JP2883737B2

JP2883737B2 - 画像処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2883737B2
Application number: JP8501948A
Authority: JP
Inventors: 克倫板井; 俊介関川; 昌之須見
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1999-04-19
Anticipated expiration: 2014-04-19

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、ディスプレイ装置に画像を表示してリアル
タイムにゲームを進行するゲーム機に適用できる画像処
理方法及びその装置に係わり、とくにゲーム機のハード
ウェア資源を有効に利用できるようにした画像処理方法
及びその装置に関する。

背景技術一般に、リアルタイムにゲームを進行させることので
きるコンピュータゲーム機は、予め記憶したゲームソフ
トを実行するゲーム機本体と、ゲーム上のキャラクタを
移動させるなどの処理のための操作信号を与える操作部
と、ゲーム機本体で実行されたゲーム展開の画像を表示
するディスプレイ装置と、ゲーム展開に伴い必要な音響
を発生させる音響装置とを備えている。

このようなゲーム機では、画面が鮮明で、よりリアル
な映像を提供できるものが人気を得ている。特に、三次
元の画像データを一定のユニットの集合として表示でき
るポリゴン処理を用いたゲーム機は、ビジュアルな現実
感（リアル感）が高いため、人気を博している。このポ
リゴン処理のゲーム機においては、一つのオブジェクト
（画面上で動きのある表示物）を構成するポリゴン数を
増加させたり、ポリゴン面にテクスチャーを施すことに
より、現実感をより一層高めることができる。

このように現実感を求めるということは、ハードウェ
アに対しては、処理時間の短縮化はもちろんのこと、飛
躍的に増加するデータ容量をリアルタイムに処理する能
力を要求することを意味し、ハードウェアの負担が著し
く大きくなる。しかし、この要求は今後ますます増大す
ることが予想され、それによりハードウェアへの演算負
荷も高まるばかりである。

一方、ゲーム機は元来、プレーヤの入力に基づくリア
ルタイムの画像処理を行うことが要求されており、単な
るコンピュータグラフィック画像処理に比較すると、中
央演算処理装置の基本的な負荷は元々高いものであっ
た。

その上、飛行シミュレータのような圧倒的なデータ処
理能力を確保したいがために、高価な高速演算処理装置
を複数搭載してゲーム機を構成したのでは、高価格の商
品になり、市場のニーズにそぐわないという制約もあっ
た。

このような事情によって、従来のゲーム機では、演算
処理装置の処理能力の限界またはデータ容量の限界につ
いて妥協点を見出しながらの画像表示処理に留まらざる
を得なかった。このため、画像の現実感に物足りなさを
残すという状況があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、画像処理の負荷を減らして、より
現実感のある画像を表示できる画像処理方法及びその装
置を提供することである。

本発明の別の目的は、とくに、表示対象であるオブジ
ェクトについての画像処理の負荷を減らして、より現実
感のある画像を表示できる画像処理方法及びその装置を
提供することである。

発明の開示上記目的を達成するために、本発明に係わる画像処理
方法では、仮想カメラの情報のマトリックスと変換マト
リックスとで座標変換して得たオブジェクトのマトリッ
クス内の回転成分が単位マトリックスとなるように設定
することにより、オブジェクトの表示データを得る。カ
メラの情報のマトリックスは、例えば、カメラの位置情
報とカメラの回転情報とからなる。

なお、ここで、仮想カメラとは、コンピュータグラフ
ィックスを描くときの視点、画角をカメラに例えたもの
を云う。この仮想カメラのセッティングは、位置、光軸
方向（レンズの向き）、画角（ズーム〜ワイド）、ツイ
スト（光軸回りの回転角）の指定で行う。換言すれば、
仮想カメラとは、仮想的に設定された視点を云う。仮想
カメラは、ディスプレイに表示する画像の視野方向を決
定する仮想的な視野方向決定手段として理解される。図
形（オブジェクト）固有の座標系であるボディ座標系か
ら３次元空間内の図形（オブジェクト）の配置を定義す
るワールド座標系にモデリング変換されたオブジェクト
が、この仮想カメラ（の位置及び角度等）によって定ま
る視野座標系に視野変換されてモニタ30に表示される。

さらに続けて説明すると、また、好適には、仮想カメ
ラの情報のマトリックスをＭ、３次元空間内でのオブジ
ェクトの移動の情報を持つマトリックスをＸ、変換マト
リックスをＴとすると、Ｘ＝TM から得たマトリックスＸの回転成分が単位マトリックス
となるように設定することにより、常に視線方向に向い
たオブジェクトの表示データをつくる。

また、本発明に係わる画像処理装置は、仮想カメラの
情報のマトリックスを基にオブジェクトの座標変換を
し、かつ座標変換したオブジェクトのマトリックスの回
転成分を単位マトリックスを形成する成分に設定する処
理手段を設けたものである。

前記処理手段は、例えば、仮想カメラの情報のマトリ
ックスを得るカメラコントロールマトリックス処理手段
と、前記仮想カメラの情報のマトリックスに変換マトリ
ックスをかけて、回転した点の情報をもつマトリックス
を得るとともに、当該マトリックスの回転成分を単位マ
トリックスを形成する成分に設定することにより、常に
仮想カメラの視線方向に向いたオブジェクトの表示デー
タを得ることができるオブジェクトマトリックス処理手
段とを備えたものである。

また、本発明に係わる画像処理装置は、カメラの位置
座標情報及び角度情報とオブジェクトの位置座標情報と
を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から得たカメラの
位置座標情報及び角度情報及びオブジェクトの位置座標
情報からオブジェクトを所望の方向に向かせる３次元座
標系の各角度を算出するオブジェクトマトリックス処理
手段を備えたものである。

本発明に係わる画像処理装置では、座標変換して得た
オブジェクトの表示マトリックスの回転成分が単位マト
リックスを形成する成分に設定されるので、常に仮想カ
メラの視線方向を向いたオブジェクトの表示データが作
られる。仮想カメラをどのような方向に向けても、カメ
ラの方向にオブジェクトが常に向くという関係は維持さ
れるから、オブジェクトのデータは例えばその正面デー
タ（２次元データ）１枚で済み、多量のデータを扱う必
要がないから、演算処理が軽くなる。また、オブジェク
トをパネル状に表示されるオブジェクトデータとして構
成しておき、このオブジェクトを所定の位置で、常に所
定の方向を向くようにすることができ、看板等の平板状
のオブジェクトも常時視線方向に向けることができる。
また、カメラの情報のマトリックスは、ゲーム機などの
操作情報に応じて、カメラの位置情報とカメラの回転情
報とを必要に応じて選択できる。

図面の簡単な説明図１は本発明を適用した一実施例に係るゲーム機の概
略を説明する斜視図である。

図２は同ゲーム機のオブジェクトを説明する図であ
る。

図３は同ゲーム機の概略を示す電気的ブロック図であ
る。

図４は同ゲーム機の中央演算処理装置及びその周辺の
機能ブロック図である。

図５は中央演算処理装置の処理の概要を示すフローチ
ャートである。

図6A乃至図6Cは画像処理の一例を示す説明図である。

図7A乃至図7Cは画像処理の一例を示す説明図である。

図８は本発明を適用したそのほかの実施例に係るゲー
ム機の中央演算処理装置の処理の概要を示すフローチャ
ートである。

発明を実施するための最良の形態以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る画像処理方法及び画像処理装置
を適用したゲーム機を示す。このゲーム機は、例えば戦
車32ゲームを扱うもので、本発明に係るオブジェクトと
して、戦車から打ち出された弾34が標的36に当たるとき
の爆発のパターン35（爆発パターン）を例示して説明す
る。

図１に示すゲーム機は、操縦室を形成する筐体１を備
える。筐体１は基部1Aと前壁部1Bとを備え、前壁部1Bが
基部1Aの一端に設けられている。基部1Aには操縦席２が
設けられ、この操縦室２にプレーヤが座ってゲーム機を
操縦する。前壁部1Bには、その内部にゲーム機本体10
が、その下部の操縦席２にハンドル20A、アクセル20B、
ビューチェンジスイッチ20Cなどを含む操作部20が、及
びその上側前部にTVモニタ30及びスピーカ40がそれぞれ
設けられている。

このゲーム機は戦車ゲームを扱うもので、ハンドル20
Aがゲーム機に方向データを与えるための唯一の操作機
器となっている。この戦車ゲームは、走行する表示オブ
ジェクト（走行体）として戦車を対象としている。戦車
31は図２のように模式的に表わすことができ、車体32と
砲芯の照準33とを備える。

ゲーム機の電気的なブロック図は図３のように表され
る。このゲーム機のゲーム機本体10は、中央演算処理装
置（CPU）101、補助演算処理装置102、プログラム／デ
ータROM103、データRAM104、バックアップRAM105、入力
インターフェイス106、ディップスイッチ107、サウンド
装置108、電力増幅器109、ポリゴン・パラメータメモリ
110、ジオメタライザと呼ばれる座標変換装置111、ポリ
ゴン・データメモリ112、レンダリング装置とも呼ばれ
るポリゴンペイント装置113、及びフレームメモリ114を
備えている。

この内、中央演算処理装置（CPU）101は、バスライン
を介して、補助演算処理装置102、プログラム／データR
OM103、データRAM104、バックアップRAM105、入力イン
ターフェイス106、サウンド装置108、及びポリゴン・パ
ラメータメモリ110に接続されている。入力インターフ
ェイス106には操作部20及びディップスイッチ107が接続
されている。CPU101は、補助演算処理装置102と共働し
て、プログラム／データROM103に予め格納されたゲーム
プログラムのデータを読み出し、そのプログラムを実行
する。ゲームプログラムには、TVモニタ30に表示される
オブジェクトとしての戦車の位置、方向、角度の制御及
び表示画面の視野を決める仮想カメラの位置及び角度の
制御なども含まれる。それらの制御概要を図５に示す。

サウンド装置108は電力増幅器109を介してスピーカ40
に接続されている。サウンド装置108で形成された音響
信号は電力増幅器109で電力増幅され、スピーカ40に送
られる。

ポリゴン・パラメータメモリ110の読出し端は座標変
換装置111に接続されており、このメモリ110内のポリゴ
ンパラメータが座標変換装置に与えられる。座標変換装
置111はポリゴンデータメモリ112に接続されており、メ
モリ112からポリゴンデータを受け取る。座標変換装置1
11では、与えられたポリゴンパラメータとポリゴンデー
タとに基づいて、表示するポリゴンの座標値が３次元か
ら２次元の透視座標に変換される。座標変換装置111の
出力端はポリゴンペイント装置113に接続され、透視座
標に変換処理されたポリゴンのデータがポリゴンペイン
ト装置113に送られる。ポリゴンペイント装置113は、送
られてきたポリゴンにフレームメモリ114に格納してい
るテクスチャーデータをペイントした画像データを形成
する。ポリゴンペイント装置113の出力端にはTVモニタ
等のディスプレイ装置30が接続されており、ペイント装
置113で形成された画像データが表示される。

一方、操作部20のアクセル20Bはプレーヤの操作に応
答して、TVモニタ30上のオブジェクトの走行速度Ｖに反
映するアクセル開度の電気信号を出力する。同様にハン
ドル20Aは、オブジェクトの挙動を反映する方向θの電
気信号を出力する。ビューチェンジスイッチ20Cは、TV
モニタ30に表示する画像の視野を決定する仮想カメラの
位置をプレーヤが指定するスイッチである。

中央演算処理装置101は、補助演算処理装置102と共働
して、図４に示すように、プログラム／データROM103に
記憶された、本発明に係る画像処理方法を含むゲームプ
ログラムを実行することで、カメラコントロールマトリ
ックス処理手段121と、オブジェクトマトリックス処理
手段122と、オブジェクトパターン表示処理手段123とを
機能的に実現する。プログラム／データROM103には、爆
発パターン（オブジェクト）の形状を決めるポリゴンの
頂点データから成る爆発モデルデータMDが記憶されてい
る。またデータRAM104には、爆発パターン表示マトリッ
クスＸ、カメラマトリックスＭ、及び爆発座標データCD
が記憶されている。爆発座標データCDは爆発を起こす位
置データで、例えば爆発モデルデータMDの中心位置座標
である。

中央演算処理装置101は後述するように、操作部20か
ら操作入力に応じて視線方向を決める仮想カメラの位置
と回転をコントロールし、そのカメラマトリックスＭを
データRAM104に記憶させるとともに、カメラマトリック
スＭ及び爆発座標データCDを取り込み、爆発パターン
（オブジェクト）を座標変換する演算及び爆発パターン
のマトリックスの回転成分を単位行列に設定する演算を
実行して爆発パターン表示マトリックスＸを作り、この
マトリックスをＸをデータRAM104に一時記憶させる。さ
らに中央演算処理装置101は、プログラム／データRAM10
3に記憶されている爆発モデルデータMD及びデータRAM10
4に記憶されている爆発パターン表示マトリックスＸを
基に爆発パターンの表示処理を実行するようになってい
る。このようにして得たデータは、ポリゴン・パラメー
タメモリ110に供給され、最終的には、ディスプレイ装
置30に供給される。なお、中央演算処理装置101は、図
示しないが、操作情報などに応じた爆発パターンの中心
位置を必要に応じて演算し、その演算の都度、データRA
M104の爆発座標データCDの値を更新するようになってい
る。

この実施例の動作を、オブジェクトとしての爆発パタ
ーンに対する表示処理を中心に図５〜図７を参照して説
明する。なお、爆発パターンはその正面部分の画像デー
タを使用するものとする。

このゲーム機１では、電源が投入されることにより、
ゲーム機本体10の動作が開始し、中央演算処理装置101
が補助演算処理装置102と共働して図５に示す処理を実
行する。

まず、中央演算処理装置101は所定の初期設定を実行
する（ステップ201）。ついで、中央演算処理装置101
は、プレーヤが操作するハンドル角、アクセル開度など
の操作情報を操作部20から読み込み（ステップ202）、
この読み込み情報に基づいて仮想カメラのカメラ情報の
マトリックス（カメラマトリックス）Ｍのコントロール
処理を実行する（ステップ203）。

このコントロール処理は、仮想カメラの位置の基本マ
トリックスをＥ、移動変換マトリックスをＴ′、回転変
換マトリックスをＲ′、カメラ位置情報を持つマトリッ
クス（カメラマトリックス）をＭとすると、Ｍ＝Ｒ′Ｔ′Ｅ・・・・［数１］で与えられる。

このコントロール処理を具体的に説明する。本実施例
では、ハンドル20A,アクセル20Bなどで戦車31の挙動を
コントロールするので、仮想カメラは戦車の視点から見
ているとする。そこで、戦車の位置をそのままカメラの
位置（Xp,Yp,Zp）とみなすことができ、戦車の回転角を
カメラの回転角（Xa,Ya,Za）とみなすことができる。つ
まり、アクセル操作による戦車の移動はカメラの位置
（Xp,Yp,Zp）の変換として反映し、ハンドリウ操作によ
る戦車の回転はカメラの回転角（Xa,Ya,Za）の変化とし
て反映する。

この場合、回転変化マトリックスＲ′は、［数２］の
行列演算で与えられ、移動変換マトリックスＴ′は、
［数３］の行列演算で与えられる。［数２］及び［数
３］の行列演算式は、後に記載されている。［数４］以
降の演算式又は値も同様に後に説明されている。

基本マトリックスＥは、［数４］で表されるから、上
記［数２］〜［数４］式の３つのマトリックスを掛け合
わせたものがカメラマトリックスＭ（＝Ｒ′Ｔ′Ｅ）と
なる。

このように演算されたカメラマトリックスＭはデータ
RAM104に格納される（ステップ204）。

次いで、中央演算処理装置101はプログラム／データR
OM103から爆発座標データCDを読み出すとともに、デー
タRAM104からカメラマトリックスＭを読み出す（ステッ
プ205）。その後、爆発パターン処理として爆発パター
ンの座標変換を実行する（ステップ206）。つまり、現
在のカメラマトリックスＭと爆発座標データCDとに基づ
き、Ｘ＝TM の行列演算を行い、３次元空間内の移動に関する爆発パ
ターン表示マトリックスＸが求められる。Ｔは移動変換
マトリックスである。

具体的には、カメラの位置を（Tx,Ty,Tz）としたと
き、爆発パターン表示マトリックスＸは、［数５］で表
される。移動変換マトリックスＴが式のように、１行目
が［１０００］、２行目が［０１００］、
３行目が［００１０］、４行目が［Tx Ty Tz
１］であるとし、これらを用いてＸ＝TMの計算をする
と、Ｘは、１行目に［ａｂｃ０］、２行目に［ｄ
ｅｆ０］、３行目に［ｇｈｉ０］、４行目
に［ＡＢＣ１］が得られることになる。しがっ
て、この座標変換処理により、仮想カメラが移動したこ
とによるマトリックスＸが得られる。

この実施例では、後述する演算処理の簡単化の理由か
ら、回転変換マトリックスＲを使用しないので、Ｘ＝TM
の計算をするだけで済む。このＸ＝TMの計算をすること
により、爆発表示パターンのマトリックスＸは、［数
６］に示す値をとる。

このように求められた爆発パターン表示マトリックス
Ｘの値が演算されると、中央演算処理装置101は、当該
マトリックスＸの回転成分を単位行列を形成する成分に
設定する演算を実行する。（図５ステップ207）。これ
は、式の各成分ａ〜ｉの値が回転情報を持つので、この
回転情報を下記［数７］に示すように単位マトリックス
を形成する値に設定すれば回転情報が失われてしまうこ
とになり、必然的に、爆発パターン表示マトリックスＸ
は無回転の状態を表すことになる。

すなわち、回転していない状態で、こちらを向くこと
が可能なオブジェクト（ここでは爆発パターン）であれ
ば、上述した演算を実行することにより、当該オブジェ
クトを常時、好みの位置で、こちら（視線方向）を向く
ようにすることができる。つまり、常にカメラの視線方
向に沿った所望方向を向いたオブジェクトの爆発パター
ン表示マトリックスＸを形成できる。この演算処理によ
りカメラの視線方向をあらゆる方向に向けても、正面部
分の画像データしか用意されていない爆発パターン表示
用オブジェクトの正面が常にカメラの視線方向に沿った
方向を向いた状態で表示される。なお、こうしない場
合、図7Cに示すように、２次元形態で用意されたオブジ
ェクトは左側が小さく右側が大きい台形状で表示される
が、これに対して、既述のようにすることにより、オブ
ジェクトの正面がカメラの視線方向に沿った方向に向く
ように調整されるので、オブジェクトの正面が長方形状
に表示される。

この爆発パターン表示マトリックスＸをデータRAM104
に一時的に格納する（ステップ208）。

次いで、爆発パターン表示マトリックスＸがデータRA
M104から、爆発モデルデータMDがROM103から読み出され
る（ステップ209）。次いで、爆発パターン表示処理が
なされる（ステップ210）。この表示処理では、爆発パ
ターン表示マトリックスＸに爆発モデルデータMDから読
み出されるポリゴン頂点データを掛け合わせて表示デー
タが作成される。

さらに、中央演算処理装置101は、ポリゴンのポリゴ
ンパラメータを作成し、このポリゴンデータをポリゴン
・パラメータメモリ110に出力する（ステップ211、21
2）。

この後、ステップ202の処理に戻る。上述の繰り返す
ことにより、所望のカメラ情報のマトリックスＭが求ま
り、カメラ情報マトリックスＭに変換マトリックスＴを
かけてなるマトリックスＸが算出される。そして、マト
リックスＸについて回転成分を単位マトリックスを形成
する成分に設定することにより、爆発パターンが常に視
線方向に向く表示データが得られる。

このようにして得られた爆発パターンを含むオブジェ
クトのデータは、ポリゴン・パラメータメモリ110を介
して座標変換処理装置111に与えられる。座標変換処理
装置（ジオメタライザ）111では、必要な表示座標に合
わせて表示データを作成し、ポリゴンペイント装置（レ
ンダリング装置）113に与える。ポリゴンペイント装置1
13では、当該表示データに対して、フレーム・メモリ11
4から得たテクスチャデータを付加することにより、ポ
リゴンデータの表示に装飾が施された表示データに変換
される。この表示データはディスプレイ装置30に与えら
れ、表示される。

なお、図５の処理において、ステップ202〜204が図４
のカメラコントロールマトリックス処理手段121を形成
し、ステップ205、206が同図のオブジェクトマトリック
ス処理手段122を形成し、さらにステップ207〜210が同
図のオブジェクトパターン表示処理手段123を等価的に
形成している。

ここで、上述したステップ206におけるカメラマトリ
ックスＸの別の行列演算（回転マトリックスＲを使用し
たもの）を比較のために説明しておく。この手法は、本
実施例では、演算付加軽減のために採用してはいない。
オブジェクトが３次元空間内を移動し、その移動した位
置での回転情報を持つオブジェクト表示マトリックスを
Ｘとすると、当該マトリックスＸは、Ｘ＝RTM で得られる。なお、Ｒは回転変換マトリックス、Ｔは移
動変換マトリックスである。移動変換マトリックスＴに
ついては前述した［数５］と同様である。

この座標変換処理における回転変換マトリックスＲの
具体的計算例について説明する。まず、マトリックスＭ
が［数８］〜［数10］式に示すように、例えば要素ａ、
ｂ、ｃ、…ｋ、ｌの４行４列の行列であるとする。

回転変換マトリックスRxが［数８］のように、１行目
が［１０００］、２行目が［０ cosθ sinθ
０］、３行目が［０ −sinθ cosθ ０］、４行目が［０
００１］であるとし、これらを用いてＸ＝Rx・Ｍの
計算をすると、Ｘは、１行目に［ａｂｃ０］、２行目に［ＡＢＣ
０］、３行目に［ＤＥＦ０］、４行目に［ｊｋｌ
１］が得られることになる。この計算結果Ｘの大文字の
要素が回転マトリックスRxの影響を受けた部分である。
したがって、座標変換処理により、仮想カメラがｘ軸方
向について回転したことによるマトリックスＸが得られ
ることになる。

同様に、回転変換マトリックスRyが［数９］のよう
に、１行目が［cosθ ０ −sinθ ０］、２行目が［０
１００］、３行目が［sinθ ０ cosθ ０］、４
行目が［０００１］であるとし、これらを用いて
Ｘ＝Ry・Ｍの計算をすると、Ｘは、１行目に［ＧＨＩ０］、２行目に［ｄｅｆ
０］、３行目に［ＪＫＬ０］、４行目に［ｊｋｌ
１］が得られることになる。この計算結果Ｘの大文字の
要素が回転マトリックスRyの影響を受けた部分である。
したがって、座標変換処理により、仮想カメラがｙ軸方
向について回転したことによるマトリックスＸが得られ
ることになる。

同様に、回転変換マトリックスRzが［数10］のよう
に、１行目が［cosθ sinθ ００］、２行目が［−sinθ cosθ ００］、３行目が［０
０１０］、４行目が［０００１］であると
し、これらを用いてＸ＝Rz・Ｍの計算をすると、Ｘは、
１行目に［ＭＮＯ０］、２行目に［ＰＱＲ
０］、３行目に［ｇｈｉ０］、４行目に［ｊｋ
ｌ１］が得られることになる。この計算結果Ｘの大
文字の要素が回転マトリックスRzの影響を受けた部分で
ある。したがって、座標変換処理により、仮想カメラが
ｚ軸方向について回転したことによるマトリックスＸが
得られることになる。

このように、カメラマトリックスＭに回転変換マトリ
ックスＲを掛けることにより、回転成分を有するマトリ
ックスＸを得することはできる。

続いて、図６及び図７を参照して作用効果の具体例を
説明する。

まず、比較のために、オブジェクトの回転変換マトリ
ックスＲを導入してＸ＝RTMのオブジェクトマトリック
ス処理を行ったと仮定した場合を説明する。

いま、図6Aに示すように、エリア500内の中央上部に
オブジェクト510が配置されているものとする。また、
仮想カメラの視点520が図示のとおり、中央部から図示
上方向に向かっているものとする。このときのカメラマ
トリックスをＭ、単位行列をＥとし、Ｍ＝Ｒ′Ｔ′Ｅを
算出すると、マトリックスＭは、図6Bに示すように、１
行目が［１０００］で、２行目が［０１００］で、３行目が［００１
０］で、４行目が［０００１］となる行列となる。したが
って、Ｘ＝RTMの計算をし、カメラの視点520からオブジ
ェクト510を観察すると、図6Cに示すように長方形状の
オブジェクト510′を得ることができる。このように所
定の大きさのオブジェクト510を、Ｘ＝RTMの計算をする
ことにより、一定の方向を向いた映像として得ることが
できる。

また、図7Aに示すように、エリア500内の中央上部に
オブジェクト510が配置されており、仮想カメラの視点5
20が図示のとおり、図示左下方向から図示右上方向に向
かっているものとする。このときのカメラマトリックス
Ｍは、単位行列をＥとし、Ｍ＝Ｒ′Ｔ′Ｅを算出する
と、図7Bに示すように、１行目が［ＡＢＣ０］
で、２行目が［ＤＥＦ０］で、３行目が［ＧＨＩ０］で、４行目が［ａｂｃ
１］となる行列となる。したがって、カメラの視点52
0からオブジェクト510を観察すると、Ｘ＝RTMの計算を
することにより、図7Cに示すように画面上で左側が小さ
く右側が大きな台形状のオブジェクト510′を得ること
ができる。このようにカメラの位置・回転の情報を基に
オブジェクト510を取り込み、所定の映像を得ることが
できる。

これに対して、本実施例で採用している簡便的なオブ
ジェクトマトリックス処理であるＸ＝TMの演算の場合を
説明する。

いま図6A、図7Aのエリア510は長方形ポリゴン510であ
るとする。図6Aで、長方形ポリゴン510は、 P1（X1,Y1,Z1）,P2（X2,Y2,Z2）， P3（X3,Y3,Z3）,P4（X4,Y4,Z4）の４頂点のパラメータで表される。カメラが移動して回
転した状態を図7Aとする。４頂点P1〜P4は、Ｍ＝Ｒ′
Ｔ′Ｅで求められたカメラマトリックスＭにより変換さ
れる。変換後のパラメータ（頂点）をP1′,P2′,P3′,P
4′とすると、 P1′＝P1・M,P2′＝P2・M, P3′＝P3・M,P4′＝P4・Ｍで表される。このパラメータをそのまま表示させると、
図7Cに示すようになってしまう。

そこで、図7BのカメラマトリックスＭの中のA,B,C,D,
E,F,G,H,Iで表される回転情報を、単位行列を形成する
成分に設定したマトリックスをＭ′として４頂点を変換
すると、 P1″＝P1・Ｍ′,P2″＝P2・Ｍ′， P3″＝P3・Ｍ′,P4″＝P4・Ｍ′ で表される。この変換データP1″,P2″,P3″,P4″を表
示すると、長方形ポリゴン510の座標が、回転したカメ
ラの視線方向を向くように調整され、図6Cに示すように
表示される。このようにカメラの視線方向の当該オブジ
ェクトに対する回転移動によって生じた当該オブジェク
トの視線方向に対する回転情報を単位行列にする変換処
理を行うことにより、長方形ポリゴン510が常にカメラ
方向に対向しているという図6Aに示す位置関と同等の関
係が保持される。

このように、本実施例では、操作部20から操作に応じ
た仮想カメラの情報のマトリックスＭを求め、ついでＸ
＝TMの座標変換を行い、かつそのマトリックスＸの回転
成分が単位マトリックスの成分を持つようにすることに
より、その単位マトリックスに拠る疑似演算で、爆発パ
ターンが仮想カメラの視線に常に90度で向くようにな
る。このため、爆発パターンの正面データのみを用いて
爆発パターンの全体像を表現できる。つまり、爆発パタ
ーンの一部の所定領域のデータのみを用いて視点に応じ
た移動をさせることができるため、爆発パターンの所定
領域のデータのみでオブジェクトを立体的に表すことが
できる。また爆発パターン表示マトリックスＸを求める
とき、単位行列の使用に拠る疑似演算によって、回転変
換マトリックスＲを使った時間の掛かる爆発パターンの
回転演算は不要となる。したがって、視点の移動に伴う
オブジェクトの移動表示のための演算に必要なデータ量
を少なくでき、また扱う表示データ量を少なくさせるこ
とができ、演算負荷を軽くして高速演算が可能になる。
また、オブジェクトを視点の移動に応じて移動させるた
め、正面データなど、オブジェクトの一部のデータのみ
でオブジェクトが立体的であるように見せることができ
る。このように処理データをさせながら、高品質の画像
を表示させることができる。

なお、上記実施例では本発明の画像処理のオブジェク
トを扱うゲームとして戦車ゲームを想定したが、このゲ
ームは単に、自動的に移動する標的を銃で打つゲームで
あってもよい。オブジェクトとして爆発パターンを例示
して説明したが、このオブジェクトは任意のものでよ
く、例えば戦車ゲームにおける敵戦車、背景の特定のも
のでもよく、また単に立っている看板のようなものでも
よく、オブジェクトを常時、視線方向に向けることがで
き、上述した演算負荷の軽減効果を得ることができる。

続いて、本発明の他の実施例を図８に基づき説明す
る。

この実施例は前述した戦車ゲームの実施例の同等の構
成を有し、中央演算処理装置101は図８に示す処理を行
う。

この実施例は、カメラコントロールマトリックス処理
においてカメラの位置の座標と角度の情報とを得るとと
もに、オブジェクトマトリックス処理においてオブジェ
クトを正確に視線方向に向けるために、オブジェクトの
位置とカメラの位置及び回転角度とから３次元座標軸上
のオブジェクトの回転角度を算出するようにしたもので
ある。

図８に示す処理を説明する。まず、中央演算処理装置
101は所定の初期設定の後、そのカメラコンロールマト
リックス処理として、カメラの位置座標が３次元座標の
原点からどの位置にあるかを示す位置データ（Cx,Cy,C
z）と、カメラの角度情報（Ax,Ay,Az）とを求める（ス
テップ301〜303）。ここで、例えばAxは、３次元座標の
ｘ軸に対してカメラがどの位回転しているかということ
を示している。なお、Ay,Azもｙ軸、ｚ軸に対してどの
位回転しているかを示す。このカメラの位置データ（C
x,Cy,Cz）とカメラの角度情報（Ax,Ay,Az）とがデータR
AM104に、Ｍ＝Ｒ′Ｔ′Ｅの演算結果であるカメラマト
リックスＭとして格納される（ステップ304）。

このようにして各データが得られると、オブジェクト
マトリックス処理として、RAM104から爆発座標データCD
を取り込み、オブジェクト位置座標（Oz,Oy,Oz）を得る
とともに、爆発パターンを正確に視線方向に向かせるた
めの角度データを作成する（ステップ305、306）。この
爆発パターンの角度データ作成は、ｙ軸、ｘ軸、ｚ軸に
対して以下のように行われる。ｙ軸の回転角Yangを［数
11］により求める。

Yang＝tan^-1［（Ox−Cx）／（Oz−Cz）］・・・［数11］ここで、（Ox−Cx）はオブジェクト座標とカメラ座標
のｘ軸方向の距離であり、（Oz−Cz）はオブジェクト座
標とカメラ座標のｚ軸方向の距離である。

また、ｘ軸の回転角度Xangを［数12］により算出す
る。

Xang＝tan^-1［｛（Ox−Cx）sin（Yang）＋（Oz−Cz）
cos（Yang）｝／（Oy−Cy）］・・［数12］さらに、ｚ軸の回転角度Zangを［数13］により算出す
る。

Zang＝Az ・・・［数13］このようにオブジェクトマトリックス処理において爆
発パターンを正確に視線方向に向ける角度データ（Yan
g、Xang、Zang）が算出されたところで、これら角度デ
ータ（Yang、Xang、Zang）を用いて爆発パターンの座標
変換が、前述したＸ＝RTMの演算により行われ、そのデ
ータＸが格納される（ステップ307、308）。この後、前
述と同様に、表示処理に必要なデータの読出し、爆発パ
ターン表示処理、ポリゴンパラメータ作成、ポリゴンパ
ラメータ出力の処理が行われる（ステップ309〜312）。

このように、爆発パターン、平板状のオブジェクトが
正確に所望方向（視線方向）に向いた表示データによっ
て表示処理が行われ、それらのオブジェクトが常に視線
方向を向く。例えば平板状のオブジェクトとしての看板
を常時、視線方向に向けておくことができる。この実施
例では、オブジェクトの位置データとカメラの位置デー
タ及び角度データとから、オブジェクトを常に正確に所
望方向（視線方向）に向けておくことができる。

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−139369（ＪＰ，Ａ) 特開平６−195436（ＪＰ，Ａ) 中前外，テクスチャマッピングを利用した簡易樹木表示法，ＰＩＸＥＬ，図形処理情報センター，1993年２月１日，第 125号，ｐ．33−38 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 15/10 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】視線方向を定める仮想カメラの情報のマト
リックスと変換マトリックスとで座標変換してオブジェ
クトのマトリックスを求め、このマトリックスの回転成
分が単位マトリックスとなるように設定することによ
り、オブジェクトの表示データを得る画像処理方法。
【請求項２】前記仮想カメラ情報のマトリックスは、カ
メラの位置情報とカメラの回転情報とからなる請求項１
記載の画像処理方法。
【請求項３】仮想カメラ情報のマトリックスをＭ、３次
元空間内でのオブジェクトの移動情報マトリックスを
Ｘ、変換マトリックスをＴとすると、Ｘ＝TMの座標変換
から得たマトリックスＸの回転成分が単位マトリックス
となるように設定することにより、常に所望方向に向い
たオブジェクトの表示データを得る画像処理方法。
【請求項４】仮想カメラの情報のマトリックスを基に座
標変換してオブジェクトのマトリックスを形成し、かつ
このマトリックスの回転成分が単位マトリックスとなる
ように設定する処理手段を設けた画像処理装置。
【請求項５】前記処理手段は、前記仮想カメラの情報の
マトリックスを得るカメラコントロールマトリックス処
理手段と、前記仮想カメラの情報のマトリックスに変換
マトリックスを掛けて回転した点の情報を持つオブジェ
クトのマトリックスを得るとともに、当該マトリックス
の回転成分が単位マトリックスとなるように設定するオ
ブジェクトマトリックス処理手段とを備え、常に所望方
向に向いた前記オブジェクトの表示データを得る請求項
４記載の画像処理装置。
【請求項６】複数のオブジェクトで構成された３次元座
標空間をある視点からみた２次元画像として表示装置に
表示する画像処理手段を有するゲーム装置であって、前
記複数のオブジェクトは前記３次元座標空間において２
次元形状に形成されたオブジェクトを含み、前記画像処
理手段は、前記２次元形状オブジェクトが前記視点から
みた視野内にあるとき、前記２次元形状オブジェクトを
前記視点に対して所定方向を向くように前記２次元形状
オブジェクトを配置する手段を備えるゲーム装置。
【請求項７】前記画像処理手段は、前記２次元形状オブ
ジェクトの一方の面が前記視点の視線方向に向くように
当該オブジェクトを配置する手段を含むように構成され
てなる請求項６記載のゲーム装置。
【請求項８】前記画像処理手段は、前記２次元形状オブ
ジェクトの一方の面が前記視点の視線方向に向くように
当該オブジェクトを回転表示するオブジェクト回転表示
手段を有する、請求項７記載のゲーム装置。
【請求項９】前記２次元形状オブジェクトは、一方の面
の画像データのみについて定義されてなることを特徴と
する請求項６乃至８のいずれかに記載のゲーム装置。
【請求項１０】複数のオブジェクトで構成された３次元
仮想空間をある視点からみた２次元画像として表示装置
に表示する画像処理手段を有するゲーム装置であって、
前記複数のオブジェクトは前記３次元仮想空間において
２次元形状に形成された特定のオブジェクトを含み、前
記画像処理手段は、前記特定のオブジェクトが前記視点
からみた視野内にあるとき、前記視点と前記特定のオブ
ジェクト上の任意の点を結ぶ線分が、前記特定のオブジ
ェクトの法線と所定の関係になるように、前記特定のオ
ブジェクトを回転表示するオブジェクト回転手段を有す
ることを特徴とするゲーム装置。
【請求項１１】複数のオブジェクトで構成された３次元
仮想空間をある視点からみた２次元画像として表示装置
に表示する画像処理手段を有するゲーム装置であって、
前記複数のオブジェクトは前記３次元仮想空間に２次元
形状に形成された特定のオブジェクトを含み、前記画像
処理手段は、前記視点と前記オブジェクト上の任意の点
を結ぶ線分が、前記特定のオブジェクトの法線と略平行
になるように、前記特定のオブジェクトを回転表示する
オブジェクト回転手段を有することを特徴とするゲーム
装置。
【請求項１２】複数のオブジェクトで構成された３次元
座標空間をある視点からみた２次元画像として表示装置
に表示する画像処理手段を有するゲーム装置であって、
前記複数のオブジェクトは前記３次元座標空間において
２次元形状に形成されたオブジェクトを含み、前記画像
処理手段は、前記２次元形状オブジェクトが前記視点か
らみた視野内にあるとき、前記２次元形状オブジェクト
の位置に対する前記視点の視点方向の変化に応答して、
前記２次元形状オブジェクトの一方の面が前記視点方向
に沿った方向に向くように前記２次元形状オブジェクト
の回転座標情報を調整するように構成されてなることを
特徴とするゲーム装置。
【請求項１３】複数のオブジェクトで構成された３次元
座標空間をある視点からみた２次元画像として表示装置
に表示する画像処理手段を有するゲーム装置であって、
前記複数のオブジェクトは前記３次元座標空間において
２次元形状に形成された一方の面の画像情報を有する２
次元形状オブジェクトを含み、前記画像処理手段は、前
記２次元形状オブジェクトが前記視点からみた視野内に
あるとき、前記２次元形状オブジェクトの位置に対する
前記視点の視点方向の変化に応答して、前記２次元形状
オブジェクトの前記一方の面が前記視点方向に沿った方
向に向くように前記２次元形状オブジェクトを回転表示
するオブジェクト回転表示手段を有するように構成され
たゲーム装置。
【請求項１４】複数のオブジェクトで構成された３次元
仮想空間をある視点からみた２次元画像として表示装置
に表示する画像処理手段を有するゲーム装置であって、
前記複数のオブジェクトは前記３次元仮想空間において
所定面のみの画像データによって表現される特定のオブ
ジェクトを含み、前記画像処理手段は、前記特定のオブ
ジェクトが前記視点からみた視野内にあるとき、前記特
定のオブジェクトの位置に対する前記視点の視点方向の
変化に応答して、前記所定面が常に表示されるように、
前記特定のオブジェクトを回転表示するオブジェクト回
転手段を有することを特徴とするゲーム装置。
【請求項１５】複数のオブジェクトで構成された３次元
仮想空間を仮想カメラから眺めた２次元画像として表示
するための画像データを生成する手段と、前記複数のオ
ブジェクトのうち特定のオブジェクトを前記３次元仮想
空間において一方の面の画像データで表現される２次元
画像として生成する手段と、前記特定のオブジェクトに
対する前記仮想カメラの視線方向を変化させる手段と、
前記特定のオブジェクトが前記仮想カメラの視野内にあ
るとき、前記視線方向の変化に応答して前記一方の面が
前記視線方向に沿った方向に向くように前記特定のオブ
ジェクトの座標を調整する手段と、を有してなるように
構成された画像処理手段を有するゲーム装置。
【請求項１６】複数のオブジェクトで構成された３次元
仮想空間を仮想カメラから眺めた２次元画像として表示
するための画像データを生成する手段と、前記複数のオ
ブジェクトのうち特定のオブジェクトを前記３次元仮想
空間において所定面のみの画像データで表現するための
手段と、前記特定のオブジェクトに対する前記仮想カメ
ラの視線方向を変化させる手段と、前記特定のオブジェ
クトが前記仮想カメラの視野内にあるとき、前記視線方
向の変化に応答して前記所定面が常に表示されるように
前記特定のオブジェクトの座標を調整する座標調整手段
と、を有してなるように構成された画像処理手段を有す
るゲーム装置。
【請求項１７】前記視線方向変化手段は、プレーヤによ
って操作される操作手段を含むことを特徴とする請求項
15または16記載のゲーム装置。