(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想３次元空間において観者から見える視界画像を合成する画像合成手段と、仮想３次元空間演算手段とを少なくとも含む３次元シミュレータ装置であって、
前記画像合成手段が、前記視界画像の一部として表示される表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うテクスチャ演算手段と、該テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶するテクスチャ情報記憶手段とを含み、
前記テクスチャ情報記憶手段には同一の表示物に対応して複数種類のテクスチャ情報が記憶され、
前記仮想３次元空間演算手段は、前記表示物が所定エリアに進入したか否かを判断するとともに、該所定エリア内の前記表示物の移動距離を判断する手段と、前記表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類を前記移動距離に応じて変更する変更手段を含むことを特徴とする３次元シミュレータ装置。
【請求項２】
仮想３次元空間を構成する表示物のオブジェクトナンバー、位置情報、方向情報が含まれるオブジェクト情報を記憶する手段と、該オブジェクト情報の設定を行うことで仮想３次元空間を形成する演算を行う仮想３次元空間演算手段と、前記オブジェクトナンバーにより指定されるオブジェクトの画像情報を記憶する手段と、前記オブジェクト情報と、該オブジェクト情報に含まれるオブジェクトナンバーにより読み出される前記画像情報とに基づいて観者から見える視界画像を合成する画像合成手段とを含む３次元シミュレータ装置であって、
前記画像合成手段が、前記視界画像の一部として表示される表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うテクスチャ演算手段と、該テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶するテクスチャ情報記憶手段とを含み、該テクスチャ情報記憶手段には同一の表示物に対応して異なる複数種類のテクスチャ情報が記憶され、
前記仮想３次元空間演算手段は、前記表示物が所定エリアに進入したか否かを判断するとともに、該所定エリア内の前記表示物の移動距離を判断する手段と、前記表示物のオブジェクトナンバーを前記移動距離に応じて変更する変更手段を含み、
前記オブジェクト画像情報記憶手段では、前記変更手段によって変更されるオブジェクトナンバーにより指定されるオブジェクトについてはマッピングされるテクスチャ情報の前記種類が異なるように前記画像情報が記憶されることを特徴とする３次元シミュレータ装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
前記変更手段が、前記移動距離に応じて前記変更を段階的に行うことを特徴とする３次元シミュレータ装置。
【請求項４】
仮想３次元空間において観者から見える視界画像を合成することで仮想３次元空間をシミュレートする３次元シミュレータ装置に使用される画像合成方法であって、
前記３次元シミュレータ装置に含まれるテクスチャ演算手段により前記視界画像の一部として表示される表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行い、前記３次元シミュレータ装置に含まれるテクスチャ情報記憶手段により前記テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶し、前記テクスチャ情報記憶手段に同一の表示物に対応して複数種類のテクスチャ情報を記憶し、
前記３次元シミュレータ装置に含まれる仮想３次元空間演算手段は、前記表示物が所定エリアに進入したか否かを判断し、
前記仮想３次元空間演算手段は、前記所定エリア内の前記表示物の移動距離を判断し、
前記仮想３次元空間演算手段は、前記表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類を前記移動距離に応じて変更することを特徴とする画像合成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仮想３次元空間をシミュレートできる３次元シミュレータ装置及びこれに用いられる画像合成方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、例えば３次元ゲームあるいは飛行機及び各種乗り物の操縦シミュレータ等に使用される３次元シミュレータ装置として種々のものが知られている。このような３次元シミュレータ装置では、図２０（Ａ）に示す３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３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る。そして、この表示物である３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疑似３次元画像（投影画像）３０８をスクリーン３０６上に画像表示している。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、この操作信号に基づいて所定の３次元演算処理が行われる。具体的には、まず、操作信号によりプレーヤ３０２の視点位置、視線方向あるいはプレーヤ３０２の搭乗する移動体の位置、方向等がどのように変化するかを求める演算処理が行われる。次に、この視点位置、視線方向等の変化に伴い、３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。そして、以上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、自身の視点位置、視線方向の変化あるいは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３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３次元空間を疑似体験できることとなる。
【０００３】
図２０（Ｂ）には、以上のような３次元シミュレータ装置により形成される表示画像の一例が示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、このような３次元シミュレータ装置では、表示物を多数のポリゴンを組み合わせることで表現している。例えばレーシングカーゲームにおけるタイヤを例にとれば、タイヤの側面、タイヤの走行面の各々は複数のポリゴンを組み合わせることで構成される。更に、表示される画像を高品質にするためにテクスチャマッピングと呼ばれる手法が用いられる。このテクスチャマッピング手法では、表示物を構成するポリゴンにテクスチャを施し、これによりリアルな表示画像を得ようとするものである。タイヤを例に取れば、タイヤの側面に対しては文字、ホイール等を表すテクスチャがマッピングされる。また、タイヤの走行面に対してはタイヤのグリップ面を表すテクスチャがマッピングされる。そして、従来は、１つの表示物に対して１種類のテクスチャのみが用意されていた。
【０００５】
しかし、例えばタイヤの側面に文字のテクスチャをマッピングする場合を例にとると、以下の問題が生じる。即ち、３次元シミュレータ装置がシミュレートする現実の世界においては、タイヤが回転すると文字がタイヤの回転方向に流れてゆき、回転が速くなると文字の輪郭もぼやけてくるはずである。しかし、３次元シミュレータ装置によりこの現象をシミュレートしようとしても、文字の輪郭についてはぼやけてこないことが判明した。その理由は、このような３次元シミュレータ装置では処理速度の関係から、現実の世界と異なり例えば（１／６０）秒毎に画像が生成されていることに起因する。従って、単にタイヤの側面に文字のテクスチャを施しタイヤを高速に回転させても、現実の世界で起こる文字の輪郭のぼやけについてはリアルにシミュレートできないという問題があった。
【０００６】
また、例えばタイヤの走行面にグリップ面を表すテクスチャをマッピングする場合を例にとると、以下の問題が生じる。即ち、例えばレーシングカーが操作ミスにより砂利道等にコースアウトした場合には、現実の世界においては、タイヤの走行面に砂利、砂等が付着してタイヤの走行面の状態が変化するはずである。ところが従来の３次元シミュレータ装置では１つの表示物に対して１つのテクスチャしか用意されていなかった。このため、このようなタイヤの走行面の状態の変化を表現することができず、現実の世界で起こる現象をリアルにシミュレートできないという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、シミュレーション状況により表示物の表面の状態が変化するような場合においても現実の世界をリアルにシミュレートできる３次元シミュレータ装置を提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の目的は、表示物の速度、回転速度が変化した場合においても現実の世界をリアルにシミュレートできる３次元シミュレータ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、仮想３次元空間において観者から見える視界画像を合成する画像合成手段を少なくとも含む３次元シミュレータ装置であって、
前記画像合成手段が、前記表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うテクスチャ演算手段と、該テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶するテクスチャ情報記憶手段とを含み、
前記テクスチャ情報記憶手段には同一の表示物に対応して複数種類のテクスチャ情報が記憶され、表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類をシミュレーション状況により変化する表示物の表面の状態に応じて変更する手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、表示物、例えばタイヤの走行面にマッピングされるものとして複数種類のテクスチャ情報が記憶される。例えば、通常路面用のテクスチャ情報、砂利道エリア用のテクスチャ情報が記憶される。そして、シミュレーション状況に応じて、タイヤの走行面にマッピングされるテクスチャ情報の種類が変更される。これにより、レーシングカーが通常路面を走行している場合にはタイヤの走行面が通常状態となり、レーシングカーが砂利道エリアに進入した場合にはタイヤの走行面が砂利、砂等が付着した状態になるような表現が可能となる。これにより、シミュレーションの演出効果を更に増すことができる。この場合のテクスチャ情報の種類の変更手段を設ける場所は任意である。
【００１１】
また本発明は、仮想３次元空間を構成する表示物のオブジェクトナンバー、位置情報、方向情報が含まれるオブジェクト情報を記憶する手段と、該オブジェクト情報の設定を行うことで仮想３次元空間を形成する演算を行う仮想３次元空間演算手段と、前記オブジェクトナンバーにより指定されるオブジェクトの画像情報を記憶する手段と、前記オブジェクト情報と、該オブジェクト情報に含まれるオブジェクトナンバーにより読み出される前記画像情報とに基づいて観者から見える視界画像を合成する画像合成手段とを含む３次元シミュレータ装置であって、
前記画像合成手段が、前記表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うテクスチャ演算手段と、該テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶するテクスチャ情報記憶手段とを含み、該テクスチャ情報記憶手段には同一の表示物に対応して異なる複数種類のテクスチャ情報が記憶され、
前記仮想３次元空間演算手段が、表示物のオブジェクトナンバーをシミュレーション状況により変化する表示物の表面の状態に応じて変更する手段を含み、
前記オブジェクト画像情報記憶手段では、シミュレーション状況により変化する表示物の表面の状態に応じて変更されるオブジェクトナンバーにより指定されるオブジェクトについてはマッピングされるテクスチャ情報の前記種類が異なるように前記画像情報が記憶されることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、表示物、例えばタイヤの表面がシミュレーション状況により変化するのに応じてタイヤオブジェクトを指定するためのオブジェクトナンバーが変更される。例えば、通常路面走行の場合には通常路面走行に対応したタイヤオブジェクトが、砂利道エリア走行の場合は砂利道エリア走行に対応したタイヤオブジェクトが指定されるようにオブジェクトナンバーが変更される。そして、変更されたオブジェクトナンバーにより、オブジェクト画像情報記憶手段から対応するオブジェクトの画像情報が読み出される。この場合、例えば通常路面走行に対応したタイヤオブジェクトの画像情報は通常のグリップ面を表すテクスチャ情報を読み出せるように、また、砂利道エリア走行に対応したタイヤオブジェクトの画像情報は砂利、砂等が付着したグリップ面を表すテクスチャ情報を読み出せるようになっている。このように発明によれば、オブジェクトナンバーを変更するという非常に簡易な処理で、表示物にマッピングされるテクスチャ情報の種類を変更できる。
【００１３】
また、本発明は、上記のいずれかにおいて、前記変更手段が、前記シミュレーション状況により変化する表示物の表面の状態に応じて前記変更を段階的に行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、例えば表示物をタイヤとした場合には、例えば砂利道エリアでの走行距離に応じて表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類を段階的に変更できる。これにより、走行距離が長くなるほど多くの砂利、砂がタイヤに付着されるような表現が可能となる。従って、シミュレーションのリアル感を更に増すことが可能となる。
【００１５】
また本発明は、仮想３次元空間において観者から見える視界画像を合成する画像合成手段を少なくとも含む３次元シミュレータ装置であって、
前記画像合成手段が、前記表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うテクスチャ演算手段と、該テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶するテクスチャ情報記憶手段とを含み、
前記テクスチャ情報記憶手段には同一の表示物に対応して複数種類のテクスチャ情報が記憶され、表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類を表示物の速度、回転速度に応じて変更する手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、表示物、例えばタイヤの側面にマッピングされるものとして複数種類のテクスチャ情報が記憶される。例えば、停止状態用のテクスチャ情報、高速回転状態（あるいは高速走行状態）用のテクスチャ情報が記憶される。そして、例えばタイヤの回転速度に応じて、タイヤの側面にマッピングされるテクスチャ情報の種類が変更される。これにより、タイヤが停止状態の時にははっきりした輪郭の文字を、タイヤが高速回転状態の場合にはぼやけた輪郭の文字をタイヤの側面に表すことができる。この場合、マッピングするテクスチャ情報の種類の変更手段は、例えば仮想３次元空間の形成の演算を行う仮想３次元空間演算手段に含ませてもよいし、画像合成手段に含ませてもよい。また、両者に含ませてもよい。また、表示物の速度、回転速度から観者と表示物との相対速度、相対回転速度を求め、これに応じてテクスチャ情報の種類を変更することも本発明に含まれる。
【００１７】
また、本発明は、仮想３次元空間を構成する表示物のオブジェクトナンバー、位置情報、方向情報が含まれるオブジェクト情報を記憶する手段と、該オブジェクト情報の設定を行うことで仮想３次元空間を形成する演算を行う仮想３次元空間演算手段と、前記オブジェクトナンバーにより指定されるオブジェクトの画像情報を記憶する手段と、前記オブジェクト情報と、該オブジェクト情報に含まれるオブジェクトナンバーにより読み出される前記画像情報とに基づいて観者から見える視界画像を合成する画像合成手段とを含む３次元シミュレータ装置であって、
前記画像合成手段が、前記表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うテクスチャ演算手段と、該テクスチャ演算手段においてマッピングされるテクスチャの情報を記憶するテクスチャ情報記憶手段とを含み、該テクスチャ情報記憶手段には同一の表示物に対応して異なる複数種類のテクスチャ情報が記憶され、
前記仮想３次元空間演算手段が、表示物のオブジェクトナンバーを表示物の速度、回転速度に応じて変更する手段を含み、
前記オブジェクト画像情報記憶手段では、表示物の速度、回転速度に応じて変更されるオブジェクトナンバーにより指定されるオブジェクトについてはマッピングされるテクスチャ情報の前記種類が異なるように前記画像情報が記憶されることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、表示物、例えばタイヤの回転速度等に応じてタイヤオブジェクトを指定するためのオブジェクトナンバーが変更される。例えば、タイヤが停止状態の場合には停止状態用のタイヤオブジェクトを、高速回転状態の場合は高速回転状態用のタイヤオブジェクトを指定するようにオブジェクトナンバーが変更される。そして、変更されたオブジェクトナンバーにより、オブジェクト画像情報記憶手段から対応するオブジェクトの画像情報が読み出される。この場合、例えば停止状態用のタイヤオブジェクトの画像情報は、停止状態用のテクスチャ情報を読み出すように、また、高速回転状態用のタイヤオブジェクトの画像情報は、高速回転状態用のテクスチャ情報を読み出すようになっている。これは、例えば画像情報に含まれるテクスチャ座標（テクスチャ情報を指定する情報）を異ならせることで実現できる。
【００１９】
また、本発明は、上記のいずれかにおいて、前記変更手段が、表示物の速度、回転速度に応じて前記変更を段階的に行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、例えば表示物をタイヤとした場合には、停止状態用、高速回転状態用のみならず、低速回転状態用、中速回転状態用等というように、段階的にマッピングするテクスチャ情報を変更できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
１．ゲームの概要
まず、本３次元シミュレータ装置で実現される３次元ゲームの一例について簡単に説明する。
【００２２】
図２には、本３次元シミュレータ装置の一例が示される。図２の３次元シミュレータ装置では、複数の独立したシミュレータ装置（ゲーム装置）１−１、１−２、１−３、１−４がデータ伝送ラインを介して互いに接続されている。これにより、プレーヤの操縦するプレーヤレーシングカーが、相手プレーヤの操縦するレーシングカーや、コンピュータにより操縦されるコンピューターカ−と順位を競い合うというレーシングカーゲームを実現できる。
【００２３】
ここで、独立したシミュレータ装置１−１、１ー２、１−３、１−４というのは、各シミュレータ装置が各々独立にシングルプレーヤゲームを行うことができるように形成されていることを意味する。もちろん、データ伝送ラインを介し、相手プレーヤとの間で、同一のゲーム空間内においてマルチプレーヤ型ゲームを行うという構成とすることもできる。
【００２４】
図２に示すようにこの各シミュレータ装置は、実際のレーシングカーの運転席と同様に形成されている。そして、プレーヤは、シート１８に着座し、ディスプレイ１０に映し出されたゲーム画面（レーシングカーの運転席から見える風景の疑似３次元画像）を見ながら、操作部１２に設けられたハンドル１４、アクセル１５、シフトレバー１６等を操作して架空のレーシングカーを運転してゲームを行う。
【００２５】
なお、図２の３次元シミュレータ装置は、マルチプレーヤ型ゲーム構成となっているが、本発明はこれに限らず１人プレーヤ構成の場合にも当然に適用できる。
【００２６】
図３には、本３次元ゲームにおける仮想３次元空間の一例が示される。このように、本３次元ゲームにおける仮想３次元空間には、３次元的に形成されたコース２０が配置されている。そして、コース２０の周辺には、ビル６０、アーチ６２、スタンド６４、崖６６、壁６８、トンネル７０、木７２、ブリッジ７４等の３次元オブジェクトが配置されている。プレーヤはこれらのコース等が映し出されたディスプレイ１０を見ながらレーシングカーを操作する。そして、スタートポイント７６からスタートして、コース２０を周回し、所定回数コースを周回するとゴールとなり、プレーヤの順位が決定される。
【００２７】
図４、図５には、本３次元ゲームにおいてディスプレイ１０上に映し出されるゲーム画面の一例が示される。プレーヤはこのゲーム画面を見ながらプレーヤカー５１を操作し、相手レーシングカー５２、コンピュータカー５３等と競争を行う。なお、図４、図５では、プレーヤの視点はプレーヤカーの後方に設定されているが、運転席の位置にプレーヤの視点を設定してもかまわない。
【００２８】
さて、図４において、相手レーシングカー５２のタイヤ３０には文字４０のテクスチャが施されている。そして、この場合、相手レーシングカー５２は高速で走行しておりタイヤ３０は高速で回転している。そこで、本実施形態では、この場合には輪郭のぼやけた文字４０のテクスチャをタイヤの側面に施している。これにより、ディスプレイに映し出されるゲーム画面を非常にリアルなものとすることができる。なお、本実施形態においては、例えばスタート時においてレーシングカーが停止している場合には、停止した文字のテクスチャがタイヤ３０に対してマッピングされる。また、レーシングカーの走行速度が速くなりタイヤの回転速度が速くなると、輪郭はぼやけていないがタイヤの回転方向に流れるように表現された文字のテクスチャがタイヤ３０に対してマッピングされる。そして、更に回転速度が速くなると、図４のように輪郭がぼやけた文字のテクスチャがタイヤ３０に対してマッピングされることになる。このように本実施形態では、タイヤの回転速度（あるいはレーシングカーの走行速度）に応じて段階的にタイヤにマッピングするテクスチャの種類を変更しているため、よりリアルな表示画像を得ることができる。
【００２９】
図５には、プレーヤの操作ミスによりプレーヤカー５１が砂利道エリア２６にコースアウトした場合のゲーム画面が示される。このようにレーシングカーが砂利道エリア２６に進入した場合には、現実の世界ではタイヤ３０に砂利、砂等が付着してタイヤは白っぽくなるはずである。そこで、本実施形態では、レーシングカーが砂利道エリア２６に進入した場合に、図５に示すようタイヤ３０にマッピングするテクスチャを変更している。これにより、図４では真っ黒であったタイヤ３０の走行面が、図５では少し白っぽくなり、リアルなゲーム画面を得ることができる。なお、この場合にも上記の文字の場合と同様に、例えば砂利道エリア２６を走行した距離等に応じてタイヤ３０に対してマッピングするテクスチャの種類を段階的に変更している。これにより、表示画面のリアル感を更に増すことができる。
【００３０】
２．装置全体の説明
図１には、本発明に係る３次元シミュレータ装置の実施形態のブロック図が示される。
【００３１】
図１に示すように、本３次元シミュレータ装置は、プレーヤが操作信号を入力する操作部１２、所定のゲームプログラムにより仮想３次元空間設定のための演算を行う仮想３次元空間演算部１００、プレーヤの視点位置における疑似３次元画像を形成する画像合成部２００、及びこの疑似３次元画像を画像出力するディスプレイ１０を含んで構成される。
【００３２】
操作部１２には、例えば本３次元シミュレータ装置をレーシングカーゲームに適用した場合には、レーシングカーを運転するためのハンドル１４、アクセル１５等が接続され、これにより操作信号が入力される。
【００３３】
仮想３次元空間演算部１００では、図３に示す仮想３次元空間における複数の表示物、例えばコース２０、ビル６０、アーチ６２、スタンド６４、崖６６、プレーヤレーシングカー、相手レーシングカー、コンピューターカー等の位置あるいは位置及び方向を設定する演算が行われる。この演算は、操作部１２からの操作信号や、あらかじめ設定記憶されているマップ情報等に基づいて行われる。
【００３４】
そして、画像合成部２００では、仮想３次元空間演算部１００からの演算結果に基づいて仮想３次元空間における任意の視点からの視界画像を合成する演算が行われる。そして、合成された視界画像はディスプレイ１０より出力される。
【００３５】
さて、本実施形態では、画像合成部２００がテクスチャ演算部２３０とテクスチャ情報記憶部２４２とを含んでいる。ここで、テクスチャ演算部２３０は、表示物にテクスチャをマッピングするための演算を行うものである。また、テクスチャ情報記憶部２４２にはテクスチャ演算部２３０においてマッピングされるテクスチャの情報が記憶されている。このテクスチャ情報は、例えばタイヤの側面にマッピングする文字・ホイールの模様、タイヤの走行面にマッピングするグリップ面の模様等を表すものである。そして、テクスチャ情報記憶部２４２には、同一の表示物、例えば１つのタイヤに対して複数種類のテクスチャ情報が記憶されている。具体的には、タイヤの側面にマッピングするものとして、停止状態用の文字・ホイールを表すテクスチャ情報、タイヤの回転により輪郭がややぼやけた文字・ホイールを表すテクスチャ情報、タイヤの回転方向に流れるように完全にぼやけた文字・ホイールを表すテクスチャ情報等が記憶されている。また、タイヤの走行面にマッピングするものとして、真っ黒なグリップ面を表すテクスチャ情報、砂利等が付着して白っぽくなったグリップ面を表すテクスチャ情報、更に白っぽくなったグリップ面を表すテクスチャ情報等が記憶されている。そして、更に、本実施形態の３次元シミュレータ装置は、例えばタイヤの側面にマッピングされるテクスチャ情報の種類を、タイヤの回転速度あるいはレーシングカーの走行速度等に応じて変更する手段を含む。同様に、タイヤの走行面にマッピングされるテクスチャ情報の種類を、シミュレーション（ゲーム）状況により変化するタイヤの表面の状態に応じて変更する手段も含む。即ち、例えばレーシングカーがコースアウトして砂利道エリアに進入するというシミュレーション状況により表示物であるタイヤの走行面の状態が白っぽく変化する場合には、白っぽいグリップ面を表すテクスチャ情報をタイヤの走行面に対してマッピングすることになる。なお、これらの変更手段は、仮想３次元空間演算部１０２に含ませてもよいし、画像合成部２００に含ませてもよく、また両者に含ませてもよい。
【００３６】
次に、仮想３次元空間演算部１００、画像合成部２００の具体的構成の一例について説明する。図６には、仮想３次元空間演算部１００のブロック図の一例が示され、図９、図１２には画像合成部２００のブロック図の一例が示される。
【００３７】
なお、本発明における仮想３次元空間演算手段、画像合成手段の構成としては、図６、図９、図１２に示すものに限らず、あらゆる種類の構成を採用することができる。
【００３８】
３．仮想３次元空間演算部についての説明
図６に示すように、仮想３次元空間演算部１００は、処理部１０２、仮想３次元空間設定部１０４、移動情報演算部１０６、オブジェクト情報記憶部１０８を含んで構成される。
【００３９】
ここで、処理部１０２では、３次元シミュレータ装置全体の制御が行われる。また、処理部１０２内に設けられた記憶部には、所定のゲームプログラムが記憶されている。仮想３次元空間演算部１００は、このゲームプログラム及び操作部１２からの操作信号にしたがって仮想３次元空間設定の演算を行うことになる。移動情報演算部１０６では、操作部１２からの操作信号及び処理部１０２からの指示等にしたがって、レーシングカーの移動情報が演算される。
【００４０】
オブジェクト情報記憶部１０８には、仮想３次元空間を構成する物体の数だけの記憶格納エリアがあり、各エリアには該物体の位置情報・方向情報及びこの位置に表示すべき（すなわち該物体に適用すべき）オブジェクトのオブジェクトナンバーが記憶されている（以下、この記憶された位置情報・方向情報及びオブジェクトナンバーをオブジェクト情報と呼ぶ）。図７には、オブジェクト情報記憶部１０８に記憶されるオブジェクト情報の一例が示される。また、図８には、これらのオブジェクト情報に含まれる位置情報、方向情報（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ、θｍ、φｍ、ρｍ）と絶対座標系（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）の関係が示される。
【００４１】
また、これらのオブジェクトは図８に示すように多角形のポリゴンの集合で表現されている。
【００４２】
オブジェクト情報記憶部１０８に記憶されているオブジェクト情報は、仮想３次元空間設定部１０４により読み出される。この場合、オブジェクト情報記憶部１０８には、当該フレームの１つ前のフレームにおけるオブジェクト情報が記憶されている。そして、仮想３次元空間設定部１０４では、読み出されたオブジェクト情報と、移動情報演算部１０６で演算された移動情報とに基づいて、当該フレームにおけるオブジェクト情報（位置情報、方向情報）が求められる。なお、静止物体についてはこのような移動情報はなく、オブジェクト情報は変化しないのでこのような処理は必要ない。
【００４３】
このようにして、仮想３次元空間設定部１０４では、当該フレームにおける仮想３次元空間を構成する全ての物体のオブジェクト情報が設定されることになる。なお、マップ設定部１１０は、仮想３次元空間上に分割されたマップを表示する場合の表示に必要な部分だけのマップの選択設定を行うものである。
【００４４】
さて、本実施形態では、表示物にマッピングするテクスチャ情報の変更を、図７に示すオブジェクト情報の中のオブジェクトナンバーを変更することにより行っている。例えば、タイヤの回転速度（あるいはレーシングカーの走行速度）に応じて、タイヤの側面にマッピングするオブジェクト情報を変更する場合を考える。この場合には、まず、タイヤの回転速度（あるいはレーシングカーの走行速度）が、移動情報演算部１０６あるいは仮想３次元空間設定部１０４における演算処理により求められる。そして、タイヤの回転が停止もしくは低速で回転していると判断された場合には、停止状態用のタイヤオブジェクトを指定するようにタイヤのオブジェクトナンバーが変更される。同様に、タイヤが中速あるいは高速で回転していると判断された場合には、中速回転状態用、高速回転状態用のタイヤオブジェクトを指定するようにタイヤのオブジェクトナンバーが変更される。画像合成部２００内のオブジェクト画像情報記憶部２１２には、１つのタイヤに対応して複数種類のタイヤオブジェクトの画像情報が記憶されている。そして、これらの複数種類のタイヤオブジェクトのいずれを選択するかは、上記のオブジェクトナンバーにより指定される。例えば、このオブジェクトナンバーの指定により停止状態用のタイヤオブジェクトが選択されると、停止状態用のタイヤオブジェクトの画像情報がオブジェクト画像情報記憶部２１２から読み出される。この停止状態用のタイヤオブジェクトでは、タイヤ側面にマッピングされる文字、ホイールが停止して見えるようにテクスチャ座標（テクスチャ情報を読み出すための座標）の指定が行われている。また、低速で回転しているタイヤの側面については、この停止状態用のタイヤオブジェクトを回転させることで表現することが可能である。
【００４５】
同様に、中速、高速回転状態用のタイヤオブジェクトでは、ポリゴン形状は同じであるが、文字、ホイールの輪郭がぼけて見えるような、あるいは、回転方向に流れて見えるようなテクスチャがマッピングされるようにテクスチャ座標の指定が行われている。このように、本実施形態によれば、オブジェクトナンバーを変更することで、タイヤにマッピングするテクスチャ情報を変更することが可能となる。
【００４６】
シミュレーション（ゲーム）状況に応じてタイヤの走行面にマッピングするオブジェクト情報を変更する場合も同様の手法を採用する。即ち、移動情報演算部１０６あるいは仮想３次元空間設定部１０４における演算処理により、レーシングカーが砂利道エリアに進入したか否か、あるいは、砂利道エリア内でどれくらいの距離を走行したかが判断される。そして、これらの判断に基づいて、タイヤのオブジェクトナンバーが変更され、これによりオブジェクト画像情報記憶部２１２から読み出されるタイヤオブジェクトに対してマッピングされるテクスチャ情報が変更されることになる。
【００４７】
４．画像供給部についての説明
画像供給部２１０は、図９に示すように、オブジェクト画像情報記憶部２１２、処理部２１５、座標変換部２１８、クリッピング処理部２２０、ポリゴンデータ変換部２２４、ソーティング処理部２２６を含んでいる。また、クリッピング処理部２２０は、透視投影変換部２２２を含んでいる。
【００４８】
画像供給部２１０では、仮想３次元空間演算部１００により設定された仮想３次元空間の設定情報にしたがって、各種の座標変換処理、３次元演算処理が行われる。
【００４９】
即ち、まず、図１０に示すように、レーシングカー、コース等を表すオブジェクト３００、３３３、３３４について、それを構成するポリゴンを絶対座標（ワールド座標）系（ＸW 、ＹW 、ＺW ）で表現される仮想３次元空間上に配置するための演算処理が行われる。次に、これらの各オブジェクトについて、それを構成するポリゴンをプレーヤ３０２の視点を基準とした視点座標系（Ｘｖ、Ｙｖ、Ｚｖ）へ座標変換する処理が行われる。その後、いわゆるクリッピング処理が行われ、次に、スクリーン座標系（ＸS 、ＹS ）への透視投影変換処理が行われる。次に、出力されるポリゴンフォーマットの変換処理が行われ、最後に、ソーティング処理が行われる。
【００５０】
さて、本実施形態においては、位置情報、方向情報、オブジェクトナンバーを含むオブジェクト情報は、仮想３次元空間演算部１００から処理部２１５へと転送される。そして、この転送されたオブジェクトナンバーをアドレスとして、オブジェクト画像情報記憶部２１２から対応するオブジェクトの画像情報が読み出される。即ち、例えばオブジェクトナンバーが停止状態用のタイヤオブジェクトを指定するものである場合は、停止状態用のタイヤオブジェクトを表す画像情報がオブジェクト画像情報記憶部２１２から読み出される。同様にオブジェクトナンバーが中速、高速回転状態用のタイヤオブジェクトを指定するものである場合は、中速、高速回転状態用のタイヤオブジェクトを表す画像情報がオブジェクト画像情報記憶部２１２から読み出される。オブジェクト画像情報記憶部２１２には、これらのタイヤの画像情報が複数のポリゴンの集合（多面体）として表現され格納されている。処理部２１５は、データフォーマット形成部２１７によりこの読み出されたデータからフレームデータ、オブジェクトデータ及びポリゴンデータを組にしたデータを形成して、座標変換部２１８以降へと順次転送する。
【００５１】
ここで、フレームデータは、仮想３次元空間内でのプレーヤ３０２の視点位置、方向等のデータである。また、オブジェクトデータとは、オブジェクトの位置情報、回転情報、その他の付属データ等で構成されるデータをいう。また、ポリゴンデータとは、オブジェクトを構成するポリゴンについての画像情報であり、ポリゴンの頂点座標、頂点テクスチャ座標、頂点輝度情報、その他の付属データで構成されるデータをいう。これらのデータは、データフォーマット形成部２１７により、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すようなデータフォーマットに変換される。図１１（Ａ）に示すように、このデータフォーマットでは、フレームデータを先頭に、該フレームにおいて表示されるオブジェクトのデータが連なっている。そして、これらのオブジェクトデータを先頭に、該オブジェクトを構成するポリゴンのデータが連なっている。そして、これらの各々のポリゴンデータは、図１１（Ｂ）に示すように、ヘッダと、ポリゴンの各頂点に与えられる頂点輝度情報、頂点テクスチャ座標、頂点座標とを含んでいる。
【００５２】
本実施形態においては、停止状態用のタイヤオブジェクトと、中速、回転状態用のタイヤオブジェクトでは、図１１（Ｂ）における頂点テクスチャ座標の値が異なるように設定されてる。この頂点テクスチャ座標は、後述するように、テクスチャ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出す際のアドレス情報となるものである。従って、この頂点テクスチャ座標を異ならせれば、タイヤにマッピングされるテクスチャ情報も異なるものになることになる。
【００５３】
５．画像形成部についての説明
画像形成部２２８は、このポリゴンの各頂点ごとに与えられた頂点画像情報に基づいてポリゴン内部の画像情報を演算して、これをディスプレイ１０に出力するものであり、図１２に示すように、テクスチャ演算部２３０、テクスチャ情報記憶部２４２、パレット＆ミキサ回路２４４を含む。
【００５４】
さて、本実施形態では、より高品質の画像をより効率よく画像合成すべく、テクスチャマッピング手法及びグーローシェーディング手法と呼ぶ手法により画像合成を行っている。以下、これらの手法の概念について簡単に説明する。
【００５５】
図１３には、テクスチャマッピング手法の概念について示される。
【００５６】
図１３に示すようなオブジェクト３３２の各面に例えば格子状、縞状の模様等が施されたものを画像合成する場合には、従来は、オブジェクトをポリゴン(1) 〜(80)（ポリゴン(41)〜(80)については図示せず）に分割し、これらの全てのポリゴンに対して画像処理を行っていた。その理由は、従来の画像合成装置では、１つのポリゴン内の色の塗りつぶしは、指定された一つの色でしか行えなかったためである。この結果、複雑な模様等が施された高品質な画像を合成する場合には、ポリゴン数が非常に増加してしまうため、実質的に、このような高品質の画像を合成することは不可能であった。
【００５７】
そこで、本実施形態では、オブジェクト３３２の回転、並進、透視投影変換等の座標変換及びクリッピング等の処理を、各面を構成するポリゴンＡ、Ｂ、Ｃごとに行い（具体的には各ポリゴンの頂点ごと）、格子状、縞状の模様については、テクスチャとして取り扱い、ポリゴンの処理と分割して処理を行っている。即ち、図１２に示すように画像形成部２２８内にはテクスチャ情報記憶部２４２が設けられ、この中には各３次元ポリゴンにマッピングすべきテクスチャ情報、つまり格子状、縞状の模様等の画像情報が記憶されている。
【００５８】
そして、このテクスチャ情報を指定するテクスチャ情報記憶部２４２のアドレスを、各３次元ポリゴンの頂点テクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY として与えておく。具体的には、図１３に示すように、ポリゴンＡの各頂点に対しては、（ＶＴX0、ＶＴY0）、（ＶＴX1、ＶＴY1）、（ＶＴX2、ＶＴY2）、（ＶＴX3、ＶＴY3）の頂点テクスチャ座標が設定される。
【００５９】
画像形成部２２８内のテクスチャ演算部２３０では、この頂点テクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY から、ポリゴン内の全てのドットについてのテクスチャ座標ＴX 、ＴY が求められる。そして、求められたテクスチャ座標ＴX 、ＴY により、テクスチャ情報記憶部２４２から対応するテクスチャ情報が読み出され、パレット＆ミキサ回路２４４に出力される。これにより、図１３に示すような、格子状、縞状等のテクスチャがマッピングされた３次元オブジェクトを画像合成することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態では前記したようにオブジェクト３３２をポリゴンの固まりとして表現している。従って、各ポリゴンの境界における輝度情報の連続性が問題となる。例えば複数のポリゴンを用いて球を表現しようとする場合、ポリゴン内の全ドットが全て同じ輝度に設定されると、実際は「丸み」を表現したいのに、各ポリゴンの境界が「丸み」として表現されない事態が生じる。そこで、本実施形態では、グーローシェーディングと呼ばれる手法によりこれを回避している。この手法では、前記したテクスチャマッピング手法と同様に、３次元ポリゴンの各頂点に図１３に示すように頂点輝度情報ＶＢＲＩ0 〜ＶＢＲＩ3を与えておき、画像形成部２２８で最終的に画像表示する際に、この頂点輝度情報ＶＢＲＩ0 〜ＶＢＲＩ3 より３次元ポリゴン内の全てのドットについての輝度情報を補間により求めている。
【００６１】
さて、図１４（Ａ）〜（Ｋ）には、テクスチャマッピングについての演算処理の流れが視覚的に示されている。既に述べたように、画像形成部２２８では、ポリゴンの頂点画像情報に基づいて、ポリゴン内の全ての画像情報を形成する演算処理が行われる。この場合、ポリゴンにマッピングすべきテクスチャ情報は、テクスチャ情報記憶部２４２に記憶されており、このテクスチャ情報を読み出すために、テクスチャ座標ＴX 、ＴY が必要となる。そして、図１４（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）には、ポリゴン内の全ての透視投影変換テクスチャ座標ＴX * 、ＴY * を求める演算処理の様子が視覚的に示されている。また、図１４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）には、テクスチャ情報を表示すべき座標である透視投影変換表示座標Ｘ* 、Ｙ* を求める演算処理の様子が視覚的に示されている。以上の演算はテクスチャ演算部２３０により行われる。そして、図１４（Ｊ）に示すように、演算された透視投影変換テクスチャ座標ＴX * 、ＴY * はテクスチャ座標ＴX 、ＴY に逆透視投影変換され、この逆透視投影変換されたテクスチャ座標ＴX 、ＴY により、テクスチャ情報記憶部２４２からテクスチャ情報が読み出される。最後に、図１４（Ｋ）に示すように、演算されたＸ* 、Ｙ* の座標位置に、読み出されたテクスチャ情報を対応づけることで、画像合成が行われることになる。なお、図１５には、テクスチャ情報記憶部２４２により構成されるテクスチャ記憶平面の一例が示される。
【００６２】
図１６には、以上のようなテクスチャマッピングにより表現されたレーシングカー５０の一例が示される。このようにテクスチャマッピングを施すことで、非常に高品質の表示画像を得ることができる。
【００６３】
図１７には、図１６のレーシングカー５０を構成するタイヤ３０に適用されるオブジェクトの一例が示される。このようにタイヤオブジェクトは複数のポリゴンを組み合わせることで表現されている。なお、図１７に示すように、オブジェクトを複数のポリゴンで表現した場合には、各ポリゴンの境界が「丸み」として表現されない問題が生じる。しかし、この問題も、前述のグーローシェーディング手法を用いることで解決でき、これにより図１６に示すように丸みのあるタイヤを表現できることになる。
【００６４】
図１８（Ａ）、（Ｂ）には、タイヤ３０の側面３２にマッピングされるテクスチャ情報の一例が示される。図１８（Ａ）は、タイヤが静止状態及び低速回転状態の場合に使用されるテクスチャ情報であり、図１８（Ｂ）は、タイヤが高速回転状態にある場合に使用されるテクスチャ情報である。図１８（Ａ）では、文字３４、ホイールの穴３６、シャフト３８は、はっきりした輪郭で描かれている。これに対して、図１８（Ｂ）では、文字３４、ホイール３６、シャフト４４は非常に高速で回転方向に流れて見え、輪郭もぼやけて見えるように描かれている。なお、タイヤの回転が中速の場合には、図１８（Ａ）、（Ｂ）の中間の状態のテクスチャ情報を使用すればよい。このように、タイヤの回転に応じてマッピングするテクスチャを変更すれば、表示画像のリアリティを非常に高めることができることが理解される。
【００６５】
図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には、タイヤ３０の走行面３３にマッピングされるテクスチャ情報の一例が示される。このテクスチャ情報は、走行面３３を構成する各々のポリゴンに１枚ずつマッピングしてもよいし、タイヤの走行面３３を構成する全てのポリゴンに一括にマッピングしてもよい。図１９（Ａ）は、レーシングカーが通常の路面上を走っている場合に使用されるテクスチャ情報であり、図１９（Ｂ）、（Ｃ）は、レーシングカーが砂利道エリアに進入した場合に使用されるテクスチャ情報である。そして、図１９（Ｂ）は、砂利道エリアを走行した距離が短い場合に使用されるテクスチャ情報であり、図１９（Ｃ）は走行距離が長い場合に使用されるテクスチャ情報である。そして、図１９（Ｃ）に示すテクスチャ情報が最も白みがかっており、これによりタイヤの走行面に砂利、砂が付着した様子をリアルに表現できることになる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００６７】
例えば、表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類を、表示物の速度、回転速度に応じて変更する本発明の手法は、上記タイヤの側面にテクスチャをマッピングする場合に限らず種々のものに適用できる。例えば、図４において、プレーヤカー５１の走行にしたがって後ろ側に流れて行く路面２１、ガードレール２２、建物２４に対しても本手法を適用できる。この場合には、プレーヤカー５１が停止状態の場合に路面２１、ガードレール２２、建物２４にマッピングするテクスチャ情報、プレーヤカー５１が中速、高速走行状態の場合にこれらにマッピングするテクスチャ情報というように、複数種類のテクスチャ情報を用意すればよい。
【００６８】
また、表示物にマッピングするテクスチャ情報の種類をシミュレーション状況により変化する表示物の表面の状態に応じて変更する手法についても、上記タイヤの走行面にテクスチャをマッピングする場合に限らず種々のものに適用できる。例えば、レーシングカーがコースの周回を重ねる毎にオイル等により車体が汚れることを表現すべく、車体にマッピングされるテクスチャ情報を変更してもよい。また、レーシングカーがブレーキにより停止し、ブレーキパッドが押しつけられたブレーキディスクが赤く加熱する場合を考える。この場合には、ブレーキディスクの中でキャリバーに覆われていない部分の赤い加熱色が、スポークホイルの隙間を介して外から見えるはずである。そこで、これを表現すべく、タイヤの回転の減速の度合いに応じて、ブレーキディスクの表面等を赤く光らせるようにテクスチャ情報を変更すれば、よりリアルな表現が可能となる。特に、この効果は、夜間に走行するレーシングゲームを表現するのに効果的である。
【００６９】
また、本実施形態では、レーシングカーゲームを例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、あらゆる種類の３次元ゲームに適用でき、例えば３次元的にマップが形成された宇宙船ゲーム、ロボット対戦ゲーム、戦車ゲーム、戦闘機ゲーム、ロールプレイングゲーム等にも適用できる。
【００７０】
また、本発明は、業務用の３次元ゲームのみならず、例えば、家庭用のゲーム装置、フライトシミュレータ、教習所等で使用されるドライビングシミュレータ等にも適用することができる。更に、多数のプレーヤが参加する大型アトラクション型のゲーム装置、シミュレーション装置にも適用できる。
【００７１】
また、例えば本発明を、戦闘機ゲームに適用した場合には、敵機からの銃撃を受ける毎に、自機の機体の表面に弾痕が生じるように、機体にマッピングされるテクスチャ情報を変更してもよい。また、戦闘機が加速した場合には、バックファイヤにより戦闘機のエンジン部分の表面が赤く光るようにエンジン部分にマッピングするテクスチャ情報を変更してもよい。また、本発明をロールプレインゲームに適用した場合には、敵との戦闘により受けた返り血を表現すべく、戦闘前と戦闘後とでプレーヤ及びそのパーティが着る衣服の表面にマッピングするテクスチャ情報を変更してもよい。
【００７２】
また、本発明において仮想３次元空間演算手段、画像合成手段等において行われる演算処理は、専用の画像処理デバイスを用いて処理してもよいし、汎用のマイクロコンピュータ、ＤＳＰ等を利用してソフトウェア的に処理してもよい。
【００７３】
更に、仮想３次元空間演算手段、画像合成手段等で行われる演算処理も本実施形態で説明したものに限定されるものではなく、例えばテクスチャマッピングの手法等も上記に説明したものに限られない。
【００７４】
また、本発明により画像合成された疑似３次元画像は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と呼ばれるディスプレイにも当然に表示できる。
【００７５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のブロック図の一例である。
【図２】本３次元シミュレータ装置の外観の一例を示す図である。
【図３】本３次元ゲームにおける仮想３次元空間の一例を示す図である。
【図４】本３次元シミュレータ装置により画像合成されたゲーム画面の一例を示す図である。
【図５】本３次元シミュレータ装置により画像合成されたゲーム画面の一例を示す図である。
【図６】仮想３次元空間演算部のブロック図の一例である。
【図７】オブジェクト情報記憶部に記憶されるオブジェクト情報について説明するための図である。
【図８】オブジェクトに設定されるオブジェクト情報について説明するための図である。
【図９】画像合成部のブロック図の一例である。
【図１０】本実施形態における３次元演算処理について説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）、（Ｂ）は、データフォーマット形成部で形成されるデータフォーマットの一例を示す図である。
【図１２】画像合成部のブロック図の一例である。
【図１３】テクスチャマッピング手法を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜（Ｋ）は、本実施形態におけるテクスチャマッピング手法を視覚的に表した図である。
【図１５】テクスチャ情報記憶部により構成されるテクスチャ記憶平面の一例を示す図である。
【図１６】テクスチャマッピングにより表現されたレーシングカーの一例を示す図である。
【図１７】ポリゴンにより構成されたタイヤオブジェクト示す図である。
【図１８】図１８（Ａ）、（Ｂ）は、タイヤの側面にマッピングされるテクスチャ情報の一例である。
【図１９】図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、タイヤの走行面にマッピングされるテクスチャ情報の一例である。
【図２０】図２０（Ａ）は、３次元シミュレータ装置の概念を説明するための概略説明図であり、図２０（Ｂ）は、３次元シミュレータ装置により形成される画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  ディスプレイ
１２  操作部
１００  仮想３次元空間演算部
１０２  処理部
１０４  仮想３次元空間設定部
１０６  移動情報演算部
１０８  オブジェクト情報記憶部
１１０  マップ設定部
２００  画像合成部
２１０  画像供給部
２１２  オブジェクト画像情報記憶部
２１５  処理部
２１７  データフォーマット形成部
２１８  座標変換部
２２０  クリッピング処理部
２２２  透視投影変換部
２２４  ポリゴンデータ変換部
２２６  ソーティング処理部
２２８  画像形成部
２３０  テクスチャ演算部
２４２  テクスチャ情報記憶部
２４４  パレット＆ミキサ回路
【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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【図１３】
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【図１４】
0003752081.tif 000015
【図１５】
0003752081.tif 000016
【図１６】
0003752081.tif 000017
【図１７】
0003752081.tif 000018
【図１８】
0003752081.tif 000019
【図１９】
0003752081.tif 000020
【図２０】
0003752081.tif 000021