专利名称：3维视频游戏装置及用该装置的模拟摄像机视点移动的控制方法
技术领域：
本发明涉及与具有设置在游戏机框体的规定高度位置上的用于显示图像的显示器、控制游戏进行的游戏控制部和根据模拟摄像机的视点作成模拟3维图像并把其显示在上述显示器上的显示控制部的3D视频游戏装置相关的技术。
背景技术：
到目前，出现了在通过显示器显示游戏者的角色人物及敌对角色等的模拟实战的对战游戏中，检测出游戏者的脚部动作，对应检测出的动作，使显示器画面中的游戏者角色人物动作的游戏。并且还出现了在配置在坐在赛车座位上的游戏者前面的显示器的画面中显示模拟3维车赛场面的图像，同时对应游戏者上半身的左右倾斜姿势或前曲姿势将摄像机视点变换到规定位置的视点变换技术。
后者的视点变换技术是根据检测出来的坐在赛车座位上的游戏者上半身的动作来实施视点变换。但是，由于这个视点变换只能在预先设定的多个视点位置之间进行，所以，对应游戏者上半身动作的视点位置只能从预先设定的多个位置中进行选择，其位置变换的随意性受到了限制。所以，对于视点位置的变更技术有必要进行改进。
发明内容
本发明就是为了解决上述的问题，其目的在于提供一种针对使模拟摄像机视点跟随游戏者的自由动作，可及时地显示游戏者意图视点图像的3D视频游戏的模拟摄像机视点移动控制方法及视频游戏装置。
本发明的第1个发明是一种3D视频游戏装置，具有设置在游戏机框体的规定高度位置上的显示图像的显示器、控制游戏进行的游戏控制部和作成从模拟摄像机的视点看去的3维图像并且在上述显示器画面上显示的显示控制部，其特征在于具有检测出位于上述显示器画面前方游戏区域内的游戏者的头部在游戏区域空间中至少在1维方向上的位置的头部检测装置、和使模拟摄像机的视点跟随检测出的游戏者头部位置的变化方向及变化量移动的视点变更装置。
另外，本发明还提供一种在3D视频游戏装置中控制模拟摄像机视点移动的控制方法，该游戏装置具有设置在游戏机框体的规定高度位置上的显示图像的显示器、控制游戏进行的游戏控制部和作成从模拟摄像机的视点看去的3维图像并且在上述显示器画面上显示游戏画面的显示控制部，其特征在于通过使检测出位于上述显示器画面前方游戏区域内的游戏者的头部在游戏区域空间中至少在1维方向上的位置的头部检测装置反复进行检测，求出头部的位置信息，使模拟摄像机的视点跟随被求出的游戏者头部位置的变化方向及变化量移动。
依照这样的构成，通过使检测出位于上述显示器画面前方游戏区域内的游戏者的头部在游戏区域空间中至少在1维方向上的位置的头部检测装置反复进行检测，求出头部的位置信息，对应求出的头部位置，即使模拟摄像机的视点跟随被求出的游戏者头部位置的变化方向及变化量移动，在显示器上形成模拟3维图象。
本发明的第3个发明是在上述第1个发明的3D视频游戏装置中，具有能够进行外部操作的操作部，上述游戏控制部在游戏进行中反映对上述操作部的操作内容。依照这样的构成，通过对操作部进行与视点的移动相关连的操作，在游戏的进行过程中可提高对游戏的兴趣。
本发明的第4个发明是在上述第1或第3个发明的3D视频游戏装置中，上述头部检测装置具有检测出在水平面上的至少1个方向上的双脚位置的垫状压力传感器、和对应检测出的双脚的位置信息确定头部在上述水平面上的至少在1个方向上的位置的头部位置确定装置。依照这样的构成，可根据游戏者的双脚位置，确定在水平面上的至少1个方向上的头部位置。
本发明的第5个发明是在上述第4个发明的3D视频游戏装置中，上述头部检测装置还具有遥感检测头部高度位置的距离测定传感器。依照这样的构成，可检测出头部在水平面上的位置和高度位置。
本发明的第6个发明是在上述第5个发明的3D视频游戏装置中，上述压力传感器为模拟式传感器，上述头部位置确定装置根据对各个脚的检测电平计算出双脚的重心位置并且利用求出的重心位置信息和双脚位置信息来确定在上述水平面上的至少一个方向上的位置。依照这样的构成，根据压力传感器的检测出脚部负荷的模拟电平信号可计算出双脚的重心位置，利用至少这个重心位置信息可确定游戏者的头部位置。
本发明的第7个发明是在上述第1或3个发明的3D视频游戏装置中，上述头部检测装置具有遥感检测头部高度及左右方向的至少一个方向上的位置的距离测定传感器。依照这样的构成，可不防碍游戏者的动作地检测出游戏者的头部位置。
本发明的第8个发明是在上述第7个发明的3D视频游戏装置中，上述距离传感器具有1个传播媒体发射机和以上述传播媒体发射机为中心并且设置在上述显示器画面的左右方向上的2个部位上的分别接收从游戏者的头部反射来的由传播媒体发射机发出的传播媒体的第1、第2传播媒体接收机，上述头部检测装置具有根据从上述信号发射时刻到上述第1、第2传播媒体接收机接收到该信号的经过时间确定上述游戏者头部位置的头部位置确定装置。依照这样的构成，可利用1个传播媒体发射机和2个传播媒体接收机并根据该传播媒体的空间传播速度来检测出游戏者头部的位置。作为传播媒体可使用超声波、声波、光、特别是红外线光等。
本发明的第9个发明是在上述第1或3个发明的3D视频游戏装置中，上述头部检测装置具有检测出头部在3维空间中的位置的位置检测传感器，该位置检测传感器具有1个传播媒体发射机和以上述传播媒体发射机为中心并且在水平面上的不同的位置上至少设置有3个的分别接收从游戏者的头部反射来的由传播媒体发射机发出的传播媒体的传播媒体接收机，并且具有根据从上述信号发射时刻到上述各个传播媒体接收机接收到该信号的经过时间确定上述游戏者的头部在3维空间中的位置的头部位置确定装置。依照这样的构成，可利用1个传播媒体发射机和3个以上的传播媒体接收机检测出游戏者头部在3维空间中的位置。
本发明的第10个发明是在上述第7个发明的3D视频游戏装置中，上述距离测定装置具有多个在上述游戏区域上方的水平面上至少在1维方向上排列的朝向下方的传播媒体发射接收机，上述头部检测装置具有根据上述各个传播媒体发射接收机中的某个从信号发射时刻到接收到该信号的经过时间确定上述游戏者的头部在上述1维方向中的位置的头部位置确定装置。依照这样的构成，可确定在1维方向上的游戏者头部的位置及高度，即在垂直面上的头部位置。作为传播媒体可使用超声波、声波、光、特别是红外线光等。
本发明的第11个发明是在上述第1或3个发明的3D视频游戏装置中，上述头部检测装置具有光学摄像装置和从所拍摄的图像中提取游戏者头部的头部提取装置。依照这样的构成，可根据游戏者的摄像图像来确定游戏者的头部位置。
本发明的第12个发明是在上述第9个发明的3D视频游戏装置中，在摄像装置对面一侧设有形成夹住游戏区域的具有背景隔离面的部件。依照这样的构成，可根据游戏者的摄像图像容易地提取轮廓。
本发明的第13个发明是在上述第1或3个发明的3D视频游戏装置中，上述头部检测装置具有红外线摄象机、佩带在游戏者头部上的红外线发光部件和从对该红外线发光部件的红外线光的感光图象中提取游戏者头部的头部提取装置。依照这样的构成，可根据对从游戏者佩带的红外线发光部件发出的红外线光的感光图像来确定游戏者的头部位置。
本发明的第14和15个发明是在上述第13个发明的3D视频游戏装置中，在红外线摄象机对面一侧设有形成夹住游戏区域的具有红外线光吸收面或红外线光反光面的部件。依照这样的构成，可增强游戏者轮廓区域与其他区域的辉度对比度，从而可容易地检测出头部位置。
图1是表示本发明的模拟3维(3D)视频游戏装置的实施例1的立体图。
图2是3D视频游戏装置的方框构成图。
图3是说明头部检测部的位置计算部的检测原理的原理图。
图4的(a)～(d)是表示在游戏者的头部向上下方向移动时的显示器显示图像的视点变化的一例的示意图。
图5是说明游戏者的游戏状况的示意图。
图6的(a)～(d)是表示在游戏者的头部向左右方向移动时的显示器显示图像的视点变化的一例的示意图。
图7是说明游戏者的游戏状况的示意图。
图8是表示CPU所执行的一例游戏程序处理的流程图。
图9是表示步骤ST4的“游戏主处理程序”的处理顺序的流程图。
图10是表示在步骤ST18的“根据视点位置的声音处理”中的针对敌对方的射击的声音处理的流程图。
图11是表示本发明的3D视频游戏装置的第实施例2的立体图。
图12是由图11所示的游戏装置进行检测游戏者头部的方框图。
图13是表示头部检测部的其他实施例的方框图。
图14表示头部检测部的又一实施例，图(a)是方框图，(b)是说明确定位置的坐标图。
图15是表示头部检测部的又一实施例的方框图。
图16是表示头部检测部的压感垫的其他实施例的视图。
图中，1-游戏装置，10-游戏机主机，100-游戏控制部，101-CPU，110-图像控制部，120-声音控制部，11-显示器，12、21-扬声器，20-操作台部，22-枪(操作部)，30、130、230、330、430、530-头部检测部，31-超声波发射机，32、33-超声波接收机，34-传感器驱动部，35-位置计算部，131-CCD摄像机，132c-屏幕，231-红外线摄像机，236-护目镜，236a-红外线发光部件，331-测距传感器，431-压感垫，433-位置检测部，433d-重心计算部，433a-左右脚位置计算部。
具体实施例方式
图1是表示本发明的模拟3维(3D)视频游戏装置的实施例1的立体图。本游戏装置由游戏机主机10、设置成与该前部形成一体或能够组合分离，或独立的操作台部20和头部检测部30构成，在操作台部20的前面是游戏者进行游戏的游戏区域。
游戏机主机10是长方体状的落地式箱体，在该前面的大致中央，最好是在进行游戏的游戏者的通常姿势的状态下使其头部位于画面的大致中央位置的高度，设置规定尺寸的用于显示游戏图像的显示器11。显示器11可使用CRT、LCD、等离子显示器以及液晶投影仪。在游戏机主机10上部的两侧设置播放声音效果的扬声器12、12，在其中间设置写有游戏名等的面板。在内部设置具有控制游戏动作所必要的控制部等的电路板等。另外，在上部设有向前面类似房檐状延伸出来的四角形状的框架13，在框架13的左右侧边部上的适当位置与操作台部20的侧面之间设有支撑杆13a。在框架13的前边部设置朝向游戏机主机侧用于灯光装饰的规定个数的光源部14，例如按3原色的各个色分别设置3个光源。
由于框架13具有可设置头部检测部30的构造，所以把头部检测部30设置在游戏区域的上方也就是游戏者头部以上的位置。头部检测部30就是框架13的前边部，在其左右方向的中央部设有作为传播媒体的发射声波、超声波发射机31，在其左右对称的位置设有作为同一传播媒体的接收超声波的超声波接收机32、33。作为传播媒体也可以使用其他的诸如光，特别是红外线光。超声波发射机31、接收机32、33全由压电元件等构成。超声波发射机31具有覆盖游戏区域的信号发射范围，以规定的周期例如1/60秒或能够以所需要的分辨率来跟随游戏者头部的位置变化的时间周期发射规定振幅的超声波脉冲。超声波接收机32、33具有相同的构造，并具有可充分接收被位于游戏区域内的游戏者的头部反射来的超声波发射机31的超声波的接收范围。在这个头部检测部30的内部设有如图2所示的向超声波发射机31供给驱动信号(周期谐振脉冲信号)的传感器驱动部34和与传感器驱动部34及2个超声波接收机32、33连接的进行游戏者头部在空间内的位置计算的位置计算部35。另外，传感器驱动部34及位置计算部35也可以设置在游戏机主机10内。
设定操作台部20的高度低于显示器11，在前面略有倾斜的上面部的中央即相对扬声器12的靠近游戏者一侧的位置设有播放声音效果的扬声器21，并且在其附近的适当位置设有连接有兼用于控制信号等的传送线的电缆23的作为控制器的模拟枪22。模拟枪22在不使用时被放置在如图所示的收容箱20a内，在使用时，即在进行游戏时游戏者将其握在手中，如后述的那样，对显示器画面中的敌方人物进行射击操作。另外，在操作台部的前面设有开始开关24、硬币投入口25等。在与硬币投入口25连通的硬币通路的中途设有检测是否有硬币投入的硬币开关25a(参照图2)。
图2是3D视频游戏装置的方框图。在游戏机主机10内的电路板上设置有游戏控制部100、图像形成控制部110及声音控制部120。
另外，本游戏例如是对战游戏，是设想的在有显示器画面所显示的手持枪的一个或多个敌方人物与游戏者之间进行枪击对战的游戏。是通过游戏控制部100的控制使显示器画面中的敌方人物对准模拟摄像机的视点进行射击，另一方的游戏者一边躲开这个敌方人物的攻击一边对显示器中的敌人用枪进行还击的游戏。
游戏控制部100具有对游戏进行的处理进行控制的例如微处理器(以下称为CPU)101，与存储有本游戏的枪战等的游戏程序的记录媒体ROM102连接，并且与头部检测部30以及其他所必要的各个部连接。作为记录媒体也可以使用其他的诸如ROM卡、光盘及软盘等。
图像形成处理部110用于进行在模拟3维空间中从模拟摄像机的视点看去的各个人物角色(敌方人物、在游戏空间内所配置的各种建筑物以及其他的物体等)的坐标位置等的计算、光源计算处理、进行从计算出的模拟3维空间的坐标位置转换成2维空间坐标位置的计算及对在RAM111的显示区域内构成应形成的图像的多边形进行确定位置处理、以及对各个多边形进行贴图处理。关于角色人物的坐标位置计算的模拟摄像机的视点信息，如后面所述的那样使用从头部检测部30发射的位置信息。所以，模拟摄像机的视点与游戏者的视点一致，对应游戏者的人物不显示在显示器11的画面上。
声音控制部120对应游戏场面从音源数据记忆部121读出由游戏程序所设定的音源数据，使任意扬声器12、21输出声音。作为音源数据，包括BGM、各种音乐以及与射击相关的效果音的射击音、中弹音、子弹从身边滑过时的与空气的摩擦声和击中视点前面的障碍物的声音等。音源数据例如以PCM数据形式记忆，当被读出后进行D/A转换处理、滤波处理和放大处理，然后作为声音信号输出到扬声器12、21。
与声音控制部120相关的还有由CPU101执行轨道计算处理的功能部，这个功能部根据从显示器画面中的敌方角色人物通过CPU101的射击处理控制向游戏者进行射击时的子弹弹道的发射位置及射击方向的信息依次地进行计算并且使图像形成控制部110进行根据这个逐次的计算结果把子弹图像依次地形成在显示器画面上的处理(也可以对刚射击时的画面不进行枪弹的图像形成)。另外，声音控制部120如后面所述的那样具有对应计算出的枪弹弹道与模拟摄像机的视点的距离进行有选择地切换扬声器12、21的发音处理的功能部。
另外，在本游戏中，CPU101具有确定敌方的射击是否命中游戏者的功能，根据敌方人物与模拟摄像机的视点位置之间是否存在障碍物和距离的远近进行这个判断，也可以随意地设定命中率，或对应游戏的进行等适当地变更上述命中率，或根据游戏者的生命标尺来变更命中率。另外，CPU101还具备当游戏者中弹时以规定量减少生命标尺的功能以及判断生命标尺是否已经下降到0的功能。
下面，对游戏枪22的构造及动作进行说明。本实施例采用众所周知的构造及动作原理的枪22。即，游戏枪22具有与真枪相同的外形，它通过使抠动由还原装置还原在初期位置侧的扳机的操作与开关的可动片连动来检测出射击信号，射击指示信号通过电缆23输入到游戏控制部100。在游戏枪22的枪口内设置有具有窄指向性的光传感器。并且，当射击指示信号被输入到游戏控制部100时，发挥游戏控制部100的射击位置检测部功能的CPU101中断对显示器11的图像形成处理，例如进行一桢的H(水平)、V(垂直)方向的辉点扫描，游戏枪22内的光传感器进行从扫描开始时间到接收到这个辉点的时间的计时。由于根据所采用的扫描方式可得知一桢的扫描时间，根据这个计时时间可反算出该辉点在显示器画面上的坐标位置，所以，算出的坐标位置正好是游戏枪22所瞄准的位置，即，进行完成射击的处理。或者也可以采用在枪口内设置红外线CCD摄像机，在显示器11附近的固定位置配置1个或2个红外线点光源，根据抠动扳机时的CCD摄像机的拍摄图像内的点光源的拍摄坐标，检测出摄像机的朝向即游戏枪22所瞄准的位置的方式。
另外，CPU101依次地执行对由游戏者射出的子弹在显示器11画面中的游戏空间内的弹道计算，理想的是在每次进行计算时在画面内显示子弹等来判断是否命中了画面中的敌人。判断是否命中的判断是通过对照逐次的弹道计算结果与敌人位置坐标是否一致或基本一致来进行。
下面，参照图3对头部检测部30的位置计算部35的检测原理进行说明。从超声波发射机31发出的具有宽指向性的超声波脉冲在下面的游戏者身体上形成反射，其中的一部分被超声波接收机32、33接收。由于游戏者的游戏动作通常都是头部位于最高位置，所以可以做到超声波接收机32、33所接收的脉冲信号都是从游戏者头部反射的发射波。位置计算部35分别对从发射时刻到超声波接收机32、33接收到的脉冲信号的上升沿时刻的时间进行计时，利用根据空中声音传播速度对两个计时时间进行换算所得出的距离数据、超声波发射机31与接收机32及发射机31与接收机33的各个距离以及高度信息进行几何运算处理，计算出游戏者头部的高度方向及左右方向的位置。即，在超声波接收机32一侧的计时时间确定以超声波发射机31和接收机32为焦点的椭圆球。同样，在超声波接收机33一侧的计时时间确定以超声波发射机31和接收机33为焦点的椭圆球。然后，由于超声波发射机31的位置相同，所以能够计算出2个椭圆球最下点的交点(交点的计算处理351)，并且利用超声波发射机31、接收机32、33的高度信息可以确定空间内的高度方向及左右方向的位置(位置确定处理352)。另外，为了简化计算，也可以视为游戏者头部位于超声波发射机31、接收机32、33的直下方，即只通过椭圆计算来算出交点。另外，也可以构成预先计算求出两计时时间(即两距离数据)与头部位置的关系，利用以表格(LUT)的形式记忆的数据的形式。位置计算部35把这样求出的游戏者头部在游戏空间中的高度位置及左右方向的位置作为模拟摄像机的视点信息输出到游戏控制部100。这样，对应游戏者的头部位置，或者说跟随头部位置的变化量及变化方向使模拟摄像机的视点移动。
图4的(a)～(d)是表示一例在游戏者头部在上下方向移动时的显示器显示图像的视点变化的示意图。图5是说明游戏者的游戏状况的示意图。(a)～(d)是对应各个时间的视图，分别表示游戏者在游戏机主机10的跟前从躬腰的姿势(参照图5)如箭头所示地逐渐地站起到接近直立的姿势，即，游戏者的头部(眼)从下方变化到上方位置的4个场面。(a)表示在视点的正前方有像桌子那样的障碍物B，游戏者隐藏在这个障碍物B跟前的下方，只能看到在对面的手持枪的敌人AC1头部的一部分。(b)表示游戏者从这个状态稍微抬起头部状态的画面，表示游戏者的眼睛与障碍物B位于同一平面上的状况，可以看到敌人AC1的胸部，同时还看到了在其后面的另外2个敌人AC2、AC3的头部。然后，(c)表示游戏者进一步直起身抬起头的状态的画面，呈现出游戏者的眼睛略高出障碍物B的上面Bs的状况，可以看到了3个敌人AC1～AC3的上半身，同时可以看到障碍物B的上面Bs。然后，(d)表示游戏者完全直立状态的画面，呈现出游戏者的头部暴露在障碍物B之上的状况，可更清楚地看到上面Bs。随着游戏者的眼睛的抬起，可以看到障碍物的上面如图(a)～(d)所示的那样依次地下降。
图6的(a)～(d)是表示一例在游戏者头部在左右方向移动时的显示器显示图像的视点变化的示意图。图7是说明游戏者的游戏状况的示意图。(a)～(d)是对应各个时间的视图，分别表示游戏者在游戏机主机10的右侧(参照图7)向箭头方向移动到左侧，即，游戏者的头部(眼)从右侧变化到左侧位置的4个场面。(a)表示在视点的跟前右侧有象门或墙壁那样的障碍物B，游戏者隐藏在这个障碍物B的后面，只能看到在对面的手持枪的敌人AC1手臂的一部分。(b)表示游戏者从这个状态把头稍微向左移动的状态的画面，呈现出游戏者的眼睛从左端稍微露出障碍物B的状况，可以看到敌人AC1的面部及胸部。然后，(c)表示游戏者进一步把头向左移动的状态的画面，呈现出游戏者的头部暴露出障碍物B的左端外的状况，可以看到了敌人AC1的上半身，同时开始到在其后面的其他敌人AC2的一部分。然后，(d)表示游戏者欲从障碍物B向左侧跳出来的暴露出上半身的状态的画面，除了2个敌人AC1、AC2，还可以看到另外的一个敌人AC3。
另外，由于头部检测部30能够检测出游戏者头部的上下、左右位置，所以在游戏者的头部形成包括上下方向及左右方向的两个方向成分的移动时，视点能够与其对应，即向斜的方向移动。
图8是表示一例由CPU101执行的游戏进行处理的流程图。在电源开启后，本程序开始运行，首先，在显示器11上显示演示画面(步骤ST1)。然后，当硬币开关25a检测出投入了规定数的硬币时(步骤ST2的“是”)，显示开始画面(步骤ST3)，开始执行作为射击游戏的游戏主体处理(步骤ST4)。在游戏是由规定数的等级作构成的情况下，判断在各个等级的途中是否满足规定的条件，例如，判断通过发挥作为生命标尺管理装置功能的CPU101的控制被显示在显示器11画面上部区域等中的生命标尺是否在规定值以下，例如是否下降到0，当在生命标尺还未下降到0之前满足了在该等级中出现的敌人全部被击中等的条件时，判断下一等级是否是最终等级(步骤ST5)。相反地如果在游戏途中生命标尺下降到0，则在该时刻切换成游戏结束画面，强制地结束游戏。
另外，如果过关的等级是最终等级，则显示表示表彰内容的终了演示画面(步骤ST6)，或根据必要显示得分等然后转换为游戏结束画面(步骤ST7)，结束本游戏。
图9是表示步骤ST4的“游戏主处理”的程序的流程图。游戏主处理首先通过内置计时器判断是否已经用完对各个等级所设定的游戏时间，如果还在时间内，则判断生命标尺是否还有余额(步骤ST11、ST12)。如果都为否，则转移到步骤ST7。如果生命标尺还有余额，则进行I/O输入处理，也就是进行从头部检测部30接收游戏者的头部位置信息即实际是游戏者的眼睛的位置信息的处理(步骤ST13)。
然后，判断是主观视点还是客观视点(步骤ST14)。在本游戏中，通过发挥主、客观视点切换装置功能的CPU101及计时器在各个等级的最初一段时间内客观地演示游戏空间的全体状况，即，为了使游戏者了解自己究竟在游戏空间内的何处等，以包括游戏者角色的模拟摄像机的视点范围进行大范围地图像形成，在这一段时间内进行客观视点的图像形成处理。另一方面，当结束了这个客观视点的图像形成处理后，切换到以游戏者的视点为基准的主观视点。在步骤ST14中，如果是客观视点，则以不依赖于通过I/O输入处理所得出的信息的视点进行游戏图像的图像形成(步骤ST15)，另外，在进行枪战的过程中生成声音控制的插入处理，通过扬声器12(或扬声器12及21)输出与射击相关的各种声音(步骤ST16)。
另外，如果转移到主观视点，则以根据通过I/O输入处理所得出的信息的主观视点进行游戏图像的图像形成(步骤ST17)，并且通过在进行枪战时的插入处理，使扬声器12或扬声器21分别输出相应的与射击相关的各种效果音(步骤ST18)。当步骤ST16、18的声音处理结束后，判断是否本等级已经结束，如果未结束，转移到步骤ST11再次执行步骤ST11～ST18的处理，如果已经结束，则转移到步骤ST6，跳出本子程序。
图10是表示在步骤ST18的“基于视点位置的声音处理”中的对于敌人的射击的“插入处理”的流程图。在图中，声音输出处理的插入处理在敌人射击时开始，判断在声音发生对像与模拟摄像机的视点的游戏空间上的距离是否小于预设的远近判断阀值(步骤ST21)。上述的声音发生对像是指敌人射击的子弹和这个子弹击中视点跟前的障碍物时的该障碍物。即，在敌人的子弹击中跟前的障碍物时，如果到该障碍物的距离小于阀值(如果近)，则从扬声器21输出中弹声音(步骤ST22)，如果大于阀值(如果远)则从扬声器12输出中弹的声音(步骤ST23)。
另外，声音控制部120具有根据由逐次的弹道计算结果得出的子弹位置与视点位置之间的距离计算结果来判断射出的子弹可认为是命中了游戏者地通过了接近视点位置的判断功能，作为命中游戏者的命中处理(作为命中画面的处理，例如使画面发生暂时的振动等，并且减少生命标尺的规定值的同时)通过扬声器21输出命中音(步骤ST22)。另外，在既没有命中视点前方的障碍物也没有命中游戏者时，在通过逐次弹道计算得出的子弹与视点的距离的计算结果小于阀值的时刻，通过扬声器21输出子弹的风声(步骤ST22)。虽然与射击相关的其他效果音是通过扬声器12输出，但也可以把游戏者的射击音通过扬声器21输出。由于这样地进行在声音发生对像远离视点时，从远离游戏者的扬声器12发出声音，在临近视点时，从临近游戏者的扬声器21发出声音的切换，可以提供更具有声音临场感的游戏。
当进行完一个声音输出处理时，然后判断是否已完成对全声音对像的声音处理，即，判断对应射出的一棵子弹是否发生了任意一项现场事件(在该时刻命中了前方的障碍物、命中了游戏者、或从面前飞过)(步骤ST24)，如果未发生现场事件，则转移到步骤ST21，如果有发生，结束对该子弹的声音输出处理，返回到主程序。另外，不限于1个扬声器21，也可以分别设置在左右两边。在这个场合，对应游戏者头部在游戏区域内的左右任意位置切换左右扬声器的声音输出，或通过对应调整音量比率配合音响的远近切换和左右方向的切换等，可进一步营造出音响的临场感。
图11是表示本发明的3D视频游戏装置的实施例2的立体图，图12是进行游戏者头部检测的方框图。本游戏装置在外观上虽然与图1所示的游戏装置有一些区别，但除了头部检测部30的构成不同之外，其他功能基本相同。
在实施例2中，头部检测部130位于显示器11的正下方，由设置在左右方向的中央位置上的摄像装置例如CCD摄像机131和游戏区域后的背景遮挡板132构成，并且具有作为处理功能部的轮廓影像提取装置133、记忆人体轮廓特征数据的人体轮廓特征数据存储器134及位置确定处理部135。把CCD摄像机131的摄像区域朝向游戏区域。
背景遮挡板132由挡住游戏区域的呈直立长方形状的支撑体132a、使这个支撑体132a保持直立状态的与游戏机主机10连接的上部水平连接臂132b和粘贴在支撑体132a上半部上的规定颜色的，例如具有单色蓝或2色的直线图案的表面的屏幕132c构成。屏幕132c具有可覆盖游戏者在通常的游戏姿势时的头部位置变化范围的形状，最好是直角四边形，并且设置在从游戏者的躬腰姿势至直立姿势之间可覆盖头部的高度位置上。屏幕132c也可以是半透明，这样，可使在屏幕132c后面的观众看到游戏者的动作和显示器11的图像。
设定CCD摄像机131的视角为可拍摄到全体屏幕132c，使屏幕132c后面的背景物(例如游戏厅中的各种物体，如其他的游戏机等和人物等)不被拍摄到拍摄图像中，最好是使用在CCD元件的前面排列设置RGB各色滤镜的彩色摄像装置。CCD摄像机131对屏幕132c以规定的周期，例如每1/60秒一次或能以需要的分辨率跟随游戏者头部的位置变化的时间周期进行拍摄，将拍摄的图像记忆在规定地址下的内部图像存储器131a中。轮廓影响提取部133通过从被保存在图像存储器131a中的包含游戏者及其后面的屏幕132c的图像数据中除去蓝色图像(在黑白摄像机的场合，没有纹理的区域的图像)来提取人体轮廓。这个提取处理可以把单色蓝区域作为无数据区域进行处理。另外，在屏幕132c为条纹图形的情况下，只要进行除去该基本图形区域的处理即可。
位置确定部135利用图像识别技术等从通过轮廓影响提取部133提取出的人体轮廓及人体轮廓特征数据存储器134的人体轮廓特征数据将该头部从人体轮廓中提取出来，通过运算，求出头部中的眼部位置，例如是头部区域的中心位置，将这个位置作为眼的位置进行位置确定。将得出的位置信息提供给游戏控制部100，之后，与实施例1相同把其作为视点信息使用。
本发明除了实施例1、2的头部检测部30、130以外，也可以采用以下的形式。
(1)相对于实施例2的头部检测部130的CCD摄像机，也可以在该CCD摄像面的前面设置红外线滤镜使其形成红外线摄像机，并且，在其近旁位置上设置可照射全屏幕132c范围的红外线光源，同时在屏幕132c的表面上涂布吸收红外线的涂层。这样的构成由于红外线光不能从屏幕132c反射回来，所以屏幕132c的摄像区域为低辉度，从而可以加强与游戏者的反射区域之间的明暗对比度，容易地提取人体轮廓。另外，也可以在屏幕132c的表面涂抹反射红外线光的材料。这样的构成，由于红外线摄像机在屏幕132c上形成强反射，所以屏幕132c的摄像区域为高辉度，从而可以加强与游戏者的反射区域之间的明暗对比度，容易地提取人体轮廓。
另外，也可以使用由红外线反射材料区域和吸收材料区域构成条纹图形的屏幕，这样，也可以与实施例2的条纹图形一样，容易地提取人体轮廓。
(2)图13是表示头部检测部的其他实施例的方框图。头部检测部230具有上述(1)所述的红外线摄像机231、和可带在游戏者面部至头部上的在其正面侧设有规定个数例如3个进行红外线点光发光的红外线发光部件236a的目镜或头部佩带物236，同时还具有处理部内的图像存储器231a、图像解析部237、唯一图形特征数据存储器238以及位置确定处理部239。当红外线摄像机231对游戏者进行拍摄时，图像存储器231a获取3个辉点236b作为图像数据，这个由3点构成的图形通过图像解析部238与唯一图形特征数据存储器238中的数据进行对比，确定图像存储器231a内的存储位置，即地址。位置确定部239利用3点的地址信息根据预先设定的关系式计算出游戏者的眼的位置，然后提供给游戏控制部100。另外，把红外线发光部件236a设定为3个，其实只要有1个就能够进行检测，不过如果有2个或更多的话，可同时检测出头部和面部的移动，所以具有可更准确地确定游戏者的眼的位置的优点。
另外，也可以构成取代红外线发光部件236a在目镜236上设置需要个数的反射红外线光的反射镜，同时在游戏机主机10的一侧设置具有宽照射角的红外线发光光源，使红外线摄像机231能够拍摄到从上述反射镜反射的光，这样也可以得到与上述相同的效果。在这个场合，由于不需要在目镜236中设置用于发射红外线光的电源和驱动装置，所以可实现目镜236的轻巧化。
(3)图14表示头部检测部的又一实施例，图中的(a)是方框图，(b)是位置确定的说明图。
头部检测部330具有由在游戏区域上部的左右方向上以规定的间隔排列设置的多个超声波发射接收机331a、…所构成的测距传感器部331，同时还具有在处理部内的位置检测处理部332、峰值点检测部333及位置确定处理部334。超声波发射接收机如众所周知的那样，至少由压电元件、对这个压电元件实施脉冲信号激振使其发射超声波脉冲的激振部、接收反射波的接收部、和切换信号的输入输出方向的电路等构成。测距传感器部331也可以是具有发光部和感光部的反射式光(最好是红外线光)传感器器。测距传感器部331的各个超声波发射接收机331a具有在游戏区域内的游戏者的头部能够被其中任意一个(最好是多个)检测出来的垂直向下的指向幅度。或设置其间隔小于通常的头部宽度。
超声波发射接收机331a可同时发射超声波，但为了防止相邻的互相干扰，也可以依次高速地或至少相隔1个地使相邻的超声波发射接收机331a互换地进行发射检测。不过，由于对于窄指向性的超声波束被发射该波的超声波发射接收机接收到时为最短的测距数据，所以，即使被相邻的超声波发射接收机混波接收，但获得最短测距数据的超声波发射接收机331a已得到确定，所以不会发生问题。
如图14所示，从游戏者头部反射来的反射波被同一超声波发射接收机331a接收，通过由位置检测部332根据从发射时刻到接收时刻的时间利用音速换算出距离，可得出超声波发射接收机331a的间隔与距离的数据(大体概念上如曲线图332a所示)之间的关系。峰值点检测部333根据上述间隔尺寸和距离的数据检测出如图14(b)所示的峰值点的高度位置Pe及左右方向位置Xp。由于波形在高度方向如图14(b)所示的那样为山形，所以通过使位置检测部332具备利用预先设定好的函数模型等生成连续数据的功能，即使峰值点位于超声波发射接收机331a之间，也可以被峰值点检测部333检测出来。位置确定处理部334通过从游戏者头顶部的高度位置Pe减去规定的值来确定游戏者眼的高度位置，另外，左右方向位置可根据超声波发射接收机331a的排列间隔来确定。把这样得出的游戏者眼的高度位置及左右方向位置的信息提供给游戏控制部100。
(4)图15是表示头部检测部的又一实施例的视图。头部检测部430具有铺设在游戏区域内的压感式脚垫431，用于检测游戏者双脚的位置同时利用这些信息及后述的其他信息来确定头部位置。
压感脚垫431具有把向前后方向延长的传感器部以小于游戏者脚部宽度的间隔，最好是充分窄的间隔(为了便于说明以及制图，加宽了图中的间隔)并排设置的构造。压感脚垫431可以采用一般性的材料，例如是在2片柔软胶片基材431a的相对面上的对应位置上分别用压感导电性墨水431b，例如是由均匀混合有导电性粒子和非导电性粒子的热塑性树脂构成的墨水，印刷成细长状的条纹，然后将两片胶片基材431a粘合而成。另外，从各个压感导电性墨水条纹431b分别把一根引线(均匀混合有银等的导电性粒子的热塑性树脂)在被绝缘的状态下引出到胶片外，对一方的胶片基材431a的引线施加规定的电压，把另一方的胶片基材431a的引线连接成使电压检测电路可识别出各个引线。在粘合在一起的两片胶片基材431a的两面对向的压感导电性墨水431b的接触面上形成存在微小的凹凸(由于在印刷时存在微小粒子)的状态，通过对胶片基材431a的表面加压，使墨水表面的相互实际接触面积发生变化，即，根据接触面的阻抗变化来模拟地检测出另一方的引线上的电压。
压力数据存储器432分别对应记忆由压感导电性墨水431b的电压检测电路检测出来的电压值即压力数据，图中表示记忆内容的概念分布图。左右脚位置检测部433a通过根据压力数据存储器432的记忆内容求出可判断出承受左右脚负荷的区域内的中心，计算出在压感脚垫431上的左右方向上的各个脚的位置信息，把计算出的位置信息存储在各个脚位置信息存储器433b中。另外，左右脚位置检测部433a把各个脚的脚区域内的压力数据进行累加，分别把累加值作为体重偏量存储到各个脚的体重偏量信息存储器433c中。
重心计算部433d根据压力数据存储器432所记忆的内容计算出在压感脚垫431上的左右方向的负荷的重心位置，即腰部位置，将计算结果存储在重心位置信息存储器433e中。统计学习模型存储器433f用于存储以人类工程学的观点以及经验为基础，根据两脚的位置、体重的偏量及腰部的位置等推算出头部位置的模型数据。另外，位置确定部433g根据各个脚的位置信息存储器433b、各个脚的体重偏量信息存储器433c、重心位置信息存储器433e以及统计学习模型存储器433f的信息，确定游戏者的头部位置。把被确定的头部位置信息送至游戏控制部100。
这样，通过在游戏区域内设置压感脚垫431，可以根据游戏者两脚的位置信息确定头部在压感脚垫431上的左右方向上的位置，所以，省略了设置头部检测部的空间及构造。
(5)图16是表示头部检测部的压感式脚垫的其他实施例的视图。头部检测部530具有铺设在游戏区域内的压感式脚垫531，在对游戏者的双脚进行检测的同时，使用这些信息以及后述的其他信息来确定头部位置。
压感脚垫531基本上可采用上述(4)所述的原理、材料来制造。即，如图16(a)所示，在一方的胶片基材5311的背面以规定的间隔形成纵向细长的压感导电性墨水5312，又如图16(b)所示，在另一方的胶片基材5313的背面一规定的间隔形成左右方向细长的压感导电性墨水5314，通过把两个背面相互粘合，便制成如图16(c)所示的形成矩阵格状的压感部的胶片基材5311。另外，在一方，例如高速地依次对胶片基材5311的各个压感导电性墨水5312的引线施加规定的电压，在另一方的胶片基材5313的各个压感导电性墨水5314的引线连接电压检测电路。这样，可根据对压感导电性墨水5312的电压施加时刻和由电压检测电路检测出来的被施加电压的压感导电性墨水5314来确定在压感脚垫531上的脚的位置，检测出该电平。采用这个压感脚垫531，可在左右方向及前后方向2维地检测出游戏者双脚的位置。在这个实施例中，如采用图15所示的位置检测部433，使这时的位置确定处理部433g具备2维的位置确定处理功能，可在压感脚垫5311上3维地确定游戏者头部的位置。
这样，能够3维地确定游戏者头部的位置的结果，可以使在显示器11画面上的游戏空间内的视点向纵深方向移动。
(6)对于实施例2的头部检测部130及上述(1)～(3)的头部检测部，当附加在前后方向并排设置压感导电性墨水的(4)所述的压感脚垫时，由于这个压感脚垫可确定游戏者头部在纵深方向上的位置，所以可全体地确定出游戏者头部的3维位置。
(7)在实施例1中，把超声波接收机32、33设置在位于超声波发射机31左右两侧的同一条直线上，从而可检测出头部的高度位置及左右方向位置，不过也可以在超声波发射机的水平面上设置3个超声波接收机，根据各个超声波接收机的测量时间即距离信息确定3个椭圆球，检测出这些交点作为头部位置。这样的构成具有可检测出头部在3维空间上的位置的优点。另外，只要至少设置3个以上的超声波接收机即可。
(8)另外，本实施例例举了适用于射击游戏的实例，但除了射击游戏以外，也适用于游戏者与其他角色人物对战形式的游戏，例如拳击游戏等。另外，本发明也可适用于不需要特别使用游戏枪等的操作部，例如通过从各个方向进行观望来找出隐藏物的捉迷藏游戏等。
依照上述本发明的第1个发明和所提供的方法，通过使模拟摄像机跟随游戏者的自由动作，可及时地显示出从游戏者的意图视点所观察的图像，可丰富游戏内容，提供富有趣味的游戏。
依照上述本发明的第3个发明，由于可对操作部进行与视点的移动相关连的操作，所以在游戏的进行过程中可提高对游戏的兴趣。
依照上述本发明的第4个发明，可通过检测双脚位置的垫状的压力传感器，确定在水平面上的至少1个方向上的头部位置。
依照上述本发明的第5个发明，可检测出头部在水平面上的位置和高度位置。
依照上述本发明的第6个发明，可计算出双脚的重心位置，至少利用这个重心位置信息可确定游戏者的头部位置。
依照上述本发明的第7个发明，可不防碍游戏者的动作地检测出游戏者的头部位置。
依照上述本发明的第8个发明，可利用1个传播媒体发射机和2个传播媒体接收机检测出游戏者头部的位置。
依照上述本发明的第9个发明，可利用1个传播媒体发射机和3个以上的传播媒体接收机检测出游戏者头部在3维空间中的位置。
依照上述本发明的第10个发明，可确定在1维方向上的游戏者头部的位置及高度，即在垂直面上的头部位置。
依照上述本发明的第11个发明，可根据游戏者的摄像图像来确定游戏者的头部位置。
依照上述本发明的第12个发明，可根据游戏者的摄像图像容易地提取轮廓。
依照上述本发明的第13个发明，可根据对从游戏者佩带的红外线发光部件发出的红外线光的感光图像来确定游戏者的头部位置。
依照上述本发明的第14、15个发明，可增强游戏者轮廓区域与其他区域的辉度对比度，从而可容易地检测出头部位置。
权利要求
1.一种3维视频游戏装置，具有设置在游戏机框体的规定高度位置上的显示图像的显示器、控制游戏进行的游戏控制部和作成从模拟摄像机的视点看去的3维图像并且在上述显示器画面上显示游戏画面的显示控制部，其特征在于具有检测出位于上述显示器画面前方游戏区域内的游戏者的头部在游戏区域空间中至少在1维方向上的位置的头部检测装置、和使模拟摄像机的视点跟随检测出的游戏者头部位置的变化方向及变化量移动的视点变更装置。
2.根据权利要求1所述的3维视频游戏装置，其特征在于具有能够进行外部操作的操作部，上述游戏控制部在游戏进行中反映对上述操作部的操作内容。
3.根据权利要求1或2所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述头部检测装置具有检测出在水平面上的至少1个方向上的双脚位置的垫状压力传感器、和对应检测出的双脚的位置信息确定头部在上述水平面上的至少在1个方向上的位置的头部位置确定装置。
4.根据权利要求3所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述头部检测装置还具有遥感检测头部高度位置的距离测定传感器。
5.根据权利要求4所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述压力传感器为模拟式传感器，上述头部位置确定装置根据对各个脚的检测电平计算出双脚的重心位置，利用求出的重心位置信息和双脚位置信息来确定在上述水平面上的至少一个方向上的位置。
6.根据权利要求1或2所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述头部检测装置具有遥感检测头部高度及左右方向的至少一个方向上的位置的距离测定传感器。
7.根据权利要求6所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述距离传感器具有1个传播媒体发射机和以上述传播媒体发射机为中心并且设置在上述显示器画面的左右方向上的2个部位上的分别接收从游戏者的头部反射来的由传播媒体发射机发出的传播媒体的第1、第2传播媒体接收机，上述头部检测装置具有根据从上述信号发射时刻到上述第1、第2传播媒体接收机接收到该信号的经过时间确定上述游戏者头部位置的头部位置确定装置。
8.根据权利要求1或2所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述头部检测装置具有检测出头部在3维空间中的位置的位置检测传感器，该位置检测传感器具有1个传播媒体发射机和以上述传播媒体发射机为中心并且在水平面上的不同的位置上至少设置有3个的分别接收从游戏者的头部反射来的由传播媒体发射机发出的传播媒体的传播媒体接收机，同时具有根据从上述信号发射时刻到上述各个传播媒体接收机接收到该信号的经过时间确定上述游戏者的头部在3维空间中的位置的头部位置确定装置。
9.根据权利要求6所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述距离测定装置具有多个在上述游戏区域上方的水平面上至少在1维方向上排列的朝向下方所设置的多个传播媒体发射接收机，上述头部检测装置具有根据上述各个传播媒体发射接收机中的某个从信号发射时刻到接收到该信号的经过时间确定上述游戏者的头部在上述1维方向中的位置及高度的头部位置确定装置。
10.根据权利要求1或2所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述头部检测装置具有光学摄像装置和从所拍摄的图像中提取游戏者头部的头部提取装置。
11.根据权利要求8所述的3维视频游戏装置，其特征在于在摄像装置对面一侧设有形成夹住游戏区域的具有背景隔离面的部件。
12.根据权利要求1或2所述的3维视频游戏装置，其特征在于上述头部检测装置具有红外线摄象机、佩带在游戏者头部上的红外线发光部件和从对该红外线发光部件的红外线光的感光图象中提取游戏者头部的头部提取装置。
13.根据权利要求12所述的3维视频游戏装置，其特征在于在红外线摄象机对面一侧设有形成夹住游戏区域的具有红外线光吸收面的部件。
14.根据权利要求12所述的3维视频游戏装置，其特征在于在红外线摄象机对面一侧设有形成夹住游戏区域的具有红外线光反光面的部件。
15.一种3维视频游戏装置中的模拟摄像机视点移动的控制方法，该游戏装置具有设置在游戏机框体的规定高度位置上的显示图像的显示器、控制游戏进行的游戏控制部和作成从模拟摄像机的视点看去的3维图像并且在上述显示器画面上显示的显示控制部，其特征在于通过使检测出位于上述显示器画面前方游戏区域内的游戏者的头部在游戏区域空间中至少在1维方向上的位置的头部检测装置反复进行检测，求出头部的位置信息，使模拟摄像机的视点跟随被求出的游戏者头部位置的变化方向及变化量移动。
全文摘要
一种3维视频游戏装置具有设置在游戏机框体10的规定高度位置上的显示图像的显示器11、控制游戏进行的游戏控制部100和作成从模拟摄像机的视点看去的3维图像并且在显示器11画面上显示游戏画面的图像形成控制部110,通过1个超声波发射机31和2个超声波接收机32、33检测出位于显示器11画面前方游戏区域内的游戏者的头部在游戏区域空间中的左右方向及高度的位置,使模拟摄像机的视点跟随检测出的游戏者头部位置的变化方向及变化量移动。使用这种装置能够使模拟摄像机的视点跟随游戏者的自由动作移动,及时地显示从游戏者意图视点看去的图像。
文档编号A63F13/04GK1338690SQ01123588
公开日2002年3月6日 申请日期2001年8月3日 优先权日2000年8月11日
发明者奥田直也, 小林达也, 藤本博文, 松上重信 申请人:科乐美股份有限公司