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発明の名称 三次元モデリング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−30634(P2003−30634A)
公開日 平成15年1月31日(2003.1.31)
出願番号 特願2001−213150(P2001−213150)
出願日 平成13年7月13日(2001.7.13)
代理人 【識別番号】100085501
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
【テーマコード(参考)】
5B047
【Fターム(参考)】
5B047 AA07 BB04 BC16 CB09 CB18 
発明者 藤田 悟朗 / 石川 猶也
要約 課題
撮影中に、回転台上の被撮影者の視線が回転台の回転に同期して一定方向に固定されようにし、被撮影者の動きを抑止するように図った三次元モデリング装置を提供する。

解決手段
回転台1上に設定された三次元空間の周囲に所定回転角度毎に配設した複数のランプ21と、配線22を介して接続された各ランプ21がそれぞれ被撮影者Hの正面と対向したときに点灯するように回転台1と同期して各ランプ21を制御するコントローラ23とを備え、回転台1が回転して撮影が行われている間、回転台1と同期して点灯したランプ21に被撮影者Hの視線が向けられる。
特許請求の範囲
【請求項1】 垂直回転軸を中心として回転する回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、前記回転台上に被撮影者を載せて前記回転台を回転させつつ前記カメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、前記三次元空間を構成する各ボクセルについて前記各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにした三次元モデリング装置において、撮影中に被撮影者の視線を前記回転台に対して一定方向に固定するための視線固定手段を設けたことを特徴とする三次元モデリング装置。
【請求項2】 前記視線固定手段は、前記三次元空間の周囲に前記所定回転角度毎に配設したランプと、これらのランプがそれぞれ被撮影者の正面と対向したときに点灯するように前記回転台と同期して前記各ランプを制御するコントローラとを備えたものであることを特徴とする請求項1に記載の三次元モデリング装置。
【請求項3】 前記各ランプが垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項2に記載の三次元モデリング装置。
【請求項4】 前記視線固定手段は、前記回転台に設けられ前記回転台の外側に向けて一定方向に光を射出する光源と、前記三次元空間を包囲し前記光源が射出した光を投影するスクリーンとからなり、前記光源により前記スクリーン上に形成された光の投影点が前記回転台上に載せた被撮影者の正面に対向した状態で撮影を行うようにしたことを特徴とする請求項1に記載の三次元モデリング装置。
【請求項5】 水平面に対する前記光源の光の射出角度が調整可能であることを特徴とする請求項4に記載の三次元モデリング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人体の三次元グラフィックス画像を作成する三次元モデリング装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ゲーム機等に用いる人体の三次元グラフィックス画像を作成するためのものとして、三次元モデリング装置が用いられているのは周知の通りである。そして、この種の三次元モデリング装置として、垂直回転軸を中心として回転する回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、回転台上に被撮影者を載せて回転台を回転させつつカメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、三次元空間を構成する各ボクセルについて各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにしたものが提案されている。
【0003】ボーティング処理についてより詳しく説明すると、まず、前記三次元空間を構成する多数の微小なボクセルについてそれぞれ全シルエット画像への投影点を求め、シルエット領域に含まれている投影点の数を得点とする。そして、あらかじめ設定した閾値によって得点が一定値未満のボクセルを削除し、残ったボクセルを人体部分とみなす。
【0004】このようにして再構成された被撮影者の三次元形状の表面に対応するボクセルの隣接頂点間を接続してポリゴンデータを生成し、これにテクスチャ(色彩、模様)を貼り付けると被撮影者の三次元グラフィックス画像が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この種の装置では、撮影の開始から終了までに数十秒程度の時間を要するが、その間に被撮影者が動くと、人体形状を構成する予定のボクセルのうちの一部の得点が閾値よりも低くなって削除されるため、得られるグラフィックス画像の一部が欠けてしまうという問題がある。
【0006】ここで、撮影中の被撮影者は回転台とともに回転していくが、この際、一般の被撮影者にとって、一点を凝視する動作はそれほど難しくはない一方、回転台の回転に追従して視線を移しながら一定方向に保つ動作は極めて困難である。つまり、撮影中、被撮影者は回転台の回転に追従して回転する一方で、被撮影者の視線は一点に維持されたまま、その被撮影者の、例えば、頭部がその回転に追従せずに取り残されるという事態が生じ、結局、被撮影者が動いた状態で撮影が行われることになるため、上述した問題が起こり易い。
【0007】そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、撮影中に、回転台上の被撮影者の視線が回転台の回転に同期して一定方向に固定されようにし、被撮影者の動きを抑止するように図った三次元モデリング装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明による三次元モデリング装置は、垂直回転軸を中心として回転する回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、回転台上に被撮影者を載せて回転台を回転させつつカメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、三次元空間を構成する各ボクセルについて各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにした三次元モデリング装置において、撮影中に被撮影者の視線を回転台に対して一定方向に固定するための視線固定手段を設けている。
【0009】被撮影者は、ランプ等の光のように何らかの指標があると、その指標に視線を移して姿勢を維持することが容易となることから、例えば、視線固定手段は、三次元空間の周囲に所定回転角度毎に配設したランプと、これらのランプがそれぞれ被撮影者の正面と対向したときに点灯するように回転台と同期して各ランプを制御するコントローラとを備えたものである。
【0010】これらのランプに被撮影者が視線を移す際、見上げたり見下ろしたりしなければならない状態であると、被撮影者に煩わしさを与えるだけでなく、姿勢の維持も困難となるので、これを防止すべく被撮影者の目の高さに応じた適正な高さの視線が得られるように、各ランプが垂直方向に移動可能であることが好ましい。
【0011】また、被撮影者の視線を固定する何らかの指標を簡単な構成で得る目的から、視線固定手段は、回転台に設けられ回転台の外側に向けて一定方向に光を射出する光源と、三次元空間を包囲し光源が射出した光を投影するスクリーンとからなり、光源によりスクリーン上に形成された光の投影点が回転台上に載せた被撮影者の正面に対向した状態で撮影を行うようにしている。
【0012】この光源によりスクリーン上に形成された光の投影点に被撮影者が視線を固定する際、その投影点の高さを調整することができれば、被撮影者の目の高さに応じた適正な高さの視線が得られ、被撮影者の姿勢の安定化に対して有利となるので、水平面に対する光源の光の射出角度が調整可能であることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照しながら説明する。先ず、第1実施形態について説明する。図1は三次元モデリング装置の概略斜視図、図2は図1を上方から見た要部外観図である。この三次元モデリング装置は、回転台1と、回転台1上に設定された仮想の三次元空間(後述)と水平方向に対向するように配置された上下一対のCCDカメラ3、4と、このCCDカメラ3、4と回転台1を挟んで対向するように垂直に立設された背景パネル5と、CCDカメラ3、4に接続されたコンピュータ6と、このコンピュータ6及び回転台1に接続された回転台コントローラ7と、複数のランプ21と、これら各ランプ21に接続された配線22と、この配線22及びコントローラ7に接続されたランプコントローラ23とを備えている。
【0014】回転台1は、上部が平坦な六角錐状に形成され、駆動モータ(図示せず)に接続されており、この駆動モータを駆動すると、回転台1の中心点を通る垂直回転軸Xを中心として回転方向Rに回転するようになっている。回転台1の各側面には、図示しないが、互いに色が異なる複数個のカラーパターンが付されており、これらのカラーパターンは各側面毎に異なる配列となっている。
【0015】CCDカメラ3、4は、床面上に垂直に立設された支柱8に上下方向に所定間隔をおいて取り付けられている。下側のCCDカメラ4は、回転台1上に載せた被撮影者Hの略下半分と、回転台1と、回転台1の上方に配置されるキャリブレーション用治具(図示せず)が撮影範囲内に入るように支柱8上に位置決め固定されている。このキャリブレーション用治具は回転台1と同様に形成されており、その底部に取り付けられた脚体により回転台1の上面から所定の高さの位置に水平に配置されるようになっている。また、上側のCCDカメラ3は被撮影者Hの略上半分と前記キャリブレーション用治具が撮影範囲内に入るように支柱8上に位置決め固定されている。
【0016】背景パネル5は、被撮影者Hと対向する面が一つの色により着色されており、この色は、被撮影者Hが着用した衣服や肌の色と異なっている。回転台コントローラ7は、コンピュータ6から与えられる情報に基づいて回転台1の駆動モータを制御する。
【0017】各ランプ21は、撮影中に被撮影者Hが動かないように視線を固定する指標の役割を果たすものであって、LED等で構成され、回転台1上に設定された仮想の三次元空間の周囲に所定の回転角度毎に配設されている。本実施形態では、その回転角度を10゜としているので、36個のランプ21が存在することになる。ランプコントローラ23は、回転台コントローラ7から与えられる信号に基づき、回転台1の回転と同期して各ランプ21が順次点灯するように制御する。
【0018】次に、本実施形態の三次元モデリング装置を用いて実際に被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成する手順について説明する。
【0019】まず、CCDカメラ3、4のキャリブレーションを行う。回転台1上に前記キャリブレーション用治具を載せてCCDカメラ3、4で撮影する。回転台1上には、回転台1の上面の中心を原点とする所定の大きさの三次元空間が設定されており、CCDカメラ3、4が撮影したキャリブレーション用治具の画像から、コンピュータ6がCCDカメラ3、4の位置関係を算出してキャリブレーションを行う。
【0020】CCDカメラ3、4のキャリブレーションが終了すると、被撮影者Hを回転台1上に載せる。そして、被撮影者Hの正面に対向するランプ21を点灯し(図中の●印)、その点灯したランプ21に被撮影者Hの視線が向けられる(図中の白抜き矢印)。
【0021】次いで、コンピュータ6の操作入力部で撮影開始の指示入力を行うと、回転台1が回転方向Rに所定速度で連続回転し、これと同期して各ランプ21が順次点灯するとともにCCDカメラ3、4が撮影を行う。ここで、被撮影者Hの視線は、点灯したランプ21に順次移されていく。そして、回転台1が360゜回転すると、回転台1が停止するとともにCCDカメラ3、4が撮影を停止する。
【0022】コンピュータ6は、CCDカメラ3、4が撮影した動画から所定の回転角度(本実施形態では10゜)毎に静止画像を抽出し、これらの画像から背景パネル5の部分を分離して被撮影者Hのシルエット画像を抽出する。また、コンピュータ6は、CCDカメラ4が撮影した回転台1の画像から三次元空間内におけるCCDカメラ4の位置や向きを算出してキャリブレーションを行う。
【0023】次いで、コンピュータ6は、抽出した複数枚のシルエット画像を用いて、前記三次元空間を構成する多数のボクセル(本実施形態では2.5mm角)についてそれぞれボーティング処理を行って被撮影者Hの三次元形状を再構成する。そして、コンピュータ6は、この三次元形状の表面に対応するボクセルの隣接頂点間を接続してポリゴンデータを生成し、これにテクスチャを貼り付けて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成する。
【0024】回転台1が回転している間、被撮影者Hの正面に対向するランプ21が順次点灯し、その点灯したランプ21に被撮影者Hの視線が順次移されるため、被撮影者Hが動きにくい。従って、形状の崩れの無い綺麗なグラフィックス画像を得ることができる。
【0025】また、各ランプ21の高さは調整が可能になっていることが好ましい。これは、各ランプ21が一定の高さに配設されていると、大人と子供、或いは、立った状態や座った状態のように目の高さが異なる被撮影者Hの場合、点灯した各ランプ21に被撮影者Hが視線を移す際に、見上げたり見下ろしたりしなければならなくなり、被撮影者に煩わしさを与えるだけでなく、姿勢の維持も困難となるからである。
【0026】なお、本実施形態では、被撮影者Hの正面に対向するランプ21を点灯し、その点灯したランプ21に被撮影者Hの視線が向けられるが、それとは逆に、被撮影者Hの正面に対向するランプ21を消灯するようにし、その消灯したランプ21に被撮影者Hの視線が向けられても構わない。また、ランプ21の数も特に限定はない。
【0027】次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は第2の実施形態の三次元モデリング装置の概略斜視図である。なお、図中で第1実施形態と同じ名称の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0028】第2実施形態は、撮影中の被撮影者Hの視線を回転台に対して固定するための指標を簡単な構成で得るように図った点にある。図3に示されるように、回転台1の一側面に外側に向けて光を射出する光源24が設けられ、回転台1上に設定された仮想の三次元空間を包囲するスクリーン25が備えられている。光源24より射出された光は、光路Lを経てスクリーン25上に投影して光の投影点(図中で●印)を形成し、その投影点は回転台1の回転方向Rの回転に同期してスクリーン25上で破線で示される軌跡をとって移動していく。
【0029】撮影時おいては、撮影前に先ず、スクリーン25上の投影点が被撮影者Hの正面に対向するように被撮影者Hを回転台1上に載せ、その投影点に被撮影者Hの視線が向けられる。その後、回転台1が回転して撮影が行われている間、回転台1の回転に同期して移動する投影点は常に被撮影者Hの正面に対向するので、その投影点に向けて被撮影者Hの視線が維持されている限り、被撮影者Hの動きは抑えられる。
【0030】従って、本実施形態では、格別な制御等を行わなくとも被撮影者Hの視線を固定するための指標(投影点)が回転台1の回転に同期するので、装置がシンプルである。また、被撮影者Hにとって、自らの意志で視点を移していくという動作がなくなるので、被撮影者Hにより煩わしさを与えず、被撮影者Hの姿勢もより安定する。
【0031】また、水平面に対する光源24の光の射出角度が調整可能であることが好ましい。これは、光源24の光の射出角度が一定に固定であるとスクリーン25上の投影点が一定高さになり、被撮影者Hの目の高さが異なる場合、投影点に被撮影者Hが視線を維持する際に、見上げたり見下ろしたりしなければならなくなり、被撮影者に煩わしさを与えるだけでなく、姿勢の維持も困難となるからである。
【0032】なお、本発明は上記第1、2実施形態に限定されるわけではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0033】
【発明の効果】以上説明した通り本発明の三次元モデリング装置によれば、垂直回転軸を中心として回転する回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、回転台上に被撮影者を載せて回転台を回転させつつカメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、三次元空間を構成する各ボクセルについて各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにした三次元モデリング装置において、撮影中に被撮影者の視線を回転台に対して一定方向に固定するための視線固定手段を設けている。よって、撮影中に、回転台上の被撮影者の視線が回転台の回転に同期して一定方向に固定されようになるので、被撮影者の動きを抑止することが可能となり、形状の崩れの無い綺麗なグラフィックス画像を得ることができる。
【0034】例えば、視線固定手段が、三次元空間の周囲に所定回転角度毎に配設したランプと、これらのランプがそれぞれ被撮影者の正面と対向したときに点灯するように回転台と同期して各ランプを制御するコントローラとを備えたものであると、被撮影者は、その点灯したランプを指標として視線を移し、姿勢を維持することが容易となる。
【0035】更に、各ランプが垂直方向に移動可能であると、被撮影者の目の高さに応じた適正な高さの視線が得られるようになるため、これらのランプに被撮影者が視線を移す際、被撮影者にとって煩わしさはなく、姿勢の維持が容易となる。
【0036】また、視線固定手段が、回転台に設けられ回転台の外側に向けて一定方向に光を射出する光源と、三次元空間を包囲し光源が射出した光を投影するスクリーンとからなり、光源によりスクリーン上に形成された光の投影点が回転台上に載せた被撮影者の正面に対向した状態で撮影を行うようにしていると、被撮影者はその投影点に視線を固定することにより、姿勢を維持することが容易となるし、しかも、投影点を回転台の回転に同期させる格別な制御等を備える必要がないため、装置がシンプルになる。
【0037】更に、水平面に対する光源の光の射出角度が調整可能であると、この光源によりスクリーン上に形成された光の投影点の高さが調整可能となることにより、被撮影者の目の高さに応じた適正な高さの視線が得られるようになるため、投影点に被撮影者が視線を固定する際、被撮影者にとって煩わしさはなく、姿勢の維持が容易となる。




 

 


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