WO1994029813A1

WO1994029813A1 - Synthetiseur d'image et appareil de jeu pourvu d'un tel synthetiseur

Info

Publication number: WO1994029813A1
Application number: PCT/JP1994/000943
Authority: WO
Inventors: Kenji Sasaki
Original assignee: Namco Ltd.
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1994-12-22
Also published as: US5577960A

Description

明細書

画像台成装置およびこれを用いたゲーム装置

[技術分野]

本発明はテクスチャマツビングの手法を用いた画像合成装置及びこれを用いたゲーム装置に関する。

[背景技術]

従来、コンピュータグラフィックスの手法を用い擬似 3次元画像を台成する画像合成装置が知られおり、例えば各種のビデオゲームや、飛行機及び各種乗物用の操縦シュミレー夕等に幅広く用いられている。

F i g . 1 2には、このような画像合成装置の原理図が示されている。この画像合成装置には、仮想 3次元空間 3 0 0内における 3次元ォブジュクト 3 1 0に関する画像情報が予め記憶されている。前記 3次元オブジェクト 3 1 0に関する画像情報は、複数のポリゴン（1 ) 〜（6 ) (ポリゴン 4乃至 6は図示せず）から成る形状モデルとして表現され、予めメモリ内に記憶されている。

ドライブゲームを例にとれば、 3次元オブジェクト 3 1 0はプレーヤ一力一と競争して仮想 3次元空間 3 0 0内を移動するレーシングカーであったり、仮想 3次元空間内に配置される道路、家などの各種の物体であつたりする。そして、プレイヤー 3 1 2が、操作パネル 3 1 4に設けられたハンドル等の操作を行うと、プレーヤーカーに対応して設定された仮想 3次元空間 3 0 0内でのドライバー（プレーヤー）の視点の位置、方向が変わる。そして、プレーヤ一力一と競争するレーシングカーおよび周囲の 3次元ォブジェクトは、視点座標系の透視投影面 3 1 6上に透視投影変換され、擬似 3次元画像 3 1 8として表示される。このようにして、プレイヤー 3 1 2の操作により- プレーヤーカーと競争するレーシングカーやその他の物体である 3次元ォブジェクト 3 1 0をリアルタイムに回転、平行移動することが可能となり、ドライバー（プレーヤー）の目から見た擬似 3次元空間を仮想シユミレートできることとなる。

また、このような画像合成技術をさらに進歩させたものとして、テクスチヤーマツビングといわれる手法を用いた画像合成装置も知られている。この画像合成装置は、 F i g . 3に示すよう、 3次元ォブジュクト 3 1 0の画像情報を、複数ポリゴンの組み合わせからなる形状モデルとして表現した画像情報と、形状モデルを構成する各ポリゴンに張り付ける図形情報（以下テクスチヤ情報という） .とに分離して記憶する。そして、画像を出力する際に、各ポリゴンに、対応するテクスチャ情報 3 4 0 , 3 4 2を張り付けることによって画像合成を行っている。

このテクスチャーマッビングの手法によれば、処理するポリゴン数を增ゃすことなく、図形の模様、色彩をこまやかなものとすることができる。

このようなリアルタイム表示型の画像合成装置では、ドウユアの負担を軽減しながら、高画質の画像を合成することが望まれる。

しかし、従来の画像合成装置には、次のような課題があった。

第 1の課題

従来の画像合成装置には、図形の高画質化をを図ろうとすると、ドウエアの処理するデータ量が増え、 1画面当たりの表示ォブジェクト数が制約されてしまうという問題があった。

例えば、ドライブゲーム等においては、道路を走行する車両や、道路の両側に立ち並ぶ建物、およびその他の風景が 3次元ォブジェクトとして表示される。これら各 3次元オブジェクトは、複数ポリゴンの組み合わせからなる形状モデルとして構成されている。 3次元オブジェクトのリアリティを高めるためには、前記形状モデルを多数のポリゴンの組み合わせとして表現する必要がある。

しかし、コンピュータグラフィックスの技術では、ポリゴンの演算はドウユアに大きな負担を与える付加価値の高い演算である。このため、 1個当りの 3次元ォブジェクトを構成するポリゴン数が増えれば増えるほど、一ドウヱァの負担が増す。このためのリアルタイムの画像表示を行う場合には、 1画面当りに表示できるォブジェクト数が限られたものとなってしまい、変化に乏しいゲーム画面となってしまうという問題があった。

第 2の課題

また、ドライブゲーム等においては、他の自動車と接近するとき等、 3次元ォブジュクトの一部を拡大して表示することがある。

このような場合に、ポリゴンに張り付けられるテクスチャ情報として、通常の解像度のものを用いると、拡大表示される 3次元ォブジヱクトは、極めて画質の悪いものとなってしまい、ゲーム画面のリァリティが著しく損なわれるという問題があった。

また、拡大表示される 3次元ォブジヱクト用のテクスチャ情報を、解像度の高いものとして形成すると、テクスチャ情報を記憶するためのメモリ容量が大きくなりすぎ、装置全体が高価なものとなってしまうという問題があつた。

例えば、サーキッ卜を走行するレーシングカーを、各種アングルから画像表示するゲーム装置では、拡大表示時における画質を高めようとすると、まず、レーシングカーを表す 3次元オブジェクトの形状モデルを、多数のポリゴンを用いて作成し、さらに全てのポリゴンについて、解像度の高いテクスチヤ情報を作成しメモリに記憶しなければならない。このため、装置全体が高コストのものとなり、ゲーム機用の画像合成装置としては不適当なものとなってしまうという問題があつた。

本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、 3次元ォブジュクトを少ないポリゴンでかつ高い分解能で表示する画像合成装置およびこれを用いたゲーム装置を提供することにある。

[発明の開示]

前記目的を達成するため、本発明の画像合成装置は、

仮想 3次元空間内に、ポリゴンを組合わせた形状モデルとして表現された 3次元ォブジュクトを、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元空間演算手段と、前記 3次元ォブジェクトの各ポリゴン上の画像がテクスチヤ情報として予め記憶されたテクスチャ情報記憶手段と、

透視投影変換された前記 3次元ォブジヱク卜のポリゴンに、対応するテクスチヤ情報を前記テクスチヤ情報記憶手段から読み出してマツピングすることにより表示画像を形成しディスプレイ上に表示する画像形成手段と、を含み、

前記 3次元空間演算手段は、

前記 3次元ォブジェクトの情報が、精度の異なる複数の形状モデルで表されたォブジヱクト情報として記憶されたォブジェクト情報記憶部と、視点と前記 3次元ォブジェク卜との距離が近い程、精度の高い形状モデルで表されたオブジェクト情報を前記ォブジュクト情報記憶部から読出すォブジュクト情報読出部と、

読出された 3次元オブジェクトを仮想 3次元空間内に配置し、この 3次元ォブジュクトを、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元演算部と、を含み、

前記テクスチヤ情報記憶手段は、

前記 3次元ォブジェクトの精度の異なる形状モデルに対応して、各形状モデルを構成する各ポリゴンのテクスチャ情報が記憶されるよう形成され、前記画像形成手段は、

透視投影変換された前記 3次元オブジェク卜のポリゴンに、対応する精度の形状モデルのテクスチヤ情報を前記テクスチヤ情報記憶手段から読み出してマツビングすることにより表示画像を合成するよう形成されたことを特徴とする。

また、本発明のゲーム装置は、

プレーヤが操作するプレーヤ操作部と、

前記プレーヤ操作部からの入力信号及び所定のゲームプログラムに基づきゲーム画像を形成しディスプレイ上に表示する画像台成装置と、

を含み、前記画像台成装置は、

仮想 3次元ゲーム空間内に、ポリゴンを組合わせた形状モデルとして表現された 3次元ォブジクトを、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元空間演算手段と、

前記 3次元オブジェクトの各ポリゴン上の画像がテクスチャ情報として予め記憶されたテクスチャ情報記憶手段と、

透視投影変換された前記 3次元ォブジヱク卜のポリゴンに、対応するテクスチヤ情報を前記テクスチヤ情報記憶手段から読み出してマッピングすることにより表示画像を形成しディスプレイ上に表示する画像形成手段と、を含み、

前記 3次元空間演算手段は、

前記 3次元ォブジュクトの情報が、精度の異なる複数の形状モデルで表されたォブジェクト情報として記憶されたオブジェクト情報記憶部と、

視点と前記 3次元オブジェク卜との距離が近い程、精度の高い形状モデルで表されたォブジュクト情報を前記ォブジヱクト情報記憶部から読出すォブジュクト情報読出部と、

前記プレーヤ操作部からの入力信号及び所定のゲームプログラムに基づき、所定のゲーム演算を行い、前記ォブジュクト情報の読出動作を行うよう前記ォブジェクト情報読出部を制御し、読出された 3次元ォブジェクトを仮想 3 次元ゲーム空間内に配置し、この 3次元オブジェクトを、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元演算部と、

を含み、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

透視投影変換された前記 3次元ォブジェク卜のポリゴンに、対応する精度の形状モデルのテクスチヤ情報を前記テクスチヤ情報記憶手段から読み出してマッビングすることによりゲーム用の表示画像を合成するよう形成されたことを特徴とする。

( お、乙ヽ

前記テクスチャ情報記憶手段は、

精度の高い形状モデルの高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成することが好ましい。

また、前記テクスチャ情報記憶手段は、

高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチヤ情報が記憶されるよう形成することが好ましい。

また、前記ォブジェクト情報記憶部は、

精度の高い形状モデルの高い分解能を要求される画像部分は、独立のポリゴンとして形成して記憶するよう形成され、

前記テクスチヤ情報記憶手段は、

前記高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成することが好ましい。

また、前記オブジェクト情報記憶部は、

所定の 3次元ォブジェクトが、近距離用，中距離用及び遠距離用の各形状モデルで表されたオブジェクト情報として記憶されるよう形成され、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

前記近距離用の形状モデルの高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成することが好ましい。

また、前記ォブジェクト情報は、

前記形状モデルの各ポリゴンの各頂点に対応して設定された頂点テクスチャ座標を含み、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドッ卜について、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマツピングすることにより表示画像を形成することが好ましい。

本発明によれば、ォブジュクト情報記憶部に記憶される複数の 3次元ォブジェクト情報のうち、全部またはその一部の 3次元ォブジュクトを、精度の異なる複数の形状モデルで表わしたォブジェクト情報として予め記憶する。そして、視点座標系の視点と、 3次元ォブジェク卜との距離が近いほど精度の高い形状モデルで表わされたォブジヱクト情報を読み出すように構成されている。

従って、 3次元ォブジヱク卜が視点位置より遠い場合には、少ないポリゴンで構成された簡単な形状モデルとして 3次元ォブジェクトが表示される。このため、ハードウェアの負担を低減し、その分、他の多くの 3次元ォブジェクトをディスプレイ上に表示することができる。

とりわけ、表示ポリゴン数に制限のあるリアルタイムコンピュータグラフィックスシステムにおいて、向きや距離が終始変化するような物体を表現する場合に、本発明の手法を用いることにより、極力ポリゴン数を節約することができる。この結果、多数のポリゴンを要する場面においても、リアル夕ィム性を維持しながら画像表示することができる。

これに加えて、本発明によれば、 3次元オブジェクトの形状モデルを構成する各ポリゴンに張り付けるテクスチャ情報を全て均一な分解能として形成するのではなく、各形状モデル毎に、さらには形状モデルを構成する各ポリゴン毎に異なる分解能の画像情報として記憶することが好ましい。

すなわち、本発明の画像合成装置では、 3次元ォブジュクトの精度の異なる形状モデル毎に、各形状モデルを構成する各ポリゴンのテクスチャ情報が記憶されている。

さらに、形状モデルを構成する複数のポリゴンの中で高い分解能を要求される画像部分を表わすポリゴンは、それに応じた高い分解能のテクスチャ情報が用意されるように形成されている。このように、例えば、精度の高い形状モデルについても、これを構成する全ポリゴンに対応するテクスチャ情報を全て分解能が均一な情報として記憶するのではなく、これを拡大表示したときに高い分解能を要求されないものについては、それに応じた分解能の情報として記憶し、拡大表示した場合に高い分解能を要求される画像部分を表わすポリゴンに対しては高い分解能の情報として記憶するように形成した。このため、全体とレてテクスチャ情報のデータ量を圧縮でき、テクスチャ情報を記億するためのメモリ容量をさほど増加することなく、分解能の高い画像を表示することができる。

特に、 3次元画像空間内に登場する可能性のある複数の 3次元ォブジュクトのうち、向きや距離が終始変化するような物体を表わす 3次元ォブジュクトの画像表示について本発明を適用することにより、装置全体として使用するメモリ容量をより効果的に節減することができる。

また、本発明をゲーム装置に適用することにより、多数の 3次元オブジェク卜の登場するゲーム画像を表示できるゲーム装置を、比較的安価に提供することができる。

[図面の簡単な説明]

F i g . 1は、本発明の画像台成装置の一例を示すブロック図である。

F i g . 2は、テクスチャマッピングの手法を用いた画像合成装置の原理を示す概略説明図である。

F i g . 3は、実施例の画像合成装置のテクスチャマツビングの原理を示す説明図である。

F i g . 4は、実施例の装置で用いられる 3次元オブジェクトの形状モデルの説明図である。

F i g . 5は、 F i g . 4に示す各形状モデルを用いて形成されたゲーム画面の説明図である。

F i g . 6は、前記形状モデルを用いて形成された近距離用のゲーム画面及びその一部を拡大したズームアツプ時におけるゲーム画面の具体例の説明図である。

F i g. 7は、実施例の装置に用いられるテクスチャ情報記憶部の構成の説明図である。

F i g. 8は、実施例の装置に記憶されるテクスチャ情報の具体例の説明図である。

F i g. 9は、近距離用のモデルに使用されるテクスチャ情報と、各テクスチヤ情報の形状モデルへの貼付け位置との対応関係を示す説明図である。

F i g. 10は、中距離用のテクスチャ情報を、対応する形状モデルに張り付ける場合の対応関係を示す説明図である。

F i g. 11は、遠距離用のテクスチャ情報を、対応する形状モデルに張り付ける場合の対応関係を示す説明図である。

F i g. 12は、一般的な画像合成装置の原理を示す説明図である。

[発明を実施するための最良の形態]

次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明する。

F i g. 2には、本発明に係るリアルタイム表示型画像合成装置の好適な実施例が示されている。なお、前記従来技術に対応する部材には同一符号を付しその説明は省略する。

実施例の画像合成装置は、仮想 3次元空間 30◦内に複数ポリゴンを組合わせた形状モデルとして表現された 3次元ォブジヱクト 310を、視点座標系の所定透視投影面 316上に透視投影変換し、ディスプレイ上に疑似 3次元画像 318を表示するものである。

この画像合成に際し、実施例の画像合成装置は、テクスチャマッピングと呼ばれる手法を用いている。すなわち、 F i g. 3に示すよう、 3次元ォブジェクト 310の画像情報を、形状モデルを構成する各ポリゴン 320— 1， 320 - 2, 320 - 3 ······の画像情報と、各ポリゴンに貼り付ける図形情報（以下テクスチャ情報と言う）とに分離して記憶し、画像を出力する際に, 各ポリゴン 320— 1、 320— 2、 320— 3に、対応するテクスチャ情報 340、 342を貼り付けることによって画像合成を行っている。このテクスチヤ情報 3 4 0 , 3 4 2の貼り付けは、投影面上に 3次元ォブジユック卜 3 1 0を透視投影変換したのちに行われる。

前述したように、 3次元コンピュータグラフィックスシステムを用いリアルタイム画像表示を行う場合には、 1秒間に表示できるポリゴン数に一定の限界がある。本発明の特徴は、表示ポリゴン数に制限のあるリアルタイムコンピュー夕グラフィックスシステムにおいて、向きや距離が終始変化するよな 3次元オブジェグトを表現する際、極力ポリゴンを節約し、かつ分解能の高い画像表示を行うことにある。

F i g . 1には、本発明が適用されたゲーム機用画像合成装置のブロック図が示されている。

実施例の画像合成装置は、プレーヤ操作部 1 0と、ゲーム用 3次元空間演算部 2 0と、ソーティング処理部 2 8と、画像合成部 3 0とを含み、合成した表示画像をディスプレイ 4 0上に表示するよう形成されている。

前記プレーヤ操作部 1 0は、前述した操作パネル 3 1 4上に設けられ、プレーャ 3 1 2が各種の操作信号を入力できるよう形成されている。例えば、ドライブゲームを例にとると、前記プレーヤ操作部 1 0は、操作パネル 3 1 4およびその付近に設けられたハンドル、ブレーキ、アクセル等から構成される。

前記ゲーム用 3次元空間演算部 2 0は、前記プレーヤ操作部 1 0からの入力信号と、予め記憶されたゲームプログラムとに基づき、仮想 3次元ゲーム空間 3 0 0内に、各種の 3次元ォブジェクト 3 1 0が登場するゲームの演算を仃う。

すなわち、前記 3次元オブジェクト 3 1 0は、複数のポリゴンの組み合わせからなる形状モデルとして表現されている。そして、前記 3次元オブジェクト 3 1 0を、移動する視点座標系の透視投影面 3 1 6に透視投影変換し、その情報をソーティング処理部 2 8へ向け出力する。

このような演算を行うため、実施例のゲーム演算部 2 0は、 3次元演算部 2 2 , オブジェクト読み出し部 2 4，オブジェクトデータ記憶部 2 6とを含む。

前記ォブジェクトデータ記憶部 26には、複数ポリゴンの組み合わせからなる形状モデルとして表現された各種の 3次元ォブジク卜の画像情報が記憶されている。特に、実施例では、画面に登場するレーシングカーを表わす 3次元ォブジュクト情報は、精度の異なる複数の形状モデルで表わされた複数のォブジェクト情報として記憶されている。

F i g. 4には、ォブジェクトデータ記憶部 26に記憶されるレーシングカーのオブジェクト情報の形状モデルが示されている。 F i g. 4 A, 4 B, 4 Cにそれぞれ示すよう、オブジェクト情報記憶部 26には、近距離用，中距離用，遠距離用のォブジェクト情報が記憶されている。

F i g, 4 Aに示す近距離用のオブジェクト情報は、レーシングカーを 2 00〜 300のポリゴンの組み台わせからなる形状モデル 1 0 O Aとして詳細に表現している。

近距離表示用のレーシングカーは、ディスプレイ上における表示アングルが変化し、例えば F i g. 5 Aに示すよう、比較的接近した状態で各アングルからディスプレイ上に表示されるため、どのアングルから見てもできるだけ不自然にならないようその形状モデル 10 O Aが作成される。

特に、近距離用において、レーシングカーは、 F i g. 6 Bに示すようその一部分がクローズアップされて拡大表示されることがある。この場合、ボンネット等の塗装面は、拡大表示されても不自然な画像とはならないが、例えばナンバープレートゃ、へッドライト等の各パーツは、これを拡大表示すると直線または曲線部分がギザギザに表示されたりして不自然で汚い画像となることがある。このため、形状モデルを形成する際、高い分解能を要求されるパーツは他のパーツや部分とは別のポリゴンとして形成しておくことが好ましい。

また、 F i g. 5 B, 5 Cに示すよう、視点位置から離れたレーシングカ一を画像表示する場合には、ディスプレイ上に表示されるレーシングカーの占める割合が次第に小さくなる。このため、 F i g. 4 Bに示すよう、中距離用の形状モデル 1 0 0 Bは、 2 0〜3 0個のポリゴンを組合わせて形成し、 F i g . 4 Cに示すよう、遠距離用の形状モデル 1 0 ϋ Cは、 6個のポリゴンの組み合わせからなる 6面体の単純モデルとして形成している。

前記 3次元演算部 2 2は、あらかじめ定められたゲームプログラムと、プレ一ャ操作部 1 0からの入力信号とに基づき、各種のゲーム演算を行う。そして、ゲーム用仮想 3次元空間 3 0 0内に、ドライビングゲームを構成する要素であるレーシングカー、道路、建物などの各種 3次元ォブジヱクトを配置し、かつ、視点座標系から見て、ディスプレイ上に表示されるべき 3次元オブジェクトを特定する。このとき、視点とレーシングカーの距離も同時に演算される。

前記ォブジュクト読み出し部 2 4は、 3次元演算部 2 2の演算した、ディスプレイ上に表示されるべきオブジェクトのォブジェクトデータを、ォブジュクトデータ記憶部 2 6から順次読み出し、 3次元演算部 2 2へ入力する。このとき、前述したレーシングカーのように、 3次元オブジェク卜の情報として、精度の異なる複数の形状モデルの情報が記憶されているものについては、視点と当該 3次元ォブジュクトとの距離に基づき、近距離用、中距離用、遠距離用のいずれかの形状モデルで表されたォブジュクト情報を選択的に読み出す。

例えば、 F i g . 5 Aに示すような画像を表示する場合には、 F i g . 5 Aに示す近距離用の形状モデルで構成されたオブジェクト情報の読み出しを行い、 F i g . 5 B , 5 Cに示すような、中距離、遠距離用の画像表示を行う場合には、 F i g . 4 B、 4 Cに示す中距離用または遠距離用の形状モデルで構成されたォブジェクト情報の読み出しを行う。

そして、前記 3次元演算部 2 2は、読み出された 3次元ォブジヱクトを仮想 3次元ゲーム空間 3 0 0内に配置し、この 3次元ォブジュクトを、視点座標系の透視投影面 3 1 6上に透視投影変換する。そして、ソーティング回路 2 8は、透視投影変換された 3次元オブジェクトに関する情報を、ソーティングして画像台成部 3 0へ出力する。次に、実施例のゲーム用 3次元空間演算部 2 0の詳細な構成及び作用を、後述するテクスチャ情報記憶部 3 2に書き込まれたテクスチャ情報との関係で以下に説明する。

ドライビングゲームを行う実施例のゲーム機では、ゲームを構成する要素であるレーシングカー、道路、建物等を表す 3次元ォブジヱクト 3 1 0の画像情報は、 3次元オブジェクトデータ記憶部 2 6内に記憶される。そして、これらの 3次元ォブジュク卜の画像情報に座標変換、回転、平行移動等の各種の画像演算処理を行い、ゲーム用仮想 3次元空間であるドライビングゲーム空間 3 0 0を形成する。

実施例の 3次元空間演算部 2 0では、 3次元ォブジュクト 3 1 0の回転、平行移動、透視投影変換等の座標変換およびクリッビング処理等を、各ポリゴン毎（具体的には各ポリゴンの頂点毎）に行い、テクスチャ情報については、ポリゴンの処理と分割してその処理を行っている。この場合のテクスチャ情報そのものは、後述するテクスチャ情報記憶部 3 2内に記憶しておく。そして、そのテクスチャ情報の指定は、各ポリゴンの各頂点に対応して、頂点テクスチャ座標 V T X、 V T Y からなる画像情報を与えることにより行う。例えば、 F i g . 2に示すよう、ポリゴン 3 2 0— 1の各頂点に対しては、

( V T X0、 V T Y0) 、 ( V T XU V T Y1) 、（V T X2、 V T Y2) 、（V T X3、 V T Y3) の各頂点テクスチャ座標を与えておく。これら頂点テクスチャ座標は、 3次元ォブジュクトデータ記憶部 2 6内に記憶されている。

前記 3次元演算部 2 2は、予め定められたゲームプログラムと、プレーヤ操作部 1 0からの入力信号とに基づき、各種のゲーム演算を行う。例えば、ドラィビングゲーム空間 3 0 0を形成するためには、ドライビングゲームを構成する要素であるレーシングカー、道路や建物などの各種の 3次元ォブジュクト 3 1 0を、仮想 3次元ゲーム空間 3 0 0上の所定位置に配置しなければならない。したがって、どの 3次元オブジェクトを、どこに配置するかを表すオブジェクトナンバー、位置情報が必要となる。これらのオブジェクトナンバー、位置情報は、この 3次元演算部 2 2にて演算される。特に、 3次元演算部 2 2は、特定のオブジェクト、例えば、プレーヤが操縦するレーシングカーを表すオブジェクトについては、視点と当該オブジェク卜との距離から、 F i g . 4に示す近距離、中距離、遠距離用のいずれの形状モデルのォブジヱクト情報を読み出すかを決定し、当該ォブジェクトナンバ一を出力するように形成されている。

オブジェクト読み出し部 2 4は、前述したオブジェクトナンバーをァドレスとして、オブジェ.ク卜データ記憶部 2 6から対応する 3次元オブジェクトの画像情報の読み出しを行う。

3次元演算部 2 2は、オブジェクトデータ記憶部 2 6から読みだしたデ一夕から、オブジェクトデータ及びポリゴンデ一夕といわれるデータを形成する

ここで、オブジェクトデータとは、 3次元ォブジェクトであるレーシングカー等の位置情報、回転情報その他の付随データで構成されるデータをいう c また、ポリゴンデータとは、前記レーシングカー等の画像情報をポリゴンに分割したデータであり、ポリゴン頂点座標、頂点テクスチャ座標、輝度情報その他の付随データで構成されるデータをいう。これらのデータは、所定のフォーマツトのデータとして形成される。

そして、 3次元演算部 2 2は、プレーヤの視点情報と、前記ォブジェク卜データを元にポリゴンデータに対して各種の座標変換を行う。即ち、ポリゴンデータに対するローカル座標系への回転、ワールド座標系への平行移動、視点座標系への回転が行われる。

そして、これらの座標変換が終了したポリゴンデータに対してクリッピング処理が行われる。クリッピング処理が終了したデータは、次段のソーティング処理部 2 8へ向け出力される。

前記ソ一ティング処理部 2 8は、このようにして入力されたデータおよびこのデータに含まれるソーティング処理用のデータ等を用いて、次段の画像合成部 3 0において処理するポリゴンの画像情報の順序を決定し、その順序にしたがって、各ポリゴンの画像情報を画像合成部 3 0へ向け出力する。

— ， 4 — 前記画像合成部 30は、各ポリゴンに対するテクスチャ情報が記憶されたテクスチャ情報記憶部 32と、透視投影変換された前記 3次元ォブジュクトのポリゴンに、前記テクスチャ情報記憶部 32に記憶された対応するテクスチヤ情報をマツビングし、表示画像を形成する画像形成部 34とを含む。

F i g. 7には、前記テクスチャ情報記憶部 32のテクスチャ記憶平面が概略的に示されている。実施例のテクスチャ記憶平面は、複数ブロックに分割され、各ブロックは、 256 X 256のキャラクタに分割されている。各キャラクタは、 16 X 16 ドッ卜の画素に分割され、各キャラクタには、テクスチヤ記憶平面を構成するための絵素が記憶されている。

そして、各ポリゴンへのテクスチャリングは、ポリゴンに貼り付けたい各テクスチャ情報の座標 TX ， TY を指定することにより行われる。ただし、プロック間にまたがるポリゴンを指定することは出来ない。

F i g. 8には、このように構成されたテクスチャ情報記憶部 32に記憶されるレーシングカーのテクスチャ情報の具体例が示されている。 F i g. 8Aは、 F i g. 4 Aの近距離用の形状モデルを構成する各ポリゴンに張り付けるテクスチャ情報であり、 F i g. 8 Bは、中距離用の形状モデルを構成する各ポリゴンに張り付けるテクスチャ情報であり、 F i g. 8 Cは遠距離用の形状モデルを構成する各ポリゴンに張り付けるテクスチャ情報である。すなわち、 F i g. 8 Aに示すテクスチャ情報は、近距離用の形状モデルの各ポリゴンに対応した各パーツを表すように形成されている。ここにおいて、 20◦は車両のフロントマスク及びウィンカー等、 202は車のテール部分、 204はナンバープレート、 206は両サイドのウィンド、 208はリアランプ類、 210はホイ一ル、 212はドア、 214， 216は塗装面等を表すテクスチャ情報としてそれぞれ記憶されている。

また、 F i g. 8 Bに示す中距離用のテクスチャ情報において、 230はサイドウィンド、 232はフロントウィンド、 234はサイドビュー、 23 6はフロントビュー、 238はリアビュー、 240は各塗装面等を表すテクスチヤ情報である。また、 F i g. 8 Cに示す遠距離用のテクスチャ情報も、 F i g. 8 A, 8 Bに準じて形成されている。

F i g. 9には、近距離用のテクスチャ情報と、このテクスチャ情報を張り付けて形成されたレーシングカーとの対応関係が示されている。 F i g. 10、 F i g. 1 1には、中距離用、遠距離用のテクスチャ情報と、このテクスチヤ情報を張り付けて形成されたレーシングカーとの対応関係が示されている。

F i g. 5に示すよう、ディスプレイ 40上に表示される 3次元オブジェクトの占める割合は、 3次元ォブジェク卜が遠くになるに従い、小さくなり、これに用いるテクスチャ情報も、遠くになるに従い低い分解能のものとすることができる。従って、本実施例のテクスチャ情報は、 F i g. 8に示すよう、近くに表示する 3次元オブジェクトほど、高い分解能のものを用い、遠くになるに従い、分解能の小さいものを用い、これにより全休としてデータ量を縮小しメモリエリァの節約を図っている。

これに加えて、本実施例においては、 F i g. 8Aに示す近距離用のテクスチヤ情報の全てを同一の分解能のデータとして形成するのではなく、 F i g. 6 Bに示すよう、レーシングカーの一部を拡大表示した場合に、高い分解能の画像表示が要求されるパーツを表すテクスチャ情報のみを、高い分解能のデータとして形成したことである。すなわち、 F i g. 8Aに示すよう、近距離用のテクスチャ情報においては、レーシングカーの拡大表示する部分や、細かい描写が必要な部分は、分解能の高い大きな図形のテクスチャ情報として作成し、そうでない部分は、分解能の低い小さな図形のテクスチャ情報として作成し、テクスチャ情報記憶エリア 32に格納していく。このようにすることにより、テクスチャ情報記憶部 32のメモリをさらに節約しながら、高い分解能で 3次元ォブジェクトを画像表示することが可能となる。なお、中距離用、遠距離用の形状モデルを構成するポリゴンについても、精度の高い分解能が要求される画像部分のポリゴンについては、必要に応じ、分解能の高いテクスチャ情報として作成してもよい。前記画像形成部 34は、ソーティング処理部 28を介し、 3次元演算部 2 2から入力される 3次元ォブジュク卜の画像情報に基づき、透視投影変換された 3次元オブジェクトの各ポリゴンに、対応するテクスチャ情報を前記テクスチヤ情報記憶部 32から読み出してマッピングし、ディスプレイ 40上に画像表示を行うように形成されている。

以下に、実施例の画像形成部 34のテクスチャマツビング動作をより詳細に説明する。

実施例において、前記画像形成部 34では、ソーティング処理部 28を介して 3次元演算部 22から入力されるポリゴンの各頂点画像情報から、ポリゴンの輪郭線および内部の画像情報が演算される。即ち、前述した 3次元演算部 22、ソ一ティング処理部 28では、回転、平行移動等の座標変換、クリッビング処理、ソーティング処理等の複雑な演算処理を行わなくてはならないため、ハードウェアの負担を軽減すべく、これらの処理を全て各ポリゴン毎および各頂点毎に行う。そして、実際に画像表示をするのに必要なポリゴンの輪郭線や、ポリゴン内部の画像情報を、この画像形成部 34で形成する

このとき、画像形成部 34では、入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標 VTX、 V TY から、ポリゴン内の全てのドッ卜について、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標 TX、 TY を求める。そして、このテクスチャ座標 TX、 TY をアドレスとして、テクスチャ情報記憶部 32から対応するテクスチャ情報の読み出しを行い、前記テクスチャ情報がマッピングされた 3次元ォブジェクトを画像合成して、ディスプレイ 4 0上に表示する。このようなテクスチャマツビングの画像合成技術の詳細は、本出願人により、特願平 4— 252139として既に提案されている。

F i g. 5には、実施例の画像合成装置を用いてディスプレイ 40上に表示する画面の具体例が示され、 F i g. 5 Aは、画面に登場するレーシングカーが視点の近くにいる場合の合成画像、 F i g. 5Bは中距離にいる場合の合成画像、 F i g. 5 Cは遠くにいる場合の合成画像が示されている。これら F i g. 5 A, 5 B , 5 Cに示すレーシングカーの画像は、それぞれ F i g. 4 A, 4 B, 4 Cに示す形状モデルの各ポリゴンに対し、 F i g. 8

A, 8 B, 8 Cに示す各テクスチャ情報を、 F i g. 9、 F i g. 10、 F i g. 1 1に示すようマツビングして形成したものである。

実施例の画像合成装置では、 F i g. 5Aに示すよう、レーシングカーが近距離にいる場合には、 F i g. 4 Aに示すような精度の高い形状モデルを使用し、これに F i g. 8Aに示すような分解能の高いテクスチャ情報を張り付けて画像合成するため、表示されるレーシングカーの画像は、リアリティに富み、かつ綺麗なものとなる。

さらに、このような近距離にいるレーシングカーを、 F i g. 6 Bに示すよう、その一部分を拡大表示した場台でも、ナンバープレートや、フロントビュー等の問題となるパーツは、他のパーツより高い分解能のテクスチャ情報として形成されているため、そのズームアツプ画像も極めて品質の高いものとなる。

これに加えて、 F i g. 5 B, 5 Cに示すよう、レーシングカーが遠距離で表示される場合には、ディスプレイ中に占めるレーシングカーの割合も小さくて済むため、これらの画像表示は F i g. 4 B, 4 Cに示す簡単な形状モデルを用い、しかもこれに使用するテクスチャ情報も F i g. 8 B, 8C に示すよう、次第に分解能の低いものを用いる。これにより、ハードウェアの演算数を低減し、かつメモリェリァの節減を図ることができる。

このようにして、実施例の画像合成装置によれば、全体として、使用するポリゴン数及びテクスチャ情報記憶部のメモリェリァを節約しながら、車などの移動物体を違和感なく表現することができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能である。

例えば、前記実施例では、精度の異なる形状モデル毎に、専用のテクスシャ情報を用意した場合を例にとり説明したが、これ以外にも、各形状モデルの形状によっては、各形状モデルの一部のポリゴンに共通して使用できるテクスシャ情報を用意して、テクスチャ情報記憶部に記憶してもよい。

また、前記実施例では本発明をゲーム用の画像合成装置に適用した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、これ以外の各種用途、例えば、各種の 3次元画像生成用シミユレ一夕およびその他の用途に用いることができる。

また、ポリゴンへのテクスチャ情報のマッピングは、前記実施例に限定されるものではなく、必要に応じ、各種のマツビング手法を用いることができる ο

なお、前記実施例では、ディスプレイ上に表示される一つの 3次元ォブジェクト（前記実施例ではレーシングカー）のみを、本発明の手法を用いた画像表示の対象とした場台を説明したが、本発明はこれに限らず、ディスプレィ上に表示される複数の 3次元ォブジェクトを、同様な手法を用いて画像合成する場合にも適用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、向きや距離が変化する 3次元ォブジヱクトをハードウエアの負担を軽減しながら、高い分解能で表示することのできるリアルタイム表示型の画像合成装置およびこれを用いたゲーム装置を得ることができるという効果がある。

特に、本発明の画像合成装置をゲーム装置に用いることにより、動きのある各種 3次元ォブジェクトを効率よく、かつ高画質で画像表示することができ、変化に富んだ高画質のゲーム画面を表示することができる。

9

Claims

請求の範囲

1 . 仮想 3次元空間内に、ポリゴンを組台わせた形状モデルとして表現された 3次元ォブジクトを、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元空間演算手段と、

前記 3次元ォブジヱクトの各ポリゴン上の画像がテクスチャ情報として予め記憶されたテクスチャ情報記憶手段と、

透視投影変換された前記 3次元ォブジュク卜のポリゴンに、対応するテクスチヤ情報を前記テクスチヤ情報記憶手段から読み出してマツピングすることにより表示画像を形成しディスプレィ上に表示する画像形成手段と、を含み、

前記 3次元空間演算手段は、

前記 3次元ォブジュク卜の情報が、精度の異なる複数の形状モデルで表されたォブジェクト情報として記憶されたォブジヱクト情報記憶部と、視点と前記 3次元ォブジェクトとの距離が近い程、精度の高い形状モデルで表されたォブジェクト情報を前記ォブジェクト情報記憶部から読出すォブジクト情報読出部と、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

前記 3次元オブジェク卜の精度の異なる形状モデルに対応して、各形状モデルを構成する各ポリゴンのテクスチャ情報が記憶されるよう形成され、前記画像形成手段は、

透視投影変換された前記 3次元ォブジュクトのポリゴンに、対応する精度の形状モデルのテクスチャ情報を前記テクスチャ情報記憶手段から読み出してマッピングすることにより表示画像を合成するよう形成されたことを特徴とする画像合成装置。

2. 請求の範囲第 1項において、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

精度の高い形状モデルの高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とする画像合成装置。

3. 請求の範囲第 1項において、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチヤ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とする画像台成装置。

4 . 請求の範囲第 1項において、

前記オブジェクト情報記憶部は、

前記テクスチヤ情報記憶手段は、

前記高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とする画像台成装

5. 請求の範囲第 1項において、

前記ォブジュクト情報記憶部は、

所定の 3次元ォブジェクトが、近距離用，中距離用及び遠距離用の各形状モデルで表されたオブジェクト情報として記憶されるよう形成され、前記テクスチャ情報記憶手段は、

前記近距離用の形状モデルの高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とする画像台成装置。

6. 請求の範囲第 1項において、

前記ォブジュクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドットについて、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチヤ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマツピングすることにより表示画像を形成することを特徴とする画像台成装置。

7 . 請求の範囲第 2項において、

前記ォブジェクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドッ卜について、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をアドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマツピングすることにより表示画像を形成することを特徴とする画像合成装置。

8. 請求の範囲第 3項において、

前記オブジェクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドッ卜について、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記億部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマッピングすることにより表示画像を形成することを特徴とする画像合成装置。

9 . 請求の範囲第 5項において、前記ォブジヱクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドットについて、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算に.より求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマツピングすることにより表示画像を形成することを特徴とする画像台成装置。

1 0 . プレーヤが操作するプレーヤ操作部と、

前記プレーヤ操作部からの入力信号及び所定のゲームプログラムに基づきゲーム画像を形成しディスプレイ上に表示する画像合成装置と、

を含み、

前記画像合成装置は、

仮想 3次元ゲーム空間内に、ポリゴンを組合わせた形状モデルとして表現された 3次元ォブジュクトを、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元空間演算手段と、

前記 3次元オブジェク卜の各ポリゴン上の画像がテクスチャ情報として予め記憶されたテクスチャ情報記憶手段と、

透視投影変換された前記 3次元オブジェクトのポリゴンに、対応するテクスチヤ情報を前記テクスチヤ情報記憶手段から読み出してマッピングすることにより表示画像を形成しディスプレイ上に表示する画像形成手段と、を含み、

前記 3次元空間演算手段は、

前記 3次元ォブジュクトの情報が、精度の異なる複数の形状モデルで表されたォブジェクト情報として記憶されたォブジェクト情報記憶部と、視点と前記 3次元ォブジュク卜との距離が近い程、精度の高い形状モデルで表されたオブジェクト情報を前記オブジェクト情報記憶部から読出すォブジュク卜情報読出部と、

前記プレーヤ操作部からの入力信号及び所定のゲームプログラムに基づき、所定のゲーム演算を行い、前記ォブジェクト情報の読出動作を行うよう前記オブジェクト情報読出部を制御し、読出された 3次元ォブジェクトを仮想 3 次元ゲーム空間内に配置し、この 3次元ォブジェク卜を、視点座標系の投影面に透視投影変換する 3次元演算部と、

を含み、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

前記 3次元ォブジヱクトの精度の異なる形状モデルに対応して、各形状モデルを構成する各ポリゴンのテクスチャ情報が記憶されるよう形成され、前記画像形成手段は、

透視投影変換された前記 3次元ォブジェクトのポリゴンに、対応する精度の形状モデルのテクスチャ情報を前記テクスチャ情報記憶手段から読み出してマッビングすることによりゲーム用の表示画像を合成するよう形成されたことを特徴とするゲーム装置。

1 1 . 請求の範囲第 1 0項において、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

精度の高い形状モデルの高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とするゲーム装置。

1 2. 請求の範囲第 1 0項において、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチヤ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とするゲーム装置。

1 3. 請求の範囲第 1 0項において、

前記ォブジェクト情報記憶部は、

精度の高い形状モデルの高い分解能を要求される画像部分は、独立のポリゴンとして形成して記億するよう形成され、前記テクスチャ情報記憶手段は、

前記高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とするゲーム装置。

1 4 . 請求の範囲第 1 0項において、

前記才ブジュクト情報記憶部は、

所定の 3次元ォブジュクトが、近距離用，中距離用及び遠距離用の各形状モデルで表されたォブジヱクト情報として記憶されるよう形成され、

前記テクスチャ情報記憶手段は、

前記近距離用の形状モデルの高い分解能を要求される画像部分のポリゴンについては、高い分解能のテクスチャ情報が記憶されるよう形成されたことを特徴とするゲーム装置。

1 5. 請求の範囲第 1 0項において、

前記ォブジェクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドッ卜について、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマツピングすることにより表示画像を形成することを特徴とするゲーム装置。

1 6. 請求の範囲第 1 1項において、

前記ォブジェクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドッ卜について、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマッピングすることにより表示画像を形成することを特徴とするゲーム装置。

1 7. 請求の範囲第 1 2項において、

前記ォブジェクト情報は、

前記画像形成手段は、

入力されるポリゴンの各頂点テクスチャ座標から、ポリゴン内の全てのドットについて、テクスチャ情報読み出しァドレスとして用いるテクスチャ座標を演算し、演算により求められたテクスチャ座標をァドレスとして、テクスチヤ情報記憶部からテクスチャ情報を読み出し対応するポリゴンにマッピングすることにより表示画像を形成することを特徴とするゲーム装置。

1 8. 請求の範囲第 1 4項において、

前記ォブジヱクト情報は、

前記画像形成手段は、