JPH07200162A

JPH07200162A - 仮想現実体験装置およびこれを用いたゲーム装置

Info

Publication number: JPH07200162A
Application number: JP5352857A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mizuno; 陽一水野
Original assignee: Namco Ltd
Current assignee: Namco Ltd
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】限られたプレイフィールド内において、プレ
イヤーが足踏みすることにより、仮想３次元ゲーム空間
内をプレイヤーが体感的に歩進移動することができる仮
想現実体験型ゲーム装置を提供すること。【構成】ディスプレイ上に表示される仮想３次元ゲー
ム空間の景色を見ながら、プレイヤーが仮想３次元ゲー
ム空間内を歩進移動する仮想現実体験装置である。この
ゲーム装置は、プレイヤー１００の足踏み動作を検出す
る足踏み検出部３０と、前記仮想３次元ゲーム空間内で
の体験者の進行方向設定情報を入力する空間センサ２
６，２８と、前記足踏み検出信号および進行方向設定情
報に基づき、前記仮想３次元ゲーム空間内におけるプレ
イヤー１００の移動位置を演算し、プレイヤー１００か
ら見える仮想３次元ゲーム空間の景色をディスプレイ上
に表示するコンピュータ８０とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、仮想現実体験装置、特
に、体験者が仮想３次元空間内を移動するよう構成され
た仮想現実体験装置これを用いたゲーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ドライブシュミレータ、フライト
シュミレータ、ゲーム装置、システムキッチンなどの疑
似体験システム等の分野で、いわゆる仮想現実と呼ばれ
るシステムを用いた各種の仮想現実体験装置が提案され
ている。この種の仮想現実体験装置においては、いかに
して仮想世界を現実の世界に近付けるかが、最も大きな
技術的課題となっている。

【０００３】通常、この種の仮想現実体験装置におい
て、体験者はヘッドマウントディスプレイを頭部に装着
し、このディスプレイ上に表示される仮想３次元空間の
景色を見ながら、空間内を移動するように形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このために
は、仮想３次元空間と対応した広さを有するプレイフィ
ールドを用意しなければならない。特に、ゲームの分野
では、３次元ゲーム空間を大きく設定し、変化に富んだ
ゲームができるよう形成する場合が多い。この場合、ゲ
ーム空間に対応して設定されたプレーフィールド内をプ
レイヤーがゲームをしながら移動できるようにゲーム装
置を形成すると、ゲーム装置自体がきわめて大型かつ高
価になってしまうという問題がある。

【０００５】さらに、この仮想現実体験装置では、仮想
３次元空間内における体験者の位置を正確に検出し、こ
の検出位置データに基づき、ディスプレイ上に表示され
る３次元空間の景色を画像合成する必要がある。しか
し、広いプレーフィールド内をを動き回る体験者の位置
を正確に検出するためには、位置検出システム自体が大
型かつ高価なものとなってしまうという問題がある。

【０００６】また、これ以外の仮想現実体験装置とし
て、椅子に座ったプレイヤーが、手元の操作部を操作
し、仮想３次元空間内を移動するものも知られている。

【０００７】しかし、このようなタイプの仮想現実体験
装置では、体験者が仮想３次元空間内を実際に歩いて移
動しないため、体感的なリアリティがどうしても足りな
いという問題があった。特に、ゲームの分野では、ゲー
ムの面白さを高めるため、体感的な要素は極めて重要で
ある。このため、より体感的な移動経路入力システムの
開発が必要となる。

【０００８】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は、限られたプレイフィー
ルド内において、体験者が足踏みすることにより、仮想
３次元空間内をプレイヤーが体感的に歩進移動すること
ができる仮想現実体験装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、ディスプレイ上に表示される仮想３次元
空間の景色を見ながら、体験者が前記仮想３次元空間内
を歩進移動する仮想現実体験装置において、体験者の足
踏み動作を検出する足踏み検出手段と、前記仮想３次元
空間内での体験者の進行方向設定情報を入力する方向入
力手段と、前記足踏み検出信号および進行方向設定情報
に基づき、前記仮想３次元空間内における体験者の移動
位置の演算を行う位置演算手段と、前記体験者の移動位
置に基づき、体験者から見える仮想３次元空間の景色を
演算し、前記ディスプレイ上に表示する仮想現実演算手
段と、を含むことを特徴としている。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記方向入力手段は、体験者の頭部に装着され、体
験者の頭部の方向を検出し、進行方向設定情報として入
力するよう形成されたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項３の発明は、請求項１，２の
いずれかにおいて、前記ディスプレイは、体験者の頭部
に装着されたヘッドマウントディスプレイとして形成さ
れたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項４の発明は、請求項１〜３の
いずれかにおいて、前記足踏み検出手段は、体験者に装
着され、足踏み動作に伴い発生する振動を検出出力する
よう形成されたことを特徴としている。

【００１３】また、請求項５の発明は、請求項１〜４の
いずれかにおいて、前記位置演算手段は、前記足踏み検
出信号が入力される毎に、前記仮想３次元空間内での一
歩先の目標座標位置を演算し、現在の座標位置から目標
座標位置へ体験者の移動位置を連続的に変化させるよう
形成されたことを特徴としている。

【００１４】また、請求項６の発明は、請求項１〜５の
いずれかにおいて、前記仮想現実演算手段は、前記足踏
み検出信号が入力される毎に、ディスプレイ上に画面を
上下に微振動表示するよう形成されたことを特徴として
いる。

【００１５】また、請求項７の発明は、請求項１〜６の
いずれかにおいて、前記体験者の足踏み位置に設けら
れ、足踏み面が体験者の足踏み歩進動作にあわせて移動
する足踏み移動装置を含み、体験者が仮想３次元空間内
をその場で歩進移動できるよう形成されたことを特徴と
している。

【００１６】また、請求項８の発明は、請求項１〜７の
いずれかにおいて、前記方向入力手段および前記ディス
プレイは、体験者の頭部に装着された一体型の頭部装着
体として形成されたことを特徴としている。

【００１７】また、請求項９の発明は、請求項１〜８の
いずれかの仮想現実体験装置を用いてゲーム装置を形成
したことを特徴としている。

【００１８】

【作用】本発明の仮想現実体験装置は、体験者がその場
で足踏み動作を行うと、足踏み検出手段がこれを検出
し、検出信号を位置演算手段に向け出力する。

【００１９】このとき、仮想３次元空間内での体験者の
進行方向設定情報は、方向入力手段を用いて位置演算手
段へ入力される。この方向入力手段は、体験者が手動操
作等により入力するよう形成してもよいが、より好まし
くは、請求項２に記載のように、体験者の頭部に装着さ
れ、体験者の頭部の向いた方向を進行方向設定情報とし
て入力するようにすればよい。このようにすることによ
り、体験者は行きたい方向へ頭部を向けることにより、
仮想３次元空間内での移動経路を変更することができ
る。

【００２０】位置演算手段は、このようにして入力され
る足踏み検出信号および進行方向設定情報に基づき、仮
想３次元空間内における体験者の移動位置の演算を行
う。

【００２１】そして、仮想現実演算手段は、このように
して求められた体験者の移動位置に基づき、体験者から
見える仮想３次元空間の景色を演算し、前記ディスプレ
イ上に表示する。

【００２２】このようにして、ディスプレイ上に表示さ
れた仮想３次元空間の景色を見ながら、体験者は前記仮
想３次元空間内を歩進移動することができる。

【００２３】特に、本発明によれば、３次元空間内での
歩進動作を体験者の足踏み動作として検出し、体験者の
移動位置の演算を行う手法を採用している。そのため、
プレイフィールドとして、最小限プレイヤーが足踏み動
作を行うことができる空間を用意すればいいため、装置
全体を小型かつ安価に形成することができる。

【００２４】これに加えて、３次元空間内の歩進移動
を、体験者の足踏み動作として入力しているため、体験
者は仮想３次元空間内を、あたかも実際に歩き、または
走っているような感覚で移動でき、リアリティの高い仮
想現実を体感することができる。

【００２５】特に、前記足踏み検出手段は、請求項４に
記載のように、体験者の足踏み動作にともない発生する
振動を検出するように形成することが好ましく、このよ
うにすることにより、簡単な構成で、かつ確実に足踏み
動作の検出を行うことができる。

【００２６】さらに、請求項５に記載のように、前記位
置演算手段は、足踏み検出信号が入力される毎に、仮想
３次元空間内の一歩先の目標座標位置を演算し、現在の
座標位置から目標座標位置へ体験者の移動位置を連続的
に変化させるように形成することが好ましい。このよう
にすることにより、体験者は仮想３次元空間内をスムー
ズに歩進移動することができ、それにともない、ディス
プレイ上に表示される仮想３次元空間の景色も、連続的
かつ自然に変化してゆくことになる。

【００２７】さらに、請求項６に記載のように、前記仮
想現実演算手段は、足踏み検出信号が入力される毎に、
ディスプレイ上に表示される画面を上下に微震動するよ
うに形成することが好ましい。これにより、人間の歩進
動作を視覚的に演出することができ、さらに、リアリテ
ィの高い仮想現実を体験することができる。

【００２８】さらに、請求項７に記載のように、足踏み
移動装置を設け、足踏み面が体験者の足踏み歩進動作に
合わせて移動するように形成することが好ましい。これ
により、体験者は仮想３次元空間内をその場で歩進移動
することができ、単なる足踏みによって３次元空間内を
移動する場合に比べ、よりリアリティの高い仮想現実を
体験することができる。

【００２９】さらに、請求項８に記載のように、前記方
向入力手段およびディスプレイは、体験者の頭部に一体
型の頭部装着体として、装着できるように形成すること
が好ましい。これにより、体験者は余分な動作を行うこ
となく、仮想３次元空間内を歩進移動することができ
る。

【００３０】さらに、請求項９に記載のように、前記仮
想現実体験装置を用いてゲーム装置を形成することによ
り、プレイヤーは仮想３次元空間として設定された３次
元ゲーム空間内を、歩いたり走ったりしながら自由に移
動し、この３次元ゲーム空間内でゲームを楽しむことが
できる。

【００３１】特に、本発明によれば、３次元ゲーム空間
内をプレイヤーが実際に歩いたり走ったりする感覚で移
動できるリアリティの高い仮想現実体験型のゲーム装置
を、小型でかつ安価に形成することができるという効果
が得られる。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づき
詳細に説明する。

【００３３】図１には、本発明が適用されたゲーム装置
の好適な一例が示されている。

【００３４】実施例のゲーム装置１０は、プレイヤー１
００がプレイルーム１２内で仮想現実体験タイプのゲー
ムを行うように形成されている。

【００３５】このとき、前記プレイヤー１００は、頭部
に頭部装着体２０を装着し、腰にバンドを用いて足踏み
検出部３０を装着し、左手に歩幅設定部５０、右手に銃
６０を握った状態でゲームを行う。

【００３６】図２には、前記頭部装着体２０の具体的な
構成が示されている。この頭部装着体２０は、ディスプ
レイ２２、スピーカ２４および空間センサ２６を、ヘル
メット２９に設けて形成されている。このタイプの装着
体２０によれば、ヘルメット２９をプレイヤー１００が
装着することにより、外部と完全に隔絶した世界を作る
ことができるため、より臨場感溢れる仮想現実を楽しむ
ことができる。

【００３７】そして、実施例のゲーム装置１０では、コ
ンピュータ８０により演算された３次元ゲーム空間の景
色を前記ディスプレイ２２上に表示する。プレーヤ１０
０は、ディスプレイ２２に表示される景色を見ながら、
行きたい方向へ頭を向け、足踏み動作を行う。頭の方
向、足踏み動作は、前記空間センサ２６、足踏み検出部
３０により検出され、コンピュータ８０は、３次元ゲー
ム空間内でのプレーヤの移動方向および位置を演算す
る。

【００３８】このようにして、プレーヤ１００は、ディ
スプレイ２２に表示される景色を見ながら、プレイルー
ム１２内で足踏み動作を行うことにより、３次元ゲーム
空間内を実際に歩いたり走ったりする感覚で自由に移動
することができる。

【００３９】実施例において、前記ディスプレイ２２
は、プレイヤー１００の視界を覆うようにプレイヤー１
００の目の前に取り付けられ、コンピュータ８０からケ
ーブル７０を介して送られてくる画像信号に基づき、３
次元ゲーム空間内の景色を画像表示するものである。こ
のディスプレイ２２としては、例えばカラー液晶ディス
プレイ等を用いればよい。

【００４０】さらに、前記ディスプレイ２２の形状とし
ては、プレイヤー１００の顔の形状に沿ってプレイヤー
の視界を覆うように形成し、パノラマ映像効果を得るよ
うな形状としてもよい。また、２つの小型ディスプレイ
をそれぞれプレイヤー１００の両眼の前に形成するよう
な形状としてもよい。後者の場合は、両眼に与えられた
平面的な２次元画像に視差のある画像を与えること等に
より、３次元的な立体感を与えるように形成することが
好ましい。このようにすれば、物体の大きさや、物体ま
での距離を把握することができるようになるため、より
現実世界に近付いた仮想現実を作り出すことが可能とな
る。

【００４１】また、前記空間センサ２６は、プレイルー
ム１２の天井に設けられたもう一方の空間センサ２８と
対となり、プレイヤー１００の頭の向き、すなわち、視
野方向を検出するように形成されている。また、実施例
の空間センサ２６，２８は、プレイヤー１００の頭の向
きをプレイヤー１００の移動する方向として入力する方
向入力手段としても機能するように形成されている。

【００４２】実施例のゲーム装置１０では、プレイヤー
１００は、プレイルーム１２の足踏み面１６上におい
て、その場で足踏み動作を行うことにより、３次元ゲー
ム空間内を移動するように構成されている。したがっ
て、プレイヤー１００は、プレイルーム１２内において
ほとんど動かないか、もしくは動いたとしても許容範囲
にあるため、前記１対の空間センサ２６，２８により、
プレイヤー１００の視野方向を正確に検出できる。

【００４３】前記空間センサ２６，２８による方向検出
手法としては、例えば以下の手法が考えられる。それぞ
れの空間センサ２６，２８を互いに直交した３つのコイ
ルで構成する。そして、どちらか一方の空間センサのコ
イルに電流を流し、このときに他方の空間センサのコイ
ルに誘起される電流値から、両空間センサ２６，２８の
方向を含めた位置関係を検出する。これにより、プレイ
ヤー１００の頭の向きを検出することができる。

【００４４】なお、空間センサ２６，２８による３次元
情報の検出方法としては、上記動磁界を利用したものに
限らず、例えば静磁界を利用したもの、超音波を利用し
たもの等を用いてもよい。

【００４５】図３には、前記足踏み検出部３０の具体的
な構成が示されている。

【００４６】実施例の足踏み検出部３０は、プレイヤー
１００の足踏み動作にともない発生する振動を検出する
よう形成され、具体的には、いわゆる万歩計と同様な構
造になっている。

【００４７】すなわち、この足踏み検出部３０は、導電
性の材料を用いて形成されたアーム３４の一端側３４ａ
がハウジング３２内に回動自在に軸支され、このアーム
３４の他端側に重り３５が固定されている。さらに、こ
のアーム３４は、バネ３８により常時矢印Ａ方向へ付勢
されている。そして、振動が与えられると、アーム３４
は、この付勢力に抗し自重により矢印Ｂ方向へ回動し、
その接点３４ｂが端子４０と接触するように構成されて
いる。なお、前記アーム３４は、前記導電性のバネ３８
を介し、もう一方の端子３６と電気的に接続されてい
る。

【００４８】以上の構成とすることにより、プレイヤー
１００が足踏み動作を行い、そのときの振動が足踏み検
出部３０に伝わると、アーム３４はその都度バネ３８の
付勢力に抗して端子４０と接触し、この足踏み動作を検
出することになる。

【００４９】図４には、前記歩幅設定部５０の具体的な
構成が示されている。

【００５０】この歩幅設定部５０は、プレイヤーがグリ
ップ５２を握り、人指し指を回転式スライダ５４の指穴
５６へ差し込み、スライダ５４を矢印Ａで示す手前側へ
回動操作することにより、その操作量に応じて前進方向
への歩幅を設定する。それとは反対の矢印Ｂ側へスライ
ダ５４を回動操作すると、後退方向へ歩幅を設定する。
具体的には、スライダ５４は、図示しないバネにより常
に中立状態へ自動復帰するように構成されている。スラ
イダ５４の回転軸にはボリューム５８の回転軸が取り付
け固定されている。そして、スライダ５４を中立位置か
ら矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向へ回動操作することによ
り、ボリューム５８の抵抗値が変化し、その抵抗変化分
に応じて前進方向または後退方向へ歩幅設定がなされる
ことになる。

【００５１】プレイヤーが前進したい場合には矢印Ａ方
向へ、後退したい場合には矢印Ｂ方向へスライダ５４を
回動させればよい。

【００５２】前記銃６０は、基本的には、図４に示す歩
幅設定部５０と同様な構成を採用している。この銃６０
は、回転式スライダ５４がトリガーとして機能し、トリ
ガーを矢印Ａ側へ一定幅以上引くと、画面内の銃６０が
発砲され、それに続いて各種の反応が生じるように形成
されている。また、トリガーであるスライダ５４を、反
対に矢印Ｂ側へ押すと、プレイヤー１００の前にシール
ドが形成されるようにゲーム設定されている。

【００５３】実施例のゲーム装置１０は、前述したよう
に、コンピュータ８０により演算された３次元ゲーム空
間内をプレイヤー１００が自由に歩進移動できるように
形成されている。

【００５４】すなわち、コンピュータ８０は、頭部装着
体２０、足踏み検出部３０、歩幅設定部５０、銃６０等
から入力される信号に基づき、所定のゲーム演算を行
い、３次元ゲーム空間を演算設定する。そしてコンピュ
ータ８０は、足踏み検出部３０の検出信号および空間セ
ンサ２６，２８で検出される頭の向き等から３次元ゲー
ム空間内におけるプレイヤー１００の移動位置を演算
し、ディスプレイ２２上に、プレイヤー１００から見え
る３次元空間の景色を画像表示する。

【００５５】図５には、実施例の移動位置の基本的な演
算原理が概略的に示されている。

【００５６】コンピュータ８０は、３次元ゲーム空間内
における平面的な移動位置を、Ｘ，Ｙ座標で特定するよ
うに構成されている。いま、プレイヤー１００のゲーム
空間内における座標位置が（ＸN ，ＹN ）で与えられて
おり、プレイヤー１００がθの方向を向いている場合を
想定する。この状態で、足踏み検出部３０から足踏み信
号が出力されると、プレイヤー１００の次のゲーム空間
座標が次式で与えられる。

【００５７】ＸN ＋１＝ＸN ＋ｒｃｏｓθ，ＹN ＋１＝ＹN ＋ｒｓｉｎθ …（１）ただし、ｒ＝ｋＶ（ｋは比例定数）ここにおいて前記Ｖは、歩幅設定部５０のボリューム５
８の抵抗値である。したがって、歩幅設定部５０のスラ
イダ５４の操作量に応じ、プレイヤー１００は歩幅を任
意に設定することができる。

【００５８】このようにして、実施例のゲーム装置１０
は、プレイヤー１００が行きたい方向へ頭を向け、足踏
みすることで、３次元ゲーム空間内を自由に歩きまたは
走って移動することができる。そして、コンピュータ８
０は、その移動位置において、プレイヤー１００から見
える３次元ゲーム空間内の景色をディスプレイ２２上に
リアルタイムに表示することになる。

【００５９】そして、プレイヤー１００は、ディスプレ
イ２２を介して見える３次元ゲーム空間内において、例
えば宝物等を捜してゲームを行うことができる。また、
怪獣等が現れた場合には、これを退治しながらゲームを
進めることができる。

【００６０】ところで、前記（１）式に基づき、プレイ
ヤー１００の移動位置の演算を行うと、プレイヤー１０
０の移動にともない、プレイヤー１００が視点位置も不
連続に変化する。このような問題を解決するためには、
プレイヤー１００の視点位置を、以下に示すように足踏
み動作に合わせて連続的に変化させればよい。

【００６１】すなわち、歩幅設定部５０の現在のボリュ
ーム位置をＶN 、プレイヤー１００の現在のゲーム空間
座標位置を（ＸN ，ＹN ）、プレイヤー１００の視点座
標位置を（ＸV ，ＹV ）とする。

【００６２】そして、足踏み検出部３０から、検出信号
が検出されると、次式に基づきプレイヤー１００の次の
目標視点位置（ＸP ，ＹP ）を次式に基づき演算する。

【００６３】ＸP ＝ＸN ＋ｒN ｃｏｓθN ，ＹP ＝ＹN ＋ｒN ｓｉｎθN …（２）ただし、ｒN ＝ｋＶN （ｋは比例定数） θN はゲーム空間内で現在プレイヤー１００の向いてい
る方向である。

【００６４】そして、プレイヤー１００の位置および視
点位置が、前記（２）式で表される目標視点位置へ向け
次第に近付くよう、演算設定する（実施例では、プレイ
ヤーの位置および視点位置のＸ，Ｙ座標は同じ値を取る
ように設定されている）。すなわち、プレイヤー１００
の視点位置（ＸV ，ＹV ）が所定の時間遅れをもって原
位置（ＸN ，ＹN ）から目標視点位置（Ｘp ，Ｙp ）へ
向け近付くように演算が行われる。

【００６５】このような演算を、足踏み検出部３０から
検出信号が出力される毎に行えば、プレイヤー１００
は、３次元ゲーム空間内をスムーズに移動することがで
き、ディスプレイ２２上にも、プレイヤー１００の移動
にともない景色が連続変化するように表示されることに
なる。

【００６６】なお、このような追従演算は、具体的には
次のように行うことができる。

【００６７】すなわち、図６に示すよう、プレイヤー１
００の現在位置（ＸN ，ＹN ）と目標位置（ＸP ，ＹP
）とに基づき、Ｘ成分、Ｙ成分それぞれについてｔ時
間あたりの微小移動距離ｖｔｃｏｓθ，ｖｔｓｉｎ
θを求める。

【００６８】ここにおいて、ｖは所定定数、ｔは所定加
算時間間隔である。

【００６９】また、ｃｏｓθ，ｓｉｎθは次式で表され
る。

【数１】そして、プレイヤー１００の視点座標（ＸV ，ＹV ）
が、目標座標位置（ＸP，ＹP ）に達するまで、視点座
標（ＸV ，ＹV ）に対し、それぞれｖｔｃｏｓθ、ｖ
ｔｓｉｎθを加算していく。このようにすることによ
り、プレイヤー１００の移動にともない、その視点位置
が連続的にスムーズに変化することになる。

【００７０】また、上記演算の途中で、歩幅設定部５０
のボリューム５８の値、プレーヤの移動方向が変化した
場合、前記追従演算は、図７に示すように行われる。

【００７１】すなわち、１回の歩進動作中に、歩幅設定
部５０のボリューム５８の値が変化したり、プレイヤー
１００の頭の向きが変化すると、これに応じて、目標座
標位置（ＸP ，ＹP ）が図中２００で示すように変化す
る。このように目標座標位置が変化すると、プレイヤー
１００の現在の視点位置と、新たな目標座標位置との間
で、前述した微小移動距離ｖｔｃｏｓθ、ｖｔｓｉ
ｎθが新たに演算設定され、同様な追従演算が行われる
ことになる。

【００７２】図８には、実施例のゲーム装置のブロック
回路が示されている。

【００７３】実施例において、空間センサ２６，２８
は、プレイヤー１００の進行方向を特定する方向入力部
９０として機能するように形成されている。

【００７４】また、前記コンピュータ８０は、位置演算
部８２、ゲーム用仮想現実演算部８４および表示画像合
成部８６として機能するように形成されている。

【００７５】前記位置演算部８２は、前述したプレイヤ
ー１００の移動位置および視点位置の演算手法を用い演
算を行うよう形成されている。すなわち、方向入力部９
０、歩幅設定部５０、足踏み検出部３０からの信号に基
づき、プレイヤー１００の移動位置、移動方向および視
点位置を演算し、その演算結果をゲーム用仮想現実演算
部８４へ向け出力する。

【００７６】前記ゲーム用仮想現実演算部８４は、位置
演算部８２、銃６０等から入力される信号や、予め定め
られたゲームプログラム等に基づき、各種のゲーム演算
を行い、表示画像合成部８６を用いてディスプレイ２２
上に、プレイヤー１００から見える３次元ゲーム空間の
景色を表示させる。このようなゲーム画面の演算は、ま
ず、３次元ゲーム空間を、表示画像合成部８６を用い
て、所定の視点座標系の投影面に透視投影変換してゲー
ム画面を形成し、これをディスプレイ２２上に表示する
ようにして行われる。

【００７７】図９には、このような画像合成手法の原理
が示されている。

【００７８】実施例のゲーム装置には、３次元ゲーム空
間５００およびこの３次元ゲーム空間５００内に登場す
る３次元オブジェクト５１０に関する情報が予め記憶さ
れている。前記３次元オブジェクト５１０に関する画像
情報は、複数のポリゴン５１２−１，５１２−２，５１
２−３……からなる形状モデルとして表現され、予めメ
モリ内に記憶されている。後述するゲームを例にとる
と、３次元オブジェクト５１０は、３次元ゲーム空間５
００内に図１１に示すように登場するピラミッドであ
り、３次元ゲーム空間５００内には、この他に、例えば
図１４に示すようなモンスターやその他各種の３次元オ
ブジェクトが配置されている。

【００７９】そして、プレイヤー１００が、３次元ゲー
ム空間５００内を移動すると、ゲーム用仮想現実演算部
８４は、プレイヤー１００の視点座標やゲームプログラ
ムに基づいて各種３次元オブジェクト５１０の回転、並
進等の演算をリアルタイムで行う。そして、これら３次
元オブジェクト５１０およびその他の３次元オブジェク
トは、視点座標系の透視投影面５２０上に透視投影変換
され、疑似３次元画像５２２としてディスプレイ２２上
に表示される。

【００８０】このようなコンピュータグラフィックスの
手法を用いた場合、前記３次元オブジェクト５１０は、
独立したボディ座標系を持ち、その形状モデルを作成し
ている。すなわち、３次元オブジェクト５１０を構成す
る各ポリゴンを、そのボディ座標系上に配置し、その形
状モデルを特定している。

【００８１】さらに、３次元ゲーム空間５００は、ワー
ルド座標系（ＸW ，ＹW ，ＺW ）を用いて構成され、ボ
ディ座標系を用いて表された３次元オブジェクト５１０
は、その運動モデルに従ってワールド座標系の中に配置
される。

【００８２】そして、プレイヤー１００の視点６１０の
位置を原点として、視点の方向を正方向にとった視点座
標系にデータを変換し、投影面５２０であるスクリーン
座標系へ、それぞれの座標を透視投影変換する。このよ
うにして、視点６１０から見える３次元ゲーム空間５０
０の視野内の画像をディスプレイ２２０上に表示するこ
とができる。

【００８３】このような画像合成手法を用いた場合に
は、例えば、視点位置を６１０Ａ、６１０Ｂ等へ変更す
ることによって、その方向から見た３次元ゲーム空間内
の景色を簡単にディスプレイ２２上へ、画像表示するこ
とができる。

【００８４】さらに、実施例のゲーム用仮想現実演算部
８４は、ゲーム演算結果に基づき、スピーカ２４から所
定の効果音を音声出力させると共に、必要に応じナレー
ションおよび必要な指示を音声出力するように形成され
ている。

【００８５】次に、本実施例のゲーム装置の動作を実際
にゲームを行う場合を例にとり説明する。

【００８６】図１０に示すよう、実施例の３次元ゲーム
空間５００は、砂漠７００の中にピラミッド７１０が設
けられ、プレイヤー１００は、砂漠７００及びピラミッ
ド７１０内を自由に移動できるように形成されている。

【００８７】また、実施例の３次元ゲーム空間５００
は、図１０に示すＸＹ平面が小区画に分割されており、
各区画は高さデータ（Ｚ座標）を有している。そのた
め、プレイヤー１００の視点６１０は、そのＸＹ座標に
よって、Ｚ座標が決定される。

【００８８】ゲームの目的はピラミッド７１０の中の王
様の部屋から、プレイヤー１００が宝物を持ち帰ること
にある。ピラミッド７１０は、図１２に示すよう、迷路
になっており、迷路内にはひろくモンスターが徘徊して
いる。プレイヤー１００は、モンスターの吹く火をシー
ルドで防ぎながら、銃６０でモンスターを倒し、あるい
はモンスターから逃げながら迷路中央の王様の部屋に辿
り着き、部屋中央に置かれている黄金の冠７３０の上を
通過することにより、黄金の冠を手に入れることができ
る。そして、黄金の冠を手に入れたプレイヤーが、再度
ピラミッド７１０の入り口７２０まで戻ってきた時点
で、ゲームはクリアされる。

【００８９】まず、図１に示すよう、プレイヤー１００
は、ゲーム開始に先立って頭部装着体２０、足踏み検出
部３０を装着し、左手に歩幅設定部５０、右手に銃６０
を持つ。ゲームの準備を行った後、ゲームがスタートす
る。ゲームがスタートした時点では、プレイヤー１００
は図１０に示すよう、砂漠７００の中でピラミッド７１
０の正面に立っている。このとき、ディスプレイ２２上
には、図１１に示すよう、プレイヤー１００からピラミ
ッド７１０を見たゲーム画面が表示される。このとき、
プレイヤー１００が、右、左、または後方を向けば、そ
の方向の景色、すなわち、ピラミッドのない砂漠だけの
映像がディスプレイ２２上に映し出される。なお、図１
１において、７２０はピラミッドの入り口、７２２は階
段を表し、映像には写らないが、点線の部分７４０は、
ピラミッド７１０内部の迷路の位置を表している。

【００９０】そして、プレイヤー１００が歩幅設定部５
０のスライダ５４を手前に引き、足踏み動作を開始する
と、３次元ゲーム空間５００内のプレイヤー１００は、
一歩一歩ピラミッド７１０に接近し、階段７２２を上が
り、入り口７２０から迷路７４０内へ入っていく。ディ
スプレイ２２上の映像は、ピラミッド７１０が足踏みに
合わせて徐々に近付いてくるように表示される。

【００９１】このとき、プレイヤー１００が足踏み動作
を行う毎に、プレイヤー１００の視点６１０の位置を僅
かに上下に移動させるように形成することが好ましい。
このため、実施例のゲーム用画像演算部８４は、足踏み
検出部３０から検出信号を入力されるごとに、プレイヤ
ー１００の視点６１０の位置を僅かに上下動するように
形成されている。

【００９２】このようにすれば、より歩いている状態に
近い映像が得られる。

【００９３】図１５，１６には、このときの様子が概略
的に示されている。

【００９４】例えば、図１６に示すように、プレイヤー
１００が正面の対象物７６０を見ながら歩く場合には、
同図（Ａ）に示すよう、片方の足が完全に地面に着いて
いて、もう片方の足が中に浮いている時の視点６２０の
高さと、同図（Ｂ）に示すよう、片方の足が着地して、
もう片方の足が地面から離れようとするときの視点６１
０の高さとが異なる場合が多い。すなわち、プレイヤー
１００が歩進動作をする度に、プレイヤー１００から見
える景色は僅かに上下動することになる。このため、ゲ
ーム用仮想現実演算部８４が、足踏み検出部３０からの
検出信号を入力される度に、ディスプレイ２２上に表示
される画面を例えば図１５（Ａ），（Ｂ）に示すよう、
僅かに上下動させることにより、実際に歩いている雰囲
気を、視覚的に表現することができる。このとき、スピ
ーカ２４から足音を音声出力するように形成すれば、よ
り好ましい。

【００９５】そして、プレイヤー１００が、階段７２２
の所を登り始めると、階段７２２が足踏みに合わせて断
続的に徐々に下がっていくように見え、入り口７２０が
上から徐々に下に降りてくるように見える。

【００９６】図１３、図１４は、プレイヤー１００が迷
路７４０内にいるときの映像である。図１３は、迷路７
４０のＡの点から矢印方向を見た時の映像であり、図１
４は、迷路７４０のＢの点から矢印方向を見た時の映像
である。図１４では、迷路７４０のＣの位置にいる敵モ
ンスター７４２が見えている。この敵モンスター７４２
は、「ギャオー」という鳴き声の後、口から火を吹いて
プレイヤー１００を攻撃してくるもので、ヘッドホンス
ピーカ２４からモンスターの鳴き声が聞こえたら、銃６
０を操作してシールドを出して防御するか、火を吹く前
に銃６０でやっつけなければならない。

【００９７】また、モンスター７４２は、接近し過ぎる
と、爪や牙で攻撃してくるので、接近したら、プレイヤ
ー１００は後退して、あるいは振り返って逃げなければ
ならない。さらにまたモンスター７４２が映像視界中に
入っていなくても、ステレオヘッドホンシステムによっ
て作られた音像によりその位置を知ることができる。見
えていなくても、近くにいれば攻撃してくるので、鳴き
声が聞こえたらその方向を向いて敵の様子を確認しなけ
ればならない。

【００９８】このようにして、敵モンスター７４２を避
けながら迷路内を進み、王様の部屋を捜しあてる。王様
の部屋中央には、黄金の冠７３０が置かれており、プレ
イヤー１００はその上を通過すると、冠を手に入れるこ
とができる。冠を手に入れたら、今度は敵モンスターを
避けながら入り口７２０迄辿り着く。無事入り口７２０
からピラミッド７１０の外に出ることができればゲーム
はクリアとなる。

【００９９】このように、実施例のゲーム装置１０によ
れば、プレイヤー１００は歩いた状態の足踏み動作や、
駆け足状態の足踏み動作を行うことにより、３次元ゲー
ム空間５００内を実際の世界と同様な感覚で自由に歩
き、または走った状態で移動することができる。このた
め、非常にリアリティの高い仮想現実の世界を体感で
き、実際にゲーム空間内に入り込んでゲームを楽しむこ
とができる。

【０１００】特に、実施例のゲーム装置は、行きたい方
向へ頭を向けるだけでその方向へプレイヤー１００が移
動できるため、３次元ゲーム空間５００内の移動を極め
てスムーズに行うことができる。

【０１０１】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が
可能である。

【０１０２】例えば、前記実施例では、プレイヤー１０
０の向いている方向を、頭部装着体２０および天井に取
り付けた空間センサ２６，２８を用いて検出し、その方
向へゲーム空間内を移動するようにしている。しかし、
このような大がかりな装置によらず、歩幅設定部３０
に、左右回転用ボタン等を設け、進行方向および視野方
向をこのボタンレバーにより設定操作するようにしても
よい。そうすれば、空間センサは不要になり、家庭用ゲ
ーム機としても実現できる。

【０１０３】またさらに、頭部装着体２０および天井に
取り付けた空間センサ２６，２８と、歩幅設定部３０に
設けたボタン等の両方を用い、歩幅設定部３０のボタン
等を進行方向設定情報を入力する方向入力手段として用
い、空間センサ２６，２８を視野方向設定手段として用
いるようにすれば、進行方向と視野方向を別々に設定操
作することができ、例えば仮想空間内を前を向いたまま
横に歩いていったり、回りを見回しながら前方へ歩いて
いったりというようなことが可能になる。

【０１０４】また、敵モンスターが登場しない単なる迷
路ゲームのような、銃を使用しないゲームにおいては、
前記銃６０は不要となることはいうまでもない。

【０１０５】また、前記実施例では、プレイヤー１００
がその場で足踏み動作を行う場合を例にとり説明した
が、本発明はこれに限らず、必要に応じ、図１７に示す
よう、プレイルーム１２の床面に足踏み移動装置９０を
設けてもよい、この足踏み移動装置９０は、足踏み面１
６がプレイヤー１００の足踏み動作に合わせて移動する
ように形成されている。具体的には、複数のローラ９２
間に無端ベルト９４をかけわたし、この無端ベルト９４
がプレイヤー１００の足踏み動作に合わせて回転するよ
うに構成されている。このようにすることにより、プレ
イヤー１００は、さらに実際に近い感覚で、３次元ゲー
ム空間内を歩いたり走ったりしながら、ゲームを楽しむ
ことができる。

【０１０６】また、前記実施例では一人のプレイヤー１
００が３次元ゲーム空間内を移動するように形成した場
合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、複数
のプレイヤーが３次元ゲーム空間内を移動しながらプレ
イを行うように形成することもできる。

【０１０７】また、前記実施例は、本発明をゲーム装置
に適用した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、これ以外の各種仮想現実体験装置、例えば各種
シミュレータ等に幅広く用いることができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
仮想３次元空間内での歩進移動を体験者の足踏み動作と
して入力しているため、体験者は仮想３次元空間内を、
あたかも実際に歩き、または走っているような感覚で移
動でき、この結果、リアリティの高い仮想現実を体感可
能な仮想現実体感装置を得ることができるという効果が
ある。

【０１０９】また、請求項２発明によれば、体験者は行
きたい方向へ頭部を向けることにより、仮想３次元空間
内の移動経路を変更することができ、仮想３次元空間内
での移動経路の変更を簡単に行うことができる。

【０１１０】また、請求項３の発明によれば、ディスプ
レイをヘッドマウントディスプレイとして形成すること
により、さらにリアリティの高い仮想現実体感装置を得
ることができる。

【０１１１】また、請求項４の発明によれば、体験者の
歩進動作の検出を行う足踏み検出手段を、簡単かつ安価
に形成することができる。

【０１１２】また、請求項５の発明によれば、体験者が
仮想３次元空間内をより自然に近い感覚で移動でき、し
かも体験者の座標位置に合わせて視点位置を変化させる
ことにより、プレイヤーから見える仮想３次元空間内の
景色をディスプレイ上に実際により近い感覚で表示する
ことができる。

【０１１３】また、請求項６の発明によれば、プレイヤ
ーの足踏み動作に合わせて、ディスプレイ上の画面を上
下に微震動表示することにより、視覚的に歩進動作を演
出することができる。

【０１１４】さらに、請求項７の発明によれば、体験者
の足踏み動作に合わせて、足踏み面も移動するため、さ
らに実際に近い感覚で仮想３次元空間内を歩きまたは走
って移動することができる。

【０１１５】また、請求項８の発明によれば、方向入力
手段およびディスプレイを頭部に装着された一体型のも
のとして形成することにより、プレイヤーは進行方向を
手動入力するといったようなわずらわしい動作から解放
され、より自由に仮想３次元空間内を移動することがで
きる。

【０１１６】さらに、請求項９の発明によれば、このよ
うな仮想現実体感装置を用いてゲーム装置を形成するこ
とにより、プレイヤーは３次元ゲーム空間内に入り込ん
でで実際に歩いたり走ったりしながら移動するという状
態を体感でき、よりリアリティの高い仮想現実を体感型
のゲームを楽しむことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された仮想現実体感型のゲーム装
置の概略説明図である。

【図２】実施例のゲーム装置で使用される頭部装着体の
概略説明図である。

【図３】実施例で使用される足踏み検出部の具体的な構
成を示す説明図である。

【図４】実施例のゲーム装置で使用される歩幅設定部の
説明図である。

【図５】プレイヤーの移動経路の演算原理を示す説明図
である。

【図６】プレイヤーの移動経路の演算手法の他の実施例
の説明図である。

【図７】プレイヤーの移動経路の演算手法の他の実施例
の説明図である。

【図８】実施例のゲーム装置のブロック回路図である。

【図９】実施例のゲーム装置の画像合成原理の説明図で
ある。

【図１０】実施例の３次元ゲーム空間の概略平面図であ
る。

【図１１】プレイヤーが正面からピラミッドを見た状態
のゲーム画面の説明図である。

【図１２】ピラミッド内の迷路の説明図である。

【図１３】プレイヤーがピラミッド内部を見たときのゲ
ーム画面の説明図である。

【図１４】ピラミッド内部にモンスターが登場した場合
のゲーム画面の説明図である。

【図１５】プレイヤーの歩進動作に合わせてゲーム画面
が上下に微震動する様子を示す説明図である。

【図１６】プレイヤーの歩進動作に合わせて視点位置が
上下に移動する様子を示す説明図である。

【図１７】本発明の他の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１０ゲーム装置１２プレイルーム１６足踏み検出部２０頭部装着体２２ディスプレイ２４スピーカ２６，２８センサ２９ヘルメット３０足踏み検出部５０歩幅設定部１００プレイヤー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスプレイ上に表示される仮想３次元
空間の景色を見ながら、体験者が前記仮想３次元空間内
を歩進移動する仮想現実体験装置において、体験者の足踏み動作を検出する足踏み検出手段と、前記仮想３次元空間内での体験者の進行方向設定情報を
入力する方向入力手段と、前記足踏み検出信号および進行方向設定情報に基づき、
前記仮想３次元空間内における体験者の移動位置の演算
を行う位置演算手段と、前記体験者の移動位置に基づき、体験者から見える仮想
３次元空間の景色を演算し、前記ディスプレイ上に表示
する仮想現実演算手段と、を含むことを特徴とする仮想現実体験装置。
【請求項２】請求項１において、前記方向入力手段は、体験者の頭部に装着され、体験者の頭部の方向を検出
し、進行方向設定情報として入力するよう形成されたこ
とを特徴とする仮想現実体験装置。
【請求項３】請求項１，２のいずれかにおいて、前記ディスプレイは、体験者の頭部に装着されたヘッドマウントディスプレイ
として形成されたことを特徴とする仮想現実体験装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記足踏み検出手段は、体験者に装着され、足踏み動作に伴い発生する振動を検
出出力するよう形成されたことを特徴とする仮想現実体
験装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記位置演算手段は、前記足踏み検出信号が入力される毎に、前記仮想３次元
空間内での一歩先の目標座標位置を演算し、現在の座標
位置から目標座標位置へ体験者の移動位置を連続的に変
化させるよう形成されたことを特徴とする仮想現実体験
装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記仮想現実演算手段は、前記足踏み検出信号が入力される毎に、ディスプレイ上
に画面を上下に微振動表示するよう形成されたことを特
徴とする仮想現実体験装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記体験者の足踏み位置に設けられ、足踏み面が体験者
の足踏み歩進動作にあわせて移動する足踏み移動装置を
含み、体験者が仮想３次元空間内をその場で歩進移動できるよ
う形成されたことを特徴とする仮想現実体験装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記方向入力手段および前記ディスプレイは、体験者の頭部に装着された一体型の頭部装着体として形
成されたことを特徴とする仮想現実体験装置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかの仮想現実体験
装置を用いて形成されたことを特徴とする仮想現実体験
型ゲーム装置。