JP3812092B2 - 姿勢検出装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゲームを楽しむ人が実際に自分の姿勢を変化させ、姿勢の変化を反映させることができる姿勢検出装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ゲームを楽しむ人が実際に自分の体を動かし、この人の人体、あるいは、人体部位の姿勢を認識し、認識結果に従ってテレビ等に接続されたコンピュータを制御し、全体としてゲーム装置を構成することが考えられている。例えば二人のプレーヤが指定された位置に対峙して、パンチを出したり、キックを行い、これらプレーヤの姿勢を認識し、認識結果をコンピュータに与え、コンピュータが作成したゲームキャラクターをモニタ上に表示し、モニタ上で、ゲームキャラクターがプレーヤと同様に動き、二人のプレーヤについてのスコアを集計、表示するようになされる。
【0003】
この種のコンピュータゲーム装置においては、人体の姿勢を認識することが必要である。従来、人体の全体、または、一部をCCD(固体撮像素子)カメラにより撮像し、このCCDカメラにより出力されるが画像信号(電気信号)に基づいて、人体、あるいは、人体部位の姿勢を検出するように構成された姿勢検出装置が提案されている。
【0004】
例えば"Artificial Retina Chips as Image Input Interfaces for Multimedia Systems"(First Optoelectronics and Communications Confernce(OECC'96)Technical Digest,July 1996,Makuhari Messe p516-p517)には、CCDにより撮像された画像データを処理することによって、画像中の物体の輪郭線(エッジ)を抽出する技術が開示されている。このエッジから人体を動きを判定することができる。そして、検出された人体の動きをコントローラによる入力に代えてコンピュータゲームに入力することによって、例えば格闘ゲームを構成することが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の姿勢認識装置では、人体を撮影した画像から輪郭線を抽出する処理を行うために、信号処理に時間を費やし、応答が遅くなるという欠点があった。例えば、人体の姿勢を認識する時間が0.6秒から0.7秒程度必要であるとされている。0.6秒もの時間が、認識するために費やされてしまっては、ゲームの応答が遅くなり、実用的とは言えなかった。また、輪郭線の抽出および認識の処理がコンピュータで行われるため、高価なコンピュータを必要とするという欠点があった。また、人体全体が前後、左右、上下に大きく動いた場合や、背の高さなどの体型が異なる場合においても正確に姿勢を認識できる姿勢検出ゲーム装置が要望されている。
【0006】
従って、この発明の目的は、高速で、小規模のハードウエアによって、人体、あるいは人体の部位の姿勢を認識し、認識結果をゲームに反映させることが可能な姿勢検出装置及び方法を提供することにある。
【0007】
また、この発明の他の目的は、人体全体が前後、左右、上下に大きく動いた場合や、背の高さなどの体型が異なる場合においても正確に姿勢を認識できる姿勢検出装置及び方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項1の発明は、人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
強度検出手段の領域の一部領域が人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、認識用領域の信号強度から人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
認識手段からの出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
認識手段は、強度検出手段の出力信号から画面の略中心位置と人体の略中心部分の位置とのずれを示す中心位置情報を生成し、中心位置情報に応じて一部領域の位置を変化させることを特徴とする姿勢検出装置である。請求項8の発明は、請求項1のように姿勢を認識する姿勢検出方法である。
【0009】
請求項2の発明は、人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
強度検出手段の領域の一部であって、予め用意された複数の候補領域から選択された一部領域が人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、認識用領域の信号強度から人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
認識手段からの出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
認識手段は、強度検出手段の出力信号から画面の略中心位置と人体の略中心部分の位置とのずれを示す中心位置情報を生成し、中心位置情報に応じて複数の候補領域の一つを認識用領域として選択することを特徴とする姿勢検出装置である。請求項9の発明は、請求項2のように姿勢を認識する姿勢検出方法である。
【0010】
請求項4の発明は、人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
強度検出手段の領域の一部領域が人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、認識用領域の信号強度から人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
認識手段からの出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
認識手段は、強度検出手段の出力信号から人体の略面積あるいは体積を示す面積情報を生成し、面積情報に応じて一部領域の位置及び大きさを変化させることを特徴とする姿勢検出装置である。請求項10の発明は、請求項4のように姿勢を認識する姿勢検出方法である。
【0011】
請求項5の発明は、人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
強度検出手段の領域の一部であって、予め用意された複数の候補領域から選択された一部領域が人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、認識用領域の信号強度から人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
認識手段からの出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
認識手段は、強度検出手段の出力信号から人体の略面積あるいは体積を示す面積情報を生成し、面積情報に応じて複数の候補領域の一つを認識用領域として選択することを特徴とする姿勢検出装置である。請求項11の発明は、請求項5のように姿勢を認識する姿勢検出方法である。
【0012】
この発明では、姿勢認識装置3が設けられ、姿勢認識装置3において、強度検出手段の一部が人体の略中心位置を認識するために用いられて所定の演算処理によって中心位置が認識され、得られた中心位置情報に基づいて人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段が認識された中心位置に対して略一定の距離と方向を保つように配置されるか選択されるようになされる。
【0013】
また、この発明では、姿勢認識装置3が設けられ、姿勢認識装置3において、強度検出手段の一部が人体の大きさを認識するために用いられて所定の演算処理によって体型の大きさが認識され、得られた体型情報に基づいて人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段の位置や強度検出手段の認識範囲の大きさが所定の関係を満たすように配置されるか選択されるようになされる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、この発明の一実施形態に係る姿勢検出ゲーム装置を全体的に示すブロック図である。この姿勢検出ゲーム装置は、ゲームプレーヤ1の姿勢をCCDカメラ2で電気信号(いわゆるビデオ信号)SVに変換し、姿勢認識装置3に入力する。姿勢認識装置3では、ゲームプレーヤ1の現在の姿勢を認識する。典型的な例は、格闘ゲームであるが、この発明は、他の種類のゲームに対しても適用できる。例えばストレッチ体操等のエキササイズのゲームを構成することができる。これは、画面上のコーチ、教師の行う体操をプレーヤが真似て、上手く真似るほど、点数が良くなるゲームである。
【0015】
姿勢認識装置3は、例えば、ゲームプレーヤ1の『前方へのパンチ』『斜め上方へのパンチ』『前方へのキック』『後方へのキック』『しゃがみ』『ジャンプ』の6通りの姿勢を認識する。姿勢認識装置3において、ゲームプレーヤ1の各姿勢に対応して信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JM)が形成され、この各姿勢に対応した信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JM)の夫々がゲーム装置4に供給される。
【0016】
例えば、ゲームプレーヤ1が『前方へのパンチ』を出している姿勢であると認識された場合には、ゲーム装置4に対して信号PC1をアクティブにし、『斜め上方へのパンチ』を出している姿勢であると認識された場合には、ゲーム装置4に対して信号PC2をアクティブにする。また、同様にゲームプレーヤ1の現在の姿勢が『前方へのキック』であると認識された場合には、ゲーム装置4に対して信号KK1をアクティブにし、『後方へのキック』であると認識された場合には、ゲーム装置4に対して信号KK2をアクティブにする。更に、ゲームプレーヤ1の現在の姿勢が『しゃがみ』であると認識された場合には、ゲーム装置4に対して信号SDをアクティブにし、『ジャンプ』であると認識された場合には、ゲーム装置4に対して信号JMをアクティブにする。
【0017】
ゲーム装置4は、これらの外部入力信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JM)により、ゲームプレーヤ1の姿勢が『前方へのパンチ』『斜め上方へのパンチ』『前方へのキック』『後方へのキック』『しゃがみ』『ジャンプ』の6姿勢のうちのいずれかであると認識されたものとして、信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JM)に従って、ゲームを進行する。
【0018】
具体的には、信号PC1がアクティブの場合には、ゲームのキャラクターに『前方へのパンチ』を行わせ、また同様に信号KK1がアクティブの場合には、ゲームのキャラクターに『前方へのキック』を行わせ、他の信号の場合も同様に対応した動作を行わせるようになされている。このゲームの進行状況は、ディスプレイ装置5に表示され、ゲームプレーヤ1が常にゲームの進行状況を把握できるように構成されている。すなわち、既存のコンピュータゲームにおける外部入力装置(押しボタンキー、ジョイスティック、トラックボール等)に変わるものとして、姿勢認識装置3からの信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JM)が使用される。ゲーム装置4に対してディスプレイ装置5が接続され、ディスプレイ装置5には、ゲーム装置4からビデオ信号VDが供給される。
【0019】
このようなゲーム装置4としては、例えば、ソニーコンピュータエンターテイメント社から発売されている、『プレイステーション』を使用することができる。また、ディスプレイ装置5に関しては、一般のテレビモニターを使用することができる。図1では、理解の容易のため、ディスプレイ装置5上に表示されているキャラクターがプレーヤと同様の形とされているが、実際には、プレーヤとは別個の娯楽性を高めるためのアニメーション等のゲーム装置4で作成されたキャラクターが表示される。キャラクターとしては、複数種類のものが用意されており、プレーヤが好みのものを選択可能としても良い。
【0020】
また、ゲームプレーヤ1の姿勢を正確に認識する上で、プレーヤの立つ場所、プレーヤの背景の画像、プレーヤの着衣の色彩等が必要に応じて指定される。さらに、図1の例では、プレーヤが一人の例であり、ゲーム装置4により作成された対戦相手のキャラクターがディスプレイ装置5上に表示される。ゲームプレーヤ1は、相手の動きを見ながら、6種類のいずれかの姿勢をとる。ゲーム装置4では、対戦相手の動きとプレーヤの姿勢とから点数を集計し、点数表示を行う。また、1ゲームの時間を規定し、ゲーム終了後に集計点数と勝敗の表示を行うことができる。これらの態様は、既存の格闘ゲームに採用されているものを適用できる。
【0021】
尚、この発明の一実施形態は、プレーヤが1名の場合であるが、プレーヤが2名の場合に対してもこの発明を適用することができる。さらに、プレーヤが1名の場合と2名の場合とを選択可能としても良い。この発明の特徴とする点は、姿勢認識装置3に存するので、簡単のため図1に示すプレーヤが1名の場合を例として、姿勢認識について以下説明する。
【0022】
図2は、姿勢認識装置3において、プレーヤの人体の中心位置及び面積を認識する動作原理を簡単に示すものである。姿勢認識装置3において、入力されたビデオ信号SVは、図2に示すような9つの領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)に分割され、それぞれの領域内における信号強度(u1,u2,u3,m1,m2,m3,d1,d2,d3)が算出されるようになされている。9つの領域は、CCDカメラ2の撮影画面内の略中央となる一部の領域である。上述したように、ゲームプレーヤ1が図2に示すような画面中の位置にある程度の幅を以て合致するように、ゲームプレーヤ1の立つ位置等が規定されている。
【0023】
人体の中心位置は、例えば、図2に示すような9つの領域からの信号強度(u1,u2,u3,m1,m2,m3,d1,d2,d3)について下記の数式(1)及び数式(2)に示す演算結果であるUD,LRの値を用いて認識する。即ち、図2において人体の存在する領域の信号強度が大きくなるものとすれば、人体が図を向かって見て右側に動いたときには信号強度の演算の結果LRは大きくなり、左側に動いたときには小さくなる。また、図2において人体が上側に動いたときには信号強度の演算の結果UDは大きくなり、下側に動いたときには小さくなる。
【0024】
UD=u1+u2+u3−(d1+d2+d3)・・・(1)
LR=u3+m3+d3−(u1+m1+d1)・・・(2)
また、人体の面積は、例えば、図2に示す9つの領域からの信号強度(u1,u2,u3,m1,m2,m3,d1,d2,d3)について下記の数式(3)に示す演算の結果であるVの値を用いて認識する。即ち、図2において人体の存在する領域の信号強度が大きくなるものとすれば、9つの領域の面積に対する人体の面積の比率が大きい場合には演算の結果Vは大きくなり、小さい場合には演算の結果Vは小さくなる。
【0025】
V=u1+u2+u3+m1+m2+m3+d1+d2+d3・・・(3)
図3は、姿勢認識装置3において人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段の一例を示す。姿勢認識装置3は、前述したようにゲームプレーヤ1の『前方へのパンチ』『斜め上方へのパンチ』『前方へのキック』『後方へのキック』『しゃがみ』『ジャンプ』の6通りの姿勢を認識する。図3において、『しゃがみ』を認識するための強度検出手段は、Ddで示される領域であり、ゲームプレーヤ1が『しゃがみ』の姿勢をとった時には検出される信号強度が相対的に小さくなる。
【0026】
また、『前方へのパンチ』を認識するための強度検出手段として、MPdで示される領域が設けられ、『斜め上方へのパンチ』を認識するための強度検出手段として、UPdで示される領域が設けられ、『前方へのキック』を認識するための強度検出手段として、Kdで示される領域が設けられ、『後方へのキック』を認識するための強度検出手段として、BKdで示される領域が設けられ、『ジャンプ』を認識するための強度検出手段として、Jdで示される領域が設けられる。『しゃがみ』の姿勢以外の夫々の姿勢に対応して割り当てられた強度検出手段の領域(MPd,UPd,Kd,BKd,Jd)においては、夫々の姿勢をとった時には『しゃがみ』の場合とは逆に検出される信号強度が相対的に大きくなる。
【0027】
図4,図5及び図6は、姿勢認識装置3において上述した方法により得られた中心位置情報を用い、前記人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段の位置を変化させる方法を『前方へのパンチ』の場合を例にとって簡単に示すものである。
【0028】
図4では人体の中心位置を認識するための9つの強度検出手段の領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)の略中心に人体が位置しており、ゲームプレーヤ1は、『前方へのパンチ』の姿勢をとっている。この場合では、腕の動きを認識するために割り当てられた強度検出手段の領域MPdに腕が位置しているので、MPdの検出強度が大きくなり、『前方へのパンチ』の姿勢をとったと認識される。
【0029】
図5では人体が中心位置を認識するための9つの強度検出手段の領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)に対してやや前方及び上方に位置している。この場合では、腕の動きを認識するために割り当てられた強度検出手段の領域MPdに胸が進入してくるため『前方のパンチ』の姿勢をとっていない場合でもMPdの検出強度が大きくなり、『前方へのパンチ』の姿勢をとったものと認識する可能性がある。従って、この発明においては、図6に示すように強度検出手段の領域MPdを人体の中心位置情報に応じて移動させて認識処理を行う。
【0030】
つまり、人体の中心位置がやや右側及び上側に位置していることを上述した数式(1)及び数式(2)に示す演算の結果であるUD,LRの値を用いて認識することができるので、強度検出手段の領域MPdを図6に示すように移動させることができる。
【0031】
この場合の処理について具体的に更に詳細に説明する。人体の中心位置を認識する9つの強度検出手段の領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)の信号強度を(u1,u2,u3,m1,m2,m3,d1,d2,d3)とし、人体の存在する領域に応じて信号強度が大きくなるものとすれば、人体が略中心に位置している図4の場合には、m2が最大値となり、m2以外の信号強度に関しては、m2に比べて小さな余り差のない数値となって、数式(1)及び(2)の演算の結果UD及びLRは略0に近い数値となる。
【0032】
また、人体の中心位置がやや右側及び上側に位置している図5の場合には、(u2,u3,m2,m3)がやや大きな数値となり、残りの信号強度に関しては、略0に近い数値となって、数式(1)及び(2)の演算の結果UD及びLRは、図4の場合に比べて両者共に大きな数値となり、前方及び上方に人体がずれていることが認識される。そして、演算の結果UD,LRの差に応じて強度検出手段の『前方へのパンチ』を認識するための領域MPdが図6に示すように図4の位置よりも右上側の位置へ移動させられる。この補正によって、『前方へのパンチ』の認識処理が誤らないようになされる。
【0033】
尚、上述した『前方のパンチ』の姿勢以外の他の姿勢の場合においても、同様に強度検出手段の領域(UPd,Kd,BKd,Jd,Dd)の位置を人体の中心位置情報に応じて移動させて認識処理がなされる。また、上述した処理においては、強度検出手段の領域MPdを移動する場合について説明したが、強度検出手段の領域MPdを移動させる代わりに、予め用意された幾つかの検出領域の候補の中から最適と判断される領域を認識領域として選択し、認識処理するようにしても良い。
【0034】
図4,図7及び図8は、姿勢認識装置3において上述した方法により得られた人体の面積情報を用い、前記人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段の位置及び大きさを変化させる方法を『前方へのパンチ』の場合を例にとって簡単に示すものである。尚、面積に限らず、面積及び/または体積情報についても同様に処理できる。
【0035】
図4では人体の中心位置を認識するための9つの強度検出手段の領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)の略中心に人体が位置しており、平均的な体型のゲームプレーヤ1は、『前方へのパンチ』の姿勢をとっている。この場合では、腕の動きを認識するために割り当てられた強度検出手段の領域MPdに腕が位置しているので、MPdの検出強度が大きくなり、『前方へのパンチ』の姿勢をとったと認識される。
【0036】
図7では大きな体型のゲームプレーヤ1の姿勢を認識する場合を示している。この場合では、腕の動きを認識するために割り当てられた強度検出手段の領域MPdに胸が進入してくるため『前方のパンチ』の姿勢をとっていない場合でもMPdの検出強度が大きくなり、『前方へのパンチ』の姿勢をとったものと誤って認識する可能性がある。従って、この発明においては、図8に示すように強度検出手段の領域MPdの位置及び大きさを、人体の面積情報に応じて移動させたり、変化させたりして認識処理を行う。
【0037】
つまり、人体の大きさを上述した数式(3)に示す演算の結果であるVの値を用いて認識することができるので、強度検出手段の領域MPdの大きさとその位置を図8に示すように変化させることができる。
【0038】
この場合の処理について具体的に更に詳細に説明する。人体の中心位置を認識する9つの強度検出手段の領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)の信号強度を(u1,u2,u3,m1,m2,m3,d1,d2,d3)とし、人体の存在する領域に応じて信号強度が大きくなるものとすれば、図4の平均的な体型のゲームプレーヤ1の場合には、m2が最大値となり、m2以外の信号強度に関しては、m2に比べて小さな余り差のない数値となって、数式(3)の演算の結果Vが略所定の値となる。
【0039】
また、図7に示すように、大きな体型のゲームプレーヤ1の場合には、(u1,u2,u3,m1,m2,m3,d1,d2,d3)の信号強度に関して全てが図4の場合に比べて大きな数値となる。従って、数式(3)の演算の結果Vは、図4の場合に比べて当然大きな数値となり、大きな体型のゲームプレーヤ1であると認識される。そして、演算の結果Vの差に応じて強度検出手段の『前方へのパンチ』を認識するための領域MPdが図8に示すように図4の位置よりも右上側へ移動させられると共に、その認識範囲が大きくされる。それによって、体型の異なるゲームプレーヤ1の場合においても『前方へのパンチ』の認識処理が誤らないようになされる。
【0040】
尚、上述した『前方のパンチ』の姿勢以外の他の姿勢の場合においても、同様に強度検出手段の領域(UPd,Kd,BKd,Jd,Dd)を人体の面積及び/または体積情報に応じて大きさを変化させたり、移動させたりして認識処理がなされる。また、上述した処理においては、強度検出手段の領域MPdを大きくすると共に、移動する場合について説明したが、強度検出手段の領域MPdの大きさや位置を変化させる代わりに、予め用意された幾つかの検出領域の候補の中からもっとも最適と判断される領域を認識領域として選択し、認識処理するようにしても良い。
【0041】
更に、人体の体型の大きさを上述した数式(3)に示す演算の結果であるVの値を用いて認識する場合について説明したが、以下に示す数式(4)を用いてVの値を算出しても良い。
V=u1+u2+u3+m1+m3+d1+d2+d3−m2・・・(4)
図9は、このような動作を行う姿勢認識装置3の一例の構成である。図1と同一部分には、同一の参照符号が付されている。姿勢認識装置3が図9に示すようにA/Dコンバータ92、RAM(ランダムアクセスメモリ)93、CPU(マイクロプロセッサ)94及びインターフェース回路95等により構成される。A/Dコンバータ92、RAM93、CPU94及びインターフェース回路95の夫々は、データバスにより接続され、双方向にデータの授受が可能とされている。
【0042】
ゲームプレーヤ1の姿勢をCCDカメラ2で電気信号(いわゆるビデオ信号)SVに変換し、姿勢認識装置3に入力する。入力されたビデオ信号は、A/Dコンバータ92によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された画像データは、マイクロプロセッサ94によりランダムアクセスメモリ93上に蓄えられる。マイクロプロセッサ94は、上述した姿勢認識処理などを行った後、ゲーム装置4と姿勢認識装置3との信号変換を行うインターフェイス回路95に認識処理結果を送る。インターフェイス回路95は、ゲーム装置4を操作する信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JP)を形成してその信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JP)をゲーム装置に供給し、ゲーム装置4は、ゲームのキャラクターに信号に対応する動作を行わせる。尚、プレーヤの体重を検出する場合には、CCDカメラ2が増設されて3次元認識処理がなされる。
【0043】
また、図10は、姿勢認識装置3の他の例の構成で、ホログラム6を用いたものである。図10において、CCDカメラ2からの映像信号SVは、液晶ディスプレイ33に送られ、液晶ディスプレイ33上に2次元の情報として投影される。レーザ発振器31からのレーザ光線は、コリメーターレンズ32により平行光線に変換された後に、この液晶ディスプレイ33を照射する。従って、液晶ディスプレイ33の直後には、コヒーレントなレーザ光として、CCDカメラ2で撮影された画像が復元される。このコヒーレントな光による画像情報は、結像レンズ34によってホログラム6上に結像される。また、レーザ発振器31は、レーザパワー制御装置30(Automatio Power Control 回路)により、常に所定の出力が得られるように制御されている。
【0044】
このようにして液晶ディスプレイ33上に得られたゲームプレーヤ1の姿勢情報は、結像レンズ34によってホログラム6上に投影される。ホログラム6は、投影された画像を必要に応じて6個の領域(MPd,UPd,Kd,BKd,Jd,Dd)及び9個の領域(U1,U2,U3,M1,M2,M3,D1,D2,D3)に分割し、各領域中の強度に比例した強度の光線を異なる角度方向に回析させる。尚、図10は、姿勢認識のために6個の領域に分割する場合を示すが、中心位置や人体の大きさを認識するために9個の領域に分割する場合も同様になされる。
【0045】
ホログラム6によって回析された光線の方向を図11に示す。この図11において、領域MPdの内部の光強度に比例した強度の光線がAの方向に向かって飛ぶようになされている。また、同様にして領域UPd内部の光強度に比例した強度を持つ光線が、Bの方向に発生する。以下同様に、領域(Kd,BKd,Jd,Dd)の光強度に従ってC〜Fの方向に光線が飛ぶようになされる。このように、6個の領域(MPd,UPd,Kd,BKd,Jd,Dd)毎に光線の角度を所定のものとするためには、ホログラム6の6個の領域にそれぞれ対応する領域に所定の縞模様を形成する必要がある。すなわち、ホログラム6は、例えば各領域が所定の方向に回析するようになされた回析格子として構成されたCGH(Computer Genereted Hologram)などの手法で作製することができる。
【0046】
ホログラム6から回析された光線は、ディテクターアレイ35により電気信号に変換される。ディテクターアレイ35は、図11中のAからFまでの各方向に対して、少なくとも1つ以上の独立したフォトディテクターを持ち、各方向成分の光線を独立に検出して6個の電気信号(図10におけるBd1,Bd2,Bd3,Bd4,Bd5,Bd6)に変換する。この電気信号のレベル(ピーク値、または平均値)は、AからFまでの各方向の光線の強度に対応する。なお、図11では、6個の領域に対応して6個のフォトディテクターを使用しているが、一つの領域に対して、複数のフォトディテクターを使用しても良い。
【0047】
このようにして得られた6個の電気信号(Bd1,Bd2,Bd3,Bd4,Bd5,Bd6)は、増幅ユニット7により、各検出信号毎に増幅され、十分なSNR(信号対雑音比)が得られる検出信号(Ad1,Ad2,Ad3,Ad4,Ad5,Ad6)として判定ユニット8に出力される。増幅ユニット7は、例えば6つのオペレーショナル・アンプリファイヤーを単純に並べることで構成することができる。
【0048】
判定ユニット8は、6個の検出信号(Ad1,Ad2,Ad3,Ad4,Ad5,Ad6)を入力とし、ゲームプレーヤ1の姿勢が『前方へのパンチ』と判定した場合には、信号PC1をアクティブとし、『斜め上方へのパンチ』と判定した場合には、信号PC2をアクティブとする。また、ゲームプレーヤ1の姿勢が『前方へのキック』と判定した場合には、信号KK1をアクティブとし、『後方へのキック』と判定した場合には、信号KK2をアクティブとする。更に、ゲームプレーヤ1の姿勢が『しゃがみ』と判定した場合には、信号SDをアクティブとし、『ジャンプ』と判定した場合には、信号JMをアクティブとする。
【0049】
判定ユニット8の一例を図12に示す。図12において、6本の入力(検出)信号(Ad1,Ad2,Ad3,Ad4,Ad5,Ad6)は、A/Dコンバータ81A〜81Fによって各8ビットのディジタル信号(D1,D2,D3,D4,D5,D6)に変換される。この結果のディジタル信号(D1,D2,D3,D4,D5,D6)は、図示しないインターフェース回路を通して、マイクロプロッセッサー82に取り込まれる。
【0050】
マイクロプロッセッサー82は、上述の入力信号からゲームプレーヤ1の姿勢を判定して、『前方へのパンチ』の姿勢であると判定した場合には信号PC1をアクティブとし、『斜め上方へのパンチ』の姿勢であると判定した場合には信号PC2をアクティブとする。また、『前方へのキック』の姿勢であると判定した場合には信号KK1をアクティブとし、『後方へのキック』の姿勢であると判定した場合には信号KK2をアクティブとする。更に、『しゃがみ』の姿勢であると判定した場合には、信号SDをアクティブとし、『ジャンプ』の姿勢であると判定した場合には、信号JMをアクティブとする。これらの信号(PC1,PC2,KK1,KK2,SD,JM)は、ゲーム装置4に対して供給される。
【0051】
マイクロプロセッサ82が行う『前方へのパンチ』『斜め上方へのパンチ』『前方へのキック』『後方へのキック』『しゃがみ』『ジャンプ』の6姿勢の判定動作のうちの『前方へのパンチ』及び『前方へのキック』の場合を特に例として挙げながら次に説明する。マイクロプロセッサ82の内部には、図13に示すような(7行×6バイト,図13中には3行分しか図示せず)のメモリが搭載されている。第1行目のメモリは、入力バッファーであり、入力された6つのディジタル検出信号(D1,D2,D3,D4,D5,D6)が常に保持されている。
【0052】
第2行目のメモリは、前方へのパンチ姿勢基準として用いられる基準値を保持する。このメモリは、ゲーム開始に先立ち、実際にゲームを楽しもうとするゲームプレーヤ1が『前方へのパンチ』の姿勢であるときの画像をCCDカメラ2で取り込み、増幅ユニット7の出力から得られた6バイトの信号を保持している。このメモリに保持される『前方へのパンチ』の基準値を、(YM1,YM2,YM3,YM,YM5,YM6)と表記する。
【0053】
第3行目のメモリは、前方へのキック姿勢基準として用いられる基準値を保持する。これらのメモリは、ゲーム開始に先立ち、ゲームプレーヤ1が『前方へのキック』の姿勢であるときの画像をCCDカメラで取り込み、増幅ユニット7の出力から得られた6バイトの夫々の信号を保持している。第3行目のメモリに保持される『前方へのキック』の基準値を、(ZF1,ZF2,ZF3,ZF4,ZF5,ZF6)と表記する。
【0054】
第2行目から第7行目までのメモリに保持する各姿勢の基準値は、例えば工場出荷時に実験を行って定め、ROM(リードオンリーメモリ)として構成しておくことができる。このようにROMで構成すれば、電源を入れただけで直ちに使用を開始することも可能である。また、RAM(ランダムアクセスメモリ)として構成することも可能である。RAMで構成し、上述したように、実際のプレーヤの姿勢から基準値を生成することによって、ゲームプレーヤ1の個人的な差を吸収して、確実な動作をさせることが可能となる。
【0055】
マイクロプロッセッサ82は、これらのメモリに保持された値に対して、例えば、各パラメータの差の二乗和の演算を行う。この演算によって、入力信号(D1,D2,D3,D4,D5,D6)と、各姿勢の基準値のそれぞれとの距離を求める。例えば、『前方へのパンチ』及び『前方へのキック』の場合には、以下の数式(4)及び(5)で示されるような演算を行い、距離DMY及びDFZを算出する。
【0056】
DYM=(D1−YM1)2 +(D2−YM2)2 +(D3−YM3)2 +(D4−YM4)2 +(D5−YM5) 2 +(D6−YM6)2 ・・・(4)
DZF=(D1−ZF1)2 +(D2−ZF2)2 +(D3−ZF3)2 +(D4−ZF4)2 +(D5−ZF5)2 +(D6−ZF6)2 ・・・(5)
マイクロプロセッサ82は、他の姿勢についても同様の距離計算を行う。そして、生成した各姿勢の距離に関して大小比較を行い、求められた距離がもっとも小さいものを決定する。この大小比較の結果、例えば、DYMの値がもっとも小さいと判定された場合には、マイクロプロセッサ82はゲームプレーヤ1が『前方へのパンチ』の姿勢をとっていると判断し、ゲーム装置4に対する信号PC1をアクティブにして、前方へのパンチの動作を行うように指示する。
【0057】
同様にして、大小比較の結果、例えば、DZFの値がもっとも小さいと判定された場合には、マイクロプロセッサ82はゲームプレーヤ1が『前方へのキック』の姿勢をとっていると判断し、ゲーム装置4に対する信号KK1をアクティブにして、前方へのキックの動作を行うように指示する。
【0058】
また、他の姿勢の距離が小さい場合には、同様に対応する信号をアクティブとし、その姿勢を行うように指示する。尚、ゲームプレーヤの姿勢を認識するタイミングは、予め決定された所定時間の周期、または検出信号の大きな変化が発生する時点になされる。
【0059】
以上のように、この発明の姿勢検出ゲーム装置1は、ゲームプレーヤ1の姿勢を認識して、ゲームプレーヤ1の姿勢にしたがったゲームを構成することが可能となる。尚、認識する姿勢としては上述したものに限定されず、『静止』のような他の姿勢を認識するようにしても良い。
【0060】
【発明の効果】
この発明の姿勢検出ゲーム装置は、ゲームプレーヤの人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力し、この画像信号を複数個の領域に分割し、各領域中の信号強度を検出し、検出信号に基づいて人体の姿勢を認識するように構成されているので、人体を撮影した画像情報から輪郭線を抽出する処理が必要なくなる。このため高速な動作が可能となり、さらに、安価な信号処理装置で実現することが可能となる。
【0061】
また、この発明は、輪郭線の抽出が必要ないので、認識装置をホログラムなどの回折手段を使って実現することも可能となり、さらに安価で高速な動作を実現することが可能となるという効果を奏する。
【0062】
また、この発明では、姿勢認識装置3が設けられ、姿勢認識装置3において、強度検出手段の一部が人体の略中心位置を認識するために用いられて所定の演算処理によって中心位置が認識され、得られた中心位置情報に基づいて人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段が認識された中心位置に対して略一定の距離と方向を保つように配置されるか選択されるようになされる。従ってこの発明に依れば、人体が前後、左右、上下に大きく動いた場合においても誤認識することなく正確に姿勢を認識することができる。
【0063】
また、この発明では、姿勢認識装置3が設けられ、姿勢認識装置3において、強度検出手段の一部が人体の大きさを認識するために用いられて所定の演算処理によって体型の大きさが認識され、得られた体型情報に基づいて人体の姿勢を認識するために割り当てられた強度検出手段の位置や強度検出手段の認識範囲の大きさが所定の関係を満たすように配置されるか選択されるようになされる。従って、この発明に依れば、背の高さなどゲームプレーヤの体型が異なる場合においても誤認識することなく正確に姿勢を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係わる姿勢検出ゲーム装置の一例を示すブロック図である。
【図2】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図3】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図4】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図5】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図6】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図7】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図8】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の動作を説明する略線図である。
【図9】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の一例を示すブロック図である。
【図10】この発明の一実施形態における姿勢認識装置の他の例を示すブロック図である。
【図11】図10に示す姿勢認識装置におけるホログラムの回折効果を説明する略線図である。
【図12】図10に示す姿勢認識装置における判定ユニットの一例を示すブロック図である。
【図13】図12に示す判定ユニットにおけるマイクロプロセッサ内部のメモリを示す略線図である。
【符号の説明】
1・・・ゲームプレーヤ、2・・・CCDカメラ、3・・・姿勢認識装置、4・・・ゲーム装置、5・・・ディスプレイ装置、6・・・ホログラム、8・・・判定ユニット、31・・・レーザ発振器、32・・・コリメーターレンズ、33・・・液晶ディスプレイ、35・・・ディテクターアレイ、81A〜81F,92・・・A/Dコンバータ、82,94・・・マイクロプロセッサ
Claims (11)
- 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の前記領域の一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
前記認識手段からの前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
前記画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
前記認識手段は、前記強度検出手段の出力信号から前記画面の略中心位置と前記人体の略中心部分の位置とのずれを示す中心位置情報を生成し、前記中心位置情報に応じて前記一部領域の位置を変化させることを特徴とする姿勢検出装置。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の前記領域の一部であって、予め用意された複数の候補領域から選択された一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
前記認識手段からの前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
前記画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
前記認識手段は、前記強度検出手段の出力信号から前記画面の略中心位置と前記人体の略中心部分の位置とのずれを示す中心位置情報を生成し、前記中心位置情報に応じて前記複数の候補領域の一つを前記認識用領域として選択することを特徴とする姿勢検出装置。 - 請求項1または2において、
前記中心位置情報に応じて前記一部領域の位置が中心位置の変化と同じ方向に変化するようになされていることを特徴とする姿勢検出装置。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の前記領域の一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
前記認識手段からの前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
前記画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
前記認識手段は、前記強度検出手段の出力信号から前記人体の略面積あるいは体積を示す面積情報を生成し、前記面積情報に応じて前記一部領域の位置及び大きさを変化させることを特徴とする姿勢検出装置。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段により入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の前記領域の一部であって、予め用意された複数の候補領域から選択された一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識手段と、
前記認識手段からの前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成手段と、
前記画像情報を出力する画像出力手段とを備え、
前記認識手段は、前記強度検出手段の出力信号から前記人体の略面積あるいは体積を示す面積情報を生成し、前記面積情報に応じて前記複数の候補領域の一つを前記認識用領域として選択することを特徴とする姿勢検出装置。 - 請求項4または5において、
前記強度検出手段の一部の前記領域の複数個が、前記人体の略面積あるいは体積を認識するために用いられ、
前記認識用領域に割り当てられた前記領域の複数個は、検出された中心位置との位置関係が常に一定となるように位置が変化するようになされていることを特徴とする姿勢検出装置。 - 請求項1、2、4または5において、
前記強度検出手段は、
前記画像信号を2次元の光強度分布に変換する光強度変調手段と、
前記光強度変調手段の光強度分布を複数の領域に分割し、前記領域毎に異なる角度方向に光を回折させる光回折手段と、
前記回折光の強度を求める複数の光検出手段とからなることを特徴とする姿勢検出装置。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力するステップと、
入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出ステップと、
前記領域の一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識ステップと、
前記認識ステップで発生した前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成ステップと、
前記画像情報を出力する画像出力ステップとを備え、
前記認識ステップにおいて、前記強度検出ステップで発生した前記出力信号から前記画面の略中心位置と前記人体の略中心部分の位置とのずれを示す中心位置情報を生成し、前記中心位置情報に応じて前記一部領域の位置を変化させることを特徴とする姿勢検出方法。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力するステップと、
入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出ステップと、
前記領域の一部であって、予め用意された複数の候補領域から選択された一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識ステップと、
前記認識ステップで発生した前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成ステップと、
前記画像情報を出力する画像出力ステップとを備え、
前記認識ステップにおいて、前記強度検出ステップで発生した出力信号から前記画面の略中心位置と前記人体の略中心部分の位置とのずれを示す中心位置情報を生成し、前記中心位置情報に応じて前記複数の候補領域の一つを前記認識用領域として選択することを特徴とする姿勢検出方法。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力するステップと、
入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出ステップと、
前記領域の一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識ステップと、
前記認識ステップで発生した前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成ステップと、
前記画像情報を出力する画像出力ステップとを備え、
前記認識ステップにおいて、前記強度検出ステップで発生した出力信号から前記人体の略面積あるいは体積を示す面積情報を生成し、前記面積情報に応じて前記一部領域の位置及び大きさを変化させることを特徴とする姿勢検出方法。 - 人体、あるいは人体各部の姿勢を画像信号として入力するステップと、
入力された画像信号による画面を複数個の領域に分割し、各領域の信号強度をそれぞれ検出する強度検出ステップと、
前記領域の一部であって、予め用意された複数の候補領域から選択された一部領域が前記人体の姿勢を認識するための認識用領域に割り当てられ、前記認識用領域の信号強度から前記人体の姿勢に応じた出力信号を発生する認識ステップと、
前記認識ステップで発生した前記出力信号に応じて、画像情報を作成する情報作成ステップと、
前記画像情報を出力する画像出力ステップとを備え、
前記認識ステップにおいて、前記強度検出ステップで発生した出力信号から前記人体の略面積あるいは体積を示す面積情報を生成し、前記面積情報に応じて前記複数の候補領域の一つを前記認識用領域として選択することを特徴とする姿勢検出方法。
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