JP3528284B2 - ３次元サウンドシステム - Google Patents
３次元サウンドシステムInfo
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS
- H04S1/00—Two-channel systems
- H04S1/007—Two-channel systems in which the audio signals are in digital form
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- A63F2300/00—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
- A63F2300/60—Methods for processing data by generating or executing the game program
- A63F2300/6063—Methods for processing data by generating or executing the game program for sound processing
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、パーソナルコンピュ
ータやゲーム機等において、３次元又は２次元コンピュ
ータグラフィックス（以下、３次元ＣＧと呼ぶ）に連動
して仮想音源位置から音を発生させる３次元サウンドシ
ステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、ビデオゲーム機器やコンピュータ
シミュレーション機器等において、３次元ＣＧ技術によ
ってディスプレイ上に表示された対象画像（オブジェク
ト）を仮想音源とし、この仮想音源から音が発せられて
いるように音像を定位させる３次元サウンドシステムが
開発されている。ところで、従来の３次元ＣＧシステム
では、１つ又は複数のポリゴンで構成されたオブジェク
ト各々のデータをオブジェクト毎に３次元オブジェクト
データとして持ち、ビューポイントの変更に際しては、
上位システムが３次元オブジェクトデータを更新するだ
けの操作を行い、オブジェクトのスクリーン座標系への
変換は、専用のプロセッサが分担することにより、速や
かなビューポイントの切換を行うようにしている。オブ
ジェクトを構成するポリゴンは、一般的には三角形であ
り、シェーディングやテクスチャマッピング等に必要な
面の方向の情報を提供すると共に、その大きさが曲面の
表示の滑らかさを決定する。 【０００３】一方、上記３次元ＣＧに連動する３次元サ
ウンドシステムでは、上位システムが３次元オブジェク
トデータからオブジェクトの位置情報を算出し、その算
出した位置情報及び音種情報に基づいて、音源処理装置
が、指定された音種のモノラルオーディオ信号を生成
し、この生成されたモノラルオーディオ信号に対して、
遅延処理、フィルタリング、振幅制御等の各処理を施し
て２チャンネル又は４チャンネルのステレオサウンドを
生成することにより、仮想音源位置へ音像を定位させ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の３次元サウンドシステムでは、上位システムか
ら与えられたオブジェクトの位置情報及び音種情報から
３次元サウンドを生成するので、音の出る向きに応じた
聞こえ方を制御するといった細かな制御が不可能であ
る。また、上位システムは、オブジェクトの位置が変更
される度に音源処理部にオブジェクトの位置情報を提供
しなければならないため、上位システムの負担が大きい
という問題点もある。 【０００５】この発明は、このような問題点に鑑みなさ
れたもので、オブジェクトからの音を更に細かく制御す
ることが可能で、上位システムの負担も軽減することが
できる３次元サウンドシステムを提供することを目的と
する。 【０００６】 【課題を解決するための手段】この発明に係る３次元サ
ウンドシステムは、コンピュータ画像情報に含まれる対
象画像を仮想音源として所定位置に音源を定位させる３
次元サウンドシステムにおいて、前記対象画像を構成す
る１つ又は複数のポリゴンの各々の頂点座標及び各ポリ
ゴンから発生されるべき音の情報を保持するオブジェク
トテーブルと、前記対象画像をビューポイントから見た
ときの前記各ポリゴンの位置及び向きと前記オブジェク
トテーブルに応じて各ポリゴンによって発生すべき音を
制御する音源処理手段とを具備してなることを特徴とす
る。 【０００７】 【作用】オブジェクトが同一位置に存在していても、音
源となるポリゴンの向きが変わると音の聞こえ方も当然
変わってくる。この発明によれば、対象画像を構成する
１つ又は複数のポリゴンの各々の頂点座標及び各ポリゴ
ンから発生させるべき音の情報を保持するオブジェクト
テーブルを備え、音源処理手段が、前記オブジェクトを
ビューポイントから見たときの前記各ポリゴンの位置及
び向きと前記オブジェクトテーブルとに応じてそのポリ
ゴンから発せられるべき音を制御するようにしているの
で、ポリゴンから出る音の向きに応じた音の聞こえ方を
制御することができる。このため、より現実感の高い３
次元サウンドシステムを構築することができる。また、
この発明によれば、上位システムがオブジェクトテーブ
ルに各ポリゴン毎の音の情報を一度設定すれば、音源処
理手段が各ポリゴン毎にその位置及び向きに応じた音の
制御を実行するので、上位システムの負担も大幅に軽減
される。 【０００８】 【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る３次元Ｃ
Ｇ・サウンドシステムの構成を示すブロック図である。
上位システム１は、パーソナルコンピュータやゲーム機
器からなるもので、所定のソフトウェアに従ってゲーム
やシミュレーション等の処理を実行する。オブジェクト
テーブル２には、３次元ＣＧにおける各オブジェクトを
構成するポリゴン毎にその頂点のビュー座標系における
３次元座標値、表示色、そこから発せられる音の音色、
音質、音高、音量等の音情報が記憶されている。オブジ
ェクトテーブル２に記憶されたデータのうち、頂点座標
値については、ビューポイントの変更やオブジェクトの
移動等に伴って上位システム１により、リアルタイムで
更新されるようになっている。 【０００９】オブジェクトテーブル２のデータは、グラ
フィックス処理部３及び音源処理部４に供給されてい
る。グラフィックス処理部３は、オブジェクトテーブル
２の各ポリゴンのビュー座標系における頂点座標に基づ
いて、各スクリーン座標系での頂点座標を求めると共に
隠線・隠面消去処理を実行し、表示色に基づいてシェー
ディング、テクスチャマッピング等の３次元ＣＧ処理を
実行し、表示装置５の表示画面上に３次元画像を生成す
る。 【００１０】また、音源処理部４は、オブジェクトテー
ブル２の各ポリゴンの頂点座標に基づいて、仮想音源位
置及びポリゴンの向きを求め、求められた音源位置から
ポリゴンの向きに向かう方向に音が発せられているよう
に、音情報で指定された音を発音装置６を介して発生さ
せる。なお、この実施例では、表示装置５の表示画面上
に映し出されるポリゴンの面積に応じて音の振幅を制御
することにより、簡易的にポリゴンの向きに応じた音を
発生させるようにしている。 【００１１】次に、このシステムの動作について説明す
る。図２は、３次元空間上に存在するオブジェクトとビ
ューポイントＰとの関係を示す図である。オブジェクト
１１、１２、１３は、複数のポリゴン１４から構成され
ている。球状のオブジェクト１３もミクロ的にみると微
小な三角形の集合で表現されている。上位システム１に
は、これらオブジェクト１１，１２，１３を構成するポ
リゴン１４の絶対座標系Ｘ，Ｙ，Ｚにおける頂点座標が
記憶されている。 【００１２】いま、例えば図３に示すように、絶対座標
系の原点をＯ、各軸の単位ベクトルをＸ，Ｙ，Ｚ、ビュ
ー座標系での原点をＰ、各軸の単位ベクトルをＸｖ，Ｙ
ｖ，Ｚｖ、原点Ｐから原点Ｏへのビュー座標系における
ベクトルをＲ、両座標系の各単位ベクトル間の方向余弦
行列をＴ、ポリゴン１４の頂点Ａの絶対座標系での座標
値を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、頂点Ａのビュー座標系で
の座標値（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）は、下記数１で与えられ
る。 【００１３】 【数１】［ｘｖ ｙｖ ｚｖ］＝［ｘ ｙ ｚ］Ｔ＋
［ｒｘ ｒｙ ｒｚ］ 但しｒｘ，ｒｙ，ｒｚはスカラーで、 Ｒ＝ｒｘＸｖ＋ｒｙＹｖ＋ｒｚＺｖ 【００１４】上位システム１は、ビューポイントＰ及び
単位ベクトルＸｖ，Ｙｖ，Ｚｖ並びに各頂点の絶対座標
値（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、各ポリゴンのビュー座標
系における座標値（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）を求め、オブジ
ェクトテーブル２に登録する。これによって形成される
オブジェクトテーブル２の例を図４に示す。オブジェク
トテーブル２には、各ポリゴン毎にその頂点のビュー座
標系における３次元座標値と、ポリゴンの色と、音情報
とが記憶される。このうち、ポリゴンの３次元座標値に
ついては、ビューポイントやオブジェクトが移動する度
に上位システム１によって更新される。 【００１５】グラフィックス処理部３は、ポリゴンのビ
ュー座標系における頂点座標を、表示装置５の表示面上
のスクリーン座標系へ変換する。即ち、図５に示すよう
に、視線（Ｚｖ軸）上に立てたスクリーン２１の位置を
ｄ、スクリーン２１の幅を２ｓとすると、グラフィック
ス処理部３は、ポリゴン座標（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）に対
して下記数２のような変換処理を行って、スクリーン座
標系での座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を求める。なお、
ここでｗはスケールファクタで、ｘｓ＝ｘ／ｗ，ｙｓ＝
ｙ／ｗ，ｚｓ＝ｚ／ｗである。 【００１６】 【数２】 ［ｘ ｙ ｚ ｗ］＝［ｘｖ ｙｖ ｚｖ １］Ｍ 【００１７】変換された座標値には、視線方向（深さ方
向）の座標値ｚｓも含まれているので、グラフィックス
処理部３は、このｚｓの大小判定を行うことにより、隠
線・隠面消去処理を実行する。更に、グラフィックス処
理部３は、各ポリゴンを指定色で塗りつぶし、シェーデ
ィング、テクスチャマッピング等の各処理を施すことに
より、表示装置５上の画像を形成する。 【００１８】一方、音源処理部４では、音情報及びポリ
ゴン３次元座標に基づいて仮想音源の位置及びこの位置
から発生される音を制御する。この音源処理部４は、例
えば図６に示すように構成されている。即ち、音情報は
音源装置３１に供給され、ここで指定された音色、音
高、音種、及び音量のモノラルオーディオ信号ＳI を生
成する。また、ポリゴン３次元座標値は、音源位置情報
生成部３２とポリゴン面積算出部３３とに供給される。
音源位置情報生成部３２は、ポリゴンの頂点座標値の中
央位置を算出し、この位置を仮想音源位置とする。仮想
音源位置は、リスナの中心点（ビュー座標の原点Ｐ）か
ら仮想音源までの距離ｒと、リスナの正面からみた仮想
音源の水平方向の角度（アジマス）θと、リスナの正面
に対して角度θ方向からみた垂直方向の角度（エレベー
ション）φとにより与えられるように変換処理される。
また、ポリゴン面積算出部３３は、前述と同様の処理に
より求められたスクリーン座標、又はグラフィックス処
理部３から供給されるスクリーン座標から、ポリゴンの
面積を算出する。ポリゴンの各頂点Ａ，Ｂ，Ｃのスクリ
ーン座標値がそれぞれ（ｘａ，ｙａ，ｚａ），（ｘｂ，
ｙｂ，ｚｂ），（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）であるとすると、
ポリゴン面積算出部３３は、スクリーン上でのポリゴン
の面積Ｓを、下記数３のように算出する。 【００１９】 【数３】Ｓ＝（ｘmax −ｘmin ）（ｙmax −ｙmin ）−
｛｜ｘａ−ｘｂ｜｜ｙａ−ｙｂ｜＋｜ｘｂ−ｘｃ｜｜ｙ
ｂ−ｙｃ｜＋｜ｘｃ−ｘａ｜｜ｙｃ−ｙａ｜｝／２ 但し、ｘmax は、ｘａ，ｘｂ，ｘｃの最大値 ｘmin は、ｘａ，ｘｂ，ｘｃの最小値 ｙmax は、ｙａ，ｙｂ，ｙｃの最大値 ｙmin は、ｙａ，ｙｂ，ｙｃの最小値 【００２０】ポリゴン面積算出部３３は、算出されたポ
リゴンの面積Ｓと、ポリゴンの実際の面積Ｓ′との比Ｓ
／Ｓ′を出力する。これらのオーディオ信号ＳI 、音源
位置情報ｒ，θ，φ及びポリゴン面積Ｓ／Ｓ′は、音像
定位装置３４に供給される。 【００２１】図７は、音像定位装置３４の一例を示すブ
ロック図である。音源装置３１から出力されるモノラル
のオーディオ信号ＳI は、アンプ４１を介してノッチフ
ィルタ４２に供給される。ノッチフィルタ４２は、人間
の聴覚特性及び／又は人間の耳介（Pinna ）の形状によ
る音の影響に基づいてオーディオ信号ＳI の特定の周波
数成分を減衰させて、入力信号ＳI に上下方向感を付与
するもので、エレベーションφによって決定される周波
数成分を減衰させる。ノッチフィルタ４２の出力は、仮
想音源位置から両耳への音の伝搬時間差を付与する遅延
回路４３で遅延処理され、時間差を持つ２チャンネルの
信号に変換される。時間差は、仮想音源位置情報ｒ，
θ，φに基づき、仮想音源からリスナの両耳への距離の
差から求められる。これらの信号は、それぞれＦＩＲ
（有限インパルス応答）フィルタ４４，４５に供給され
る。ＦＩＲフィルタ４４，４５は、予め、例えばダミー
ヘッドによって、リスナの前後左右の各方向に音像が定
位した場合のインパルス応答（頭部伝達関数）を測定し
ておき、その結果をＦＩＲ係数として記憶しておいたも
ので、入力された信号から各４方向成分の信号を生成す
る。 【００２２】ＦＩＲフィルタ４４，４５の出力は、アン
プ４６，４７及び加算器４８，４９によって、指定され
た仮想音源位置から音が到来するように合成され、アン
プ５０，５１によって仮想音源の方向に基づく左右の振
幅バランスを調整される。アンプ５０，５１の出力は、
更にクロストークキャンセラ５２によって、右スピーカ
から左耳へ、また左スピーカから右耳へ到来するクロス
トーク成分を除去されたのち、アンプ５３，５４によっ
て仮想音源までの距離に基づく振幅制御が施される。な
お、このとき、アンプ５３，５４は、ポリゴン面積算出
部３３で計算されたポリゴンの基準面積に対する面積比
Ｓ／Ｓ′に応じてオーディオ信号の振幅を制限する。各
チャンネルの信号は、これらの処理を経てオーディオ出
力信号ＳOR，ＳOLとして出力される。 【００２３】このように、このシステムによれば、ポリ
ゴンのビュー座標系から見た面積によって仮想音源から
発せられる音の振幅を調整するようにしているので、ポ
リゴンが正面を向いているときに最大音量、ポリゴンの
向きが正面から外れるほど小さい音量となり、より現実
に近い３次元サウンドの制御が可能になる。また、ポリ
ゴンの頂点座標と共にそのポリゴンの音の情報がオブジ
ェクトテーブル２に登録されているので、上位システム
１は、仮想音源位置を音像処理部４に頻繁に供給する必
要がなくなり、上位システムの負担が大幅に軽減され
る。 【００２４】なお、以上の実施例では、１つのポリゴン
から発せられる音の制御について説明したが、１つのオ
ブジェクトに対して音源が複数存在しても良いことはい
うまでもない。また、オブジェクトテーブルに登録され
る音の情報として、伝達関数、音の反射率等の情報を含
めても良い。 【００２５】 【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
対象画像を構成する１つ又は複数のポリゴンの各々の頂
点座標及び各ポリゴンから発生させるべき音の情報を保
持するオブジェクトテーブルを備え、音源処理手段が、
前記オブジェクトをビューポイントから見たときの前記
各ポリゴンの位置及び向きと前記オブジェクトテーブル
とに応じてそのポリゴンから発せられる音を制御するよ
うにしているので、ポリゴンから出る音の向きに応じた
音の聞こえ方を制御することができる。このため、より
現実感の高い３次元サウンドシステムを構築することが
できる。また、この発明によれば、上位システムがオブ
ジェクトテーブルに各ポリゴン毎の音の情報を一度設定
すれば、音源処理手段が各ポリゴン毎にその位置及び向
きに応じた音の制御を実行するので、上位システムの負
担も大幅に軽減される。
ータやゲーム機等において、３次元又は２次元コンピュ
ータグラフィックス（以下、３次元ＣＧと呼ぶ）に連動
して仮想音源位置から音を発生させる３次元サウンドシ
ステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、ビデオゲーム機器やコンピュータ
シミュレーション機器等において、３次元ＣＧ技術によ
ってディスプレイ上に表示された対象画像（オブジェク
ト）を仮想音源とし、この仮想音源から音が発せられて
いるように音像を定位させる３次元サウンドシステムが
開発されている。ところで、従来の３次元ＣＧシステム
では、１つ又は複数のポリゴンで構成されたオブジェク
ト各々のデータをオブジェクト毎に３次元オブジェクト
データとして持ち、ビューポイントの変更に際しては、
上位システムが３次元オブジェクトデータを更新するだ
けの操作を行い、オブジェクトのスクリーン座標系への
変換は、専用のプロセッサが分担することにより、速や
かなビューポイントの切換を行うようにしている。オブ
ジェクトを構成するポリゴンは、一般的には三角形であ
り、シェーディングやテクスチャマッピング等に必要な
面の方向の情報を提供すると共に、その大きさが曲面の
表示の滑らかさを決定する。 【０００３】一方、上記３次元ＣＧに連動する３次元サ
ウンドシステムでは、上位システムが３次元オブジェク
トデータからオブジェクトの位置情報を算出し、その算
出した位置情報及び音種情報に基づいて、音源処理装置
が、指定された音種のモノラルオーディオ信号を生成
し、この生成されたモノラルオーディオ信号に対して、
遅延処理、フィルタリング、振幅制御等の各処理を施し
て２チャンネル又は４チャンネルのステレオサウンドを
生成することにより、仮想音源位置へ音像を定位させ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の３次元サウンドシステムでは、上位システムか
ら与えられたオブジェクトの位置情報及び音種情報から
３次元サウンドを生成するので、音の出る向きに応じた
聞こえ方を制御するといった細かな制御が不可能であ
る。また、上位システムは、オブジェクトの位置が変更
される度に音源処理部にオブジェクトの位置情報を提供
しなければならないため、上位システムの負担が大きい
という問題点もある。 【０００５】この発明は、このような問題点に鑑みなさ
れたもので、オブジェクトからの音を更に細かく制御す
ることが可能で、上位システムの負担も軽減することが
できる３次元サウンドシステムを提供することを目的と
する。 【０００６】 【課題を解決するための手段】この発明に係る３次元サ
ウンドシステムは、コンピュータ画像情報に含まれる対
象画像を仮想音源として所定位置に音源を定位させる３
次元サウンドシステムにおいて、前記対象画像を構成す
る１つ又は複数のポリゴンの各々の頂点座標及び各ポリ
ゴンから発生されるべき音の情報を保持するオブジェク
トテーブルと、前記対象画像をビューポイントから見た
ときの前記各ポリゴンの位置及び向きと前記オブジェク
トテーブルに応じて各ポリゴンによって発生すべき音を
制御する音源処理手段とを具備してなることを特徴とす
る。 【０００７】 【作用】オブジェクトが同一位置に存在していても、音
源となるポリゴンの向きが変わると音の聞こえ方も当然
変わってくる。この発明によれば、対象画像を構成する
１つ又は複数のポリゴンの各々の頂点座標及び各ポリゴ
ンから発生させるべき音の情報を保持するオブジェクト
テーブルを備え、音源処理手段が、前記オブジェクトを
ビューポイントから見たときの前記各ポリゴンの位置及
び向きと前記オブジェクトテーブルとに応じてそのポリ
ゴンから発せられるべき音を制御するようにしているの
で、ポリゴンから出る音の向きに応じた音の聞こえ方を
制御することができる。このため、より現実感の高い３
次元サウンドシステムを構築することができる。また、
この発明によれば、上位システムがオブジェクトテーブ
ルに各ポリゴン毎の音の情報を一度設定すれば、音源処
理手段が各ポリゴン毎にその位置及び向きに応じた音の
制御を実行するので、上位システムの負担も大幅に軽減
される。 【０００８】 【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る３次元Ｃ
Ｇ・サウンドシステムの構成を示すブロック図である。
上位システム１は、パーソナルコンピュータやゲーム機
器からなるもので、所定のソフトウェアに従ってゲーム
やシミュレーション等の処理を実行する。オブジェクト
テーブル２には、３次元ＣＧにおける各オブジェクトを
構成するポリゴン毎にその頂点のビュー座標系における
３次元座標値、表示色、そこから発せられる音の音色、
音質、音高、音量等の音情報が記憶されている。オブジ
ェクトテーブル２に記憶されたデータのうち、頂点座標
値については、ビューポイントの変更やオブジェクトの
移動等に伴って上位システム１により、リアルタイムで
更新されるようになっている。 【０００９】オブジェクトテーブル２のデータは、グラ
フィックス処理部３及び音源処理部４に供給されてい
る。グラフィックス処理部３は、オブジェクトテーブル
２の各ポリゴンのビュー座標系における頂点座標に基づ
いて、各スクリーン座標系での頂点座標を求めると共に
隠線・隠面消去処理を実行し、表示色に基づいてシェー
ディング、テクスチャマッピング等の３次元ＣＧ処理を
実行し、表示装置５の表示画面上に３次元画像を生成す
る。 【００１０】また、音源処理部４は、オブジェクトテー
ブル２の各ポリゴンの頂点座標に基づいて、仮想音源位
置及びポリゴンの向きを求め、求められた音源位置から
ポリゴンの向きに向かう方向に音が発せられているよう
に、音情報で指定された音を発音装置６を介して発生さ
せる。なお、この実施例では、表示装置５の表示画面上
に映し出されるポリゴンの面積に応じて音の振幅を制御
することにより、簡易的にポリゴンの向きに応じた音を
発生させるようにしている。 【００１１】次に、このシステムの動作について説明す
る。図２は、３次元空間上に存在するオブジェクトとビ
ューポイントＰとの関係を示す図である。オブジェクト
１１、１２、１３は、複数のポリゴン１４から構成され
ている。球状のオブジェクト１３もミクロ的にみると微
小な三角形の集合で表現されている。上位システム１に
は、これらオブジェクト１１，１２，１３を構成するポ
リゴン１４の絶対座標系Ｘ，Ｙ，Ｚにおける頂点座標が
記憶されている。 【００１２】いま、例えば図３に示すように、絶対座標
系の原点をＯ、各軸の単位ベクトルをＸ，Ｙ，Ｚ、ビュ
ー座標系での原点をＰ、各軸の単位ベクトルをＸｖ，Ｙ
ｖ，Ｚｖ、原点Ｐから原点Ｏへのビュー座標系における
ベクトルをＲ、両座標系の各単位ベクトル間の方向余弦
行列をＴ、ポリゴン１４の頂点Ａの絶対座標系での座標
値を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、頂点Ａのビュー座標系で
の座標値（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）は、下記数１で与えられ
る。 【００１３】 【数１】［ｘｖ ｙｖ ｚｖ］＝［ｘ ｙ ｚ］Ｔ＋
［ｒｘ ｒｙ ｒｚ］ 但しｒｘ，ｒｙ，ｒｚはスカラーで、 Ｒ＝ｒｘＸｖ＋ｒｙＹｖ＋ｒｚＺｖ 【００１４】上位システム１は、ビューポイントＰ及び
単位ベクトルＸｖ，Ｙｖ，Ｚｖ並びに各頂点の絶対座標
値（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、各ポリゴンのビュー座標
系における座標値（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）を求め、オブジ
ェクトテーブル２に登録する。これによって形成される
オブジェクトテーブル２の例を図４に示す。オブジェク
トテーブル２には、各ポリゴン毎にその頂点のビュー座
標系における３次元座標値と、ポリゴンの色と、音情報
とが記憶される。このうち、ポリゴンの３次元座標値に
ついては、ビューポイントやオブジェクトが移動する度
に上位システム１によって更新される。 【００１５】グラフィックス処理部３は、ポリゴンのビ
ュー座標系における頂点座標を、表示装置５の表示面上
のスクリーン座標系へ変換する。即ち、図５に示すよう
に、視線（Ｚｖ軸）上に立てたスクリーン２１の位置を
ｄ、スクリーン２１の幅を２ｓとすると、グラフィック
ス処理部３は、ポリゴン座標（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）に対
して下記数２のような変換処理を行って、スクリーン座
標系での座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を求める。なお、
ここでｗはスケールファクタで、ｘｓ＝ｘ／ｗ，ｙｓ＝
ｙ／ｗ，ｚｓ＝ｚ／ｗである。 【００１６】 【数２】 ［ｘ ｙ ｚ ｗ］＝［ｘｖ ｙｖ ｚｖ １］Ｍ 【００１７】変換された座標値には、視線方向（深さ方
向）の座標値ｚｓも含まれているので、グラフィックス
処理部３は、このｚｓの大小判定を行うことにより、隠
線・隠面消去処理を実行する。更に、グラフィックス処
理部３は、各ポリゴンを指定色で塗りつぶし、シェーデ
ィング、テクスチャマッピング等の各処理を施すことに
より、表示装置５上の画像を形成する。 【００１８】一方、音源処理部４では、音情報及びポリ
ゴン３次元座標に基づいて仮想音源の位置及びこの位置
から発生される音を制御する。この音源処理部４は、例
えば図６に示すように構成されている。即ち、音情報は
音源装置３１に供給され、ここで指定された音色、音
高、音種、及び音量のモノラルオーディオ信号ＳI を生
成する。また、ポリゴン３次元座標値は、音源位置情報
生成部３２とポリゴン面積算出部３３とに供給される。
音源位置情報生成部３２は、ポリゴンの頂点座標値の中
央位置を算出し、この位置を仮想音源位置とする。仮想
音源位置は、リスナの中心点（ビュー座標の原点Ｐ）か
ら仮想音源までの距離ｒと、リスナの正面からみた仮想
音源の水平方向の角度（アジマス）θと、リスナの正面
に対して角度θ方向からみた垂直方向の角度（エレベー
ション）φとにより与えられるように変換処理される。
また、ポリゴン面積算出部３３は、前述と同様の処理に
より求められたスクリーン座標、又はグラフィックス処
理部３から供給されるスクリーン座標から、ポリゴンの
面積を算出する。ポリゴンの各頂点Ａ，Ｂ，Ｃのスクリ
ーン座標値がそれぞれ（ｘａ，ｙａ，ｚａ），（ｘｂ，
ｙｂ，ｚｂ），（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）であるとすると、
ポリゴン面積算出部３３は、スクリーン上でのポリゴン
の面積Ｓを、下記数３のように算出する。 【００１９】 【数３】Ｓ＝（ｘmax −ｘmin ）（ｙmax −ｙmin ）−
｛｜ｘａ−ｘｂ｜｜ｙａ−ｙｂ｜＋｜ｘｂ−ｘｃ｜｜ｙ
ｂ−ｙｃ｜＋｜ｘｃ−ｘａ｜｜ｙｃ−ｙａ｜｝／２ 但し、ｘmax は、ｘａ，ｘｂ，ｘｃの最大値 ｘmin は、ｘａ，ｘｂ，ｘｃの最小値 ｙmax は、ｙａ，ｙｂ，ｙｃの最大値 ｙmin は、ｙａ，ｙｂ，ｙｃの最小値 【００２０】ポリゴン面積算出部３３は、算出されたポ
リゴンの面積Ｓと、ポリゴンの実際の面積Ｓ′との比Ｓ
／Ｓ′を出力する。これらのオーディオ信号ＳI 、音源
位置情報ｒ，θ，φ及びポリゴン面積Ｓ／Ｓ′は、音像
定位装置３４に供給される。 【００２１】図７は、音像定位装置３４の一例を示すブ
ロック図である。音源装置３１から出力されるモノラル
のオーディオ信号ＳI は、アンプ４１を介してノッチフ
ィルタ４２に供給される。ノッチフィルタ４２は、人間
の聴覚特性及び／又は人間の耳介（Pinna ）の形状によ
る音の影響に基づいてオーディオ信号ＳI の特定の周波
数成分を減衰させて、入力信号ＳI に上下方向感を付与
するもので、エレベーションφによって決定される周波
数成分を減衰させる。ノッチフィルタ４２の出力は、仮
想音源位置から両耳への音の伝搬時間差を付与する遅延
回路４３で遅延処理され、時間差を持つ２チャンネルの
信号に変換される。時間差は、仮想音源位置情報ｒ，
θ，φに基づき、仮想音源からリスナの両耳への距離の
差から求められる。これらの信号は、それぞれＦＩＲ
（有限インパルス応答）フィルタ４４，４５に供給され
る。ＦＩＲフィルタ４４，４５は、予め、例えばダミー
ヘッドによって、リスナの前後左右の各方向に音像が定
位した場合のインパルス応答（頭部伝達関数）を測定し
ておき、その結果をＦＩＲ係数として記憶しておいたも
ので、入力された信号から各４方向成分の信号を生成す
る。 【００２２】ＦＩＲフィルタ４４，４５の出力は、アン
プ４６，４７及び加算器４８，４９によって、指定され
た仮想音源位置から音が到来するように合成され、アン
プ５０，５１によって仮想音源の方向に基づく左右の振
幅バランスを調整される。アンプ５０，５１の出力は、
更にクロストークキャンセラ５２によって、右スピーカ
から左耳へ、また左スピーカから右耳へ到来するクロス
トーク成分を除去されたのち、アンプ５３，５４によっ
て仮想音源までの距離に基づく振幅制御が施される。な
お、このとき、アンプ５３，５４は、ポリゴン面積算出
部３３で計算されたポリゴンの基準面積に対する面積比
Ｓ／Ｓ′に応じてオーディオ信号の振幅を制限する。各
チャンネルの信号は、これらの処理を経てオーディオ出
力信号ＳOR，ＳOLとして出力される。 【００２３】このように、このシステムによれば、ポリ
ゴンのビュー座標系から見た面積によって仮想音源から
発せられる音の振幅を調整するようにしているので、ポ
リゴンが正面を向いているときに最大音量、ポリゴンの
向きが正面から外れるほど小さい音量となり、より現実
に近い３次元サウンドの制御が可能になる。また、ポリ
ゴンの頂点座標と共にそのポリゴンの音の情報がオブジ
ェクトテーブル２に登録されているので、上位システム
１は、仮想音源位置を音像処理部４に頻繁に供給する必
要がなくなり、上位システムの負担が大幅に軽減され
る。 【００２４】なお、以上の実施例では、１つのポリゴン
から発せられる音の制御について説明したが、１つのオ
ブジェクトに対して音源が複数存在しても良いことはい
うまでもない。また、オブジェクトテーブルに登録され
る音の情報として、伝達関数、音の反射率等の情報を含
めても良い。 【００２５】 【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
対象画像を構成する１つ又は複数のポリゴンの各々の頂
点座標及び各ポリゴンから発生させるべき音の情報を保
持するオブジェクトテーブルを備え、音源処理手段が、
前記オブジェクトをビューポイントから見たときの前記
各ポリゴンの位置及び向きと前記オブジェクトテーブル
とに応じてそのポリゴンから発せられる音を制御するよ
うにしているので、ポリゴンから出る音の向きに応じた
音の聞こえ方を制御することができる。このため、より
現実感の高い３次元サウンドシステムを構築することが
できる。また、この発明によれば、上位システムがオブ
ジェクトテーブルに各ポリゴン毎の音の情報を一度設定
すれば、音源処理手段が各ポリゴン毎にその位置及び向
きに応じた音の制御を実行するので、上位システムの負
担も大幅に軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係る３次元ＣＧ・サウ
ンドシステムの構成を示すブロック図である。 【図２】 ３次元空間上の各オブジェクトとビュー座標
との関係を示す図である。 【図３】 ポリゴン座標の絶対座標系からビュー座標系
への変換方法を説明するための図である。 【図４】 オブジェクトテーブルの一例を示す図であ
る。 【図５】 ポリゴン座標のビュー座標系からスクリーン
座標系への変換方法を説明するための図である。 【図６】 同システムにおける音源処理部の具体的構成
例を示すブロック図である。 【図７】 同音源処理部における音像定位装置の具体的
構成例を示すブロック図である。 【符号の説明】 １…上位システム、２…オブジェクトテーブル、３…グ
ラフィック処理部、４…音源処理部、５…表示装置、６
…発音装置。
ンドシステムの構成を示すブロック図である。 【図２】 ３次元空間上の各オブジェクトとビュー座標
との関係を示す図である。 【図３】 ポリゴン座標の絶対座標系からビュー座標系
への変換方法を説明するための図である。 【図４】 オブジェクトテーブルの一例を示す図であ
る。 【図５】 ポリゴン座標のビュー座標系からスクリーン
座標系への変換方法を説明するための図である。 【図６】 同システムにおける音源処理部の具体的構成
例を示すブロック図である。 【図７】 同音源処理部における音像定位装置の具体的
構成例を示すブロック図である。 【符号の説明】 １…上位システム、２…オブジェクトテーブル、３…グ
ラフィック処理部、４…音源処理部、５…表示装置、６
…発音装置。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ１０Ｋ 15/00 Ｇ１０Ｋ 15/00 Ｍ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04S 7/00
A63F 13/00
G06T 15/70
G09F 27/00
G09G 5/00 510
G10K 15/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 コンピュータ画像情報に含まれる対象画
像を仮想音源として所定位置に音源を定位させる３次元
サウンドシステムにおいて、 前記対象画像を構成する１つ又は複数のポリゴンの各々
の頂点座標及び各ポリゴンから発生させるべき音の情報
を保持するオブジェクトテーブルと、 前記対象画像をビューポイントから見たときの前記各ポ
リゴンの位置及び向きと前記オブジェクトテーブルに応
じて各ポリゴンによって発生すべき音を制御する音源処
理手段とを具備してなることを特徴とする３次元サウン
ドシステム。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP30985494A JP3528284B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ３次元サウンドシステム |
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