平成10年度 研究親告 大分県産業科学技術センター

運動視差に基づく3次元表示法と奥行き感の強調に関する研究
阿南正明

機械電子部

S七Ⅶdyon3DDa七aPresenta七ionSy如embasedonMonoc扇aァMovingPaぞa且且ax

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MasaakiANAN
Mechanics＆ElectronicsDivision

要旨
昨年度に引き続き，3次元形状データを画面に表示する際．頭を動かしてのぞき込む動作により，現実の物体と同じように側面や穴の中が見えるようにするには．どうしたらよいかを検討した．試作した装置を用いて，特に前後関係のわかりにくい3次元図形の奥行き感を強調した上でのぞき込むためには，パラメータをどのように変更すべきかを決定した▲具体的には、カメラの接写と同じく仮想視点を仮想物体に近づけ表示図形を算出し．その際の画面とユーザ視点との距離を調整し，さらに2次元の倍率を調整することにより．奥行き感の強調表示を試みた．
1．はじめにパーツからなる物体のパーツの前後関係等をユーザに強3次元CAD等を使って立体図形の設計作業をしてい調して伝えたい場合などに．このような視覚効果が有効る時，図形の画面表示法に関してであると考えられる．

1）現実物体に可能な限り似せて表示する．
2．のぞき込み表示における奥行き感の強調

2）ユーザの必要とする情報を故意に図形に付加する．という2つの方向性が挙げられる．1）の実現のため，2．1システムの概要

隠線消去 ソリッドモデル化 テクスチャマッピング，レイトレーシング，さらには両眼視差を利用したVRの研究等が盛んである．
これに対し2）の方法は，ボリュームレンダリングや非現実的な陰影の付加，物理量に対応した着色処理等が考えられ 状況に応じてこれら2つの方法を組み合わせたり，使い分けたりする必要がある．1）
今回は当センターで昨年度までに試作したのぞき込み表示装置を用いて，ワイヤーフレーム図形ののぞき込み表示に関する実験を行い，特に立体図形の奥行き感の強調に関して検討を行った．
ワイヤーフレームは針金のように図形の綾（輪郭線）のみを表示する表示法であり、ソリッドモデル等に比べて現実感は薄らぐが，複雑な内部構造を持つ立体の中身
Fig．1システム概要をすべてユーザに見せつつ表示することができるというメリットがある．

また．奥行き感の強調はもともと透視投影処理に含ま昨年度試作したシステムの概要をFig．1に示す．CAれる遠近法に関する要素の強調であり，後に述べるようD使用者の頚部位置をPSD位置検出装置（将来はステにカメラの接写と同様の効果を計算上付加することにレオカメラを予定）で検出し，コンピュータ本体にそのよって，その実現が可能かどうかを検討した．

情報を送る．PSDの発光体はヘッドフォンに取り付け，奥行き感の強調を行う事により，3次元の画像としてユーザに装着してもらう．コンピュータは受け取った頭は若干歪みが生じ 非現実的な表示となるが，複数の部位置の情報に基づき，本来その位置から見えるはずの≠18−平成10年度 研究軸告 大分県産業科学技術センター

画像を算出し、ディスプレイに動画像として表示する．

そこで，上記のようなのぞき込み表示を行いっつ，仮これを絶え間なく繰り返すことにより，ユーザの運動視想視点と仮想物体との距離の値を小さくして，表示画像がどう変化するかを観察し，PSD発光装置を額に取り差を画面上の表示に反映することができる．

付けたままの状態で，その様子をカメラ撮影した．
2−2 のぞき込み量を伴う透視投影

のぞき込み移動量（以下の式でd〆）を明確にするた

3．実験方法め†3次元のベクトルを使ってのぞき込み表示のための

3．1奥行き感の強調

透視投影の式を求めた．2）

下記の手順で，奥行き感の強調について実験を行った．
1）仮想視点を物体座標原点に近づける（のぞき込み表示）

jf＝（Ex，Ey，Ez）＝〉c斤＝（cEx，CEy，CEz）

Sl＝dFx＋（F／ti）（Px sin8 −Py cos8 −dFx）

cは倍率，但し0〈cく1S2＝dFy（F／tl）（Px cos8cosめ

2）仮想視点と仮想スクリーンの距離を＋Py sin8cosd）−Pz sind）＋dFy）

仮想視点と物体座標原点の距離に等しくする．

ここで

Fo＝序

tl＝（Px cosβsinめ ＋Py sinβsinめFoは，ユーザの初期状態における仮想視点と＋Pz cos￠）

仮想スクリーンとの垂直距敵（1）4）2次元画面の原点を調整

ただし，パラメータとしては，下記の変数を用いた．
嘉∵戸u

物体上の任意の点
日の位置＝（Ⅹ．y、Z）

3）と4）の調整は視点を近づけた事で，表示そのものが＝（Ex，Ey，Ez）

拡大され画面からはみ出してしまうのを防ぐ目的で設定

β

視線の水平角度した．上記のすべての値は実際にのぞき込み表示を行い￠視線の垂直角度3）2次元画面の倍率を調整ながら，キーボードから数値を入力することにより，手冒と画面との距離F作業により変更した．

目から画面原点までの垂直なべクトル ：〆ユーザの初期状態における仮想視点と4．結果と考察：Fo

仮想スクリーンとの垂直距離

41結果

画面に対する視点のずれ
個面上の座標で）Fig＿2〜Fig．4に各のぞき込み位置における，奥行きd〆＝（dFx、dFy，0）感の強調の様子を示す．各図の（a）（b）（c）それぞれにおけるパラメータはTab】elのように設定した．

2次元画面上の描画点（求める値）
なお簡単のため，（sl，S2）

Tablei奥行き感の強調に関するパラメ岬夕ノ〕＝よ 岬ノごとかく

パラメータ
（a）

通常表示

PSDの検出した頭部位置（F．dFx，dFy）を（1）式に代値（40，4軋45）［cm】（2）

入し，（sl，S2）を画面上で線分で結んでいく事により，

貞慶】

72．2

［cm】

Fo

72，2

［cm】

2D倍率 37bⅨels肋1cm】

運動視差を含めたワイヤーフレ岬ム画像の表示を行う事が出来る（20灘22．5）［cm】（b）

2．3 のぞき込み表示における奥行き感の強調

半分の距離！厨1

36．1

［cm】

巨大なビルなどを屋上近くから接写すると，極めて奥で接写

Fo

36．1

tc画

2D倍率 30［pixelsfbrlcm］

行き感のある画像が得られる．またビルの模型であって実際の透視投影処理では，これは仮想視点の位置と，T〃↓〟 FOでような奥行き感の強調を行う事ができる

離距の 写

︵．〃

写する事により．それがあたかも巨大なビルであるかの

d 4 接も小型のカメラを用いる等して，極めて近い位置から接（10，10フ11．3）［cm】

18．1

巨二m】

18．1

［cm】

2D倍率 23［pkelsfbrlc画

仮想物体との距離を小さくする事を意味する

一三さl

平成tO年度 研究朝告 大分県産業科学技術センターとの距離に等しく設定しなければならない．

（＊二｝Fig．2ヘノFig．4それぞれののぞき込み位置に対して，（a）．（b二｝．（c）の強訴表示を行った．

以上をまとめると．

0 画像の歪み0の状態で表示するために，【云L ＝ Fo になるよう，初期画像を設定する．

42 パラメータ Foについてのぞき込み表示では．ユーザの冒の位置をたえまなく

0 やむなく【斉iを変更する場合（奥行き感強調），
Fo ＝∃吏璧 と，再設定する▲

計測し，3次元図形の風面や穴をのぞき込めるように，画面の方もたえまなく描き直している．
この表示法では，慶は仮想空間内の視点位置を表し．

4．4 奥行き感の強調の効果について奥行き感を褒詞することによりヶ 画像は若干歪んで見（F。dFx．dFy）は現実の部屋の中での視点位置を表す．

えるが．上に述べた理由により，本システムではそれは両者は全く独立した別の値である▲

回避できない．

また自然な状態で座ったユーザの冒とディスプレイのFig．2〜Fig．4を見ると，下の写真を見るにつれ，画垂直距離をFo と書くことにする．

像としては歪みが生じているが、それにより〜 前後関係試しに（F，dFx．dFy＝ のぞき込み量）を現実の視点のは明白になっている．

値と等しくしたまま．奥行き感の強調を行ってみると，心理的に安定した表示が得られなかった（のぞき込むこ

今回使用したような，複数のパ川ツからなるさらに複とにより物体が移動しているかのように見える）．両眼

雑な図形が対象となっていて，その前後関係をはっきりの情報や予備知恵により，ユーザが表示物体は画面付近と示したいような場合には，この方法に基づく奥行き感に存在する物と，あらかじめ確信しているためにこのよの強調表示が，有効である．

うな現象が起こると考えられる．
そこで今回奥行き感の強調を行う際，まず表示しよう

4．5 利用法について

奥行き感の強調をすべきかどうかは− 表示図形の形状とする物体座標の原点を画面上に制約し，次に Tableiに示すように，Foの値を強制的に 仮想視点と物体座と、ユーザの編集目的によって異なるため，強調を行う標原点との距齢？に等しくなるよう設定した．

か否かはその時の状況に応じ ユーーザ側で設定してもらう事が望ましい．

これによりのぞき込み量に関し，非現実的な値が設定されることとなり，画像は若干ひずむが．表示物体は常に画面付近に存在することになるため．心理的には最も4．6 エーザインタフェ岬スへの応用

安定したのぞき込み表示を行う辛ができる．もしこの操

今回のシステムでは，仮想物体はディスプレイの箱の作を行わなければ，接写の効果により，表示物体は画面中ではなく画面の表面付近に位置している．物体座標のから飛び出して，ユーザの目の前に浮かぶ事となり，両原点は，常に画面の表面に拘束される．
そのため，設計対象の図形だけでなく。アイコン，メ眼視差をサボーー卜していない今回のシステムでは，表示ニュー，デーー夕べ叫ス階層構造などのエーザインタに矛盾が生じているかのように見えてしまう．
このためカメラの接写の効果を付加するために仮想視

フエー一スを3次元化し乍 のぞき込み表示の実験を行う場

点を物体に近づけた際．心理的に安定した表示を得るに

合 これらはディスプレイの箱の中ではなく，すべて画は，のぞき込み量に関する値（Fo）を実際よりも画面に面の表面付近に存在するものとして作成する必要がある．

近づけたか の値に再設定する必要がある、
5．まとめ
昨年度試作した，運動視差による画像の変化を付加す

4．3 強調を伴わない．のぞき込み表示について
上記の現象は必ずしも奥行き感を強訴する際の問題でる表示装置を使って，ワイヤーフレMム表示された実際はなく，通常ののぞき込み表示にも当てはまる．例えば，の3次元図形の奥行き感を強調する実験を行った．その自然な状態で座ったユーザの冒とディスプレイの垂直距ために必要なのぞき込み量の初期値の調整法について，離が40［cm］だったとする．また仮想視点と仮想物体の特に検討を行った．

距離がもともと20［cm］だったとする．理屈の上では，のぞき込み量の垂直成分初期値Foの値は40［cm］とすべき

参考文献

であるが，経験的にはFoの値を20［cm］とした方が．よ

1）増周千尋＝′′3次元ディスプレイ′′、産業国書（柑90）い表示が得られ．表示物体を問題なくのぞき込める．こ2）平成9年度年次報告書：′′のぞき込み可能な3次元形状表示装置の試作′′，大分県産業科学技術センタ肌（1998）のように，Foは現実の値ではなく、仮想視点と仮想物体−20−平成用年度 研究親告 大分県産業科学結締センター

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奥行き感強調

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奥行き感強調か 奥行き感強調 ︵1−ふ／4接写︶