JP3577065B2 - コントローラ、コントローラの姿勢遠隔測定装置及びビデオゲーム装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象面を撮像範囲とする撮像手段の撮像画像内に幾何学的な点状光像を提供し、遠隔的な位置検出を可能にするためのコントローラ、コントローラの姿勢遠隔測定装置及びビデオゲーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレーヤ前方のスクリーン上に映像を表示し、表示されている対象物への射撃をプレーヤに模擬銃のコントローラを用いて擬似体験させる射的ビデオゲーム装置が知られている。
【０００３】
このようなゲーム装置として、模擬銃の銃口近傍に設けられたＣＣＤカメラにより、スクリーンの所定位置に設置される複数の赤外線発光ＬＥＤを撮像し、ＣＣＤ画像中の複数の赤外線発光ＬＥＤの光像の位置関係から、スクリーンに対する銃口の向きを検出するように構成されたものがある。
【０００４】
一方、模擬銃の銃口にスポット光を出射するレーザ発光器を設け、照射されたスポット光を含むゲーム画面をＣＣＤカメラで所定の位置から撮像し、この撮像画像中のスポット光像から射撃位置を検出するようにしたものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
模擬銃の銃口にＣＣＤカメラを備える前者のビデオゲーム装置においては、例えば撮像素子の高い撮像精度や取付精度、あるいは高度な銃口向き解析技術等が要求され、延いては、ゲーム装置が高コスト化する。
【０００６】
また、模擬銃の銃口にスポット光を出射するレーザ発光器を備える後者のビデオゲーム装置においては、上記のような撮像素子の撮像精度、取付精度及び光像解析技術等については、前者のビデオゲーム装置ほど高度なものは要求されないとしても、ＣＣＤ画像中のスポット光像からは射撃位置しか検出することができないため、模擬銃の位置情報を取得することができないといった限界がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、模擬銃自身の位置情報等の取得を可能とするコントローラ、コントローラの姿勢遠隔測定装置及びビデオゲーム装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係るコントローラは、対象面に対して任意の方向に向けられ、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段の撮像画像内に複数の点状光像を提供するコントローラであって、当該コントローラの位置を遠隔的に検出するための前記複数の点状光像を生成する複数の点状光源を備え、前記点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状とされた発光部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、対象面に向けてコントローラを操作する等により、撮像手段で撮像画像が生成される。撮像画像中には複数の点状光像が含まれており、コントローラにより指向された対象面上の位置、すなわちビーム光と対象面との交点を検出することが可能となる。
【００１０】
また、コントローラは、複数の点状光源を備え、点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状とされた発光部を有するから、撮像画像中の各点状光源による輝点間の距離や、各距離の比等からコントローラの位置等を逆算的に算定することが可能となる。さらには、コントローラの回転角度も算定することが可能である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のコントローラにおいて、前記発光器は、第１の平面上で互いに拡散する方向にビーム光を出射する第１〜第３の発光器と、前記第１〜第３の発光器のうち端部側のビーム光を出射する第１の発光器のそのビーム光の光路を含む、前記第１の平面と交差する第２の平面上で、前記第１の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第４の発光器とを備えることを特徴とするものである。この発明によれば、最少のビーム光で、複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態を生成することができる。また、それ以上の点状光源を付加的に採用することにより精度向上などを図ることが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のコントローラにおいて、前記第１の発光器及び第１〜第３の発光器のうち中央側のビーム光を出射する第２の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度と、前記第２の発光器及び第３の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度とが等しく、かつ各光路が出射方向とは逆方向への延長線上で１点に集結することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のコントローラにおいて、前記第１の発光器及び第４の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度が、前記第１の発光器及び第２の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度に等しく、且つ第４の発光器からのビーム光の光路の出射方向とは逆方向への延長線が前記１点を通過することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記第１の平面と第２の平面とが直交していることを特徴とするものである。この発明によれば、各発光器による輝点が例えばＬ字状に配列することとなる。したがって、このような複数の輝点が構成する配列態様の情報を予め取得しておけば、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索が容易となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記第２の発光器からのビーム光の出射方向は、当該コントローラの向きと一致することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記第１〜第３発光器のうちいずれか一の発光器から出射されるビーム光の光路を含む、前記第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることを特徴とするものである。この発明によれば、前記第１〜第４発光器に加えて、第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることで、コントローラの位置等をより正確に算出することが可能となる。（なお、第３の平面は、第２の平面と異なる平面であってもよいし、同一の平面であってもよい。）。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のコントローラにおいて、前記一の発光器及び第５の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度が、前記第１の発光器及び第４の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度に等しく、且つ第５の発光器からのビーム光の光路の出射方向とは逆方向への延長線が前記１点を通過することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等をより正確に算出するために第５の発光器をさらに備えた場合でも、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載のコントローラにおいて、前記第３の平面は、前記第１の平面と直交していることを特徴とする。この発明によれば、請求項５に記載の発明と同様に、複数の輝点が構成する配列態様の情報を予め取得しておけば、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索が容易となる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項２ないし９のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記発光器は、レーザ光を出射するものであることを特徴とする。この発明によれば、自然光の影響を受け難いという利点があり、自然光に含まれる波長光を採用する場合に比して、操作環境を暗室状とするなどの付加物が不要にできる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のコントローラと、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段と、撮像画像中の前記コントローラの第１〜第４の発光器による光像を識別する識別手段と、識別された前記光像についての情報から前記コントローラの前記対象面に対する位置を算定する算定手段とを備えたことを特徴とするコントローラの姿勢遠隔測定装置である。この構成によれば、識別された光像についての情報からコントローラの位置を算定することが可能となる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項７ないし１０のいずれかに記載のコントローラと、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段と、撮像画像中の前記コントローラの第１〜第５の発光器による光像を識別する識別手段と、識別された前記光像についての情報から前記コントローラの前記対象面に対する位置を算定する算定手段とを備えたことを特徴とするコントローラの姿勢遠隔測定装置である。この構成によれば、請求項１１に記載の発明の同様に、識別された光像についての情報からコントローラの位置を算定することが可能となる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置において、前記対象面は、画像が表示される画面であることを特徴とするものである。この構成によれば、画像中の所望する位置を指向することが可能となる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置において、前記画面は、プロジェクタから投射される画像が表示されるスクリーンであることを特徴とするものである。この構成によれば、スクリーン上の所望の位置の指定が可能となる。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１１ないし１４のいずれかに記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置と、射的対象画像が含まれるゲーム画像を生成するゲーム制御手段と、生成されたゲーム画像を対象面に表示する画像表示手段とを備え、前記ゲーム制御手段は、前記コントローラによる指向位置と射的対象画像の画面内での表示位置との一致の有無を判定し、判定結果に従ってゲーム進行を制御するものであることを特徴とするビデオゲーム装置である。この構成によれば、ゲーム画面に登場する射的対象画像に対する射的操作を受けて、その射的が射的対象画像に当たったか否かが判定され、それに従って以降のゲーム進行が制御される。例えば射撃ゲームを模したゲームではコントローラとして銃の形状をしたものが採用される。種々のコントローラに採用できることから、種々のゲームへの適用性が高い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である射撃ビデオゲーム機について説明する。
【００２６】
図１は、射撃ビデオゲーム機１の全体斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、本ゲーム機１では、スクリーン保持台１１０により保持されたスクリーン１１１上に、プロジェクタ３０（図４参照）から投射画像１１２が投射される。投射画像１１２は、恐竜などのような射撃対象物を含むものであり、プレイエリア１２０上に立つ１Ｐプレーヤは、ガンユニット１０を操作し（また２Ｐプレーヤは、ガンユニット２０を操作し）射撃対象物を仮想的に射撃し、射撃位置、射撃タイミングなどの射撃の巧拙に応じ得点が加算されていく。ガンユニット１０，２０は、ガンケーブル１６，２６を介して本体制御部１００（図４参照）に接続されている。
【００２８】
本ゲーム機１には、プロジェクタ３０から投射画像が投射され得るスクリーン１１１の投射領域全体を撮像するＣＣＤカメラ４０（図４参照）が備えられており、ＣＣＤ画像中の、ガンユニット１０，２０の発光部１７，２７（図２参照）からの出射光のスクリーン上１１１上での光像が検出される。検出された光像からプレーヤにより銃口１５，２５（図２参照）がスクリーン１１１上のどの方向に向けられているかが、その交点として検知されるとともに、上記光像の配置や回転角度等の情報が得られて、銃口１５，２５の向き及びガンユニット１０，２０の位置が特定されるようになっている。
【００２９】
基台１３０の前面に取り付けられた４つのプレーヤ感知センサ５０〜５３は、１人プレイ時の１Ｐプレーヤの（また２人プレイ時の１Ｐプレーヤおよび２Ｐプレーヤの）左右への移動を検出するためのものである。側板１１３は、スクリーン１１１に対する銃口の向きや銃の位置の検出（後述）、スクリーン１１１上での表示に際しての外乱等を防止するために設けられているものである。
【００３０】
また、本ゲーム機１では、リアルさ、迫力感を醸し出すための音楽などが再生され、ゲーム進行に際し中高音域の音声を出力するための上スピーカ６０、左スピーカ６１および右スピーカ６２と、低音域の音声を出力するためのウーファースピーカ６３とが設けられている。
【００３１】
コイン投入口７０は、所定金額のコインの投入を行うものである。投入額により１Ｐプレーヤのみの１人プレー、１Ｐプレーヤ及び２Ｐプレーヤによる２人プレーが選択可能となっている。
【００３２】
続いて、銃口１５，２５の向きの検出のための構成について説明する。図２は、プレーヤからの入力操作を受け付けるコントローラの一例としてガンユニット１０（ガンユニット２０についても同様）の構成を示す図である。以下、ガンユニット１０を例に説明する。
【００３３】
図２に示すように、ガンユニット１０は、ポンプアクション銃を模したものであり、プレーヤが矢印Ａ1の方向に発光トリガー１３を引くことによりオンされるマイクロスイッチであるトリガースイッチ１１と、プレーヤが矢印Ａ2の方向にスライド部１４をスライドさせることによりオンされるマイクロスイッチであるポンプトリガースイッチ１２とを有する。トリガースイッチ１１、ポンプトリガースイッチ１２からの信号は、ガンケーブル１６を介して本体制御部１００（図４参照）へと伝送され、トリガースイッチ１１がオンされることにより仮想的な射撃が指示され、また、ポンプトリガースイッチ１２がオンされることによりガンユニット１０への仮想的な所定個数の銃弾の装填が指示される。
【００３４】
また、ガンユニット１０は、スクリーン１１１に対する銃口１５の向き（視線ベクトル）及びガンユニット１０の位置を検出するための発光部１７とを有しており、発光部１７は、本体制御部１００により点灯／非点灯の制御が行われる。
【００３５】
図３は、発光部１７の形態を示したもので、（ａ）は、図２の矢印Ａ3の方向から見た図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線から見た部分断面図、（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線から見た部分断面図、（ｄ）は、発光部１７の光線の位置関係等を説明するための図である。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、発光部１７は、レーザ光を出射する４個の発光器１７ａ〜１７ｄからなる。レーザ発光器１７ａ〜１７ｄを用いているのは、外光による誤検知を防止するとともに、スクリーン１１１により確実に反射してＣＣＤカメラ４１で輝点を確実にとらえることができるからである。
【００３７】
レーザ発光器１７ａ〜１７ｄは、Ｌ字状に互いに等間隔を有して取り付けられており、出射する各レーザ光の間隔が進行にしたがって広がって放射状となるように構成されている。
【００３８】
すなわち、レーザ発光器１７ｂは、ガンユニット１０の銃口の向きと一致する方向に光線を出射する（以下、この光線を基準光線Ｌｂという）。また、図３（ｂ），（ｄ）に示すように、レーザ発光器１７ａ，１７ｃは、基準光線Ｌｂを含む１平面（第１の平面Ｓ１）上において、基準光線Ｌｂに対し互いに反対の方向で、且つ基準光線Ｌｂに対しそれぞれ角度αをなす方向に光線Ｌａ，Ｌｃを出射する。これにより、図１３（ａ）に示すように、ある平面Ｐに対してガンユニット１０の銃口の向きが垂直に向けられたとき、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃから出射されたレーザ光の上記平面Ｐ上の輝点が所定の間隔Ｒ（このときのコントローラ１０の姿勢を基準姿勢という）で直線（主軸）上に配列する。
【００３９】
また、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、レーザ発光器１７ｄは、上記第１の平面Ｓ１に対して光線Ｌａを交線として交差する平面（第２の平面Ｓ２）上において、光線Ｌａに対し角度αをなす方向に光線Ｌｄを出射する。これにより、レーザ発光器１７ｄから出射されたレーザ光の上記平面Ｐ上の輝点は、レーザ発光器１７ａから出射されたレーザ光の平面Ｐ上の輝点から前記所定の間隔Ｒと同一間隔で、かつ前記主軸に対して直交する直線（副軸）上に配列する。この場合、レーザ発光器１７ａが第１の発光器に、レーザ発光器１７ｄが第４の発光器にそれぞれ相当する。
【００４０】
レーザ発光器１７ａ〜１７ｄの各光線Ｌａ〜Ｌｄは、射出端側を延長すると、一点（点Ｑ）で交差するようになっている。
【００４１】
レーザ発光器１７ａ〜１７ｄからのレーザ光のスクリーン上での輝点の配列がＬ字状をなすことから、以下、この配列の態様をいうときは、「Ｌフレーム」という。角度αの情報及びレーザ発光器１７ａ〜１７ｄの位置情報は、各発光器毎に規定されて格納されている。保護フィルタ１７ｅは、レーザ発光器１７ａ〜１７ｄへの埃の付着や外部の部材との接触等を防止するためのものである。
【００４２】
以上のような構成の本ゲーム機１の制御について図４〜図１３を用いて説明する。図４は、本ゲーム機１の制御部のハードウェア構成を示すブロック図であり、図５は、ゲーム制御部（ＣＰＵ）１０３にて実行される射撃ビデオゲーム処理（射撃ビデオゲームプログラム）の手順を示すフローチャートである。
【００４３】
図４に示すように、基台１３０（図１）内に設置される本体制御部１００（のゲーム制御部１０３）には、先述のようなトリガースイッチ１１、２１、ポンプトリガースイッチ１２、２２、発光部１７，２７、ＣＣＤカメラ４０、プレーヤ感知センサ５０〜５３、プロジェクタ３０およびスピーカ６０〜６３、コイン投入口７０からのコインの投入を検知するコインスイッチ７１が接続されている。
【００４４】
本体制御部１００には、後述する射撃ビデオゲーム処理のためのプログラム、画像データ、音声データなどを格納するＲＯＭ１０５と、ＲＯＭ１０５から読み出されるプログラムおよびプログラムにて使用されるデータ等を一時的に格納するＲＡＭ１０６と、ＲＡＭ１０６上にロードされたプログラムに基づきゲームの全体的な進行を制御するゲーム制御部１０３と、ゲーム空間内にて３Ｄ形状を有する物体の座標に合わせてポリゴン描画、テクスチャマッピング等の画像特有の処理を行いつつプロジェクタ３０の投射画像に対応する画像データをフレームバッファ１０２に書き込む描画制御部（画像描画プロセッサ）１０１と、ＡＤＰＣＭ音源を備え音声データから音声を再生する音声制御部（音声制御プロセッサ）１０４とが含まれる。
【００４５】
ゲーム制御部１０３にて実行される射撃ビデオゲーム処理では、図５に示すように、コインスイッチ７１によりコインの投入が検知されなければ（ＳＴ２にてＮＯ）、デモ用の画像データが読み出されデモ画面表示が行われている（ＳＴ１）。
【００４６】
コイン投入口７０からコインが投入されると（ＳＴ２にてＹＥＳ）、スタート画面が表示され（ＳＴ３）、ステージにより異なる、画像データ、音声データ、および敵キャラクタ（上記の恐竜、また、他の射撃対象物）の攻撃、移動、プレーヤの移動などを特徴付ける他のゲームデータが読み込まれた（ＳＴ４）後、ゲーム開始処理が実行されて（ＳＴ５）、ゲームがスタートされる。以下、ガンユニット１０が使用される場合を例にして説明する。
【００４７】
本ゲーム機１では、従来の格闘ゲーム機と同様、ゲームの制限時間、および、敵キャラクタからの攻撃に応じて減少される仮想的なプレーヤのライフが設定されており、ゲーム進行中に時間切れとなるか（ＳＴ６にてＹＥＳ）、ライフがなくなれば（ＳＴ７にてＮＯ）、ゲームが終了して、ゲームオーバーを告げる画面が表示される（ＳＴ１３）。時間切れでなく（ＳＴ６にてＮＯ）、かつ、ライフが残っていれば（ＳＴ７にてＹＥＳ）、ゲーム処理本体（ＳＴ８、後に図７等にて詳細を示す）にてゲームの進行が続けられる。
【００４８】
そして、１ステージがクリアされると（ＳＴ９にてＹＥＳ）、クリアされたステージが最終ステージでないときには（ＳＴ１０にてＮＯ）、新たなステージに対し、ＳＴ４からの処理が繰り返される。
【００４９】
クリアされたステージが最終ステージであるときには（ＳＴ１０にてＹＥＳ）、続いて発光部１７が消灯され（ＳＴ１１）、エンディング画面、ゲームオーバー画面が表示されて（ＳＴ１２、ＳＴ１３）、ＳＴ１へと処理が戻される。
【００５０】
図６は、図５のＳＴ８のゲーム処理本体での処理を行うゲーム処理部４００（射撃ビデオゲームプログラムの一部）の主要部の構成を示すブロック図であり、図７は、ＳＴ８のゲーム処理本体での処理の詳細な手順を示すフローチャートである。図８，図９は、プレーヤ感知センサ５０〜５３によるプレイエリア１２０上のプレーヤ２００の位置の検知（１Ｐプレーヤのみの１人プレイ時）を説明するための図である。
【００５１】
図６に示すように、ゲーム処理部４００は、プレーヤ（仮想視点、また、ゲーム空間内の仮想プレーヤ）に関する処理を行う処理部として、ＣＣＤカメラ４０に捕えられる画像に基づき、視線ベクトル及びガンユニット１０の位置を検出するための位置検出部４０１と、ポンプトリガースイッチ１２、トリガースイッチ１１がオンされたこと、および、プレーヤ感知センサ５０〜５３の検知状態を入力するＩ／Ｏ入力部４０２と、ポンプトリガースイッチ１２がオンされたとき、仮想的な所定個数の銃弾の装填を処理する銃弾装填処理部４０３と、トリガースイッチ１１のオンに応じてゲーム空間内で仮想視点から銃口１５の向きに応じた方向に銃弾を移動させるように座標を設定する銃弾位置算出部４０４と、ゲーム空間内にて仮想的な視点を（あらかじめ指定された移動幅にて）通常移動させるように、また、プレーヤ感知センサ５０〜５３がプレイエリア１２０上でのプレーヤの移動を検知した際、上記仮想視点が恐竜から遠ざかるように回避移動させるように、仮想視点の座標を設定する視点位置移動部４０５と、敵からプレーヤへの仮想的な攻撃がヒットしたか否かを判定する当たり判定部４０６とを含んでいる。
【００５２】
さらに、ゲーム処理部４００は、敵キャラクタに関する処理を行う処理部として、敵キャラクタがプレーヤに十分近付いてきたとき（乱数等を用い）プレーヤへの攻撃を発生させる敵攻撃設定部４０７と、ゲーム空間内でプレーヤを追いかけるように敵キャラクタの座標を設定して敵キャラクタを移動させる敵移動処理部４０８と、プレーヤから敵への仮想的な攻撃がヒットしたか否かを判定する敵当たり判定部４０９とを含んでおり、加えて、ゲーム空間でのこれらプレーヤ、敵キャラクタの座標の設定に基づき描画を行うように描画制御部１０１に指示するデータを設定する画像処理部４１０と、ゲーム進行に応じた音声（音楽を含む）を選択的に再生するように音声制御部１０４に指示するデータを設定する音声処理部４１１とを含んでいる。
【００５３】
これらの各処理部を含むゲーム処理部４００にて実行されるゲーム処理本体では、ガンユニット１０で説明すると、図７に示すように、まず、位置検出処理が位置検出部４０１にて行われ（ＳＴ８１、後に図１０等を用いて詳細を説明する）、ポンプトリガースイッチ１２、トリガースイッチ１１、プレーヤ感知センサ５０〜５３の検出信号がＩ／Ｏ入力部４０２にて取得される（ＳＴ８２）。
【００５４】
ポンプトリガースイッチ１２がオンしていれば（ＳＴ８３にてＹＥＳ）、銃弾装填処理部４０３にて仮想的に銃弾が装填され（ＳＴ８４）、トリガースイッチ１１がオンしていれば（ＳＴ８５にてＹＥＳ）、位置検出部４０１にて検出されたスクリーン１１１に対する銃口１５の向き及びガンユニット１０の位置に応じて、ゲーム空間内での銃弾の弾道を示す座標が銃弾位置算出部４０４にて計算される（ＳＴ８６）。
【００５５】
プレーヤ感知センサ５０〜５３の検出信号が、プレイエリア１２０上のプレーヤ２００の移動を示す所定パターンとなっていれば（ＳＴ８７にてＹＥＳ）、視点位置移動部４０５により、仮想視点の回避移動が設定され（ＳＴ８８）、プレーヤ感知センサ５０〜５３の検出信号が所定パターンとなっていなければ（ＳＴ８７にてＮＯ）、仮想視点の通常移動が設定される（ＳＴ８９）。
【００５６】
プレーヤ感知センサ５０〜５３は、超音波、赤外線などを用いて障害物までの距離を検出し、障害物までが所定の距離（プレイエリア１２０上のプレーヤ２００に対応する距離）以下であるときに信号をオンにする測距センサ（正確な距離の測定は必須ではない）である。プレーヤの左側への移動は、図８，図９に示すように、プレーヤが、通常時の左内側プレーヤ感知センサ５１前方の基準位置から、左外側プレーヤ感知センサ５０の前方へと移動したことが検知されたとき（左内側プレーヤ感知センサ５１の出力ＬinがＯＦＦ，左外側プレーヤ感知センサ５０の出力ＬoutがＯＮとなったとき）、プレーヤが恐竜の左側への回り込みを指示したものとして、ゲーム空間内にて仮想視点の座標が設定される。
【００５７】
なお、合わせて２個のプレーヤ感知センサを用いて左側への移動を検知するものとしているため、図９に示すように、移動以外に"誰もプレイしていない状態"、"プレーヤ以外のギャラリーを誤認識しているという状態"を検知させることができ、より正確にプレーヤの移動を検知することができる。
【００５８】
さらに、プレーヤの右側への移動は、上記右側への移動の場合と同様に、図８に示すように、プレーヤが、通常時の右内側プレーヤ感知センサ５２前方の基準位置から、右外側プレーヤ感知センサ５３の前方へと移動したことが検知されたとき（右内側プレーヤ感知センサ５２の出力ＲinがＯＦＦ，右外側プレーヤ感知センサ５３の出力ＲoutがＯＮとなったとき）、プレーヤが恐竜の右側への回り込みを指示したものとして、ゲーム空間内にて仮想視点の座標が設定される。
【００５９】
図７に戻り、敵キャラクタからプレーヤへの攻撃がヒットしたものと当たり判定部４０６にて判定されると（図７のＳＴ９０にてＹＥＳ）、自己ライフが減少され、（画面上で自己ライフの値を棒状に表す）自己ライフゲージの表示が更新される（ＳＴ９１）。
【００６０】
敵キャラクタからプレーヤへの攻撃が敵攻撃設定部４０７にて発生されると（ＳＴ９２にてＹＥＳ）、口、腕、脚、尻尾などの敵キャラクタが攻撃を発生する部位からプレーヤに対する攻撃が発生されるように各部位のゲーム空間内での座標が設定され（ＳＴ９３）、敵キャラクタの移動が敵移動処理部４０８にて設定されれば（ＳＴ９４にてＹＥＳ）、ゲーム空間での敵キャラクタの座標が移動される（ＳＴ９５）。続いて、プレーヤから敵キャラクタへの攻撃がヒットしたものと敵当たり判定部４０９にて判定されると（ＳＴ９６にてＹＥＳ）、敵ライフが減少され、敵ライフゲージの表示が更新される（ＳＴ９７）。
【００６１】
ゲーム空間には１または２以上の敵キャラクタが存在することを想定することができ、対象となる敵キャラクタが更新されつつ、すべての敵キャラクタに関しＳＴ９２〜ＳＴ９７の処理が繰り返される（ＳＴ９８にてＮＯ）。すべての敵キャラクタに対してのＳＴ９２〜ＳＴ９７の処理が終了すると（ＳＴ９８にてＹＥＳ）、画像処理部４１０での画像表示処理（ＳＴ９９）、音声処理部４１１での音声出力処理（ＳＴ１００）が行われ、ゲーム処理本体の処理はリターンされることとなる。
【００６２】
図１０は、図７のＳＴ８１での位置検出処理を行う位置検出部４０１の主要部の構成を示すブロック図であり、図１１は、ＳＴ８１での位置検出処理の詳細な手順を示すフローチャート、図１２は、ＳＴ８１５での「Ｌフレーム」の摘出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【００６３】
図１０に示すように、位置検出部４０１には、ＣＣＤカメラ４０の撮像画像であるＣＣＤ画像（画素ごとのデータがＲＡＭ１０６上の所定の領域に格納される）の取り込みを行う撮像処理部４０１１と、撮像した画素ごとのデータを所定の閾値で２値化して輝点データとしてＲＡＭ１０６上の所定の領域に格納し、乃至は一旦格納後に２値化処理する２値化処理部４０１２と、２値化された輝点データの存在する座標データの抽出及び所定のデータ整理を行う座標データ抽出部４０１３と、抽出された輝点データのうちから順次３点の組み合わせを選定し、該３点が直線上に存在するか否か及びそれらが略等間隔か否かを判定する直線判定部４０１３と、直線（主軸）上に存在する３点に対して、その一端の輝点の近傍に輝点が存在するか否かを判定する近傍判定部４０１５と、両判定部での判定によって発光部１７の光像の特定を行う光像特定部４０１６と、スクリーン１１１との交点（着弾位置）を設定する交点設定部４０１７と、特定された発光部１７の光像に基づきガンユニット１０の向き、すなわち視線ベクトルを算定する視線ベクトル算定部４０１８と、特定された発光部１７の光像に基づきガンユニット１０の位置を算定するガンユニット位置算定部４０１９とを含む。ＣＣＤ画像中には、自然光に含まれる赤外線や室内等の場合における蛍光灯、放電灯などに含まれる赤外線によってレーザ発光器以外の輝点すなわちノイズが存することになる。そこで、直線判定部４０１４及び近傍判定部４０１５では全ての組み合わせについて判定処理を行うことでノイズを除去するようにしている。
【００６４】
ここで、発光部１７の光像に基づくガンユニット１０の位置等の算定方法の概略について説明する。
【００６５】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、スクリーン１１１の配設位置をＸＹ平面（Ｚ＝０）とする３次元座標系を設定する。ガンユニット１０をスクリーン１１１に指向してレーザ発光器１７ａ〜１７ｃから出射されたレーザ光のスクリーン１１１上における輝点Ａ'，Ｂ'，Ｃ'がＸ軸方向に一直線上に並んだものとする。なお、点Ｑは、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃのレーザ光の集結点Ｑ（図３参照）である。
【００６６】
図１４（ｂ）に示すように、レーザ発光器１７ａから出射されたレーザ光とスクリーン１１１（ＸＹ平面）に対する法線Ｒとのなす角（投射角）θ、このレーザ光のスクリーン１１１上における輝点Ａ'の位置から点Ｑまでの距離Ａ' Ｑ（投射距離Ｌ）を求める。
【００６７】
図１４（ｂ）から、
Ｌsinα＝Ａ' Ｂ'cos（θ−α） …（１）
Ｌsinα＝Ａ' Ｃ'cos（θ＋α） …（２）
が成り立つ。
【００６８】
したがって、上記式（１），（２）から
Ａ' Ｃ'／Ａ' Ｂ'＝cos（θ−α）／cos（θ＋α） …（３）
となる。また、各輝点Ａ'〜Ｃ'の位置から距離Ａ' Ｃ'及び距離Ａ' Ｂ'が算出される。このとき、Ａ' Ｃ'／Ａ' Ｂ'の値をＫとする。
【００６９】
このＫの値と式（３）とから
tanθ＝（Ｋ−１）／｛（Ｋ＋１）×tanα｝ …（４）
が算出される。これにより、投射角度θが算出される。
【００７０】
また、このtanθの値と式（１）または（２）とから、投射距離Ｌが算出される。
【００７１】
このように、視線ベクトル算出部４０１８により投射角度θに基づいて視線ベクトルが、また、ガンユニット位置算定部４０１９により視線ベクトル、輝点Ａ'の位置及び投射距離Ｌに基づいて、ガンユニット１０の位置が算出される。なお、視線ベクトル及びガンユニット１０の位置の算出方法は上記のものに限らず、他の算出方法により算出してもよい。
【００７２】
なお、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃだけでは、例えば、図１４（ａ）に示す輝点Ａ'〜Ｃ'の配置と、輝点Ｂ'と輝点Ｃ'とが入れ替わったときの配置とを区別することができないので、レーザ発光器１７ｄをさらに設けることにより、ガンユニット１０が１８０度回転された場合でも、各レーザ発光器と輝点との対応関係を正確に識別することができる。
【００７３】
ガンユニット１０が回転されたときの回転角度は、例えば主軸の傾斜角度γ（図１３（ａ）参照）によって算出することができる。
【００７４】
なお、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃの配置間隔は前述のとおり、一定ピッチに限定されないが、この場合でも、各ピッチ情報を有していれば、計算可能である。また、ゲーム制御部１０３には、視線ベクトル算定部４０１８とガンユニット位置算定部４０１９にて得られた情報を基に、スクリーン１１１上の着弾位置からゲーム空間内へ飛翔する銃弾の弾道を計算する弾道計算部を含む。
【００７５】
図１１では、先ず所定周期、例えば１／６０秒毎の垂直同期（V-sync、V-blank）等のトリガー条件によりＣＣＤカメラ４０を作動させて撮像（ＣＣＤ）データの取り込みが行われ（ＳＴ８１１）、次いで取り込んだデータが２値化処理部４０１２にて２値化され、輝点の抽出が行われる（ＳＴ８１２）。ここで、輝点として扱われる２値化データの座標を取り込み、それぞれに識別符号を付す（ラベリング）と共に、座標データが分散して存在する態様では適宜のグルーピング処理が施される（ＳＴ８１３）。そして、輝点の位置データ、グループ情報、（必要に応じて作成された）形状情報を基に、輝点の粗い特定が行われる（ＳＴ８１４）。続いて、輝点位置から「Ｌフレーム」を構成する輝点群の摘出が行われ、摘出した輝点の配置状態を基にそれぞれＡ，Ｂ、Ｃ、Ｄの符号化が施される（ＳＴ８１５）。
【００７６】
その後、輝点Ａ〜Ｄの座標及び交点（指向位置）の座標が設定され（ＳＴ８１６）、摘出した輝点の配置状態と、光線Ｌａ，Ｌｃの拡散角度αの情報等とから、視線ベクトル及びガンユニット１０の位置が計算される（ＳＴ８１７，ＳＴ８１８）。計算が終了すると、算出結果であるガンユニット１０の位置情報などがＣＰＵ１０３側に転送され、弾道の表示処理等に利用される（ＳＴ８１９）。
【００７７】
図１２は、ＳＴ８１５の詳細のサブルーチンで、先ず、存在する輝点位置をベクトルと距離とからなるグラフの作成を行う（ＳＴ８３１）。グラフ内の輝点位置データは前述のグルーピングに従って、又ある種のソートされた状態で整頓され、データ解析を容易にしている。次いでベクトルを利用して、例えば隣接する２点ずつの内積を演算して３つの輝点が直線関係にあるか否かが調べられる（ＳＴ８３２）。直線関係が存在しなければ（ＳＴ８３３でＮｏ）、全ての組み合わせについて処理が終了したか否かが判断され（ＳＴ８３４）、途中であればＳＴ８３２に戻り、全て終了であればＳＴ８２１にスキップする。一方、ＳＴ８３３で直線関係が存在すれば、続いて３点の輝点の両端に対して近傍（Ｌフレームを構成するレーザ発光器１７ｄの輝点が存在すると見なされる距離）の輝点を調べる（ＳＴ８３５）。このとき、近傍に輝点が存在しなければ（ＳＴ８３６でＮｏ）、ＳＴ８３２に戻り、存在すれば、近傍の輝点と主軸を構成する輝点の関係を調べ、どのような形状の「Ｌフレーム」かの推測が行われる（ＳＴ８３７）。続いて、各輝点の位置関係から、Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄの符号化を行って配置の確定が行われる（ＳＴ８３８）。
【００７８】
以上のようなガンユニットの位置検出処理により、ＣＣＤ画像中の発光部１７の光像の位置関係の特徴により、ガンユニット１０の銃口１５がどの位置からスクリーン１１１のどの部分に向いているか、すなわちＣＣＤ画像中心に対応するスクリーン上の位置が算出されることとなり、このスクリーン上の位置からゲーム空間内での銃口から目標物に向けて発射される銃弾の仮想的な弾道の位置が算出可能となる。
【００７９】
このように、本射撃ビデオゲーム機１は、画面上に表示されている射撃対象への射撃に対応する入力を、ガンユニット中のトリガーの操作により受け付けるものであり、ＣＣＤカメラ４０にてスクリーン全体に対応する撮像範囲のＣＣＤ画像を生成し、少なくともトリガーを引いた際に、ガンユニット１０の銃口近傍の発光部１７による光像を、生成されたＣＣＤ画像中で識別し、光像の位置や各輝点間の距離等から、ガンユニット１０の位置を算定する。
【００８０】
本ゲーム機１によると、ガンユニット１０の発光部１７を上記のように放射状にビーム光を出射する構成とし、発光部１７による光像の位置や各輝点間の距離等からガンユニット１０の位置を算定するようにしたので、ガンユニットの位置あるいはプレーヤの位置を検出する装置を別途設けたり、撮像素子の高い撮像精度や取付精度が要求されたりすることがなく、また、ガンユニット１０の位置の算出方法が比較的容易なものとなる。その結果、従来のゲーム装置に比してコストを低減しながら、コントローラの位置情報、延いてはプレーヤの位置情報を比較的容易に得ることができる。また、コントローラの位置情報が得られるため、プレーヤに応じた弾道を正確に表示することができるとともに、プレーヤ毎に射撃テクニックの評価を行うことができる。
【００８１】
これらに加えて、以下のような変形例を採用することができる。
（１）上記の実施の形態は射的ゲーム機に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、指定する対象は画像（文字画像含む）などの画面に対して指示をすることで、例えば双方向の情報伝達の一助とすることも可能である。さらに、画像表示面に限定されず、指定対象となる領域の面の所望する位置を指定する態様にも適用可能である。これらの場合、コントローラは模擬銃の他、目的に沿った形態のものが採用可能である。
（２）対象面は投射用スクリーンに限らず、種々の表示面、例えばテレビジョンのモニタ、液晶モニタ、パーソナルコンピュータのモニタ画面等に対しても同様に適用可能である。
（３）本実施の形態で示したように、２Ｐプレイを可能とし、さらに複数のコントローラに対しても同時に向きや位置を算定することが可能となり、汎用性の高い検出装置を提供し得る。
（４）発光部の形状は種々のものが考えられるが、基本的にＬフレームの要素を包括するものは、Ｌフレームの概念に含まれる。
（５）上記実施形態では、点状光源としてレーザ発光器を用いたが、例えば指向性を付与する筒体が設けられたＬＥＤでもよい。
（６）上記実施形態では、４つのレーザ発光器１７ａ〜１７ｄによるスクリーン１１１上の輝点の配列態様からガンユニット１０の位置を算出するようにしているが、さらにレーザ発光器１７ａ〜１７ｃによる輝点のうちいずれかの輝点を通る副軸上に輝点が生成されるように５つのレーザ発光器を設けるのがより好ましい。
【００８２】
すなわち、上記実施形態のように４つの輝点からでは、図１５に示すように、コントローラの上下方向の位置を特定することができないので、例えば第２の平面Ｓ２（図３参照）上であって光線Ｌａ又はＬｄに対し角度αをなす方向に光線Ｌｄを出射する５つめのレーザ発光器を設け、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、副軸上にさらに５つめの輝点Ｅが生成されるようにするとよい。これにより、図１４で説明したコントローラの算出方法を副軸上の輝点について同様に適用することにより、コントローラの上下方向の位置も特定することができる。さらに、５つめの輝点を生成する位置は、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ発光器１７ａによる輝点を通る副軸上に限らず、例えば図１６（ｃ）に示すように、レーザ発光器１７ｂまたは１７ｃによる輝点のうちいずれか一方の輝点を通る副軸上であってもよい。この場合、５つめの輝点Ｅは、主軸に対しレーザ発光器１７ｄによる輝点の位置と反対側に生成するとよい。なお、図１６（ａ），（ｂ）は、特許請求の範囲における第２の平面と第３の平面とが一致する場合、図１６（ｃ）は、第２の平面と第３の平面とが異なる場合の一例である。また、輝点の配列は、Ｌ字状やＴ字状に限らず、十字状でもよい。この場合、２軸を区別する必要があるため、中央の輝点以外の輝点の色を他の輝点の色と異ならせるようにするとよい。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、コントローラを、複数の点状光源を備え、点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状となる構成としたので、従来のゲーム装置に比してコストを低減しながら、コントローラの位置情報、延いてはプレーヤの位置情報を提供することができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、最少の点状光源で、複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態を生成することができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式を容易にできる。
【００８６】
請求項４記載の発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式を容易にできる。
【００８７】
請求項５に記載の発明によれば、各発光器による輝点が例えばＬ字状に配列することとなり、予め複数の輝点が構成する配列態様に関する情報を取得しておくことで、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索を容易にできる。
【００８８】
請求項６に記載の発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００８９】
請求項７に記載の発明によれば、第１〜第４発光器に加えて、第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることで、コントローラの位置等をより正確に算出することができる。
【００９０】
請求項８に記載の発明によれば、コントローラの位置等をより正確に算出するために第５の発光器をさらに備えた場合でも、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００９１】
請求項９に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明と同様に、予め複数の輝点が構成する配列態様に関する情報を取得しておくことで、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索を容易にできる。
【００９２】
請求項１０に記載の発明によれば、自然光の影響を受け難いという利点があり、自然光に含まれる波長光を採用する場合に比して、操作環境を暗室状とするなどの付加物が不要にできる。
【００９３】
請求項１１，１２に記載の発明によれば、識別された光源の像についての情報からコントローラの位置を算定することが可能となる。
【００９４】
請求項１３に記載の発明によれば、画像中の所望する位置を指向することが可能となる。
【００９５】
請求項１４に記載の発明によれば、スクリーン上の所望の位置の指定が可能となる。
【００９６】
請求項１５に記載の発明によれば、ゲーム画面に登場する射的対象画像に対する射的操作を受けて、その射的が射的対象画像に当たったか否かを判定できるため、それに従って以降のゲーム進行を制御できる。また、種々のコントローラに採用できることから、種々のゲームへの適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本ゲーム機の外観斜視図である。
【図２】ガンユニットの構成を示す図である。
【図３】発光部の形態を示す図である。
【図４】本ゲーム機の制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図５】ゲーム制御部（ＣＰＵ）にて実行される射撃ビデオゲーム処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】ゲーム処理本体での処理を行うゲーム処理部の主要部の構成を示すブロック図である。
【図７】ゲーム処理本体での処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図８】プレーヤ感知センサによるプレイエリア上のプレーヤの位置の検知を説明するための第１の図である。
【図９】プレーヤ感知センサによるプレイエリア上のプレーヤの位置の検知を説明するための第２の図である。
【図１０】ＳＴ８１での位置検出処理を行う位置検出部の主要部の構成を示すブロック図である。
【図１１】ＳＴ８１での位置検出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１２】ＳＴ８１５の詳細のサブルーチンを示す図である。
【図１３】レーザ発光器による輝点の配列等を説明するための説明図である。
【図１４】ガンユニットの位置の算定方法を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の変形形態を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の変形形態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１７，２７ 発光部
１７ａ〜１７ｄ，２７ａ〜２７ｄ レーザ発光器
１０、２０ ガンユニット
４０ ＣＣＤカメラ
１５，２５ 銃口
１１１ スクリーン
４０１ 位置検出部
４０１８ 視線ベクトル算定部
４０１９ ガンユニット位置算定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象面を撮像範囲とする撮像手段の撮像画像内に幾何学的な点状光像を提供し、遠隔的な位置検出を可能にするためのコントローラ、コントローラの姿勢遠隔測定装置及びビデオゲーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレーヤ前方のスクリーン上に映像を表示し、表示されている対象物への射撃をプレーヤに模擬銃のコントローラを用いて擬似体験させる射的ビデオゲーム装置が知られている。
【０００３】
このようなゲーム装置として、模擬銃の銃口近傍に設けられたＣＣＤカメラにより、スクリーンの所定位置に設置される複数の赤外線発光ＬＥＤを撮像し、ＣＣＤ画像中の複数の赤外線発光ＬＥＤの光像の位置関係から、スクリーンに対する銃口の向きを検出するように構成されたものがある。
【０００４】
一方、模擬銃の銃口にスポット光を出射するレーザ発光器を設け、照射されたスポット光を含むゲーム画面をＣＣＤカメラで所定の位置から撮像し、この撮像画像中のスポット光像から射撃位置を検出するようにしたものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
模擬銃の銃口にＣＣＤカメラを備える前者のビデオゲーム装置においては、例えば撮像素子の高い撮像精度や取付精度、あるいは高度な銃口向き解析技術等が要求され、延いては、ゲーム装置が高コスト化する。
【０００６】
また、模擬銃の銃口にスポット光を出射するレーザ発光器を備える後者のビデオゲーム装置においては、上記のような撮像素子の撮像精度、取付精度及び光像解析技術等については、前者のビデオゲーム装置ほど高度なものは要求されないとしても、ＣＣＤ画像中のスポット光像からは射撃位置しか検出することができないため、模擬銃の位置情報を取得することができないといった限界がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、模擬銃自身の位置情報等の取得を可能とするコントローラ、コントローラの姿勢遠隔測定装置及びビデオゲーム装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係るコントローラは、対象面に対して任意の方向に向けられ、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段の撮像画像内に複数の点状光像を提供するコントローラであって、当該コントローラの位置を遠隔的に検出するための前記複数の点状光像を生成する複数の点状光源を備え、前記点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状とされた発光部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、対象面に向けてコントローラを操作する等により、撮像手段で撮像画像が生成される。撮像画像中には複数の点状光像が含まれており、コントローラにより指向された対象面上の位置、すなわちビーム光と対象面との交点を検出することが可能となる。
【００１０】
また、コントローラは、複数の点状光源を備え、点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状とされた発光部を有するから、撮像画像中の各点状光源による輝点間の距離や、各距離の比等からコントローラの位置等を逆算的に算定することが可能となる。さらには、コントローラの回転角度も算定することが可能である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のコントローラにおいて、前記発光器は、第１の平面上で互いに拡散する方向にビーム光を出射する第１〜第３の発光器と、前記第１〜第３の発光器のうち端部側のビーム光を出射する第１の発光器のそのビーム光の光路を含む、前記第１の平面と交差する第２の平面上で、前記第１の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第４の発光器とを備えることを特徴とするものである。この発明によれば、最少のビーム光で、複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態を生成することができる。また、それ以上の点状光源を付加的に採用することにより精度向上などを図ることが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のコントローラにおいて、前記第１の発光器及び第１〜第３の発光器のうち中央側のビーム光を出射する第２の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度と、前記第２の発光器及び第３の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度とが等しく、かつ各光路が出射方向とは逆方向への延長線上で１点に集結することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のコントローラにおいて、前記第１の発光器及び第４の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度が、前記第１の発光器及び第２の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度に等しく、且つ第４の発光器からのビーム光の光路の出射方向とは逆方向への延長線が前記１点を通過することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記第１の平面と第２の平面とが直交していることを特徴とするものである。この発明によれば、各発光器による輝点が例えばＬ字状に配列することとなる。したがって、このような複数の輝点が構成する配列態様の情報を予め取得しておけば、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索が容易となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記第２の発光器からのビーム光の出射方向は、当該コントローラの向きと一致することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記第１〜第３発光器のうちいずれか一の発光器から出射されるビーム光の光路を含む、前記第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることを特徴とするものである。この発明によれば、前記第１〜第４発光器に加えて、第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることで、コントローラの位置等をより正確に算出することが可能となる。（なお、第３の平面は、第２の平面と異なる平面であってもよいし、同一の平面であってもよい。）。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のコントローラにおいて、前記一の発光器及び第５の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度が、前記第１の発光器及び第４の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度に等しく、且つ第５の発光器からのビーム光の光路の出射方向とは逆方向への延長線が前記１点を通過することを特徴とするものである。この発明によれば、コントローラの位置等をより正確に算出するために第５の発光器をさらに備えた場合でも、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載のコントローラにおいて、前記第３の平面は、前記第１の平面と直交していることを特徴とする。この発明によれば、請求項５に記載の発明と同様に、複数の輝点が構成する配列態様の情報を予め取得しておけば、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索が容易となる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項２ないし９のいずれかに記載のコントローラにおいて、前記発光器は、レーザ光を出射するものであることを特徴とする。この発明によれば、自然光の影響を受け難いという利点があり、自然光に含まれる波長光を採用する場合に比して、操作環境を暗室状とするなどの付加物が不要にできる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のコントローラと、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段と、撮像画像中の前記コントローラの第１〜第４の発光器による光像を識別する識別手段と、識別された前記光像についての情報から前記コントローラの前記対象面に対する位置を算定する算定手段とを備えたことを特徴とするコントローラの姿勢遠隔測定装置である。この構成によれば、識別された光像についての情報からコントローラの位置を算定することが可能となる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項７ないし１０のいずれかに記載のコントローラと、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段と、撮像画像中の前記コントローラの第１〜第５の発光器による光像を識別する識別手段と、識別された前記光像についての情報から前記コントローラの前記対象面に対する位置を算定する算定手段とを備えたことを特徴とするコントローラの姿勢遠隔測定装置である。この構成によれば、請求項１１に記載の発明の同様に、識別された光像についての情報からコントローラの位置を算定することが可能となる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置において、前記対象面は、画像が表示される画面であることを特徴とするものである。この構成によれば、画像中の所望する位置を指向することが可能となる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置において、前記画面は、プロジェクタから投射される画像が表示されるスクリーンであることを特徴とするものである。この構成によれば、スクリーン上の所望の位置の指定が可能となる。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１１ないし１４のいずれかに記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置と、射的対象画像が含まれるゲーム画像を生成するゲーム制御手段と、生成されたゲーム画像を対象面に表示する画像表示手段とを備え、前記ゲーム制御手段は、前記コントローラによる指向位置と射的対象画像の画面内での表示位置との一致の有無を判定し、判定結果に従ってゲーム進行を制御するものであることを特徴とするビデオゲーム装置である。この構成によれば、ゲーム画面に登場する射的対象画像に対する射的操作を受けて、その射的が射的対象画像に当たったか否かが判定され、それに従って以降のゲーム進行が制御される。例えば射撃ゲームを模したゲームではコントローラとして銃の形状をしたものが採用される。種々のコントローラに採用できることから、種々のゲームへの適用性が高い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である射撃ビデオゲーム機について説明する。
【００２６】
図１は、射撃ビデオゲーム機１の全体斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、本ゲーム機１では、スクリーン保持台１１０により保持されたスクリーン１１１上に、プロジェクタ３０（図４参照）から投射画像１１２が投射される。投射画像１１２は、恐竜などのような射撃対象物を含むものであり、プレイエリア１２０上に立つ１Ｐプレーヤは、ガンユニット１０を操作し（また２Ｐプレーヤは、ガンユニット２０を操作し）射撃対象物を仮想的に射撃し、射撃位置、射撃タイミングなどの射撃の巧拙に応じ得点が加算されていく。ガンユニット１０，２０は、ガンケーブル１６，２６を介して本体制御部１００（図４参照）に接続されている。
【００２８】
本ゲーム機１には、プロジェクタ３０から投射画像が投射され得るスクリーン１１１の投射領域全体を撮像するＣＣＤカメラ４０（図４参照）が備えられており、ＣＣＤ画像中の、ガンユニット１０，２０の発光部１７，２７（図２参照）からの出射光のスクリーン上１１１上での光像が検出される。検出された光像からプレーヤにより銃口１５，２５（図２参照）がスクリーン１１１上のどの方向に向けられているかが、その交点として検知されるとともに、上記光像の配置や回転角度等の情報が得られて、銃口１５，２５の向き及びガンユニット１０，２０の位置が特定されるようになっている。
【００２９】
基台１３０の前面に取り付けられた４つのプレーヤ感知センサ５０〜５３は、１人プレイ時の１Ｐプレーヤの（また２人プレイ時の１Ｐプレーヤおよび２Ｐプレーヤの）左右への移動を検出するためのものである。側板１１３は、スクリーン１１１に対する銃口の向きや銃の位置の検出（後述）、スクリーン１１１上での表示に際しての外乱等を防止するために設けられているものである。
【００３０】
また、本ゲーム機１では、リアルさ、迫力感を醸し出すための音楽などが再生され、ゲーム進行に際し中高音域の音声を出力するための上スピーカ６０、左スピーカ６１および右スピーカ６２と、低音域の音声を出力するためのウーファースピーカ６３とが設けられている。
【００３１】
コイン投入口７０は、所定金額のコインの投入を行うものである。投入額により１Ｐプレーヤのみの１人プレー、１Ｐプレーヤ及び２Ｐプレーヤによる２人プレーが選択可能となっている。
【００３２】
続いて、銃口１５，２５の向きの検出のための構成について説明する。図２は、プレーヤからの入力操作を受け付けるコントローラの一例としてガンユニット１０（ガンユニット２０についても同様）の構成を示す図である。以下、ガンユニット１０を例に説明する。
【００３３】
図２に示すように、ガンユニット１０は、ポンプアクション銃を模したものであり、プレーヤが矢印Ａ1の方向に発光トリガー１３を引くことによりオンされるマイクロスイッチであるトリガースイッチ１１と、プレーヤが矢印Ａ2の方向にスライド部１４をスライドさせることによりオンされるマイクロスイッチであるポンプトリガースイッチ１２とを有する。トリガースイッチ１１、ポンプトリガースイッチ１２からの信号は、ガンケーブル１６を介して本体制御部１００（図４参照）へと伝送され、トリガースイッチ１１がオンされることにより仮想的な射撃が指示され、また、ポンプトリガースイッチ１２がオンされることによりガンユニット１０への仮想的な所定個数の銃弾の装填が指示される。
【００３４】
また、ガンユニット１０は、スクリーン１１１に対する銃口１５の向き（視線ベクトル）及びガンユニット１０の位置を検出するための発光部１７とを有しており、発光部１７は、本体制御部１００により点灯／非点灯の制御が行われる。
【００３５】
図３は、発光部１７の形態を示したもので、（ａ）は、図２の矢印Ａ3の方向から見た図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線から見た部分断面図、（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線から見た部分断面図、（ｄ）は、発光部１７の光線の位置関係等を説明するための図である。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、発光部１７は、レーザ光を出射する４個の発光器１７ａ〜１７ｄからなる。レーザ発光器１７ａ〜１７ｄを用いているのは、外光による誤検知を防止するとともに、スクリーン１１１により確実に反射してＣＣＤカメラ４１で輝点を確実にとらえることができるからである。
【００３７】
レーザ発光器１７ａ〜１７ｄは、Ｌ字状に互いに等間隔を有して取り付けられており、出射する各レーザ光の間隔が進行にしたがって広がって放射状となるように構成されている。
【００３８】
すなわち、レーザ発光器１７ｂは、ガンユニット１０の銃口の向きと一致する方向に光線を出射する（以下、この光線を基準光線Ｌｂという）。また、図３（ｂ），（ｄ）に示すように、レーザ発光器１７ａ，１７ｃは、基準光線Ｌｂを含む１平面（第１の平面Ｓ１）上において、基準光線Ｌｂに対し互いに反対の方向で、且つ基準光線Ｌｂに対しそれぞれ角度αをなす方向に光線Ｌａ，Ｌｃを出射する。これにより、図１３（ａ）に示すように、ある平面Ｐに対してガンユニット１０の銃口の向きが垂直に向けられたとき、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃから出射されたレーザ光の上記平面Ｐ上の輝点が所定の間隔Ｒ（このときのコントローラ１０の姿勢を基準姿勢という）で直線（主軸）上に配列する。
【００３９】
また、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、レーザ発光器１７ｄは、上記第１の平面Ｓ１に対して光線Ｌａを交線として交差する平面（第２の平面Ｓ２）上において、光線Ｌａに対し角度αをなす方向に光線Ｌｄを出射する。これにより、レーザ発光器１７ｄから出射されたレーザ光の上記平面Ｐ上の輝点は、レーザ発光器１７ａから出射されたレーザ光の平面Ｐ上の輝点から前記所定の間隔Ｒと同一間隔で、かつ前記主軸に対して直交する直線（副軸）上に配列する。この場合、レーザ発光器１７ａが第１の発光器に、レーザ発光器１７ｄが第４の発光器にそれぞれ相当する。
【００４０】
レーザ発光器１７ａ〜１７ｄの各光線Ｌａ〜Ｌｄは、射出端側を延長すると、一点（点Ｑ）で交差するようになっている。
【００４１】
レーザ発光器１７ａ〜１７ｄからのレーザ光のスクリーン上での輝点の配列がＬ字状をなすことから、以下、この配列の態様をいうときは、「Ｌフレーム」という。角度αの情報及びレーザ発光器１７ａ〜１７ｄの位置情報は、各発光器毎に規定されて格納されている。保護フィルタ１７ｅは、レーザ発光器１７ａ〜１７ｄへの埃の付着や外部の部材との接触等を防止するためのものである。
【００４２】
以上のような構成の本ゲーム機１の制御について図４〜図１３を用いて説明する。図４は、本ゲーム機１の制御部のハードウェア構成を示すブロック図であり、図５は、ゲーム制御部（ＣＰＵ）１０３にて実行される射撃ビデオゲーム処理（射撃ビデオゲームプログラム）の手順を示すフローチャートである。
【００４３】
図４に示すように、基台１３０（図１）内に設置される本体制御部１００（のゲーム制御部１０３）には、先述のようなトリガースイッチ１１、２１、ポンプトリガースイッチ１２、２２、発光部１７，２７、ＣＣＤカメラ４０、プレーヤ感知センサ５０〜５３、プロジェクタ３０およびスピーカ６０〜６３、コイン投入口７０からのコインの投入を検知するコインスイッチ７１が接続されている。
【００４４】
本体制御部１００には、後述する射撃ビデオゲーム処理のためのプログラム、画像データ、音声データなどを格納するＲＯＭ１０５と、ＲＯＭ１０５から読み出されるプログラムおよびプログラムにて使用されるデータ等を一時的に格納するＲＡＭ１０６と、ＲＡＭ１０６上にロードされたプログラムに基づきゲームの全体的な進行を制御するゲーム制御部１０３と、ゲーム空間内にて３Ｄ形状を有する物体の座標に合わせてポリゴン描画、テクスチャマッピング等の画像特有の処理を行いつつプロジェクタ３０の投射画像に対応する画像データをフレームバッファ１０２に書き込む描画制御部（画像描画プロセッサ）１０１と、ＡＤＰＣＭ音源を備え音声データから音声を再生する音声制御部（音声制御プロセッサ）１０４とが含まれる。
【００４５】
ゲーム制御部１０３にて実行される射撃ビデオゲーム処理では、図５に示すように、コインスイッチ７１によりコインの投入が検知されなければ（ＳＴ２にてＮＯ）、デモ用の画像データが読み出されデモ画面表示が行われている（ＳＴ１）。
【００４６】
コイン投入口７０からコインが投入されると（ＳＴ２にてＹＥＳ）、スタート画面が表示され（ＳＴ３）、ステージにより異なる、画像データ、音声データ、および敵キャラクタ（上記の恐竜、また、他の射撃対象物）の攻撃、移動、プレーヤの移動などを特徴付ける他のゲームデータが読み込まれた（ＳＴ４）後、ゲーム開始処理が実行されて（ＳＴ５）、ゲームがスタートされる。以下、ガンユニット１０が使用される場合を例にして説明する。
【００４７】
本ゲーム機１では、従来の格闘ゲーム機と同様、ゲームの制限時間、および、敵キャラクタからの攻撃に応じて減少される仮想的なプレーヤのライフが設定されており、ゲーム進行中に時間切れとなるか（ＳＴ６にてＹＥＳ）、ライフがなくなれば（ＳＴ７にてＮＯ）、ゲームが終了して、ゲームオーバーを告げる画面が表示される（ＳＴ１３）。時間切れでなく（ＳＴ６にてＮＯ）、かつ、ライフが残っていれば（ＳＴ７にてＹＥＳ）、ゲーム処理本体（ＳＴ８、後に図７等にて詳細を示す）にてゲームの進行が続けられる。
【００４８】
そして、１ステージがクリアされると（ＳＴ９にてＹＥＳ）、クリアされたステージが最終ステージでないときには（ＳＴ１０にてＮＯ）、新たなステージに対し、ＳＴ４からの処理が繰り返される。
【００４９】
クリアされたステージが最終ステージであるときには（ＳＴ１０にてＹＥＳ）、続いて発光部１７が消灯され（ＳＴ１１）、エンディング画面、ゲームオーバー画面が表示されて（ＳＴ１２、ＳＴ１３）、ＳＴ１へと処理が戻される。
【００５０】
図６は、図５のＳＴ８のゲーム処理本体での処理を行うゲーム処理部４００（射撃ビデオゲームプログラムの一部）の主要部の構成を示すブロック図であり、図７は、ＳＴ８のゲーム処理本体での処理の詳細な手順を示すフローチャートである。図８，図９は、プレーヤ感知センサ５０〜５３によるプレイエリア１２０上のプレーヤ２００の位置の検知（１Ｐプレーヤのみの１人プレイ時）を説明するための図である。
【００５１】
図６に示すように、ゲーム処理部４００は、プレーヤ（仮想視点、また、ゲーム空間内の仮想プレーヤ）に関する処理を行う処理部として、ＣＣＤカメラ４０に捕えられる画像に基づき、視線ベクトル及びガンユニット１０の位置を検出するための位置検出部４０１と、ポンプトリガースイッチ１２、トリガースイッチ１１がオンされたこと、および、プレーヤ感知センサ５０〜５３の検知状態を入力するＩ／Ｏ入力部４０２と、ポンプトリガースイッチ１２がオンされたとき、仮想的な所定個数の銃弾の装填を処理する銃弾装填処理部４０３と、トリガースイッチ１１のオンに応じてゲーム空間内で仮想視点から銃口１５の向きに応じた方向に銃弾を移動させるように座標を設定する銃弾位置算出部４０４と、ゲーム空間内にて仮想的な視点を（あらかじめ指定された移動幅にて）通常移動させるように、また、プレーヤ感知センサ５０〜５３がプレイエリア１２０上でのプレーヤの移動を検知した際、上記仮想視点が恐竜から遠ざかるように回避移動させるように、仮想視点の座標を設定する視点位置移動部４０５と、敵からプレーヤへの仮想的な攻撃がヒットしたか否かを判定する当たり判定部４０６とを含んでいる。
【００５２】
さらに、ゲーム処理部４００は、敵キャラクタに関する処理を行う処理部として、敵キャラクタがプレーヤに十分近付いてきたとき（乱数等を用い）プレーヤへの攻撃を発生させる敵攻撃設定部４０７と、ゲーム空間内でプレーヤを追いかけるように敵キャラクタの座標を設定して敵キャラクタを移動させる敵移動処理部４０８と、プレーヤから敵への仮想的な攻撃がヒットしたか否かを判定する敵当たり判定部４０９とを含んでおり、加えて、ゲーム空間でのこれらプレーヤ、敵キャラクタの座標の設定に基づき描画を行うように描画制御部１０１に指示するデータを設定する画像処理部４１０と、ゲーム進行に応じた音声（音楽を含む）を選択的に再生するように音声制御部１０４に指示するデータを設定する音声処理部４１１とを含んでいる。
【００５３】
これらの各処理部を含むゲーム処理部４００にて実行されるゲーム処理本体では、ガンユニット１０で説明すると、図７に示すように、まず、位置検出処理が位置検出部４０１にて行われ（ＳＴ８１、後に図１０等を用いて詳細を説明する）、ポンプトリガースイッチ１２、トリガースイッチ１１、プレーヤ感知センサ５０〜５３の検出信号がＩ／Ｏ入力部４０２にて取得される（ＳＴ８２）。
【００５４】
ポンプトリガースイッチ１２がオンしていれば（ＳＴ８３にてＹＥＳ）、銃弾装填処理部４０３にて仮想的に銃弾が装填され（ＳＴ８４）、トリガースイッチ１１がオンしていれば（ＳＴ８５にてＹＥＳ）、位置検出部４０１にて検出されたスクリーン１１１に対する銃口１５の向き及びガンユニット１０の位置に応じて、ゲーム空間内での銃弾の弾道を示す座標が銃弾位置算出部４０４にて計算される（ＳＴ８６）。
【００５５】
プレーヤ感知センサ５０〜５３の検出信号が、プレイエリア１２０上のプレーヤ２００の移動を示す所定パターンとなっていれば（ＳＴ８７にてＹＥＳ）、視点位置移動部４０５により、仮想視点の回避移動が設定され（ＳＴ８８）、プレーヤ感知センサ５０〜５３の検出信号が所定パターンとなっていなければ（ＳＴ８７にてＮＯ）、仮想視点の通常移動が設定される（ＳＴ８９）。
【００５６】
プレーヤ感知センサ５０〜５３は、超音波、赤外線などを用いて障害物までの距離を検出し、障害物までが所定の距離（プレイエリア１２０上のプレーヤ２００に対応する距離）以下であるときに信号をオンにする測距センサ（正確な距離の測定は必須ではない）である。プレーヤの左側への移動は、図８，図９に示すように、プレーヤが、通常時の左内側プレーヤ感知センサ５１前方の基準位置から、左外側プレーヤ感知センサ５０の前方へと移動したことが検知されたとき（左内側プレーヤ感知センサ５１の出力ＬinがＯＦＦ，左外側プレーヤ感知センサ５０の出力ＬoutがＯＮとなったとき）、プレーヤが恐竜の左側への回り込みを指示したものとして、ゲーム空間内にて仮想視点の座標が設定される。
【００５７】
なお、合わせて２個のプレーヤ感知センサを用いて左側への移動を検知するものとしているため、図９に示すように、移動以外に"誰もプレイしていない状態"、"プレーヤ以外のギャラリーを誤認識しているという状態"を検知させることができ、より正確にプレーヤの移動を検知することができる。
【００５８】
さらに、プレーヤの右側への移動は、上記右側への移動の場合と同様に、図８に示すように、プレーヤが、通常時の右内側プレーヤ感知センサ５２前方の基準位置から、右外側プレーヤ感知センサ５３の前方へと移動したことが検知されたとき（右内側プレーヤ感知センサ５２の出力ＲinがＯＦＦ，右外側プレーヤ感知センサ５３の出力ＲoutがＯＮとなったとき）、プレーヤが恐竜の右側への回り込みを指示したものとして、ゲーム空間内にて仮想視点の座標が設定される。
【００５９】
図７に戻り、敵キャラクタからプレーヤへの攻撃がヒットしたものと当たり判定部４０６にて判定されると（図７のＳＴ９０にてＹＥＳ）、自己ライフが減少され、（画面上で自己ライフの値を棒状に表す）自己ライフゲージの表示が更新される（ＳＴ９１）。
【００６０】
敵キャラクタからプレーヤへの攻撃が敵攻撃設定部４０７にて発生されると（ＳＴ９２にてＹＥＳ）、口、腕、脚、尻尾などの敵キャラクタが攻撃を発生する部位からプレーヤに対する攻撃が発生されるように各部位のゲーム空間内での座標が設定され（ＳＴ９３）、敵キャラクタの移動が敵移動処理部４０８にて設定されれば（ＳＴ９４にてＹＥＳ）、ゲーム空間での敵キャラクタの座標が移動される（ＳＴ９５）。続いて、プレーヤから敵キャラクタへの攻撃がヒットしたものと敵当たり判定部４０９にて判定されると（ＳＴ９６にてＹＥＳ）、敵ライフが減少され、敵ライフゲージの表示が更新される（ＳＴ９７）。
【００６１】
ゲーム空間には１または２以上の敵キャラクタが存在することを想定することができ、対象となる敵キャラクタが更新されつつ、すべての敵キャラクタに関しＳＴ９２〜ＳＴ９７の処理が繰り返される（ＳＴ９８にてＮＯ）。すべての敵キャラクタに対してのＳＴ９２〜ＳＴ９７の処理が終了すると（ＳＴ９８にてＹＥＳ）、画像処理部４１０での画像表示処理（ＳＴ９９）、音声処理部４１１での音声出力処理（ＳＴ１００）が行われ、ゲーム処理本体の処理はリターンされることとなる。
【００６２】
図１０は、図７のＳＴ８１での位置検出処理を行う位置検出部４０１の主要部の構成を示すブロック図であり、図１１は、ＳＴ８１での位置検出処理の詳細な手順を示すフローチャート、図１２は、ＳＴ８１５での「Ｌフレーム」の摘出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【００６３】
図１０に示すように、位置検出部４０１には、ＣＣＤカメラ４０の撮像画像であるＣＣＤ画像（画素ごとのデータがＲＡＭ１０６上の所定の領域に格納される）の取り込みを行う撮像処理部４０１１と、撮像した画素ごとのデータを所定の閾値で２値化して輝点データとしてＲＡＭ１０６上の所定の領域に格納し、乃至は一旦格納後に２値化処理する２値化処理部４０１２と、２値化された輝点データの存在する座標データの抽出及び所定のデータ整理を行う座標データ抽出部４０１３と、抽出された輝点データのうちから順次３点の組み合わせを選定し、該３点が直線上に存在するか否か及びそれらが略等間隔か否かを判定する直線判定部４０１３と、直線（主軸）上に存在する３点に対して、その一端の輝点の近傍に輝点が存在するか否かを判定する近傍判定部４０１５と、両判定部での判定によって発光部１７の光像の特定を行う光像特定部４０１６と、スクリーン１１１との交点（着弾位置）を設定する交点設定部４０１７と、特定された発光部１７の光像に基づきガンユニット１０の向き、すなわち視線ベクトルを算定する視線ベクトル算定部４０１８と、特定された発光部１７の光像に基づきガンユニット１０の位置を算定するガンユニット位置算定部４０１９とを含む。ＣＣＤ画像中には、自然光に含まれる赤外線や室内等の場合における蛍光灯、放電灯などに含まれる赤外線によってレーザ発光器以外の輝点すなわちノイズが存することになる。そこで、直線判定部４０１４及び近傍判定部４０１５では全ての組み合わせについて判定処理を行うことでノイズを除去するようにしている。
【００６４】
ここで、発光部１７の光像に基づくガンユニット１０の位置等の算定方法の概略について説明する。
【００６５】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、スクリーン１１１の配設位置をＸＹ平面（Ｚ＝０）とする３次元座標系を設定する。ガンユニット１０をスクリーン１１１に指向してレーザ発光器１７ａ〜１７ｃから出射されたレーザ光のスクリーン１１１上における輝点Ａ'，Ｂ'，Ｃ'がＸ軸方向に一直線上に並んだものとする。なお、点Ｑは、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃのレーザ光の集結点Ｑ（図３参照）である。
【００６６】
図１４（ｂ）に示すように、レーザ発光器１７ａから出射されたレーザ光とスクリーン１１１（ＸＹ平面）に対する法線Ｒとのなす角（投射角）θ、このレーザ光のスクリーン１１１上における輝点Ａ'の位置から点Ｑまでの距離Ａ' Ｑ（投射距離Ｌ）を求める。
【００６７】
図１４（ｂ）から、
Ｌsinα＝Ａ' Ｂ'cos（θ−α） …（１）
Ｌsinα＝Ａ' Ｃ'cos（θ＋α） …（２）
が成り立つ。
【００６８】
したがって、上記式（１），（２）から
Ａ' Ｃ'／Ａ' Ｂ'＝cos（θ−α）／cos（θ＋α） …（３）
となる。また、各輝点Ａ'〜Ｃ'の位置から距離Ａ' Ｃ'及び距離Ａ' Ｂ'が算出される。このとき、Ａ' Ｃ'／Ａ' Ｂ'の値をＫとする。
【００６９】
このＫの値と式（３）とから
tanθ＝（Ｋ−１）／｛（Ｋ＋１）×tanα｝ …（４）
が算出される。これにより、投射角度θが算出される。
【００７０】
また、このtanθの値と式（１）または（２）とから、投射距離Ｌが算出される。
【００７１】
このように、視線ベクトル算出部４０１８により投射角度θに基づいて視線ベクトルが、また、ガンユニット位置算定部４０１９により視線ベクトル、輝点Ａ'の位置及び投射距離Ｌに基づいて、ガンユニット１０の位置が算出される。なお、視線ベクトル及びガンユニット１０の位置の算出方法は上記のものに限らず、他の算出方法により算出してもよい。
【００７２】
なお、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃだけでは、例えば、図１４（ａ）に示す輝点Ａ'〜Ｃ'の配置と、輝点Ｂ'と輝点Ｃ'とが入れ替わったときの配置とを区別することができないので、レーザ発光器１７ｄをさらに設けることにより、ガンユニット１０が１８０度回転された場合でも、各レーザ発光器と輝点との対応関係を正確に識別することができる。
【００７３】
ガンユニット１０が回転されたときの回転角度は、例えば主軸の傾斜角度γ（図１３（ａ）参照）によって算出することができる。
【００７４】
なお、レーザ発光器１７ａ〜１７ｃの配置間隔は前述のとおり、一定ピッチに限定されないが、この場合でも、各ピッチ情報を有していれば、計算可能である。また、ゲーム制御部１０３には、視線ベクトル算定部４０１８とガンユニット位置算定部４０１９にて得られた情報を基に、スクリーン１１１上の着弾位置からゲーム空間内へ飛翔する銃弾の弾道を計算する弾道計算部を含む。
【００７５】
図１１では、先ず所定周期、例えば１／６０秒毎の垂直同期（V-sync、V-blank）等のトリガー条件によりＣＣＤカメラ４０を作動させて撮像（ＣＣＤ）データの取り込みが行われ（ＳＴ８１１）、次いで取り込んだデータが２値化処理部４０１２にて２値化され、輝点の抽出が行われる（ＳＴ８１２）。ここで、輝点として扱われる２値化データの座標を取り込み、それぞれに識別符号を付す（ラベリング）と共に、座標データが分散して存在する態様では適宜のグルーピング処理が施される（ＳＴ８１３）。そして、輝点の位置データ、グループ情報、（必要に応じて作成された）形状情報を基に、輝点の粗い特定が行われる（ＳＴ８１４）。続いて、輝点位置から「Ｌフレーム」を構成する輝点群の摘出が行われ、摘出した輝点の配置状態を基にそれぞれＡ，Ｂ、Ｃ、Ｄの符号化が施される（ＳＴ８１５）。
【００７６】
その後、輝点Ａ〜Ｄの座標及び交点（指向位置）の座標が設定され（ＳＴ８１６）、摘出した輝点の配置状態と、光線Ｌａ，Ｌｃの拡散角度αの情報等とから、視線ベクトル及びガンユニット１０の位置が計算される（ＳＴ８１７，ＳＴ８１８）。計算が終了すると、算出結果であるガンユニット１０の位置情報などがＣＰＵ１０３側に転送され、弾道の表示処理等に利用される（ＳＴ８１９）。
【００７７】
図１２は、ＳＴ８１５の詳細のサブルーチンで、先ず、存在する輝点位置をベクトルと距離とからなるグラフの作成を行う（ＳＴ８３１）。グラフ内の輝点位置データは前述のグルーピングに従って、又ある種のソートされた状態で整頓され、データ解析を容易にしている。次いでベクトルを利用して、例えば隣接する２点ずつの内積を演算して３つの輝点が直線関係にあるか否かが調べられる（ＳＴ８３２）。直線関係が存在しなければ（ＳＴ８３３でＮｏ）、全ての組み合わせについて処理が終了したか否かが判断され（ＳＴ８３４）、途中であればＳＴ８３２に戻り、全て終了であればＳＴ８２１にスキップする。一方、ＳＴ８３３で直線関係が存在すれば、続いて３点の輝点の両端に対して近傍（Ｌフレームを構成するレーザ発光器１７ｄの輝点が存在すると見なされる距離）の輝点を調べる（ＳＴ８３５）。このとき、近傍に輝点が存在しなければ（ＳＴ８３６でＮｏ）、ＳＴ８３２に戻り、存在すれば、近傍の輝点と主軸を構成する輝点の関係を調べ、どのような形状の「Ｌフレーム」かの推測が行われる（ＳＴ８３７）。続いて、各輝点の位置関係から、Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄの符号化を行って配置の確定が行われる（ＳＴ８３８）。
【００７８】
以上のようなガンユニットの位置検出処理により、ＣＣＤ画像中の発光部１７の光像の位置関係の特徴により、ガンユニット１０の銃口１５がどの位置からスクリーン１１１のどの部分に向いているか、すなわちＣＣＤ画像中心に対応するスクリーン上の位置が算出されることとなり、このスクリーン上の位置からゲーム空間内での銃口から目標物に向けて発射される銃弾の仮想的な弾道の位置が算出可能となる。
【００７９】
このように、本射撃ビデオゲーム機１は、画面上に表示されている射撃対象への射撃に対応する入力を、ガンユニット中のトリガーの操作により受け付けるものであり、ＣＣＤカメラ４０にてスクリーン全体に対応する撮像範囲のＣＣＤ画像を生成し、少なくともトリガーを引いた際に、ガンユニット１０の銃口近傍の発光部１７による光像を、生成されたＣＣＤ画像中で識別し、光像の位置や各輝点間の距離等から、ガンユニット１０の位置を算定する。
【００８０】
本ゲーム機１によると、ガンユニット１０の発光部１７を上記のように放射状にビーム光を出射する構成とし、発光部１７による光像の位置や各輝点間の距離等からガンユニット１０の位置を算定するようにしたので、ガンユニットの位置あるいはプレーヤの位置を検出する装置を別途設けたり、撮像素子の高い撮像精度や取付精度が要求されたりすることがなく、また、ガンユニット１０の位置の算出方法が比較的容易なものとなる。その結果、従来のゲーム装置に比してコストを低減しながら、コントローラの位置情報、延いてはプレーヤの位置情報を比較的容易に得ることができる。また、コントローラの位置情報が得られるため、プレーヤに応じた弾道を正確に表示することができるとともに、プレーヤ毎に射撃テクニックの評価を行うことができる。
【００８１】
これらに加えて、以下のような変形例を採用することができる。
（１）上記の実施の形態は射的ゲーム機に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、指定する対象は画像（文字画像含む）などの画面に対して指示をすることで、例えば双方向の情報伝達の一助とすることも可能である。さらに、画像表示面に限定されず、指定対象となる領域の面の所望する位置を指定する態様にも適用可能である。これらの場合、コントローラは模擬銃の他、目的に沿った形態のものが採用可能である。
（２）対象面は投射用スクリーンに限らず、種々の表示面、例えばテレビジョンのモニタ、液晶モニタ、パーソナルコンピュータのモニタ画面等に対しても同様に適用可能である。
（３）本実施の形態で示したように、２Ｐプレイを可能とし、さらに複数のコントローラに対しても同時に向きや位置を算定することが可能となり、汎用性の高い検出装置を提供し得る。
（４）発光部の形状は種々のものが考えられるが、基本的にＬフレームの要素を包括するものは、Ｌフレームの概念に含まれる。
（５）上記実施形態では、点状光源としてレーザ発光器を用いたが、例えば指向性を付与する筒体が設けられたＬＥＤでもよい。
（６）上記実施形態では、４つのレーザ発光器１７ａ〜１７ｄによるスクリーン１１１上の輝点の配列態様からガンユニット１０の位置を算出するようにしているが、さらにレーザ発光器１７ａ〜１７ｃによる輝点のうちいずれかの輝点を通る副軸上に輝点が生成されるように５つのレーザ発光器を設けるのがより好ましい。
【００８２】
すなわち、上記実施形態のように４つの輝点からでは、図１５に示すように、コントローラの上下方向の位置を特定することができないので、例えば第２の平面Ｓ２（図３参照）上であって光線Ｌａ又はＬｄに対し角度αをなす方向に光線Ｌｄを出射する５つめのレーザ発光器を設け、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、副軸上にさらに５つめの輝点Ｅが生成されるようにするとよい。これにより、図１４で説明したコントローラの算出方法を副軸上の輝点について同様に適用することにより、コントローラの上下方向の位置も特定することができる。さらに、５つめの輝点を生成する位置は、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ発光器１７ａによる輝点を通る副軸上に限らず、例えば図１６（ｃ）に示すように、レーザ発光器１７ｂまたは１７ｃによる輝点のうちいずれか一方の輝点を通る副軸上であってもよい。この場合、５つめの輝点Ｅは、主軸に対しレーザ発光器１７ｄによる輝点の位置と反対側に生成するとよい。なお、図１６（ａ），（ｂ）は、特許請求の範囲における第２の平面と第３の平面とが一致する場合、図１６（ｃ）は、第２の平面と第３の平面とが異なる場合の一例である。また、輝点の配列は、Ｌ字状やＴ字状に限らず、十字状でもよい。この場合、２軸を区別する必要があるため、中央の輝点以外の輝点の色を他の輝点の色と異ならせるようにするとよい。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、コントローラを、複数の点状光源を備え、点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状となる構成としたので、従来のゲーム装置に比してコストを低減しながら、コントローラの位置情報、延いてはプレーヤの位置情報を提供することができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、最少の点状光源で、複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態を生成することができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式を容易にできる。
【００８６】
請求項４記載の発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式を容易にできる。
【００８７】
請求項５に記載の発明によれば、各発光器による輝点が例えばＬ字状に配列することとなり、予め複数の輝点が構成する配列態様に関する情報を取得しておくことで、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索を容易にできる。
【００８８】
請求項６に記載の発明によれば、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００８９】
請求項７に記載の発明によれば、第１〜第４発光器に加えて、第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることで、コントローラの位置等をより正確に算出することができる。
【００９０】
請求項８に記載の発明によれば、コントローラの位置等をより正確に算出するために第５の発光器をさらに備えた場合でも、コントローラの位置等を演算するための演算式が容易となる。
【００９１】
請求項９に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明と同様に、予め複数の輝点が構成する配列態様に関する情報を取得しておくことで、撮像画像中から各発光器による輝点の捜索を容易にできる。
【００９２】
請求項１０に記載の発明によれば、自然光の影響を受け難いという利点があり、自然光に含まれる波長光を採用する場合に比して、操作環境を暗室状とするなどの付加物が不要にできる。
【００９３】
請求項１１，１２に記載の発明によれば、識別された光源の像についての情報からコントローラの位置を算定することが可能となる。
【００９４】
請求項１３に記載の発明によれば、画像中の所望する位置を指向することが可能となる。
【００９５】
請求項１４に記載の発明によれば、スクリーン上の所望の位置の指定が可能となる。
【００９６】
請求項１５に記載の発明によれば、ゲーム画面に登場する射的対象画像に対する射的操作を受けて、その射的が射的対象画像に当たったか否かを判定できるため、それに従って以降のゲーム進行を制御できる。また、種々のコントローラに採用できることから、種々のゲームへの適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本ゲーム機の外観斜視図である。
【図２】ガンユニットの構成を示す図である。
【図３】発光部の形態を示す図である。
【図４】本ゲーム機の制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図５】ゲーム制御部（ＣＰＵ）にて実行される射撃ビデオゲーム処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】ゲーム処理本体での処理を行うゲーム処理部の主要部の構成を示すブロック図である。
【図７】ゲーム処理本体での処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図８】プレーヤ感知センサによるプレイエリア上のプレーヤの位置の検知を説明するための第１の図である。
【図９】プレーヤ感知センサによるプレイエリア上のプレーヤの位置の検知を説明するための第２の図である。
【図１０】ＳＴ８１での位置検出処理を行う位置検出部の主要部の構成を示すブロック図である。
【図１１】ＳＴ８１での位置検出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１２】ＳＴ８１５の詳細のサブルーチンを示す図である。
【図１３】レーザ発光器による輝点の配列等を説明するための説明図である。
【図１４】ガンユニットの位置の算定方法を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の変形形態を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の変形形態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１７，２７ 発光部
１７ａ〜１７ｄ，２７ａ〜２７ｄ レーザ発光器
１０、２０ ガンユニット
４０ ＣＣＤカメラ
１５，２５ 銃口
１１１ スクリーン
４０１ 位置検出部
４０１８ 視線ベクトル算定部
４０１９ ガンユニット位置算定部
Claims (15)
- 対象面に対して任意の方向に向けられ、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段の撮像画像内に複数の点状光像を提供するコントローラであって、当該コントローラの位置を遠隔的に検出するための前記複数の点状光像を生成する複数の点状光源を備え、前記点状光源により生成される複数の点状光像が少なくとも異なる２の方向に並ぶ配列状態となるように、前記各点状光源から前記対象面に向けて出射される各ビーム光の出射方向が互いに放射状とされた発光部を有することを特徴とするコントローラ。
- 前記発光器は、第１の平面上で互いに拡散する方向にビーム光を出射する第１〜第３の発光器と、前記第１〜第３の発光器のうち端部側のビーム光を出射する第１の発光器のそのビーム光の光路を含む、前記第１の平面と交差する第２の平面上で、前記第１の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第４の発光器とを備えることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
- 前記第１の発光器及び第１〜第３の発光器のうち中央側のビーム光を出射する第２の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度と、前記第２の発光器及び第３の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度とが等しく、かつ各光路が出射方向とは逆方向への延長線上で１点に集結することを特徴とする請求項２に記載のコントローラ。
- 前記第１の発光器及び第４の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度が、前記第１の発光器及び第２の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度に等しく、且つ第４の発光器からのビーム光の光路の出射方向とは逆方向への延長線が前記１点を通過することを特徴とする請求項３に記載のコントローラ。
- 前記第１の平面と第２の平面とが直交していることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のコントローラ。
- 前記第２の発光器からのビーム光の出射方向は、当該コントローラの向きと一致することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のコントローラ。
- 前記第１〜第３発光器のうちいずれか一の発光器から出射されるビーム光の光路を含む、前記第１の平面と交差する第３の平面上で、前記一の発光器からのビーム光に対して拡散する方向にビーム光を出射する第５の発光器を備えることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載のコントローラ。
- 前記一の発光器及び第５の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度が、前記第１の発光器及び第４の発光器からの両ビーム光の光路の交差角度に等しく、且つ第５の発光器からのビーム光の光路の出射方向とは逆方向への延長線が前記１点を通過することを特徴とする請求項７に記載のコントローラ。
- 前記第３の平面は、前記第１の平面と直交していることを特徴とする請求項７または８に記載のコントローラ。
- 前記発光器は、レーザ光を出射するものであることを特徴とする請求項２ないし９のいずれかに記載のコントローラ。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載のコントローラと、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段と、撮像画像中の前記コントローラの第１〜第４の発光器による光像を識別する識別手段と、識別された前記光像についての情報から前記コントローラの前記対象面に対する位置を算定する算定手段とを備えたことを特徴とするコントローラの姿勢遠隔測定装置。
- 請求項７ないし１０のいずれかに記載のコントローラと、前記対象面を撮像範囲とする撮像手段と、撮像画像中の前記コントローラの第１〜第５の発光器による光像を識別する識別手段と、識別された前記光像についての情報から前記コントローラの前記対象面に対する位置を算定する算定手段とを備えたことを特徴とするコントローラの姿勢遠隔測定装置。
- 前記対象面は、画像が表示される画面であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置。
- 前記画面は、プロジェクタから投射される画像が表示されるスクリーンであることを特徴とする請求項１３に記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置。
- 請求項１１ないし１４のいずれかに記載のコントローラの姿勢遠隔測定装置と、射的対象画像が含まれるゲーム画像を生成するゲーム制御手段と、生成されたゲーム画像を対象面に表示する画像表示手段とを備え、前記ゲーム制御手段は、前記コントローラによる指向位置と射的対象画像の画面内での表示位置との一致の有無を判定し、判定結果に従ってゲーム進行を制御するものであることを特徴とするビデオゲーム装置。
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