(57)【要約】【課題】光学マーカーに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることなく、各光学マーカーを確実に識別することができるモーショントラッカ装置を提供する。【解決手段】  モーショントラッカ装置１であって、対象物１０に作用する対象物角速度を短時間で検出する対象物角速度検出センサ４と、対象物１０に作用する対象物加速度を短時間で検出する対象物加速度検出センサ５と、第一座標系の角度移動量を算出する第一座標系角度移動量算出部２３と、第一座標系の位置移動量を算出する第一座標系位置移動量算出部２７と、光学マーカー位置情報、第一座標系の角度移動量及び第一座標系の位置移動量に基づいて、光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部２６とを備え、光学マーカー位置情報算出部２４は、光学マーカーの予想移動位置に基づいて、３個以上の光学マーカー７をそれぞれ識別することを特徴とする。【選択図】図１
2010038707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一座標系が設定された対象物と、
前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられた３個以上の同一種の光学マーカーと、
第二座標系が設定され、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、
検出された光線に基づいて、前記第二座標系における３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、
前記光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、
前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記第二座標系における対象物の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるモーショントラッカ装置であって、
前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられ、前記対象物に作用する対象物角速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物角速度検出センサと、
前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられ、前記対象物に作用する対象物加速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物加速度検出センサと、
前記対象物角速度に基づいて、前記第一座標系の角度移動量を算出する第一座標系角度移動量算出部と、
前記対象物加速度に基づいて、前記第一座標系の位置移動量を算出する第一座標系位置移動量算出部と、
前記光学マーカー記憶部に記憶された光学マーカー位置情報、第一座標系の角度移動量及び第一座標系の位置移動量に基づいて、前記第二座標系における光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とするモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記第一座標系位置移動量算出部は、前記光学マーカー記憶部に記憶された少なくとも２つの光学マーカー位置情報に基づいて、前記第一座標系の原点の移動速度を算出し、
当該第一座標系の原点の移動速度と対象物加速度とに基づいて、前記第一座標系の位置移動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項３】
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することで、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項４】
前記光学マーカーの予想移動範囲は、各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であることを特徴とする請求項３に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項５】
前記第一座標系の角度移動量及び第一座標系の位置移動量に基づいて、前記光学マーカーの位置移動量を算出することで、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項６】
前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、
前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられ、
前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体角速度を、前記対象物角速度検出センサと同時間に検出する移動体角速度検出センサと、
前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体加速度を、前記対象物加速度度検出センサと同時間に検出する移動体加速度検出センサとを備え、
前記第一座標系角度移動量算出部は、前記対象物角速度と移動体角速度とに基づいて、前記第一座標系の角度移動量を算出し、
前記第一座標系位置移動量算出部は、前記対象物加速度と移動体加速度とに基づいて、前記第一座標系の位置移動量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のモーショントラッカ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学方式のモーショントラッカ装置（以下、ＭＴ装置ともいう）に関し、さらに詳細には、光学マーカーの現在位置及び現在角度を検出する機能を備える光学方式のＭＴ装置に関する。本発明は、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度（すなわち、現在の頭部位置及び頭部角度）を検出するヘッドモーショントラッカ装置（以下、ＨＭＴ装置ともいう）等に利用される。
ここで、光学方式のＨＭＴ装置とは、反射板や発光体等の光学マーカーを取り付けたヘルメット等を頭部に装着して、光学マーカーの位置を立体視が可能なカメラ装置で測定することにより、頭部の動きを追跡する装置等のことをいう。
【背景技術】
【０００２】
時々刻々と変動する物体の現在位置や現在角度を正確に測定する技術は、様々な分野で利用されている。例えば、ゲーム機では、バーチャルリアリティ（ＶＲ）を実現するために、頭部装着型表示装置付ヘルメットを用いることにより、映像を表示することがなされている。このとき、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度に合わせて、映像を変化させる必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）の現在位置や現在角度を測定するために、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００３】
また、救難飛行艇による救難活動では、発見した救難目標を見失うことがないようにするため、頭部装着型表示装置付ヘルメットにより表示される照準画像と救難目標とが対応した時にロックすることにより、ロックされた救難目標の位置を演算することが行われている。このとき、その救難目標の位置を演算するために、飛行体（移動体）の緯度、経度、高度、姿勢に加えて、飛行体に設定された相対座標系に対するパイロットの頭部角度及び頭部位置を測定している。このときに、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００４】
頭部装着型表示装置付ヘルメットに利用されるＨＭＴ装置としては、光学的に頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、複数の反射板を頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けるとともに光源から光を照射したときの反射光をカメラ装置でモニタする光学方式のＨＭＴ装置が開示されている。また、発光体を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付けた光学方式のＨＭＴ装置もある（例えば、特許文献２参照）。具体的には、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、光学マーカー群として発光体であるＬＥＤ（発光ダイオード）を互いに離隔するようにして３箇所に取り付け、頭部装着型表示装置付ヘルメットにおける３個のＬＥＤの相対的な位置関係をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これら３個のＬＥＤを、立体視が可能でかつ設置場所が固定された第一カメラと第二カメラ（カメラ装置）で同時に撮影することで、所謂、三角測量の原理により、カメラ装置に対する３個のＬＥＤの相対的な位置関係を測定している。これにより、カメラ装置に対する頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を特定している。
【特許文献１】特表平９−５０６１９４号公報
【特許文献２】特願２００６−２８４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような光学方式のＨＭＴ装置で、カメラ装置に対する３個のＬＥＤの相対的な位置関係を測定するためには、３個のＬＥＤをそれぞれ識別する必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットには、それぞれが識別可能な３個のＬＥＤが取り付けられている。例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、互いに異なる波長の赤外光を発光するＬＥＤを互いに離隔するようにして取り付け、頭部装着型表示装置付ヘルメットにおける３個のＬＥＤのそれぞれの位置をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これら３個のＬＥＤを波長差によりそれぞれ識別しながら、カメラ装置に対する３個のＬＥＤのそれぞれの現在位置を測定している。
【０００６】
しかしながら、それぞれが識別可能な３個のＬＥＤを取り付けた場合、１個のＬＥＤが故障等したときに、故障した１個のＬＥＤを新品の１個のＬＥＤと交換するとともに、新品の１個のＬＥＤの識別情報（例えば、波長情報）を改めてＨＭＴ装置に記憶させる必要があった。よって、新品のＬＥＤと交換するたびに、新品のＬＥＤの識別情報をＨＭＴ装置に記憶させる手間がかかった。
また、識別情報を有さない３個のＬＥＤを、１個１個順番に点灯させることにより、識別することも考えられるが、１個１個順番に点灯させなければならないので、時々刻々と変化する頭部装着型表示装置付ヘルメットの動きをモニタリングすることは困難である。
【０００７】
そこで、本出願人は、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０等に取り付けられた３個のＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別する際に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることもなく、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別することができる方法を見出した。
具体的には、まず、第一カメラの撮影方向と第二カメラの撮影方向とが定まった状態において、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一カメラで撮影された第一画像と第二カメラで撮影された第二画像との間での共通のＬＥＤ像の組を認識することを行った。
そして、第一画像中のＬＥＤ像と第二画像中のＬＥＤ像との対応付けを行うことができれば、第一画像及び第二画像中のＬＥＤ像の位置により、第一カメラからの方向角度αと第二カメラからの方向角度βとを算出し、第一カメラと第二カメラとの間の距離ｄ１を用いることで、所謂、三角測量の手法でカメラ装置に対するＬＥＤの位置を算出することを行った（図３参照）。
【０００８】
このようにして算出された各ＬＥＤの位置が、頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けられたＬＥＤのいずれにそれぞれ対応するかはまだ認識できないので、例えば、時間がｔ１、ｔ２と順に流れたとすると、図１０に示すように、時間ｔ１に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの位置を記憶するとともに、記憶されたそれぞれのＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃの位置を中心とする一定の大きさの球状である予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを設定することにより、時間ｔ２に、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに存在するＬＥＤを、時間ｔ１に設定された予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに対応するＬＥＤと同一のものであると識別した。
【０００９】
しかしながら、図１１に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の移動速度が速い場合に、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃにＬＥＤが存在しなくなることがあった。また、設定する予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃの大きさを大きくすると、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに２個のＬＥＤが同時に存在することがあった。つまり、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに存在するＬＥＤを、その予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに対応するＬＥＤと同一のものであると識別することができなくなることがあった。
【００１０】
そこで、本発明は、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の対象物に取り付けられた３個以上のＬＥＤ等の光学マーカーのそれぞれの現在位置を識別する際に、光学マーカーに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることなく、各光学マーカーを確実に識別することができるモーショントラッカ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた本発明のモーショントラッカ装置は、第一座標系が設定された対象物と、前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられた３個以上の同一種の光学マーカーと、第二座標系が設定され、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、検出された光線に基づいて、前記第二座標系における３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、前記光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記第二座標系における対象物の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるモーショントラッカ装置であって、前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられ、前記対象物に作用する対象物角速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物角速度検出センサと、前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられ、前記対象物に作用する対象物加速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物加速度検出センサと、前記対象物角速度に基づいて、前記第一座標系の角度移動量を算出する第一座標系角度移動量算出部と、前記対象物加速度に基づいて、前記第一座標系の位置移動量を算出する第一座標系位置移動量算出部と、前記光学マーカー記憶部に記憶された光学マーカー位置情報、第一座標系の角度移動量及び第一座標系の位置移動量に基づいて、前記第二座標系における光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしている。
【００１２】
ここで、「角度移動量」とは、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）と、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）と、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）とにおける移動量のことをいう。
また、「位置移動量」とは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とにおける移動量のことをいう。
また、「対象物角速度検出センサ」とは、センサ自体に３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）が定義されて、この３軸を基準とする角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、例えば、ジャイロセンサ等が用いられる。
また、「対象物加速度検出センサ」とは、センサ自体に３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）が定義されて、この３軸を基準とする３軸方向の加速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、例えば、加速度センサ等が用いられる。
また、「カメラ装置での光線の検出間隔時間」とは、カメラ装置による撮影と撮影との間隔時間（例えば、１６ｍｓｅｃ）のこという。
【００１３】
本発明のモーショントラッカ装置によれば、時間がｔ１、ｔ２’（ｔ２の直前）、ｔ２と順に流れたとすると、時間ｔ１に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの位置と、時間ｔ１から時間ｔ２’までに対象物に作用する対象物角速度と、時間ｔ１から時間ｔ２’までに対象物に作用する対象物加速度とを用いて、第一座標系の角度移動量と第一座標系の位置移動量とを算出することにより、時間ｔ２’での光学マーカーの予想移動位置を推定する。次に、例えば、推定された各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状である予想移動範囲を設定することにより、時間ｔ２に予想移動範囲に存在する光学マーカーを、時間ｔ２’に設定された予想移動範囲に対応する光学マーカーと同一のものであると識別する。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明のモーショントラッカ装置によれば、対象物角速度と対象物加速度とにより推定された光学マーカーの予想移動位置を設定するので、対象物の移動速度が速い場合にも、光学マーカーを見失うことを防ぐことができる。
【００１５】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記第一座標系位置移動量算出部は、前記光学マーカー記憶部に記憶された少なくとも２つの光学マーカー位置情報に基づいて、前記第一座標系の原点の移動速度を算出し、当該第一座標系の原点の移動速度と対象物加速度とに基づいて、前記第一座標系の位置移動量を算出するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することで、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記光学マーカーの予想移動範囲は、各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であるようにしてもよい。
【００１６】
そして、上記の発明において、前記第一座標系の角度移動量及び第一座標系の位置移動量に基づいて、前記光学マーカーの位置移動量を算出することで、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えるようにしてもよい。
本発明によれば、時間ｔ１から時間ｔ２’までに対象物に作用する対象物角速度と、時間ｔ１から時間ｔ２’までに対象物に作用する対象物加速度とにより、第一座標系の角度移動量と第一座標系の位置移動量とを算出することで、時間ｔ１から時間ｔ２’までの光学マーカーの位置移動量を算出する。これにより、１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲の大きさを、例えば、光学マーカーの位置移動量が長い場合には大きくし、一方、光学マーカーの位置移動量が短い場合には小さくすることができる。よって、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることをより防ぐとともに、対象物の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲に２個以上の光学マーカーが同時に存在することをより防ぐことができる。
【００１７】
さらに、上記の発明において、前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられ、前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体角速度を、前記対象物角速度検出センサと同時間に検出する移動体角速度検出センサと、前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体加速度を、前記対象物加速度度検出センサと同時間に検出する移動体加速度検出センサとを備え、前記第一座標系角度移動量算出部は、前記対象物角速度と移動体角速度とに基づいて、前記第一座標系の角度移動量を算出し、前記第一座標系位置移動量算出部は、前記対象物加速度と移動体加速度とに基づいて、前記第一座標系の位置移動量を算出するようにしてもよい。
【００１８】
ここで、「移動体角速度検出センサ」とは、対象物角速度検出センサと同様に、センサ自体に３軸が定義されて、この３軸を基準とする角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、例えば、ジャイロセンサ等が用いられる。なお、上述した対象物角速度センサは、対象物が移動体中で移動したときには、対象物の動きと移動体の動きとが合成された動きの情報を検出することになるが、移動体角速度センサは、移動体の動きのみの情報を検出することになる。
また、「移動体加速度検出センサ」とは、対象物加速度検出センサと同様に、センサ自体に３軸が定義されて、この３軸を基準とする３軸方向の加速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、例えば、加速度センサ等が用いられる。なお、上述した対象物加速度センサは、対象物が移動体中で移動したときには、対象物の動きと移動体の動きとが合成された動きの情報を検出することになるが、移動体加速度センサは、移動体の動きのみの情報を検出することになる。
【００１９】
本発明によれば、対象物角速度検出センサで、移動体中では搭乗者の頭部の動きと移動体の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、移動体角速度検出センサで移動体の動きのみの情報が検出されるため、対象物角速度と移動体角速度とを用いて、移動体の動きを除外した搭乗者の頭部の動きのみの情報を算出することができる。
さらに、対象物加速度検出センサで、移動体中では搭乗者の頭部の動きと移動体の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、移動体加速度検出センサで移動体の動きのみの情報が検出されるため、対象物加速度と移動体加速度とを用いて、移動体の動きを除外した搭乗者の頭部の動きのみの情報を算出することができる。
これにより、例えば、搭乗者が移動体に搭乗していても、光学マーカーの予想移動位置を設定することができるので、対象物の移動速度が速い場合にも、光学マーカーを見失うことを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２１】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図である。
ＨＭＴ装置１は、カメラ装置２に設定される第二座標系（ＸＹＺ座標系）に対する遊戯者３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出するものである。つまり、ＸＹＺ座標系における遊戯者３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に設定された第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を算出する。
なお、角度ＲＬｈは、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度ＥＬｈは、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）の角度であり、角度ＡＺｈは、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【００２２】
ＨＭＴ装置１は、遊戯者３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、ゲーム機３０に取り付けられたカメラ装置２と、コンピュータにより構成される制御部２０とから構成される。
頭部装着型表示装置付ヘルメット１０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、遊戯者３の目に導くコンバイナ８と、光学マーカーとして機能するＬＥＤ群７と、３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）４と、加速度センサ（対象物加速度検出センサ）５とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３は、表示器による表示映像とコンバイナ８の前方実在物とを視認することが可能となっている。
【００２３】
ここで、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０自体には、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）が予め定められており、３軸ジャイロセンサ４と加速度センサ５とは、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系と正確に軸合わせされ、かつ、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系に位置決めされて取り付けられている。なお、初期状態において、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系は遊戯者３によって後述する第二座標系（ＸＹＺ座標系）と軸合わせ（軸のズレの調整）される。初期状態でのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系とＸＹＺ座標系との軸合わせの方法については、広く用いられている一般的な方法（例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３に特定方向を向くように指示することにより軸合わせを行う方法）等により行われる。
【００２４】
ＬＥＤ群７は、図２に示すように、同じ波長の赤外光を発光する３個（あるいは３個以上の数）のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがお互い一定の距離ｄ２を隔てるようにして、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に位置決めされて取り付けられたものである。つまり、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系におけるＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの座標位置は、（Ｘ’ＤＩＳａ、Ｙ’ＤＩＳａ、Ｚ’ ＤＩＳａ）、（Ｘ’ＤＩＳｂ、Ｙ’ ＤＩＳｂ、Ｚ’ ＤＩＳｂ）、（Ｘ’ＤＩＳｃ、Ｙ’ＤＩＳｃ、Ｚ’ ＤＩＳｃ）として表現できる。しかしながら、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、後述するカメラ装置２のみでは、撮影した各ＬＥＤが、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に取り付けられたＬＥＤのいずれにそれぞれ対応するかは認識できないことになる。
【００２５】
３軸ジャイロセンサ４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に作用する角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。なお、３軸ジャイロセンサ４は、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に軸合わせされているので、ロール方向（Ｘ’軸に対する回転）、エレベーション方向（Ｙ’軸に対する回転）、アジマス方向（Ｚ’軸に対する回転）における対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）が検出される。また、３軸ジャイロセンサ４は、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系の原点に取り付けられているが、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系の原点以外の位置に取り付けられた場合には、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系の原点の位置での角速度を求めるためにオフセット行列Ｍ０を乗算したりする一般的な計算方法等で、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）を変換することになる。
【００２６】
加速度センサ５は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に作用する加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。なお、加速度センサ５は、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に軸合わせされているので、Ｘ’軸方向、Ｙ’軸方向、Ｚ’軸方向における対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）が検出される。
【００２７】
ゲーム機３０は、遊戯者３が着席する座席３０ａとカメラ装置２とを備える。
カメラ装置２は、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとからなる。第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとは、撮影方向が異なりかつ立体視が可能な一定の距離ｄ１を隔てるように、天井に固定されている。
ここで、図３に示すように、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対するＬＥＤ７ａの位置は、カメラ装置２に撮影された画像中に映し出されているＬＥＤ７ａ像の位置を抽出し、さらに第一カメラ２ａからの方向角度αと第二カメラ２ｂからの方向角度βとを抽出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離ｄ１を用いることにより、三角測量の手法で算出することができる。他の光学マーカーであるＬＥＤ７ｂ、７ｃのカメラ装置２に対する位置についても、同様に算出される。
【００２８】
このときの各ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置を、空間座標で表現することができるようにするために、カメラ装置２に固定され、カメラ装置２とともに移動する座標系である第二座標系（ＸＹＺ座標系）を用いる。なお、ＸＹＺ座標系の具体的な原点位置やＸＹＺ軸方向の説明については後述する。ＸＹＺ座標系によりＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの座標位置は、（ＸＬＥＤ１、ＹＬＥＤ１、ＺＬＥＤ１）、（ＸＬＥＤ２、ＹＬＥＤ２、ＺＬＥＤ２）、（ＸＬＥＤ３、ＹＬＥＤ３、ＺＬＥＤ３）として表現できる。これにより、カメラ装置２に対する３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの座標位置（ＸＬＥＤ１、ＹＬＥＤ１、ＺＬＥＤ１）、（ＸＬＥＤ２、ＹＬＥＤ２、ＺＬＥＤ２）、（ＸＬＥＤ３、ＹＬＥＤ３、ＺＬＥＤ３）がそれぞれどのＬＥＤか識別されて特定されれば、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが位置決めされて取り付けられている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）は、ＸＹＺ座標系における第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を用いて表現できる。なお、角度ＲＬｈは、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度ＥＬｈは、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）の角度であり、角度ＡＺｈは、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。また、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）は、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系の原点の座標位置である。
【００２９】
制御部２０は、図１に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ４１等からなるコンピュータにより構成され、各種の制御や演算処理を行うものである。ＣＰＵ２１が実行する処理を、機能ブロックごとに分けて説明すると、モーショントラッカ駆動部２８と、第一座標系角度移動量算出部２３と、第一座標系位置移動量算出部２７と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５とを有する。なお、図４は、制御部２０が実行する流れを説明するタイムチャートである。
【００３０】
また、メモリ４１には、制御部２０が処理を実行するために必要な種々のデータを蓄積する領域が形成してあり、第二座標系（ＸＹＺ座標系）を記憶する第二座標系記憶領域４３と、時間記憶領域４２と、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を記憶するとともに、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系における３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの位置（Ｘ’ＤＩＳ、Ｙ’ＤＩＳ、Ｚ’ ＤＩＳ）を初期データとして記憶する第一座標系記憶領域４６と、ＸＹＺ座標系における３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの時間ｔｎでのそれぞれの位置（ＸＬＥＤ、ＹＬＥＤ、ＺＬＥＤ）を含む光学マーカー位置情報を順次記憶する光学マーカー記憶領域４４と、ｄ２を直径とする球状とする予想移動範囲の大きさを記憶する予想移動範囲記憶領域４５とを有する。
【００３１】
ここで、第二座標系（ＸＹＺ座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では図３に示すように、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの中点を原点とし、前方方向をＸ軸方向とし、前方方向に垂直方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直方向をＺ軸方向とするように、第二座標系記憶領域４３に予め設定されている。
また、時間記憶領域４４は、カメラ装置２でＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが検出される毎に更新される時間ｔｎと、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）及び対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）が検出される毎に更新される時間ｓｎとを記憶する。ただし、ここでの時間ｔｎ、ｓｎは、実時間を単位とする代わりに、後述するモーショントラッカ駆動部２８や第一座標系角度移動量算出部２３や第一座標系位置移動量算出部２７が、画像データ、角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）、位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出するプログラム（図８及び図９参照）を実行する際の処理回数カウンタｔｎ、ｓｎの値を、「時間」として扱うものである。
【００３２】
モーショントラッカ駆動部２８は、ＬＥＤ群７を点灯させる指令信号を出力するとともに、カメラ装置２でＬＥＤ群７から出射される光線の画像データを時間ｔｎ毎に検出させる制御を行う。しかし、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一カメラ２ａで撮影された第一画像と第二カメラ２ｂで撮影された第二画像との間での共通のＬＥＤ像の組を認識することは行うことができるが、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に取り付けられたＬＥＤのいずれにそれぞれ対応するかを決定することはできない。そこで、後述する光学マーカー位置情報算出部２４等によって、各ＬＥＤが識別されるようになっている。
【００３３】
第一座標系角度移動量算出部２３は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（ＶＲＬ’、ＶＥＬ’、ＶＡＺ’）を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する制御を行う。
まず、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｓ０の対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎに記憶されたＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）からの角度移動量（ＲＬｓ０、ＥＬｓ０、ＡＺｓ０）を算出する。次に、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｓ１の対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎ＋ｓ０でのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の角度からの角度移動量（ＲＬｓ1、ＥＬｓ1、ＡＺｓ1）を算出する。このように角度移動量を算出していき、時間ｓ０〜ｓ２に算出された角度移動量を合計して、時間ｔから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する。
【００３４】
第一座標系位置移動量算出部２７は、加速度センサ５で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を二回積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出する制御を行う。
時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を用いて、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出するには、対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を二回積分演算するため、時間ｔｎでのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の移動速度（初速度）が必要になる。そこで、時間ｔｎ−１でのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の原点の位置と、時間ｔｎでのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の原点の位置とを差分して、その差分を時間ｔｎ−ｔｎ−１で除算することにより、原点の移動速度（Ｖ’ｘ、Ｖ’ｙ、Ｖ’ｚ）を算出する。これにより、原点の移動速度（Ｖｘ’、Ｖｙ’、Ｖｚ ’）を時間ｔｎでのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の移動速度として用いる。
そして、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系の移動速度（Ｖ’ｘ、Ｖ’ｙ、Ｖ’ｚ）を用いて、加速度センサ５で検出された時間ｓ０の対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を二回積分演算することにより、時間ｔｎに記憶されたＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）からの位置移動量（ΔＸｓ０、ΔＹｓ０、ΔＺｓ０）を算出する。次に、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系の移動速度（Ｖ’ｘ、Ｖ’ｙ、Ｖ’ｚ）を用いて、加速度センサ５で検出された時間ｓ１の対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を二回積分演算することにより、時間ｔｎ＋ｓ０でのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置からの位置移動量（ΔＸｓ１、ΔＹｓ１、ΔＺｓ１）を算出する。このように位置移動量を算出していき、時間ｓ０〜ｓ２に算出された位置移動量を合計して、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出する。
【００３５】
光学マーカー推定部２６は、時間ｔｎの光学マーカー位置情報、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）に基づいて、第二座標系（ＸＹＺ座標系）におけるＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する制御を行う。
ＸＹＺ座標系における時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を算出するには、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系が角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）で移動することにより生じるＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｒ、ΔＹｒ、ΔＺｒ）と、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系が位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）で移動することにより生じるＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）とを算出する必要がある。
まず、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系が角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）で移動することにより、ＸＹＺ座標系におけるＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｒ、ΔＹｒ、ΔＺｒ）を算出する方法について説明する。時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を下記式（１）に代入することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｒ、ΔＹｒ、ΔＺｒ）を算出する。
【００３６】
【数１】
2010038707.tif 000003
【００３７】
次に、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系が位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）で移動することにより、ＸＹＺ座標系におけるＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出する方法について説明する。このときには、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）が、そのまま時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）となる。
そして、ＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｒ、ΔＹｒ、ΔＺｒ）と、ＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）とを算出することができれば、下記式（２）により、ＸＹＺ座標系における時間ｔｎのＬＥＤ７ａの位置（ＸＬＥＤ、ＹＬＥＤ、ＺＬＥＤ）に、ＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｒ、ΔＹｒ、ΔＺｒ）とＬＥＤ７ａの位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）とを加算することで、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａ（ＸＤＥＰ、ＹＤＥＰ、ＺＤＥＰ）を推定する（図５参照）。
【００３８】
【数２】
2010038707.tif 000004
【００３９】
また、ＬＥＤ７ｂ、７ｃについても、同様に時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ｂ、１７ｃを推定する。
【００４０】
光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを設定することにより、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行う。
まず、図６に示すように、光学マーカー推定部２６により推定された時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心としｄ２を直径とする球状である予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを第二座標系（ＸＹＺ座標系）に設定する。これにより、時間ｔｎ＋１に、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに存在するＬＥＤを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに対応するＬＥＤと同一のものであると識別する。例えば、図７に示すように、時間ｔｎ＋１に、予想移動範囲Ｄａに存在するＬＥＤ７ａを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲Ｄａに対応するＬＥＤ７ａと同一のものであると識別する。同様に、予想移動範囲Ｄｂに存在するＬＥＤ７ｂを、ＬＥＤ７ｂと同一のものであるとし、予想移動範囲Ｄｃに存在するＬＥＤ７ｃを、ＬＥＤ７ｃと同一のものであると識別する。このようにして、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報が算出される。
【００４１】
相対情報算出部２２は、時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、第二座標系（ＸＹＺ座標系）における遊戯者３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出する制御を行う。
具体的には、ＸＹＺ座標系における３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在の座標位置である時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を得ることで、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが固定されている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）や現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）が算出される。
映像表示部２５は、相対情報に基づいて、表示器から映像表示光を出射する制御を行う。これにより、遊戯者３は、表示器による表示映像を視認することができる。
【００４２】
次に、ＨＭＴ装置１により、ＸＹＺ座標系における遊戯者３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を測定する測定動作について説明する。図８及び図９は、ＨＭＴ装置１による測定動作について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３の頭部が初期位置になるように指示する。つまり、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系は遊戯者３によってＸＹＺ座標系と軸合わせされる。
次に、ステップＳ１０２の処理において、時間ｔｎとしてｔｎ＝ｔ０と時間記憶領域４２に記憶させる。
【００４３】
次に、ステップＳ１０３の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、カメラ装置２でＬＥＤ群７の画像データを検出させる。なお、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系におけるＬＥＤ群７の座標位置（Ｘ’ＤＩＳ、Ｙ’ＤＩＳ、Ｚ’ ＤＩＳ）を初期データとして第一座標系記憶領域４６に記憶させているので、時間ｔ０の光学マーカー位置情報は、初期データを用いてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがそれぞれ識別されることにより、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔ０の光学マーカー位置情報が光学マーカー記憶領域４４に記憶されることになる。
次に、ステップＳ１０４の処理において、時間ｓｎとしてｓｎ＝ｓ０と時間記憶領域４２に記憶させる。
【００４４】
次に、ステップＳ１０５の処理において、３軸ジャイロセンサ４が、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）を検出する。
また、ステップＳ１０６の処理において、加速度センサ５が、対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を検出する。
【００４５】
次に、ステップＳ１０７の処理において、ｓｎ＞ｓ１を満たすか否かを判定する。ｓｎ＞ｓ１を満たさないと判定したときには、ステップＳ１０８の処理において、ｓｎ＝ｓｎ＋１と時間記憶領域４４に記憶させて、ステップＳ１０５及びＳ１０６の処理に戻る。つまり、ｓｎ＞ｓ１を満たすと判定するときまで、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０８の処理は繰り返される。
一方、ｓｎ＞ｓ１を満たすと判定したときには、ステップＳ１０９の処理において、第一座標系角度移動量算出部２３は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する。
【００４６】
次に、ステップＳ１１０の処理において、第一座標系位置移動量算出部２７は、加速度センサ５で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）を二回積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出する。
次に、ステップＳ１１１の処理において、光学マーカー推定部２６は、時間ｔｎの光学マーカー位置情報、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）に基づいて、ＸＹＺ座標系におけるＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。
【００４７】
次に、ステップＳ１１２の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃをＸＹＺ座標系に設定する。
次に、ステップＳ１１３の処理において、ｔｎ＝ｔｎ＋１と時間記憶領域４２に記憶させる。
次に、ステップＳ１１４の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、カメラ装置２でＬＥＤ群７の画像データを検出させる。
【００４８】
次に、ステップＳ１１５の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに存在するＬＥＤを、設定された予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに対応するＬＥＤと同一のものであると識別することにより、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する。このとき、光学マーカー記憶領域４４に時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を記憶させる。
次に、ステップＳ１１６の処理において、相対頭部情報算出部２２は、時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、ＸＹＺ座標系における遊戯者３の頭部の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）や現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出する。
【００４９】
次に、ステップＳ１１７の処理において、映像表示光を出射することを終了させるか否かを判定する。映像表示光を出射することを終了させるときには、本フローチャートを終了させる。一方、映像表示光を出射することを終了させないと判定されたときには、ステップＳ１０４の処理に戻る。つまり、映像表示光を出射することを終了させると判定するときまで、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１７の処理は繰り返される。
【００５０】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）と対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）とにより推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置を中心とする予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを設定するので、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃにＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることを防ぐことができる。
【００５１】
（実施形態２）
図１２は、本発明の他の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
ＨＭＴ装置６１は、カメラ装置２に設定される第二座標系（ＸＹＺ座標系）に対するパイロット６３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出するものである。つまり、ＸＹＺ座標系におけるパイロット６３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に設定された第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を算出する。なお、上述した実施形態１と同様のものについては、同じ符号を付して、説明を省略することとする。
【００５２】
ＨＭＴ装置６１は、パイロット６３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、飛行体６２に取り付けられたカメラ装置２と、飛行体６２に取り付けられた３軸ジャイロセンサ（移動体角速度検出センサ）６４と、飛行体６２に取り付けられた加速度センサ（移動体加速度検出センサ）６５と、コンピュータにより構成される制御部２０とから構成される。
【００５３】
３軸ジャイロセンサ（移動体角速度検出センサ）６４は、飛行体６２に作用する角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。つまり、パイロット６３は飛行体６２に乗っており、飛行体６２も動いているので、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角速度だけでなく、飛行体６２の角速度も含んだものとなるが、３軸ジャイロセンサ６４は、飛行体６２のみに作用する角速度を、３軸ジャイロセンサ４と同時間で検出する。なお、３軸ジャイロセンサ６４は、第二座標系（ＸＹＺ座標系）に軸合わせされている。
【００５４】
加速度センサ（移動体加速度検出センサ）６５は、飛行体６２に作用する加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。つまり、パイロット６３は飛行体６２に乗っており、飛行体６２も動いているので、対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の加速度だけでなく、飛行体６２の加速度も含んだものとなるが、加速度センサ６５は、飛行体６２のみに作用する加速度を、加速度センサ４と同時間で検出する。なお、加速度センサ６５は、第二座標系（ＸＹＺ座標系）に軸合わせされている。
【００５５】
制御部２０は、図１２に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ４１等からなるコンピュータにより構成され、各種の制御や演算処理を行うものである。ＣＰＵ２１が実行する処理を、機能ブロックごとに分けて説明すると、モーショントラッカ駆動部２８と、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）と移動体角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）とに基づいてＸＹＺ座標系の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する第一座標系角度移動量算出部６８と、対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）と移動体加速度（αｘ、αｙ、αｚ）とに基づいてＸＹＺ座標系の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出する第一座標系位置移動量算出部６７と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５と、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃの大きさを決定する予想移動範囲決定部６６とを有する。
また、予想移動範囲記憶領域４５には、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置移動量と、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃの大きさとを対応させたテーブルが記憶されている。
【００５６】
第一座標系角度移動量算出部６８は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）と、３軸ジャイロセンサ６４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）との差分を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの第一座標系（ＸＹＺ座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する制御を行う。
【００５７】
第一座標系位置移動量算出部６７は、加速度センサ５で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物加速度（α’ｘ、α’ｙ、α’ｚ）と、加速度センサ６５で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの移動体加速度（αｘ、αｙ、αｚ）との差分を二回積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置移動量（ΔＸｌ、ΔＹｌ、ΔＺｌ）を算出する制御を行う。
【００５８】
予想移動範囲決定部６６は、予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び時間ｔｎの光学マーカー位置情報に基づいてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置移動量を算出することで予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃの大きさを決定する制御を行う。
例えば、ＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａを中心とする予想移動範囲Ｄａの大きさを、ＬＥＤ７ａの位置移動量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ａの位置移動量が短い場合には小さくする。また、ＬＥＤ７ｂの予想移動位置１７ｂを中心とする予想移動範囲Ｄａの大きさを、ＬＥＤ７ｂの位置移動量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ｂの位置移動量が短い場合には小さくする。さらに、ＬＥＤ７ｃの予想移動位置１７ｃを中心とする予想移動範囲Ｄｃの大きさを、ＬＥＤ７ｃの位置移動量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ｃの位置移動量が短い場合には小さくする。
【００５９】
光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、及び、予想移動範囲決定部６６で決定された予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃの大きさを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを設定することにより、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行う。
【００６０】
以上のように、ＨＭＴ装置６１によれば、３軸ジャイロセンサ４で、飛行体６２中ではパイロット６３の頭部の動きと飛行体６２の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、３軸ジャイロセンサ６４で飛行体６２の動きのみの情報が検出されるため、対象物角速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）と移動体角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）とを用いて、飛行体６２の動きを除外したパイロット６３の頭部の動きのみの情報を算出することができる。
さらに、加速度センサ５で、飛行体６２中ではパイロット６３の頭部の動きと飛行体６２の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、加速度センサ６５で飛行体６２の動きのみの情報が検出されるため、対象物加速度（Ｖ’ＲＬ、Ｖ’ＥＬ、Ｖ’ＡＺ）と移動体加速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）とを用いて、飛行体６２の動きを除外したパイロット６３の頭部の動きのみの情報を算出することができる。
これにより、パイロット６３が飛行体６２に搭乗していても、推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを設定することができるので、パイロット６３の頭部の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃにＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることを防ぐことができる。
【００６１】
また、予想移動範囲決定部６６は、ＬＥＤ７ａの予想移動位置ＬＥＤ１７ａを中心とする予想移動範囲Ｄａの大きさを、ＬＥＤ７ａの位置移動量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ａの位置移動量が短い場合には小さくする。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃにＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることをより防ぐとともに、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに２個以上のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが同時に存在することをより防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のＨＭＴ装置は、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度を検出するものとして、利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図である。
【図３】第二座標系の設定を説明するための図である。
【図４】制御部が実行する流れを説明するためのタイムチャートである。
【図５】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図６】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図７】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図８】ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。
【図９】ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図１１】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図１２】本発明の他の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  ヘッドモーショントラッカ装置
２  カメラ装置
３  遊戯者
４  ３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）
５  加速度センサ（対象物加速度検出センサ）
７  ＬＥＤ群（光学マーカー群）
１０  頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）
２２  相対情報算出部
２３  第一座標系角度移動量算出部
２４  光学マーカー位置情報算出部
２６  光学マーカー推定部
２７  第一座標系位置移動量算出部
４４  光学マーカー記憶領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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