JPH09237353A

JPH09237353A - 立体画像システム、その方法、ゲーム装置及び記録媒体

Info

Publication number: JPH09237353A
Application number: JP8351267A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Doi; 秀顕土居
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JP3952319B2

Abstract

(57)【要約】【課題】観察者の手等の身体部位に仮想体画像を立
体表示することが可能な立体画像表示技術を提供する。【解決手段】観察者に仮想体画像を立体的に認識させ
る立体画像システムであって、仮想体画像を観察する観
察者の所定の身体部位（手等）における実空間上の位置
を検出し、その空間座標を出力する位置検出手段
（Ｓ₃、Ｓ₄、Ｓ₇、Ｓ₈、２、１）と、位置検出手段の出
力した空間座標に基づいて、仮想体画像を観察者に認識
させる位置を決定する表示位置決定手段１と、を備え
る。垂直同期期間ごとに視差のある２つの画像がそれぞ
れ提示され、観察者の左右の目に各々提示されるので、
観察者は、自らの身体部位（手）に、武器等（Ｗ₁、Ｗ
ｒ2）が現実に存在するかのように画像を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の画像表示面
に画像を表示する画像表示装置に係り、特に、いわゆる
立体画像を複数人に提示する画像表示技術の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数の画像表示面に跨って画
像を表示する画像表示装置が開発されてきた。例えば、
特開昭６０−８９２０９号公報、特開昭６０−１５４２
８７号等には、複数の画像表示面（マルチスクリーン）
へ同時に共通の画像を表示できる画像表示装置が掲載さ
れている。これらの画像表示装置は、広いメモリ空間を
スクリーンの数に分割し、分割したメモリエリアの画像
を対応するスクリーンへ表示するというものである。

【０００３】また、近年のヴァーチャル・リアリティ
（Virtual Reality；ＶＲ；仮想現実感）に基づく表示
技術の向上に伴い、複数の画像表示面に跨って仮想現実
感を観察者に提示するための立体表示装置が出現した。
米国・シカゴのイリノイ大学の電子視覚化研究所（Elec
tronic Visualization Laboratory）において、１９９
２年に開発されたＣＡＶＥ（Cave Automatic Virtual E
nvironment）が、この代表である。ＣＡＶＥは、３ｍ立
方程度の大きさに空間のうち、観察者の前面、左右の壁
面、および底面の各々の画像表示面へ、プロジェクタ
（投影器）を用いて２次元画像を表示することにより、
立体的に画像を知覚させる。ＣＡＶＥシアタの内部に入
る観察者は、液晶シャッタで動作する眼鏡を装着する。
立体画像は、垂直同期期間毎に右目用の画像と左目用の
画像が交替に表示されるものである。これを観察者が肉
眼のまま認識したのでは、立体感のない２次元画像とし
て認識されるのみである。ところが、観察者が装着する
眼鏡の液晶シャッタを開閉するタイミングを、この立体
画像の切換タイミングに同期させれば、観察者の右目に
は右目用の画像のみ、左目には左目用の画像のみが提供
されるので、観察者は壁面に表示された２次元画像を立
体的に認識することになる。

【０００４】立体画像を生成するには、ある観察者の視
点を特定しなければならない。ＣＡＶＥでは、観察者の
視点の位置を検出するためのセンサを備えた眼鏡を、観
察者の一人が装着する。コンピュータは、このセンサに
よって得られた視点の座標に基づいて、原画像データに
マトリクス演算を施し、各壁面等に表示する立体画像を
生成する。

【０００５】ＣＡＶＥシアタについては、１９９２年の
ＡＣＭシー・グラフ（SIGGRAPH）会議で発表された他、
インターネット上でもその概要が開示されている。ま
た、ＣＡＶＥの技術的概要については、「COMPUTER GRA
PHICS Oroceedings,Annual Conference Series,1993」
の論文、“Surround-Screen Projection-Based Virtual
Reality:The Design and Implementation of the CAV
E”（Carolina Cruz-Neira他２名）に詳しく記載されて
いる。

【０００６】一方、複数の観察者の各々が同一画面を見
ているにもかかわらず、各自に異なる画像を提供すると
いう技術が、特開平７−２２２０８７号公報に記載され
ている。この公知技術は、同一画面に複数種類の画像を
時分割して表示し、各観察者にこの時分割タイミングに
同期させて開閉する眼鏡をかけさせることにより、各自
に異なる内容の画像を認識させるというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ゲーム装置
等に立体画像システムを適用する場合、立体画像表示さ
れたキャラクタを観察者（遊技者）が攻撃することも考
えられる。この場合、実空間には存在しない武器等の仮
想体画像を観察者の手に表示させ、また、弾や光線等の
仮想体画像をキャラクタに向かって発射させることがで
きれば、観察者の興味を大いに喚起することができる。

【０００８】更に、上記のように観察者の持つ武器自体
を仮想体画像とすることで、ゲームの雰囲気に合わせた
武器を瞬時に出現させることができる。例えば、歴史を
跨いで展開するようなゲーム（ゲームの進行に連れ、複
数の時代を行き来するようなゲーム）を作ってもゲーム
の雰囲気を損なうことなく対応させることができる。

【０００９】そこで、本発明は、観察者の手等の身体部
位に仮想体画像を立体表示することが可能な立体画像シ
ステム、ゲーム装置、その方法および記録媒体を提供す
ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の画像表
示装置は、観察者に仮想体画像を立体的に認識させる立
体画像システムである。位置検出手段（電界、電磁界、
超音波等のセンサおよびコンピュータ）は、仮想体画像
を観察する観察者の所定の身体部位（例えば、手）にお
ける位置を検出し、その空間座標を出力する。表示位置
決定手段（ワークステーション等）は、前記位置検出手
段の出力した空間座標に基づいて、仮想体画像を観察者
に認識させる実空間上の位置を決定する。ここで、仮想
体とは、例えば武器等の仮想的な物体あるいは光線等の
物質の総称をいうものとする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、観察者の目にそ
の視差を反映した仮想体画像をそれぞれ提示し、観察者
にこの仮想体画像を立体的に認識させる立体画像システ
ムである。位置検出手段（各種センサ、コンピュータ
等）は、仮想体画像の観察者の、所定の身体部位（例え
ば、手）における実空間上の位置を検出し、その空間座
標を出力する。画像表示手段（ワークステーション、プ
ロジェクタ、モニタ等）は、位置検出手段の出力した空
間座標に基づき、前記空間座標に対応する位置に像（例
えば、武器）を結ぶように仮想体画像を表示する。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の立体画像システムにおいて、仮想体画像
は、位置検出手段が検出した位置から発射されるかの如
く観察者に認識させる物体の画像（例えば、弾やレーザ
ービーム）を含む。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の立体画像システムにおいて、仮想体画像
は、位置検出手段が検出した位置から発射されるかの如
く観察者に認識させる物体の画像（例えば、弾やレーザ
ービーム）を含む。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の立体画像システムにおいて、前記衝突判定手段は、前
記第１の仮想体に設定された所定の半径を有する１以上
の空間領域と前記第２の仮想体画像に設定された所定の
半径を有する１以上の空間領域とが、重なるか否かを、
各前記空間座標と各前記半径とに基づいて演算すること
により、前記衝突の有無を判定すること、を特徴とす
る。

【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の立体画像システムにおいて、仮想体画像
は、左目の視点に対応する画像と右目の視点に対応する
画像が、時分割的に交互に表示されるものである。これ
に同期して開閉する電子シャッター（液晶等の電子シャ
ッター）を用いて、観察者の左右の目に、前記左目の視
点に対応する画像と前記右目の視点に対応する画像とを
個別に提示することことにより、この観察者に前記仮想
体画像を認識させる。

【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項２に記載
の立体画像システムにおいて、画像表示手段は、画像の
観察場所を囲む壁面のうち、少なくとも一面に設けられ
た映写機等の画像を投射する画面を含む。

【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項１又は請
求項２のいずれかに記載の立体画像システムを備えたゲ
ーム装置であって、ゲーム用の画像として前記仮想体画
像を表示する。

【００１８】請求項９に記載の発明は、実空間上に仮想
体画像を立体表示する立体画像表示方法であって、仮想
体画像の観察者の所定の身体部位における実空間上の位
置を検出するステップと、その空間座標を出力するステ
ップと、空間座標に基づいて、前記仮想体画像の実空間
上の表示位置を決定するステップと、を備える。

【００１９】請求項１０に記載の発明は、観察者の目に
その視差を反映した仮想体画像をそれぞれ提示し、この
仮想体画像を立体的に認識させる立体画像表示方法であ
って、仮想体画像の観察者の、所定の身体部位（例え
ば、手）における実空間上の位置を検出するステップ
と、その空間座標を出力するステップと、空間座標に基
づき、空間座標に対応する位置に仮想体画像（例えば、
武器）を表示するステップと、を備える。

【００２０】請求項１１に記載の発明は、請求項９又は
請求項１０のいずれかに記載の立体画像表示方法であっ
て、仮想体画像は、位置検出手段が検出した位置から発
射されるかの如く観察者に認識させる物体の画像（例え
ば、弾やレーザービーム）を含む。

【００２１】請求項１２に記載の発明は、請求項９又は
請求項１０に記載の立体画像表示方法を処理装置（例え
ば、コンピュータ）に実行させる手順が記録された記録
媒体である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を好適
な図面を参照して説明する。

【００２３】（Ｉ）第１形態本発明の実施の第１形態は、二人のプレーヤ（遊技者、
観察者）に同時に立体画像を提供し、ゲームプレイを行
わせるための画像表示装置に関する。

【００２４】＜全体構成＞図１に、本第１形態における
画像表示装置の全体構成図を示す。図１に示すように、
本形態の画像表示装置のための映写空間Ｓは、６つの面
で囲まれる。この映写空間Ｓを構成する四周の壁（図の
順にＡ面〜Ｄ面と称する）、天井（Ｅ面と称する）およ
び底面（Ｆ面と称する）の各々が画像表示面として、立
体画像が映写される。ここで、「立体画像」とは、２次
元画像であって、垂直同期期間ごとに右目用と左目用の
画像が交互に表示されるような画像のことをいう。この
立体画像を垂直同期期間ごとに切り換えてプレーヤの左
右の目に交互に提示すれば、プレーヤは、右目で右目用
の画像を、左目で左目用の画像を認識することになる。
各画像表示面は、適当な強度を有し、かつ、光を透過
等することにより画像の表示が可能な素材であればよ
い。例えば、強化プラスチックや半透明のコーティング
を施したガラス等を用いる。但し、天井となるＥ面のよ
うにプレーヤの接触が想定されない面であれば、映写用
のスクリーン等を用いてもよい。

【００２５】各画像表示面は、プロジェクタが画像を前
面に表示可能な形状ならば、どのような形状でもよい。
但し、処理装置の演算を簡略化し、かつ、表示面周辺で
生じる台形歪み（keystoning）やピンクッション歪み
（pincushion）の補正を簡単にするため、方形に整形す
ることがより好ましい。

【００２６】なお、各面のうちいずれか一つの面（本形
態ではＡ面）はスライドして開閉することが可能なスク
リーンになっている。このため、観察者は、Ａ面を図１
の矢印の方向へ開けて映写空間Ｓへ出入りすることが可
能である（図２も参照のこと）。映写中は、Ａ面を閉め
切ることで、完全な立体画像空間を構成することが可能
である。

【００２７】観察者は便宜上、プレーヤ１およびプレー
ヤ２と称する。各プレーヤは、プレーヤの位置を特定す
るために、各々が検出信号を送信するセンサを身につけ
る。例えば、本形態では、プレーヤ１（プレーヤ２）の
眼鏡の部分にセンサＳ₁（Ｓ_５）を、腹部にセンサＳ_２
（Ｓ₆）を、両腕にセンサＳ₃・Ｓ₄（Ｓ₇・Ｓ₈）を装着
する。各センサは、基準磁界アンテナＡＴからの磁界を
検出して、これに対応する検出信号をデジタルデータと
して出力する。なお、本形態のように、各センサが独自
に磁界の強さを出力してもよいが、一旦一定の場所に各
センサの検出信号を集めて、一つのアンテナからデジタ
ルデータとして送信してもよい。例えば、図１に破線で
示すように、各プレーヤの頭部に設けられたトランスミ
ッタへ検出信号を集め、アンテナＴａまたはＴｂから送
信するものであってもよい。

【００２８】プロジェクタ４ａ〜４ｆは、各々が一つの
壁面へ立体画像を投影する。プロジェクタ４ａ〜４ｆが
それぞれＡ面〜Ｆ面の壁面へ立体画像を提示する。各プ
ロジェクタと画像表示面との間には、反射ミラー５ａ〜
５ｆを設ける（図２も参照のこと）。これら反射ミラー
は、システム全体の大きさを小さくするために有効であ
る。

【００２９】処理装置１は、本画像表示装置の中心とな
る装置であり、詳しくは後述する。送受信装置２は、基
準磁界アンテナＡＴへ基準磁界を発生させるための電流
を供給する一方、プレーヤ１およびプレーヤ２の身につ
けるセンサＳ₁〜Ｓ₈からの検出信号を受信する。基準磁
界アンテナＡＴは、映写空間Ｓの周囲の所定位置、例え
ば、Ｆ面の裏のコーナまたはＦ面の幾何学的中心点に設
置する。この基準磁界アンテナＡＴが発生する磁界の強
度を各センサが電流へ変換したとき、電流値の大きさが
そのままセンサの相対的な位置を示すような位置に、基
準磁界アンテナＡＴを配置するのが好ましい。赤外線通
信機３は、各プレーヤの装着する液晶シャッターつき眼
鏡に開閉信号を送信する。

【００３０】＜接続構成＞図３に、本第１形態の接続関
係を示すブロック図を示す。本形態の画像処理装置は、
大きく分けて、画像および音声の処理の主要部となる処
理装置１、基準磁界を発生し、各プレーヤからの検出信
号を受信する送受信装置２、液晶シャッターつき眼鏡の
ための開閉信号を通信する赤外線通信機３と、各プロジ
ェクタ４ａ〜４ｆの各装置を備える。

【００３１】プレーヤ１は、センサＳ₁〜Ｓ₄と各センサ
の検出信号をデジタル通信する通信器Ｔ₁〜Ｔ₄を備え、
プレーヤ２は、センサＳ₅〜Ｓ₈と各センサの検出信号を
デジタル通信する通信器Ｔ₅〜Ｔ₈を備える。各センサ
は、電磁界の強さに応じた検出信号を出力するものであ
ればどのような構成でもよい。例えば、センサが複数の
コイルにより構成するものであれば、各センサＳ₁〜Ｓ₈
は、基準磁界アンテナＡＴが発生した磁界を検出し、検
出した磁界の強さに対応した電流へ変換することにな
る。各通信器Ｔ₁〜Ｔ₈は、この電流の大きさを磁界の強
さを示すパラメータとしてデジタルデータへ変換した
後、送受信装置２へデジタル通信する。各センサが検出
した電流は微弱でありノイズの影響を受け易いので、検
出直後にデジタルデータへ変換すれば、正しい検出値の
まま処理装置１へ供給できるからである。送信する周波
数や変調方式に制限はないが、各センサの検出信号が互
いに競合しないように、通信周波数を異ならせる等の措
置を行う。

【００３２】なお、ユーザの装着する眼鏡の部分のセン
サＳ₁およびＳ₅のみで、プレーヤの視点の位置を検出す
ることが可能である。他のセンサは、後述する衝突判定
のために、ユーザの姿勢や身体の各部の位置を把握する
ために必要である。

【００３３】送受信装置２は、基準磁界アンテナＡＴに
基準磁界を発生させる基準磁界発生器２１０、各センサ
Ｓ₁〜Ｓ₈からデジタル通信される検出信号をアンテナＡ
Ｒ₁〜ＡＲ₈を介して受信する受信機２０１〜２０８、各
受信機からの検出信号を蓄積するシリアルバッファ２１
１を備える。

【００３４】基準磁界発生器２１０は、画像処理ブロッ
ク１０１の制御により一定の電流値を有する信号、例え
ば所定の周期でパルスが出力されるような信号を出力す
る。基準磁界アンテナＡＴは、各辺が一定の長さの電線
を例えば方形状のフレームに整形したものである。隣接
する各辺は互いに直角に交わるため、このアンテナから
一定距離以上離れた場合に検出される磁界の強さは、こ
のアンテナからの相対的な距離と相関関係を有すること
になる。このアンテナに一定の電流値を有する信号を流
せば、一定の強さの基準磁界を発生する。なお、本実施
例では、磁界による距離の検出を行っているが、電界に
基づく距離の検出、超音波等を用いた距離の検出を行っ
てもよい。

【００３５】各受信機２０１〜２０８は、デジタル通信
された各センサからの検出信号をシリアルデータとして
シリアルバッファへ転送する。シリアルバッファ２１１
は、各受信機から転送されたシリアルデータを双方向Ｒ
ＡＭ（デュアルポートＲＡＭ）へ蓄積する。

【００３６】処理装置１は、画像処理の主要な演算動作
を行う画像処理ブロック１０１、音声処理を行う音声処
理ブロック１０２、音声処理ブロック１０２の出力する
ＭＩＤＩ信号に基づく音声を発生するＭＩＤＩ音源１０
３と予備の音源１０４、ＭＩＤＩ音源１０３および１０
４の音声を合成するミキサ１０５、ミキサ１０５からの
音声をＦＭ変調等して各プレーヤの装着するヘッドフォ
ンＨＰ₁およびＨＰ₂へ送信する送信器１０６と１０７、
ミキサ１０５からの音声を増幅するアンプ１１０、室内
にモニタのための音響を創出するスピーカ１１１〜１１
４、および、送信アンテナ１０８、１０９を備える。

【００３７】画像処理ブロック１０１は、超高速のリア
ルタイム演算を行い、立体画像のための画素単位の演算
を行える演算能力を備えることが要求される。このた
め、画像処理ブロック１０１は、通常ハイエンドのフル
カラーのピクセル演算を行うことができるワークステー
ションによって構成する。１つの画像表示面のために１
台のワークステーションを用いる。したがって、Ａ面〜
Ｆ面のすべての面を表示するために、６台のワークステ
ーションを用いる。各ワークステーションには、例え
ば、画素数が１２８０×５１２ピクセルとした場合に１
秒当たり１２０フレームの画像処理能力が要求される。
このような仕様を満たすワークステーションとしては、
例えば、シリコングラフィックス社のハイエンド機
（「Onyx」（商標名））が挙げられる。各ワークステー
ションは、画像処理のためのグラフィックエンジンを搭
載する。例えば、シリコングラフィックス社のグラフィ
ックライブラリを用いる。各ワークステーションで生成
された画像データは、通信ラインを通して各プロジェク
タ４ａ〜４ｆへ転送される。画像処理ブロック１０１を
構成する６個のワークステーションは、自らの画像を表
示するに画像データを転送する。

【００３８】赤外線通信機３は、画像処理ブロック１０
１から供給される開閉信号を所定の周波数で変調し、赤
外線ダイオード等を発光させる。各プレーヤの装着する
液晶シャッターつき眼鏡ＧＬ₁およびＧＬ₂は、この赤外
線で変調された開閉信号をフォトセンサ等の受光素子で
検出し、元の開閉信号に復調する。開閉信号は、右目の
開放期間と左目の開放期間とを指示するタイミングに関
する情報を含むので、液晶シャッターつき眼鏡ＧＬ₁お
よびＧＬ₂はこのタイミングに同期させて液晶シャッタ
ーの開閉を行う。なお、赤外線通信に関しては通常のリ
モートコントローラに準じた構成にすればよい。また、
赤外線通信によらず、正確な左右の開閉タイミングを指
示できるものならば他の通信方法を用いてもよい。

【００３９】各プロジェクタ４ａ〜４ｆは、互いに同一
の構成を備える。表示回路４０１は、画像処理ブロック
１０１から転送される画像データのうち左目用の画像を
読み取り、フレームバッファ４０３に蓄積する。表示回
路４０２は、画像処理ブロック１０１から転送される画
像データのうち右目用の画像を読み取り、フレームバッ
ファ４０３に蓄積する。投影管４０４は、フレームバッ
ファ４０３に蓄積された順番に画像データを表示する。
投影管４０４から発した光は、映写空間Ｓの画像表示面
に投影される。各プロジェクタ４ａ〜４ｆは、通常のテ
レビジョン信号に基づく表示を行うものでもよいが、本
形態では垂直同期期間をさらに分割して表示するため、
基本となる同期信号の周波数が通常のテレビジョン方式
の周波数より高いことが好ましい。例えば、垂直同期周
波数は１２０Hzとすれば、垂直同期期間を２分割して左
右の目の画像表示期間を設けたとしても、片方の目に６
０Hzの周期で画像が表示されるので、チラツキやフリッ
カを防止し高い画質を維持できる。また、表示画素数
は、例えば、１２８０×５１２ピクセル程度とする。通
常のテレビジョン方式の画素数では、大画面表示のため
に十分な解像度を提供できないからである。

【００４０】＜動作の説明＞次に、本第１形態の動作を
説明する。図４に、本形態の動作を説明するフローチャ
ートを示す。

【００４１】前提として、画像処理ブロック１０１であ
る各ワークステーションは、大容量メモリからゲームプ
レイ用のプログラムをアクセスし、当該プログラムとプ
ログラムに対応した原画像データを随時読出し使用する
ものとする。プレーヤは、出入口であるＡ面を開けて映
写空間Ｓ内に入る。プレーヤが入ったことを確認してＡ
面を閉じ、処理装置１はゲームプログラムを進行する。

【００４２】まず、プレーヤの人数をカウントするカウ
ンタを初期値にセットする（ステップＳ１）。本形態で
はプレーヤが二人なのでｎ＝２とする。各プレーヤが映
写空間Ｓを動き回るのに対応して各センサＳ₁〜Ｓ₈から
は検出信号が送受信装置２に入力され、シリアルバッフ
ァ２１１に順次蓄積されている。

【００４３】画像処理ブロック１０１は、プレーヤ１の
ためのバッファから検出信号を読出す（ステップＳ
２）。このとき、眼鏡の部分に備えられたセンサＳ₁か
らのデータを視点検出のための検出信号として認識す
る。また、他のセンサＳ２〜Ｓ４の検出信号は、後の当
たり判定（ステップＳ６）のために保持される。

【００４４】ステップＳ３にて、センサＳ₁の検出信号
に基づいてプレーヤ１の視点および視線を計算する。図
５に視点計算の説明図を示す。センサＳ₁の検出信号は
プレーヤ１の視点の位置の座標を示している。すなわ
ち、映写空間Ｓが立方体形状であって、その重心の座標
を（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０、０、０）と仮定した場合、検
出信号の示すデジタルデータにオフセット値の加減算を
行うことによって、重心からの相対座標が定まる。この
相対座標が定まれば、図５に示すように、視点となる点
の各面からの距離および各面へ投射した場合の座標が定
まる。また、プレーヤの視線の方向は、例えば、眼鏡Ｇ
Ｌ₁および眼鏡ＧＬ₂に設けられた位置センサや角度セン
サ（Ｓ₁）から送信される信号に基づいて、基準磁界に
対する位置情報と角度情報とを処理装置１が演算して検
出する。プレーヤが装着する眼鏡はプレーヤの顔の前面
を向いているので、眼鏡の部分のセンサから送信される
検出信号を処理装置１のアンテナにより検出できたと
き、プレーヤの顔がこのアンテナの方向を向いていると
判定してもよい。なお、以下の処理では、視線はプレー
ヤの顔の向きと平行であるものと仮定して説明する。

【００４５】これらパラメータと視線の方向に基づい
て、ワークステーションは、グラフィックライブラリを
参照しつつ、原画像データの各ピクセルに対し座標変換
の演算を施す。演算は、左目用の画像から右目用の画像
の順番に行われる。

【００４６】図６に、立体画像と実際に各画像表示面に
表示するデータとの関係を示す。図６において、Ｃ₀は
立体画像として認識させたい仮想物体の形状と位置を示
す。視点Ｐと図の破線で示す視線の方向が定まると、仮
想物体を投射する投射面が定まる。各画像表示面（図６
ではＡ面、Ｂ面、Ｆ面）がこの投射面への投射影ＰＯを
切断する切断面（ＳＡ、ＳＢおよびＳＦ）の形状が、実
際に各画像表示面に表示すべき画像となる。原画像デー
タを上記切断面ＳＡ、ＳＢおよびＳＦの形状に変換する
ためのマトリクス演算の詳細については、例えば、「従
来の技術」の欄で説明したＣＡＶＥの技術が適用でき
る。正確な演算が行われれば、図６のＡ面、Ｂ面および
Ｆ面の境界線においても、プレーヤがその境界線を意識
することなく仮想物体を認識することが可能な立体画像
を生成することが可能である。ステップＳ３では視点の
特定のみ行い、実際の原画像データの座標変換演算はス
テップＳ８〜Ｓ１１において行う。

【００４７】＜衝突判定動作＞ステップＳ４〜Ｓ７まで
は、衝突判定に関する。これを図７を参照して説明す
る。例えば、プレーヤの攻撃対象物体であるキャラクタ
として恐竜を表示する場合、図７のＣの符号のような空
間位置に像が認識されるよう表示される。一方、画像処
理ブロック１０１は、手につけたセンサの検出信号を参
照し、プレーヤの手の空間位置へ像が認識されるよう
に、武器を表示する。例えば、プレーヤ１の視点からみ
て右手の位置に武器Ｗが存在するように立体画像を生成
する。この結果、プレーヤ１は自らの手に、実際には存
在しない武器Ｗの存在を認識し、プレーヤ２もプレーヤ
１が武器Ｗを手にしているかの如く認識する。

【００４８】ステップＳ４において、画像処理ブロック
１０１は、衝突判定のためのボールＣＢ₁、ＣＢ₂を設定
する（これらボールは、演算のための概念であって、実
際にボールが見えるように表示する訳ではない）。ま
た、ステップＳ５において、武器Ｗの長さの延在方向に
沿ってもいくつかのボールＷＢ₁、ＷＢ₂を設定する。こ
のボールは衝突判定を簡単にするためのボールである。
攻撃対象物体である恐竜の身長に沿って、キャラクタの
身体をほぼ覆うようなボールを設定する。

【００４９】図８に示すように、各ボールを特定するた
めのパラメータとして、画像処理ブロック１０１は、各
ボールの半径と中心座標とを認識する。図８では、恐竜
側のボールＣＢ₁の中心点をＯ₁、半径をｒ₁とし、武器
Ｗ₁側のボールＷＢ₁の中心点をＯ₂、半径をｒ₂としてあ
る。二つのボール間の中心点が判れば、互いの中心点間
の距離ｄが判る。したがって、演算して得られた距離ｄ
と両ボールの半径ｒ₁およびｒ₂の和とを比較すれば、武
器Ｗ₁と恐竜Ｃとが衝突しているか否かが判定できる
（ステップＳ７）。この方法は、武器Ｗ₁と恐竜Ｃとの
衝突判定のみならず、光線銃Ｗ₂から発せられるレーザ
ビームＬと恐竜Ｃとの衝突判定にも適応可能である。ま
た、プレーヤと攻撃対象物体の衝突判定にも応用でき
る。光線銃Ｗ₂は、仮想画像で表示することができる
が、実際にプレーヤに持たせたモデルガンであってもよ
い。光線銃Ｗ₂の銃口に位置検出のためのセンサを設け
れば、銃口部分からレーザビームが発射されるような立
体画像を生成することは、武器Ｗ₁を手の空間位置に表
示されるのと同じ考え方で実現できる。

【００５０】さて、距離ｄが両ボールの半径の和より大
きい場合（ｄ＞ｒ₁＋ｒ₂）（ステップＳ７；ＮＯ）、す
なわち武器Ｗが恐竜Ｃに当たっていないと判定したとき
は、通常の原画像データを用いて、立体画像の生成が左
目用（ステップＳ８）、右目用（ステップＳ９）の順番
で行う。また、距離ｄが両ボールの半径の和より小さい
場合（ｄ≦ｒ₁＋ｒ₂）（ステップＳ７；ＹＥＳ）、すな
わち武器Ｗが恐竜Ｃに当たったと判定したときは、衝突
用の爆発用画像データを通常の原画像データとともに読
出し、合成した後、座標変換する（ステップＳ１０、Ｓ
１１）。

【００５１】次のプレーヤが存在する場合（ステップＳ
１２；ＹＥＳ）、すなわち本形態のようにプレーヤ１に
続いてプレーヤ２が存在するとき、プレーヤのカウンタ
をインクリメントする（ステップＳ１３）。残りのプレ
ーヤが存在しない場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、プレ
ーヤのカウンタをリセットする（ステップＳ１４）。

【００５２】以上処理は、攻撃対象物体である恐竜、武
器、光線銃から発射されるレーザビームの仮想画像を生
成する例であったが、原画像データが用意されている限
り、他の仮想画像を生成してもよい。例えば、プレーヤ
が乗る乗り物の原画像が用意されていれば、プレーヤが
単純に立っている（椅子に座っている）だけあるにもか
かわらず、視覚上は空間を自由に航行する飛行物体に搭
乗しているかのような画像を生成できる。

【００５３】なお、画像処理に関する説明のみを行った
が、画像の進行に対応するステレオ音声が各スピーカ１
１１〜１１４から提供されることは言うまでもない。

【００５４】＜シャッタータイミングについての動作＞
図９に、画像処理ブロック１０１がどのように転送さ
れ、どのようなシャッタータイミングで制御されるかを
説明する図を示す。一の原画像データは、左目用の画像
表示期間Ｖ₁と、右目用の画像表示期間Ｖ₂とに分けられ
る。各画像表示期間は、さらにプレーヤの人数に分割さ
れる。本形態では２分割となる。すなわち、一つの立体
画像は、プレーヤの人数ｎ×２（両眼）のフレーム画像
によって構成されることになる。

【００５５】画像処理ブロック１０１は、フレームを一
単位として、プロジェクタ４ａ〜４ｆへ画像データを転
送する。図９に示すように、ワークステーションはプレ
ーヤ毎に左目から右目の順で画像を転送する。例えば、
プロジェクタ４の左目用表示回路４０１は、フレームバ
ッファ４０３の最初のブロックへプレーヤ１の左目用画
像データを格納する。右目用表示回路４０２は、フレー
ムバッファ４０３の３番目のブロックへ次いで転送され
るプレーヤ１の右目用画像データを格納する。同様にし
て、プレーヤ２についての左目用画像データがフレーム
バッファ４０３の２番目のブロックへ、右目用画像デー
タが４番目のブロックへ格納される。

【００５６】フレームバッファ４０３は、バッファ中の
ブロック順にフレーム毎に画像データを送出する。この
送出タイミングに同期して、各プレーヤの装着する眼鏡
の液晶シャッタを駆動する開閉信号が画像処理ブロック
１０１から赤外線通信機３を経て各眼鏡に供給される。
プレーヤ１の眼鏡に対しては、フレームバッファ４０３
の最初のブロックの画像データが送出されるとき左目が
開放状態となり、３番目のブロックの画像データが送出
されるとき右目が開放状態となる開放信号を出力する。
同様に、プレーヤ２の眼鏡に対しては、フレームバッフ
ァ４０３の２番目のブロックの画像データが送出される
とき左目が開放状態となり、４番目のブロックの画像デ
ータが送出されるとき右目が開放状態となる開放信号を
出力する。

【００５７】各プレーヤは、画像表示面へ自らの視点に
基づく左目用画像が表示されているとき、左目でのみ画
像を認識し、右目用画像が表示されているとき右目での
み画像を認識する。他のプレーヤのための画像が表示さ
れているときには、両眼のシャッターとも閉じているこ
とになる。以上の動作により、各プレーヤは各自の視点
から完全な仮想現実感を得ることのできる立体画像を認
識することになる。

【００５８】図９からも判るように、一つの画像表示面
には、同一の原画像データに基づいて、プレーヤの各々
について左右の目のための画像を順次切り換えて表示す
ることになる。したがって、人間がチラツキなく動画を
観察できる最も低い周波数を３０Hzとすると、フレーム
画像を転送する同期信号の周波数は、プレーヤの人数ｎ
×２（両眼）の周波数が必要であることが判る。

【００５９】図１０に、図７で例示した仮想画像を表示
するＡ面、Ｂ面およびＦ面の各面の表示タイミングと実
際に表示する画像の様子を示す。すなわち、一つの立体
画像を完成させるための周期のうち、前半は左目用の液
晶シャッターが開放され、後半は右目用の液晶シャッタ
ーが開放される。プレーヤの各々は各画像表示面につい
て立体画像を認識することになる。

【００６０】＜本形態の利点＞以上の構成によって奏す
る本形態の利点は以下の通りである。

【００６１】i) ６面に画像表示を行うので、プレーヤ
は完全な仮想現実感の中でゲームプレイを体験すること
ができる。

【００６２】ii) 画像表示面の開閉によりプレーヤの出
入りが行えるので、ドアのノブ等により立体画像を損な
うことがない。

【００６３】iii)ハイエンドのワークステーションが画
像処理を行うので、高品位のスピード感のある立体画像
を表示できる。

【００６４】iv) 簡単な衝突判定を行うので、仮想画像
同士、あるいは仮想画像と実際の物体、身体の一部との
当たりの有無を知ることができ、ゲームプレイに対する
魅力を倍増する。

【００６５】v) 垂直同期周波数が高いので、チラツキ
のない立体画像を認識できる。

【００６６】iv) 現実に存在しない武器を、あたかも
現実に存在するかのように表示できるので、ゲームごと
に異なる武器等を表示させることができる。

【００６７】（ＩＩ）第２形態本発明の第２形態は、第１形態に準じる構成において、
３人以上の人数に同時に立体画像を提示するための装置
に関する。

【００６８】本形態の画像表示装置の構成は、第１形態
とほぼ同様である。但し、１フレーム画像を表示するた
めの周波数が第１形態より高い。すなわち、本形態でプ
レーする人数をｎ人とすると、フレーム画像の送出タイ
ミングである同期信号の周波数は、一つの立体画像を表
示する同期信号の周波数のプレーヤの人数ｎ×２（両
眼）倍の周波数となる。このとき、ワークステーション
の処理する周波数も６０Hz×ｎ倍の周波数で、１フレー
ムの画像データを処理できるだけの能力を要する。

【００６９】図１１に、本第２形態の原画像と、液晶シ
ャッターのタイミングとの関係を示す。人数がｎ人であ
っても、第１形態の図９で説明した考え方を適用すれば
よい。すなわち、ワークステーションは、一つの原画像
データからｎ人のプレーヤの視点を各々得て、各視点に
対応した左目用画像データおよび右目用画像データを生
成すればよい。プロジェクタはこの画像データをフレー
ムバッファ４０３内で並べ替えて、図１１に示すような
順序で表示し、これに同期した開閉信号によって液晶シ
ャッターを開閉させればよい。

【００７０】本第２形態によれば、多人数の各々に完全
な立体画像を提示することが可能であるという利点を有
する。

【００７１】

【実施例】図１２乃至図１４に、上記各形態で生成でき
る立体画像の実施例を示す。

【００７２】図１２は、第１形態において題材にしたゲ
ームプレイの実施例である。同図（Ａ）では、ゲームプ
レイの冒頭において、恐竜が出現した時のシーンであ
る。「車」は立体画像により生成された仮想物体であ
り、プレーヤ１およびプレーヤ２は自らが車に乗ってい
るように知覚する。また、プレーヤ１は武器であるレー
ザメスを保持する。上記したように、レーザメス自体も
架空のものである。

【００７３】同図（Ｂ）は、恐竜が近づいてきて実際に
戦っている時のシーンである。第１形態で説明した衝突
判定を行い、プレーヤ対恐竜の戦闘が行われている。プ
レーヤ２の保持する光線銃は実際のモデルガンである
が、銃口から発射されているレーザビームは仮想画像で
ある。

【００７４】図１３および図１４は、ゲームもしくはシ
ミュレータのオープニング等において効果的な映像展開
を示す。図１３（Ａ）において、二人の観察者が部屋の
中に立っている。周りには仮想画像で平原と森とが表示
される。同図（Ｂ）において、仮想画像の創出する地平
線が下がる。この結果、各観察者はあたかも自分の身体
が浮き上がっていくように感ずる。同図（Ｃ）におい
て、今度は景色が水平方向に流れる。このため、各観察
者は二人で飛行をしているように感ずる。

【００７５】図１４は、他のオープニングの映像展開例
である。図１４（Ｄ）において、何もない空間から音響
とともに、同図（Ｅ）に示すようなキューブが回転しな
がら観察者の眼前に出現する。ここで第１形態で説明し
たような衝突判定を行う。すなわち、仮想画像であるキ
ューブとセンサを身につけた観察者の手との衝突判定が
行われる。観察者が二人で手を延ばしてキューブを触ろ
うとする。二人の手の空間位置とキューブの空間位置と
の関係から、二人の手がともにキューブに触ったものと
（衝突したものと）判定した場合、同図（Ｆ）に示すよ
うに、キューブが光の放出とともに開き、次の展開に移
る。このとき、両方の観察者の手とキューブとの衝突が
判定されないと、キューブは開かないように設定すると
面白い。

【００７６】以上説明したように、本発明の画像表示装
置を用いれば、多彩な立体画像を用いた映像展開が行え
る。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、各観察者の視点を特定
し、特定した視点に基づく立体画像を生成し、生成した
各立体画像を時分割して表示するので、この時分割タイ
ミングに同期して立体画像を観察する観察者の各々は、
正確な立体画像を認識し、完全な仮想現実感を認識でき
る。

【００７８】また、本発明によれば、観察者の身体部位
（例えば、手）に武器等が存在するかのような仮想体画
像を表示し、その武器等から弾やレーザービーム等の仮
想体が発射されるかのごとく画像を表示するので、これ
らのものを用いた攻撃をテーマにするゲームプレイに適
する。さらに、恐竜等の仮想体画像と弾等の物体との衝
突判定を行わせれば、弾等の当たり判定を行わせること
ができる。また、ゲーム等のプログラムが異なれば、そ
のゲーム等の雰囲気に合わせた武器等を表示させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１形態の画像表示装置を説明する全
体構成図である。

【図２】第１形態の映写空間とプロジェクタの配置を示
す俯瞰図である。

【図３】第１形態の接続関係を示すブロック図である。

【図４】第１形態の画像表示装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図５】映写空間における視点の検出の説明図である。

【図６】映写空間における視点と仮想画像と表示画像と
の関係を説明する図である。

【図７】第１形態において表示する攻撃対象物の説明図
である。

【図８】衝突判定の説明図である。

【図９】第１形態におけるフレームバッファの内容と液
晶シャッタータイミングの説明図である。

【図１０】各画像表示面のシャッタータイミングの関係
図である。

【図１１】本発明の第２形態のフレームバッファの内容
と液晶シャッタータイミングの説明図である。

【図１２】立体画像の第１実施例である。

【図１３】立体画像の第２実施例（その１）である。

【図１４】立体画像の第２実施例（その２）である。

【符号の説明】

Ｓ…映写空間、Ｓ₁〜Ｓ₈…センサ、Ｔａ、Ｔｂ…送信ア
ンテナ、Ｗ、Ｗ₁、Ｗ₂…武器、ＡＴ…磁界発生アンテ
ナ、ＡＲ₁〜ＡＲ₈…受信アンテナ、Ｔ₁〜Ｔ₈…送信器、
ＧＬ₁、ＧＬ₂…液晶シャッターつき眼鏡、ＨＰ₁、ＨＰ₂
…ヘッドフォン、ＣＢ₁、ＣＢ₂…攻撃対象用衝突判定ボ
ール、ＷＢ₁、ＷＢ₂…武器用衝突判定ボール、１…処理
装置、２…送受信装置、３…赤外線通信機、４ａ〜４ｆ
…プロジェクタ、５ａ〜５ｆ…反射ミラー、１０１…画
像処理ブロック、１０２…音声処理ブロック、１０３、
１０４…ＭＩＤＩ音源、１０５…ミキサ、１０６、１０
７…送信器、１０８、１０９…送信アンテナ、１１０…
アンプ、１１１〜１１４…スピーカ、２０１〜２０８…
受信機、２１０…基準磁界発生器、２１１…シリアルバ
ッファ、４０１、４０２…表示回路、４０３…フレーム
バッファ、４０４…投影管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察者に仮想体画像を立体的に認識させ
る立体画像システムであって、前記仮想体画像を観察する観察者の所定の身体部位にお
ける実空間上の位置を検出し、その空間座標を出力する
位置検出手段と、前記位置検出手段の出力した空間座標に基づいて、前記
仮想体画像を観察者に認識させる位置を決定する表示位
置決定手段と、を備えたことを特徴とする立体画像シス
テム。
【請求項２】観察者の左右の目にその視差を反映した
仮想体画像をそれぞれ提示し、観察者にこの仮想体画像
を立体的に認識させる立体画像システムであって、前記仮想体画像の観察者の、所定の身体部位における実
空間上の位置を検出し、その空間座標を出力する位置検
出手段と、前記位置検出手段の出力した空間座標に基づき、該空間
座標に対応する位置に像を結ぶように前記仮想体画像を
表示する画像表示手段と、を備えたことを特徴とする立
体画像システム。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の立体画像
システムにおいて、前記仮想体画像は、前記位置検出手段が検出した位置か
ら発射されるかの如く観察者に認識される物体の画像を
含むことを特徴とする立体画像システム。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の立体画像システムにおいて、第１の仮想体画像の空間座標と、第２の仮想体画像の空
間座標と、に基づいて、前記第１の仮想体画像と前記第
２の仮想体画像との衝突の有無を判定する衝突判定手段
を備えたことを特徴とする立体画像システム。
【請求項５】請求項４に記載の立体画像システムにお
いて、前記衝突判定手段は、前記第１の仮想体画像に設定され
た所定の半径を有する１以上の空間領域と前記第２の仮
想体画像に設定された所定の半径を有する１以上の空間
領域とが、重なるか否かを、各前記空間座標と各前記半
径とに基づいて演算することにより、前記衝突の有無を
判定すること、を特徴とする立体画像システム。
【請求項６】請求項１又は請求項２に記載の立体画像
システムにおいて、前記仮想体画像は、左目の視点に対応する画像と右目の
視点に対応する画像が、時分割的に交互に表示されるも
のであり、これに同期して開閉する電子シャッターを用
いて、観察者の左右の目に、前記左目の視点に対応する
画像と前記右目の視点に対応する画像とを個別に提示す
ることことにより、この観察者に前記仮想体画像を認識
させることを特徴とする立体画像システム。
【請求項７】請求項２に記載の立体画像システムにお
いて、前記画像表示手段は、前記画像の観察場所を囲む壁面の
うち、少なくとも一面に設けられた映写機等の画像を投
射する画面を含むことを特徴とする立体画像システム。
【請求項８】請求項１又は請求項２のいずれかに記載
の立体画像システムを備えたゲーム装置であって、ゲー
ム用の画像として前記仮想体画像を表示することを特徴
とするゲーム装置。
【請求項９】実空間上に仮想体画像を立体表示する立
体画像表示方法であって、前記仮想体画像の観察者の所定の身体部位における実空
間上の位置を検出するステップと、その空間座標を出力するステップと、前記空間座標に基づいて、前記仮想体画像の実空間上の
表示位置を決定するステップと、を決定することを特徴
とする立体画像表示方法。
【請求項１０】観察者の左右の目にその視差を反映し
た仮想体画像をそれぞれ提示し、この前記仮想体画像を
立体的に認識させる立体画像表示方法であって、前記仮想体画像の観察者の、所定の身体部位における実
空間上の位置を検出するステップと、その空間座標を出力するステップと、前記空間座標に基
づき、該空間座標に対応する位置に像を結ぶように前記
仮想体画像を表示するステップと、を備えたことを特徴
とする立体画像表示方法。
【請求項１１】請求項９又は請求項１０のいずれかに
記載の立体画像表示方法であって、前記仮想体画像は、前記位置検出手段が検出した位置か
ら発射されるかの如く観察者に認識させる物体の画像を
含むことを特徴とする立体画像方法。
【請求項１２】請求項９乃至請求項１１のいずれかに
記載の立体画像表示方法を処理装置に実行させる手順が
記録された記録媒体。