【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、視点データの変更を行うことが可能な３次元画像表示制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ・グラフィックス（ＣＧ）技術の向上に伴い、３次元空間内の移動をリアルタイム３次元ＣＧで表現する試みが盛んに行われている。

【０００３】この種の試みでは、ＣＧによる仮想的な建物や背景などの３次元オブジェクトを３次元空間内に配置し、その中を動き回った様々な視点から眺めた画像を表示する。

【０００４】このような３次元空間内を現実世界におけるように移動したい場合、視点が制限なく自由に動けると、障害物を避けたり適切な通路を移動することに多大な注意を払わねばならず、更にこのことは容易ではない。 そのため視点の移動時に払う注意を緩和するための方法が考えられている。

【０００５】そのうちの一つに、３次元空間内にあらかじめ設定した通路に沿って視点を移動させる方法がある。 この場合、従来技術では、ユーザからの特別な指示がない限り視線方向を移動方向に対して固定していた。
具体的には、視線方向は常に移動方向と等しくして、視点の移動は前進あるいは後退のみに限定する。 そのため以下の問題が生ずる。 （１）通路を直線で構成した場合には、曲がり角や交差点での視線方向変更をある点を中心とした視線の回転で実現する。 これは人あるいは車などの乗り物が曲がり角などで方向転換する時の通常の視線制御動作とは著しく異なるため、ユーザに不自然さや違和感を与える。 またカーブした道などは表現できない。 （２）通路を曲線で構成する、あるいは極端に短い直線をつなげて曲線に近づけることで、上記（１）の問題は改善される。 しかし通路の記憶に多くの容量が必要になったり、また記憶容量を削減するため曲線をスプラインやベジエなどの関数で記述した場合には、曲線形状の算出に要する計算量が増加するという問題がある。

【０００６】上記問題を解決しようとした従来技術として、レール上を走る鉄道に乗って車窓から眺めた風景を３次元ＣＧで表示するゲームがある。 これには、レールの形状をした３次元オブジェクトを基に直線で構成した移動通路を自動的に生成し、その通路上を移動する視点から見た風景を表示するという技術を用いている。 さらに視点が直線通路を移動中に、次に視点が移動する通路の方向に視線を徐々に回転させることによって、鉄道がレールに沿って曲線軌跡を描いて曲る様子を表現している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記技術においては、
最初に利用者にレールの３次元オブジェクトのみを配置させてから、それにできる限り沿うように視点の通路を自動的に生成している。

【０００８】ところが、生成される通路が画面上に表示されるレールオブジェクトに完全に沿っておらず、レールとかけ離れた位置を視点が通過する場合がある。 また障害物をレールオブジェクトの近辺に配置した場合には視点がこれを突き抜けて移動する可能性があるため、レールからある程度の距離をおいた地点にしかレール以外の３次元オブジェクトを配置できない。

【０００９】このような問題点は、利用者に不自然な感覚を与えたり、３次元空間内の移動の現実味を損う恐れがある。

【００１０】本発明は上記の全ての問題に鑑み、視点が表示されている通路オブジェクトを離れたり、障害物を突き抜けたりすることのないようにしつつ、視点が直線通路上を移動中に視線の方向を自動的に適切に変化させることで曲線経路を移動しているかのような視覚的効果を出し、現実世界で移動したに近い感覚を与える３次元画像表示制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項１の３次元画像表示制御装置は、３次元空間内に配置された視点が移動するための通路を記憶する通路記憶手段と、前記３次元空間内に配置した３次元オブジェクトのデータを記憶するシーンデータ記憶手段と、前記視点の現在位置座標を記憶する視点位置レジスタと、
現在の視線方向を記憶する視線方向ベクトルレジスタと、前記視点が前記通路記憶手段に記憶されている通路を移動するように前記視点位置レジスタの内容を更新する視点位置更新手段と、前記視点位置レジスタに記憶された視点の現在位置と、現在視点が存在する通路の端点のうち視点が向かう側の端点との間の距離を算出する視点・通路端点間距離算出手段と、前記視点・通路端点間距離算出手段が算出した距離値を記憶する視点・通路端点間距離レジスタと、前記視点・通路端点間距離レジスタの距離値が予め定められた第１の閾値以下である場合には、視点が前記端点に至った時点で、視線回転前に比べて、視点が存在する通路と次に視点が移動する通路のなす角度だけ視線方向が回転しているように、視点・通路端点間距離が小さくなるにつれて視線方向を徐々に回転させて前記視線方向ベクトルレジスタを更新する第１
の視線方向更新手段と、現在の視点位置から視線方向を見たときの画像を表示装置に描画するレンダリング部とを備えたことを特徴とする。

【００１２】請求項２の３次元画像表示制御装置は、前記第１の視線方向更新手段を、前記視点・通路端点間距離レジスタの距離値が予め定められた第２の閾値以上である場合には距離値が閾値以下になった時点で、視線回転前に比べて、現在視点が存在する通路と以前視点が存在した通路のなす角度だけ視線方向が回転しているように、視点・通路端点間距離が小さくなるにつれて視線方向を徐々に回転させて前記視線方向ベクトルレジスタを更新する第２の視線方向更新手段に置き換えて構成したことを特徴とする。

【００１３】請求項３の３次元画像表示制御装置は、視線方向を変更するために前記第１の視線方向更新手段と前記第２の視線方向更新手段のいずれの視線方向更新手段を用いるか選択する視線方向更新手段選択手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項４の３次元画像表示制御装置は、前記視点の移動方向を記憶する視点移動方向レジスタと、
前記視点移動方向レジスタの値を更新する視点移動方向更新手段とを備え、前記視点位置更新手段は、前記視点が前記通路記憶手段に記憶されている通路を前記視点移動方向レジスタが記憶している方向に移動するように前記視点位置レジスタの内容を更新することを特徴とする。

【００１５】請求項５の３次元画像表示制御装置は、前記通路記憶手段は、３次元空間内の視点が移動するための、任意の２点間を結ぶ線分で構成された通路を記憶することを特徴とする。

【００１６】請求項６の３次元画像表示制御装置は、前記シーンデータ記憶手段は、通路と一定の関係を保って配置されている通路オブジェクトのデータ、及び／又は前記３次元空間内に配置した３次元オブジェクトのデータを記憶することを特徴とする。

【００１７】請求項７の３次元画像表示制御装置は、前記通路記憶手段に記憶されている通路と一定の関係を保つように通路オブジェクトを生成する通路オブジェクト生成手段を備え、前記シーンデータ記憶手段は前記通路オブジェクト生成手段が生成したオブジェクトのデータ、及び／又は前記３次元空間内に配置した３次元オブジェクトのデータを記憶することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】請求項１の３次元画像表示制御装置によれば、通路記憶手段は、３次元空間内に配置された視点が移動するための通路を記憶する。 シーンデータ記憶手段は、前記３次元空間内に配置した３次元オブジェクトのデータを記憶する。 視点位置レジスタは前記視点の現在位置座標を記憶する。 視線方向ベクトルレジスタは現在の視線方向を記憶する。 視点位置更新手段は、
前記視点が前記通路記憶手段に記憶されている通路を移動するように前記視点位置レジスタの内容を更新する。
視点・通路端点間距離算出手段は、前記視点位置レジスタに記憶された視点の現在位置と、現在視点が存在する通路の端点のうち視点が向かう側の端点との間の距離を算出する。 視点・通路端点間距離レジスタは前記視点・
通路端点間距離算出手段が算出した距離値を記憶する。
第１の視線方向更新手段は、前記視点・通路端点間距離レジスタの距離値が予め定められた第１の閾値以下である場合には、視点が前記端点に至った時点で、視線回転前に比べて、視点が存在する通路と次に視点が移動する通路のなす角度だけ視線方向が回転しているように、視点・通路端点間距離が小さくなるにつれて視線方向を徐々に回転させて前記視線方向ベクトルレジスタを更新する。 レンダリング部は、現在の視点位置から視線方向を見たときの画像を表示装置に描画する。

【００１９】請求項２の３次元画像表示制御装置によれば、第２の視線方向更新手段は、前記第１の視線方向更新手段を、前記視点・通路端点間距離レジスタの距離値が予め定められた第２の閾値以上である場合には距離値が閾値以下になった時点で、視線回転前に比べて、現在視点が存在する通路と以前視点が存在した通路のなす角度だけ視線方向が回転しているように、視点・通路端点間距離が小さくなるにつれて視線方向を徐々に回転させて前記視線方向ベクトルレジスタを更新する。

【００２０】請求項３の３次元画像表示制御装置は、前記第１の視線方向更新手段と、前記第２の視線方向更新手段とを共に備える。 視線方向更新手段選択手段は、視線方向を変更するために前記第１の視線方向更新手段と前記第２の視線方向更新手段のいずれの視線方向更新手段を用いるか選択する。

【００２１】請求項４の３次元画像表示制御装置によれば、視点移動方向レジスタは前記視点の移動方向を記憶する。 視点移動方向更新手段は前記視点移動方向レジスタの値を更新する。 前記視点位置更新手段は、前記視点が前記通路記憶手段に記憶されている通路を前記視点移動方向レジスタが記憶している方向に移動するように前記視点位置レジスタの内容を更新する。

【００２２】請求項５の３次元画像表示制御装置によれば、前記通路記憶手段は、３次元空間内の視点が移動するための、任意の２点間を結ぶ線分で構成された通路を記憶する。

【００２３】請求項６の３次元画像表示制御装置によれば、前記シーンデータ記憶手段は、通路と一定の関係を保って配置されている通路オブジェクトも記憶する。

【００２４】請求項７の３次元画像表示制御装置によれば、通路オブジェクト生成手段は、前記通路記憶手段に記憶されている通路と一定の関係を保つように通路オブジェクトを生成する。 前記シーンデータ記憶手段は前記通路オブジェクト生成手段が生成したオブジェクトも記憶する。

【００２５】以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。 図１は本発明の実施の形態１による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図であり、この３次元画像表示制御装置は通路記憶手段１と、
シーンデータ記憶手段２と、視点位置レジスタ３と、視線方向ベクトルレジスタ４と、視点位置更新手段５と、
視点・通路端点間距離算出手段６と、視点・通路端点間距離レジスタ７と、視線方向ベクトル更新手段８と、レンダリング部９と、表示部１０とを備えている。

【００２６】通路記憶手段１は、３次元空間内の任意の２点を結ぶ線分で構成された視点の通路を、その２つの端点座標の組み合わせで記憶する。 通路は視点が存在可能な領域である。 また利用者は、図１に示されていない外部の情報処理装置で、通路を任意の位置及び方向に配置できる。 これには従来よりよく知られている、３次元のモデリングツールや２次元のグラフィックスツールでの直線オブジェクトの生成と同様の方法で行う。

【００２７】図２は実施の形態１で用いる座標データフォーマットの概念図である。 ３次元空間にＸ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸から成る直交座標系を定義し、座標値は（ｘ、ｙ、
ｚ）の３つの座標軸の値の組で表現する。

【００２８】図３は実施の形態で用いる通路の一例である。 図３（ａ）は３次元空間内に配置された通路の配置図であり、実線で引かれた線分が通路線分を表わす。 また同図（ｂ）は通路記憶手段１に記憶される通路のデータフォーマットの概念を示すもので、（ａ）の通路を記憶する場合の記憶すべき端点座標値の組と通路識別のためのＩＤである。 各通路の端点１はその他のいづれかの通路の端点２と共通であり、各通路が連続して結合されている。

【００２９】シーンデータ記憶手段２は、前記３次元空間内に配置すべき物体を３次元オブジェクトの形状データとして記憶する。 ここに記憶する３次元オブジェクトには通路オブジェクトとそれ以外の通常オブジェクトの２種類あり、それぞれ通路の配置に基づいて配置される。

【００３０】通路オブジェクトとは通路記憶手段１に記憶された通路に対応するオブジェクトであり、表示画面上で利用者が通路として認識できる物体として表示されるものであれば何でもよい。 例えば道路や鉄道レール、
つり橋などでも構わないし、庭の飛び石のように不連続な形状をしていてもよい。 あるいはトンネルのように、
視点が内部を通過するようなものでもよい。 ただし、この通路オブジェクトは、通路と一定の関係を保つように形状と位置が制限される。 これにより視点が表示画面上の通路オブジェクトからかけ離れた場所を通過することはない。

【００３１】一方、通常オブジェクトは任意の３次元オブジェクトでよく、これらは３次元空間内に任意に配置される。 これらのオブジェクトは外部の３次元モデリングツールなどを使って作成できる。

【００３２】図４は３次元空間内に配置される３次元オブジェクトの一例である。 図４（ａ）は３次元空間の上面図であり、オブジェクトと共に通路記憶手段１に記憶されている通路も表示している。 通路オブジェクトと通常オブジェクトは上記の制限を満たして配置されている。 また同図（ｂ）は（ａ）に示した３次元空間の鳥瞰図のイメージである。 また同図（ｃ）はシーンデータ記憶手段２に記憶されるオブジェクトのデータフォーマットの概念である。 実際にはオブジェクトの記憶は一般的な３次元オブジェクトの記録方式に基づいてポリゴンの頂点座標やテクスチャの種類などで記述されるが、本発明の本質的な部分ではないので簡略な表現を用いた。 また、オブジェクト識別ＩＤは説明の便宜上定義したもので、実際には必ずしも必要な情報ではない。

【００３３】視点位置レジスタ３は３次元空間内での現在の視点位置を、視点の座標値と視点が現在位置している通路ＩＤを記憶する。 視点の座標値としては通路やオブジェクトと同様に、図２の座標値フォーマットで（ｘ、ｙ、ｚ）の各座標軸値を記憶する。

【００３４】視線方向ベクトルレジスタ４は現在の視線方向を記憶する。 この視線方向はベクトル値で記憶され、Ｘ軸を中心とした時計回りの回転角ｒｘと、Ｙ軸を中心とした時計回りの回転角ｒｙの組（ｒｘ、ｒｙ）で表わされる。 但し、（ｒｘ、ｒｙ）＝（０°、０°）はＺ軸の正の向きを指す。

【００３５】視点位置更新手段５は、視点を通路記憶手段１に記憶されている通路に沿って、常に通路の端点１
から端点２に向かう方向へ移動させ、視点位置レジスタ３の値を更新する。 すなわち視点が存在する通路の両端点の座標値とから視点の移動ベクトルを算出し、これと視点位置レジスタ３の示す視点座標値と加算演算することで得た移動後の視点座標で視点位置レジスタ３を更新する。 視点の移動速度は算出した移動ベクトルに適切な値γを乗ずることで調節できる。 また、移動した結果、
視点が現在の通路の端点に至るか、あるいは端点を通り越した場合には、その端点につながる次の通路端点に視点を移動させ、視点位置レジスタ３の通路ＩＤも同時に更新する。

【００３６】視点・通路端点間距離算出手段６は視点位置レジスタ３に記憶された視点の現在位置と、現在視点が移動している通路の端点のうち視点が向かっている方向側の端点との間の距離（これを視点・通路端点間距離αとする）を算出し、その値で視点・通路端点間距離レジスタ７を更新する。 距離の算出にはユークリッド距離を用いる。

【００３７】視点・通路端点間距離レジスタ７には、現在の視点・通路端点間距離αが記憶される。

【００３８】視線方向ベクトル更新手段８は視線方向を回転制御する部分である。 視点・通路端点間距離レジスタ７の距離値が予め定められた閾値βよりも小さい場合には、視点・通路端点間距離αが小さくなるにつれて視線方向が徐々に回転するように視線方向ベクトルレジスタ４を更新する。 但しこの視線回転は、視点が通路端点に至った時点で、視線回転前すなわちαがβよりも大きい時の視線方向に比べて、視点が存在する通路（これを基準通路１とする）と次に視点が移動する通路（これを基準通路２とする）のなす角度θだけ視線方向が回転しているように行う。

【００３９】図５は角度θのとり方及び視線方向の回転の方向を示すもので、図３（ａ）中の通路１１を基準通路１に、通路１２を基準通路２としている。 すなわち、
視点が通路１１を端点１から端点２に向かって移動しており、次に通路１２に移動する場合の角度θのとり方を示している。

【００４０】２本の基準通路１、２のなす角度θは、基準通路１の端点のうち視点が現在存在しない側の端点と、基準通路２の端点のうち視点が現在存在する側の端点を揃えて、基準通路１を基準０°にして計ったときの、絶対値の小さい方をとる。 また視線を徐々に回転させる場合には、角度θをとった側に回転させる。

【００４１】視点・通路端点間距離αが小さくなる毎に、回転前の視線方向よりも（θ・（β−α）／β）だけ回転しているように視線方向を回転させることで、所望の結果が得られる。

【００４２】レンダリング部９は上記の如く定められた視点位置から視線方向に３次元空間を眺めた時に得られるＣＧ画像を生成し、表示部１０に表示する。 レンダリング部９には高速グラフィックス表示ハードウエア及びその制御用ソフトウエア／ハードウエアを用いる。

【００４３】表示部１０は生成された画像を表示するための装置で、例えばＣＲＴや液晶パネルである。

【００４４】次に上記のように構成された実施の形態１
の視点移動及び視線方向回転動作を、フローチャート及び図を用いて説明する。

【００４５】実施の形態１の動作を説明するための３次元空間の構成は図３及び図４に示したものとする。 すなわち、通路記憶手段１及びシーンデータ記憶手段２には、図３及び図４に示した通路及びオブジェクトデータが記憶されている。 また視点位置レジスタ３の初期値は（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１０、５、０）、通路ＩＤ＝１１とし、視線方向ベクトルレジスタ４の初期値は（ｒｘ、ｒ
ｙ）＝（０°、０°）とする。 すなわち視点は通路１１
の端点１に位置し、視線はＺ軸方向を向いている。 この初期値では視線が進行方向を向いていることから、視点がいわゆる前進をすることを表わしている。 また移動速度の調節のために移動ベクトルに乗ずる乗数はγ＝１／
６とし、視点・通路端点間距離の閾値はβ＝２０とする。

【００４６】図６は実施の形態１での時々刻々の視点位置及び視線方向を表わすものであり、視点４１、視線５
１が上記の初期値をとった時の状態である。 図８（ａ）
は、この初期状態の視点位置から視線方向に３次元空間を見たときの画面イメージであり、レンダリング部９で生成される画像の一例である。

【００４７】図７は実施の形態１による視点制御動作を示すフローチャートである。 まずステップ１０１では、
端点１から端点２に向かって視点位置を移動させ、視点位置記憶レジスタを更新する。 速度調節用の乗数はγ＝
１／６であるから、視点の移動ベクトルは１／６・
（（１０、５、３０）−（１０、５、０））＝（０、
０、５）となる。 この移動ベクトルを現在の視点位置に加算して視点位置を（１０、５、５）とし、この値で視点位置記憶レジスタを更新する。

【００４８】ステップ１０２では、現在の視点位置と、
視点が向かって移動する側の端点である端点２との間の距離αを算出し、視点・通路端点間距離レジスタ７を更新する。 現在の視点位置は（１０、５、５）、通路１１
の端点２の座標は（１０、５、３０）であるから、視点・通路端点間距離レジスタ７の値はα＝２５となる。

【００４９】ステップ１０３では、視点・通路端点間距離αの値と閾値βを比較する。 αがβより小さい場合には、ステップ１０５に移って視線を回転させる。 今β＝
２０であるから、視線方向はそのままである。

【００５０】ステップ１０４では視点が通路端点２に至っているか判定し、至っていればステップ１０６で、視点位置レジスタ３の視点が位置する通路ＩＤの値を更新する。 今は視点は端点２に至っていないため、通路ＩＤ
は変更しない。

【００５１】その後、ステップ１０７で現在の視点位置から視線方向を眺めた画像を生成・表示し、制御は再びステップ１０１に戻る。

【００５２】上記ステップ１０１からステップ１０４を一巡した結果、視点位置は図６の視点４２に、視線方向は視線５３に更新された。 この時の視点位置から視線方向を見た時の表示画像は図８（ｂ）となる。

【００５３】２巡目は１巡目と同様にしてステップ１０
１からステップ１０４を経て、視点位置は図６の視点４
３、視線方向は視線５３になる。 表示画像は図８（ｃ）
である。

【００５４】３巡目はステップ１０１で移動した視点位置は図６の視点４４となる。 この視点位置では、ステップ１０２で計算される視点・通路端点間距離はα＝１５
となる。 よってステップ１０３でαがβより小さいと判定され、視線方向を回転するためステップ１０５に移る。

【００５５】ステップ１０５では、前記視線方向ベクトル更新手段８の動作説明に従って回転視線方向を回転させる。 通路１１と通路１２のなす角度θは９０°であるから、視線回転前に比べて９０・（２０−１５）／２０
＝２２。５°だけ回転させる。 回転後の値で視線方向ベクトルレジスタ４は更新される。 この時の視線方向は図６の視線５４となる。 視線回転後ステップ１０４に制御が移るが、視点は端点２に至っていないため再度ステップ１０１に戻る。 ３巡目終了時の表示画像は図８（ｄ）
である。

【００５６】上記の制御を繰り返し、視点と視線の組み合わせは図６の視点４５と視線５５、視点４６と視線５
６を経て、視点４７と視線５７となる。 それぞれの時点での表示画像は図８（ｅ）から（ｇ）である。 視点４７
は通路１１の端点２に至っているため、ステップ１０６
で視点位置レジスタ３の通路ＩＤの値を通路１２に更新する。

【００５７】以上実施の形態１によれば、視点の移動は通路上に制限されているため、視点の移動範囲が明確であり、思いも依らない方向へ視点が移動してしまうことがない。 また予め配置されている通路と３次元オブジェクトの位置関係が制限されているため、視点が道路などの通路オブジェクトを外れて移動することがなく、また視点が障害物を横切って移動することもない。 さらに移動通路が直線で構成されているため、通路を記憶するための記憶領域や、視点移動時の移動軌跡の計算量が、曲線で構成された通路を記憶する場合に比べて少なくて済む。

【００５８】これに加えて、視点が通路を移動中に視線方向を回転制御することによって、人が実際に歩いて曲がり角を曲がる場合の視線の変化や、車に乗って移動している場合の曲がり角や交差点での視線の変化に近い視線制御を再現できる。

【００５９】特に実施の形態１の視線制御方法は、視点の移動方向と視線方向が等しい場合、すなわち視点が前進する場合に有効である。 これらの特徴により、利用者はあたかも現実世界で道路上を歩いて、あるいは車に乗って実際に移動しているかのような自然な感覚で、３次元空間内を移動することができる。

【００６０】次に実施の形態２について説明する。 図９
は実施の形態２による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図であり、この３次元画像表示制御装置は通路記憶手段１と、シーンデータ記憶手段２と、視点位置レジスタ３と、視線方向ベクトルレジスタ４と、視点位置更新手段５と、視点・通路端点間距離算出手段６
と、視点・通路端点間距離レジスタ７と、視線方向ベクトル更新手段８と、レンダリング部９と、表示部１０とを備えている。

【００６１】これらのうち、通路記憶手段１、シーンデータ記憶手段２、視点位置レジスタ３、視線方向ベクトルレジスタ４、視点・通路端点間距離算出手段６、視点・通路端点間距離レジスタ７、レンダリング部９、表示部１０については実施の形態１と全く同じものであるため、再度の説明を省略する。

【００６２】視点位置更新手段５は基本的には実施の形態１のものと同じ動作を行うが、視点の移動方向は端点２から端点１に向かう方向とする。 その他の動作は実施の形態１のものと同じであるため、説明を省略する。

【００６３】視線方向ベクトル更新手段８は、視点・通路端点間距離レジスタ７の距離値が予め定められた閾値β以上である場合には、視点・通路端点間距離αが小さくなるにつれて視線方向が徐々に回転するように視線方向ベクトルレジスタ４を更新する。 但しこの視線回転は、視点・通路端点間距離αが閾値βに等しくなった時点で、視線回転前すなわち視点が通路端点に存在した時の視線方向に比べて、視点がそれまで通過していた通路（これを基準通路１とする）と現在視点が移動する通路（これを基準通路２とする）のなす角度θだけ視線方向が回転しているように行う。

【００６４】図１０は角度θのとり方及び視線方向の回転の方向を示すもので、図３（ａ）中の通路１２を基準通路１に、通路１１を基準通路２としている。 すなわち、視点が通路１２を端点２から端点１に向かって移動し、次に通路１１に移動する場合の角度θのとり方を示している。 ２本の基準通路１、２のなす角度θは、基準通路１の端点のうち視点が現在存在しない側の端点と、
基準通路２の端点のうち視点が現在存在する側の端点を揃えて、基準通路１を基準０°にして計ったときの、絶対値の小さい方をとる。 また視線を徐々に回転させる場合には、角度θをとった側に回転させる。

【００６５】視点が位置する通路の長さをＬとして、視点・通路端点間距離αが小さくなる毎に、回転前の視線方向よりも（θ・（Ｌ−α）／（Ｌ−β））だけ回転しているように視線方向を回転させることで、所望の結果が得られる。

【００６６】次に上記のように構成された実施の形態２
の視点移動及び視線方向回転動作を、フローチャート及び図を用いて説明する。

【００６７】実施の形態２の動作を説明するための３次元空間の構成は図３及び図４に示したものとする。 すなわち、通路記憶手段１及びシーンデータ記憶手段２には、図３及び図４に示した通路及びオブジェクトデータが記憶されている。 また視点位置レジスタ３の初期値は（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１０、５、３０）、通路ＩＤ＝１１
とし、視線方向ベクトルレジスタ４の初期値は（ｒｘ、
ｒｙ）＝（０°、９０°）とする。 すなわち視点は通路１２を端点２から端点１に向かって移動した後、通路１
１に移動してその端点２に位置した直後であり、視線はＸ軸方向を向いているとする。 この初期値では視線が進行方向の逆を向いていることから、視点が通路１２に沿って、いわゆる後進をしてきたことを表わしている。 また移動速度の調節のために移動ベクトルに乗ずる乗数はγ＝１／６とし、視点・通路端点間距離の閾値はβ＝１
０とする。

【００６８】図１１は実施の形態２での時々刻々の視点位置及び視線方向を表わすものであり、視点６１、視点７１が上記の初期値をとった時の状態である。 図１２
（ａ）は、この初期状態のの視点位置から視線方向に３
次元空間を見たときの画面イメージであり、レンダリング部９で生成される画像の一例である。

【００６９】図１３は実施の形態２による視点制御動作を示すフローチャートである。 まずステップ２０１では、端点２から端点１に向かって視点位置を移動させ、
視点位置記憶レジスタを更新する。 速度調節用の乗数はγ＝１／６であるから、視点の移動ベクトルは１／６・
（（１０、５、０）−（１０、５、３０））＝（０、
０、−５）となる。 この移動ベクトルを現在の視点位置に加算して視点位置を（１０、５、２５）とし、この値で視点位置記憶レジスタを更新する。 更新後の視点位置は図１１の視点６２である。

【００７０】ステップ２０２では、現在の視点位置と、
視点が向かって移動する側の端点である端点１との間の距離αを算出し、視点・通路端点間距離レジスタ７を更新する。 現在の視点位置は（１０、５、２５）、通路１
１の端点１の座標は（１０、５、０）であるから、視点・通路端点間距離レジスタ７の値はα＝２５となる。

【００７１】ステップ２０３では、視点・通路端点間距離αの値と閾値βを比較する。 αがβより大きい場合には、ステップ２０５に移って視線を回転させる。 今β＝
１０であるから、制御はステップ２０５に移る。

【００７２】ステップ２０５では、前記視線方向ベクトル更新手段８の動作説明に従って回転視線方向を回転させる。 通路１１の長さはＬ＝３０であり、通路１２と通路１１のなす角度θは−９０°であるから、視線回転前、すなわち端点２での視線方向に比べて−９０・（３
０−２５）／（３０−１０）＝−２２。５°だけ回転させる。 回転後の値で視線方向ベクトルレジスタ４は更新され、この時の視線方向は図６の視線７２となる。

【００７３】視線回転後ステップ２０４に制御が移るが、視点は端点１に至っていないため制御はステップ２
０７に移る。

【００７４】ステップ２０７では、現在の視点位置から視線方向を眺めた画像を生成・表示しする。 図６に示されている視点６２から視線７２の方向を眺めた画像の例は、図１２（ｂ）となる。 画像を表示後、制御は再びステップ２０１に戻る。

【００７５】以降、同様の手順を繰り返すことで、視点と視線の組み合わせは、図６の視点６３と視線７３、視点６４と視線７４を経て、視点６５と視線７５となる。
それぞれの時点での表示画像は図８（ｃ）から（ｅ）である。 その後、さらに視点の制御を繰り返すと、視点６
６と視線７６となるが、この視点位置では視点・通路端点間距離はα＝５とβ以下になるため制御はステップ２
０５に移らず、視線方向は回転しない。 さらに移動した視点６７では通路１１の端点１に至っているため、ステップ２０６で視点位置レジスタ３の通路ＩＤの値を次の通路に更新する。 今の場合、次に移動すべき通路が存在しないため、通路ＩＤには移動先がないことを表わすＮ
ＵＬＬが書き込まれ、この時点で視点の制御は終わる。

【００７６】視点６６及び視点６７の位置で生成される画像は、それぞれ図１２（ｆ）、（ｇ）である。

【００７７】以上実施の形態２によれば、実施の形態１
と同等の特徴を持っている。 これに加えて、実施の形態２における視線方向の回転制御動作は、特に視点の移動方向と視線方向が逆方向の場合、すなわち視点が後退する場合に有効である。

【００７８】次に実施の形態３について説明する。 図１
４は実施の形態３による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図であり、この３次元画像表示制御装置は通路記憶手段１と、シーンデータ記憶手段２と、視点位置レジスタ３と、視線方向ベクトルレジスタ４と、視点位置更新手段５と、視点・通路端点間距離算出手段６
と、視点・通路端点間距離レジスタ７と、レンダリング部９と、表示部１０と、視点移動方向レジスタ１１と、
視点移動方向更新手段１２と、第１の視線方向ベクトル更新手段１３と、第２の視線方向ベクトル更新手段１４
と、視線方向ベクトル更新手段選択手段１５とを備えている。

【００７９】これらのうち、通路記憶手段１と、シーンデータ記憶手段２と、視点位置レジスタ３と、視線方向ベクトルレジスタ４と、視点・通路端点間距離算出手段６と、視点・通路端点間距離レジスタ７と、レンダリング部９と、表示部１０については実施の形態１と全く同じものであるため、再度の説明を省略する。

【００８０】視点移動方向レジスタ１１は、視点の通路上での移動方向を記憶するもので、視点が移動する方向によって０又は１の値をとる。 すなわち視点が通路記憶手段１に記憶されている通路の端点１から端点２に向かう場合に０を、逆方向の場合は１を記憶する。

【００８１】視点移動方向更新手段１２は、視点移動方向レジスタ１１の値を０又は１に変更する。 この変更は図１４には示されていない利用者などの外部からの入力に従って行う、あるいは予め設定された任意の条件で自動的に変更することができる。

【００８２】視点位置更新手段５は視点移動方向レジスタ１１の値に従った方向に、視点を通路に沿って移動させる。 すなわち、視点移動方向レジスタ１１の値が０の場合は通路の端点１から端点２に向かう方向に、１の場合は端点２から端点１に向かう方向に視点を移動させる。 視点の移動動作は各々実施例１及び実施例２の場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。

【００８３】第１の視線方向ベクトル更新手段１３は、
実施の形態１の視線方向ベクトル更新手段８と同様の動作を行うものである。 すなわち、視点・通路端点間距離レジスタ７が記憶している視点・通路端点間距離値αが予め定められた閾値β１よりも小さい場合には、αが小さくなるにつれて視線方向が徐々に回転するように視線方向ベクトルレジスタ４を更新する。 動作の詳細については、実施の形態１で既に述べたものと同じであるため、ここでは説明を省略する。

【００８４】第２の視線方向ベクトル更新手段１４は、
実施の形態２の視線方向ベクトル更新手段８と同様の動作を行うものである。 すなわち、視点・通路端点間距離レジスタ７が記憶している視点・通路端点間距離αが予め定められた閾値β２以上である場合には、αが小さくなるにつれて視線方向が徐々に回転するように視線方向ベクトルレジスタ４を更新する。 動作の詳細については、実施の形態２で既に述べたものと同じであるため、
ここでは説明を省略する。

【００８５】視線方向ベクトル更新手段選択手段１５
は、視線方向と視点の移動ベクトルの関係に従って、第１の視線方向ベクトル更新手段１３と第２の視線方向ベクトル更新手段１４のいずれを用いて視線方向の変更を行うかを選択する。 まず視点位置更新手段５と同様に視点移動ベクトルを算出する。 次に、この視点移動ベクトルと視線方向ベクトルのなす角度の絶対値が９０°以下であれば第１の視線方向ベクトル更新手段１３を、それ以上であれば第２の視線方向ベクトル更新手段１４を用いて視線の回転を行う。

【００８６】図１５は上記の構成をもつ実施の形態３の動作を示すフローチャートである。 以下、実施の形態３
の動作をこのフローチャートと図を用いて説明する。

【００８７】ステップ３０１では、外部からの入力、あるいは予め定められた条件によって、視点移動方向更新手段１２が視点移動方向レジスタ１１の値を０又は１に設定する。

【００８８】ステップ３０２では、視点位置更新手段５
が視点を移動させる。 移動は視点移動方向レジスタ１１
の値が０の場合は通路の端点１から端点２に向かう方向に、１の場合は端点２から端点１に向かう方向に行われ、視点位置レジスタ３が移動後の視点位置で更新される。

【００８９】ステップ３０３では、視点が向かって移動する側の端点、すなわち視点移動方向レジスタ１１の値が０の場合は端点２、１の場合は端点１と視点位置との間の距離αを算出する。 視点・通路端点間距離レジスタ７はαで更新される。

【００９０】ステップ３０４では、視線方向ベクトル更新手段選択手段１５が、視点移動ベクトルと視線方向ベクトルのなす角度に基づいて視線方向更新手段を選択する。 ２つのベクトルのなす角度の絶対値が９０°以下であればステップ３０５に、それ以上であればステップ３
０６に制御がうつる。

【００９１】ステップ３０５の動作内容は、図１６に示したフローチャートの通りである。 ステップ４０１で視点・通路端点間距離αがβ１より小さいかを判定し、もし小さければステップ４０２で視線方向を回転させる。
ステップ４０２での視線回転動作は上で述べたように、
実施の形態１で述べた動作と同じである。 ただし、既に視線が回転中に視点の移動方向が変化した場合には、その視点回転が終了した場合の視点方向を算出した後、その方向を視線回転前の視線方向としてステップ４０２の手順を行う。

【００９２】またステップ３０６の動作内容は、図１７
に示したフローチャートの通りである。 ステップ５０１
で視点・通路端点間距離αがβ２以上かを判定し、もしβ２以上であればステップ５０２で視線方向を回転させる。 ステップ５０２での視線回転動作は上で述べたように、実施の形態２で述べた動作と同じである。 ただし、
既に視線が回転中に視点の移動方向が変化した場合には、その視点回転が終了した場合の視点方向を算出した後、その方向を視線回転前の視線方向としてステップ５
０２の手順を行う。

【００９３】ステップ３０７では、視点が現在移動中の通路端点に至っているか、あるいはそれ以上進んだかどうかを判定する。 もし、端点に至っていればステップ３
０８に移り、視点位置レジスタ３の通路ＩＤを、次に移動する通路のＩＤで更新する。

【００９４】ステップ３０９では、上記のステップを経て更新された視点情報を用いて、視点位置から視線方向を眺めた画像を生成・表示する。 さらに以後、上記ステップを繰り返す。

【００９５】以上実施の形態３によれば、実施の形態１
及び２の特徴に加えて、視点の移動方向を前進及び後退の２方向に切り換えることが可能である。 さらに視点の移動方向と視線方向の関係に合わせて、適切な視線回転制御方法を選択することが可能である。 これにより視点が前進する場合と後退する場合に対して適切な視点の回転制御を行うことができるため、視点移動の自由度を増した上で、現実世界での移動と同じ感覚で３次元空間内を移動することができる。

【００９６】次に実施の形態４について説明する。 図１
８は実施の形態４による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図であり、この３次元画像表示制御装置は通路記憶手段１と、シーンデータ記憶手段２と、視点位置レジスタ３と、視線方向ベクトルレジスタ４と、視点位置更新手段５と、視点・通路端点間距離算出手段６
と、視点・通路端点間距離レジスタ７と、レンダリング部９と、表示部１０と、視点移動方向レジスタ１１と、
視点移動方向更新手段１２と、第１の視線方向ベクトル更新手段１３と、第２の視線方向ベクトル更新手段１４
と、視線方向ベクトル更新手段選択手段１５と、通路オブジェクト生成手段１６とを備えている。

【００９７】通路記憶手段１、及び視点位置レジスタ３
乃至視線方向ベクトル更新手段選択手段１５は、実施の形態３の同名の部分と同じものであるため、説明を省略する。

【００９８】通路オブジェクト生成手段１６は通路記憶手段１に記憶されている通路に合わせて、３次元通路オブジェクトを生成する。 すなわち前記通路記憶手段１に記憶されている通路と一定の関係を保つように形状と位置を制限して、通路オブジェクトを生成する。 このような３次元通路オブジェクトは、予め用意しておいた通路用３次元オブジェクトを、通路データの長さに合わせて任意に拡大縮小した後、上記制限に沿うように通路の位置に合わせて配置することで生成できる。 あるいは通路に沿った移動軸を基準として、任意の図形を動かした軌跡を通路の形状とする、３次元モデリングでよく知られるスィープと呼ばれる手法を用いることでも生成できる。 ここでは一例として、スィープを用いてレールの通路オブジェクトを作成する方法を説明する。

【００９９】図１９は通路と通路オブジェクトが保つべき一定の関係の一例を示した三面図である。 通路オブジェクト作成用移動軸８１及び８２は通路オブジェクト生成の基準となる曲線であり、通路１１と水平方向にａ、
垂直方向にｂだけ離れた位置に生成される。 ここではこれに加えて、通路が曲がる部分では通路オブジェクト作成用移動軸を曲線にするという関係も取り入れる。

【０１００】図２０及び図２１は、図１９の関係に基づいた通路オブジェクトを作成する手順を示す。 図２０の（ａ）は通路オブジェクト作成の基準となる通路１１及び通路１２の上面図である。 また同図（ｂ）はこれらの通路の鳥瞰図イメージである。 まず通路１１及び通路１
２に対して図１９の関係を適用して、移動通路オブジェクト作成用移動軸８１及び８２を作成する。 ただし通路が曲がる部分、すなわち通路１１と通路１２の交点では、通路オブジェクト作成用移動軸８１及び８２は曲線とする。 図２０の（ｃ）はこの結果を上面図で、同図（ｄ）は鳥瞰図で表わしたものである。 次に通路オブジェクトを作成する。 図２１（ａ）及び（ｂ）は通路オブジェクトの生成中の様子を示す上面図と鳥瞰図である。
通路オブジェクト作成用移動軸８１に沿って、その始点から図中の矢印の方向に、通路オブジェクト基本形状９
１を移動させる。 通路オブジェクト基本形状９１は通路オブジェクトの断面形状と同一である。 すなわち、通路オブジェクト基本形状９１が移動した軌跡が描く図形が、通路オブジェクト生成手段１６で生成される通路オブジェクトとなる。 図２２に完成したレールの通路オブジェクト１０１及び１０２を示す。 ここには通路１１及び１２もあわせて記入してある。

【０１０１】シーンデータ記憶手段２は、通路オブジェクト生成手段１６が生成した通路オブジェクトデータを通常オブジェクトデータ及び／又は予め用意されている通路と共に記憶する。

【０１０２】上記の構成をもつ実施の形態４の動作は、
実施の形態３と同一であるため、説明を省略する。

【０１０３】以上実施の形態４によれば、視線の移動通路に対応した通路オブジェクトを自動的に生成するため、形状と位置に関して制限を加えられた通路オブジェクトを確実に生成でき、かつデータ作成者の負担を軽減することができる。

【０１０４】なお上記実施の形態１乃至４では視点・通路端点関距離の算出にユークリッド距離を用いたが、これに限らず視点と通路の端点との距離を表わすものであれば、他の距離を用いてもよい。 また視点・通路端点関距離の算出には、視点が移動中の通路の端点の内、視点が向かっている側の端点の座標を用いたが、視点が向かっている側の逆方向に位置する端点としても構わない。
さらに、端点に限らずその近傍の任意の点の座標を用いてもよい。

【０１０５】通路記憶手段に記憶されている通路は、必ずしも通路の端点１が端点２につながっている必要はなく、端点１同士あるいは端点２同士がつながっていてもよい。 また通路の端点は離れていてもよい。 その場合は、通路記憶手段が次に移動する通路ＩＤも記憶しているか、あるいは利用者からの指示によって次の通路を選択するようにすればよい。 さらに通路につながっている通路は１本である必要はなく、複数であってもよい。 次の通路として複数の候補がある場合には、任意の方法でその内の一つを選択し、次の通路とする。

【０１０６】視線の回転制御方法としては、視点・通路端点関距離に比例する方法を用いたが、他の関係式を用いても構わない。 あるいは、視線が常に任意の一点を通過するように制御してもよい。 さらに実施の形態では水平面内での２次元的な回転のみを用いたが、これを３次元に拡張することは容易であり、その場合には、３次元的に配置された通路においても本発明を利用できる。

【０１０７】通路オブジェクト生成手段を用いずに一定の関係を保って通路と通路オブジェクトを配置する場合には、先に設定されている通路に基づいて通路オブジェクトを配置してもよいし、通路オブジェクトに基づいて通路を設定してもよい。

【０１０８】

【発明の効果】請求項１の３次元画像表示制御装置によれば、視点の移動は通路上に制限されているため、視点の移動範囲が明確であり、思いも依らない方向へ視点が移動してしまうことがない。 また予め配置されている通路と３次元オブジェクトの位置関係が制限されているため、視点が障害物を横切って移動することがない。

【０１０９】これに加えて、視点が通路を移動中に視線方向を回転制御することによって、人が実際に歩いて曲がり角を曲がる場合の視線の変化や、車に乗って移動している場合の曲がり角や交差点での視線の変化に近い視線制御を再現できる。

【０１１０】特に請求項１の視線制御方法は、視点の移動方向と視線方向が等しい場合、すなわち視点が前進する場合に有効である。 これらの特徴により、利用者はあたかも現実世界で道路上を歩いて、あるいは車に乗って実際に移動しているかのような自然な感覚で、３次元空間内を移動することができる。

【０１１１】請求項２の３次元画像表示制御装置によれば、請求項１の効果に加えて、特に視点の移動方向と視線方向が逆方向の場合、すなわち視点が後退する場合に有効な視線方向制御を行うことができる。

【０１１２】請求項３の３次元画像表示制御装置によれば、請求項１及び２の効果に加えて、視線方向などに応じて視線制御方法を選択することができるため、より現実世界に合った視線制御を行うことができる。

【０１１３】請求項４の３次元画像表示制御装置によれば、請求項１乃至３の効果に加えて、視点の移動方向を制御できるため、より移動の自由度が増すと同時に、移動方向と視線方向の関係に応じて視線制御方法を選択することができるため、より現実世界に合った視線制御を行うことができる。

【０１１４】請求項５の３次元画像表示制御装置によれば、請求項１乃至４の効果に加えて、移動通路が直線で構成されているため、通路を記憶するための記憶領域や、視点移動時の移動軌跡の計算量が、曲線で構成された通路を記憶する場合に比べて少なくて済む。

【０１１５】従来技術では通路が直線の場合には、曲がり角や交差点での視線方向変更をある点を中心とした視線の回転で実現していたため利用者に不自然な感じを与えていたが、本発明では適切な視線制御によって現実世界での移動と同じ感覚を与えることができる。

【０１１６】請求項６の３次元画像表示制御装置によれば、請求項１乃至５の効果に加えて、特に通路オブジェクトの形状と位置に関して制限を加えているため、視点が道路などの通路オブジェクトを外れて移動することがない。

【０１１７】請求項７の３次元画像表示制御装置によれば、請求項１乃至６の効果に加えて、通路オブジェクトを自動的に生成するため、形状と位置に関して制限を加えられた通路オブジェクトを確実に生成でき、かつデータ作成者の負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図

【図２】本発明の実施の形態で用いる座標データフォーマットの概念図

【図３】本発明の実施の形態で用いる通路の一例を示す図

【図４】本発明の実施の形態で用いる３次元空間内に配置される３次元オブジェクトの一例を示す図

【図５】本発明の実施の形態１による通路のなす角度θ
のとり方及び視線方向の回転の方向を示す図

【図６】本発明の実施の形態１による時々刻々の視点位置及び視線方向を示す図

【図７】本発明の実施の形態１による視点制御動作を示すフローチャート

【図８】本発明の実施の形態１による時々刻々の視点位置から視線方向に３次元空間を見たときの画面イメージを示す図

【図９】本発明の実施の形態２による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図

【図１０】本発明の実施の形態２による時々刻々の視点位置及び視線方向を示す図

【図１１】本発明の実施の形態２による時々刻々の視点位置及び視線方向を示す図

【図１２】本発明の実施の形態２による時々刻々の視点位置から視線方向に３次元空間を見たときの画面イメージを示す図

【図１３】本発明の実施の形態２による視点制御動作を示すフローチャート

【図１４】本発明の実施の形態３による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図

【図１５】本発明の実施の形態３による視点制御動作を示すフローチャート

【図１６】本発明の実施の形態３による視点制御動作を示すフローチャート

【図１７】本発明の実施の形態３による視点制御動作を示すフローチャート

【図１８】本発明の実施の形態４による３次元画像表示制御装置の構成を示すブロック図

【図１９】本発明の実施の形態４による通路と通路オブジェクト作成用移動軸の関係を示す図

【図２０】本発明の実施の形態４による通路オブジェクトの生成手順を示す図

【図２１】本発明の実施の形態４による通路オブジェクトの生成手順を示す図

【図２２】本発明の実施の形態４による生成された通路オブジェクトの一例を示す図

【符号の説明】

１ 通路記憶手段 ２ シーンデータ記憶手段 ３ 視点位置レジスタ ４ 視線方向ベクトルレジスタ ５ 視点位置更新手段 ６ 視点・通路端点間距離算出手段 ７ 視点・通路端点間距離レジスタ ８ 視線方向ベクトル更新手段 ９ レンダリング部 １０ 表示部 １１ 視点移動方向レジスタ １２ 視点移動方向更新手段 １３ 第１の視線方向ベクトル更新手段 １４ 第２の視線方向ベクトル更新手段 １５ 視線方向ベクトル更新手段選択手段 １６ 通路オブジェクト生成手段