JP4357030B2 - 空間図形入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間図形入力装置にかかり、特に、仮想立体空間内に仮想物体を表示する立体画像表示装置に用いて好適な、空間に図形を入力するための空間図形入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車体の形状や部品等を設計や評価する場合、設計値による部材（設計値と同一の値である実物）を作成して評価や検討そして再設計という処理を繰り返し行っていた。ところが、実物を作成して検討や再設計を繰り返すことは、膨大な時間を必要とする。このため、実物である部材を製作することなく、評価や検討することを可能とする装置の必要性が叫ばれている。
【０００３】
このような装置として、設計値により形成されるべき実物に相当する仮想物体を仮想空間上に表示させる、コンピュータグラフィック（ＣＧ）の立体画像により再現して検討を行うことや再設計の情報を得ることが注目されている。すなわち、最近では、設計段階からＣＡＤを用いたコンピュータ設計が行われており、このＣＡＤデータを用いて立体画像用のデータを生成し、立体画像を表示させることが可能となってきている。一例としては、立体視眼鏡を用いて、３次元空間を生成し、その仮想空間内の仮想物体を操作することにより、ＣＡＤの操作性を向上させる立体表示装置が知られている（特開平６−１３１４４２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、部材を仮想的に表示させたり変形させたりする場合、３次元空間であるため、３次元的に的確な方向や位置を予め定めて置かねばならず、操作が煩雑であった。具体的には、図形として線や面を入力するとき、基準となる方向を定めて、その基準方向を基準として入力したり、配置させたりしなければならなかった。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、立体的に画像を表示させたり、表示された立体的な画像を変形させたりするときに容易に図形の方向を特定可能にすることができる空間図形入力装置を得ることが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の空間図形入力装置は、実空間内に仮想物体を表示する表示手段と、前記表示手段に仮想物体として表示された図形のうち１つの線または曲面を基準曲線または基準曲面に指定する指定手段を含みかつ、前記仮想物体を表示するために前記実空間内に予め定めた仮想空間の座標系における空間位置を検出する検出手段を含み、前記検出手段により検出される空間位置の座標を空間座標として入力する入力手段と、前記指定手段で指定した前記基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向である特定方向情報を前記入力手段により入力された空間座標と関連付けて記憶する記憶手段と、前記実空間の実座標系における空間位置を表す実座標と、前記入力手段により入力される空間座標との対応関係を予め求め記憶しかつ、前記対応関係を用いて前記入力手段により入力された空間座標を実座標に補正する補正手段と、を備えている。
【０００７】
本発明の空間図形入力装置は、表示手段により、実空間内に仮想物体が表示される。この実空間内位置の空間座標は、入力手段により入力される。入力手段に対しては、予め定められた特定方向情報が入力手段により入力された空間座標と関連付けて記憶手段により記憶される。この特定方向情報は、入力手段に属する方向ベクトル等、向きを表すものであり、入力手段自体の向きに関係無く予め定めた基準を設定してもよくまた表示されるべき仮想物体の表面や大地等の基準に対して変化する入力手段の向きを設定しても良い。この特定方向情報を、空間座標と関連付けて記憶することにより、入力された空間座標に関連付けられて入力手段に属する方向ベクトル等の情報が定まるので、オペレータの図形入力時に方向を意識させることなく自動的に方向が入力され、３次元的な図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる。例えば、ペン型入力装置を入力手段とした場合、その長手方向を特定方向情報とすると、ペン型入力装置の向きにより方向の確認が容易となり、その空間座標におけるペン型入力装置の向きで方向が記憶され、３次元的な図形の入力が容易かつ直感的になる。
【０００８】
前記空間図形入力装置は、前記入力手段により入力された空間座標に対して補正された実座標の位置に、前記特定方向情報による前記入力手段の向きを表す予め定めた補助物体を表示するように前記表示手段を制御する制御手段をさらに備えることができる。
【０００９】
この制御手段は、前記補助物体として、前記入力手段により入力された空間座標に対して補正された実座標の位置から前記特定方向情報による前記入力手段の向きに予め定めた線分図形が表示されるように制御することができる。
【００１０】
前記空間図形入力装置では、特定方向情報が記憶手段に記憶される。より直感的な図形入力を可能とするには、オペレータへの情報提示が好ましい。そこで、制御手段により、記憶された特定方向情報を実空間内に、入力手段に属する補助物体として表示させる。この表示する特定方向情報は、特に、一定長さの線分を規定する情報に設定することが、表示した場合に他の図形を覆い隠すことがなくまたオペレータに認知させるに容易であるため好ましい。これによって、オペレータが意図する図形の入力を、入力手段によって指示するにあたって、その指標となるべき特定方向情報が表示されるので、図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる。
【００１１】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記特定方向情報である前記法線方向に沿う方向の変更指示を入力するための方向入力手段をさらに含み、前記記憶手段は、前記方向入力手段により入力された方向変更指示による特定方向情報を記憶することができる。
【００１２】
前記特定方向情報は、入力手段に属する方向ベクトル等、向きを表すものであるが、特定するには多数の方法が考えられる。そこで、入力手段の姿勢を表す方向、入力手段に対する方向及び視線方向の少なくとも１つの方向を特定方向情報として入力するための方向入力手段を備えれば、容易に入力手段に属する方向ベクトル等、向きを定めることができる。すなわち、入力手段の姿勢を表す方向を特定方向情報として用いれば、姿勢変化により、方向を入力することができる。また、入力手段に対する方向すなわち入力手段に予め定めた向きを定めれば簡単に方向を入力することができる。また、オペレータは表示された図形を目視することになるが、その視線方向は重要である。このため、視線方向を特定方向情報として用いれば、視線方向の変化により、入力手段に対する方向が変化することになり、目視方向に合致した図形入力が容易となる。なお、入力手段は、オペレータが所持しながら移動されたり、座標を指示されたりするため、変動が大きいことがある。従って、入力手段に対して方向を設定するには専用の入力がなされることが好ましい。そこで、方向を入力するためのダイヤル装置や方向指示装置等を方向入力手段とすることによって、オペレータが入力手段の移動によって指示した場合、方向入力手段により特定方向情報が設定されるので、その方向が安定的になり、安定的でかつ容易に図形を特定することができる。
【００１３】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記表示手段に仮想物体として表示された図形のうち１つの線または曲面を基準曲線または基準曲面に指定する指定手段をさらに含み、前記記憶手段は、前記空間座標の入力時における前記入力手段の向きを表すために該入力手段の向きとして前記指定手段で指定した前記基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向を前記予め定められた特定方向情報として記憶することができる。
【００１４】
前記表示手段には、実空間内に仮想物体が表示されるが、図形入力にあっては、表示された仮想物体を基準としたり変形したりすることがある。この場合、表示された基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向を特定方向情報として入力すれば、基準曲線または基準曲面の法線を表示することができるので、実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形入力を簡単に行うことができる。すなわち、３次元的に図形入力をする場合、入力する図形、例えば線や面の方向にはオペレータの意図する方向が存在する。従って、予め設定する方向はオペレータが把握し易い方向が好ましい。そこで、特定方向情報として、法線方向情報、例えば、表示させる立体画像の表面や座標の表線方向や指示する座標の法線方向に設定することによって、オペレータは図形入力をするときの方向を特定することが容易となる。
【００１５】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を平均した空間位置の空間座標を平均座標として求め、求めた平均座標を前記空間座標として入力することができる。
【００１６】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記空間座標が入力された後、前記検出手段により空間位置を検出しかつ入力された該空間座標を含む予め定めた所定空間内の空間位置の空間座標について前記空間座標として入力することを禁止することができる。
【００１７】
オペレータは、入力手段を所持してながら座標を固定的に指示したり移動させて維持したりするため、変動が大きいことがある。そこで、所定時間内の空間座標の入力を平均化し平均化した空間座標を入力するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、これを平均化した安定的な座標入力が可能となる。また、入力された空間座標から予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止すれば、所定空間内の空間座標の入力がなされずに、入力された空間座標のみを採用できる。これにより、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、先に入力した空間座標を基準とするので、安定的な座標入力が可能となる。
【００１８】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段を移動させたときに前記入力手段により入力される複数の空間座標の履歴を軌跡として記憶する軌跡記憶手段及び前記記憶された軌跡がさらに表示されるように前記表示手段を制御する軌跡制御手段をさらに備えることができる。
【００１９】
図形入力に際して、オペレータは、入力手段を移動させながら、線を引いたり線や面を移動させたりする。この場合に、入力手段を移動させたときの空間座標の変化に基づく軌跡を記憶する軌跡記憶手段をさらに備えれば、オペレータによる入力手段の移動を記憶できる。そして、記憶された軌跡をさらに表示すれば、オペレータの操作による入力手段の移動を直感的にオペレータに提示できる。
【００２０】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を平均した空間位置の空間座標を平均座標として求め、求めた平均座標を前記空間座標として入力、または所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を補間した空間位置の空間座標を補間座標として求め、求めた補間座標を前記空間座標として入力することができる。
【００２１】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記入力手段を移動させたときに前記入力手段により入力される複数の空間座標のうち最初に空間座標が入力された後、前記検出手段により空間位置を検出しかつ入力された該空間座標を含む予め定めた所定空間内の空間位置の空間座標について前記空間座標として入力することを禁止することができる。
【００２２】
前記でも述べたが、オペレータは、入力手段を所持してながら座標を固定的に指示したり移動させて維持したりするため、変動が大きいことがある。これは軌跡についても同様に作用する。そこで、所定時間内の軌跡を平均化または補間し平均化または補間した軌跡を記憶するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、これを平均化したり補間したりして安定的な軌跡の記憶が可能となる。また、入力手段を移動させたときの移動方向に交差する方向について予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止すれば、所定空間内の空間座標の入力がなされずに、入力された空間座標のみによる軌跡を採用できる。これにより、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な軌跡記憶が可能となる。
【００２３】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、指定した前記基準曲線または基準曲面から前記入力手段を移動させたときに、前記入力手段により入力される複数の空間座標の履歴を軌跡とし該軌跡と前記入力される複数の空間座標に対応付けた前記特定方向情報の変動を前記軌跡と関連付けて記憶する変動記憶手段と、前記軌跡及び前記軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成する生成手段をさらに備え、前記軌跡制御手段は前記生成された面または立体図形がさらに表示されるように前記表示手段を制御することができる。
【００２４】
前記表示手段により、実空間内に仮想物体を表示して、図形入力するにあたっては、表示された仮想物体を基準としたり変形したりすることがある。この場合、表示された基準曲線または基準曲面から入力手段を移動させたとき、変動記憶手段には、特定方向情報の変動を前記軌跡と関連付けて記憶する。生成手段では、軌跡及び前記軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成する。そして、制御手段は、生成された面または立体図形がさらに表示されるように表示手段を制御する。入力手段を移動させた際に例えば入力手段の姿勢変化に応じて特定方向情報が変化し、特定方向情報の変化は、変動記憶手段に、軌跡と関連付けて記憶される。従って、入力手段により座標入力されるときはもとより、入力手段を移動させた場合にはその軌跡を記憶すると共に、例えば入力手段の姿勢変化に応じて変化する特定方向情報の変化が軌跡と関連付けて記憶される。これによって、オペレータが意図する図形を、入力手段の移動によって指示した場合、軌跡及び方向が記憶されるので、これより実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形を入力することができ、容易に図形を特定することができる。
【００２５】
従って、空間図形は、軌跡及びこの軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報に基づいて生成される。入力手段を移動させるとき、その移動の前に既存の線や面を指示し、既存の線や面を移動させて面や立体図形を形成させることができる。この軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報を、既存の線や面に反映させれば、オペレータが意図する方向に空間図形として平面または曲面や立体図形を生成することができる。
【００２６】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記特定方向情報である前記法線方向に沿う方向の変更指示を入力するための方向入力手段をさらに含み、前記生成手段は、前記方向入力手段により入力された特定方向情報に基づいて前記生成した面または立体図形を変形することができる。
【００２７】
前記生成手段では、軌跡及び軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形が生成されるが、生成した面または立体図形を移動したり変形したりする場合がある。この場合、方向入力手段により入力された方向に基づいて図形を変形すれば、オペレータに直感的な図形入力が可能となる。
【００２８】
前記空間図形入力装置では、前記入力された空間座標に対応して、該空間座標に関連付けられた特定方向情報に対応する予め定めた方向の複数位置の各々に予め定めた個別図形が位置するように図形群を発生する発生手段及び前記発生された図形群がさらに表示されるように前記表示手段を制御する図形群制御手段をさらに備えることができる。
【００２９】
図形を入力するとき、点や線を確定的に入力する場合があるが、その点や線についてボカシや空間物的に入力したい場合がある。そこで、オペレータの指示により、予め定めた個別図形を入力された空間座標に対応して、特定方向情報に対応する方向に分散させた図形群を生成させることにより、確定線や点のみならず、立体的な形となる立体物や大きさに方向性を有する図形を入力することができる。例えば、微小球形状の部品を、一定領域内に生成させれば、多数の微小球形状からなる球体を生成することができ、その移動により略円柱形状やリング形状の図形を容易に生成できる。また、図形を生成するときに個別図形の大きさや方向に勾配を持たせれば、生成される図形は、大きさや方向に勾配を有するものとなる。この任意の形状の個別図形を任意の方向や勾配を持たせて図形を生成すれば、任意の形状として、オペレータが所望の図形を容易に生成することができる。
【００３０】
前記空間図形入力装置では、前記発生手段は、前記個別図形の形状及び大きさに関する個別情報、前記発生した図形群の範囲及び厚みに関する群情報の少なくとも１つを規定する規定手段をさらに備えることができる。
【００３１】
前記生成される図形は、特定方向情報に対応する方向に分散させた図形群である。この個別図形の形状及び大きさに関する個別情報、作成した図形群の形状及び厚みに関する群情報、並びに特定方向情報に対応する方向と図形群の分散方向との方向差を表す分散情報を規定すれば、任意の形状として、オペレータが所望の図形を容易に生成することができる。規定手段で規定する情報は、何れか１つでもよくまた、複合的に規定してもよい。
【００３２】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記規定手段における前記個別情報及び群情報の少なくとも１つを規定する規定値を入力するための規定値入力手段をさらに備え、前記規定手段は、前記規定値入力手段により入力された規定値により前記個別情報及び群情報の少なくとも１つを規定することができる。
【００３３】
前記規定手段で規定するには、安定的に規定されることが好ましい。そこで、例えば、ダイヤル装置等により、規定値を個別に規定することにより、規定値は安定的に入力されることになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３５】
〔第１実施の形態〕
第１実施の形態は、オペレータ（観察者）に対して立体画像を提示しながら空間図形入力する場合に本発明を適用したものである。
【００３６】
図２に示すように、本実施の形態の立体画像表示装置１０は、暗室６０内に、本発明の表示手段としてのスクリーン１６に画像を投影するプロジェクタ１２を備えている。プロジェクタ１２は、台座１３上に取り付けられている。なお、プロジェクタ１２は、立体表示のための画像を生成する制御装置１４に接続されている。この制御手段１４の一部の機能は、本発明の制御手段に相当する。プロジェクタ１２とスクリーン１６との間で、プロジェクタ１２により投影するときの光線を遮光しない位置には、スクリーン１６側へ赤外線を照射する赤外線発信機１５が設けられている。
【００３７】
プロジェクタ１２の投影側でスクリーン１６より下流側にはオペレータＯＰが着座するためのシート２４が位置している。シート２４は台座２６上に設けられ、この台座２６は蛇腹２８Ａを介してモータ２８に連結されている。モータ２８は床上を移動可能な台車２８Ｂに固定されており、モータ２８の駆動によって、蛇腹２８Ａが伸縮する。この蛇腹２８Ａの伸縮により、台座２６が上下方向（図２の矢印ＵＤ方向）に移動され、シート２４に着座したオペレータＯＰが昇降する。このシート２４に着座したオペレータＯＰの昇降は、車種に応じた車高の調整に用いられるものである。なお、オペレータＯＰの昇降では、スクリーン１６に対してオペレータＯＰの位置が上下変動するため、台座２６の昇降量を考慮することが好ましい。この場合、台座２６の昇降量を検出する測定装置を設けることや、数値入力により昇降量を特定できる。
【００３８】
上記台車２８Ｂは、床上を所定方向（前後方向として図２の矢印ＦＲ方向、及び左右方向として図２の矢印ＲＬ方向）に移動可能である。この台車２８Ｂの移動により、スクリーン１６に対してオペレータＯＰの位置が変動するため、台車２８Ｂの移動量を考慮することが好ましい。この場合、台車２８Ｂの移動量を検出する測定装置を設けることや、数値入力により移動量を特定できる。
【００３９】
オペレータＯＰは、位置座標等を入力するための位置入力装置１８（詳細は後述）を所持している。この位置入力装置１８は、本発明の入力手段に相当する。また、オペレータＯＰの頭部には、液晶シャッタ眼鏡２０が取り付けられており、この液晶シャッタ眼鏡２０には位置センサ２２が設けられている。位置センサ２２は、磁界検出センサであり、オペレータＯＰの後方に設けられた磁界発生装置３０から発生された磁界を検出して、位置センサ２２が位置する３次元座標及び方向を検出するためのものである。
【００４０】
なお、台座２６には、磁界発生装置３１が設けられている。この磁界発生装置３１は、高精度で空間座標を検出することが必要な空間、例えばオペレータＯＰが操作可能な空間である操作空間の磁気座標を検出するために用いられる。この磁界発生装置３１は、必要に応じて設ければよく、必須のものではない。
【００４１】
オペレータＯＰの周囲で離間した位置には、光学測定装置１７が設けられている。光学測定装置１７は、ＴＶカメラ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを備えており、ＴＶカメラ１７Ａ〜１７Ｃは市中７Ｄ及び台座１７Ｅを介して床に固定されている。
【００４２】
図３に示すように、制御装置１４は、単数または複数のＣＰＵ３４，ＲＡＭ３６，ＲＯＭ３８、及び入出力ポート４０を含んだマイクロコンピュータで構成され、各々コマンドやデータ授受が可能なようにバス４２によって接続されている。この入出力ポート４０には、ドライバ５５を介して赤外線発信機１５が接続され、ドライバ５７を介して光学測定装置１７が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ４４を介して位置入力装置１８が接続され、ドライバ４６を介して液晶シャッタ眼鏡２０が接続され、ドライバ４８を介して位置センサ２２が接続されている。また、プロジェクタ１２は、ドライバ５０を介して入出力ポート４０に接続されている。さらに、入出力ポート４０には、ドライバ５２を介してモータ２８が接続され、ドライバ５４を介して磁界発生装置３０が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ５６を介してキーボード３２が接続されている。また、ＲＯＭ３８には、後述する処理ルーチンが記憶されている。
【００４３】
また、入出力ポート４０には、記録媒体としてのフロッピーディスク３７が挿抜可能なフロッピーデュスクユニット（ＦＤＵ）３５が接続されている。なお、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵ３５を用いてフロッピーディスク３７に対して読み書き可能である。従って、後述する処理ルーチンは、ＲＯＭ３８に記憶することなく、予めフロッピーディスク３７に記録しておき、ＦＤＵ３５を介してフロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを実行してもよい。また、制御装置１４にハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、フロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省略）へ格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵ３５に代えてまたはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。
【００４４】
図４に示すように、位置入力装置１８は、ペン型形状のボデー６２を有しており、先端部に磁界を検出する検出部６４が取り付けられると共に、検出するタイミングを指示するための指示部６６が取り付けられている。検出部６４の先端には、オペレータＯＰによる座標指示を容易とするために、針状の突起６４Ａが設けられている。また、位置入力装置１８は、法線方向の指定等（詳細は後述）のためのダイヤル６８を備えている。この位置入力装置１８は制御装置１４に接続されている。なお、ダイヤル６８は、本発明の方向入力手段に相当する。
【００４５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４６】
立体画像表示装置１０に電源が投入されると、制御装置１４において、図５の処理ルーチンが実行される。まず、ステップ１００では立体画像表示ためにスクリーン位置設定やオペレータＯＰの視点位置設定を含む初期設定がなされる。次のステップ１０２では実空間内における実際の空間位置と位置センサで検出した仮想空間となり得べき空間位置との誤差を補正するための空間補正処理による補正行列が求められる。そして、次のステップ１１０では、上記求めた補正行列を基にして実際の空間位置と位置センサで検出した空間位置との誤差が補正（空間補正）された仮想空間上に立体画像表示がなされる。なお、このステップ１１０では、図形入力もなされる。
【００４７】
上記ステップ１００ではスクリーン１６上に表示する画像の３次元位置を正確に把握するためのスクリーン位置設定及びオペレータＯＰの実際の視点位置を定めるための視点位置設定を含む初期設定がなされる。この初期設定は、スクリーン１６の実空間上の位置を設定する。例えば、スクリーン１６は固定されているため、スクリーン１６を実空間の基準位置とするように座標系を設定する。オペレータＯＰの位置は、上記のように、台車の移動や昇降により変動するため、標準的なオペレータＯＰが着座したことを想定して設定する。
【００４８】
次に、ステップ１０２（図５）の詳細を説明する。このステップ１０２では、実空間内の空間補正処理をする。実空間とは、磁界発生装置３０（及び３１）による位置検出可能な空間を少なくとも含むオペレータＯＰ周辺の領域をいう。
【００４９】
図５のステップ１０２では、図６の空間補正処理が実行される。まず、図６のステップ１１２において、図示しない格子プレートを実空間内に設置する。この格子プレートは、透明板に一定間隔の目盛が付与されており、光学測定装置１７で計測が可能に構成されている。例えば、透明板に直交する方向にすなわち格子状に所定間隔ｄで打点する。そして、スクリーン１６とオペレータＯＰとの間の距離が計測できる方向に設置する。
【００５０】
次にステップ１１４では位置入力装置１８を用いて、格子プレート上で複数の点を指示（指示部６６により検出を指示）する。次のステップ１１６では光学測定装置１７のＴＶカメラ１７Ａ〜１７Ｃにより位置入力装置１８（例えば先端部）を撮像することにより、光学的位置検出を行う。次のステップ１１８では、ＴＶカメラ１７Ａ〜１７Ｃにより撮像した画像を画像処理して位置入力装置１８の先端部から空間座標値（光学座標値）を求める。次のステップ１２０では、位置入力装置１８の指示部６６による指示で磁界を検出することにより、指示した先端部の座標値を入力する。これにより、磁界検出による座標値を算出することができる。
【００５１】
上記ステップ１１２乃至ステップ１２０の処理は、全体空間である３次元空間を網羅するように、格子プレートを設置して繰り返すことが望ましい。なお、光学的な検出は、複数のＴＶカメラによって画像処理により求めることができる場合には、省略が可能である。
【００５２】
上記光学的に実空間の座標導出と、磁界検出により座標導出とが終了すると、次のステップ１２２において、実空間の座標値（光学座標値）と、磁界検出の座標値（磁気座標値）とを用いて、これらの対応関係を求める。すなわち、磁気座標値を光学座標値に変換する４×４行列を求める。この４×４行列は、複数の対応関係から最小二乗法によって求めることができる。４×４行列を求めた後には、各行列成分を正規化し、また直交化し、補正行列とする。なお、行列成分の正規化や直交化は省略することもできる。
【００５３】
なお、上記補正行列は、実空間を複数の空間に分割したり分類したりして、各空間毎に補正行列を求めることができる。この場合、隣合う空間や重複する空間についてお互いの補正行列を補間したり補正したりする緩衝領域を設定することが好ましい。すなわち、実空間内において複数の空間が重複したり隣り合ったりするときに、座標変換による座標値が不連続になることがある。
【００５４】
図７に示すように、実空間内には、仮想物体を表示可能な全体空間８０、視点空間８４及び操作空間８２が含まれている。視点空間８４は視点の移動範囲すなわち頭部の移動範囲を網羅した空間であり、操作空間８２はオペレータＯＰの操作が可能な範囲すなわち腕の旋回や上下移動範囲を網羅した空間である。このような空間で、立体画像を表示させる場合、オペレータＯＰが目視するときの視点が移動したり、立体画像上に描画等を行うためにオペレータＯＰの例えば手による操作が移動したりする。これらの移動はその許容範囲内において大きさ及びその移動量や精度が異なるものとなる。このため、実空間と、磁界検出による検出位置とを一義的に対応させたのでは、誤差が多いことがある。そこで、本実施の形態では、実空間における実際の空間位置と位置センサで検出した仮想空間となり得べき空間位置との対応について、複数の空間を設定しその空間毎に補正することが好ましい。
【００５５】
また、上記空間補正処理では、格子プレートを用いることなく、空間フレーム座標データを予め用意し、そのデータによりフレームを表示することによっても可能である。例えば、空間フレーム座標データは、３次元空間上にて所定間隔ｄの座標値をＸＹＺの各方向に所定個（例えばｍ個）有する座標データとして、各座標点を直線で結ぶことにより、辺の長さｄの所定の大きさの小立方体が積み重ねられた辺の長さｍｄの立方体を構成することができる。この空間フレーム座標データによるフレーム表示は、長さｄの間隔で糸やレーザ光線（図示省略）をＸＹＺの各方向に直交するように配置することにより形成することができる。
【００５６】
この場合、表示されたフレームの交点座標を入力する、すなわち、位置入力装置１８の先端部の検出部６４を表示されたフレームの複数の交点に位置させて、各々で指示部６６により検出を指示して磁界を検出することにより、表示されたフレームの交点座標を入力することができる。
【００５７】
次に、ステップ１１０（図５）の詳細を説明する。このステップ１１０では、上記補正行列を用いて得た空間座標により立体画像を表示すると共に、法線の向きの変更を伴う図形入力による画像を表示する。
【００５８】
図８を参照して、まず立体画像の表示について簡単に説明する。瞳孔間距離ＰＤのオペレータＯＰは、左眼の視点Ｌ、及び右眼の視点Ｒからスクリーン１６を目視する。このスクリーン１６上には、画像データによる画像が表示される。この画像データから瞳孔間距離ＰＤ及びスクリーン１６までの距離が考慮されて、視差を含んだ左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲが生成され、左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲが交互に表示される。瞳孔間距離ＰＤは、予め計測してもよく、また、標準的な数値を用いても良い。
【００５９】
上記の左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの表示の切り換えに同期して、液晶シャッタ眼鏡２０の左眼部と右眼部との光の透過が切り換えられる。これによって、左眼により目視される左眼用画像ＧＬまでの領域と、右眼により目視される右眼用画像ＧＲまでの領域との重複領域が仮想物体を表示できる仮想空間Ｖｒとなり、左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの表示による仮想物体が立体表示される。
【００６０】
なお、立体画像の表示は、スクリーン１６上に表示する左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの重複領域を変化させることで、左眼により目視される左眼用画像ＧＬまでの領域と、右眼により目視される右眼用画像ＧＲまでの領域との重複領域を変化させることができ、仮想物体を表示できる仮想空間Ｖｒの大きさを変更することができる。
【００６１】
図５のステップ１１０の処理では、図１０に示す立体画像表示処理ルーチンが実行される。なお、本ルーチンは、仮想立体空間内に立体画像を表示させると共に位置入力装置１８により線画や曲面等の図形入力による描画を行うものである。まず、ステップ２００において仮想空間上に仮想物体を表示するための画像データを読み取り、次のステップ２０２において立体画像を表示する。このステップ２０２では、位置センサ２２を読み取ってオペレータＯＰの位置を読み取って位置センサ２２の座標値（磁気座標値）を実空間の座標値に変換し、変換された座標値を元にして画像データを補正した後に、立体画像を表示する。
【００６２】
次のステップ２０４では、補助線を生成し表示する。補助線とは、本実施の形態では、位置入力装置１８の先端付近から所定方向に向かい所定長さで表示される線分図形をいい、以下立体図形として表示された場合でも線分という。例えば、図９に示すように、立体図形（図の例では曲面ＶＰ）が表示され、この付近に位置する位置入力装置１８の先端部から所定方向に向かい所定長さの補助線７０として線分図形が表示される。この補助線７０は、次のように規定される。
【００６３】
〔補助線の初期表示条件〕
（１）任意に設定
1-1：ダイヤル６８による方向及び長さで設定する
1-2：視線方向による方向で設定する
1-3：上記の組み合わせで設定する
（２）基準（基準曲線または基準曲面）との関係により設定
2-1：基準曲線の法線方向で設定する
2-2：基準曲面の法線方向で設定する
なお、基準曲線が区分直線の場合、法線が得られないため、端点を通過するＢ−Ｓｐｌｉｎｅ曲線を求め、２階微分することにより法線を求めることができる。また、基準曲面が区分直線の合成により形成される場合も、端点を通過するＢ−Ｓｐｌｉｎｅ曲線による補間により基準曲面を求めることができる。また、基準曲線（基準曲面）は、予め定めた曲線（曲面）であっても、位置入力装置で指示した曲線（曲面）であってもよい。
（３）ガイド線（ガイド曲線またはガイド曲面）との関係により設定
3-1：ガイド曲線の法線方向で設定する
3-2：ガイド曲面の法線方向で設定する
なお、ガイド線は、後述する軌跡を表示した線または面であり、その法線方向すなわち軌跡のガイド線の法線を求め、補助線の向きを反映させるものである。
【００６４】
〔補助線の拘束条件〕
（１）補助線７０と位置入力装置１８との関係は維持
（２）位置入力装置１８の向きに拘わらず、最初に入力決定した方向で固定。
【００６５】
なお、上記補助線７０について、位置入力装置１８の先端部から所定方向に向かう補助線７０のその方向は予めメモリに記憶することができ、この記憶するメモリ（ＲＡＭ３６やＲＯＭ３８）は本発明の記憶手段に相当する。また、補助線７０は、その表示されたものが本発明の補助物体に相当する。
【００６６】
次のステップ２０６では、位置入力装置１８により基準線を指定する。例えば、図１（Ａ）に示すように、仮想空間上に仮想物体として表示された図形のうちの１つの曲線を基準線７２として指定する。なお、この指定は、位置入力装置１８によりなされることに限定されるものではなく、予め画像データで形成される図形内に含まれる曲線を指定しておいてもよい。
【００６７】
次のステップ２０８では、上記ステップ２０６で指定した基準線をドラッグ等のようにつかんだか否かを判別することによって図形入力の開始か否かを判断し、図形入力が開始（ステップ２０８で肯定）されるまで、ステップ２０４へ戻り補助線７０の表示及び基準線の指定を繰り返す。図形入力が開始（ステップ２０８で肯定）されると、ステップ２１０へ進み、位置入力装置１８により指示されている磁気座標を読み取り、次のステップ２１２において位置入力装置１８の座標値（磁気座標値）を実空間の座標値に変換すると共に、軌跡として座標値の履歴を記憶する。このステップ２１２では、座標における法線を軌跡に関連付けて記憶する。なお、この法線は、上記補助線の初期表示条件及び拘束条件に沿って定まるものである。
【００６８】
次のステップ２１４では、上記記憶した軌跡を平均化したり補間したりして滑らかな曲線をガイド線として生成し、次のステップ２１６において表示する。なお、ステップ２１４では、入力指示した座標から、予め定めた所定距離、所定角度を越えるまでその座標を無視（座標の入力を禁止）するようにしてもよい。この場合、図１（Ｂ）に示すように、基準線７２として指定された１つの曲線の１点から軌跡であるガイド線７４が生成表示される。なお、ガイド線７４は、位置入力装置の移動に伴ってリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）に生成表示される。
【００６９】
なお、上記ステップ２０６乃至ステップ２１２の処理において、軌跡を記憶するメモリ（ＲＡＭ３６やＲＯＭ３８）は本発明の軌跡記憶手段及び変動記憶手段に相当する。また、ステップ２１８の処理は、本発明の生成手段に相当する。
【００７０】
次のステップ２１８では、基準線と軌跡であるガイド線を用いて曲面を生成表示、すなわち、基準線をガイド線に沿わせることによって形成されるべき曲面を生成した後に、表示する。次のステップ２１９では、上記基準線をつかんだドラッグ等が終了した（基準線を放した）か否かを判別することによって現時点の図形入力（軌跡表示）が終了したか否かを判断する。
【００７１】
ステップ２１９で肯定されたときはステップ２２０へ進み、否定されたときは、ステップ２１０へ戻り、ガイド線７４の生成表示を繰り返す。この結果、なお、位置入力装置の移動に伴ってリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）にガイド線７４が生成表示されると共に、基準線の軌跡による（ガイド線に沿った）曲面がリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）に生成表示される。図１の例では、図１（Ｃ）に示すように、基準線７２をガイド線７４に沿わせた線の軌跡による曲面を図形ＶＰとして生成し表示する（所謂、面張り）。
【００７２】
なお、上記では、ガイド線及び曲面をリアルタイムで表示したが、何れか一方のみを表示させてもよい。
【００７３】
また、上記では、ガイド線及び曲面をリアルタイムで表示したが、補助線及び法線の表示を残存（実時間または予め定めた所定時間間隔で残存）させてもよい。一例として次のものがある。なお、残存表示は、実時間表示で残存させ、指示や所定時間で消去したり、予め定めた所定時間間隔で残存させ、指示や所定時間で消去したりすることができる。
【００７４】
１：基準線をドラッグ等のようにつかんだ時点における、基準線位置を残存表示させる。このようにすれば、基準線を変形した場合であっても原型が履歴として残存表示されることになり、オペレータＯＰの図形入力作業の一助となる。また、基準線のドラッグ中における、基準線位置を残存表示させる。このようにすれば、基準線を移動させながら面張りした場合であっても途中経過が履歴として残存表示されることになり、オペレータＯＰの図形入力作業の一助となる。
【００７５】
２：ガイド線の法線を残存表示させる。このようにすれば、生成表示された軌跡であるガイド線の法線の途中経過が履歴として表示されることになり、オペレータＯＰは逐次認識することができる。
【００７６】
３：補助線を残存表示させる。このようにすれば、補助線の途中経過が履歴として表示されることになり、オペレータＯＰは入力する時点の履歴を逐次認識することができる。
【００７７】
次のステップ２２０では、位置入力装置１８のダイヤル６８による法線の方向変更指示を読み取ると共に、変更された法線による図形すなわち変形された図形である曲面を生成した後に、表示する。すなわち法線の向きを変更することにより生成した曲面を変形する。
【００７８】
詳細は後述するが、上記法線の方向変更指示は、全ての法線に対して行ってもよく、また、一部の法線について行っても良い。例えば、図１（Ｄ）に示すように、軌跡の始点から終点に向かって、法線を徐々に傾けることにより、生成し表示する図形（この場合は曲面ＶＰ）は、始点に位置する基準線７２は変更されることなく、終点に向かって徐々に向きが傾けられた形状の曲面ＶＰ１に変形される。また、図１（Ｅ）に示すように、全ての法線を一律所定角度だけ傾けることによって、生成し表示する図形（この場合は曲面ＶＰ）は、その形状自体は維持されるが、その向きが変更された曲面ＶＰ２になる。
【００７９】
次のステップ２２２では、オペレータＯＰの指示により変形が完了したか否かを判断し、否定されたときは、ステップ２２０へ戻り、肯定されたときはステップ２２４へ進む。ステップ２２４では、オペレータＯＰの指示により図形入力が終了したか否かを判断し、否定されたときは、ステップ２０４へ戻り、肯定されたときは本ルーチンを終了する。
【００８０】
なお、上記では、ガイド線７４は、ガイド線や生成した面をリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）で表示した場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図形を生成し、オペレータの指示や処理が完了したときに表示するようにしてもよい。
【００８１】
次に、基準線を基にして曲線を生成する面張り処理を詳細に説明する。
【００８２】
図１１に示すように、曲面Ｒの構成や曲線を構成する制御点Ｐを次のように定める。
【００８３】
曲面を構成する制御点（基準点）をＰ（ｉ，ｊ）とする。この場合、区分直線のときは各端点を制御点Ｐとし、補間曲線（例えば、ＮＵＲＢＳ，ベジェ）のときは制御点自体を定義する。一例として、ＮＵＲＢＳの場合は、曲面Ｒは次式で表すことができる。
【００８４】
【数１】
【００８５】
但し、Ｎｉ（ｕ）：ノットベクトルＵ＝｛ｕ０，ｕ１，・・・、ｕａ｝で定まる
正規化されたＢ−Ｓｐｌｉｎｅ関数
Ｎｉ（ｖ）：ノットベクトルＵ＝｛ｖ０，ｖ１，・・・、ｖｂ｝で定まる
正規化されたＢ−Ｓｐｌｉｎｅ関数。
【００８６】
基準線７２を構成する制御点を、Ｐ（ｉ，０）とし、
位置入力装置１８でつまんだ位置（指示位置）を、Ｑ（ｊ）とし、
位置Ｑ（ｊ）における補助線７０の方向（単位ベクトル）を、Ｓ（ｊ）とする。
【００８７】
但し、位置入力装置１８でつまんだ位置Ｑは、基準線７２を最初につまんだ位置をＱ（０）とし、面張りが終了したときにつまんでいた位置ＱをＱ（ｍ）とする。
【００８８】
まず、対象となる補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を指定する。なお、この場合、初期値としてｈ＝ｍとする。この指定は、入力された法線を表示させて、選択される１本の補助線７０の方向Ｓ（ｈ）だけ色を変更する。この場合、ダイヤル６８を回転することにより選択する補助線７０の方向Ｓ（ｈ）が変更され、指定する補助線７０の方向Ｓ（ｈ）で確定（例えば、指示ボタン６６を押圧）する。
【００８９】
次に、変更する補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）を設定する。この場合、補助線７０の方向Ｓ（ｈ）は表示させたままで、補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）を上記と異なる色で表示する。次に、ダイヤル６８を回転することにより補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）が変更され、指定する補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）で確定（例えば、指示ボタン６６を押圧）する。なお、この場合、３Ｄマウス等により、３次元的に入力してもよい。
【００９０】
次に、補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を、方向Ｓ'（ｈ）に変更するための回転行列ｒ（θｘ，θｙ，θｚ：Ｑ(ｈ)）を求める。この回転行列ｒは、回転中心がＱ（ｈ）であり、θｘはＸ軸中心の回転角度，θｙはＹ軸中心の回転角度，θｚはＺ軸中心の回転角度である。なお、ここで、方向を微調整したり変更したりしてもよい。
【００９１】
次に、新規の面張り制御点Ｐ'（ｉ，ｊ）を次式を用いて求める。
【００９２】
【数２】
【００９３】
但し、上記符号は、図１２に示すように定められ、次に示すようになる。
【００９４】
Ｔ１：位置入力装置１８で基準線７２をつまんだ位置Ｑ（０）から、対象とな
る補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を指定したときにつまんでいた位置Ｑ（ｈ
）までの距離
Ｔ２：位置入力装置１８で対象となる補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を指定したと
きにつまんでいた位置Ｑ（ｈ）から面張りが終了したときにつまんでい
た位置Ｑ（ｍ）までの距離
ｔ：求める方向Ｓ（ｊ）のつまんでいた位置Ｑ（ｊ）から対象となる補助線７
０の方向Ｓ（ｈ）を指定したときにつまんでいた位置Ｑ（ｈ）までの距離
なお、上記距離の計測方法は、直線距離でもよく、また曲線の距離でもよい。曲線を区分直線に近似した場合には、区分直線の総和でもよい。
【００９５】
このように、本実施の形態では、実空間内に仮想物体を表示し、図形入力をするときに、位置入力装置に表示される仮想物体の法線や予め定めた方向に補助線を表示させるので、オペレータは、図形入力するときの方向を直感的に把握することができる。また、位置入力装置に補助線を表示させ、位置入力装置の移動による軌跡にその方向を関連付けている。そして、軌跡に関連付けた補助線の方向を変更することができるので、面張り等の図形入力をするときに、容易に図形の変形をすることができる。
【００９６】
〔第２実施の形態〕
次に、第２実施の形態を説明する。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９７】
立体画像を表示し図形入力する場合、ボカシやエアブラシ等の処理を付与するときがある。本実施の形態は、粒子を発生させてボカシやエアブラシ等の処理を容易に行うためのものである。
【００９８】
図１３（Ａ）に示すように、本実施の形態では、位置入力装置１８の指示によりラグビーボール状の粒子９０を補助線７０の方向に複数生成する。図１３（Ｂ）には、発生された複数の粒子９０についての正面図を示し、図１３（Ｃ）には側面図を示した。
【００９９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態では、図５の処理と略同様であり、図５のステップ１１０が実行されると、図１４の処理ルーチンが実行される。図１４のステップ２３０では、位置入力装置１８による指示でエアブラシ処理が指定されたか否かを判断する。この指定は、予め定めた所定時間内の位置入力装置１８の指示回数（例えば２回、所謂ダブルクリック等）で指定することができる。なお、指定は、位置入力装置１８によるものに限定されるものではなく、他の入力装置例えばキーボード入力による指示でもよい。
【０１００】
ステップ２３０で否定されたときは、ステップ２４０へ進み、上記実施の形態で説明した面張り処理（図１０）が実行される。一方、ステップ２３０で肯定されたときは、エアブラシ処理が指定されたため、ステップ２３２へ進み、エアブラシ処理の初期値が設定される。この初期値は、粒子９０の大きさ形状の初期値である。また、位置入力装置１８の指示部６６の押圧時間に対する粒子９０の発生範囲や発生厚さの初期値も含んでいる。
【０１０１】
次のステップ２３４では、位置入力装置１８の指示部６６の押圧時間を読み取り、次のステップ２３６で上記設定した初期値で粒子９０を押圧時間に応じた範囲となるように図形を生成し、次のステップ２３７で表示する。ステップ２３６では、位置入力装置１８の指示部６６の押圧時間に応じて発生させる粒子数による範囲や厚さが決定される。なお、粒子９０は、位置入力装置１８の補助線７０の方向例えば法線方向やこれと交差する方向に、押圧時間に応じて範囲が広がったり狭まったりする、または厚くなったり薄くなったりするように生成される。
【０１０２】
次のステップ２３８では、表示された粒子９０及び多数の粒子９０により形成された粒子群で、決定してよいか否かを判断する。この判断は、予め定めた所定時間内の位置入力装置１８の指示回数（例えば４回）で決定と判断することができる。なお、判断決定は、位置入力装置１８によるものに限定されるものではなく、他の入力装置例えばキーボード入力による判断決定でもよい。
【０１０３】
なお、上記粒子９０及び多数の粒子９０により形成された粒子群を発生する処理は、本発明の発生手段に相当する。また、ステップ２３６の処理は本発明の規定手段に相当し、ダイヤルの設定機能に代表される。
【０１０４】
ステップ２３８で否定されたときは、ステップ２３６へ戻り、設定した初期値による粒子９０から、形状、大きさ、範囲、厚さ、分布の方向、を調整し、再度ステップ２３７で表示する。一方、ステップ２３８で肯定されたときは、ステップ２３７で表示された分布の粒子群で決定し、本ルーチンを終了する。
【０１０５】
このように、本実施の形態では、粒子を補助線に沿わせたり交差する方向の面に分布させたりし発生させることができ、その粒子に関連する値を調整することができるので、ボカシやエアブラシ等の処理を容易に行うことができ、効率的に図形入力を実行することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、予め定められた特定方向情報を空間座標と関連付けて記憶するので、オペレータが意図する図形を入力したときその指標となるべき特定方向情報が記憶され、図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる、という効果がある。
【０１０７】
なお、予め定められた特定方向情報を実空間内に、入力手段に属する補助物体として表示するようにすれば、オペレータが意図する図形の入力するにあたって、その指標となるべき特定方向情報が表示され、図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる、という効果がある。
【０１０８】
また、特定方向情報として入力するための方向入力手段を含めようにすれば、容易に入力手段に属する方向ベクトル等、向きを定めることができる、という効果がある。
【０１０９】
また、基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向を特定方向情報として入力しその法線を表示するようにすれば、実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形入力を簡単に行うことができる、という効果がある。
【０１１０】
また、空間座標の入力を平均化して入力するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な座標入力が可能となる、という効果がある。
【０１１１】
また、入力された空間座標から予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、先に入力した空間座標を基準とした安定的な座標入力が可能となる、という効果がある。
【０１１２】
また、入力手段を移動させたときの空間座標の変化に基づく軌跡を記憶して表示するようにすれば、オペレータの操作による入力手段の移動を直感的にオペレータに提示できる、という効果がある。
【０１１３】
また、軌跡を平均化または補間するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な軌跡記憶が可能となる、という効果がある。
【０１１４】
また、入力手段を移動させたときの移動方向に交差する方向について予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な軌跡記憶が可能となる、という効果がある。
【０１１５】
また、基準曲線または基準曲面から入力手段を移動させたときの特定方向情報の変動を軌跡と関連付けて記憶し、軌跡及び軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成するようにし、オペレータが意図する図形を、入力手段の移動時に指示すれば、実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形を入力することができ、容易に図形を特定することができる、という効果がある。
【０１１６】
また、生成した面または立体図形を移動したり変形したりするようにすればオペレータに直感的な図形入力が可能となる、という効果がある。
【０１１７】
また、個別図形を入力された空間座標に対応して特定方向情報に対応する方向に分散させた図形群を生成させるようにすれば、確定線や点のみならず、立体的な形となる立体物や大きさに方向性を有する図形を入力することができる、という効果がある。
【０１１８】
また、個別図形や作成した図形群に関する情報を規定するようにすれば、任意の形状で図形群を発生でき、オペレータが所望の図形を容易に生成することができる、という効果がある。
【０１１９】
また、規定値入力手段により規定値を入力するようにすれば、規定値を安定的に入力できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 面張りの処理過程の説明図であり、（Ａ）は基準線をつまむことを示し、（Ｂ）は軌跡を示し、（Ｃ）は生成された曲面を示し、（Ｄ）は変形された曲面を示し、（Ｅ）は無気宇が変更された曲面を示している。
【図２】 本発明の第１実施の形態にかかる立体画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第１実施の形態にかかる立体画像表示装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】 位置入力装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図５】 立体画像表示装置で立体画像を表示させる処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】 立体画像表示処理における補正行列演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】 全体空間、視点空間及び操作空間を示すイメージ図である。
【図８】 立体画像表示の過程を説明するためのイメージ図である。
【図９】 立体画像表示の過程で補助線が表示されることを説明するためのイメージ図である。
【図１０】 立体画像表示の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】 面張りの処理過程の詳細説明図である。
【図１２】 変形する曲面の距離を説明するための説明図である。
【図１３】 第２実施の形態にかかり、粒子の発生を示すイメージ図であり、（Ａ）は概略図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１４】 第２実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 立体画像表示装置
１２ プロジェクタ
１４ 制御装置
１６ スクリーン
１８ 位置入力装置
２０ 液晶シャッタ眼鏡
２２ 位置センサ
３０ 磁界発生装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間図形入力装置にかかり、特に、仮想立体空間内に仮想物体を表示する立体画像表示装置に用いて好適な、空間に図形を入力するための空間図形入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車体の形状や部品等を設計や評価する場合、設計値による部材（設計値と同一の値である実物）を作成して評価や検討そして再設計という処理を繰り返し行っていた。ところが、実物を作成して検討や再設計を繰り返すことは、膨大な時間を必要とする。このため、実物である部材を製作することなく、評価や検討することを可能とする装置の必要性が叫ばれている。
【０００３】
このような装置として、設計値により形成されるべき実物に相当する仮想物体を仮想空間上に表示させる、コンピュータグラフィック（ＣＧ）の立体画像により再現して検討を行うことや再設計の情報を得ることが注目されている。すなわち、最近では、設計段階からＣＡＤを用いたコンピュータ設計が行われており、このＣＡＤデータを用いて立体画像用のデータを生成し、立体画像を表示させることが可能となってきている。一例としては、立体視眼鏡を用いて、３次元空間を生成し、その仮想空間内の仮想物体を操作することにより、ＣＡＤの操作性を向上させる立体表示装置が知られている（特開平６−１３１４４２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、部材を仮想的に表示させたり変形させたりする場合、３次元空間であるため、３次元的に的確な方向や位置を予め定めて置かねばならず、操作が煩雑であった。具体的には、図形として線や面を入力するとき、基準となる方向を定めて、その基準方向を基準として入力したり、配置させたりしなければならなかった。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、立体的に画像を表示させたり、表示された立体的な画像を変形させたりするときに容易に図形の方向を特定可能にすることができる空間図形入力装置を得ることが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の空間図形入力装置は、実空間内に仮想物体を表示する表示手段と、前記表示手段に仮想物体として表示された図形のうち１つの線または曲面を基準曲線または基準曲面に指定する指定手段を含みかつ、前記仮想物体を表示するために前記実空間内に予め定めた仮想空間の座標系における空間位置を検出する検出手段を含み、前記検出手段により検出される空間位置の座標を空間座標として入力する入力手段と、前記指定手段で指定した前記基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向である特定方向情報を前記入力手段により入力された空間座標と関連付けて記憶する記憶手段と、前記実空間の実座標系における空間位置を表す実座標と、前記入力手段により入力される空間座標との対応関係を予め求め記憶しかつ、前記対応関係を用いて前記入力手段により入力された空間座標を実座標に補正する補正手段と、を備えている。
【０００７】
本発明の空間図形入力装置は、表示手段により、実空間内に仮想物体が表示される。この実空間内位置の空間座標は、入力手段により入力される。入力手段に対しては、予め定められた特定方向情報が入力手段により入力された空間座標と関連付けて記憶手段により記憶される。この特定方向情報は、入力手段に属する方向ベクトル等、向きを表すものであり、入力手段自体の向きに関係無く予め定めた基準を設定してもよくまた表示されるべき仮想物体の表面や大地等の基準に対して変化する入力手段の向きを設定しても良い。この特定方向情報を、空間座標と関連付けて記憶することにより、入力された空間座標に関連付けられて入力手段に属する方向ベクトル等の情報が定まるので、オペレータの図形入力時に方向を意識させることなく自動的に方向が入力され、３次元的な図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる。例えば、ペン型入力装置を入力手段とした場合、その長手方向を特定方向情報とすると、ペン型入力装置の向きにより方向の確認が容易となり、その空間座標におけるペン型入力装置の向きで方向が記憶され、３次元的な図形の入力が容易かつ直感的になる。
【０００８】
前記空間図形入力装置は、前記入力手段により入力された空間座標に対して補正された実座標の位置に、前記特定方向情報による前記入力手段の向きを表す予め定めた補助物体を表示するように前記表示手段を制御する制御手段をさらに備えることができる。
【０００９】
この制御手段は、前記補助物体として、前記入力手段により入力された空間座標に対して補正された実座標の位置から前記特定方向情報による前記入力手段の向きに予め定めた線分図形が表示されるように制御することができる。
【００１０】
前記空間図形入力装置では、特定方向情報が記憶手段に記憶される。より直感的な図形入力を可能とするには、オペレータへの情報提示が好ましい。そこで、制御手段により、記憶された特定方向情報を実空間内に、入力手段に属する補助物体として表示させる。この表示する特定方向情報は、特に、一定長さの線分を規定する情報に設定することが、表示した場合に他の図形を覆い隠すことがなくまたオペレータに認知させるに容易であるため好ましい。これによって、オペレータが意図する図形の入力を、入力手段によって指示するにあたって、その指標となるべき特定方向情報が表示されるので、図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる。
【００１１】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記特定方向情報である前記法線方向に沿う方向の変更指示を入力するための方向入力手段をさらに含み、前記記憶手段は、前記方向入力手段により入力された方向変更指示による特定方向情報を記憶することができる。
【００１２】
前記特定方向情報は、入力手段に属する方向ベクトル等、向きを表すものであるが、特定するには多数の方法が考えられる。そこで、入力手段の姿勢を表す方向、入力手段に対する方向及び視線方向の少なくとも１つの方向を特定方向情報として入力するための方向入力手段を備えれば、容易に入力手段に属する方向ベクトル等、向きを定めることができる。すなわち、入力手段の姿勢を表す方向を特定方向情報として用いれば、姿勢変化により、方向を入力することができる。また、入力手段に対する方向すなわち入力手段に予め定めた向きを定めれば簡単に方向を入力することができる。また、オペレータは表示された図形を目視することになるが、その視線方向は重要である。このため、視線方向を特定方向情報として用いれば、視線方向の変化により、入力手段に対する方向が変化することになり、目視方向に合致した図形入力が容易となる。なお、入力手段は、オペレータが所持しながら移動されたり、座標を指示されたりするため、変動が大きいことがある。従って、入力手段に対して方向を設定するには専用の入力がなされることが好ましい。そこで、方向を入力するためのダイヤル装置や方向指示装置等を方向入力手段とすることによって、オペレータが入力手段の移動によって指示した場合、方向入力手段により特定方向情報が設定されるので、その方向が安定的になり、安定的でかつ容易に図形を特定することができる。
【００１３】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記表示手段に仮想物体として表示された図形のうち１つの線または曲面を基準曲線または基準曲面に指定する指定手段をさらに含み、前記記憶手段は、前記空間座標の入力時における前記入力手段の向きを表すために該入力手段の向きとして前記指定手段で指定した前記基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向を前記予め定められた特定方向情報として記憶することができる。
【００１４】
前記表示手段には、実空間内に仮想物体が表示されるが、図形入力にあっては、表示された仮想物体を基準としたり変形したりすることがある。この場合、表示された基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向を特定方向情報として入力すれば、基準曲線または基準曲面の法線を表示することができるので、実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形入力を簡単に行うことができる。すなわち、３次元的に図形入力をする場合、入力する図形、例えば線や面の方向にはオペレータの意図する方向が存在する。従って、予め設定する方向はオペレータが把握し易い方向が好ましい。そこで、特定方向情報として、法線方向情報、例えば、表示させる立体画像の表面や座標の表線方向や指示する座標の法線方向に設定することによって、オペレータは図形入力をするときの方向を特定することが容易となる。
【００１５】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を平均した空間位置の空間座標を平均座標として求め、求めた平均座標を前記空間座標として入力することができる。
【００１６】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記空間座標が入力された後、前記検出手段により空間位置を検出しかつ入力された該空間座標を含む予め定めた所定空間内の空間位置の空間座標について前記空間座標として入力することを禁止することができる。
【００１７】
オペレータは、入力手段を所持してながら座標を固定的に指示したり移動させて維持したりするため、変動が大きいことがある。そこで、所定時間内の空間座標の入力を平均化し平均化した空間座標を入力するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、これを平均化した安定的な座標入力が可能となる。また、入力された空間座標から予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止すれば、所定空間内の空間座標の入力がなされずに、入力された空間座標のみを採用できる。これにより、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、先に入力した空間座標を基準とするので、安定的な座標入力が可能となる。
【００１８】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段を移動させたときに前記入力手段により入力される複数の空間座標の履歴を軌跡として記憶する軌跡記憶手段及び前記記憶された軌跡がさらに表示されるように前記表示手段を制御する軌跡制御手段をさらに備えることができる。
【００１９】
図形入力に際して、オペレータは、入力手段を移動させながら、線を引いたり線や面を移動させたりする。この場合に、入力手段を移動させたときの空間座標の変化に基づく軌跡を記憶する軌跡記憶手段をさらに備えれば、オペレータによる入力手段の移動を記憶できる。そして、記憶された軌跡をさらに表示すれば、オペレータの操作による入力手段の移動を直感的にオペレータに提示できる。
【００２０】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を平均した空間位置の空間座標を平均座標として求め、求めた平均座標を前記空間座標として入力、または所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を補間した空間位置の空間座標を補間座標として求め、求めた補間座標を前記空間座標として入力することができる。
【００２１】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記入力手段を移動させたときに前記入力手段により入力される複数の空間座標のうち最初に空間座標が入力された後、前記検出手段により空間位置を検出しかつ入力された該空間座標を含む予め定めた所定空間内の空間位置の空間座標について前記空間座標として入力することを禁止することができる。
【００２２】
前記でも述べたが、オペレータは、入力手段を所持してながら座標を固定的に指示したり移動させて維持したりするため、変動が大きいことがある。これは軌跡についても同様に作用する。そこで、所定時間内の軌跡を平均化または補間し平均化または補間した軌跡を記憶するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、これを平均化したり補間したりして安定的な軌跡の記憶が可能となる。また、入力手段を移動させたときの移動方向に交差する方向について予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止すれば、所定空間内の空間座標の入力がなされずに、入力された空間座標のみによる軌跡を採用できる。これにより、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な軌跡記憶が可能となる。
【００２３】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、指定した前記基準曲線または基準曲面から前記入力手段を移動させたときに、前記入力手段により入力される複数の空間座標の履歴を軌跡とし該軌跡と前記入力される複数の空間座標に対応付けた前記特定方向情報の変動を前記軌跡と関連付けて記憶する変動記憶手段と、前記軌跡及び前記軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成する生成手段をさらに備え、前記軌跡制御手段は前記生成された面または立体図形がさらに表示されるように前記表示手段を制御することができる。
【００２４】
前記表示手段により、実空間内に仮想物体を表示して、図形入力するにあたっては、表示された仮想物体を基準としたり変形したりすることがある。この場合、表示された基準曲線または基準曲面から入力手段を移動させたとき、変動記憶手段には、特定方向情報の変動を前記軌跡と関連付けて記憶する。生成手段では、軌跡及び前記軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成する。そして、制御手段は、生成された面または立体図形がさらに表示されるように表示手段を制御する。入力手段を移動させた際に例えば入力手段の姿勢変化に応じて特定方向情報が変化し、特定方向情報の変化は、変動記憶手段に、軌跡と関連付けて記憶される。従って、入力手段により座標入力されるときはもとより、入力手段を移動させた場合にはその軌跡を記憶すると共に、例えば入力手段の姿勢変化に応じて変化する特定方向情報の変化が軌跡と関連付けて記憶される。これによって、オペレータが意図する図形を、入力手段の移動によって指示した場合、軌跡及び方向が記憶されるので、これより実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形を入力することができ、容易に図形を特定することができる。
【００２５】
従って、空間図形は、軌跡及びこの軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報に基づいて生成される。入力手段を移動させるとき、その移動の前に既存の線や面を指示し、既存の線や面を移動させて面や立体図形を形成させることができる。この軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報を、既存の線や面に反映させれば、オペレータが意図する方向に空間図形として平面または曲面や立体図形を生成することができる。
【００２６】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記特定方向情報である前記法線方向に沿う方向の変更指示を入力するための方向入力手段をさらに含み、前記生成手段は、前記方向入力手段により入力された特定方向情報に基づいて前記生成した面または立体図形を変形することができる。
【００２７】
前記生成手段では、軌跡及び軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形が生成されるが、生成した面または立体図形を移動したり変形したりする場合がある。この場合、方向入力手段により入力された方向に基づいて図形を変形すれば、オペレータに直感的な図形入力が可能となる。
【００２８】
前記空間図形入力装置では、前記入力された空間座標に対応して、該空間座標に関連付けられた特定方向情報に対応する予め定めた方向の複数位置の各々に予め定めた個別図形が位置するように図形群を発生する発生手段及び前記発生された図形群がさらに表示されるように前記表示手段を制御する図形群制御手段をさらに備えることができる。
【００２９】
図形を入力するとき、点や線を確定的に入力する場合があるが、その点や線についてボカシや空間物的に入力したい場合がある。そこで、オペレータの指示により、予め定めた個別図形を入力された空間座標に対応して、特定方向情報に対応する方向に分散させた図形群を生成させることにより、確定線や点のみならず、立体的な形となる立体物や大きさに方向性を有する図形を入力することができる。例えば、微小球形状の部品を、一定領域内に生成させれば、多数の微小球形状からなる球体を生成することができ、その移動により略円柱形状やリング形状の図形を容易に生成できる。また、図形を生成するときに個別図形の大きさや方向に勾配を持たせれば、生成される図形は、大きさや方向に勾配を有するものとなる。この任意の形状の個別図形を任意の方向や勾配を持たせて図形を生成すれば、任意の形状として、オペレータが所望の図形を容易に生成することができる。
【００３０】
前記空間図形入力装置では、前記発生手段は、前記個別図形の形状及び大きさに関する個別情報、前記発生した図形群の範囲及び厚みに関する群情報の少なくとも１つを規定する規定手段をさらに備えることができる。
【００３１】
前記生成される図形は、特定方向情報に対応する方向に分散させた図形群である。この個別図形の形状及び大きさに関する個別情報、作成した図形群の形状及び厚みに関する群情報、並びに特定方向情報に対応する方向と図形群の分散方向との方向差を表す分散情報を規定すれば、任意の形状として、オペレータが所望の図形を容易に生成することができる。規定手段で規定する情報は、何れか１つでもよくまた、複合的に規定してもよい。
【００３２】
前記空間図形入力装置では、前記入力手段は、前記規定手段における前記個別情報及び群情報の少なくとも１つを規定する規定値を入力するための規定値入力手段をさらに備え、前記規定手段は、前記規定値入力手段により入力された規定値により前記個別情報及び群情報の少なくとも１つを規定することができる。
【００３３】
前記規定手段で規定するには、安定的に規定されることが好ましい。そこで、例えば、ダイヤル装置等により、規定値を個別に規定することにより、規定値は安定的に入力されることになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３５】
〔第１実施の形態〕
第１実施の形態は、オペレータ（観察者）に対して立体画像を提示しながら空間図形入力する場合に本発明を適用したものである。
【００３６】
図２に示すように、本実施の形態の立体画像表示装置１０は、暗室６０内に、本発明の表示手段としてのスクリーン１６に画像を投影するプロジェクタ１２を備えている。プロジェクタ１２は、台座１３上に取り付けられている。なお、プロジェクタ１２は、立体表示のための画像を生成する制御装置１４に接続されている。この制御手段１４の一部の機能は、本発明の制御手段に相当する。プロジェクタ１２とスクリーン１６との間で、プロジェクタ１２により投影するときの光線を遮光しない位置には、スクリーン１６側へ赤外線を照射する赤外線発信機１５が設けられている。
【００３７】
プロジェクタ１２の投影側でスクリーン１６より下流側にはオペレータＯＰが着座するためのシート２４が位置している。シート２４は台座２６上に設けられ、この台座２６は蛇腹２８Ａを介してモータ２８に連結されている。モータ２８は床上を移動可能な台車２８Ｂに固定されており、モータ２８の駆動によって、蛇腹２８Ａが伸縮する。この蛇腹２８Ａの伸縮により、台座２６が上下方向（図２の矢印ＵＤ方向）に移動され、シート２４に着座したオペレータＯＰが昇降する。このシート２４に着座したオペレータＯＰの昇降は、車種に応じた車高の調整に用いられるものである。なお、オペレータＯＰの昇降では、スクリーン１６に対してオペレータＯＰの位置が上下変動するため、台座２６の昇降量を考慮することが好ましい。この場合、台座２６の昇降量を検出する測定装置を設けることや、数値入力により昇降量を特定できる。
【００３８】
上記台車２８Ｂは、床上を所定方向（前後方向として図２の矢印ＦＲ方向、及び左右方向として図２の矢印ＲＬ方向）に移動可能である。この台車２８Ｂの移動により、スクリーン１６に対してオペレータＯＰの位置が変動するため、台車２８Ｂの移動量を考慮することが好ましい。この場合、台車２８Ｂの移動量を検出する測定装置を設けることや、数値入力により移動量を特定できる。
【００３９】
オペレータＯＰは、位置座標等を入力するための位置入力装置１８（詳細は後述）を所持している。この位置入力装置１８は、本発明の入力手段に相当する。また、オペレータＯＰの頭部には、液晶シャッタ眼鏡２０が取り付けられており、この液晶シャッタ眼鏡２０には位置センサ２２が設けられている。位置センサ２２は、磁界検出センサであり、オペレータＯＰの後方に設けられた磁界発生装置３０から発生された磁界を検出して、位置センサ２２が位置する３次元座標及び方向を検出するためのものである。
【００４０】
なお、台座２６には、磁界発生装置３１が設けられている。この磁界発生装置３１は、高精度で空間座標を検出することが必要な空間、例えばオペレータＯＰが操作可能な空間である操作空間の磁気座標を検出するために用いられる。この磁界発生装置３１は、必要に応じて設ければよく、必須のものではない。
【００４１】
オペレータＯＰの周囲で離間した位置には、光学測定装置１７が設けられている。光学測定装置１７は、ＴＶカメラ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを備えており、ＴＶカメラ１７Ａ〜１７Ｃは市中７Ｄ及び台座１７Ｅを介して床に固定されている。
【００４２】
図３に示すように、制御装置１４は、単数または複数のＣＰＵ３４，ＲＡＭ３６，ＲＯＭ３８、及び入出力ポート４０を含んだマイクロコンピュータで構成され、各々コマンドやデータ授受が可能なようにバス４２によって接続されている。この入出力ポート４０には、ドライバ５５を介して赤外線発信機１５が接続され、ドライバ５７を介して光学測定装置１７が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ４４を介して位置入力装置１８が接続され、ドライバ４６を介して液晶シャッタ眼鏡２０が接続され、ドライバ４８を介して位置センサ２２が接続されている。また、プロジェクタ１２は、ドライバ５０を介して入出力ポート４０に接続されている。さらに、入出力ポート４０には、ドライバ５２を介してモータ２８が接続され、ドライバ５４を介して磁界発生装置３０が接続されている。また、入出力ポート４０にはドライバ５６を介してキーボード３２が接続されている。また、ＲＯＭ３８には、後述する処理ルーチンが記憶されている。
【００４３】
また、入出力ポート４０には、記録媒体としてのフロッピーディスク３７が挿抜可能なフロッピーデュスクユニット（ＦＤＵ）３５が接続されている。なお、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵ３５を用いてフロッピーディスク３７に対して読み書き可能である。従って、後述する処理ルーチンは、ＲＯＭ３８に記憶することなく、予めフロッピーディスク３７に記録しておき、ＦＤＵ３５を介してフロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを実行してもよい。また、制御装置１４にハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、フロッピーディスク３７に記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省略）へ格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵ３５に代えてまたはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。
【００４４】
図４に示すように、位置入力装置１８は、ペン型形状のボデー６２を有しており、先端部に磁界を検出する検出部６４が取り付けられると共に、検出するタイミングを指示するための指示部６６が取り付けられている。検出部６４の先端には、オペレータＯＰによる座標指示を容易とするために、針状の突起６４Ａが設けられている。また、位置入力装置１８は、法線方向の指定等（詳細は後述）のためのダイヤル６８を備えている。この位置入力装置１８は制御装置１４に接続されている。なお、ダイヤル６８は、本発明の方向入力手段に相当する。
【００４５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４６】
立体画像表示装置１０に電源が投入されると、制御装置１４において、図５の処理ルーチンが実行される。まず、ステップ１００では立体画像表示ためにスクリーン位置設定やオペレータＯＰの視点位置設定を含む初期設定がなされる。次のステップ１０２では実空間内における実際の空間位置と位置センサで検出した仮想空間となり得べき空間位置との誤差を補正するための空間補正処理による補正行列が求められる。そして、次のステップ１１０では、上記求めた補正行列を基にして実際の空間位置と位置センサで検出した空間位置との誤差が補正（空間補正）された仮想空間上に立体画像表示がなされる。なお、このステップ１１０では、図形入力もなされる。
【００４７】
上記ステップ１００ではスクリーン１６上に表示する画像の３次元位置を正確に把握するためのスクリーン位置設定及びオペレータＯＰの実際の視点位置を定めるための視点位置設定を含む初期設定がなされる。この初期設定は、スクリーン１６の実空間上の位置を設定する。例えば、スクリーン１６は固定されているため、スクリーン１６を実空間の基準位置とするように座標系を設定する。オペレータＯＰの位置は、上記のように、台車の移動や昇降により変動するため、標準的なオペレータＯＰが着座したことを想定して設定する。
【００４８】
次に、ステップ１０２（図５）の詳細を説明する。このステップ１０２では、実空間内の空間補正処理をする。実空間とは、磁界発生装置３０（及び３１）による位置検出可能な空間を少なくとも含むオペレータＯＰ周辺の領域をいう。
【００４９】
図５のステップ１０２では、図６の空間補正処理が実行される。まず、図６のステップ１１２において、図示しない格子プレートを実空間内に設置する。この格子プレートは、透明板に一定間隔の目盛が付与されており、光学測定装置１７で計測が可能に構成されている。例えば、透明板に直交する方向にすなわち格子状に所定間隔ｄで打点する。そして、スクリーン１６とオペレータＯＰとの間の距離が計測できる方向に設置する。
【００５０】
次にステップ１１４では位置入力装置１８を用いて、格子プレート上で複数の点を指示（指示部６６により検出を指示）する。次のステップ１１６では光学測定装置１７のＴＶカメラ１７Ａ〜１７Ｃにより位置入力装置１８（例えば先端部）を撮像することにより、光学的位置検出を行う。次のステップ１１８では、ＴＶカメラ１７Ａ〜１７Ｃにより撮像した画像を画像処理して位置入力装置１８の先端部から空間座標値（光学座標値）を求める。次のステップ１２０では、位置入力装置１８の指示部６６による指示で磁界を検出することにより、指示した先端部の座標値を入力する。これにより、磁界検出による座標値を算出することができる。
【００５１】
上記ステップ１１２乃至ステップ１２０の処理は、全体空間である３次元空間を網羅するように、格子プレートを設置して繰り返すことが望ましい。なお、光学的な検出は、複数のＴＶカメラによって画像処理により求めることができる場合には、省略が可能である。
【００５２】
上記光学的に実空間の座標導出と、磁界検出により座標導出とが終了すると、次のステップ１２２において、実空間の座標値（光学座標値）と、磁界検出の座標値（磁気座標値）とを用いて、これらの対応関係を求める。すなわち、磁気座標値を光学座標値に変換する４×４行列を求める。この４×４行列は、複数の対応関係から最小二乗法によって求めることができる。４×４行列を求めた後には、各行列成分を正規化し、また直交化し、補正行列とする。なお、行列成分の正規化や直交化は省略することもできる。
【００５３】
なお、上記補正行列は、実空間を複数の空間に分割したり分類したりして、各空間毎に補正行列を求めることができる。この場合、隣合う空間や重複する空間についてお互いの補正行列を補間したり補正したりする緩衝領域を設定することが好ましい。すなわち、実空間内において複数の空間が重複したり隣り合ったりするときに、座標変換による座標値が不連続になることがある。
【００５４】
図７に示すように、実空間内には、仮想物体を表示可能な全体空間８０、視点空間８４及び操作空間８２が含まれている。視点空間８４は視点の移動範囲すなわち頭部の移動範囲を網羅した空間であり、操作空間８２はオペレータＯＰの操作が可能な範囲すなわち腕の旋回や上下移動範囲を網羅した空間である。このような空間で、立体画像を表示させる場合、オペレータＯＰが目視するときの視点が移動したり、立体画像上に描画等を行うためにオペレータＯＰの例えば手による操作が移動したりする。これらの移動はその許容範囲内において大きさ及びその移動量や精度が異なるものとなる。このため、実空間と、磁界検出による検出位置とを一義的に対応させたのでは、誤差が多いことがある。そこで、本実施の形態では、実空間における実際の空間位置と位置センサで検出した仮想空間となり得べき空間位置との対応について、複数の空間を設定しその空間毎に補正することが好ましい。
【００５５】
また、上記空間補正処理では、格子プレートを用いることなく、空間フレーム座標データを予め用意し、そのデータによりフレームを表示することによっても可能である。例えば、空間フレーム座標データは、３次元空間上にて所定間隔ｄの座標値をＸＹＺの各方向に所定個（例えばｍ個）有する座標データとして、各座標点を直線で結ぶことにより、辺の長さｄの所定の大きさの小立方体が積み重ねられた辺の長さｍｄの立方体を構成することができる。この空間フレーム座標データによるフレーム表示は、長さｄの間隔で糸やレーザ光線（図示省略）をＸＹＺの各方向に直交するように配置することにより形成することができる。
【００５６】
この場合、表示されたフレームの交点座標を入力する、すなわち、位置入力装置１８の先端部の検出部６４を表示されたフレームの複数の交点に位置させて、各々で指示部６６により検出を指示して磁界を検出することにより、表示されたフレームの交点座標を入力することができる。
【００５７】
次に、ステップ１１０（図５）の詳細を説明する。このステップ１１０では、上記補正行列を用いて得た空間座標により立体画像を表示すると共に、法線の向きの変更を伴う図形入力による画像を表示する。
【００５８】
図８を参照して、まず立体画像の表示について簡単に説明する。瞳孔間距離ＰＤのオペレータＯＰは、左眼の視点Ｌ、及び右眼の視点Ｒからスクリーン１６を目視する。このスクリーン１６上には、画像データによる画像が表示される。この画像データから瞳孔間距離ＰＤ及びスクリーン１６までの距離が考慮されて、視差を含んだ左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲが生成され、左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲが交互に表示される。瞳孔間距離ＰＤは、予め計測してもよく、また、標準的な数値を用いても良い。
【００５９】
上記の左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの表示の切り換えに同期して、液晶シャッタ眼鏡２０の左眼部と右眼部との光の透過が切り換えられる。これによって、左眼により目視される左眼用画像ＧＬまでの領域と、右眼により目視される右眼用画像ＧＲまでの領域との重複領域が仮想物体を表示できる仮想空間Ｖｒとなり、左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの表示による仮想物体が立体表示される。
【００６０】
なお、立体画像の表示は、スクリーン１６上に表示する左眼用画像ＧＬ及び右眼用画像ＧＲの重複領域を変化させることで、左眼により目視される左眼用画像ＧＬまでの領域と、右眼により目視される右眼用画像ＧＲまでの領域との重複領域を変化させることができ、仮想物体を表示できる仮想空間Ｖｒの大きさを変更することができる。
【００６１】
図５のステップ１１０の処理では、図１０に示す立体画像表示処理ルーチンが実行される。なお、本ルーチンは、仮想立体空間内に立体画像を表示させると共に位置入力装置１８により線画や曲面等の図形入力による描画を行うものである。まず、ステップ２００において仮想空間上に仮想物体を表示するための画像データを読み取り、次のステップ２０２において立体画像を表示する。このステップ２０２では、位置センサ２２を読み取ってオペレータＯＰの位置を読み取って位置センサ２２の座標値（磁気座標値）を実空間の座標値に変換し、変換された座標値を元にして画像データを補正した後に、立体画像を表示する。
【００６２】
次のステップ２０４では、補助線を生成し表示する。補助線とは、本実施の形態では、位置入力装置１８の先端付近から所定方向に向かい所定長さで表示される線分図形をいい、以下立体図形として表示された場合でも線分という。例えば、図９に示すように、立体図形（図の例では曲面ＶＰ）が表示され、この付近に位置する位置入力装置１８の先端部から所定方向に向かい所定長さの補助線７０として線分図形が表示される。この補助線７０は、次のように規定される。
【００６３】
〔補助線の初期表示条件〕
（１）任意に設定
1-1：ダイヤル６８による方向及び長さで設定する
1-2：視線方向による方向で設定する
1-3：上記の組み合わせで設定する
（２）基準（基準曲線または基準曲面）との関係により設定
2-1：基準曲線の法線方向で設定する
2-2：基準曲面の法線方向で設定する
なお、基準曲線が区分直線の場合、法線が得られないため、端点を通過するＢ−Ｓｐｌｉｎｅ曲線を求め、２階微分することにより法線を求めることができる。また、基準曲面が区分直線の合成により形成される場合も、端点を通過するＢ−Ｓｐｌｉｎｅ曲線による補間により基準曲面を求めることができる。また、基準曲線（基準曲面）は、予め定めた曲線（曲面）であっても、位置入力装置で指示した曲線（曲面）であってもよい。
（３）ガイド線（ガイド曲線またはガイド曲面）との関係により設定
3-1：ガイド曲線の法線方向で設定する
3-2：ガイド曲面の法線方向で設定する
なお、ガイド線は、後述する軌跡を表示した線または面であり、その法線方向すなわち軌跡のガイド線の法線を求め、補助線の向きを反映させるものである。
【００６４】
〔補助線の拘束条件〕
（１）補助線７０と位置入力装置１８との関係は維持
（２）位置入力装置１８の向きに拘わらず、最初に入力決定した方向で固定。
【００６５】
なお、上記補助線７０について、位置入力装置１８の先端部から所定方向に向かう補助線７０のその方向は予めメモリに記憶することができ、この記憶するメモリ（ＲＡＭ３６やＲＯＭ３８）は本発明の記憶手段に相当する。また、補助線７０は、その表示されたものが本発明の補助物体に相当する。
【００６６】
次のステップ２０６では、位置入力装置１８により基準線を指定する。例えば、図１（Ａ）に示すように、仮想空間上に仮想物体として表示された図形のうちの１つの曲線を基準線７２として指定する。なお、この指定は、位置入力装置１８によりなされることに限定されるものではなく、予め画像データで形成される図形内に含まれる曲線を指定しておいてもよい。
【００６７】
次のステップ２０８では、上記ステップ２０６で指定した基準線をドラッグ等のようにつかんだか否かを判別することによって図形入力の開始か否かを判断し、図形入力が開始（ステップ２０８で肯定）されるまで、ステップ２０４へ戻り補助線７０の表示及び基準線の指定を繰り返す。図形入力が開始（ステップ２０８で肯定）されると、ステップ２１０へ進み、位置入力装置１８により指示されている磁気座標を読み取り、次のステップ２１２において位置入力装置１８の座標値（磁気座標値）を実空間の座標値に変換すると共に、軌跡として座標値の履歴を記憶する。このステップ２１２では、座標における法線を軌跡に関連付けて記憶する。なお、この法線は、上記補助線の初期表示条件及び拘束条件に沿って定まるものである。
【００６８】
次のステップ２１４では、上記記憶した軌跡を平均化したり補間したりして滑らかな曲線をガイド線として生成し、次のステップ２１６において表示する。なお、ステップ２１４では、入力指示した座標から、予め定めた所定距離、所定角度を越えるまでその座標を無視（座標の入力を禁止）するようにしてもよい。この場合、図１（Ｂ）に示すように、基準線７２として指定された１つの曲線の１点から軌跡であるガイド線７４が生成表示される。なお、ガイド線７４は、位置入力装置の移動に伴ってリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）に生成表示される。
【００６９】
なお、上記ステップ２０６乃至ステップ２１２の処理において、軌跡を記憶するメモリ（ＲＡＭ３６やＲＯＭ３８）は本発明の軌跡記憶手段及び変動記憶手段に相当する。また、ステップ２１８の処理は、本発明の生成手段に相当する。
【００７０】
次のステップ２１８では、基準線と軌跡であるガイド線を用いて曲面を生成表示、すなわち、基準線をガイド線に沿わせることによって形成されるべき曲面を生成した後に、表示する。次のステップ２１９では、上記基準線をつかんだドラッグ等が終了した（基準線を放した）か否かを判別することによって現時点の図形入力（軌跡表示）が終了したか否かを判断する。
【００７１】
ステップ２１９で肯定されたときはステップ２２０へ進み、否定されたときは、ステップ２１０へ戻り、ガイド線７４の生成表示を繰り返す。この結果、なお、位置入力装置の移動に伴ってリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）にガイド線７４が生成表示されると共に、基準線の軌跡による（ガイド線に沿った）曲面がリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）に生成表示される。図１の例では、図１（Ｃ）に示すように、基準線７２をガイド線７４に沿わせた線の軌跡による曲面を図形ＶＰとして生成し表示する（所謂、面張り）。
【００７２】
なお、上記では、ガイド線及び曲面をリアルタイムで表示したが、何れか一方のみを表示させてもよい。
【００７３】
また、上記では、ガイド線及び曲面をリアルタイムで表示したが、補助線及び法線の表示を残存（実時間または予め定めた所定時間間隔で残存）させてもよい。一例として次のものがある。なお、残存表示は、実時間表示で残存させ、指示や所定時間で消去したり、予め定めた所定時間間隔で残存させ、指示や所定時間で消去したりすることができる。
【００７４】
１：基準線をドラッグ等のようにつかんだ時点における、基準線位置を残存表示させる。このようにすれば、基準線を変形した場合であっても原型が履歴として残存表示されることになり、オペレータＯＰの図形入力作業の一助となる。また、基準線のドラッグ中における、基準線位置を残存表示させる。このようにすれば、基準線を移動させながら面張りした場合であっても途中経過が履歴として残存表示されることになり、オペレータＯＰの図形入力作業の一助となる。
【００７５】
２：ガイド線の法線を残存表示させる。このようにすれば、生成表示された軌跡であるガイド線の法線の途中経過が履歴として表示されることになり、オペレータＯＰは逐次認識することができる。
【００７６】
３：補助線を残存表示させる。このようにすれば、補助線の途中経過が履歴として表示されることになり、オペレータＯＰは入力する時点の履歴を逐次認識することができる。
【００７７】
次のステップ２２０では、位置入力装置１８のダイヤル６８による法線の方向変更指示を読み取ると共に、変更された法線による図形すなわち変形された図形である曲面を生成した後に、表示する。すなわち法線の向きを変更することにより生成した曲面を変形する。
【００７８】
詳細は後述するが、上記法線の方向変更指示は、全ての法線に対して行ってもよく、また、一部の法線について行っても良い。例えば、図１（Ｄ）に示すように、軌跡の始点から終点に向かって、法線を徐々に傾けることにより、生成し表示する図形（この場合は曲面ＶＰ）は、始点に位置する基準線７２は変更されることなく、終点に向かって徐々に向きが傾けられた形状の曲面ＶＰ１に変形される。また、図１（Ｅ）に示すように、全ての法線を一律所定角度だけ傾けることによって、生成し表示する図形（この場合は曲面ＶＰ）は、その形状自体は維持されるが、その向きが変更された曲面ＶＰ２になる。
【００７９】
次のステップ２２２では、オペレータＯＰの指示により変形が完了したか否かを判断し、否定されたときは、ステップ２２０へ戻り、肯定されたときはステップ２２４へ進む。ステップ２２４では、オペレータＯＰの指示により図形入力が終了したか否かを判断し、否定されたときは、ステップ２０４へ戻り、肯定されたときは本ルーチンを終了する。
【００８０】
なお、上記では、ガイド線７４は、ガイド線や生成した面をリアルタイム（実時間または予め定めた所定時間毎）で表示した場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図形を生成し、オペレータの指示や処理が完了したときに表示するようにしてもよい。
【００８１】
次に、基準線を基にして曲線を生成する面張り処理を詳細に説明する。
【００８２】
図１１に示すように、曲面Ｒの構成や曲線を構成する制御点Ｐを次のように定める。
【００８３】
曲面を構成する制御点（基準点）をＰ（ｉ，ｊ）とする。この場合、区分直線のときは各端点を制御点Ｐとし、補間曲線（例えば、ＮＵＲＢＳ，ベジェ）のときは制御点自体を定義する。一例として、ＮＵＲＢＳの場合は、曲面Ｒは次式で表すことができる。
【００８４】
【数１】
但し、Ｎｉ（ｕ）：ノットベクトルＵ＝｛ｕ０，ｕ１，・・・、ｕａ｝で定まる
正規化されたＢ−Ｓｐｌｉｎｅ関数
Ｎｉ（ｖ）：ノットベクトルＵ＝｛ｖ０，ｖ１，・・・、ｖｂ｝で定まる
正規化されたＢ−Ｓｐｌｉｎｅ関数。
【００８６】
基準線７２を構成する制御点を、Ｐ（ｉ，０）とし、
位置入力装置１８でつまんだ位置（指示位置）を、Ｑ（ｊ）とし、
位置Ｑ（ｊ）における補助線７０の方向（単位ベクトル）を、Ｓ（ｊ）とする。
【００８７】
但し、位置入力装置１８でつまんだ位置Ｑは、基準線７２を最初につまんだ位置をＱ（０）とし、面張りが終了したときにつまんでいた位置ＱをＱ（ｍ）とする。
【００８８】
まず、対象となる補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を指定する。なお、この場合、初期値としてｈ＝ｍとする。この指定は、入力された法線を表示させて、選択される１本の補助線７０の方向Ｓ（ｈ）だけ色を変更する。この場合、ダイヤル６８を回転することにより選択する補助線７０の方向Ｓ（ｈ）が変更され、指定する補助線７０の方向Ｓ（ｈ）で確定（例えば、指示ボタン６６を押圧）する。
【００８９】
次に、変更する補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）を設定する。この場合、補助線７０の方向Ｓ（ｈ）は表示させたままで、補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）を上記と異なる色で表示する。次に、ダイヤル６８を回転することにより補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）が変更され、指定する補助線７０の方向Ｓ'（ｈ）で確定（例えば、指示ボタン６６を押圧）する。なお、この場合、３Ｄマウス等により、３次元的に入力してもよい。
【００９０】
次に、補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を、方向Ｓ'（ｈ）に変更するための回転行列ｒ（θｘ，θｙ，θｚ：Ｑ(ｈ)）を求める。この回転行列ｒは、回転中心がＱ（ｈ）であり、θｘはＸ軸中心の回転角度，θｙはＹ軸中心の回転角度，θｚはＺ軸中心の回転角度である。なお、ここで、方向を微調整したり変更したりしてもよい。
【００９１】
次に、新規の面張り制御点Ｐ'（ｉ，ｊ）を次式を用いて求める。
【００９２】
【数２】
但し、上記符号は、図１２に示すように定められ、次に示すようになる。
【００９４】
Ｔ１：位置入力装置１８で基準線７２をつまんだ位置Ｑ（０）から、対象とな
る補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を指定したときにつまんでいた位置Ｑ（ｈ
）までの距離
Ｔ２：位置入力装置１８で対象となる補助線７０の方向Ｓ（ｈ）を指定したと
きにつまんでいた位置Ｑ（ｈ）から面張りが終了したときにつまんでい
た位置Ｑ（ｍ）までの距離
ｔ：求める方向Ｓ（ｊ）のつまんでいた位置Ｑ（ｊ）から対象となる補助線７
０の方向Ｓ（ｈ）を指定したときにつまんでいた位置Ｑ（ｈ）までの距離
なお、上記距離の計測方法は、直線距離でもよく、また曲線の距離でもよい。曲線を区分直線に近似した場合には、区分直線の総和でもよい。
【００９５】
このように、本実施の形態では、実空間内に仮想物体を表示し、図形入力をするときに、位置入力装置に表示される仮想物体の法線や予め定めた方向に補助線を表示させるので、オペレータは、図形入力するときの方向を直感的に把握することができる。また、位置入力装置に補助線を表示させ、位置入力装置の移動による軌跡にその方向を関連付けている。そして、軌跡に関連付けた補助線の方向を変更することができるので、面張り等の図形入力をするときに、容易に図形の変形をすることができる。
【００９６】
〔第２実施の形態〕
次に、第２実施の形態を説明する。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９７】
立体画像を表示し図形入力する場合、ボカシやエアブラシ等の処理を付与するときがある。本実施の形態は、粒子を発生させてボカシやエアブラシ等の処理を容易に行うためのものである。
【００９８】
図１３（Ａ）に示すように、本実施の形態では、位置入力装置１８の指示によりラグビーボール状の粒子９０を補助線７０の方向に複数生成する。図１３（Ｂ）には、発生された複数の粒子９０についての正面図を示し、図１３（Ｃ）には側面図を示した。
【００９９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態では、図５の処理と略同様であり、図５のステップ１１０が実行されると、図１４の処理ルーチンが実行される。図１４のステップ２３０では、位置入力装置１８による指示でエアブラシ処理が指定されたか否かを判断する。この指定は、予め定めた所定時間内の位置入力装置１８の指示回数（例えば２回、所謂ダブルクリック等）で指定することができる。なお、指定は、位置入力装置１８によるものに限定されるものではなく、他の入力装置例えばキーボード入力による指示でもよい。
【０１００】
ステップ２３０で否定されたときは、ステップ２４０へ進み、上記実施の形態で説明した面張り処理（図１０）が実行される。一方、ステップ２３０で肯定されたときは、エアブラシ処理が指定されたため、ステップ２３２へ進み、エアブラシ処理の初期値が設定される。この初期値は、粒子９０の大きさ形状の初期値である。また、位置入力装置１８の指示部６６の押圧時間に対する粒子９０の発生範囲や発生厚さの初期値も含んでいる。
【０１０１】
次のステップ２３４では、位置入力装置１８の指示部６６の押圧時間を読み取り、次のステップ２３６で上記設定した初期値で粒子９０を押圧時間に応じた範囲となるように図形を生成し、次のステップ２３７で表示する。ステップ２３６では、位置入力装置１８の指示部６６の押圧時間に応じて発生させる粒子数による範囲や厚さが決定される。なお、粒子９０は、位置入力装置１８の補助線７０の方向例えば法線方向やこれと交差する方向に、押圧時間に応じて範囲が広がったり狭まったりする、または厚くなったり薄くなったりするように生成される。
【０１０２】
次のステップ２３８では、表示された粒子９０及び多数の粒子９０により形成された粒子群で、決定してよいか否かを判断する。この判断は、予め定めた所定時間内の位置入力装置１８の指示回数（例えば４回）で決定と判断することができる。なお、判断決定は、位置入力装置１８によるものに限定されるものではなく、他の入力装置例えばキーボード入力による判断決定でもよい。
【０１０３】
なお、上記粒子９０及び多数の粒子９０により形成された粒子群を発生する処理は、本発明の発生手段に相当する。また、ステップ２３６の処理は本発明の規定手段に相当し、ダイヤルの設定機能に代表される。
【０１０４】
ステップ２３８で否定されたときは、ステップ２３６へ戻り、設定した初期値による粒子９０から、形状、大きさ、範囲、厚さ、分布の方向、を調整し、再度ステップ２３７で表示する。一方、ステップ２３８で肯定されたときは、ステップ２３７で表示された分布の粒子群で決定し、本ルーチンを終了する。
【０１０５】
このように、本実施の形態では、粒子を補助線に沿わせたり交差する方向の面に分布させたりし発生させることができ、その粒子に関連する値を調整することができるので、ボカシやエアブラシ等の処理を容易に行うことができ、効率的に図形入力を実行することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、予め定められた特定方向情報を空間座標と関連付けて記憶するので、オペレータが意図する図形を入力したときその指標となるべき特定方向情報が記憶され、図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる、という効果がある。
【０１０７】
なお、予め定められた特定方向情報を実空間内に、入力手段に属する補助物体として表示するようにすれば、オペレータが意図する図形の入力するにあたって、その指標となるべき特定方向情報が表示され、図形の入力を容易かつ直感的に行うことができる、という効果がある。
【０１０８】
また、特定方向情報として入力するための方向入力手段を含めようにすれば、容易に入力手段に属する方向ベクトル等、向きを定めることができる、という効果がある。
【０１０９】
また、基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向を特定方向情報として入力しその法線を表示するようにすれば、実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形入力を簡単に行うことができる、という効果がある。
【０１１０】
また、空間座標の入力を平均化して入力するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な座標入力が可能となる、という効果がある。
【０１１１】
また、入力された空間座標から予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、先に入力した空間座標を基準とした安定的な座標入力が可能となる、という効果がある。
【０１１２】
また、入力手段を移動させたときの空間座標の変化に基づく軌跡を記憶して表示するようにすれば、オペレータの操作による入力手段の移動を直感的にオペレータに提示できる、という効果がある。
【０１１３】
また、軌跡を平均化または補間するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な軌跡記憶が可能となる、という効果がある。
【０１１４】
また、入力手段を移動させたときの移動方向に交差する方向について予め定めた所定空間内の空間座標の入力を禁止するようにすれば、手ぶれ等の僅かな変動が生じた場合であっても、安定的な軌跡記憶が可能となる、という効果がある。
【０１１５】
また、基準曲線または基準曲面から入力手段を移動させたときの特定方向情報の変動を軌跡と関連付けて記憶し、軌跡及び軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成するようにし、オペレータが意図する図形を、入力手段の移動時に指示すれば、実空間内に表示された仮想物体を基にしての図形を入力することができ、容易に図形を特定することができる、という効果がある。
【０１１６】
また、生成した面または立体図形を移動したり変形したりするようにすればオペレータに直感的な図形入力が可能となる、という効果がある。
【０１１７】
また、個別図形を入力された空間座標に対応して特定方向情報に対応する方向に分散させた図形群を生成させるようにすれば、確定線や点のみならず、立体的な形となる立体物や大きさに方向性を有する図形を入力することができる、という効果がある。
【０１１８】
また、個別図形や作成した図形群に関する情報を規定するようにすれば、任意の形状で図形群を発生でき、オペレータが所望の図形を容易に生成することができる、という効果がある。
【０１１９】
また、規定値入力手段により規定値を入力するようにすれば、規定値を安定的に入力できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 面張りの処理過程の説明図であり、（Ａ）は基準線をつまむことを示し、（Ｂ）は軌跡を示し、（Ｃ）は生成された曲面を示し、（Ｄ）は変形された曲面を示し、（Ｅ）は無気宇が変更された曲面を示している。
【図２】 本発明の第１実施の形態にかかる立体画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第１実施の形態にかかる立体画像表示装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】 位置入力装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図５】 立体画像表示装置で立体画像を表示させる処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】 立体画像表示処理における補正行列演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】 全体空間、視点空間及び操作空間を示すイメージ図である。
【図８】 立体画像表示の過程を説明するためのイメージ図である。
【図９】 立体画像表示の過程で補助線が表示されることを説明するためのイメージ図である。
【図１０】 立体画像表示の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】 面張りの処理過程の詳細説明図である。
【図１２】 変形する曲面の距離を説明するための説明図である。
【図１３】 第２実施の形態にかかり、粒子の発生を示すイメージ図であり、（Ａ）は概略図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１４】 第２実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 立体画像表示装置
１２ プロジェクタ
１４ 制御装置
１６ スクリーン
１８ 位置入力装置
２０ 液晶シャッタ眼鏡
２２ 位置センサ
３０ 磁界発生装置
Claims (14)
- 実空間内に仮想物体を表示する表示手段と、
前記表示手段に仮想物体として表示された図形のうち１つの線または曲面を基準曲線または基準曲面に指定する指定手段を含みかつ、前記仮想物体を表示するために前記実空間内に予め定めた仮想空間の座標系における空間位置を検出する検出手段を含み、前記検出手段により検出される空間位置の座標を空間座標として入力する入力手段と、
前記指定手段で指定した前記基準曲線または基準曲面の法線方向に沿う方向である特定方向情報を前記入力手段により入力された空間座標と関連付けて記憶する記憶手段と、
前記実空間の実座標系における空間位置を表す実座標と、前記入力手段により入力される空間座標との対応関係を予め求め記憶しかつ、前記対応関係を用いて前記入力手段により入力された空間座標を実座標に補正する補正手段と、
を備えた空間図形入力装置。 - 前記入力手段により入力された空間座標に対して補正された実座標の位置に、前記特定方向情報による前記入力手段の向きを表す予め定めた補助物体を表示するように前記表示手段を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の空間図形入力装置。
- 前記制御手段は、前記補助物体として、前記入力手段により入力された空間座標に対して補正された実座標の位置から前記特定方向情報による前記入力手段の向きに予め定めた線分図形が表示されるように制御することを特徴とする請求項２に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、前記特定方向情報である前記法線方向に沿う方向の変更指示を入力するための方向入力手段をさらに含み、前記記憶手段は、前記方向入力手段により入力された方向変更指示による特定方向情報を記憶することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を平均した空間位置の空間座標を平均座標として求め、求めた平均座標を前記空間座標として入力することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、前記空間座標が入力された後、前記検出手段により空間位置を検出しかつ入力された該空間座標を含む予め定めた所定空間内の空間位置の空間座標について前記空間座標として入力することを禁止することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段を移動させたときに前記入力手段により入力される複数の空間座標の履歴を軌跡として記憶する軌跡記憶手段及び前記記憶された軌跡がさらに表示されるように前記表示手段を制御する軌跡制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を平均した空間位置の空間座標を平均座標として求め、求めた平均座標を前記空間座標として入力、または所定時間内に前記検出手段により検出される複数の空間位置の各空間座標を取得しかつ取得した複数の空間座標を補間した空間位置の空間座標を補間座標として求め、求めた補間座標を前記空間座標として入力することを特徴とする請求項７に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、前記入力手段を移動させたときに前記入力手段により入力される複数の空間座標のうち最初に空間座標が入力された後、前記検出手段により空間位置を検出しかつ入力された該空間座標を含む予め定めた所定空間内の空間位置の空間座標について前記空間座標として入力することを禁止することを特徴とする請求項７に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、指定した前記基準曲線または基準曲面から前記入力手段を移動させたときに、前記入力手段により入力される複数の空間座標の履歴を軌跡とし該軌跡と前記入力される複数の空間座標に対応付けた前記特定方向情報の変動を前記軌跡と関連付けて記憶する変動記憶手段と、前記軌跡及び前記軌跡と関連付けて記憶された特定方向情報の変動に基づいて面または立体図形を生成する生成手段をさらに備え、前記軌跡制御手段は前記生成された面または立体図形がさらに表示されるように前記表示手段を制御することを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力手段は、前記特定方向情報である前記法線方向に沿う方向の変更指示を入力するための方向入力手段をさらに含み、前記生成手段は、前記方向入力手段により入力された特定方向情報に基づいて前記生成した面または立体図形を変形することを特徴とする請求項１０に記載の空間図形入力装置。
- 前記入力された空間座標に対応して、該空間座標に関連付けられた特定方向情報に対応する予め定めた方向の複数位置の各々に予め定めた個別図形が位置するように図形群を発生する発生手段及び前記発生された図形群がさらに表示されるように前記表示手段を制御する図形群制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の空間座標入力装置。
- 前記発生手段は、前記個別図形の形状及び大きさに関する個別情報、前記発生した図形群の範囲及び厚みに関する群情報の少なくとも１つを規定する規定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の空間座標入力装置。
- 前記入力手段は、前記規定手段における前記個別情報及び群情報の少なくとも１つを規定する規定値を入力するための規定値入力手段をさらに備え、前記規定手段は、前記規定値入力手段により入力された規定値により前記個別情報及び群情報の少なくとも１つを規定することを特徴とする請求項１３に記載の空間図形入力装置。
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