JP3642779B2 - ３次元シミュレータ装置及び画像合成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仮想３次元空間をシミュレートできる３次元シミュレータ装置及び画像合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば３次元ゲームあるいは飛行機及び各種乗物の操縦シュミレータ等に使用される３次元シミュレータ装置として種々のものが知られている。このような３次元シミュレータ装置では、図１８（Ａ）に示す３次元物体３００に関する画像情報が、あらかじめ装置に記憶されている。この３次元物体３００は、プレーヤ（観者）３０２がスクリーン３０６を介して見ることができる風景等の表示物を表すものである。そして、この表示物である３次元物体３００の画像情報をスクリーン３０６上に透視投影変換することにより疑似３次元画像（投影画像）３０８をスクリーン３０６上に画像表示している。この装置では、プレーヤ３０２が、操作パネル３０４により回転、並進等の操作を行うと、プレーヤ３０２又はプレーヤ３０２の搭乗する移動体の位置、方向が変化し、この変化に伴い３次元物体３００の画像がスクリーン３０６上でどのように見えるかを求める演算処理が行われる。この演算処理はプレーヤ３０２の操作に追従してリアルタイムで行われる。これによりプレーヤ３０２は、プレーヤ自身又はプレーヤ自身の搭乗する移動体の位置、方向の変化に伴う風景等の変化を疑似３次元画像としてリアルタイムに見ることが可能となり、仮想的な３次元空間を疑似体験で 図１８（Ｂ）には、以上のような３次元シミュレータ装置により形成される表示画像（ゲーム画面）の一例が示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この種の３次元シミュレータ装置では、レーシングカーゲームを例にとれば、プレーヤの視点位置はプレーヤカーの後方位置、運転席位置等に固定されていた（図１８（Ｂ）では、プレーヤカー９００の後方位置に固定されている）。また、視線方向もプレーヤカーの進行方向に固定されていた。しかし、この種のゲームではプレーヤの好みも多種多様であり、プレーヤカーの後方位置よりも運転席位置に視点が固定されている事を好むプレーヤも多く存在する一方で、その逆を好むプレーヤも多く存在する。更に、視線方向についてもプレーヤカーの進行方向に常に固定されていると、ゲームのバラエティを今一つ増すことができない。従って、視点位置、視線方向等の視点情報をプレーヤカーの位置、方向とは独立に変更できる３次元シミュレータ装置が望まれる。
【０００４】
プレーヤの視点情報を変更する手法として、例えば装置の操作部（操作パネル）に、視点切替のための複数の選択ボタンを配置し、これらの選択ボタンのいずれかを押すことでプレーヤに所望の視点位置、視線方向を選択させる手法も考えられる。しかし、この手法によっても、視点情報の選択はこれらの選択ボタンの個数分しかなく、配置できる選択ボタンの個数も限られるため、これだけの個数では全てのプレーヤの好みに対応することはできない。また、この手法では、プレーヤは、ゲームに熱中した状態でゲーム画面を見ながら、手探りで選択ボタンを押す必要がある。従って、プレーヤが所望する選択ボタンを押そうとしても、誤った選択ボタンを押す場合が多く、このためプレーヤのゲームプレイへの集中が欠け、結果としてゲームへの満足度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
また、例えば戦闘機と戦闘機、戦闘機と戦車を対戦させる等の対戦型ゲームでは、標的に照準を合わせ、この照準方向にミサイル等を発射することで標的に対して攻撃を加える。しかし、従来の装置では、照準の方向は戦闘機等の進行方向であるプレーヤの視線方向に固定されており、従って、標的に攻撃を加えるためには標的の方向に戦闘機の方向を向ける必要があった。このため、プレーヤの所望する標的に攻撃を与えることが難しく、この結果、ゲームの面白味を今一つ高めることができないという問題があった。
【０００６】
更に、例えば３−Ｄ（３次元）のダンジョンを探検しながら敵を倒すようなロールプレイングゲーム等においては、３−Ｄダンジョン内を、プレーヤ（あるいはプレーヤキャラクタ）はジョイスティック等を操作して移動する必要がある。この場合、従来の装置では、プレーヤの進行方向と視線方向が一致していたため、プレーヤが異なる方向を見たいと希望する場合は、プレーヤの進行方向も変更する必要があった。このため、ゲームの操作性が悪化し、ゲームの面白味を低下させていた。
【０００７】
本発明は以上のような技術的課題を達成するためになされたものであり、その目的とするところは、仮想３次元空間において視界画像を形成する際の視点情報を連続的に変更できる３次元シミュレータ装置及び画像合成方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、観者又は観者の搭乗する移動体の位置、方向の操作と独立に、視点位置、視線方向を操作できる３次元シミュレータ装置及び画像合成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、操作手段と、該操作手段から入力される操作情報に基づいて仮想３次元空間を形成する演算を行う仮想３次元空間演算手段と、形成された前記仮想３次元空間内において見える視界画像の合成を行う画像合成手段とを含む３次元シミュレータ装置であって、
前記操作手段には視点情報を連続的に変更するための操作情報を入力する手段が含まれ、
前記仮想３次元空間演算手段が、前記入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、あらかじめ定められた軌道上で視点情報を連続的に変更する演算を行い、前記画像合成手段が、変更演算が施された前記視点情報に基づいて視界画像の合成を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、操作手段から入力される操作情報に基づいて仮想３次元空間内において見える視界画像の合成を行う画像合成方法であって、
前記操作手段に含まれる入力手段により視点情報を連続的に変更するための操作情報を入力し、前記入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、あらかじめ定められた軌道上で視点情報を連続的に変更する演算を行い、変更演算が施された前記視点情報に基づいて視界画像の合成を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、入力手段により入力された操作情報に基づいて、所定の軌道上で視点情報を連続的に変更する演算が行われる。即ち、入力手段を操作するにしたがって、視点情報が連続的に変更される。そして、この変更された視点情報に基づいて視界画像の合成が行われ、観者（画像を見る者、例えばプレーヤ）はこの視界画像を見ることができる。これにより、観者は、所望する視界画像が得られるまで、視点情報を連続的に調整できることになる。なお、ここで視点情報とは視点位置、視線方向等をいう。そして、視点情報を変更する場合には、視点位置を変更し、視線方向については固定する又はあらかじめ定められたパターンで変更してもよい。
【００１２】
また、本発明は、操作手段と、該操作手段から入力される操作情報に基づいて仮想３次元空間を形成する演算を行う仮想３次元空間演算手段と、形成された前記仮想３次元空間内において見える視界画像の合成を行う画像合成手段とを含む３次元シミュレータ装置であって、
前記操作手段には、観者又は観者が搭乗する移動体の位置及び方向の少なくとも１つを連続的に変更するための操作情報を入力する第１の入力手段が含まれると共に、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを連続的に変更するための操作情報を入力する第２の入力手段が含まれ、
前記仮想３次元空間演算手段が、前記第１の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、観者又は移動体の仮想３次元空間内における位置及び方向の少なくとも１つを指定する第１の指定情報を求めると共に、前記第２の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを指定する第２の指定情報を求め、前記画像合成手段が、観者又は移動体が前記第１の指定情報により指定される位置、方向にある場合に、前記第２の指定情報により指定される視点位置、視線方向において見える視界画像の合成を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、操作手段から入力される操作情報に基づいて仮想３次元空間内において見える視界画像の合成を行う画像合成方法であって、
前記操作手段に含まれる第１の入力手段により、観者又は観者が搭乗する移動体の位置及び方向の少なくとも１つを連続的に変更するための操作情報を入力し、前記操作手段に含まれる第２の入力手段により、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを連続的に変更するための操作情報を入力し、前記第１の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、観者又は移動体の仮想３次元空間内における位置及び方向の少なくとも１つを指定する第１の指定情報を求めると共に、前記第２の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを指定する第２の指定情報を求め、観者又は移動体が前記第１の指定情報により指定される位置、方向にある場合に、前記第２の指定情報により指定される視点位置、視線方向において見える視界画像の合成を行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、第１の入力手段から入力される操作情報に基づいて第１の指定情報が求められ、第２の入力手段から入力される操作情報に基づいて第２の指定情報が求められる。そして、第１の指定情報で指定される位置、方向に観者又は移動体がある場合に、第２の指定情報で指定される視点位置、視線方向において見える視界画像の合成が行われ、観者はこの視界画像を見ることができる。即ち、本発明によれば、観者又は移動体の移動と、視点位置、視線方向の移動とを独立に制御することが可能となり、操作のバラエティを増やすことができる。
【００１５】
また、本発明は、前記視点位置、視線方向の少なくとも１つの変更に連動して標的への照準の位置及び方向の少なくとも１つを変更する手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、視点位置、視線方向を第２の入力手段で変更すると、標的に対する照準についてもこれに連動して変更される。これにより、観者は、観者又は移動体の進行方向を標的方向に合わせることなく、標的に対して攻撃を行うことができることになる。
【００１７】
また、本発明は、前記入力手段により前記操作情報を入力する際に、基準となる視界画像が合成される位置を観者に認識させる手段を含むことを特徴とする３次元シミュレータ装置。
【００１８】
本発明によれば、例えば、観者が入力手段を操作する際に機械的な引っかかり部（クリック部）等を設けることで、基準となる視界画像が合成される位置、例えばドライビングゲームを例にとれば運転席、車の後方、車の上方等に視点位置等が設定される場合に見える視界画像が合成される位置を、観者に対して認識させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
１．ゲームの概要
まず、本３次元シミュレータ装置で実現される３次元ゲームの一例について簡単に説明する。
【００２０】
図２には、本３次元シミュレータ装置の一例が示される。この３次元シミュレータ装置では、複数の独立したシミュレータ装置（ゲーム装置）１−１、１−２、１−３、１−４がデータ伝送ラインを介して互いに接続されている。もちろん、本発明は、このようなマルチプレーヤ型ゲーム構成のみならず１人プレーヤ構成の場合にも当然に適用できる。
【００２１】
図２に示すように、この各シミュレータ装置は、実際のレーシングカーの運転席と同様に形成されている。そして、プレーヤは、シート１８に着座し、ディスプレイ１０に映し出されたゲーム画面（レーシングカーの運転席から見える風景の視界画像）を見ながら、操作部１２に設けられたハンドル１４、アクセル１５等を操作して架空のレーシングカーを運転してゲームを行う。そして、本発明では、更に、操作部１２にロータリエンコーダ１６が設けられている。このロータリエンコーダ１６は、プレーヤの視点情報を、あらかじめ定められた軌道上で連続的に変更するために設けられたものである。
【００２２】
図３には、本３次元ゲームにおける仮想３次元空間の一例が示される。このように、本３次元ゲームにおける仮想３次元空間には、３次元的に形成されたコース２０が配置されている。そして、コース２０の周辺には、ビル６０、アーチ６２、スタンド６４、崖６６、壁６８、トンネル７０、木７２、ブリッジ７４等の３次元オブジェクトが配置されている。プレーヤはこれらのコース等が映し出されたディスプレイ１０を見ながらレーシングカーを操作する。そして、スタートポイント７６からスタートして、コース２０を周回し、所定回数コースを周回するとゴールとなり、プレーヤの順位が決定される。
【００２３】
図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）には、本３次元ゲームにおいてディスプレイ１０上に映し出されるゲーム画面（視界画像）の一例が示される。これらのゲーム画面間では、各々視点情報（視点位置、視線方向）が異なっており、図６には、これらの各ゲーム画面に対応する視点位置２０〜２３、視線方向２４〜２７が示されている。
【００２４】
例えば、図４（Ａ）は、プレーヤカー５１の運転席位置に視点情報が設定されている（図６の視点位置２０、視線方向２４）のゲーム画面の例である。この場合には、ゲーム画面上には相手レーシングカー５２のみ描かれプレーヤカーは描かれないが、プレーヤは実際に車を運転しているのと同様の感覚を味わえるため、ゲームのリアリティを高めることができる。また、図４（Ｂ）は、プレーヤカー５１の後方位置に視点情報が設定されている場合（図６の視点位置２１、視線方向２５）のゲーム画面の例である。この場合には、相手レーシングカー５２のみならずプレーヤカー５１もゲーム画面上に描かれる。このため、プレーヤは自身が操作したプレーヤカー５１がどのように動くかについても見ることができ（例えばドリフト状態となった自身のプレーヤカーを見ることができる）、ゲームの面白味を高めることができる。また、図５（Ａ）は、プレーヤカー５１の後方よりやや上方の位置に視点情報が設定されている場合（図６の視点位置２２、視線方向２６）のゲーム画面の例である。また、図５（Ｂ）は、プレーヤカー５１のトップ（ほぼ真上）位置に視点情報が設定されている場合（図６の視点位置２３、視線方向２７）のゲーム画面の例である。このようなドライビングゲームでは、例えば運転席から見える視界画像を合成するゲーム装置と、プレーヤカーのトップ位置から見える視界画像を合成するゲーム装置等とは、別ジャンルのゲーム装置として確立されている。しかし、本実施例によれば、このように異なるジャンルとして確立されているゲーム装置の視界画像を、１つのゲーム装置により表現することが可能となる。なお、例えば視点がトップ位置にある場合等には、運転席の位置にある場合に比べ、コース２０の曲がり具合がよくわかり、初心者に好適なものとなる。
【００２５】
さて、本実施例では視点情報を連続的に変更することができる。例えば、図６では、視点情報の中の視点位置を運転席の位置からトップの位置まで（視点位置２０〜視点位置２３まで）連続的に移動することができる。この場合、視点位置の移動する軌道３０はあらかじめ定められており、プレーヤは、図２のロータリエンコーダ１６を操作することで、この軌道３０上で視点位置を連続的に移動させる。従って、プレーヤは、自分が所望する視点情報を任意に設定し、この設定された視点情報に基づくゲーム画面を見ることが可能となる。これにより、多種多様な好みを持つ多くのプレーヤの要求を満足させることが可能となる。また、プレーヤの所望する視点情報に基づき視界画像を得るために、１つのロータリエンコーダ１６を操作すればよいので、プレーヤが操作を間違える可能性が少なくなり、結果として、プレーヤはゲーム画面に集中することができる。また、例えばロータリエンコーダ１６を左に回せば視点位置２３側に、右に回せば視点位置２０側にというように視点情報を変更できるため、見たい画像を得るための操作が直感的に非常に分かり易いものとなる。以上により装置の商品性を大幅に高めることができる。
【００２６】
なお、図６では、視点情報の中の視線方向２４〜２７については、視点位置２０〜２３の各々において異なったものに設定されている。例えば、視点位置２０においては視線方向２４はプレーヤカー５１の進行方向に設定されている。また、視点位置２１では視線方向２５はやや下向きとなり、視点位置２２、２３での視線方向２６、２７は更に下向きになっている。視点位置を連続的に変更するのに伴い、このように、視線方向２４〜２７の向きについても連続的に変更させることが望ましい。但し、視線方向の向きは図６に示される設定に限られず、例えば常に１つの方向に固定する等の種々の設定とすることができる。また、軌道の形状も図６に示すものに限られるものではない。
【００２７】
２．装置全体の説明
図１には、本実施例に係る３次元シミュレータ装置のブロック図が示される。
【００２８】
図１に示すように、本実施例の３次元シミュレータ装置は、プレーヤが操作情報を入力する操作部１２、所定のゲームプログラムにより仮想３次元空間形成のための演算を行う仮想３次元空間演算部１００、仮想３次元空間演算部１００により決められた視点位置における視界画像を合成する画像合成部２００、及びこの視界画像を画像出力するディスプレイ１０を含んでいる。
【００２９】
操作部１２には、例えば本３次元シミュレータ装置をレーシングカーゲームに適用した場合には、レーシングカーを運転するためのハンドル１４、アクセル１５等が含まれ、これにより操作情報が入力される。また、操作部１２には、図２のロータリエンコーダ１６に相当する入力部２が含まれ、これにより視点情報を連続的に変更するための操作情報を入力できる。
【００３０】
仮想３次元空間演算部１００では、図３に示す仮想３次元空間における複数の表示物、例えばコース２０、ビル６０、アーチ６２、スタンド６４、崖６６、プレーヤカー、相手レーシングカー、コンピューターカー等の位置あるいは位置及び方向を設定する演算が行われる。この演算は、操作部１２からの操作情報や、あらかじめ設定記憶されているマップ情報等に基づいて行われる。そして、仮想３次元空間演算部１００には、視点情報変更部１０７が含まれている。この視点情報変更部１０７には、入力部２から、視点情報（視点位置、視線方向）を連続的に変更するための操作情報が入力され、この操作情報に基づいて、あらかじめ定められた軌道（図６の軌道３０）上で視点情報を連続的に変更する演算が行われる。そして、変更演算が施された視点情報は画像合成部２００に出力される。
【００３１】
画像合成部２００では、仮想３次元空間演算部１００からの演算結果に基づいて視界画像の合成が行われる。この場合、視界画像を合成する際に必要な視点位置、視線方向等の視点情報は仮想３次元空間演算部１００から入力されたものを用いる。そして、合成された視界画像はディスプレイ１０上に表示される。以上のようにして、あらかじめ定められた軌道上において視点情報を連続的に変更した場合の視界画像を得ることができる。
【００３２】
図７には、仮想３次元空間演算部１００、画像合成部２００等の具体的構成の一例を表すブロック図が示される。但し、本発明における仮想３次元空間演算手段、画像合成手段の構成は図７に示す構成に限られるものではない。
【００３３】
３．仮想３次元空間演算部についての説明
図７に示すように操作部１２は、第１、第２の入力部４、６を含む。第１の入力部４は、ハンドル１４、アクセル１５等に相当するものであり、この第１の入力部４により、プレーヤカー（又はプレーヤ）の位置又は方向あるいは位置及び方向を連続的に変更する操作情報が入力される。例えば、ハンドル１４を操舵すると、その操舵角により方向についての変化量が入力される。また、アクセル１５の踏み具合により位置についての変化量が入力される。
【００３４】
また、第２の入力部６は、ロータリエンコーダ１６に相当するものであり、この第２の入力部６により視点位置を連続的に変更する操作情報が入力される。また、この第２の入力部６により、視線方向を連続的に変更する操作情報を入力させることもできる。例えばロータリエンコーダ１６を回転させると、その回転角により視点位置等の変化量が入力される。
【００３５】
なお、第２の入力部６としては、種々のものを採用することができ、例えば図８（Ａ）に示すロータリエンコーダ１６以外にも、図８（Ｂ）に示すようなポテンショメータ３２と呼ばれるものも採用できる。ロータリエンコーダ１６によれば視点情報の相対的な変化量を操作情報として入力できるが、ポテンショメータ３２によれば視点情報の絶対的な値を操作情報として入力できる。そして、図８（Ａ）では、操作凹部１７を用いて回転部分を左右に回転させることで視点情報を変更し、図８（Ｂ）では、つまみ３３をスライドさせることで視点情報を変更することになる。なお、形状は図８（Ａ）、（Ｂ）に示すものに限らず、例えばスライド式のロータリエンコーダや、回転式のポテンショメータを採用することも可能である。
【００３６】
ロータリエンコーダ１６を用いる場合には、得られる操作情報はデジタルデータとなるため、図８（Ｃ）に示すように、この操作情報はそのまま仮想３次元空間演算部１００に入力される。一方、ポテンショメータ３２を用いる場合には、得られる操作情報はアナログデータになるため、図８（Ｄ）に示すように、この操作情報はＡ／Ｄ変換部３４でデジタルデータに変換されて、仮想３次元空間演算部１００に入力される。但し、仮想３次元空間演算部１００がアナログインターフェースを有している場合には、直接にアナログデータの操作情報を入力してもよい。
【００３７】
また、ロータリエンコーダ１６を回転させた場合に機械的に引っかかる部分（クリック部）を設け、図９（Ａ）に示すように、例えば操作凹部３６が表示３６〜４２の位置にある場合にプレーヤに引っかかりを感じさせるような構成とすることもできる。これにより、プレーヤがロータリエンコーダ１６を用いて操作情報を入力する際に、基準となる視界画像（例えば図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）の視界画像）が合成される位置をプレーヤに認識させることができる。この結果、プレーヤは、基準となる視界画像を合成するための視点情報（例えば図６の視点位置２０〜２３、視線方向２４〜２７）を容易に選択することができ、この視点情報を基準にプレーヤの所望する視点情報への変更動作を行うことも可能となる。なお、図９（Ｂ）には、ポテンショメータ３２の場合についての例が示され、この場合はつまみ３３が表示４４、４６の位置にある場合に、プレーヤは引っかかりを感じることになる。
【００３８】
図７に示すように、仮想３次元空間演算部１００は、処理部１０２、仮想３次元空間設定部１０４、移動演算部１０６、視点情報変更部１０７、表示物情報記憶部１０８を含んでいる。
【００３９】
ここで、処理部１０２では、３次元シミュレータ装置全体の制御が行われる。また、処理部１０２内に設けられた図示しない記憶部には、所定のゲームプログラムが記憶されている。仮想３次元空間演算部１００は、このゲームプログラム及び操作部１２からの操作信号にしたがって仮想３次元空間設定の演算を行うことになる。
【００４０】
移動演算部１０６では、第１の入力部４から入力されるプレーヤカーの位置等についての操作情報及び処理部１０２からの指示等にしたがって、プレーヤカーの位置情報、方向情報の変化量（例えば△Ｘｍ、△Ｙｍ、△Ｚｍ、△θｍ、△φｍ、△ρｍの全てあるいはその一部）を求める演算が行われる。一方、視点情報変更部１０７においては、例えば第２の入力部６としてロータリエンコーダを用いた場合には、第２の入力部６から入力される操作情報及び処理部１０２からの指示等にしたがって、視点位置等の軌道３０上に沿った変化量（例えば△Ｘｋ、△Ｙｋ、△Ｚｋ）等を求める演算が行われる。
【００４１】
表示物情報記憶部１０８には、仮想３次元空間を構成する表示物の数に対応する格納エリアがあり、各エリアには該表示物の位置情報・方向情報及びこの位置に表示すべき表示物のオブジェクトを指定するオブジェクトナンバーが記憶されている（以下、この記憶された位置情報・方向情報、オブジェクトナンバーを表示物情報と呼ぶ）。図１０には、表示物情報記憶部１０８に記憶される表示物情報の一例が示される。図１０における位置情報、方向情報はワールド座標系（絶対座標系）における値である。
【００４２】
表示物情報記憶部１０８に記憶されている表示物情報は、仮想３次元空間設定部１０４により読み出される。この場合、表示物情報記憶部１０８には、当該フレームの１つ前のフレームにおける表示物情報が記憶されている。そして、仮想３次元空間設定部１０４では、読み出された表示物情報と、移動演算部１０６で演算された変化量（△Ｘｍ、△Ｙｍ、△Ｚｍ、△θｍ、△φｍ、△ρｍ）とに基づいて、当該フレームにおける表示物情報（第１の指定情報）が求められ、画像合成部２００に出力される。なお、静止物体については表示物情報は変化しないのでこのような処理は必要ない。
【００４３】
また、視点情報変更部１０７においても、１つ前のフレームにおける視点情報、演算された当該フレームにおける変化量（△Ｘｋ、△Ｙｋ、△Ｚｋ）、及びプレーヤカーの位置情報等を用いることにより、視点情報を変更する演算が行われ、これにより当該フレームにおける視点情報が求められる。但し、視点情報については、例えば入力手段６から入力される操作情報に１対１に対応させて、プレーヤカー５１の位置からの視点位置の変化（△Ｘｊ、△Ｙｊ、△Ｚｊ）等を格納したテーブルを用意し、このテーブルを用いて視点情報を求めてもよい。このようにすれば演算を容易に行うことができる。そして、この演算は、視点情報変更部１０７により行う。このようにして求められた視点情報は、フレーム情報（第２の指定情報）として画像合成部２００に出力される。
【００４４】
４．画像合成部についての説明
画像合成部２００では、仮想３次元空間において見える視界画像の合成が行われる。このため画像合成部２００は、図７に示すように画像供給部２１０と画像形成部２２８とを含み、画像供給部２１０はオブジェクト画像情報記憶部２１２を含む。オブジェクト画像情報記憶部２１２には、表示物を表すオブジェクトの画像情報が記憶されており、このオブジェクトは表示物情報に含まれるオブジェクトナンバーにより指定される。
【００４５】
画像供給部２１０では、仮想３次元空間演算部１００からの表示物情報、フレーム情報、及びオブジェクト画像情報記憶部２１２から読み出されたオブジェクト画像情報に基づいて、各種の３次元演算処理が行われる。即ち、まず、図１１に示すように、レーシングカー、コース等を表すオブジェクト３００、３３３、３３４について、それを構成するポリゴンをワールド座標系（絶対座標系）（ＸW、ＹW、ＺW）で表現される仮想３次元空間上に配置するための演算処理が行われる。次に、これらの各オブジェクトについて、それを構成するポリゴンを視点位置３０１を原点とする視点座標系（Ｘｖ、Ｙｖ、Ｚｖ）へ座標変換する処理が行われる。その後、いわゆるクリッピング処理が行われ、次に、スクリーン座標系（ＸS、ＹS）への透視投影変換処理が行われる。次に、ポリゴンフォーマット変換処理が行われ、最後に、必要に応じてソーティング処理等が行われる。
【００４６】
画像形成部２２８では、画像供給部２１０において３次元演算処理されたポリゴンの頂点座標等のデータから、ポリゴン内の全てのドットの画像情報が演算される。これによりプレーヤから見ることができる視界画像（疑似３次元画像）が形成されることになる。
【００４７】
さて、図１２（Ａ）、（Ｂ）には、本実施例の画像合成部２００において取り扱われるデータのフォーマットの一例が示される。図１２（Ａ）に示すように、このデータ列の先頭には、フレームデータが位置し、これに続き各々のオブジェクトについてのオブジェクトデータが連なっている。また、各々のオブジェクトデータには、オブジェクトを構成するポリゴンのデータが連なっている。図１２（Ｂ）には、このポリゴンデータのフォーマットの一例が示される。
【００４８】
仮想３次元空間演算部１００により求められた視点位置、視線方向等の視点情報は、このフレームデータに含まれる。フレームデータには、当該フレームにおける視野角情報、モニタ情報等も含まれる。画像供給部２１０は、これらの視点情報等を用いて、上記３次元演算処理を行う。例えば、視点位置情報に基づいて図１１の視点位置３０１が求められ、これにより視点座標系（Ｘｖ、Ｙｖ、Ｚｖ）の原点が定まる。また、視線方向情報に基づいて、Ｚｖの方向が決まり、これらによりＸｖ、Ｙｖの方向も定まる。そして、本実施例では、視点情報を連続的に変化させることで、この視点座標系を変化させ、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるような視界画像を得ることができる。
【００４９】
５．照準の連動
以上では、あらかじめ定められた軌道３０上において視点位置及び視線方向を連続的に変更する場合について説明した。しかし、本実施例ではこれ以外にも、視点位置、視線方向を各々独立に任意の位置、方向に変更することも可能である。例えば、図１３（Ａ）では、移動体（又はプレーヤ）を移動させる第１の入力部として操縦レバー４８が用いられ、視線方向を任意の方向に変更する第２の入力部としてジョイスティック５０が用いられる。即ち、操縦レバー４８を操舵することで、例えばプレーヤの搭乗する戦闘機等を所望の位置、方向に動かすことができる。また、ジョイスティック５０を所望の方向へ倒すことで、視線方向を任意の方向に変更することができる。このようにすれば、移動体である戦闘機の進行方向と、プレーヤの視線方向等とを別々に独立に変更することができ、ゲームの面白味を増すことができる。
【００５０】
例えば、図１４（Ａ）では、プレーヤの搭乗する戦闘機８０は、戦車８２に対して攻撃を加えようとしている。この場合、標的に対する照準８４は、プレーヤの視線の方向に位置しており、正面の方向に位置している。一方、図１４（Ｂ）では、戦車８２が左方向に移動した場合の図が示される。このような場合、従来の装置では、操縦レバー４８を操舵して戦闘機８０の進行方向を戦車８２の方に向けなければ、攻撃を加えることはできなかった。これに対して、本実施例では、まず、プレーヤは、ジョイスティック５０を左方向に倒すことで、プレーヤの視線の方向をゲーム画面上の左の方に変更することができる。そして、更に、この視線方向の変更に連動して、照準８４もその方向に移動する。これにより、戦車８２に照準を合わせることができ、戦車８２に対して攻撃を加えることが可能となり、ゲームの面白味をより増すことができる。
【００５１】
図１５にはこの場合の３次元シミュレータ装置のブロック図の一例が示される。前述の図７と異なり、画像合成部２００が照準画像生成部２３０を含んでいる。この照準画像生成部２３０は、照準８４の画像を生成するためのものである。また、第１の入力部４は、図１３（Ａ）の操縦レバー等がこれに相当し、第２の入力部６は、視線方向について操作情報を入力するためのジョイスティック５０がこれに相当する。そして、仮想３次元空間演算部１００内には、視点変更部１０８及び視線変更部１０９が設けられる。視点変更部１０８では視点位置を連続的に変更するための演算が行われる。また、視線変更部１０９では、視線方向を連続的に変更するための演算が行われる。そして、求められた変更後の視点情報は、フレーム情報に含まれ、画像供給部２１０及び照準画像生成部２３０に入力される。照準画像生成部２３０は、この視点情報に基づいて、ゲーム画面上のどの位置に照準８４を表示するかを決め、その位置に照準８４が表示された画像を画像形成部２２８に出力する。画像形成部２２８は、画像供給部２１０からの画像情報により形成された視界画像と、照準画像生成部２３０からの画像とをミキシングし、ディスプレイ１０への表示処理を行う。これにより、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように照準８４を表示することが可能となる。
【００５２】
６．３−Ｄダンジョンゲームへの適用
次に、本実施例を３−Ｄダンジョンゲームに適用した場合の例について説明する。図１６（Ａ）〜（Ｅ）には、プレーヤ８６が、３−Ｄダンジョンの中のいわゆる袋小路に迷い込んだ場合の例が示される。ここで、実線の矢印で示す方向８７はプレーヤの進行方向を表し、点線の矢印で示す方向８８はプレーヤの視線方向を表す。従来の３次元シミュレータ装置では、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プレーヤ８６の視線方向８８は常にプレーヤの進行方向８７と一致していた。従って、このようにプレーヤが袋小路に迷い込んだ場合にプレーヤがこの袋小路を脱出できる方向を見つけ出すためには、プレーヤの進行方向８７も変化させなければならなかった。そして、このようにプレーヤの進行方向８７も変化させると、プレーヤは初めの状態（図１６（Ａ））において進んでいた方向がわからなくなってしまい、３−Ｄダンジョンの攻略を困難なものにしていた。これに対して、本実施例では、例えば図１３（Ｂ）のジョイスティック５２を用いてプレーヤの進行方向８７を決めると共に、ジョイスティック５３を用いてプレーヤの視線方向８８をも決めることができる。これにより、図１３（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、プレーヤの進行方向８７は変化させずに、プレーヤの視線方向８８のみを独立に変化させることができる。この結果、このような袋小路の状況を認識することが容易となり、操作性の向上や、新たなイベントの創出が可能となる。これは、丁度、ジョイスティック５２によりプレーヤの体を動かし、ジョイスティック５３によりプレーヤの頭を動かすことに相当し、これにより、この種のゲームに要求される仮想現実感をより高めることが可能となる。なお、この場合に、よりゲームを現実の世界に近いものにするために、視線方向８８を動かすことができる範囲を、実際の頭を動かすことができる範囲に限定することも可能である。
【００５３】
さて、図１３（Ｃ）では、このようなジョイスティック５２、５３の他に、更に視点位置を移動させるためのロータリエンコーダ５５（ポテンショメータ等でも構わない）を設けている。プレーヤは、このロータリエンコーダ５５を用いることで、プレーヤの視線方向のみならず、プレーヤの視点位置についても移動させることができる。例えば図１７（Ａ）では、壁に設けられる松明９０の下方に何か文字が書いてあるが、この視点位置ではプレーヤはこの文字を読むことができない。本実施例では、このような場合に、ロータリエンコーダ５５を操作して、プレーヤの視点位置を松明９０の方向に近づけることで、図１７（Ｂ）に示すように松明９０の下方に書かれている文字９２を読むことができる。以上のようにすることで、ゲームの謎解きの面白さ等をより増すことが可能となる。なお、この場合には、図１５のブロック図において、ジョイスティック５２が第１の入力部４に相当し、ジョイスティック５３及びロータリエンコーダ５５が第２の入力部６に相当する。そして、ジョイスティック５３からの操作情報は視線変更部１０９に入力され、これにより視線方向を変更するための演算が行われる。一方、ロータリエンコーダ５５からの操作情報は視点変更部１０８に入力され、これにより視点位置を変更するための演算が行われる。そして、これらの演算が施された視点位置、視線方向の情報がフレーム情報として画像合成部２００に入力され、これによりこれらの視点位置、視線方向情報に基づく視界画像が合成されることになる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００５５】
例えば、本発明における入力手段としては、本実施例で説明したロータリエンコーダ、ポテンショメータ、ジョイスティック以外にも、例えば、トラックボールを用いたもの、単なるボタン操作によるもの等、種々のものを採用できる。
【００５６】
また、本発明においては、視点位置、視線方向の両方を変更するようにしてもよいし、どちらか一方のみを変更するようにしてもよい。
【００５７】
また、本発明は、業務用のゲーム機のみならず、例えば、家庭用のゲーム装置、フライトシミュレータ、教習所等で使用されるドライビングシミュレータ等にも適用することができる。特に、本発明の原理は、家庭用ゲーム装置、パーソナルコンピュータに使用されるゲームカートリッジ、ＣＤ−ＲＯＭに格納されるゲームプログラムのアルゴリズム等にも当然に適用できる。更に、多数のプレーヤが参加する大型アトラクション型のゲーム装置、シミュレーション装置にも適用できる。
【００５８】
また、本実施例では、レーシングカーゲーム、対戦ゲーム、ロールプレイングゲーム等を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、あらゆる種類のゲームに適用でき、例えば３次元的にマップが形成された宇宙船ゲーム等にも適用できる。
【００５９】
また、本発明において仮想３次元空間演算手段、画像合成手段等において行われる演算処理は、専用の画像処理デバイスを用いて処理してもよいし、汎用のマイクロコンピュータ、ＤＳＰ等を利用してソフトウェア的に処理してもよい。
【００６０】
更に、仮想３次元空間演算手段、画像合成手段等で行われる演算処理も本実施例で説明したものに限定されるものではない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、観者は、所望する視界画像が得られるまで、視点情報を連続的に変更できる。これにより多種多様な好みを持つ多くの観者の要求を満足させることができる。また、観者の誤操作を少なくし、観者の視界画像への集中度を増させることができる。また、視点情報の変更操作も直感的に分かり易いものとすることができる。
【００６２】
また、本発明によれば、観者又は移動体の移動と、視点位置、視線方向の変更とを独立に制御することが可能となる。これにより、観者等の進行方向と視線方向等とを一致させなくてもよくなるため、操作のバラエティを増すことができる。また、これにより、観者は、自分の体の動作を第１の入力手段により、頭の動作を第２の入力手段により操作することが可能となり、仮想現実感をより高めることができる。また、視点方向及び視線方向の双方を移動させることで、例えば迷路内において壁に書かれた文字をのぞき込むというような操作も可能となる。
【００６３】
また、本発明によれば、観者は、観者又は移動体の進行方向を標的方向に合わせることなく、標的に対して攻撃を行うことができるため、標的に対する攻撃を行い易くなり、ゲーム等の面白味を増すことができる。
【００６４】
また、本発明によれば、基準となる視界画像が合成される位置を観者に対して認識させることができる。これにより、観者は、基準となる視界画像を合成するための視点情報を容易に選択することができ、この視点情報を基準に観者の所望する視点情報の位置へと変更する操作も可能となる。これにより、操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例のブロック図の一例である。
【図２】本３次元シミュレータ装置の外観の一例を示す図である。
【図３】本３次元ゲームにおける仮想３次元空間の一例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）は、本３次元シミュレータ装置により画像合成されたゲーム画面の一例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、本３次元シミュレータ装置により画像合成されたゲーム画面の一例を示す図である。
【図６】視点情報の連続的な変更について説明するための図である。
【図７】仮想３次元空間演算部、画像合成部のブロック図の一例である。
【図８】図８（Ａ）、（Ｂ）は入力手段の一例であり、図８（Ｃ）、（Ｄ）は、これらの入力手段の接続図である。
【図９】図９（Ａ）、（Ｂ）は、機械的な引っかかり部を設けた入力手段の一例である。
【図１０】表示物情報記憶部に記憶される表示物情報について説明するための図である。
【図１１】本実施例における３次元演算処理について説明するための図である。
【図１２】図１２（Ａ）、（Ｂ）は、画像合成部において取り扱われるデータのフォーマットの一例である。
【図１３】図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例で使用される入力手段の組み合わせ形態について示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）、（Ｂ）は、照準を視点情報に連動させて変更する場合のゲーム画面の一例である。
【図１５】本実施例のブロック図の他の一例である。
【図１６】図１６（Ａ）〜（Ｅ）は、３−Ｄダンジョンにおけるプレーヤの進む向き及び視線方向について説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）、（Ｂ）は、視点位置及び視線方向を共に独立に変更する場合のゲーム画面の一例である。
【図１８】図１８（Ａ）は、３次元シミュレータ装置の概念を説明するための概略説明図であり、図１８（Ｂ）は、３次元シミュレータ装置により形成される画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
４ 第１の入力部
６ 第２の入力部
１０ ディスプレイ
１２ 操作部
１６ ロータリエンコーダ
３２ ポテンショメータ
１００ 仮想３次元空間演算部
１０２ 処理部
１０４ 仮想３次元空間設定部
１０６ 移動演算部
１０７ 視点情報変更部
１０８ 視点変更部
１０９ 視線変更部
１０８ 表示物情報記憶部
１１０ マップ設定部
２００ 画像合成部
２１０ 画像供給部
２１２ オブジェクト画像情報記憶部
２２８ 画像形成部
２３０ 照準画像生成部

Claims (2)

1. 操作手段と、該操作手段から入力される操作情報に基づいて仮想３次元空間を形成する演算を行う仮想３次元空間演算手段と、形成された前記仮想３次元空間内において見える視界画像の合成を行う画像合成手段とを含む３次元シミュレータ装置であって、
   前記操作手段には、移動体を移動させるための操作情報を入力する第１の入力手段が含まれると共に、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを連続的に変更するための操作情報を入力する第２の入力手段が含まれ、
   前記仮想３次元空間演算手段が、
   前記第１の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、前記移動体の仮想３次元空間内における位置及び方向を求める手段と、
   前記第２の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを指定する視点情報を求める視点情報変更手段とを含み、
   前記画像合成手段が、
   前記移動体が、求められた前記位置、方向にある場合に、前記視点情報により指定される視点位置、視線方向において見える視界画像の合成を行い、
   前記第２の入力手段がジョイスティックを含み、
   前記視点情報変更手段が、
   前記第２の入力手段からの操作情報に従って得られた変化量で、視点位置を、前記移動体の後方から該移動体に向かう軌道上で連続的に変更するとともに、前記ジョイスティックを倒した方向に応じて視線方向を任意の方向に変更することを特徴とする３次元シミュレータ装置。
2. 操作手段から入力される操作情報に基づいて仮想３次元空間内において見える視界画像の合成を行う画像合成方法であって、
   前記操作手段に含まれる第１の入力手段により、移動体を移動させるための操作情報を入力し、前記操作手段に含まれる第２の入力手段により、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを連続的に変更するための操作情報を入力し、
   前記第１の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、前記移動体の仮想３次元空間内における位置及び方向を求め、
   前記第２の入力手段から入力される前記操作情報に基づいて、視点位置及び視線方向の少なくとも１つを指定する視点情報を求め、
   前記移動体が、求められた前記位置、方向にある場合に、前記視点情報により指定される視点位置、視線方向において見える視界画像の合成を行い、
   前記第２の入力手段がジョイスティックを含み、
   前記第２の入力手段からの操作情報に従って得られた変化量で、視点位置を、前記移動体の後方から該移動体に向かう軌道上で連続的に変更するとともに、前記ジョイスティックを倒した方向に応じて視線方向を任意の方向に変更することを特徴とする画像合成方法。

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