Virtual environment generating device
专利汇可以提供Virtual environment generating device专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To generate virtual environment wherein an image and a sound having presence are synchronized with each other at all times immediately in response to changes of the shape and acoustic characteristics of a virtual space.
CONSTITUTION: A user 60 operates an operation part 30 over a look at an image display part 40 to put a three-dimensional space designing and operation arithmetic part 11 in operation, thereby designing a closed space. The designed closed space can be viewed from a specific view point through the image display part 40. Further, the sound from a sound source 20 which reaches the view point can be listened to through a sound reproduction part 50. When the user 50 changes the shape and characteristics of the closed space, the three- dimensional designing and operation arithmetic part 11 sends the sound absorptivity, surface area, etc., of the wall surface constituting the closed space to a reverberation time arithmetic part 12, which estimates a reverberation time. A reverberation adding circuit 13 adds reverberations to the sound signal of the sound source 20 on the basis of the reverberation time and supplies the resulting sound to the sound reproduction part 50.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO&Japio，下面是Virtual environment generating device专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は仮想環境生成装置に係り、詳しくは、視覚と聴覚による体験を計算機によって合成し、あたかも実空間にいるような状況を再現する仮想環境、人工現実感、あるいはバーチャルリアリティを実現する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、計算機上で、壁面要素の組み合わせによって室内設計を行ない、人間の視点に基づいた室内空間の映像を合成し、画面表示装置を見ているにもかかわらず、その空間にいるような錯覚を合成する装置や、さらに、室内としての閉空間内に音源を仮想的に配置し、視覚のみならず、聴覚に関しても、あたかも視点位置において音源からの音を受聴しているように感じる仮想世界を合成体験する装置が開発されている。
【０００３】ここで、後者の視覚と聴覚の両方を疑似体験できる装置において、受聴する音響信号が音源の信号そのものでは、臨場感は欠如する。 音の臨場感は室内音響による残響によって付与されるので、計算機上で合成された室内音響の影響を付加しなければならない。 このような特性を模擬するためには、残響のない音源に対し、残響付加回路を通して音響信号を受聴すればよいが、従来は選択表示された閉空間に固有に定められた残響特性の情報に基づき、残響付加回路の係数を制御していた。 例えば、仮想の閉空間Ａに対して残響時間Ｔ
Aを、閉空間Ｂに対しては残響時間Ｔ Bを付与しておき、
計算機の操作によって、閉空間ＡからＢに移動した場合は残響付加回路の残響時間をＴ AからＴ Bに変えるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、仮想室内空間の形状や壁面の音響特性を設計変更しながら仮想環境を体験する実時間操作型の系には適用できない。 すなわち、閉空間の形状や壁面の音響特性の変更によって残響時間が変わる情報を残響付加回路に伝える手段がないと、閉空間の仕様が変わっても音響環境は変化しない。 従来の装置には、このような配慮がなされていない。
【０００５】本発明の目的は、仮想閉空間の形を変えたり音響特性を変えても、即座にその変化に応じた音響信号を生成して、常に臨場感のある視覚と聴覚とが同期した仮想環境が得られる仮想環境生成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、計算機上で設計した仮想の閉空間とその中に配置した音源に対し、ユーザの操作により与えられた前記閉空間内の与えられた視点位置から見た画像を画像表示部に表示すると共に、該視点位置に伝わる音源からの音響信号を音響再生部に再生して、実際にその閉空間内にいるような疑似体験を可能にする仮想環境生成装置において、前記仮想の閉空間を構成する壁面要素の吸音率によって該閉空間内の残響時間を求める手段と、前記視点位置に伝わる音源からの音響信号に、前記残響時間に応じた残響特性を付加する手段とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明では、室内の残響特性はその閉空間を構成する壁面要素の音響特性として吸音率を与えることにより一意に決定されるという考え方に基づき、仮想空間を設計する際に壁面要素に吸音率を情報として付与し、
これによって仮想空間内の残響時間を決定し、その空間内の残響特性を音源信号に付加して、ユーザが画像を見ながらその仮想空間の中にいるような視覚と聴覚の体験を得るようにする。 これにより、従来の技術では一つの閉空間のオブジェクトにあらかじめ付与された残響時間情報でしか制御できなかったのに対し、ユーザが壁面要素の音響特性を変化させたり、壁面要素の組み合わせにより閉空間の形状等を可変したりしても、その変化に対応した残響特性が即座に体験できることになる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により説明する。
【０００９】図１は本発明の仮想環境生成装置の全体構成図で、１０は仮想環境生成装置本体、２０は音源、３
０は操作部、４０は画像表示部、５０は音響再生部、６
０はユーザを示している。 仮想環境生成装置本体１０
は、実体はいわゆる計算機であるが、機能的には３次元空間設計・操作演算部１１と残響時間演算部１２と残響付加部１３よりなる。 以下、室内空間を設計・変更する場合を例に本装置の動作を説明する。
【００１０】ユーザ６０は、画像表示部４０を見ながら、操作部３０を通じて３次元空間設計・操作演算部１
１を動作させることにより、室内空間を設計する。 設計した室内空間は、図２のように、画像表示部４０を通じて特定の視点から眺めることができる。 図２の例では、
視点を内包する室内（閉）空間は注目の壁面要素４１およびその他の壁面要素４２〜４５からなる閉じた空間である。 従って、この空間を構成する壁面要素の一部はこの視点から見えない位置にある。 すなわち、図２では、
その他の壁面要素は４つ見えているが、背面等に他の壁面要素が存在する。 ユーザは操作部３０を用いて３次元空間設計・操作演算部１１を動作させることで、壁面要素からなる閉空間を自由に設計し、かつ、画像表示部４
０による視点や視野を制御することができる。 なお、この種の室内空間設計は既に知られており、また、本発明の重要課題ではないので、これ以上の説明は省略する。
【００１１】さて、この仮想空間内に仮想の音源オブジェクト４６を設置することができる。 本発明は、ユーザ６０が音響再生部５０を通じて、この空間内の音源オブジェクトが生成する音を自然に体験するために、この閉空間の残響を付加した音響信号を受聴できるようにするものである。
【００１２】閉空間の残響特性は残響時間というパラメータで記述できる。 残響時間は閉空間の壁面を構成する壁面要素の吸音率で一意に推定することができる。 残響時間と閉空間の平均吸音率の関係式にはいくつかあるが、代表的なものにセービンの式がある（例えば城戸健一著「音響工学」ｐ．８４，コロナ社）。
【００１３】このセービンの式によれば、容積Ｖ
（ｍ 3 ）、壁面の全表面積Ｓ（ｍ 2 ）、壁面全体の平均吸音率ａの閉空間（室内）の残響時間Ｔ（秒）は、次式により推定できる。
【００１４】
【数１】
【００１５】ここで、閉空間がＮ個の壁面要素からなるとし、それぞれの要素ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）の表面積をＳｉ，吸音率をａｉとすると、平均吸音率は次式から求めることができる。
【００１６】
【数２】
【００１７】式（１），（２）を用いれば、壁面要素の吸音率を係数として与えることにより構成される閉空間の残響時間を一意に決定することができる。 もちろん残響時間を推定する式は、式（１）のセービンの式に限らず他の考え方を用いてもよい。
【００１８】図１において、ユーザ６０は画像表示部４
０を見ながら操作部３０を操作して、壁面要素の吸音率を変更したり、あるいは壁面の構成を変えることにより閉空間の形状、特性を変える。 このとき、３次元空間設計・操作演算部１１は、閉空間オブジェクト情報として閉空間を構成する各壁面の吸音率、表面積、容積を残響時間演算部１２に送出する。 なお、壁面要素の変更に対応した吸音率の選択には、３次元空間設計・操作演算部１１は、あらかじめ壁面要素と吸音率の対応表を用意することも考えられる。 残響時間演算部１２では、式（２）等を用いて閉空間の平均吸音率を算出し、さらに式（１）等を用いて残響時間を推定する。 この推定された残響時間情報は残響付加回路１３に係数として送られる。
【００１９】一方、３次元空間設計・操作演算部１１
は、選択した閉空間内におかれた音源オブジェクト情報（位置情報）を音源２０に送る。 音源２５はこのオブジェクト情報に基づき音量等を調節して音響信号を生成する。 この音響信号は残響付加部１３に入力される。 残響付加部１３では、上記残響時間演算部１２からの残響時間情報に基づき該音響信号に残響を付加する。 この残響の付加された音響信号は音響再生部５０により再生され、その音響をユーザ６０が受聴する。
【００２０】なお、受聴信号は１チャネルであっても多チャネルの信号であってもよい。 例えば、閉空間内の音源オブジェクトの位置による定位情報が必要な場合は、
音源２０が両耳受聴のための２チャネル信号を生成すればよい。 この場合、残響は２本の信号のそれぞれに対し付加され、ユーザ６０は２チャネル信号を音響再生部５
０により左右の各耳で受聴する。
【００２１】図１の構成により、ユーザ６０は閉空間の形状を変化させると、それに応じて変化した画像表示と即座に対応した音響信号を受聴することができる。 また、例えば壁面要素４１の吸音率を変化させても、それに即座に対応した音響信号を受聴することができる。 一方、画像表示部４０においては、壁面要素１３の吸音率の値を要素の色や模様で表示させることにより、音響特性の変化を視覚と聴覚の両方で知覚することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発行の仮想環境生成装置によれば、閉空間を構成する壁面要素の各々に吸音率を指定することにより、その値を逐次変更しても、あるいは仮想空間の壁面の形状を変更しても残響時間が逐次推定され、その空間内に存在する音源はその部屋の残響性を模擬して再生することができるので、常に臨場感のある視覚情報と聴覚情報とが同期した仮想環境を生成できないという利点が得られる。
【図１】本発明の仮想環境生成装置の一実施例の全体構成図である。
【図２】仮想環境生成装置の画像表示を説明する図である。
１０ 仮想環境生成装置本体 １１ ３次元空間設計・操作演算部 １２ 残響時間演算部 １３ 残響付加部 ２０ 音源 ４０ 画像表示部 ５０ 音響再生部 ６０ ユーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永嶋 美雄 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
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