JP2002140730A - 動画像生成方法、装置、動画像生成プログラムを記録した可読記録媒体及びビデオゲーム装置 - Google Patents

動画像生成方法、装置、動画像生成プログラムを記録した可読記録媒体及びビデオゲーム装置

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JP2002140730A JP2000333816A JP2000333816A JP2002140730A JP 2002140730 A JP2002140730 A JP 2002140730A JP 2000333816 A JP2000333816 A JP 2000333816A JP 2000333816 A JP2000333816 A JP 2000333816A JP 2002140730 A JP2002140730 A JP 2002140730A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲームの展開に応じて表示される場面毎に足
の動きを動的に計算することによって、臨場感のある足
の動きを表現する 【解決手段】 人体Pの両足は、それぞれ2本のスケル
トンSK1、SK2(SK3、SK4)で構成されてい
る。また、力学模型は、腰の位置Aにある質点Wと、質
点Wと人体Pの両足の足元の中点Bとを結合するバネ等
の弾性体SPとダンパDPとによって構成されている。
上記力学模型を用いて腰位置を算出し、更に膝位置の算
出することによって、足を構成するスケルトンSK1〜
SK4の位置が動的に求められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオゲームやコ
ンピュータグラフィックス等に適用でき、スケルトンを
利用してポリゴンマッピングを行う動画像生成技術に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、キャラクタをモニタ画面内に作成
される擬似3次元空間上に表示するような種々のゲーム
装置が普及している。かかるゲーム装置として、スキ
ー、サーフィン、スケートボード、スノーボード等を模
擬したものが知られている。これらのゲームにおいて
は、臨場感を実現する上で、特に人体の重心が上下方向
に移動する際の足の動きが重要である。
【0003】一方、ポリゴンで構成される3次元モデル
の動作を微細に表現しようとすると、ポリゴン数が増大
して、その頂点座標を1つ1つ計算していたのでは、C
PUに対する負担が大きくなって、リアルタイムで3次
元モデルの動作を行わせることが困難となる。特に、ゲ
ームプレーヤーの操作に駿敏に応答して種々の動作を3
次元に行わせるビデオゲーム等には適さない。
【0004】そこで、近年、関節を繋ぐスケルトンを用
いて動作を行わせる多関節構造体を利用した手法が採用
されるに至っている。この多関節構造体を利用した手法
を、図10を用いて簡単に説明する。図10において、
キャラクタ90は人物を模擬的に表したもので、実際の
人間の関節と同じ位置に、多数の関節91を与えた多関
節構造体として表している。各関節91は、スケルトン
92で繋がれている。そして、腰に該当する部分の関節
91が基準点A0とされ、スケルトン92のうち、基準
点A0に繋がれたスケルトン92aは、親スケルトンと
して、基準点A0を原点としてベクトルで定義されてい
る。さらに親スケルトン92aから頭、両手、両足とい
う下流側に順次繋がれたスケルトン92は、1つ上流側
のスケルトンの先端を基準としたベクトルで定義されて
いる。また、キャラクタ90の表面は、各スケルトン9
2に対応して規定された、夫々所要数のポリゴンからな
る3次元モデルで3次元表示されるようにしている。そ
して、3次元モデルに動作を与える場合、各スケルトン
92に、動作に応じたベクトルデータ(いわゆる関節角
データ)を時間方向に順次与えていくと、各スケルトン
92の順次の動きに対応して、それに付随するポリゴン
が位置や角度を変えて順次表示されることとなり、これ
によって3次元モデルが動くように見えることとなるの
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来は、上記の多関節
構造体を利用した手法を用いた場合でも、スケルトンの
位置計算に時間を要し、ゲームの展開に応じて表示され
る場面毎に足の動きを動的に計算することは困難である
ため、典型的な場面に応じた足の動きを予め計算しモー
ションデータとして記憶しておき、ゲームの展開に応じ
て表示される場面が上記の典型的な場面のいずれに属す
るかを判定して、対応するモーションデータを読み出し
て表示していた。
【0006】しかし、上記の方法では、記憶するモーシ
ョンデータの個数に限界があるために、充分に臨場感の
ある足の動きを表現することに限界があった。
【0007】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、ゲームの展開に応じて表示される場面毎に足の動
きを動的に計算することによって、臨場感のある足の動
きを表現することの可能な動画像生成方法、装置、動画
像生成プログラムを記録した可読記録媒体及びビデオゲ
ーム装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の動画像生
成装置は、各足モデルをそれぞれ腰から膝まで及び膝か
ら足元までの2本のスケルトンで構成し、前記スケルト
ンの位置計算によって各足モデルの位置を決定する動画
像生成装置であって、腰位置に与えられた質点及び両足
の足元の略中点と腰とを結合する結合体からなる力学模
型を規定する模型設定手段と、両足の足元の位置及び速
度を決定する足元決定手段と、前記力学模型を用いて前
記足元決定手段にて与えられる両足の足元の位置及び速
度から腰の位置を力学計算に基づいて算出する腰位置算
出手段と、前記足元決定手段によって決定される両足の
足元位置と前記腰位置算出手段によって算出される腰位
置とから両足の膝の位置を算出する膝位置算出手段とを
有することを特徴としている。上記の構成によれば、足
を構成するスケルトンの位置計算が比較的な簡単な計算
で動的に行なわれるため、プロセッサの負荷の増大を回
避しつつ、場面に応じた足の動きを表現可能となり、臨
場感が高められる。
【0009】請求項2記載の動画像生成装置は、前記模
型設定手段は、前記質点の質量及び前記結合体の結合条
件の少なくとも一方を設定することを特徴としている。
上記の構成によれば、体重の重さや膝の硬さ等を模型設
定手段によって設定することが可能となり、使用者の所
望する足の動きを表現することが可能となる。
【0010】請求項3記載の動画像生成装置は、前記質
点の質量及び前記結合体の結合条件の少なくとも一方を
変更する模型変更手段を有することを特徴としている。
上記の構成によれば、キャラクタ等の変更に伴って、体
重の重さや膝の硬さ等を模型変更手段によって変更する
ことが可能となり、キャラタ等に適した足の動きを表現
することが可能となる。
【0011】請求項4記載の動画像生成装置は、前記結
合体が弾性体であり、前記結合条件が前記弾性体の弾性
係数であることを特徴としている。上記の構成によれ
ば、膝の持つ弾力性を弾性体で表現することが可能とな
り、単純な計算で膝の動きを動的に表現可能となる。
【0012】請求項5記載の動画像生成装置は、前記結
合体が弾性体とダンパとを並列接続して構成されてお
り、前記結合条件が前記弾性体の弾性係数と前記ダンパ
のダンパ係数とであることを特徴としている。上記の構
成によれば、弾性体のみで結合体が構成されている場合
に発生する不自然な振動をダンパによって抑制すること
が可能となり、比較的単純な計算で膝の動きの臨場感あ
る表現が可能となる。
【0013】請求項6記載の動画像生成装置は、前記膝
位置計算手段がインバースキネマティクスを使用するこ
とを特徴としている。上記の構成によれば、足元位置と
腰位置から膝位置をインバースキネマティクスによって
効率的に計算することが可能となり、プロセッサの負荷
が軽減される。
【0014】請求項7記載の動画像生成プログラムを記
録した可読記録媒体は、各足モデルをそれぞれ腰から膝
まで及び膝から足元までの2本のスケルトンで構成し、
前記スケルトンの位置計算によって各足モデルの位置を
決定する動画像生成プログラムであって、腰位置に与え
られた質点及び両足の足元の略中点と腰とを結合する結
合体からなる力学模型を規定する模型設定処理を行な
い、両足の足元の位置及び速度を決定する足元決定処理
を行ない、前記力学模型を用いて前記足元決定処理にて
与えられる両足の足元の位置及び速度から腰の位置を力
学計算に基づいて算出する腰位置算出処理を行ない、前
記足元決定処理によって決定される両足の足元位置と前
記腰位置算出処理によって算出される腰位置とから両足
の膝の位置を算出する膝位置算出処理を行なうことを特
徴としている。上記のプログラムによれば、足を構成す
るスケルトンの位置計算が比較的な簡単な計算で動的に
行なわれるため、プロセッサの負荷の増大を回避しつ
つ、場面に応じた足の動きを表現可能となり、臨場感が
高められる。
【0015】請求項8記載の動画像生成プログラムを記
録した可読記録媒体は、前記模型設定処理において、前
記質点の質量及び前記結合体の結合条件の少なくとも一
方を設定することを特徴としている。上記のプログラム
によれば、体重の重さや膝の硬さ等を模型設定処理にお
いて設定することが可能となり、使用者の所望する足の
動きを表現することが可能となる。
【0016】請求項9記載の動画像生成プログラムを記
録した可読記録媒体は、前記質点の質量及び前記結合体
の結合条件の少なくとも一方を変更する模型変更処理を
行なうことを特徴としている。上記のプログラムによれ
ば、キャラクタ等の変更に伴って、体重の重さや膝の硬
さ等を模型変更処理において変更することが可能とな
り、キャラタ等に適した足の動きを表現することが可能
となる。
【0017】請求項10記載の動画像生成プログラムを
記録した可読記録媒体は、前記結合体が弾性体であり、
前記結合条件が前記弾性体の弾性係数であることを特徴
としている。上記のプログラムによれば、膝の持つ弾力
性を弾性体で表現することが可能となり、単純な計算で
膝の動きを動的に表現可能となる。
【0018】請求項11記載の動画像生成プログラムを
記録した可読記録媒体は、前記結合体が弾性体とダンパ
とを並列接続して構成されており、前記結合条件が前記
弾性体の弾性係数と前記ダンパのダンパ係数とであるこ
とを特徴としている。上記のプログラムによれば、弾性
体のみで結合体が構成されている場合に発生する不自然
な振動をダンパによって抑制することが可能となり、比
較的単純な計算で膝の動きの臨場感ある表現が可能とな
る。
【0019】請求項12記載の動画像生成プログラムを
記録した可読記録媒体は、前記膝位置算出処理がインバ
ースキネマティクスを使用することを特徴としている。
上記のプログラムによれば、足元位置と腰位置から膝位
置をインバースキネマティクスによって効率的に計算す
ることが可能となり、プロセッサの負荷が軽減される。
【0020】請求項13記載の動画像生成方法は、各足
モデルをそれぞれ腰から膝まで及び膝から足元までの2
本のスケルトンで構成し、前記スケルトンの位置計算に
よって各足モデルの位置を決定する動画像生成方法であ
って、腰位置に与えられた質点及び両足の足元の略中点
と腰とを結合する結合体からなる力学模型を規定する模
型設定処理を行ない、両足の足元の位置及び速度を決定
する足元決定処理を行ない、前記力学模型を用いて前記
足元決定処理にて与えられる両足の足元の位置及び速度
から腰の位置を力学計算に基づいて算出する腰位置算出
処理を行ない、前記足元決定処理によって決定される両
足の足元位置と前記腰位置算出処理によって算出される
腰位置とから両足の膝の位置を算出する膝位置算出処理
を行なうことを特徴としている。上記の方法によれば、
足を構成するスケルトンの位置計算が比較的な簡単な計
算で動的に行なわれるため、プロセッサの負荷の増大を
回避しつつ、場面に応じた足の動きを表現可能となり、
臨場感が高められる。
【0021】請求項14記載のビデオゲーム装置は、請
求項1〜6のいずれかに記載の動画像生成装置と、動画
像を表示するための画像表示手段と、ゲームプログラム
データが記録されたプログラム記憶手段と、外部から操
作可能な操作手段とを備え、上記動画像生成装置は、上
記ゲームプログラムデータに従って画像表示手段に画像
を表示することを特徴としている。上記の構成によれ
ば、足を構成するスケルトンの位置計算が比較的な簡単
な計算で動的に行なわれるため、プロセッサの負荷の増
大を回避しつつ、場面に応じた足の動きを表現可能とな
り、臨場感の高いゲーム装置が実現可能である。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は、本発明が適用されるビデ
オゲーム装置の一実施形態を示すブロック構成図であ
る。このゲーム装置1は、ゲーム装置本体と、ゲームの
画像を出力するためのテレビジョンモニタ2と、ゲーム
での効果音等を出力するための増幅回路3及びスピーカ
ー4と、画像、音源及びプログラムデータからなるゲー
ムデータの記録された記録媒体5とからなる。記録媒体
5は、例えば上記ゲームデータやオペレーティングシス
テムのプログラムデータの記憶されたROM等がプラス
チックケースに収納された、いわゆるROMカセット
や、光ディスク、フレキシブルディスク等であるが、ゲ
ーム装置1の態様によっては、内蔵式のROM等でもよ
い。
【0023】ゲーム装置本体は、CPU6にアドレスバ
ス、データバス及びコントロールバスからなるバス7が
接続され、このバス7に、RAM8、インターフェース
回路9、インターフェース回路10、信号処理プロセッ
サ11、画像処理プロセッサ12、インターフェース回
路13、インターフェース回路14がそれぞれ接続さ
れ、インターフェース回路10に操作情報インターフェ
ース回路15を介してコントローラ16が接続され、イ
ンターフェース回路13にD/Aコンバータ17が接続
され、インターフェース回路14にD/Aコンバータ1
8が接続されて構成される。
【0024】RAM8、インターフェース回路9及び記
録媒体5でメモリ部19が構成され、CPU6、信号処
理プロセッサ11及び画像処理プロセッサ12で、ゲー
ムの進行を制御するための制御部20が構成され、イン
ターフェース回路10、操作情報インターフェース回路
15及びコントローラ16で操作入力部21が構成さ
れ、テレビジョンモニタ2、インターフェース回路13
及びD/Aコンバータ17で画像表示部22が構成さ
れ、増幅回路3、スピーカ4、インターフェース回路1
4及びD/Aコンバータ18で音声出力部23が構成さ
れる。
【0025】信号処理プロセッサ11は、主に擬似3次
元空間上におけるキャラクタの位置等の計算、擬似3次
元空間上の位置から2次元空間上での位置への変換のた
めの計算、光源計算処理、及び各種の音源データの読み
出し、合成処理を行う。
【0026】画像処理プロセッサ12は、信号処理プロ
セッサ11における計算結果に基づいて、RAM8の表
示エリアに描画すべき画像を構成するポリゴンを位置付
ける処理、及び、これらポリゴンに対するテクスチャマ
ッピング処理等のレンダリング処理を行う。
【0027】コントローラ16は、種々のボタンを備
え、ゲーム内容の選択、スタート指示、更には、主人公
キャラクタに対する行動指示、方向指示等を与えるもの
である。
【0028】上記ゲーム装置1は、用途に応じてその形
態が異なる。即ち、ゲーム装置1が、家庭用として構成
されている場合においては、テレビジョンモニタ2、増
幅回路3及びスピーカー4は、ゲーム装置本体とは別体
となる。また、ゲーム装置1が、業務用として構成され
ている場合においては、図1に示されている構成要素は
すべて一体型となっている1つの筐体に収納される。
【0029】また、ゲーム装置1が、パーソナルコンピ
ュータやワークステーションを核として構成されている
場合においては、テレビジョンモニタ2は、上記コンピ
ュータ用のディスプレイに対応し、画像処理プロセッサ
12は、記録媒体5に記録されているゲームプログラム
データの一部若しくはコンピュータの拡張スロットに搭
載される拡張ボード上のハードウェアに対応し、インタ
ーフェース回路9,10,13,14、D/Aコンバー
タ17,18、操作情報インターフェース回路15は、
コンピュータの拡張スロットに搭載される拡張ボード上
のハードウェアに対応する。また、RAM8は、コンピ
ュータ上のメインメモリ若しくは拡張メモリの各エリア
に対応する。
【0030】本実施形態では、ゲーム装置1が家庭用と
して構成されている場合を例にして説明する。
【0031】まず、ゲーム装置1の概略動作について説
明する。電源スイッチ(図示省略)がオンにされ、ゲー
ム装置1に電源が投入されると、CPU6が、記録媒体
5に記憶されているオペレーティングシステムに基づい
て、記録媒体5から画像、音源及びゲームプログラムデ
ータを読み出す。読み出された画像、音源及びゲームプ
ログラムデータの一部若しくは全部は、RAM8に格納
される。
【0032】以降、CPU6は、RAM8に記憶されて
いるゲームプログラムデータ、並びにゲームプレーヤが
コントローラ16を介して指示する内容に基づいて、ゲ
ームを進行する。即ち、CPU6は、コントローラ16
を介してゲームプレーヤーから指示される指示内容に基
づいて、適宜、描画や音声出力のためのタスクとしての
コマンドを生成する。
【0033】信号処理プロセッサ11は、上記コマンド
に基づいて3次元空間上(勿論、2次元空間上において
も同様である)におけるキャラクタの位置等の計算、光
源計算や、各種の音源データの読み出し、合成処理を行
う。
【0034】続いて、画像処理プロセッサ12は、上記
計算結果に基づいて、RAM8の表示エリア上に描画す
べき画像データの書き込み処理等を行う。RAM8に書
き込まれた画像データは、インターフェース回路13を
介してD/Aコンバータ17に供給され、ここでアナロ
グ映像信号にされた後にテレビジョンモニタ2に供給さ
れ、その画面上に画像として表示される。
【0035】一方、信号処理プロセッサ11から出力さ
れた音データは、インターフェース回路14を介してD
/Aコンバータ18に供給され、(フィルタなどを介し
て)アナログ音声信号に変換された後に、増幅回路3を
介して発音手段としてのスピーカ4からゲーム音として
出力される。ゲーム音とは、BGM、各種の効果音や演
出音、また音声等を含んだものをいう。
【0036】図2は、腰の位置を算出するために使用さ
れる力学模型の構成図である。図の右下に座標軸の向き
を示しており、X軸及びZ軸は水平方向であり、Y軸の
正方向が鉛直上向き方向である。
【0037】人体Pの両足は、それぞれ2本のスケルト
ンSK1、SK2(SK3、SK4)で構成されてい
る。力学模型は人体Pを模したもので、腰の位置Aにあ
る質量mの質点Wと、質点Wと人体Pの両足の足元C1
及びC2の中点Bとを結合する結合体とから構成されて
いる。ここでは、上記結合体は、例えば、バネ等の弾性
体SPにダンパDPが並列接続されて構成されているも
のとする。また、スケルトンSK1及びSK3の長さを
L1、スケルトンSK2及びSK4の長さをL2、腰の
位置Aと中点Bとの距離をLとする。なお、腰位置Aと
中点BとのX座標及びZ座標は常に等しいものとする。
従って、算出する腰の位置とは、具体的には、腰の位置
のY座標あるいは距離Lである。
【0038】図3は、本発明の動画像生成装置の主要部
を示すブロック図である。CPU6は、腰位置の算出に
使用する力学模型を規定する質点の質量及び結合体の結
合条件を設定する模型設定部61と、腰位置の算出に使
用する力学模型を規定する質点の質量及び結合体の結合
条件を変更する模型変更部62とを有している。ここで
は、結合体は、バネ等の弾性体SPにダンパDPが並列
接続されて構成されているので、結合体の結合条件は、
弾性体SPの弾性係数及びダンパDPのダンパ係数であ
る。なお、模型設定部61で設定された質点の質量及び
結合体の結合条件は、後述するRAM8の模型データ部
81に格納され、模型変更部62で質点の質量及び結合
体の結合条件が変更されるとRAM8の模型データ部8
1の対応するデータが書き換えられる。
【0039】信号処理プロセッサ11は、ゲームプレー
ヤがコントローラ16を介して指示する内容に基づい
て、人体Pの両足の足元の位置及び速度を決定する足元
決定部111と、図2に示す力学模型を用いて足元決定
部111にて与えられる両足の足元の位置及び速度から
力学計算に基づいて腰の位置を算出する腰位置算出部1
12と、足元決定部111によって決定される両足の足
元の位置と腰位置算出部112によって算出される腰位
置とから両足の膝の位置を算出する膝位置算出部113
とを有している。
【0040】腰位置算出部112は、足元決定部111
にて与えられる両足の足元の位置及び速度と腰の位置及
び速度の初期値とから、図2に示す力学模型の腰位置に
ある質点Wに加わる全ての力(重力、弾性体から加わる
力及びダンパから加わる力)を求めた後、質点Wの加速
度を求め、一定時間後の腰の位置(すなわち質点Wの位
置)を算出するものである。
【0041】膝位置算出部113は、足元決定部111
によって決定される両足の足元の位置(図2の点C1及
びC2の位置)と腰位置算出部112によって算出され
る腰位置(図2の点Aの位置)とから後述するインバー
スキネマティクスと呼ばれる手法を用いて両足の膝の位
置(図2の点D1及び点D2の位置)を算出するもので
ある。
【0042】RAM8は、模型設定部61によって設定
された力学模型の条件を格納する模型データ部81を有
している。模型データ部81は、弾性体SPの弾性係数
を格納する弾性係数データ部811と、ダンパDPのダ
ンパ係数を格納するダンパ係数データ部812と、質点
Wの質量を格納する質点質量データ部813とから構成
されている。
【0043】図4は、動画像生成装置の概略のフローチ
ャートである。ここでは、模型設定部61によって予め
力学模型の条件が設定され、弾性係数データ部811、
ダンパ係数データ部812及び質点質量データ部813
に格納されているものとする。まず、ゲームプレーヤが
コントローラ16を介して指示する内容に基づいて、足
元決定部111によってキャラクタの両足の足元の位置
及び速度が決定される(ST1)。
【0044】つぎに、腰位置算出部112によって、腰
位置に質点を有し結合体によって腰と両足の足元の略中
点とが結合されている力学模型を用いて足元決定部11
1にて与えられる両足の足元の位置及び速度から腰の位
置が算出される(ST3)。ここで、前記力学模型の条
件は、模型データ部81から読み出される。
【0045】次いで、膝位置算出部113によって、足
元決定部111によって決定される両足の足元の位置と
腰位置算出部112によって算出される腰位置とから両
足の膝の位置を算出される(ST5)。この算出には、
例えば、後述するインバースキネマティクス(Inve
rse Kinematics)が使用される。
【0046】図5は、腰位置算出部112によって足元
決定部111にて与えられる両足の足元の位置及び速度
から腰の位置(点A)を算出するフローチャートであ
る。具体的には、点A、BのそれぞれのY座標の初期値
Ta、Tb及びY軸方向の速度の初期値Va、Vbが与
えられており、一定時間Δt後の、点AのY座標Ta'
及びY軸方向の速度Va'を求めるフローチャートであ
り、このフローを一定時間Δt経過ごとに実行すること
によって順次腰の位置(点AのY座標)が求められる。
なお、一定時間Δt後の、点BのY座標Tb'及びY軸
方向の速度Vb'は、足元決定部111によってコント
ローラ16を介して指示する内容に基づいて決定され
る。
【0047】まず、初期値Ta、Tb、Va、Vbが読
み込まれる(ST7)。つぎに、VaがVb以上か否か
の判断が行なわれる(ST9)。VaがVb以上の場合
には、ダンパDPが伸びる方向に動くため、ダンパDP
伸展時のダンパ係数をKd1として、Fd=Kd1×
(Va−Vb)を実行してダンパDPから質点Wに加わ
る下向きの力Fdが求められる(ST11)。VaがV
b未満の場合には、ダンパDPが縮む方向に動くため、
ダンパDP収縮時のダンパ係数をKd2として、Fd=
Kd2×(Va−Vb)を実行してダンパDPから質点
に加わる下向きの力Fdが求められる(ST13)。
【0048】また、弾性体SPから質点Wに加わる下向
きの力Fsが、弾性係数をKsとして、Fs=Ks×
{(Ta−Tb)−L0}を実行して求められる。ここ
で、L0は、弾性体SPが自然長であるときの点Aと点
Bとの距離である。質点Wに加わる重力Fgは、重力加
速度をgとして、Fg=m×gを実行して求められる
(ST15)。
【0049】次いで、質点Wに加わる力の合力Fが、上
向きを正として、F=−Fg−Fs−Fdを実行して求
められる(ST15)。そして、質点Wの上向きの加速
度aが、a=F÷mを実行して求められる(ST1
9)。つぎに、一定時間Δt後の点AのY軸方向の速度
Va'が、Va'=Va+a×Δtを実行して求められ、
一定時間Δt後の点AのY座標Ta'が、Ta'=Ta+
{(Va' +Va−Vb'−Vb)×Δt÷2を実行し
て求められる(ST21)。
【0050】図6及び図7は、膝位置算出部113によ
って、足元決定部111にて決定された両足の足元の位
置及び速度と腰位置算出部112にて算出された腰位置
とからインバースキネマティクスを用いて両足の膝の位
置を算出するための説明図及びフローチャートである。
ここでは、簡単のため、点C(点C1またはC2)が原
点にあり、点AがY軸上にある場合について説明し、膝
位置を点Dと呼ぶことにする。一方、スケルトンは基準
点からのベクトルとして表現されるため、膝位置Dを角
CAD(ここではαと呼ぶ)と角ACD(ここではβと
呼ぶ)とによって表現するものとする。
【0051】まず、足元決定部111にて決定された両
足の足元位置(C1及びC2)と腰位置算出部112に
て算出された腰位置(点Aと点Bとの距離)とから、点
Aと点Cとの距離Lが算出される(ST23)。つぎ
に、点Aを中心とする半径Lの円R1の方程式と、点
Cを中心とする半径L1の方程式が求められる(ST
25)。次いで、点Dの座標がβを用いて式のように
表わされ、αを用いて式のように表わされる(ST2
7)。そして、式を式に代入してβについて解くと
式が得られ、式を式に代入してαについて解くと
式が得られる(ST29)。従って、及び式によ
って、β及びαが求められる。
【0052】以下の説明においては、例えば、スノーボ
ードSに乗っている人体Pの足の動きを本発明の動画像
生成装置を適用して算出する場合について説明する。図
8は、スノーボードSに乗った人Pが、ジャンプした状
態から平坦なゲレンデG1上に着地する場合の画面図で
ある。図9は、スノーボードSに乗った人Pが、凸部の
あるゲレンデG2上を滑走する場合の画面図である。図
8及び図9を用いて、腰位置算出部112で用いた力学
模型の作用効果について定性的に説明する。
【0053】まず、図8について説明する。ジャンプし
た状態(初期状態)では、(a)のように膝が曲がって
いる。ゲレンデG1に着地する直前までは足に体重がか
からないため、(b)のように膝が伸びる状態が弾性体
SPの復元力が作用して伸びることで表現されている。
着地した直後には、(c)のように体Pを支えるために
足に加わる力が増大し膝が曲がる状態が、弾性体SPに
質点Mの慣性力が作用し縮むことで表現されている。着
地した後、時間が経過すると、(d)、(e)のように
足に加わる力が軽減されるため膝が徐々にのびる状態が
弾性体SPの復元力が作用して伸びることで表現されて
いる。また、力学模型にダンパDPが含まれているため
に不自然な振動は発生していない。
【0054】つぎに、図9について説明する。初期状態
では、(a)のように自然な程度に膝が曲がっている。
ゲレンデG2の上り坂では、(b)〜(d)のように上
り坂を上昇する体Pを支えるために足に加わる力が増大
し膝が曲がる状態が、弾性体SPに質点Mの慣性力が作
用し縮むことで表現されている。ゲレンデG2の下り坂
では、(e)〜(g)のように体Pを支えるために足に
加わる力が軽減され膝が伸びる状態が、弾性体SPの復
元力が作用して伸びることで表現されている。図8の場
合と同様に、力学模型にダンパDPが含まれているため
に不自然な振動は発生していない。
【0055】なお、本発明は以下の態様をとることがで
きる。
【0056】(A)本実施態様においては、腰位置の計
算に使用する力学模型の条件が予め設定されている場合
について説明したが、予め複数の力学模型の条件をRA
M8または記憶媒体5に格納しておき、例えばゲームプ
レーヤーがキャラクタを選択する等の方法によって力学
模型の条件を選択し、RAM8または記憶媒体5から当
該力学模型の条件を読み出すことによって設定してもよ
い。この場合、ゲームプレーヤーが所望する足の動きを
設定することが可能となり、ゲームの興趣が高められ
る。
【0057】(B)本実施態様においては、腰位置の計
算に使用する力学模型の結合体が弾性体とダンパとを並
列接続して構成されている場合について説明したが、弾
性体だけで構成されていてもよい。この場合、計算が簡
単になりプロセッサの負荷を軽減することが可能であ
る。
【0058】(C)本実施態様においては、力学模型の
条件を格納する模型データ部がRAM8に設けられてい
る場合について説明したが、ゲームの展開に応じて力学
模型の条件を記憶媒体5からRAM8にその都度呼び出
される態様であってもよい。この態様では、RAM8の
必要な容量を低減することができるという利点がある。
【0059】
【発明の効果】請求項1、7、13の発明によれば、足
を構成するスケルトンの位置計算が比較的な簡単な計算
で動的に行なわれるため、プロセッサの負荷の増大を回
避しつつ、場面に応じた足の動きを表現可能となり、臨
場感が高められる。
【0060】請求項2、8の発明によれば、体重の重さ
や膝の硬さ等を設定することが可能となり、使用者の所
望する足の動きを表現することが可能となる。請求項
3、9の発明によれば、キャラクタ等の変更に伴って、
体重の重さや膝の硬さ等を変更することが可能となり、
キャラタ等に適した足の動きを表現することが可能とな
る。
【0061】請求項4、10の発明によれば、膝の持つ
弾力性を弾性体で表現することが可能となり、単純な計
算で膝の動きを動的に表現可能となる。請求項5、11
の発明によれば、弾性体のみで結合体が構成されている
場合に発生する不自然な振動をダンパによって抑制する
ことが可能となり、比較的単純な計算で膝の動きの臨場
感ある表現が可能となる。請求項6、12の発明によれ
ば、足元位置と腰位置から膝位置をインバースキネマテ
ィクスによって効率的に計算することが可能となり、プ
ロセッサの負荷が軽減される。
【0062】請求項14の発明によれば、足を構成する
スケルトンの位置計算が比較的な簡単な計算で動的に行
なわれるため、プロセッサの負荷の増大を回避しつつ、
場面に応じた足の動きを表現可能となり、臨場感の高い
ゲーム装置が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用されるビデオゲーム装置の一実
施形態を示すブロック構成図である。
【図2】 両足の足元の位置及び速度から腰の位置を算
出するために使用される力学模型の構成図である。
【図3】 動画像生成装置の主要部を示すブロック図で
ある。
【図4】 動画像生成装置の概略のフローチャートであ
る。
【図5】 両足の足元の位置及び速度から腰の位置を算
出するフローチャートである。
【図6】 両足の足元位置と腰位置とから両足の膝の位
置を算出するための説明図である。
【図7】 両足の足元位置と腰位置とから両足の膝の位
置を算出するためのフローチャートである。
【図8】 スノーボードに乗った人が、ジャンプした状
態から平坦なゲレンデ上に着地する場合の画面図であ
る。
【図9】 スノーボードに乗った人が、凸部のあるゲレ
ンデ上を滑走する場合の画面図である。
【図10】 関節を繋ぐスケルトンを用いて動作を行わ
せる多関節構造体を利用した手法を簡単に説明するため
の図である。
【符号の説明】
11 信号処理プロセッサ 111 足元決定部(足元決定手段) 112 腰位置算出部(腰位置算出手段) 113 膝位置算出部(膝位置算出手段) 12 画像処理プロセッサ 16 コントローラ 18 D/Aコンバータ 2 テレビジョンモニタ 3 増幅回路 4 スピーカ 5 記録媒体 6 CPU 61 模型設定部(模型設定手段) 62 模型変更部(模型変更手段) 7 バス 8 RAM 81 結合条件データ部 811 弾性係数データ部 812 ダンパ係数データ部 DP ダンパ G1、G2 ゲレンデ P 人(人体) S スノーボード SP 弾性体 SK1〜SK4 スケルトン W 質点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C001 BC00 BC01 BC03 BC05 BC10 CB01 CC02 5B050 AA10 BA07 CA04 DA10 EA05 EA07 EA24 EA28 FA02

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各足モデルをそれぞれ腰から膝まで及び
    膝から足元までの2本のスケルトンで構成し、前記スケ
    ルトンの位置計算によって各足モデルの位置を決定する
    動画像生成装置であって、腰位置に与えられた質点及び
    両足の足元の略中点と腰とを結合する結合体からなる力
    学模型を規定する模型設定手段と、両足の足元の位置及
    び速度を決定する足元決定手段と、前記力学模型を用い
    て前記足元決定手段にて与えられる両足の足元の位置及
    び速度から腰の位置を力学計算に基づいて算出する腰位
    置算出手段と、前記足元決定手段によって決定される両
    足の足元位置と前記腰位置算出手段によって算出される
    腰位置とから両足の膝の位置を算出する膝位置算出手段
    とを有することを特徴とする動画像生成装置。
  2. 【請求項2】 前記模型設定手段は、前記質点の質量及
    び前記結合体の結合条件の少なくとも一方を設定するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の動画像生成装置。
  3. 【請求項3】 前記質点の質量及び前記結合体の結合条
    件の少なくとも一方を変更する模型変更手段を有するこ
    とを特徴とする請求項1または2に記載の動画像生成装
    置。
  4. 【請求項4】 前記結合体は弾性体であり、前記結合条
    件は前記弾性体の弾性係数であることを特徴とする請求
    項1〜3のいずれかに記載の動画像生成装置。
  5. 【請求項5】 前記結合体は前記弾性体にダンパが並列
    接続されて構成されたものであり、前記結合条件は前記
    弾性体の弾性係数及び前記ダンパのダンパ係数であるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の動画像
    生成装置。
  6. 【請求項6】 前記膝位置算出手段は、インバースキネ
    マティクスを使用することを特徴とする請求項1〜5の
    いずれかに記載の動画像生成装置。
  7. 【請求項7】 各足モデルをそれぞれ腰から膝まで及び
    膝から足元までの2本のスケルトンで構成し、前記スケ
    ルトンの位置計算によって各足モデルの位置を決定する
    動画像生成プログラムであって、腰位置に与えられた質
    点及び両足の足元の略中点と腰とを結合する結合体から
    なる力学模型を規定する模型設定処理を行ない、両足の
    足元の位置及び速度を決定する足元決定処理を行ない、
    前記力学模型を用いて前記足元決定処理にて与えられる
    両足の足元の位置及び速度から腰の位置を力学計算に基
    づいて算出する腰位置算出処理を行ない、前記足元決定
    処理によって決定される両足の足元位置と前記腰位置算
    出処理によって算出される腰位置とから両足の膝の位置
    を算出する膝位置算出処理を行なうことを特徴とする動
    画像生成プログラムを記録した可読記録媒体。
  8. 【請求項8】 前記模型設定処理において、前記質点の
    質量及び前記結合体の結合条件の少なくとも一方を設定
    することを特徴とする請求項7に記載の動画像生成プロ
    グラムを記録した可読記録媒体。
  9. 【請求項9】 前記質点の質量及び前記結合体の結合条
    件の少なくとも一方を変更する模型変更処理を行なうこ
    とを特徴とする請求項7または8に記載の動画像生成プ
    ログラムを記録した可読記録媒体。
  10. 【請求項10】 前記結合体は弾性体であり、前記結合
    条件は前記弾性体の弾性係数であることを特徴とする請
    求項7〜9のいずれかに記載の動画像生成プログラムを
    記録した可読記録媒体。
  11. 【請求項11】 前記結合体は前記弾性体にダンパが並
    列接続されて構成されたものであり、前記結合条件は前
    記弾性体の弾性係数及び前記ダンパのダンパ係数である
    ことを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の動
    画像生成プログラムを記録した可読記録媒体。
  12. 【請求項12】 前記膝位置算出処理において、インバ
    ースキネマティクスを使用することを特徴とする請求項
    7〜11のいずれかに記載の動画像生成プログラムを記
    録した可読記録媒体。
  13. 【請求項13】 各足モデルをそれぞれ腰から膝まで及
    び膝から足元までの2本のスケルトンで構成し、前記ス
    ケルトンの位置計算によって各足モデルの位置を決定す
    る動画像生成方法であって、腰位置に与えられた質点及
    び両足の足元の略中点と腰とを結合する結合体からなる
    力学模型を規定する模型設定処理を行ない、両足の足元
    の位置及び速度を決定する足元決定処理を行ない、前記
    力学模型を用いて前記足元決定処理にて与えられる両足
    の足元の位置及び速度から腰の位置を力学計算に基づい
    て算出する腰位置算出処理を行ない、前記足元決定処理
    によって決定される両足の足元位置と前記腰位置算出処
    理によって算出される腰位置とから両足の膝の位置を算
    出する膝位置算出処理を行なうことを特徴とする動画像
    生成方法。
  14. 【請求項14】請求項1〜6のいずれかに記載の動画像
    生成装置と、動画像を表示するための画像表示手段と、
    ゲームプログラムデータが記録されたプログラム記憶手
    段と、外部から操作可能な操作手段とを備え、上記動画
    像生成装置は、上記ゲームプログラムデータに従って画
    像表示手段に画像を表示することを特徴とするビデオゲ
    ーム装置。
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