Ｄオブジェクトのグループを含む）に対する衝突処理を実行して、検出した衝突を、３Ｄデータ可視化システムによって仮想空間に課せられた制約に応じて解決することができる。次に、仮想空間を、ユーザの視点からレンダリングすることができる（ステップ８６４）。図示する実施形態では、３Ｄ表示をレンダリングする。多数の実施形態では、レンダリングされた表示が３Ｄ表示装置を駆動する。
【００８８】
オブジェクトのグループを利用することは、３Ｄデータ可視化像を高いフレームレートで対話形式でレンダリングすることに関連する処理を大幅に低減することができる。しかし、オブジェクトをグループ化することは、単一の３Ｄオブジェクトを変更するために、全部の３Ｄオブジェクトを変更するための処理オーバーヘッドと同じ処理オーバーヘッドを生じさせる。従って、組み合わせて３Ｄオブジェクトの単一グループにされる、データ点に対応する３Ｄオブジェクトの数を考慮することは、３Ｄグラフと相互作用する際に低減される計算オーバーヘッドと、データ・マッピングの更新により３Ｄグラフが変化する際に相互作用性を保つこととのバランス（釣り合い）を実現することができる。データ次元を属性値にマップするマッピングが変化する際の、１つの３Ｄグラフから他の３Ｄグラフへの移動は、以下に説明する。３Ｄオブジェクトのグループを利用して、データ点のグループをまとめてアニメーション表示して、アニメーション表示中に高いフレームレートを実現することができる。
【００８９】
３Ｄデータを可視化するための特定のプロセスを、図８Ａ及び８Ｂを参照して上述したが、所定用途の要求に適合していれば、データ点の次元及び仮想空間内のユーザの位置に基づいて３Ｄデータ可視化像をレンダリングする種々のプロセスのいずをも利用することができる。データ内の構造をユーザに示す３Ｄデータ可視化の有効性を増強するために利用することができる技術は、以下でさらに説明する。
【００９０】
複合データの３Ｄ可視化の有効性を増強する
本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、８次元以上のデータの可視化像を生成する能力を有する。高次元データを３Ｄの形に表現することの挑戦は、３Ｄデータ可視化像が、基になる３Ｄオブジェクトの属性とは無関係である、３Ｄオブジェクトの外観の変化を本質的に取り入れることにある。例えば、ユーザから異なる距離に位置し異なる形状を有する３Ｄオブジェクトの相対的なサイズを、ユーザが知覚することは困難なことがある。照明、より具体的には陰影も、基になる３Ｄオブジェクトの属性とは無関係である、３Ｄオブジェクトの外観の変化を取り入れることがある。３Ｄデータ可視化像による実験は、深さに起因するサイズの変化とデータの属性としてのサイズの変化とをユーザが区別する能力を保つような形状、及び／または、ユーザの視野全体にわたって同じ方法で３Ｄオブジェクトを照明し、他の３Ｄオブジェクト上に陰影を投じる（影を落とす）ことを伴わない照明モードを利用することによって、３Ｄデータ可視化の有効性を増強することができることを示している。本発明の種々の実施形態による、３Ｄ可視化において、形状を保つ深さの知覚及び照明モードを用いて、ユーザがデータ内の構造を知覚する能力を増加させることは、以下でさらに説明する。
【００９１】
形状を保つ深さの知覚
深さの知覚を保つことは、可視化されているデータの次元をユーザが理解する能力を保つに当たり重要であり得る。例えば、サイズを利用してデータ次元を可視化する際に、ユーザの視野内にレンダリングされる特定の３Ｄオブジェクトのサイズは、３Ｄオブジェクトのサイズ属性、及び仮想空間内のユーザから３Ｄオブジェクトまでの距離に共に依存する。データ次元を３Ｄオブジェクトの形状属性にもマップする場合、オブジェクトの形状がサイズの比較を（深さの差によってその度合いが増す様式で）さらに混同させることがある。実験は、立方体、球、円柱のような異なる形状についての相対的なサイズの知覚は、距離、オブジェクトの整列（アライメント）、色、及び照明を含む種々の要因によって悪影響されることを示している。多数の実施形態では、（それに限定されないが）球状の外観を有する２０面体のような多数の面を有する多面体を、３Ｄデータ可視化像内の３Ｄオブジェクトの形状として利用する。実験は、３Ｄ環境内の球の相対的なサイズをユーザが正確に知覚することができることを示している。しかし、球は、３Ｄの形にレンダリングするには複雑な形状であり、一般に何百もの面を有する多面体としてレンダリングされる。従って、何百もの面とは対照的に何十面の範囲内のより少数の面を有する多面体の利用は、３Ｄグラフのレンダリングに関連する計算を大幅に低減することができる。データ次元が３Ｄオブジェクトの形状及びサイズの属性にマップされる多次元データ空間の３Ｄ可視化像を、いくつかの視点から図９Ａ〜９Ｃに示す。
【００９２】
多数の実施形態では、仮想空間内のユーザから３Ｄオブジェクトまでの距離が与えられると、３Ｄオブジェクトの相対的なサイズを測定するに当たりユーザを手助けする３Ｄ形状を保つような深さの知覚を用いて、データ点を可視化する。図１０に、高密度のプロットにおいても認識可能であるように設計された３Ｄオブジェクトの小集合を示す。これらの３Ｄオブジェクトの形状の構成は、次のいくつかの基準を念頭に置いてなされている：前面、側面、上面、突起、及び曲面領域に対する角部。
【００９３】
前面については、初期テンプレートは２Ｄプロットと共通の基本形状とした。これらは、円形、三角形、星形、箱形、プラス（十字）形、及びＸ字形を含む。３Ｄ形状は、前面に挙げたものより導出した。円形は、球１０００及び円環面１００４に変換される。三角形は、ピラミッド形（または四面体）１００６及び円錐１００４に変換される。箱形は立方体１００２及び円柱１０１０に変換される。Ｘ字形及びプラス形も同様なやり方で３Ｄオブジェクトにすることができるが、これらの３Ｄ形状の各枝状部は、覆い隠すオブジェクトを越えて出て、異なる種類の３Ｄ形状またはより単純な３Ｄ形状における特徴部分と混同される可能性がある。星形プロット系の３Ｄ形状も、同じ困難に遭遇し得る。
【００９４】
これらの選定した基本形状は、次の種々の上面及び下面を示す：円形、四角形、点、三角形、及び楕円形。従って、一部の形、特に円柱及び立方体は同じ前面を共有するが、突出する角部の数（あるいはその欠如）及び上面の数が、密集したプロット領域上でも、これらの形を認識可能なままにすることを可能にする。さらに、照明は、形状間の視覚的区別を強めることができ、これらの形状間を区別する能力に役立つ。同様に、円錐１００４とピラミッド形１００６とは、向き次第では同じ前面、例えば三角形を示すことがある。従って、円錐１００４は上を向くように選定するのに対し、ピラミッド型１００６は、外向きにしつつ１つの水平エッジ１０１２を最上部におく。
【００９５】
その複数の面が前側平面に平行になるように設計された３Ｄ形状は、他の３Ｄ形状にオーバーラップすると、より複雑な面ではなく大きな平面を生成しがちである。同様に、上面及び下面が床面と整列している場合、正投影（正射影）を用いると、上面及び下面が隠れる。従って、図１０に示すすべての３Ｄ形状を、水平面及び垂直面の両平面上で、同じ量だけ回転させる。結果的な回転は、北向きから３０度西寄りの（即ち、スクリーン上昇ベクトルの３０度右寄りの）軸の周りに３０度回転させることと等価である。容易にわかるように、形状の大集団の非平面のレンダリングを生じさせるための具体的な回転は、特定の３Ｄデータ可視化システムの要求に大きく依存する。追加的な特徴部分１０１４を３Ｄオブジェクトの側面上に追加することも、他方の側面よりも一方の側面に（近づくことによる）より大きな視覚的重要性を与えるために、水平回転成分の恩恵を受けることができる。
【００９６】
図１０に示す３Ｄ形状には追加的な特徴部分を含めているが、本発明による種々の実施形態により利用する３Ｄ形状には、追加的な特徴部分を含める必要はない。多数の実施形態では、３Ｄ形状の一次元のみを可視化の属性であるものと限定することによって、深さの知覚を保つ。例えば、可視化される３Ｄ形状は不変の高さを有するが、幅はマップされるデータ次元の値に基づいて変化する。特定実施形態では、弾丸状である（即ち、丸形または半球形の端部を有する）３Ｄ形状を利用する。多数の実施形態では、弾丸状の３Ｄ形状の幅（即ち、弾丸形の円柱部分の直径）が、マップされるデータ次元の値に基づいて変化し、弾丸状の３Ｄ形状の高さはデータ値によらず不変である。このようにして、幅は情報を伝え、高さは深さのキュー（合図、指示）を提供する。容易にわかるように、利用される具体的形状は、所定用途の要求に大きく依存する。本発明の種々の実施形態による、３Ｄ形状の照明を利用して３Ｄデータ可視化を強化する方法は、以下に説明する。
【００９７】
３Ｄデータ可視化用の照明モデル
３Ｄデータ可視化において用いられる照明モデルは、可視化されたデータをユーザが解釈することができる容易性に大きな影響を与えることができる。上述したように、可視化が、可視化されるデータ次元とは無関係である外観の変化を３Ｄオブジェクト間に導入する場合、３Ｄデータ可視化の有効性が低下し得る。図１１Ａに、３つの静止点光源による一定の照明下で異なる向きから見た際の、球形の形状を有する３Ｄオブジェクトの外観の変化を示す。容易にわかるように、３Ｄオブジェクトの表面上の陰影の変化は、３Ｄオブジェクトによって可視化されるデータ次元についての情報は何も伝えず、ユーザの視野内の異なる領域内に位置する（従って、異なるように照明される）同様な３Ｄオブジェクトの識別、及び／または相対的なサイズの測定を困難にする。本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは照明モデルを利用し、この照明モデルでは、３Ｄデータ可視化像をレンダリングする際に、ユーザの視点（またはそれに隣接した所）において発光する別個の指向性光源を用いて、ユーザの視野内にある各３Ｄデータ・オブジェクトを照明する。図１１Ａに示すのと同じ視点から見た同じ３Ｄデータ・オブジェクトを図１１Ｂに例示し、この３Ｄオブジェクトは、ユーザの視点において発光する指向性照明光源を用いて上述した方法で照明される。３Ｄオブジェクトをこのように照明することにより、この３Ｄオブジェクトは、どの視点から見ても同じ外観を有することになる。このようにして、ユーザが仮想空間を通って移動する間に、同様な３Ｄオブジェクトの外観の類似性を保つことができる、というのは、図１２Ａ〜１２Ｃに示すように、オブジェクトの照明がユーザのポーズと共に変化するからである。
【００９８】
本発明の一実施形態による、仮想空間内のユーザの視野が変化する際に３Ｄオブジェクトの照明を更新するプロセスを、図１３に例示する。プロセス１３００は、ポーズ情報を取得し、このポーズ情報を用いてユーザの位置及び視野を測定するステップ（ステップ１３０２）を含む。ユーザの視野内にある３Ｄオブジェクトを識別して選択することができる（ステップ１３０４、１３１０）。仮想空間内のユーザの位置に対する３Ｄオブジェクトの位置を用いて、照明の向きを決定することができる（ステップ１３０６）。照明の向きは、一般に、ユーザの位置から３Ｄオブジェクトに至る向き、あるいはユーザの位置に隣接する所から３Ｄオブジェクトに至る向きとして選択する。しかし、照明の向きは、所定用途の要求に基づいて変化させることができる。
【００９９】
図示する実施形態では、指向性照明光源を用いて、ユーザの視野内にある各３Ｄオブジェクトを照明し、ユーザの視野内にあるすべての照明を更新すると（ステップ１３１０）、プロセスを完了する。指向性の光は太陽による照明を模擬し、単一方向の平行光線を含む照明モデルを用いることを含む。見る人のポーズに基づく、仮想空間内の複数の３Ｄオブジェクトの照明を、概念的に図１４に示す。別個の指向性光源を用いて各３Ｄオブジェクトを照明することは、ユーザの視野全体にわたる３Ｄオブジェクトの均一な照明を提供するに当たり大きな利点をもたらすが、本発明の種々の実施形態によれば、所定用途の要求に適合していれば、均一な照明を実現する他の照明モデルを利用することもできる。上述したように、３Ｄオブジェクトの各々を、仮想空間内に陰影を投じない（影を落とさない）ように構成することによって、３Ｄデータ可視化を強化することができる。
【０１００】
仮想空間内の３Ｄ形状及び照明の選択に関する以上の説明の大部分は、３Ｄデータの探索を促進するためにデータを表現することができる方法に関係するが、本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、追加的な３Ｄオブジェクトをインタラクション・プリミティブの形で仮想空間内に追加し、これらのインタラクション・プリミティブは、仮想空間内のユーザの位置及びデータに対するユーザの向きの自覚を維持するに当たり、ユーザを手助けする。本発明の種々の実施形態による３Ｄデータ可視化システム内で利用することができるユーザ・プリミティブは、以下でさらに説明する。
【０１０１】
インタラクション・プリミティブを仮想空間内で利用する
本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって提供される仮想空間内でのユーザの移動の自由は、ユーザが仮想空間内でデータに対する自分の向きを追跡中にすぐに見失い得ることを意味する。本発明のいくつかの実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、インタラクション・プリミティブを利用して、ユーザが可視化されるデータに対する自分の相対的な向きの感覚を維持することを可能にするための仮想的なアンカー（固定具）を提供する。多数の実施形態では、３Ｄオブジェクトを含む３Ｄグラフを立方体によって境界付け、この立方体上では、グリッド（格子）パターンがこの立方体の内面上に見える。上述したように、ユーザの位置を利用して、立方体の１つ以上の面を透明にして、グリッド線が３Ｄグラフ内の３Ｄオブジェクトを覆い隠さないようにすることができる。特定実施形態では、ラベル付けした軸をユーザの視野内に連続的に示して、データの向きに関する視覚的キューをユーザに提供することができる。
【０１０２】
本発明の一実施形態による３Ｄデータ可視化システムによって生成される、グリッド、軸、及び軸ラベルの形式のインタラクション・プリミティブを含む３Ｄグラフを、図１５Ａに例示する。３Ｄオブジェクト１５００は、平面グリッド１５０２によって境界付けられた３Ｄグラフ内に含まれる。三色に符号化された直交軸１５０４が、方向付けした軸ラベル１５０６によって強化された視覚的アンカーを提供する。
【０１０３】
（特に３Ｄグラフ内での）対話形式の探索中に３Ｄグラフに対する向きの感覚を維持するに当たりユーザを手助けするための、特定のインタラクション・プリミティブ及びその使用法を上述しているが、本発明の多数の実施形態によれば、所定用途の要求に適合していれば、向きに関する視覚的キューをユーザに提供するインタラクション・プリミティブのいずれをも利用することができる。
【０１０４】
次元を視覚的属性に割り当てるに当たっての重要さの順序付けの実現
高次元データ集合におけるパターン認識に関連する主要な問題は次元性の弊害であり、可視化されるデータ集合に対する識別力に富んだ特徴の部分集合のみを選択することによって、この問題に応えることができる。特徴の意味が重要であり、３Ｄデータ可視化の目標が、特徴間の関係を見出してデータ集合をより良く理解することにある際には、特徴の選択が特徴の変換（例えば、主成分分析）にとって好ましいことが多い。多数のデータ集合では、データ次元を、数値的であるデータ次元（例えば、変動する量）またはカテゴリー的であるデータ次元（例えば領域）に分離することができる。本発明の多数の実施形態による３Ｄデータ可視化システムは、取り込み中のデータが数値的であるかカテゴリー的であるかを自動的に検出するように構成され、データ次元分類が正しくない場合にユーザが変更することを可能にする（例えば、ＺＩＰ（zone improvement program：）コード（郵便番号）は数値的であるものとして識別され得るが、実際にはカテゴリー的である−「９１１０７」は「９１１０１」よりも大きくはない）。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、３Ｄデータ可視化が、特徴選択プロセスを実行して、データ次元を可視化属性にマップする具体的なマッピングに関する推奨を提供する。多数の実施形態では、ユーザが関心事の特徴（例えば、電子商取引される基金の集合における運用益の低さ／高さに関して、どれが最重要な変数であるか）を選択する。次に、数値的データ次元及びカテゴリー的データ次元の両方に対して特徴選択プロセスを実行して、関心事の特徴に最も関係する次元を決定する。特定の実施形態では、別個の特徴選択プロセスを、数値的データ次元に対して、及びカテゴリー的データ次元に対して実行する。多数の実施形態では、特徴選択プロセスが一変量の特徴選択プロセスを実行する。他の実施形態では、所定用途の要求に適合していれば、種々の特徴選択プロセスのいずれをも利用することができる。特徴選択プロセスは、順序付けされた特徴のリストを生み出す。いくつかの実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、数値的データ次元の順序付けされたリストとカテゴリー的データ次元の順序付けされたリストとを別個に生成する。一部の実施形態では、順序付けされたリストを形成するに当たり、データ次元の部分集合のみを考慮する。
【０１０６】
一旦、特徴に対するデータ次元の関係性の順序付けが得られると、順序付けの情報を利用して、データ次元を特定の可視化属性にマップする具体的なマッピングを生成または推奨することができる。多数の実施形態では、４つの最重要な数値的データ次元を、３ＤオブジェクトのＸ、Ｙ、及びＺの空間位置座標、及び３Ｄオブジェクトのサイズ属性にマップするデータ可視化像を生成する。多数の実施形態では、２つの最重要なカテゴリー的属性を、表示可否及び形状の可視化属性にマップする。多数の実施形態では、追加的な属性に割り当てることができるデータ次元に関する推奨及び／または追加的な推奨を行う対話を提供することができる。特定実施形態では、他のデータ次元の重要度の順序付けを生成するために利用した関心事の特徴を、色の可視化属性にマップすることができる。多数の実施形態では、異なる数値的データ次元及びカテゴリー的データ次元の相対的関連性に基づいて、具体的に推奨するマッピングを決定する。多数の状況では、ユーザの定量的予想及び／または見方から、カテゴリー的データ次元が最も重要である。カテゴリー的な値を３ＤオブジェクトのＸ、Ｙ、及びＺの空間位置座標にマップする代わりに、３Ｄオブジェクトを利用して、オーバーラップしない点を有する、３Ｄの蜂群図（スウォームプロット）または他の種類のカテゴリー的な散布図を生成することができる。本発明の一実施形態による、特定のデータ次元を、３Ｄデータ可視化像中に見える３Ｄオブジェクトの特定の属性にマップするマッピングに関する推奨を示すユーザ・インタフェースを、図１５Ｂに例示する。
【０１０７】
重要度の順序付けを実行するための特定のプロセス、及びデータ次元を可視化属性にマップするマッピングを推奨及び／または割り当てするための特定のプロセスを上述しているが、本発明の種々の実施形態によれば、特定用途の要求に適合していれば、特定の可視化属性にマップされる特定のデータ次元を推奨するための種々の技術のいずれをも利用することができ、これらの技術は、高速リリーフ（Relief）アルゴリズム、フィッシャー（Fisher）判別比、相関ベースの特徴選択、高速相関ベースフィルタ、及び／またはマルチ（多）クラス特徴選択を利用して重要度の順序付けを実行する技術を含む（が、それらに限定されない）。
【０１０８】
データ特性に基づく自動化されたカラーパレット選択
データ内のパターンを強調するに当たり、３Ｄデータ可視化用の特定データ次元の選択を有意にすることができるのと同様な方法で、特定のデータ次元を可視化属性にマップする方法も、情報を効果的に伝達するにあたり重要であり得る。多数の実施形態では、数値的データ次元を、（それに限定されないが）色のような連続的な可視化属性に非線形の様式でマップして、データ次元と他のデータ次元または対象の特徴との関係に関する最大の情報を伝える値の範囲に対して、３Ｄオブジェクトの色の最大の差が発生するようにする。多数の実施形態では、データ次元を色にマップする際に、データ次元を不連続な数の色にマップして、色属性の視覚的な区別を加える。容易にわかるように、本発明の種々の実施形態によれば、所定用途の要求に適合していれば、種々の技術のいずれをも利用して、データ次元の値を特定の色にマップすることができる。
【０１０９】
３Ｄデータ可視化像内にアニメーション化した遷移の利用
高次元データを分析するユーザは、データ内の異なる関係を探索するために、可視化されるデータ次元を頻繁に変更する。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、データ・マッピングが変化する際に、離散したデータ点を表現する特定の３Ｄオブジェクト間の対応関係を、アニメーションを用いて図示する。第１の３Ｄグラフから第２の３Ｄグラフへ移動する点を観察する能力は、データ次元の代案の組合せを３Ｄオブジェクトの属性にマップすることによって表すことができる、データ内に存在し得る関係を、ユーザが観察することを可能にすることができ、これらの３Ｄグラフでは、データ点に対応する３Ｄオブジェクトの１つ以上の属性が変更される。本発明の一実施形態による一連の３Ｄデータ可視化像を図１６Ａ〜１６Ｄに例示し、これらの３Ｄデータ可視化像では、３ＤオブジェクトのＸ属性が、第１データ次元（即ち「年齢」）から第２データ次元（即ち「勤続年数」）に変更されている。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、データの異なる部分集合を異なる速度でアニメーション化することによって、データの追加的な見識を提供することができる。例えば、クラスタリング・アルゴリズムを利用して、第１の３Ｄグラフ内のデータを分析して、アニメーションは、異なるクラスタ内の３Ｄデータ・オブジェクトの異なる速度での動きを含むことができる。特定実施形態では、３Ｄオブジェクトの移動を指示するユーザ入力を受信すると、３Ｄオブジェクトの複数の集合が移動を開始するように、ユーザがアニメーションを制御することができる。このようにして、ユーザは３Ｄオブジェクトの特定集合を区分して、これらの３Ｄオブジェクトが１つの３Ｄグラフから他の３Ｄグラフにマップされる様子を観察することができる。多数の実施形態では、ユーザがアニメーションを反復すること、及び／またはさらなる見識を得るためにアニメーションを予約しておくことができる。
【０１１１】
３Ｄオブジェクトをアニメーション化するための特定の技術を、図１６Ａ〜１６Ｄを参照して上述しているが、本発明の種々の実施形態によれば、３Ｄデータ可視化システムを用いてデータ次元のマッピングを変更する際に、特定用途の要求に適合すれば、種々のアニメーション技術のいずれをも利用して、１つの３Ｄグラフから他の３Ｄグラフへの、３Ｄオブジェクトの属性の変化（位置の変化に加えて、形状の変化、色の変化、サイズの変化、テクスチャの変化、等を含むことができる）を示すことができる。
【０１１２】
データの状況表現
上述した、３Ｄデータ可視化を強化するためのプロセスの多数は、３Ｄデータ可視化像を生成する方法に焦点を当てている。３Ｄデータ可視化像を提示する状況は、ユーザが意味のある見識をデータから識別する能力にも影響を与えることができる。ユーザは、一般に、自由空間の量、及び３Ｄデータ可視化を実行している現実世界の環境内でユーザが移動する自由度に応じて異なる方法で、３Ｄグラフと相互作用する。ユーザが机に向かいながら３Ｄグラフと相互作用する際に、ユーザは、一般に、３Ｄグラフが小型の様式（例えば１フィート×１フィート×１フィートの立方体）で表示されることを好む。ユーザが立ちながら３Ｄデータ可視化を体験している際には、そしてユーザが大きな移動の自由度を有する環境では、ユーザが３Ｄグラフをより大きなサイズに拡大して３Ｄグラフを通って移動することが、より生じやすい。いくつかの実施形態では、仮想環境及び／または複合現実環境が、データの操作を可能にするアフォーダンスを含む。上述したように、仮想環境に対して移動する３Ｄグラフの外観、及び仮想環境内のアフォーダンスは、３Ｄグラフを形成する３Ｄオブジェクトは移動させずに、仮想環境に関連する３Ｄオブジェクト、及び仮想環境内のユーザの視点を移動させて、３Ｄグラフが環境に対して操作されている外観を生成することによって実現することができる。これに加えて、３Ｄグラフの仮想環境に対する相対的な規模が変化する際に、かつ可動環境内での３Ｄグラフからユーザの視点までの距離に応じて、ユーザが３Ｄグラフと相互作用する方法を変更することができる。
【０１１３】
多数の実施形態では、３Ｄ可視化システムが、３Ｄグラフのサイズ変更を制御するユーザに対して表示される３Ｄユーザ・インタフェース内にアフォーダンスを提供する。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、３Ｄデータ可視化を実行中の現実世界環境に関する情報を用いることができ、そして多次元データ空間の３Ｄ可視化像のサイズを、環境内に適合するように調整することができる。
【０１１４】
本発明の一実施例による３Ｄデータ可視化システムによって仮想世界内に生成される３Ｄデータ可視化像のサイズをユーザが制御することを可能にする、ＶＲユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを、図１７Ａに例示する。仮想環境１７００は、アフォーダンス１７０２を有する仮想オフィスの立方体を含み、アフォーダンス１７０２は、３Ｄグラフのサイズを所定の「デスクトップ（机上の）」規模に変更することができる。仮想環境１７００は第２アフォーダンス１７０４及び第３アフォーダンス１７０６も含み、第２アフォーダンス１７０４は、３Ｄグラフのサイズを、「デスクトップ」規模よりも大きい所定の「着席（座位）」規模に変更することができ、第３アフォーダンス１７０６は、３Ｄグラフのサイズを、最大の所定の「立席（立位）」規模に変更することができる。ユーザがアフォーダンス上で３Ｄデータ可視化像を動かすと、３Ｄデータ可視化像のサイズが変更される。サイズ変更に続いて、ユーザは３Ｄデータ可視化像をさらに操作することができ、この操作は、３Ｄデータ可視化像の規模を変更すること（例えば、３Ｄグラフを「デスクトップ」規模に縮小し、次に、データ（空間）内を通って関心事の特定クラスタに向かって移動するように、３Ｄグラフを拡大する）を含む。
【０１１５】
３Ｄユーザ・インタフェース内のアフォーダンスを用いて３Ｄデータ可視化像のサイズを変更することができる方法を、図１７Ｂ〜１７Ｆに概念的に例示する。図１７Ｂ及び１７Ｃには、可動環境内のユーザのポーズ（１７０８）及び３Ｄデータ可視化像（１７１０）を例示する。３Ｄデータ可視化像のサイズを「デスクトップ」規模に変更するために利用することができるアフォーダンス（１７０２）は、図１７Ｃ中に見られる。アフォーダンス（１７０２）上で３Ｄデータ可視化像（１７１０）を動かすこと、及びその結果サイズを変更された３Ｄデータ可視化像（１７１２）を、図１７Ｅ及び１７Ｆに概念的に例示する。上述したように、サイズ変更は３Ｄグラフのサイズを固定しない。サイズ変更に続いて、ユーザは３Ｄ可視化像のサイズを変更し続けることができ、そして３Ｄデータ可視化システムがユーザ入力に応答する方法は変更することができる（例えば、３Ｄデータ可視化像のサイズに基づいて、３Ｄジェスチャーの動きに異なるように応答することができる）。アフォーダンスは、ユーザが異なる状況間を移動して、３Ｄデータ可視化システムに３Ｄデータ可視化像を変更させることができるメカニズムを提供するに過ぎず、３Ｄデータ可視化像を変更する方法は、現実世界の空間内での差、及び／または現実世界におけるユーザがデータを探索するために利用可能な移動の自由度を反映することを含む（が、それらに限定されない）。ユーザの状況が、ユーザが移動の自由度を有する立席モードへシフトする際に、ユーザが３Ｄデータ可視化像を見ることができるように増加した規模を、図１７Ｆに概念的に例示する。
【０１１６】
以上の説明は３つの異なるモードまたは動作状況を参照しているが、本発明の種々の実施形態によれば、指定用途の要求に適合していれば、３Ｄデータ可視化システムは、任意数の異なるモード及び／または状況をサポートすることができる。さらに、３Ｄデータ可視化像を自動的に変更するユーザ・インタフェース内のアフォーダンスは、データをサイズ変更するだけのアフォーダンスに限定されない。種々の実施形態では、アフォーダンスに富んだアレイを提供し、これらのアフォーダンスは：
機械学習アルゴリズム（例えばｋ平均法クラスタリング）をデータに適用することによって、及び／または初期の３Ｄ可視化像内の単一の３Ｄオブジェクトによって表現される多次元データの新たな３Ｄ可視化像を生成することによって、当該アフォーダンス上で３Ｄグラフを動かすことに応答するアフォーダンスを含む（が、それらに限定されない）。これに加えて、所定入力に応答して（それに限定されないが）サイズ変更のような自動化された動作を実行することができ、所定入力は、ジェスチャー入力、音声入力、１つ以上の入力装置を介した入力、及び／または一連の入力の任意の組合せを含むことができる（が、それらに限定されない）。従って、３Ｄデータ可視化システムはあらゆる特定のアフォーダンスの使用に限定されず、所定用途の要求に適合すれば、３Ｄグラフと相互作用するための任意のアフォーダンス、アフォーダンスの集合、及び／または入力モダリティ（手段）を利用することができる。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、現実世界の状況を定めて、３Ｄデータ可視化像のレンダリングを、この現実世界の環境内に現実的に含まれるように動的に変更する。例えば、仮想的立方体の代わりに、同様なサイズ変更操作を、現実の立方体及び／またはオフィス空間内で実行することができる。多数の実施形態では、深さを検出するカメラシステムを利用して、ユーザを包囲する自由空間の体積に関する情報を取得することができる。他の実施形態では、種々の適切なマシンビジョン技術のいずれをも利用することができる。いくつかの実施形態では、３Ｄデータ可視化システムが、ユーザのポーズ及び／または視点の変化に関係する空間の体積の変化を検出して、３Ｄデータ可視化像のサイズを、ユーザの視点から見える自由空間の新たな体積に適した方法で変更する。容易にわかるように、３Ｄデータ可視化システムは、一般に、ユーザが、可視化像を包含するために利用可能な自由空間の体積に基づいて３Ｄデータ可視化像のサイズを変更することができる能力に限界を設けない。その代わりに、ユーザは、対話形式のデータ探索を可能にする方法で、３Ｄデータ可視化像を拡張することができる。
【０１１８】
多数の実施形態では、種々の入力モダリティが３Ｄデータ可視化システムによってサポートされる。いくつかの実施形態では、ユーザがデスクトップ装置を用いて３Ｄデータ可視化システムと相互作用することができ、こうしたデスクトップ装置は、従来型のウィンドウズ（登録商標）アイコン・メニューポインタ（ＷＩＭＰ：windows icon menu pointer）プログラム、及び／またはタッチジェスチャー系のユーザ・インタフェースを使用するモバイル機器を用いる。ユーザが、（それらに限定されないが）ＡＲ、ＭＲ、またはＶＲ用のヘッドセットのような没入型３Ｄディスプレイを介した３Ｄデータ可視化システムとの相互作用に移行すると、種々の追加的な入力モダリティを用いてユーザ入力を取得することができる。いくつかの実施形態では、マシンビジョン・システムを用いて、３Ｄジェスチャー系の入力を観測することができる。多数の実施形態では、３Ｄデータ可視化システムと無線通信する細長いハンドルを有する棒状のユーザー入力装置をユーザに提供する。多数の実施形態では、上記の棒状体が単一のボタンであり、無線通信リンクを介して通信する。３Ｄデータ可視化システムは、上記棒状体のポーズ及び上記ボタンの状態を追跡することによってユーザ入力を取得することができる。状況に応じて、３Ｄデータ可視化システムが、上記ボタンを、異なる情報を伝えるものとして解釈することができる。単純な入力モダリティは、ユーザが、ボタンが押されていない際にユーザに対する３Ｄデータ可視化像の位置を移動させること、及びボタンが押されている際に３Ｄデータ可視化像を回転させることを可能にすることを含む。他の実施形態では、ユーザの凝視方向、及び／または１つ以上のボタンだけを含むリモートコントローラをユーザ入力として用いることができる。容易にわかるように、本発明の種々の実施形態によれば、所定用途の要求に適合すれば、ポーズ入力とボタン入力との組合せに基づいて、種々の処理のいずれをも開始することができる。さらに、所定の３Ｄデータ可視化アプリケーションの必要性に適合すれば、種々の追加的な入力モダリティのいずれをもサポートすることができる。
【０１１９】
本発明は、特定の態様において説明してきたが、多数の追加的な変更及び変形が、当業者にとって明らかである。従って、本発明の範囲尾及び精神から逸脱することなしに、本発明を、具体的に説明してきた以外の方法で実現することができることは明らかであり、こうした方法は、（それに限定されないが）代案の表示技術（例えば、没入型体験装置）のような、本明細書中に説明したもの以外の種々の実現の変更をを含む。従って、本発明の実施形態は、あらゆる点で例示的であり限定的ではないものとして考えるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ−４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７−１】
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【図１７−２】
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【国際調査報告】
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