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JPH07101461B2 - Eye-tracking high-speed image generation and display method - Google Patents
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JPH07101461B2 - Eye-tracking high-speed image generation and display method - Google Patents

Eye-tracking high-speed image generation and display method

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JPH07101461B2
JPH07101461B2 JP11599690A JP11599690A JPH07101461B2 JP H07101461 B2 JPH07101461 B2 JP H07101461B2 JP 11599690 A JP11599690 A JP 11599690A JP 11599690 A JP11599690 A JP 11599690A JP H07101461 B2 JPH07101461 B2 JP H07101461B2
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display
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治雄 竹村
聡 石橋
健二 秋山
信二 鉄谷
博幸 山口
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は視線追従形高速画像生成表示方法に関し、た
とえばコンピュータグラフィックスのように高速で臨場
感のある画像をスクリーン上に表示するような視線追従
形高速画像生成表示方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed line-of-sight image generation and display method, and for example, a line-of-sight for displaying a high-speed and realistic image on a screen such as computer graphics. The present invention relates to a follow-up high-speed image generation / display method.

[従来の技術] 3次元画像をコンピュータによって生成して表示する、
いわゆるコンピュータグラフィックスの技術は、科学技
術計算のシミュレーションを始めとして様々な分野に利
用されつつあるが、高精度化、すなわち、画像の高品質
化と高速化は相反する条件にあり、同時にこれを満たす
技術は現在のところ見当たらない。つまり、品質の高い
画像を生成しようとすると、画像生成のために膨大な計
算時間を必要とし、逆に高速、たとえば毎秒数10枚の画
像を表示するリアルタイム表示を目的とすると粗い計算
をせざるを得なくなり、生成画像の品質が悪くなる。
[Prior Art] A computer generates and displays a three-dimensional image,
The technology of so-called computer graphics is being used in various fields including simulation of scientific and technological calculations, but high precision, that is, high quality and high speed of images are in conflicting conditions, and at the same time There is currently no technology available. In other words, when trying to generate a high-quality image, a huge amount of calculation time is required for image generation, and conversely, for the purpose of high-speed, real-time display, for example, displaying several tens of images per second, rough calculations must be performed. And the quality of the generated image deteriorates.

一方、コンピュータグラフィックスの適用分野は、知的
符号化通信と呼ばれる画像通信の分野にも広がりつつあ
る。この方法では、送信側は画像認識により、送信対象
の3次元構造情報を抽出し、その特徴をパラメータ化し
て伝送する。受信側では、予め3次元構造情報(データ
ベース)を用意しておき、伝送されてくる特徴パラメー
タに基づいて、該3次元データベースを高速に変換して
表示する。これらの通信方法では、受信側は送信側の3
次元構造情報を基にして、任意の視点からの画像を自在
に生成して表示することができるため、以下のような多
くの利点をもつ。
On the other hand, the application field of computer graphics is expanding to the field of image communication called intelligent coded communication. In this method, the transmitting side extracts the three-dimensional structural information of the transmission target by image recognition, parameterizes the characteristics, and transmits the parameterized information. On the receiving side, three-dimensional structure information (database) is prepared in advance, and the three-dimensional database is converted at high speed and displayed based on the transmitted characteristic parameters. In these communication methods, the receiving side is
Since an image from an arbitrary viewpoint can be freely generated and displayed based on the dimensional structure information, it has many advantages as follows.

受信者の視点の動きを検出し、この動きに応じた画
像を表示することにより、運動視が実現できる。ここ
で、運動視とは、頭を動かした際に眼球の網膜上に映る
画像の変化から空間を知覚する人の潜在能力のことであ
り、日常、前後関係が分かりにくい視覚状況下で頭を動
かして認識を高めようとすることはよく経験することで
ある。すなわち、運動視をコンピュータグラフィックス
により人工的に実現することにより、スクリーン上の画
像の立体感が向上することが期待され、臨場感豊かな表
示が可能となる。
Motion can be realized by detecting the movement of the recipient's viewpoint and displaying an image corresponding to this movement. Here, kinetic vision is a person's potential ability to perceive space from the change in the image displayed on the retina of the eyeball when the head is moved. Trying to move and raise awareness is a common experience. That is, it is expected that the stereoscopic effect of the image on the screen will be improved by artificially realizing the motion vision by computer graphics, and the display with a high sense of presence can be realized.

受信者の両眼を2つの視点として、それぞれの視点
からの画像を生成して表示することにより、両眼立体視
を実現できる。人の両目は約6cmの距離を隔てて位置す
るため、頭を動かさなくとも、各目の網膜には別々な像
が投影される。この異なった2つの像の対応関係は視差
情報と呼ばれ、人はこれを利用して空間の立体感覚を得
ている。この視差情報をもつ画像をコンピュータグラフ
ィックスで実現することにより、スクリーン上の画像の
立体感がさらに向上する。
Binocular stereoscopic vision can be realized by generating and displaying an image from each of the two eyes of the recipient as two viewpoints. Since both eyes of a person are separated by a distance of about 6 cm, separate images are projected on the retinas of each eye without moving the head. The correspondence between these two different images is called parallax information, and a person uses this to obtain a stereoscopic sense of space. By realizing the image having the parallax information by computer graphics, the stereoscopic effect of the image on the screen is further improved.

その他、相手側(送信側)の人と視線を合わせて会
話するような画像も容易に生成できる。
In addition, it is possible to easily generate an image in which the person on the other side (sending side) has a line of sight and has a conversation.

しかし、このような通信方法を実現するには、現状では
いくつかの困難がある。第1には、送信側における画像
認識および特徴パラメータの抽出であり、第2には、受
信側での高速でかつ広視野を高解像度で表示する画像生
成表示方法である。通信では、実時間の処理が本質的な
命題であり、従来のコンピュータグラフィックスに比べ
て高速化への要求は高い。
However, at present, there are some difficulties in realizing such a communication method. The first is image recognition and feature parameter extraction on the transmission side, and the second is an image generation and display method for displaying a wide field of view at high speed and high resolution on the reception side. In communication, real-time processing is an essential proposition, and there is a high demand for higher speed than conventional computer graphics.

以下に、高速・高精度表示が困難な理由について詳細に
説明する。
The reason why high-speed and high-precision display is difficult will be described in detail below.

第21図は従来の代表的な3次元画像生成表示方法を説明
するための図である。第21図において、スクリーンS1
は、このスクリーンS1の中心を原点とする表示基準座標
系X(w)−Y(w)−Z(w)で表わされる。なお、
この座標系は以下の各座標系の位置関係を記述する機能
をもち、スクリーンS1とは異なる別な場所に設けてもよ
いものとする。視点座標系X(e)−Y(e)−Z
(e)は、表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z
(w)からみて位置と座標軸の回転角が既知になってい
る。表示対象物体objは3次元構造をもち、この対象の
構造点Pi(obj)は対象座標系X(obj)−Y(obj)−
Z(obj)で表わされているものとする。
FIG. 21 is a diagram for explaining a conventional representative three-dimensional image generation / display method. In Fig. 21, the screen S1
Is represented by a display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w) whose origin is the center of the screen S1. In addition,
This coordinate system has a function of describing the positional relationship of the following coordinate systems, and may be provided in a different place from the screen S1. Viewpoint coordinate system X (e) -Y (e) -Z
(E) is a display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z
The position and the rotation angle of the coordinate axis are known from the viewpoint of (w). The display target object obj has a three-dimensional structure, and the target structural point Pi (obj) is the target coordinate system X (obj) −Y (obj) −.
Let it be represented by Z (obj).

このような状況において、構造点Piを視点Oeから見たと
き、このPi点がスクリーンS1上のどの位置に表示される
かについて考える。表示基準座標系X(w)−Y(w)
−Z(w)に対して、対象座標系X(obj)−Y(obj)
−Z(obj)は既知としているので、対象座標系X(ob
j)−Y(obj)−Z(obj)で表わされる構造点Pi(pb
j)は表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z(w)
で、Pi(w)=M1・P1(obj)のように示される。
In such a situation, when the structural point Pi is viewed from the viewpoint Oe, the position on the screen S1 at which the Pi point is displayed will be considered. Display reference coordinate system X (w) -Y (w)
-Z (w), target coordinate system X (obj) -Y (obj)
Since −Z (obj) is known, the target coordinate system X (ob
j) -Y (obj) -Z (obj)
j) is the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w)
Then, it is shown as Pi (w) = M1 · P1 (obj).

ここで、M1は移動と回転のための変換マトリックスであ
る。また、視点座標系X(e)−Y(e)−Z(e)も
表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z(w)で表わす
ことができると仮定しているので、この変換マトリック
スをM2とすると、表示基準座標系X(w)−Y(w)−
Z(w)からみた構造点Pi(w)は、視点座標系X
(e)−Y(e)−Z(e)からみて、 Pi(e)=M2-1・Pi(w)=M1・M2-1・Pi(obj) と表わすことができる。このように、表示基準座標系X
(w)−Y(w)−Z(w)と対象座標系X(obj)−
Y(obj)−Z(obj)および表示基準座標系X(w)−
Y(w)−Z(w)と視点座標系X(e)−Y(e)−
Z(e)との関係がわかれば、対象座標系で示された構
造点Pi(obj)は視点座標系で自在に表わすことができ
る。
Here, M1 is a transformation matrix for movement and rotation. Further, since it is assumed that the viewpoint coordinate system X (e) -Y (e) -Z (e) can also be represented by the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w), If this conversion matrix is M2, the display reference coordinate system X (w) -Y (w)-
The structural point Pi (w) viewed from Z (w) is the viewpoint coordinate system X.
From the viewpoint of (e) -Y (e) -Z (e), it can be expressed as Pi (e) = M2 −1 · Pi (w) = M1 · M2 −1 · Pi (obj). In this way, the display reference coordinate system X
(W) -Y (w) -Z (w) and target coordinate system X (obj)-
Y (obj) -Z (obj) and display reference coordinate system X (w)-
Y (w) -Z (w) and viewpoint coordinate system X (e) -Y (e)-
If the relationship with Z (e) is known, the structure point Pi (obj) shown in the target coordinate system can be freely expressed in the viewpoint coordinate system.

ここで、視点座標系で示された構造点Pi(e)のスクリ
ーン上の点を求めるために、正規透視座標系と呼ばれる
X(np)−Y(np)−Z(np)を考える。この座標系は
視点座標系のZ(e)軸上に原点O(np)があり、視点
座標系でハッチした視野ピラミッドと呼ばれる領域A,B,
C,D,A(∞),B(∞),C(∞),D(∞)が、一点鎖線で
示した直方体A,B,C,D,A′、(∞),B′(∞),C′
(∞),D′(∞)に一致する対応関係がある。直方体の
Z(np)軸方向は1に正規化してあるものとする。すな
わち、Z(np)=0点は、Z(e)軸のhに対応し、Z
(np)=1の点はZ(e)=∞に対応する。この条件で
第21図に示す棒状物体objは正規透視座標系X(np)−
Y(np)−Z(np)では一点鎖線で示すように、Z(n
p)軸の大きな方では断面が小さくなる。この視点座標
系と正規透視座標系との変換は4×4のマトリックスM3
で示すことができる。したがって、Pi(np)は、 Pi(np)=M3・Pi(e) で表わすことができる。ここで、Pi(np)をA,B,C,D面
に平行投影すると、点線で示すξi(s)が得られる。
Here, X (np) -Y (np) -Z (np) called a normal perspective coordinate system is considered in order to find the point on the screen of the structural point Pi (e) shown in the viewpoint coordinate system. This coordinate system has an origin O (np) on the Z (e) axis of the viewpoint coordinate system, and the regions A, B, called field pyramids hatched in the viewpoint coordinate system.
C, D, A (∞), B (∞), C (∞), D (∞) are rectangular parallelepiped A, B, C, D, A ′, (∞), B ′ (∞ ), C ′
There is a correspondence that matches (∞), D ′ (∞). It is assumed that the direction of the Z (np) axis of the rectangular parallelepiped is normalized to 1. That is, Z (np) = 0 point corresponds to h on the Z (e) axis,
The point of (np) = 1 corresponds to Z (e) = ∞. Under this condition, the rod-shaped object obj shown in FIG. 21 becomes the normal perspective coordinate system X (np) −
In Y (np) -Z (np), Z (n
The larger the p) axis, the smaller the cross section. The conversion between this viewpoint coordinate system and the normal perspective coordinate system is a 4 × 4 matrix M3.
Can be shown as Therefore, Pi (np) can be represented by Pi (np) = M3 · Pi (e). Here, when Pi (np) is parallel-projected on the A, B, C, and D planes, ξi (s) shown by a dotted line is obtained.

第21図では、説明の簡単のため、正規透視座標系X(n
p)−Y(np)−Z(np)は表示基準座標系X(w)−
Y(w)−Z(w)と原点および軸方向が重なっている
ものとしている。したがって、視点座標系のZ(e)軸
は、表示基準座標系のZ(w)軸と同一方向である。
In FIG. 21, the normal perspective coordinate system X (n
p) -Y (np) -Z (np) is the display reference coordinate system X (w)-
It is assumed that the origin and the axial direction of Y (w) -Z (w) overlap. Therefore, the Z (e) axis of the viewpoint coordinate system is in the same direction as the Z (w) axis of the display reference coordinate system.

この場合、直方体A,B,C,Dがスクリーンの大きさに対応
する。したがって、ξi(s)がすなわち視点O(e)
から見たスクリーンへの投影像である。このように構造
点Pi(obj)からξi(s)へは3つの行列演算と平行
投影が必要である。
In this case, the rectangular parallelepipeds A, B, C and D correspond to the size of the screen. Therefore, ξi (s) is the viewpoint O (e)
It is a projected image on the screen seen from. In this way, three matrix operations and parallel projection are required from the structural point Pi (obj) to ξi (s).

次に、視点が表示基準座標系のZ(e)軸からずれる場
合について説明する。第21図において、O′(e)は移
動した視点位置である。この移動した点を原点とし、
O′(e)−O(w)線をZ′(e)軸とする新しい視
点座標系X′(e)−Y′(e)−Z′(e)を考え
る。表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z(w)から
見た該新視点座標系の位置を既知とすると、X(e)−
Y(e)−Z(e)からX′(e)−Y′(e)−Z′
(e)への変換はマトリックスM4を介して可能である。
したがって、新視点座標系から見た構造点Piは、Pi
(e)′=M4・Pi(e)=M4・M1・M2-1・Pi(obj)で
表わされる。
Next, a case where the viewpoint deviates from the Z (e) axis of the display reference coordinate system will be described. In FIG. 21, O '(e) is the moved viewpoint position. With this moved point as the origin,
Consider a new viewpoint coordinate system X '(e) -Y' (e) -Z '(e) with the O' (e) -O (w) line as the Z '(e) axis. If the position of the new viewpoint coordinate system viewed from the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w) is known, X (e)-
From Y (e) -Z (e) to X '(e) -Y' (e) -Z '
Conversion to (e) is possible via matrix M4.
Therefore, the structural point Pi seen from the new viewpoint coordinate system is Pi
(E) ′ = M4 · Pi (e) = M4 · M1 · M2 −1 · Pi (obj)

第22図は第21図のY(w)軸上から見た図である。Pi
(e)′に前述の正規透視投影変換マトリックスM3をか
けると、Pi′(np)が得られ、これを平行投影するとξ
(s)が得られる。ここで、表示基準座標系から見
た新視点座標系X′(e)−Y′(e)−Z′(e)の
位置が既知のため、ξi(s)とO′(e)とを結ぶ
線がスクリーンと交わる点を求めることは容易である。
この点ξi′(s)がすなわち、視点O′から見たスク
リーンへの投影像である。このように、構造点Pi(ob
j)からξi′(s)へは、4つの状列演算と平行投影
などが必要である。
FIG. 22 is a view as seen from the Y (w) axis of FIG. Pi
Multiplying (e) ′ by the above-mentioned normal perspective projection transformation matrix M3, Pi ′ (np) is obtained.
i * (s) is obtained. Here, since the position of the new viewpoint coordinate system X ′ (e) −Y ′ (e) −Z ′ (e) viewed from the display reference coordinate system is known, ξi * (s) and O ′ (e) It is easy to find the point where the line connecting the and intersects the screen.
This point ξi ′ (s) is the projected image on the screen viewed from the viewpoint O ′. Thus, the structure point Pi (ob
From j) to ξi '(s), four sequence operations and parallel projection are required.

上述のごとく、表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z
(w)において、対象座標系X(obj)−Y(obj)−Z
(obj)の位置が記述された表示対象、また対象座標系
において各構造点Pi(obj)の座標が記述された表示対
象は、任意の視点からスクリーンに透視投影できる。し
かも、上述のごとく、多くの行列演算を表示対象の構成
点の全てについて行なう必要があるため、計算時間が膨
大になる。マトリックスの演算はハードウェア化するこ
とにより、かなり高速にはなるが、構成点の数が数1000
点以上になるとリアルタイムの処理が難しくなる。ま
た、表示対象の位置によって無駄な処理が多く行なわ
れ、処理速度を制限している。これについて以下に示
す。第23図は第21図に示した座標系をY(e)軸上でか
つZ(e)軸方向に見たものであり、第24図は第23図に
示した表示対象を示す図である。
As described above, the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z
In (w), the target coordinate system X (obj) -Y (obj) -Z
The display target in which the position of (obj) is described and the display target in which the coordinates of each structural point Pi (obj) in the target coordinate system are described can be perspectively projected on the screen from an arbitrary viewpoint. In addition, as described above, many matrix operations need to be performed for all the constituent points to be displayed, resulting in a huge calculation time. The operation of the matrix will be considerably faster by using hardware, but the number of constituent points will be several thousand.
Beyond the point, real-time processing becomes difficult. In addition, a lot of useless processing is performed depending on the position of the display target, limiting the processing speed. This is shown below. 23 is a view of the coordinate system shown in FIG. 21 on the Y (e) axis and in the Z (e) axis direction, and FIG. 24 is a diagram showing the display object shown in FIG. is there.

第23図において、スクリーンS1は多数の画素giからな
る。表示対象は、第24図に示すように3次元構造をも
ち、構造点Piとその点がつくる構造面Liなどによって構
成されている。この表示対象が表示基準座標系において
近くにある場合を第23図(A)で示し、遠くにある場合
を第23図(B)で示し、それぞれobj1,ObJ2とする。第2
1図および第22図で説明した方法により、スクリーンS1
には表示対象h−obj1,h−obj2が投影される。各構成点
のスクリーン座標上の対応する画素には信号を送り表示
することができる。obj2は遠方にあるため、h−obj1に
比べて各構成点間の距離が小さい。この間隔が画素間隔
よりも十分小さくなれば、その画素の中にはいるいくつ
かの構成点を全て計算する必要がなくなる。また、人の
目には視力特性があり、スクリーンS1面においてこの眼
の分解能以下の間隔で各構成点を計算しても意味がな
い。
In FIG. 23, the screen S1 is composed of a large number of pixels gi. The display object has a three-dimensional structure as shown in FIG. 24, and is composed of a structural point Pi and a structural surface Li formed by the point. The case where this display object is near in the display reference coordinate system is shown in FIG. 23 (A), and the case where it is far is shown in FIG. 23 (B), which are designated as obj1 and ObJ2, respectively. No. 2
According to the method described in FIGS. 1 and 22, the screen S1
The display objects h-obj1 and h-obj2 are projected on. A signal can be sent to the corresponding pixel on the screen coordinate of each constituent point for display. Since obj2 is located far away, the distance between the constituent points is smaller than that of h-obj1. If this distance is sufficiently smaller than the pixel distance, it is not necessary to calculate all the constituent points included in the pixel. In addition, human eyes have visual acuity characteristics, and it is meaningless to calculate each constituent point on the screen S1 surface at intervals equal to or lower than the resolution of the eyes.

既存のアルゴリズムでは、表示対象の位置にかかわら
ず、また利用者の視力特性を考慮することなく、対象の
全ての構成点について計算するため、表示速度が遅くな
り、複雑な対象をリアルタイムで表示することが困難と
なる。
The existing algorithm calculates all the constituent points of the target regardless of the position of the display target and without considering the visual acuity characteristics of the user, so the display speed becomes slow and a complicated target is displayed in real time. Becomes difficult.

[発明が解決しようとする課題] 上述の問題は立体視コンピュータグラフィックスを実現
する際に特に問題となる。立体視コンピュータグラフィ
ックスとは、利用者の右目,左目を視点として、3次元
表示対象を見たときのスクリーンへの透視画像を別々に
計算し、これを時分割などにより利用者の左右の各目に
対応したスクリーンに投影することにより、利用者に立
体的と感じさせる表示を行なう手法である。
[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned problems are particularly problematic when realizing stereoscopic computer graphics. Stereoscopic computer graphics is a method in which a perspective image on a screen when a three-dimensional display target is viewed is calculated separately from the user's right eye and left eye as viewpoints, and this is calculated by time division or the like for each of the left and right users. This is a method of displaying a stereoscopic image by projecting it on a screen corresponding to the eyes.

立体視表示では、奥行き間隔が利用者にはっきりと認識
されるため、本来大きな物体(たとえば、ビルディング
など)は大きく、小さな物体(たとえば、虫など)は小
さくモデリングする必要が出てくる。立体視でないコン
ピュータグラフィックスでは、物体を大きくモデリング
しなくても視点の近くに配置することで大きく見せる工
夫が可能である。ところが、立体視では奥行き間隔が視
差情報により与えられるため、小さなものを手前におい
ても、大きな物体とは認識されず、そのとおり小さなも
のが手前にあるように見えてしまう。
In the stereoscopic display, since the depth interval is clearly recognized by the user, it is necessary to model a large object (such as a building) that is originally large and a small object (such as a bug) to be small. In computer graphics that is not stereoscopic, it is possible to make the object look larger by arranging it near the viewpoint without modeling it greatly. However, in stereoscopic view, since the depth interval is given by parallax information, even if a small object is in the foreground, it is not recognized as a large object, and the small object appears to be in the foreground.

物体を本来の大きさにモデル化すると、大きな物体は、
その物体が視点の近くに来てスクリーン一杯に広がる場
合も想定すると細部に至るまで細かくモデル化する必要
がある。一方、該物体が視点から遠くに離れた場合に
は、第23図(B)に示すように、スクリーンの一部分に
その全体が表示されるにもかかわらず、近くにある場合
と同じ計算量を必要とする不合理がある。
If you model an object in its original size, a large object
Assuming that the object comes near the viewpoint and spreads over the entire screen, it is necessary to model the details in detail. On the other hand, when the object is distant from the viewpoint, as shown in FIG. 23 (B), even though the entire object is displayed on a part of the screen, the same amount of calculation as when the object is near is achieved. There is an irrational need.

以上、高速のコンピュータグラフィックスの必要性につ
いて述べたが、コンピュータグラフィックスがリアルタ
イムであっても、応用によっては不都合がある。臨場感
通信では、仮想的な空間をコンピュータグラフィックス
により人工的に作り、この中に実際に居る間隔で該仮想
空間とは様々な相互作用をすることになる。この際求め
られるのは、単に高速というだけでなく、観測者の動き
に同期してスクリーンの画像を変化する特性である。し
かし、コンピュータグラフィックスでは画像を生成する
ための時間が必ず残るため、毎秒数10枚の画像を生成
し、表示できても、観測者の動きに対して各画像を生成
する遅れ時間があれば、違和感を生じ、仮想空間との一
体感が得られない。
The need for high-speed computer graphics has been described above, but even if the computer graphics are real-time, there are some inconveniences depending on the application. In the realistic communication, a virtual space is artificially created by computer graphics, and various interactions with the virtual space occur at intervals actually present in the virtual space. In this case, what is required is not only high speed, but also the property of changing the image on the screen in synchronization with the movement of the observer. However, in computer graphics, the time to generate images always remains, so even if it is possible to generate and display several tens of images per second, if there is a delay time to generate each image with respect to the observer's motion. , I feel uncomfortable and cannot get a sense of unity with the virtual space.

さらに、人の視力特性は、後述するように注視点近傍で
は高いが、その周辺では大きく低下する。これは、眼球
の光軸から外れた網膜部分では焦点が合わないという眼
本来の性質がその1つの理由である。したがって、人工
的に画像を生成表示する場合には、網膜に写る画像が実
空間を見たときに近くなるように、スクリーン画像を生
成する必要がある。つまり、臨場感表示の観点からはス
クリーン全体を一様のアルゴリズムで高精細に表示する
のは必ずしも適切でない。
Further, human visual acuity characteristics are high in the vicinity of the gazing point, as will be described later, but greatly deteriorate in the vicinity thereof. One of the reasons for this is the original nature of the eye that the retina portion that is off the optical axis of the eyeball is out of focus. Therefore, in the case of artificially generating and displaying an image, it is necessary to generate a screen image so that the image reflected on the retina becomes closer to the real space. That is, it is not always appropriate to display the entire screen in high definition with a uniform algorithm from the viewpoint of realistic display.

それゆえに、この発明の主たる目的は、知的符号化通信
や立体視コンピュータグラフィックスに必要なリアルタ
イムで精度の高いコンピュータグラフィックス表示を、
計算量を大幅に少なくすることにより実現し得る視線追
従形高速画像生成表示方法を提供することである。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a highly accurate real-time computer graphics display necessary for intelligent coded communication and stereoscopic computer graphics.
It is an object of the present invention to provide a gaze-following high-speed image generation and display method that can be realized by significantly reducing the amount of calculation.

この発明の他の目的は、運動視を実現するコンピュータ
グラフィックスなどにおいて画像を生成してから表示す
るまでの時間遅れを少なくし、違和感のない自然な表示
を実現し得る視線追従形高速画像生成表示方法を提供す
ることである。
Another object of the present invention is to generate a line-of-sight-tracking high-speed image capable of reducing the time delay between the generation of an image and the display of the image in computer graphics or the like that realizes motion vision, and realizing a natural display without discomfort. It is to provide a display method.

さらに、この発明のさらに他の目的は、網膜に写る画像
が実空間を見たときに近くなるように、スクリーン画像
を生成することにより、実空間を見たときと同じような
感覚の画像を実現し得る視線追従形高速画像生成表示方
法を提供することである。
Still another object of the present invention is to generate a screen image so that the image captured on the retina becomes close to that when the real space is viewed, so that an image having the same feeling as when the real space is viewed is obtained. It is to provide a gaze-following high-speed image generation and display method that can be realized.

[課題を解決するための手段] 第1請求項に係る発明は、立体構造を持つ対象を二次元
画面に投影して表示する視線追従形高速画像生成表示方
法であって、立体構造を持つ対象の構造面は、ツリー構
造により粗から精へ階層度によって階層的に記述されて
おり、任意の視点から見たときの対象の構造面の二次元
画面への投影に際して、利用者の視線がその対象の構成
面と最初に交差する空間注視点を検出し、その空間注視
点からの距離を少なくとも1つのパラメータとして、そ
の距離内にある対象の構成面の階層度を選択するように
構成したものである。
[Means for Solving the Problems] The invention according to claim 1 is a gaze-following high-speed image generation and display method for projecting and displaying an object having a three-dimensional structure on a two-dimensional screen, the object having a three-dimensional structure. The structure surface of the is described hierarchically from the coarse to the fine by the tree structure, and when projecting the target structure surface from the arbitrary viewpoint onto the two-dimensional screen, the line of sight of the user is A configuration in which a spatial gazing point that first intersects with a target constituent surface is detected, and the distance from the spatial gazing point is used as at least one parameter, and the hierarchical degree of the target constituent surface within that distance is selected. Is.

第5請求項に係る発明は、立体構造を持つ対象を二次元
画面に投影して表示する視線追従形高速画像生成表示方
法であって、立体構造を持つ対象の構造面はツリー構造
により粗から精へ階層度によって階層的に記述されてお
り、任意の視点から見たときのその対象の構造面の二次
元画面への投影に際して、利用者の視線を検出し、その
視線から垂直方向の距離を少なくとも1つのパラメータ
として、その距離内にある対象の構成面の階層度を選択
するように構成したものである。
The invention according to claim 5 is a gaze-following high-speed image generation and display method for projecting and displaying an object having a three-dimensional structure on a two-dimensional screen, wherein the structural surface of the object having the three-dimensional structure is rough due to a tree structure. It is described hierarchically by the degree of hierarchy, and when projecting the structural surface of the target from an arbitrary viewpoint onto the two-dimensional screen, it detects the user's line of sight and the vertical distance from that line of sight. Is used as at least one parameter, and the hierarchical level of the target component surface within the distance is selected.

より好ましくは、第1または第5請求項に係る発明に加
えて、第2または第6請求項に係る発明は、表示基準座
標系原点または視点から対象座標系で表わされるその対
象の任意の点までの距離を第2のパラメータとして階層
度を選択するように構成される。
More preferably, in addition to the invention according to the first or fifth aspect, the invention according to the second or sixth aspect is the display reference coordinate system origin or an arbitrary point of the object represented in the object coordinate system from the viewpoint. It is configured to select the hierarchy degree with the distance to as the second parameter.

さらに、より好ましくは、第3または第7請求項に係る
発明は、左右の眼の光学系主点近傍を視点とし、その点
から見た投影画像が生成される。
Still more preferably, in the invention according to the third or seventh aspect, the vicinity of the principal points of the optical systems of the left and right eyes is set as a viewpoint, and a projection image viewed from that point is generated.

第4,第8請求項に係る発明は、第1および第5請求項に
係る発明に加えて、視線と二次元画面とが交わる点を注
視点とし、その注視点の位置を起点として、その周辺に
高域遮断フィルタをかけて表示するように構成される。
In addition to the inventions according to claims 1 and 5, the inventions according to claims 4 and 8 have a point of interest at the point where the line of sight intersects with the two-dimensional screen, and the position of the point of interest as a starting point, It is configured to display by applying a high-frequency cutoff filter to the periphery.

さらに、第9請求項に係る発明は、第1請求項〜第8請
求項に係る発明において、利用者の視線の軌跡から、次
の視線方向または注視点を予測し、その結果に基づい
て、次に二次元投影面に投影する画像を予め生成し、表
示のために用意する。
Furthermore, the invention according to claim 9 is, in the invention according to claim 1 to claim 8, predicts the next gaze direction or gazing point from the trajectory of the gaze of the user, and based on the result, Next, an image to be projected on the two-dimensional projection surface is generated in advance and prepared for display.

[作用] 第1請求項に係る発明は、人の眼の視力が注視している
点では高く、その周辺では急激に低下する特性を利用し
て、表示対象を領域の大きさ、すなわちスケールを1つ
のパラメータとして階層的にモデリングし、表示対象の
注視部分は細かなモデリング階層まで表示し、注視部分
から外れた周辺視に対応する表示部対象部分は粗いモデ
リング階層で表示することにより、周辺視部分の計算量
を減らして高速化を図る。
[Operation] The invention according to the first claim uses the characteristic that the visual acuity of the human eye is high at the point of gaze and sharply decreases in the vicinity thereof, and the display target is set to the size of the area, that is, the scale. By modeling hierarchically as one parameter, the gaze portion of the display target is displayed up to the fine modeling hierarchy, and the target portion of the display unit corresponding to the peripheral vision deviated from the gaze portion is displayed in the rough modeling hierarchy. Reduce the calculation amount of the part to speed up.

第5請求項に係る発明は、利用者の視線を検出し、その
視線から垂直方向の距離を少なくとも1つパラメータと
してその距離内にある対象の構成面の階層度を選択する
ことにより、立体視コンピュータグラフィック画像を高
速,高品質で生成する。
According to a fifth aspect of the present invention, a stereoscopic vision is obtained by detecting the line of sight of the user and selecting the hierarchical level of the target component surface within that distance with at least one vertical distance from the line of sight as a parameter. Generates computer graphic images at high speed and high quality.

第2および第6請求項に係る発明は、対象が表示基準座
標系原点または視点の近くにある場合は、細かなモデリ
ング階層まで表示し、遠くにある場合は、粗いモデリン
グ階層で表示することにより、遠くの物体について計算
量を減らし、高速化を図るという第2の特徴を第1およ
び第5請求項に係る発明と組合せたものであり、表示基
準座標系原点または視点からは遠く、かつ周辺視に対応
する部分については大幅に計算量を減らし、高速化を図
る。
In the inventions according to the second and sixth claims, when the object is near the origin of the display reference coordinate system or the viewpoint, up to the fine modeling hierarchy is displayed, and when it is far away, the coarse modeling hierarchy is displayed. The second feature of reducing the calculation amount for a distant object and increasing the speed is combined with the inventions according to the first and fifth claims, and is far from the origin of the display reference coordinate system or the viewpoint, and the periphery. For the parts corresponding to the eyes, the amount of calculation is greatly reduced and the speed is increased.

第3および第7請求項に係る発明は、観測者の眼の光学
系主点近傍を視点として、その点から見た投影画像を生
成する。
The inventions according to the third and seventh claims generate a projection image viewed from the viewpoint of the vicinity of the principal point of the optical system of the observer's eye as the viewpoint.

第4および第8請求項に係る発明は、注視点の位置を起
点として、その周辺に高域遮断フィルタをかけて表示す
ることにより、周辺視に対応する表示対象の各部分を粗
いモデリング階層で表示することによる不自然さを補償
する。粗いモデリング階層で表示すると、スクリーン投
影画像において、表示対象の構成面と構成面との間は不
連続性が多くなり、この部分に高い周波数成分が発生す
るが、周辺部分には高域遮断フィルタをかけることによ
り、この違和感を感じさせる成分を除去できる。
The invention according to claims 4 and 8 uses the position of the gazing point as a starting point and displays a high-frequency cutoff filter around the gazing point, thereby displaying each part of the display target corresponding to peripheral vision in a rough modeling hierarchy. Compensate for unnaturalness caused by displaying. When displayed in a rough modeling hierarchy, in the screen projection image, there are many discontinuities between the constituent surfaces to be displayed, and high frequency components are generated in this area, but the high-frequency cutoff filter exists in the peripheral area. By applying, it is possible to remove the component that makes the user feel uncomfortable.

第9請求項に係る発明は、利用者の視線の軌跡から次の
視線方向または注視点を予測し、その結果に基づいて、
次に二次元投影面に投影する画像を予め生成して、表示
のために用意する。
The invention according to claim 9 predicts the next gaze direction or gazing point from the trajectory of the gaze of the user, and based on the result,
Next, an image to be projected on the two-dimensional projection surface is generated in advance and prepared for display.

[発明の実施例] 第1図はこの発明の原理を示す図であり、第2図は第1
図に示した表示対象の階層的なモデリングを示す図であ
る。
[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention, and FIG.
It is a figure which shows the hierarchical modeling of the display object shown in the figure.

第1図を参照して、この発明の原理について説明する。
表示装置のスクリーンS1は、その原点O(w)を基準と
して表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z(w)で表
わされる。なお、表示基準座標系X(w)−Y(w)−
Z(w)は以下に示す他の座標系の基準となる座標系
で、第1図におけるスクリーンS1とは異なる別なところ
に設けてもよい。表示対象obj1,obj2は、第23図に示し
た従来例と比べて構造データの待ち分が異なっている。
The principle of the present invention will be described with reference to FIG.
The screen S1 of the display device is represented by a display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w) with the origin O (w) as a reference. The display reference coordinate system X (w) -Y (w)-
Z (w) is a coordinate system that serves as a reference for other coordinate systems shown below, and may be provided in a different place from the screen S1 in FIG. The display objects obj1 and obj2 differ from the conventional example shown in FIG.

すなわち、第2図に示すように、表示対象は複数の構造
点Piとその構造点P1の集合により作られる構造面(第2
図においては、4つの構造点により囲まれる面として定
義される)などにより記述される。また、各構造点は対
象座標系X(obj)−Y(obj)−Z(obj)により表わ
される。第2図での階層の設定は、各構造点間の距離ま
たは構造面の大きさが所定の大きさを越えるごとに構造
点の数を減らしていき、(a)〜(d)に示すように、
全体で4段階の階層としている。このような構造点とそ
の点を結ぶ線分により表わされるデータ構造をワイヤフ
レーム構造と呼ぶことにする。
That is, as shown in FIG. 2, the display target is a structure surface (second structure) made up of a plurality of structure points Pi and the structure points P1.
In the figure, it is defined as a surface surrounded by four structural points). Each structural point is represented by the target coordinate system X (obj) -Y (obj) -Z (obj). In setting the hierarchy in FIG. 2, the number of structure points is reduced each time the distance between the structure points or the size of the structure surface exceeds a predetermined size, as shown in (a) to (d). To
There are four levels of hierarchy. A data structure represented by such structure points and a line segment connecting the points will be referred to as a wireframe structure.

ベクトルVO1,VO2はそれぞれ表示基準座標系X(w)−
Y(w)−Z(w)の原点O(w)から表示対象obj1,o
bj2の対象座標系原点obj1,obj2のベクトルである。第1
図において、スクリーンS1の観察者である利用者2は両
眼eye1,eye2によって表示対象obj1,obj2を見る。視線10
はスクリーンS1と点epで交わる。この点epをスクリーン
注視点と呼ぶ。X(e)−Y(e)−Z(e),X′
(e)−Y′(e)−Z′(e)は視点座標系であり、
eo1はO′(e)とスクリーン注視点epとを結ぶ線分が
表示対象と交わる点である。構造点Pi(obj)は第2図
に示す粗い階層の表示対象モデルにおける特徴点であ
る。
Vectors VO1 and VO2 are displayed reference coordinate system X (w)-
Display target obj1, o from origin O (w) of Y (w) -Z (w)
It is a vector of the origin obj1, obj2 of the target coordinate system of bj2. First
In the figure, a user 2 who is an observer of the screen S1 views the display objects obj1 and obj2 with both eyes eye1 and eye2. Line of sight 10
Intersects screen S1 at point ep. This point ep is called the screen gazing point. X (e) -Y (e) -Z (e), X '
(E) -Y '(e) -Z' (e) is the viewpoint coordinate system,
eo1 is the point where the line segment connecting O '(e) and the screen gazing point ep intersects the display target. The structure points Pi (obj) are feature points in the display target model of the rough hierarchy shown in FIG.

ここで、視線10は眼球の特徴点を2台のカメラで捕え、
このカメラ撮像面の位置情報からステレオ画像計測する
ことにより、その位置を表示対象座標系で求めることが
できる。特徴点としては、瞳孔中心,または表示対象座
標系で既知な点に設定した光源が角膜で反射したときに
作る角膜反射象などを用いることがある。その詳細は、
特徴点抽出については、本願発明者等による「画像撮影
装置」(特願平1−181387(特開平02−224637号)を用
い、瞳孔の位置計測については、「視線検出方式」(特
願平1−296900(特公平03−051407号公報))を用いる
ことによって可能になる。また、第1図におけるeo1点
またはその近傍の特徴点(たとえばPi(obj))は、従
来例で述べたPi点をスクリーンS1に透視投影変換する手
法の逆変換で求めることができる。
Here, the line of sight 10 captures the feature point of the eyeball with two cameras,
By measuring the stereo image from the position information of the camera image pickup surface, the position can be obtained in the display target coordinate system. As the characteristic point, a corneal reflection image created when the light source set at a known point in the pupil center or the display target coordinate system is reflected by the cornea may be used. The details are
An “image capturing device” (Japanese Patent Application No. 1-181387 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-224637) by the inventors of the present application is used for feature point extraction, and a “gaze detection method” (Japanese Patent Application No. 1-296900 (Japanese Patent Publication No. 03-051407), the characteristic point (eg, Pi (obj)) at or near eo1 point in FIG. The point can be obtained by the inverse transformation of the method of performing perspective projection transformation on the screen S1.

第3図および第4図はスクリーン注視点ep(s)に対応
するモデル上の点を求める方法を説明するための図であ
る。
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams for explaining a method of obtaining a point on the model corresponding to the screen gazing point ep (s).

第3図および第4図では、発明の簡略化のために、Z
(w)軸上の視点o(e)がある場合を示してある。表
示対象は第2図に示したような物体であり、スクリーン
注視点ep(s)に対応する対象の位置を求めるには、高
速化を図るため粗いモデリング階層を行なう。第2図
(d)に示した対象を第3図の対象objとしている。各
構成点Pi(w)の正規透視変換点をpi(np)とする。粗
いモデルであれば、この変換は高速に可能である。なお
正規透視変換点pi(np)のスクリーンS1(ABCD)への平
行投影点をξi(s)とする。
In FIG. 3 and FIG. 4, in order to simplify the invention, Z
The case where there is a viewpoint o (e) on the (w) axis is shown. The display target is an object as shown in FIG. 2, and in order to obtain the position of the target corresponding to the screen gazing point ep (s), a rough modeling hierarchy is performed for speeding up. The target shown in FIG. 2 (d) is the target obj of FIG. The normal perspective transformation point of each constituent point Pi (w) is pi (np). With a coarse model, this conversion is possible fast. The parallel projection point of the normal perspective transformation point pi (np) on the screen S1 (ABCD) is ξi (s).

ここで、第4図に示すようにスクリーン注視点ep(s)
がわかると、この点から出発し、Z(np)軸に平行な探
索線20上を探索し、探索線20が正規投影された対象と交
わる点を求めることができる。正規投影された対象30の
構成点301〜303などが正規透視座標系X(np)−Y(n
p)−Z(np)で与えられていれば、構成面301と交わる
点eh(np)を求めることは簡単である。
Here, as shown in FIG. 4, the screen gazing point ep (s)
From this point, it is possible to search on the search line 20 parallel to the Z (np) axis and find the point where the search line 20 intersects the normally projected object. Constituent points 301 to 303 and the like of the object 30 that are orthographically projected are the normal perspective coordinate system X (np) -Y (n
If it is given by p) −Z (np), it is easy to find the point eh (np) that intersects the constituent surface 301.

また、構成面が与えられていない場合でも、第4図に示
すように、探索線20上にΔSをとり、この面を線上に走
査し、その面内に最初に入る構造点pi(np)を求めるこ
ともできる。ここで、点eh(np)pi(np)を表示基準座
標系X(w)−Y(w)−Z(w)に逆変換すれば、ス
クリーン注視点ep(s)に対応する空間注視点eo(w)
またはこの近傍にあるPi(w)を求めることができる。
Further, even if the constituent plane is not given, as shown in FIG. 4, ΔS is taken on the search line 20, this plane is scanned on the line, and the structural point pi (np) that first enters in the plane. You can also ask. Here, if the point eh (np) pi (np) is inversely transformed into the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w), the spatial gazing point corresponding to the screen gazing point ep (s) eo (w)
Alternatively, Pi (w) in the vicinity can be obtained.

なお、Pi(w)については、スクリーン注視点ep(s)
から少し離れた対応点である。細かい階層のモデルを使
わない理由は、第3図の実施例の探索では、表示対象の
正規透視座標変換データが既にあることを前提としてい
るため、細かいモデリング階層を用いることは速度の点
で矛盾するためである。しかし、この発明の一実施例で
は、毎秒数枚〜数十枚を表示する場合を考えており、こ
のような速度では、時間的に連続した2つのモデル間に
は変化が少ないと考えられる。
For Pi (w), the screen gazing point ep (s)
It is a corresponding point a little away from. The reason why the model of the fine hierarchy is not used is that the search of the embodiment shown in FIG. 3 is based on the assumption that there is already the normal perspective coordinate transformation data to be displayed. Therefore, the use of the fine modeling hierarchy is inconsistent in terms of speed. This is because However, in one embodiment of the present invention, the case of displaying several to several tens of sheets per second is considered, and at such a speed, it is considered that there is little change between two models that are temporally continuous.

また、次に表示されるすぐ前の画像を生成するためのモ
デリング情報およびこの正規透視変換データは既に存在
している。そこで、この1つ前のデータを用いて探索す
れば、スクリーン注視点ep(s)に対応する表示対象位
置を精度良く求めることも可能である。このようにし
て、スクリーン注視点ep(s)に対応する空間注視点eo
(w)またはこの近傍の位置を求めることは可能であ
る。
Also, the modeling information for generating the immediately preceding image to be displayed next and this normal perspective transformation data already exist. Therefore, if a search is performed using the immediately preceding data, it is possible to accurately obtain the display target position corresponding to the screen gazing point ep (s). In this way, the spatial gazing point eo corresponding to the screen gazing point ep (s)
It is possible to obtain the position of (w) or this vicinity.

なお、この発明における空間注視点eo(w)の近傍と
は、視線の近くにあり、注視していると判断される対象
の構成点,構成面あるいはその対象座標系原点などとす
る。以上の探索は、簡単な理論演算と座標変換演算であ
り、ハードウェア化が可能である。
The vicinity of the spatial gazing point eo (w) in the present invention is near the line of sight, and is defined as a constituent point of a target which is determined to be gazing, a constituent surface, or an origin of the target coordinate system. The above search is a simple theoretical calculation and coordinate conversion calculation, and can be implemented in hardware.

第5図はモデルの階層を選択する方法を説明するための
図である。第5図を参照して、表示基準座標系原点O
(w)または視点O′(e)から対象座標系の原点への
ベクトルVO1またはVO2の絶対値、すなわち、距離がO
(w)を中心とする所定の距離(Th1またはTh2)内にあ
るか否かにより、モデルの階層を選択する。対象obj1に
ついては、距離Th1の内側であり、第2図(b)に示す
階層が選択され、obj2については距離Th2の内側であ
り、第2図(c)に示す階層が選択される。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of selecting a model hierarchy. Referring to FIG. 5, the display reference coordinate system origin O
(W) or the viewpoint O ′ (e) to the origin of the target coordinate system, the absolute value of the vector VO1 or VO2, that is, the distance is O
The model hierarchy is selected depending on whether or not it is within a predetermined distance (Th1 or Th2) centered on (w). The target obj1 is inside the distance Th1 and the hierarchy shown in FIG. 2 (b) is selected, and the target obj2 is inside the distance Th2 and the hierarchy shown in FIG. 2 (c) is selected.

次に、空間注視点位置(第5図では2つの例を示してい
る。)を考え、それぞれをeo1,eo2とし、この点のまわ
りに所定の半径STh1,STh2の球を仮定する。なお、第5
図に示した例は、第1図に示したeo1とPi(obj)が重な
った場合を考える。半径STh1の内側については、1段階
さらに細かい階層のモデルを用いる。半径STh2の外側に
ついては、第5図には示していないが、1段階粗い階層
モデルに変更する。すなわち、対象obj1については、半
径STh1の中を第2図(a)に示すモデルに変え、対象ob
j2については半径STh1の中を第2図(b)に示すモデル
に変える。以上のようにして、O(w)から近くは相対
的に細かく、遠くは粗く、また空間注視点eo(w)の近
傍では相対的に細かく、周辺では相対的に粗くモデリン
グした対象が用意される。該モデルの各構成点を従来の
方法でスクリーンS1に投影変換すれば表示画像が得られ
る。
Next, consider the spatial gazing point positions (two examples are shown in FIG. 5), assume eo1 and eo2, respectively, and assume spheres with predetermined radii STh1 and STh2 around these points. The fifth
In the example shown in the figure, consider a case where eo1 and Pi (obj) shown in FIG. 1 overlap. For the inside of the radius STh1, a model of one level finer is used. Although not shown in FIG. 5, the outside of the radius STh2 is changed to a one-step coarse hierarchical model. That is, for the target obj1, the model in the radius STh1 is changed to the model shown in FIG.
Regarding j2, the radius STh1 is changed to the model shown in FIG. 2 (b). As described above, a modeling object is prepared which is relatively fine near O (w), coarse in the distance, relatively fine in the vicinity of the spatial gazing point eo (w), and relatively coarse in the periphery. It A projected image can be obtained by projecting and converting each constituent point of the model onto the screen S1 by a conventional method.

第6図はこの発明の他の例におけるモデルの階層を選択
する方法を説明するための図である。第6図を参照し
て、eo1,eo2は中間注視点の位置であり、Thiはeo1を中
心とする半径であって、O(w)から対象座標系原点ま
での距離di(Viの絶対値)の関数である。該関数はdi
小さい場合、半径Thiを大きくし、距離diが大きい場
合、半径Thiを小さくするように作用する。第6図に示
した例では、空間注視点の位置eo1のまわりのThi-1は空
間注視点eo2の半径Thi-2より大きい。半径Th1の中で
は、第2図(a)が選択され、半径Th1からTh2の間では
第2図(b)が選択され、半径Th2からTh3の間では第2
図(c)が選択され、半径Th3からTh4の間では第2図
(d)が選択される。以上のように、空間注視点eo
(w)を中心として精細度が段階的に異なるモデルが得
られる。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of selecting a model hierarchy in another example of the present invention. Referring to FIG. 6, eo1 and eo2 are the positions of the intermediate gazing points, Thi is the radius centered on eo1, and the distance d i (V i of the target coordinate system origin from O (w) It is a function of absolute value. The function acts to increase the radius Th i when d i is small and to decrease the radius Th i when the distance d i is large. In the example shown in FIG. 6, Th i-1 around the position eo1 of the spatial gazing point is larger than the radius Th i-2 of the spatial gazing point eo2. In the radius Th1, FIG. 2 (a) is selected, in the radius Th1 to Th2, FIG. 2 (b) is selected, and in the radius Th2 to Th3, the second.
FIG. 2C is selected, and FIG. 2D is selected between the radii Th3 and Th4. As described above, the spatial gazing point eo
It is possible to obtain a model in which the definition is gradually changed centering on (w).

なお、前述の第1図,第5図および第6図に示した例で
は、表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z(w)の原
点O(w)を起点として、対象座標系の任意の点までの
距離をパラメータとしたが、視点原点(O(e)または
O′(e)など)を起点としてもよい。この場合表示対
象は動かなくても視点が動いた場合、その都度階層度を
変更する手数はあるが、対象の細部を認識する人の視力
特性が視点からの距離に大きく依存することを考慮する
と、より合理的な階層度選択ができるといえる。
In the example shown in FIG. 1, FIG. 5 and FIG. 6 described above, the origin O (w) of the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z (w) is used as the starting point. Although the distance to an arbitrary point in the coordinate system is used as a parameter, the viewpoint origin (O (e) or O ′ (e), etc.) may be used as the starting point. In this case, if the viewpoint moves without moving the display object, there is a lot of trouble to change the hierarchy level each time, but considering that the visual acuity characteristics of the person who recognizes the details of the object greatly depend on the distance from the viewpoint. It can be said that a more reasonable hierarchy level can be selected.

また、後述のように、両眼立体視コンピュータグラフィ
ックスなどでは、表示対象がスクリーンS1の手前に表示
される場合もあるが、このような場合は、第1図に示し
たように、O(w)からの距離をパラメータとすると、
視点O(e)の近くにある物体にもかかわらず、スクリ
ーンS1のすぐ後(奥)にある物体より、粗い階層が選択
されるという不合理も生ずることになる。したがって、
計算の複雑さがあるが、視点から対象座標系の原点まで
の距離をパラメータとする方法も有効である。
Further, as will be described later, in binocular stereoscopic computer graphics and the like, the display target may be displayed in front of the screen S1, but in such a case, as shown in FIG. w) as a parameter,
Even if the object is near the viewpoint O (e), an irrational situation will occur in which a coarser hierarchy is selected than an object immediately behind (inside) the screen S1. Therefore,
Although the calculation is complicated, it is also effective to use the distance from the viewpoint to the origin of the target coordinate system as a parameter.

第7図は2次および3次のBezier曲面を示す図である。
第7図(a)に示した例は2次と3次(n=2,3)の場
合であり、次式で表わされる。
FIG. 7 is a diagram showing quadratic and cubic Bezier curved surfaces.
The example shown in FIG. 7 (a) is the case of the second order and the third order (n = 2,3) and is expressed by the following equation.

R(t:3)=(1−t+tE)nP0 Bezier曲線はt=0のとき、POの制御点から出発し、t
=1のとき、終りの制御点(n=2の場合はP2,n=3の
場合はP3)に到達する。曲線はこの間を制御点の近くを
滑らかに連結する。制御点の数を増やすことは、次数を
増やすことに相当し、曲線の表現力が増す。
R (t: 3) = ( 1-t + tE) n P 0 Bezier curve when t = 0, starting from the control points P O, t
When = 1, the end control point (P 2 when n = 2 , P 3 when n = 3 ) is reached. The curves connect smoothly between them near the control points. Increasing the number of control points corresponds to increasing the degree, and the expressiveness of the curve increases.

Bizier曲面はBezier曲線の積の形で次式のように表わさ
れる。
The Bizier surface is expressed by the following equation in the form of the product of Bezier curves.

S(u:m,v:n)=(1−u+uE)(1−V+vF)nPO0 (0≦u≦1) (0≦v≦1) E,Fはシフト演算子であり、EPij=Pi+1,j、FPij=P
i,j+1の作用をなす。
S (u: m, v: n) = (1-u + uE) m (1-V + vF) n P O0 (0 ≦ u ≦ 1) (0 ≦ v ≦ 1) E and F are shift operators, and EP ij = P i + 1, j , FP ij = P
It acts as i, j + 1 .

第7図(c),(d)は、2次,3次のBezier曲面を示
す。3次の場合、POOからP33まで16個の制御点を用意し
ておくことにより、この間を滑らかに結ぶ自由曲面が生
成される。
FIGS. 7C and 7D show quadratic and cubic Bezier curved surfaces. In the case of the third order, by preparing 16 control points from P OO to P 33 , a free-form surface smoothly connecting these is generated.

このように、部分領域を適応的に決め、この領域を記述
するに十分な制御点を選択すれば、細かい滑らかな表面
をもつ面となる。一方、部分領域を大きくとり、制御点
の数を少なくすれば、粗い表面の面となる。以上、部分
領域の中の制御点の数をパラメータとして階層化する例
を示した。
In this way, if a partial area is adaptively determined and control points sufficient to describe this area are selected, a surface having a fine smooth surface is obtained. On the other hand, if the partial area is made large and the number of control points is reduced, the surface becomes rough. So far, an example has been shown in which the number of control points in the partial area is hierarchized as a parameter.

さらに、前述のBezier曲面式では、構造点は制御点とu,
vの値の取り方により決まる。そこで、所定の制御点を
決めておき、u,vがとる間隔を階層パラメータとしても
よい。すなわち、第7図(d)において、制御点が16個
で一定としても、u,vの間隔Δの決め方によって構成面
は粗にも密にもなる。間隔Δを小さくすれば該構成面は
第7図(d)よりさらに分割され、小さな構成面が多く
生ずる。このように、Δをパラメータとして領域の大き
さを階層化することもできる。
Furthermore, in the above Bezier surface equation, the structural points are control points and u,
It depends on how to take the value of v. Therefore, a predetermined control point may be determined, and the interval taken by u and v may be used as the hierarchical parameter. That is, in FIG. 7 (d), even if the number of control points is constant at 16 points, the configuration surface becomes coarse or dense depending on how to determine the interval Δ between u and v. If the interval Δ is reduced, the constituent surface is further divided from that shown in FIG. 7D, and many small constituent surfaces are produced. In this way, the size of the area can be hierarchized using Δ as a parameter.

次にスクリーンへの表示の方法としては、第1図に示す
ように、ワイヤフレームを透視投影した点と線を表示
する単純な方法の他に、構造面には色データを用意し
ておき、表示の際に色づけする。各構造面にはテクス
チャマップと呼ばれる絵柄をデータとして用意してお
き、この絵柄を構造面の方向、位置によって回転,移
動,縮小,拡大などの処理を施してスクリーン上に表示
する。表示基準座標系において、所定の所に光源を仮
定し、視点からみた各構成面の該光による陰影を構成面
ごとに計算して表示することなどが可能である。
Next, as the method of displaying on the screen, as shown in FIG. 1, in addition to the simple method of displaying the points and lines obtained by perspective projection of the wire frame, color data is prepared on the structural surface, Colored when displayed. A pattern called a texture map is prepared as data on each structure surface, and the pattern is rotated, moved, reduced, enlarged, or the like according to the direction and position of the structure surface and displayed on the screen. In the display reference coordinate system, it is possible to assume a light source at a predetermined place, calculate the shadow of each component surface from the viewpoint by the light, and display it.

一例として等身大の人物石膏像をBezier曲面でモデル化
する場合について説明する。この石膏像を細部までわか
るようにモデル化するためには、制御点の数は約5000必
要であった。すなわち、この5000個の制御点を第7図
(d)に示すように、4×4の制御点のかたまりに分割
し、さらに、この4×4の制御点で決まる部分領域内を
u,vの値を選ぶことにより10分割して細分化する。この
ようにして、50万個の構造点による構造面が形成され
る。この程度分割して表示面を作ると、細部まで細かく
認識できる画像が得られる。
As an example, a case of modeling a life-sized person plaster image with Bezier curved surfaces will be described. In order to model this plaster image in detail, the number of control points was about 5000. That is, the 5000 control points are divided into a group of 4 × 4 control points as shown in FIG. 7 (d), and the partial area determined by the 4 × 4 control points is further divided.
By selecting the values of u and v, it is divided into 10 parts. In this way, a structural surface is formed by 500,000 structural points. When the display surface is created by dividing the image into such parts, an image in which details can be recognized in detail can be obtained.

一方、人物が否かが判別できる程度であれば、制御点は
数10〜100程度でよく、さらにu,vも数分割でよい。つま
り、100程度の構造点で表現できる。このように、人物
程度の対象でも表示する環境,必要性により100〜数100
0倍のデータ量の差がある。つまり、階層化は、領域の
大きさに関して、多様に選択可能である。
On the other hand, if it is possible to determine whether or not a person is present, the control points may be about several tens to 100, and u and v may be divided into several. In other words, it can be expressed with about 100 structural points. In this way, 100 to several hundreds depending on the environment and need to display objects such as people.
There is a 0-fold difference in the amount of data. That is, hierarchization can be variously selected with respect to the size of the area.

第8図はこの発明のさらに他の例であって、視点を観測
者の眼球光学主点に示した例を示す図である。光学主点
は瞳孔または虹彩の中心位置で近似することができ、そ
の位置および視線方向は表示基準座標系で前述のように
わかるものとする。第8図において、表示対象obj11、o
bj12、obj13、obj14は第2図の階層を持つ同一大きさの
モデリング物体であり、O(obj12)はobj12の原点であ
り、elはスクリーン注視点ep(s)と視点O(e)を結
ぶ線分(すなわち視線)であり、d3,d4,d5,d6は線分el
から各対象物体obj11〜obj14の対象座標系原点(たとえ
ばO(obj12))までの距離であり、V12は視点O(e)
からO(obj12)へのベクトルであり、221,222は線分el
上でそれぞれO(obj11),O(obj13)に最も近い点であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing still another example of the present invention, in which the viewpoint is shown at the eyeball optical principal point of the observer. The optical principal point can be approximated by the center position of the pupil or iris, and its position and the line-of-sight direction are known in the display reference coordinate system as described above. In FIG. 8, display objects obj11, o
bj12, obj13, and obj14 are modeling objects of the same size having the hierarchy shown in FIG. 2, O (obj12) is the origin of obj12, and el connects the screen gazing point ep (s) and the viewpoint O (e). Line segment (that is, line of sight), and d3, d4, d5, d6 are line segments el
To the target coordinate system origin of each target object obj11 to obj14 (for example, O (obj12)), and V12 is the viewpoint O (e).
To O (obj12), 221,222 is the line segment el
These are the points closest to O (obj11) and O (obj13), respectively.

各表示対象の対象座標系および視線がともに表示基準座
標系で表わされるため、上述の各距離を求めることは可
能である。このように、第8図では、表示対象obj11,ob
j12は相対的に視点O(e)の近くにあり、表示対象obj
13,obj14は遠くにある。また、表示対象obj11,obj13は
線分elの近くにあり、表示対象obj12,obj14は線分elか
ら離れて位置する。モデルの階層選択法について例を示
す。
Since both the target coordinate system and the line of sight of each display target are represented by the display reference coordinate system, it is possible to obtain each of the above distances. Thus, in FIG. 8, the display target obj11, ob
j12 is relatively close to the viewpoint O (e), and the display target obj
13, obj14 is far away. The display objects obj11 and obj13 are near the line segment el, and the display objects obj12 and obj14 are located away from the line segment el. An example is given for the model hierarchy selection method.

ベクトルV12の絶対値を距離d12とし、1つのパラメータ
とする。また、線分elから対象obj12の原点O(obj12)
までの距離d5を2つ目のパラメータとし、f(d12,d5)
なる関数の値によってモデルの階層を選択する。fは距
離d12またはd5の値が小さいほど小さくなる。したがっ
て、対象座標系が視点の近くにありかつ線分elに近い対
象obj11では第2図(b)に示す階層が選択され、視点
から遠くて線分elからも遠い対象obj14では第2図
(d)に示す階層が選択される。また、視点からの距離
と線分elからの距離のいずれかが近く、他方が遠い対象
obj12,obj13では第2図(c)に示す階層が選択され
る。
The absolute value of the vector V12 is set as the distance d12 and is set as one parameter. Also, the origin O of the target obj12 from the line segment el (obj12)
F (d12, d5) with the distance d5 to the second parameter
Select the model hierarchy according to the value of the function. f becomes smaller as the value of the distance d12 or d5 becomes smaller. Therefore, the hierarchy shown in FIG. 2B is selected for the object obj11 whose target coordinate system is close to the viewpoint and close to the line segment el, and the hierarchy shown in FIG. 2B is selected for the object obj14 far from the viewpoint and far from the line segment el. The hierarchy shown in d) is selected. Also, either the distance from the viewpoint or the distance from the line segment el is short and the other is far.
For obj12 and obj13, the hierarchy shown in FIG. 2 (c) is selected.

また、第8図において、視点O(e)から221または222
までの距離を1つのパラメータとし、距離d5を第2のパ
ラメータとしてfなる関数を作ってもよい。
Further, in FIG. 8, 221 or 222 from the viewpoint O (e).
A function f may be created with the distance to as one parameter and the distance d5 as the second parameter.

第8図では、線分elから対象座標系の原点までの距離d
3,d4,d5,d6をパラメータに用いたが、該パラメータは原
点である必要はなく、たとえば第9図に示すように、各
構成面の位置が、その面の中心位置などに与えられてい
る場合には、この距離をパラメータとして用いることも
できる。第9図では、線分251は線分elの近くにあるた
め、対応する面300は第2図(b)に示す階層でモデル
化され、線分252,253は線分elからやや離れているた
め、第2図(c)に示す階層のモデルが選択される。
In Fig. 8, the distance d from the line segment el to the origin of the target coordinate system
Although 3, d4, d5, d6 are used as parameters, the parameters do not have to be the origin, and for example, as shown in FIG. 9, the position of each component surface is given to the center position of the surface or the like. If so, this distance can also be used as a parameter. In FIG. 9, since the line segment 251 is near the line segment el, the corresponding surface 300 is modeled in the hierarchy shown in FIG. 2B, and the line segments 252 and 253 are slightly separated from the line segment el. , The model of the hierarchy shown in FIG. 2 (c) is selected.

さらに、表示対象は複数の構造物で構成されており、本
体に対応する主対象座標系と該本体の一部または付属物
に対応する副対象座標系を持つものでもよい。この場
合、副対象座標系原点と線分elとの距離をパラメータに
用いることができるのは当然である。
Further, the display target may be composed of a plurality of structures and may have a main target coordinate system corresponding to the main body and a sub target coordinate system corresponding to a part of the main body or an accessory. In this case, it is natural that the distance between the origin of the sub target coordinate system and the line segment el can be used as a parameter.

第10図は人間の眼が平面の場合の一点を注視したときの
その周辺の視力を測定し、注視点からの偏角と相対視力
との関係を示す図である。第10図においては、横軸は注
視点からの偏角であり、縦軸は注視点の視力で正規化し
た相対視力である。第10図に示した2本の曲線は、指標
提示時間により視力特性が変化することを示したもので
ある。毎秒30枚程度の速度で表示する動画では、この2
本の曲線の範囲に入ると考えられる。長く提示した方が
視力特性が良いことがわかるが、ともに周辺で視力が大
きく低下することがわかる。この理由は、視線の方向か
ら外れた周辺の視覚対象は光学的に網膜上に結像せず、
ぼけを生じていること、および視線方向の網膜中心窩か
ら外れた網膜部分では分解能が低いためである。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the declination from the gazing point and the relative visual acuity by measuring the visual acuity around a point when the human eye is gazing when the eye is flat. In FIG. 10, the horizontal axis represents the deviation angle from the gazing point, and the vertical axis represents the relative visual acuity normalized by the visual acuity of the gazing point. The two curves shown in FIG. 10 show that the visual acuity characteristics change depending on the index presentation time. In the video displayed at a speed of about 30 sheets per second, this 2
It is considered to fall within the curve of the book. It can be seen that the longer the presentation, the better the visual acuity characteristics, but both the visual acuity is greatly reduced in the periphery. The reason for this is that the peripheral visual object deviating from the direction of the line of sight does not optically form an image on the retina,
This is because blurring is occurring and the resolving power is low in the part of the retina deviated from the fovea of the retina in the gaze direction.

さらに、奥行に変化がある対象を捕えるときは、輻輳を
変え、水晶体を調節してピントを合わせる。つまり、視
線が対象の方向を向いていても、ピントがあっていなけ
ればやはりぼけが生じることは日常経験することであ
る。以上のことから、実空間ではっきり見えている部分
は視線と調節が制御されているごくわずかな部分といえ
る。その他の部分は大きなぼけを生じている。このよう
な状況を踏まえ、人が見ている空間をコンピュータグラ
フィックスで生成するにあたり、スクリーン注視点に
対する空間注視点を検出し、その点からの距離を1つの
パラメータとして、視線からその対象の任意の点(た
とえば対象座標系原点)までの距離を1つのパラメータ
として、該モデル構成面の精細度に重みづけするのは計
算量を減らす点から合理的と言える。また、本来ピント
が合わず、ぼけが生じている個所について、精細に表示
するのは、現実と異なるため、違和感を生じかねない。
ぼけのある画像を提示した方が実際に近い場合がある。
このように、この発明の方法は単に処理を高速にするだ
けでなく、臨場感を実現するにも効果がある。
Furthermore, when capturing an object with a change in depth, the convergence is changed and the crystalline lens is adjusted to focus. In other words, it is a daily experience that even if the line of sight is directed toward the target, blurring still occurs unless it is in focus. From the above, it can be said that the part that is clearly visible in the real space is a very small part where the line of sight and accommodation are controlled. Other parts have a large blur. Based on such a situation, when generating the space viewed by a person by computer graphics, the space gazing point with respect to the screen gazing point is detected, and the distance from that point is used as one parameter to determine the target from the line of sight. It can be said that it is rational from the viewpoint of reducing the amount of calculation to weight the precision of the model constituting surface using the distance to the point (for example, the origin of the target coordinate system) as one parameter. In addition, since it is different from the actual situation to display finely the portion where the focus is originally out of focus and the blur is generated, a feeling of strangeness may occur.
In some cases, it may be more realistic to present a blurred image.
As described above, the method of the present invention is effective not only in increasing the processing speed but also in realizing a sense of reality.

第11図はこの発明のさらに他の例を示す図である。第11
図を参照して、表示対象objで各構成点および構成面デ
ータは、該表示対象objの対象座標系と表示基準座標系
の関係が既知であれば、表示基準座標系X(w)−Y
(w)−Z(w)で表わすことができる2つの視点O
(e)l,O(e)rはそれぞれ観察者の左右眼球光学系
の視点に対応する。視点の位置および視線の方向は前述
のステレオ画像計測法などにより、表示基準座標系で求
めることができる。左右の眼の視線がわかると、2つの
視線が交わる点が、該観測者が注意している対象位置で
ある。視線の計測精度によってはこの点は誤差を含む
が、第8図に示した視点と注視点を結ぶ線分(第11図で
は視線に等しい)の近くにある対象を求める方法を、左
右の眼の視線について行なえば、注視している対象を同
定することは第8図の場合より容易である。
FIG. 11 is a diagram showing still another example of the present invention. 11th
Referring to the drawing, if the relationship between the target coordinate system of the display object obj and the display reference coordinate system is known, the display reference coordinate system X (w) -Y is set for each constituent point and constituent surface data.
Two viewpoints O that can be represented by (w) -Z (w)
(E) l and O (e) r respectively correspond to the viewpoints of the left and right eyeball optical systems of the observer. The position of the viewpoint and the direction of the line of sight can be obtained in the display reference coordinate system by the above-mentioned stereo image measuring method or the like. When the sight lines of the left and right eyes are known, the point where the two sight lines intersect is the target position that the observer is paying attention to. Although this point may include an error depending on the measurement accuracy of the line of sight, the method of finding the object near the line segment (equal to the line of sight in FIG. 11) connecting the viewpoint and the gazing point shown in FIG. 8 is easier than the case of FIG. 8.

この空間注視点(またはこの近傍)をeoとする。空間注
視点eoのまわりに半径Thの球を仮定し、その球内は第2
図(b)に示した階層でモデル化され、球の外は第2図
(d)の階層でモデル化される。左右の像h−obj
(L),h−obj(R)はそれぞれスクリーン上に投影さ
れる。この例において、2つの視点O(e)L,O(e)
Rおよび視線は観測者の動きに応じて常に変化するた
め、この変化をリアルタイムで検出し、左右の像h−ob
j(L),h−obj(R)を同様にリアルタイムで再生して
表示する。これにより、観測者は頭を動かして表示対象
objを左右,上下など様々な方向から見ることができ
る。また、このとき2つの像はh−obj(L),h−obj
(R)は視差情報を持っているため、観測者は対象obj
を立体的に比較できる。
This space gazing point (or its vicinity) is eo. A sphere of radius Th is assumed around the space gazing point eo, and the inside of the sphere is the second
It is modeled in the hierarchy shown in FIG. 2B, and the outside of the sphere is modeled in the hierarchy shown in FIG. 2D. Left and right images h-obj
(L) and h-obj (R) are projected on the screen. In this example, two viewpoints O (e) L, O (e)
Since R and the line of sight constantly change according to the movement of the observer, this change is detected in real time and the left and right images h-ob
Similarly, j (L) and h-obj (R) are reproduced and displayed in real time. This allows the observer to move their head and display
You can see obj from various directions such as left and right, up and down. At this time, the two images are h-obj (L), h-obj
Since (R) has disparity information, the observer is the target obj
Can be compared three-dimensionally.

さらに、対象objがスクリーンS1の手前に来たと仮定し
たような画像を作ることもできる。この方法では、表示
の遅れが許されない。つまり、観測者の眼を視点として
いるため、その動きに同期して画像を生成して表示しな
ければ違和感を生ずる。許される遅れは、1〜2/30秒程
度と考えられる。したがって、高速性に有利なこの発明
の方法が効果的に作用する。
Furthermore, it is possible to create an image that assumes that the target obj has come in front of the screen S1. This method does not allow display delays. In other words, since the observer's eyes are the viewpoint, a sense of discomfort occurs unless an image is generated and displayed in synchronization with the movement. The permissible delay is considered to be about 1-2 / 30 seconds. Therefore, the method of the present invention, which is advantageous for high speed, works effectively.

なお、この実施例では、生成した画像を表示するため
に、両眼立体視差装置を用いることができる。この装置
の具体例については、本願発明者等による「立体表示装
置」(特願平2−18051)などが可能である。この装置
の構成は、表示面にレンチキュラーレンズと称される蒲
鉾状レンズシートを設け、その各レンズの背面に焦点を
挾んで両側に右眼用の画素,左眼用の画素を配置したも
のである。すなわち、2つの画素が1組として1つの蒲
鉾レンズに対向して配置される。2つの画素から出る光
はそのレンズにより空間的に分離され、観測者の左右の
眼に別々に入射する。このようにして、特別な装置を装
着することなく立体視が可能となる。
In this embodiment, a binocular stereoscopic parallax device can be used to display the generated image. As a specific example of this device, a “stereoscopic display device” (Japanese Patent Application No. 2-18051) by the inventors of the present application is possible. The structure of this device is that a lens-shaped lens sheet called a lenticular lens is provided on the display surface, and a pixel for the right eye and a pixel for the left eye are arranged on both sides with the focus behind the lens. is there. That is, two pixels are arranged as a set so as to face one Kamaboko lens. The light emitted from the two pixels is spatially separated by the lens and separately enters the left and right eyes of the observer. In this way, stereoscopic viewing is possible without mounting a special device.

第12図はこの発明のさらに他の例を示す図であって、観
測者の動きに対する遅れをさらに少なくした例である。
第12図を参照して、表示対象obj1,obj2は第2図に示し
たモデル物体であり、表示基準座標系X(w)−Y
(w)−Z(w)で表わされる。視点かつ眼球の視点O
(e)は瞳孔または虹彩の中心位置で近似される。視線
e1(1),e1(0)は眼球の回転に伴って変化する。瞳
孔位置および視線は表示基準座標系X(w)−Y(w)
−Z(w)で表わされる。空間注視点eoは視線延長上に
ある。視線から表示対象obj1までの距離はd(−1),d
(0)で表わされる。
FIG. 12 is a diagram showing still another example of the present invention, in which the delay with respect to the movement of the observer is further reduced.
With reference to FIG. 12, the display objects obj1 and obj2 are the model objects shown in FIG. 2, and the display reference coordinate system X (w) −Y
It is represented by (w) -Z (w). Viewpoint and eyepoint O
(E) is approximated by the center position of the pupil or iris. Line of sight
e1 (1) and e1 (0) change with the rotation of the eyeball. The pupil position and the line of sight are displayed in the reference coordinate system X (w) -Y (w).
It is represented by -Z (w). The space gazing point eo is on the line of sight extension. The distance from the line of sight to the display target obj1 is d (-1), d
It is represented by (0).

第12図では、毎秒10〜30枚程度の画像が生成表示される
場合を示しており、したがって、(0),(−1),
(+1)の各点は100〜3msec程度の間隔である。現在
(0),1つ前の状態(−1)における階層は以下のよう
に選択される。第8図で述べた視線から対象までの距離
がパラメータの1つとして用いられる。(−1)では、
表示対象obj2は視点から離れているが、視線上にあるた
め、第2図(c)に示す階層が選択される。表示対象ob
j1は視点の近くにあるが、視点から少し離れているた
め、同様にして第2図(c)に示した階層が選択され
る。このようにして、h−obj1(−1),h−obj2(−
1)が生成されて表示される。また、(0)では表示対
象obj2は変わらないが、表示対象obj1は視線からさらに
離れるため、第2図(d)に示した階層が選択される。
このようにして、h−obj1(0),h−obj2(0)が生成
されて表示される。
FIG. 12 shows a case where about 10 to 30 images are generated and displayed per second, and therefore (0), (-1),
Each point of (+1) has an interval of about 100 to 3 msec. The hierarchy in the current state (0) and the immediately preceding state (-1) is selected as follows. The distance from the line of sight to the object described in FIG. 8 is used as one of the parameters. In (-1),
Although the display object obj2 is far from the viewpoint, but is on the line of sight, the hierarchy shown in FIG. 2 (c) is selected. Display object ob
Although j1 is near the viewpoint, but is slightly away from the viewpoint, the hierarchy shown in FIG. 2C is selected in the same manner. In this way, h-obj1 (-1), h-obj2 (-
1) is generated and displayed. In addition, in (0), the display target obj2 does not change, but the display target obj1 is further away from the line of sight, and thus the hierarchy shown in FIG. 2D is selected.
In this way, h-obj1 (0) and h-obj2 (0) are generated and displayed.

次に、視線の動きを予測した表示について説明する。眼
球の運動には大きく分けて、動く指標を追跡する際の滑
らかな随従運動,興味ある対象を探索する際などに見ら
れる跳躍運動とがある。随従運動では停止した指標を見
る際に比べて、視力の低下は少ない。一方、跳躍運動で
は、注視点が移動した直後は、一時、視力が大きく低下
する。第12図は空間注視点を注視ながら頭を動かしてい
る状態を示しているが、このようなときの視線の動きは
滑らかであり、軌跡から次の画像を表示する時刻におけ
る視線表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z(w)で
求めることは容易である。すなわち、O(e)(−i)
〜O(e)(O),el(−i)〜el(O)からO(e)
(+1),el(+1)を外挿により求めることは可能で
ある。そこで、O(e)(+1)から見た対象の透視投
影画像h−obj1(+1),h−obj2(+1)を予め生成
し、(+1)の時刻に表示する。
Next, the display in which the movement of the line of sight is predicted will be described. Eye movements are roughly classified into smooth following movements when tracking moving indices and jumping movements that are seen when searching for an object of interest. In the follow-up exercise, the visual acuity decreases less than when the stopped index is seen. On the other hand, in the jumping motion, the visual acuity deteriorates temporarily immediately after the gazing point moves. Figure 12 shows the state of moving the head while gazing at the spatial gazing point, but the movement of the gaze at such a time is smooth, and the gaze display reference coordinate system at the time when the next image is displayed from the locus. It is easy to obtain X (w) -Y (w) -Z (w). That is, O (e) (-i)
~ O (e) (O), el (-i) ~ el (O) to O (e)
It is possible to obtain (+1), el (+1) by extrapolation. Therefore, the perspective projection images h-obj1 (+1), h-obj2 (+1) of the object viewed from O (e) (+ 1) are generated in advance and displayed at the time (+1).

またこの実施例の場合には、(−1),(0)の時刻に
おける空間注視点がeoであり、変化していないため、
(+1)においても取り敢えず同じ点を注視していると
仮定してh−obj1(+1),h−obj2(+1)を生成して
おくことも可能である。このとき、観測者はobj2に関心
があると推定することも可能であるため、モデムの階層
を(0)の場合より1つ上げ、第2図(b)に示す階層
とすることもできる。このように、注視対象を同定し、
その対象を適応的に細かい階層で表示することも可能で
ある。また、注視対象の同定には、表示対象の位置関
係,対象の意味,観測者の注視対象の遷移,など様々な
知識を併用することができる。
Further, in the case of this embodiment, the spatial gazing point at the times of (-1) and (0) is eo, which does not change.
It is also possible to generate h-obj1 (+1) and h-obj2 (+1) on the assumption that the same point is focused on even at (+1). At this time, the observer can also presume that he is interested in obj2. Therefore, the hierarchy of the modem can be increased by one from the case of (0) to the hierarchy shown in FIG. 2 (b). In this way, identify the gaze target,
It is also possible to adaptively display the target in a fine hierarchy. Further, for the identification of the gaze target, various knowledge such as the positional relationship of the display target, the meaning of the target, and the transition of the gaze target of the observer can be used together.

この発明による方法は、視線が滑らかな動きのときは予
測しにくいため問題は少ないが、跳躍運動が混入する
と、予想が外れるため、一見不合理と感じられる。しか
し、以下のような理由で問題ない。すなわち、前述のご
とく、視力は視線の動きと密接であり、跳躍運動の後は
視力が低下し、回復するのに200msec以上の時間を必要
とする。したがって、仮に予測した視点が間違っている
場合でも、表示された画像について、観測者の視力は大
きく低下しているため違和感は少ない。視力が回復する
までに、正しい瞳孔位置および視線を検出し、その点か
ら透視投影画像を生成表示すればよい。
The method according to the present invention is less problematic because it is difficult to predict when the line of sight is a smooth motion, but when jumping motion is mixed, the prediction is disappointing, which seems irrational at first glance. However, there is no problem for the following reasons. That is, as described above, the visual acuity is closely related to the movement of the line of sight, the visual acuity decreases after the jumping motion, and it takes more than 200 msec to recover. Therefore, even if the predicted viewpoint is wrong, the observer's eyesight in the displayed image is greatly reduced, so that there is little discomfort. It is only necessary to detect the correct pupil position and line of sight and generate and display the perspective projection image from that point before the visual acuity is restored.

ところで、上述の実施例では、スクリーン注視点ep
(s)の近傍(中心視部)では細かい階層のモデルが選
択され、周辺視部では粗い階層のモデルが選択されて表
示される。このとき、周辺視にあたる部分では構造面が
大きくなるため、構造面間に境界ができたり、中心視部
との連続性が崩れたりすることなどが考えられる。この
ような不連続面は、空間周波数が高いため、周辺視で知
覚されやすく違和感を生ずることがある。そこで、この
ような違和感を解消するために、スクリーン注視点ep
(s)の周辺に高しきい遮断フィルタを被せることによ
り画像をぼかす方法が考えられる。
By the way, in the above embodiment, the screen gazing point ep
A model of a fine hierarchy is selected in the vicinity of (s) (central view part), and a model of a coarse hierarchy is selected and displayed in the peripheral view part. At this time, since the structure surface becomes large in the portion corresponding to the peripheral vision, it is conceivable that a boundary is formed between the structure surfaces or the continuity with the central vision portion is broken. Since such a discontinuous surface has a high spatial frequency, it may be easily perceived by peripheral vision, which may cause discomfort. Therefore, in order to eliminate such discomfort, the screen gazing point ep
A method of blurring the image by covering the area around (s) with a high threshold cutoff filter is considered.

第13図はスクリーン注視点の周辺に被せられる高しきい
遮断フィルタを示す図である。第13図を参照して、スク
リーン注視点ep(s)の周辺14゜以内ではフィルタなし
(6.6cpdの原画像がそのまま表示される)とされ、14〜
20゜の領域では4.5cpd,20゜以上では1.0cpdとしている
(なお、cpdとは視野角1゜中に表示可能な空間周波数
数である)。このフィルタはハードウェア構成でき、ス
クリーン注視点ep(s)の動きに追従してリアルタイム
で表示画像に作用させることが可能である。このフィル
タの設計では中心視部と周辺視部の解像度差および中心
視部の視野角などをどの程度にするかが課題である。
FIG. 13 is a diagram showing a high-threshold cutoff filter which is put around the gazing point of the screen. Referring to FIG. 13, no filter is set (the original image of 6.6 cpd is displayed as it is) within 14 ° around the screen gazing point ep (s).
It is set to 4.5 cpd in the 20 ° region and 1.0 cpd in the 20 ° or more region (note that cpd is the number of spatial frequencies that can be displayed within a 1 ° viewing angle). This filter can be configured by hardware and can follow the movement of the screen gazing point ep (s) and act on the display image in real time. In designing this filter, how to set the difference in resolution between the central vision portion and the peripheral vision portion and the viewing angle of the central vision portion is an issue.

第14図は第13図に示したフィルタをカメラで捕えた原画
像に施した結果を示す図である。この第14図から明らか
なように、第13図に示した視野角区分を持ち、周辺視部
の解像度をパラメータとしたフィルタをカメラで捕える
と、周辺の画像の最大空間周波数cpdが3.0以上で原画像
と区別できないことがわかる。したがって中心視部を14
〜20゜としたフィルタにおいては、周辺の最大空間周波
数を3cpd程度まで下げることが可能である。このような
フィルタを用いることにより、構造面の不連続性により
違和感は低減される。
FIG. 14 is a diagram showing a result of applying the filter shown in FIG. 13 to an original image captured by a camera. As can be seen from FIG. 14, when the camera has the viewing angle division shown in FIG. 13 and the filter with the resolution of the peripheral vision part as a parameter, the maximum spatial frequency cpd of the peripheral image is 3.0 or more. It can be seen that it cannot be distinguished from the original image. Therefore, the central part
The maximum spatial frequency of the surroundings can be lowered to about 3cpd in the filter set to -20 °. By using such a filter, the discomfort is reduced due to the discontinuity of the structural surface.

第15図はこの発明の一実施例の概略ブロック図である。
この第15図に示した実施例では、視点が眼球であり、移
動する場合であって、説明の簡略化のために表示対象を
表示基準座標系で静止しているものとする。なお、第15
図に示した太い実線部分が従来にない新規な手段であ
る。
FIG. 15 is a schematic block diagram of an embodiment of the present invention.
In the embodiment shown in FIG. 15, it is assumed that the viewpoint is the eyeball and the eyeball is moving, and the display target is stationary in the display reference coordinate system for simplification of description. The 15th
The thick solid line portion shown in the figure is a novel means that has not been found in the past.

第15図を参照して、視点および視線検出手段10は表示基
準座標系で眼球の視点および視線を検出する。対象座標
系設定手段20は表示基準座標系で表示対象の原点位置と
回転角(角度)を指定する。距離計算手段30は視点およ
び視線検出手段10の検出出力,対象座標系設定手段20で
指定された原点位置および回転角に応じて、視点から対
象座標系原点までの距離を計算する。距離計算手段40は
第15図に示していないもう1つの目の視線データを併用
して、すなわち両方の視線が交わる点を空間注視点とし
て求めたり、または片目の視線であっても視線の近傍に
ある対象座標系の原点をみつけ、その原点をもって空間
注視点としたり、あるいは対象座標系の原点から視線に
降ろした垂線の距離を計算する。
Referring to FIG. 15, the viewpoint and line-of-sight detection means 10 detects the viewpoint and line-of-sight of the eyeball in the display reference coordinate system. The target coordinate system setting means 20 specifies the origin position and rotation angle (angle) of the display target in the display reference coordinate system. The distance calculation means 30 calculates the distance from the viewpoint to the origin of the target coordinate system according to the detection output of the viewpoint and line-of-sight detection means 10, the origin position and the rotation angle designated by the target coordinate system setting means 20. The distance calculating means 40 also uses line-of-sight data of another eye not shown in FIG. 15, that is, obtains a point where both lines of sight intersect as a space gazing point, or even the line of sight of one eye is near the line of sight. Find the origin of the target coordinate system in, and use that origin as the space gazing point, or calculate the distance of the perpendicular drawn from the origin of the target coordinate system to the line of sight.

3次元階層化データベース80には表示対象物体の構成面
の領域の大きを1つのパラメータとして階層的に記述さ
れている。構成点/構成面生成手段50は表示基準座標系
で指定された位置に対象の3次元モデルを生成する。す
なわち、生成手段50は距離計測手段30によって求められ
た視点から対象原点までの距離,距離計算手段40によっ
て求められた空間注視点から対象構成面までの距離,対
象原点から視線までの距離などをパラメータとし、この
パラメータの値を基準値と比較して対象の構成面の階層
を決定し、3次元階層化データベース80からのデータを
受取って、表示基準座標系において3次元モデルを生成
する。なお、第15図の点線で囲まれた部分は上述のパラ
メータを用いて階層度を決定する処理手段101を構成し
ている。
In the three-dimensional hierarchical database 80, the size of the area of the constituent surface of the display target object is hierarchically described as one parameter. The component point / component surface generating means 50 generates a target three-dimensional model at a position designated by the display reference coordinate system. That is, the generation unit 50 calculates the distance from the viewpoint obtained by the distance measurement unit 30 to the target origin, the distance from the spatial gazing point obtained by the distance calculation unit 40 to the target constituent surface, the distance from the target origin to the line of sight, and the like. As a parameter, the value of this parameter is compared with a reference value to determine the hierarchy of the target component surface, receive data from the three-dimensional hierarchical database 80, and generate a three-dimensional model in the display reference coordinate system. The portion surrounded by the dotted line in FIG. 15 constitutes processing means 101 for determining the hierarchy level using the above-mentioned parameters.

透視投影変換手段60は視点位置と上述の3次元モデルを
入力として、表示対象を2次元スクリーン画面に透視投
影する。表示画像生成手段70は3次元階層化データベー
ス80に対して物体の指定,構成面の指定,階層の指定を
行なうことによって得られる構成面データを参照しなが
ら、対象の構成面に着色などの模様づけをする。高域遮
断フィルタ手段90はスクリーン注視点の周辺視域に被せ
る高域空間周波数を遮断する。表示手段100はレンチキ
ュラースクリーンなどが用いられ、対象物体を表示す
る。
The perspective projection conversion means 60 receives the viewpoint position and the above-described three-dimensional model, and perspective-projects the display target on a two-dimensional screen screen. The display image generation means 70 refers to the component plane data obtained by designating the object, the component plane, and the layer in the three-dimensional hierarchical database 80, and the pattern such as coloring on the target component plane. Make a mark. The high frequency cut-off filter means 90 cuts off the high spatial frequency overlaid on the peripheral visual field of the gazing point of the screen. A lenticular screen or the like is used as the display unit 100 to display the target object.

第16図および第17図はこの発明の一実施例の動作を説明
するためのフロー図である。
16 and 17 are flow charts for explaining the operation of the embodiment of the present invention.

次に、第15図〜第17図を参照して、この発明の一実施例
の具体的な動作について説明する。今、前述の第8図を
例として、表示基準座標系X(w)−Y(w)−Z
(w)において、対象obj11〜obj14が所定のところにあ
るように見える画像をスクリーンS1に生成することを考
える。なお、視点の位置は瞳孔位置とし、視点は動くも
のとする。また、対象は説明の簡略化のために表示基準
座標系において静止しており、対象の3次元構造データ
は第2図に示したように、対象座標系で記述されてお
り、かつ構成面は領域の大きさはパラメータとして階層
化されている。
Next, the specific operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Now, referring to FIG. 8 described above as an example, the display reference coordinate system X (w) -Y (w) -Z
In (w), consider generating an image on the screen S1 in which the objects obj11 to obj14 appear to be at predetermined positions. The position of the viewpoint is the pupil position, and the viewpoint is moving. Further, the object is stationary in the display reference coordinate system for simplification of description, the three-dimensional structure data of the object is described in the object coordinate system as shown in FIG. The size of the area is hierarchized as a parameter.

まず、ステップ(図示ではSPと略称する)SP1におい
て、対象座標系設定手段20によって対象座標系原点の位
置ベクトルVobj-i=(Xobj-i,Yobj-i,Zobj-i)と対象座
標系の回転角Robj-i=(αobj-iobj-iobj-i)と
が設定されて処理手段101に与えられる。ステップSP2に
おいて、視点および視線検出手段によって検出された視
点位置Voe=(Xoe,Yoe,Xoe)は処理手段101に与えられ
る。ステップSP3において距離計算手段30は視点および
視線検出手段10から与えられるその時刻における視点位
置ベクトルVoe読取り、対象座標系原点の位置ベクトルV
obj-iと視点位置ベクトルVoeとを用いて、2点間の距離
dis1obj-i=|Vobj-i−Voe|を演算する。処理手段40はス
テップSP4において、第8図のd3〜d6に示す視線から対
象座標原点までの距離dis2obj-iを求める。次に、生成
手段50は距離計算手段30によって求められたパラメータ
dis1obj-iと処理手段40によって求められたパラメータd
is2obj-iとを用いて、次の演算を行なう。
First, in step (abbreviated as SP in the figure) SP1, the target coordinate system setting means 20 sets the position vector V obj-i of the target coordinate system origin = (X obj-i , Y obj-i , Z obj-i ). The rotation angle R obj-i = (α obj-i , β obj-i , γ obj-i ) of the target coordinate system is set and given to the processing means 101. In step SP2, the viewpoint and the viewpoint position Voe = (Xoe, Yoe, Xoe) detected by the viewpoint and line-of-sight detecting means are given to the processing means 101. In step SP3, the distance calculating means 30 reads the viewpoint position vector Voe given from the viewpoint and line-of-sight detecting means 10 at that time, and the position vector V of the origin of the target coordinate system.
distance between two points using obj-i and viewpoint position vector Voe
dis1 obj-i = | V obj-i −Voe | is calculated. In step SP4, the processing means 40 obtains the distance dis2 obj-i from the line of sight indicated by d3 to d6 in FIG. 8 to the target coordinate origin. Next, the generation means 50 uses the parameters calculated by the distance calculation means 30.
parameter d obtained by dis1 obj-i and processing means 40
The following operation is performed using is2 obj-i .

dis3obj-i=f(dis1obj-i,dis2obj-i) =A・dis1obj-i+B・dis2obj-i 上述の式はパラメータdis3obj-iの最も簡単な作成例で
ある。なお、A,Bはここでは定数である。なお、人の視
力特性を考慮するなどして、さらに複雑な式を作成して
もよい。
dis3 obj-i = f (dis1 obj-i , dis2 obj-i ) = A.dis1 obj-i + B.dis2 obj-i The above formula is the simplest example of creating the parameter dis3 obj-i . A and B are constants here. It should be noted that a more complicated formula may be created in consideration of human visual acuity characteristics.

次に、第17図に示すステップSP6において処理手段101は
パラメータdis3obj-iと基準値Th3とを比較し、パラメー
タdis3obj-iが基準値Th3よりも大きければ、すなわち第
8図の対象obj14のように遠くにありかつ視線から離れ
ていれば、ステップSP7において、3次元階層化データ
ベース80から第2図(d)に示すような階層度の低いモ
デルを選択し、ステップSP8において、対象座標系原点
の位置ベクトルVobj-iの位置に、対象座標系の回転角R
obj-iの角度で3次元モデルを生成する。
Then, the processing means 101 in step SP6 shown in FIG. 17 compares the parameters dis3 obj-i and the reference value Th3, greater than the reference value Th3 parameter dis3 obj-i, i.e. the subject of Figure 8 obj14 Is far and away from the line of sight, the model with a low hierarchical level as shown in FIG. 2 (d) is selected from the three-dimensional hierarchical database 80 in step SP7, and the target coordinates are selected in step SP8. At the position of the position vector V obj-i of the system origin, the rotation angle R of the target coordinate system
Generate a 3D model at the angle of obj-i .

処理手段101はステップSP6においてパラメータdis3
obj-iが基準値Th3よりも小さいことを判別し、さらにス
テップSP9において基準値Th2よりも大きいことを判別し
たとき、すなわち第8図に示す対象obj12,obj13のよう
な場合には、ステップSP10において第2図(c)に示し
た階層モデルを3次元階層化データベース80から選択す
る。しかし、処理手段101がステップSP9においてパラメ
ータdis3obj-iが基準値Th2よりも小さいことを判別する
と、ステップSP12において、第2図(b)に示す階層モ
デル、すなわち第8図に示すような対象obj14のモデル
を選択する。
The processing means 101 uses the parameter dis3 in step SP6.
When it is determined that obj-i is smaller than the reference value Th3, and further it is determined that it is larger than the reference value Th2 in step SP9, that is, in the case of the objects obj12 and obj13 shown in FIG. 8, step SP10 At (3), the hierarchical model shown in FIG. 2C is selected from the three-dimensional hierarchical database 80. However, when the processing means 101 determines in step SP9 that the parameter dis3 obj-i is smaller than the reference value Th2, in step SP12 the hierarchical model shown in FIG. 2 (b), that is, the target as shown in FIG. Select the model of obj14.

上述のようにして、処理手段101は3次元階層化データ
ベース80から全ての対象(1〜i)についてモデルデー
タの読取を行なう。透視投影変換手段60はステップSP14
において、その対象の透視投影変換画像hobj-11,h
obj-12,hobj-13,hobj-14を生成する。ステップSP15にお
いて、表示画像生成手段70は3次元階層化データベース
80に蓄積された各構成面模様データを読取り、2次元画
面の対象構成面に模様づけする。さらに、高域遮断フィ
ルタ手段90はスクリーン注視点の周辺視域に被せる高域
空間周波数を遮断し、表示手段100はステップSP16にお
いて生成された対象画像を表示する。
As described above, the processing means 101 reads model data for all the objects (1 to i) from the three-dimensional hierarchical database 80. The perspective projection conversion means 60 is step SP14.
, The perspective projection transformed image h obj-11 , h
obj-12 , h obj-13 , h obj-14 is generated. In step SP15, the display image generation means 70 is a three-dimensional hierarchical database.
Each constituent surface pattern data accumulated in 80 is read, and the target constituent surface of the two-dimensional screen is patterned. Further, the high frequency cutoff filter means 90 cuts off the high frequency spatial frequency overlaid on the peripheral visual area of the screen gazing point, and the display means 100 displays the target image generated in step SP16.

第18図はこの発明の他の実施例の動作を説明するための
フロー図であり、視点から各対象座標系原点までの距離
を第1のパラメータとし、視線から各対象座標系原点ま
での距離を比較し、それに最も近い対象原点を空間注視
点として推定し、この点からの距離を第2のパラメータ
として用いる例であって、ステップSP1〜SP4は第16図と
同じであり、ステップSP21〜SP23の処理が行なわれる点
が第16図と異なる。ステップSP4において、第8図のd3
〜d6に示す視線から対象座標原点までの距離disobj-i
求めた後、ステップSP21において距離dis2obj-iの中で
最も小さいobj−minを探し、その対象原点を空間注視点
として推定する。第8図で説明すると、ステップSP22に
おいて、obj11の原点を仮に空間注視点とし、この点か
ら他の対象obj12,obj13,obj14の原点までの距離dis4
obj-iを計算する。距離計算手段40は、そのパラメータd
is1obj-iとdis4obj-iを用いて、次式の演算を行なう。
FIG. 18 is a flow chart for explaining the operation of another embodiment of the present invention, in which the distance from the line of sight to the origin of each target coordinate system is used as the first parameter with the distance from the viewpoint to the origin of each target coordinate system. Is compared, and the closest target origin is estimated as the spatial gazing point, and the distance from this point is used as the second parameter. Steps SP1 to SP4 are the same as those in FIG. It differs from FIG. 16 in that the processing of SP23 is performed. At step SP4, d3 in FIG.
~ After finding the distance dis obj-i from the line of sight to the target coordinate origin shown in d6, in step SP21 find the smallest obj-min in the distance dis2 obj-i , and estimate the target origin as the spatial gazing point . Explaining in FIG. 8, in step SP22, the origin of obj11 is temporarily set as the space gazing point, and the distance dis4 from this point to the origin of other objects obj12, obj13, and obj14.
Calculate obj-i . The distance calculation means 40 has its parameter d
Using is1 obj-i and dis4 obj-i , the following formula is calculated.

dis3obj-i=f(dis1obj-i)・g(dis4obj-i) =C・dis1obj-i・dis4obj-i) 上述の式はパラメータdis3obj-i最も簡単な作成例であ
る。Cはここでは定数としている。以下、第17図に示し
たステップSP6ないしSP16の処理が行なわれている。な
お、この実施例においても、人の視力特性を考慮するな
どして、さらに複雑な式を作成してもよい。
dis3 obj-i = f (dis1 obj-i ) .g (dis4 obj-i ) = C.dis1 obj- i.dis4 obj-i ) The above expression is the simplest example of creating the parameter dis3 obj-i . C is a constant here. Hereinafter, the processing of steps SP6 to SP16 shown in FIG. 17 is performed. It should be noted that in this embodiment as well, a more complicated formula may be created in consideration of human visual acuity characteristics.

第19図はこの発明の他の実施例を示す概略ブロック図で
ある。この実施例は、構成面の階層度を選択するための
パラメータの作成において、対象座標系の原点だけでな
く、対象構成面を利用できるように拡張したものであっ
て、以下の点を除いて前述の第15図と同じである。すな
わち、処理手段102は上位階層生成手段21と距離計算手
段31と41とを含む。上位階層生成手段21は表示基準座標
系から見て、対象座標系が設定される位置に該対象の概
略構成すなわち階層度の粗い(上位階層)構成面を生成
する。階層度が上位であるため、この処理は高速に行な
うことが可能である。距離計算手段31は視点から概略構
成面の基点例えば面の中央までの距離を計算する。距離
計算手段41は、視線が概略構成面と交差する点を空間注
視点とし、またはこの近傍の構成面の基点を計算した
り、あるいは概略構成面の基点などから視線に降ろした
垂線の距離を計算する。構成点/構成面生成手段50は、
対象の3次元モデルを生成するものであり、の場合空
間注視点からの距離をパラメータとして基準値Thと比較
しながら、3次元階層化データベース80の中から適当な
階層度のデータを取込み、対象の構成点/構成面を生成
する。の場合には、視線に降ろした垂線の距離をパラ
メータとして、基準値Thと比較しながら3次元階層化デ
ータベース80の中から適当な階層度のデータを取込み、
対象の構成点/構成面を生成する。なお、この実施例に
おいては、第15図に示した高域遮断フィルタ手段90が省
略されている。
FIG. 19 is a schematic block diagram showing another embodiment of the present invention. This example is an extension to use not only the origin of the target coordinate system but also the target configuration surface in the creation of the parameter for selecting the hierarchical level of the configuration surface, except for the following points. This is the same as FIG. 15 described above. That is, the processing means 102 includes the upper layer generation means 21 and the distance calculation means 31 and 41. The upper layer generating means 21 generates a schematic configuration of the target, that is, a configuration layer having a rough hierarchical level (upper layer) at a position where the target coordinate system is set, as viewed from the display reference coordinate system. This process can be performed at high speed because the hierarchical level is high. The distance calculation means 31 calculates the distance from the viewpoint to the base point of the roughly configured surface, for example, the center of the surface. The distance calculation means 41 uses a point at which the line of sight intersects the rough constituent plane as a space gazing point, or calculates the base point of the neighboring constituent surface, or calculates the distance of a perpendicular line dropped from the base point of the rough constituent surface to the sight line. calculate. The component point / component surface generating means 50 is
This is for generating a three-dimensional model of the target. In the case of, data of an appropriate hierarchical level is fetched from the three-dimensional hierarchical database 80 while comparing the distance from the spatial gazing point with the reference value Th and Generate the constituent points / surfaces of. In the case of, the data of an appropriate hierarchy degree is fetched from the three-dimensional hierarchal database 80 while comparing with the reference value Th using the distance of the perpendicular drawn to the line of sight as a parameter,
Generate the constituent points / component planes of interest. In this embodiment, the high frequency cutoff filter means 90 shown in FIG. 15 is omitted.

第20図はこの発明の応用例を示す図である。この第20図
に示した例は、コンピュータグラフィックス画像を臨場
感豊かに観測できるようにしたものである。視点は瞳孔
または虹彩の中心位置に対応している。この視点または
視線は図示しない視線検出装置によって視点検出1が行
なわれるとともに、図示しない検出装置によって手の位
置および形状の検出2が行なわれる。これらのデータは
意図理解処理部3に与えられて解析され、観測者の注視
している対象および次に行なおうとしている作業などが
推定される。この情報をもとにして、三次元形状データ
ベース4を参照しつつ三次元モデル世界6の更新5が行
なわれ、三次元モデル世界6が高速で生成され、実時間
立体コンピュータグラフィックスによって画像生成7が
行なわれ、スクリーン8に投影変換され、実時間でスク
リーンに表示される。
FIG. 20 is a diagram showing an application example of the present invention. The example shown in FIG. 20 is one that enables computer graphics images to be observed with a high degree of realism. The viewpoint corresponds to the center position of the pupil or iris. With respect to this viewpoint or line of sight, viewpoint detection 1 is performed by a sight line detection device (not shown), and position 2 and shape 2 of the hand is detected by a detection device (not shown). These data are given to the intention comprehension processing unit 3 and analyzed to estimate the object the observer is gazing at and the work to be performed next. Based on this information, the 3D model world 6 is updated 5 with reference to the 3D shape database 4, the 3D model world 6 is generated at high speed, and image generation 7 is performed by real-time stereoscopic computer graphics. Is performed, the image is projected and converted on the screen 8, and is displayed on the screen in real time.

[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、注視対象の近傍とそ
の周辺でモデリングの階層に差をつけるようにしたた
め、計算量を大幅に減らすことができる。逆に、この余
った時間で、注視点近傍を精細に計算できる。その結
果、高速で品質の高い画像生成表示が可能となる。奥行
の少ない、すなわちZ軸方向に成分の少ない表示対象を
この発明による方法でスクリーンに投影した場合をシミ
ュレーションすると、視野角30゜のスクリーンの場合で
処理時間は従来の1/3以下となり、60゜の場合1/4以下と
なった。奥行方向がある対象では、処理時間はさらにこ
の2乗で少なくすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the modeling hierarchy is made different between the vicinity of the gazing target and its periphery, the amount of calculation can be significantly reduced. On the contrary, in this extra time, the vicinity of the gazing point can be precisely calculated. As a result, high-speed, high-quality image generation and display can be performed. When simulating a case where a display object having a small depth, that is, a component having a small component in the Z-axis direction is projected on the screen by the method according to the present invention, the processing time becomes 1/3 or less of the conventional case when the screen has a viewing angle of 30 °. In the case of °, it was less than 1/4. For an object having a depth direction, the processing time can be further reduced by this square.

さらに、表示基準座標系の原点または視点から遠くにあ
る物体について、計算量をさらに大幅に減らすことがで
きる。逆に、この余った時間で近くにある物体について
細かい部分まで精細に計算できる。その結果、さらに高
速で品質の高い画像生成表示が可能となる。従来と画像
品質を同程度とすると、処理速度は1/数100以下に大幅
に短くなると考えらる。
Further, the amount of calculation can be further reduced significantly for an object that is far from the origin of the display reference coordinate system or the viewpoint. On the contrary, in this extra time, it is possible to finely calculate the details of the nearby objects. As a result, it is possible to perform image generation and display with higher speed and higher quality. If the image quality is comparable to the conventional one, the processing speed will be greatly reduced to 1 / several hundred or less.

視線の検出により、表示画像の各部分の精細度を適応的
に制御できるため、実空間を見たときに網膜上に映る映
像に近いものを、スクリーンを見たときに再現すること
ができ、自然で迫力のある画像が生成表示できる。さら
に、両眼立体視コンピュータグラフィックスについても
高速,高品質な表示が可能となる。
By detecting the line of sight, it is possible to adaptively control the definition of each part of the display image, so that it is possible to reproduce what is close to the image on the retina when looking at the real space when looking at the screen, You can generate and display natural and powerful images. Furthermore, high-speed, high-quality display of binocular stereoscopic computer graphics is also possible.

さらに、視線の動きを予測した表示により、眼球などの
動きに同期した画像が生成されるため、画像表示の遅れ
による違和感が少なく、画像との一体感が向上する。
Further, since the image in which the movement of the line of sight is predicted is generated in synchronization with the movement of the eyeball or the like, the sense of discomfort due to the delay in the image display is reduced and the sense of unity with the image is improved.

また、この発明は臨場感豊かな知的符号化通信のコンピ
ュータグラフィックス処理部分,立体視のコンピュータ
グラフィックスに特に利用効果が大きい。その他、処理
の高速性と画像の高品質性が要求される多くのコンピュ
ータグラフィックス分野に利用可能である。
Further, the present invention is particularly effective for use in the computer graphics processing part of intelligent coded communication and the computer graphics for stereoscopic viewing which are rich in realism. In addition, it can be used in many computer graphics fields in which high speed processing and high image quality are required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の原理を示す図である。第2図は第1
図に示した表示対象の階層的なモデリングを示す図であ
る。第3図および第4図はスクリーン注視点ep(s)に
対応するモデル上の点を求める方法を説明するための図
である。第5図はモデルの階層を選択する方法を説明す
るための図である。第6図はこの発明の他の例における
モデルの階層を選択する方法を説明するための図であ
る。第7図は2次および3次のBezier曲線を示す図であ
る。第8図はこの発明のさらに他の例であって視点を観
測者の眼球光学視点にした例を示す図である。第9図は
表示対象の構成面の位置がその面の中心位置で与えられ
ている実施例を示す図である。第10図は人間の眼が平面
の一点を注視したときのその周辺の視力を測定し、注視
点からの偏角と相対視力との関係を示す図である。第11
図はこの発明のさらに他の例を示す図である。第12図は
この発明のさらに他の例の原理を示す図であって、観測
者の動きによる遅れをさらに少なくする例を示す図であ
る。第13図はスクリーン注視点の周辺に被せられる高し
きい遮断フィルタを示す図である。第14図は第13図に示
したフィルタをカメラで捕えた原画像に施した結果を示
す図である。第15図はこの発明の一実施例の概略ブロッ
ク図である。第16図および第17図はこの発明の一実施例
の動作を説明するためのフロー図である。第18図は、こ
の発明の他の実施例の動作を説明するためのフロー図で
ある。第19図はこの発明のその他の実施例の概略ブロッ
ク図である。第20図はこの発明の応用例を示す図であ
る。第21図は従来の代表的な三次元画像生成方法を示す
図である。第22図は第21図に示した座標系をY(w)軸
上から見た図である。第23図は第21図に示した座標系を
Y(e)軸上でかつZ(e)軸方向に見た図である。第
24図は第23図に示した表示対象の図である。 図において、objは表示基準座標系で既知な表示対象、P
i(obj)は対象座標系で示された表示対象の構造点、S1
はスクリーン、h−objは透視投影画像、O(e)は視
点、ep(s)はスクリーン注視点、eo(w)は空間注視
点、Thは距離を示す。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention. Figure 2 shows the first
It is a figure which shows the hierarchical modeling of the display object shown in the figure. FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams for explaining a method of obtaining a point on the model corresponding to the screen gazing point ep (s). FIG. 5 is a diagram for explaining a method of selecting a model hierarchy. FIG. 6 is a diagram for explaining a method of selecting a model hierarchy in another example of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing quadratic and cubic Bezier curves. FIG. 8 is a diagram showing another example of the present invention in which the viewpoint is the eyeball optical viewpoint of the observer. FIG. 9 is a diagram showing an embodiment in which the position of the constituent surface to be displayed is given at the center position of the surface. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the declination from the gazing point and the relative visual acuity by measuring the visual acuity around the point when the human eye gazes at a point on the plane. 11th
The figure shows another example of the present invention. FIG. 12 is a diagram showing the principle of still another example of the present invention and is a diagram showing an example of further reducing the delay due to the movement of the observer. FIG. 13 is a diagram showing a high-threshold cutoff filter which is put around the gazing point of the screen. FIG. 14 is a diagram showing a result of applying the filter shown in FIG. 13 to an original image captured by a camera. FIG. 15 is a schematic block diagram of an embodiment of the present invention. 16 and 17 are flow charts for explaining the operation of the embodiment of the present invention. FIG. 18 is a flow chart for explaining the operation of another embodiment of the present invention. FIG. 19 is a schematic block diagram of another embodiment of the present invention. FIG. 20 is a diagram showing an application example of the present invention. FIG. 21 is a diagram showing a conventional typical three-dimensional image generation method. FIG. 22 is a view of the coordinate system shown in FIG. 21 viewed from the Y (w) axis. FIG. 23 is a view of the coordinate system shown in FIG. 21 on the Y (e) axis and in the Z (e) axis direction. First
FIG. 24 is a diagram of the display object shown in FIG. In the figure, obj is the display target known in the display reference coordinate system, P
i (obj) is the structural point to be displayed in the target coordinate system, S1
Is a screen, h-obj is a perspective projection image, O (e) is a viewpoint, ep (s) is a screen gazing point, eo (w) is a spatial gazing point, and Th is a distance.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 治雄 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール通信シ ステム研究所内 (72)発明者 石橋 聡 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール通信シ ステム研究所内 (72)発明者 秋山 健二 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鉄谷 信二 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 山口 博幸 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Haruo Takemura, Haruo Takemura, Kyoto, Japan Seika-cho, Osamu, Osamu, Osamu, 5 Mihiradani, ATR Communication Systems Laboratories, Inc. (72) Satoshi Ishibashi, Soraku-gun, Kyoto Prefecture Seika-cho Osamu Osamu Osamu 5 Hiratani No. 5 AT R Communication System Research Institute, Inc. (72) Inventor Kenji Akiyama 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Invention Shinji Tetsuya 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corp. (72) Inventor Hiroyuki Yamaguchi 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corp.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】立体構造を持つ対象を二次元画面に投影し
て表示する視線追従形高速画像生成表示方法であって、 立体構造を持つ対象の構造面は、ツリー構造により粗か
ら精へ階層度によって階層的に記述されており、 任意の視点から見たときの前記対象の構成面の二次元画
面への投影に際して、利用者の視線が前記対象の構成面
と最初に交差する空間注視点を検出し、該空間注視点か
らの距離を少なくとも1つのパラメータとして、該距離
内にある対象の構成面の階層度を選択することを特徴と
する、視線追従形高速画像生成表示方法。
1. A gaze-following high-speed image generation and display method for projecting and displaying an object having a three-dimensional structure on a two-dimensional screen, wherein the structural surface of the object having a three-dimensional structure is hierarchically structured by a tree structure. It is described hierarchically according to the degree, and when projecting the constituent surface of the target onto a two-dimensional screen when viewed from an arbitrary viewpoint, the space gazing point at which the user's line of sight first intersects the constituent surface of the target. Is detected and the distance from the spatial gazing point is used as at least one parameter to select the hierarchy level of the target component surface within the distance, and the gaze-following high-speed image generation and display method is provided.
【請求項2】さらに、表示基準座標系原点または前記空
間注視点から対象座標系で表わされる該対象の任意の点
までの距離を第2のパラメータとして前記階層度を選択
することを特徴とする、請求項第1項記載の視線追従形
高速画像生成表示方法。
2. The hierarchical level is selected by using a distance from an origin of the display reference coordinate system or the space gazing point to an arbitrary point of the target represented in the target coordinate system as a second parameter. A method for generating and displaying a line-of-sight tracking high-speed image according to claim 1.
【請求項3】さらに、左右の眼の光学系主点近傍を視点
として、該点から見た投影画像が生成されることを特徴
とする、請求項第1項または第2項記載の視線追従形高
速画像生成表示方法。
3. The line-of-sight tracking according to claim 1 or 2, wherein the projection images viewed from the points of the optical system main points of the left and right eyes are generated as viewpoints. High-speed image generation and display method.
【請求項4】前記視線と前記二次元画面とが交わる点を
注視点とし、該注視点の位置を基準として、その周辺に
高域遮断フィルタをかけて表示することを特徴とする、
請求項第1項ないし第3項のいずれかに記載の視線追従
形高速画像生成表示方法。
4. A point of interest at which the line of sight intersects with the two-dimensional screen is set as a point of interest, and a high-frequency cutoff filter is displayed around the point of reference to display the point of interest.
The gaze-following high-speed image generation and display method according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】立体構造を持つ対象を二次元画面に投影し
て表示する視線追従形高速画像生成表示方法であって、 前記立体構造を持つ対象の構造面は、ツリー構造により
粗から精へ階層度によって階層的に記述されており、 任意の視点から見たときの前記対象の構成面の前記二次
元画面への投影に際して、利用者の視線を検出し、該視
線から垂直方向の距離を少なくとも1つのパラメータと
して、該距離内にある対象の構成面の階層度を選択する
ことを特徴とする、視線追従形高速画像生成表示方法。
5. A gaze-following high-speed image generation and display method for projecting and displaying an object having a three-dimensional structure on a two-dimensional screen, wherein the structural surface of the object having the three-dimensional structure changes from rough to fine by a tree structure. It is described hierarchically by the degree of hierarchy, and detects the user's line of sight when projecting the constituent surface of the target onto the two-dimensional screen when viewed from an arbitrary viewpoint, and determines the distance in the vertical direction from the line of sight. A gaze-following high-speed image generation and display method, characterized in that, as at least one parameter, the hierarchical level of a target component surface within the distance is selected.
【請求項6】さらに、前記二次元画面の表示基準座標系
原点または視点から対象座標系で表わされる該対象の任
意の点までの距離を第2のパラメータとして前記階層度
を選択することを特徴とする、請求項第5項記載の視線
追従形高速画像生成表示方法。
6. The hierarchical level is selected by using a distance from a display reference coordinate system origin of the two-dimensional screen or a viewpoint to an arbitrary point of the target represented in the target coordinate system as a second parameter. The gaze-following high-speed image generation and display method according to claim 5.
【請求項7】さらに、左右の眼の光学系主点近傍を視点
とし、該点から見た投影画像が生成されることを特徴と
する、請求項第5項または第6項記載の視線追従形高速
画像生成表示方法。
7. The line-of-sight tracking according to claim 5 or 6, wherein the vicinity of the principal points of the optical systems of the left and right eyes is set as a viewpoint, and a projection image viewed from the points is generated. High-speed image generation and display method.
【請求項8】前記注視点の位置を起点として、その周辺
に高域遮断フィルタをかけて表示することを特徴とす
る、請求項第5項ないし第7項のいずれかに記載の視線
追従形高速画像生成表示方法。
8. The line-of-sight tracking type according to any one of claims 5 to 7, wherein the position of the point of gaze is used as a starting point and a high-frequency cutoff filter is displayed around the point of view. High-speed image generation and display method.
【請求項9】さらに、利用者の視線の軌跡から、次の視
線方向または注視点を予測し、その結果に基づいて、次
に二次元投影面に投影する画像を予め生成し、表示のた
めに用意することを特徴とする、請求項第1項ないし第
8項のいずれかに記載の視線追従形高速画像生成表示方
法。
9. Further, for the purpose of display, an image to be projected next on a two-dimensional projection plane is generated in advance based on the result of predicting the next line-of-sight direction or gazing point from the trajectory of the line of sight of the user. The gaze-following high-speed image generation and display method according to any one of claims 1 to 8, characterized by being prepared.
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