WO1995035555A1 - Procede et dispositif de traitement d'image - Google Patents

Description

明細書 画像処理方法及びそ の装置 技術分野

本発明は、 ディ ス プ レ イ 装置に画像を表示 して リ ア ル タ イ ム にゲー ムを進行す る ゲー ム機に適用でき る画像処理方法及びその装置に係わ り、 と く にゲ— ム機の ハー ド ウ ェア資源を有効に利用でき る よ う に した画像処理方法及びそ の装置に関 する。

背景技術

—般に、 リ ア ル タ イ ム にゲー ムを進行させる こ と の で き る コ ン ピ ュ ータ ゲー ム 機は、 予め記憶したゲ ー ム ソ フ ト を実行する ゲ ー ム機本体と、 ゲ ー ム 上の キ ャ ラ ク タ を移動させるな どの処理のための操作信号を与える操作部と、 ゲー ム機本体 で実行されたゲー ム展開の画像を表示するディ ス プ レ イ 装置と、 ゲー ム展開に伴 い必要な音響を発生さ せる音響装置とを備えている。

このよ う なゲー ム機では、 画面が鮮明で、 よ り リ ア ル な映像を提供でき る も の が人気を得ている。 特に、 三次元の画像デー タ を一定のユニ ッ ト の集合と して表 示でき るポ リ ゴ ン処理を用いたゲー ム機は、 ビ ジ ュ ア ル な現実感 （ リ ア ル感） が 高いため、 人気を博している。 このポ リ ゴン処理のゲー ム機においては、 一つの オ ブジ ェ ク ト （画面上で動きのある表示物） を構成する ポ リ ゴン数を増加させた り、 ポ リ ゴ ン面にテ ク ス チ ャ ー を施すこ と によ り、 現実感をよ り 一層高める こ と ができ る。

このよ う に現実感を求める と いう こ と は、 ハー ド ウ ェ アに対しては、 処理時間 の短縮化はも ちろんの こ と、 飛躍的に増加するデー タ容量を リ ア ル タ イ ム に処理 する能力を要求する こ とを意味 し、 ハ ー ド ウ ェ ア の負担が著 し く 大き く な る。 し か し、 この要求は今後ますます増大する こ とが予想され、 それによ り ドゥ エ ァへの演算負荷も高ま るばかり であ る。

—方、 ゲー ム機は元来、 プ レ ー ヤ の入力に基づく リ ア ル タ イ ム の画像処理を行 う こ と が要求されてお り、 単な る コ ン ピ ュ ー タ グラ フ ィ ッ ク ス画像処理に比較す る と、 中央演算処理装置の基本的な負荷は元々高い も のであ つた。

その上、 飛行シ ミ ュ レー タ のよ う な圧倒的なデ— タ処理能力を確保 したいがた めに、 高価な高速演算処理装置を複数搭載してゲー ム機を構成 し たのでは、 高価 格の商品にな り、 市場のニー ズにそ ぐわないと い う 制約もあ つ た。

こ の よ う な事情によ って、 従来のゲー ム機では、 演算処理装置の処理能力の限 界またはデー タ容量の限界について妥協点を見出 し ながらの画像表示処理に留ま ら ざる を得なかっ た。 こ のため、 画像の現実感に物足り な さ を残すと い う状況が あ った。

本発明の目的は、 上述 した従来技術の問題点に鑑みてな された も のであ り、 画 像処理の負荷を減ら して、 よ り現実感のある画像を表示でき る画像処理方法及び そ の装置を提供する こ とであ る。

本発明の別の目的は、 と く に、 表示対象であ る オ ブ ジ ェ ク ト についての画像処 理の負荷を減ら して、 よ り現実感のある画像を表示でき る画像処理方法及びその 装置を提供する こ とである。 発明の開示

上記目的を達成するために、 本発明に係わる画像処理方法では、 仮想カ メ ラ の 情報のマ ト リ ッ タ ス と変換マ ト リ ッ ク ス とで座標変換 して得たォ ブジ ュ ク 卜 のマ ト リ ッ ク ス内の回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス となる よ う に設定する こ と に よ り、 オ ブジ ェ ク ト の表示デー タ を得る。 カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス は、 例えば、 力 メ ラ の位置情報と カ メ ラ の回転情報とか らなる。

なお、 こ こ で、 仮想カ メ ラ と は、 コ ン ピュータ グ ラ フ ィ ッ ク ス を描 く と きの視 点、 画角をカ メ ラ に例えた も のを云 う。 こ の仮想カ メ ラ のセ ッ テ ィ ン グは、 位置、 光軸方向 （ レ ン ズの向き） 、 画角 （ ズー ム〜ワ イ ド） 、 ツ イ ス ト （光軸回 り の回 転角） の指定で行う。 換言すれば、 仮想カ メ ラ と は、 仮想的に設定された視点を 云う。 仮想カ メ ラ は、 テ レ ビモ ニ タ に表示する画像の視野方向を決定する仮想的 な視野方向決定手段と して理解される。 図形 （ォブ ジュ ク ト ） 固有の座標系であ る ボデ ィ座標系から 3 次元空間内の図形 （ォ ブジュ ク ト ） の配置を定義する ヮ ー ル ド座標系にモデ リ ン グ変換された オ ブ ジ ェ ク ト 力 ^s、 こ の仮想カ メ ラ （ の位置及 び角度等） によ っ て定ま る視野座標系に視野変換さ れてモ ニ タ 3 0 に表示される _c さ ら に続けて説明する と、 ま た、 好適には、 仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス を M、 3 次元空間内での移動の情報を持つマ ト リ ッ ク ス を X、 変換マ ト リ ッ ク ス を T とする と、

X = T M

か ら得たマ ト リ ッ ク ス Xの回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス とな る よ う に設定する こ と によ り、 常に視線方向を向いたォ ブジ ク 卜 の表示デ― タ をつ く る。

また、 本発明に係わ る画像処理装置は、 仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク スを基 に ォ ブ ジ ュ ク 卜 の座標変換を し、 か つ座標変換 したォ ブ ジ ュ ク 卜 のマ ト リ ッ ク.ス の回転成分を単位マ ト リ ッ ク ス を形成する成分に設定する処理手段を設けた もの である。

前記処理手段は、 例えば、 仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク スを得る カ メ ラ コ ン ト ロ ー ルマ ト リ ッ ク ス処理手段と、 前記仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス に変換 マ ト リ ッ ク スをかけて、 回転した点の情報を もつマ ト リ ッ ク スを得る と と もに、 当該マ ト リ ッ ク ス の回転成分を単位マ ト リ ッ ク スを形成する成分に設定する こ と によ り、 常に仮想カ メ ラ の視線方向に向いたォ ブジ ュ ク ト の表示デー タ を得る こ とがで き るォブジヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理手段とを備えた も のである。

また、 本発明に係わ る画像処理装置は、 カ メ ラ の位置座標情報及び角度情報と ォ ブジ - ク ト の位置座標情報と を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から得た力 メ ラ の位置座標情報及び角度情報及びォ ブ ジ ェ ク ト の位置座標情報か らォ ブ ジ ュ ク ト を所望の方向に向かせる 3 次元座標系の各角度を算出する ォ ブジ ュ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理手段を備えた ものであ る。

本発明に係わる画像処理では、 座標変換して得たォブジュ ク ト の表示マ ト リ ッ ク ス の回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス を形成する成分に設定される の で、 常に仮想 カ メ ラ の視線方向を向いたォブジェ ク ト の表示デー タが作られる。 仮想カ メ ラ を どのよ う な方向に向けて も、 カ メ ラ の方向にォ ブジ ヱ ク ト が常に向 く と い う関係 は維持されるから、 ォ ブジ - ク 卜 のデー タ は例えばその正面デー タ （ 2 次元デ一 タ） 1 枚で済み、 多量のデー タ を扱 う必要がないか ら、 演算処理が軽 く な る。 ま た、 オ ブジェ ク ト をノ、'ネ ル状に表示される ォブ ジュ ク ト デ一 夕 と して構成 してお き、 こ のオ ブ ジ ェ ク ト を所定の位置で、 常に所定の方向を向 く よ う にする こ とが でき、 看板等の平板状のォ ブジ ュ ク ト も常時視線方向に向け る こ と がで き る。 ま た、 カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス は、 ゲー ム機な どの操作情報に応じて、 カ メ ラ の位置情報と カ メ ラ の回転情報とを必要に応じて選択で き る。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明を適用 した一実施例に係る ゲー ム機の概略を説明する斜視図であ る。 - 図 2 は同ゲー ム機のォ ブジェ ク ト を説明する図である。

図 3 は同ゲー ム機の概略を示す電気的プロ ッ ク 図であ る。

図 4 は同ゲー ム機の中央演算処理装置及びその周辺の機能プロ ッ ク 図である。 図 5 は中央演算処理装置の処理の概要を示すフ ロ ーチ ヤ 一 ト である。

図 6 A乃至図 6 C は画像処理の一例を示す説明図であ る。

図 7 A乃至図 7 C は画像処理の一例を示す説明図であ る。

図 8 は本発明を適用 したそのほかの実施例に係る ゲー ム機の中央演算処理装置 の処理の概要を示すフ ロ ーチ ャ ー ト であ る。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施例を図面を参照 して説明す る。

図 1 は、 本発明に係る画像処理方法及び画像処理装置を適用 し たゲー ム機を示 す。 こ のゲー ム機は、 例えば戦車ゲー ムを扱う も ので、 本発明に係る ォブジ ュ ク ト と して、 戦車か ら打ち出された大砲が標的に当た る と きの爆発のパタ ー ン （爆 発パタ ー ン） を例示して説明する。

図 1 に示すゲー ム機は、 操縦室を形成する筐体 1 を備える。 筐体 1 は基部 1 A と前壁部 I B とを備え、 前壁部 1 B が基部 1 A の一端に垂設さ れている。 基部 1 A には操縦席 2 が設け られ、 こ の操縦席 2 にプ レー ヤが座っ てゲー ム機を操縦す る。 前壁部 1 B には、 その内部にゲー ム機本体 1 0 が、 その下部の操縦席 2 にハ ン ドル 2 O A、 ア ク セ ル 2 0 B、 ビ ュ ーチ ェ ン ジ ス ィ ッ チ 2 0 C な どを含む操作 部 2 0 が、 及びその上側前部に T V モ ニ タ 3 0 及びス ピーカ 4 0 がそれぞれ設け られて いる。

このゲー ム機は戦車ゲー ムを扱う も の で、 ハ ン ド ル 2 0 Αがゲー ム機に方向デ 一 夕 を与えるための唯一の操作機器とな っている。 こ の戦車ゲー ムは、 走行する 表示オ ブジェ ク ト （走行体） と して戦車を対象と している。 戦車 3 1 は図 2 の よ う に模式的に表わすこ とができ、 車体 3 2 と砲芯の照準 3 3 とを備える。

ゲー ム機の電気的なプロ ッ ク 図は図 3 のよ う に表 される。 こ のゲー ム機のゲ一 ム機本体 1 0 は、 中央演算処理装置 （ C P U ) 1 0 1、 補助演算処理装置 1 0 2. プロ グ ラ ム / ^デー タ R O M 1 0 3、 デー タ R A M I 0 4 ッ ク ア ッ プ R A M I 0 5、 入力イ ン タ ー フ ェ イ ス 1 0 6、 デ ィ ッ プス ィ ッ チ 1 0 7、 サ ウ ン ド装置 1 0 8、 電力増幅器 1 0 9、 ポ リ ゴ ン ' ' ラ メ 一 夕 メ モ リ 1 1 0、 ジ オ メ 夕 ラ イ ザ と呼ばれる座標変換装置 1 1 1、 ポ リ ゴ ン . デ一夕 メ モ リ 1 1 2、 レ ン ダ リ ン グ 装置と も呼ばれる ポ リ ゴ ン ペ イ ン ト 装置 1 1 3、 及びフ レ ー ム メ モ リ 1 1 4 を備 えてい る。

こ の内、 中央演算処理装置 （ C P U ) 1 0 1 は、 バ ス ラ イ ンを介して、 補助演 算処理装置 1 0 2、 プ ロ グラ ム データ R O M 1 0 3、 データ R A M I 0 4、 パ- ッ ク ア ッ プ R A M I 0 5、 入力イ ン タ ー フ ェ イ ス 1 0 6、 サ ウ ン ド装置 1 0 8 及びポ リ ゴン ' ' ラ メ ータ メ モ リ 1 1 0 に接続されてい る。 入力 イ ン 夕 一 フ ェ イ ス 1 0 6 には操作部 2 0及びディ ッ プス ィ ツ チ 1 0 7 が接続されている。 C P U 1 0 1 は補助演算処理装置 1 0 2 と共働 して、 プロ グラ ムノデー タ R O M 1 0 3 に予め格納されたゲー ム プロ グラ ム のデー タ が読み出 し、 そ のプ ロ グ ラ ム を実行 する。 ゲーム プロ グラ ム には、 T Vモニ タ 3 0 に表示さ れる オ ブ ジ ェ ク ト と して の戦車の位置、 方向、 角度の制御及び表示画面の視野を決める仮想カ メ ラ の位置 及び角度の制御な ども含ま れる。 そ れ ら の制御概要を図 5 に示す。

サ ウ ン ド装置 1 0 8 は電力増幅器 1 0 9 を介 して ス ピー カ 4 0 に接続されてい る。 サ ウ ン ド装置 1 0 8 で形成された音響信号は電力増幅器 1 0 9 で電力増幅さ れ、 ス ピーカ 4 0 に送 られる。

ポ リ ゴン . パラ メ ー タ メ モ リ 1 1 0 の読出 し端は座標変換装置 1 1 1 に接続さ れてお り、 こ のメ モ リ 1 1 0 内のポ リ ゴ ンパラ メ ー タ が座標変換装置に与え られ る。 座標変換装置 1 1 1 は ポ リ ゴ ン デ— 夕 メ モ リ 1 1 2 に接続さ れてお り、 メ モ リ 1 1 2 か ら ポ リ ゴン デー タ を受け取る。 座標変換装置 1 1 1 では、 与え られた ポ リ ゴ ンパ ラ メ ー タ と ポ リ ゴ ンデー タ と に基づいて、 表示する ポ リ ゴ ン の座標値 が 3 次元から 2 次元の透視座標に変換さ れる。 座標変換装置 1 1 1 の出力端はポ リ ゴン ペイ ン ト装置 1 1 3 に接続さ れ、 透視座標に変換処理されたポ リ ゴ ンのデ — 夕がポ リ ゴ ン ペ イ ン ト装置 1 1 3 に送 られる。 ポ リ ゴ ン ペ イ ン ト装置 1 1 3 は. 送 られて き た ポ リ ゴン に フ レー ム メ モ リ 1 1 4 に格納 してい る テ ク ス チ ャ ーデ— 夕 をペ イ ン ト した画像デー タ を形成する。 ポ リ ゴ ン ペ イ ン ト 装置 1 1 3 の出力端 には T Vモニ タ 3 0 が接続されてお り、 ペイ ン ト装置 1 1 3 で形成さ れた画像デ 一夕が表示される。

—方、 操作部 2 0 のア ク セル 2 0 B はプ レーヤの操作に応答 して、 T V モ ニ タ 3 0 上のオ ブ ジ ェ ク ト の走行速度 V に反映する ア ク セル開度 A の電気信号を出力 する。 同様にハ ン ド ル 2 O Aは、 オ ブジ ェ ク ト の挙動を反映する方向 0 の電気信 号を出力する。 ビ ュ ー チ ヱ ン ジ ス ィ ッ チ 2 0 C は、 T V モニ タ 3 0 に表示する画 像の視野を決定する仮想カ メ ラ の位置を プ レーヤが指定する ス ィ ツ チ であ る。

中央演算処理装置 1 0 1 は、 補助演算処理装置 1 0 2 と共働 して、 図 4 に示す よ う に、 プロ グラ ム デー タ R O M 1 0 3 に記憶さ れた、 本発明に係る画像処理 方法を含むゲーム プロ グラ ムを実行する こ とで、 カ メ ラ コ ン ト ロ ー ルマ ト リ ッ ク ス処理手段 1 2 1 と、 ォ ブ ジ ヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理手段 1 2 2 と、 ォ ブ ジ ェ ク ト パタ ー ン表示処理手段 1 2 3 とを機能的に実現す る。 プロ グラ ムノデー タ R O M 1 0 3 には、 爆発パタ ー ン （オブ ジェ ク ト） の形状を決める ポ リ ゴ ンの頂点デ 一夕か ら成る爆発モデルデータ M D が記憶されている。 またデー タ R A M I 0 4 には、 爆発パタ ー ン表示マ ト リ ッ ク ス X、 カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス M、 及び爆発座標 デー タ C Dが記億されている。 爆発座標デ一 夕 C D は煜発を起こす位置デー タ で、 例えば爆発モデルデー タ M D の中心位置座標である。

中央演算処理装置 1 0 1 は後述する よ う に、 操作部 2 0 か らの操作入力に応 じ て視線方向を決める仮想カ メ ラ の位置と回転を コ ン ト ロ ール し、 そ の カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mをデ一 タ R A M I 0 4 に記憶さ せ る と と も に、 カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス M 及び爆発座標デー タ C Dを取り込み、 爆発パタ ー ン （オブジ ェ ク ト） を座標変換 する演算及び爆発パタ ー ン のマ ト リ ッ ク ス の回転成分を単位行列に設定する演算 を実行 して爆発パター ン表示マ ト リ ッ ク ス X を作り、 こ の マ ト リ ッ ク ス を X を デ — 夕 R A M I 0 4 に一時記憶させる。 さ らに中央演算処理装置 1 0 1 は、 プロ グ ラ ム デー タ R 0 M 1 0 3 に記憶さ れて い る爆発モ デル デー タ M D及びデー タ R A M I 0 4 に記憶されている爆発パター ン表示マ ト リ ッ ク ス Xを基に爆発パター ン の表示処理を実行する よ う にな っ てい る。 こ の よ う に して得たデー タ は、 ポ リ ゴ ン ' パ ラ メ ー タ メ モ リ 1 1 0 に供給され、 最終的には、 デ ィ ス プ レ イ装置 3 0 に供給される。 なお、 中央演算処理装置 1 0 1 は、 図示 しない力 s、 操作情報な ど に応じた爆発パタ ー ン の中心位置を必要に応 じて演算 し、 そ の演算の都度、 デ— タ R A M I 0 4 の爆発座標デー タ C Dの値を更新す る よ う にな っ てい る。

この実施例の動作を、 ォ ブジ - ク ト と しての爆発パタ ー ンに対する表示処理を 中心に図 5 〜図 7 を参照して説明す る。 なお、 爆発パタ ー ンはそ の正面部分の画 像デー タ を使用する も のとする。

こ のゲー ム機 1 では、 電源が投入される こ と によ り、 ゲー ム機本体 1 0 の動作 が開始 し、 中央演算処理装置 1 0 1 が補助演算処理装置 1 0 2 と共働 して図 5 に 示す処理を実行する。

まず、 中央演算処理装置 1 0 1 は所定の初期設定を実行する （ ス テ ッ プ 2 0 1 ) 。 つ い で、 中央演算処理装置 1 0 1 は、 プ レー ヤ が操作する ハ ン ド ル角、 ァ ク セ ル開度などの操作情報を操作部 2 0 から読み込み （ ス テ ッ プ 2 0 2 ) 、 こ の読み 込み情報に基づいて仮想カ メ ラ の カ メ ラ 情報の マ ト リ ッ ク ス （ カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス ） M の コ ン ト ロ ー ル処理を実行す る （ ス テ ッ プ 2 0 3 ) 。

こ の コ ン ト ロ ー ル処理は、 仮想カ メ ラ の位置の基本マ ト リ ッ ク ス を E、 移動変 換マ ト リ ッ ク スを T， 、 回転変換マ ト リ ッ ク ス を R ' 、 カ メ ラ位置情報を持つマ ト リ ッ ク ス （ カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス ） を M とする と、

M = R ' T ' E · . · · [数 1 ]

で与え られる。

こ の コ ン ト ロ ー ル処理を具体的に説明する。 本実施例では、 ハ ン ド ル 2 0 A , ア ク セ ル 2 0 B な どで戦車 3 1 の挙動を コ ン ト ロールするので、 仮想カ メ ラ は戦 車の視点から見ている とする。 そ こ で、 戦車の.位'置をそのま ま カ メ ラ の位置 ( X , Y p, Z p ) と み なす こ と ができ、 戦車の回転角をカ メ ラ の回転角

( X a , Y a， Z a ) とみなす こ と ができ る。 つま り、 ア ク セ ル操作によ る戦車 の移動はカ メ ラ の位置 （ X p, Y p, Z p ) の変化と し て反映し、 ハ ン ド ル操作 に よ る 戦車の回転は カ メ ラ の回転角 （ X a, Y a, Z a ) の変化と し て反映する。

この場合、 回転変換マ ト リ ッ ク ス を R ' は、 [数 2 ] の行列演算で与え られ、 移動変換マ ト リ ッ ク ス T ' は、 [数 3 ] の行列演算で与え られる。 [数 2 ] 及び [数 3 ] の行列演算式は、 後に記載されている。 [数 4 ] 以降の演算式又は値も 同様に後に説明されている。

単位行列 E は、 [数 4 ] で表されるから、 上記 [数 2 ] 〜 [数 4 ] 式の 3 つの マ ト リ ッ ク ス を掛 け合わせた も のが カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス M ( = R， T ' E ) と な る

こ の よ う に演算された カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mは デ ー タ R A M I 0 4 に格納され る （ ス テ ッ プ 2 0 4 ) 。

次いで、 中央演算処理装置 1 0 1 はプ ロ グ ラ ム デー タ R O M 1 0 3 か ら爆発 座標デ一 タ C Dを読み出すと と もに、 デ一 夕 R A M I 0 4 か らカ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mを読み出す （ ス テ ッ プ 2 0 5 ) 。 その後、 爆発パタ ー ン処理と して爆発パ夕 — ン の座標変換を実行する （ ス テ ッ プ 2 0 6 ) 。 つ ま り、 現在の カ メ ラ マ ト リ ツ ク ス M と爆発座標デー タ C D と に基づき、

X = T M

の行列演算を行い、 3 次元空間内の移動に関する爆発パター ン表示マ ト リ ッ ク ス Xが求められる。 Tは移動変換マ ト リ ッ ク スである。

具体的には、 カ メ ラ の位置を （ T x， T y, T ζ ) と し た と き、 爆発パ タ ー ン 表示マ ト リ ッ ク ス X は、 [数 5 ] で表される。 移動変換マ ト リ ッ ク ス Τが式のよ う に、 1 行目が [ 1 0 0 0 ] 、 2 行目が [ 0 1 0 0 ] 、 3 行目 が

[ 0 0 1 0 ] 、 4行目が [丁 T y T z 1 ] である と し、 これらを 用いて X = T Mの計算をする と、 X は、 1 行目に [ a b c 0 ] 、 2 行目に

[ d e f 0 ] 、 3 行目に [ £： h i 0 ] 、 4 行目に [ A B C 1 ] が得られる こ と に な る。 したがって、 こ の座標変換処理によ り、 仮想カ メ ラが移 動 した こ と に よ る マ ト リ ッ ク ス Xが得られる。 こ の実施例では、 後述する演算処理の簡単化の理由か ら、 回転変換マ ト リ ッ ク ス Rを使用 し ないので、 X = T Mの計算をする だけで済む。 こ の X = T M の計算 をする こ と によ り、 カ メ ラ情報のマ ト リ ッ ク ス X は、 [数 6 ] に示す値を と る。

こ の よ う に求め られた爆発パ タ ー ン表示マ ト リ ッ ク ス X の値が演算される と、 中央演算処理装置 1 0 1 は、 当該マ ト リ ッ ク ス X の回転成分を単位行列を形成す る成分に設定する演算を実行する （図 5 ス テ ッ プ 2 0 7 ) 。 これは、 式の各成分 a i の値が回転情報を持つので、 こ の回転情報を下記 [数 7 ] に示すよ う に単 位マ ト リ ッ ク スを形成する値に設定すれば回転情報が失われて し ま う こ と にな り、 必然的に、 爆発パタ ー ン表示マ ト リ ッ ク ス X は無回転の状態を表すこ と になる。 すなわ ち、 回転 していな い状態で、 こ ち ら を向 く こ と が可能な ォ ブ ジ - ク ト ( こ こ では爆発パタ ー ン） であれば、 上述 した演算を実行する こ と に よ り、 当該 オ ブジ ェ ク ト を常時、 好みの位置で、 こ ち ら （視線方向） を向 く よ う にする こ と ができ る。 つ ま り、 常にカ メ ラ の視線方向に沿った所望方向を向いた、才 ブジヱ ク ト の爆発パタ ー ン表示マ ト リ ッ ク ス X を形成でき る。 カ メ ラ の撮影方向をあ らゆ る方向に向けても、 ォ ブジ ュ ク トが常にカ メ ラ の方向に向いた状態と な る。

こ の爆発パタ ー ン表示マ ト リ ッ ク ス X をデー タ R A M I 0 4 に一時的に格納す る （ス テ ッ プ 2 0 8 ) 。

次いで、 爆発パター ン表示マ ト リ ッ ク ス X がデー タ R A M 1 0 4 か ら、 爆発モ デルデ― タ M Dが R 0 M 1 0 3 か ら読み出 さ れる （ ス テ ッ プ 2 0 9 ) 。 次いで、 爆発パター ン表示処理がな される （ ス テ ッ プ 2 1 0 ) 。 こ の表示処理では、 爆発 'ター ン表示マ ト リ ヅ ク ス X に爆発モデルデー タ M Dか ら読み出 される ポ リ ゴン 頂点デー タ を掛け合わせて表示デー 夕が作成される。

さ ら に、 中央演算処理装置 1 0 1 は、 ポ リ ゴ ンの ポ リ ゴ ンパ ラ メ ー タ を作成 し、 こ のポ リ ゴンデー タ を ポ リ ゴ ン ' ラ メ ー タ メ モ リ 1 1 0 に出力する （ ス テ ッ プ 2 1 K 2 1 2 ) o

この後、 ス テ ッ プ 2 0 2 の処理に戻る。 上述の繰 り返すこ と に よ り、 所望の力 メ ラ情報のマ ト リ ッ ク ス Mが求ま り、 カ メ ラ情報マ ト リ ッ ク ス Mに変換マ ト リ ッ ク ス T をかけてな るマ ト リ ッ ク ス X が算出される。 そ して、 マ ト リ ッ ク ス X につ いて回転成分を単位マ ト リ ッ ク ス を形成する成分に設定する こ と によ り、 爆発パ タ ー ン が常に視線方向に向 く 表示デー タ が得られる。

このよ う に して得られた爆発パタ ー ン を含むオ ブ ジ ェ ク 卜 の デ ー タ は、 ポ リ ゴ ン . パ ラ メ ー タ メ モ リ 1 1 0 を介して座標変換処理装置 1 1 1 に与え られる。 座 標変換処理装置 （ ジォ メ タ ラ イ ザ） 1 1 1 では、 必要な表示座標に合わせて表示 デー タ を作成 し、 ポ リ ゴ ン ペ イ ン ト 装置 （ レ ン ダ リ ン グ装置） 1 1 3 に与える。 ポ リ ゴ ン ペ イ ン ト装置 1 1 3 で は、 当該表示デ ー タ に対 して、 フ レ ー ム ' メ モ リ 1 1 4 か ら得たテ ク ス チ ャ デー タ を付加する こ と に よ り、 ポ リ ゴ ン デー タ の表面 に装飾が施された表示デー タ に変換 される。 こ の表示デ ― タ は デ ィ ス プ レ イ 装置 3 0 に与え られ、 表示される。

なお、 図 5 の処理において、 ス テ ッ プ 2 0 2 ~ 2 0 4 が図 4 の カ メ ラ コ ン ト 口 ー ルマ ト リ ッ ク ス処理手段 1 2 1 を形成 し、 ス テ ッ プ 2 0 5 , 2 0 6 が同図のォ ブ ジ ヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理手段 1 2 2 を形成 し、 さ ら に ス テ ッ プ 2 0 7 ~ 2 1 0 が同図のォ ブジ ヱ ク ト パタ ー ン表示処理手段 1 2 3 を等価的に形成 している。 こ こ で、 上述 し た ス テ ッ プ 2 0 6 に お け る カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Xの別の行列演 算を比較のた め に説明 してお く。 こ の手法は、 本実施例では、 演算付加軽減のた めに採用 してはいない。 ォブジェ ク 卜が 3 次元空間内を移動 し、 そ の移動 した位 置での回転情報を持つ ォブジェ ク ト 表示マ ト リ ッ ク スを X とする と、 当該マ ト リ ッ ク ス X は、

X = R T M

で得られる。 なお、 R は回転変換マ ト リ ッ ク ス、 T は移動変換マ ト リ ッ ク ス であ る。 移動変換マ ト リ ッ ク ス T に つ い て は前述 した [数 5 ] と同様であ る。

こ の座標変換処理における回転変換マ ト リ ッ ク ス Rの具体的計算例について説 明する。 まず、 マ ト リ ッ ク ス Mが [数 8 ] 〜 [数 1 0 ] 式に示すよ う に、 例えば 要素 a、 b、 c、 … k、 1 の 4 行 4 列の行列である とする。

回転変換マ ト リ ッ ク ス R X が [数 8 ] の よ う に、 1 行目が [ 1 0 0 0 ] 、 2 行目が [ 0 c o s 0 s i n e 0 ] 、

3 行目が [ 0 — s i n e c 0 s 6» 0 ] 、 4 行目カ;' [ 0 0 0 1 ] であ る と し、 これらを用いて X = R x ' Mの計算をする と、 X は、

1 行目 に [ a b c 0 ] 、 2 行目に [ A B C 0 ] 、 3 行目 に [ D E F 0 ] 、 4 行目に [ j k 1 1 ] が得 られる こ と にな る。 こ の計算結果 X の大文字の要素が回転マ ト リ ッ ク ス R x の影響を受けた部分 である。 したがって、 座標変換処理によ り、 仮想カ メ ラ が X 軸方向について回転 し た こ と によ る マ ト リ ッ ク ス X が得 られる こ と にな る。

同様に、 回転変換マ ト リ ッ ク ス R y が [数 9 ] の よ う に、

1 行目が [ c 0 s 0 0 - s i n e 0 ] 、 2 行目力 ϊ [ 0 1 0 0 ] 3 行目が [ s i n 0 0 c 0 s 0 0 ] 、 4 行目が [ 0 0 0 1 ] であ る と し、 こ れらを用いて X = R y ' Mの計算をする と、 X は、

1 行目 に [ G H I 0 ] 、 2 行目に [ (1 e f 0 ] 、

3 行目 に [ J K L 0 ] 、 4 行目に [ j k 1 1 ] が得 られる こ と にな る。 こ の計算結果 Xの大文字の要素が回転マ ト リ ッ ク ス R y の影響を受けた部分 である。 したがって、 座標変換処理によ り、 仮想カ メ ラ が y 軸方向について回転 した こ と によ る マ ト リ ッ ク ス X が得 られる こ と にな る。

同様に、 回転変換マ ト リ ッ ク ス R z が [数 1 0 ] のよ う に、

1 行目が [ c o s 0 s i e 0 0 ] 、

2 行目が [一 s i n 0 c o s 6 0 0 ] 、 3 行目が [ 0 0 1 0 ] 、 4 行目が [ 0 0 0 1 ] ある と し、 これらを用いて X = R z ' Mの計算をする と、 X は、 1 行目に [ M N 0 0 ] 、 2 行目に [？ Q R 0 ] 、 3 行目 に [ g h i 0 ] 、 4 行目に [ j k 1 1 ] が得られる こ と にな る。 こ の計算結果 X の大文字の要素が回転マ ト リ ッ ク ス R z の影響を受けた部分である ₍ したがって、 座標変換処理によ り、 仮想カ メ ラ が z 軸方向について回転した こ と による マ ト リ ッ ク ス X が得られる こ と にな る。

こ の よ う に、 カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mに回転変換マ ト リ ッ ク ス R を掛ける こ と に よ り、 回転成分を有す るマ ト リ ッ ク ス X を得る こ と はでき る。

続いて、 図 6 及び図 7 を参照 して作用効果の具体例を説明する。

まず、 比較のために、 ォ ブジ ヱ ク ト の回転変換マ ト リ ッ ク ス R を導入 して X =

R T M のォ ブジヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理を行ったと仮定 した場合を説明する。 いま、 図 6 Aに示すよ う に、 エ リ ア 5 0 0 内の中央上部にォブ ジェ ク ト 5 1 0 が配置されている もの とする。 また、 仮想カ メ ラ の視点 5 2 0 が図示のとお り、 中央部から図示上方向に向かっ てい る もの とする。 こ の と き の力 メ ラ マ ト リ ッ ク スを M、 単位行列を E と し、 M = R， T ' E を算出する と、 マ ト リ ッ ク ス Mは、 図 6 B に示すよ う に、 1 行目が [ 1 0 0 0 ] で、

2 行目が [ 0 1 0 0 ] で、 3 行目力 ϊ [ 0 0 1 0 ] で、

4 行目が [ 0 0 0 1 ] と なる行列とな る。 し たがって、 X = R T Mの計算 を し、 カ メ ラ の視点 5 2 0 から オブ ジェ ク ト 5 1 0 を観察する と、 図 6 C に示す よ う に長方形状のォブ ジヱ ク ト 5 1 0 ' を得る こ と ができ る。 こ のよ う に所定の 大き さ のォブジヱ ク ト 5 1 0 を、 X = R T Mの計算をする こ と に よ り、 一定の方 向を向いた映像と して得る こ とがで き る。

また、 図 7 Aに示すよ う に、 エ リ ア 5 0 0 内の中央上部にオ ブ ジ ェ ク ト 5 1 0 が配置されてお り、 仮想カ メ ラ の視点 5 2 0 が図示のと お り、 図示左下方向から 図示右上方向に向かっ てい る も のとする。 こ の と き の カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mは、 単位行列を E と し、 M = R， T ' E を算出する と、 図 7 B に示すよ う に、 1 行目 が [ A B C 0 ] で、 2 行目力 [ D E F 0 ] で、

3 行目が [ G H I 0 ] で、 4 行目力 ϊ [ a b c 1 ] と な る行列となる _c したがって、 カ メ ラ の視点 5 2 0 か らオ ブジェ ク ト 5 1 0 を観察する と、 X = R T Mの計算をする こ と に よ り、 図 7 C に示すよ う に画面上で左側が小さ く 右側が 大きな台形状のオ ブジ ェ ク ト 5 1 0 ' を得る こ とができ る。 こ のよ う にカ メ ラ の 位置 ' 回転の情報を基にオ ブジ ェ ク ト 5 1 0 を取り 込み、 所定の映像を得る こ と ができ る。

これに対して、 本実施例で採用 している簡便的な ォブジ ヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス 処 理であ る X = T Mの演算の場合を説明する。

いま 図 6 A、 図 7 A のエ リ ア 5 1 0 は長方形ポ リ ゴン 5 1 0 である とする。 図 6 Aで、 長方形ポ リ ゴ ン 5 1 0 は、

P 1 ( X I , Y 1 , Z l ) , P 2 ( X 2 , Y 2, Z 2 ) ,

P 3 ( X 3 , Y 3, Z 3 ) , P 4 ( X 4 , Y 4, Z 4 )

の 4頂点のパラ メ ータ で表される。 カ メ ラが移動 して回転した状態を図 7 A とす る。 4 頂点 P 1〜 P 4 は、 M = R， T ' Eで求め られたカ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mに よ り変換される。 変換後のパ ラ メ ー タ （頂点） を Ρ 1 ' ， Ρ 2 ' , Ρ 3 ' , P 4 ' とする と、

Ρ 1 ' = Ρ 1 · Μ, P 2 ' = P 2 · M,

P 3 ' = P 3 ■ M, P 4 ' = P 4 · M

で表さ れる。 こ のパラ メ ータ をその ま ま表示させる と、 図 7 C に示すよ う にな つ て しま う。

そ こ で、 図 7 B のカ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mの中の A, B , C , D, E, F, G, H, I で表される回転情報を、 単位行列を形成する成分に設定 し たマ ト リ ッ ク ス を M ' と して 4頂点を変換する と、

P 1 " = P 1 · M ' , P 2 " = P 2 · M ' ,

P 3 " = P 3 · M ' , P 4 " - P 4 · M ' ,

で表さ れる。 こ の変換デー タ P I " , P 2 " , P 3 " , P 4 " を表示する と、 図 7 C に示す長方形ポ リ ゴンが、 図 7 A に示す視線方向を向 く よ う に表示される。 こ のよ う に回転情報を単位行列にする と、 長方形ポ リ ゴ ン 5 1 0 が常にカ メ ラ方 向に対向している とい う図 6 A に示す位置関係が保持される。

こ の よ う に、 本実施例では、 操作部 2 0 からの操作に応じた仮想カ メ ラ の情報 のマ ト リ ッ ク ス Mを求め、 ついで X = T Mの座標変換を行い、 かつそ のマ ト リ ッ ク ス X の回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス の成分を持つ よ う にする こ と によ り、 その 単位マ ト リ ッ ク ス に拠る疑似演算で、 爆発パタ ー ンが仮想カ メ ラ の視線に常に 9 0 度で向く よ う になる。 こ のため、 爆発パター ンの正面データ のみを用いて爆発 パター ンの全体像を表現でき る。 つ ま り、 爆発パタ ー ンの一部の所定領域のデー タ のみを用いて視点に応じた移動を させる こ とがで き るため、 爆発パター ンの所 定領域のデー タ のみでォブ ジュ ク ト を立体的に表す こ とができ る。 ま た爆発パタ ー ン表示マ ト リ ッ ク ス Xを求める と き、 単位行列の使用に拠る疑似演算によ って. 回転変換マ ト リ ッ ク ス Rを使っ た時間の掛かる爆発パタ ー ン の回転演算は不要と な る。 したがって、 視点の移動に伴 う ォ ブジェ ク 卜 の移動表示のための演算に必 要なデー タ量を少な く でき、 ま た扱 う表示データ量を少な く させ る こ とができ、 演算負荷を軽 く して高速演算が可 にな る。 ま た、 ォブジュ ク ト を視点の移動に 応 じて移動させるため、 正面データ な ど、 オブジェ ク 卜 の一部のデータ のみでォ ブジ - ク トが立体的である よ う に見せる こ とができ る。 こ のよ う に処理データ を させながら、 高品質の画像を表示さ せる こ と がで き る。

なお、 上記実施例では本発明の画像処理のォ ブジ ヱ ク ト を扱 う ゲー ム と して戦 車ゲー ムを想定 したが、 こ のゲー ム は単に、 自動的に移動す る標的を銃で打つゲ ー ムであ っ て も よ い。 ォ ブ ジ ェ ク ト と し て爆発パタ ー ンを例示 して説明 したが、 こ のォ ブジ - ク ト は任意の も のでよ く、 例えば戦車ゲー ム におけ る敵戦車、 背景 の特定の ものでもよ く、 ま た単に立 っている看板の よ う な も ので も よ く、 ォ ブ ジ ュ ク ト を常時、 視線方向に向ける こ と がで き、 上述 した演算負荷の軽減効果を得 る こ と ができ る。

続いて、 本発明の他の実施例を図 8 に基づき説明する。

こ の実施例は前述 した戦車ゲー ム の実施例の同等の構成を有 し、 中央演算処理 装置 1 0 1 は図 8 に示す処理を疔う。

こ の実施例は、 カ メ ラ コ ン ト ロ ー ルマ ト リ ッ ク ス 処理において カ メ ラ の位置の 座標と角度の情報とを得る と と もに、 ォ ブジヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理においてォ ブジヱ ク ト を正確に視線方向に向け るために、 ォブ ジヱ ク 卜 の位置と カ メ ラ の位 置及び回転角度とから 3 次元座標軸上のォブジ ュ ク 卜 の回転角度を算出する よ う に した ものである。

図 8 に示す処理を説明する。 まず、 中央演算処理装置 1 0 1 は所定の初期設定 の後、 そのカ メ ラ コ ン ト ロ ールマ ト リ ッ ク ス処理と して、 カ メ ラ の位置座標が 3 次元座標の原点から どの位置にあるかを示す位置データ （ C x、 C y、 C z ) と、 カ メ ラ の角度情報 （ A x、 A y、 A z ) とを求める （ス テ ッ プ 3 0 1 ~ 3 0 3 ) 。 こ こで、 例えば A X は、 3 次元座標の X 軸に対 して カ メ ラがどの位回転 している かとい う こ と を示 している。 なお、 A y、 A z も y 軸、 z軸に対 して どの位回転 してい るかを示す。 こ のカ メ ラ の位置データ （ C x、 C y、 C z ) と カ メ ラ の角 度情報 （ A x、 A y、 A z ) とがデータ R A M I 0 4 に、 M = R ' T ' E の演算 結果である カ メ ラ マ ト リ ッ ク ス Mと して格納される （ ス テ ッ プ 3 0 4 ) 。

こ の よ う に して各デー タ が得られる と、 ォブジュ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理と して、 R A M I 0 4 から爆発座標デー タ C Dを取り込み、 オブジェ ク ト 位置座標

( O z、 O y、 0 z ) を得る と と も に、 爆発パタ ー ンを正確に視線方向に向かせ るための角度デー タを作成する （ ス テ ッ プ 3 0 5、 3 0 6 ) 。 こ の爆発パター ン の角度デー タ作成は、 y軸、 X 軸、 z 軸に対 して以下のよ う に行われる。 y軸の 回転角 Y a n g を [数 1 1 ] によ り 求め る。

Y a n g = t a n -¹ [ ( O x - C x ) / ( O z - C z ) ] · · · [数 1 1 ] こ こ で、 （ O x — C x ) はォ ブジ ヱ ク ト座標と カ メ ラ座標の x 軸方向の距離で あ り、 （ O z — C z ) はォ ブジ ュ ク ト座標と カ メ ラ座標の z 軸方向の距離であ る。 また、 X軸の回転角度 X a n g を [数 1 2 ] によ り算出する。

X a n g = t a n "¹ [ { ( O x - C x ) s i n ( Y a n ) +

( O z - C z ) c o s ( Y a n g ) } / ( O y - C y ) ] . . [数 1 2 ] さ ら に、 z 軸の回転角度 Z a n g を [数 1 3 ] に よ り算出する。

Z a n g = A z ■ · · [数 1 3 ]

こ の よ う にォ ブ ジ - ク ト マ ト リ ッ ク ス処理において爆発パタ ー ンを正確に視線 方向に向ける角度デー タ （ Y a n g、 X a n g、 Z a n g ) が算出された と こ ろ で、 こ れら角度デー タ （ Y a n g、 X a n g、 Z a n g ) を用いて爆発パタ ー ン の座標変換が、 前述した X = R T M の演算によ り行われ、 そ のデー タ Xが格納さ れる （ ス テ ッ プ 3 0 7、 3 0 8 ) 。 こ の後、 前述と 同様に、 表示処理に必要なデ 一 夕 の読出 し、 爆発パ タ ー ン表示処理、 ポ リ ゴ ン パ ラ メ ー タ作成、 ポ リ ゴ ン パ ラ メ ータ 出力の処理が行われる （ ス テ ッ プ 3 0 9 〜 3 1 2 ) 。

こ の よ う に、 爆発パター ン、 平板状のォブジ ュ ク 卜 が正確に所望方向 （視線方 向） に向いた表示デー タ によ っ て表示処理が行われ、 それらのォ ブジ ュ ク トが常 に視線方向を向く。 例えば平板状のオブジェ ク ト と しての看板を常時、 視線方向 に向けてお く こ とができ る。 こ の実施例では、 オ ブ ジ ェ ク ト の位置デ— 夕 と カ メ ラ の位置デー タ及び角度デー タ とか ら、 オブジェ ク ト を常に正確に所望方向 （視 線方向） に向けてお く こ と がで き る。 -91-

0 0 0

L 0 0

=3

0 0 I 0 0 0 0 !■ ノ

=丄

urn lZlOIS6d£llDd [数 5]

M X

[数 6]

に、 A=aTx+dTy+gTz+j

B=bTx+eTy+hTz+k

[数 7] a 1 b 0 c→ 0

d e -→ 1 f →0

9 1 h 0 i → 1 [数 8]

Rx M X

r- 1 0 0 ⁰Ί 「 ^a b c r a b c o -

0 cosG sinG 0 d e f 0 A B C 0

0 -sine cosG 0 g h i 0 D E F 0

、 0 0 0 1 J し j k i 1 し j k I 1 J

[数 9]

Ry M X

'cose 0 -sine 0> 广 ^a b c 0> H I ⁰Ί

0 1 0 0 d e f 0 d e f 0 sine 0 COS0 0 g h i 0 J K し 0 に o 0 0 1 に j k I 1. に j k t 1 J

[数 10]

Rz M X

-

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 視線方向を定める仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス と変換マ ト リ ッ ク ス と で 座標変換してォ ブ ジ ェ ク ト の マ ト リ ッ ク ス を求め、 こ の マ ト リ ッ ク ス の回転成分 が単位マ ト リ ッ ク ス と な る よ う に設定する こ と に よ り、 ォ ブ ジ ヱ ク ト の表示デ ー 夕 を得る画像処理方法。

2 . 前記仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス は、 カ メ ラ の位置情報 と カ メ ラ の回転 情報と からなる請求項 1 記載の画像処理方法。

3 . 仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク スを M、 3 次元空間内で の オ ブ ジ ェ ク ト の移 動情報を持つマ ト リ ッ ク ス を X、 変換マ ト リ ッ ク ス を T と す る と、

X = T M

の座標変換から得たマ ト リ ッ ク ス X の回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス と なる よ う に 設定す る こ と によ り、 常に所望方向に向いたォ ブジ ュ ク ト の表示デー タ を得る画 像処理方法。

4 . 仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク スを基に座標変換してォ ブジ ュ ク 卜 のマ ト リ ッ ク ス を形成し、 かっ こ の マ ト リ ッ ク ス の回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス と な る よ う に設定する処理手段を設けた画像処理装置。

5 . 前記処理手段は、 前記仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス を得る カ メ ラ コ ン ト ロ ー ル マ ト リ ッ ク ス処理手段と、 前記仮想カ メ ラ の情報のマ ト リ ッ ク ス に変換マ ト リ ッ ク スを掛けて回転した点の情報を持つォ ブジ - ク 卜 のマ ト リ ッ ク ス を得る と と も に、 当該マ ト リ ッ ク ス の回転成分が単位マ ト リ ッ ク ス とな る よ う に設定す る ォ ブジヱ ク ト マ ト リ ッ ク ス処理手段と を備え、 常に所望方向に向いた前記ォブ ジ ェ ク ト の表示デー タ を得る請求項 4 記載の画像処理装置。

6 . 仮想力 メ ラ の位置座標情報及び角度情報と オ ブ ジ ェ ク ト の位置座標情報とを

記憶す る記憶手段と、 こ の記憶手段か ら得た力 メ ラ の位置座標情報及び角度情報 及びォ ブ ジ ェ ク ト の位置座標情報か ら前記オブジェ ク ト を所望の方向に向かせる 3 次元座標系の角度を算出する ォ ブ ジ - ク ト マ ト リ ッ ク ス処理手段を備えた画像 処理装置。