【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータグラフィックスを用いて作成された仮想環境における移動物体の移動経路生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元コンピュータグラフィックスを用いて作成された仮想環境における各種移動物体の移動経路生成に関しては、ロボットの移動経路のプランニングの分野などにおいて、いろいろな試みがなされている。 例えば、移動物体が周りにある他の物体と干渉するのを避けるようにあらかじめ設定した経路に対して、
ロボットを移動させながら正確にその経路上を移動しているかを判断するための技術、さらに該判断の結果に基づいて軌道修正をするための技術などがある。 ただし、
これらは経路生成ではなく、むしろ経路修正のための制御という色合いが強いものであった。

【０００３】それに対して、３次元コンピュータグラフィックスを用いて作成された仮想環境における移動経路は、あらかじめ空間が認識されている利点を生かして物体と干渉チェックを行ない経路を生成していた。 しかし、従来の移動経路生成方法では、干渉チェックを行なう時に、物体に外接する直方体（バウンダリボックス）
を用いた干渉チェックや、物体を構成するポリゴン同志の干渉チェックを行なっていたため、時間がかかりすぎるという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来の移動経路生成方法では、移動物体と他の物体との干渉チェックを、直方体やポリゴン同志の干渉チェックとして行なっていたため、時間がかかりすぎるという問題があった。 本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、３次元コンピュータグラフィックスを用いて作成された仮想環境における移動経路を、高速に生成することができる移動経路生成方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の移動経路生成方法は、仮想環境内に配置された物体を表すデータに基づいて、該物体を平面に投影した投影枠を算出する第１の投影枠算出ステップと、この算出された投影枠に、該仮想環境内を移動する移動物体を表すデータに基づく所定の厚みを付加した投影枠を算出する第２の投影枠算出ステップと、この第２の投影枠算出ステップで算出された投影枠のうち、前記移動物体が移動する出発点と目的地とを結ぶ経路に対して干渉している投影枠を検出する干渉検出ステップと、この検出された投影枠を回避する経路の生成を行う経路生成ステップと、この生成された投影枠を回避する経路における終点を新たな出発点とし、該投影枠を回避する経路の終点が前記目的地と一致するまで、前記干渉検出ステップおよび前記経路生成ステップを繰り返すステップと、
この生成された経路または該経路上を前記移動物体が移動する様子の少なくとも一方を提示する提示ステップとを有することを特徴とする。

【０００６】また、好ましくは、前記経路生成ステップにおいて、投影枠を回避する経路を生成する際、出発点および目的地と投影枠との位置関係から回避する方向を決定しても良い。 また、前記経路生成ステップにおいて、回避する投影枠の輪郭にそって経路を生成しても良い。

【０００７】また、前記経路生成手段ステップにおいて、回避する投影枠の輪郭点でのショートカット可能な部分を検出し、ショートカットされた新しい経路を再構成しても良い。 また、移動物体が通過できる部分を有する物体には通過点属性を付与し、前記経路生成ステップにおいて、通過点属性をもつ物体に関して投影枠を生成せず出発点と目的地、通過点とを結ぶ線から経路を生成しても良い。

【０００８】また、前記経路生成ステップにおいて、投影枠を回避する経路を生成する上で、その投影枠と一体化させて扱える複数の物体の投影枠を融合してできる投影枠を回避するようにしても良い。

【０００９】一方、本発明に関わる移動経路生成装置を、３次元物体や人体やロボットなどの移動物体の形状を記憶する形状記憶手段と、前記形状記憶手段に記憶されている３次元物体から構成される環境を記憶するための環境記憶手段と、前記環境記憶手段に記憶された環境内を前記移動物体が目的地まで進むための移動経路を生成する移動経路生成装置において、前記形状記憶手段に記憶された物体や人体を平面に投影してできる投影枠に厚みをつけた投影枠を算出する投影枠算出手段と、前記投影枠算出手段により算出され、出発点と目的地を結ぶ線にぶつかる投影枠を検出する干渉チェック手段と、前記干渉チェック手段により検出された投影枠を回避する経路を生成する経路生成手段と、生成した経路にそって人体を移動させる手段とから構成しても良い。

【００１０】

【作用】本発明の移動経路生成方法は、第１の投影枠算出ステップで算出した投影枠に、該仮想環境内を移動する移動物体を表すデータに基づく所定の厚み（例えば移動物体の幅あるいはその半分）を付加した投影枠を第２
の投影枠算出ステップで算出し、この厚みの付加された投影枠と前記移動物体が移動する出発点と目的地とを結ぶ経路（すなわち線分）とを干渉チェックして、この検出された投影枠を回避する経路の生成を行う。

【００１１】そして、この生成された投影枠を回避する経路における終点を新たな出発点とし、該投影枠を回避する経路の終点が前記目的地と一致するまで、干渉検出および経路生成を繰り返す。 その後、その生成結果を提示する。

【００１２】すなわち、本発明では、従来と異なり干渉チェックには多角形と線との干渉チェックを用いるようにしている。 従って、干渉チェックに要する時間を短くし、経路を自動生成するようになっているので、経路生成の時間が高速化される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。 （第１の実施例）図１は、本発明に関わる移動経路生成装置の概略構成である。 図のように、本実施例の移動経路生成装置は、入力部１１、形状記憶部１２、環境記憶部１３、投影枠算出部１４、干渉チェック部１５、経路生成部１６および出力部１７を有する構成となっている。

【００１４】入力部１１は、コンピュータグラフィックスを用いて作成された仮想環境における、各物体の形状に関するデータや環境に関するデータを入力するためのものである。 形状記憶部１２は、入力部１１から入力されたデータのうち、各物体の形状に関するデータを蓄える部分である。 ここでいう形状に関するデータとは、各物体形状ごとの頂点座標値のデータ、頂点の組合せによる辺のデータ、面のデータであり、例えば図２のような形式で表される。

【００１５】環境記憶部１３は、入力部１１から入力されたデータのうち、環境に関するデータを蓄える部分である。 ここでいう環境に関するデータとは、その環境に存在する物体の位置のデータ、姿勢のデータ、さらには形状に対するポインタのことであり、例えば図３のような形式で表される。 投影枠算出部１４は、各物体を平面に投影したときの投影枠を算出する部分であり、形状記憶部１２に蓄えられている形状データをもとに投影後の各物体の２次元データを算出する。

【００１６】干渉チェック部１５は、投影枠算出部１４
からの物体形状の２次元データと、環境記憶部１３の物体の位置データ、姿勢データ、形状に対するポインタをもとに、環境を平面上に投影し、投影平面上で物体と移動物体の移動経路の干渉チェックをおこなう。 経路生成部１６は、干渉チェック部１５の結果をもとに、物体を避ける経路を作成する部分である。

【００１７】出力部１７は、経路生成部１６の結果をコンピュータグラフィックスを用いて表示する。 表示する内容としては、２次元的に空間を投影した投影図の上に、経路を線で表示したり、３次元的に人が歩く様子を表示する。 以下、本実施例の移動経路生成装置の経路生成の流れについて、図４を用いて説明する。 なお、空間の座標系は、図５に机のある空間を例として示しており、垂直方向上向きにＹ軸、水平方向にＸ軸、奥行き方向にＺ軸をとるものとする。

【００１８】図４において、まず空間内の各物体について、その形、サイズ、位置のデータがデータ入力部１１
から入力される（ステップＳ１）。 入力データのうち、
各物体の形状に関するデータは形状記憶部１２に記憶され、各物体によって構成される環境は、環境記憶部１３
に記憶される（ステップＳ２）。

【００１９】形状記憶部１２に記憶された形状データは、投影枠算出部１４において、平面上に投影された２
次元データに簡略化される。 まず、各物体は、ＸＺ平面上に投影される。 その際、物体は例えば人体の厚み分（あるいはその半分）だけ厚くして多角形近似する（ステップＳ３）。 図６の例は、図５の角に丸みをもった机をＸＺ平面上に投影し、近似した場合の一例であり、ここでは四角形に近似し、さらに一定の厚みｔを持たせている。

【００２０】出発点と目的地は、それぞれＸＺ平面上では点であらわされる。 人体もまた、その中心位置に相当する点であらわされる。 これによって、人体が歩く経路は線で表現され、経路線が作成される（ステップＳ
４）。 以下の説明は図７をもとに行なう。 図７は、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５つの物体をＸＺ平面に投影し多角形近似したものと、出発点Ｓおよび目的地Ｇが表示されている。

【００２１】平面への投影による簡略化が終ると、各物体が経路生成において障害物となるかどうかをみきわめるため、干渉チェック部１５において経路生成の対象となる２点間をつなぐ経路線と各多角形の輪郭線との干渉チェックを行なう（ステップＳ５）。 ここでは、経路線と多角形を構成する線分の交わり具合を順にチェックする。 ある多角形を構成するどの線分も経路線と交点を持たない場合、その多角形は経路線と干渉しておらず、その多角形に近似された物体は現経路の障害にはならないと判断される。 また、多角形を構成する線分のうち、一つでも経路線と交点を持つ場合は、その多角形は経路線と干渉しており、その多角形に近似された物体は現経路の障害になると判断される（ステップＳ６）。 図７においては、線分ＳＧが経路線であり、５つの多角形のうち、Ａ，Ｂ，Ｃの３つが障害になると判別される。

【００２２】この干渉チェックによって、現経路に対して、障害となる物体、障害にならない物体が短時間で判別される。 そして経路生成部１６において、出発点から目的地までの経路生成過程にはいり、障害物を回避するように経路を生成する。 干渉チェックの結果、障害物があった場合には、それらの障害物を近似した多角形のうちで、出発点に最も近い点で経路線との交点をもつ多角形を選びその多角形を回避することを考える（ステップＳ７）。 図７においては、Ａ，Ｂ，ＣのうちＣが出発点Ｓに最も近い交点ｃ０を持つのでＣの多角形を回避する。

【００２３】物体を回避するための、その交点からの移動方向は、出発点、目的地と投影枠の位置関係から方向を決定する。 例えば、直線に対してその多角形の中心位置がずれている方向と反対の方向とする（ステップＳ
８）。 図７においては、矢印の方向、つまり、ｃ０からｃ１に向かう方向である。

【００２４】物体を回避する方向が決まれば、輪郭線に沿ってその方向に進み、その多角形の頂点のうち、最も近い頂点までたどりつく（ステップＳ９）。 図７においては、点ｃ１である。 さらにその頂点を出発点とし、これと目的地とを結ぶ新しい直線に対しても経路生成過程を実行する（ステップＳ１０）。 図７においては、ｃ１
と目的地Ｇを結ぶ直線が新しい経路線であり、これに対しても同様の処理を行なう。

【００２５】以上の結果、出発点から目的地までの経路線が障害物を近似した多角形の輪郭にそって「出発点→
交点→頂点１→頂点２→…→目的地」といった具合に生成される。 図７では、「出発点Ｓ→ｃ０→ｃ１→ａ０→
ａ１→ａ２→目的地Ｇ」という経路になっている。

【００２６】このようにして短時間で生成された経路は、出発点から目的地までの障害となる物体を避けるような経路となっている。 経路が生成されるとその経路上を人体が歩く様子を３次元コンピュータグラフィックスを用いて出力部１７で表示する。 あるいは、生成された経路を出力部１７に例えば図７のように表示することも可能である。

【００２７】このように、本実施例によれば、仮想環境内を移動する人やロボットなどの移動物体と、該仮想環境内に点在する他の物体との干渉チェックを、物体の投影枠と線（移動経路）との干渉チェックとして行って短時間で干渉を判断するので、障害物を回避しながらの移動経路を短時間で生成できる。

【００２８】（第２の実施例）第１の実施例では、図５
のように生成される経路が交点と輪郭線の頂点を忠実に追っていた（「出発点Ｓ→ｃ０→ｃ１」、「ｃ１→ａ０
→ａ１」）。 本第２の実施例では、「出発点Ｓ→ｃ
１」、「ｃ１→ａ１」といったように、より短距離化した経路を生成できるように改善したものである。

【００２９】本実施例の処理の流れは、図４に示される第１の実施例の処理の流れにおけるステップＳ９とステップＳ１０の間に、ショートカットを行なうステップＳ
１１をさらに設けたものであり、これを図９に示す。 また、本実施例に関わる移動経路生成装置の構成は基本的に第１の実施例と同様であるので、ここでの説明は省略する。

【００３０】以下、本実施例の移動経路生成装置の経路生成の流れについて、図９を用いて説明する。 なお、第１の実施例と同じ処理については、説明を省略する。 また、空間の座標系は、第１の実施例と同様である（図５
参照）。 第１の実施例と同様に、ステップＳ１からステップＳ１０の処理がなされた後、ステップＳ１１では、
２つ前の点と現在点とを結んだ線上に干渉するものがなければショートカットする、という処理を行う。

【００３１】まず、移動経路は、「出発点→交点→頂点１→頂点２→…→目的地」となっている。 ここで、例えば「出発点→頂点１」を結ぶ線に対して経路生成過程を実行することで干渉する物体が存在しない場合は経路がショートカットでき、「出発点→頂点１→頂点２→…→
目的地」となる。

【００３２】つまり、図８で「出発点Ｓ→ｃ０→ｃ１」
と経路が生成されたとき、「出発点Ｓ→ｃ１」の経路を干渉する物体がないことがステップＳ１１でわかる。 従って、「出発点Ｓ→ｃ０→ｃ１」のかわりに「出発点Ｓ
→ｃ１」のショートカット経路が算出される。

【００３３】図８は、図７に示す経路をショートカットした経路を示すものであり、図７の経路で、「出発点Ｓ
→ｃ０→ｃ１」となっている部分が図８では「出発点Ｓ
→ｃ１」という経路にかわる。 また、図７の経路で、
「ｃ１→ａ０→ａ１」となっている部分が図８では「ｃ
１→ａ１」という経路にかわる。 そのため、経路全体を見てみると、図７では「出発点Ｓ→ｃ０→ｃ１→ａ０→
ａ１→ａ２→目的地Ｇ」となっていた経路が、図８のように「出発点Ｓ→ｃ１→ａ１→ａ２→目的地Ｇ」という経路にかわる。 このようにして経路は可能な限り徐々にショートカットされ完成する。

【００３４】このように、本実施例によれば、移動経路を短時間で生成できるとともに、無駄のある（不自然な）経路に関してはショートカットすることで経路をより自然なものにする（すなわち短距離化する）効果がある。

【００３５】（第３の実施例）第１の実施例では、障害物を通過できる場合、例えば図１３のように壁に設けられたドアを通過できる場合を想定していないが、第３の実施例では、そのような場合に、障害物を迂回せずに通過できるドアなどを投影枠に反映してこれを通過できるようにし、これによって移動経路をさらに短縮できるよう改善にしたものである。 すなわち、物体に通過点属性を持たせることにより通過を可能とするものであり、例えば壁の場合ドアをあらかじめ通過点という属性として持たせている。

【００３６】図１０は、本実施例に関わる移動経路生成装置の概略構成である。 図のように、本実施例の移動経路生成装置は、入力部１１、形状記憶部１２、環境記憶部１３、投影枠算出部１４、干渉チェック部１５、経路生成部１６、出力部１７および通過点属性チェック部１
８を有する構成となっている。 つまり、第１の実施例（図１）の構成に、さらに通過点属性チェック部１８を追加したものとなっている。 また、環境記憶部１３は、
各物体が通過点属性に関するデータをもつため、図１１
のような内容となる。 なお、その他の構成部分は、第１
の実施例と同様であるので、ここでの説明は省略する。

【００３７】本実施例の処理の流れは、図４に示される第１の実施例の処理の流れとほぼ同様であるが、通過点属性をもつ物体が干渉チェックにひっかかった時処理の流れに違いが生じる。 すなわち、図１２に示すように、
図４のステップＳ６とステップＳ７との間に、点線枠でくくった部分のステップＳ１２からステップＳ１５をさらに設けたものである。

【００３８】以下、本実施例の移動経路生成装置の経路生成の流れについて、図９を用いて説明する。 なお、第１の実施例と同じ処理については、説明を省略する。 また、空間の座標系は、第１の実施例と同様である（図５
参照）。 ここでは、図１４に示すようなドア位置を通過点とする通過点属性をもつ壁Ｗが空間内に存在する場合を例にして説明する。

【００３９】ステップＳ５（図４参照）の干渉チェックの結果、障害物があるとき、通過点属性チェック部１８
において、環境記憶部１３のデータをもとに、干渉する多角形のなかに通過点属性を持つ多角形が含まれているかを調べる（図１２のステップＳ１２）。 通過点属性を持つ多角形があった場合、通過点属性により通過点を通る経路を生成する必要がある。

【００４０】図１４の例では、ドア位置を通過点とする通過点属性をもつ壁Ｗが障害物になっているので、環境記憶部１３にある通過点属性からその壁にあるドアの位置を計算する（図１２のステップＳ１３）。 図１４においては、壁Ｗの通過点はｗ１である。

【００４１】通過点であるドアの位置が計算されると、
「出発点→ドアの位置」（図１４の「Ｓ→ｗ１」）の経路に対して経路生成過程を実行し（図１２のステップＳ
１４）、続けて「ドアの位置→目的地」（図１４の「ｗ
１→Ｇ」）の経路に対して経路生成過程を実行する（図１２のステップＳ１５）。 その結果、全体の経路が生成される。 ただし、壁に通過点属性を与えられていない場合は、図１４のようにその壁は通過できない。 図１４の例では、通過点を通り、さらに物体Ｐを回避して「Ｓ→
ｐ１→ｗ１→Ｇ」という経路が生成されている。

【００４２】このように、本実施例によれば、移動経路を短時間で生成できるとともに、ドアなどは通過点として出発点、目的地と同様に扱うことで効率良く経路を探索できる。

【００４３】（第４の実施例）第１の実施例では、全ての物体を各々投影枠化していたが、本実施例では、物体同志が接していたり、人が通り抜けられないような間隔で配置されている場合には、経路生成において一つ一つの物体と考える代わりに、一つの物体と判断してよい物体群の投影枠を融合し、一つの投影枠とすることによって、各物体を各々投影枠化する場合に干渉チェックなどに要していた時間を削減するように改善したものである。

【００４４】本実施例の処理の流れは、図４に示される第１の実施例の処理の流れにおけるステップＳ７とステップＳ８の間に、融合すべき多角形を検出するステップＳ１６および枠を融合させるステップＳ１７をさらに設けたものであり、これを図１５に示す。 また、本実施例に関わる移動経路生成装置の構成は基本的に第１の実施例と同様であるので、ここでの説明は省略する。

【００４５】以下、本実施例の移動経路生成装置の経路生成の流れについて、図９を用いて説明する。 なお、第１の実施例と同じ処理については、説明を省略する。 また、空間の座標系は、第１の実施例と同様である（図５
参照）。

【００４６】第１の実施例と同様に、ステップＳ１からステップＳ６の処理がなされた後、ステップＳ７によって、経路上、最も出発点の近くで干渉する物体の投影枠が決定すると、その投影枠と干渉している投影枠をみつける（ステップＳ１６）。 そして、それら全てを包括するように各頂点を結ぶ枠を作成する（ステップＳ１
７）。 図１６の左の図においては、物体Ａに対してＢ，
Ｃ，Ｄの３つが干渉しており、そのためＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
全てを取り囲むように枠が生成され、右の図のような枠になる。 そして、この枠を回避するため、ステップＳ８
へと処理が進む。 こうすることによって、図１６の場合Ａを回避したあとＢを回避していたのが一つの枠を回避するだけでよくなり、またＡだけでなく、回りの物体を考慮した経路生成がなされることになる。

【００４７】このように、本実施例によれば、移動経路を短時間で生成できるとともに、物体の近傍の状態を考慮し、的確に経路を生成できる。 また、本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動経路生成方法では、仮想環境内を移動する移動物体と、該仮想環境内に点在する他の物体との干渉チェックを、物体の投影枠と線（移動経路）との干渉チェックとして行って短時間で干渉を判断するので、障害物を回避しながらの移動経路を短時間で生成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる移動経路生成装置の概略構成を示す図。

【図２】図１の形状記憶部のデータの形式を示す図

【図３】環境記憶部のデータの形式を示す図

【図４】本発明の第１の実施例における移動経路生成処理の処理の流れを示す図

【図５】空間内の物体の一例を示す図

【図６】物体の投影枠の一例を示す図

【図７】同実施例において生成される移動経路の一例を説明するための図

【図８】同第２の実施例において生成される移動経路の一例を説明するための図

【図９】同実施例における移動経路生成処理の処理の流れを説明するための図

【図１０】本発明の第３の実施例に関わる移動経路生成装置の概略構成を示す図

【図１１】通過点属性を持つ場合の環境記憶部のデータの形式を示す図

【図１２】同第３の実施例における移動経路生成処理の処理の流れを説明するための図

【図１３】壁にドアがない場合の干渉を説明するための図

【図１４】壁にドアがある場合の移動経路を説明するための図

【図１５】同第４の実施例における移動経路生成処理の処理の流れを説明するための図

【図１６】投影枠の融合処理を説明するための図

【符号の説明】

１１…入力部、１２…形状記憶部、１３…環境記憶部、
１４…投影枠算出部、１５…干渉チェック部、１６…経路生成部、１７…出力部、１８…通過点属性チェック部