カバレージ表示装置、カバレージ表示システムおよびカバレージ表示プログラム
【課題】３次元空間に存在する物体により伝播が遮られる場合のカバーエリアをユーザが正確かつ短時間に把握できるよう視覚化するカバレージ表示装置、カバレージ表示システムおよびカバレージ表示プログラムを得る。
【解決手段】距離計算部８は、装置オブジェクト２０のカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを求めて距離マップ９を生成する。カバーエリア描画部１１は、装置オブジェクト２０からカバーエリアの任意部分までの距離Ｂを求め、Ｂ≦Ａならその部分は隠蔽オブジェクト２１に隠蔽されないと判断して非隠蔽色で描画し、Ｂ＞Ａなら隠蔽されると判断して隠蔽色で描画する。
【解決手段】距離計算部８は、装置オブジェクト２０のカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを求めて距離マップ９を生成する。カバーエリア描画部１１は、装置オブジェクト２０からカバーエリアの任意部分までの距離Ｂを求め、Ｂ≦Ａならその部分は隠蔽オブジェクト２１に隠蔽されないと判断して非隠蔽色で描画し、Ｂ＞Ａなら隠蔽されると判断して隠蔽色で描画する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、仮想３次元空間に配置したカメラ等の装置がカバーする空間（カバレージまたはカバーエリア）を視覚化するカバレージ表示装置、カバレージ表示システムおよびカバレージ表示プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カバレージ表示システムの従来例として、カメラの配置設計を支援するＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムがある。このシステムでは、カメラをモデル化したカメラオブジェクトと、被写体をモデル化した被写体オブジェクトとを仮想の３次元空間に配置し、カメラの撮像範囲および被写体の写り具合等をグラフィカルに表示することにより、目的に応じたカメラの最適な配置決めを支援する（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００３】
非特許文献１では、３次元空間に配置したカメラオブジェクトに対してパン、チルト、ズームといったカメラ制御をユーザとシステムの間で対話的に行い、そのカメラ制御に連動してカメラオブジェクトの画角および方向を計算し、３次元空間内にカメラのカバーエリアを四角錐または四角錐台の形状で表す。また、このシステムはカメラオブジェクトから撮像したシーンをユーザに表示し、ユーザは被写体がどのように写るかを観察することができる。
【０００４】
非特許文献２では、カメラオブジェクトと被写体オブジェクトとを配置した３次元空間に、さらにカメラのカバーエリアに対応した光源を設定し、投影テクスチャマッピングにより、３次元空間に配置された被写体オブジェクトのどの部分がどのような解像度で撮像されるかを再現したシーンを表示する。また、このシステムではシャドウマッピングにより、カメラオブジェクトにより近い位置に配置された被写体オブジェクトにより遮られる隠蔽部分を影として表示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Stanislav Utochkin, "The principles of CCTV design in VideoCAD", CCTV focus Issue 36, 2006
【非特許文献２】Andrei State, Greg Welch, and Adrian Ilie, "An Interactive Camera Placement and Visibility Simulator for Image-Based VR Applications", Proceedings of the Engineering Reality of Virtual Reality 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のカバレージ表示システムは以上のように構成されているので、ユーザは、カメラのカバーエリア、および撮像される被写体の部分と他の被写体により遮られる隠蔽部分を含む被写体の写り具合とを視覚的に確認することができる。しかしながら、カバーエリアを隠蔽部分と非隠蔽部分とに視覚的に区別して表示することができないので、ユーザは例えば壁または柱によってできる死角エリアを正確に把握することができず、また、おおよそであっても把握するのに時間を要するため、正確かつ短時間に配置設計することができないというという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、仮想３次元空間において、直線的伝播特性を有する電磁波、ビームなどの波動を検知または照射するカメラ、焦電型赤外センサ、照明装置といった装置のカバーエリアを表示する際、この３次元空間に存在する物体により伝播が遮られる場合のカバーエリアをユーザが正確かつ短時間に把握できるよう視覚化するカバレージ表示装置、カバレージ表示システムおよびカバレージ表示プログラムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るカバレージ表示装置は、直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置部と、３次元空間において、装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算部と、３次元空間にカバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画部と、任意位置に設定される視点から見た３次元空間を示す画像データを生成する図形描画部とを備えるものである。
【０００９】
この発明に係るカバレージ表示システムは、画像データを表示するディスプレイと、ユーザの指示を受け付ける対話装置と、装置オブジェクトのカバーエリアを示す３次元図形を、対話装置が受け付ける指示に従って対話形式に描画して画像データを生成し、ディスプレイに表示させるものである。
【００１０】
この発明に係るカバレージ表示プログラムは、直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置手順と、３次元空間において、装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算手順と、３次元空間にカバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画手順と、任意位置に設定される視点から見た３次元空間を示す画像データを生成する図形描画手順とをコンピュータに実行させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、装置オブジェクトとカバーエリアとの間に隠蔽オブジェクトが存在するか否かを判定し、カバーエリアを示す３次元図形を隠蔽部分と非隠蔽部分とに視覚的に区別して描画するようにしたので、仮想３次元空間において、直線的伝播特性を有する電磁波、ビームなどの波動を検知または照射するカメラ、焦電型赤外センサ、照明装置といった装置のカバーエリアを表示する際、この３次元空間に存在する物体により伝播が遮られる場合のカバーエリアをユーザが正確かつ短時間に把握できるよう視覚化するカバレージ表示装置およびカバレージ表示プログラムを得ることができる。
【００１２】
また、この発明によれば、カバレージ表示装置が対話形式でカバーエリアの３次元図形を描画して表示するようにしたので、ユーザがディスプレイに表示されたカバーエリアを確認しながら装置オブジェクトの配置設計ができるカバレージ表示システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るカバレージ表示システムの構成を示すブロック図である。
【図２】装置オブジェクト（カメラ）のカバーエリアを説明する図である。
【図３】装置オブジェクト（焦電型赤外センサまたはスポット照明）のカバーエリアを説明する図である。
【図４】装置オブジェクトのカバーエリアの隠蔽を説明する図である。
【図５】図４に示すカバーエリアの表示例を説明する図である。
【図６】図４に示すカバーエリアの別の表示例を説明する図である。
【図７】図４に示すカバーエリアの別の表示例を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係るカバレージ表示システムの動作を説明するフローチャートである。
【図９】オブジェクトのデータ構造を示す図である。
【図１０】距離計算部が行うＺバッファ方式の隠面消去処理を説明する図である。
【図１１】図８に示す動作のうち、距離Ａの計算処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】図８に示す動作のうち、オブジェクト描画処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図８に示す動作のうち、カバーエリア描画処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】カバーエリアの隠蔽判定を説明する図である。
【図１５】装置オブジェクトのカバーエリアを示す表示例である。
【図１６】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図１７】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図１８】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面の別の例およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図１９】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面の別の例およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図２０】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する多面体およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１に示すカバレージ表示システム１は、カバレージ表示装置２にディスプレイ３と、キーボードおよびマウス等で構成する対話装置４とが接続されてなる。このカバレージ表示装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等を有するパーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成される。このコンピュータは、ユーザによるカバーエリアの視覚確認を含む対話的な作業をレスポンス良く行うために、３次元グラフィックスを高速に描画するグラフィックプロセッサ（ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えたものが好ましい。
【００１５】
カバレージ表示装置２において、対話制御部５は対話装置４を介してユーザからの操作要求を受け付け、該当する処理部に処理指示を行う。オブジェクト配置部６は、対話制御部５から指示されるユーザの操作要求に従い、モデル化したオブジェクトを３次元空間（コンピュータ内の仮想空間）に配置する。オブジェクトとしては、直線的伝播特性を有する波動（例えば電磁波、ビーム）を検知または照射する装置（例えばカメラ、焦電型赤外センサ、照明装置）をモデル化した装置オブジェクト２０と、この装置オブジェクト２０からの伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクト２１とがある。３次元空間のデータはグラフィックメモリ７にて保持する。
【００１６】
距離計算部８は、３次元空間において装置オブジェクト２０がカバーするエリアをスキャンし、各スキャン方向で最も近い隠蔽オブジェクト２１の装置オブジェクト２０までの距離Ａ（第１距離）を計算し、距離マップ９として保持する。
【００１７】
オブジェクト描画部１０は、グラフィックメモリ７を参照して、装置オブジェクト２０および隠蔽オブジェクト２１を３次元空間に描画する。カバーエリア描画部１１は、グラフィックメモリ７を参照して、装置オブジェクト２０のカバーエリアを示す３次元図形を３次元空間に描画する。図形描画部１２がカバーエリアを描画する際、カバーエリアの描画部分と装置オブジェクト２０との距離Ｂ（第２距離）を計算し、距離マップ内の対応する距離Ａとの比較結果に基づいて、カバーエリア図形のうち隠蔽オブジェクト２１に遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画する。
【００１８】
図形描画部１２は、対話制御部５から指示されるユーザの操作要求に従って３次元空間の任意位置にユーザ視点を設定し、このユーザ視点から装置オブジェクト２０のカバーエリアを観察した様子を、フレームメモリ１３に書き込んで、２次元の画像データを作成する。表示部１４はフレームメモリ１３に書き込まれた画像データをディスプレイ３に表示する。図１に示すディスプレイ３の画面には、装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１が配置された３次元空間をユーザ視点から見た状態の画像データがディスプレイ２に表示されており、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２のうち、隠蔽オブジェクト２１で隠蔽される隠蔽部分２３と隠蔽されない非隠蔽部分２４とが視覚的に区別されている。
【００１９】
図２は、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を説明する図であり、図２（ａ）はユーザ視点が真横方向にある場合のビュー、図２（ｂ）は斜め方向のビューである。装置オブジェクト２０としてカメラ２０ａを用いる場合、このカメラ２０ａのカバーエリア２２の３次元図形は画角θ、近端距離Ｌｎ、遠端距離Ｌｆで決まる四角錐台として定義される。正確には、画角は焦点距離と撮像素子のサイズで定義され、縦方向と横方向があるが、ここでは説明を簡単にするため画角θのみで表す。
【００２０】
図３は、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を説明する別の図であり、ユーザ視点が斜め方向にある場合のビューである。装置オブジェクト２０として楕円形状の集光レンズを有する焦電型赤外センサ（またはスポットライトのような照明）２０ｂを用いる場合、そのカバーエリア２２の３次元図形は、集光または照射方向の角度、近端距離Ｌｎ、遠端距離Ｌｆで決まる円錐台として定義される。
【００２１】
図４は、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２の隠蔽を説明する図であり、図５〜図７は、図４に示すカバーエリア２２の表示例を説明する図である。各図とも（ａ）はユーザ視点が斜め方向にある場合のビュー、（ｂ）は真横方向のビュー、（ｃ）は真上方向のビューである。図中、装置オブジェクト２０の一例としてカメラを用い、このカメラの撮像範囲がカバーエリア２２となる。また、仮想の３次元空間において、床２５の上に隠蔽オブジェクト２１が配置され、それを斜め上から撮影するよう装置オブジェクト２０が配置されている。
【００２２】
装置オブジェクト２０のカバーエリア２２（近端距離＝０とする）は、図４（ａ）に破線で示す四角錐、および図４（ｂ），（ｃ）に点線で示す三角形となる。図４に示す状態の３次元空間を任意のユーザ視点から描画して２次元の画像データにした場合に、図５では、床２５より上にあるカバーエリア２２に対し、その輪郭を実線で表示し、境界面を透明色（半透明）で表示している。ただし、図面上では透明色の透明度をグレースケールで表す。以下の図でも同様とする。図５の表示例は、先立って説明した特許文献１の表示方法であり、カバーエリア２２の隠蔽部分／非隠蔽部分が区別なく描画されている。
【００２３】
一方、図６および図７の表示例は本実施の形態１による表示方法であり、床２５より上にあるカバーエリア２２の輪郭を実線で表示し、境界面のうち隠蔽オブジェクト２１により遮られない非隠蔽部分２４を透明色（半透明）で表示し、隠蔽オブジェクト２１により遮られる隠蔽部分２３を完全な透明色（描画しないと同意）で表示している。なお、図６は隠蔽オブジェクト２１として背の高い壁等を用いる場合、図７は隠蔽オブジェクト２１として背の低いパーティション等を用いる場合の表示例である。
【００２４】
このように、従来の表示方法（図５）では、隠蔽オブジェクト２１がカバーエリア２２に存在するか否か、即ち物体が他の物体に隠蔽される様子は分かるが、カバーエリア２２のどこが隠蔽部分２３でどこが非隠蔽部分２４かを直感的に短時間に把握することができない。これに対し、本実施の形態１の表示方法（図６および図７）では、従来の表示方法と同様に物体が他の物体に隠蔽される様子が分かる効果に加えて、カバーエリア２２自身の隠蔽の様子が容易に把握できる効果がある。
【００２５】
次に、カバレージ表示システム１の動作を説明する。
図８は、カバレージ表示システム１の動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ１〜ＳＴ３ではカバレージ表示装置２の対話制御部５が、ユーザが対話装置４を操作して入力する要求の有無をチェックしている。先ずステップＳＴ１において、対話制御部５がオブジェクトの配置変更の要求をチェックし、要求がなければ（ステップＳＴ１“ＮＯ”）、続くステップＳＴ２においてオブジェクトおよびカバーエリアを観察するためのユーザ視点の変更要求をチェックする。対話制御部５は、変更要求がなければ（ステップＳＴ２“ＮＯ”）、続くステップＳＴ３において表示処理の終了要求をチェックする。そして、終了要求があれば（ステップＳＴ３“ＹＥＳ”）、一連の表示処理を終了し、終了要求がなければ（ステップＳＴ３“ＮＯ”）、ステップＳＴ１に戻る。
【００２６】
ステップＳＴ１にてオブジェクトの配置変更の要求があると（ステップＳＴ１“ＹＥＳ”）、対話制御部５がオブジェクト配置部６へ指示を出し、ステップＳＴ４にてオブジェクト配置部６が仮想の３次元空間内で装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１の配置を変更する処理を行い、ステップＳＴ５にて距離計算部８が装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを計算し、距離マップ９に保持する。
【００２７】
その後、ステップＳＴ６においてオブジェクト描画部１０がユーザ視点から装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１とを描画し、ステップＳＴ７においてカバーエリア描画部１１がユーザ視点からカバーエリア２２を隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４に区別して描画して、ステップＳＴ１に戻る。
【００２８】
ステップＳＴ２にてユーザ視点変更の要求があると（ステップＳＴ２“ＹＥＳ”）、続くステップＳＴ８において対話制御部５を通じて３次元空間におけるユーザ視点の位置、方向、画角等が対話的に変更される。そして、ステップＳＴ６にて装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１が再描画され、ステップＳＴ７にてカバーエリア２２が再描画される。
【００２９】
ここで、ステップＳＴ４におけるオブジェクト配置変更処理の詳細を説明する。
図９は、オブジェクトのデータ構造を示す図である。装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１に共通のオブジェクトデータとして、ＩＤ番号、名称、種類など、オブジェクトを識別する識別情報と、オブジェクトの３次元空間における位置、方向、大きさなどの空間情報と、オブジェクトの形状、色などの図形情報とが定義される。また、装置オブジェクト２０は装置の種類に応じたカバーエリアに関する情報が定義され、装置オブジェクト２０がカメラであればカバー情報として画角、近端距離、遠端距離などが定義され、焦電型赤外センサであれば集光エリア、近端距離、遠端距離など、スポット照明であれば照射エリア、近端距離、遠端距離などが定義される。これらのオブジェクトデータは、オブジェクトの種類に応じて予めデータ構造を定義した雛型が用意され、オブジェクト配置部６がユーザの指示に従って新たなオブジェクトを作成し配置する際に、適切な雛型を選択し各データに値を代入する。オブジェクトの配置／変更操作はユーザがディスプレイ３の３次元空間に表示されたオブジェクトを直接マウスで移動したり、ダイアログウインドウに表示された数値をキーボードから入力するなど、対話形式で行われる。
【００３０】
次に、ステップＳＴ５における距離計算処理の詳細を説明する。
ステップＳＴ５では、距離計算部８が仮想の３次元空間において装置オブジェクト２０のカバー情報に基づくカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを計算して、距離マップ９に保存する。装置オブジェクト２０がカメラであれば投影面上の矩形エリアでスキャンし、焦電型赤外センサまたはスポット照明であれば楕円エリアでスキャンし、無指向性のセンサまたは照明であれば球面でスキャンする。距離Ａを求めるには、スキャン方向の直線と隠蔽オブジェクト２１を構成する面との交差判定により交点座標を求め、装置オブジェクト２０の座標から交点座標までの距離を計算すればよい。この方法は、グラフィックス技術分野ではＺバッファ、レイトレーシング、スキャンライン方式などの隠面消去処理において行われ計算処理であり、公知技術である。以下では、代表してＺバッファ方式を説明するが、これに限定されるものではない。
【００３１】
図１０は、Ｚバッファ方式の隠面消去処理を説明する図であり、この隠面消去処理に用いるＺバッファ１３ｂおよび距離マップ９も図示している。仮想の３次元空間において、任意の位置に装置オブジェクト２０が配置され、この装置オブジェクト２０を視点に見立てた場合の視線方向に直交する位置に投影面（矩形エリア）２６を配置する。距離計算部８がＺバッファ方式を採用した場合、Ｍ×Ｎ画素からなる投影面２６にオブジェクトを投影変換する際に、画素２７単位に色情報を書き込むフレームバッファ１３ａに加え、画素２７単位に奥行き情報（投影変換後のＺ値）を書き込むＺバッファ１３ｂを用いる。このフレームバッファ１３ａおよびＺバッファ１３ｂは、フレームメモリ１３のメモリ領域を割り当てたものとする。
【００３２】
透視投影の場合、距離計算部８は、視点となる装置オブジェクト２０と投影面２６の各画素２７とを結ぶ直線方向に存在するオブジェクトについて、装置オブジェクト２０からこのオブジェクトの面（フラグメントと称する）までの距離を計算し、Ｚバッファ１３ｂに記録されているそれ以前に求めたフラグメントの最短距離と比較してフラグメント同士の奥行き判定を行う。そして、距離計算部８は新たに計算した距離の方が小さければ、この距離をＺバッファ１３ｂに書き込み、このフラグメントの色情報をフレームバッファ１３ａに書き込む。
【００３３】
例えば図１０において、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１のフラグメントＰ２までの距離が先に計算されＺバッファ１３ｂに記録されているとき、距離計算部８は続いて装置オブジェクト２０からフラグメントＰ１までの距離を計算し、Ｚバッファ１３ｂに記録されているフラグメントＰ２の距離と比較する。この例ではフラグメントＰ１までの距離の方が小さいので、距離計算部８はこのフラグメントＰ１までの距離をＺバッファ１３ｂに上書きし、さらにフラグメントＰ１の色情報をフレームバッファ１３ａに上書きする。
一方、フラグメントＰ１までの距離の方が大きければ、距離計算部８は、フレームバッファ１３ａおよびＺバッファ１３ｂには何も書き込まない。
【００３４】
また例えば図１０において、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１のフラグメントＰ１までの距離が先に計算されＺバッファ１３ｂに記録されているとき、距離計算部８は続いて装置オブジェクト２０からフラグメントＰ２までの距離を計算し、Ｚバッファ１３ｂに記録されているフラグメントＰ１の距離と比較する。比較の結果、フラグメントＰ２までの距離の方が大きいので、フラグメントＰ２の情報はフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂに書き込まれず、先に記録されていたフラグメントＰ１までの距離と色情報が保持される。
【００３５】
オブジェクトの描画が終了すればＺバッファ１３ｂには装置オブジェクト２０から最も近いフラグメントＰ１の距離情報が書き込まれており、矩形エリアである投影面２６をスキャンして最も近い隠蔽オブジェクト２１の距離Ａを計算したことになる。また、カバーエリアのスキャン面が矩形でなくても、平面であれば、このスキャン面に含まれる画素のＺ値を利用して上記同様に距離Ａを計算できる。他方、スキャン面が曲面の場合は、スキャン面を細かく分割して小さな平面（パッチ面）の集合に近似して、パッチ面毎にＺバッファ方式の隠面消去処理を複数回繰り返せばよい。
【００３６】
以上説明したＺバッファ方式は、アルゴリズムが比較的簡単でハードウェア化しやすいため、多くの３次元グラフィックプロセッサ（ＧＰＵ）に採用されている。従って、図形描画部１２をグラフィックプロセッサで構成して、距離計算にグラフィックプロセッサが提供するＺバッファ方式の隠面消去処理を用いることにより、処理の記述が簡単になると共に高速な計算処理が可能となる。以下に、距離計算部８がグラフィックプロセッサの隠面消去処理を利用する場合の、距離Ａの計算処理を説明する。
【００３７】
図１１は、距離Ａの計算処理の流れを示すフローチャートであり、図８のステップＳＴ５を詳細に説明するものである。
ステップＳＴ５−１において、距離計算部８が視点および描画モードの設定を行う。具体的には、オブジェクトデータ中に設定された位置、方向、カバーエリア情報に基づいて、距離計算部８が装置オブジェクト２０を視点に設定し、その投影面を設定する。また、距離計算部８は、フレームメモリ１３の表示モードをオフにして、図形描画部１２が処理中にフレームメモリ１３に書き込むデータがディスプレイ３に表示されないような描画モードに設定する。
【００３８】
ステップＳＴ５−２において、距離計算部８から装置オブジェクト２０の視点情報を受けて、図形描画部１２が、装置オブジェクト２０の投影面に隠蔽オブジェクト２１を隠面消去しながら描画し、データをフレームメモリ１３に書き込む。
ステップＳＴ５−３において、図形描画部１２が描画した隠蔽オブジェクト２１のＺバッファの値を距離マップ９にコピーする。図１０に示すように、距離マップ９はＺバッファ１３ｂに対応してメモリ上に確保された２次元配列である。３次元グラフィックス環境（ハードウェアとソフトウェアとで実現する）ではテクスチャマッピング用のテクスチャ画像を記録するテクスチャマップが提供されており、このテクスチャマップにはテクスチャ画像だけでなく奥行き情報も保存できるので、これを距離マップとして利用してもよい。テクスチャマップを使用すれば、各種座標変換および値比較など有用な機能が高速に実行できる。
【００３９】
次に、ステップＳＴ６におけるオブジェクト描画処理の詳細を説明する。
図１２は、オブジェクト描画処理の流れを示すフローチャートであり、図８のステップＳＴ６を詳細に説明するものである。
ステップＳＴ６−１において、オブジェクト描画部１０が視点および描画モードの設定を行う。具体的には、ユーザがカバーエリアを観察するために仮想の３次元空間に設定するユーザ視点の情報を対話装置４を用いて入力し、対話制御部５から視点情報を受け付けたオブジェクト描画部１０が３次元空間にユーザ視点を設定し、その投影面を設定する。また、オブジェクト描画部１０は、距離Ａの計算に用いたフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂをクリアし、フレームメモリ１３の表示モードをオンにして、図形描画部１２が処理中にフレームメモリ１３に書き込むデータがディスプレイ３に表示されるような描画モードに設定する。
【００４０】
ステップＳＴ６−２において、オブジェクト描画部１０の指示を受けて、図形描画部１２がユーザ視点の投影面に装置オブジェクト２０および隠蔽オブジェクト２１を隠面消去しながら描画し、画像データをフレームメモリ１３に書き込む。
ステップＳＴ６−３において、表示部１４がフレームメモリ１３の画像フレームをディスプレイ３に表示する。
【００４１】
次に、ステップＳＴ７におけるカバーエリア描画処理の詳細を説明する。
図１３は、カバーエリア描画処理の流れを示すフローチャートであり、図８のステップＳＴ７を詳細に説明するものである。
ステップＳＴ７−１において、カバーエリア描画部１１が装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を示す３次元図形の図形情報（図２および図３参照）を、装置オブジェクト２０のオブジェクトデータ（図９参照）に応じて作成する。装置オブジェクト２０がカメラであればそのカバーエリア図形は、画角、近端距離および遠端距離に基づき、４個の頂点座標と６個の面情報から構成される四角錐台となる。
【００４２】
ステップＳＴ７−２において、カバーエリア描画部１１はフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂをクリアせず、また、フレームメモリ１３の表示モードをオンにして、図形描画部１２が処理中にフレームメモリ１３に書き込む画像データがディスプレイ３に表示されるような描画モードに設定する。これは、ステップＳＴ６において描画したオブジェクトに加えて（表示を消さずに）、カバーエリア図形を表示するためである。
【００４３】
続くステップＳＴ７−３〜ＳＴ７−９において、カバーエリア描画部１１の指示を受けて、図形描画部１２がカバーエリア図形を描画する。このカバーエリア図形描画処理はステップＳＴ７−３のパイプライン前段処理と、ステップＳＴ７−３〜ＳＴ７−９のパイプライン後段処理（フラグメント描画処理）に大別される。通常のグラフィックプロセッサでは３次元図形描画をパイプライン処理しており、パイプライン前段では３次元空間とオブジェクトを定義するシーングラフ処理、オブジェクトの頂点単位の座標変換処理、および照光計算処理が行われる（ステップＳＴ７−３）。パイプライン後段では、オブジェクトの頂点座標を元に画素間の塗りつぶしが行われ、ラスタライズ処理およびテクスチャ合成を行うフラグメント生成と、画素単位で特殊効果付与および選別を行うフラグメント処理とが行われる。ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９は、このパイプライン後段において、特にカバーエリア２２の隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とを描画する処理を示している。
【００４４】
ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９において、カバーエリア描画部１１は、ユーザ視点の投影面をスキャンし、投影面の画素単位にフラグメントの処理を行う。この処理は、図１０に示すＺバッファ方式の隠面消去処理と同様に行えばよく、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１までの最短距離になるＺ値（距離Ａ）を求める代わりに、ユーザ視点からカバーエリア２２の判定対象のフラグメントまでの最短距離になるＺ値を求める。ステップＳＴ７−４において、カバーエリア描画部１１は、ユーザ視点から判定対象となるフラグメントまでの距離を表すＺ値（以下、距離Ｚと称す）と、Ｚバッファ１３ｂに先に記録されたＺ値（以下、距離Ｚｍｉｎと称す）とを比較する。
【００４５】
Ｚ≧Ｚｍｉｎであれば（ステップＳＴ７−４“ＮＯ”）、判定対象のフラグメントがユーザ視点から見て隠蔽オブジェクト２１より遠くに位置するので表示する必要がなく、カバーエリア描画部１１はステップＳＴ７−９へ進む。
一方、Ｚ＜Ｚｍｉｎであれば（ステップＳＴ７−４“ＹＥＳ”）、判定対象のフラグメントがユーザ視点から見て隠蔽オブジェクト２１より近くに位置し表示する必要があるため、ステップＳＴ７−５へ進む。このフラグメントは、カバーエリア図形の描画部分であり、描画するに際し隠蔽部分か非隠蔽部分かを判定するために、カバーエリア描画部１１が以下のステップＳＴ７−５，ＳＴ７−６を実施する。
【００４６】
カバーエリア描画部１１は、ステップＳＴ７−５において装置オブジェクト２０から判定対象のフラグメント（カバーエリア図形の描画部分）までの距離Ｂ（第２距離）を計算し、ステップＳＴ７−６において距離Ｂと距離マップ９に保持されている対応する距離Ａとを比較する。Ｂ≦Ａであれば（ステップＳＴ７−６“ＹＥＳ”）、カバーエリア描画部１１はカバーエリア２２の判定対象のフラグメントが隠蔽オブジェクト２１に隠蔽されない非隠蔽部分２４であると判定し、非隠蔽部分２４の設定色を図形描画部１２に指示する。図形描画部１２は、非隠蔽部分２４の設定色をフレームバッファ１３ａに書き込む（ステップＳＴ７−７）。非隠蔽部分２４の設定色は、図６および図７の例であれば半透明である。
【００４７】
一方、Ｂ＞Ａであれば（ステップＳＴ７−６“ＮＯ”）、カバーエリア描画部１１はカバーエリア２２の判定対象のフラグメントが隠蔽オブジェクト２１に隠蔽される隠蔽部分２３であると判定し、隠蔽部分２３の設定色を図形描画部１２に指示し、図形描画部１２がフレームバッファ１３ａに書き込む（ステップＳＴ７−８）。隠蔽部分２３の設定色は、図６および図７の例であれば完全透明で、フレームバッファ１３ａに書き込まないことになる。
【００４８】
なお、カバーエリア２２を示す３次元図形の境界面に透明色を用いる場合、境界面同士の奥行き判定を考慮したカバーエリア描画処理が必要となる。即ち、ユーザ視点から見て隠蔽オブジェクト２１より近くの位置に複数の境界面に対応する複数のフラグメントが存在する場合、より近くのフラグメントを先に処理し、Ｚバッファ１３ｂにそのフラグメントの距離Ｚを書き込んでしまうと、その後で処理される遠い位置のフラグメントの距離ＺがＺバッファ１３ｂに書き込まれない。そのため、近いフラグメントの透明色に対し、このフラグメントに重なる遠いフラグメントの透明色が加算されず、境界面の重なり具合を表現することができない。このような場合には、オブジェクトが描画されたＺバッファ１３ｂとの奥行き判定は行うが、カバーエリア２２のフラグメントのＺ値は書き込まないようにしたり、予め面単位に境界面の奥行き判定を行って、遠くに存在する境界面から先に描画したりといった方法を適用する。このような方法は公知技術であり、本実施の形態の本質的なところではないので、詳細な説明は省略する。
【００４９】
続くステップＳＴ７−９において、カバーエリア描画部１１はカバーエリア図形の全てのフラグメントについて判定処理が終了したかをチェックし、終了していなければ（ステップＳＴ７−９“ＮＯ”）、再びステップＳＴ７−４に戻る。終了していれば（ステップＳＴ７−９“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ７−１０において表示部１４がフレームメモリ１３の画像データをディスプレイ３に表示する。
【００５０】
図１４は、カバーエリア２２の隠蔽判定を説明する図である。仮想の３次元空間において、装置オブジェクト２０が位置Ｐｄに配置されると共に隠蔽オブジェクト２１が配置され、また、位置Ｐｅにユーザ視点２８とその投影面２９とが設定されている。ここで、装置オブジェクト２０からのスキャンライン（破線で示す）上に、カバーエリア図形（不図示）のフラグメントＰ３，Ｐ４と、隠蔽オブジェクト２１との交点Ｐｏを考える。ここでは、距離マップ９に保持されている距離ＡはＰｄＰｏとなる。カバーエリアに存在するフラグメントＰ３は、隠蔽オブジェクト２１より装置オブジェクト２０に近いので隠蔽されず、距離Ｂ１＝ＰｄＰ３と対応する距離Ａ＝ＰｄＰｏとの比較結果はＰｄＰ３≦ＰｄＰｏとなる。一方、カバーエリアに存在するフラグメントＰ４は、装置オブジェクト２０との間に隠蔽オブジェクト２１が存在するため隠蔽され、距離Ｂ２＝ＰｄＰ４と対応する距離Ａ＝ＰｄＰｏとの比較結果はＰｄＰ４＞ＰｄＰｏとなる。よって、フラグメントＰ３は非隠蔽部分、フラグメントＰ４は隠蔽部分と判定される。
【００５１】
ステップＳＴ７−５における距離Ｂは種々の方法で計算できるが、グラフィックプロセッサが提供するＺバッファ方式の隠面消去処理にて得られるＺ値を利用すれば効率よく計算できる。パイプライン後段処理において、カバーエリア描画部１１がグラフィックプロセッサが提供する座標変換機能を利用して、カバーエリアのローカル座標系をユーザ視点の視点座標系に投影変換し、視点座標系におけるカバーエリアのフラグメントの座標（Ｘｖｓ，Ｙｖｓ，Ｚｖｓ）を表す。（Ｘｖｓ，Ｙｖｓ）はスキャンする投影面上の画素の座標であり、ＺｖｓはＺバッファ１３ｂに保持されるフラグメントの距離Ｚである。そして、この座標（Ｘｖｓ，Ｙｖｓ，Ｚｖｓ）にユーザ視点からの視点座標変換および投影変換の逆変換を施すと、３次元空間のワールド座標系におけるフラグメントの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）が得られる。
【００５２】
さらに、Ｚバッファ方式の隠面消去処理により距離Ａを計算した手順（図１１に示す）と同様に、カバーエリア描画部１１が、装置オブジェクト２０を視点とした場合の視点座標変換と投影変換をフラグメントの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）に施すと、装置オブジェクト２０の視点から投影変換したフラグメントの座標（Ｘｄｓ，Ｙｄｓ，Ｚｄｓ）が計算できる。このＺｄｓが装置オブジェクト２０からフラグメントまでの距離Ｂになり、距離マップ９に既に記憶されている座標（Ｘｄｓ，Ｙｄｓ）の距離Ｚｄｓがこのフラグメントと比較すべき距離Ａになる。
【００５３】
以上より、実施の形態１に係るカバレージ表示装置２は、直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト２０、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクト２１を仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置部６と、３次元空間において、装置オブジェクト２０が検知または照射するカバーエリア２２をスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを計算して距離マップ９を生成する距離計算部８と、３次元空間にカバーエリア２２を示す３次元図形を描画するときに、装置オブジェクト２０から当該３次元図形の任意部分までの距離Ｂを計算し、距離マップ９内の対応する距離Ａとの比較結果に基づいて、当該３次元図形の隠蔽オブジェクト２１に遮られる隠蔽部分２３と遮られない非隠蔽部分２４とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画部１１と、任意位置に設定されるユーザ視点から見た３次元空間を示す画像データを生成する図形描画部１２とを備えるように構成した。このため、カバーエリア２２の隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４を視覚的に区別してユーザに提示することができ、ユーザがカバーエリアの伝播遮蔽を正確かつ短時間に把握できるカバレージ表示装置２を提供することができる。
【００５４】
また、実施の形態１によれば、カバーエリア描画部１１は、３次元空間の任意位置に設定されるユーザ視点から見たカバーエリアの３次元図形を隠面消去して描画し、当該隠面消去処理で得られる描画部分の３次元座標を用いて距離Ｂを計算するように構成した。このように描画処理と距離計算処理とを合わせて行うことにより、描画処理と別に距離計算する場合に比べて処理が簡略化され、高速に画面表示することができる。
【００５５】
また、実施の形態１によれば、カバーエリア描画部１１は、３次元空間の任意位置に設定される視点から見たカバーエリアの３次元図形をＺバッファ法により隠面消去して描画し、当該視点を基準にした座標系で表される描画部分の３次元座標を、装置オブジェクト２０を基準にした座標系に変換して距離Ｂを計算するように構成した。このため、グラフィックプロセッサが有する座標変換機能を利用して、高速に、装置オブジェクト２０からカバーエリア２２の描画部分までの距離Ｂを計算することができる。
【００５６】
また、実施の形態１によれば、距離計算部８は、装置オブジェクト２０を視点に用いて、当該視点から見た隠蔽オブジェクト２１を隠面消去して描画し、装置オブジェクト２０から当該隠面消去処理で得られる隠蔽オブジェクト２１の描画部分までの距離を距離Ａとするように構成した。このため、グラフィックプロセッサが有する隠面消去機能を利用して計算される視点からオブジェクト描画部分までの距離を、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１の描画部分までの距離Ａとして用いるため、高速に距離計算することができる。
【００５７】
また、実施の形態１によれば、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２を示す３次元図形として当該カバーエリア２２の境界面を描画するように構成したので、描画するための計算処理が境界面だけと少なくてすみ、高速に描画できる。
【００５８】
また、実施の形態１に係るカバレージ表示システム１は、画像データを表示するディスプレイ３と、ユーザの指示を受け付ける対話装置４と、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を示す３次元図形を、対話装置４が受け付ける指示に従って対話形式に描画して画像データを生成し、ディスプレイ３に表示させるカバレージ表示装置２とを備えるように構成した。このため、ユーザがディスプレイ３に表示されたカバーエリア２２を確認しながら装置オブジェクト２０の配置設計ができ、例えばユーザ視点を変更した場合でも常にカバーエリア２２の隠蔽状況を把握できるようになる。
【００５９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、カバーエリアの境界面を描画するようにしたので、ユーザ視点から見て、隠蔽オブジェクトがカバーエリア境界面を遮れば隠蔽部分が識別しやすいが、遮らないと隠蔽部分が識別しにくい場合がある。例えば図１５はカバレージ表示装置２が生成する画像データを示し、図１５（ａ）はユーザ視点が斜め方向にある場合のビュー、図１５（ｂ）は真横方向のビュー、図１５（ｃ）は真上方向のビューである。なお、図１５において図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。装置オブジェクト２０のカバーエリア２２内に隠蔽オブジェクト２１全体が存在する場合、カバーエリア２２の境界面のみ描画すると、図１５（ａ）のようにカバーエリア２２内部の隠蔽部分２３を把握することができない。しかし実際には、図１５（ｂ），（ｃ）に破線で示すように隠蔽部分２３が存在する。そこで、本実施の形態２では、カバーエリア２２内に存在する一つ以上の平面をカバーエリア図形として描画する。
【００６０】
本実施の形態２に係るカバレージ表示システム１は、図１に示すカバレージ表示システム１と図面上では同様の構成であるので、以下では図１を援用する。そして、図１３のフローチャートを援用して、上記実施の形態１とは異なる動作を中心に説明する。
【００６１】
図１６および図１７は、床２５に平行、かつ、カバーエリア２２内に存在する３つの平面３０〜３２と、カバーエリア２２の輪郭線とをカバーエリア図形として描画する例を示し、各図とも（ａ）は真横方向のビュー、（ｂ）は斜め方向のビュー、（ｃ）は真上方向のビュー、（ｄ）は斜め方向のビューである。ステップＳＴ７−１にてカバーエリア描画部１１がカバーエリア２２の図形を描画する際、図１６（ａ），（ｂ）および図１７（ａ），（ｂ）に示すように、床２５に平行かつカバーエリア図形内に存在する複数の平面（フラグメント）３０〜３２を設定する。
【００６２】
図１３のフラグメント描画処理（ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９）において、カバーエリア２２の輪郭線を実線で描画すると共に、非隠蔽部分２４を半透明で描画し、隠蔽部分２３は完全透明（全透明）で描画するので、図１０で説明した境界面同士の奥行き判定を考慮した処理により、ユーザ視点から見て平面３０〜３２が重なる部分は透明色が加算され濃く表示される（図１６（ｃ），（ｄ）および図１７（ｃ），（ｄ））。
【００６３】
特に、図１７に示す背の低い隠蔽オブジェクト２１の場合、カバーエリア２２の上部の境界面を遮らないが、床２５付近の２つの平面３１，３２を遮るため、図１７（ｃ）に示すようにユーザ視点が真上に位置する場合にも透明度の違いにより隠蔽部分を容易に把握することができる。これに対し、図１６に示す背の高い隠蔽オブジェクト２１の場合、床２５より上の３つの平面３０〜３２を遮るため、図１６（ｃ）に示すように隠蔽部分２３が完全透明になる。
【００６４】
さらに、カバーエリア２２内に存在する平面３０〜３２の数を多く設定したり、平面３０〜３２の配置間隔を小さく設定したりすれば、隠蔽部分の有無だけでなく、ユーザ視点から見た隠蔽部分／非隠蔽部分の奥行き（厚さ）も直感的に掴むことができる。
【００６５】
別の表示例を図１８に示す。図１８（ａ）は真上方向のビュー、図１８（ｂ）は斜め方向のビュー、図１８（ｃ）は真横方向のビュー、図１８（ｄ）は斜め方向のビューである。図１８の例では、床２５に垂直、かつ、カバーエリア２２内に存在する３つの平面３３〜３５を設定している。この場合、図１８（ｃ）に示すように、ユーザ視点が真横に位置する場合に、透明度の違いにより隠蔽部分２３を把握することができる。
【００６６】
図１６〜図１８に示したように、ユーザ視点の位置によって、カバーエリア２２の隠蔽部分２３を把握しやすい、または把握可能な平面３０〜３５の向きが異なる。そこで、さらに別の表示例を図１９に示す。図１９（ａ），（ｂ）とも斜め方向のビューである。図１９の例では、ユーザ視点からの視線方向に垂直、かつ、カバーエリア２２内に存在する３つの平面３６〜３８とカバーエリア２２の輪郭線とをカバーエリア図形として描画する。この場合、ステップＳＴ７−１にてカバーエリア描画部１１がカバーエリア２２の図形を描画する際、ユーザ視点の配置変更に応じて平面３６〜３８の向きを動的に変更する構成にする。これにより、ユーザがユーザ視点を真横、真上、斜め方向等さまざまな位置に変更しても、カバーエリア２２の隠蔽部分２３をより容易に把握することができる。
【００６７】
さらに、ユーザが対話的に平面の数、間隔、および表示するときの透明色の透明度等を変更できるように構成すれば、カバーエリア２２の隠蔽の状況、およびユーザの観察目的に応じてより適した表示が可能となる。例えば、平面の間隔、透明度等を対話装置４が有するマウスホイールで変更する構成にすれば、ユーザはディスプレイ３に画面表示されるカバーエリアから目を離さずに最適な設定を選択できる。また、隠蔽オブジェクトと交差する平面の数を多くするか、または間隔を狭くすれば、非隠蔽部分の平面の重なりが増え（即ち透明色の加算数が増えて表示色が濃くなり）、隠蔽部分をよりはっきりと視覚的に区別して表示できる。なお、平面の設定数が増えても、公知技術である３次元図形と平面の交差判定処理により、容易に隠蔽オブジェクト２１と交差する平面を求めることができ、カバレージ表示装置２の計算処理負担はわずかで足りる。
【００６８】
上記例ではカバーエリア内に平面を設定して隠蔽部分と非隠蔽部分を視覚的に表示したが、形状は平面に限定されるものではなく、例えば図２０に示すような多面体２２ａにしてもよい。図２０（ａ）は真横方向のビュー、図２０（ｂ）は斜め方向のビュー、図２０（ｃ）は真横方向のビュー、図２０（ｄ）は真上方向のビュー、図２０（ｅ）は斜め方向のビューである。図２０の例では、対話制御部５からカバーエリア描画部１１に対して床２５からの高さを示す上端距離３９と下端距離４０の条件が与えられたとき、カバーエリア２２内で下端距離４０以上かつ上端距離３９以下の空間の境界面から構成される多面体２２ａをカバーエリア図形として作成し描画する構成にする。例えば、監視カメラで歩行者の上半身を撮像可能な範囲を確認したい場合、ユーザは、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を監視カメラの撮像範囲に見立て、対話装置４を操作して上端距離３９を２ｍ、下端距離４０を０．５ｍに設定すればよい。なお、カバーエリア図形を示す多面体２２ａは、カバーエリア２２を床２５に対して水平に輪切りにした形状（図２０）以外であってもよく、その他、床２５に対して垂直に輪切りにした形状、ユーザ視点からの視線方向に対して垂直に輪切りにした形状など任意に設定すればよい。
このように、装置オブジェクト２０そのもののカバーエリア２２と空間を規定する他の条件とを組み合わせたカバーエリアを定義して視覚化することにより、種々の条件を加味したカバーエリアの確認およびカメラ等の装置の配置設計が可能となる。
【００６９】
以上のように、実施の形態２によれば、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２を示す３次元図形としてカバーエリア内に設定する一つ以上の平面３０〜３８を描画するように構成したので、上記実施の形態１と同様の方法によりカバーエリア２２の隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とを視覚的に区別して描画することができる。よって、隠蔽オブジェクト２１がカバーエリア２２の境界面を遮らないような形状および配置の場合でも、ユーザはカバーエリア内部の隠蔽状況を把握することができる。
【００７０】
また、実施の形態２によれば、カバーエリア２２を示す３次元図形として当該カバーエリア内に設定する多面体２２ａを描画するように構成したので、カバーエリア２２の特定部分について、隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とを視覚的に区別して描画することができ、種々の条件を加味したカバーエリアの確認およびカメラ等の装置の配置設計が可能となる。
【００７１】
また、実施の形態２によれば、平面３０〜３８のうち少なくとも一面または多面体２２ａを、隠蔽オブジェクト２１と交差する平面または多面体にするようにしたので、隠蔽オブジェクト２１がカバーエリア２２の境界面を遮らないような形状および配置の場合でも、ユーザはカバーエリア内部の隠蔽状況をより良く把握することができる。
【００７２】
また、実施の形態２によれば、カバーエリア描画部１１は、ユーザ視点の設定位置に応じて平面３６〜３８または多面体２２ａの位置を変更するように構成したので、ユーザはユーザ視点を変更しても常に隠蔽状況を把握することができる。
【００７３】
なお、上記実施の形態２では、カバーエリア２２の輪郭線を実線で描画し、平面３０〜３８または多面体２２ａを隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とに区別して透明色で描画する構成にしたが、これに加えてカバーエリア２２の境界面を隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とに区別して透明色で描画する構成にしてもよい。境界面の描画については上記実施の形態１で説明した通りである。
【００７４】
実施の形態３．
上記実施の形態１ではカバーエリアの境界面を、上記実施の形態２ではカバーエリア内部に設定した平面または多面体をカバーエリア図形として表示するためにサーフェスレンダリング手法を用いたが、本実施の形態３ではカバーエリア内部をボクセルで記述するボリュームレンダリング手法を用いてカバーエリア図形を表示する構成にする。
【００７５】
本実施の形態３に係るカバレージ表示装置２の構成および基本的な動作は上記実施の形態１と同様であり、カバーエリア図形とその描画方法が異なる。そのため、以下では図１、図１３を援用して、異なる部分を中心に本実施の形態３のカバレージ表示装置２を説明する。
【００７６】
リアリティのある３次元物体を描画する方法として、上記実施の形態１のように物体の表面を描画するサーフェスレンダリングが一般的であるが、ＣＴスキャンした体内の様子を視覚化する場合などは３次元物体の内部の色情報等をボクセル単位で記述し描画するボリュームレンダリングが利用される。ボクセルとは２次元画像の要素であるピクセルに相当する３次元空間の体積の要素であり、３次元空間での正規格子単位の値を表す。ボリュームレンダリングについては公知技術のためこれ以上の説明は省略する。
【００７７】
本実施の形態３では、図１３に示すカバーエリア描画処理のフローチャートにおいて、ステップＳＴ７−１では、カバーエリア描画部１１がボクセル記述されたカバーエリア図形を生成する。例えば、カバーエリア描画部１１は、装置オブジェクト２０およびカバーエリア２２を含む仮想の３次元空間をＬ×Ｍ×Ｎの正規格子でサンプリングし、Ｌ×Ｍ×Ｎのボクセル配列を生成する。これらのボクセル配列のうち、カバーエリア２２を構成する（カバーエリア２２の位置に存在する）ボクセルに透明度の情報を含むカバーエリアの色情報を設定し、他のボクセルはオブジェクトが存在しないことを示す情報を設定する。
【００７８】
また、ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９のフラグメント描画処理では、本来フラグメントが描画単位であるが、本実施の形態３ではボクセルを描画単位にする。そして、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２の内部にある全てのボクセルに対してステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９の処理を実施する。
【００７９】
先ず、カバーエリア描画部１１がボクセル配列を順番に走査して、対象ボクセルがカバーエリア２２内部のボクセルであればステップＳＴ７−５にて装置オブジェクト２０から対象ボクセルまでの距離Ｂを計算する。具体的には、ボクセル配列における装置オブジェクト２０およびカバーエリア２２内部のボクセルのＸＹＺ座標から、装置オブジェクト２０と各ボクセルとの間の距離Ｂを容易に計算することができる。
【００８０】
続くステップＳＴ７−６において、カバーエリア描画部１１は距離マップ９のうちから対象ボクセルに対応する距離Ａを距離Ｂと大小比較し、隠蔽判定を行い、透明度を有する隠蔽色または非隠蔽色を対象ボクセルに設定する（ステップＳＴ７−７，ＳＴ７−８）。
【００８１】
全てのボクセルについて描画が終了すれば（ステップＳＴ７−９“ＹＥＳ”）、続くステップＳＴ７−１０において図形描画部１２がそのボクセル配列をフレームメモリ１３内のフレームバッファ１３ａに描画し、表示部１４がフレームバッファ１３ａの画像データをディスプレイ３に表示する。
【００８２】
以上より、実施の形態３によれば、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２を示す３次元図形をボクセル配列にして描画するときに、当該カバーエリア２２の隠蔽部分２３に相当する各ボクセルと非隠蔽部分２４に相当する各ボクセルとを視覚的に区別して描画するように構成した。このため、カバーエリア２２の内部の隠蔽の様子を滑らかに、かつ、きめ細かく表示することができるようになり、ユーザはカバーエリアの伝播遮蔽を正確かつ短時間に把握することができる。
【００８３】
なお、上記実施の形態１〜３では装置オブジェクト２０、隠蔽オブジェクト２１およびカバーエリア２２を描画して、ディスプレイ３に画面表示するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えばカバーエリア２２のみを描画して画面表示してもよい。その場合には、例えば図１３に示すステップＳＴ７−２において、カバーエリア描画部１１がフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂをクリアすることにより、図８のステップＳＴ６にてオブジェクト描画部１０が先に描画しておいた装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１の表示を消せばよい。
【符号の説明】
【００８４】
１ カバレージ表示システム、２ カバレージ表示装置、３ ディスプレイ、４ 対話装置、５ 対話制御部、６ オブジェクト配置部、７ グラフィックメモリ、８ 距離計算部、１３ａ フレームバッファ、１３ｂ Ｚバッファ、９ 距離マップ、１０ オブジェクト描画部、１１ カバーエリア描画部、１２ 図形描画部、１３ フレームメモリ、
１４ 表示部、２０ 装置オブジェクト、２０ａ カメラ、２０ｂ 焦電型赤外センサ、２１ 隠蔽オブジェクト、２２ カバーエリア、２３ 隠蔽部分、２４ 非隠蔽部分、２５ 床、２６ 投影面、２７ 画素、２８ ユーザ視点、２９ 投影面。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、仮想３次元空間に配置したカメラ等の装置がカバーする空間（カバレージまたはカバーエリア）を視覚化するカバレージ表示装置、カバレージ表示システムおよびカバレージ表示プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カバレージ表示システムの従来例として、カメラの配置設計を支援するＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムがある。このシステムでは、カメラをモデル化したカメラオブジェクトと、被写体をモデル化した被写体オブジェクトとを仮想の３次元空間に配置し、カメラの撮像範囲および被写体の写り具合等をグラフィカルに表示することにより、目的に応じたカメラの最適な配置決めを支援する（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００３】
非特許文献１では、３次元空間に配置したカメラオブジェクトに対してパン、チルト、ズームといったカメラ制御をユーザとシステムの間で対話的に行い、そのカメラ制御に連動してカメラオブジェクトの画角および方向を計算し、３次元空間内にカメラのカバーエリアを四角錐または四角錐台の形状で表す。また、このシステムはカメラオブジェクトから撮像したシーンをユーザに表示し、ユーザは被写体がどのように写るかを観察することができる。
【０００４】
非特許文献２では、カメラオブジェクトと被写体オブジェクトとを配置した３次元空間に、さらにカメラのカバーエリアに対応した光源を設定し、投影テクスチャマッピングにより、３次元空間に配置された被写体オブジェクトのどの部分がどのような解像度で撮像されるかを再現したシーンを表示する。また、このシステムではシャドウマッピングにより、カメラオブジェクトにより近い位置に配置された被写体オブジェクトにより遮られる隠蔽部分を影として表示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Stanislav Utochkin, "The principles of CCTV design in VideoCAD", CCTV focus Issue 36, 2006
【非特許文献２】Andrei State, Greg Welch, and Adrian Ilie, "An Interactive Camera Placement and Visibility Simulator for Image-Based VR Applications", Proceedings of the Engineering Reality of Virtual Reality 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のカバレージ表示システムは以上のように構成されているので、ユーザは、カメラのカバーエリア、および撮像される被写体の部分と他の被写体により遮られる隠蔽部分を含む被写体の写り具合とを視覚的に確認することができる。しかしながら、カバーエリアを隠蔽部分と非隠蔽部分とに視覚的に区別して表示することができないので、ユーザは例えば壁または柱によってできる死角エリアを正確に把握することができず、また、おおよそであっても把握するのに時間を要するため、正確かつ短時間に配置設計することができないというという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、仮想３次元空間において、直線的伝播特性を有する電磁波、ビームなどの波動を検知または照射するカメラ、焦電型赤外センサ、照明装置といった装置のカバーエリアを表示する際、この３次元空間に存在する物体により伝播が遮られる場合のカバーエリアをユーザが正確かつ短時間に把握できるよう視覚化するカバレージ表示装置、カバレージ表示システムおよびカバレージ表示プログラムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るカバレージ表示装置は、直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置部と、３次元空間において、装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算部と、３次元空間にカバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画部と、任意位置に設定される視点から見た３次元空間を示す画像データを生成する図形描画部とを備えるものである。
【０００９】
この発明に係るカバレージ表示システムは、画像データを表示するディスプレイと、ユーザの指示を受け付ける対話装置と、装置オブジェクトのカバーエリアを示す３次元図形を、対話装置が受け付ける指示に従って対話形式に描画して画像データを生成し、ディスプレイに表示させるものである。
【００１０】
この発明に係るカバレージ表示プログラムは、直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置手順と、３次元空間において、装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算手順と、３次元空間にカバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画手順と、任意位置に設定される視点から見た３次元空間を示す画像データを生成する図形描画手順とをコンピュータに実行させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、装置オブジェクトとカバーエリアとの間に隠蔽オブジェクトが存在するか否かを判定し、カバーエリアを示す３次元図形を隠蔽部分と非隠蔽部分とに視覚的に区別して描画するようにしたので、仮想３次元空間において、直線的伝播特性を有する電磁波、ビームなどの波動を検知または照射するカメラ、焦電型赤外センサ、照明装置といった装置のカバーエリアを表示する際、この３次元空間に存在する物体により伝播が遮られる場合のカバーエリアをユーザが正確かつ短時間に把握できるよう視覚化するカバレージ表示装置およびカバレージ表示プログラムを得ることができる。
【００１２】
また、この発明によれば、カバレージ表示装置が対話形式でカバーエリアの３次元図形を描画して表示するようにしたので、ユーザがディスプレイに表示されたカバーエリアを確認しながら装置オブジェクトの配置設計ができるカバレージ表示システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るカバレージ表示システムの構成を示すブロック図である。
【図２】装置オブジェクト（カメラ）のカバーエリアを説明する図である。
【図３】装置オブジェクト（焦電型赤外センサまたはスポット照明）のカバーエリアを説明する図である。
【図４】装置オブジェクトのカバーエリアの隠蔽を説明する図である。
【図５】図４に示すカバーエリアの表示例を説明する図である。
【図６】図４に示すカバーエリアの別の表示例を説明する図である。
【図７】図４に示すカバーエリアの別の表示例を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係るカバレージ表示システムの動作を説明するフローチャートである。
【図９】オブジェクトのデータ構造を示す図である。
【図１０】距離計算部が行うＺバッファ方式の隠面消去処理を説明する図である。
【図１１】図８に示す動作のうち、距離Ａの計算処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】図８に示す動作のうち、オブジェクト描画処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図８に示す動作のうち、カバーエリア描画処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】カバーエリアの隠蔽判定を説明する図である。
【図１５】装置オブジェクトのカバーエリアを示す表示例である。
【図１６】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図１７】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図１８】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面の別の例およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図１９】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する平面の別の例およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【図２０】装置オブジェクトのカバーエリアに設定する多面体およびカバーエリア表示例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１に示すカバレージ表示システム１は、カバレージ表示装置２にディスプレイ３と、キーボードおよびマウス等で構成する対話装置４とが接続されてなる。このカバレージ表示装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等を有するパーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成される。このコンピュータは、ユーザによるカバーエリアの視覚確認を含む対話的な作業をレスポンス良く行うために、３次元グラフィックスを高速に描画するグラフィックプロセッサ（ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えたものが好ましい。
【００１５】
カバレージ表示装置２において、対話制御部５は対話装置４を介してユーザからの操作要求を受け付け、該当する処理部に処理指示を行う。オブジェクト配置部６は、対話制御部５から指示されるユーザの操作要求に従い、モデル化したオブジェクトを３次元空間（コンピュータ内の仮想空間）に配置する。オブジェクトとしては、直線的伝播特性を有する波動（例えば電磁波、ビーム）を検知または照射する装置（例えばカメラ、焦電型赤外センサ、照明装置）をモデル化した装置オブジェクト２０と、この装置オブジェクト２０からの伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクト２１とがある。３次元空間のデータはグラフィックメモリ７にて保持する。
【００１６】
距離計算部８は、３次元空間において装置オブジェクト２０がカバーするエリアをスキャンし、各スキャン方向で最も近い隠蔽オブジェクト２１の装置オブジェクト２０までの距離Ａ（第１距離）を計算し、距離マップ９として保持する。
【００１７】
オブジェクト描画部１０は、グラフィックメモリ７を参照して、装置オブジェクト２０および隠蔽オブジェクト２１を３次元空間に描画する。カバーエリア描画部１１は、グラフィックメモリ７を参照して、装置オブジェクト２０のカバーエリアを示す３次元図形を３次元空間に描画する。図形描画部１２がカバーエリアを描画する際、カバーエリアの描画部分と装置オブジェクト２０との距離Ｂ（第２距離）を計算し、距離マップ内の対応する距離Ａとの比較結果に基づいて、カバーエリア図形のうち隠蔽オブジェクト２１に遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画する。
【００１８】
図形描画部１２は、対話制御部５から指示されるユーザの操作要求に従って３次元空間の任意位置にユーザ視点を設定し、このユーザ視点から装置オブジェクト２０のカバーエリアを観察した様子を、フレームメモリ１３に書き込んで、２次元の画像データを作成する。表示部１４はフレームメモリ１３に書き込まれた画像データをディスプレイ３に表示する。図１に示すディスプレイ３の画面には、装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１が配置された３次元空間をユーザ視点から見た状態の画像データがディスプレイ２に表示されており、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２のうち、隠蔽オブジェクト２１で隠蔽される隠蔽部分２３と隠蔽されない非隠蔽部分２４とが視覚的に区別されている。
【００１９】
図２は、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を説明する図であり、図２（ａ）はユーザ視点が真横方向にある場合のビュー、図２（ｂ）は斜め方向のビューである。装置オブジェクト２０としてカメラ２０ａを用いる場合、このカメラ２０ａのカバーエリア２２の３次元図形は画角θ、近端距離Ｌｎ、遠端距離Ｌｆで決まる四角錐台として定義される。正確には、画角は焦点距離と撮像素子のサイズで定義され、縦方向と横方向があるが、ここでは説明を簡単にするため画角θのみで表す。
【００２０】
図３は、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を説明する別の図であり、ユーザ視点が斜め方向にある場合のビューである。装置オブジェクト２０として楕円形状の集光レンズを有する焦電型赤外センサ（またはスポットライトのような照明）２０ｂを用いる場合、そのカバーエリア２２の３次元図形は、集光または照射方向の角度、近端距離Ｌｎ、遠端距離Ｌｆで決まる円錐台として定義される。
【００２１】
図４は、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２の隠蔽を説明する図であり、図５〜図７は、図４に示すカバーエリア２２の表示例を説明する図である。各図とも（ａ）はユーザ視点が斜め方向にある場合のビュー、（ｂ）は真横方向のビュー、（ｃ）は真上方向のビューである。図中、装置オブジェクト２０の一例としてカメラを用い、このカメラの撮像範囲がカバーエリア２２となる。また、仮想の３次元空間において、床２５の上に隠蔽オブジェクト２１が配置され、それを斜め上から撮影するよう装置オブジェクト２０が配置されている。
【００２２】
装置オブジェクト２０のカバーエリア２２（近端距離＝０とする）は、図４（ａ）に破線で示す四角錐、および図４（ｂ），（ｃ）に点線で示す三角形となる。図４に示す状態の３次元空間を任意のユーザ視点から描画して２次元の画像データにした場合に、図５では、床２５より上にあるカバーエリア２２に対し、その輪郭を実線で表示し、境界面を透明色（半透明）で表示している。ただし、図面上では透明色の透明度をグレースケールで表す。以下の図でも同様とする。図５の表示例は、先立って説明した特許文献１の表示方法であり、カバーエリア２２の隠蔽部分／非隠蔽部分が区別なく描画されている。
【００２３】
一方、図６および図７の表示例は本実施の形態１による表示方法であり、床２５より上にあるカバーエリア２２の輪郭を実線で表示し、境界面のうち隠蔽オブジェクト２１により遮られない非隠蔽部分２４を透明色（半透明）で表示し、隠蔽オブジェクト２１により遮られる隠蔽部分２３を完全な透明色（描画しないと同意）で表示している。なお、図６は隠蔽オブジェクト２１として背の高い壁等を用いる場合、図７は隠蔽オブジェクト２１として背の低いパーティション等を用いる場合の表示例である。
【００２４】
このように、従来の表示方法（図５）では、隠蔽オブジェクト２１がカバーエリア２２に存在するか否か、即ち物体が他の物体に隠蔽される様子は分かるが、カバーエリア２２のどこが隠蔽部分２３でどこが非隠蔽部分２４かを直感的に短時間に把握することができない。これに対し、本実施の形態１の表示方法（図６および図７）では、従来の表示方法と同様に物体が他の物体に隠蔽される様子が分かる効果に加えて、カバーエリア２２自身の隠蔽の様子が容易に把握できる効果がある。
【００２５】
次に、カバレージ表示システム１の動作を説明する。
図８は、カバレージ表示システム１の動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ１〜ＳＴ３ではカバレージ表示装置２の対話制御部５が、ユーザが対話装置４を操作して入力する要求の有無をチェックしている。先ずステップＳＴ１において、対話制御部５がオブジェクトの配置変更の要求をチェックし、要求がなければ（ステップＳＴ１“ＮＯ”）、続くステップＳＴ２においてオブジェクトおよびカバーエリアを観察するためのユーザ視点の変更要求をチェックする。対話制御部５は、変更要求がなければ（ステップＳＴ２“ＮＯ”）、続くステップＳＴ３において表示処理の終了要求をチェックする。そして、終了要求があれば（ステップＳＴ３“ＹＥＳ”）、一連の表示処理を終了し、終了要求がなければ（ステップＳＴ３“ＮＯ”）、ステップＳＴ１に戻る。
【００２６】
ステップＳＴ１にてオブジェクトの配置変更の要求があると（ステップＳＴ１“ＹＥＳ”）、対話制御部５がオブジェクト配置部６へ指示を出し、ステップＳＴ４にてオブジェクト配置部６が仮想の３次元空間内で装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１の配置を変更する処理を行い、ステップＳＴ５にて距離計算部８が装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを計算し、距離マップ９に保持する。
【００２７】
その後、ステップＳＴ６においてオブジェクト描画部１０がユーザ視点から装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１とを描画し、ステップＳＴ７においてカバーエリア描画部１１がユーザ視点からカバーエリア２２を隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４に区別して描画して、ステップＳＴ１に戻る。
【００２８】
ステップＳＴ２にてユーザ視点変更の要求があると（ステップＳＴ２“ＹＥＳ”）、続くステップＳＴ８において対話制御部５を通じて３次元空間におけるユーザ視点の位置、方向、画角等が対話的に変更される。そして、ステップＳＴ６にて装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１が再描画され、ステップＳＴ７にてカバーエリア２２が再描画される。
【００２９】
ここで、ステップＳＴ４におけるオブジェクト配置変更処理の詳細を説明する。
図９は、オブジェクトのデータ構造を示す図である。装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１に共通のオブジェクトデータとして、ＩＤ番号、名称、種類など、オブジェクトを識別する識別情報と、オブジェクトの３次元空間における位置、方向、大きさなどの空間情報と、オブジェクトの形状、色などの図形情報とが定義される。また、装置オブジェクト２０は装置の種類に応じたカバーエリアに関する情報が定義され、装置オブジェクト２０がカメラであればカバー情報として画角、近端距離、遠端距離などが定義され、焦電型赤外センサであれば集光エリア、近端距離、遠端距離など、スポット照明であれば照射エリア、近端距離、遠端距離などが定義される。これらのオブジェクトデータは、オブジェクトの種類に応じて予めデータ構造を定義した雛型が用意され、オブジェクト配置部６がユーザの指示に従って新たなオブジェクトを作成し配置する際に、適切な雛型を選択し各データに値を代入する。オブジェクトの配置／変更操作はユーザがディスプレイ３の３次元空間に表示されたオブジェクトを直接マウスで移動したり、ダイアログウインドウに表示された数値をキーボードから入力するなど、対話形式で行われる。
【００３０】
次に、ステップＳＴ５における距離計算処理の詳細を説明する。
ステップＳＴ５では、距離計算部８が仮想の３次元空間において装置オブジェクト２０のカバー情報に基づくカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを計算して、距離マップ９に保存する。装置オブジェクト２０がカメラであれば投影面上の矩形エリアでスキャンし、焦電型赤外センサまたはスポット照明であれば楕円エリアでスキャンし、無指向性のセンサまたは照明であれば球面でスキャンする。距離Ａを求めるには、スキャン方向の直線と隠蔽オブジェクト２１を構成する面との交差判定により交点座標を求め、装置オブジェクト２０の座標から交点座標までの距離を計算すればよい。この方法は、グラフィックス技術分野ではＺバッファ、レイトレーシング、スキャンライン方式などの隠面消去処理において行われ計算処理であり、公知技術である。以下では、代表してＺバッファ方式を説明するが、これに限定されるものではない。
【００３１】
図１０は、Ｚバッファ方式の隠面消去処理を説明する図であり、この隠面消去処理に用いるＺバッファ１３ｂおよび距離マップ９も図示している。仮想の３次元空間において、任意の位置に装置オブジェクト２０が配置され、この装置オブジェクト２０を視点に見立てた場合の視線方向に直交する位置に投影面（矩形エリア）２６を配置する。距離計算部８がＺバッファ方式を採用した場合、Ｍ×Ｎ画素からなる投影面２６にオブジェクトを投影変換する際に、画素２７単位に色情報を書き込むフレームバッファ１３ａに加え、画素２７単位に奥行き情報（投影変換後のＺ値）を書き込むＺバッファ１３ｂを用いる。このフレームバッファ１３ａおよびＺバッファ１３ｂは、フレームメモリ１３のメモリ領域を割り当てたものとする。
【００３２】
透視投影の場合、距離計算部８は、視点となる装置オブジェクト２０と投影面２６の各画素２７とを結ぶ直線方向に存在するオブジェクトについて、装置オブジェクト２０からこのオブジェクトの面（フラグメントと称する）までの距離を計算し、Ｚバッファ１３ｂに記録されているそれ以前に求めたフラグメントの最短距離と比較してフラグメント同士の奥行き判定を行う。そして、距離計算部８は新たに計算した距離の方が小さければ、この距離をＺバッファ１３ｂに書き込み、このフラグメントの色情報をフレームバッファ１３ａに書き込む。
【００３３】
例えば図１０において、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１のフラグメントＰ２までの距離が先に計算されＺバッファ１３ｂに記録されているとき、距離計算部８は続いて装置オブジェクト２０からフラグメントＰ１までの距離を計算し、Ｚバッファ１３ｂに記録されているフラグメントＰ２の距離と比較する。この例ではフラグメントＰ１までの距離の方が小さいので、距離計算部８はこのフラグメントＰ１までの距離をＺバッファ１３ｂに上書きし、さらにフラグメントＰ１の色情報をフレームバッファ１３ａに上書きする。
一方、フラグメントＰ１までの距離の方が大きければ、距離計算部８は、フレームバッファ１３ａおよびＺバッファ１３ｂには何も書き込まない。
【００３４】
また例えば図１０において、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１のフラグメントＰ１までの距離が先に計算されＺバッファ１３ｂに記録されているとき、距離計算部８は続いて装置オブジェクト２０からフラグメントＰ２までの距離を計算し、Ｚバッファ１３ｂに記録されているフラグメントＰ１の距離と比較する。比較の結果、フラグメントＰ２までの距離の方が大きいので、フラグメントＰ２の情報はフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂに書き込まれず、先に記録されていたフラグメントＰ１までの距離と色情報が保持される。
【００３５】
オブジェクトの描画が終了すればＺバッファ１３ｂには装置オブジェクト２０から最も近いフラグメントＰ１の距離情報が書き込まれており、矩形エリアである投影面２６をスキャンして最も近い隠蔽オブジェクト２１の距離Ａを計算したことになる。また、カバーエリアのスキャン面が矩形でなくても、平面であれば、このスキャン面に含まれる画素のＺ値を利用して上記同様に距離Ａを計算できる。他方、スキャン面が曲面の場合は、スキャン面を細かく分割して小さな平面（パッチ面）の集合に近似して、パッチ面毎にＺバッファ方式の隠面消去処理を複数回繰り返せばよい。
【００３６】
以上説明したＺバッファ方式は、アルゴリズムが比較的簡単でハードウェア化しやすいため、多くの３次元グラフィックプロセッサ（ＧＰＵ）に採用されている。従って、図形描画部１２をグラフィックプロセッサで構成して、距離計算にグラフィックプロセッサが提供するＺバッファ方式の隠面消去処理を用いることにより、処理の記述が簡単になると共に高速な計算処理が可能となる。以下に、距離計算部８がグラフィックプロセッサの隠面消去処理を利用する場合の、距離Ａの計算処理を説明する。
【００３７】
図１１は、距離Ａの計算処理の流れを示すフローチャートであり、図８のステップＳＴ５を詳細に説明するものである。
ステップＳＴ５−１において、距離計算部８が視点および描画モードの設定を行う。具体的には、オブジェクトデータ中に設定された位置、方向、カバーエリア情報に基づいて、距離計算部８が装置オブジェクト２０を視点に設定し、その投影面を設定する。また、距離計算部８は、フレームメモリ１３の表示モードをオフにして、図形描画部１２が処理中にフレームメモリ１３に書き込むデータがディスプレイ３に表示されないような描画モードに設定する。
【００３８】
ステップＳＴ５−２において、距離計算部８から装置オブジェクト２０の視点情報を受けて、図形描画部１２が、装置オブジェクト２０の投影面に隠蔽オブジェクト２１を隠面消去しながら描画し、データをフレームメモリ１３に書き込む。
ステップＳＴ５−３において、図形描画部１２が描画した隠蔽オブジェクト２１のＺバッファの値を距離マップ９にコピーする。図１０に示すように、距離マップ９はＺバッファ１３ｂに対応してメモリ上に確保された２次元配列である。３次元グラフィックス環境（ハードウェアとソフトウェアとで実現する）ではテクスチャマッピング用のテクスチャ画像を記録するテクスチャマップが提供されており、このテクスチャマップにはテクスチャ画像だけでなく奥行き情報も保存できるので、これを距離マップとして利用してもよい。テクスチャマップを使用すれば、各種座標変換および値比較など有用な機能が高速に実行できる。
【００３９】
次に、ステップＳＴ６におけるオブジェクト描画処理の詳細を説明する。
図１２は、オブジェクト描画処理の流れを示すフローチャートであり、図８のステップＳＴ６を詳細に説明するものである。
ステップＳＴ６−１において、オブジェクト描画部１０が視点および描画モードの設定を行う。具体的には、ユーザがカバーエリアを観察するために仮想の３次元空間に設定するユーザ視点の情報を対話装置４を用いて入力し、対話制御部５から視点情報を受け付けたオブジェクト描画部１０が３次元空間にユーザ視点を設定し、その投影面を設定する。また、オブジェクト描画部１０は、距離Ａの計算に用いたフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂをクリアし、フレームメモリ１３の表示モードをオンにして、図形描画部１２が処理中にフレームメモリ１３に書き込むデータがディスプレイ３に表示されるような描画モードに設定する。
【００４０】
ステップＳＴ６−２において、オブジェクト描画部１０の指示を受けて、図形描画部１２がユーザ視点の投影面に装置オブジェクト２０および隠蔽オブジェクト２１を隠面消去しながら描画し、画像データをフレームメモリ１３に書き込む。
ステップＳＴ６−３において、表示部１４がフレームメモリ１３の画像フレームをディスプレイ３に表示する。
【００４１】
次に、ステップＳＴ７におけるカバーエリア描画処理の詳細を説明する。
図１３は、カバーエリア描画処理の流れを示すフローチャートであり、図８のステップＳＴ７を詳細に説明するものである。
ステップＳＴ７−１において、カバーエリア描画部１１が装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を示す３次元図形の図形情報（図２および図３参照）を、装置オブジェクト２０のオブジェクトデータ（図９参照）に応じて作成する。装置オブジェクト２０がカメラであればそのカバーエリア図形は、画角、近端距離および遠端距離に基づき、４個の頂点座標と６個の面情報から構成される四角錐台となる。
【００４２】
ステップＳＴ７−２において、カバーエリア描画部１１はフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂをクリアせず、また、フレームメモリ１３の表示モードをオンにして、図形描画部１２が処理中にフレームメモリ１３に書き込む画像データがディスプレイ３に表示されるような描画モードに設定する。これは、ステップＳＴ６において描画したオブジェクトに加えて（表示を消さずに）、カバーエリア図形を表示するためである。
【００４３】
続くステップＳＴ７−３〜ＳＴ７−９において、カバーエリア描画部１１の指示を受けて、図形描画部１２がカバーエリア図形を描画する。このカバーエリア図形描画処理はステップＳＴ７−３のパイプライン前段処理と、ステップＳＴ７−３〜ＳＴ７−９のパイプライン後段処理（フラグメント描画処理）に大別される。通常のグラフィックプロセッサでは３次元図形描画をパイプライン処理しており、パイプライン前段では３次元空間とオブジェクトを定義するシーングラフ処理、オブジェクトの頂点単位の座標変換処理、および照光計算処理が行われる（ステップＳＴ７−３）。パイプライン後段では、オブジェクトの頂点座標を元に画素間の塗りつぶしが行われ、ラスタライズ処理およびテクスチャ合成を行うフラグメント生成と、画素単位で特殊効果付与および選別を行うフラグメント処理とが行われる。ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９は、このパイプライン後段において、特にカバーエリア２２の隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とを描画する処理を示している。
【００４４】
ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９において、カバーエリア描画部１１は、ユーザ視点の投影面をスキャンし、投影面の画素単位にフラグメントの処理を行う。この処理は、図１０に示すＺバッファ方式の隠面消去処理と同様に行えばよく、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１までの最短距離になるＺ値（距離Ａ）を求める代わりに、ユーザ視点からカバーエリア２２の判定対象のフラグメントまでの最短距離になるＺ値を求める。ステップＳＴ７−４において、カバーエリア描画部１１は、ユーザ視点から判定対象となるフラグメントまでの距離を表すＺ値（以下、距離Ｚと称す）と、Ｚバッファ１３ｂに先に記録されたＺ値（以下、距離Ｚｍｉｎと称す）とを比較する。
【００４５】
Ｚ≧Ｚｍｉｎであれば（ステップＳＴ７−４“ＮＯ”）、判定対象のフラグメントがユーザ視点から見て隠蔽オブジェクト２１より遠くに位置するので表示する必要がなく、カバーエリア描画部１１はステップＳＴ７−９へ進む。
一方、Ｚ＜Ｚｍｉｎであれば（ステップＳＴ７−４“ＹＥＳ”）、判定対象のフラグメントがユーザ視点から見て隠蔽オブジェクト２１より近くに位置し表示する必要があるため、ステップＳＴ７−５へ進む。このフラグメントは、カバーエリア図形の描画部分であり、描画するに際し隠蔽部分か非隠蔽部分かを判定するために、カバーエリア描画部１１が以下のステップＳＴ７−５，ＳＴ７−６を実施する。
【００４６】
カバーエリア描画部１１は、ステップＳＴ７−５において装置オブジェクト２０から判定対象のフラグメント（カバーエリア図形の描画部分）までの距離Ｂ（第２距離）を計算し、ステップＳＴ７−６において距離Ｂと距離マップ９に保持されている対応する距離Ａとを比較する。Ｂ≦Ａであれば（ステップＳＴ７−６“ＹＥＳ”）、カバーエリア描画部１１はカバーエリア２２の判定対象のフラグメントが隠蔽オブジェクト２１に隠蔽されない非隠蔽部分２４であると判定し、非隠蔽部分２４の設定色を図形描画部１２に指示する。図形描画部１２は、非隠蔽部分２４の設定色をフレームバッファ１３ａに書き込む（ステップＳＴ７−７）。非隠蔽部分２４の設定色は、図６および図７の例であれば半透明である。
【００４７】
一方、Ｂ＞Ａであれば（ステップＳＴ７−６“ＮＯ”）、カバーエリア描画部１１はカバーエリア２２の判定対象のフラグメントが隠蔽オブジェクト２１に隠蔽される隠蔽部分２３であると判定し、隠蔽部分２３の設定色を図形描画部１２に指示し、図形描画部１２がフレームバッファ１３ａに書き込む（ステップＳＴ７−８）。隠蔽部分２３の設定色は、図６および図７の例であれば完全透明で、フレームバッファ１３ａに書き込まないことになる。
【００４８】
なお、カバーエリア２２を示す３次元図形の境界面に透明色を用いる場合、境界面同士の奥行き判定を考慮したカバーエリア描画処理が必要となる。即ち、ユーザ視点から見て隠蔽オブジェクト２１より近くの位置に複数の境界面に対応する複数のフラグメントが存在する場合、より近くのフラグメントを先に処理し、Ｚバッファ１３ｂにそのフラグメントの距離Ｚを書き込んでしまうと、その後で処理される遠い位置のフラグメントの距離ＺがＺバッファ１３ｂに書き込まれない。そのため、近いフラグメントの透明色に対し、このフラグメントに重なる遠いフラグメントの透明色が加算されず、境界面の重なり具合を表現することができない。このような場合には、オブジェクトが描画されたＺバッファ１３ｂとの奥行き判定は行うが、カバーエリア２２のフラグメントのＺ値は書き込まないようにしたり、予め面単位に境界面の奥行き判定を行って、遠くに存在する境界面から先に描画したりといった方法を適用する。このような方法は公知技術であり、本実施の形態の本質的なところではないので、詳細な説明は省略する。
【００４９】
続くステップＳＴ７−９において、カバーエリア描画部１１はカバーエリア図形の全てのフラグメントについて判定処理が終了したかをチェックし、終了していなければ（ステップＳＴ７−９“ＮＯ”）、再びステップＳＴ７−４に戻る。終了していれば（ステップＳＴ７−９“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ７−１０において表示部１４がフレームメモリ１３の画像データをディスプレイ３に表示する。
【００５０】
図１４は、カバーエリア２２の隠蔽判定を説明する図である。仮想の３次元空間において、装置オブジェクト２０が位置Ｐｄに配置されると共に隠蔽オブジェクト２１が配置され、また、位置Ｐｅにユーザ視点２８とその投影面２９とが設定されている。ここで、装置オブジェクト２０からのスキャンライン（破線で示す）上に、カバーエリア図形（不図示）のフラグメントＰ３，Ｐ４と、隠蔽オブジェクト２１との交点Ｐｏを考える。ここでは、距離マップ９に保持されている距離ＡはＰｄＰｏとなる。カバーエリアに存在するフラグメントＰ３は、隠蔽オブジェクト２１より装置オブジェクト２０に近いので隠蔽されず、距離Ｂ１＝ＰｄＰ３と対応する距離Ａ＝ＰｄＰｏとの比較結果はＰｄＰ３≦ＰｄＰｏとなる。一方、カバーエリアに存在するフラグメントＰ４は、装置オブジェクト２０との間に隠蔽オブジェクト２１が存在するため隠蔽され、距離Ｂ２＝ＰｄＰ４と対応する距離Ａ＝ＰｄＰｏとの比較結果はＰｄＰ４＞ＰｄＰｏとなる。よって、フラグメントＰ３は非隠蔽部分、フラグメントＰ４は隠蔽部分と判定される。
【００５１】
ステップＳＴ７−５における距離Ｂは種々の方法で計算できるが、グラフィックプロセッサが提供するＺバッファ方式の隠面消去処理にて得られるＺ値を利用すれば効率よく計算できる。パイプライン後段処理において、カバーエリア描画部１１がグラフィックプロセッサが提供する座標変換機能を利用して、カバーエリアのローカル座標系をユーザ視点の視点座標系に投影変換し、視点座標系におけるカバーエリアのフラグメントの座標（Ｘｖｓ，Ｙｖｓ，Ｚｖｓ）を表す。（Ｘｖｓ，Ｙｖｓ）はスキャンする投影面上の画素の座標であり、ＺｖｓはＺバッファ１３ｂに保持されるフラグメントの距離Ｚである。そして、この座標（Ｘｖｓ，Ｙｖｓ，Ｚｖｓ）にユーザ視点からの視点座標変換および投影変換の逆変換を施すと、３次元空間のワールド座標系におけるフラグメントの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）が得られる。
【００５２】
さらに、Ｚバッファ方式の隠面消去処理により距離Ａを計算した手順（図１１に示す）と同様に、カバーエリア描画部１１が、装置オブジェクト２０を視点とした場合の視点座標変換と投影変換をフラグメントの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）に施すと、装置オブジェクト２０の視点から投影変換したフラグメントの座標（Ｘｄｓ，Ｙｄｓ，Ｚｄｓ）が計算できる。このＺｄｓが装置オブジェクト２０からフラグメントまでの距離Ｂになり、距離マップ９に既に記憶されている座標（Ｘｄｓ，Ｙｄｓ）の距離Ｚｄｓがこのフラグメントと比較すべき距離Ａになる。
【００５３】
以上より、実施の形態１に係るカバレージ表示装置２は、直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト２０、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクト２１を仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置部６と、３次元空間において、装置オブジェクト２０が検知または照射するカバーエリア２２をスキャンし、各スキャン方向で装置オブジェクト２０に最も近い隠蔽オブジェクト２１までの距離Ａを計算して距離マップ９を生成する距離計算部８と、３次元空間にカバーエリア２２を示す３次元図形を描画するときに、装置オブジェクト２０から当該３次元図形の任意部分までの距離Ｂを計算し、距離マップ９内の対応する距離Ａとの比較結果に基づいて、当該３次元図形の隠蔽オブジェクト２１に遮られる隠蔽部分２３と遮られない非隠蔽部分２４とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画部１１と、任意位置に設定されるユーザ視点から見た３次元空間を示す画像データを生成する図形描画部１２とを備えるように構成した。このため、カバーエリア２２の隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４を視覚的に区別してユーザに提示することができ、ユーザがカバーエリアの伝播遮蔽を正確かつ短時間に把握できるカバレージ表示装置２を提供することができる。
【００５４】
また、実施の形態１によれば、カバーエリア描画部１１は、３次元空間の任意位置に設定されるユーザ視点から見たカバーエリアの３次元図形を隠面消去して描画し、当該隠面消去処理で得られる描画部分の３次元座標を用いて距離Ｂを計算するように構成した。このように描画処理と距離計算処理とを合わせて行うことにより、描画処理と別に距離計算する場合に比べて処理が簡略化され、高速に画面表示することができる。
【００５５】
また、実施の形態１によれば、カバーエリア描画部１１は、３次元空間の任意位置に設定される視点から見たカバーエリアの３次元図形をＺバッファ法により隠面消去して描画し、当該視点を基準にした座標系で表される描画部分の３次元座標を、装置オブジェクト２０を基準にした座標系に変換して距離Ｂを計算するように構成した。このため、グラフィックプロセッサが有する座標変換機能を利用して、高速に、装置オブジェクト２０からカバーエリア２２の描画部分までの距離Ｂを計算することができる。
【００５６】
また、実施の形態１によれば、距離計算部８は、装置オブジェクト２０を視点に用いて、当該視点から見た隠蔽オブジェクト２１を隠面消去して描画し、装置オブジェクト２０から当該隠面消去処理で得られる隠蔽オブジェクト２１の描画部分までの距離を距離Ａとするように構成した。このため、グラフィックプロセッサが有する隠面消去機能を利用して計算される視点からオブジェクト描画部分までの距離を、装置オブジェクト２０から隠蔽オブジェクト２１の描画部分までの距離Ａとして用いるため、高速に距離計算することができる。
【００５７】
また、実施の形態１によれば、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２を示す３次元図形として当該カバーエリア２２の境界面を描画するように構成したので、描画するための計算処理が境界面だけと少なくてすみ、高速に描画できる。
【００５８】
また、実施の形態１に係るカバレージ表示システム１は、画像データを表示するディスプレイ３と、ユーザの指示を受け付ける対話装置４と、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を示す３次元図形を、対話装置４が受け付ける指示に従って対話形式に描画して画像データを生成し、ディスプレイ３に表示させるカバレージ表示装置２とを備えるように構成した。このため、ユーザがディスプレイ３に表示されたカバーエリア２２を確認しながら装置オブジェクト２０の配置設計ができ、例えばユーザ視点を変更した場合でも常にカバーエリア２２の隠蔽状況を把握できるようになる。
【００５９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、カバーエリアの境界面を描画するようにしたので、ユーザ視点から見て、隠蔽オブジェクトがカバーエリア境界面を遮れば隠蔽部分が識別しやすいが、遮らないと隠蔽部分が識別しにくい場合がある。例えば図１５はカバレージ表示装置２が生成する画像データを示し、図１５（ａ）はユーザ視点が斜め方向にある場合のビュー、図１５（ｂ）は真横方向のビュー、図１５（ｃ）は真上方向のビューである。なお、図１５において図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。装置オブジェクト２０のカバーエリア２２内に隠蔽オブジェクト２１全体が存在する場合、カバーエリア２２の境界面のみ描画すると、図１５（ａ）のようにカバーエリア２２内部の隠蔽部分２３を把握することができない。しかし実際には、図１５（ｂ），（ｃ）に破線で示すように隠蔽部分２３が存在する。そこで、本実施の形態２では、カバーエリア２２内に存在する一つ以上の平面をカバーエリア図形として描画する。
【００６０】
本実施の形態２に係るカバレージ表示システム１は、図１に示すカバレージ表示システム１と図面上では同様の構成であるので、以下では図１を援用する。そして、図１３のフローチャートを援用して、上記実施の形態１とは異なる動作を中心に説明する。
【００６１】
図１６および図１７は、床２５に平行、かつ、カバーエリア２２内に存在する３つの平面３０〜３２と、カバーエリア２２の輪郭線とをカバーエリア図形として描画する例を示し、各図とも（ａ）は真横方向のビュー、（ｂ）は斜め方向のビュー、（ｃ）は真上方向のビュー、（ｄ）は斜め方向のビューである。ステップＳＴ７−１にてカバーエリア描画部１１がカバーエリア２２の図形を描画する際、図１６（ａ），（ｂ）および図１７（ａ），（ｂ）に示すように、床２５に平行かつカバーエリア図形内に存在する複数の平面（フラグメント）３０〜３２を設定する。
【００６２】
図１３のフラグメント描画処理（ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９）において、カバーエリア２２の輪郭線を実線で描画すると共に、非隠蔽部分２４を半透明で描画し、隠蔽部分２３は完全透明（全透明）で描画するので、図１０で説明した境界面同士の奥行き判定を考慮した処理により、ユーザ視点から見て平面３０〜３２が重なる部分は透明色が加算され濃く表示される（図１６（ｃ），（ｄ）および図１７（ｃ），（ｄ））。
【００６３】
特に、図１７に示す背の低い隠蔽オブジェクト２１の場合、カバーエリア２２の上部の境界面を遮らないが、床２５付近の２つの平面３１，３２を遮るため、図１７（ｃ）に示すようにユーザ視点が真上に位置する場合にも透明度の違いにより隠蔽部分を容易に把握することができる。これに対し、図１６に示す背の高い隠蔽オブジェクト２１の場合、床２５より上の３つの平面３０〜３２を遮るため、図１６（ｃ）に示すように隠蔽部分２３が完全透明になる。
【００６４】
さらに、カバーエリア２２内に存在する平面３０〜３２の数を多く設定したり、平面３０〜３２の配置間隔を小さく設定したりすれば、隠蔽部分の有無だけでなく、ユーザ視点から見た隠蔽部分／非隠蔽部分の奥行き（厚さ）も直感的に掴むことができる。
【００６５】
別の表示例を図１８に示す。図１８（ａ）は真上方向のビュー、図１８（ｂ）は斜め方向のビュー、図１８（ｃ）は真横方向のビュー、図１８（ｄ）は斜め方向のビューである。図１８の例では、床２５に垂直、かつ、カバーエリア２２内に存在する３つの平面３３〜３５を設定している。この場合、図１８（ｃ）に示すように、ユーザ視点が真横に位置する場合に、透明度の違いにより隠蔽部分２３を把握することができる。
【００６６】
図１６〜図１８に示したように、ユーザ視点の位置によって、カバーエリア２２の隠蔽部分２３を把握しやすい、または把握可能な平面３０〜３５の向きが異なる。そこで、さらに別の表示例を図１９に示す。図１９（ａ），（ｂ）とも斜め方向のビューである。図１９の例では、ユーザ視点からの視線方向に垂直、かつ、カバーエリア２２内に存在する３つの平面３６〜３８とカバーエリア２２の輪郭線とをカバーエリア図形として描画する。この場合、ステップＳＴ７−１にてカバーエリア描画部１１がカバーエリア２２の図形を描画する際、ユーザ視点の配置変更に応じて平面３６〜３８の向きを動的に変更する構成にする。これにより、ユーザがユーザ視点を真横、真上、斜め方向等さまざまな位置に変更しても、カバーエリア２２の隠蔽部分２３をより容易に把握することができる。
【００６７】
さらに、ユーザが対話的に平面の数、間隔、および表示するときの透明色の透明度等を変更できるように構成すれば、カバーエリア２２の隠蔽の状況、およびユーザの観察目的に応じてより適した表示が可能となる。例えば、平面の間隔、透明度等を対話装置４が有するマウスホイールで変更する構成にすれば、ユーザはディスプレイ３に画面表示されるカバーエリアから目を離さずに最適な設定を選択できる。また、隠蔽オブジェクトと交差する平面の数を多くするか、または間隔を狭くすれば、非隠蔽部分の平面の重なりが増え（即ち透明色の加算数が増えて表示色が濃くなり）、隠蔽部分をよりはっきりと視覚的に区別して表示できる。なお、平面の設定数が増えても、公知技術である３次元図形と平面の交差判定処理により、容易に隠蔽オブジェクト２１と交差する平面を求めることができ、カバレージ表示装置２の計算処理負担はわずかで足りる。
【００６８】
上記例ではカバーエリア内に平面を設定して隠蔽部分と非隠蔽部分を視覚的に表示したが、形状は平面に限定されるものではなく、例えば図２０に示すような多面体２２ａにしてもよい。図２０（ａ）は真横方向のビュー、図２０（ｂ）は斜め方向のビュー、図２０（ｃ）は真横方向のビュー、図２０（ｄ）は真上方向のビュー、図２０（ｅ）は斜め方向のビューである。図２０の例では、対話制御部５からカバーエリア描画部１１に対して床２５からの高さを示す上端距離３９と下端距離４０の条件が与えられたとき、カバーエリア２２内で下端距離４０以上かつ上端距離３９以下の空間の境界面から構成される多面体２２ａをカバーエリア図形として作成し描画する構成にする。例えば、監視カメラで歩行者の上半身を撮像可能な範囲を確認したい場合、ユーザは、装置オブジェクト２０のカバーエリア２２を監視カメラの撮像範囲に見立て、対話装置４を操作して上端距離３９を２ｍ、下端距離４０を０．５ｍに設定すればよい。なお、カバーエリア図形を示す多面体２２ａは、カバーエリア２２を床２５に対して水平に輪切りにした形状（図２０）以外であってもよく、その他、床２５に対して垂直に輪切りにした形状、ユーザ視点からの視線方向に対して垂直に輪切りにした形状など任意に設定すればよい。
このように、装置オブジェクト２０そのもののカバーエリア２２と空間を規定する他の条件とを組み合わせたカバーエリアを定義して視覚化することにより、種々の条件を加味したカバーエリアの確認およびカメラ等の装置の配置設計が可能となる。
【００６９】
以上のように、実施の形態２によれば、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２を示す３次元図形としてカバーエリア内に設定する一つ以上の平面３０〜３８を描画するように構成したので、上記実施の形態１と同様の方法によりカバーエリア２２の隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とを視覚的に区別して描画することができる。よって、隠蔽オブジェクト２１がカバーエリア２２の境界面を遮らないような形状および配置の場合でも、ユーザはカバーエリア内部の隠蔽状況を把握することができる。
【００７０】
また、実施の形態２によれば、カバーエリア２２を示す３次元図形として当該カバーエリア内に設定する多面体２２ａを描画するように構成したので、カバーエリア２２の特定部分について、隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とを視覚的に区別して描画することができ、種々の条件を加味したカバーエリアの確認およびカメラ等の装置の配置設計が可能となる。
【００７１】
また、実施の形態２によれば、平面３０〜３８のうち少なくとも一面または多面体２２ａを、隠蔽オブジェクト２１と交差する平面または多面体にするようにしたので、隠蔽オブジェクト２１がカバーエリア２２の境界面を遮らないような形状および配置の場合でも、ユーザはカバーエリア内部の隠蔽状況をより良く把握することができる。
【００７２】
また、実施の形態２によれば、カバーエリア描画部１１は、ユーザ視点の設定位置に応じて平面３６〜３８または多面体２２ａの位置を変更するように構成したので、ユーザはユーザ視点を変更しても常に隠蔽状況を把握することができる。
【００７３】
なお、上記実施の形態２では、カバーエリア２２の輪郭線を実線で描画し、平面３０〜３８または多面体２２ａを隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とに区別して透明色で描画する構成にしたが、これに加えてカバーエリア２２の境界面を隠蔽部分２３と非隠蔽部分２４とに区別して透明色で描画する構成にしてもよい。境界面の描画については上記実施の形態１で説明した通りである。
【００７４】
実施の形態３．
上記実施の形態１ではカバーエリアの境界面を、上記実施の形態２ではカバーエリア内部に設定した平面または多面体をカバーエリア図形として表示するためにサーフェスレンダリング手法を用いたが、本実施の形態３ではカバーエリア内部をボクセルで記述するボリュームレンダリング手法を用いてカバーエリア図形を表示する構成にする。
【００７５】
本実施の形態３に係るカバレージ表示装置２の構成および基本的な動作は上記実施の形態１と同様であり、カバーエリア図形とその描画方法が異なる。そのため、以下では図１、図１３を援用して、異なる部分を中心に本実施の形態３のカバレージ表示装置２を説明する。
【００７６】
リアリティのある３次元物体を描画する方法として、上記実施の形態１のように物体の表面を描画するサーフェスレンダリングが一般的であるが、ＣＴスキャンした体内の様子を視覚化する場合などは３次元物体の内部の色情報等をボクセル単位で記述し描画するボリュームレンダリングが利用される。ボクセルとは２次元画像の要素であるピクセルに相当する３次元空間の体積の要素であり、３次元空間での正規格子単位の値を表す。ボリュームレンダリングについては公知技術のためこれ以上の説明は省略する。
【００７７】
本実施の形態３では、図１３に示すカバーエリア描画処理のフローチャートにおいて、ステップＳＴ７−１では、カバーエリア描画部１１がボクセル記述されたカバーエリア図形を生成する。例えば、カバーエリア描画部１１は、装置オブジェクト２０およびカバーエリア２２を含む仮想の３次元空間をＬ×Ｍ×Ｎの正規格子でサンプリングし、Ｌ×Ｍ×Ｎのボクセル配列を生成する。これらのボクセル配列のうち、カバーエリア２２を構成する（カバーエリア２２の位置に存在する）ボクセルに透明度の情報を含むカバーエリアの色情報を設定し、他のボクセルはオブジェクトが存在しないことを示す情報を設定する。
【００７８】
また、ステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９のフラグメント描画処理では、本来フラグメントが描画単位であるが、本実施の形態３ではボクセルを描画単位にする。そして、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２の内部にある全てのボクセルに対してステップＳＴ７−４〜ＳＴ７−９の処理を実施する。
【００７９】
先ず、カバーエリア描画部１１がボクセル配列を順番に走査して、対象ボクセルがカバーエリア２２内部のボクセルであればステップＳＴ７−５にて装置オブジェクト２０から対象ボクセルまでの距離Ｂを計算する。具体的には、ボクセル配列における装置オブジェクト２０およびカバーエリア２２内部のボクセルのＸＹＺ座標から、装置オブジェクト２０と各ボクセルとの間の距離Ｂを容易に計算することができる。
【００８０】
続くステップＳＴ７−６において、カバーエリア描画部１１は距離マップ９のうちから対象ボクセルに対応する距離Ａを距離Ｂと大小比較し、隠蔽判定を行い、透明度を有する隠蔽色または非隠蔽色を対象ボクセルに設定する（ステップＳＴ７−７，ＳＴ７−８）。
【００８１】
全てのボクセルについて描画が終了すれば（ステップＳＴ７−９“ＹＥＳ”）、続くステップＳＴ７−１０において図形描画部１２がそのボクセル配列をフレームメモリ１３内のフレームバッファ１３ａに描画し、表示部１４がフレームバッファ１３ａの画像データをディスプレイ３に表示する。
【００８２】
以上より、実施の形態３によれば、カバーエリア描画部１１は、カバーエリア２２を示す３次元図形をボクセル配列にして描画するときに、当該カバーエリア２２の隠蔽部分２３に相当する各ボクセルと非隠蔽部分２４に相当する各ボクセルとを視覚的に区別して描画するように構成した。このため、カバーエリア２２の内部の隠蔽の様子を滑らかに、かつ、きめ細かく表示することができるようになり、ユーザはカバーエリアの伝播遮蔽を正確かつ短時間に把握することができる。
【００８３】
なお、上記実施の形態１〜３では装置オブジェクト２０、隠蔽オブジェクト２１およびカバーエリア２２を描画して、ディスプレイ３に画面表示するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えばカバーエリア２２のみを描画して画面表示してもよい。その場合には、例えば図１３に示すステップＳＴ７−２において、カバーエリア描画部１１がフレームバッファ１３ａとＺバッファ１３ｂをクリアすることにより、図８のステップＳＴ６にてオブジェクト描画部１０が先に描画しておいた装置オブジェクト２０と隠蔽オブジェクト２１の表示を消せばよい。
【符号の説明】
【００８４】
１ カバレージ表示システム、２ カバレージ表示装置、３ ディスプレイ、４ 対話装置、５ 対話制御部、６ オブジェクト配置部、７ グラフィックメモリ、８ 距離計算部、１３ａ フレームバッファ、１３ｂ Ｚバッファ、９ 距離マップ、１０ オブジェクト描画部、１１ カバーエリア描画部、１２ 図形描画部、１３ フレームメモリ、
１４ 表示部、２０ 装置オブジェクト、２０ａ カメラ、２０ｂ 焦電型赤外センサ、２１ 隠蔽オブジェクト、２２ カバーエリア、２３ 隠蔽部分、２４ 非隠蔽部分、２５ 床、２６ 投影面、２７ 画素、２８ ユーザ視点、２９ 投影面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置部と、
前記３次元空間において、前記装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で前記装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算部と、
前記３次元空間に前記カバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、前記装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、前記距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の前記隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画部と、
任意位置に設定される視点から見た前記３次元空間を示す画像データを生成する図形描画部とを備えるカバレージ表示装置。
【請求項２】
前記カバーエリア描画部は、３次元空間の任意位置に設定される視点から見たカバーエリアの３次元図形を隠面消去して描画し、当該隠面消去処理で得られる描画部分の３次元座標を用いて第２距離を計算することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項３】
前記カバーエリア描画部は、３次元空間の任意位置に設定される視点から見たカバーエリアの３次元図形をＺバッファ法により隠面消去して描画し、当該視点を基準にした座標系で表される描画部分の３次元座標を、装置オブジェクトを基準にした座標系に変換して第２距離を計算することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項４】
前記距離計算部は、装置オブジェクトを視点に用いて、当該視点から見た隠蔽オブジェクトを隠面消去して描画し、前記装置オブジェクトから当該隠面消去処理で得られる前記隠面オブジェクトの描画部分までの距離を第１距離とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項５】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形として当該カバーエリアの境界面を描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項６】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形として当該カバーエリア内に設定する一つ以上の平面を描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項７】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形として当該カバーエリア内に設定する多面体を描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項８】
前記平面または多面体は、隠蔽オブジェクトと交差する平面または多面体であることを特徴とする請求項６または請求項７記載のカバレージ表示装置。
【請求項９】
前記カバーエリア描画部は、視点の設定位置に応じて前記平面または多面体の位置を変更することを特徴とする請求項６または請求項７記載のカバレージ表示装置。
【請求項１０】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形をボクセル配列として描画するときに、当該カバーエリアの隠蔽部分に相当する各ボクセルと非隠蔽部分に相当する各ボクセルとを視覚的に区別して描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項１１】
画像データを表示するディスプレイと、
ユーザの指示を受け付ける対話装置と、
装置オブジェクトのカバーエリアを示す３次元図形を、前記対話装置が受け付ける指示に従って対話形式に描画して画像データを生成し、前記ディスプレイに表示させる請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のカバレージ表示装置とを備えるカバレージ表示システム。
【請求項１２】
直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置手順と、
前記３次元空間において、前記装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で前記装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算手順と、
前記３次元空間に前記カバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、前記装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、前記距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の前記隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画手順と、
任意位置に設定される視点から見た前記３次元空間を示す画像データを生成する図形描画手順とをコンピュータに実行させるためのカバレージ表示プログラム。
【請求項１】
直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置部と、
前記３次元空間において、前記装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で前記装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算部と、
前記３次元空間に前記カバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、前記装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、前記距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の前記隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画部と、
任意位置に設定される視点から見た前記３次元空間を示す画像データを生成する図形描画部とを備えるカバレージ表示装置。
【請求項２】
前記カバーエリア描画部は、３次元空間の任意位置に設定される視点から見たカバーエリアの３次元図形を隠面消去して描画し、当該隠面消去処理で得られる描画部分の３次元座標を用いて第２距離を計算することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項３】
前記カバーエリア描画部は、３次元空間の任意位置に設定される視点から見たカバーエリアの３次元図形をＺバッファ法により隠面消去して描画し、当該視点を基準にした座標系で表される描画部分の３次元座標を、装置オブジェクトを基準にした座標系に変換して第２距離を計算することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項４】
前記距離計算部は、装置オブジェクトを視点に用いて、当該視点から見た隠蔽オブジェクトを隠面消去して描画し、前記装置オブジェクトから当該隠面消去処理で得られる前記隠面オブジェクトの描画部分までの距離を第１距離とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項５】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形として当該カバーエリアの境界面を描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項６】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形として当該カバーエリア内に設定する一つ以上の平面を描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項７】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形として当該カバーエリア内に設定する多面体を描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項８】
前記平面または多面体は、隠蔽オブジェクトと交差する平面または多面体であることを特徴とする請求項６または請求項７記載のカバレージ表示装置。
【請求項９】
前記カバーエリア描画部は、視点の設定位置に応じて前記平面または多面体の位置を変更することを特徴とする請求項６または請求項７記載のカバレージ表示装置。
【請求項１０】
前記カバーエリア描画部は、カバーエリアを示す３次元図形をボクセル配列として描画するときに、当該カバーエリアの隠蔽部分に相当する各ボクセルと非隠蔽部分に相当する各ボクセルとを視覚的に区別して描画することを特徴とする請求項１記載のカバレージ表示装置。
【請求項１１】
画像データを表示するディスプレイと、
ユーザの指示を受け付ける対話装置と、
装置オブジェクトのカバーエリアを示す３次元図形を、前記対話装置が受け付ける指示に従って対話形式に描画して画像データを生成し、前記ディスプレイに表示させる請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のカバレージ表示装置とを備えるカバレージ表示システム。
【請求項１２】
直線的伝播特性を有する波動を検知または照射する装置をモデル化した装置オブジェクト、および当該波動の伝播を遮る物体をモデル化した隠蔽オブジェクトを仮想の３次元空間に配置するオブジェクト配置手順と、
前記３次元空間において、前記装置オブジェクトが検知または照射するカバーエリアをスキャンし、各スキャン方向で前記装置オブジェクトに最も近い隠蔽オブジェクトまでの第１距離を計算して距離マップを生成する距離計算手順と、
前記３次元空間に前記カバーエリアを示す３次元図形を描画するときに、前記装置オブジェクトから当該３次元図形の任意部分までの第２距離を計算し、前記距離マップ内の対応する第１距離との比較結果に基づいて、当該３次元図形の前記隠蔽オブジェクトに遮られる隠蔽部分と遮られない非隠蔽部分とを視覚的に区別して描画するカバーエリア描画手順と、
任意位置に設定される視点から見た前記３次元空間を示す画像データを生成する図形描画手順とをコンピュータに実行させるためのカバレージ表示プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−３８１３２（Ｐ２０１２−３８１３２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８４５６（Ｐ２０１０−１７８４５６）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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