JPH06236432A - 仮想現実システムおよび仮想現実像の仮想現実世界生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オペレータが仮想現実像の仮想現実世界に居
るように感じる仮想現実システムを提供する。 【構成】 ヘルメット装置２８を装着したオペレータの
動作および制御信号に応答してディスプレイスクリーン
６０上にイメージデータが発生される。マイクロプロセ
ッサ７６のメモリ回路からイメージデータを抽出してデ
ィスプレイ回路を制御し、オペレータが仮想現実像６２
の中に居てそれに関っているかのように仮想現実像６２
を変化させる。仮想現実世界７４内の第１、第２のオブ
ジェクトをディスプレイ６０，６８上にグラフィック表
示し、両オブジェクト間の分割面を決定し、それを横切
移動するオブジェクトに応答して第２の分割面を決定す
る。所定の観察点に対する相対位置に従って第１、第２
オブジェクトを選択的に不明瞭として仮想現実世界７４
内のオブジェクトの移動をディスプレイ６０，６８上に
グラフィック表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的に人工環境を発生
するコンピュータサイエンスの応用に関し、特にユーザ
がコンピュータのメモリ内に存在する環境を探査するこ
とができる低コスト仮想現実システムおよび方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】仮想現実システムの設計および用途はコ
ンピュータサイエンスの新しい未開分野である。“仮想
現実システム”の目的はコンピュータのメモリ内のモデ
ルとしてしか存在しない環境をユーザが探査できるよう
にすることである。これらの環境は（例えば、ラスベガ
スの街路や建物内部等の）現実世界のモデルであった
り、（例えば、分子の内部や銀河系の中心等の）純粋な
想像世界もしくは人間が到達できない世界であったりす
る。

【０００３】代表的な仮想現実システムはコンピュー
タ、入力装置および出力装置により構成される。コンピ
ュータは仮想世界のモデルを維持しユーザの観点からそ
の外観を計算する。出力装置はユーザの頭部に取り付け
る装置とされることが多く、ヘルメットに搭載されたデ
ィスプレイやスクリーンもしくは一対のゴーグルとする
ことができる。ヘルメットを装着することにより、ユー
ザは視覚上仮想世界へ巻き込まれる。また、ヘルメット
にはユーザの頭部位置およびユーザが眺めている方向を
コンピュータが知ることができるようにする追跡装置も
取り付けられている。代表的なシステムにおける入力装
置には簡単なジョイスティックからユーザの動作および
ゼスチュアを監視できるグローブや他の装身具が含まれ
る。

【０００４】仮想現実システムに関する主な問題点は高
価であり通常代表的な個人消費者の娯楽費の範囲を越え
ることである。大概のシステムは３次元世界モデルの２
次元ビューを表現する強力なコンピュータを使用してい
る。大概のシステムには１個以上の高価なグラフィック
発生器および１組以上の高価なゴーグルが含まれてい
る。さらに利用可能な公知の装身装置も平均的な消費者
が購入できないほど高価である。公知の仮想現実システ
ムは高価であるため、それを購入できるのは会社、大学
もしくは政府機関だけのようである。したがって、今日
平均的消費者は実際上仮想現実システムを利用すること
ができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】その結果、代表的な消
費者の娯楽費内の価格で製作可能な仮想現実システムに
対するニーズがある。

【０００６】現在の最も安価な仮想現実システムよりも
低いコストでしかも今日の高価なシステムの大概の仮想
現実ケーパビリティを有する仮想現実システムに対する
ニーズがある。

【０００７】さらに低コストとすることにより、仮想現
実システムゲームおよび教育応用プログラムを介して平
均的消費者が教育および娯楽の機会を実現することがで
きるようにする仮想現実システムに対するニーズがあ
る。

【０００８】さらに、プレーヤに３次元世界を移動して
いる印象を与える方法およびシステムを提供すれば、大
きな制約が克服されて実行可能な仮想現実システムが得
られる。これには、まずプレーヤからの入力の関数とし
て３次元透視像を発生してディスプレイ上で変化させる
方法が必要である。また、それにはプレーヤが像ディス
プレイ内で“自分で移動する”方法も必要となる。発展
性のある仮想現実システムはこのような動作をリアルタ
イムで実施できなければならない。さらに、経済的な仮
想現実システムとするには、これらの動作を容易に入手
できる低コストマイクロプロセッサ部品により実施でき
なければならない。

【０００９】したがって、プレーヤの動作を３次元仮想
現実世界内で実行する経済的な方法およびシステムに対
するニーズがある。

【００１０】低コスト仮想現実システムに対して、プレ
ーヤの入力に従って透視像を変化させる３次元透視像を
発生する方法およびシステムに対するニーズがある。

【００１１】プレーヤが低コスト仮想現実システムの３
次元像ディスプレイ内で“自分で移動”できるようにす
る方法およびシステムに対するニーズがある。

【００１２】さらに、容易に入手できる低コストマイク
ロプロセッサ部品により前記目的を達成できる方法およ
びシステムに対するニーズがある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明によ
り従来の仮想現実システムおよび方法に付随する欠点お
よび制約が克服もしくは低減される。

【００１４】本発明の一つの特徴はオペレータがコンピ
ュータにより発生される世界の中に居るかのように感じ
る仮想現実システムである。システムイメージデータを
仮想現実像として表現するディスプレイサブシステムを
備えている。ディスプレイ回路に付随するメモリにイメ
ージデータが格納される。オペレータが装着するヘルメ
ット装置にはディスプレイサブシステムが含まれてい
る。ヘルメット装置のオペレータの動作に応答して、マ
イクロプロセッサがオペレータに表示される仮想環境内
の視野を決定する。マイクロプロセッサは仮想世界を表
わすデータをメモリから抽出し仮想現実像のディスプレ
イを制御してあたかもオペレータが仮想現実像内に居て
それと関わっているかのようにする。実施例では、仮想
現実システムはさらに所定のオペレータ制御入力セット
に応答して仮想環境を操作するイメージデータ入力回路
を備えている。

【００１５】本発明のもう一つの特徴は仮想現実環境内
の物体の相対位置および運動をモデル化する方法であ
る。この方法には仮想現実環境内の第１および第２の物
体をグラフィックディスプレイ上にグラフィック表示す
るステップが含まれる。グラフィック表示は仮想現実環
境内の所定の観察点に対する第１および第２の物体の相
対位置に従って第１および第２の物体を不明瞭とする。
この方法には第１および第２の物体間の分割面を決定す
ることが含まれる。次に、分割面上を横切移動する第１
および第２の物体に応答して第１および第２の物体間の
第２の分割面が決定される。この方法では、次に仮想現
実環境における第１および第２の物体がグラフィックデ
ィスプレイ上にグラフィック表示される。これは仮想現
実環境内の所定の観察点からのこれら各物体の相対位置
に従って第１および第２の物体を選定的に不明瞭とする
ことにより行われる。これは第２の分割面に対する物体
の位置に従って行われる。

【００１６】本発明の方法では、物体の数および所定の
観察点に対する相対位置に応じてさまざまな分割面を発
生することができる。本発明の方法の効果はプレーヤが
仮想現実世界内で動作できるようにすることであるが、
３次元分割データベースと移動体アルゴリズムが組み合
されている。本発明の２分割データベースにより仮想現
実システムディスプレイにいずれを表現すべきかまたい
つ表現すべきかという選択問題が解決される。

【００１７】本発明の技術上の利点はユーザの娯楽やゲ
ームだけでなく他の多くの分野に応用できる、３次元仮
想現実世界でのプレーヤの移動を実現する経済的な方法
およびシステムが提供されることである。例えば、教育
に関しては、建築科の学生は本発明のシステムを使用し
て自分が設計する建物や構造体の仮想現実世界モデルへ
入ることができる。同様に、本発明を使用して医科の学
生は仮想現実システムにより脳モデルを“巡回”するこ
とができ、化学者は複雑な分子の３次元モデルを“歩き
廻ったり”“内部へ入る”ことができる。本発明により
低コスト仮想現実システムが提供されるため、従来より
も遙かに多くの個別応用が実現される。

【００１８】本発明のもう一つの技術的利点は多数のオ
ペレータが一つの仮想現実環境内に共存できることであ
る。その結果、学生と先生は同じ時間に同じ仮想現実世
界内に居ることができる。同様に、例えば旅行産業で
は、潜在的な旅行者および旅行代理店はディズニーワー
ルドのモデルの案内旅行を行って休暇計画をたてること
ができる。

【００１９】本発明のもう一つの重要な技術上の利点は
代表的な消費者に対して仮想現実システムケーパビリテ
ィへの道が開かれることである。公知の低廉な仮想現実
システムよりも低水準のコストで仮想現実システムを提
供することにより、本発明は平均的消費者の予算的ニー
ズに応えるものである。しかしながら、同時に本発明の
低コスト仮想現実システムはより高価な仮想現実システ
ムで利用できるのと同じ大概のケーパビリティを消費者
に提供する。例えば、本発明はフライトシュミレータア
ルゴリズム等の公知の移動体アルゴリズムと効果的に組
み合せて、仮想現実システムへのプレーヤ入力に従って
透視像を変化させる低コスト３次元像発生方法を得るこ
とができる。

【００２０】

【実施例】システム概要 図１に２人のプレーヤ２２、２４が使用している仮想現
実システム２０の実施例を示す。各プレーヤはそれぞれ
ヘルメットもしくはゴーグル２６、２８を装着してお
り、かつ入力装置を使用している。例えば、プレーヤ２
２は仮想現実世界における自分の動作をジョイスティッ
ク３０を介して制御し、プレーヤ２４は自分の動作をパ
ワーハンドアタッチメント３２を介して制御する。ゴー
グル２６およびジョイスティック３０はケーブル３４を
介してヘルメットカード３６に接続されている。同様
に、ゴーグル２８およびパワーハンドアタッチメント３
２はケーブル３８を介してヘルメットカード４０に接続
されている。ヘルメットカード３６、４０はそれぞれス
ロット４２、４４においてシャーシ５８に嵌合され、付
加ユーザに対する付加カード４６、４８を所望によりス
ロット５０、５２へ嵌合することができる。

【００２１】図１の例では、カートリッジ５４がシャー
シ５８のスロット５６に装填されてプレーヤ２２、２４
が興じるゲームが提供される。実施例では、カートリッ
ジ５４はプレーヤが任意数のゲームを選定できるものと
することができる。例えば、図１９および図２０には実
施例により使用できる“グレース”と呼ばれるゲームが
記述されている。図１の実施例では、プレーヤ２２はゴ
ーグル２６を介して環境６２を含むディスプレイ６０を
観察する。環境６２内で、代理プレーヤ６４はプレーヤ
２２がジョイスティック３０を介して送出する指令に従
って動作を行う。例えば、環境６２内で、プレーヤ２２
は代理プレーヤ６４に迷路防壁６６を通り抜けるよう指
示する。

【００２２】同時にプレーヤ２２はゴーグル２６のディ
スプレイ６０上の環境６２を観察し、プレーヤ２４はゴ
ーグル２８内のディスプレイ６８を観察する。プレーヤ
２４はプレーヤ２２が観察するのと同じ環境６２を観察
する。しかしながら、プレーヤ２４は例えば代理プレー
ヤ６６を追跡して防壁７２を通り抜ける代理プレーヤ７
０を制御する。プレーヤ２４はパワーハンドアタッチメ
ント３２およびゴーグル２８の移動により代理プレーヤ
７０を制御する指令を送出する。その結果プレーヤ２
２、２４は実施例の仮想現実システム２０が生成する仮
想現実世界７４内で行動することになる。

【００２３】システムハードウェア 図２に実施例の仮想現実システムの全体アーキテクチュ
アの概念ブロック図を示す。図２に従って、実施例はバ
ス７８を介してメモリ回路８０と連絡されバス８２を介
してＲＯＭカードリーダ８４と連絡されるプロセッサ７
６を備えている。メモリ回路８０はバス８６を介してＲ
ＯＭカードリーダ８４とも連絡されている。ヘルメット
ボード３６、３８はそれぞれヘルメット１回路８８およ
びヘルメット２回路９０に接続されている。例えば、ヘ
ルメット１回路は図１のゴーグル２６およびジョイステ
ィック３０用回路からなり、ヘルメット２回路９０はゴ
ーグル２８およびパワーハンドアタッチメント３２を含
むことができる。実施例のアーキテクチュアはスロット
４２、４４、５０、５２内のヘルメットカード３６、３
８等の４枚のヘルメットカードに対処する。

【００２４】システムアーキテクチュアに従って、プレ
ーヤは例えばスロット５６を介してＲＯＭカードリーダ
８４内へゲームカートリッジ５４を挿入することにより
仮想現実システムを使用する。プロセッサ７６はＲＯＭ
カードリーダを指令して自動的にゲームカートリッジ５
４を読み取りゲームソフトウェアおよび仮想世界表現を
システムメモリ８０へダウンロードする。次にプロセッ
サ７６はヘルメットボードスロット４２、４４、５０、
５２を調べて何人のプレーヤがゲームに参加しているか
を決定する。実施例では、各ヘルメットは１人のプレー
ヤだけが使用する。ゲームプログラムが進行すると、プ
ロセッサ７６は例えばヘルメットボード３６、３８から
の入力を読み取る。入力はプレーヤの頭部位置および
（ジョイスティック３０やパワーハンドアタッチメント
３２等の）付属入力装置からのデータを含むプレーヤの
現在状態を記述するものである。プロセッサ７６は入力
を分析してゲームの状態を適切に更新する。これには仮
想現実世界７４のモデルを表わすデータベースの状態を
更新することも含まれる。読取り／更新プロセス中に、
ヘルメットボード３６、３８は世界データベースの読取
りを禁止される。データベースの更新後、プロセッサ７
６は各プレーヤの視点から見た仮想現実世界７４を描画
開始するよう指示する。

【００２５】ヘルメットボード３６、３８はゲームの各
プレーヤに対して１枚ずつ主シャーシ５８内へ挿入され
る。図３は並列バス８５を介して主ボード５９のメモリ
８０から仮想世界データベースを読み取るヘルメットボ
ードプロセッサ９２からなるヘルメットボード３６を示
す。主ボード５９は図１のシャーシ５８内にファイルさ
れている。ヘルメットボードプロセッサ９２はビデオ接
続点９４を介してプレーヤの立場からの仮想世界図をプ
レーヤのヘルメットディスプレイに表示する。バス８５
によりプロセッサ７６はヘルメットボード３６にも接続
される。ヘルメットボード３６を主ボード５９のプロセ
ッサ７６に接続することによりヘルメットボード３６は
ヘルメットもしくはゴーグル２６およびジョイスティッ
ク３０もしくはもう一つの入力装置からの入力データを
シリアルＩ／Ｏ９６を介して直接主ボードメモリ８０へ
送出することができる。ヘルメットやゴーグル２６は簡
単なデータストリップ接続を介してヘルメットボード３
６に取り付けられる。ヘルメットボードプロセッサ９２
は表現された光景をヘルメット２６内のビデオディスプ
レイ６０へ出力する。ヘルメットボードプロセッサ９２
はプレーヤのヘルメットやゴーグル２６に搭載すること
のできるスピーカやイヤホーンへ送ることができるオー
ディオ信号も発生する。実施例では、ヘルメットボード
プロセッサ９２はプロセッサ７６が指示する場合だけ接
続点９４を介して光景を表示する。

【００２６】図３にはゲームカートリッジ５４を受け入
れて読み取るＲＯＭカードリーダ８４も示されている。
ゲームカートリッジ５４はゲーム機構、ヘルメットボー
ド３６、３８出力解釈、およびデータベース形状の一つ
以上の仮想現実世界を含むことができる。

【００２７】図４に実施例の回路の略ブロック図を示
す。パワーグローブ３２から開始して、シリアルＩ／Ｏ
接続点９６は配線９８へ行きバス１００を介して主ボー
ドバス８５へ入力信号が送られる。主ボード入力バス８
５はＩ／Ｏラッチ１０２を介してバス１０４へ入力デー
タを送る。バス１０４は入力信号を主プロセッサ７６へ
送る。入力バス８５はデジタルもしくはアナログ入力を
与えるデジタルもしくはアナログバスとすることができ
る。アナログ入力を使用する場合には、Ｉ／Ｏラッチ１
０２はシリアルポート用マルチプレクサ（ＭＵＸ）もし
くは主プロセッサ７６へデジタル入力を与える８ビット
バッファラッチとすることができる。同様に、入力バス
１０４はシリアルデータを使用する場合には１ビットと
しパラレル入力を使用する場合には８ビットバスとする
ことができる。さらに、アナログデータ入力を使用する
場合には、バス１０６は内部マルチプレクサ用入力バス
として使用することができる。主プロセッサ７６はシス
テムマルチプレクサコントローラ１０８へ入力を与え、
アドレスバス１１０を介してシステムＲＯＭカード５４
へ１６ビットアドレス入力を与え、かつ入力データバス
１１２を介して１８ビットデータを与える。データバス
１１２はバス１１４を介してスイッチ１１６およびメモ
リ８０へデータ入力を与える。スイッチ１１６はバス７
８からの制御信号に基いて主プロセッサ７６により制御
されバス１１４からのデータをバス１１８を介してメモ
リ８０へ送る。

【００２８】また、主プロセッサ７６はＧＳＰリード／
ライトコントローラ１２０へリード／ライトコントロー
ル信号を送る。ＧＳＰリード／ライトコントローラ１２
０は各バス１２２、１２４、１２６、１２８を介してヘ
ルメットカード３６、３８、４６、４８へコントロール
入力を与える。さらに、ＧＳＰリード／ライトコントロ
ーラ１２０からのバス１３０を介してメモリ８０へ入力
が与えられる。接続点１３２において、メモリ８０はバ
ス１３０を介したコントロール信号およびスイッチ１１
６からのプロセッサコントロール入力バス１１８を介し
たデータ入力を受信する。

【００２９】メモリ８０はプロセッサ１３４およびＤＲ
ＡＭ１３６を含んでいる。実施例では、プロセッサ１３
４はテキサスインスツルメンツＴＭＳ３４０１０プロセ
ッサにより構成される。また、メモリ８０はバス１３８
を介してヘルメットカード３６、３８、４６、４８と主
データベース信号の通信を行う。

【００３０】各ヘルメットカード３６、３８、４６、４
８は接続点１４０において実施例の回路に接続されＤＲ
ＡＭ１４４へデータ信号を送るプロセッサ１４２を含ん
でいる。ＤＲＡＭ１４４はＲＡＭ（ＶＲＡＭ）１４６へ
データ入力を与えそれはパレット１４８へ送られる。パ
レット１４８は出力バス９８を介して配線へカラーパレ
ットデータを送りそれはビデオ接続点９４を介してヘル
メット２８へも送られる。

【００３１】各ヘルメットカード３６、３８、４６、４
８はＧＳＰリード／ライトコントローラ１２０により制
御され、バス１１９からのリード／ライトコントロール
信号に応答して関連するヘルメット２８へ表示データが
送られる。バス１１９上の信号は主プロセッサ７６から
到来して個別の各ヘルメットカード３６、３８、４６、
４８を制御する。例えば、ヘルメットカード３６のプロ
セッサ１４２からの出力はビデオＲＡＭ（“ＶＲＡ
Ｍ”）１４６へ出力を与えるＤＲＡＭ１４４に一時記憶
される。ＶＲＡＭ１４６は光景が表示されるＲＡＭであ
りパレット１４８がヘルメット２８内のディスプレイへ
ビデオ像を表示することができるデータを与える。

【００３２】実施例では、電源１５０により配線９８に
接続された入力および出力装置だけでなく全システム回
路へ調整された電力が供給される。さらに、別の実施例
ではジョイスティック３０等のアナログもしくはデジタ
ル制御装置を含むことができる。また、ヘルメット２８
はヘルメットの方位を示す入力を仮想現実システムへ与
えることができる。例えば、ヘルメット２８は超音波も
しくは他の公知の方法によりヘルメットのプレーヤ動作
を追跡する追跡装置を提供することができる。ヘルメッ
ト２８が実施例の仮想現実システムと通信を行うデータ
は、プレーヤの頭部位置に関する方位情報であってもヘ
ルメット２８のディスプレイ回路への単なる表示データ
であっても、全てシリアル入出力データとして処理され
る。

【００３３】実施例では、４人のプレーヤが各ヘルメッ
トカード３６、３８、４６、４８への入力を各配線９８
に接続することにより仮想現実システムを使用すること
ができる。このような場合、配線９８およびバス８５を
介して、主プロセッサ７６は１〜４人のプレーヤからの
入力を読み取りメモリ８０の主データベースに関してど
んなニーズを行うべきかを決定する。主プロセッサ７６
からの信号に応答して、メモリ８０のマイクロプロセッ
サ１３４は物体を移動させるのに必要な任意の変化を行
うかあるいはプレーヤからの指令に応答する。主プロセ
ッサ７６からの入力に従ってデータベースが変化される
と、信号がヘルメットカード３６、３８、４６、４８へ
送られ一つの配線９８に接続することができる各ヘルメ
ット２８において終局的に表示される。したがって、例
えばパワーグローブ３２やジョイスティック３０からの
入力に応答して、システム内に無限ループが確立されそ
れは接続されたヘルメットに継続的に表示されてヘルメ
ット２８のディスプレイの可視情報を更新する。

【００３４】図５、図６、図７は市販されている部品を
使用した実施例を示す詳細回路図である。

【００３５】システムソフトウェア Ａ．全体制御フロー 図８は実施例の主プロセッサ７６
の基本ソフトウェアフロー図を示す。ＯＮ ＰＯＷＥＲ
ＵＰステップ１５２で始って、仮想現実システムはＲ
ＯＭカートリッジ５４から主プロセッサコードおよびヘ
ルメット２６プロセッサコードをダウンロードする。次
に、ステップ１５２において主プロセッサはカートリッ
ジ５４から３次元（３−Ｄ）光景データベースをダウン
ロードする。これらのステップの目的はメモリ８０内へ
ゲーム機構を読み込み、共有メモリ内へ世界データベー
スを読み込み、仮想世界パラメータを初期化することで
ある。

【００３６】これらの初期化ステップが開始されると、
実施例はステップ１５６においてループを開始する。ル
ープは各アクティブヘルメット２８に対して開始され
る。すなわち、例えばスロット４２においてヘルメット
カード３６が接続される各ヘルメットに対して各アクテ
ィブヘルメットステップ１５８は入力を読み取る。ヘル
メットが検出されれば、プログラムはそのヘルメットの
表示ビットを偽に設定する。初めてヘルメットが検出さ
れると、実施例の基本ソフトウェアによりプレーヤはゲ
ームへ引き入れられる。そうでない場合には、ソフトウ
ェアは例えばヘルメットカード３６からの最新出力を得
る。ループにおいてヘルメットが検出されない場合に
は、ヘルメットカードが挿入される筈のスロットがスキ
ップされる。ステップ１６０で読み取られる各入力に対
して、実施例は観察パラメータを更新してビューア位置
およびデータベースを更新する。本質的に、このステッ
プによりヘルメットからの全入力が解釈されそれに従っ
てメモリ８０内の主データベースが更新される。

【００３７】次に、ステップ１６２において主プロセッ
サ７６の基本ソフトウェアによりデータベース内の独自
のオブジェクトの位置が更新される。次に、ステップ１
６４において、コントロールプログラムによりデータベ
ースが全てのアイドルヘルメットバッファへコピーされ
各ヘルメット２６へ情報が送られる。本質的に、これは
ヘルメットボード３６の表示プロセッサ９２内の表示ビ
ットを設定してヘルメット２８ディスプレイ上に新しい
像を表示するステップからなっている。

【００３８】図９は実施例のヘルメットプロセッサ９２
の基本ソフトウェアフロー図を示す。主ボード５９のプ
ロセッサ７６と同様に、例えばヘルメットボード３６の
プロセッサ９２はＯＮ ＰＯＷＥＲ ＵＰステップ１６
６で開示されその時点でプロセッサ１４２は主プロセッ
サ７６からコードを受信する。ステップ１６８におい
て、このコードによりヘルメットプロセッサ１４２は実
施例の特定応用に対するグラフィック環境を初期化す
る。次に、ステップ１７０において、ループによりアク
ティブデータベースバッファがヘルメット２８ディスプ
レイへ表示開始される。次に質問１７２が開始されスイ
ッチ信号（すなわち、予め識別されたレンダービット）
が主プロセッサ７６から受信されているかどうか決定さ
れる。ビットが“真”に設定されておれば、ステップ１
７４においてヘルメットボード１３６は現在の光景を描
写する。次に、ループはステップ１７０へ戻ってアクテ
ィブデータベースバッファを描写する。主プロセッサ７
６によりビットが真に設定されていなければ、次にステ
ップ１７２においてループはステップ１７０へ戻りアク
ティブデータベースバッファを描写する。このプロセス
は一般的に“ダブルバッファリング”として知られてい
る。

【００３９】Ｂ．データ構造 詳細説明のこの章ではオ
ブジェクトがデータベース中を移動できるようにする拡
張を強調して、ＢＳＰデータベース構造の詳細説明を行
う。

【００４０】１．ＢＳＰ．移動体拡張概説 本発明が使
用してプレーヤが仮想現実世界内で操作できるようにす
る方法は３次元分割データベースを移動体アルゴリズム
と組合せたものである。３次元２分割データベースによ
りいつ何をヘルメット２８ディスプレイに描写するかを
選定する問題が解決される。移動体アルゴリズムには３
次元仮想現実環境内での物体の移動をシミュレートする
ための既存のフライトシミュレータアルゴリズムを適用
することが含まれる。３次元２分割データベースを移動
体アルゴリズムと組合せることにより主データベースが
生成されそこから全てのプレーヤがプレーを行う仮想現
実環境の情報を受信することができる。

【００４１】３次元２分割データベースおよび移動体ア
ルゴリズムについて概説する。次に、各々について詳細
説明を行う。移動体アルゴリズムは１９６０年の終りに
フライトシミュレータに対して開発されたアルゴリズム
を修正したものであり、その主要な利点は高価なＺ−バ
ッファハードウェアを必要とせずに隠面問題をリアルタ
イムで解決できることである。プロトタイプ移動体アル
ゴリズムはテキサスインスツルメンツＴＭＳ３４０１０
もしくはＴＭＳ３４０２０グラフィックプロセッサで作
動するリアルタイム３次元応用の一例である。３次元２
分割データベースは設計者の物体配置に対する従来の知
識に基いて構成される。小さな静止世界に対しては満足
できるものではあるが、互いに移動する多数の物体があ
る仮想現実環境に対しては簡単には拡張できない。

【００４２】移動体アルゴリズムの記述において、大部
分の努力は適当に複雑な３次元光景が与えられた時にリ
アルタイムアニメーションを達成することに向けられ
る。グラフィック信号プロセッサ（ＧＳＰ）１２０が大
概の計算および全ての描画を行う。ＧＰＳ１２０の時間
の大部分はデータベースを解釈し、座標を変換し、ポリ
ゴンを描く３次元パイプラインのハンドチェーンアセン
ブリコードを実行するのに費やされる。（現在およそ７
ｋバイトである）３次元データベースがＧＳＰ１２０へ
ダウンロードされＧＰＳ１２０はＧＰＳ１２０のホスト
インターフェイスレジスタを介してデータベースへアク
セスするオーバヘッドが招かないようにされる。新しい
各フレームはＰＣホストプロセッサ７６とＧＳＰ１２０
との間で僅かな情報が交換されるだけでよい。ホストに
よりシミュレートされたプレーヤの現在の位置および方
位がＧＰＳ１２０へ与えられる。ＧＰＳ１２０はプレー
ヤが３次元光景内のいずれかの物体へ達したかどうかを
ホストへ告げて応答する。

【００４３】各プレーヤの動作特性がホストプロセッサ
７６上でシミュレートされる。現在のモデルは初心者が
容易に制御できるようにされており、ユーザが自由に３
次元光景を探査できるようにされている。アクセスを容
易にするために、移動体アルゴリズムの挙動モデルはＣ
で書かれており、移動体アルゴリズムのプロセッサ常駐
部に格納されている。ソフトウェアはモデルをソースフ
ァイル“ｉｎｔｅｒｐ．ｃ．”に格納された一つのモジ
ュール、“ｃｍｄ−ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ”機能へ改良す
るのに必要な変更を大部分分離するように構成されてい
る。ＧＰＳ１２０がほとんど全てのワークを行う場合、
ホストプロセッサ上の移動体挙動モデルはリアルタイム
性能が不振となる前に拡張される余裕がある。

【００４４】後で詳細説明を行う３次元２分割データベ
ースは２分木として構成される。ツリー内の各終点（す
なわちリーフ）節は一つのオブジェクトを表わし、中間
点（すなわちノンリーフ）節はオブジェクト群を表わ
す。開発およびテストフェーズ中に、各端節（リーフノ
ード）を順次根元節（ルートノード）として定義して移
動体アルゴリズムにより表示することができる。これに
より一つの節におけるデータはデータベース内の他の場
所のエラーから分離され、データベース内の個別の３次
元オブジェクトが容易に整然とテストされる。いくつか
の節を検証する場合、後のテストのために小さなサブツ
リーへ連結される。

【００４５】本実施例は１，４および８ビット／ピクセ
ルでテストされた。４および８ビットのピクセルデプス
では、色選定は１６へ制限される。モノクロディスプレ
イの場合には、１６色の各々に対して４×８ディザーパ
ターンが代用される。利用できる色数が制限されるため
３次元光景データベース内のオブジェクトの色選定およ
び配置は慎重を要する。

【００４６】２．ＢＳＰ中を移動する物体のグラフィッ
ク記述 図１０にデータベース表現２０２と並べてグラフィック
表現２００を示し、それらは実施例の３次元２分割デー
タベースの作用を概念的に示す。グラフィック表現２０
０において、分割面２０４、２０６はオブジェクト２０
８、２１０、２１２の後で処理するのにデータベースが
使用されることを示している。グラフィック表現２００
は２０４、２０６を有する平胆な面上に位置する３つの
オブジェクト２０８、２１０、２１２のオーバーヘッド
図と考えることができる。分割面２０４、２０６は平胆
面上のオブジェクトに対する相対位置に従って確立され
る。分割面２０４は＋側および−側を有し分割面２０６
は＋側および−側を有している。分割面２０４、２０６
によりグラフィック表現２００内に現われるオブジェク
トの相対位置が確立される。実施例では、オブジェクト
２０８は分割面２０４の＋側にある。オブジェクト２１
０、２１２は分割面２０４の−側にある。オブジェクト
２１０は分割面２０６の＋側にありオブジェクト２１２
は分割面２０６の−側にある。

【００４７】データベース表現２０２は実施例の３次元
分割データベースに従ってグラフィック表現２００がど
のように見えるかを示す。節２０４ａで開始して、デー
タベースはオブジェクト２０８が節２０４ａの＋側にあ
りオブジェクト２１０、２１２が節２０４ａの−側にあ
るように分割木を構成する。さらに、節２０６ａの＋側
では、オブジェクト２が現れ節２０６ａの−側ではオブ
ジェクト３が現れる。データベース表現２０２におい
て、節２０４ａ、２０４ｂは実施例のデータベースが使
用する３次元データベースの分割面に関する中間点節と
考えられる。節２０８ａ、２１０ａ、２１２ａによりヘ
ルメット２８ディスプレイに描写されるグラフィックオ
ブジェクト情報が提供される。

【００４８】図１１〜図１３は本発明の３次元２分割デ
ータベースにより、実施例の移動体アルゴリズムの演算
の結果生じるオブジェクトの相対位置および不明瞭化が
どのように処理されるかを示す。グラフィック表現２０
０に示すように、オブジェクト２１０は位置２１６から
位置２１８を経て最終位置２２０へ移動する。この移動
中にオブジェクト２０８はその最初の位置へとどまる。
この移動中に分割面２０４はオブジェクト２１０をオブ
ジェクト２０８から分離し続ける。その結果、オブジェ
クト２１０が最終的に位置２２０へ移動するとオブジェ
クト２１０重心に対するグラフィック表現のオフセット
は変化することがあるが、３次元２分割データベースは
修正する必要がない。オブジェクト２１０は面２０４を
通過しないため、オブジェクト位置２０８ａ，２１０ａ
を有し＋および−側のあるデータベース節２０４により
オブジェクト２０８、２１０の相対位置は移動前後で同
じとなるように連続的に記述することができる。これは
図１２が記述する移動の場合にはあてはまらない。

【００４９】図１２において、オブジェクト２１０は位
置２１６から位置２１８を経て最終的に位置２２２へ移
動する。オブジェクト２０８は元の位置にとどまる。オ
ブジェクト２１０は位置２１８、２２２を通過すると、
分割面２０４と交差する。オブジェクト２１０が分割面
２０４と交差したら、分割面２０６を確立する必要があ
る。分割面２０６は＋側および−側を有しオブジェクト
２０８に対するオブジェクト２１０の相対位置を維持す
る。実施例の３次元２分割データベースは図１２のデー
タベース表現２０２に示す節２０６ａを確立することに
よりこの結果を達成する。節２０６ａ＋側および−側は
節２０８ａオブジェクト２０８が識別される所に存在す
る。実施例の２分割データベースにより非占有すなわち
空分割の場合にオブジェクト２１０が分割面２０４と交
差して生じる問題が解決される。例えば、図１２のグラ
フィック表現２００において、オブジェクト２１０は非
占有分割面２２４内で位置２１８を経て位置２２２へ移
動する。既に分割面２２４が確立されているため、デー
タベース表現２０２内には既存の空の節２２４ａが存在
する。オブジェクト２１０が位置２２２へ移動すると、
データベース２１０内では単に節２１０ａから２２４ａ
へ移動するだけである。この種の移動では、オブジェク
トは分割面内へ移動しその内で移動することができる。
しかしながら、占有分割面へ入ることはできない。した
がって、オブジェクトが分割面内へ移動するのを禁止す
る壁その他の構造が仮想世界内に存在する場合には、ソ
フトウェアにより分割面内へのオブジェクトの移動が禁
止される。こうして得られるグラフィック表面２００で
はオブジェクトは単に停止するか禁止構造によりゆがめ
られる。

【００５０】図１３は分割面内へ移動するためのスペー
スが存在する別のオブジェクトにより占有された既存の
分割面内へオブジェクトが移動する時に何が起るかを示
している。グラフィック表現２００は既存の分割面が無
いスペース２２２へオブジェクト２１０が移動する場合
を示す。この移動に応答して、実施例の３次元分割デー
タベースは＋側および−側を有する分割面２０６を生成
する。データベース表現２０２は最初にオブジェクト２
０８が節２０８ａにより表現されオブジェクト２１０が
節２１０ａにより表現されることを示している。しかし
ながら、分割面２０６が構成されると、データベース表
現は分割面を有する節２０６ａがオブジェクト節２０８
ａ，２２２ａを有するように構成されることを示す。オ
ブジェクト２０８にはオブジェクト節２０８ａが付随し
オブジェクト２１０には節２２２ａが付随するようにな
る。その結果、オブジェクト２０８、２１０に対して
は、実施例の２分割データベースによりオブジェクトや
障害の無い所ならばどこへでも移動できるようにされ
る。このようにして、３次元分割データベースは所望に
より新しい分割面を生成する。

【００５１】３次元分割データベースの他に、実施例で
は装置の使用を説明するのに移動体アルゴリズムを使用
している。付属資料として示される付録Ａは実施例の移
動体アルゴリズムと関連した３次元２分割データベース
用ソースコードおよび移動体アルゴリズムのリストであ
る。以下の説明にあるソースリスト及び機能は付属資料
付録Ａ内に開示されている。

【００５２】移動体アルゴリズムは２つの主モジュール
に分割され、一方はホストプロセッサ７６で実行され他
方はＧＳＰ１２０で実行される。

【００５３】３．座標系 ３次元移動体アルゴリズムで
はいくつかの座標系が使用される。これらの座標系はオ
ブジェクト空間、仮想世界空間、プレーヤの観察空間お
よび視点面における位置の記述に使用される。

【００５４】オブジェクト座標系はグラフィックオブジ
ェクトを記述する３次元座標系である。使用する変換は
オブジェクト座標系内のｘ，ｙ，ｚ軸が仮想世界座標系
（後記）内の対応する軸と平行である。オブジェクト空
間から（後記する）世界空間への変換は平行移動だけで
回転やスケーリングを必要としないため、ソフトウェア
が実施する計算が簡単になる。一般的な３次元系では回
転やスケーリングも支援されるが余分な計算を伴う。

【００５５】仮想世界座標系は３次元座標系でありグラ
フィックオブジェクトは互いに相対的に表現される。そ
れはシミュレートされた世界の座標系である。ｘｙｚ原
点は０の高さにあり、ｘおよびｙ軸は主コンパス方向と
一致している。＋ｘ方向は東であり＋ｙ方向は北であ
る。＋ｚ方向は上である。

【００５６】プレーヤの観察座標系ではプレーヤに対し
て３次元座標系である。視点（プレーヤの目の仮定点）
はｘｙｚ原点である。＋ｘ方向は右向き、＋ｙ方向は下
向き、＋ｚ方向は（プレーヤから離れる）スクリーン進
入方向となる。移動体アルゴリズムではｚ軸は視点中心
を通るものとされている。観察空間で見られる物体は視
点（プレーヤの目）からビューポートの４つのコーナを
通る４本の線で頂点が形成される観察ピラミット内に含
まれるものである。ピラミットは視点表面に平行な
“近”（すなわち“こちら側”）クリップ面により截断
されている。

【００５７】ビューポート座標空間はビューポートに対
する２次元座標系である。ビューポートはスクリーン上
の矩形観察面である。移動アルゴリズムではｘｙ原点は
ビューポート中心に位置されている。＋ｘ方向は右、＋
ｙ方向は下である。観察面内で見られるオブジェクトは
ビューポート上への透視図である。

【００５８】前記したように、オブジェクト空間から世
界空間へのグラフィックオブジェクトの変換は平行移動
だけである。世界空間から観察面への変換では平行移動
の後に回転が続く。変換プロセスの最終段階では２次元
ビューポート面への観察空間内の３次元オブジェクトの
透視投影が計算される。

【００５９】オブジェクト、世界および観察面は全て右
手座標系で記述される。

【００６０】４．ＢＳＰデータ構造の詳細説明 隠面問
題の解決法は通常ペインターアルゴリズムと呼ばれる。
図１０〜図１３は実施例の３次元区画すなわち分割デー
タベースを使用して描写を行う前にオブジェクトを予め
ソートする様子を示す。プリソートを行えば、３次元分
割データベースによりヘルメットカードは最初にプレー
ヤから遠いオブジェクトを描写し次にプレーヤに近いオ
ブジェクトを描くことができる。その結果プレーヤに近
いオブジェクトは遠いオブジェクトを不明瞭にするよう
に見える。図１０は実施例の３次元分割データベースに
よりこれを達成する方法を示す。２進区画面（ＢＳＰ）
は２つの息子（ｓｏｎ）を有する各中間点節の左右の息
子間に定義される。視点座標をＢＰＳ式に挿入して視点
がＢＰＰのどちら側にあるかを決定する。

【００６１】移動体アルゴリズムの光景は段層３次元デ
ータベースに記憶される。データベースは２分木形式に
構成される。データベースの根元節へのポインターは３
次元データベースインタプリタ機構ｄｂｉｎｔｅｒｐへ
の引数として通される。

【００６２】ツリー内の各終点（すなわち葉点）は数個
のポリゴンで構成される（代表的には凸ポリゴンであ
る）オブジェクトを定義する。このオブジェクト内のポ
リゴンはリストされた順序で描くことができ、背面消去
だけで隠面消去を行うことができる。正確に描くには、
ポリゴンは平面もしくは凸面とし頂点は時計廻りにリス
トしなければならない。

【００６３】各中間点（すなわち葉ではない）節は一つ
もしくは２つの息子（子孫）を有している。通常、節に
一つの息子しかない場合それは左息子である。

【００６４】中間点節に２つの息子がある場合、視点か
ら遠い息子のオブジェクトが最初に描かれ、次に息子に
近いオブジェクトが描かれる。結果の符号は２つの息子
を描く順序を決定するのに使用される。

【００６５】データベース内の各節（終点もしくは中間
点）に対して節内の全オブジェクトを包囲する外接球面
が定義される。この球面はビューポート内で全く見るこ
とのできない節を除くのに使用される。移動体アルゴリ
ズムのリアルタイム更新速度は変換時に多くのワークを
調べる前に計算の初期段階でいくつかのオブジェクトを
除去する能力に依存する。外接球面が完全に“近”（す
なわち“こちら側”）クリップ面の前にあれば、球面内
の全オブジェクトを見えないものとして除去できる。球
面が完全にビューポートの上、下、右もしくは左にある
場合にもオブジェクトを除去することができる。球面が
視点から遠すぎてスクリーン上で１個のピクセルに近い
ものとなれば、それを１ドットとして表わすことができ
る。ピクセルよりも小さい球面は見えないものとして除
去される。ソフトウェアを効率的に実行するために、節
に対して定義される外接球面は節内の全オブジェクトを
包囲するのに必要な大きさよりも大きくしてはならな
い。

【００６６】各節は世界座標系から変換されたそれ自体
の座標系を有している。節内のオブジェクトの位置は節
の座標原点に対して記述される。節の外接球面もこの原
点を中心としている。各中間点節によりその左右の息子
の原点位置はそれ自体の原点からのｘ，ｙ，ｚ変位とし
て定義される。データベース内のこれらの変位を変える
ことにより、左右の息子自体を記述するデータベース部
分を変えることなく左右の息子を節に対する一つの位置
から別の位置へ移動させることができる。

【００６７】ハウスやツリー等のオブジェクトを表わす
終点節は２つ以上の中間点節により指示することがで
き、その場合にはオブジェクトの同じコピーが３次元光
景内の２つ以上の点に現れる。根元節の原点は世界座標
系の原点となる。

【００６８】データベースには根元節の位置、データベ
ースの全サイズ、プレーヤの最初の位置、およびカラー
パレット等のキーパラメータを含むヘッダーが先行す
る。現在パレットは１６色しかサポートしない。１ビッ
ト／ピクセルディスプレイの場合には、カラーパレット
の替りに１６のディザーパターンが使用される。データ
ベースヘッダーの構造は次のようである。

【表１】

【００６９】ｄｂｓｉｚｅフィールドにはデータベース
のバイト長が含まれる。この情報はＧＳＰ１２０メモリ
内のデータベースにどれだけの記憶装置を割付けるべき
かを知るのに必要である。

【００７０】ｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドは２分木の根
元節に対してオフセットされたビットアドレスであり、
オフセットは、ｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドのメモリア
ドレスから定義される。ｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドが
ＧＳＰアドレスＡで開始されかつｒｏｏｔｎｏｄｅフィ
ールドのオフセット値がＶである場合には、根元節のア
ドレスは（Ａ＋Ｖ）と計算される。

【００７１】ｓｔａｒｔフィールドには開始ｘ，ｙ，ｚ
座標、すなわち世界座標内のプレーヤの初期位置が含ま
れる。各座標値は８ビットの小数を有する３２ビット固
定小数点数として表現される。（現在、開始方向は固定
されており、世界座標内の "北" すなわち＋ｙ方向を向
いている。）

【００７２】ｐａｌｅｔフィールドにはＴＩＧＡカラー
パレットフォーマットに従って定義された１６色パレッ
トが含まれる。ｂｗｐａｔｈフィールドは１ビット／ピ
クセルディスプレイ内で色の替りとして使用させる１６
の４×８パターンを定義する。

【００７３】３次元２分割データベースに対する２分木
内の中間点（すなわち葉ではない）節の構造は次のよう
である。

【表２】 構造は全体で１７６ビットすなわち２２バイト長であ
る。節構造内の最初の１６ビットには８ビット無符号外
接球面半径Ｒ、５ビットｌｏｇ２（スケールファクタ
ー）Ｆ、３ビット節型識別子Ｎが含まれる。中間点節は
Ｎ＝０により識別される。外接球面の半径はｒ＝Ｒ＜＜
Ｆとして計算され、ここに "＜＜”は左シフト演算子で
ある。

【００７４】第２の１６ビットにより遠すぎてスクリー
ン上の１ピクセル（ドット）しか占有できない場合の節
の色が指定される。

【００７５】オフセットＬＳＯＮおよびＲＳＯＮには節
のそれぞれ左および右の息子に対するビットオフセット
が含まれる。オフセットはＧＳＰメモリ内のＬＳＯＮお
よびＲＳＯＮのビットアドレスから定義される。例え
ば、ＬＳＯＮフィールドがメモリアドレスＡに記憶され
オフセット値Ｖを含む場合には、左の息子のアドレスは
（Ａ＋Ｖ）として計算される。

【００７６】２つの子孫節のビットアドレスオフセット
ＬＳＯＮおよびＲＳＯＮと共に、現在の節の中心（すな
わち原点）からのこれらの節の中心（すなわち原点）の
ｘｙｚ変位が定義される。これらの変位は８ビット符号
付Ｘ，Ｙ，Ｚフィールドとして記憶され、それにはＸ，
Ｙ，Ｚのスケールファクターを定義する８ビットＦフィ
ールドが続く。これら４個の８ビット値は１個の３２ビ
ット長語とされる。現在の節の中心座標が（Ｘｃ，Ｙ
ｃ，Ｚｃ）であれば、子孫の中心座標（Ｘｃ′，Ｙ
ｃ′，Ｚｃ′）は次のように算出される。

【数１】 構造内の最後の語には、２分割面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが
含まれる。各係数は４ビットである。左右の息子により
表わされるオブジェクトや複合オブジェクトは

【数２】 式で表わされる面により分離され、ここにｘ，ｙ，ｚは
視点に対する世界空間内の親節の中心座標である。平面
式を評価してペインターのアルゴリズムに基いて左右の
息子を描くための適切な順序が決定される。ｆ（ｘ，
ｙ，ｚ）＜０であれば、視点は分割面の左の息子側にあ
り、最初に右の息子が描かれ次に左の息子が描かれる。
そうでなけれは、左の息子が最初に描かれる。平面式係
数は４ビットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄフィールドを含む１６ビッ
ト語内に記憶され、その各々により−８〜＋７の範囲の
値が定義される。図１４に適切な１６ビット語を示す。
平面式は節中心（すなわち、原点）に対して定義され
る。平面が節中心と交差すればＤ＝０である。

【００７７】例えば、右の息子の中心がｘｙｚ変位（１
００，０，０）であれば、左の息子は（−１００，０，
０）であり、分割面の式はＸ＝０となる。ＢＰＰ係数は
Ａ＝１，Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝０に選定することができる。Ｘ＞
０であれば、最初に左の息子が描かれ次に右の息子が描
かれ、Ｘ＜＝０であれば右の息子が最初に描かれる。

【００７８】２分木データベース内の終点（葉）節は次
のようである。

【表３】 データ構造の最初の３２ビットは、３ビット節型フィー
ルドＮが０ではなく（終点節を示す）１に設定されるこ
とを除けば、中間点節に対するものと同じである。

【００７９】節構造からのオフセット３２ビットは（記
述される）外接ボックス情報に対する語オフセットを定
義する１６ビットフィールドである。節構造が記号アド
レスＮＯＤＥで始まりかつ外接ボックス仕様がアドレス
ＢＢＯＸで始まるものとすると、語オフセットは（ＢＢ
ＯＸ−ＮＯＤＥ−３２）／１６と定義される。外接ボッ
クス情報はオプションであり所望により省くことができ
る。外接ボックスが定義されない場合には、オフセット
の値は０である。

【００８０】節構造のベースからのオフセット４８ビッ
トは記述される３次元オブジェクトモデルの最初であ
り、数々の凸ポリゴンで構成されたオブジェクトの記述
である。外接ボックス情報はオブジェクトモデルに従
う。

【００８１】各終点（葉）節は３次元オブジェクトの記
述を含む。３次元オブジェクトモデル情報は２つの部分
へ分割される。第１の部分はオブジェクト内の全ての３
次元点のリストである。第２の部分は第１の部分に与え
られる３次元点により定義されるオブジェクト内の全ポ
リゴンのリストである。オブジェクトモデルデータの一
般的なフォーマットは次のようである。

【表４】 第１の部分に表記されている。３次元点はオブジェクト
中心に対するそのｘ，ｙ，ｚ座標により定義される。リ
スト内の各３次元点は図１５に示すように８ビットＸフ
ィールド、８ビットＹフィールド、８ビットＺフィール
ドおよび８ビットＦ（スケールファクタ）を含む３２ビ
ット値として表現される。オブジェクト中心に対する３
次元点のｘ，ｙ，ｚ座標はこれら４つのフィールドから
次のように算出される。

【数３】 Ｘ，Ｙ，Ｚフィールドは−１２８〜＋１２７の範囲の整
数である。フィールドＦは０〜７の範囲の値に限定され
る。

【００８２】３次元点リストの後にオブジェクト面リス
トが続く。各面は一連の頂点として定義される凸ポリゴ
ンである。面リストは１６ビット０値で終る。リスト内
の個別の各面は次のフォーマットに従って定義される。

【表５】 上記各頂点Ｖ〔．〕はオブジェクトモデルデータベース
の第１の部分内に定義された３次元点リストへの指標と
して定義される１６ビット値である。ｎ個の３次元点が
与えられると、頂点は０〜ｎ−１の範囲内の指標として
定義される。頂点は時計廻りに表記しなければならな
い、すなわち頂点はオブジェクト空間内の前向きポリゴ
ンの境界が時計廻りに横切される時に現れるｎの順序で
与えられる。

【００８３】特定移動体と光景内の静止物体との衝突を
検出する必要のある３次元応用もある。この移動体アル
ゴリズムでは、移動体は視点を包囲すると考えられる
"プレーヤ" である。現在実施されているように、衝突
検出は世界空間内の外接ボックスに基いている。

【００８４】ｎｅｗｉｎｂｂｏｘ機能により世界空間内
のそのｘｙｚ座標により定義される点がデータベース内
に定義されたいずれかの外接ボックスと衝突したかどう
かが決定される。衝突しておれば、ｎｅｗｉｎｂｂｏｘ
によりデータベース内に割当てられた特定状態が侵害さ
れた外接ボックスへ戻される（状態値にはおそらく応用
内で何らかの意味が割当てられる）。衝突が検出されな
ければ、０値が戻される。

【００８５】ツリー内の各終点節に対して一つ以上の外
接ボックスがオプションとして定義される。外接ボック
ス情報は終点節構造内のオブジェクトモデルデータに従
う。終点節構造へのオフセット３２ビットは外接ボック
ス情報の開始に対する語オフセットである。オフセット
に対して０値が与えられると、節に対して外接ボックス
情報は定義されない。

【００８６】外接ボックス限界との比較を容易にするた
めに、ボックス縁は強制的に世界空間内のｘ，ｙ，ｚ軸
に平行とされる。各外接ボックスのディメンジョンは６
つの座標より定義され、それは最小ｘ，ｙ，ｚ座標、ｘ
ｍｉｎ、ｙｍｉｎ、ｚｍｉｎ、および最大ｘ，ｙ，ｚ座
標ｘｍａｘ、ｙｍａｘ、ｚｍａｘである。これらの座標
は外接ボックスを含む中心に対して定義される。

【００８７】一つ以上の外接ボックスのリストが０値で
終止される。リスト内の各外接ボックスは次のフォーマ
ットに従って定義される。

【表６】 外接ボックス型コードＢにより実施すべき外接ボックス
テストの特性が定義される。これらの衝突テストモード
はＢ値により定義することができる。すなわち、３次元
空間内の特定点が（１）外接ボックスの内側、（２）ボ
ックスの外側、もしくは（３）ボックスの内側か外側
（条件付）である場合に衝突が検出される。

【００８８】衝突が検出されると、（データベース著者
により意味が割当てられる）１６ビット状態値Ｓが戻さ
れる。表記されたどの外接ボックスでも衝突が検出され
ない場合には、０値が戻される。

【００８９】外接ボックス型コードＢはまた外接ボック
スを "パッド”して厚くするか（正パッディング）ある
いは薄くするか（負パッディング）をも定義する。パッ
ディングを使用すると、パッディングの厚さは自動的に
視点と "近" （すなわち "こちら側”）クリップ面の距
離よりも大きいものとされる。このパッディング値は外
接ボックスの一辺と一致するポリゴンを視点が "貫通"
しないよう防止するのに有用である。パッディングを行
わない場合、ポリゴンを近ｚクリップ面で截断すること
により視点はポリゴンの他の辺を突き抜けることができ
る。次にポリゴンによりさえぎるべきオブジェクトが見
えるようになり、ソリッド３次元オブジェクトの錯覚が
損われる。視点が強制的に外接ボックスの外側とされる
か内側とされるかによって、パッディングは正もしくは
負として定義することができる。正のパッディングは
（外接ボックステストに対して中心座標が定義されてい
る）移動体が外接ボックスの外側のあるクリティカル距
離以内に接近する時点を検出するのに有用である。負の
パッディングは移動体が外接ボックスの内壁のある距離
以内に接近する時点を検出するのに使用することができ
る。所望により、ゼロパッディングを定義することもで
きる。

【００９０】外接ボックス型コードＢのフォーマットは
図１６に定義されている。図１６に示すように、状態の
１４〜１５ビット内のＴＭフィールドによりテストモー
ドが定義され、１２〜１３ビット内のＰＭフィールドに
よりパッドモードが選定される。

【００９１】外接ボックス内の最小および最大ｘｙｚ座
標は共に３２ビット値として表現される。各値は４つの
８ビットフィールドで定義される３次元オブジェクト空
間内の点であり、それらは８ビットＸフィールド、８ビ
ットＹフィールド、８ビットＺフィールド、および８ビ
ットＦ（スケールファクター）フィールドである。３次
元点に対する３２ビット表現を図１７に示す。オブジェ
クト中心に対する３次元点のｘ，ｙ，ｚ座標はこれら４
つのフィールドから次のように算出される。

【数４】 Ｘ，Ｙ，Ｚフィールドは−１２８〜＋１２７の範囲内の
整数である。Ｆフィールドは０〜７の範囲の値に制限さ
れる。

【００９２】Ｃ． 実施例のレンダリングプロセス １． ペインターのアルゴリズムを含むレンダリングシ
ステムの概要 ＢＳＰデータベース構造により、レンダリングプロセス
はペインターのアルゴリズムを使用して隠面を消去す
る。次に、実施例のレンダリングプロセスについて説明
する。

【００９３】移動体アルゴリズムソフトウェアによりス
クリーン上で見える３次元光景が３段階で組立てられ
る。それは次の３段階である。 （１） 光景データベースの解釈 （２） ３次元変換 （３） スクリーンへのポリゴンのレンダリング これらのタスクは３つのソフトウェアモジュールにより
実施される。本章では３次元データベースおよび視点情
報をスクリーン上のリアルタイム像へ変換する際の各モ
ジュールの役割りについて説明する。

【００９４】ｄｂｉｎｔｅｒｐ機能はデータベースイン
タープリターである。それは入力として３次元光景記
述、視点位置および方位を含むデータベースを受け取
る。インタープリターの主要なタスクは不要な変換ワー
クを回避するためにできるだけ多くの見えないオブジェ
クト（スクリーン上で見えないオブジェクト）の自明の
拒絶を行うことである。また、インタープリターはオブ
ジェクトを描く順番を決定し、近いオブジェクトは遠い
オブジェクトの上に描く、これがペインターのアルゴリ
ズムである。データベースインタープリターの出力は、
３次元観察空間における位置と共に、変換すべきオブジ
ェクトのリストである。

【００９５】ｘｆｍｌｉｓｔ機能は３次元トランスフォ
ーマである。それはｄｂｉｎｔｅｒｐ機能から変換すべ
きオブジェクトのリストを入力として受け取る。トラン
スフォーマはオブジェクトを回転および平行移動させ、
所望によりクリップし、ビューポート上へ投影する。こ
の工程において、各３次元オブジェクトはその構成素ポ
リゴンへ分割され、描くべきポリゴンのリストが３次元
トランスフォーマから出力される。

【００９６】ｄｉｓｐｌｉｓｔ（すなわち、ｄｉｓｐｌ
ｉｓｔ−ｃｏｌｏｒもしくはｄｉｓｐｌｉｓｔ−ｍｏｎ
ｏ）機能はポリゴンドロア（ｐｏｌｙｇｏｎ ｄｒａｗ
ｅｒ）である。それは３次元トランスフォーマ機能ｘｆ
ｒｍｌｉｓｔが発生するポリゴンのリストを解釈し、リ
ストに現れる順序でスクリーンに描く。各ポリゴンはそ
の色および頂点リストにより定義される。最上頂点が常
にリストの最初に定義される。

【００９７】ｄｂｉｎｔｅｒｐ，ｘｆｒｍｌｉｓｔおよ
びｄｉｓｐｌｉｓｔ機能はリアルタイム性能を達成する
ための重要な役割りにより付録Ａに示すアセンブリコー
ドで書かれる。ｄｉｓｐｌｉｓｔモジュールは充分小さ
くその主ループ全体をＴＭＳ３４０１０の２５６バイト
命令キャッシュ内に常駐できる。（ＴＭＳ３４０２０キ
ャッシュは２倍の大きさである）。ｄｂｉｎｔｅｒｐお
よびｘｆｒｍｌｉｓｔモジュールの主ループは大き過ぎ
てキャッシュに完全に嵌め込むことはできないが、これ
らの機能のコードは実行される命令がループごとにキャ
ッシュに常駐されたままとされる可能性を改善するよう
に慎重に配置される。

【００９８】２． 座標系間の変換 世界空間から観
察空間への変換はその世界内におけるプレーヤの想定位
置および方位に基いている。移動体アルゴリズムは、４
×３３次元変換マトリクスの１２の係数に対応する、合
計１２個の世界空間におけるプレーヤの位置および方位
を表わすパラメータを使用する。これらのパラメータは
世界空間におけるプレーヤのｘ，ｙ，ｚ座標および世界
に対するプレーヤの方位を記述する３個の直交単位ベク
トルｕ，ｖ，ｗのｘ，ｙ，ｚ成分である。ｕベクトルは
プレーヤの右を指し、ｖベクトルはプレーヤに対して下
方を指し、ｗベクトルはプレーヤの前方方向を指す。す
なわち、ｕ，ｖ，ｗベクトルは観察座標系のｘ，ｙ，ｚ
軸と一致している。

【００９９】厳密に言えば、プレーヤの方位を完全に定
義するのに２個の単位ベクトルしか必要とせず、第３の
単位ベクトルは常に６つの乗算を行って最初の２つの外
積として算出される。後記するように、３個の単位ベク
トルを全部維持することにより、グラフィックオブジェ
クトを世界空間から観察空間へ変換するのに使用する回
転の計算が幾分簡便となる。

【０１００】世界座標（ｘ，ｙ，ｚ）から観察空間座標
（ｘ′，ｙ′，ｚ′）への変換には回転の続く変換が伴
う。

【０１０１】２ステップ変換プロセスを思い浮かべるた
めに、ｘ，ｙ，ｚ座標軸がそれぞれ東、北および上を指
す世界を考える。最初にプレーヤは世界座標の原点に居
て、上を向き、右側が東向きとされているものとする。
すなわち、世界および観察座標系のｘ，ｙ，ｚ軸は一致
している。また、ｕ，ｖ，ｗベクトルは世界空間の座標
（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）の点から世界空間の次のｘ，ｙ，
ｚ成分で表わされる任意の方位に発散するものとする。

【数５】 目標はｕ，ｖ，ｗベクトルを変換して観察座標系のｘ，
ｙ，ｚ軸と一致させることである。この変換は３次元オ
ブジェクトを世界から観察座標へ変換するのに使用する
ものと同じである。

【０１０２】最初のステップは（３個の単位ベクトルを
含む）世界空間内の全オブジェクトを（−ｘｔ，−ｙ
ｔ，−ｚｔ）により変換することである。この変換によ
りｕ，ｖ，ｗベクトルは観察座標原点とされる。（この
ステップの後では、世界原点は観察原点と一致しなくな
る。）

【０１０３】全オブジェクトを変換したら、次のステッ
プはそれらを回転させることである。回転はｕ，ｖ，ｗ
ベクトルを観察座標系のｘ，ｙ，ｚ軸と一致させたまま
行われる。回転マトリクスは下記変換の右側にあり、前
節で述べた変換座標に適用されたものである。

【数６】 前記９つの回転マトリクス係数は単位ベクトルｕ，ｖ，
ｗの世界座標空間におけるｘ，ｙ，ｚ成分に過ぎない。
これが実際に作用することを証明しよう。これが実際に
正しい回転マトリクスであれば、ｕ，ｖ，ｗベクトルは
観察座標系のｘ，ｙ，ｚ軸と一致したままでなければな
らない。これは次のように表わすことができる。

【数７】 右側のマトリクスの各１は単位ベクトル自体のドット積
をとる結果であり、各０は２つの直交ベクトルのドット
積をとる結果である。

【０１０４】観察空間内の点のビューポート面上への各
投影は相似三角形の部分に基いており、フォーリーとバ
ンダム（ｔｈｅ Ｆｏｌｅｙ ＆ ｖａｎ Ｄａｍ）お
よびニューマンとスプロール（ｔｈｅ Ｎｅｗｍａｎ
＆ Ｓｐｒｏｕｌｌ）のテキストに記述されている。プ
レーヤ（目）が光景からｄの距離にあり、観察座標
（ｘ，ｙ，ｚ）の点が与えられているものとすると、こ
の点はビューポート面上の座標（ｘ′，ｙ′）に投影さ
れ、ここにｘ′＝ｘ＊ｄ／ｚ，ｙ′＝ｙ＊ｄ／ｚとな
る。（ここで＊はかけ算を表す）

【０１０５】世界座標系に対するプレーヤの方位は３個
の直交単位ベクトルｕ，ｖ，ｗを回転されることにより
変化する。

【０１０６】移動体アルゴリズムはソースファイル "ｆ
ｌｙｓｉｍ．Ｃ”に格納された "ｒｏｔｖｅｃ”機能を
呼び出して視点廻りに回転させる。回転は世界座標に対
するものか（例えば、大地と同じ高さの面内での回転）
もしくは観察座標に対するもの（ヨー（ｙａｗ）、ピッ
チ（ｐｉｔｃｈ）、ロール（ｒｏｌｌ）とすることがで
きる。

【０１０７】プレーヤは世界ｚ軸に平行なピボットベク
トル周りに３つの直交単位ベクトルを回転させかつプレ
ーヤの位置を通過させることにより光景をパン（ｐａ
ｎ）させることができる。（すなわち、大地と平行な面
内で回転が行われる。）世界座標系に対するプレーヤの
方位が最初に３個の単位ベクトルｕ＝（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕ
ｚ）、ｖ＝（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）およびｗ＝（Ｗｘ，Ｗ
ｙ，Ｗｚ）で表わされるものとする。パンは次のマトリ
クス計算により行われる。

【数８】 前記正の角度ｔは左へパンすることに対応する。単位ベ
クトルのｘ，ｙ成分だけが影響を受けることをお判り願
いたい。Ｚ成分は回転により変化することはない。移動
体アルゴリズムはｕｖｔｕｒｎ機能すなわちライブラリ
機能を呼び出してこの種の回転を行う。

【０１０８】もう一種の回転によりプレーヤは、世界座
標に対してどのような方位にあるかに関わらず、自分の
基準フレームに対してヨー、ピッチもしくはロールする
ことができる。この種の回転中に、３個の単位ベクトル
（ｕ，ｖ，ｗ）の中の一つは世界空間内で固定されたま
まであり、その周りを他の２つの単位ベクトルが回転す
るピボットベクトルとして作用する。次の６つの回転が
可能である。 １） 左へヨー：ｕをｗに向ってピボットベクトルｖ周
りに回転する。 ２） 右へヨー：ｗをｕに向ってピボットベクトルｖ周
りに回転する。 ３） 上方ピッチ：ｖをｗに向ってピボットベクトルｕ
周りに回転する。 ４） 下方ピッチ：ｗをｖに向ってピボットベクトルｕ
周りに回転する。 ５） 左へロール：ｕをｖに向ってピボットベクトルｗ
周りに回転する。 ６） 右ヘロール：ｖをｕに向ってピボットベクトルｗ
周りに回転する。 例えば、次のマトリクス計算はｕベクトルをｗベクトル
に向って角度ｔだけ回転することによりヨーを実施す
る。

【数９】 この種の回転はｕｖｔｕｒｎ機能を呼出して行われる。
回転する前に２つのベクトルが直交しておれば、その後
も直交したままである。回転角度が負であれば、プレー
ヤは左ではなく右へヨーする。他の５人のプレーヤに関
する回転は前記したものと同じである。

【０１０９】移動体アルゴリズムはここではプレーヤの
動作について極端に簡単なモデルを使用しているが、こ
のモデルは将来改善することができる。より正確なモデ
ルは肉体的力に基いてヨー、ピッチおよびロール動作を
計算するプレーヤの動作特性や空気力学に基づくことが
できる。ヨー、ピッチおよびロール角度が決定される
と、ヨー、ピッチ、ロールの順で３回ｒｏｔｖｅｃ機能
を呼出すことによりｕ，ｖ，ｗベクトルを回転させるこ
とができる。

【０１１０】水平位置の計算およびプレーヤ位置感知や
フライト計器の設定に使用するヨー、ピッチおよびロー
角度が世界座標系に関して定義される。ヨー、ピッチお
よびロールの正弦および余弦は世界空間におけるｘ，
ｙ，ｚ投影で表わされるｕ，ｖ，ｗ単位ベクトルにより
計算することができる。正弦値および余弦値しか必要と
しないため、ヨー、ピッチおよびロール角度自体は計算
する必要がなくなる。

【０１１１】ヨー（すなわち、ヘッディング）角は世界
Ｘ軸に関して定義され、プレーヤが＋Ｘ方向を指してお
ればそのヨー角度は０度である。シミュレータでは正の
ヨー角がｕをｗに向って（右翼を鼻部に向けて）回転さ
せることに対応している。単位ベクトルｗの世界ｘｙ面
上への投影をｒで表わすと、次式のようになる。

【数１０】 （ｓｑｒｔ（Ａ）は√Ａを表す。＊はかけ算を表す。）
ヨー角の正弦はＷｘ／ｒとして算出され、余弦はＷｙ／
ｒとして算出される。

【０１１２】ピッチ角は単位ベクトルｗと世界ｘｙ面間
の角度である。シミュレータでは正のピッチ角はｖをｗ
に向って（鼻部を引き上げる）回転させることに対応し
ている。ピッチの正弦はＷｚであり、余弦はｒである。

【０１１３】ロール（すなわち、バンク（ｂａｎｋ））
角は単位ベクトルｕと世ｘｙ面間の角度である。シミュ
レータでは正のロール角はｕをｖに向って回転させる
（右へバンクする）ことに対応している。Ｓが量Ｓ＝ｓ
ｑｒｔ（Ｕｚ＊Ｕｚ＋Ｖｚ＊Ｖｚ）を表わすものとすれ
ば、ロール角の正弦は−Ｕｚ／Ｓとして算出され、余弦
は−Ｖｚ／Ｓとして算出される。

【０１１４】３． 水平線の描画 プレーヤが大地の
表面のかなり近くに居るものとすると、水平線は無限遠
にあるものとして満足にモデル化することができる。す
なわち、大地は平坦で無限遠と考えられる。水平線の特
徴がどの方向でも同じであれば、モデルはプレーヤの向
きを考慮する必要はない。水平線を適切に位置決めする
のにプレーヤのピッチおよびロールを考慮するだけでよ
い。ピッチ角は大地に対する鼻部の方位を表わし、プレ
ーヤがこの方位を維持しながらロールすることができれ
ば影響を受けることはない。

【０１１５】プレーヤの方位が上下にピッチすれば、そ
れにつれて水平線は動いて見えなければならない。動作
に対してロールが無いものとすると、コックピット窓を
通して見える水平線のレベル（スクリーン上の高さ）は
ピッチのみに依存する。プレーヤの高さすなわち高度は
ゼロと考えられる。水平線は無限遠であるため、プレー
ヤの任意の無限遠高度は無視することができる。

【０１１６】ロール角の影響を考慮するために、最初に
観察座標系のｚ軸上の無限遠点について考える。この点
は常にスクリーン上の同じ位置、ビューポート中心、に
あるものとする。基準点としてのビューポート中心に関
して、正のピッチ角（鼻部アップ）により基準点は水平
線よりも上となり（青空の中）、負のピッチ角により水
平線よりも下となる（地中）。

【０１１７】次に、水平線から基準点へ向う正規ベクト
ルを考える。このベクトルの水平線との交差は水平点と
呼ばれる点で生じる。ロール角は変化できるため、水平
点は基準点周りを回転するように見える。

【０１１８】ロール角の変化中にピッチを一定に保て
ば、水平点は基準点周りに円を描く。水平線とプレーヤ
の水平線との角度は世界に対するプレーヤのロール角の
負量である。円の半径はピッチ角だけの関数となる。プ
レーヤの光景からの想定距離をｄとし、ピッチ角をａと
すると、円の半径ｒはｒ＝ｄ＊ｔａｎ（ａ）として算出
される。（負のｒは基準点が "青空" ではなく "地中”
にあることを意味する。）

【０１１９】要約すれば、水平線を構成するためのステ
ップは次のようである。 （１） ピッチ角ａおよび光景からのプレーヤの距離ｄ
から水平点（水平線上の最も近い点）までの基準点（ビ
ューポート中心）の距離ｒを計算する。 （２） ロール角の負量だけ水平点を基準点周りに回転
させる。 （３） 水平線は水平点を通り、基準点から水平点への
線に直角である。 基準点がビューポートの中心にあり、水平点がビューポ
ートを包囲する円の外側にあれば、水平線は見えない。

【０１２０】４． データベースの解釈 ｄｂｉｎｔ
ｅｒｐ機能は世界空間の３次元光景を含む階層データベ
ースを解釈する。データベースは終点（すなわち、葉）
節が描画すべき個々のオブジェクトである２分木として
構成される。ｄｂｉｎｔｅｒｐ機能の出力は変換され、
クリップされ、スクリーン上へ投影されるポリゴンおよ
びドットのリストである。この機能はスクリーン上で見
えない３次元オブジェクトの自明拒絶を行うように設計
される。このため、機能は外接球に基いてクリッピング
を行い、遠いオブジェクトから不要な詳細を消去する。

【０１２１】２つの引数はポインターｒｏｏｔｎｏｄｅ
およびｑである。引数ｒｏｏｔｎｏｄｅは階層３次元デ
ータベースの根元節を指示する。引数ｑは出力アレイを
指示し、その中に機能は変換し、投影し、スクリーンへ
描画する必要のある３次元空間のオブジェクトリストを
記憶している。出力リストに現れるオブジェクトのシー
ケンスにより描画される順序が決定される。

【０１２２】ｄｂｉｎｔｅｒｐルーチン内の主ループが
２分木内の一つの節が根元節から始まるとみなせば反復
が行われる。各節は（終点節である場合の）アトミック
オブジェクトもしくは（中間点節である場合の）合成オ
ブジェクトを表わす。合成オブジェクトはいくつかのア
トミックオブジェクトにより構成される。アトミックオ
ブジェクトは終点節構造内に表記された順序で描くこと
ができる（代表的に多面体を構成する）数個のポリゴン
により構成される。（ペインターのアルゴリズムに従っ
て）オブジェクトを構成するポリゴンを正確なシーケン
スで描くのに必要なのは背面消去だけである。オブジェ
クト内の各頂点の３次元座標は節の中心に対して定義さ
れる。これにより、節に含まれるオブジェクトの記述に
影響を及ぼすことなく節を３次元仮想世界空間へ変換す
ることができる。

【０１２３】本移動体アルゴリズムはデータベース内の
各節に対して外接球を定義する必要がある。（終点およ
び中間点の）各節に対してデータベース構造には節内の
全オブジェクトを包囲する外接球の半径が含まれてい
る。球の中心は節の中心座標と一致するものとする。

【０１２４】中間点節の左右の息子はその節を構成する
オブジェクト群を２つの小群へ分割することを表わす。
中間点節の子孫が一つだけであれば、その子孫は左の息
子であり、右の息子のポインターは空（０）ポインター
であるものとする。

【０１２５】中間点節に２つの息子がある場合には、よ
り遠い息子（すなわち、息子に含まれるオブジェクト）
が最初に描かれ、その後で近い息子を描くことができ
る。各息子はやはり２つの息子を持つことができる節で
ありそれらは裏から表の順で描かれる。

【０１２６】２つの息子を有する節は２つの息子（した
がって、それに含まれるオブジェクト）をきれいに分割
する２分割面（ＢＰＰ）の記述を含んでいる。ＢＰＰは
ペインターのアルゴリズム（ｔｈｅ Ｐａｉｎｔｅｒ’
ｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に従って２つの息子を描く順
序を決定するのに使用される。視点がＢＰＰの左の息子
側にあれば、右の息子が最初に描かれ、次に左の息子が
描かれ、そうでなければ左の息子が最初に描かれる。Ｂ
ＰＰはその平面式のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ係数により定義さ
れ、

【数１１】 ここに、視点はこの節の中心に対して座標（ｘ，ｙ，
ｚ）に位置している。

【０１２７】ｄｂｉｎｔｅｒｐ機能によりポリゴンはそ
の出力リストで２つのカテゴリーに分割され、それは
"近”および "遠" ポリゴンである。近および遠ポリゴ
ンへの分割は実際上距離ではなくサイズに基いて行われ
る。終点節に対する外接球のスクリーン上の投影がある
閾値サイズを越えると、オブジェクトを構成する全ポリ
ゴンが近ポリゴンとして処理され、そうでなければ遠ポ
リゴンとして処理される。

【０１２８】近ポリゴンはポリクリップされる、すなわ
ちビューポート限界へクリップされた後で描かれる。一
方、遠ポリゴンはポストクリップされる、すなわち描き
ながら１線ごとにクリップされる。ポリゴンを遠近型へ
分割するのは計算の効率を上げるためである。

【０１２９】ポストクリップは遠（小）ポリゴンに対し
て使用される。ポリクリップポリゴンは計算上のオーバ
ヘッドを幾分伴うため、小さいポリゴンをポストクリッ
プすればこのオーバヘッドは回避され、３４×０の組込
みクリップハードウェアにより各水平塗り潰し線（フィ
ル線）を描画時に自動的にクリップすることができる。

【０１３０】しかしながら、近（大）ポリゴンは描画相
中に相当な時間を消費してしまうビューポート外側の各
ポリゴン部分を切り落すプリクリップにより一層効率的
に処理される。

【０１３１】オブジェクトの第３のカテゴリーは出力リ
スト内に定義することができる。節が遠すぎてスクリー
ン上のその外接球の投影がピクセルサイズに近ずく場合
には、出力リストでは１個のドットとして表わすことが
できる。前記いずれかのテストにより節が拒絶されれ
ば、それ以上の処理は必要ない。処理できるもう一つの
節があれば、その節はｄｂｉｎｔｅｒｐ機能の主ループ
の次の反復中に処理される。そうでなければ、出力リス
トが終止して機能が完了する。

【０１３２】前記５つのテストにより節が拒絶されなけ
れば、終点節であるか中間点節であるかを決定するチェ
ックが行われる。

【０１３３】中間点節である場合には、節の息子が一つ
であるか２つであるかを決定するチェックが行われる。
節の息子が一つである場合には、その息子はｄｂｉｎｔ
ｅｒｐ機能の主ループの次の反復中に処理される。節の
息子が２つである場合には、近い息子がスタック上へ押
し出されて後に処理され、遠い息子は主ループの次の反
復中に処理される。中間点節のデータ構造はその左右の
息子に対するポインターおよびその中心からその息子の
中心までのｘ，ｙ，ｚ変位を含んでいる。近い息子を表
わすためにスタック上へ押し出される４個のパラメータ
は息子の節データ構造に対するポインターおよび息子の
中心のｘ，ｙ，ｚ座標である。

【０１３４】５． 変換オブジェクト ｘｆｒｍｌｉ
ｓｔ機能は３次元オブジェクトのリストを観察空間へ変
換し、必要に応じクリップし、スクリーン上へ透視投影
する。このプロセスにおいて、オブジェクトはその構成
素ポリゴンへ分解される。スクリーン上の投影がピクセ
ルサイズに近ずくオブジェクトは単なるドットとして表
わすことができる。

【０１３５】２つの引数ｐ．ｑはそれぞれ入出力リスト
開始のポインターである。入力リスト（すなわち、変換
リスト）により変換すべき３次元オブジェクトの数が定
義される。出力リスト（すなわち、ディスプレイリス
ト）によりスクリーン上へ描く準備のできた数個のポリ
ゴンおよびドット数が定義される。

【０１３６】ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能の主ループを反復す
ることにより、 "近" オブジェクト、 "遠" オブジェク
トもしくは入力リストからのドットが処理される。ｄｂ
ｉｎｔｅｒｐ機能の記述で説明したように、ポリゴンに
より構成されるオブジェクトはスクリーン上に現れる際
の近似サイズに基いて "近" もしくは "遠" として分類
される。

【０１３７】近もしくは遠オブジェクトの入力リストへ
の各エントリーは観察空間内のオブジェクト中心のｘｙ
ｚ座標値および３次元オブジェクトモデルに対するポイ
ンターを含んでいる。オブジェクトモデル内で、オブジ
ェクトのｘｙｚ座標がオブジェクト空間内のオブジェク
ト中心に対して定義される。ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能は最
初に中心周りに回転させ、次に観察空間内の特定中心座
標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）へ変換することにより、オブジ
ェクト空間からのオブジェクトを観察空間へ変換する。

【０１３８】ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能は近ポリゴンが要求
するものよりも小さい。遠ポリゴンを処理するｘｆｒｍ
ｌｉｓｔルーチン部分は３４０１０のキャッシュ内へ嵌
め込めるほど小さい。（ＴＭＳ３４０２０のキャッシュ
は２倍の大きさである。）統計上、遠ポリゴンは近ポリ
ゴンよりも著しく数が多く、遠ポリゴンコードはインタ
ラクションごとにキャッシュ内にとどまる可能性が高
い。

【０１３９】ポリゴンクリッパー機能、ｃｌｉｐｐｇｏ
ｎ、を呼出す前に、ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能により各近ポ
リゴンは正規化された観察ビラミッドへ変換される（フ
ォリーとバンダムはそのテキストでこれを "標準（ｃａ
ｎｏｎｉｃａｌ）クリッピングボリューム" と呼んでい
る。）

【０１４０】ｃｌｉｐ．ｏｂｊｅｃｔ機能は最初に背面
テストを行ってこれ以上処理することなくポリゴンを拒
絶できるかどうかを決定する。ポリゴンが前向きであれ
ば、この機能によりポリゴンは観察ピラミッドの境界
（クリップ面）と比較され、ピラミッドの外側のポリゴ
ン部分は切り落され、見えなくなる。

【０１４１】最悪の場合、ポリゴンは５つのクリップ面
全部を侵害することがある。この場合、ポリゴンは頂点
^**リストを通る３本のパス内でクリップされる。最初の
パスではｃｌｉｐ．ｏｂｊｅｃｔ機能によりポリゴンは
"近" クリップ面へクリップされる。第２のパスではポ
リゴンは左右の面へクリップされ、第３のパスでは頂点
面及び底面へクリップされる。

【０１４２】スクリーン上へのｃｌｉｐｐｇｏｎに対し
て頂点リストを通る最終経路が必要である。こうして得
られるポリゴンは出力リスト（すなわち、ディスプレイ
リスト）へ出力される。

【０１４３】６． 光景のディスプレイ ｄｉｓｐｌ
ｉｓｔ機能（実際上は、２つの類似機能、ｄｉｓｐｌｉ
ｓｔ ｃｏｌｏｒ−ｃｏｌｏｒおよびｄｉｓｐｌｉｓｔ
−ｍｏｎｏ）によりディスプレイリストに現われるシー
ケンスでスクリーンに一連のポリゴンおよびドットが描
かれる。

【０１４４】ディスプレイリスト内の各ポリゴンは凸で
なければならず、ポリゴンの頂点を表わすｘｙ座標対リ
ストとして定義される。リスト内の第１対のｘｙ座標は
ポリゴン内の最上頂点、すなわち最小ｙ値を有する頂
点、の位置を表わす。頂点は時計廻りに表記され、スク
リーン上のｘ座標は左から右へ増加し、ｙ座標は頂部か
ら底部へ増加する。

【０１４５】"ドット" が１個のピクセルとしてスクリ
ーンに描かれる。変換リストはｄｂｉｎｔｅｒｐ機能か
ら出力されｘｆｒｍｌｉｓｔ機能へ入力されるリストで
ある。それにより変換され透視投影される３次元オブジ
ェクトが定義されスクリーンへ描かれる。

【０１４６】変換リスト内の各ポリゴンおよびドットの
定義はメモリ内の均一な３２ビット境界上で開始され、
各定義の第１項はグラフィックプリミティブの型を示す
１６ビット機能コードである。

【０１４７】近および遠ポリゴンはそれぞれ１および２
の機能コードにより変換リスト内に指定される。ポリゴ
ンに対する変換リストの定義を下記に示す。

【表７】

【０１４８】パラメータｘｃ，ｙｃ，ｚｃは観察空間に
おけるオブジェクトの中心座標である。各座標は８ビッ
トの小数を有する３２ビット固定小数点数として表わさ
れる。（これをＦＩ×８フォーマットと呼ぶ）。最後の
パラメータは３次元オブジェクトモデルへのポインター
である。オブジェクトモデルによりオブジェクトを構成
する全ポリゴンの頂点が定義される。頂点のｘｙｚ座標
はオブジェクト空間内でオブジェクト中心に対して定義
される。

【０１４９】"ドット" は１個のピクセルであり、１の
機能コードにより変換リスト内に指定される。ドットを
定義する変換リストフォーマットを次に示す。

【表８】

【０１５０】定義の第２項はドットカラーを定義する１
６ビット値である。最後の２項は１６ビット整数として
定義されるドットのｘ，ｙ座標である。これらはスクリ
ーン上のドットのｘ，ｙ座標であり、変換されスクリー
ン上へ投影された後で変換リストへ記載される。これら
の座標は変化されることなく変換リストからディスプレ
イリストへｘｆｒｍｌｉｓｔ機能によりコピーされる。

【０１５１】変換リストは−１の機能コードにより終止
する。ディスプレイリストはｘｆｒｍｌｉｓｔ機能によ
り出力されるリストであり、ディスプレイ機能へ入力さ
れる。それにより、スクリーンへ描かれるポリゴンおよ
びドットが定義される。

【０１５２】ディスプレイリスト内の各ポリゴンおよび
ドットの定義はメモリ内の均一な３２ビット境界で開始
され、各定義の最初の項は描かれるグラフィックプリミ
ティブの型を示す８ビット機能コードである。

【０１５３】ポリゴンの機能コードは０である。ポリゴ
ンのディスプレイリストフォーマットを次に示す。

【表９】

【０１５４】定義内の第２の項は凸ポリゴン内の頂点の
数である。第３の項はポリゴンの色である。定義の残り
はスクリーン上の頂点の位置を表わすｘ，ｙ座標対アレ
イである。最初のｘｙ座標対によりポリゴンの最上頂
点、すなわち最小ｙ値を有する頂点、の位置が定義され
る。スクリーン上のｘ座標は左から右へ増大し、ｙ座標
は頂部から底部へ増大するものとして、頂点は時計廻り
に表記される。座標は２ビットの小数を有する固定小数
点値として定義される（これをＦＩ×２フォーマットを
呼ぶ）。

【０１５５】"ドット" は１個のピクセルとして描か
れ、ディスプレイリストでは１の機能コードとして定義
される。ドットを定義するディスプレイフォーマットを
次に示す。

【表１０】 定義の第２項は０を含むバイトである。第３項はドット
カラーである。最後の２つの項はドットのｘｙ座標であ
る。座標は整数として定義される。

【０１５６】ディスプレイリストは−１の機能コードで
終止する。前記したように、隠面問題を解決するのに使
用される方法では３次元データベースが２分木として構
成される。ツリー内の中間点節が２つの子孫節へ分岐す
る場合は常に、２つの子孫を分離する２分面（ＢＰＰ）
が定義される。データベースインタープリタはＢＰＰ式
を評価して視点がＢＰＰのどちら側にあるかを決定す
る。これにより、ペインターのアルゴリズムを正確に実
施するのにどういう順序で２つの子孫を描くかが決定さ
れる。

【０１５７】実施例の応用例 Ａ． フライトシミュレータ応用 次の検討は実施例
の移動体アルゴリズムおよび３次元分割データベースの
実行について記述するものである。付属資料にある付録
Ａにソースコードを示す次のファイルはＤＳ５０００マ
イクロコントローラと共にＴＭＳ３４０１０グラフィッ
クプロセッサからなるプロトタイプハードウェアを実行
するこれらのコンセプトのデモンストレーションを実施
する。ここに記載するコードはグラフィックプロセッサ
により実行される。

【０１５８】コードはｍａｋｅｆｉｌｅファイルを使用
してコンパイルされる。Ｉｃ．ｃｍｄファイルはコンパ
イルされたコードを連結して実行可能なモジュールをＰ
ＣからＴＭＳ３４０１０プロセッサへダウンロードす
る。プログラムのトップレベルのコントロールはｆｌｉ
ｐ．ｃ．ファイルで実施される。このプログラムはｗｏ
ｒｌｄ．ａｓｍ．で表現された世界データベースを使用
して、後記する迷路ゲーム部を実現する。

【０１５９】ファイルは迷路ゲームシミュレーションを
実行するコードの主要部分を含んでいる。 ｆｌｉｐ．Ｃ． − トップレベルコントロール、初
期化 ｉｎｔｅｒｐ．Ｃ．− ユーザからの解釈入力コマンド ｍｏｖｅ．Ｃ． − 世界データベース内の移動体の
更新 ｒｅｎｄｅｒ．Ｃ．− 光景をディスプレーへ描写する 元のコードへの主要な拡張は主として次のファイルで行
われる。 ｆｌｉｐ．Ｃ − トップレベルコントロール、初
期化 ｍｏｖｅ．Ｃ − 移動体拡張 ｓｃｅｎｅ．Ｃ − 移動体拡張 ｓｃｅｎｅ ０．Ｃ− 移動体拡張 ｓｃｅｎｅ １．Ｃ− 移動体拡張 ｂｂｏｘ．Ｃ − 外接ボックス衝突検出 ｂｕｌｌｅｔ．Ｃ − 移動体拡張

【０１６０】Ｂ． "グレース" 、迷路ゲーム 図１９
および図２０に本実施例の仮想現実システムを使用でき
る多プレーヤゲーム応用例を示す。ゲームは "グレー
ス" と呼ばれ図１９に示す迷路２３０を最初にうまく抜
け出ようとして別のプレーヤと競争するオブジェクトが
ある。迷路２３０には移動オベリスク２３２、マッシャ
ー２３４および回転ドア２３６等の落し穴が充満してい
る。オベリスク２３２は迷路２３０中を任意に移動しプ
レーヤを轢き一人のプレーヤの "生命" を奪う。実施例
では、プレーヤは９人の生命を有している。マッシャー
２３４は静止しているが、迷路２３０の経路内で上下に
跳動する。プレーヤは押し潰されることなくマッシャ２
３４の下を通過しなければならない。プレーヤを押し潰
すと一人の生命が失われる。回転ドア２３６は静止して
いるが、軸周りに回転する。一方側は安全である。安全
側を通れば何も起きない。他方側は闇である。闇側を通
るとドアによりプレーヤは迷路２３０の任意の場所へ移
送される。

【０１６１】各プレーヤはある数のポイントすなわち生
命、例えば実施例では９人、で開始する。オベリスク２
３２がプレーヤを轢き倒すか、マッシャー２３４がプレ
ーヤを捕えるか、もしくはこの容易に拡張できるゲーム
に対して考えついた任意他の落し穴をプレーヤが通り抜
けに失敗するたびにプレーヤは１ポイントを失う。迷路
２３０のある部分に天井が無い場合、プレーヤは空中に
ジャンプして迷路の頂部を一見することができる。プレ
ーヤはまた迷路に沿って "電子パンくず" を落すことが
できる。しかしながら、他のプレーヤは任意のプレーヤ
のマーカーを移動させて敵の努力をくつがえすことがで
きる。

【０１６２】図２０にプレーヤがヘルメット２８を介し
て見ることのできる迷路２３０の３次元図を示す。いく
つかの迷路を１個のＲＯＭカードに格納して、プレーヤ
は好きな迷路を選定するかもしくはゲーム機構や組込機
能に任意に選択させることができる。多レベル迷路によ
りゲームは（空間的および困難度の）ディメンジョンが
高くなる。図２０では２人のプレーヤに対し迷路２３０
の通路２４４内に左マーク目標物２４０，２４２が示さ
れている。通路２４４には壁２４６，２４８，２５０お
よび天井２５２がある。通路２４４の床２５４上をプレ
ーヤが通りコーナを曲って迷路を進み続ける。迷路を進
み続けると、迷路２３０の光景が変ってゲームのデータ
ベースに従ったプレーヤの位置が反映される。

【０１６３】グレースゲームは実施例の一つの簡単な応
用にすぎない。娯楽／ゲーム応用の他に、実施例の仮想
現実システムは他のさまざまな分野に使用される。例え
ば、教育上では、建築科の学生は自分が設計したビルの
仮想世界モデルへ入ることができる。同様に、医科の学
生は脳のモデルを巡回することができ化学者は複雑な分
子の３次元モデルの内側およびその周りを歩くことがで
きる。実施例の多プレーヤ仮想現実システムにより、学
生と先生が同時に同じ仮想現実世界内に居ることができ
る。例えば、旅行代理店は潜在顧客に例えばディズニー
ワールド等のリゾート地のモデルの案内旅行を提供して
顧客の休暇計画を支援することができる。実施例の低コ
スト仮想現実システムを使用した他の応用も沢山ある。
これらの応用も明らかに本発明の範囲に入る。

【０１６４】実施例の特徴 実施例のさまざまな重要な特徴について要約する。

【０１６５】オペレータが仮想現実像の仮想現実世界に
居るかのように感じる仮想現実システムはイメージデー
タを仮想現実像として表示するディスプレイ回路と、イ
メージデータを格納するメモリと、オペレータが装着す
るヘルメットデバイスを含みヘルメットデバイスはディ
スプレイスクリーンを含みヘルメット装置のオペレータ
の動作に応答してディスプレイスクリーン上にイメージ
データを発生するようにされており、かつメモリを付随
するマイクロプロセッサが含まれていてメモリからイメ
ージデータを抽出しイメージデータからディスプレイを
制御してあたかもオペレータが仮想現実像の中でそれと
関っているかのように仮想現実像を変化させる。ディス
プレイ回路にはディスプレイスクリーンが含まれる。こ
のようなシステムにはさらにメモリ、マイクロプロセッ
サ、およびディスプレイ回路の所定部分を収容するシャ
ーシを含むことができる。また、仮想現実世界を構成す
るアプリケーションプログラムおよびデータをディスプ
レイ回路、メモリおよびマイクロプロセッサと関連ずけ
る回路を含むゲームカートリッジを含むことができる。
さらに、シャーシはゲームカートリッジをシャーシへ挿
入してメモリ、マイクロプロセッサおよびディスプレイ
回路の所定部分へ接続するように構成することができ
る。

【０１６６】オペレータが仮想現実世界に居ると感じ
る、仮想現実システムを使用して仮想現実像の仮想現実
世界を生成する方法はイメージデータを仮想現実像とし
てディスプレイ回路を付随するディスプレイスクリーン
上に表示し、イメージデータをメモリ内に格納し、ディ
スプレイスクリーンを含むヘルメット装置をオペレータ
に装着し、ヘルメット装置のオペレータの動作に応答し
てディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生
し、メモリからイメージデータを抽出し、ディスプレイ
回路を制御してあたかもオペレータが仮想現実像の中に
居てそれと関っているかのように仮想現実像を変化させ
るステップからなっている。このような方法には、パワ
ーハンド組立体やジョイスティック装置を使用してイメ
ージデータ入力回路へ制御信号を挿入するステップを含
めることもできる。さらに、本方法にはメモリ、マイク
ロプロセッサ、およびディスプレイ回路の所定部分をシ
ステムシャーシ内に収容するステップを含めることがで
きる。本方法にはさらに仮想現実世界を構成するアプリ
ケーションプログラムおよびデータをゲームカートリッ
ジ回路へ格納してディスプレイ回路、メモリおよびマイ
クロプロセッサと関連ずけるステップを含めることがで
きる。本方法はさらにこのようなゲームカートリッジを
シャーシ内の所定の開口へ挿入してゲームカートリッジ
回路をメモリ、マイクロプロセッサおよびディスプレイ
回路の所定部分へ接続するステップを含めることができ
る。

【０１６７】仮想現実環境におけるオブジェクトの相対
位置および運動をモデル化する方法が示され、それは仮
想現実環境内の第１および第２のオブジェクトをグラフ
ィックディスプレイ上にグラフィック表示し、第１およ
び第２のオブジェクト間の第１の分割面を決定し、第１
の分割面を横切移動する第１もしくは第２のオブジェク
トに応答して第１および第２オブジェクト間の第２の分
割面を決定し、所定の観察点に対する仮想現実環境の第
１および第２のオブジェクトの相対位置に従って第１お
よび第２のオブジェクトを選択的に不明瞭とすることに
より仮想現実環境における第１および第２のオブジェク
トの移動をグラフィックディスプレイ上にグラフィック
表示するステップを含んでいる。このような方法には所
定セットの観察座標からオブジェクトの相対移動を決定
するステップを含めることもできる。この場合、オブジ
ェクトの相対移動を決定するこのようなステップは移動
体のヨー、ピッチおよび／もしくはロールを測定するの
に使用することができる。

【０１６８】仮想現実環境におけるオブジェクトの相対
位置および移動をモデル化するシステムが示され、それ
は仮想現実環境内の第１および第２のオブジェクトをグ
ラフィック表示するグラフィックディスプレイを含み、
表示は仮想現実環境内の所定の観察点に対する第１およ
び第２のオブジェクトの相対位置に従って第１および第
２のオブジェクトが選択的に不明瞭とされており、さら
に第１および第２のオブジェクト間の第１の分割面を決
定する回路と、第１の分割面を横切する第１もしくは第
２のオブジェクトに応答して第１および第２のオブジェ
クト間の第２の分割面を決定する回路を含んでいる。こ
のようなシステムはさらに複数人の観察者が仮想現実環
境に居ると感じることができかつ環境内部から仮想現実
環境における互いの相対位置および移動を観察すること
ができるようにする回路を含むことができる。本システ
ムはまた仮想現実環境を記述するデータを含む一つのマ
スターデータベースおよびオブジェクトの相対移動を記
述するデータによりマスターデータベースを更新する回
路を含むことができる。複数人の観察者が参加できる回
路を含むシステムに関して、各オブジェクトに関連する
終点節、第２の分割面に関連する中間点節、および第１
の分割面に関連する根元節を発生する回路を含むことも
できる。このような場合、終点節および中間点節発生回
路は第１の分割面と交差する少くとも一つのオブジェク
トに応答して中間点節を形成し中間点節を第２の分割面
と関連ずける回路を含むことができる。さらに、本シス
テムは一つの面内の回転視点からオブジェクトの相対移
動を決定する回路、もしくは所定セットの観察座標から
オブジェクトの相対移動を決定する回路を含むことがで
きる。後者の場合、システムは移動体の相対移動を決定
して移動体のヨー、ピッチおよび／もしくはロールを測
定する回路を含むこともできる。本システムはまた隠面
消去効果、オブジェクト間の相対移動を決定する回路お
よび／もしくはオブジェクト間の相対移動中に遠いオブ
ジェクトに基いてクリッピングを決定する回路を含むこ
ともできる。さらに、この回路には遠オブジェクト消去
を決定して透視近似を行う回路を含めることもできる。

【０１６９】特定実施例について本発明を説明してきた
が、これは制約的な意味合いを有するものではない。同
業者ならば前記説明を読めば本発明の別の実施例だけで
なく、開示した実施例のさまざまな変更が自明であると
思われる。発明の真の範囲内に入るこのような修正は特
許請求の範囲に入るものとする。

【０１７０】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） オペレータが仮想現実像の仮想現実世界に居る
ように感じる仮想現実システムにおいて、該システム
は、ディスプレイスクリーンを含み仮想現実像としてイ
メージデータを表示するディスプレイ回路と、前記イメ
ージデータを格納するメモリと、前記ディスプレイスク
リーンを含みオペレータが装着するヘルメット装置のオ
ペレータの動作に応答して前記ディスプレイスクリーン
上にイメージデータを発生するヘルメット装置と、前記
イメージデータを前記メモリから抽出し前記イメージデ
ータにより前記ディスプレイ回路を制御してオペレータ
があたかも前記仮想現実世界内に居てそれに関わってい
るかのように前記仮想現実像を変化させる前記メモリに
関連するマイクロプロセッサにより構成される仮想現実
システム。

【０１７１】（２） 第１項記載の装置において、さら
に所定のオペレータ制御入力集合に応答して前記データ
スクリーン上にイメージデータを発生し前記イメージデ
ータを前記メモリ回路へ送出するイメージデータ入力回
路を具備する仮想現実システム。

【０１７２】（３） 第２項記載の装置において、前記
イメージデータ入力回路はパワーハンド組立体により構
成される仮想現実システム。

【０１７３】（４） 第２項記載の装置において、前記
イメージデータ入力回路はジョイスティック装置により
構成される仮想現実システム。

【０１７４】（５） 第１項記載の装置において、前記
ディスプレイ回路は前記ヘルメット装置に付随するヘル
メットカードにより構成され、前記ヘルメットカードは
ディスプレイ信号を発生して前記ディスプレイスクリー
ンへ送る回路により構成される仮想現実システム。

【０１７５】（６） 第５項記載の装置において、前記
ヘルメットカードは前記ディスプレイ回路の他の部分へ
選択的に接続することができる仮想現実システム。

【０１７６】（７） 第５項記載の装置において、前記
ディスプレイ回路は前記ディスプレイスクリーン用の前
記ディスプレイ信号を発生するのに使用する前記ヘルメ
ットカード用のグラフィック信号を発生するグラフィッ
ク信号プロセッサにより構成される、仮想現実システ
ム。

【０１７７】（８） 第５項記載の装置において、前記
メモリは複数枚のヘルメットカードが前記ディスプレイ
スクリーン用のディスプレイ信号を発生するためのデー
タを取得する主仮想世界データベースにより構成され
る、仮想現実システム。

【０１７８】（９） 第１項記載の装置において、さら
に前記メモリ、前記マイクロプロセッサ、および前記デ
ィスプレイ回路の所定部分を収容するためのシャーシを
具備する、仮想現実システム。

【０１７９】（１０） オペレータが仮想現実世界に居
るかのように感じる仮想現実システムを使用して仮想現
実像の仮想現実世界を生成する方法において、該方法
は、ディスプレイ回路を付随するディスプレイスクリー
ン上に仮想現実像としてのイメージデータを表示し、前
記イメージデータをメモリ内に格納し、前記ディスプレ
イスクリーンを含むヘルメット装置をオペレータへ装着
し、前記ヘルメット装置のオペレータの動作に応答して
前記ディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生
し、前記メモリから前記イメージデータを抽出し、前記
ディスプレイ回路を制御してあたかもオペレータが前記
仮想現実像内に居てそれに関わっているかのように前記
仮想現実像を変化させる、ステップを含む仮想現実世界
生成方法。

【０１８０】（１１） 第１０項記載の方法において、
さらに所定のオペレータ制御入力セットに応答して前記
データスクリーン上にイメージデータを発生し前記イメ
ージデータを前記メモリへ送出するステップを含む、仮
想現実世界生成方法。

【０１８１】（１２） 第１０項記載の方法において、
さらにヘルメットカード回路を使用してディスプレイ信
号を発生し前記ディスプレイスクリーンへ送るステップ
を含む、仮想現実世界生成方法。

【０１８２】（１３） 第１２項記載の方法において、
さらに複数枚の前記ヘルメットカードを前記ディスプレ
イ回路の他の部分と選択的に接続するステップを含む、
仮想現実世界生成方法。

【０１８３】（１４） 第１２項記載の方法において、
さらにグラフィック信号プロセッサを使用して前記ディ
スプレイスクリーン用の前記ディスプレイ信号を発生す
るのに使用する前記ヘルメットカード用のグラフィック
信号を発生するステップを含む、仮想現実世界生成方
法。

【０１８４】（１５） 第１２項記載の方法において、
さらに複数枚のヘルメットカードがデータを取得できる
主仮想世界データベースを前記メモリ内に記憶させ、前
記主仮想世界データベースの前記データに応答して前記
複数のディスプレイスクリーンに対するディスプレイ信
号を発生するステップを含む、仮想現実世界生成方法。

【０１８５】（１６） 仮想現実環境における物体の相
対位置および運動をモデル化する方法において、該方法
は、仮想現実環境における第１および第２の物体をグラ
フィックディスプレイ上にグラフィック表示し、前記第
１および第２の物体間の第１の分割面を決定し、前記第
１の分割面を横切移動する前記第１もしくは第２の物体
のいずれかに応答して前記第１および第２の物体間の第
２の分割面を決定し、前記仮想現実環境における前記第
１および第２の物体の所定の観察点に対する相対位置に
従って前記第１および第２の物体を選択的に不明瞭とす
ることにより前記仮想現実環境内の前記第１および第２
の物体の運動を前記グラフィックディスプレイ上にグラ
フィック表示する、ステップを含むモデル化方法。

【０１８６】（１７） 第１６項記載の方法において、
さらに複数ビューアが前記仮想現実環境内に居るように
感じることができかつ前記仮想現実環境内における互い
の相対位置および運動を環境内部から観察できるように
するステップを含む、モデル化方法。

【０１８７】（１８） 第１７項記載の方法において、
さらに仮想現実環境を記述するデータを主データベース
に格納し前記物体の相対運動を記述するデータにより前
記主データベースを更新するステップを含む、モデル化
方法。

【０１８８】（１９） 第１７項記載の方法において、
さらに前記各物体に関する終点節と、前記第２の分割面
に関する中間点節と、前記第１の分割面に関する根元点
節（ルートノード）を発生するステップを含む、モデル
化方法。

【０１８９】（２０） 第１９項記載の方法において、
前記終点節および中間点節発生ステップはさらに前記第
１の分割面と交差する少くとも一つの前記物体に応答し
て中間点節を形成し、かつ前記中間点節を前記第２の分
割面と関連ずけるステップを含む、モデル化方法。

【０１９０】（２１） 第１６項記載の方法において、
さらに面内の回転視点から物体の相対運動を決定するス
テップを含む、モデル化方法。

【０１９１】（２２） 第１６項記載の方法において、
さらに所定の観察座標セットから物体の相対運動を決定
するステップを含む、モデル化方法。

【０１９２】（２３） 第１６項記載の方法において、
さらに物体間の相対運動の隠面消去効果を決定するステ
ップを含む、モデル化方法。

【０１９３】（２４） 第１６項記載の方法において、
さらに物体間の相対運動中に遠方物体に基いてクリッピ
ングを決定するステップを含む、モデル化方法。

【０１９４】（２５） 第１６項記載の方法において、
さらに透視近似を行うための遠方物体の消去を決定する
ステップを含む、モデル化方法。

【０１９５】（２６） オペレータが仮想現実像６２の
仮想現実世界７４内に居るように感じる仮想現実システ
ム２０はイメージデータを仮想現実像６２として表示す
るディスプレイスクリーン６０を含んでいる。メモリ回
路はイメージデータを格納している。ヘルメット装置２
８がオペレータに装着されオペレータの動作および制御
信号に応答してディスプレイスクリーン６０上にイメー
ジデータを発生するディスプレイスクリーン６０を含ん
でいる。マイクロプロセッサ７６にはメモリ回路が付随
されメモリ回路からイメージデータを抽出してディスプ
レイ回路３６を制御しオペレータがあたかも仮想現実像
の中に居てそれに関っているかのように仮想現実像６２
を変化させる。仮想現実システム２０によりさまざまな
仮想現実技術を使用する低コストシステムが提供され
る。仮想現実世界７４内のオブジェクトの相対位置およ
び移動をモデル化するシステムおよび方法は仮想現実世
界７４内の第１および第２のオブジェクトをグラフィッ
クディスプレイ（６０および６８）上にグラフィック表
示し、第１および第２のオブジェクト間の分割面を決定
し、第１の分割面を横切移動する前記第１もしくは第２
のオブジェクトに応答して第１および第２のオブジェク
ト間の第２の分割面を決定することを含んでいる。次
に、本方法およびシステムにより所定の観察点に対する
相対位置に従って第１および第２のオブジェクトを選択
的に不明瞭とすることにより仮想現実世界７４内の第１
および第２のオブジェクトの移動がグラフィックディス
プレイ（６０および６８）上にグラフィック表示され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を使用した２人のプレーヤの概
念図。

【図２】実施例の仮想現実システムの全体アーキテクチ
ュアの略ブロック図。

【図３】実施例のヘルメットボードアーキテクチュアの
略ブロック図。

【図４】実施例の仮想現実システムの略ブロック図。

【図５】実施例の詳細回路図。

【図６】実施例の詳細回路図。

【図７】実施例の詳細回路図

【図８】実施例の主プロセッサの基本ソフトウェアフロ
ー図。

【図９】実施例のヘルメットプロセッサの基本ソフトウ
ェアフロー図。

【図１０】実施例の移動体およびオブジェクトデータベ
ースを示す図。

【図１１】実施例の移動体およびオブジェクトデータベ
ースを示す図。

【図１２】実施例の移動体およびオブジェクトデータベ
ースを示す図。

【図１３】実施例の移動体およびオブジェクトデータベ
ースを示す図。

【図１４】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語
のフィールドを示す図。

【図１５】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語
のフィールドを示す図。

【図１６】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語
のフィールドを示す図。

【図１７】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語
のフィールドを示す図。

【図１８】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語
のフィールドを示す図。

【図１９】実施例のシステムおよび方法を使用した応用
例を示す図。

【図２０】実施例のシステムおよび方法を使用した応用
例を示す図。

【符号の説明】

２０ 仮想現実システム ２８ ヘルメット装置 ３６ ディスプレイ回路 ６０ グラフィックディスプレイ ６２ 仮想現実像 ６８ グラフィックディスプレイ ７４ 仮想現実世界 ７６ マイクロプロセッサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル エム．ドナヒュー アメリカ合衆国テキサス州ダラス，ラ コ サ 7705 (72)発明者 ジャッド イー．ヒープ アメリカ合衆国テキサス州ダラス，スプリ ング メドウ 5330 (72)発明者 アンドリュー ケイ．スミス アメリカ合衆国マサチューセッツ州ボスト ン，マウント バーノン ストリート 62 (72)発明者 トーマス エム．シープ アメリカ合衆国テキサス州ガーランド，デ ンマーク ドライブ 2406 (72)発明者 ドナルド ダブリュ．アドキンズ アメリカ合衆国テキサス州オーク リー フ，ロァリング クリーク ドライブ 603

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オペレータが仮想現実像の仮想現実世界
   に居るように感じる仮想現実システムにおいて、該シス
   テムは、 ディスプレイスクリーンを含み仮想現実像としてイメー
   ジデータを表示するディスプレイ回路と；前記イメージ
   データを格納するメモリと；前記ディスプレイスクリー
   ンを含みオペレータが装着するヘルメット装置であっ
   て、オペレータの動作に応答して前記ディスプレイスク
   リーン上にイメージデータを発生するヘルメット装置
   と；前記イメージデータを前記メモリから抽出し前記イ
   メージデータにより前記ディスプレイ回路を制御してオ
   ペレータがあたかも前記仮想現実世界内に居てそれに関
   わっているかのように前記仮想現実像を変化させる前記
   メモリに関連するマイクロプロセッサ；を含む仮想現実
   システム。
2. 【請求項２】 オペレータが仮想現実世界に居るかのよ
   うに感じる仮想現実システムを使用して仮想現実像の仮
   想現実世界を生成する方法において、該方法は、 該ディスプレイ回路に付随するディスプレイスクリーン
   上に仮想現実像としてのイメージデータを表示し；前記
   イメージデータをメモリ内に格納し；前記ディスプレイ
   スクリーンを含むヘルメット装置をオペレータに装着
   し；前記ヘルメット装置のオペレータの動作に応答して
   前記ディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生
   し；前記メモリから前記イメージデータを抽出し；前記
   ディスプレイ回路を制御してあたかもオペレータが前記
   仮想現実像内に居てそれに関わっているかのように前記
   仮想現実像を変化させる；ステップを含む仮想現実世界
   生成方法。