CN1146458C - 驾驶型游戏机及其图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像显示处理器，根据由游戏者的汽车控制装置控制的其位置和方向，在显示用监视器上显示在游戏者的汽车的可见范围内的三维图像。一反射镜显示处理器根据由该控制装置控制的游戏者的汽车的位置和方向，确定反射镜是否出现在游戏者的汽车的可见范围内。当反射镜出现在其可见范围时，反射镜显示处理器产生在反射镜上反射的图像。图像显示处理器然后对产生的图像在水平方向进行反转，并以对反射镜成重叠关系的方式显示在水平方向上经反转的图像。

Description

驾驶型游戏机及其图像 显示方法
技术领域
本发明涉及一种驾驶型游戏机，用于在显示用监视器上以实时方式显示模拟的汽车和周围的场景的三维图像，同时该三维图像随着由游戏者驾驶的模拟汽车而变化；涉及一种在驾驶型游戏机中的显示用监视器上显示三维图像的方法。
背景技术
迄今为止，已经广泛使用具有用于显示模拟的汽车和周围场景的三维图像的显示用监视器的驾驶型游戏机，该游戏机具有的玩游戏者的座舱类似于汽车的驾驶员座位和相关的方向盘、加速踏板、制动踏板和其它控制按键。这种驾驶型游戏机的游戏者坐在游戏者的座舱中并驾驶在显示用监视器上显示的模拟汽车同时观看随驾驶模拟汽车产生变化的三维图像。此外，显示用监视器显示由游戏者驾驶的模拟汽车及其它汽车，包括与游戏者的汽车竞赛的对手的汽车以及仅用作障碍物的普通汽车。游戏者驾驶该游戏者的汽车在包括弯道、上坡和下坡的三维环形道路上迅速地行驶，试图在三维环形道路上对其它汽车超车。
传统驾驶型游戏机的一个问题是它们不能在显示用监视器上显示位于在三维环形道路转弯处的反射镜。因此，当游戏者的汽车位于转弯处之前或之中或者直到游戏者的汽车行驶通过转弯处之前，游戏者不能识别在转弯处以远是否行驶其它车辆。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种驾驶型游戏机，其在显示用监视器上显示模拟的汽车和周围场景的三维图像，该三维图像包含在三维环形道路转弯处的反射镜连同在该反射镜上反射的图像。
本发明的另一个目的是提供一种在驾驶型游戏机中的显示用监视器上显示模拟的汽车和周围场景的三维图像的方法，该三维图像包含在三维环形道路的转弯处的反射镜连同在反射镜上反射的图像。
根据本发明提供的驾驶型游戏机包含：图像显示处理装置，用于在显示用监视器上显示设置在三维道路的转弯处附近的反射镜以及映射在该反射镜之中的图像的实时的三维图像，该三维图像随在游戏空间内按三维坐标系统确立的三维道路上行驶的模拟的游戏者的汽车而产生变化；由游戏者操纵的驾驶控制装置，用于指令控制游戏者的汽车在三维道路上行驶；游戏者的汽车控制装置，用于响应来自驾驶控制装置的指令来控制游戏者的汽车在三维道路上行驶；反射镜坐标数据存储器装置，用于存储按三维坐标系统确立的和在显示用监视器上接近三维道路显示的反射镜的坐标数据；以及反射镜显示处理装置，用于根据由反射镜坐标数据存储器装置存储的坐标数据，显示在显示用监视器上显示的游戏者的汽车的可见范围内的反射镜；反射镜显示处理装置，包含：游戏者的汽车坐标确定装置，用于确定由游戏者的汽车控制装置控制的游戏者的汽车的坐标数据；视线方向计算装置，用于根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据来计算由游戏者的汽车的视点朝向反射镜的视线的方向；距离计算装置，用于根据反射镜的坐标和游戏者的汽车的坐标数据来计算由游戏者的汽车到反射镜的距离；反射的视线方向计算装置，用于根据由反射镜的坐标数据得到的反射镜的反射表面和视线的方向之间的角度，计算由反射镜反射的视线的方向；反射镜视点坐标计算装置，用于计算沿与反射的视线方向相反的方向上与反射镜间隔一定距离的反射镜的视点的坐标；视角计算装置，用于根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据计算在显示用监视器上显示的反射镜的尺寸，然后根据所计算的反射镜的尺寸计算由游戏者的汽车的视点观看时的反射镜的视角；以及图像发生装置，用于沿反射的视线的方向在最大距离范围内，产生由反射镜的视点观看时的视角范围内的图像；图像显示处理装置包含一装置，用于对由图像发生装置产生的图像在水平方向上进行反变换以及以对反射镜成叠加关系的方式显示在水平方向上经反转的图像。
利用上述配置，在游戏者操纵的驾驶控制装置的控制之下，游戏者的汽车在游戏空间内在按三维坐标系统确立的三维道路上驾驶，以及在显示用监视器上显示在游戏者的汽车的可见范围内的三维道路的图像。确定由游戏者的汽车控制装置控制的游戏者的汽车的坐标数据，以及根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算从游戏者的汽车的视点朝向反射镜的视线的方向以及从游戏者的汽车到反射镜的距离。利用所计算的视线方向和反射镜的反射表面之间的角度，计算由反射镜反射的视线的方向，以及计算沿在与反射的视线方向相反的方向上与反射镜间隔一定距离的反射镜视点的坐标。根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算在显示用监视器上显示的反射镜的尺寸。然后，根据所计算的反射镜的尺寸，计算从游戏者的汽车的视点观看时的反射镜的视角。在此之后，沿反射的视线方向在最大距离范围内，产生在反射镜的视点观看时的视角内的图像，并在水平方向上对产生的图像进行反转，以及以与反射镜成重叠关系的方式显示在水平方向上经反转的图像。按照这种方式，在反射镜上反射的图像易于在短的时间内产生，使得游戏者能在操纵驾驶控制装置的同时观看反射镜上反射的图像。因此，游戏者产生驾驶游戏的高度真实感和游戏的兴趣。
视角计算装置包含一装置，用于根据由反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据得到的二维坐标数据，计算在显示用监视器上显示的在二维坐标系统中的反射镜的尺寸，以及然后根据所计算的反射镜的尺寸计算在二维坐标系统中由游戏者的汽车的视点观看时的反射镜的视角。
这样配置的视角计算装置，使得能够易于在短的时间内计算在显示用监视器上显示的反射镜的尺寸和视角。
驾驶型游戏机还包含：普通汽车控制装置，用于控制在直道和三维道路上的多辆普通汽车的行驶，该三维道路具有行车车道和逆行车道，用于使游戏者的汽车和普通汽车沿其行驶；图像显示处理装置包含一装置，用于显示在与游戏者的汽车相同方向的行驶车车道上行驶的普通汽车和在与游戏者的汽车相反方向的逆行车道上行驶的普通汽车。
普通汽车行驶在三维道路的行车车道和逆行车道上。游戏者的汽车取决于游戏者怎样操纵该驾驶控制装置而在行车车道或逆行车道上行驶，并在显示用监视器上显示在游戏者的汽车的可见范围内的三维图像，其中包括取决于游戏者的汽车的行驶而变化的在行车车道和逆行车道上的普通汽车。游戏者操作该驾驶控制装置，以操纵游戏者的汽车超过在行车车道上的普通汽车，以及进行控制以避免与在逆行车道上的普通汽车相碰撞。通过观看在反射镜上反射的图像，游戏者还可以采取预防性的措施，以避免与在道路转弯处以远的逆行车道上的普通汽车相碰撞。因此，游戏者在驾驶型游戏机上玩时会感到非常激动。
根据本发明还提供一种在驾驶型游戏上显示三维图像的方法，包含的步骤有：显示设置在三维道路的转弯处附近的反射镜以及映射在该反射镜之中的图像的实时三维图像，该三维图像随在游戏空间按三维坐标系统确立的三维道路上行驶的模拟的游戏者的汽车发生变化；根据在三维坐标系统中的反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算由游戏者的汽车的视点朝向按照三维坐标系统确定的且位置接近三维道路的反射镜的视线的方向；根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算由游戏者的汽车到反射镜的距离；根据由反射镜的坐标数据得到的反射镜反射面和该视线的方向之间的角度，计算由反射镜反射的视线的方向；计算在沿与反射的视线方向相反的方向上与反射镜间隔一定距离的反射镜的视点坐标；根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算在显示用监视器上显示的反射镜的尺寸；然后根据所计算的反射镜尺寸，计算由游戏者的汽车的视点观看时的反射镜的视角；沿反射的视线的方向在最大距离范围内，产生由反射镜的视点观看时的视角内的图像；显示实时三维图像的步骤包含：在显示用监视器上显示在所显示的游戏者的汽车的可见范围内的反射镜；对在该视角内产生的图像在水平方向上进行反转及以与反射镜成重叠关系的方式显示在水平方向上经反转的图像。
根据本发明还提供有驾驶型游戏机，用于显示随在游戏空间内的道路上行驶的模拟的游戏者的汽车变化的实时图像，包含虚拟图像位置计算装置，用于计算设置在三维道路的转弯处附近的反射镜产生的游戏者的汽车的虚拟图像位置；图像发生装置，用于产生由游戏者的汽车的虚拟图像位置观看时的反射镜的视角内的图像；以及图像显示处理装置，用于显示在实时图像中的反射镜范围内对由图像发生装置产生的图像在水平方向上经反转的图像。
附图说明
当结合以举例的方式描述本发明的一个优选实施例的附图，如下的介绍将会使本发明的上述和其它目的、特征和优点变得更加明显。
图1是根据本发明的驾驶型游戏机的透视图；
图2是表示在驾驶型游戏机上玩驾驶游戏的现场的示意图；
图3(a)是表示在道路转弯处设有反射镜的环形道路的平面图；
图3(b)是在显示用监视器上显示的环形道路以及反射镜的示意图；
图4是表示分为各道路模型的环形道路的一部分的示意图；
图5是表示由环形道路沿其中心线变换的假想的直路的示意图；
图6A和6B是驾驶型游戏机的控制系统的方块图；
图7是进行运动确定的顺序的流程图；
图8是驾驶型游戏机的操作顺序的主程序的流程图；
图9是在图8所示的主程序中的位置数据变换子程序的流程图；
图10是在图8所示的主程序中的反射镜显示处理子程序的流程图；
图11、12、13是说明在图10中所示的反射镜显示处理子程序的示意图；以及
图14(a)、14(b)、14(c)是表示显示在转弯处的反射镜上反射图像的过程的示意图。
具体实施方式
如在图1中所示，根据本发明的驾驶型游戏机通常包含驾驶舱1和显示用监视器2。驾驶间1具有驾驶员座位3、方向盘4、加速踏板5、制动踏板6以及齿轮传动换挡杆7，它们与实际汽车中的驾驶员的座舱相似。驾驶舱1还具有硬币投入缝口8，用于通过其投入硬币，该缝口8位于驾驶员座位3的左手侧前方；以及用于开始驾驶游戏的起动开关9，其位于在方向盘4的右手侧。显示用监视器2位于在驾驶间1的正前方，其位置可以由坐在驾驶员座位3上的玩游戏机者易于观察到。显示用监视器2可以包含一CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)、投影器或用于在其上显示图像的类似装置。
下面参照图2到4介绍用于在驾驶型游戏机上玩驾驶游戏的图像处理过程中使用的坐标系统和这种驾驶游戏的概况。
图2示意表示在驾驶型游戏机上玩驾驶游戏的现场11。在图2中所示的现场11代表由计算机图解的图像表示的整个空间，并包括一基本上沿该现场11的周边延伸的环形道路12以及各建筑物模型(未表示)和沿环形道路12设置的其它物体。其中的一个模型是在环形道路12转弯处朝外设置的反射镜13(见图3(a)和3(b))。图4部分地表示环形道路12。如在图4中所示，环形道路12具有一起始点并分成为各自距起始点间隔不同距离的道路模型(1)到(19)。
图2还表示有在现场11根据其总体建立的三维总体(world)坐标系统(x、y、z)以及一在现场11中的局部空间建立的三维局部坐标系统(x、y、z)。每个建筑物模型和其它物体包括反射镜13的形状信息利用三维总体坐标系统(x、y、z)来描述。每个道路模型(1)到(19)的形状信息利用其自身固有的局部坐标系统(x、y、z)来表示。
图5表示由环形道路12沿其中心线变换的假想的直路120。在图5中所示的二维道路坐标系统(x、y)是在直道120上建立的。二维道路坐标系统(x、y)的y坐标表示自起始点计沿直道120的相应距离，x坐标表示横越直道120的横向位置。
如在图4和5中所示，直道120，即环形道路12，具有两个车道即行车车道和逆行车道的环形道路。环形道路12的一些道路模型在其行车车道或逆行车道外侧具有侧加车道，具体地说，每个道路模型(1)，...，(6)以及道路模型(13)，...，(19)，...具有在逆行车道外侧的侧加车道，而每个道路模型(8)，...，(11)具有行车车道外侧的侧加车道。
如在图4中所示，各侧加车道具有在相应道路模型(1)、(8)、(13)处的起始段且沿与起始点远离的方向在这些道路模型上逐渐变宽，以及在各个道路模块(6)、(11)处的末端部且沿与起始点远离的方向在各道路模型上逐渐变窄。
当坐在驾驶间1中的玩游戏者在驾驶型游戏机上玩驾驶游戏时，玩游戏者控制方向盘4、加速踏板5和制动踏板6以及齿轮传动变速杆7，试图驾驶在显示用监视器2上显示的游戏者的汽车，而同时在显示用监视器2上显示的普通的正通行的汽车在行车车道上行驶，游戏者尽可能快地在环形道路12的行车车道、逆行车道或侧加车道上驾驶汽车，而不会与当作在行车车道和逆行车道上的障碍物的道路边沿和行驶的普通汽车相碰撞。在环形道路12的行车车道和逆行车道上行驶的普通汽车由驾驶型游戏机控制沿车道中心行驶。由驾驶型游戏机设有有几十辆普通的汽车。取决于游戏者的汽车的位置和方向，在显示用监视器12上显示位于由驾驶间1可见范围内的沿环形道路12的建筑物模型和其它物体以及普通的汽车。当在环形道路12转弯处的反射镜13位于驾驶舱1的可见范围时，由反射镜13反射的图像根据下面要介绍的以与反射镜13成重叠关系的方式显示。
由于显示在驾驶型游戏机上玩驾驶游戏的环形道路12包括逆行车道，在该车道上行驶着普通的汽车和使游戏者的汽车能够在逆行车道以及行道车道上行驶，当避开各在逆行车道上行驶的普通汽车时游戏者可极为兴奋且有驾驶其汽车的真实感。
环形道路12还可包含侧加车道，游戏者的汽车可以行驶在其上。因此游戏者可以利用侧加车道高速驾驶其汽车。由于游戏者在到达侧加车道终端之前要强迫其汽车由侧加车道返回到行车车道或逆行车道而受到心理压力，故游戏者会体验到驾驶游戏的复杂性并感受充分的乐趣。
显示用监视器2还以与反射镜13成重叠关系的方式显示在转弯处由反射镜13反射的图像。因此，游戏者可以目视辨认在环形道路12的转弯以远的逆行车道上的一或多辆普通汽车，并且提前控制其汽车，以避免刚好在达到转弯处之前才能识别一或多辆普通汽车。因而，当反射镜2范围内反射的图像显示在驾驶型游戏机上游戏时可使驾驶游戏高度真实和复杂。
图6以方块图的形式表示根据本发明的驾驶型游戏机的控制系统。
如图6中所示，控制系统主要包含：显示用监视器2、起动开关9、硬币检测器21、驾驶控制组件22，ROM(只读存储器)23，RAM(随机存取存储器)24和控制器25。
当游戏者按下起动开关9时，起动开关9向控制器25发出一开关信号。当硬币检测器21检测到一通过硬币插入缝口8插入的硬币(图1)时向控制器25输出一硬币检测信号。
驾驶控制组件22包含方向盘4、加速踏板5、制动踏板6和齿轮传动换档杆7。驾驶控制组件22向控制器25提供各种控制数据，例如表示方向盘4的角位移、加速踏板5和制动踏板6的踏入深度和由齿轮传动换档杆7选择的齿轮位置，这些数据输入到游戏者的汽车控制装置255(下文介绍)。
ROM 23存储驾驶游戏的程序，在总体坐标系统(x、y、z)中的现场和模型的坐标数据，在局部坐标系统(x、y、z)中的道路模型的坐标数据，在道路坐标系统(x、y)中的道路数据。根据汽车设计与汽车性能有关的程序，表示总体坐标系统(x、y、z)和局部坐标系统(x、y、z)之间对应关系的数据，以及在下文要介绍的表1到表3中所示的表数据。RAM 24用于暂时存储各种数据。
控制器25包含CPU(中央处理单元)，各种逻辑电路和其它用于控制驾驶型游戏机操作的其它电路元件。控制器25根据来自硬币检测器21的信号确定硬币是否投入该硬币插入缝口8，以及还根据来自起动开关9的信号确定是否被游戏者按下起动开关9。
控制器25具有总体坐标系统处理器251、道路坐标系统处理器252、道路坐标系统变换单元253、总体坐标系统变换单元254以及反射镜显示处理器250。
按总体坐标系统(x、y、z)进行控制的总体坐标系统处理器251具有游戏者的汽车控制单元255和图像显示处理器256。按局部坐标系统(x、y、z)进行控制的局部坐标系统处理器252具有普通汽车控制单元257、运动确定单元258、和位置确定单元259。
游戏者的汽车控制单元255根据存储在ROM 23中的，与根据汽车设计的汽车性能相关的程序，由驾驶控制组件22提供的各种控制数据控制游戏者的汽车的行驶。道路坐标系统变换单元253将按总体坐标系统(x、y、z)进行控制的游戏者的汽车位置相关的坐标数据变换为在道路坐标系统(x，y)中的坐标数据。
普通汽车控制单元257在对于速度、加速度、减速度等的预设的条件下控制在道路坐标系统(x、y)中的直道120上的普通汽车的行驶(见图5)。普通汽车控制单元257控制普通汽车沿车道的中心线行驶。
普通汽车控制单元257控制在朝向和远离游戏者的汽车处在距离为L的预设范围内的指定数量的汽车。普通汽车控制单元257将随游戏者的汽车行驶而变化的普通汽车总数“n”与预定的数值“N”相比较。并且如果n＜N，则向上述预设范围加入新的普通汽车。普通汽车控制单元257确定一条加入新的普通汽车的车道，以便使比例r＝n2/n1接近预定值“R”，其中n1是在行驶车道上普通汽车的数目，n2是在逆行车道上普通汽车的数目。具体说，普通汽车控制单元257在r≥R时向行驶车道加入新的普通汽车，如果r＜R则引入逆行车道。
由于在道路坐标系统(x、y)中的y坐标代表普通汽车沿直道120行驶的距离，普通汽车控制单元257通过将(采样间隔)×(行驶速度)的乘积加到当时的y坐标上可以易于确定在行车车道上各普通汽车的位置，以及通过由当时的y坐标减去(采样间隔)×(行驶速度)的乘积易于确定普通汽车在逆行车道上的位置。
位置确定单元259确定为了避免接触、碰撞等所需的在游戏者的汽车和普通汽车之间的位置关系，各普通汽车之间的位置关系以及游戏者的汽车和道路边沿之间的位置关系；以及还确定位于在游戏者的汽车的预定可见范围内的普通汽车。位置确定单元259利用由道路坐标系统变换单元253变换的坐标数据作为游戏者汽车的位置坐标数据。利用相对于游戏者汽车行驶的方向的左右角度和距游戏者汽车的距离限定游戏者的汽车的预定可见范围。
当位置确定单元259确定在游戏者的汽车和普通汽车之间或在游戏者的汽车和道路边沿之间发生接触或碰撞时，向图像显示处理器256发出碰撞信号。
运动确定单元258根据在图7中所示的过程利用位置确定单元259确定的在游戏者的汽车和普通汽车之间确定的位置关系和各普通汽车之间的位置关系，确定是否游戏者的汽车或另一辆普通汽车出现于正考虑进行运动确定的普通汽车的前方。运动确定单元258的确定结果供普通汽车控制单元257使用以便控制普通汽车的行驶。
总体坐标系统变换单元254根据下文将介绍的如在图9中所示的位置数据变换过程，将这样一些普通汽车的位置坐标数据由道路坐标系统(x、y)转变为总体坐标系统(x、y、z)，这些汽车是已由位置确定单元259确定位于在游戏者的汽车的可见范围内的。
图像显示处理器256根据由游戏者的汽车控制单元255控制的游戏者的汽车的位置和方向，根据包括几何特性和透视处理的已知三维图像处理技术，在显示用监视器2上显示在游戏者的汽车可见范围内的环形道路12(见图12)、以及沿环形道路12的建筑物的模型和其它物体，以及其位置坐标数据已经变换为总体坐标系统(x、y、z)的普通汽车。当位置确定单元259提供碰撞信号时，图像显示处理器256在显示用监视器2上显示自转或振动的图像。
反射镜显示处理器250根据游戏者的汽车控制单元255控制的该游戏者的汽车的位置和方向确定反射镜13是否出现在游戏者的汽车的可见范围内。当反射镜13出现在游戏者的汽车的可见范围内时，反射镜显示处理器250产生一在反射镜13上反射的图像。
当反射镜13出现在游戏者的汽车的可见范围内时，图像显示处理器256将由反射镜显示处理器250产生的图像水平反转并以与反射镜13成重叠关系显示经水平反转的图像。
由于位置确定单元259确定：游戏者的汽车和普通汽车之间的位置关系、各普通汽车之间的位置关系，以及游戏者的汽车和道路终端之间的位置关系，以及确定位于在二维道路坐标系统(x、y)中的游戏者的汽车可见范围内的普通汽车、位置确定单元259可以简易快速地确定这些位置关系和位于在游戏者的汽车可见范围内的普通汽车。虽然，由于有侧加车道，汽车可以行驶的道路的宽度是变化的，通过在二维道路坐标系统(x、y)中的各x坐标相比较，可简易地进行这种确定，从而可以快速简易地确定游戏者的汽车是否已经和道路边沿相接触或碰撞。因此，可以按任选的位置设立侧加车道，使得游戏者对驾驶游戏更感兴趣。
由道路坐标系统处理器252控制普通汽车，仅在显示用监视器2上显示的那些普通汽车的位置坐标数据由二维道路坐标系统(x、y)变换到三维总体坐标系统(x、y、z)。因此，在不增加在控制器25的CPU的负担的情况下，可以增加那些可控的普通汽车的数量。在沿相反方向行驶的逆行车道上的普通汽车可以易于控制。普通汽车的数量增加使得游戏者对驾驶游戏更感兴趣，并且对在显示用监视器2上显示的三维图像具有更真实的视觉感。
下面参照图7说明利用运动确定单元256进行运动确定的过程。
假设考虑进行运动确定的汽车在道路坐标系统(x、y)中具有坐标(xo、yo)，未考虑进行运动确定的汽车k在道路坐标系统(x、y)中具有坐标(xk、yk)，直道120中的每一车道具有宽度D，其中K是由1到m范围内的整数，有m辆未考虑进行运动确定的普通汽车以及游戏者的汽车。
如图7中所示，在步骤S1运动确定单元258确定坐标xk、xo之间的距离xk-xo是否等于或小于宽度D。如果差xk-xo等于或小于宽度D(在步骤S1中为YES(是))，于是在步骤S3，运动确定单元258确定坐标yk是否大于坐标yo。如果坐标yk大于坐标yo(在步骤S3中为YES)，于是在步骤S5，运动确定单元258确定汽车K位于考虑进行运动确定的汽车的前方。
如果差xk-xo大于宽度D(在步骤S1中为NO)，则汽车K不位于与考虑进行运动确定的汽车相同的车道。如果坐标yk小于坐标yo(在步骤S3中为NO)，则汽车K位置未在考虑进行运动确定的汽车的前方。在二种情况下，在步骤S7运动确定单元258确定汽车K位置未处于考虑进行运动确定的汽车的前方。
对于不是该考虑进行运动确定的汽车的其它汽车K(1-m)进行上述的过程，这样可以调查确定位于考虑进行运动确定的汽车前方的所有汽车。
因此，在进行游戏机的计算机控制的所有过程中，进行运动确定的上述过程是最复杂的，且包含极大数量的处理步骤。为了根据对于速度等预设条件驱动在显示用监视器2上的普通汽车，需要根据进行运动确定的上述过程确定在该普通汽车前方是否出现其它汽车。如果利用三维坐标数据计算汽车的位置，以及利用显示三维图像的计算位置，确定各汽车间的位置关系和实施上述进行运动确定的过程，则驾驶游戏的程序将是复杂的，且包含大量的处理步骤。
然而，根据本发明，由于运动确定单元258采用在道路坐标系统中的二维坐标数据，可以按照图7所示易于实施上述进行运动确定的过程。这样就使得在驾驶游戏中能够使用很多普通汽车例如几十辆普通汽车，因此，使驾驶游戏有更多的乐趣。
下面参照图8到10，说明本发明的驾驶型游戏机的操作过程。
如图8中所示，当驾驶型游戏机接通电源时，在步骤S11，图像显示处理器256在显示用监视器2上显示一表演驾驶的图像。然后，在步骤S13，控制器25确定硬币是否投入该硬币插入缝口8中。如果未投入(在步骤13中为NO)，则图像显示处理器256继续显示在显示用监视器2上的表演驾驶的图像。如果投入(在步骤S13中为YES)，则图像显示处理器256在步骤S15在显示用监视器2上显示起始图像。
然后，在步骤S17，控制器25确定起动开关9是否被按下。如果没有按下(在步骤17中为NO)，则图像显示处理器256继续在显示用监视器2上显示起始图像。如已按下(在步骤S17中为YES)，于是驾驶游戏开始，游戏者操作该驾驶控制组件22中的方向盘4、加速踏板5、制动踏板6以及齿轮传动换档杆7来驾驶游戏者的汽车。
在步骤S19，各种由驾驶控制组件22输出的控制数据提供到游戏者的汽车控制单元255。在步骤S21，游戏者的汽车控制单元255根据在ROM23中存储的汽车性能程序的汽车操纵进行模拟游戏者汽车的模拟过程。在模拟过程中由游戏者的汽车控制单元255产生游戏者的汽车的位置坐标数据，并且在步骤S23，提供到该将位置坐标数据转变为在道路坐标系统(x、y)中的位置坐标数据的道路坐标系统变换单元253。
然后，在步骤S25，刷新在位置确定单元259中的游戏者的汽车的位置数据。普通汽车控制单元257在步骤S27根据由运动确定单元258确定的结果进行运动普通汽车的过程。在步骤S28，为了引入预定数量的普通汽车，普通汽车控制单元257进行引入普通汽车的过程。
在此之后，在步骤S29，位置确定单元259确定位置在游戏者的汽车的可见范围之内的普通汽车。在步骤S31，按照下文介绍的位置数据变换子程序，总体坐标系统变换单元254将经确定的普通汽车的位置坐标数据由道路坐标系统(x、y)变换为总体坐标系统(x、y、z)。
然后在步骤S33，确定反射镜13是否出现在游戏者的汽车的可见范围内。如果反射镜13未出现在可见范围内(在步骤S33中为NO)，则控制过程进行到步骤S37。如果反射镜13出现在可见范围内(在步骤S33中为YES)，则反射镜显示处理器250在步骤S35执行反射镜显示处理子程序(下文介绍)。
在此之后，图像显示处理器256对已经变换为总体坐标系统(x、y、z)的普通汽车的位置坐标数据、以及关于在步骤S21的模拟过程中已产生的游戏者汽车的位置和方向的数据进行三维图像处理，并且在步骤S37在显示用监视器2上显示游戏者的汽车和普通汽车。下面将介绍在步骤33中反射镜13已确定出现在可见范围之内以及在步骤S35执行反射镜显示处理子程序之后的在步骤S37中图像显示过程。
然后，在步骤S39控制器25确定从驾驶游戏的起点起是否已经持续预设的时间长度。如果没有持续到(在步骤S39为NO)，则控制过程返回到步骤S19，实施步骤S19到39，以重复上述行驶的控制过程。假如持续到预设时间长度(在步骤S39中为YES)，则控制过程趋于结束。
当将硬币通过硬币插入缝口8投入时而不是当起动开关9被按下时，可以开始驾驶游戏。当游戏者的汽车已经围绕环形道路12行驶预定的圈数时而不是当已持续到预设的时间长度时，可以终止驾驶游戏。
图9更详细地表示在步骤S31中的位置数据变换子程序。
首先如图9中所示，总体坐系统变换单元254查阅下面部分表示的道路模型查索表1，以便在步骤S51中由道路坐标系统(x、y)中普通汽车的坐标数据查索普通汽车所在的道路模型。
道路模型查索表1
    距离(m)     道路模型
    0-100     (1)
    100-200     (2)
    200-300     (3)
    300-400     (4)
    400-500     (5)
    500-600     (6)
    600-700     (7)
    700-800     (8)
       :     :
上面局部表示的道路模型查索表1存储在ROM23中，并表示在道路坐标系统(x、y)中的直道120(见图5)的y坐标的相关距离组和直道120的道路模型之间的相互关系。
在此之后，在步骤S53，总体坐标系统变换单元254查阅下面局部表示的道路模型位置数据表2，以查索与表示在步骤S51中得到的道路模型的局部坐标系统(x、y、z)的原点对应的、在总体坐标系统(x、y、z)中的坐标数据。
道路模型位置数据表2
  道路模型     在总体坐标系统中的位置
    (1)     (x1，  y1，  z1)
    (2)     (x2，  y2，  z2)
    (3)     (x3，  y3，  z3)
    (4)     (x4，  y4，  z4)
    (5)     (x5，  y5，  z5)
    (6)     (x6，  y6，  z6)
    (7)     (x7，  y7，  z7)
    (8)     (x8，  y8，  z8)
    :            :
上面局部表示的道路模型位置数据表2存储在ROM23中，并表示在该介绍每个道路模型的形状信息的局部坐标系统(x，y，z)和总体坐标系统(x、y、z)之间的相互位置关系。
然后，在步骤S65，总体坐标系统变换单元254查阅下面局部表示的道路模型形状表3，以便查索在步骤S51中得到的道路模型的形状信息。
道路模型形状表3
  道路模型                                    道路                    信息
车道 形状     曲率中心   曲率半径(m)     侧加车道
    (1) 2→3   直        -     -   在逆行车道处起始
    (2)   3   直        -     -   在逆行车道处
    (3)   3   直        -     -   在逆行车道处
    (4)   3   左弯 (x4，  y4，  z4)     r4   在逆行车道处
    (5)   3   左弯 (x4，  y4，  z4)     r4   在逆行车道处
    (6) 2→3   直        -     -   在逆行车道处终止
    (7)   2   直        -     -         -
    (8) 2→3   直        -     -   在逆行车道处起始
    :   :             :
上面局部表示的道路模型形状表3存储在ROM23中，并表示与每个道路模型的形状有关的信息。
与每个道路模型的形状有关的信息包含：车道的数目，形状(即直线、左曲(转弯)或右曲(转弯))以及另外在局部坐标系统(x、y、z)中的对于左曲和右曲(转弯)的曲率中心和曲率半径。
如果道路模型具有侧加车道，则道路模型形状表3还包含表明侧加车道是开始还是终止或者侧加车道处在行车车道还是逆行车道处的信息。这一信息可以利用与道路模型的宽度有关的数据来替换，即提供道路边沿的数据。
然后，在步骤S57，总体坐标系统变换单元254由在道路坐标系统(x、y)中的汽车的坐标数据以及在步骤S55中得到的形状信息计算道路模型的局部坐标系统(x、y、z)中的汽车的坐标数据。
最后，在步骤S59，总体坐标系统变换单元254由在步骤S53中已得到的在总体坐标系统(x、y、z)中的道路模型的坐标数据、以及在步骤S57中已得到的在局部坐标系统(x、y、z)中的汽车的坐标数据计算在总体坐标系统(x、y、z)中的汽车的坐标数据。
图10表示在图8中所示的主程序的步骤S35中的反射镜显示处理子程序。图11、12和13是表示在图10中所示的反射镜显示处理子程序的示图。
在反射镜显示处理子程序中，在总体坐标系统(x、y、z)中的游戏者的汽车的位置将称为“视点”。
如在图11中所示，反射镜显示处理器250根据视点P和中心O的坐标数据计算由视点P朝反射镜13的中心O的视线方向，以及计算由反射镜13的中心O的视线方向，这种反视线在与视线方向的入射角θ相等的在反射镜表面的射出角度θ上。反射镜显示处理器250还计算反射镜13的中心O和视点P之间的距离。反射镜显示处理器250在步骤S61计算与反射镜13的中心O沿该反射的视线的方向相反的方向上的间隔距离d的反射镜视点Q的位置坐标。
然后，如在图12中所示，反射镜显示处理器250将由三维总体坐标系统(x、y、z)所确定的反射镜13和由总体坐标系统(x、y、z)所表示的视点P变换为在二维道路坐标系统(x、y)中的数据，以及根据该经变换的数据计算当由视点P观察时的在显示用监视器2上的反射镜13的位置和尺寸，因此，在步骤S63，得到由视点P观看时的反射镜13的视角α。
在此之后，如图13所示，反射镜显示处理器250确定当由反射镜视点Q观看时的反射镜13的视角α，并在步骤S65产生由反射镜视点Q观看时沿所确定的反射镜13的视角α的图像。
下面参照图14(a)、14(b)和14(c)介绍在步骤S33已确定反射镜13出现在可见范围内以及在步骤S35已执行反射镜显示处理子程序之后的在步骤S37中的图像显示过程。
如在图14(a)中所示，在反射镜显示处理子程序中，反射镜显示处理器250产生当由反射镜视点Q观看时沿所确定的反射镜13的视角α的图像。由于在反射镜13反射的图像应在水平方向上颠倒，图像显示处理器256通过在水平方向上对在如图14(a)中所示的所产生的图像进行反转而产生一图像(见图14(b))，然后，将得到的图像重叠显示在显示用监视器2中显示的反射镜13上，如在图14(c)中所示。
通过确定反射镜3的视点P对应的反射镜视点Q，可以易于产生所看到的由反射镜13反射的该反射图像。由于由视点P所观看的反射镜13的视角α是根据在二维道路坐标系统(x、y)中的变换数据计算的，在反射镜13上的反射图像可以快速地发生，而没有加在控制器25的CPU上的不适当的负担。
在反射镜13上精确反射的图像可以根据光线跟踪技术来产生，该技术为一计算机图形的图像产生算法，它跟踪光线的反射及衰弱来产生图像。然而，光线跟踪技术难于应用到视频游戏机上，这是因为其需要高速计算能力例如用于实时图像显示的工作站的运算能力。
根据本发明，在反射镜13上反射的图像可在很短的时间内在不增加对控制器25的计算负荷的情况下容易地产生。
游戏者在玩游戏机时将有很强的趣味，因为游戏者能够根据在反射镜上反射的图像识别在环形道路的转弯处的普通汽车并在游戏者的汽车行驶通过转弯处之前采取防护措施以便避免与其相撞。
两个游戏者可在驾驶游戏时彼此竞赛，这是在利用两台与在图6中所示的驾驶型游戏机相同的驾驶型游戏机来实现的。
两台驾驶型游戏机利用通信电缆彼此连接。为使两台驾驶型游戏机彼此通信，每台驾驶型游戏机中的控制器25另外具有如在图6中用点划线所表示的通信控制单元26。
在其中一台驾驶型游戏机的控制器25中的通信控制单元26向另一驾驶型游戏机发送该游戏者的汽车位置的坐标数据，并接收由另一驾驶型游戏机控制的游戏者的汽车的坐标数据，即由另一驾驶型游戏机控制的对手的汽车的在道路坐标系统(x、y)中的坐标数据，以及将所接收的坐标数据送到位置确定单元259。
位置确定单元259确定游戏者的汽车和对手的汽车之间的位置关系以及普通汽车和对手的汽车之间的位置关系，并确定位于在游戏者的汽车的预设可见范围内的对手的汽车。当位置确定单元259确定游戏者的汽车和对手的汽车之间接触或碰撞时，向图像显示处理器256发出一碰撞信号。
运动确定单元258确定对手的汽车是否出现在游戏者的汽车同一车道的前方。当位置确定单元259确定对手的汽车位于游戏者汽车的可见范围内时，总体坐标系统变换单元254将对手的汽车的位置坐标数据由道路坐标系统(x、y)变换为总体坐标系统(x、y、z)。图像显示处理器256在显示用监视器2上显示该位置坐标数据已变换为总体坐标系统(x、y、z)的对手的汽车。
如上所述，在两台驾驶型游戏机的控制器25中的通信控制单元26交换由各自的驾驶型游戏机控制的游戏者的汽车的位置数据。因此，两台驾驶型游戏机的游戏者可以在两台驾驶型游戏机上共同进行驾驶游戏时彼此竞赛，并会找到驾驶游戏的更大乐趣。
由于对手的汽车的位置数据是按照在道路坐标系统(x、y)中的二维坐标数据处理的，位置确定单元259可以容易和快速地确定位置关系和在游戏者的汽车的可见范围内的对手的汽车。
在本发明的驾驶型游戏机的说明性的实施例中可以进行的各种变化和改进如下：
(1)通信控制单元26可以发送由游戏者的汽车控制单元255已得到的在总体坐标系统(x、y、z)中的游戏者的汽车的位置坐标数据，以及另外接收由另一驾驶型游戏机控制的在总体坐标系统(x、y、z)中的游戏者的汽车的位置坐标数据。按这样一种改进，道路坐标系统变换单元253将所接收的位置坐标数据变换到道路坐标系统(x、y)，然后将经变换的位置坐标数据输送到位置确定单元259。
(2)互连的驾驶型游戏机可以无需它们自己的单独控制器25，而是可以利用在一可支配所有驾驶型游戏机的集中控制系统中的单一控制器25控制。在这种改进的配置中，该单一控制器25不需要通信控制单元26，而是具有分别与各驾驶型游戏机相联系的道路坐标系统处理器252。单一控制器25除了具有道路坐标系统处理器252，还具有道路坐标系统变换单元253以及总体坐标系统变换单元254，用于实现如上所述的相同的确定和变换处理。
(3)三或更多个驾驶型游戏机可以通过它们各自的通信控制单元26互连。在这样的改进中，对手的汽车的位置数据按照在二维的道路坐标系统(x、y)中的坐标数据进行处理，使得位置确定单元259可以容易快速地确定位置关系和在游戏者的汽车的可见范围内的对手的汽车。因此，在各驾驶型游戏机上共同进行的驾驶游戏中包含的对手的汽车数量增加到这样一种程度，其中各游戏者当它们在驾驶游戏的过程中同时由于驾驶游戏中始终与很多其它对手的汽车竞赛而兴奋。
(4)通信控制单元26可以用一用于按预设能力控制对手的汽车的行驶的对手汽车控制单元来替代，以及驾驶型游戏机可以不连接到另一驾驶型游戏机。根据这一改进，驾驶型游戏机的游戏者可以和全由本人设定对手的汽车竞赛，也可以享受竞赛驾驶游戏的乐趣。
(5)在如图9所示的子程序中对普通汽车的位置坐标数据进行变换时，在环形车道12的转弯处，沿转弯处的内侧车道上行驶的汽车可以稍微减速，而沿转弯处的外侧车道上行驶的汽车可以稍微加速，从而对在直道120和环形道路12的速度之间的差别进行补偿。
(6)在图4中，环形道路12可以分为在其直线部分的较长的道路模型和在其弯曲部分的较短的道路模型，使得这些道路模型可以具有不同的距离或长度。按这种方式，环形道路12的道路模型的数量可以降低。
(7)环形道路12可以分为多个区段，对于每个区段的环形道路12的宽度的总体坐标系统的数据可以存储在ROM23中，以及对于每个区段，利用总体坐标系统处理器251中的游戏者汽车控制单元255，而不是利用道路坐标系统处理器252中的位置确定单元259，可以确定游戏者的汽车和道路边沿之间的碰撞。当游戏者汽车控制单元255确定已经发生碰撞，游戏者汽车控制单元255可以将碰撞信号发送到图像显示处理器256。因此，简单通过将各个区段的道路宽度数据存储到ROM23中就可以容易地确定发生在任何道宽上的碰撞。
(8)如在图4中所示，环形道路12主要包含两种车道，即行车车道以及逆行车道，此外还有侧加车道。行车和逆行车道中的一方或两方可以包含多个车道，以使驾驶游戏更复杂和更有趣。
(9)ROM23可以用可取下的记录介质例如CD-ROM、光盘、存储卡、软盘或的类似介质构成，以替换或更新游戏程序。
虽然只是详细地示出和介绍了本发明的某一优选实施例。应理解，在不脱离所提出的权利要求的范围的情况下可以在其中进行各种变化和改进。

Claims (5)

1.一种驾驶型游戏机，包含：
图像显示处理装置，用于在显示用监视器上显示设置在三维道路的转弯处附近的反射镜以及映射在该反射镜之中的图像的实时的三维图像，该图像随在游戏空间中在按三维坐标系统建立的三维道路上模拟的游戏者的汽车行驶而发生变化；
由游戏者可操纵的驾驶控制装置，用于指令控制游戏者的汽车在三维道路上行驶；
游戏者的汽车控制装置，用于响应于来自所述驾驶控制装置的指令来控制游戏者的汽车在三维道路上行驶；
反射镜坐标数据存储器装置，用于存储按三维坐标系统确立的和在显示用监视器上显示的接近所述三维道路的反射镜的坐标数据；以及
反射镜显示处理装置，用于根据由所述反射镜坐标数据存储器装置存储的坐标数据，显示在该显示用监视器上显示的游戏者的汽车的可见范围内的反射镜；
所述反射镜显示处理装置包含：
游戏者的汽车坐标确定装置，用于确定由所述游戏者的汽车控制装置控制的游戏者的汽车的坐标数据；
视线方向计算装置，用于根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算由游戏者的汽车的视点朝向反射镜的视线方向；
距离计算装置，用于根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算由游戏者的汽车到反射镜的距离；
视线反射方向计算装置，用于根据在由反射镜的坐标数据得到的反射面和所述视线方向之间的角度，计算由反射镜反射的视线的方向，
反射镜视点坐标计算装置，用于计算沿与所述反射的视线方向相反的方向与反射镜间隔所述距离的反射镜视点坐标；
视角计算装置，用于根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据计算在显示用监视器上显示的反射镜的尺寸，然后根据所计算的反射镜的尺寸计算当由游戏者的汽车的所述视点观看时的反射镜的视角；以及
图像发生装置，用于在沿所述反射的视线方向从所述反射镜的视角观看时产生在所述视角内在最大所述距离范围内的图像；
所述图像显示处理装置，包含一装置，用于对由所述图像发生装置产生的所述图像沿水平方向进行反转，以及以对所述反射镜成叠加关系的方式显示该沿水平方向经反转的图像。
2.根据权利要求1所述的驾驶型游戏机，其中所述的视角计算装置包含一装置，用于根据由反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据得到的二维坐标，计算在二维坐标系统中的在显示用监视器上显示的所述反射镜的尺寸，然后根据所计算的反射镜的尺寸，计算在二维坐标系统中当由游戏者的汽车的所述视点观看时的反射镜的视角。
3.根据权利要求1或2所述的驾驶型游戏机，还包含：
普通汽车控制装置，用于控制多辆在所述三维道路上行驶的普通汽车，所述三维道路具有行车车道和逆行车道，用于使游戏者的汽车和普通汽车沿其行驶，所述图像显示处理装置包含一装置，用于显示在行车车道上沿与所述游戏者的汽车相同的方向行驶的普通汽车，以及在逆行车道上沿与所述游戏者的汽车相反的方向行驶的普通汽车。
4.一种在驾驶型游戏机上显示三维图像的方法，包含的步骤有：
显示设置在三维道路的转弯处附近的反射镜以及映射在该反射镜之中的图像的实时的三维图像，该图像随在游戏空间内按三维坐标系统确立的三维道路上的模拟的游戏者的汽车的行驶而产生变化；
根据在三维坐标系统中的反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算由游戏者的汽车的视点朝向按三维坐标系统确立的且位置接近所述三维道路的反射镜的视线方向；
根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算由游戏者的汽车到反射镜的距离；
根据在由平面的坐标数据得到的反射镜的反射表面和所述视线方向之间的角度，计算由反射镜反射的视线方向；
计算在沿与所述反射的视线的方向相反的方向上与反射镜间隔所述距离的反射镜视点坐标；
根据反射镜的坐标数据和游戏者的汽车的坐标数据，计算在显示用监视器上显示的反射镜的尺寸，然后根据计算的反射镜尺寸，计算由所述游戏者的汽车的视点观看时的反射镜的视角；以及
沿所述反射的视线的方向在最大所述距离范围内，产生从所述反射镜的视点观看时的所述视角内的图像；
所述显示实时三维图像的步骤包含：显示在显示用监视器上显示的游戏者的汽车的可见范围内的反射镜；对在所述视角内产生的所述图像在水平方向上进行反转；以对所述反射镜成重叠关系的方式显示在水平方向上经反转的图像。
5.一种驾驶型游戏机，用于显示随在游戏空间内的道路上模拟的游戏者的汽车行驶而变化的实时图像，该游戏机包含：
汽车虚拟图像位置计算装置，用于计算设置在三维道路的转弯处附近的反射镜产生的游戏者的汽车的虚拟图像的位置；
图像发生装置，用于产生由游戏者的汽车的虚拟图像位置观看时的反射镜的视角内的图像；以及
图像显示处理装置，用于在实时图像中的反射镜的范围内，显示由所述图像发生装置产生的图像在水平方向上反转的图像。
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