JP2001524232A

JP2001524232A - 写実的地形シミュレーションのためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP2001524232A
Application number: JP54395198A
Authority: JP
Inventors: カイルジーフリーマン
Original assignee: ノヴァロジックインコーポレイテッド
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2001-11-27
Also published as: WO1998047107A1; US6020893A; EP0974121A1; US20010055021A1; AU6791098A

Abstract

(57)【要約】ビジュアルシーンの写実的シミュレーションのための技法及びシステムは３次元計算を２つの加算に低減し、更に、３次元計算毎に幾つかのスクリーン画素を表示することにより３次元計算に対する必要性を低減する。このアプローチは、ハードウェア又はソフトウェアで実行すれば、描かれるシーンの解像度及び写実性を改善する一方で、シーン生成時間を大幅にスピードアップする。

Description

【発明の詳細な説明】写実的地形シミュレーションのためのシステム及び方法発明の属する技術分野本発明は概括的にはディスプレイ装置上に画像を生成するための技法及びシステムに関し、より詳細には風景や海の景色のような遠近法によるシーンの視覚的画像のリアルタイムコンピューターシミュレーションに関する。発明の背景コンピューター画像生成に関する主な応用範囲は、オペレーターが航空機、ヘリコプター、宇宙船等を操縦するようなある種の業務を実行することのできるシーンを、通常は練習生又はゲームのプレーヤーであるオペレーターに表示する視覚的訓練及び／又は娯楽のためのシミュレーションであった。フライトシミュレーターでは、ビジュアルデータベースと呼ばれる所望の「ゲーム領域」の３次元モデルが準備され、コンピューターのメモリーに記憶されている。通常、ビジュアルデータベースは点の列であり、普通は直角座標系で表わされている。このタイプのビジュアルデータベースでは、各ｘ、ｙ座標位置に対するｚ成分は高さ値或いは、色、かすみ具合、粘度等の視覚的に満足できるシーンを生成するのに必要な何らかの他の属性である。その通常の構成では、シミュレーターは画像生成器、通常はコンピューターをブラウン管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイ装置に接続する。画像生成器は３次元ビジュアルデータベースを、ディスプレイ装置上に表示するため２次元のシーンに変換する。生成された画像は、オペレーターがシミュレーションしている業務を実際に行っているとすれば目にするはずの実際のシーンを表示するものである。オペレーターが運動を感じるほどの早さで画像が更新されていれば、ディスプレイ表示画像は「リアルタイム」であるという。ビジュアルシーンのリアルタイム生成は、通常、写実度合いと画像生成器及びディスプレイのコストとの妥協の産物である。視覚的に満足でき且つ写実的に見える画像を生成するには、画像生成器で相当量のデータを手際よく処理しなければならない。手際よく処理するためには、通常、高速プロセッサと、それに付随する、生データ及び描写された画像の両方を記憶するための大容量のメモリーが必要である。現在まで、通常、分解能や写実性を犠牲にして、シーン描写の間のビジュアルデータの処理を加速するために様々な技法が用いられてきた。先行技法の多くはいわゆる多角形投影を用いてゲーム領域の地形を描いてきた。このタイプのビジュアルシーン描写は、単純なゲームやビジュアルシーン全体に注意が注がれるわけではないゲームにはこれで十分であるが、シミュレーション対象の航空機又は車両の操作の真のシミュレーションをユーザーに提供する際に重要な写実性を欠いている。このような写実性は、ゲームのオペレーターが戦闘機の接近戦や戦車の戦闘のような疑似戦闘に従事している場合には特に重要である。シミュレーションには２つの部分があり、第１は、オペレーターの入力に応じて航空機又は車両の実際の動作をシミュレートする作動モデルである。例えば、フライトシミュレーションでは、オペレーターには、シミュレーション対象の航空機の実際の飛行特性をできるだけ正確に模擬するフライトモデルを提示できなければならない。フライトモデルはオペレーターに、広範な種々の状況下での飛行機の応答を模擬して、実際に近い飛行体験を提供できなければならない。通常、フライトモデルは、飛行機が水平飛行、着陸、離陸のどの状態にあるかを決めると共に、上昇、下降の制御、操舵のためのバンク等を行い、オペレーターの入力のような変化に対する飛行機の応答を実際に近い形でシミュレーションしなければならない。プロセッサがフライトモデルを制御する一方で、飛行機の運動には地上での動きが伴わなければならない。このように、プロセッサは又、オペレーターがシミュレーションを通して飛行機を「飛ばせる」際に経験するシミュレートされた「世界」を表すビジュアルシーンを描写、更新しなければならない。視覚的に満足でき実際に近い経験を提供する速さで写実的ビジュアルシーンを描写するためには、プロセッサに相当な負荷を掛けることになる。即ち、プロセッサの負荷とデータ伝送を低減するためにはシーンの描写を最適化することが重要である。これらのシミュレーションでは、活動の大半は、回避する又は敵の発見と攻撃を困難にするの何れかのために地形の造形を利用することを伴う。ゲーム領域を通して動く仮想観察者に、より写実的な地形を表示するための先行技術によるアプローチの１つが、フリーマンに許諾された米国特許第５，５５０，９５９号に記載されている。このアプローチは多角形造形の単純化を捨て、ボリュームエレメントに基づく技法を使用している。このアプローチでは、ビジュアルデータベースは、ゲーム領域を定義する点の列内の各点に関係付けた高さ及び色のデータを含んでいる。ビジュアルデータベースの座標上でのオペレーターの位置は、ゲーム領域内でのオペレーターの出発点とオペレーターの入力とによって決定される。地形生成器はこの情報を使って、オペレーターに見えるビジュアルシーンの領域をオペレーターの視線に対し直角方向に向いた多くの断面に分割する。断面の水平方向の縮尺はオペレーターからの距離に比例して変化し、表示される地形の造形の垂直縮尺も同じである。水平及び垂直方向に縮尺の掛けられたビジュアルシーンが、全シーンが描かれて表示されるまで一時に一断面生成される。替わりに、一連の個々の断面上の各点を、断面を通して後又は前向きにステップしながら生成することもできる。このアプローチの欠点の１つは、視認できる水平線までの距離が限られ、オペレーターが水平線に向かって進むに従って地形の造形が突然水平線上に現れることである。オペレーターが目標又は地形の造形に向かって進む際にもう１つの問題が生じる。この場合、造形の解像度がデータベース中の最小ボリューム領域のサイズに制限される。その結果、地形の造形が視覚的に写実的ではなく満足できないゴツゴツした外観をもって描かれる。ボリュームエレメントを使用する先の地形生成法のもう一つの欠点は、ピッチ、ヨー、ロールと称する全ての軸周りの運動を作るのが難しいということである。水平及び垂直方向の縮尺は処理速度を上げるためには固定しておく必要があるので、先行技術による技法ではピッチ又はロールに関して視認性上の調整ができない。そのような特性が欠落しているとシミュレーションが実現する写実性のレベルにとっては不利となり、ゲームプレーヤーが求める刺激的で視覚的に満足できるシミュレーションに属するものを提供するには不利となる。更に、ゲーム開発者は、コンピューター及びゲーム装置に組み込まれている利用可能なプロセッサの比較的遅い処理速度と、コンピューター及びゲーム装置の内部バスを通る遅いデータ伝送速度と、ディスプレイ表示される視認画像を含むデータを記憶するのに利用できる高速アクセス可能なランダムアクセスメモリーの量との制約を受ける。４ｘ８６及び他の進歩したプロセッサ、ＶＥＳＡ及びＰＣＩバスアーキテクチャ、及び高価でないメモリーが利用できるようになったことにより開発者は現在、シミュレーションの実行速度を犠牲にすることなく、より洗練されたデータ検索及び表示技法を利用できるようになった。写実性を犠牲にしたり高価なハードウェアを必要とすることなく視認表示をリアルタイムで生成する技法が必要とされてきている。発明の要約本発明は、写実的で視覚的に満足できるシミュレーションを提供するために、プログラミングコマンドに従ってコンピューターにより描かれた、ビジュアルシーンのユニークなリアルタイム表示を提供する。本発明は、表示されるビジュアルシーン内の造形からの視認観察者の距離に従ってビジュアルシーンの縮尺を変えながらシーンを描くことによりビジュアルシーンのこのリアルタイム表示を提供する。本発明は、表示しようとする造形までの観察者の距離を計算しそれによって解像度を変えた高さデータベースを使うことにより、ビジュアルシーンをより写実的に描写できるようにする。更に特定すれば、本発明は、各々が以前のデータベースに比べより多くの情報を含んでおり、従って解像度の高い、一連のデータベースを使用する。このように、描写される同じ造形が、解像度を変えて、２つ以上のデータベースに含まれている。更に、本発明は、ビジュアルシーン内に描写又はマッピングされる記憶された画像又は画像の部分を指示することのできる拡張トークンを使用して、造形を描写するのに用いられるデータを拡張することにより、視認観察者に比較的近い造形の解像度を上げることができる。本発明は、描写される造形と視認観察者との間の距離によって何時データを拡張するかを決定する。本発明はこのやり方で、各造形と視認観察者との間の見かけの距離により、シーン内の各造形に関する高さ及び／又は色のデータを含む２つ以上のデータベースを使用して、単一のビジュアルシーンを描くことができる。ビジュアルシーンの描写品質を良くするにはコンピューターの処理時間が相当に必要となるので、本発明では、象限内の最も高い造形の高さを表す単一の高さが記憶されている象限に関係付けられた高さデータベースにより表示されるべきビジュアルシーンの象限を識別できるようにしている。このやり方で、ビジュアルシーンの個々のエレメント及び造形が視認観察者に見えるか、又はエレメント又は造形が他のエレメント又は造形によって見えないかを決めるのに、コンピューターは、象限の各画素エレメント毎に処理するのではなく、象限が見えるかどうかを決めさえすればよい。この特性を使って、本発明は、視覚的に満足でき写実的なシミュレーション体験をオペレーターに提供するための、複雑で高速に動くビジュアルシーンを描くために必要な処理の量を実質的に低減する。本発明の他の特徴並びに利点は、例示のために本発明の特徴を描く添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読んで頂ければ明らかになるであろう。図面の簡単な説明図１は、シミュレーションの地形を描くために本発明の技法によってプログラムされた汎用コンピューターシステムのブロック線図である。図２は、観察者の位置と方位とを示す、シミュレーションのゲーム領域の平面図を示す。図３は、遠近法で描かれたゲーム領域の地形を示す、ゲームプレーヤーの見た図２のゲーム領域を示す。図４は、図３の線４−４に沿って見たゲーム領域の断面図である。図５Ａ及び５Ｂは、本発明の画像生成器のブロック線図である。好適な実施例の詳細な説明与えられた地形に亘る仮想観察者の動きを反映してシーンを遠近法によりリアルタイムに生成するのは、飛行及び地上シミュレーション訓練用機器及び様々なタイプのコンピューターゲームにとって重要な要件である。必要とされる計算の回数とその複雑さを最小化するため、本発明は、防衛地図製作事務所により作製された高さ格子データベースのようなデータベースを使って遠近法によるシーンを生成するための方法を提供する。そのようなデータベースは、ローバートＡハーツに許諾された米国特許第４，５８３，１８５に詳しく述べてある。本発明による技法を図２−５に示す。高さデータベースに関する観察者の（仮想）位置と方位が得られる。その最も簡単な実施例においては、シーンは観察者の視線に対し９０度方向に一連の「薄片」即ち断面を連続的に生成することによって作られる。観察者の高度に対し調整が行われる。各断面は、観察者の視界を描くために水平方向に縮尺され、シーンを描くために垂直方向に縮尺される。与えられた断面内の各点に対して、各縮尺された高さまで垂線が引かれる。予め選択された数の断面が生成された後、シーンは表示される。コンピューターリソースをもっと消費することにはなるが、視覚的により満足できるものとして、替わりのアプローチでは、多角形図法画像を生成するのに通常使用される「光線投影」アプローチと同様な技法が用いられる。しかし、本発明の方法は、ゲーム領域を成す地形の造形を生成するために、多角形構造ではなくボリュームエレメントを使って画像を生成するという点において光線投影技法とは異なっている。一般的に、ビデオディスプレイは行と列に配列された数多くの画素から構成されている。行と列の数はビデオ装置の解像度によって決まり、それはコンピューター内で使用できる、通常ビデオバッファと呼ばれるビデオメモリーの量によって決まる。例えば、ＶＧＡモード１３ｈを使って作動するビデオディスプレイ１８の代表的配置では３２０ｘ２００、即ち６４０００画素であり、これを図３に示す。この解像度においては、ディスプレイ１８は３２０列の幅と２００行の高さで構成される画素のアレイで構成されている。この配置では各画素は、Ｘ及びＹに対する値の個々の組合せにより表現される。例えば、図３のディスプレイの左上角の画素は座標（０，０）で、右下隅の画素は座標（３２０，２００）で表される。画素の数を増やして１０４８ｘ７６８のような解像度のディスプレイを作ることもできる。ディスプレイ１８に表示される領域は、シミュレーションに利用できるゲーム領域のほんの一部であることは、当業者には自明のことである。ゲーム領域のサイズは、データベースサイズ、メモリー容量、プロセッサ速度の要件のみによって制限される。これらの変数は全て、シミュレーションの写実性を上げるためにシミュレーションの設計者が操作できるものである。図１に本発明のソフトウェア技法を実行する代表的コンピューターシステムを示す。概括的には、本発明の地形描写技法は、図５Ａ及び５Ｂを参照しながら説明する特定の方法を実行するようにプログラムされた汎用コンピューターで実行することができる。通常、このような汎用コンピューターは、読み取り専用メモリー２及びランダムアクセスメモリー３の何れか又は両方に接続されたプロセッサ１を含んでいる。読み取り専用メモリー２はプログラム命令と永久的特性のデータとを記憶する。ランダムアクセスメモリー３は、プロセッサ１からのコマンドに応じて一時的にプログラム命令とデータを記憶するのに使われる。例えば、ランダムアクセスメモリー３は特定の関数を実行するために使用される特定のプログラム又はプログラムの一部を記憶し、プロセッサ１が、その記憶されたプログラムに応じて、あたかもプロセッサが緊密接続された専用の装置であるかのようにプログラムの関数を実行するようにすることができる。更に、ランダムアクセスメモリー３は、現在のデータ即ち中間の結果をこの分野ではよく知られた方法により記憶するのに使うこともできる。好適な実施例では、プロセッサはインテルのｘ３８６、ｘ４８６、ペンティアム又は同等のプロセッサであり、ランダムアクセスメモリーは通常１６メガバイトのダイナミックランダムアクセスメモリー又は同等品である。このコンピューターシステムは又、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、或いはプロセッサに接続できる他の媒体のような１つ又はそれ以上の記憶装置４を有している。記憶装置４は、本発明のような、プログラムが使用するデータと同様に特定の関数を実行するためのプロセスをプログラムするために、プロセッサがアクセスできるプログラムを含んでいてもよい。プロセッサ１は、キーボード、ジョイスティック、マウスのような１つ又はそれ以上の入力装置からオペレーターの入力を受け取る。プロセッサ１はオペレーターの入力に従って作動し、様々なオペレーションを実行し、ビデオメモリーとも呼ばれるディスプレイバッファ６にそのようなオペレーションのアウトプットを書き込む。ディスプレイバッファ６即ちビデオメモリーの内容はディスプレイ１８に書き込まれ、ディスプレイ１８上に画像を形成する。図２に、ビジュアルデータベースによって表されるゲーム領域１０を示す。ゲーム領域１０は、シミュレーションが行われる背景、地形を含んでいる。通常のシミュレーションにおいては、スクリーン上に見えるゲーム領域１０の部分は、いかなる特定の時間においても、シミュレーションが作動するコンピューター又は電子ゲーム装置のメモリーに別々の点のアレイとして記憶されている全ゲーム領域１０のほんの一部でしかない。図２に示すように、全ゲーム領域内のあらゆる位置が直交座標系Ｘ、Ｙで表示できる。ゲーム領域はコンピューター又はゲーム装置の記憶装置内にデータの列として記憶され、各データ列はＸ及びＹ座標の値から成り、各Ｘ及びＹ座標と関係付けて、通常はＺ座標と呼ばれる多くの他の値が含まれている。本発明では、Ｚ座標には、個々のＸ、Ｙ座標によって表される特定の位置に関する高さデータだけでなく、その位置に関する質感値、その位置の色、又は透明度、粘度等の他の属性を表すデータ等追加のデータを含ませることができる。この情報は、ゲーム領域１０の各Ｘ、Ｙ位置を定義する各データ列内に記憶させてもよい。替わりに、多数の別個のデータベースを使って、各データベースを、ゲーム領域内の位置を特定する共通のＸ、Ｙ座標と連結してもよい。データを１つの列として記憶するか、或いは共通のＸ、Ｙ座標と連結した複数のデータベースとして記憶するかはゲームの設計者が決定することであり、コンピューター又はゲーム装置に使用される記憶媒体の記憶容量に依存し、コンピューターで使用できるランダムアクセスメモリーの量によっても制限される。コンピューター又はゲーム装置の処理速度も、ゲーム領域１０からビジュアルシーンを表示できる速度によってゲームの写実性が決定されるという点において重要である。ゲーム領域１０内の地形詳細の解像度は、Ｘ、Ｙ座標で表示されるゲーム領域１０内の位置の数に依存することは明らかである。ゲーム領域１０を定義するデータベースが多くのデータポイントを持っているほど、ゲーム領域の解像度は高くなりより細かくなる。このように、限りなく詳細にしようとすれば、ゲーム領域内のＸ、Ｙ座標のついた特定の点を表す各データポイントの数を無限に増やさねばならない。現在のところ、利用できる詳細さの度合いは、利用できる記憶容量の量とプロセッサの速度で制限されている。この問題を克服し、十分な解像度を実現して詳細で視覚的に満足できるシミュレーションを提供するために、そのようにビジュアルなシーンを描くための先行技術のアプローチは、人間の目から見て間近の距離に位置する地形造形の解像度を上げて画像を描くという妥協に至っている。このような妥協のせいで、観察者がシミュレーションの中を動き回る際には、あたかも視認観察者の近くか又は視認観察者から比較的遠距離かの何れかに位置するように見えるように描かれた対象が不自然に見える。視点１２にある視認観察者に見える地形を図３に示す。図３を見れば分かるように、ゲーム領域１０全体が、ゲーム領域１０内の座標Ｘ、Ｙで記述される特定の基準点を有する視点１２にいる視認観察者に見えるわけではい。当業者には自明であるように、視線が線１４で示される視点１２に位置する観察者には、線１６及び１８ｂで区切られた領域の右に表示された地形造形だけが見える。図２中にΦで示された視認観察者の視界はゲーム開発者の望むいかなる値でもよい。しかし、大抵のシミュレーションでは例えば視界は９０度が好まれており、それは９０度にしておけばその視界内の地形を描くのに極端な処理速度やメモリー量を必要とすることなく写実的な視界が提供できるからである。視点１２に位置する視認観察者は、座標Ｘ、Ｙで表示される位置を有する他に、彼の周囲の地形に対する相対的な高さも持っていることは明らかである。最も単純な場合、視認観察者はシミュレーション内で描かれる地表に位置しており、その場合彼の高さはゲーム領域１０内のその特定のＸ、Ｙ位置に関わる高さデータと基本的に等しい。航空機シミュレーターの場合、視認観察者の高さはゲーム領域１０内のＸ、Ｙ位置に関わる地形の高さよりも相当高い。以下詳細に議論するように、視認観察者の高さは、写実性を提供しようとしてシーンを描く場合には必ず考慮しなければならない。本発明の幾つかの実施例を説明するのを助ける基準点となる、一連の任意に引かれた線２０−２８を図３に示す。これらの基準線２０−２８は、視認観察者の位置から様々な距離にある、ゲーム領域１０内にある造形の位置を表す。図３では、線２０−２８は等間隔に引いてあるように見えるが、線間の距離はゲームの要件に応じて変えても差し支えない。例えば、これに限定するわけではないが、各線間の距離は図２の右側に行くに従って前の線の距離の倍にしてもよい。そうすると、線２２に沿って位置する地形造形は線２０に沿って位置する造形に比べ視点１２から２倍離れており、線２４に沿って位置する造形は線２２に沿って位置する造形に比べ視点１２から４倍離れることになる。現実世界のように、ゲームシミュレーション内の地形造形はゲームプレーヤーに遠近感を与える。このように、線２０の面内にある地形造形は、視点１２に近いので、線２２に沿って位置する対象よりも大きく見える。見かけのサイズが大きくなるために、線１６及び１８で区切られた視界内に線２２に沿って描ける造形よりも線２０に沿って描ける造形は少なくなる。従って、線２０に沿って位置するこれらの造形を描くために処理しなければならない記憶情報は、線２２に沿って位置する造形を描くのに必要なものより少ない。視認観察者が彼の位置から対象を更に見えるようにしてゆくにつれて、彼の視界は段々と大きくなり、シーンを満たすためにより多くの対象を描かねばならなくなる。同時に、観察者からの距離による適切な視覚的遠近感をつけるために必要な水平方向の縮尺を掛けるため、各対象の相対的サイズは段々小さくなる。しかし、例えば線２６上のシ− ンを描くのに必要なデータは実質的に大きくなる。ある点で、視点１２からの所与の距離における線に沿った対象を描くのに必要なデータの量はプロセッサの処理速度とバスの伝送速度を超えてしまい、更に地形を描こうとすれば、地形を表示できる速度に悪影響を及ぼし、シミュレーションの速度を落として性能に悪影響を及ぼすこととなる。従って、地形描写に先行技術によるアプローチを使うシミュレーション開発者は、シミュレーションの水平線に関し任意の距離を設定する。各対象物の解像度が同じであるため、対象物はいわゆる「びっくり箱作用」で水平線上に突然現れる。大きな地形造形が現れると、ゲームプレーヤーをびっくりさせ取り乱させることとなる。本発明の好適な実施例では、ゲーム領域１０は一連のデータベースから成っており、各データベースは予め定められた距離で視認観察者が見る地形を提供するように最適化されている。これらデータベースはそれぞれ、予め定められた距離で眺められているように見えるように縮尺を掛けた地形を提供するよう最適化されているので、この各データベースの最適化には、地形造形の写実的解像度を提供するためのデータに対する要件を低減できるという利点がある。例えば、これに限定するわけではないが、２０から２８までの各線に沿って見える地形造形を描くのに別々のデータベースを使用することができる。例えば、線２０に沿って位置する地形造形は視点１２に最も近く、それ故写実的なビジュアルシーンを提供するために最も高い解像度を必要とする一方、線１６と１８で区切られる視界内に見える造形の数は、線２２−２８に沿って視界内に同様に位置する造形の数よりかなり少ない。しかし、線２８に沿って位置する造形は線２０に沿って位置する造形よりも、視点１２に位置する視認観察者からは遠くに見えるように縮尺が掛けられるので、線２８に沿って位置する造形を描くのに必要な解像度は低くてよい。従って、これは例でありこれに限定するものではないが、線２０に沿って位置する対象を表示するデータベースは、各画素毎に１つのデータ列を必要とするかもしれない。水平及び垂直方向の縮尺度の故に、線２８に沿う特定の位置を表示する１つのデータ列が、解像度の要件が低減されているために、線２０に沿う位置に対しては１０のデータ列を必要とするのと同じ情報を表すことができるかもしれない。このように、造形を単一の解像度で有する単一のデータベースが全シーンを描くために使われる場合に必要となる大量のデータ記憶処理及び伝送を必要とすることなく、データベースを最適化して各距離での写実的遠近感を提供することができる。異なる解像度を有するデータベースの数は、コンピューター又はゲーム装置の記憶装置４又はランダムアクセスメモリー３（図１）に記憶できるデータベースの数によってのみ制限される。好ましくは、データベースの数は約１０であり、各データベースが、入手可能な先行する最高解像度を表すデータベースより約７５％少ないデータを有するようなものである。全体的には、シミュレーションにおける視認観察者はやってくる地形造形及び敵を発見するため水平線まで見渡せる必要があるが、オペレーターの応答と入力を要求する事象は概ね視認観察者の比較的直ぐ近傍で起こる。それ故、好適な実施例では、視点１２から子め定められた距離内にあるゲーム領域１０の部分を表示するデータベースは必ず中間解像度周りに最適化されている。シミュレーションの間に山腹のような地形の造形近くを通過するのは異常ではないので、解像度が１レベルの単一データベースを使用すれば、視覚的に満足できない結果に至る。例えば、視認観察者が特定の地形の造形近くに近寄ると、シミュレーターは造形をゴツゴツした写実的でない外観で描くこととなる。従って本発明の別の実施例では、近接する距離から眺めるためのより高い解像度で記憶した地形造形を有するもう一つのデータベースを使用してシーンを描くことができる。当業者には明らかなように、接近拡大したシーンを更に詳細に描くためには、各Ｘ、Ｙ座標に位置する造形の外観を描くために記憶された追加の情報が必要となる。このように接近拡大したビジュアルシーンを描くために必要なデータの量を低減するのに好適なアプローチは、拡張トークンをデータ列に入れておくことである。替わりに拡張トークンを各Ｘ、Ｙ位置に関係付けておいてもよい。後に更に論議するように、仮想観察者に見える地形の評価の間に見かけ上の方位高さ及び観察者の視点が与えられると、拡張トークンはプロセッサ又はゲーム装置のコンピューターに情報を提供し、プロセッサに命じて追加データにアクセスし検索させ、ゲーム領域１０内の特定位置に記憶されている造形の表示を強化して、特定造形の解像度を選択的に上げさせる。造形は、例えば、写実的なビジュアルシーンを提供するためには山腹の詳細が必要であるような造形のライブラリに記憶しておくことができ、そのような詳細データは代表的な山腹を表す造形のライブラリから引き出すことができ、特定の造形は、ゲーム領域１０内の特定の位置に関係する拡張トークンによる指示に基づきライブラリから選定される。この造形のライブラリには、プロセッサ１が入力装置５からのオペレーターの入力に応じてビジュアルシーンを描くために要求すると、記憶装置４からプロセッサ１はアクセスすることができる。替わりに、造形のライブラリは、シミュレーションの開始時又はプロセッサ１がライブラリにアクセスする前のシミュレーション中のある時の何れかに、ランダムアクセスメモリー３にロードしてもよい。造形のライブラリを予めロードしておけば実質的に処理速度が上がり、これにより入力装置５からのオペレーターの入力に応じてのビジュアルシーンの描写がより写実的となり、視覚的に満足できるものが体験できる。ビジュアルシーンを描くためにプロセッサに異なるデータベースを選択させるためのトリガを引く仮想観察者からの距離を適切に選択することにより、ゲーム開発者はゲームプレーヤーに、仮想観察者から非常に近いところから非常に遠いところまで見たところ継ぎ目なく描写されたビジュアルシーンを提供する。本発明の代替実施例では、ゲーム領域は、ゲーム領域が便宜上単に象限と呼ぶ多数の領域に分割されているもう一つのデータベースにより表示される。ある実施例では、単一象限データベースを用いて全ゲーム領域を表示する。この実施例では、ゲーム領域が、ディスプレイスクリーン上に描くために１０ｘ１０ブロックの画素を必要とする領域に分割される。高さ値が各画素に関係付けられている先に述べたデータベースとは違ってこの象限データベースでは、象限全体に単一の高さ値が関係付けられている。この高さの値は、例えば、象限内何れかに位置する最も高い造形の高さであってもよい。このように、１０ｘ１０ブロックの画素全体の高さが単一の値によって表される。後に詳しく論議するように、象限を用いれば、ある範囲内の全ての位置の最大高さを含む、小さくで高速アクセス可能なデータベースを設けることにより、地形データの処理及び描写をスピードアップできる。このようにすれば、プロセッサは、与えられた象限内の造形の何れかが見えるかどうかを決めるには、象限内の各画素の高さをチェックするのではなく、与えられた象限の高さをチェックしさえすればよい。本発明のオペレーションを、図２−５Ａ、５Ｂを参照しながら以下説明する。ゲーム領域１０内の仮想観察者１２の位置及び方位はオペレーターからの入力に基づいて決められる。通常のゲームでは、そのような入力はキーボード上のキーを押すか、マウス、ジョイスティック、又は他の入力装置５から受け取る信号によって行われる。これらの信号は、シミュレーションプログラムのソフトウェアのプログラミング命令に従ってプロセッサにより翻訳され、ディスプレイ１８上に表示されるビジュアルシーンを通して仮想観察者の見かけの動きとなる。そのような信号は、例えば、観察者の運動の方向を変えることもできるし、フライトシミュレーションでは、仮想観察者のゲーム領域上での見かけの高さを変えることもできる。仮想観察者の位置、方位、高さが一旦決められると、仮想観察者に見えると決められたゲーム領域の部分がディスプレイバッファ６に描かれるが、これは後に更に詳細に説明する。一旦全シーンが描かれディスプレイバッファ６に記憶されると、ディスプレイバッファ６の内容はディスプレイ１８に書き込まれる。このプロセスは、満足のできる写実的なシミュレーションを提供するディスプレイ１８上の画像の流れを提供する必要がある度毎に繰り返される。図３は、シミュレーション又はゲームプレイの所与の瞬間にオペレーターが見る、本発明によりディスプレイスクリーン１８上に描かれる代表的画像を示している。仮想観察者に見える一連の地形造形を表すｃ₁、ｃ₂、ｃ_nで示す３本の水平線が描かれている。所与のスクリーンの諸元は単に本発明の説明のために選択されたものであり、何ら制限を加えるものではないと理解されたい。水平線ｃ₁ 、ｃ₂、ｃ_nは様々な地勢的造形を表し、ビジュアルデータベース１０に記憶されているデータに従ってディスプレイスクリーン１８上に現れることになる。好適な実施例では、ビジュアルシーンは、図３に座標（０，２００）と表示されるディスプレイスクリーン１８の左下に位置する画素から始めてビジュアルシーンの各画素を繰り返し生成することにより、プロセッサ１により描かれる。図３のディスプレイスクリーン１８の断面は図４に線５４により表示されている。この線５４は、ゲームプレイヤーから見てディスプレイスクリーンの左側の画素の最初の列を表している。観察者の位置、方位、高さ４８がプロセッサ１により一旦決められると、ビジュアルシーンが、この例では画素（０、２００）と特定されるディスプレイの単一の画素を通り過ぎる観察者の眺めを記述する３次元ステップベクトルを先ず計算することによって描かれる。当業者には明らかなように、このステップベクトル４４は視点１２から始まり画素（０、２００）を通る線を描くように計算することができる。このベクトルが一旦決められると、プロセスは次にこのベクトルを延長してベクトルが、視点１２に位置する仮想観察者から見えることになるゲーム領域の地形の何らかの造形と交わるか否かを計算する。本発明のある実施例では、ベクトル４４が視認できることになる地形造形と出会えば、造形４０の高さが後に言及するメモリーバッファに記憶される。例えば、造形が一旦見えると決められれば、線が引かれ、その線の長さは、仮想観察者の高さ４８と視点１２から造形４０までの距離を考慮したベクトル４４のＺ成分から決められる縮尺を掛けた高さとなる。この線が一旦引かれると、次にステップベクトルのｙ座標に増分が加えられベクトル４５が計算される。好適な実施例では、造形４０の高さは既に、通常はランダムアクセスメモリー３の一部であるバッファに記憶されているが、このバッファはプロセッサ１に関係するキャッシュメモリ内に配置されていてもよいし、記憶装置４のファイルに記憶されていてもよく、何れにしろ、プロセッサがベクトル４５から決まる造形の縮尺付き高さと比較できるようになっている。図２から分かるように、ベクトル４５の計算は、この計算がベクトル４４の計算により描かれたもの以上にはゲーム領域１０の更なる造形を何ら描かないので不必要である。このように、プロセッサ１は造形４０の記憶された高さの値を考慮して、ディスプレイスクリーン１８上のこれらの画素を通るベクトル４５又は何れか他の中間ベクトルは更に詳細なことを何ら追加しないので、これらではなく、ベクトル４６を定義するために次の増分ステップベクトルを計算するから、本発明を使えば全体の処理速度が実質的に改善される。このプロセスはディスプレイの最初の列全てが描かれるまで、ディスプレイスクリーン上の各画素に続けられる。このプロセスは次にディスプレイスクリーンの次の列に対し繰り返される。替わりに、Ｘ座標を繰り返してディスプレイスクリーンの全ての行を描くようにしてもよい。その場合、ディスプレイは、仮想観察者に最も近いゲーム領域を表すディスプレイスクリーン１８の最下行から始めてディスプレイを生成し、続いて、仮想観察者から見えるゲーム領域内の最も遠い領域を表す最終行まで、全ビジュアルシーンがディスプレイバッファ６に描かれるまで逐次次の行を生成するすることによって描かれることになる。こうして作り上げる背景に関しては、本発明の技法は替わりに以下のように述べることができる。図５Ａ及び５Ｂは、本発明の技法を表すフローチャートである。以下に説明する本発明のプロセスを要約的に表せば表１のようになる。表１プログラムオペレーションＡデータにメモリーを割り当てる。Ｂデータをメモリーにロードする。Ｃスクリーンバッファをクリアする。Ｄ観察者の位置と方位を入手する。Ｅ観察者の位置にステップベクトルを追加する。Ｆ象限データを入手する。Ｇ観察者の高度が象限の高さより低いか否かを決める。Ｈ高度が低ければサンプルポイントの観察者からの距離を計算し、そうでなければ、象限ステップベクトルを位置に追加し、ステップＦから繰り返す。Ｉサンプリング用のデータセットを選択する。Ｊサンプルポイントが仮想観察者近くであれば、データを拡張する。Ｋ選択したデータセットの高さデータをサンプリングする。Ｌ高さが直近の先に線を引いた造形の高さよりも高ければ、線を引く。Ｍ全ビジュアルシーンがバッファに描かれる迄、ステップＥからくり返す。Ｎディスプレイバッファをディスプレイに書き込む。先に述べたように、プロセッサは、仮想観察者のゲーム領域１０における相対的位置、方位、高さを計算することによりビジュアルシーンを描く。第１のステップベクトルが計算され、ボックス７２に示すように、観察者位置に付け加えられる。プロセッサ１は、ボックス７２での決定に基づき、生成する画素のある象限から高さデータをボックス７４で検索し、次に、ステップ７２で決めたステップベクトルに沿って眺めた場合に見える造形が象限内にあるか否かを決定する。プロセッサ１が象限内に見える造形がないと決定した場合、プログラムはボックス７８へ分岐する。ボックス７８では、象限ステップベクトルが計算される。このベクトルは、ステップベクトルが画素を横切って繰り返すのに対し、象限ベクトルは象限を横切って増分変化的に動く点において、ステップベクトルとは異なる。このように、ボックス７８で、計算された象限ステップベクトルが仮想観察者の位置に加えられる。象限ステップベクトルはステップベクトルよりも遙かに大きな距離に亘ってベクトルを変換するので、同じ量の地形がかなり少ないステップで生成でき、処理速度が相当改善されることになる。ボックス７６で見える地形造形があると決定された場合、サンプルポイント即ちベクトル４４がゲーム領域と交差する点の仮想観察者からの距離が、ボックス８０で計算される。プロセッサはこの距離を使って、ゲーム領域１０の造形の高さを表すデータベースに含まれている高さデータが、造形の観察者からの距離によって生じる縮尺を表すように縮尺が掛けられている適切なデータベースを選択する。このデータには既に距離に関する縮尺が掛けられているので、予め描かれている線の上書きが最小化され、処理速度が更に改善されることになる。ある好適な実施例では、各々が順次より少ない解像度を有するデータベースの数は、システムの記憶装置４又はランダムアクセスメモリー３の利用できる容量によってのみ制限される。例えば、ゲーム領域の大きな領域を表すデータベースから、ゲーム領域１０のあらゆる造形の高さが単一の画素によって表せるようなゲーム領域の小さな領域のみを表すデータベースに至る一連のデータベースを使うことができる。例えば、各データベースがその前のデータベースよりも小さなゲーム領域をより高い解像度で表すような、一連の１０個のデータベースを使うことができる。替わりに、プロセッサ１は、サンプルポイントの仮想観察者からの距離が小さすぎて、最高解像度を有するデータベースを使用しても満足できるビジュアルディスプレイを得ることができないと決定することもできる。その場合、プロセッサは、データベース内に記憶されていてデータベース内の各位置と関係付けられている拡張トークンを使用して、データベース内で使用できるデータを拡張できる。先に述べたように、これらの拡張トークンは、仮想観察者に近い位置に関してビジュアルディスプレイ内に付加的な解像度を提供するために使うことができる。ある好適な実施例では、拡張トークンは、現在選択されているデータベース内にあるものよりも高い解像度を有する、記憶装置４又はランダムアクセスメモリー３内に記憶されている造形又は造形の部分のテーブルに対するポインターとして使われている。このように、造形のテーブルには、山腹、茂み、滑走路などの接近拡大図を含めておくことができる。これによりプロセッサ１は、他の全ての地形造形同様この造形を画素毎に描くことができる。この好適な実施例では、造形が仮想観察者の位置、方位、高さから決まるゲーム領域の位置に描かれるように、プロセッサ１により、ディスプレイバッファ６内に造形がマッピングされる。そのようなマッピングをすることによって、仮想観察者に近いビジュアルシーンの部分を描くために処理ステップを大幅に増やす必要無しに、付加的解像度を提供することができる。拡張されたデータはランダムアクセスメモリー３又は記憶装置４に位置するバッファに記憶しておいて、プロセッサが将来更にシーン描写するのに備えておくこともでき、そうすれば、拡張されたデータを再度描写する際に必要となる追加の処理を省くことができる。データベースの拡張が一旦完了すると、或いは拡張の必要がなければ、ボックス８８に示すように、（Ｘ、Ｙ）ステップの関数としての造形の高さをボックス８８でサンプリングする。サンプル採取した高さが先に述べたバッファに記憶されている造形の高さよりも高い場合、仮想観察者が眺めたものとして、その特定の位置で造形の縮尺の掛けられた高さを表す線９２がディスプレイバッファに引かれる。サンプル採取した高さが記憶されている高さよりも高くない場合、単に先に引いた線に上書きするだけになるので、線は引かれない。線の上書きを省くことによって処理速度に相当なゲインが得られる。線が引かれなければ、プロセッサはボックス７０に戻り、全ビジュアルシーンがディスプレイバッファに描かれるまでプロセスが繰り返され、そしてディスプレイバッファの内容がディスプレイに書き込まれる。本発明はソフトウェア、ハードウェア何れにおいても容易に実行できることを理解いただきたい。本発明には、その精神と範囲から逸脱することなく、ハードウェア又はソフトウェアに対するその他の変更を加えることができる。従って、添付の請求の範囲を除いては、本発明に制限が加えられるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．ａ）観察者の視界により区切られたゲーム領域との関係で観察者の位置を決定する段階と、ｂ）観察者の位置を１単位毎に増やす段階と、ｃ）新しい位置におけるデータ象限が観察者に見えるか否かを決定する段階であって、データ象限が見えない場合には象限ステップベクトルに増分を加える、そのような段階と、ｄ）観察者から関心対象物までの距離を決定する段階と、ｅ）観察者から関心対象物までの距離に基づいて、使用すべきデータベースを選択する段階と、ｆ）現在位置において高さデータをサンプリングする段階と、ｇ）現在位置における高さデータを現在の高さと比較する段階と、ｈ）現在の高さ以上の高さデータのあらゆる部分に対し線を引く段階と、ｉ）観察者から更に離れるように１単位増分を加える段階と、ｊ）全ビジュアルシーンが描かれるまで上記ｂからｉまでのステップを繰り返す段階と、ｋ）ビジュアルシーンをディスプレイ装置上に表示する段階とから成ることを特徴とする遠近法によるビジュアルシーンを生成するための方法。２．上記データベースを選択する段階が更に、関心対象が予め定められた距離よりも仮想観察者の近くにある場合には拡張トークンを拡張する段階と、拡張された拡張トークンにより表された造形を描く段階とを含むことを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。