(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示する画像生成装置であって、
視点を中心とする前記視点座標系の各軸を正負２方向に縦横所定画角でレンダリングした所定枚数の魚眼レンズ画像に変換すべき画像のテクスチャを生成するテクスチャ生成手段と、
設定した立方体オブジェクトの内側に、前記テクスチャをマッピングするマッピング手段と、
前記立方体オブジェクトが内接する球オブジェクトを設定し、前記球オブジェクトの中心から、前記立方体オブジェクトの内側にマッピングした前記テクスチャを前記球オブジェクトの内側に投影するテクスチャ投影手段と、
前記球オブジェクトをビュー平面へ平行投影化することにより前記魚眼レンズ画像を得る平行投影化手段と
を備えることを特徴とする画像生成装置。
【請求項２】
三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示する画像生成装置であって、
視点を中心とする前記視点座標系の各軸を正負２方向に縦横所定画角でレンダリングした所定枚数の魚眼レンズ画像に変換すべき画像のテクスチャを生成するテクスチャ生成手段と、
設定した立方体オブジェクトの内側に、前記テクスチャをマッピングするマッピング手段と、
前記テクスチャがマッピングされた前記立方体オブジェクトを、該立方体オブジェクトが内接する球オブジェクトへと仮想変形させるオブジェクト変形手段と、
前記球オブジェクトをビュー平面へ平行投影化することにより前記魚眼レンズ画像を得る平行投影化手段と
を備えることを特徴とする画像生成装置。
【請求項３】
前記平行投影化は、前記視点座標系における前記球オブジェクトのＺ軸方向座標を全て均一に揃える処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像生成装置。
【請求項４】
前記三次元表示物がゲームに登場するキャラクタ及び物とされる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像生成装置を備えたゲーム装置であって、
扉の覗きスコープを通して扉の外側を見る場面等、ゲームの進行と共に変化する場面に応じて魚眼レンズ画像を生成表示することを特徴とするゲーム装置。
【請求項５】
前記テクスチャ生成手段は、視点座標は移動しないが視線方向が回動するステージにおいて、視点を中心とする三次元視点座標系の各軸を正負２方向に縦横画角９０度でレンダリングした６枚の画像のテクスチャを生成することを特徴とする請求項４記載のゲーム装置。
【請求項６】
前記テクスチャ生成手段は、視点座標が移動するステージにおいて、視点移動方向前方を表示画角に応じてレンダリングした所定枚数の画像のテクスチャのみを生成することを特徴とする請求項４記載のゲーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示するための画像生成装置及びこれを備えたゲーム装置に係わり、特に、魚眼レンズを通して見える魚眼レンズ画像を簡易に表示する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば三次元ゲームあるいは飛行機及び各種乗物の操縦シミュレータ等に使用される画像生成装置として種々のものが知られている。
このような画像生成装置では、図９に示す三次元物体３００に関する画像情報が、あらかじめ装置に記憶されている。
この三次元物体３００は、プレーヤ（観者）３０２がスクリーン３０６を介して見ることができる風景等の表示物を表すものであり、この表示物である三次元物体３００の画像情報をスクリーン３０６上に透視投影変換することにより視界画像（投影画像）３０８をスクリーン３０６上に画像表示している。
【０００３】
この装置では、プレーヤ３０２が、操作パネル３０４により回転，並進等の操作を行うと、プレーヤ３０２又はプレーヤ３０２の搭乗する移動体の位置，方向が変化し、この変化に伴い三次元物体３００の画像がスクリーン３０６上でどのように見えるかを求める演算処理が行われる。
この演算処理は、プレーヤ３０２の操作に追従してリアルタイムで行われる。
これによりプレーヤ３０２は、プレーヤ自身又はプレーヤ自身の搭乗する移動体の位置，方向の変化に伴う風景等の変化を疑似三次元画像としてリアルタイムに見ることが可能となり、仮想的な三次元空間を疑似体験できることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画像生成装置により生成する画像、あるいはゲーム装置で表示される画像については、実際に人間の眼に見える映像をいかに忠実に再現するか、という点、つまり、リアリティの追求に主眼がおかれている。
このため、魚眼レンズを通して見える画像を生成することが可能になれば、画像生成装置においては、３次元表示物の表現力が増し、また、そのような画像生成装置を備えたゲーム装置においては、ゲームの一場面として、扉の覗きスコープから扉の外側を見るような場面の表示が可能なる他、プレーヤが魚になったかのような疑似体験が可能になり、ストーリー性が高まる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、魚眼レンズを通して見える魚眼レンズ画像を簡易に表示することのできる画像生成装置、画像生成方法，及びゲーム装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示する画像生成装置であって、魚眼レンズ画像に変換すべき画像のテクスチャを生成するテクスチャ生成手段と、前記テクスチャ生成手段により生成されたテクスチャが凹面側にて内接する近似曲面を仮想設定する近似曲面設定手段と、前記近似曲面設定手段により仮想設定された近似曲面の凹面側に、前記テクスチャ生成手段により生成されたテクスチャを投影するテクスチャ投影手段と、前記投影手段により凹面側にテクスチャが投影された近似曲面を平行投影化する平行投影化手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示する画像生成装置であって、魚眼レンズ画像に変換すべき画像のテクスチャを生成するテクスチャ生成手段と、前記テクスチャ生成手段により生成されたテクスチャをそれ自身が凹面側にて内接する近似曲面へと仮想変形させるテクスチャ変形手段と、前記テクスチャ変形手段により仮想変形された近似曲面を平行投影化する平行投影化手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、画像生成装置において、前記平行投影化は、前記近似曲面についてその三次元座標系におけるＺ軸方向座標を全て均一に揃える処理であることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、画像生成装置において、前記テクスチャ生成手段は、視点を中心とする三次元座標系の各軸を正負２方向に縦横所定画角でレンダリングした所定枚数の画像のテクスチャを生成することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示する画像生成方法であって、魚眼レンズ画像に変換すべき画像のテクスチャを生成するテクスチャ生成ステップと、前記テクスチャ生成ステップで生成されたテクスチャが凹面側にて内接する近似曲面を仮想設定する近似曲面設定ステップと、前記近似曲面設定ステップで仮想設定された近似曲面の凹面側に、前記テクスチャ生成手段により生成されたテクスチャを投影するテクスチャ投影ステップと、前記テクスチャ投影ステップで凹面側にテクスチャが投影された近似曲面を平行投影化する平行投影化ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、三次元表示物を視点座標系の投影面に透視投影変換することで得られた画像をディスプレイ上に表示する画像生成方法であって、魚眼レンズ画像に変換すべき画像のテクスチャを生成するテクスチャ生成ステップと、前記テクスチャ生成ステップで生成されたテクスチャをそれ自身が凹面側にて内接する近似曲面へと仮想変形させるテクスチャ変形ステップと、前記テクスチャ変形ステップで仮想変形された近似曲面を平行投影化する平行投影化ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、画像生成方法において、前記平行投影化は、前記近似曲面についてその三次元座標系におけるＺ軸方向座標を全て均一に揃える処理であることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、画像生成方法において、前記テクスチャ生成ステップでは、視点を中心とする三次元座標系の各軸を正負２方向に縦横所定画角でレンダリングした所定枚数の画像のテクスチャを生成することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記三次元表示物がゲームに登場するキャラクタ及び物とされる画像生成装置を備えたゲーム装置であって、扉の覗きスコープを通して扉の外側を見る場面等、ゲームの進行と共に変化する場面に応じて魚眼レンズ画像を生成表示することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、ゲーム装置において、前記テクスチャ生成手段は、視点座標は移動しないが視線方向が回動するステージにおいて、視点を中心とする三次元座標系の各軸を正負２方向に縦横画角９０度でレンダリングした６枚の画像のテクスチャを生成することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、ゲーム装置において、前記テクスチャ生成手段は、視点座標が移動するステージにおいて、視点移動方向前方を表示画角に応じてレンダリングした所定枚数の画像のテクスチャのみを生成することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、三次元シーンの平面画像が魚眼レンズに入力し、この入力画像が魚眼レンズ通過時に屈折して平行投影される、という魚眼レンズの光学的処理と等価な処理を、三次元表示物をディスプレイ上に表示する際の座標変換時に行うので、魚眼レンズを通して見える魚眼レンズ画像の表示が可能になる。
【００１８】
本発明によれば、表示させたい魚眼レンズ画像の範囲に応じて、魚眼レンズ画像の生成に必要なテクスチャ作成量を調整することが可能になる。
【００１９】
特に、画角３６０度の魚眼レンズ画像を作成してメモリに記憶しておけば、ゲーム中に視線方向が変わっても、一度作成した魚眼レンズ画像を読み出して再利用できるので、魚眼レンズ画像を何度も作成する必要がなくなる。
【００２０】
また、本発明においては、最初から表示に不要な魚眼レンズ画像を作成しないで済むため、ゲーム中に視点が移動し、その都度、魚眼レンズ画像を作成し直さなければならない場合においても、処理負担の軽減が可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図面と共に説明する。
本実施の形態による画像生成装置は、立体モデルを単位図形であるポリゴン（例えば、三角形等の多角形）の組み合わせとして表現し、このポリゴンを描画することで、ディスプレイに立体モデルを表示する装置であり、特に、魚眼レンズを通して見える魚眼レンズ画像２０１を簡易に表示することを可能にしたものである。
【００２２】
この画像生成装置は、図１に示すように、制御部１，ディスプレイ２，ＲＯＭ（Read-Only Memory）３，ＲＡＭ（Random Access Memory）４，ＤＭＡ（Direct Memory Access Channel），コントローラ５，ディスクコントローラ６，及びディスク装置７，ＶＲＡＭ（メモリ領域）８を主たる構成要素としている。
制御部１は更に、コプロセッサ１１１及びジオメトリプロセッサ１１２が接続されたメインプロセッサ１１と、ディスプレイ２やＶＲＡＭ８が接続された描画プロセッサ１２とを備え、これらプロセッサ１１，１２やＲＯＭ３，ＲＡＭ４等の各要素の制御等、システム全体の制御を行う。
【００２３】
メインプロセッサ１１は、例えば、ゲームの進行状況に応じて、ＲＡＭ４から必要なグラフィックデータを読み出し、このグラフィックデータに対して座標変換，クリッピング，輝度計算等の処理を行い、ポリゴンデータを作成する。
これら演算は、コプロセッサ１１１及びジオメトリプロセッサ１１２にて高速に行われ、作成されたポリゴンデータは、メインバス９を介して描画プロセッサ１２に出力される。
【００２４】
本実施の形態によるメインプロセッサ１１は、魚眼レンズ画像２０１を生成するための魚眼レンズ画像生成部１２１を備えており、この魚眼レンズ画像生成部１２１は、図２に示すように、視点設定手段１２２と、テクスチャ生成手段１２３と、キューブ設定手段１２４と、マッピング手段１２５と、スフィア設定手段（近似曲面設定手段）１２６と、テクスチャ投影手段１２７と、平行投影化手段１２８とを備えて構成される。
なお、視点設定手段１２２，テクスチャ生成手段１２３，マッピング手段１２５は、他の画像生成時にもそれぞれが受け持つ処理を行う。
【００２５】
視点設定手段１２２は、レバーやボタン等による操作部（図示略）からの操作情報に基づきプレーヤの視点位置を設定する。
テクスチャ作成手段は、魚眼レンズ画像２０１に変換すべき画像のテクスチャ２０２を生成するものであり、例えば、画角３６０度の場合は視点設定手段１２２により設定された視点位置を原点とする視点座標系ＸＹＺ軸２０３の正負方向に縦横画角９０度の範囲でレンダリングした６枚の画像，画角１８０度の場合は後面を除く５枚の画像、それ以下の画角の場合は画角に応じた枚数の画像のテクスチャ２０２を作成する処理を行う。
なお、この処理においては、前記視点座標系ＸＹＺ軸２０３に代えて、視点を中心とする任意の三次元座標系を採用することが可能である。
【００２６】
キューブ設定手段１２４は、設定すべき立方体オブジェクト２０４の各面の中心を視点座標系ＸＹＺ軸２０３が貫くような位置に、立方体オブジェクト２０４を仮想設定する処理を行う。
マッピング手段１２５は、キューブ設定手段１２４により仮想設定された立方体オブジェクト２０４の各面の内側に、テクスチャ作成手段により作成されたテクスチャ２０２のうち、当該立方体オブジェクト２０４の各面に対応するテクスチャ２０２をマッピングする処理を行う（図４参照）。
【００２７】
スフィア設定手段１２６は、マッピング手段１２５によりテクスチャ２０２がマッピングされた立方体オブジェクト２０４の全頂点が内接するような球オブジェクト２０５を仮想設定する処理を行う（図５参照）。
この球オブジェクト２０５は、正多面体で近似されるものであり、高品質な画像を生成するには、４８面以上を備えた多面体に設定されることが望ましい。
【００２８】
テクスチャ投影手段１２７は、スフィア設定手段１２６により仮想設定された球オブジェクト２０５の中心（＝視点）から、マッピング手段１２５により立方体オブジェクト２０４の内側にマッピングされたテクスャを当該球オブジェクト２０５の内側に投影する処理を行う（図６参照）。
このとき、予め三角形のメッシュパターン（図示略）をテクスチャ平面にコーディネイトし、球オブジェクト２０５の中心および三角形メッシュの頂点を通る直線と、球オブジェクト２０５との交点をＵＶ値に設定している。
【００２９】
平行投影化手段１２８は、テクスチャ投影手段１２７によりテクスチャ２０２が内側に投影された球オブジェクト２０５を平行投影化する処理を行う。
本実施の形態における平行投影化処理は、視点座標系ＸＹＺ軸２０３においてＺ軸方向の座標を全て均一に揃える処理を行うものであり、例えば、ビュー平面への平行投影や、Ｚ＝Ｚc（任意）で表される任意仮想平面への平行投影をいう。
また、この処理においては、前記視点座標系ＸＹＺ軸２０３に代えて、任意の三次元座標系を採用することが可能である。
これにより、球オブジェクト２０５の内側に投影されたテクスチャ２０２は、中心から外側に位置する三次元表示物２１１ほど円周方向に沿って歪んで見える魚眼レンズ画像になる（図７参照）。
【００３０】
図３は、本実施の形態による魚眼レンズ画像の生成処理を示すフローチャートである。
このフローチャートは、例えば、プレーヤが砲台を操作するゲームのように、ゲーム開始から終了までの間、砲台操作者であるプレーヤの視点位置は変わらないが、視線方向が３６０゜回動するような場合に適用され、ゲーム開始時に一回だけ実行される。
【００３１】
まず、ステップＳ１において、視点位置を設定する。
次に、ステップＳ２において、魚眼レンズ画像２０１に変換すべき画像を作成する処理を行う。具体的には、ステップＳ１で設定した視点位置を原点とする視点座標系ＸＹＺ軸２０３の正負方向に、縦横画角９０度の範囲でレンダリングした６枚の画像のテクスチャ２０２を作成する。
【００３２】
次いで、ステップＳ３において、設定すべき立方体オブジェクト２０４の各面の中心を視点座標系ＸＹＺ軸２０３が貫くような位置に立方体オブジェクト２０４を設定する。
そして、ステップＳ４において、ステップＳ３で設定した立方体オブジェクト２０４の各面の内側に、ステップＳ１で作成した６枚のテクスチャ２０２のうち、当該立方体オブジェクト２０４の各面に対応するテクスチャ２０２をマッピングする（図４参照）。
【００３３】
その後、ステップＳ５において、ステップＳ４でテクスチャ２０２がマッピングされた立方体オブジェクト２０４が内接する球オブジェクト２０５を設定する（図５参照）。
しかる後、ステップＳ６において、ステップＳ５で設定した球オブジェクト２０５の中心から、ステップＳ４で立方体オブジェクト２０４の内側にマッピングしたテクスチャ２０２を当該球オブジェクト２０５の内側に投影する（図６参照）。
【００３４】
そして、ステップＳ７において、ステップＳ６で内側にテクスチャ２０２を投影した球オブジェクト２０５を平行投影する。
以上の処理は、三次元シーンの平面画像が魚眼レンズに入力し、この入力画像が魚眼レンズ通過時に屈折して平行投影される、という魚眼レンズの光学的処理と等価な処理である。
【００３５】
これにより、魚眼レンズを通して見えるような、三次元表示物２１１が歪んだ魚眼レンズ画像２０１を得ることができるので（図７参照）、これをディスプレイ２に表示させることが可能となる。
従って、本実施の形態による画像生成装置によれば、三次元表示物２１１の表現力が増し、この画像生成装置を備えたゲーム装置によれば、面白味が増すという効果が得られる。
【００３６】
また、ステップＳ７の平行投影により生成した魚眼レンズ画像２０１をＶＲＡＭ８等のメモリに記憶しておけば、視線方向を変えたときの魚眼レンズ画像２０１を表示したい場合にも、記憶しておいた魚眼レンズ画像２０１を読み出してローテート処理を行うだけで済むため、魚眼レンズ画像２０１を新たに何度も作成し直す必要がなくなり、描画スピードの高速化が図られる。
【００３７】
同様に、上記構成からなる画像生成装置をプレーヤが砲台を操作するゲーム装置等に適用した場合には、ゲーム開始時に一回だけ上記魚眼レンズ画像生成処理を実行してＶＲＡＭ８等に記憶しておけば、ゲーム中においては、プレーヤの操作に応じて視線方向が種々変化しても、記憶しておいた魚眼レンズ画像２０１のローテート処理だけで済むため、表示画像の切り替えが高速化する。
【００３８】
次に、図８のフローチャートを用いて、魚眼レンズ画像の他の生成処理例について説明する。
このフローチャートにおいて、図３に示したフローチャートと同一の処理を行うステップについては、図３と同一のステップ番号を付すと共に、その説明を省略し、以下では、図３と相違する処理を行うステップについてのみ説明する。
【００３９】
本フローチャートにおいては、ステップＳ１１において、ステップＳ４で各面の内側にテクスチャ２０２をマッピングした立方体オブジェクト２０４を、それ自身が内接する球オブジェクト２０５に変形させる処理を行う。
この変形処理は、魚眼レンズ生成部１２１内のオブジェクト変形手段（図示略）が行っており、具体的には、予め三角形のメッシュパターンをテクスチャ平面にコーディネイトしておき、ＵＶ値を保持したまま三角形メッシュの頂点座標を球オブジェクト２０５を構成するポリゴンへ透視変換する。
【００４０】
そして、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で生成した球オブジェクト２０５を平行投影する。
すると、図３のフローチャートに示した魚眼レンズ画像の生成処理と同様に、図７に示すような魚眼レンズ画像２０１を得ることができるので、これをディスプレイ２に表示させることが可能となる。
【００４１】
なお、本発明における平行投影化とは、図３のステップＳ７及び図８のステップＳ１２における平行投影のような文言通りの平行投影、すなわち、視線方向と垂直な面への平行投影のみを意味するわけではなく、平行投影と同程度の魚眼レンズ画像２０１を生成することのできる処理をも含むものである。
例えば、平行投影化の投影面は、視線方向と垂直な面に対して傾斜した面や、ステップＳ５で設定した球オブジェクト２０５の半径よりも大きな曲率半径を有する近似曲面であってもよい。
【００４２】
また、図３及び図８におけるステップＳ２では、６枚の画像テクスチャを作成しているが、ゲーム中にプレーヤの位置（＝視点）が変化するゲームにおいては、視点の後方１８０度に対応する画像のテクスチャ２０２は不要である。
従って、かかるゲーム装置への適用時には、ステップＳ２において、例えば、視点の前方１８０度に対応する５枚の、あるいは、それ以下の画角の場合は画角に応じた枚数の画像のテクスチャ２０２のみを作成するだけでよいことになる。
【００４３】
このように、魚眼レンズ画像２０１に変換すべきテクスチャ２０２の作成枚数が減れば、その後の処理も減るため、描画スピードの高速化が可能になる。
しかも、本実施の形態によれば、上記したように、球オブジェクト２０５に設定された各ポリゴンの頂点単位のＵＶ値を決定するだけで魚眼レンズ画像２０１を生成することができるため、ピクセル単位で処理する場合に比して、描画スピードが飛躍的に向上する。
さらに、テクスチャバッファに記憶すべきテクスチャデータ量も減少するので、表示画像の高画質化も可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、三次元シーンの平面画像が魚眼レンズに入力し、この入力画像が魚眼レンズ通過時に屈折して平行投影される、という魚眼レンズの光学的処理と等価な処理を、三次元表示物をディスプレイ上に表示する際の座標変換時に行うことにより、魚眼レンズを通して見える魚眼レンズ画像を簡易に表示することが可能になり、画像生成装置においては三次元表示物の表現力が増し、該画像生成装置を備えたゲーム装置においては面白味が増す。
【００４５】
本発明によれば、表示させたい魚眼レンズ画像の範囲に応じて、魚眼レンズ画像の生成に必要なテクスチャ作成量を調整することが可能になり、描画処理の効率化を図ることができる。
【００４６】
特に、画角３６０度の魚眼レンズ画像を作成してメモリに記憶しておけば、ゲーム中に視線方向が変わっても、一度作成した魚眼レンズ画像を読み出して再利用できるので、魚眼レンズ画像を何度も作成する必要がなくなり、描画スピードの高速化を図ることができる。
【００４７】
また、本発明においては、最初から表示に不要な魚眼レンズ画像を作成しないで済むため、ゲーム中に視点が移動し、その都度、魚眼レンズ画像を作成し直さなければならない場合においても、処理負担が軽減し、描画スピードの高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像生成装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の魚眼レンズ画像生成部の構成図である。
【図３】魚眼レンズ画像の生成処理を示すフローチャートである。
【図４】立方体オブジェクトの内側にテクスチャをマッピングした状態を示す図である。
【図５】図４の立方体オブジェクトが内接する球オブジェクトを設定した状態を示す図である。
【図６】図４で立方体オブジェクトの内側にマッピングされたテクスチャを、図５の球オブジェクトの内側に投影した状態を示す図である。
【図７】図６の球オブジェクトを平行投影して得られる魚眼レンズ画像を示す図である。
【図８】魚眼レンズ画像の他の生成処理を示すフローチャートである。
【図９】画像生成装置における三次元演算処理を説明するための図である。
【符号の説明】
２  ディスプレイ
１２３  テクスチャ生成手段
１２６  スフィア設定手段（近似曲面設定手段）
１２７  テクスチャ投影手段
１２８  平行投影化手段
２０１  魚眼レンズ画像
２０２  テクスチャ
２０３  視点座標系ＸＹＺ軸（視点座標系）
２０５  球オブジェクト（近似曲面）
２１１  三次元表示物
【図１】
0004592917.tif 000002
【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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