JP3686919B2 - ゲーム装置、ゲーム処理方法及び可読記憶媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力操作者の操作位置に応じて表示画像を変化させるゲーム装置、ゲーム処理方法及びゲームを実行させるプログラムが記録された可読記憶媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、テレビやパソコンのCRT等の表示装置を利用した家庭用ゲームや業務用ゲームが知られている。特に、シューティングゲームはガン型コントローラを用いて直接的に表示画面のターゲットとなるオブジェクト画像に向けて狙い、ショットし、ヒットしたか否かを競うゲームであり、直接コントローラを表示画面に向けて操作する代表的なゲームである。
【0003】
一般的なシューティングゲーム装置の位置検出方法は、CRT表示画面上を走査する電子走査線の光をガン型コントローラに設けられた受光素子により光検出する方法である。例えば、特開昭60−179079号公報、特開平4−51987号公報、特開平5−322487号公報などが知られている。また、ガン型コントローラをスクリーン上に投影された投影画像に向けて行うシューティングゲーム装置の従来例として、特開昭62−32987号公報、特開平5−322487号公報などが知られている。
【0004】
最近、ゲーム機の画像処理の高速化により、リアリティ溢れるCG映像で作られた3次元シューティングゲームを楽しめるようになってきている。例えば、特開平6−213595号公報、特開平11−86038号公報、国際出願WO97/21194号公報などがあげられる。
【0005】
3次元シューティングゲームはディスプレイ上の仮想的な3次元空間内に出現する標的オブジェクトをガン型コントローラにてショットすることにより、得点を競うものである。仮想3次元空間内に配置されたオブジェクトは、複数のポリゴンデータで構成されている3次元オブジェクトであり、仮想カメラ視点(画像視点とも呼ぶ)によって定まる視野座標系に座標変換され表示される。例えば、特開平6−213595号公報では、3次元ゲーム空間に見立てた宇宙空間を所定のゲームストーリに従って銃装置が取り付けられた宇宙船にプレーヤーが乗り標的に狙いを定めて射撃しながら飛行するゲームである。プレーヤーが乗っている宇宙船の視点は各フレーム毎の情報として予め記憶されてあり、宇宙空間の景色はこの視点情報に応じて投影するというものである。
【0006】
3次元の対象オブジェクトの画像視点は、どの方向を向き、いかなる空間座標を占めるかを任意に設定され、この仮想視点から見た映像を2次元座標平面である表示画面に透視射影演算して表示するようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシューティングゲーム装置、例えば、特開平4−51987号公報などの座標検出方法は、CRT画面の電子線走査に基づいた光検出方法であるため、液晶表示画面や壁面投影表示面などには用いることができないという問題があった。
【0008】
また、特開平8−71252号公報の位置算出方法ではスクリーン面に対して入力操作者はほぼ正位置にて入力操作する場合のみしか適用できず、算出される傾きや位置などは定性的な量でしかなく、リアリティあふれるゲームを楽しむことはできない。
【0009】
特開平6−213595号公報、特開平7−116343号公報などの用いられている操作手段は、表示画面外で3次元オブジェクト空間の視点変更を行うことが出来るものの、いずれもその操作視点座標は予め記憶され、定められている。シューティングゲームの例では、操作手段からオブジェクトへの視線方向や傾きなどは、ガン型コントローラが取り付けられている支点が撮像視点とし、それを中心として回転角を検出するセンサーが設けられいる。 このようにプレーヤーの入力操作空間に制限が生じ、操作自由度は低く、表示画面や対象オブジェクトの視点の移動が画一的となってしまう。そのためにゲーム展開が単調で面白みや迫力感が欠けたものとなっていた。さらに、このような従来の装置は大型化し、手軽に家庭用ゲームとして用いることは出来ないという問題点があった。
【0010】
本発明の目的は、表示画面上のオブジェクト画像に対し操作者が任意の入力操作位置から直接入力操作を可能とすると同時に入力操作者の位置方向情報をオブジェクト画像に与えることができ、多様なゲーム展開を行えるゲーム装置、ゲーム処理方法及びゲームを実行させるプログラムが記録された可読記憶媒体を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載のゲーム装置は、操作者が3次元実空間内のオブジェクトを変化させてプレイするゲーム装置であって、平面上に複数の特徴点を有するオブジェクトと、前記オブジェクトの被検出位置に向けて前記特徴点を少なくとも4個含んで撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像面上に予め定められた基準位置を前記オブジェクト上の被検出位置に合わせる照準手段とを備えた操作手段と、前記基準位置を撮像画像座標系の原点として、前記撮像手段により撮像された画像上の前記特徴点の座標を演算する特徴点抽出手段と、前記特徴点抽出手段により演算された特徴点座標に基づいて、前記オブジェクト平面に対する撮像面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算手段と、前記姿勢演算手段により算出された姿勢パラメータに基づいて、前記オブジェクト上の被検出位置座標を算出する被検出位置座標演算手段とを備え、前記姿勢パラメータに応じて前記被検出位置座標に関連づけられたオブジェクトを変化させることを特徴とする。
【0012】
本発明の請求項2記載のゲーム装置は、操作者が表示平面上のオブジェクト画像の表示状態を変化させてプレイするゲーム装置であって、オブジェクト画像を表示し、複数の特徴点を有する表示平面と、前記オブジェクト画像上の被検出位置に向けて前記特徴点を少なくとも4個含んで撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像面上に予め定めた基準位置を前記オブジェクト画像上の被検出位置に合わせる照準手段とを備えた操作手段と、前記基準位置を撮像画像座標系の原点として、前記撮像手段により撮像された前記特徴点の座標を演算する特徴点抽出手段と、前記特徴点抽出手段より算出された特徴点座標に基づいて前記表示平面に対する撮像面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算手段と、前記姿勢演算手段により算出された姿勢パラメータに基づいて、前記オブジェクト画像上の被検出位置座標を算出する被検出位置座標演算手段とを備え、前記姿勢パラメータに応じて前記被検出位置座標に関連づけられたオブジェクト画像の表示状態を変化させることを特徴とする。
【0013】
本発明の請求項12は、撮像手段の撮像面上に予め定められた基準位置と表示画面上のオブジェクト画像の被検出位置とが一致した状態で、表示平面上の少なくとも4個の特徴点が操作者により撮像された撮像画像に基づいて、前記オブジェクト画像の表示状態を変化させるゲーム装置のゲーム処理方法であって、特徴点抽出手段が、前記撮像された撮像画像に基づいて前記特徴点を抽出し、前記基準位置を原点として、該特徴点の座標を演算するステップと、姿勢演算手段が、前記演算された特徴点の座標に基づいて、表示平面に対する撮像面の姿勢パラメータを算出するステップと、
位置座標演算手段が、前記姿勢パラメータの少なくとも1つを用いて前記被検出位置の座標を演算するステップと、画像生成手段が、前記姿勢パラメータに応じて前記被検出位置座標に関連づけられたオブジェクト画像を変化させて表示するステップとを有することを特徴とする。
【0014】
本発明の請求項14記載のコンピュータ可読記憶媒体は、本発明のゲーム処理方法をコンピュータに実行させるプログラムが記録する。
【0015】
本発明の請求項18記載のコンピュータ可読記憶媒体は、本発明のゲーム方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されていることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係わるゲーム装置の全体構成を説明するブロック構成図である。
【0017】
ゲーム装置は入力操作手段100と入力操作手段からの出力信号に応じて画像処理や座標演算を実行するゲーム装置本体120とそれらの処理結果を表示する表示手段110とを備えている。
[第1の実施の形態]
図2は本実施の形態に係わるゲーム装置を説明する概念構成図である。
【0018】
操作者は入力操作手段であるガン型コントローラ100を用いて、スクリーン上に表示されている標的オブジェクト画像の特定部位(被検出位置ともいう)Psに向けてシューティングゲームを行っている。111はプロジェクタ130によりスクリーン上に投影されている画像である。100はX−Y−Z座標系(画像座標系と呼ぶ)を有し、X−Y−Z座標系の原点OmとしてX−Y面上に撮像面がある。このX−Y−Z座標系の3次元空間内にX*ーY*座標系(スクリーン座標系と呼ぶ)を有するスクリーン平面110が置かれている。
【0019】
まず最初に、本実施の形態に係わるゲーム装置の各構成について説明する。
入力操作手段100は、撮像手段としてCCDカメラ101、照準手段102、距離測定手段103、それにオブジェクトを動作させる各種制御ボタン14とを備えている。 図3は入力操作手段であるガン型コントローラの構成概略図である。
【0020】
撮像手段101は表示画面上の被検出位置を検出するCCD撮像面を有するカメラを用いている。距離測定手段103は表示画面から撮像手段に設けられている撮像面までの距離測定する。距離測定は公知技術によって行われる。例えば、CCDカメラレンズにオートフォーカシング機構が設けてあれば、そのフォーカス量を用いることができる。また、レーザー測距装置を設けてもよい。
【0021】
照準手段102は操作者が表示画面上の被検出位置を定めるためのものであり、例えば、十字線が刻まれたファインダー、視認性のレーザーなどが設けられている。 図4及び図5は図3の入力操作手段の光学系配置図であり、図4は照準装置としてファインダー102Aを用いた例であり、図5は視認性レーザー120Bを用いた例である。いずれの図においても照準位置は、CCDカメラレンズの光軸(撮像面の中心)にほぼ一致させてある。 本実施例では照準位置とレンズの光軸とは一致させたが必ずしも一致させる必要はない。
図4及び図5の詳細な説明は省略する。
【0022】
操作者が照準位置を表示画面上の所望の被検出位置に合わせて、入力操作手段に設けられた撮像手段101のスイッチをオンすることによって撮像画像データを取込まれ、その画像データに基づいて被検出位置の座標を検出するようになっている。すなわち、操作者は表示画面上に向かって投影されたオブジェクト画像を直接制御することができる。
【0023】
さらに、入力操作手段100には、ゲーム進行に必要なオブジェクト画像を上下左右に移動させたり、ジャンプさせたりする各種オブジェクト動作制御ボタン14,15が設けられている。
図1に戻って、入出力インターフェイス3は、入力操作手段からの出力信号をA/D変換し、一時的に記憶できるフレームメモリを持っている。また、入力操作手段から各種オブジェクトを動作させる制御信号をゲーム装置本体120へ出力する。また、画像処理結果に伴う音声信号や操作手段を把持している手に振動を与える制御信号などは、この入出力インターフェイスを介して信号をやり取りが行われる。
【0024】
CPU4はROMを備えており、オペレーションシステム(OS)や各種制御プログラムが格納されている。
外部記憶媒体20は、ゲームのための各種プログラムが記憶されており、例えばCD−ROM、DVDなどがある。記憶媒体20には、本実施の形態に係わるゲームを実行させるための方法が記録され、ゲーム装置本体120やコンピュータなどにより読みとり可能となっている。
【0025】
特徴点抽出手段51は、矩形形状を特徴付けるマーク画像を抽出するために輝度または色が異なる2つの撮像画像に基づいて、その差分画像を得るための差分処理手段511、二値化処理手段512等のマークを抽出するための一連の処理を行う。
【0026】
特徴点特定手段513は、得られた2枚の撮像画像データからマーカが抽出処理され、撮像面(画像座標系)上の少なくとも4個のマークの重心座標を特定する。撮像されたマーク画像が4個以上ある場合には、次の姿勢演算に用いる4個のマークの特定も行う。
【0027】
位置演算手段52は、平面姿勢演算手段521と被検出位置を演算する座標演算手段522とから構成され、入力操作手段により得られた画像データに基づき、視野画面における被検出位置の座標を演算する。
姿勢演算手段521は、特定された4個のマーカ座標位置に基づいて、入力操作手段の撮像面の撮像視点を原点とするX−Y−Z座標系におけるスクリーン平面の位置姿勢、撮像面の回転角、仰角、水平角などのパラメータβ、γ、ψを演算する。
【0028】
被検出位置座標演算手段522は、平面姿勢演算手段結果得られた姿勢パラメータγまたはψのいずれか1つを用いて、狙った表示画面中の標的オブジェクトの特定部位(被検出位置)の座標Psを演算する。
スクリーン平面の姿勢パラメータ及び被検出位置の座標演算処理については、後で詳細に説明する。
【0029】
入力操作位置特定手段7は、スクリーン平面の姿勢演算手段521から算出された撮像視点に対する表示平面の姿勢パラメータとして回転α、仰角γ及び水平角ψと被検出位置座標演算手段62から算出されたスクリーン上の被検出位置の座標値Psと入力手段に設けられている距離測定手段102から算出されたスクリーン上の被検出位置から入力操作位置までの距離Lなどの入力操作パラメータに基づいて、スクリーンに対する入力操作手段の位置を演算し、特定する処理を行う。
【0030】
対象オブジェクト部位判断手段8は、位置演算処理結果に基づいて複数の種々のオブジェクトの中から対象オブジェクトを特定すると共に対象オブジェクトのどの部位に位置しているかを判断処理する。
画像合成手段9ではゲーム空間内の各種オブジェクトの座標位置が決定された後、対象オブジェクト画像と背景オブジェクト画像とを合成し、表示手段に表示する。
【0031】
画像合成手段9はヒットした標的オブジェクトの特定部位に対応したオブジェクト動作モードが記憶されているオブジェクト画像記憶手段91とオブジェクト画像記憶手段から選択されたオブジェクト動作モード画像を入力操作パラメータに応じた画像視点(仮想カメラ視点)に基づいて3次元透視変換演算を行う座標演算手段92と変換されたスクリーン座標系のデータに背景データを貼り付けフレームバッファに出力する描画手段93とから構成される。
【0032】
ここで、画像視点とは仮想カメラ視点ともいい、コンピュータグラフィックを描くときに表示画面に表示する画像の視野方向を決める仮想的な視点である。この視点の設定は、位置光軸方向(視野方向)、画角、光軸回りの回転などにより決められる。
【0033】
オブジェクト画像記憶手段92は、オブジェクト動作モードデータが記憶されている。オブジェクト動作モードデータは、予め画面に対するいくつかの視軸方向に大別して記憶されている。例えば、画面サイズに対する仰角γ、水平角のψ設定領域に応じ動作モードを9つに分類しておくようにする。
【0034】
F1(γ2,ψ2)、F2(γ2,ψ1)、F3(γ2,ψ3)F4(γ1,ψ2)、F5(γ1,ψ1)、F6(γ1,ψ3)、F7(γ3,ψ1)、F8(γ3,ψ2)、F9(γ3,ψ3)
ここで、γ1、γ2、γ3、ψ2、ψ1 、ψ2 、ψ3の値は、次の範囲にあるとした。
【0035】
仰角:γ2<−5度、−5度≦γ1≦5度、5度<γ3
水平角:ψ2<−20度、−20度≦ψ1≦20度、20度<ψ3
描画手段9は対象オブジェクト、背景オブジェクトなどのオブジェクトをオブジェクト空間に設定する処理を行う。例えば、ゲーム進行に伴い対象オブジェクトを入力操作者の視野内に出現させたり、移動させたりする描画処理を行う。
【0036】
フレームメモリ94に一時的に記憶された対象オブジェクト及び背景オブジェクトなどの画面とスクロール画面とが合成され、最終的なフレーム画像データとして生成され、プロジェクタ130によりスクリーン110に表示される。
次に、本実施の形態に係わるゲーム装置の動作の説明を、具体的なシューティングゲームに適用した例に基づいて説明する。
【0037】
図6は本発明の実施の形態であるシューティングゲームの基本動作のフローチャートである。
ステップS101は入力操作手段であるガン型コントローラによりスクリーン上の標的オブジェクト画像の特定部位を狙い、引き金を引く操作である。これはトリガスイッチをオンすることにより撮像手段のシャッターオン動作である。
S102はスイッチがオンされたらば、撮像手段の撮像画像を取り込む動作処理である。オンされた後はステップS103に進み、オンされなければシューティング動作は初期状態に戻る。
【0038】
ステップS103は撮像画像データに基づいて、表示画面上の特徴点であるマーク画像を少なくとも4個抽出し、撮像画像上の特徴点の座標を特定する処理である。スクリーンに表示された予め決められた位置に設けられた4個のマーカ画像を撮像する。 差分画像処理を行うためスクリーンに表示された表示色の異なる2フレームのマーカ画像が時系列的に取り込まれるようになっている。
【0039】
また、本実施の形態の別法として、全体の輝度の異なる2枚の画像の差分画像をとるようにしてもよい。この場合、矩形形状を特徴付ける特徴点として表示画像中全表示画像の4隅または4辺となり、ゲーム装置本体に輝度変更手段を設け、スクリーン上に輝度の異なる2種類の表示画像を供給するようにする。例えば、撮像手段のシャッターと同期させ、1度シャッターをオンした時(トリガ信号オン時)所定の時間間隔にて2回撮像する。2回撮像したうちの1回はコンピュータからの投影された原画像を撮像し、2回目の撮像画像では原画像の輝度に対して±40%位輝度を変えた表示画像を撮像シャッターと同期させて撮像する。この1回目に撮像した画像と2回目に撮像した画像との差分画像をとることになる。
【0040】
ステップS104は、ステップS103で画像座標系において特定された複数の特徴点の座標、すなわちマーカ座標の値に基づいて、撮像面に対するスクリーン平面の姿勢演算処理を行う。演算される3つの姿勢パラメータは、X軸回りのψ、Y軸回りのγ、Z軸回りのα又はβである。本実施の形態では撮像面上でのX−Y−Z座標系を用いて表現している。
【0041】
ステップS105は、ステップS104で得られた姿勢パラメータα、ψ、γに基づいて、スクリーン上の被検出位置の座標Psを演算処理する。
なお、ステップS104〜ステップS105についての処理動作の詳細な説明は後述する。
【0042】
ステップS106はステップS105にて被検出位置が、標的オブジェクトのどの部位にヒットしたか否かを判断する処理である。ヒットしたと判断されれば次のステップに進み、ヒットしなければゲームストーリーに従って進行する。
ステップS107は、ヒットした標的オブジェクトの特定部位または標的オブジェクトに関連づけられた対象オブジェクトのオブジェクト動作モードデータを予め記憶されていたオブジェクト動作記憶手段から選択する処理である。予め記憶されているオブジェクトが複数のポリゴンデータから構成されている3次元オブジェクトである場合には、オブジェクトの仮想カメラ視点を操作者の位置や姿勢に応じて任意の位置に切り替えるようにすることができる。
【0043】
次のステップS108は、距離測定手段からのスクリーンから入力操作手段の撮像面まで距離データLが得るステップである。
ステップS109では、姿勢パラメータ及び距離データに基づいてスクリーン面に対する操作者の方向・位置を演算するステップである。
【0044】
具体的には姿勢情報は、操作位置でのカメラ視点(撮像視点)を原点とし、カメラの視軸方向(レンズ光軸)をZ軸とした画像座標系とした時の画像座標面内の回転角度α、Y軸回りの角度ψ、X軸回りの角度γの3つの姿勢パラメータである。距離情報はスクリーン上の被検出位置から操作者が把持している撮像面までの距離である。姿勢情報と距離情報とから正確に操作者の位置を決めることができるが、姿勢情報だけであっても視軸方向は特定できるのでステップS108の処理はなくてもよい。
【0045】
操作者の位置は、操作者が対象オブジェクトを視準方向に合わせ撮像画像取込動作した時にのみ、演算され得られた姿勢パラメータから入力操作手段の操作位置にある撮像面の光軸方向、すなわち視軸方向を特定することができる。この視軸方向は図1の狙った方向101(破線図示)である。
【0046】
ステップS110は、これら処理された結果に基づいて、対象オブジェクトをスクリーン上に表示処理するステップである。例えば、ステップS107で選択されたオブジェクト動作モードを入力操作位置に応じて選択し、オブジェクト動作モードのオブジェクトの画像視点G0を撮像視点(操作視点)P1に一致させて透視射影演算処理して表示することができる。また、距離情報を得ることが出来るればこの情報を用いて操作者がプレーに伴ってオブジェクト画像を遠近感を増大させて表示画面に表示させることができるので、姿勢情報と複合させてオブジェクト画像を様々な変化させ表示させることによりゲーム演出効果の増大が図ることができる。、
図7及び図8は、スクリーンに表示されている3次元オブジェクト画像に対して操作位置P1から被検出位置Psにショットしたときの画像視点G0と操作位置(撮像視点)P1との関係を説明する図である。図7及び図8ともに上図は対象オブジェクトを仮想3次元空間の平面図である。下図はスクリーン面に表示された画像をその法線方向から眺めた図である。図7は、スクリーン平面に対してオブジェクト画像が操作者とは関連なく表示された図である。図8は3次元オブジェクト画像の画像視点G0を操作位置P1の位置と一致させた場合である。この図では撮像視点を透視点として仮想3次元空間内のオブジェクト画像を透視射影表示させた図を示した。
【0047】
ここでは図はわかりやすく説明するために仮想3次元空間におかれた対象オブジェクトは静的画像としたが、一般的には対象オブジェクトはショット動作後に動作する動的画像である。
以上の処理により、従来にはないリアリティ溢れるゲーム演出効果が得られる。
【0048】
次に、ステップS104の表示平面の姿勢演算処理、ステップS105の被検出位置となる標的オブジェクト特定部位の座標演算処理の動作について説明する。
特徴点抽出手段51により表示画像中の4個のマーカ画像を抽出し、各マーカの座標位置を特定された後、この座標位置に基づいてスクリーンに対する入力操作手段に設けられた撮像面の姿勢パラメータを演算し、被検出位置の座標を演算する。
【0049】
図9は抽出された4個の特徴点の座標値から被検出位置を演算処理するフローチャートである。
(a1)姿勢演算処理
図10は、入力操作者が任意の位置から撮像手段をスクリーンに向けて表示画像を撮像した撮像画像qである。その時、撮像された表示画像は平面上の座標位置である被検出位置Psに撮像面に設定された基準位置(撮像面の原点Om)に合わせて撮像したときの撮像画像qである。
【0050】
ステップS201では、特定されたq1,q2,q3,q4の座標に基づいて、スクリーンの撮像画像qの相隣接する幾何学的特徴点間の直線I1.I2,I3,I4を算出する。ステップS203ではこれら直線式を用いて撮像画像データの消失点T0、S0を求める。
【0051】
矩形形状平面を撮像すると撮像画像には必ず消失点が存在する。消失点とは平行群が収束する点である。例えば、Q1Q2(g1)に対応する撮像面上の線 q1q2 とQ3Q4(g2)に対応する線q3q4、q1q4、また右辺Q1Q4 とq2q3とが完全に平行であれば消失点は無限遠に存在することになる。無限遠に存在するとき、その方向には透視射影されても透視効果は現れない。すなわち、X−Y画像座標系(X−Y座標系)のX軸方向に消失点が無限遠に存在する場合、消失軸はX軸そのものとなる。
【0052】
画像データを処理する際には、3次元空間内に置かれた物体の形状は既知であることから行われることが多い。本実施の形態では物体座標系の2組の平行をもつスクリーン上には4隅(幾何学的特徴点に相当)を有しているので、撮像画像面上にはX軸側、Y軸側のそれぞれに消失点が1つ存在することになる。
【0053】
図10は任意の位置で撮像したときの撮像データ上で消失点の位置を示したものである。X軸側に生じる消失点をS0、Y軸側に生じる消失点をT0とする。q1q2 と q3q4との延長した直線の交点が消失点の位置である。
X軸側またはY軸側の一方の消失点が無限遠にあると判断された場合X軸上またはY軸上に1つ存在していると判断された場合には消失直線は、X軸又はY軸そのものとなる。
【0054】
さらにステップS202では消失点S0,T0を求めた後、被検出位置である画像座標系の原点Omとこれら消失点とを結んだ直線消失軸S1S2、T1T2を求める処理を行う。
ステップS203では消失点S0、T0と撮像データ中心Omとを結んだ直線S、Tが、直線q1q2、q3q4、及びq2q3、q1q4と交わる点T1(Xt1,Yt1)、T2(Xt2,Xt2)、S1(Xs1,Ys1)、S1(Xs2,Ys2)を求める(これらの交点を消失特徴点と呼ぶ)。撮像画像上のT1T2、S1S2を消失軸と呼ぶことにする。これら消失軸は、スクリーン上で被検出位置Psを基準とする各々互いに直交した直線であり、被検出位置算出するための基準軸である。この消失直線は、図2のスクリーン上の直線S1S2、T1T2に相当する。 次に、ステップS204に進む。
【0055】
ステップS204では、画像座標系X−Y座標系をX軸側の消失直線SをOmを中心に角度α回転させX軸に一致させ、X’−Y’座標系とする処理を行う。このとき、Y軸側の消失直線Tを点Omを中心に角度β回転させY軸に一致させ、X’’−Y’’座標系とする処理でも良い。本実施の形態で用いる解析ではいずれか一方で十分である。
【0056】
図11は、画像座標系X−Y座標系をα度回転、またはβ度回転させ、X’−Y’座標系、X’’−Y’’座標系にそれぞれ座標変換を説明する図である。
これらの回転入力操作は3次元空間ではZ軸回りの回転に相当し、3次元空間内におかれたスクリーン形状の姿勢位置を表す1パラメータである。
【0057】
例えば、スクリーン上の直線Q1Q2(g1),Q3Q4(g2)は消失直線SをX軸上に一致させることによりX軸と平行な位置関係となる。
図12は3次元空間における撮像面上のX−Y−Z座標系(画像座標系と呼ぶ)と所定平面上のX*−Y*座標系(平面座標系と呼ぶ)との姿勢の位置関係を示したものである。画像座標系の中心から垂直に延びる光軸(撮像レンズの光軸)をZ軸とする。Z軸上の視点Oは、画像座標系の原点Omから焦点距離fの位置にある。X−Y−Z座標系のX軸回りの角度ψ、Y軸回りの角度γ、Z軸回りの角度αまたはβとする。これらの角度回りはいずれも時計回りを正としている。
【0058】
次のステップS205は、スクリーン平面に対する撮像面の姿勢を演算する。このステップにおいて、得られた撮像画像の撮像面上のX−Y座標変換後のX’−Y’座標系における位置座標を基に、画像座標系X’−Y’系の特徴点q1,q2,q3,q4に対する物体座標系のスクリーンQ1,Q2,Q3,Q4の各点の対応づけを行う。この対応付けは、スクリーンと撮像面とを画像座標系(X−Y−Z座標系)を有する3次元空間内に置き、撮像面の焦点距離fを原点とした透視射影変換処理を行うことによりなされる。
【0059】
図13は、3次元空間内に置かれたスクリーンの位置姿勢を説明する斜視図である。図では矩形の1/4を示してあり、撮像面上のスクリーン上の位置座標Q1(X* 1,Y* 1)、Q2(X* 2,Y* 2)に対応する座標点をq1(X1、Y1)、q2(X2,Y2)が示されている。解析する各特徴点としてはT1、T2それにS2の3点の位置座標が示されている。
【0060】
Q3(X* 3,Y* 3)、Q4(X* 4,Y* 4)に対応する座標点q3(X3,Y3)、q4(X4,Y4)については省略してある。
さらに指示された被検出位置は、図の原点Om(0,0,f)に相当する。透視点O(0,0,0)は3次元空間X−YーZ座標系の原点であり、fは焦点距離である。ここでは2次元スクリーンは理想的な形とし、横軸に平行なスクリーン上辺の長さをg1、下辺の長さをg2とし、縦軸に平行なスクリーン右辺の長さをh1、左辺の長さをh2とする。 スクリーンの撮像面に対する位置関係は、X軸回りを撮像面の原点Omを中心としてX軸回りに角度+ψ、Y軸回りに角度+γである。これらいずれも時計回りを正としてある。この図ではZ軸回りの回転入力操作(X−Y座標系をβ度回転)した結果を示してある。
【0061】
本実施例では解析的に容易となるこれら4点を選択したが、スクリーンの姿勢位置を決める4点の特徴点であればいずれでも良い。
本実施の形態では、撮像面に設けられた矩形形状上の被検出位置をX−Y座標系の原点とし、原点の他にT1、S2とQ1の3点について透視射影変換処理を行った。
【0062】
図14は図13に示した3次元空間内に置かれたスクリーンをY’=0であるXZ平面上に正投影した図である。ここでXZ平面内には辺OmS2のみが存在し、残りの辺は投影されたものである。焦点距離fの位置に撮像面を配置して透視射影変換を行い、各点のX’−Y’座標系における位置座標を算出する。その結果が数1、数2で示される。
【0063】
【数1】
【0064】
また、図15は図13のスクリーンをX=OのYZ平面上に正投影した図である。図中にはT1及びQ1に関する記載のみであり、Q2、Q3、Q4に関する記載は略してある。 XZ平面上で行った処理と同様にYZ平面における透視射影変換処理を行い、T1、Q1の座標位置を算出する。
【0065】
【数2】
【0066】
スクリーンの特徴点T1及びQ1に着目する。これらがXZ面とYZ面のこれら2つの面に投影し透視射影変換した結果、T1及びQ1の座標値として、図14からはT1(X* t1,Z* t1|x)とQ1(X* 1,Z* 1|x)、図15からはT1(Y* t1,Z* t1|y)とQ1(Y* 1,Z* 1|y)がそれぞれ得られる。
【0067】
図14及び図15のXZ平面、YZ平面への正投影面において、Z軸に関する座標値は同じ値をとり、次の関係にある。
Z* 1|x=Z* 1|y
Z* t1|x=Z* t1|y
上式の条件式から次の2つの関係式(数3)を得ることができる。
【0068】
【数3】
【0069】
数3は3次元空間内に置かれたスクリーンの姿勢パラメータ間の関係式である。これらの式は矩形位置姿勢を表す1つの角度と画像を特徴付ける撮像面上の複数の座標値との簡単な関係式となっている。
さらに、この式を数に代入するともう1つの姿勢パラメータθを得ることができる。
【0070】
(b2)座標演算処理
次に、図9のステップS207に進み、撮像面に設定された基準位置に平面上の被検出位置を合わせることにより平面上の被検出位置を算出する処理を行う。X−Y座標系をβ度回転しX’−Y’座標系に変換した時、3次元空間内におけるスクリーン上の座標位置の算出式は数4で表される。
【0071】
【数4】
【0072】
スクリーン上の座標系を(X*i,Y*i)とする。また、スクリーン上の被検出位置を横軸比m、縦軸比nで表すと、座標変換演算は次式(数5及び数6)により行われる。
【0073】
【数5】
【0074】
【数6】
【0075】
数6で用いたUmax、Vmaxは、予め定められた特徴点間Q2Q3、Q3Q4の長さである。 図16(a)、(b)は、それぞれ予め形成した矩形形状を形成する4個の特徴点Q1,Q2,Q3,Q4の座標系とそれに対応するスクリーン上に投影された座標系との関係を示した図である。
【0076】
このように本実施の形態において、撮像面の基準位置を中心位置に設けたので3次元空間内の撮像面の位置に対するスクリーンの姿勢位置を表す角度は簡単な関係式となっている。
なお、スクリーンの画像データにおいて2点の消失点を生じるが、3次元空間内の所定平面の姿勢位置や所定平面の被検出位置の検出には、得られた所定平面の画像データにおいて少なくても1点の消失点を求めることができれば可能である。すなわち、少なくとも一対の平行線を有する形状であればよいのである。
[第2の実施の形態]
図17(a),(b)は、本発明の第2の実施の形態を説明する図である。
【0077】
ガン型コントローラを用いてスクリーン上に表示された標的オブジェクト画像をシューティングする第1の実施の形態とは異なり、第2の実施の形態では用いるガン型コントローラは同じであるが標的オブジェクトとして実空間での3次元オブジェクトをシューティングしようとするゲームである。
【0078】
図17(a)の上図はコントローラ802を把持している操作者が、実空間内にキュービックベース804の上に標的3次元オブジェクト801を狙っている図である。キュービックベース804内にはモーターがあり、回転軸805の回りで回転することができるようになっている。またベース804の一面804aには特徴点として4個の発光素子(LED)806a、806b、806c、806dが設けられている。 図17(a)の下図はその時のコントローラの撮像面上の標的オブジェクト画像である。撮像面には4個のLEDに対応したLED像806a、806b、806c、806dが特徴点として示されている。被検出位置Psは撮像面の中心803aである。
【0079】
図17(a)において、実空間内のオブジェクト801は操作者に向いていない。操作者が標的オブジェクトの手801aに向けてショットし、ヒットするとモーターが駆動し、実空間内のオブジェクトが操作者の姿勢や位置に応じて動くようにしてある。
【0080】
今、ショットし、ヒットした時の処理動作について説明する。ショット動作により、撮像画像803が取り込まれ、4点の特徴点を抽出する。これら特徴点の座標に基づき撮像面に対するキュービックベースのLED面804aの姿勢演算を行い、姿勢パラメータψ、γ、βを算出する。姿勢パラメータの1つを用いて被検出位置を演算する。その被検出位置の座標とと予め定められた位置に設けられたオブジェクトの座標とを比較し、ヒットしたと判断されるとモーターが駆動し。キュービックベース面804aが操作者の方向に回転駆動する。
【0081】
図17(b)は、キュービックベース面が操作者方向に向くように回転軸805を中心に角度ψ回転した後の状態の図である。
図では1軸の回転で説明したが、駆動法については限定されるものではない。このように本実施の形態に係わるゲーム装置は、操作者の意図するオブジェクト画像の特定部位を表示画面に対してどの位置からも直接指示することができ、その都度、スクリーンに対する撮像面の姿勢、位置などの各種パラメータが算出され操作者の位置を特定することができるので、より迫力感のある、リアリティ溢れる新規なゲーム効果が可能となった。例えば、対象オブジェクトの右手を狙ったのにかかわらず、左足に当たってしまった場合、対象オブジェクトは撃たれた状況に応じて所定の動作モード処理を行い、ガン入力操作によりプレイヤーの入力操作位置方向、すなわち視軸方向に向けて撃ち返す動作を行うというインタラクティブなゲームストーリー展開も考えられる。
【0082】
また、本実施の形態に係わるゲーム装置は操作位置情報を得ることが出来るため、操作位置が定点位置であってもスクリーンに対し狙った方向を検出できるため、奥行き感のある表示画像に対しオブジェクト動作が現実感溢れる動作としてゲームを行うことが出来る。例えば、3次元シューティングゲーム装置において、表示画像上標的オブジェクトに向けてショットしたとき、その弾丸が標的オブジェクトにヒットするまでの時間感覚をオブジェクトの遠近感により到達速度が異なるようにすることができる。すなわちスクリーン上のオブジェクト画像の特定部位は、同じ座標位置であっても狙った方向によりオブジェクト動作表現を異なるようにすることができ、バラエティ溢れるゲームを作成することが出来る。
【0083】
本実施の形態に係わるゲーム装置の入力操作パラメータは、入力操作手段からスクリーンまでの距離データが得られなくとも、少なくとも1つの姿勢パラメータだけであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係わるゲーム装置を説明するブロック構成図。
【図2】 第1の実施の形態に係わるゲーム装置の全体構成斜視図。
【図3】 本実施の形態に係わるガン型コントローラの構成斜視図。
【図4】 本実施の形態に係わる照準手段の第1の光学系。
【図5】 本実施の形態に係わる照準手段の第2の光学系。
【図6】 本実施の形態に係わる基本動作を説明するフローチャート。
【図7】 固定された画像視点と操作視点との関係を説明する図。
【図8】 第1の実施の形態に係わる画像視点と操作(撮像)視点との関係を説明する図。
【図9】 本実施の形態に係わる位置演算処理部の詳細フローチャート。
【図10】 撮像されたスクリーンの画像。
【図11】 撮像された画像面上の各座標系。
【図12】3次元透視射影変換の座標系を説明する斜視図。
【図13】3次元透視射影変換を説明する斜視図。
【図14】図13におけるスクリーンのX’−Z’座標面上への正投影図。
【図15】図13におけるスクリーンのY’−Z’座標面上への正投影図。
【図16】予め定められた座標系とスクリーン座標系との関係を説明する図。
【図17】第2の実施の形態に係わる3次元実空間におけるシューティングゲームを説明する図。
【符号の説明】
100 入力操作手段
101 撮像手段
102 照準手段
103 距離測定手段
110 スクリーン
111 スクリーン上に投影されている画像
120 ゲーム装置本体
130 プロジェクタ
20 外部記憶媒体
4 CPU
51 特徴点抽出手段
52 位置演算手段
521 平面姿勢演算手段
522 被検出位置(ターゲット)座標演算手段
7 入力操作位置特定手段
8 オブジェクト部位判断手段
9 画像合成手段
Claims (14)
- 操作者が3次元実空間内のオブジェクトを変化させてプレイするゲーム装置であって、
平面上に複数の特徴点を有するオブジェクトと、
前記オブジェクトの被検出位置に向けて前記特徴点を少なくとも4個含んで撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像面上に予め定められた基準位置を前記オブジェクト上の被検出位置に合わせる照準手段とを備えた操作手段と、
前記基準位置を撮像画像座標系の原点として、前記撮像手段により撮像された画像上の前記特徴点の座標を演算する特徴点抽出手段と、
前記特徴点抽出手段により演算された特徴点座標に基づいて、前記オブジェクト平面に対する撮像面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算手段と、
前記姿勢演算手段により算出された姿勢パラメータに基づいて、前記オブジェクト平面上の被検出位置座標を算出する被検出位置座標演算手段とを備え、
前記姿勢パラメータに応じて前記被検出位置座標に関連づけられたオブジェクトを変化させることを特徴とするゲーム装置。 - 操作者が表示平面上のオブジェクト画像の表示状態を変化させてプレイするゲーム装置であって、
オブジェクト画像を表示し、複数の特徴点を有する表示平面と、
前記オブジェクト画像上の被検出位置に向けて前記特徴点を少なくとも4個含んで撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像面上に予め定めた基準位置を前記オブジェクト画像上の被検出位置に合わせる照準手段とを備えた操作手段と、
前記基準位置を撮像画像座標系の原点として、前記撮像手段により撮像された前記特徴点の座標を演算する特徴点抽出手段と、
前記特徴点抽出手段により算出された特徴点座標に基づいて前記表示平面に対する撮像面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算手段と、
前記姿勢演算手段より算出された姿勢パラメータと前記特徴点抽出手段より算出された特徴点座標とに基づいて表示平面上の被検出位置座標を演算する被検出位置座標演算手段とを備え、
前記姿勢パラメータに応じて前記被検出位置座標に関連づけられたオブジェクト画像の表示状態を変化させることを特徴とするゲーム装置。 - 前記基準位置は撮像手段の撮像レンズの光軸が撮像面と交わる点であることを特徴とする請求項1及び2記載のゲーム装置。
- 前記表示平面はプロジェクタから投影される投影画像であることを特徴とする請求項2又は3記載のゲーム装置。
- 前記複数の特徴点は、表示画像であることを特徴とする請求項2又は4記載のゲーム装置。
- 前記姿勢演算手段は撮像画像上の4個の特徴点座標値で形成される消失点を用いて演算することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のゲーム装置。
- 前記操作手段には、前記平面と撮像面との距離を測定する距離測定手段を備え、前記距離測定手段からの出力信号をも加味してオブジェクト画像を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載のゲーム装置。
- 前記照準手段は撮像面上の基準位置と一致するように設けられカメラのファインダー上に設けられた十字線であることを特徴とする請求項1又は2に記載のゲーム装置。
- 前記照準手段は撮像面上の基準位置に一致するように設けられたレーザーポインタであることを特徴とする請求項1又は2に記載のゲーム装置。
- 表示平面に表示されたオブジェクト画像の画像視点をゲーム展開に応じて、前記撮像手段の撮像視点に一致させることを特徴とする請求項2又は3に記載のゲーム装置。
- 前記オブジェクト画像の表示状態を変化させた画像を生成する画像生成手段を有し、前記画像生成手段には前記姿勢パラメータに応じて選択されるオブジェクト動作モードが記憶されているオブジェクト画像記憶手段を備えていることを特徴とする請求項2記載のゲーム装置。
- 撮像手段の撮像面上に予め定められた基準位置と表示画面上のオブジェクト画像の被検出位置とが一致した状態で、表示平面上の少なくとも4個の特徴点が操作者により撮像された撮像画像に基づいて、前記オブジェクト画像の表示状態を変化させるゲーム装置のゲーム処理方法であって、
特徴点抽出手段が、前記撮像された撮像画像に基づいて前記特徴点を抽出し、前記基準位置を原点として、該特徴点の座標を演算するステップと、
姿勢演算手段が、前記演算された特徴点の座標に基づいて、表示平面に対する撮像面の姿勢パラメータを算出するステップと、
位置座標演算手段が、前記姿勢パラメータの少なくとも1つを用いて前記被検出位置の座標を演算するステップと、
画像生成手段が、前記姿勢パラメータに応じて前記被検出位置座標に関連づけられたオブジェクト画像を変化させて表示するステップとを有することを特徴とするゲーム処理方法。 - 前記位置座標演算手段が演算するステップでは、撮像画像上の4個の特徴点より算出される消失点に基づいて、前記被検出位置座標を演算することを特徴とする請求項12記載のゲーム処理方法。
- 請求項12又は13のいずれかに記載のゲーム処理方法をコンピュータに実行させるプログラムが記録されたコンピュータ可読記憶媒体。
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