JP3413129B2 - 画像処理方法及び画像処理装置 - Google Patents
画像処理方法及び画像処理装置Info
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Description
仮想画像を合成する画像処理方法及び装置に関する。
ことによりユーザに複合現実感を与える装置では、現実
空間と仮想空間とが相互に干渉しあうことにより、2つ
の空間が融合されているという感覚(複合現実空間への
没入感/臨場感)をユーザ(体験者)に与えることがで
きる。
で、単に仮想物体と現実物体とが混在して表示されると
いうことを超えて、
の没入感/臨場感は、現実空間と仮想空間のいずれか一
方に「変化」があった場合に他方にその変化が反映され
て初めて得られるものである。
明光源のオン/オフに連動して、仮想物体の影が変化さ
せられて表示されることは提案されているが、仮想空間
内の仮想物体の変化が現実空間において反映されること
は従来例においては考慮されていない。
るが故に、現実物体(例えば実在の照明光源)の変化に
応じて変化したように画像処理を加えることは比較的容
易である。しかしながら、仮想物体はいくら変化しても
仮想物体であるから、その変化が現実物体に物理的に影
響を与えることはあり得ない。従って、従来では、仮想
物体の変化を現実物体の変化に対応させることを想定す
ること自体が現実的でなかった。
源に応じて現実物体の画像を変化させることにより、よ
り没入感/臨場感が得ることができるようにすることを
目的とする。
の、本発明の請求項1に係る画像処理方法は、プレーヤ
の位置・姿勢情報を取得し、実空間画像を入力し、プレ
ーヤの位置・姿勢情報に応じた仮想画像を生成し、実空
間画像と仮想画像を合成する画像処理方法であり、仮想
光源を設定し、仮想光源によって影響を受ける現実物体
に対応する3次元形状モデルを選択し、仮想光源に応じ
て、3次元形状モデルに対する透明度を設定し、描画す
ることを特徴とする。
勢情報を取得する位置姿勢取得手段と、実空間画像を入
力する入力手段と、プレーヤの位置・姿勢情報に応じた
仮想画像を生成する生成手段と、実空間画像と仮想画像
を合成する合成手段とを有する画像処理装置であり、仮
想光源を設定する光源設定手段と、仮想光源によって影
響を受ける現実物体に対応する3次元形状モデルを選択
する選択手段とを有し、仮想光源に応じて、3次元形状
モデルに対する透明度を設定し、描画する描画手段とを
有することを特徴とする画像処理装置によっても解決さ
れる。
には、その画像処理方法を実現するコンピュータプログ
ラムを記憶するプログラム記憶媒体によっても達成でき
る。
本発明の効果付加装置を三次元複合現実感ゲーム装置に
適用した実施形態を詳細に説明する。
レーヤ)と仮想物体との動作の関係を説明している。第
1図において、ゲームにはプレーヤ10,11,12の
3名が参加している。また、このゲームには、立方体形
状の現実物体40と円柱状現実物体50とが設けられて
いる。このゲームでは、敵方の仮想の「宇宙人」(以
下、標的と呼ぶ)20乃至24が映示される。また、プ
レーヤ10が発射した「弾丸」としての仮想物体30は
現実物体40の当たったことになる。一方、標的20が
発射した弾丸としての仮想物体31はプレーヤ12に当
たることとなっている。
くは行動を行う。即ち、宇宙人である標的21は、プレ
ーヤ11の存在を意識して逃げる動作(60)を行う。
あるいは、標的21はプレーヤ11に向かってくる若し
くはプレーヤ11を追いかける動作61を行う。標的2
3は、現実物体40にぶつからないように回避する動作
63を行う。複数の標的22は現実物体50の周りに集
まる動作62を行う。標的24は、プレーヤ10の存在
を意識して、現実物体40の陰に隠れる動作を行う。プ
レーヤ10から発射された仮想の弾丸30は、現実物体
40に衝突して爆発する動作を行う。同じく、弾丸31
はプレーヤ12に当たって爆発する動作65を行う。
形態に係るゲーム装置が用いられるゲーム環境の外観を
示す。
に登場する現実物体を載置するテーブルである。テーブ
ル100は、仮想物体との整合関係を考慮すべき現実物
体を制限するためのものである。換言すれば、テーブル
100上に載置されている物体は、仮想物体との位置合
わせ処理、その結果として隠蔽処理などを必要とするも
のとなる。
2つの静的な現実物体101と可動の現実物体104と
が載置されている。現実物体101は静的であるので、
前もって、その位置と形状を入力しておくことができ
る。現実物体104は、形状に変化はないものの、位置
を変えるので、位置センサ103が設けられている。
示装置(以下HMDと略す)を装着してゲームに参加す
る。第2図は、あるプレーヤがHMDを介してテーブル
上の物体を斜視したときにHMDの表示画面に映示され
る仮想物体102を併せて図示する。この仮想物体は、
通常は、HMDに表示されるものなので、ゲームに参加
していない客観的な視点にいる第三者の視野には映示さ
れないものである。
た場合を示す。この場合には、仮想物体102は図示さ
れず、代わりにゲームに参加するプレーヤ1000が図
示されている。プレーヤ1000を第4図に示す。
MD1001を頭部に、銃型形状のセンサコントローラ
1004を手に装着する。HMD1001には位置・姿
勢センサ1002とプレーヤ前方を視野に入れるビデオ
カメラ1003とが固定され、HMD1001が頭部に
装着されると、頭部位置・姿勢センサ1002はプレー
ヤ1000の頭部位置・姿勢を表す信号を出力する。ビ
デオカメラ1003は、本ゲームでは、一例として、ビ
デオシースルー型HMDを用いために必要となってい
る。
をプレーヤに与えるために銃の形状を有しているが、実
際は、ユーザインタフェースとしての入力装置である。
即ち、センサコントローラ1004は、プレーヤの手の
位置・姿勢を検出するための位置・姿勢センサと、プレ
ーヤが射撃する動作としてのトリガ(不図示)動作を検
出するためのスイッチとを具備するものである。
テムに用いられるゲーム管理装置3000の構成を図示
する。第5図に示したゲーム管理装置3000はプレー
ヤが一人の場合のシステム構成を示したものである。
物体104に設けられた位置センサ103の出力信号を
入力して物体104の位置を計測する。位置・姿勢計測
部3002は、プレーヤの頭部に設けられた位置・姿勢
センサ1002の出力信号から周知の手法(例えば、前
述の特開平9−236375,−236375)に従っ
てプレーヤの頭部の位置・姿勢(換言すれば、プレーヤ
の視点の位置・姿勢)を計測する。また、対話入力装置
3005は、手に装着されたセンサ1005の信号を入
力して手の位置・姿勢を計測すると共に、その一方、プ
レーヤがトリガスイッチ1006を操作したことを検出
する。
視点の位置・姿勢信号と、プレーヤの手の位置・姿勢信
号と、トリガを操作したか否かのトリガ信号とは、ゲー
ム管理/仮想画像生成部3003に入力される。個々で
は、後述のルールに従って、標的や弾丸などの仮想画像
を生成して画像合成部3004に送る。画像合成部30
04には、プレーヤのビデオカメラ1003が撮影した
現実の画像が入力部3006から入力されているので、
合成部3004は、現実の画像(ビデオ画像)に生成さ
れた仮想画像を融合する。尚、画像合成部3004は、
位置計測部3001が計測した現実物体104の動的な
位置情報と、第2図の例では2つの静止現実物体101
の静的な位置情報とを入力しているので、これらの位置
情報と、生成された仮想画像の位置情報(更には形状情
報)とに基づいて、位置合わせを行い、更に、必要に応
じて隠蔽処理やマスク処理を行うことによって、現実物
体と仮想物体との整合性を確保する。
01に出力され、プレーヤに映示される。
プレーヤのアクションがゲームコマンドとして認識され
る手法を採用している。この手法の特徴は、頭部の位置
・姿勢を計測部3002で計測し、手の位置・姿勢を計
測部3005(対話入力装置3005)で計測し、頭部
位置・姿勢に対する相対的な手の位置・姿勢に基づい
て、プレーヤの動作を把握する点である。
プレーヤが標的と「弾丸」を撃ち合いながら「戦闘」を
行う。このために、弾丸が爆発したときに、その閃光と
衝撃とをいかにリアルに表現するかが、没入感や臨場感
を高めるための重要なファクタとなる。即ち、弾丸が爆
発したときの閃光は仮想空間の事象であるが、臨場感を
高めるためには、その閃光は、現実物体にも閃光として
作用しなければならない。更に、その閃光は場合によっ
ては現実物体に対する光源として作用する。
ば、現実物体(プレーヤ)はその爆発の衝撃を受ける筈
であるが、仮想空間の「爆発」は、現実物体に実際は影
響を与えることはできないから、仮想の映像としてその
「爆発」の影響を表現する必要がある。
置において、「弾丸」が破裂したときの「衝撃」を効果
上どのようにして演出するかを示す。即ち、シーン10
0で、標的22が現実物体40に衝突した場合におい
て、シーン101では、数フレームの間、画面を乱すよ
うにする。画面を乱した後は、シーン102のように元
に戻る。
説明する。同図において、110は、通常時における、
HMD1001の表示画面の、即ち、プレーヤが見るこ
ととなる画面の大きさ(w×h)を示す。111は、「衝
撃」を表現するときの同画面の大きさ(w’×h)を示
す。ここで、w’≦wであり、具体的には、
数で例えば500msに設定し、dtは、衝撃(プレーヤに
とってはダメージ)が発生してからの経過時間を、kwは
乱れの大きさを表す定数で、例えば0.1に設定される。
上記の幅w’による描画をラスタスキャン方式に適用す
ると、「衝撃」時には、w×hの画像データの各水平ラ
インにおいてw-w’画素のずれが生じる。このずれは、
上のラインから下のラインに向かうに従い、累積してい
く。このため、結果として、w×hの画像をw’×hの領
域に描画すると、縦線を斜めに歪ませる効果を発生させ
ることになる。本実施形態では、ビデオシースルー型の
HMDを用いているので、HMD表示画面上の上記の画
像の歪みは、現実空間を撮影するビデオカメラがあたか
も実際に衝撃を受けて障害を発生したような感覚をプレ
ーヤに与える。そこで、w’の値をランダムに変更すれ
ば、或いは、所定の漸減率で漸減させれば、第6図のよ
うに、画面が乱れることとなり、即ち、プレーヤには現
実空間が乱れて見えることとなる。第8図は、第6図,
第7図に示した振動(衝撃)効果を発揮させるための画
像処理手順を説明するフローチャートである。第8図の
制御手順は、現実空間において振動(衝撃)効果を発揮
させる必要があるほどの衝突(若しくは爆発)が、仮想
空間において発生したことを検知して実行される制御手
順である。そのような事象の発生は、事象が爆発(又は
衝突)であれば、プレーヤなどが発射した仮想の「弾
丸」が仮想物体(標的)の三次元位置に略一致したこと
を受けて、あるいは、仮想物体(標的)の三次元位置が
プレーヤの位置に略一致したことを受けて検知される。
発生したよりも所定の時間幅T以上にさらに経過したか
を判断する。経過していない場合には、ステップS8に
おいて、上記の式1に従って描画幅をw’に変更する。
ステップS10でその描画幅wでビデオカメラ1003
の実写画像をHMD用のフレームメモリに描画する。こ
の描画により、HMDの画面には各水平ラインにおいて
上から順次w-w’画素のずれが累積した画像が表示され
る。ステップS10では、画像合成部3004は、ゲー
ム管理/仮想画像生成部3003の描画した仮想画像を
合成することはない。即ち、dt<Tである間は、標的な
どの仮想物体は表示されない。
内は、描画幅w’は経過時間dtと共に漸増する。即ち、
衝撃によるズレ量は次第に減少し、dt=Tの時点(ステッ
プS2でYES)でw’=wとなる。そこで、ステップS
4で元の描画幅wで描画して、ステップS6では、カメ
ラからの実写画像に加えて仮想物体の重畳を行う。
発」による閃光の効果を与える手法を説明する。即ち、
シーン200で標的22が「爆発」すると、シーン20
1に示すように、画面全体を一瞬(短い所定時間)フラ
ッシュ(明るく)させる。その時間の経過後にはシーン
202に示すように、明るさを元に戻す。
ビデオ画像の各画素の輝度値Iを大きな値に修正すると
いうものである。即ち、入力画像の輝度値をIとし、修
正後の輝度値をI’とすると、
で、kI=0のときは、明るさに変化は無いが、kIを0 < k
I ≦1の範囲で設定すると明るくなるという効果が得ら
れる。このようにすると、閃光によるフラッシュの効果
を、現実空間に与えることができる。尚、仮想の「爆
発」の効果は閃光だけの場合もあるが、明るさを変動さ
せる方が、より効果的な場合もある。かかる場合には、
kIを0 < kI <=1の範囲で所定の時間だけ設定してフラ
ッシュ効果を発揮させ、その後に、kIを-1 ≦ kI < 0
として暗くするように制御する。
制御手順を示す。第10図のフローチャートは、フラッ
シュ効果を発揮すべき事象が発生sたことを受けて実行
される。フラッシュ効果も、上記事象の検知から所定時
間Tに限定されるべきであるから、第8図のステップS
2と同じように、ステップS20で時間経過dtをモニタ
する。上記経過時間dtがT未満である間は、ステップS
26において、カメラ1003による実写画像の輝度値
を式2に従って補正する。ステップS28では、合成部
3004がこの補正された画像をフレームメモリに描画
する。ステップS30では、仮想物体のためのCG画像
について、その各画素の輝度値を通常のCG画像の輝度
値に対して、
このCG画像を、ステップS28でフレームメモリ内に
描画した実写画像に重ねて重畳描画する。
の閃光が発生した場合には、その閃光は一種の光源のは
ずである。この閃光の場合の他、仮想空間内に仮想の光
源が設定されていて、その光源がたてばユーザによりオ
ンされた場合には、現実物体はその仮想光源のオン/オ
フに伴って変化してHMD上に表示されなくてはならな
い。
現実物体の映像に与えるべき変化を与える手法を説明す
る。
に略等しい三次元形状モデル301を前もって設定して
おき、この半透明モデル301を現実物体300に重ね
て表示することにより、仮想光源オン/オフの効果を発
揮させるというものである。ここで、半透明モデル30
1の画素値を、その現実物体300の画像の輝度値Pを
上げた値P’に設定しておく。即ち、仮想光源がオフ時
には、半透明モデルの透明度(α値)を上げることによ
り、プレーヤには現実物体がより鮮明に見えるようにす
る。即ち、仮想光源がオフ時には、プレーヤには現実物
体がそのまま見えることにより、その現実物体は照明さ
れているようには見えない。一方、仮想光源のオン時に
は透明度を下げて、その現実物体の表面がより見えなく
なり、代わりに、半透明モデル301の不透明度を上げ
る。これにより、半透明モデルの画素値がプレーヤによ
り強く認識され、その結果、現実物体300は照明され
たように見えることとなる。
0の形状に近接しているために、透明モデル301がよ
り強く認識されるように設定してもプレーヤには違和感
が感じられることはない。
光(閃光も「仮想物体」の一つである)により、標的
(仮想物体)の「影」401が現実物体400上に生成
される様子を説明する。閃光410により現実物体40
0上に「影」401が発生するときは、現実物体400
の上面の一部領域403は明るく照らされる。また壁面
402はコントラスト的に暗くなるべきであろう。そこ
で、「影」401と、明るく照らされた物体表面403
と、暗くされた壁面402とが生まれるように、第13
図に示す如き、三次元形状の半透明モデル420,42
1,422を前もって設定しておく。三次元半透明モデ
ル420は球形形状の標的22に似せた形状であり、三
次元半透明モデル421は、現実物体400の上面(長
方形)に似せた形状であり、三次元半透明モデル422
は現実物体400の側面(長方形)に似せた形状であ
る。これらの形状は三次元形状情報を有するので、現実
物体400の三次元位置・姿勢とプレーヤの三次元位置
・姿勢(センサ1002により検出)とに応じて、三次
元半透明モデル420,421,422は第14図のよ
うに座標変換されて、第12図に示すように、影の部分
401と、明るく照らされる部分403と、暗く映じる
部分402とを発生させるように機能する。1つの現実
物体を表現する面のモデルは1つに統合されていてもよ
い。
の半透明モデルがオーバラップする領域である。2つ以
上の半透明モデルが重なる場合には、論理的な「上下」
関係を考えてどちらのモデルが最終的に機能するかを決
定する。第12図の例では、影は物体表面の上に形成さ
れるので、モデル420がモデル421よりも優位を有
する。従って、半透明モデル421中で、モデル420
が重なる部分はモデル421による効果は抑制されるよ
うに、モデル421は第15図のように修正される。半
透明モデルの合成処理は、Zバッファ処理とαブレンデ
ィング機能を実装した既存のCGハードウエアによって
行ってもよい。第15図において、領域423のモデル
421内の位置は、標的22と爆発410との三次元的
な位置を考慮されて決定される。
せるための制御手順である。
ったか否かが判定される。ここで、光源の変化とは、仮
想光源(仮想物体としての照明など)のオン/オフのみ
ならず、第12図などで説明した仮想物体の爆発410
による閃光も仮想光源として機能することを考慮してい
る。
り影響を受ける現実物体を探索する。ここで、仮想光源
の変化による仮想物体の陰影の変化は、不図示の仮想空
間描画プログラムにより別途処理されるものとする。影
響があるものと認定された現実物体に番号iを付し、ス
テップS44では、番号iの現実物体iについて、その
現実物体用の半透明モデルを選定する。このモデルは第
13図に関連して説明したように前もって設計されてい
る。ステップS46では、現実物体iに対する光源計算
を行う。この計算は、光源の輝度、光源の三次元位置
と、現実物体の三次元位置と、両者の方向、両者の距離
などを考慮して決定される。ステップS48では、モデ
ルに対するα値を設定し、描画を行う。
加が、複合現実空間における現実物体と仮想物体との配
置関係を考慮して行われ、その結果として、陰影の付加
がプレーヤ(ユーザ)に違和感を与えることはない。
範囲で上述の実施形態に対する種々変形が可能である。
る。
輝度値の補正は、
全体を明るくする場合には、
至第8図で説明した衝撃効果付与の変形例である。
より達成されたが、この変形例はカメラからの実写画像
にノイズを加えた画像をプレーヤに表示することによ
り、衝撃効果を現すものである。第18図又は第19図
のノイズ画像は、第20図のステップ76において印加
される。
に関連して説明した仮想光源による陰影付与の効果はビ
デオシースルー型のHMDを例として説明した。しか
し、この効果は同型のHMDのみにおいて発揮されるも
のではなく、光学的シースルー型のHMDに対しても適
用可能である。上記実施形態では現実物体のビデオ画像
に半透明モデルを重畳表示させるものであるが、光学的
シースルー型の場合には、現実物体のビデオ画像は用い
られないものの、現実物体の三次元位置・姿勢は検出さ
れるものであるから、検出された位置・姿勢に位置合わ
せして仮想物体(半透明モデル)のCGを重畳させるの
である。
て、上記実施形態では、仮想空間画像と現実空間画像の
合成前のビデオ画像に当該効果を付与していたが、本発
明はこれに限定されない。即ち、実写のビデオ画像と仮
想物体のCG画像との合成後の画像に対して、当該効果
を付与してもよい。フラッシュ効果や衝撃の効果は、画
面全体に対して与える効果であるから、合成前のビデオ
画像でも合成後のビデオ画像でも、画面全体に足してフ
ラッシュ効果や衝撃の効果を付与することができるから
である。
画像処理にのみ適用されるものではない。およそ、複合
現実空間における仮想物体と現実物体との表示であれ
ば、全ての画像の描画に適用可能である。
想光源に応じて現実物体の画像を変化させることによ
り、仮想現実空間へのより強い没入感/臨場感をユーザ
に与えることが可能となる。
的など)の動作パターンを説明する図。
視図。
面図。
着状態を示す図。
図。
に付与する手法を説明する図。
幅の制御を説明する図。
画像処理の制御手順を示すフローチャート。
説明する図。
の制御手順を示すフローチャート。
する手法を説明する図。
する手法の一例を説明する図。
(マスク画像)の一例を説明する図。
姿勢の変化に伴う変形を説明する図。
処を説明するず。
チャート。
フローチャート。
説明する図。
例を説明する図。説明する図。
いる場合の制御手順のフローチャート。
Claims (5)
- 【請求項1】 プレーヤの位置・姿勢情報を取得し、 実空間画像を入力し、 前記プレーヤの位置・姿勢情報に応じた仮想画像を生成
し、 前記実空間画像と前記仮想画像を合成する画像処理方法
であり、 仮想光源を設定し、 前記仮想光源によって影響を受ける現実物体に対応する
3次元形状モデルを選択し、 前記仮想光源に応じて、前記3次元形状モデルに対する
透明度を設定し、描画することを特徴とする画像処理方
法。 - 【請求項2】 前記描画は、光源の輝度、光源の3次元
位置、前記現実物体の位置とに基づいて計算された前記
現実物体に対する光源を用いて行うことを特徴とする請
求項1記載の画像処理方法。 - 【請求項3】 さらに、仮想物体の形状に対応する3次
元形状モデルを用いて、前記仮想物体の影を前記現実物
体上に生成することを特徴とする請求項1記載の画像処
理方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の画像処理方法をコンピュ
ータ装置に実行させるコンピュータプログラムを格納し
たコンピュータ装置読み取り可能な記憶媒体。 - 【請求項5】 プレーヤの位置・姿勢情報を取得する位
置姿勢取得手段と、 実空間画像を入力する入力手段と、 前記プレーヤの位置・姿勢情報に応じた仮想画像を生成
する生成手段と、 前記実空間画像と前記仮想画像を合成する合成手段とを
有する画像処理装置であり、 仮想光源を設定する光源設定手段と、 前記仮想光源によって影響を受ける現実物体に対応する
3次元形状モデルを選択する選択手段と、 前記仮想光源に応じて、前記3次元形状モデルに対する
透明度を設定し、描画する描画手段とを有することを特
徴とする画像処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000352960A JP2000352960A (ja) | 2000-12-19 |
JP3413129B2 true JP3413129B2 (ja) | 2003-06-03 |
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1999
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