JP5541851B2 - 姿勢算出装置、姿勢算出プログラム、ゲーム装置、およびゲームプログラム - Google Patents
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Description
図1を参照して、本発明の一実施形態に係る姿勢算出装置の一例であるゲーム装置を含むゲームシステム1について説明する。図1は、ゲームシステム1の外観図である。以下、据置型のゲーム装置を一例にして、本実施形態のゲーム装置およびゲームプログラムについて説明する。図1において、ゲームシステム1は、テレビジョン受像器(以下、単に「テレビ」と記載する)2、ゲーム装置3、光ディスク4、入力装置8、およびマーカ部6を含む。本システムは、入力装置8を用いたゲーム操作に基づいてゲーム装置3でゲーム処理を実行するものである。
次に、図2を参照して、ゲーム装置3の内部構成について説明する。図2は、ゲーム装置3の構成を示すブロック図である。ゲーム装置3は、CPU10、システムLSI11、外部メインメモリ12、ROM/RTC13、ディスクドライブ14、およびAV−IC15等を有する。
次に、図3〜図6を参照して、入力装置8について説明する。図3は、入力装置8の外観構成を示す斜視図である。図4は、コントローラ5の外観構成を示す斜視図である。図3は、コントローラ5の上側後方から見た斜視図であり、図4は、コントローラ5を下側前方から見た斜視図である。
次に、図8〜図12を参照して、ゲーム装置3において実行される、入力装置8の姿勢を算出する姿勢算出処理の概要を説明する。本実施形態では、ゲーム装置3は、ジャイロセンサ55および56と、加速度センサ37と、撮像手段(撮像素子40)とを備えた入力装置8からデータ(操作データ)を取得し、入力装置8の姿勢を算出する。なお、本実施形態では、入力装置8は、加速度センサ37と撮像素子40とを両方備える構成とするが、他の実施形態においては、加速度センサ37と撮像素子40とのいずれか一方のみを備える構成であってもよい。
姿勢算出手段は、ジャイロセンサ55および56が検出する角速度に基づいて入力装置8の姿勢を算出する(後述するステップS4)。角速度から姿勢を算出する方法はどのような方法であってもよいが、例えば、初期姿勢に(単位時間あたりの)角速度を逐次加算する方法がある。すなわち、ジャイロセンサ55および56から逐次出力される角速度を積分し、初期状態からの姿勢の変化量を積分結果から算出することによって、現在の姿勢を算出することができる。なお、以下では、姿勢算出手段によって角速度から算出される入力装置8の姿勢を「第1の姿勢」と呼ぶ。ただし、第1の姿勢に補正が加えられた後の姿勢も第1の姿勢と呼ぶ。
第1補正手段は、加速度センサ37が検出する加速度データに基づいて上記第1の姿勢を補正する(後述するステップS5)。本実施形態では、第1補正手段は、上記第1の姿勢を第2の姿勢へと近づける補正を行う。ここで、第2の姿勢とは、加速度データから決まる姿勢、具体的には、加速度データが示す加速度の向きが鉛直下向きであると想定する場合における入力装置8の姿勢を指す。すなわち、加速度データが示す加速度が重力加速度であると仮定して算出された姿勢である。以下、図8〜図10を参照して、第1補正手段による補正処理(第1補正処理)を説明する。
第2補正手段は、撮像手段が撮像する所定の撮像対象の画像に基づいて第1の姿勢を補正する(後述するステップS6)。ここで、本実施形態においては、所定の撮像対象とは上記マーカ部6(の赤外LED)である。本実施形態では、第2補正手段は、上記第1の姿勢を第3の姿勢へと近づける補正を行う。第3の姿勢は、上記撮像対象の画像から算出される姿勢であり、具体的には、当該画像内での撮像対象の向きおよび/または位置から算出される入力装置8の姿勢である。以下、図11および図12を参照して、第2補正手段による補正処理(第2補正処理)を説明する。
次に、ゲーム装置3において実行される処理の詳細について説明する。まず、ゲーム装置3における処理において用いられる主なデータについて図13を用いて説明する。図13は、ゲーム装置3のメインメモリ(外部メインメモリ12または内部メインメモリ11e)に記憶される主なデータを示す図である。図13に示すように、ゲーム装置3のメインメモリには、ゲームプログラム60、操作データ62、およびゲーム処理用データ67が記憶される。なお、メインメモリには、図13に示すデータの他、ゲームに登場する各種オブジェクトの画像データや、オブジェクトの各種パラメータを示すデータ等、ゲーム処理に必要なデータが記憶される。
A=|L−1| …(2)
上式(2)で算出された補正度Aを示すデータは、補正度データ70としてメインメモリに記憶される。なお、上式(2)で算出された補正度Aは、最終的な値ではない演算中の値であって、以降のステップS16で値が変換されることによって、最終的な補正度Aの値が得られる。ステップS14の次にステップS15の処理が実行される。
A2=1−(A1/R) …(3)
A3=A2×A2 …(4)
A4=A3×C1 …(5)
上式(3)〜(5)において、変数A1は変換前の補正度(メインメモリに現在記憶されている補正度データ70により示される値)であり、変数A4がステップS16において最終的に変換される補正度である。上式(3)は、変換前の補正度A1の大きさが重力加速度の大きさ(=1)に近いほど1に近くなるように変換後の補正度A2を得るための式である。上式(4)は、変換前の補正度A2が1に近いほど大きい重みが付されるように変換後の補正度A3を得るための式である。上式(5)は、補正量の大きさを調整するための式である。すなわち、定数C1は、定数C1の値が大きいほど補正量は大きくなる。定数C1は、予め定められ、0<C1≦1の範囲(例えば0.03)で設定される。以上の式(3)〜(5)による変換によって得られた補正度A4を示すデータが、新たな補正度データ70としてメインメモリに記憶される。上記ステップS16の次にステップS17の処理が実行される。
vx=Xx×nx+Yx×ny+Zx×nz
vy=Xy×nx+Yy×ny+Zy×nz
vz=Xz×nx+Yz×ny+Zz×nz …(6)
上式(6)に示されるように、加速度ベクトルVa2は、回転行列である第1姿勢行列M1によって加速度ベクトルVa1を回転させることによって得ることができる。ステップS17において算出された加速度ベクトルVa2はメインメモリに記憶される。上記ステップS17の次にステップS18の処理が実行される。
gx=(0−vx)×A+vx
gy=(−1−vy)×A+vy
gz=(0−vz)×A+vz …(7)
上式(7)に示されるように、補正量ベクトルVgは、加速度ベクトルVa2の終点から重力方向ベクトル(0,−1,0)の終点までを結ぶ線分をA:(1−A)に内分する点を終点とするベクトルである。したがって、補正量ベクトルVgは、補正度Aの値が大きいほど、重力方向ベクトルに近づくこととなる。CPU10は、上式(7)によって算出された補正量ベクトルVgを示すデータを、補正量ベクトルデータ71としてメインメモリに記憶する。上記ステップS18の次にステップS19の処理が実行される。
θy=px×θy’/px’ …(9)
なお、マーカ部6の水平方向の長さを無視する場合、上記限界角度θy’は、コントローラ5の画角の1/2とし、上記px’の値は“1”とすることができる。
cos(θp)=(Zx×Zx+Zz×Zz)1/2
sin(θp)=Zy …(11)
上式(11)における変数Zx,Zy,Zzは、上式(1)において示した第1姿勢行列M1の要素である。なお、ここで用いられる第1姿勢行列M1は、今回の処理ループにおいて第1補正処理が行われた後の第1姿勢行列M1である。さらに、CPU10は、上式(11)で算出したcos(θp)およびsin(θp)を用いて、次の式(12)に従ってピッチ姿勢成分M3pの行列を算出する。
M1=(M3−M1’)×C2+M1’ …(13)
上式(13)において、変数M1’は補正前の第1姿勢行列である。また、定数C2は、0<C2≦1の範囲で予め設定され、例えば0.1に設定される。上式(13)によって算出された補正後の第1姿勢行列M1を示すデータが、新たな第1姿勢データ68としてメインメモリに記憶される。上記ステップS37の後、CPU10は第2補正処理を終了する。
なお、上記実施形態においては、3軸回りの角速度を検出するジャイロセンサを用いて、3次元の姿勢を算出する場合を例として説明したが、図8〜図12にも示したように、2次元平面上における姿勢(回転角度)を算出する場合においても本発明を適用することが可能である。なお、2次元平面上における姿勢は、2軸回りの角速度を2軸ジャイロセンサで検出することによって算出してもよいし、所定の1軸回りの角速度を1軸ジャイロセンサで検出することによって算出してもよい。
2 テレビ
3 ゲーム装置
4 光ディスク
5 コントローラ
6 マーカ部
7 ジャイロセンサユニット
8 入力装置
10 CPU
11c GPU
11e 内部メインメモリ
12 外部メインメモリ
63 角速度データ
64 加速度データ
65 マーカ座標データ
68 第1姿勢データ
76 第3姿勢データ
Claims (20)
- ジャイロセンサと、加速度センサと、撮像手段とを少なくとも備えた入力装置からデータを取得し、当該入力装置の姿勢を算出する姿勢算出装置であって、
前記ジャイロセンサが検出する角速度に基づいて前記入力装置の第1の姿勢を算出する姿勢算出手段と、
前記加速度センサが検出する加速度データに基づいて前記第1の姿勢を補正する第1補正手段と、
前記撮像手段が所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いているか否かを前記第1の姿勢に基づいて判定し、前記撮像手段が前記所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いている場合に、前記撮像手段が撮像する前記所定の撮像対象の画像に基づいて前記第1の姿勢を補正する第2補正手段とを備える、姿勢算出装置。 - 前記第1補正手段は、前記加速度データが示す加速度の向きが鉛直下向きとみなした場合における前記入力装置の姿勢を第2の姿勢とし、前記第1の姿勢を、当該第1の姿勢と前記第2の姿勢との間の姿勢に、または、当該第2の姿勢に補正する、請求項1に記載の姿勢算出装置。
- 前記第1補正手段は、前記加速度の大きさが重力加速度の大きさに近いほど前記第1の姿勢が前記第2の姿勢に近くなるように補正を行う、請求項2に記載の姿勢算出装置。
- 前記第1補正手段は、前記加速度データが示す加速度の大きさと重力加速度の大きさとの差が所定の基準より小さい場合にのみ前記補正を行う、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の姿勢算出装置。
- 前記第2補正手段は、前記撮像手段が撮像する画像内での前記撮像対象の向きおよび/または位置から算出される前記入力装置の姿勢を第3の姿勢とし、前記第1の姿勢を、当該第1の姿勢と当該第3の姿勢との間の姿勢に、または、当該第3の姿勢に補正する、請求項1または請求項4のいずれか1項に記載の姿勢算出装置。
- 前記第2補正手段は、前記撮像手段が撮像する画像内での前記撮像対象の向きに基づいて、前記第3の姿勢のうち、前記撮像手段の撮像方向を基準としたときのロール方向に関する姿勢を算出する、請求項5に記載の姿勢算出装置。
- 前記第2補正手段は、前記撮像手段が撮像する画像内での前記撮像対象の位置に基づいて、前記第3の姿勢のうち、前記撮像手段の撮像方向を基準としたときのピッチおよび/またはヨー方向に関する姿勢を算出する、請求項5または請求項6に記載の姿勢算出装置。
- 前記第2補正手段は、前記第1補正手段による補正後の第1の姿勢に対して補正を行う、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の姿勢算出装置。
- ジャイロセンサと、撮像手段とを少なくとも備えた入力装置からデータを取得し、当該入力装置の姿勢を算出する姿勢算出装置であって、
前記ジャイロセンサが検出する角速度に基づいて、前記入力装置の第1の姿勢を算出する姿勢算出手段と、
前記撮像手段が所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いているか否かを前記第1の姿勢に基づいて判定し、前記撮像手段が前記所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いている場合に、前記撮像手段が撮像する画像内での前記所定の撮像対象の向きおよび/または位置から算出される前記入力装置の姿勢を第2の姿勢とし、前記第1の姿勢を、当該第1の姿勢と当該第2の姿勢との間の姿勢に、または、当該第2の姿勢に補正する補正手段とを備える、姿勢算出装置。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の姿勢算出装置によって補正された前記第1の姿勢を前記入力装置の姿勢として用いてゲーム処理を行うゲーム装置。
- ジャイロセンサと、加速度センサと、撮像手段とを少なくとも備えた入力装置からデータを取得し、当該入力装置の姿勢を算出する姿勢算出装置のコンピュータにおいて実行される姿勢算出プログラムであって、
前記ジャイロセンサが検出する角速度に基づいて前記入力装置の第1の姿勢を算出する姿勢算出手段と、
前記加速度センサが検出する加速度データに基づいて前記第1の姿勢を補正する第1補正手段と、
前記撮像手段が所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いているか否かを前記第1の姿勢に基づいて判定し、前記撮像手段が前記所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いている場合に、前記撮像手段が撮像する前記所定の撮像対象の画像に基づいて前記第1の姿勢を補正する第2補正手段として前記コンピュータを機能させる、姿勢算出プログラム。 - 前記第1補正手段は、前記加速度データが示す加速度の向きが鉛直下向きとみなした場合における前記入力装置の姿勢を第2の姿勢とし、前記第1の姿勢を、当該第1の姿勢と前記第2の姿勢との間の姿勢に、または、当該第2の姿勢に補正する、請求項11に記載の姿勢算出プログラム。
- 前記第1補正手段は、前記加速度の大きさが重力加速度の大きさに近いほど前記第1の姿勢が前記第2の姿勢に近くなるように補正を行う、請求項12に記載の姿勢算出プログラム。
- 前記第1補正手段は、前記加速度データが示す加速度の大きさと重力加速度の大きさとの差が所定の基準より小さい場合にのみ前記補正を行う、請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の姿勢算出プログラム。
- 前記第2補正手段は、前記撮像手段が撮像する画像内での前記撮像対象の向きおよび/または位置から算出される前記入力装置の姿勢を第3の姿勢とし、前記第1の姿勢を、当該第1の姿勢と当該第3の姿勢との間の姿勢に、または、当該第3の姿勢に補正する、請求項11または請求項14のいずれか1項に記載の姿勢算出プログラム。
- 前記第2補正手段は、前記撮像手段が撮像する画像内での前記撮像対象の向きに基づいて、前記第3の姿勢のうち、前記撮像手段の撮像方向を基準としたときのロール方向に関する姿勢を算出する、請求項15に記載の姿勢算出プログラム。
- 前記第2補正手段は、前記撮像手段が撮像する画像内での前記撮像対象の位置に基づいて、前記第3の姿勢のうち、前記撮像手段の撮像方向を基準としたときのピッチおよび/またはヨー方向に関する姿勢を算出する、請求項15または請求項16に記載の姿勢算出プログラム。
- 前記第2補正手段は、前記第1補正手段による補正後の第1の姿勢に対して補正を行う、請求項11から請求項17のいずれか1項に記載の姿勢算出プログラム。
- ジャイロセンサと、撮像手段とを少なくとも備えた入力装置からデータを取得し、当該入力装置の姿勢を算出する姿勢算出装置のコンピュータにおいて実行される姿勢算出プログラムであって、
前記ジャイロセンサが検出する角速度に基づいて、前記入力装置の第1の姿勢を算出する姿勢算出手段と、
前記撮像手段が所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いているか否かを前記第1の姿勢に基づいて判定し、前記撮像手段が前記所定の撮像対象を撮像可能な向きを向いている場合に、前記撮像手段が撮像する画像内での前記所定の撮像対象の向きおよび/または位置から算出される前記入力装置の姿勢を第2の姿勢とし、前記第1の姿勢を、当該第1の姿勢と当該第2の姿勢との間の姿勢に、または、当該第2の姿勢に補正する補正手段として前記コンピュータを機能させる、姿勢算出プログラム。 - 請求項11から請求項19のいずれか1項に記載の姿勢算出プログラムによって補正された前記第1の姿勢を前記入力装置の姿勢として用いてゲーム処理を行うゲームプログラム。
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