JPH10293646A - 三次元コントローラ - Google Patents

三次元コントローラ

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JPH10293646A
JPH10293646A JP10015597A JP10015597A JPH10293646A JP H10293646 A JPH10293646 A JP H10293646A JP 10015597 A JP10015597 A JP 10015597A JP 10015597 A JP10015597 A JP 10015597A JP H10293646 A JPH10293646 A JP H10293646A
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dimensional
mat
controller
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game
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JP10015597A
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English (en)
Inventor
Masaru Onuma
大 大沼
Original Assignee
Sega Enterp Ltd
株式会社セガ・エンタープライゼス
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63FCARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F2300/00Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
    • A63F2300/10Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by input arrangements for converting player-generated signals into game device control signals
    • A63F2300/1087Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by input arrangements for converting player-generated signals into game device control signals comprising photodetecting means, e.g. a camera

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然な操作感覚で三次元空間内の位置座標を
入力することができる三次元コントローラを提供する。 【解決手段】 プレイヤPにより操作され三次元座標が
検出対象となるボールパッド1と、ボールパッド1から
発光された赤外線を受光するマット2と、マット2から
出力される位置信号に基づいてボールパッド1の現在の
位置を演算すると共にゲームプログラムを実行するゲー
ム機本体3と、ゲーム機本体3から出力されるゲーム画
面を出力するモニタ4とにより構成される。マット2に
は、ボールパッド1からの赤外線を受光するための受光
素子8がマトリクス状に配置されている。ボールパッド
1からの赤外線をマット2の受光素子8により受光し
て、ボールパッド1の三次元座標を入力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作者により操作
され、ゲーム装置のような電子装置に種々の指示を送出
するコントローラであって、三次元の位置情報を出力す
ることができる三次元コントローラに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータゲームの普及に伴っ
てゲームソフトも進化し、そのゲームフィールドもこれ
までの単純な二次元平面のものから、通称3Dゲームと
呼ばれるような三次元空間のものが主流になってきてい
る。例えば、プレイヤが戦闘機を操作して敵機と空中戦
をしたり、攻撃を避けながら敵要塞や敵艦を攻撃する戦
闘ゲームや、飛行機を操縦するといったようなシュミレ
ーションゲームにおいては3Dゲームが主流である。
【0003】ところで、このような3Dゲームにあって
は、空中、水中、地上等の映像化されたゲーム空間内に
おいて、自分の飛行機やメインキャラクタ等のプレイヤ
側キャラクタの位置を指定したり、ゲーム進行に応じて
任意の位置に移動したりする必要がある。このため、そ
のような位置を入力するためのコントローラでは、従来
のデジタル方向キーや、指示ボタン等の操作手段から、
よりキャラクタの動きに近似した操作が可能なアナログ
方向キーや、トラックボール等の操作手段が提供されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在あ
るコントローラでは、二次元平面内を動くキャラクタに
対してはスムーズな操作が可能であるが、三次元空間内
で動く自在にキャラクタに対してスムーズな操作感覚で
操作することができなかった。このため、キャラクタの
動きに制限が加わり、ゲームとしての面白みに欠けるこ
とがあった。
【0005】本発明の目的は、自然な操作感覚で三次元
空間内の位置座標を入力することができる三次元コント
ローラを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、操作者によ
り操作され、外部に特定波を発する操作体と、前記操作
体からの前記特定波を感知する感知手段と、前記感知手
段からの感知信号に基づいて現在の前記操作体の位置を
表す三次元座標を演算する座標演算手段とを有すること
を特徴とする三次元コントローラによって達成される。
これにより、操作者は操作体を任意の方向に何の制約も
うけることなく操作して、三次元空間内の位置座標を自
在に入力することができる。
【0007】上述した三次元コントローラにおいて、前
記特定波は、赤外線であり、前記操作体は、赤外線を発
光する赤外線発光素子を有し、前記感知手段は、前記操
作体を操作される空間を確定する操作用マットと、前記
操作用マット表面に配された複数の赤外線受光素子とを
有するようにしてもよい。上述した三次元コントローラ
において、前記操作体は、前記赤外線発光素子からの赤
外線を常に下方に出射する出射方向制御機構を更に有
し、前記複数の赤外線受光素子は、前記操作マット上に
マトリクス状に配置されているようにしてもよい。
【0008】上述した三次元コントローラにおいて、前
記操作体は、前記赤外線発光素子から放射状の赤外線を
出射し、前記感知手段は、前記操作マット上の所定位置
に所定数の前記赤外線受光素子を配置しているようにし
てもよい。上述した三次元コントローラにおいて、前記
特定波は、超音波であり、前記操作体は、超音波を出力
する超音波発信子を有し、前記感知手段は、前記操作体
を操作する空間を確定する操作用マットと、前記操作用
マット表面の所定位置に配された複数の超音波受信子を
有するようにしてもよい。
【0009】上述した三次元コントローラにおいて、前
記操作体の傾斜状態を検出する傾斜検出手段を更に有す
るようにしてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施形態によるビデ
オゲーム装置を図を参照しながら説明する。図1は本実
施形態による、三次元コントローラを用いたビデオゲー
ム装置の外観図である。本実施形態のビデオゲーム装置
は、プレイヤPにより操作され三次元座標が検出される
ボールパッド1と、ボールパッド1から発光された赤外
線を受光するマット2と、マット2から出力される位置
信号に基づいてボールパッド1の現在の位置を演算する
と共にゲームプログラムを実行するゲーム機本体3と、
ゲーム機本体3から出力されるゲーム画面を出力するモ
ニタ4により構成され、これらマット2と、ゲーム機本
体3と、モニタ4とはケーブル5により接続されてい
る。
【0011】マット2には、プレイヤPのボールパッド
1を持たない方の手によって操作されるコントローラ6
が接続されている。このコントローラ6には初期位置設
定ボタン7が設けられ、この初期位置設定ボタン7を操
作することにより、ゲーム開始に当たってボール1の初
期位置が設定される。マット2は、ボールパッド1から
の赤外線を受光するための受光素子8を多数備えてお
り、これらの受光素子8は、図示するようにマット表面
にマトリクス状に配置される。
【0012】図2は、赤外線を発光するボールパッド1
の一具体例の外観及びその断面を示している。図2
(a)に示すように、ボールパッド1は、球体9と、こ
れを部分的に覆うシェル10とから構成されており、シ
ェル10は、その下部から球体9の一部が露出するよう
に切り欠かれている。シェル10は、プレイヤPが握り
易いように緩やかな凹曲面11を有して形成され、更に
親指が当たる部分には、ボールパッド1を作動状態にし
て赤外線を発光させるためのボタン12が設けられてい
る。
【0013】図2(b)に示すように、シェル10の内
壁は球体9に合致して内面球状に湾曲して形成され、こ
こに球体9が回転可能に、しかも、シェル10から脱落
しないように収容される。球体9の外表面には、シェル
内壁に回転摺接する玉軸受13が、互いに距離をおいて
複数個埋め込まれており、これにより、球体9はシェル
10内部でスムーズに回転可能となる。
【0014】球体9はその内部が空洞化されており、空
洞は更に隔壁14を隔てて第1のチャンバ15と第2の
チャンバ16にそれぞれ分割されている。ボールパッド
1より下方の重力方向に外に向けて赤外線を発光するた
めの発光素子17は、この第2チャンバ16内に、その
発光部17aをシェル10より露出させた形で取付けら
れている。
【0015】また、第2チャンバ16内には、球体9に
対してシェル10が傾いても、発光素子17が常に真下
を向き赤外線が重力方向に射出されるように、ウエイト
18が発光素子17周囲に設けられている。更に、ウエ
イト18上には、発光素子17を駆動するバッテリ内蔵
の発光素子駆動回路19が固定される。一方、第1チャ
ンバ15には、ボタン12に対向する球体部分に、発光
素子駆動回路19を作動するための非接触スイッチ20
が設けられている。非接触スイッチ20の内部には、ス
イッチケース21に枢着されたプラスチック製のL型ク
ランク22が設けられており、その一端には磁性材料か
らなる板23が取付けられている。L型クランク22
は、スプリング24によってボタン12から離反する方
向に付勢されており、スプリング24下方には、L型ク
ランク22の他端が係入することで、発光素子駆動回路
19を起動させるスイッチ端子25が設けられている。
【0016】シェル10に設けられるボタン12は、そ
の内側に永久磁石26を一体で備えており、ボタン収納
部27に収容されたスプリング28によって球体9から
離反する方向に付勢されている。プレイヤPがこのボー
ルパッド1を握り、その際にボタン12をシェル10内
部に押し込むと、これによりボタン12の永久磁石26
が、シェル10と球体9間の微小な間隙を介して、非接
触スイッチ20に接近する。永久磁石26の接近によ
り、非接触スイッチ20内部の板23は磁力によって永
久磁石26側へと引き付けられ、これによりL型クラン
ク22は図で時計周りに回動して端部がスイッチ端子2
4に係入する。この結果、発光素子駆動回路19が起動
され、発光素子17よりマット2に向けて赤外線が射出
される。
【0017】次に、本実施形態のシステム構成及びその
操作法を図3及び図4を用いて説明する。図3は、上述
した三次元コントローラを用いたビデオゲーム装置のブ
ロック図であり、図4は、プレイヤによるボールパッド
1の位置変化の一例を示すものである。ボールパッド1
より射出される赤外線は、上述した回転機構によって、
常にボールパッド1の下方に射出され、ボールパッド1
直下に位置するマット2上の受光素子8に感知される。
マット2には、このようにして赤外線を感知した受光素
子8の位置及びその赤外線強度をデジタル化する信号処
理回路2aが設けられている。このようにしてボールパ
ッド1の位置の検出信号は、ゲーム機本体3へと出力さ
れる。
【0018】ゲーム機本体3には、図3に示すように、
三次元座標演算回路3a、CD−ROM駆動回路3b、
ゲーム制御回路3c、モニタ駆動回路3dが設けられて
いる。三次元座標演算回路3aは、マット2からのデジ
タル信号に基づき、その受光素子位置からボールパッド
1の平面座標(x座標、y座標)と、赤外線強度から受
光素子・ボールパッド間距離(z座標)を演算する。C
D−ROM駆動回路3bは、ゲームプログラムが格納さ
れたCD−ROMを駆動し、ゲームプログラムを読込
む。ゲーム制御回路3cは、三次元コントローラからの
三次元座標位置に基づいてゲームプログラムを実行す
る。モニタ駆動回路3dは、ゲーム制御回路3cからの
ゲーム情報に基づいてゲーム画像を構成し、モニタ4に
出力する。
【0019】次に、ボールパッド1の具体的操作につい
て説明する。まず、プレイヤはゲームを開始するに当た
って、ボールパッド1を握り、マット2上においてボタ
ン12を指で押す。これにより、球体9内の発光素子駆
動回路19は起動され、発光素子17よりマット2に向
けて赤外線が射出される。この操作とほぼ時を同じくし
て、プレイヤはマット2上の任意の位置、例えば、図4
の位置Aにボールパッド1を保持しながら、もう一方の
手で、コントローラ6の初期位置設定ボタン7を押す。
このボタン押圧操作により、初期位置設定ボタン7が押
された時点でのボールパッド1の三次元座標が、ゲーム
機本体3の三次元座標演算回路3aに取り込まれること
となり、三次元座標演算回路3aは、その時の三次元座
標を原点(0、0、0)として新たな三次元座標系を設
定する。このようにして、ゲーム中のキャラクタの位置
に対して、マット2上のボールパッド初期位置が設定さ
れる。
【0020】このようにして初期設定が完了したなら
ば、次に、プレイヤはゲーム進行に伴ってモニタ内キャ
ラクタの移動したい方向へとボールパッド1を移動させ
る。このボールパッド1の移動により、赤外線の発光位
置は、例えば、図4に示すように初期位置Aから矢印B
方向へと変化し、その途中の、位置A′においては、赤
外線を感知する受光素子8もまた新たな受光素子8′へ
と変化する。
【0021】そして、この時点では、受光素子8′の位
置に対応した絶対的な平面位置信号と、その赤外線強度
に応じた高さ信号が、三次元座標演算回路3aに入力さ
れる。三次元座標演算回路3aは、入力された各信号に
より絶対的なボールパッド三次元位置を演算し、更に初
期位置との偏差を見て、新三次元座標系における位置
(x、y、z)を算出し、その結果をゲーム演算回路3
bへと出力する。このような位置検出のための演算処理
は、ボールパッド1の移動過程において連続して行わ
れ、その演算結果は随時、ゲーム制御回路3cに入力さ
れ、最終的にその位置に対応したキャラクタ移動がモニ
タ出力されることとなる。
【0022】このように、本実施形態によれば、ボール
パッド1という、マット2から完全分離したコントロー
ラパッドを使用することにより、プレイヤは任意の方向
に何の制約もうけることなくパッド操作することがで
き、また、モニタ内キャラクタも、ボールパッド1の動
きと同じように移動するため、より感覚的な操作が可能
となる。
【0023】なお、本実施形態では、ボールパッド1の
三次元座標位置を検出したが、内部に加速度センサ(図
示せず)を設け、ボールパッド1の傾斜角度をも検出す
るようにしてもよい。三次元座標位置だけでなく傾斜状
態をも操作入力することができ、より感覚的な操作が可
能である。また、ボールパッド1の内部に、傾斜角を検
出できるジャイロや水平メータを組み込んで、その傾斜
状態を検出するようにしてもよい。
【0024】本発明の第2実施形態によるビデオゲーム
装置の三次元コントローラについて図5を用いて説明す
る。上述した第1実施形態は、ボールパッドの位置検出
に赤外線を使用したものであるが、本実施形態では、赤
外線に代わってボールパッドに超音波発振器を内蔵し、
超音波信号を用いて三次元位置を検出するものである。
【0025】ボールパッド31には、超音波発振器(図
示せず)が内蔵されている。先の実施形態と同様に、ボ
ールパッド1が傾斜しても、超音波発振器は常にマット
32に向けて超音波を発信する。超音波は、例えば、マ
ット32に向かってボールパッド31より放射状に拡散
して伝播する。マット32の四隅には、超音波を受信す
る受信マイク33が4個設置されている。
【0026】ボールパッド1から発振された超音波は、
4つの受信マイク33により受信される。各受信マイク
33は、超音波の受信方向を検知し、これら4つの受信
マイク33の受信方向から、ボールパッド31と各マイ
ク33との距離を測定し、最終的にボールパッド31の
三次元座標位置を検出する。位置検出後の信号処理、画
像出力等のゲーム制御は、先の第1実施形態と同様であ
る。
【0027】なお、受信マイク33の設置形態として
は、例えば、マット32に代わりに、そのコーナーに受
信マイク33を設置する矩形のフレーム(図示せず)で
代用してもよい。また、本実施形態と第1実施形態とを
組み合わせ、例えば、図6に示すように、ボールパッド
34に赤外線を拡散して発光する素子(図示せず)を設
け、他方マット2上の4箇所に赤外線を感知する受光素
子8を設け、同様にその受光方向から各受光素子8とボ
ールパッド34との距離を測定して、三次元座標を検知
するようにしてもよい。この場合、第1実施形態の装置
に比較して、受光素子の数を減らすことができ、コスト
ダウンが可能になる。
【0028】本発明の第3実施形態によるビデオゲーム
装置の三次元コントローラについて図7を用いて説明す
る。本実施形態の三次元コントローラは、ボールパッド
の三次元座標位置に加えて、ボールパッドの傾斜状態を
も操作信号として入力することができるようにしてい
る。
【0029】本実施形態のパッド1の内部には、第1実
施形態における偏重心の球体9が設けられ、更に、これ
を包囲するシェル42の長手方向両端には、パッド41
より両側方に向かってシェル軸線aに一致する可視光を
照射する発光器43が設けられている。このパッド41
の操作領域としては、マット2と、マット2の両端に互
いに対向する2枚の受光板44によって画成された空間
が提供される。
【0030】受光板44は、その全面に多数の受光素子
45を配置しており、パッド41から発せられる可視光
は双方の受光板44に当たり、それぞれの受光位置C、
Dがゲーム機本体46の傾斜検出回路(図示せず)に入
力される。本実施形態では、2つの受光板44での受光
位置を検出することにより、図7において1点鎖線で示
す基準線bに対するシェル軸線aの傾斜角度θを演算す
る。これにより、前述した赤外線による三次元座標位置
検出に加えてパッド41自体の傾斜角度を検知すること
ができる。
【0031】したがって、本実施形態によれば、キャラ
クタが単に並進移動するだけでなく、特定方向に傾斜し
たり回転するような複雑な動きをするゲームに対して
も、本実施形態のパッド41を使用して、そのような動
作コマンドを出力することができ、より感覚的な操作を
もってゲームプレイすることが可能となる。なお、パッ
ド41から出射する光をレンズ48などで所定勾配度の
円錐形又は円錐台形に収斂又は拡散させ、受光板44が
感光した受光素子数又は受光面積により、受光板44か
らパッド41までの距離dを演算し、その演算結果から
パッド傾斜角度と共にパッド41の三次元座標を演算す
るようにしてもよい。この場合、第1実施形態による球
体やマット2が不必要となり、コストを大幅に低減する
ことが可能となる。
【0032】本発明は上記実施形態に限らず種々の変形
が可能である。例えば、上記実施形態では、ゲーム装置
に用いるコントローラに本発明を適用したが、ゲーム装
置以外の他の電子装置を制御する入力装置としてのコン
トローラに本発明を適用してもよい。
【0033】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、操作者に
より操作され、外部に特定波を発する操作体と、前記操
作体からの前記特定波を感知する感知手段と、前記感知
手段からの感知信号に基づいて現在の前記操作体の位置
を表す三次元座標を演算する座標演算手段とを有してい
るので、自然な操作感覚で三次元空間内の位置座標を入
力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるビデオゲーム装置
の外観斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態によるビデオゲーム装置
の三次元コントローラを示す図である。
【図3】本発明の第1実施形態によるビデオゲーム装置
のブロック図である。
【図4】本発明の第1実施形態によるビデオゲーム装置
の操作方法の説明図である。
【図5】本発明の第2実施形態によるビデオゲーム装置
の三次元コントローラを示す外観図である。
【図6】本発明の第2実施形態によるビデオゲーム装置
の三次元コントローラの他の具体例を示す外観図であ
る。
【図7】本発明の第3実施形態によるビデオゲーム装置
の三次元コントローラを示す外観図である
【符号の説明】
1…ボールパッド 2…マット 3…ゲーム機本体 4…モニタ 5…ケーブル 6…コントローラ 7…初期位置設定ボタン 8…受光素子 9…球体 10…シェル 12…ボタン 17…発光素子 18…ウエイト 19…発光素子駆動回路 20…非接触スイッチ 31…ボールパッド 32…マット 33…受信マイク 34…ボールパッド 41…パッド 42…シェル 43…発光器 44…受光板 45…受光素子 46…ゲーム機本体

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 操作者により操作され、外部に特定波を
    発する操作体と、 前記操作体からの前記特定波を感知する感知手段と、 前記感知手段からの感知信号に基づいて現在の前記操作
    体の位置を表す三次元座標を演算する座標演算手段とを
    有することを特徴とする三次元コントローラ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の三次元コントローラにお
    いて、 前記特定波は、赤外線であり、 前記操作体は、赤外線を発光する赤外線発光素子を有
    し、 前記感知手段は、前記操作体を操作される空間を確定す
    る操作用マットと、前記操作用マット表面に配された複
    数の赤外線受光素子とを有することを特徴とする三次元
    コントローラ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の三次元コントローラにお
    いて、 前記操作体は、前記赤外線発光素子からの赤外線を常に
    下方に出射する出射方向制御機構を更に有し、 前記複数の赤外線受光素子は、前記操作マット上にマト
    リクス状に配置されていることを特徴とする三次元コン
    トローラ。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の三次元コントローラにお
    いて、 前記操作体は、前記赤外線発光素子から放射状の赤外線
    を出射し、 前記感知手段は、前記操作マット上の所定位置に前記赤
    外線受光素子を配置していることを特徴とする三次元コ
    ントローラ。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の三次元コントローラにお
    いて、 前記特定波は、超音波であり、 前記操作体は、超音波を出力する超音波発信子を有し、 前記感知手段は、前記操作体を操作する空間を確定する
    操作用マットと、前記操作用マット表面の所定位置に配
    された複数の超音波受信子を有することを特徴とする三
    次元コントローラ。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
    三次元コントローラにおいて、 前記操作体の傾斜状態を検出する傾斜検出手段を更に有
    することを特徴とする三次元コントローラ。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
    三次元コントローラを有し、前記三次元コントローラに
    より入力された三次元の位置情報を用いてゲーム制御す
    ることを特徴とするゲーム装置。
JP10015597A 1997-04-17 1997-04-17 三次元コントローラ Withdrawn JPH10293646A (ja)

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