CN1217668A - 图像处理装置及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于成像和显示模仿虚拟三维空间中对手的角色的行为的图像处理装置。作出判定(S21至S24)是否存在一种其中与游戏内容的关系(例如,在中心区)或角色与通过该游戏和所述角色具有一种关系的目标之间的位置关系(例如距离)匹配于某种条件的特定情况,和当确定了存在特定情况时把所述角色的眼睛对准所述目标(S25,S26,S28,等等)。本发明特别适用于足球比赛。

Description

图像处理装置和图像处理方法

本发明涉及适合在诸如其中角色(广义上的对象)处于虚拟空间中进行足球比赛或类似游戏的电视游戏之类的图像处理装置中使用的图像处理技术，特别是涉及一种通过执行诸如角色视线的控制，角色举动的控制，和调节屏幕上的彩色的雾化处理之类的各种处理，使得游戏看起来更为真实和更为临场感的图像处理技术。本发明涉及一种通过适当地控制虚拟摄像机相对于游戏中显现场景的角度，或位于游戏场地中的对象的方位而提供对游戏者更容易观看的图像的图像处理技术。

最近计算机技术的发展导致了用于电视游戏、模拟装置等的图像处理技术的广泛使用。能够更真实地描绘显示内容和显示屏幕的图像处理技术的完善对于提高商业价值具有极端重要的意义。

电视游戏的部件具有，例如，包括显示监视器和操纵盘(PAD)与操纵杆之类的操纵器械的外围部件，以及带有一个执行图像处理、声频处理、与外围部件之间的数据传输，等等，使得能够利用这些操纵器械进行交互式游戏的CPU的处理器。

能够进行足球比赛游戏的游戏装置是这种电视游戏机械领域中的一种。在这种足球比赛中，带有一个场地和观众席(看台)的足球场一般是以三维虚拟空间构造的，并且两队角色(称为显示对象或对象)在场地上进行一场虚拟的足球比赛。具体地讲，根据来自游戏者的操纵数据计算运动，顺序地处理球，处理碰撞(击打)，处理场地，处理机器人，等等，并且把反映游戏者操纵的比赛进展显示在屏幕上。

由于看台上观众的举动也是此时游戏环境的一个重要因素，因此也要经常处理观众的举动。控制观众举动的方法的例子包括：1)与动画(移动图像)相同，为每一帧预先准备大量的移动观众的图像数据，和根据比赛方案用纹理结构绘制图像，并显示动画的方法；和2)准备显示观众的多边形，并根据比赛方案移动多边形的方法。

显示屏着色是否与一整天时间的实际亮度(例如阳光)匹配的问题是改善游戏环境或临场感的另一个重要因素。这是足球比赛的一个特别重要的特征，因为它们通常是在室外进行的，并且与依赖于足球进行那天中的时间段的亮度有关的物理环境中存在着微妙的变化。换言之，亮度是依赖足球比赛是在----上午、下午或晚上----哪一个时间段中进行的，和在那些时间段中比赛是在什么地点进行的而改变。过去已经知道有一种根据时间段调节彩色屏幕的亮度的方法。

但是，下述的游戏机在游戏的临场感和真实性方面存在着如下缺陷。

首先，用足球比赛作为例子，当在现有的游戏机中角色运球相互对抗时，角色只能在面对他们奔跑的方向时才能运球。但是，在实际足球赛中，运球射门或传球给对友时，正在运球的运动员观察(环视)他奔跑的相同方向或其它方向，以便计划踢球的时机，或寻找踢球区或队友。也就是说，仅仅通过控制运球时的奔跑运动很难真实地模拟足球运动员的实际行为，并且显示屏上角色的动作是简单和不自然的。一个角色面对的方向(即，眼睛的方向)的控制对于正在运球奔跑的运动员以及其他无球运动员是相同的。主队的角色根据客队的角色的动作也自然地转动他们的面孔(视线)，但是，在过去没有这种控制。

第二，观众的行为也是影响游戏临场感的一个重要因素。然而，在过去没有令人满意地同时完成单个观众的各种运动，简化软件设计，降低计算负担，减少存储容量，等等。

在像过去用动画纹理结构绘制显示观众的情况下，显示运动的帧的数量少导致了观众运动的粗糙和不连续。为避免这种情况增加了帧的数量。结果，增加了要处理的图像数据，需要有更大的存储容量。软件设计也变得更为复杂，并且增加了计算负担。当负担增加过多时，妨碍了角色(或对象)控制，导致需要节省观众负担。但是，当为这种节省而减少观众控制时，显示的屏幕就不那么精彩也缺少临场感。

另一方面，当用多边形显示观众时，考虑到控制他们涉及的负担，能够以多边形显示的观众的数量是极其有限的。如果不考虑用于这种控制的计算负担，那么可能可以用多边形显示单个观众，和单独地控制他们的运动，但是对于大量的观众实际上是十分困难的。只有特定的(选定的)主要观众应当用多边形显示。事实上，观众们确实具有各自不同的运动，但是有时他们成组地具有相同的运动。因此，特定观众的主要运动缺乏刺激性和临场感。

第三，现有的装置至今不能够适应游戏机在控制有关一天中实际亮度的物理环境方面的要求。例如，显示屏应当与在整个上午、下午或晚间的给定时间段中坐在游戏机前享受足球比赛的游戏者的周围环境相匹配。但是，当如同在现有装置中那样仅仅调节整个屏幕的亮度时，在夜晚到来时屏幕变得更暗，使得游戏很难进行下去。

第四，当在屏幕上显示以虚拟三维空间展开的游戏时，游戏可玩性程度根据转播游戏的虚拟摄像机观察角色(或对象)的摄像机视线的方向而改变。游戏可玩性的程度还根据虚拟摄像机的位置而改变。应当根据游戏的进展范围突出对象的三维显示。

第五，当在屏幕上显示虚拟三维空间中的游戏时，应当把虚拟摄像机的视点和位置向后拉，以在屏幕上显示尽可能大的游戏场地，使得游戏者能更容易地玩游戏。当管理这种处理时，与整个虚拟空间相比，指示运动游戏场地范围的线和标志是很细的，并且由于屏幕解析度的原因，它们消失了。准备了较粗的线以防止这种消失。但是，当摄像机放大图像(视点逼近主视点)，以提高比赛刺激性时，显示出不自然的特别宽的线。

鉴于上述问题，本发明的一个目的是要提供一种允许在对足球比赛和类似游戏的图像处理过程中以更真实和有临场感的方式处理游戏，以便能够适当地满足游戏装置的最新要求的图像处理装置和方法。

本发明的另一个目的是要完成更精确的模拟，使得在足球比赛之类的游戏的图像处理过程中角色的运动更像实际竞技者的运动，从而导致更真实的游戏。

本发明的再一个目的是要在足球比赛之类的游戏的图像处理的过程中更真实地表示观众的运动，从而导致更强的游戏临场感。

本发明的再一个目的是要提供一种屏幕，其中在足球比赛之类的游戏的图像处理过程中根据游戏者实际进行游戏的时间段环境中的光源状态调节彩色显示，从而进一步提高游戏的临场感。

本发明的再一个目的是要提供一种根据更精确地模拟的角色的动作向游戏者提示游戏情况的新的装置，和调节游戏的可玩性的新的装置。

本发明的再一个目的是要提供一种更容易观看的、保证显示游戏者所需对象的游戏屏幕，是以使得那些在三维虚拟游戏空间中具有一特定功能但在转变为二维图形时趋于消失的对象，即使在它们更小时仍然保留在二维游戏屏幕中这样的方式保证这些对象的显示的。

本发明的再一个目的是要提供一种用于根据虚拟摄像机与比赛场地中角色或范围之间的相对位置关系控制视线和摄像机方向或虚拟摄像机位置的，以及用于为在这样的范围中的运动员形成一个具有更好透视图的屏幕的图像处理装置。

为完成上述目的，本发明的图像处理装置是一种显示在虚拟三维空间中模仿对手的角色举动的装置，其包括一个用于判定是否存在游戏内容的关系或角色与一个通过比赛和上述角色具有关系的目标(虚拟点)之间的位置关系(例如距离)与特定的条件匹配的特定情况的确定装置，和一个用于在确定装置确定了存在上述特定情况时，使上述角色的视线对准上述对象的视线控制装置。可以使用虚拟空间中的任何虚点取代目标点。

例如，当上述游戏是一个足球比赛时，上述目标是上述足球比赛中的球。例如，上述视线控制装置可以包括用于转动和控制带有上述角色的头部转动的上述角色的躯干和腰部的装置。例如，上述确定装置可以包括用于根据上述角色和上述目标在上述虚拟三维空间中的坐标值计算从上述角色到目标的角度的装置。

最好有多个上述对象，并且上述确定装置最好包括用于判定根据上述比赛情况应当把视线对准上述多个目标中哪一个的确定装置。

本发明的图像处理方法是一种用于显示在虚拟三维空间中模仿对手的角色的行为的方法，其中对是否存在游戏内容的关系或角色与一个通过比赛和上述角色具有关系的目标(虚拟点)之间的位置关系与特定的条件匹配的特定情况作出判定，并且当判定了存在特定情况时，使上述角色的视线对准上述目标。

在本发明的图像处理方法中，对于在使上述角色执行一第一行为的同时是否已经建立了特定条件作出判定，并且当已经建立了上述特定条件时，使上述角色执行一第二行为，因而能够向游戏者提示(或暗示)有关进展中的比赛情况的信息。

本发明的图像处理装置是一种用于显示在面对比赛场地的看台中的观众的行为的装置，其包括以模仿多个观众的纹理结构单独绘制的多个多边形，上述多个多边形虚拟地重叠，和用于在与多边形重叠方向相交的方向上移动多个多边形的多边形摆动装置。

上述多个多边形最好是虚拟地重叠，同时根据对象的顺序交错排列形成多个不同对象的多个多边形，并且上述多边形摆动装置最好是一种用于在与每个对象同步和联动的同时周期性地移动上述多个对象的装置。上述移动方向最好是上述多边形的垂直或水平方向。

本发明的图像处理方法是一种用于显示虚拟三维空间中面对比赛场地的看台中的观众的行为图像的方法，其中以模仿多个观众的纹理结构单独绘制的多个多边形虚拟地重叠，并且在与多边形重叠方向交叉的方向上移动上述多个多边形。

本发明的图像处理装置是一种用于模拟和显示虚拟三维空间中的比赛的装置，包括用于感测被游戏者操作的上述比赛的时间的感测装置，和用于根据感测装置感测的时间局部或整体地调节上述图像的屏幕色彩的调节装置。例如，上述调节装置可以包括以不同参数值的形式存储至少两个具有一天中最适合于游戏的亮度的标准时间段的预定屏幕彩色状态的数据的存储装置，和当上述感测装置感测到的游戏时间是在上述两个上述标准时间段的任何一个中的时候，根据相应的一个上述基准值产生用于游戏显示的遮掩数据，并且当上述时间不在上述两个标准时间段中任何一个中的时候，根据基于上述时间之前和之后的两个基准值插入到上述至少两个基准值中的屏幕彩色状态的数据来产生上述遮掩数据的数据产生装置。

本发明的图像处理方法是一种用于模拟和显示虚拟三维空间中的比赛的方法，其中感测游戏者进行上述游戏的一天中的实时，并且根据该实时来调节上述图像的屏幕色彩。

本发明的图像处理装置是一种用于使对象在通过计算机系统形成的虚拟空间中定位，在根据输入控制和设定规则来控制上述对象的运动的同时展开比赛，和如同从一个虚拟摄像机看屏幕那样来显示上述虚拟空间中的环境的图像处理装置，包括在作为上述虚拟空间中的基准的基准平面上定位的多边形，用于确定上述多边形与上述虚拟摄像机之间的位置关系的确定装置，以及用于根据确定的结果倾斜上述多边形，以便增大从上述虚拟摄像机看到的上述多边形的表面积的多边形倾斜装置。

上述基准平面最好是地面，并且上述多边形最好是由位于上述地面上的线形成的多边形。

上述多边形具有多个边，并且上述多边形倾斜装置变更上述多边形的相互对着的两个边之一边的顶点的坐标值。

本发明的图像处理装置是一种用于使对象在通过计算机系统形成的虚拟空间中定位，在根据输入控制和设定规则控制上述对象的运动的同时展开比赛，和如同从一个虚拟摄像机看屏幕那样来显示上述虚拟空间中的环境的图像处理装置，包括用于确定上述对象是否在上述虚拟空间中的一个特定区域中的确定装置，和用于根据上述确定的结果调节上述虚拟摄像机的角度的摄像机角度调节装置。

上述摄像机角度调节装置最好根据上述确定的结果和上述对象移动的方向来调节上述虚拟摄像机的角度。

上述摄像机角度调节装置最好在上述虚拟空间中的水平和垂直方向中至少一个方向上调节上述虚拟摄像机的角度。

本发明的图像处理装置是一种用于使对象在通过计算机系统形成的虚拟空间中定位，在根据输入控制和设定规则控制上述对象的运动的同时展开比赛，和如同从一个虚拟摄像机看屏幕那样来显示上述虚拟空间中的环境的图像处理装置，包括用于确定上述对象是否在上述虚拟空间中的一个特定区域中的确定装置，和用于根据上述确定的结果调节上述虚拟摄像机观察的场地的范围的图像缩放调节装置。

图像处理装置是一种具有一个用于把由多个多边形组成的三维模型构成的虚拟空间转换成从在任何位置的虚拟摄像机看到的二维图像，并将它们在一显示装置上显示的图像产生显示装置的图像处理装置，包括一个用于计算表示上述虚拟摄像机面对方向(摄像机取景器方向)的视线矢量与一个表示位于上述虚拟空间中的特定多边形的平面方位的法线矢量之间的角度的角度计算装置，和用于改变上述多边形顶点坐标值，使得上述角度计算装置计算出的角度假定为一个特定值的多边形倾斜装置。

本发明的图像处理装置是一种具有用于产生从任何视点(或一个虚拟摄像机)展现由多个多边形组成的三维模型构成的虚拟空间的二维图像，并且用于把它们显示在一显示装置上的图像产生显示装置的图像处理装置，其中上述多边形包括具有防止它们消失属性并且包含用于操作一程序以防止多边形消失的数据的不消失的多边形，上述防止消失程序包括用于确定上述不消失的多边形与上述视点之间位置关系的位置确定装置，和用于根据上述位置确定装置确定的结果来变换上述不消失的多边形的顶点坐标值的坐标变更装置，并且上述图像处理装置还包括用于当在上述显示装置上显像的多边形是上述不消失的多边形时执行上述防止消失程序的防止消失执行装置。

本发明的数据记录介质记录一个使一计算机系统能够具有上述图像处理装置中任何一个的功能的程序。

图1是说明本发明的一个实施例中的游戏机的功能结构的方框图；

图2是概括说明CPU处理的流程图；

图3以图解方式说明了在视线控制中的角度计算；

图4以图解方式说明了在视线控制中的角度计算；

图5示出了在视线控制过程中的一个角色的外貌；

图6是描绘视线控制的一个实例的流程图；

图7是与图6一同描绘视线控制的一个实例的流程图；

图8示出了基于多边形的观众数据的数据结构；

图9是说明控制观众举动的处理的一个实例的流程图；

图10示出了在观众举动控制的一个实例中的一帧；

图11示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图12示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图13示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图14示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图15示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图16示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图17示出了在观众举动控制的一个实例中的另一帧；

图18是关于雾化控制的一个实例的流程图；

图19示出了用于雾化控制的时间段划分；

图20示出了基于雾化控制的显示屏的一个实例；

图21示出了基于雾化控制的显示屏的另一个实例；

图22是作为一个角色的视线的控制的结果显示在屏幕上的一个图像的示意图；

图23示出了一个游戏装置的总体结构的一个实例；

图24是说明游戏装置的电路结构的方框图；

图25示出了由游戏装置形成的虚拟游戏空间；

图26示出了画在摄像机位置与地面之间的一条线的透视图；

图27示出了提高线多边形的内边缘上的顶点以使线可见的处理过程；

图28是说明防止线消失的过程的流程图；

图29示出了摄像机与线多边形的顶点之间的位置关系；

图30示出了摄像机与线多边形的顶点之间的位置关系；

图31示出了用于线多边形的顶点的数据的一个实例；

图32a示出了运动员远离和靠近观看者的运动；

图32b示出了此时摄像机的法线矢量的方向；

图33a示出了一个运动员的横向运动；

图33b示出了此时摄像机的视线矢量的方向；

图34a示出了一个运动员的横向运动；

图34b示出了此时摄像机的视线矢量的方向；

图35是说明调节摄像机水平角度的过程的流程图；

图36是说明调节摄像机水平角度的过程的流程图的继续；

图37示出了摄像机的主视点是出自一游戏者的情况；

图38示出了当主视点是在处罚区的8m内时摄像机角度调节的实例；

图39示出了运动员向观看者前进的情况；

图40示出了运动员离开观看者前进的情况；

图41示出了当运动员离开和朝向观看者前进时摄像机的视线矢量的一个实例；

图42示出了运动员向左移动的实例；

图43示出了当运动员向左移动时的摄像机角度调节；

图44示出了运动员向右移动的实例；

图45示出了当运动员向右移动时的摄像机角度调节；

图46示出了当摄像机的主视点是出自球时的实例；

图47示出了当球与运动员隔开至少15m时摄像机角度调节的实例；

图48示出了当球与运动员隔开至少15m时摄像机角度调节的另一个实例；

图49示出了摄像机的主视点是在处罚区的8m内的情况；

图50示出了当摄像机的主视点是在处罚区的8m内时的摄像机角度调节；

图51示出了摄像机的主视点不在处罚区的8m内的情况；

图52示出了当摄像机的主视点不在处罚区的8m内时的摄像机角度调节；

图53是说明摄像机的垂直角度调节的流程图；

图54示出了摄像机的垂直角度调节；

图55是说明摄像机图像缩放调节的流程图；

图56示出了屏幕上的运动员出现在其中的一个区域；

图57是说明被防止消失的一个对象的另一个实例的流程图；

图58示出了被防止消失的一个对象；

图59是包括观众的纹理结构的另一个实例；

图60是其另一个实例；

图61是当以纹理结构绘制的多边形被重叠时纹理结构显示的一个实施例；

图62是运动多边形的一个实施例；以及

图63是另一个实施例。

以下参照图1至22说明本发明的第一实施例，参照图23至31说明本发明的第二实施例，和参照图32至58说明本发明的第三实施例。这些实施例涉及与本发明图像处理装置结合成整体的游戏。在这些实施例中的应用软件采用足球比赛软件为例，但是它们同样可以用其它类型的软件，例如用于棒球游戏，垒球游戏和兰球游戏的软件来实现。

图1示出了关于第一实施例的游戏装置的方框结构。该游戏装置具有一个CPU(中央处理单元)1，并带有全部通过一总线连接于这个CPU1的ROM2,RAM3，一个输入装置4，和一个视频显示处理器(VDP)5。该CPU1顺序地执行事先存储在ROM2中的比赛程序。在VDP5周期性地执行存储在ROM2中的程序时，实现了有关本发明的各种处理过程。有关本发明的三个处理过程包括，通过控制角色线条的显现的处理过程，通过控制观众举动的处理过程，和显示屏幕彩色调节形式的雾化控制处理过程。除了被CPU1或VDP5处理的程序之外，角色多边形数据以及三个处理过程所需的程序和固定数据(例如观众多边形数据和雾化基准数据)也事先存储在ROM2中。

在执行比赛过程中，操作RAM3临时存储各种类型的数据。输入装置4装配有游戏者操作的器械，例如游戏操纵杆，并且用来输入执行比赛所需的数据，例如在控制角色的移动和运动时。

一视频RAM(VRAM)6，成像装置7和操作RAM8连接于VDP5。来自ROM2的多边形数据被存储在VRAM6中。多边形数据包括用于将要显示的顶点数码的坐标数据，和用于顶点的以调色板形式给出的彩色数据。VDP5有一个数字信号处理器(DSP)。响应诸如帧开关定时之类的周期定时信号，VDP5启动和执行一个事先存储在ROM2中的图像处理专用程序。存储在VRAM6中的多边形坐标被转换和处理为VDP5的处理结果，并被传送到成像装置7。

纹理结构ROM9和帧缓冲存储器10连接于成像装置7。由成像装置7将纹理结构绘制成经过坐标变换的多边形数据，并且被以每帧(屏幕)像素数据的形式写入帧缓冲存储器10中。

帧缓冲存储器10由D/A转换器11连接于一种CRT之类的图像显示装置12。D/A转换器11具有视频信号产生电路的功能，从帧缓冲存储器10读取像素数据，并将其变换成模拟信号。将转换后的数据顺序地以视频信号的形式传送到显示装置12，并显示图像。

游戏装置还包括连接于总线BUS的雾化电路13和实时时钟14。实时时钟14具有计时和日历的功能，以便赋予CPU1真实的每日时间数据。如下所述，雾化电路13具有被称为“雾化功能”的功能，“雾化功能”包括根据游戏装置操作的时间(即，游戏者正在操作游戏装置的真实每日时间)通过使用被称为雾化数据的专门建立的彩色数据遮掩来调节显示屏彩色，并且雾化电路13在CPU1的控制下产生雾化数据，并将其发送到VDP5。

图2示出了CPU1执行的每帧的处理实例。首先，CPU1从输入装置4接收对应于来自游戏者的操作数据的角色运动(例如奔跑，转向，和踢球)命令，并且计算在三维虚拟空间中角色的运动(S1)。

然后，CPU1处理三维虚拟空间中的球(S2)，例如推进足球的位置，并且处理三维虚拟空间中的碰撞(击打)(S3)。碰撞处理是各种类型的碰撞的确定和处理，例如角色与地面之间的碰撞，角色之间的碰撞，以及角色与球之间的碰撞。然后，CPU1响应来自游戏者的操作数据处理在三维虚拟空间中被游戏者操作的角色(机器人)的行为(S4)。

CPU1还处理角色视线的控制(S5)。这种视线的控制，在提供游戏过程中更为多样化的角色动作和提高足球比赛的真实性的尝试中，构成了本发明的特征部分。以下详细地说明这种处理。

当控制视线的处理完成时，CPU1处理足球比赛场地(S6)。这种场地处理包括在把在三维空间中角色在场地中所处位置作为参数来确定哪些角色在越位线和哪些角色在门区时发布处理游戏所需的命令以便推进游戏。

接下来，CPU1处理观众举动的控制(S7)，和发布用于雾化控制(S8)的命令。这两个处理也构成本发明的特征的一部分。控制观众举动的处理是企图在抑制计算负担的同时通过表现各种观众举动增强真实性和临场感，并在后文详细说明。雾化控制处理是企图通过根据游戏者实际进行游戏的一天中的时间来控制屏幕的亮度(基于是在白天还是在晚间进行比赛的彩色调节)来提高真实性和临场感，并在下文详细说明。最后，执行其它必要的处理(S9)。

在步骤S5的视点控制中仅判定了角色的主视点；在随后的处理时间S1可以控制使角色实际转向的运动。可同样控制步骤S4。换言之，从数据的获取、主视点的确定至实际上向相关方向进行运动，可设定至多1/60秒的定时。

CPU1对每一帧重复上述处理。因此，在游戏展开时，CPU1把对应于游戏者操作的用于运动之类的命令发送给VDP5。在CPU1的控制下把需要的多边形数据从ROM2传送到VDP5。VDP5将多边形数据暂时存储在VRAM6中，根据命令多边形数据受到从虚拟三维空间到透视二维空间的坐标变换，并且把变换后的坐标传送到成像装置7。成像装置7把纹理结构绘制成已经坐标变换的多边形数据，并将其写入帧缓冲存储器10。结果，把每一帧的带有新的像素数据的图像显示在显示装置12上。

以下参照图3至7说明用于上述角色视线控制的处理。这个处理是图2中步骤S5中所执行的步骤。

首先说明确定角色C视线的角度计算的原则。这里假设角色C位于三维虚拟空间中的坐标(Xp,Yp,Zp)，并且作为目标的足球B位于同一空间中的坐标(Xt,Yt,Zt)。在这种情况下，根据从图3中Y轴方向看到的几何图形，可以计算出以下值：

X＇=Xt-Xp

Z＇=Zt-Zp并且可以从值X＇和Z＇计算出在X-Z平面上的角色C与球B之间的角度θx和距离L。同样，可以根据这个几何图形获得水平轴上的角色C和球B之间的距离L，并且可以把在Y轴是垂直轴时获得的几何图形设想为图4中所示的图形。换言之，可以确定角色C的坐标(Yp,Lp)，和球B的坐标(Yt,Lt)。在这种情况下，可以计算出值：

Y＇=Yt-Lt

L＇=Lt-Lp并且可以根据Y＇和L＇计算出在Y-Z平面上角色C看球B的角度θy。换言之，例如，每个角色看球时的视线是由参数θy,L，和θx确定的。目标并不限于球，并且当目标为另一个运动员，球门或裁判员时，可以用同样的方法计算。换言之，可以通过给予自身角色的坐标和另一个游戏者或裁判员的一个指定点的坐标或诸如球门之类的某一位置的坐标的方法来计算。

视线虽然是以这种方式确定的，但是当他的眼睛指向该方向时，角色的身体朝向各种不同的方向(转动方式)。图5示出了这种情况。在本实施例中，在视线控制过程中把角色C的头HD，躯干BD和腰部HP作为身体转向(转动)部位的组成部分。因此，对于游戏的每种方案角色所处的每种场合，可以控制诸如以下各种转动模式：

1)当头部HD首先转动(垂直或水平转动)，然后躯干BD转动，然后腰部HP转动时；

2)当头部HD与躯干BD首先同时转动，然后腰部HP转动时；和

3)当仅有躯干转动时。例如，可以通过存储每一帧的HD,BD和HP每一部分转动的角度，发出基于在后续帧中使当前转动角度少许增加的动作的命令，和在每一身体部位达到计算角度θx和θy的帧中终止转动动作命令的方法进行这种控制。

总之，人体的运动是基于自然结构原理的，并且如果在使角色运动时应用这些自然原理身体运动显得最自然。例如，当转动身体时，如图5中所示，颈部转动最快，其次是身体的上半部分，最后是整个身体。因此，当身体转动时，颈部应当比身体的上半部分转动得快，并且身体的上半部分应当比整个身体转动得快。

在头部、躯干和腰部的转动定时相互交错时，可以通过在头部HD的转动角度达到某一值时使躯干BD开始转动表现转动的身体。

图6和7描述了控制以这种方式确定的视线的处理过程的实例。控制角色视线的过程可以采用各种不同形式。这里所示的仅是一种实例，本发明不限于这个实例。可以对场地上所有对抗者(角色)实施控制视线处理，或可以仅对指定可见场地中的角色进行控制视线处理，以减轻计算负担。甚至可以仅对指定可见场地内的特定角色进行控制视线处理，例如对特别相关的角色(例如，处于与球有关的运动中的角色，或在游戏者(独自操作游戏装置)控制下的角色)。

例如，如图5中所示，判定一个指定角色是否正在奔跑，是(在跑)或否(没有跑)(S21)。如果为是，那么进一步判定另一队是否有球(S22)。如果确定为是(另一队有球)，那么再判定另一队中的一个角色是否正在运球(S23)。如果是(正在运球)，那么在计算距离的基础上判定正在运球的角色是否在3米之内(S24)。如果是(在3米之内)，那么使正被控制的角色的视线朝向球(S25)。在步骤25的处理中，加入上述图5中的转动处理。例如，由于步骤25中的角色正在奔跑，例如，对于在奔跑同时使角色的视线朝向球这种情况，适用转动模式1)。

如果在步骤S24中为否(不在3米之内)，那么使正被控制的角色的视线朝向正在运球的角色(S26)。此时的转动控制可以是参照图5所述的任何一种形式，并且应当根据此时与其他角色的角度关系选择。

如果在步骤S23中为否(不在运球)，并且在步骤S22中为否(对方队没有球)，那么判定当前球的行为是否是一个“高球”(S27)。这里一个“高球”是指球的位置高于角色的头顶。如果为是(高球)，那么向正被控制的角色发出命令，使他的眼睛朝向球(S28)。另一方面，如果为否(不是高球)，那么不控制视线，并且保持了与运动有关的视线(S29)。例如，由于角色至少正在奔跑，所以眼睛保持在角色奔跑的方向上。“与运动有关的”表示不控制眼睛的方向，并且不加修改地使用由程序确定的角色动作图形的移动(运动)。

如果在步骤S21中为否，即，当确定自身角色没有奔跑时，接着判定角色是在运球(图7,S30)还是在中区(S31)。如果在步骤31为是，由于角色正在运球并且正在中区，因此角色将自然地瞄准球门。在这种情况下，角色的眼睛对准球门(S32)。

当在步骤S31中角色不在中圈时，角色的眼睛以每4秒一次的速率对准顶尖运动员(S33)，例如，角色的眼睛以每4秒一次的速率对准球门(S34)。如果在步骤S30中为否(不在运球)，那么判定游戏是否正在设定游戏(S35)。如果为是(设定游戏)，那么判定另一个角色是否已经决定传球并准备踢出(S37)，如果为是，那么将视线朝向经过的角色(S37)，如果为否，那么保持与运动有关的视线，而不对视线进行任何特定控制(S38)。

图22示出了显示一个角色的视线的控制结果的屏幕。在图中，运动员A把他的视线对准正在经过的角色运动员B(脚)的方向。运动员B将他的视线对准被传的球的方向。

以这种方式控制角色的视线使得能够更接近地模拟实际足球比赛的体育行为。视线不再是如同过去那类型，例如，突然把球踢向另一个方向而角色正面对其奔跑的方向。也是在这种情况下，角色的眼睛首先对准踢出的方向或可能踢出的方向，因此可以更真实地描绘角色的行为，并能够提供具有更好的临场感的更刺激的游戏装置。此外，当视线正被控制的时候，不仅头部被转动，而且躯干和腰部也被按需要相继或同时转动，因而使得在视线控制过程中的行为以更真实的方式实现。

上述视线控制的另一个优点在于角色眼睛对准的方向本身为游戏者(独自操作游戏装置)提供了角色的下一个动作将是什么的线索(暗示)。例如，当一个正在运球的角色开始频繁地向后看时，可以推断来自其它队的角色正在从背后接近，使得游戏者(独自操作游戏装置)能够避免追赶。因此角色的行为可以把比赛形势泄露(暗示)给游戏者(独自操作游戏装置)。

相反，在图6和7中的判定步骤中可以作出误导暗示。换言之，可以故意地将视线转向与实际确定完全不同的方向。这可以迷惑游戏者(独自操作游戏装置)的判断，可以进一步地提高游戏装置的趣味和刺激性，并且可以增加游戏的难度。

以下参照图8至17说明控制观众举动的处理。

首先参照图8说明本发明中用于描绘观众的图像数据(观众数据)的结构。首先，观众坐在看台中的向看台后方逐渐增高的m(＞2)列坐位上，并且m列中的观众分为n(＞2)行。在“m列×n行”中，每m＇列(＞0)的“m＇列×n行”的观众由含有多个观众的纹理结构绘制成每个矩形多边形代表。例如，图8示出了虚拟空间中的数据结构，其中A至D，A＇至D＇，和A＂至D＂指示12个矩形多边形，并且这些多边形根据向看台的纵深方向逐渐升高的图形一层一层地布置。例如，多边形A至D，A＇至D＇和A＂至D＂中的每一个是一个单独的多边形，并且代表3列(=m＇)×4行(=n)部分中的多个观众。例如，位于虚拟空间中的第一多边形A后面的第二多边形B假定为一个较高列的一种初始状态，例如第三多边形C假定为一个更高列的初始状态，和例如第四多边形D假定为一个更高列的初始状态。这样，例如，凭借A至D,A＇至D＇和A＂至D＂12个多边形将“14列×4行”的观众排列在看台上。

例如，在12个多边形A至D,A＇至D＇和A＂至D＂中将头四个多边形A至D共同连接在一个观众图形中，将下四个多边形A＇至D＇共同连接在一个观众图形中，并且将最后四个多边形A＂至D＂共同连接在一个观众图形中。于此同时，在12个多边形A至D,A＇至D＇和A＂至D＂中的第一、第五和第九三个多边形A、A＇和A＂构成了一个它们以相同方式移动的对象OB1。同样，另外三个多边形，第二、第六和第十多边形B、B＇和B＂，构成了一个它们以同样方式移动的对象OB2。另三个多边形，第三、第七和第十一多边形C、C＇和C＂同样构成了一个对象OB3，并且另三个多边形，第四、第八和第十二多边形D、D＇和D＂也构成了一个对象OB4。每个对象的观众图形不关联。即，本发明中的观众数据的特征在于，多个多边形构成了一个对象，而它们在虚拟空间中是相互独立的。每个对象的观众图形无需关联。

CPU1利用以这种方式构成的数据来执行图9中所示的控制观众举动的处理。即，CPU1在所有观众数据多边形中确定其行为受到控制的多边形组(S41)。因此，例如可以从虚拟摄像机(视点)看到的观众中选出排列在他们所喜爱的队旁边的观众多边形(例如，图10中的12个多边形A至D,A＇至D＇和A＂至D＂)中的任何一组。当然，也可以选择多个多边形组。

然后，CPU1选择一种行为图形以移动确定的(选定的)多边形组(S42)。事先已经准备好了一组或数组多边形被上下(垂直地)或从一侧至另一侧(水平地)移动的图形作为行为图形。当行为图形被选中时，CPU1根据选定的行为图形执行移动一或多个多边形组的处理(S43a至S43n)。

图10至17描述了移动多边形方法的实例。在这些图中的多边形组是一个组的实例，并且具有与图8中同样的数据结构。图10示出了多边形被移动之前的状态，并且状态一帧接一帧地相继地变为图11,12,13,14,15和16中所示的多边形位置状态，在数帧之后返回到图17所示的多边形位置状态(与图10相同)。

具体地讲，在图11中所示的第一新帧中，构成第一对象OB1的从前向后数的第一、第五和第九多边形A、A＇和A＂在虚拟空间中升高(向上)。在图12中所示的下一个新帧中，对象OB1的三个多边形A、A＇和A＂进一步升高(向上)，并且构成第二对象OB2的第二、第六和第十多边形B、B＇和B＂升高(向上)。在图13所示的下一个新帧中，对象OB1的多边形A、A＇和A＂降低(向下)，第二对象OB2的多边形B、B＇和B＂进一步升高(向上)，并且构成第三对象OB3的第三、第七和第十一多边形C、C＇和C＂升高(向上)。在图14所示的下一个新帧中，第二对象OB2的多边形B、B＇和B＂，以及第三对象OB3的多边形C、C＇和C＂降低(向下)，而第四对象OB4的三个多边形D、D＇和D＂升高(向上)。在图15所示的下一个新帧中，第三对象OB3的多边形C、C＇和C＂，以及对象OB4的多边形D、D＇和D＂降低(向下)。在接下来的新帧中，更缓慢降低的对象OB4的多边形D、D＇和D＂进一步降低(向下)。因此，如图17中所示，序列返回到多边形位置的初始状态。可以用同样的方法使多边形从一侧向另一侧移动。

每次一组或多组多边形被移动(例如从图10中的状态至图11中的状态)，CPU1把从虚拟摄像机看到的部分观众数据赋予VDP5(S44)。处理随后返回到步骤S41中的处理，对每一新帧重复上述行为图形控制处理。可以对显示帧的多个组执行这种控制观众举动的处理，而不是一帧接一帧的处理，以便简化处理。也可以在某种模式过程中(例如在射门过程中)执行控制观众举动的处理。三维虚拟空间中的显示对象是从虚拟空间中虚拟摄像机(可以被独自操作游戏装置移动)的某一视点以相对于显示屏变化的透视图显示。必须注意，角色视线控制中的视点和对应于投射中心和虚拟摄像机位置的视点应当是分离的。

结果，多个多边形被连接成一个单独的对象，多个组中的多边形被较错排列在横截面的分组中，并且每个组是由连接图形构成的，因此只要通过在它们的对象单元中移动多边形就可以更真实地描绘出稳定移动观众的多种不同的行为。例如，由于它们在对象单元中移动，因此可以用少量的命令简化软件设计。

行为控制本身是简单的，这种控制导致较低的计算负担。与用多边形单独地描绘观众相比，可以用少得多的数据处理量完成控制，而显示行为则更为真实。若这样，只需要少的存储容量来存储观众数据。当然，可以用比以动画来显示这种行为更少的数据更真实和即时地显示观众举动。

以下参照图19至21说明上述的雾化控制处理。如上所述，这种雾化控制是一种把一种类型具有彩色值的遮掩数据重叠在图像数据上的处理。这能够提供更真实的图像显示，仅使用通常的亮度数据只是在屏幕上反映出伴随一天中阳光变化的亮度变化是不能获得更真实的图像显示的。

例如，如图18所示，这种处理是由CPU1执行的。VDP5也执行图18中的处理。

CPU1首先从实时时钟13读出当前时间，即，游戏者(独自操作游戏装置)正在操作游戏装置的标准时间(S51)。然后，判定该时间是否偏离了作为对白天、傍晚或夜间基准的预定时间段(S52)。例如，白天、傍晚和夜间的标准时间段是像图19中所示的那样确定的。例如，建立的白天标准时间段相对较长6:00至16:00，傍晚时间段设置为17:00至18:30，夜间的标准时间段设置为19:30至5:00。白天标准时间段较长是为了避免在上午操作的游戏者与傍晚操作的游戏者之间由于屏幕亮度变化而造成的游戏结果的差异。

当在步骤S52中为是时，从ROM2中读出白天、傍晚和夜间标准时间段的预定雾化参数(S53)。三个参数是红，蓝和绿雾化彩色码，偏移值(是指雾化深度)，和密度(相对于深度施加雾化的程度)，并且这些参数是预定的，以便适合于标准时间段。

然后，CPU1计算雾化数据，并以遮掩数据的形式向VSP5输出该数据(S54,S55)。

如果在步骤S52中为否，那么计算当前时间与标准时间段之间的偏差(S56)。例如，当时间是上午5:45时，偏差是15分钟，正好在夜间标准参考时间段和白天标准参考时间段之间。

然后，CPU1读出用于偏差时间正好落在其间的两个标准时间段的雾化数据参数(R,G,B彩色码，偏移值和密度)(S57)。例如，当时间是5:45时，读出用于夜间和白天的标准时间段。

校准偏移和密度参数值(S58)。例如，当时间是5:45时，偏移值和密度是夜间和白天标准时间段的偏移和密度值的1/2的平均值。当时间更接近标准时间段之一时，通过给予接近的时间段的值以更大重视的方式平均化(校准)这些值。

当时间如此偏离标准时间段时，用这种校准方法确定偏移值和密度，并且计算雾化数据和用与上述相同的方式输出雾化数据(S54,S55)。

这导致了实时显示图像，该图像根据假定的游戏者(独自操作游戏装置)正在进行的比赛时间的阳光状态进行了雾化处理。例如，当比赛是在傍晚进行时，比赛场地以上的背景具有浅黑的雾化(见图20中的斜线)。例如，当比赛是在夜间进行时，假设月亮出现在背景中，背景具有浅黑的雾化和来自月光的浅黄色雾化(见图21中的斜线)。

因此可以更真实地表现光谱的变化和光源的亮度，不象过去那样的情况，仅仅通过亮度的控制来显示描绘比赛场地及其环境的图像中的阳光(物理亮度)状态。特别是，由于彩色雾化数据的遮掩，使得能够更容易地控制局部亮度，例如在月亮出现的部分。在本实施例中，根据利用用于白天、傍晚和夜间中的两个的标准时间段而获得的校准参数，可以处理诸如出现旭日或落日时之类的标准时间段的微秒光泽。

也就是说，彩色状态是通过事先准备对应于适当的用于白天、傍晚和夜间比赛的彩色状态，并通过根据白天与傍晚、傍晚与夜间、或夜间与白天之间的标准值对适合于进行比赛的时间的彩色状态的校正(具体地讲，混合彩色的处理；在也可以加上根据两组标准值校正的亮度值)而确定的。因此，在屏幕变暗时操作比赛不会再出现仅仅利用亮度值进行调节时所遇到那种困难。预定了开始彩色调节的点(一个标准值)及其结束点(另一个标准值)，并且设定了适合于游戏的状态，因此无论什么时间进行游戏，屏幕彩色状态也不会造成有利或不利情况。也就是说，由于比赛非常自然，当表示“根据时间变化的彩色变化”时，“不会遇到由于游戏进行的时间段造成的有利或不利结果而感到不公平”是十分重要的，本实施例中的装置可以做到这一点。因此，可以在描绘包括比赛场地及其周围景物的环境的亮度中，提供更好的临场感图像。

并不需要同时进行上述的角色视线的控制，观众举动的控制和雾化控制。可以控制其中任何一个或两个。

以下参照图23至58说明本发明的第二实施例。

图23示出了一种以使用与本发明的另一个实施例相关的图像处理装置为特征的视频游戏机的外貌。在图中，视频游戏机的主要单元50大致为一个箱形，用于处理游戏的电路板等安装在其内部。在视频游戏机主单元50的前表面上设有两个连接器60a，游戏操纵盘60b通过电缆60c连接于连接器60a。当两个游戏者进行比赛时，使用两个操纵盘60b。

在视频游戏机主要单元50的顶部设有一个用于连接ROM卡的卡座I/F50a，和一个用于读取CD-ROM的CD-ROM驱动器50b。尽管图中没有示出，在视频游戏机主要单元50的背面设有视频输出端和声频输出端。视频输出端由电缆70a连接到电视接收机80的视频输入端，声频输出端由电缆70b连接到电视接收机80的声频输入端。使用者操纵这种视频游戏中的操纵盘60b进行比赛，同时观看投射在电视接收机80上的图像。

图24是显示本实施例的视频游戏机的结构的方框图。图像处理装置包括一个用于控制整个系统的CPU块51，一个用于控制游戏屏幕显示的视频块52，一个用于产生声音效果和类似效果的件音块53，一个用于读取CD-ROM的子系统54，等等。

CPU块51包括一个SCU(系统控制单元)100，一个主CPU101，一个RAM102，一个ROM103，一个卡座I/F50a，一个子CPU104，一个CPU总线105，等等。主CPU101控制整个系统。主CPU101具有与内部DSP(数字信号处理器)一样的计算功能，使得应用软件得以迅速执行。RAM102作为主CPU101的一个工作区。在ROM103中写入一个用于初始化的初始化程序之类的程序。SCU100控制总线105，106，和107，以便保证主CPU101,VDP120和130,DSP140，CPU141等之间的稳定的数据输入和输出。SCU100具有一个安装在内部的DMA控制器，使得游戏中的鬼怪数据能够传送到视频块52中的VRAM。因而可以迅速地执行游戏等的应用软件。卡座50a用来输入以ROM卡形式提供应用软件。

子CPU104被称为SMPC(系统管理和外围控制)，并且具有响应来自主CPU101的命令通过连接器60a收集来自操纵盘60b的外围数据的功能。主CPU101根据从CPU104接收的外围数据执行处理。来自操纵盘，操纵杆，键盘等的任何外围设备都可以连接到连接器60a。子CPU104具有自动识别连接到连接器60a(主单元侧接线端)上的外围设备类型的功能，和根据对应于外围设备类型的传输模式收集外围数据的功能。

视频块52装配有一个用于使由视频游戏多边形数据组成的角色等成像的VDP(视频显示处理器)120，和一个用于背景屏幕成像，合成多边形图像数据和背景图像，削波处理等的VDP130。VDP120连接于VRAM121，和帧缓冲器122和123。用于表现视频游戏机角色的多边形的成像数据从主CPU101通过SCU100传送到VDP120，并被写入VRAM121。例如，由成像帧缓冲器122和123将写入VRAM121的成像数据以16-或8-比特/像素的形式成像。在帧缓冲器122或123中的成像数据被传送到VDP130。把控制成像的数据从主CPU101经过SCU100传送到VDP120。因此VDP120执行成像处理。

VDP130连接于VRAM131，并且把从VDP130输出的图像数据通过存储器132输出到编码器160。编码器160通过把合成信号等加入到图像数据中而产生图像信号，并且把它们输出到电视接收机80。因此在电视接收机80上显示出游戏屏幕。

声音块53包括一个用于根据PCM模式或FM模式合成声音的DSP140，和一个用于控制DSP140的CPU141。D/A转换器170把DSP140合成的声频数据转换成二信道信号，并且输出到扬声器80b。

子系统54包括一个CD-ROM驱动器，CD I/F180,CPU181,MPEG音频182,MPEG视频183，等等。子系统54具有读出以CD-ROM形式提供的应用软件和重放动画的功能。CD-ROM驱动器50b从CD-ROM读出数据。CPU181执行诸如CD-ROM驱动器50b的控制和改正读出数据中的错误之类的处理。从CD-ROM读出的数据经过CDI/F180，总线106，和SCU100馈给CPU101，在这里将其作为应用软件使用。MPEG音频182和MPEG视频183是用来恢复根据MPEG标准(活动画面专家组)压缩的数据的装置。可以通过利用MPEG音频182和MPEG视频183恢复写入CD-ROM的压缩数据以重放动画。

图25示出了作为游戏的一个实例的，在由计算机系统形成的3D虚拟空间中进行中的足球比赛的情景。

在图中，足球场是在3D虚拟空间中的x-z平面上形成的。场地的长度方向(左-右方向)是x轴的方向，场地的宽度方向(纵深方向)是y轴的方向，高度方向是z轴的方向。在图中未示出的各种运动员对象位于场地上，游戏装置操作者凭借输入装置控制角色运动员的移动。线对象描绘在地面上，形成足球场地。比赛由一个虚拟的摄像机(视点)转播，虚拟摄像机被设置以通过坐标变换之类的方法在二维监视器屏幕上显示虚拟游戏空间中的可见场地内的情况。

图26和27示出了本发明中的透视图。在图26中，线对象是通过在地面上形成线条的多边形(此后称为线多边形)组合安排的，并且如图25中所示，形成了一个由线画出的足球场地。当比赛空间中的摄像机位置处于从上方俯视场地的角度时，线条很好地显示在屏幕上，但是当摄像机的垂直(y轴)角度逼近水平方向时线条的表面积在屏幕上变小，并且逐渐地从监视器屏幕上消失。此外，在线多边形与摄像机相互面对的场合，即，当线多边形的法线矢量与摄像机视线方向矢量平行时，有时线多边形变得如此细，以致它们不能在二维投影屏幕上显示，在二维投影屏幕中当视点足够远时三维虚拟空间要经受坐标变换。这对在这种线内(或一个场地)进行的游戏是不利的。

因此，本发明中，在难于将线投射在监视器屏幕上的条件下，变更一些线多边形顶点的位置坐标，以增大摄像机投射的表面积。即，在与摄像机的相互关系中，如图27中所示，通过把从摄像观看位于纵深方向的地面上的线多边形的顶点位置稍微提高，使得摄像机投射的线多边形的表面积增大。

图28是说明这种处理的算法的流程图。

首先，当线多边形(线对象)存在于观看位于虚拟游戏空间中的对象的摄像机的视场中时，由未在图中示出的程序建立一个相应的标记。当在主程序(图中未示出)中确定了这种情况时，执行防止线消失的处理(S102，是)。

首先判定线多边形的顶点是位于远离摄像机的位置还是靠近摄像机的位置。如图29中所示，为此目的的一种方法是，计算摄像机与顶点P1之间的距离11，和摄像机与顶点P3之间的距离12，并根据两个距离的大小确定较远和较近的顶点。

如图30中所示，另一种方法是，比较顶点P1和P3的角度θ1和θ3，和摄像机的角度φ1和φ3，以确定较远和较近的顶点P1和P3。尽管两种方法的任何一个都可以在本实施例中使用，但后者更好一些，因为后者要求硬件的计算量比前一种方法少。

以下用后一种比较角度的方法来说明在步骤S104至S110中确定线多边形的较远和较近的顶点。

从图中未示出的给出位于场景中的对象组的对象表读出线多边形的数据(S104)。图31是线多边形数据的一个实例，例如，在多边形顶点P1至P4的数据中使一个完全坐标系的坐标值(x_n,z_n)与预定的用于确定较远和较近顶点的角度等相关。

如图30中所示，然后读出摄像机在完全坐标系中的当前位置(x-z平面)和从摄像机位置看的在一线多边形的顶点Pn方向上的角度φn。角度φn可以用三角几何函数从线多边形顶点Pn的坐标和摄像机位置的坐标确定(S106)。

然后比较线多边形顶点和摄像机的角度(S108)。例如，在图30中，顶点P1的预定角度是90度，顶点P3的预定角度是270度。当从摄像机与顶点P1之间的视线矢量的x轴开始的角度φ1是120度，那么120度-90度=30度＜90度(90度在此情况下是用于判定的基准值)(S108)，让被确定的点是多边形较远边上的顶点(S110)。

当从摄像机与顶点P3之间的视线矢量的x轴开始的角度φ3是150度，那么150度-270度=ABS(120度)＞90度(90度在这里是用于判定的基准值，ABS是绝对值)(S108)，让被确定的点是线多边形较近边上的顶点(S110)。

当顶点Pn是一个线对象的较近的边时，不对顶点Pn进行高度调节，并且读出下一个线多边形顶点的数据(S110，否)。

当顶点Pn是一个线对象的较近边时(S110，是)，判定至顶点Pn的距离是否是10m或更小。如果是10m或更小(S112，是)，即，当摄像机靠近线时，线可以在屏幕上正常地看到，所以不调节顶点Pn的高度，并且读出下一个线多边形顶点的数据(S112，否)。

当至顶点Pn的距离大于10m时(S112，否)，即，当摄像机远离线时，通常很难看到该线，所以把线的较远边上的顶点Pn的坐标数据中的y轴方向上的(高度方向)值增加一定的量，以把线多边形的远边从地面升高(S114)。对屏幕中所有线多边形的每个顶点进行这样的处理(S116)。

结果，如图27中所示，位于虚拟游戏空间中的线对象的远边被升高，使得它们可以容易地从摄像机中看到。

以下说明本发明的第三实施例。第三实施例包括把比赛场地(足球场)划分为规定的区域，确定球所在的区域，并调节摄像机的角度，使得能够容易地看到球前进的方向(游戏者想要看到的方向)。

图32至34示出了游戏装置运动员移动的方向，以及当向这个方向移动时适当的摄像机方向。

如图25中所示，首先摄像机基本上是沿边线移动的，并且朝向运动员的方向。当然，摄像机可以移动到场地内以跟随比赛。

当被游戏装置操纵者控制的运动员在x-y平面中朝向和离开取景器的方向(z轴方向)上移动时(图32a)，摄像机朝向z轴方向(图32b)。

当被游戏机操纵者控制的运动员在x-y平面中向左方向(-x轴方向)移动时(图33a)，摄像机从z轴方向转动一个特定的角度，例如-15度，以增大球前进方向上的屏幕显示的面积(图33b)。这里，从z轴顺时针方向(正方向)测量的角度是正值，逆时针方向(负方向)测量的角度是负值。

当被游戏装置操纵者控制的运动员在x-y平面中向右方向(x轴方向)移动时(图34a)，摄像机从z轴方向转动一个特定的角度，例如15度，以增大球前进方向上的屏幕显示面积(图34b)。

参照图35和36说明一个实例，在这个实例中摄像机视点的方向是通过摄像机角度调节和比赛场地面积的结合来确定的。

首先根据未在图中示出的主程序中确定的规定的定时(条件)来执行水平摄像机角度调节的主程序，并判定摄像机的主视点是在运动员一侧还是在球的一侧(S132)。

当在运动员一侧时时(S132，运动员一侧)，则判定主视点是否在离足球场地处罚区的规定距离内，例如等于或小于8m(A134)。当在8m内时(S134，是)，对方运动员和本方队友集中在处罚区附近，具有较大的机会传球或射门(图37)，因此摄像机相对于z轴倾斜大约-15度，以提供处罚区附近较好的视野(S136，图38)。

当离处罚区距离大于8m时(S134，否)，则判定运动员前进的方向(S138)。当运动员是朝向取景器移动(图39)或是离开取景器(图40)时，摄像机在x-z平面中相对于运动员的角度是0度(S140，图41)。当运动员向左移动时(图42)，从z轴开始，摄像机相对于运动员的角度是-15度(S142，图43)。当运动员是向右移动时图44)，从z轴开始，摄像机相对于运动员的角度是15度(S144，图45)。

当球是摄像机的主视点时(S132，球一侧)，则判定球与运动员之间的距离是否在规定的距离之内，例如等于或大于15m(S146)。如果是等于或大于15m(S146，是，图46)，则判定摄像机的角度，使得从球到运动员的视线矢量与z轴的夹角是20度(S154，图47)。当运动员与球之间的位置相对与z轴相反的时候，则判定摄像机的角度，使得从球到运动员的视线矢量是-20度(S154，图48)。

当球与运动员之间的距离不是特定，例如等于或大于15m的距离时(S146，否)，则判定摄像机的主视点是否在处罚区的8m内(S148)。当摄像机的主视点是在处罚区的8m内时(S148，是，图49)，则把摄像机的视线矢量设定为-15度角(图50)。当球与运动员之间的位置相反时，如图48中所示，那么把摄像机的方向设定为离开z轴15度。

当球与运动员之间的距离是在15m以内，并且摄像机的主视点不在处罪区的8m内时，则把摄像机的视线矢量相对于球的角度设定为0度(相对与z轴0度)(图52)。当完成了这些处理时，系统返回主程序。

在游戏装置操纵者用操纵盘或操纵杆之类的输入装置输入使运动员在x和y方向上移动的情况下，当摄像机沿边线移动时，如果摄像机离开z轴的角度太大，有时候会使与屏幕上运动员移动方向成直角的游戏变得困难。因此，大约15度的摄像机角度是有利的。

因此，根据比赛场地的面积来调节运动员在x-z平面中的摄像机角度，以提供球前进方向上的较好的视野。

以下说明垂直(y轴方向)摄像机角度调节。图53是用于调节垂直摄像机角度的处理过程的流程图，它是根据图中未示出的主程序中确定的规定定时(条件)执行的。通常把摄像机高度设置为大约10m，但并不受此限制。如图54中所示，主程序根据比赛面积建立了摄像机跟踪比赛场地的角度。即，确定了摄像机的主视点的位置(S162)。当运动员是主视点时(S162，运动员)，则判定主视点是否靠近处罪区(S164)。当主视点不靠近处罪区时(S164，否)，则判定摄像机方向，使得摄像机视线矢量离开z轴-8度，以提供相对宽广的视野范围(S166)。这里，当摄像机向下看时，角度是负的，当它向上看时，角度是正的，并且当它是水平的时候，角度是0。当主视点靠近处罪区时时(S164，是)，确定摄像机的方向，使得摄像机的视线矢量离开z轴-11度(S168)。这使得摄像机能够给出俯视场地的较好的视野，导致具有更好纵深和宽度感的图像。

当主视点为球时(S162，球)，则判定主视点是否靠近处罪区(S170)。当主视点不靠近处罪区时(S170，否)，则判定摄像机方向，使得摄像机的视线矢量线离开z轴-11度(S166)。当主视点靠近处罪区时(S170，是)，则设定摄像机方向，使得摄像机的视线矢量离开z轴-13度(S174)。

在完成这些处理过程时，系统返回主程序。

图55是摄像机变焦缩放调节的流程图。当主程序中确定需要摄像机缩放调节时，处理过程移向主程序。

首先，判定摄像机的主视点是否靠近处罪区(S182)。当它靠近处罪区时，摄像机从主视点退回到一个规定的距离(S184)。这使得能够看到整个处罪区。

当摄像机的主视点不靠近处罪区(S182，否)，并且运动员在屏幕以外时(S186，是)，摄像机退回以把运动员投射到屏幕上(S186，否)。如图56中所示，当运动员在屏幕中(S186，否)并且运动员是在屏幕的3/4中(S190，是)，摄像机从主视点前移规定的距离，进行图形放大(S190)。这使得能够在一固定范围不能看到的情况下靠近运动员。当运动员被投射到了屏幕上但不是在屏幕的3/4中(S190，否)，那么保持摄像机与主视点之间的距离(S194)。

图57是使应当防止从屏幕上消失的对象，例如上述的线多边形，能够显示的另一个实例的流程图。

在图中，指示一个要防止消失的对象的标记数据被加入到应当防止消失的多边形的数据中。当在虚拟摄像机的视场中的对象组被显示在屏幕上时，计算机系统确定是否有一个要防止其从视场中消失的多边形(S202)。

当有一个应当防止其消失的多边形时，例如线多边形(S202，是)，执行一个防止多边形性消失的程序。也就是说，如图58中所示，从摄像机的主视点和摄像机的位置来确定出一个单位视线矢量(S204)。从要防止其消失的多边形的数据来确定单位法线矢量(S206)。确定单位视线矢量与单位法线矢量之间的角度。这可以确定为单位视线矢量与单位法线矢量的内积(S208)。调节多边形顶点坐标值，使得该角在一个规定的角度(S210)。对每一个要防止其从视场中消失的多边形执行从步骤204至210的处理。这里，步骤202对应于防止这种消失的装置，步骤204至208对应于角度计算装置，步骤310对应于多边形倾斜装置。

这使得能够防止对于游戏不可缺少的线和类似物消失。

本发明并不限于足球比赛，并可以应用到其地面或场地是由线描绘的各种游戏，例如网球，棒球，篮球，排球，橄榄球，和美式足球。

因此，摄像机缩放是根据面积和显示状态调节的。

可以用记录在诸如CD-ROM,DVD-ROM和ROM卡之类的记录介质上的数据，提供执行上述图形处理装置和执行在计算机系统显示图像的方法的程序。

参照图8至17说明的实施例并不限于其中多边形A至D＂的表面是用面对比赛场地的观众的纹理绘制成的实施例，即，在作为游戏空间的三维虚拟空间中显示的显示对象的实例。例如，在绘制到多边形表面的纹理中，不是模仿观众的显示对象的背景部分可以被用作透明的点纹理结构理结构，显示对象的部分可以被用作不透明的点纹理结构。

图59是这种纹理的示意图。不透明点纹理区包括观众显示对象300，和按需要的周围部分301。图60是有关另一个观众实施例的纹理的实例。背景302同样是透明的点，角色304是不透明点。把这种纹理绘制到不是用图59中的纹理绘制的多边形的多边形上，并且把用图60中的纹理绘制的多边形安排在用图59中的纹理结构绘制的多边形之前，也就是说，更靠近虚拟视点一侧。图61示出了把这些叠放的状态，即，如图8至17中所示，重叠。图60中的角色304重叠在图59的透明背景部分上。因此，当把图59和60中的多边形重叠时，在混合、分组和重叠的同时带有两种纹理结构的观众被显示在屏幕上。当把是这些多边形角色的观众重叠在一起时，三维空间底部的观众，即，具有最低优先次序多边形的观众，在具有最高优先次序的多边形的下方，并且不被显示在屏幕上。

可以用与观众举动的上述实施例的同样方式，如图8至17中所示，通过沿垂直于或相交于多个多边形重叠方向的平面，或者在与三维空间中面对多边形A至D＂的虚拟摄像机相交的方向上，或是在与它们重叠方向相交的方向上，移动用这种纹理绘制的多个多边形来重放或模拟观众移动。

图62和63是图59中所述的多边形400，图60中所述的多边形402重叠的情况，其中图62示出了多边形400向上移动，图63示出了多边形402向上移动。

因此，在本发明中，可以更有效地产生一些动作，比如观众围绕一足球比赛场地的场合下的数个显示对象移动那样的移动，包括数个显示对象的组的移动，和数个显示对象被划分为几个块并且在这些块受控的同时被移动(动物和昆虫的移动)的场合中的移动。这些移动是以特定模式产生的，比如在足球比赛的场合，和当运动员们争球射门时。值得重复说明的是，这里所述的纹理结构可以是包括诸如观众和背景(云，波浪等)之类图画数据。此外，除了用透明纹理构造图59中的背景部分之外，也可以使用单色的纹理结构，并且可以用另一种可以与这个单色不同的颜色构造图60中的纹理结构。另外，图60中的背景部分可以用一种单色纹理结构构成，并且图59中的背景部分可以使用透明颜色，而至少图59中的角色的轮廓不是上述单色的。在图8至17的场合，可以把多边形排列在使它们在虚拟空间中逐渐向上倾斜的位置中，因而也能把多边形排列在一个虚拟水平平面中，但是并不限于此。

在上述实施例中，当判定了是否与游戏的内容有关，或判定了是否与诸如角色与通过游戏和上述匹配于某些条件的角色之间的距离之类的位置关系有关时，一个角色的眼睛朝向一目标，使得当一角色在，例如，足球比赛中运球的同时受到竞争时，该角色看望(观察)其它方向以寻找队友或踢球区，使得能够更真实地模拟实际足球运动员的行为，提供更自然的动作，和达到更大的真实性和临场感。

视点的控制提供了这样的效果：1)提供在游戏中使用的战略和游戏难度等级，和2)根据足球比赛中的有球角色的行为更容易理解和处理足球可能(应当)传递的位置或地点。

在这些实施例中，把模仿多个观众的、由纹理结构绘制的多个多边形虚拟地重叠，并且使多个多边形在与它们重叠的方向相交的方向上移动，因而能够表现各个观众的各种动作(更真实的行为)。简化了软件设计，减少了计算负担，并减少了存储容量。可以同时提出这些和其它的要求，并且可以进一步提高游戏临场感。

在这些实施例中，可以感测到游戏装置的游戏者正在进行的游戏的时间，并且通过基于事先对游戏进行了优化的屏幕彩色的改正，可以根据时间确定用于图像的屏幕彩色，因而可以根据游戏进行的时间加入具有屏幕彩色变化的表现，使得能够以这种方式稳定地保持屏幕彩色，以避免干扰游戏。还可以避免像过去那样在仅用亮度来调节屏幕彩色状态时所发生的缺陷，并且还能够更一致和精确地在与显示屏的彩色状态兼容的一天中的光泽中进行改变，进一步地提高游戏临场感。

在三维虚拟空间中展开的游戏中有时会产生由于摄像机的位置难于在虚拟空间中看到的多边形，因此在另一实施例中，例如，利用图像处理防止了画在地面场线的对象消失。

另一实施例还提供了用于根据对象移动的方向或游戏区域调节摄像机位置，摄像机方向，视场范围，等等的游戏装置，导致了使游戏更容易进行的屏幕。

如上所述，本发明的图像处理装置使得在虚拟空间中的模拟(例如游戏)可以更可见地显示，并且对于观看者(例如操作游戏装置的个人)更具临场感。本发明特别适用于视频(或电视)游戏机。

权利要求书

按照条约第19条的修改

27．一种用于以从一摄像机观看的图像形式显示虚拟三维空间中的场景的图像处理装置，其中所述图像处理装置包括：

位于作为所述虚拟三维空间中的基准的一个基准平面上的多边形；

用于确定所述多边形与所述虚拟摄像机之间的位置关系的确定装置；和

用于根据所述确定装置确定的结果倾斜所述多边形，以便增大从虚拟摄像机观看的所述多边形表面积的多边形倾斜装置。

28．一种用于以从一摄像机观看的形式显示虚拟三维空间中的场景的图像处理装置，其中所述图像处理装置包括：

位于作为所述虚拟三维空间中的基准的一个基准平面上的多边形；

用于确定所述多边形与所述虚拟摄像机之间的位置关系的确定装置；和

用于根据所述确定装置的确定结果倾斜所述多边形，以便从所述基准平面能够提升相对于所述虚拟摄像机处于所述多边形的内部的顶点，同时正对相对于所述虚拟摄像机在位于所述多边形的前面的顶点的多边形倾斜装置。

29．一种游戏机，其特征在于包括一种如权利要求27或28所述的图像处理装置，用于通过将对象配置在所述虚拟三维空间中和通过根据操纵者输入控制和设定的规则控制所述对象来执行游戏。

30．一种如权利要求29所述的游戏机，其特征在于所述游戏是一种对象配置在一基准平面上形成的比赛场地中的游戏，并且所述多边形是由画在所述游戏场地上的线所形成的多边形。

31．一种用于以从一虚拟摄像机观看的图像形式显示所述虚拟三维空间中的场景的图像处理装置，其中所述图像处理装置包括：

配置于所述虚拟三维空间中的多边形；

用于确定所述多边形与所述虚拟摄像机之间的位置关系的确定装置；和

用于根据所述确定装置确定的结果倾斜所述多边形，以便增大从所述虚拟摄像机观看的所述多边形的表面积的多边形倾斜装置。

32．如权利要求27,28或31所述的图像处理装置，其特征在于：所述多边形是由线显示的多边形。

33．一种游戏机，其特征在于包括如权利要求31所述的一种图像处理装置，用于通过把对象放置在所述虚拟三维空间中和通过根据操纵者输入控制和设定的规则控制所述对象来执行游戏。

34．如权利要求33所述的游戏机，其特征在于所述游戏是一种对象被配置在一个平面上的游戏，并且所述多边形是由画在所述平面上线所形成的多边形。

Claims (26)

1．一种显示在虚拟三维空间中模仿对手的角色的行为的图像处理装置，其中所述图像处理装置的特征在于包括：

用于判定是否存在一种与游戏内容的关系或与角色和通过该游戏与所述角色具有一种关系的目标之间的位置关系与某种条件匹配的特定情况的确定装置；和

用于当确定装置判定了所述特定情况存在时把所述角色的眼睛对准所述对象的视线控制装置。

2．如权利要求1所述的图像处理装置，其中所述游戏是足球比赛，并且所述对象是所述足球比赛中的球。

3．如权利要求1所述的图像处理装置，其中所述视线控制装置包括用于利用所述角色的头部的转动来旋转和控制所述角色的躯干和腰部的装置。

4．如权利要求1所述的图像处理装置，其中所述确定装置包括用于根据在所述虚拟三维空间中的所述角色和所述目标的坐标值来计算从所述角色到所述目标的角度的装置。

5．如权利要求1所述的图像处理装置，其中有多个所述对象，并且所述确定装置包括用于根据所述比赛情况判定视线应当对准所述多个目标中哪一个的确定装置。

6．一种用于显示在虚拟三维空间中模仿对手的角色的行为的图像处理方法，其中所述图像处理方法的特征在于，

作出判定是否存在一种与游戏内容的关系或与角色和通过该游戏与所述角色具有一种关系的目标之间的位置关系与某种条件匹配的特定情况，和当判定了存在特定情况时把所述角色的眼睛对准所述目标。

7．一种用于显示虚拟三维空间中模仿对手的角色的行为的图像处理方法，其中所述图像处理方法的特征在于，

在使所述角色执行第一行为的同时作出是否已经建立了特定的条件的确定，并且当所述特定条件已经被建立时，使所述角色执行第二行为，因而能够将进展中的比赛情况提示给游戏者。

8．一种用于显示在虚拟三维空间中的显示对象的行为的图像处理装置，其中所述图像处理装置的特征在于包括：

多个其中纹理结构被独立地绘制成多个显示对象的多边形，所述多个多边形被虚拟地重叠；和

用于沿与多边形重叠的方向相交的平面移动多个多边形的多边形摆动装置。

9．如权利要求8所述的图像处理装置，其中把所述多个多边形虚拟地重叠，同时根据对象的顺序使形成多个对象的多个多边形交错排列，并且所述多边形摆动装置是一种用于在与每个对象同步和联动的同时，周期性地移动所述多个对象的装置。

10．如权利要求9所述的图像处理方法，其中所述移动方向是所述多边形的垂直或水平方向。

11．一种用于显示在虚拟三维空间中的显示对象的行为的图像处理方法，其中所述图像处理方法的特征在于：

把用模仿多个显示对象的纹理结构独立地绘制的多个多边形虚拟地重叠，并且在与多边形重叠方向相交的方向上移动所述多个多边形。

12．一种用于在虚拟三维空间中模拟和显示比赛的图像处理装置，其中所述图像处理装置的特征在于包括：

用于感测操纵者正在进行的所述比赛的时间的感测装置；和

用于根据感测装置感测到的时间来调节所述图像的屏幕彩色的调节装置。

13．如权利要求12所述的图像处理装置，其中所述调节装置包括以不同基准值的形式存储为适用于比赛情况建立的至少两个标准时间段的屏幕彩色的值的存储装置；和数据产生装置，数据产生装置在所述感测装置感测的时间在所述标准时间段中任何一个内时，根据所述基准值中对应的一个产生用于游戏显示屏幕的遮掩数据，并且当所述时间不在所述标准时间段中的任何一个内时，根据基于在所述至少两个基准值中的所述时间之前和之后的两个基准值临时插入的用于屏幕彩色状态的信息来产生所述遮掩数据。

14．一种用于在虚拟三维空间中模拟和显示游戏的图像处理方法，其中所述图像处理方法的特征在于：

感测操纵者正在进行的所述游戏的时间，和根据所述时间调节所述图像的屏幕彩色。

15．一种将模仿虚拟三维空间中活动生物的显示对象从一给定视点改变透视而显示在显示屏上的图像处理方法，其中所述图像处理方法的特征在于步骤：

将在所述虚拟空间中确定的成像点的位置与所述显示对象的位置比较；

判定所述比较的结果是否与程序设定的特定条件相匹配；和

当所述结果与所述特定条件匹配时，建立所述成像点作为所述显示对象的主视点。

16．一种将模仿虚拟三维空间中活动生物的显示对象从一给定视点改变透视而显示在显示屏上的图像处理方法，其中所述图像处理方法的特征在于步骤：

将在所述虚拟空间中确定的多个成像点的位置与所述显示对象的位置相比较；和

选择所述成像点作为所述显示对象的主视点。

17．一种用于将对象配置在通过计算机系统形成的虚拟空间中，在根据输入的控制和设定的规则控制所述对象的移动的同时展开游戏，和把所述虚拟空间中的场景显示为从一虚拟摄像机观看的屏幕的图像处理装置，其中所述图像处理装置的特征在于包括：

位于作为所述虚拟空间中的基准的基准平面上的多边形；

用于确定所述多边形与所述虚拟摄像机之间的位置关系的确定装置；和

用于根据确定的结果倾斜所述多边形以便增大从所述虚拟摄像机看到的所述多边形的表面积的多边形倾斜装置。

18．如权利要求17所述的图像处理装置，其中所述基准平面是地面，并且所述多边形是由位于所述地面上的线形成的多边形。

19．如权利要求17所述的图像处理装置，其中所述多边形是四边形，并且所述多边形倾斜装置变更所述多边形的相互相对的边中一个边上的顶点的坐标值。

20．一种用于将对象放置在通过计算机系统形成的虚拟空间中，在根据输入的控制和设定的规则控制所述对象的移动的同时展开游戏，和把所述虚拟空间中的场景显示为从一虚拟摄像机观看的屏幕的图像处理装置，其中所述图像处理装置的特征在于包括：

用于判定所述对象是否在所述虚拟空间中的一个特定区域中的确定装置；和

用于根据所述确定的结果来调节所述虚拟摄像机的角度的摄像机角度调节装置。

21．如权利要求20所述的图像处理装置，其中所述摄像机角度调节装置根据所述确定结果和所述对象被移动的方向来调节所述虚拟摄像机的角度。

22．如权利要求20所述的图像处理装置，其中所述摄像机角度调节装置在所述虚拟空间中的水平和垂直方向的至少一个方向上调节所述虚拟摄像机的角度。

23．一种用于将对象放置在通过计算机系统形成的虚拟空间中，在根据输入的控制和设定的规则控制所述对象的移动的同时展开游戏，和把所述虚拟空间中的场景显示为从一虚拟摄像机观看的屏幕的图像处理装置，其中所述图像处理装置的特征在于包括：

用于判定所述对象是否在所述虚拟空间中的一个特定区域中的确定装置；和

用于根据所述确定的结果来调节所述虚拟摄像机的视场的范围的缩放调节装置。

24．一种具有用于把用包括多个多边形的由三维模型构成的虚拟空间转换成从一个在任何位置中的虚拟摄像机观看的二维图像，并将它们显示在显示装置上的图像显示装置的图像处理装置，其中所述图像处理装置包括：

用于计算示出所述虚拟摄像机面对的方向的视线矢量与示出位于所述虚拟空间中的特定多边形的平面的方位的法线矢量之间角度的角度计算装置；和

用于改变所述多边形的顶点坐标值，因而使得所述角度计算装置计算出的角度采用了一特定值的多边形倾斜装置。

25．一种具有用于产生从任何视点展现了用一个包括多个多边形的三维模型构成的虚拟空间的二维图像，并用于将它们显示在一个显示装置上的图像产生显示装置的图像处理装置，所述多边形包括具有防止它们消失的标记的并且包含用于操作一程序以防止多边形消失的不消失多边形；

所述消失防止程序包括用于确定所述不消失多边形与所述视点之间的位置关系的位置确定装置，和用于根据所述位置确定装置确定的结果变更所述不消失多边形的顶点的坐标值的坐标变更装置；和

所述图像处理装置还包括用于当在所述显示装置上可见化的多边形是所述不消失多边形时，执行所述防止消失程序的防止消失执行装置。

26．一种数据记录介质，其上记录了用于使计算机系统具有如权利要求1至5,8,9,12,13和17至25中任何一项所述的图像处理装置功能的程序。

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