JP5630969B2 - Posture calculation apparatus, posture calculation program, posture calculation system, and posture calculation method - Google Patents
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Description
本発明は、姿勢算出装置または姿勢算出プログラムに関し、より特定的には、入力装置の姿勢（重力方向）を算出する姿勢算出装置、姿勢算出プログラム、姿勢算出システム、および、姿勢算出方法に関する。 The present invention relates to a posture calculation device or a posture calculation program, and more specifically, relates to a posture calculation device , a posture calculation program , a posture calculation system, and a posture calculation method for calculating a posture (gravity direction) of an input device.
従来、加速度センサおよびジャイロセンサを用いて入力装置の姿勢を算出する技術が考えられている。例えば、特許文献１には、加速度センサおよびジャイロセンサを備えた入力制御装置を使用するゲーム装置が記載されている。このゲーム装置は、ゲームキャラクタが持つ刀を入力制御装置の動きに応じて制御するものである。具体的には、加速度センサの出力に基づいて刀を振る動作のデータが作成され、ジャイロセンサの出力に基づいて刀の姿勢のデータが作成される。
Conventionally, techniques for calculating the attitude of an input device using an acceleration sensor and a gyro sensor have been considered. For example,
上記特許文献１のようにジャイロセンサを用いて姿勢を算出する場合、算出される姿勢と入力制御装置の実際の姿勢との間に誤差が生じる。入力制御装置の動きが遅い場合に入力制御装置の角速度がジャイロセンサによって検知されなかったり、逆に、入力制御装置の動きが激しい場合に入力制御装置の角速度がジャイロセンサの検知可能な範囲を超えてしまったりすること等が生じる場合があるからである。また、角速度データの出力の間隔よりも短い期間中に角速度が急激に変化するような場合にも、誤差が発生する可能性がある。また、ジャイロセンサは温度等の要因によりセンサの出力にドリフトと呼ばれる誤差が発生することもある。そして、角速度から算出される姿勢には、時間とともに角速度の誤差が蓄積されていくことになるので姿勢の誤差が大きくなっていくことになる。特許文献１では、ジャイロセンサから算出される姿勢の誤差を想定していないために、姿勢を正確に算出することができないおそれがある。
When the attitude is calculated using a gyro sensor as in
それ故、本発明の目的は、ジャイロセンサ等の角速度センサを用いて入力装置の姿勢を正確に算出することができる姿勢算出装置、姿勢算出プログラム、姿勢算出システム、および、姿勢算出方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an attitude calculation device , an attitude calculation program , an attitude calculation system, and an attitude calculation method that can accurately calculate the attitude of an input device using an angular velocity sensor such as a gyro sensor. That is.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、本欄における括弧内の参照符号および補足説明等は、本発明の理解を助けるために後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. Note that the reference numerals in parentheses and supplementary explanations in this section show the correspondence with the embodiments described later in order to help understanding of the present invention, and do not limit the present invention.
本発明は、角速度センサ（ジャイロセンサ５５および５６）と加速度センサ（３７）とを少なくとも備えた入力装置（８）から角速度データ（６３）と加速度データ（６４）とを逐次取得し、当該入力装置から見た重力方向を表す重力ベクトル（Ｖｇ）を逐次算出する姿勢算出装置（ゲーム装置３）である。姿勢算出装置は、重力ベクトル算出手段（ステップＳ１１を実行するＣＰＵ１０。以下、単にステップ番号のみを記載する。）と、第１補正手段（Ｓ１２）と、第２補正手段（Ｓ１３）と、第３補正手段（Ｓ１４）とを備えている。重力ベクトル算出手段は、角速度データが示す角速度に基づいて重力ベクトルを算出する。第１補正手段は、加速度データが示す加速度ベクトルの方向へ第１の度合（第１補正度Ａ）で近づくように重力ベクトルを補正する。第２補正手段は、入力装置が所定の回転運動を行う場合において、加速度データに基づいて得られる運動加速度ベクトルと角速度データに基づいて得られる角速度ベクトルとが垂直になる関係（式（７）または（１５））から推定される重力方向へ第２の度合（第２補正度Ｂ）で近づくように重力ベクトルを補正する。第３補正手段は、所定期間における加速度ベクトルの平均の方向へ第３の度合（第３補正度Ｃ３）で近づくように重力ベクトルを補正する。
The present invention sequentially acquires angular velocity data (63) and acceleration data (64) from an input device (8) having at least an angular velocity sensor (
本発明によれば、姿勢算出装置は、角速度データに基づいて算出される重力ベクトルを、異なる３種類の方法で補正する。これによって、重力ベクトルを正確に算出することができ、その結果、入力装置の姿勢をより正確に算出することができる。 According to the present invention, the posture calculation device corrects the gravity vector calculated based on the angular velocity data by three different methods. As a result, the gravity vector can be calculated accurately, and as a result, the attitude of the input device can be calculated more accurately.
また、第１補正手段は、加速度データが示す加速度の大きさが重力加速度の大きさに近いほど高くなるように第１の度合を設定してもよい（Ｓ２２）。 Further, the first correction means may set the first degree so that the magnitude of the acceleration indicated by the acceleration data becomes higher as the magnitude of the gravitational acceleration is closer (S22).
上記の構成によれば、加速度の大きさと重力加速度の大きさとの差分に応じて第１の度合が設定される。上記差分を参照することによって、入力装置が動いている度合を推測することができ、加速度データにより示される加速度の信頼度（加速度が重力方向を表すものとして信頼できるか否かを表す度合）を判断することができる。したがって、上記差分に応じて第１の度合を算出することによって、第１の度合を適切に設定することができ、ひいては、入力装置の姿勢を正確に算出することができる。 According to the above configuration, the first degree is set according to the difference between the magnitude of acceleration and the magnitude of gravitational acceleration. By referring to the above difference, the degree of movement of the input device can be estimated, and the reliability of the acceleration indicated by the acceleration data (the degree indicating whether the acceleration is reliable as representing the direction of gravity) is determined. Judgment can be made. Therefore, by calculating the first degree according to the difference, the first degree can be set appropriately, and thus the attitude of the input device can be accurately calculated.
また、姿勢算出装置は、入力装置の運動による加速度を表す運動加速度ベクトルを加速度データと重力ベクトルとに基づいて算出する運動加速度算出手段（Ｓ２４）をさらに備えていてもよい。このとき、第２補正手段は、角速度データが示す角速度と運動加速度ベクトルとが上記関係を満たす状態に対応する重力ベクトルへ第２の度合で近づくように重力ベクトルを補正する。 In addition, the posture calculation device may further include a motion acceleration calculation unit (S24) that calculates a motion acceleration vector representing acceleration due to the motion of the input device based on the acceleration data and the gravity vector. At this time, the second correction means corrects the gravity vector so that the angular velocity indicated by the angular velocity data and the motion acceleration vector approach the gravity vector corresponding to the state satisfying the above relationship in the second degree.
上記の構成によれば、姿勢算出装置は、入力装置が所定の運動を行う場合における角速度と運動加速度との関係を用いて、運動加速度ベクトルが当該関係を満たすように、運動加速度ベクトルの算出元である重力ベクトルを補正する。これによって、入力装置が動かされている場合であっても、加速度データと角速度データとを用いて、重力ベクトルを正しく補正することができる。その結果、入力装置の姿勢を正確に算出することができる。 According to the above configuration, the posture calculation device uses the relationship between the angular velocity and the motion acceleration when the input device performs a predetermined motion, so that the motion acceleration vector is calculated so that the motion acceleration vector satisfies the relationship. To correct the gravity vector. Thereby, even when the input device is moved, the gravity vector can be corrected correctly using the acceleration data and the angular velocity data. As a result, the attitude of the input device can be accurately calculated.
また、第３補正手段は、第１の度合の最大値（０．０３）および第２の度合の最大値（０．０３）よりも低い値に第３の度合（０．００１）を設定してもよい。 In addition, the third correction means sets the third degree (0.001) to a value lower than the maximum value (0.03) of the first degree and the maximum value (0.03) of the second degree. May be.
上記の構成によれば、第１補正手段および第２補正手段による補正に比べて、第３補正手段による補正の度合は小さく設定される。第３補正手段による補正は、入力装置の運動状態に依らずに行うことができる補正である一方、平均を算出する期間において発生する加速度センサの検出誤差等が原因で当該期間内における運動加速度が正確に相殺されず、補正が正確でない場合がある。これに対して、上記の構成では、第１および第２の度合よりも第３の度合を小さく設定することによって、第１補正手段および第２補正手段による補正に対して第３補正手段による補正を補助的に用いる。これによって、姿勢算出装置は、第３補正手段による補正が不正確である場合に、当該補正が入力装置の姿勢に大きく反映されることを防止することができ、結果として入力装置の姿勢を正確に算出することができる。 According to the above configuration, the degree of correction by the third correction unit is set smaller than that by the first correction unit and the second correction unit. The correction by the third correction means is correction that can be performed without depending on the motion state of the input device. On the other hand, the motion acceleration in the period is caused by a detection error of the acceleration sensor that occurs in the period for calculating the average. There is a case that the correction is not accurate and the correction is not accurate. On the other hand, in the above configuration, by setting the third degree smaller than the first and second degrees, the correction by the third correction unit is corrected with respect to the correction by the first correction unit and the second correction unit. Is used as an auxiliary. Thus, when the correction by the third correction unit is inaccurate, the posture calculation device can prevent the correction from being largely reflected in the posture of the input device. As a result, the posture of the input device can be accurately determined. Can be calculated.
また、第１補正手段は、加速度データおよび角速度データの少なくとも１つに応じて第１の度合を変化させ（Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２５）、第２補正手段は、加速度データおよび角速度データの少なくとも１つに応じて第２の度合を変化させてもよい（Ｓ３２，Ｓ３３）。このとき、第３補正手段は、第３の度合を固定値として設定する（Ｓ５７）。 The first correction means changes the first degree according to at least one of the acceleration data and the angular velocity data (S22, S23, S25), and the second correction means has at least one of the acceleration data and the angular velocity data. The second degree may be changed according to (S32, S33). At this time, the third correction means sets the third degree as a fixed value (S57).
上記の構成によれば、第１補正手段および第２補正手段による補正は、加速度データおよび／または角速度データに応じて、すなわち、入力装置の運動状態（例えば、静止しているのか、動いているのか等）に応じて補正の度合が変化される。ここで、第１補正手段および第２補正手段による補正に関しては、入力装置の運動状態（例えば、静止しているのか、動いているのか等）に応じて補正の正確さが変化する。したがって、姿勢算出装置は、入力装置の運動状態に応じて補正の度合を変化することによって、補正を適切に行うことができる。ただし、入力装置の運動状態によっては第１および第２の度合がともに小さく設定され、その結果、第１補正手段および第２補正手段による補正がほとんど行われないおそれがある。これに対して、第３補正手段による補正は、入力装置の運動状態によって補正の正確さが変化するものではない。そのため、第３の度合を固定値とすることによって、姿勢算出装置は、第３補正手段による補正を常に行うようにすることができる。つまり、姿勢算出装置は、第１補正手段および第２補正手段による補正が行われない場合であっても、第３補正手段によって重力ベクトルを確実に補正することができる。 According to the above configuration, the correction by the first correction unit and the second correction unit is performed according to the acceleration data and / or angular velocity data, that is, the motion state of the input device (for example, whether it is stationary or moving). The degree of correction is changed according to whether or not. Here, regarding the correction by the first correction unit and the second correction unit, the accuracy of the correction varies depending on the movement state of the input device (for example, whether it is stationary or moving). Therefore, the posture calculation device can appropriately perform the correction by changing the correction degree according to the motion state of the input device. However, depending on the motion state of the input device, both the first and second degrees are set to be small, and as a result, there is a possibility that the correction by the first correction unit and the second correction unit is hardly performed. On the other hand, the correction by the third correction means does not change the correction accuracy depending on the motion state of the input device. Therefore, by setting the third degree as a fixed value, the posture calculation apparatus can always perform correction by the third correction unit. That is, the posture calculation apparatus can reliably correct the gravity vector by the third correction unit even when the correction by the first correction unit and the second correction unit is not performed.
また、姿勢算出装置は、加速度データ記憶手段（メインメモリ）と、ブロック平均算出手段（Ｓ５２）をさらに備えていてもよい。加速度データ記憶手段は、取得された加速度データを逐次記憶する。ブロック平均算出手段は、複数の加速度データを１つのブロックとして、ブロックに含まれる各加速度データが示す加速度ベクトルの平均となるブロック平均ベクトルを算出する。このとき、第３補正手段は、新しいものから順に所定数のブロックのブロック平均ベクトルの平均となる全平均ベクトルの方向へ前記第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する（Ｓ５７）。 In addition, the posture calculation apparatus may further include acceleration data storage means (main memory) and block average calculation means (S52). The acceleration data storage means sequentially stores the acquired acceleration data. The block average calculating means calculates a block average vector that is an average of acceleration vectors indicated by the acceleration data included in the block, with a plurality of acceleration data as one block. At this time, the third correction means corrects the gravity vector so as to approach the third average in the direction of the total average vector that is the average of the block average vectors of a predetermined number of blocks in order from the newest one (S57).
上記の構成によれば、姿勢算出装置は、所定数の加速度データを１つのブロックとしてまとめて、ブロック平均ベクトルを算出する。そして、所定期間における加速度ベクトルの平均として、ブロック平均ベクトルの平均を用いる。これによれば、姿勢算出装置は、所定期間内の全ての加速度データを記憶しておく必要がなく、所定数の加速度データと各ブロック平均ベクトルを示すデータとを記憶しておけばよい。したがって、上記の構成によれば、第３補正手段による補正処理に必要なメモリ量を低減することができる。 According to the above configuration, the posture calculation apparatus calculates a block average vector by collecting a predetermined number of acceleration data as one block. And the average of a block average vector is used as an average of the acceleration vector in a predetermined period. According to this, it is not necessary for the posture calculation device to store all acceleration data within a predetermined period, and it is sufficient to store a predetermined number of acceleration data and data indicating each block average vector. Therefore, according to the above configuration, it is possible to reduce the amount of memory necessary for the correction process by the third correction unit.
また、姿勢算出装置は、ブロック平均ベクトルそれぞれに対して、角速度データが示す角速度と逆方向の回転を加える補正を行うベクトル補正手段（Ｓ５５）をさらに備えていてもよい。このとき、第３補正手段は、ベクトル補正手段による補正後のブロック平均ベクトルを用いて全平均ベクトルを算出する。 In addition, the posture calculation apparatus may further include a vector correction unit (S55) that performs correction by adding rotation in the direction opposite to the angular velocity indicated by the angular velocity data for each block average vector. At this time, the third correction unit calculates the total average vector using the block average vector corrected by the vector correction unit.
上記の構成によれば、ブロック平均ベクトルは、角速度データが示す角速度に応じて補正が行われる。この補正は、入力装置を基準として表されるブロック平均ベクトル（加速度ベクトル）を、空間に対して固定とする（すなわち、空間における方向が変化しないようにする）ための処理である。ここで、上記の構成によれば、姿勢算出装置は、ブロック平均ベクトルを算出するための各加速度ベクトルに対して上記の補正を行うのではなく、ブロック平均ベクトルに対して上記の補正を行う。したがって、上記の補正における計算処理の回数を低減することができ、上記の補正処理を高速に実行することができる。 According to the above configuration, the block average vector is corrected according to the angular velocity indicated by the angular velocity data. This correction is a process for fixing the block average vector (acceleration vector) expressed with reference to the input device with respect to the space (that is, preventing the direction in the space from changing). Here, according to the above configuration, the posture calculation apparatus performs the above correction on the block average vector instead of the above correction on each acceleration vector for calculating the block average vector. Therefore, the number of calculation processes in the correction can be reduced, and the correction process can be executed at high speed.
また、本発明は、情報処理装置のコンピュータを上記各手段として機能させる姿勢算出プログラムの形態で実施されてもよい。 In addition, the present invention may be implemented in the form of a posture calculation program that causes a computer of an information processing device to function as each of the above means.
本発明によれば、角速度データに基づいて算出される重力ベクトルを、異なる３種類の方法で補正することによって、重力ベクトルを正確に算出することができる。その結果、姿勢算出装置は、入力装置の姿勢をより正確に算出することができる。 According to the present invention, the gravity vector can be accurately calculated by correcting the gravity vector calculated based on the angular velocity data by three different methods. As a result, the posture calculation device can calculate the posture of the input device more accurately.
［ゲームシステムの全体構成］
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る姿勢算出装置の一例であるゲーム装置を含むゲームシステム１について説明する。図１は、ゲームシステム１の外観図である。以下、据置型のゲーム装置を一例にして、本実施形態のゲーム装置およびゲームプログラムについて説明する。図１において、ゲームシステム１は、テレビジョン受像器（以下、単に「テレビ」と記載する）２、ゲーム装置３、光ディスク４、入力装置８、およびマーカ部６を含む。本システムは、入力装置８を用いたゲーム操作に基づいてゲーム装置３でゲーム処理を実行するものである。
[Overall configuration of game system]
With reference to FIG. 1, a
ゲーム装置３には、当該ゲーム装置３に対して交換可能に用いられる情報記憶媒体の一例である光ディスク４が脱着可能に挿入される。光ディスク４には、ゲーム装置３において実行されるためのゲームプログラムが記憶されている。ゲーム装置３の前面には光ディスク４の挿入口が設けられている。ゲーム装置３は、挿入口に挿入された光ディスク４に記憶されているゲームプログラムを読み出して実行することによってゲーム処理を実行する。
An
ゲーム装置３には、表示装置の一例であるテレビ２が接続コードを介して接続される。テレビ２は、ゲーム装置３において実行されるゲーム処理の結果得られるゲーム画像を表示する。また、テレビ２の画面の周辺（図１では画面の上側）には、マーカ部６が設置される。マーカ部６は、その両端に２つのマーカ６Ｒおよび６Ｌを備えている。マーカ６Ｒ（マーカ６Ｌも同様）は、具体的には１以上の赤外ＬＥＤであり、テレビ２の前方に向かって赤外光を出力する。マーカ部６はゲーム装置３に接続されており、ゲーム装置３はマーカ部６が備える各赤外ＬＥＤの点灯を制御することが可能である。
A
入力装置８は、自機に対して行われた操作の内容を示す操作データをゲーム装置３に与えるものである。本実施形態では、入力装置８はコントローラ５とジャイロセンサユニット７とを含む。詳細は後述するが、入力装置８は、コントローラ５に対してジャイロセンサユニット７が着脱可能に接続されている構成である。コントローラ５とゲーム装置３とは無線通信によって接続される。本実施形態では、コントローラ５とゲーム装置３との間の無線通信には例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）（登録商標）の技術が用いられる。なお、他の実施形態においてはコントローラ５とゲーム装置３とは有線で接続されてもよい。
The
［ゲーム装置３の内部構成］
次に、図２を参照して、ゲーム装置３の内部構成について説明する。図２は、ゲーム装置３の構成を示すブロック図である。ゲーム装置３は、ＣＰＵ１０、システムＬＳＩ１１、外部メインメモリ１２、ＲＯＭ／ＲＴＣ１３、ディスクドライブ１４、およびＡＶ−ＩＣ１５等を有する。
[Internal configuration of game device 3]
Next, the internal configuration of the
ＣＰＵ１０は、光ディスク４に記憶されたゲームプログラムを実行することによってゲーム処理を実行するものであり、ゲームプロセッサとして機能する。ＣＰＵ１０は、システムＬＳＩ１１に接続される。システムＬＳＩ１１には、ＣＰＵ１０の他、外部メインメモリ１２、ＲＯＭ／ＲＴＣ１３、ディスクドライブ１４およびＡＶ−ＩＣ１５が接続される。システムＬＳＩ１１は、それに接続される各構成要素間のデータ転送の制御、表示すべき画像の生成、外部装置からのデータの取得等の処理を行う。システムＬＳＩの内部構成について後述する。揮発性の外部メインメモリ１２は、光ディスク４から読み出されたゲームプログラムや、フラッシュメモリ１７から読み出されたゲームプログラム等のプログラムを記憶したり、各種データを記憶したりするものであり、ＣＰＵ１０のワーク領域やバッファ領域として用いられる。ＲＯＭ／ＲＴＣ１３は、ゲーム装置３の起動用のプログラムが組み込まれるＲＯＭ（いわゆるブートＲＯＭ）と、時間をカウントするクロック回路（ＲＴＣ：Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）とを有する。ディスクドライブ１４は、光ディスク４からプログラムデータやテクスチャデータ等を読み出し、後述する内部メインメモリ１１ｅまたは外部メインメモリ１２に読み出したデータを書き込む。
The
また、システムＬＳＩ１１には、入出力プロセッサ（Ｉ／Ｏプロセッサ）１１ａ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）１１ｂ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１１ｃ、ＶＲＡ １ｄ、および内部メインメモリ１１ｅが設けられる。図示は省略するが、これらの構成要素１１ａ〜１１ｅは内部バスによって互いに接続される。
The
ＧＰＵ１１ｂは、描画手段の一部を形成し、ＣＰＵ１０からのグラフィクスコマンド（作画命令）に従って画像を生成する。ＶＲＡＭ１１ｄは、ＧＰＵ１１ｂがグラフィクスコマンドを実行するために必要なデータ（ポリゴンデータやテクスチャデータ等のデータ）を記憶する。画像が生成される際には、ＧＰＵ１１ｂは、ＶＲＡＭ１１ｄに記憶されたデータを用いて画像データを作成する。
The
ＤＳＰ１１ｃは、オーディオプロセッサとして機能し、内部メインメモリ１１ｅや外部メインメモリ１２に記憶されるサウンドデータや音波形（音色）データを用いて、音声データを生成する。
The
上述のように生成された画像データおよび音声データは、ＡＶ−ＩＣ１５によって読み出される。ＡＶ−ＩＣ１５は、読み出した画像データをＡＶコネクタ１６を介してテレビ２に出力するとともに、読み出した音声データを、テレビ２に内蔵されるスピーカ２ａに出力する。これによって、画像がテレビ２に表示されるとともに音がスピーカ２ａから出力される。
The image data and audio data generated as described above are read out by the AV-
入出力プロセッサ１１ａは、それに接続される構成要素との間でデータの送受信を実行したり、外部装置からのデータのダウンロードを実行したりする。入出力プロセッサ１１ａは、フラッシュメモリ１７、無線通信モジュール１８、無線コントローラモジュール１９、拡張コネクタ２０、およびメモリカード用コネクタ２１に接続される。無線通信モジュール１８にはアンテナ２２が接続され、無線コントローラモジュール１９にはアンテナ２３が接続される。
The input /
入出力プロセッサ１１ａは、無線通信モジュール１８およびアンテナ２２を介してネットワークに接続し、ネットワークに接続される他のゲーム装置や各種サーバと通信することができる。入出力プロセッサ１１ａは、定期的にフラッシュメモリ１７にアクセスし、ネットワークへ送信する必要があるデータの有無を検出し、当該データが有る場合には、無線通信モジュール１８およびアンテナ２２を介してネットワークに送信する。また、入出力プロセッサ１１ａは、他のゲーム装置から送信されてくるデータやダウンロードサーバからダウンロードしたデータを、ネットワーク、アンテナ２２および無線通信モジュール１８を介して受信し、受信したデータをフラッシュメモリ１７に記憶する。ＣＰＵ１０はゲームプログラムを実行することにより、フラッシュメモリ１７に記憶されたデータを読み出してゲームプログラムで利用する。フラッシュメモリ１７には、ゲーム装置３と他のゲーム装置や各種サーバとの間で送受信されるデータの他、ゲーム装置３を利用してプレイしたゲームのセーブデータ（ゲームの結果データまたは途中データ）が記憶されてもよい。
The input /
また、入出力プロセッサ１１ａは、コントローラ５から送信される操作データをアンテナ２３および無線コントローラモジュール１９を介して受信し、内部メインメモリ１１ｅまたは外部メインメモリ１２のバッファ領域に記憶（一時記憶）する。
The input /
さらに、入出力プロセッサ１１ａには、拡張コネクタ２０およびメモリカード用コネクタ２１が接続される。拡張コネクタ２０は、ＵＳＢやＳＣＳＩのようなインターフェースのためのコネクタであり、外部記憶媒体のようなメディアを接続したり、他のコントローラのような周辺機器を接続したり、有線の通信用コネクタを接続することによって無線通信モジュール１８に替えてネットワークとの通信を行ったりすることができる。メモリカード用コネクタ２１は、メモリカードのような外部記憶媒体を接続するためのコネクタである。例えば、入出力プロセッサ１１ａは、拡張コネクタ２０やメモリカード用コネクタ２１を介して外部記憶媒体にアクセスし、外部記憶媒体にデータを保存したり、外部記憶媒体からデータを読み出したりすることができる。
Further, an
ゲーム装置３には、電源ボタン２４、リセットボタン２５、およびイジェクトボタン２６が設けられる。電源ボタン２４およびリセットボタン２５は、システムＬＳＩ１１に接続される。電源ボタン２４がオンされると、ゲーム装置３の各構成要素に対して、図示しないＡＣアダプタを経て電源が供給される。リセットボタン２５が押されると、システムＬＳＩ１１は、ゲーム装置３の起動プログラムを再起動する。イジェクトボタン２６は、ディスクドライブ１４に接続される。イジェクトボタン２６が押されると、ディスクドライブ１４から光ディスク４が排出される。
The
［入力装置８の構成］
次に、図３〜図６を参照して、入力装置８について説明する。図３は、入力装置８の外観構成を示す斜視図である。図４は、コントローラ５の外観構成を示す斜視図である。図３は、コントローラ５の上側後方から見た斜視図であり、図４は、コントローラ５を下側前方から見た斜視図である。
[Configuration of Input Device 8]
Next, the
図３および図４において、コントローラ５は、例えばプラスチック成型によって形成されたハウジング３１を有している。ハウジング３１は、その前後方向（図３に示すＺ軸方向）を長手方向とした略直方体形状を有しており、全体として大人や子供の片手で把持可能な大きさである。プレイヤは、コントローラ５に設けられたボタンを押下すること、および、コントローラ５自体を動かしてその位置や姿勢を変えることによってゲーム操作を行うことができる。
3 and 4, the
ハウジング３１には、複数の操作ボタンが設けられる。図３に示すように、ハウジング３１の上面には、十字ボタン３２ａ、１番ボタン３２ｂ、２番ボタン３２ｃ、Ａボタン３２ｄ、マイナスボタン３２ｅ、ホームボタン３２ｆ、プラスボタン３２ｇ、および電源ボタン３２ｈが設けられる。本明細書では、これらのボタン３２ａ〜３２ｈが設けられるハウジング３１の上面を「ボタン面」と呼ぶことがある。一方、図４に示すように、ハウジング３１の下面には凹部が形成されており、当該凹部の後面側傾斜面にはＢボタン３２ｉが設けられる。これらの各操作ボタン３２ａ〜３２ｉには、ゲーム装置３が実行するゲームプログラムに応じた機能が適宜割り当てられる。また、電源ボタン３２ｈは遠隔からゲーム装置３本体の電源をオン／オフするためのものである。ホームボタン３２ｆおよび電源ボタン３２ｈは、その上面がハウジング３１の上面に埋没している。これによって、プレイヤがホームボタン３２ｆまたは電源ボタン３２ｈを誤って押下することを防止することができる。
The
ハウジング３１の後面にはコネクタ３３が設けられている。コネクタ３３は、コントローラ５に他の機器（例えば、ジャイロセンサユニット７や他のコントローラ）を接続するために利用される。また、ハウジング３１の後面におけるコネクタ３３の両側には、上記他の機器が容易に離脱することを防止するために係止穴３３ａが設けられている。
A
ハウジング３１上面の後方には複数（図３では４つ）のＬＥＤ３４ａ〜３４ｄが設けられる。ここで、コントローラ５には、他のメインコントローラと区別するためにコントローラ種別（番号）が付与される。各ＬＥＤ３４ａ〜３４ｄは、コントローラ５に現在設定されている上記コントローラ種別をプレイヤに通知したり、コントローラ５の電池残量をプレイヤに通知したりする等の目的で用いられる。具体的には、コントローラ５を用いてゲーム操作が行われる際、上記コントローラ種別に応じて複数のＬＥＤ３４ａ〜３４ｄのいずれか１つが点灯する。
A plurality (four in FIG. 3) of
また、コントローラ５は撮像情報演算部３５（図６）を有しており、図４に示すように、ハウジング３１前面には撮像情報演算部３５の光入射面３５ａが設けられる。光入射面３５ａは、マーカ６Ｒおよび６Ｌからの赤外光を少なくとも透過する材質で構成される。
Further, the
ハウジング３１上面における１番ボタン３２ｂとホームボタン３２ｆとの間には、コントローラ５に内蔵されるスピーカ４９（図５）からの音を外部に放出するための音抜き孔３１ａが形成されている。
Between the
次に、図５および図６を参照して、コントローラ５の内部構造について説明する。図５および図６は、コントローラ５の内部構造を示す図である。なお、図５は、コントローラ５の上筐体（ハウジング３１の一部）を外した状態を示す斜視図である。図６は、コントローラ５の下筐体（ハウジング３１の一部）を外した状態を示す斜視図である。図６に示す斜視図は、図５に示す基板３０を裏面から見た斜視図となっている。
Next, the internal structure of the
図５において、ハウジング３１の内部には基板３０が固設されており、当該基板３０の上主面上に各操作ボタン３２ａ〜３２ｈ、各ＬＥＤ３４ａ〜３４ｄ、加速度センサ３７、アンテナ４５、およびスピーカ４９等が設けられる。これらは、基板３０等に形成された配線（図示せず）によってマイクロコンピュータ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ：マイコン）４２（図６参照）に接続される。本実施形態では、加速度センサ３７は、Ｘ軸方向に関してコントローラ５の中心からずれた位置に配置されている。これによって、コントローラ５をＺ軸回りに回転させたときのコントローラ５の動きが算出しやすくなる。また、加速度センサ３７は、長手方向（Ｚ軸方向）に関してコントローラ５の中心よりも前方に配置されている。また、無線モジュール４４（図６）およびアンテナ４５によって、コントローラ５がワイヤレスコントローラとして機能する。
In FIG. 5, a
一方、図６において、基板３０の下主面上の前端縁に撮像情報演算部３５が設けられる。撮像情報演算部３５は、コントローラ５の前方から順に赤外線フィルタ３８、レンズ３９、撮像素子４０、および画像処理回路４１を備えている。これらの部材３８〜４１はそれぞれ基板３０の下主面に取り付けられる。
On the other hand, in FIG. 6, an imaging
さらに、基板３０の下主面上には、上記マイコン４２およびバイブレータ４８が設けられている。バイブレータ４８は、例えば振動モータやソレノイドであり、基板３０等に形成された配線によってマイコン４２と接続される。マイコン４２の指示によりバイブレータ４８が作動することによってコントローラ５に振動が発生する。これによって、コントローラ５を把持しているプレイヤの手にその振動が伝達される、いわゆる振動対応ゲームを実現することができる。本実施形態では、バイブレータ４８は、ハウジング３１のやや前方寄りに配置される。つまり、バイブレータ４８がコントローラ５の中心よりも端側に配置することによって、バイブレータ４８の振動によりコントローラ５全体を大きく振動させることができる。また、コネクタ３３は、基板３０の下主面上の後端縁に取り付けられる。なお、図５および図６に示す他、コントローラ５は、マイコン４２の基本クロックを生成する水晶振動子、スピーカ４９に音声信号を出力するアンプ等を備えている。
Further, the
また、ジャイロセンサユニット７は、３軸回りの角速度を検知するジャイロセンサ（図７に示すジャイロセンサ５５および５６）を有する。ジャイロセンサユニット７は、コントローラ５のコネクタ３３に着脱可能に装着される。ジャイロセンサユニット７の前端（図３に示すＺ軸正方向側の端部）には、コネクタ３３に接続可能なプラグ（図７に示すプラグ５３）が設けられる。さらに、プラグ５３の両側にはフック（図示せず）が設けられる。ジャイロセンサユニット７がコントローラ５に対して装着される状態では、プラグ５３がコネクタ３３に接続されるとともに、上記フックがコントローラ５の係止穴３３ａに係止する。これによって、コントローラ５とジャイロセンサユニット７とがしっかりと固定される。また、ジャイロセンサユニット７は側面（図３に示すＸ軸方向の面）にボタン５１を有している。ボタン５１は、それを押下すれば上記フックの係止穴３３ａに対する係止状態を解除することができるように構成されている。したがって、ボタン５１を押下しながらプラグ５３をコネクタ３３から抜くことによって、ジャイロセンサユニット７をコントローラ５から離脱することができる。
Further, the
また、ジャイロセンサユニット７の後端には、上記コネクタ３３と同形状のコネクタが設けられる。したがって、コントローラ５（のコネクタ３３）に対して装着可能な他の機器は、ジャイロセンサユニット７のコネクタに対しても装着可能である。なお、図３においては、当該コネクタに対してカバー５２が着脱可能に装着されている。
A connector having the same shape as the
なお、図３〜図６に示したコントローラ５およびジャイロセンサユニット７の形状や、各操作ボタンの形状、加速度センサやバイブレータの数および設置位置等は単なる一例に過ぎず、他の形状、数、および設置位置であっても、本発明を実現することができる。また、本実施形態では、撮像手段による撮像方向はＺ軸正方向であるが、撮像方向はいずれの方向であってもよい。すなわち、コントローラ５における撮像情報演算部３５の位置（撮像情報演算部３５の光入射面３５ａ）は、ハウジング３１の前面でなくてもよく、ハウジング３１の外部から光を取り入れることができれば他の面に設けられてもかまわない。
The shapes of the
図７は、入力装置８（コントローラ５およびジャイロセンサユニット７）の構成を示すブロック図である。コントローラ５は、操作部３２（各操作ボタン３２ａ〜３２ｉ）、コネクタ３３、撮像情報演算部３５、通信部３６、および加速度センサ３７を備えている。コントローラ５は、自機に対して行われた操作内容を示すデータを操作データとしてゲーム装置３へ送信するものである。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the input device 8 (the
操作部３２は、上述した各操作ボタン３２ａ〜３２ｉを含み、各操作ボタン３２ａ〜３２ｉに対する入力状態（各操作ボタン３２ａ〜３２ｉが押下されたか否か）を示す操作ボタンデータを通信部３６のマイコン４２へ出力する。
The
撮像情報演算部３５は、撮像手段が撮像した画像データを解析してその中で輝度が高い領域を判別してその領域の重心位置やサイズなどを算出するためのシステムである。撮像情報演算部３５は、例えば最大２００フレーム／秒程度のサンプリング周期を有するので、比較的高速なコントローラ５の動きでも追跡して解析することができる。
The imaging
撮像情報演算部３５は、赤外線フィルタ３８、レンズ３９、撮像素子４０、および画像処理回路４１を含んでいる。赤外線フィルタ３８は、コントローラ５の前方から入射する光から赤外線のみを通過させる。レンズ３９は、赤外線フィルタ３８を透過した赤外線を集光して撮像素子４０へ入射させる。撮像素子４０は、例えばＣＭＯＳセンサやあるいはＣＣＤセンサのような固体撮像素子であり、レンズ３９が集光した赤外線を受光して画像信号を出力する。ここで、テレビ２の表示画面近傍に配置されるマーカ部６のマーカ６Ｒおよび６Ｌは、テレビ２の前方に向かって赤外光を出力する赤外ＬＥＤで構成される。したがって、赤外線フィルタ３８を設けることによって、撮像素子４０は、赤外線フィルタ３８を通過した赤外線だけを受光して画像データを生成するので、マーカ６Ｒおよび６Ｌの画像をより正確に撮像することができる。以下では、撮像素子４０によって撮像された画像を撮像画像と呼ぶ。撮像素子４０によって生成された画像データは、画像処理回路４１で処理される。画像処理回路４１は、撮像画像内における撮像対象（マーカ６Ｒおよび６Ｌ）の位置を算出する。画像処理回路４１は、算出された位置を示す座標を通信部３６のマイコン４２へ出力する。この座標のデータは、マイコン４２によって操作データとしてゲーム装置３に送信される。以下では、上記座標を「マーカ座標」と呼ぶ。マーカ座標はコントローラ５自体の向き（傾斜角度）や位置に対応して変化するので、ゲーム装置３はこのマーカ座標を用いてコントローラ５の向きや位置を算出することができる。
The imaging
なお、他の実施形態においては、コントローラ５は画像処理回路４１を備えていない構成であってもよく、撮像画像自体がコントローラ５からゲーム装置３へ送信されてもよい。このとき、ゲーム装置３は、画像処理回路４１と同様の機能を有する回路あるいはプログラムを有しており、上記マーカ座標を算出するようにしてもよい。
In other embodiments, the
加速度センサ３７は、コントローラ５の加速度（重力加速度を含む）を検出する、すなわち、コントローラ５に加わる力（重力を含む）を検出する。加速度センサ３７は、当該加速度センサ３７の検出部に加わっている加速度のうち、センシング軸方向に沿った直線方向の加速度（直線加速度）の値を検出する。例えば、２軸以上の多軸加速度センサの場合には、加速度センサの検出部に加わっている加速度として、各軸に沿った成分の加速度をそれぞれ検出する。例えば、３軸または２軸の加速度センサは、アナログ・デバイセズ株式会社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃ．）またはＳＴマイクロエレクトロニクス社（ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．）から入手可能である種類のものでもよい。なお、加速度センサ３７は、例えば静電容量式の加速度センサであるとするが、他の方式の加速度センサを用いるようにしてもよい。
The
本実施形態では、加速度センサ３７は、コントローラ５を基準とした上下方向（図３に示すＹ軸方向）、左右方向（図３に示すＸ軸方向）および前後方向（図３に示すＺ軸方向）の３軸方向に関してそれぞれ直線加速度を検出する。加速度センサ３７は、各軸に沿った直線方向に関する加速度を検出するものであるため、加速度センサ３７からの出力は３軸それぞれの直線加速度の値を表すものとなる。すなわち、検出された加速度は、入力装置８（コントローラ５）を基準に設定されるＸＹＺ座標系（コントローラ座標系）における３次元のベクトル（ａｘ，ａｙ，ａｚ）として表される。以下では、加速度センサ３７によって検出される３軸に関する各加速度値を各成分とするベクトルを加速度ベクトルと呼ぶ。また、以下では、当該加速度ベクトルを、後述する運動加速度ベクトルと明確に区別する目的で、「検出加速度ベクトル」と呼ぶことがある。
In the present embodiment, the
加速度センサ３７が検出した加速度を示すデータ（加速度データ）は、通信部３６へ出力される。なお、加速度センサ３７が検出した加速度は、コントローラ５自体の向き（傾斜角度）や動きに対応して変化するので、ゲーム装置３は加速度データを用いてコントローラ５の向きや動きを算出することができる。本実施形態では、ゲーム装置３は、加速度データに基づいてコントローラ５の姿勢を判断する。
Data indicating the acceleration detected by the acceleration sensor 37 (acceleration data) is output to the
加速度センサ３７が検出した加速度（加速度ベクトル）を示すデータ（加速度データ）は、通信部３６へ出力される。本実施形態において、加速度センサ３７は、コントローラ５の傾斜角度を判断するためのデータを出力するセンサとして用いられる。
Data (acceleration data) indicating the acceleration (acceleration vector) detected by the
なお、加速度センサ３７から出力される加速度の信号に基づいて、ゲーム装置３のプロセッサ（例えばＣＰＵ１０）またはコントローラ５のプロセッサ（例えばマイコン４２）等のコンピュータが処理を行うことによって、コントローラ５に関するさらなる情報を推測または算出（判定）することができることは、当業者であれば本明細書の説明から容易に理解できるであろう。例えば、加速度センサ３７を搭載するコントローラ５が静止状態であることを前提としてコンピュータ側の処理が実行される場合（すなわち、加速度センサによって検出される加速度が重力加速度のみであるとして処理が実行される場合）、コントローラ５が現実に静止状態であれば、検出された加速度に基づいてコントローラ５の姿勢が重力方向に対して傾いているか否かまたはどの程度傾いているかを知ることができる。具体的には、加速度センサ３７の検出軸が鉛直下方向を向いている状態を基準としたとき、１Ｇ（重力加速度）がかかっているか否かによって、コントローラ５が基準に対して傾いているか否かを知ることができるし、その大きさによって基準に対してどの程度傾いているかも知ることができる。また、多軸の加速度センサ３７の場合には、さらに各軸の加速度の信号に対して処理を施すことによって、重力方向に対してコントローラ５がどの程度傾いているかをより詳細に知ることができる。この場合において、プロセッサは、加速度センサ３７からの出力に基づいてコントローラ５の傾斜角度を算出してもよいし、当該傾斜角度を算出せずに、コントローラ５の傾斜方向を算出するようにしてもよい。このように、加速度センサ３７をプロセッサと組み合わせて用いることによって、コントローラ５の傾斜角度または姿勢を判定することができる。
In addition, based on the acceleration signal output from the
一方、コントローラ５が動的な状態（コントローラ５が動かされている状態）であることを前提とする場合には、加速度センサ３７は重力加速度に加えてコントローラ５の動きに応じた加速度を検出するので、検出された加速度から重力加速度の成分を所定の処理により除去することによってコントローラ５の動き方向を知ることができる。また、コントローラ５が動的な状態であることを前提とする場合であっても、検出された加速度から、加速度センサの動きに応じた加速度の成分を所定の処理により除去することによって、重力方向に対するコントローラ５の傾きを知ることが可能である。なお、他の実施例では、加速度センサ３７は、内蔵の加速度検出手段で検出された加速度信号をマイコン４２に出力する前に当該加速度信号に対して所定の処理を行うための、組込み式の処理装置または他の種類の専用の処理装置を備えていてもよい。組込み式または専用の処理装置は、例えば、加速度センサ３７が静的な加速度（例えば、重力加速度）を検出するために用いられる場合、加速度信号を傾斜角（あるいは、他の好ましいパラメータ）に変換するものであってもよい。
On the other hand, when it is assumed that the
通信部３６は、マイコン４２、メモリ４３、無線モジュール４４、およびアンテナ４５を含んでいる。マイコン４２は、処理を行う際にメモリ４３を記憶領域として用いながら、マイコン４２が取得したデータをゲーム装置３へ無線送信する無線モジュール４４を制御する。また、マイコン４２はコネクタ３３に接続されている。ジャイロセンサユニット７から送信されてくるデータは、コネクタ３３を介してマイコン４２に入力される。以下、ジャイロセンサユニット７の構成について説明する。
The
ジャイロセンサユニット７は、プラグ５３、マイコン５４、２軸ジャイロセンサ５５、および１軸ジャイロセンサ５６を備えている。上述のように、ジャイロセンサユニット７は、３軸（本実施形態では、ＸＹＺ軸）周りの角速度を検出し、検出した角速度を示すデータ（角速度データ）をコントローラ５へ送信する。
The
２軸ジャイロセンサ５５は、Ｘ軸周りの角速度およびＹ軸周りの（単位時間あたりの）角速度を検出する。また、１軸ジャイロセンサ５６は、Ｚ軸周りの（単位時間あたりの）角速度を検出する。なお、本明細書では、コントローラ５の撮像方向（Ｚ軸正方向）を基準として、ＸＹＺ軸周りの回転方向を、それぞれ、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向と呼ぶ。すなわち、２軸ジャイロセンサ５５は、ロール方向（Ｘ軸周りの回転方向）およびピッチ方向（Ｙ軸周りの回転方向）の角速度を検出し、１軸ジャイロセンサ５６は、ヨー方向（Ｚ軸周りの回転方向）の角速度を検出する。
The
なお、本実施形態では、３軸回りの角速度を検出するために、２軸ジャイロセンサ５５と１軸ジャイロセンサ５６とを用いる構成としたが、他の実施形態においては、３軸回りの角速度を検出することができればよく、用いるジャイロセンサの数および組み合わせはどのようなものであってもよい。
In this embodiment, the 2-
また、本実施形態では、後述する姿勢算出処理における計算を容易にする目的で、各ジャイロセンサ５５および５６が角速度を検出する３つの軸は、加速度センサ３７が加速度を検出する３つの軸（ＸＹＺ軸）と一致するように設定される。ただし、他の実施形態においては、各ジャイロセンサ５６および５７が角速度を検出する３つの軸と、加速度センサ３７が加速度を検出する３つの軸とは一致しなくてもよい。
Further, in the present embodiment, for the purpose of facilitating the calculation in the posture calculation process described later, the three axes where the
各ジャイロセンサ５６および５７で検出された角速度を示すデータは、マイコン５４に出力される。したがって、マイコン５４には、ＸＹＺ軸の３軸回りの角度速度を示すデータが入力されることになる。マイコン５４は、上記３軸回りの角速度を示すデータを角速度データとしてプラグ５３を介してコントローラ５へ送信する。なお、マイコン５４からコントローラ５への送信は所定の周期毎に逐次行われるが、ゲームの処理は１／６０秒を単位として（１フレーム時間として）行われることが一般的であるので、この時間以下の周期で送信を行うことが好ましい。
Data indicating the angular velocity detected by each of the
コントローラ５の説明に戻り、操作部３２、撮像情報演算部３５、および加速度センサ３７からマイコン４２へ出力されたデータ、ならびに、ジャイロセンサユニット７からマイコン４２へ送信されてきたデータは、一時的にメモリ４３に格納される。これらのデータは、上記操作データとしてゲーム装置３へ送信される。すなわち、マイコン４２は、ゲーム装置３の無線コントローラモジュール１９への送信タイミングが到来すると、メモリ４３に格納されている操作データを無線モジュール４４へ出力する。無線モジュール４４は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）（登録商標）の技術を用いて、所定周波数の搬送波を操作データで変調し、その微弱電波信号をアンテナ４５から放射する。つまり、操作データは、無線モジュール４４で微弱電波信号に変調されてコントローラ５から送信される。微弱電波信号はゲーム装置３側の無線コントローラモジュール１９で受信される。受信された微弱電波信号について復調や復号を行うことによって、ゲーム装置３は操作データを取得することができる。そして、ゲーム装置３のＣＰＵ１０は、取得した操作データとゲームプログラムとに基づいて、ゲーム処理を行う。なお、通信部３６から無線コントローラモジュール１９への無線送信は所定の周期毎に逐次行われるが、ゲームの処理は１／６０秒を単位として（１フレーム時間として）行われることが一般的であるので、この時間以下の周期で送信を行うことが好ましい。コントローラ５の通信部３６は、例えば１／２００秒に１回の割合で各操作データをゲーム装置３の無線コントローラモジュール１９へ出力する。
Returning to the description of the
上記コントローラ５を用いることによって、プレイヤは、各操作ボタンを押下する従来の一般的なゲーム操作に加えて、コントローラ５を任意の傾斜角度に傾ける操作を行うことができる。その他、上記コントローラ５によれば、プレイヤは、コントローラ５によって画面上の任意の位置を指示する操作、および、コントローラ５自体を動かす操作を行うこともできる。
By using the
［姿勢算出処理の概要］
次に、ゲーム装置３において実行される、入力装置８の姿勢を算出する姿勢算出処理の概要を説明する。本実施形態では、入力装置８を用いてカヌーを漕ぐゲーム操作を行うゲームを想定する。すなわち、本実施形態では、ゲーム装置３は、プレイヤが入力装置８をパドルのようにして用いて、パドルで水を掻くように入力装置８を動かすことで、仮想のゲーム空間内のパドルを動かしてカヌーを漕ぐゲームを実行するものとする。より具体的には、ゲーム装置３は、入力装置８の姿勢を算出し、ゲーム空間内のパドルの姿勢を入力装置８の姿勢に応じて変化させる。
[Outline of posture calculation processing]
Next, an outline of a posture calculation process for calculating the posture of the
本実施形態では、ゲーム装置３は、ジャイロセンサ５５および５６と、加速度センサ３７と、撮像手段（撮像素子４０）とを備えた入力装置８から操作データを取得し、入力装置８の姿勢を算出する。なお、本実施形態では、入力装置８は、ジャイロセンサ５５および５６と、加速度センサ３７と、撮像素子４０とを備える構成とするが、他の実施形態においては、ジャイロセンサと加速度センサとを少なくとも備える構成であればよい。
In the present embodiment, the
ゲーム装置３は、ジャイロセンサ５５および５６が検出する角速度に基づいて入力装置８の姿勢を算出する。以下では、当該角速度に基づいて算出される入力装置８の姿勢を、「第１の姿勢」と呼ぶ。第１の姿勢は、ジャイロセンサ５５および５６の検出結果に生じる誤差が原因で、実際の姿勢とは異なるおそれがある。そこで、本実施形態では、ゲーム装置３は、加速度センサ３７によって検出される加速度を用いて、上記第１の姿勢を補正する。また、撮像素子４０によって撮像される画像（撮像画像）を用いて、第１の姿勢を補正する。
The
以下、図８〜図１２を参照して、加速度センサ３７が検出する加速度を用いた補正処理の概要について説明する。ゲーム装置３は、上記ジャイロセンサ５５および５６が検出する角速度から入力装置８の姿勢を算出することができる他、加速度センサ３７が検出する加速度からも入力装置８の姿勢を算出することができる。すなわち、加速度センサ３７は入力装置８に加えられる重力加速度を検出する（加速度センサ３７が検出する加速度には重力加速度が含まれる）ので、ゲーム装置３は、検出される加速度を用いて、入力装置８を基準にした重力方向、すなわち、重力方向に対する入力装置８の傾き（姿勢）を算出することができる。以下では、加速度センサ３７が検出する加速度に基づいて算出される姿勢を、「第２の姿勢」と呼ぶ。本実施形態では、上記角速度に基づく第１の姿勢は、上記加速度から算出される重力方向（第２の姿勢）を用いて補正される。
Hereinafter, the outline of the correction process using the acceleration detected by the
ここで、本実施形態では、ゲーム装置３は、上記加速度を用いた補正として、静的補正処理と、動的補正処理と、長期平均補正処理という３種類の補正処理を行う。静的補正処理は、角速度に基づいて算出される重力方向を、上記加速度の方向へ第１の度合で近づくように補正する処理である。静的補正処理は、入力装置８が主に静止しているまたは静止状態に近い場合に入力装置８の第１の姿勢を補正することを目的とした補正処理である。動的補正処理は、入力装置８が所定の運動を行う場合における、加速度と角速度との予め定義された関係から推定される重力方向へ第２の度合で近づくように上記重力方向を補正する処理である。動的補正処理は、入力装置８が主に動いている場合に入力装置８の第１の姿勢を補正することを目的とした補正処理である。本実施形態では、静的補正処理および動的補正処理の２種類の補正を行うことによって、入力装置８が静止している場合と動いている場合との両方の状況で、加速度を用いた補正を可能としている。また、長期平均補正処理は、所定期間（数秒程度の期間）における加速度の平均の方向へ第３の度合で近づくように上記重力方向を補正する処理である。長期平均補正処理は、入力装置８の運動状態（静止しているか動いているか）に依らずに補正を行う処理である。この長期平均補正によって、上記静的補正処理および動的補正処理による補正が行われない場合であっても、第１の姿勢を補正することができる。以下、静的補正処理、動的補正処理、および長期補正処理の概要について説明する。
Here, in the present embodiment, the
まず、静的補正処理について図８および図９を用いて説明する。図８は、入力装置８に関する重力ベクトルおよび検出加速度ベクトルを示す図である。図８に示す重力ベクトルＶｇは、入力装置８を基準とした（入力装置８から見た）重力方向を表す。当該重力方向は、空間に設定される鉛直下方向であるので、上記角速度に基づいて第１の姿勢が算出されれば、当該姿勢に対応して入力装置８を基準とした重力方向が算出できる。また、図８に示す検出加速度ベクトルＶａは、加速度センサ３７が検出した加速度の向きを表す。なお、図８に示すベクトルＶｚは、入力装置８のコントローラ座標系（ＸＹＺ座標系）におけるＺ軸正方向、すなわち、入力装置８の姿勢を表すベクトルである。
First, the static correction process will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram showing a gravity vector and a detected acceleration vector related to the
図８において、入力装置８が静止またはほぼ静止している状態である場合、検出加速度ベクトルＶａは重力方向を表すと推測することができる。したがって、この場合、ゲーム装置３は、角速度から算出された重力ベクトルＶｇを、より正確に重力方向を表すと推測される検出加速度ベクトルＶａを用いて補正する。図９は、静的補正処理における重力ベクトルＶｇの補正を示す図である。図９においては、ベクトルＶｇは補正前の重力ベクトルを示し、ベクトルＶｇ’は補正後の重力ベクトルを示す。図９に示すように、本実施形態においては、補正前の重力ベクトルＶｇは、検出加速度ベクトルＶａに近づく方向へ補正される。これによって、重力ベクトルがより正確に重力方向を表すように補正されたことになり、補正された重力ベクトルを用いて入力装置８の第１の姿勢を補正することによって姿勢を正確に算出することができる。
In FIG. 8, when the
なお、詳細は後述するが、静的補正処理において重力ベクトルＶｇが検出加速度ベクトルＶａに近づく度合は、入力装置８が静止状態に近いほど大きくなる。つまり、本実施形態においては、検出加速度ベクトルＶａが重力方向を表すものとして信頼できる場合ほど、重力ベクトルＶｇが検出加速度ベクトルＶａに近くなるように補正される。これによれば、入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。また、本実施形態においては、入力装置８が静止状態からかけ離れている（激しく動かされている）場合には、静的補正処理における補正が行われない。これによっても、入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。
Although details will be described later, the degree to which the gravity vector Vg approaches the detected acceleration vector Va in the static correction processing increases as the
なお、入力装置８が静止しているか、あるいはほぼ静止している場合には、加速度センサ３７が検出する加速度には重力加速度のみが含まれるので、上記静的補正処理によって重力方向を正確に算出することができる。一方、入力装置８がプレイヤによって動かされている場合には、重力加速度だけでなく、入力装置８の運動に起因する加速度が加速度センサ３７によって検出される。例えば、加速度センサ３７が検出する加速度には、遠心力等の慣性力による加速度が含まれる。そのため、入力装置８が動いている場合には、加速度センサ３７の出力をそのまま用いても重力方向を正確に判断することができず、上記静的補正処理によって重力方向を正確に算出することができないおそれがある。また、入力装置８が動いている場合には上記静的補正処理を実行しないようにする方法も考えられる。しかし、この方法では、例えば上記カヌーのゲームの場合のように、プレイヤが入力装置８を絶えず動かしてゲーム操作を行うことが想定される場合には、上記静的補正処理が実行される機会が無く、重力方向の補正処理が実行されないことになる。その結果、入力装置８の姿勢を正確に算出することができない。以上のように、静的補正処理のみでは、入力装置８が動いている場合に対応することができない可能性がある。そこで、本実施形態では、入力装置８が動いている場合にも重力方向の補正処理を行うことを可能にするべく、静的補正処理に加えて、動的補正処理を行うものとする。以下、動的補正処理について図１０〜図１２を用いて説明する。
Note that when the
図１０は、入力装置８に関する重力ベクトル、検出加速度ベクトル、および運動加速度ベクトルを示す図である。図１０に示す運動加速度ベクトルＶＡは、入力装置８の運動加速度を表すベクトルである。ここで「運動加速度」とは、入力装置８の運動により入力装置８に加えられる加速度のことであり、入力装置８が回転運動を行っている場合に生じる遠心力による加速度や、入力装置８が速度変化を伴って運動している場合に生じる慣性力による加速度を含む。運動加速度ベクトルＶＡは、加速度センサ３７が検出した加速度から、重力加速度を除いた加速度のベクトルとして算出される。すなわち、運動加速度ベクトルＶＡは、上記検出加速度ベクトルＶａから上記重力ベクトルＶｇを引いたベクトルである。このように、運動加速度ベクトルＶＡは、重力ベクトルＶｇから決まるベクトルである。重力ベクトルＶｇは角速度に基づく第１の姿勢から算出されるものであるので、運動加速度ベクトルＶＡについては重力ベクトルＶｇと同様に、ジャイロセンサ５５および５６の誤検出等の原因で実際の値に比べて誤差が生じるおそれがある。
FIG. 10 is a diagram illustrating a gravity vector, a detected acceleration vector, and a motion acceleration vector related to the
図１１は、入力装置８に関する角速度ベクトルおよび運動加速度ベクトルを示す図である。図１１に示す角速度ベクトルＶωは、ジャイロセンサ５５および５６が検出する角速度で入力装置８が回転するときの回転軸を表し、ジャイロセンサ５５および５６の検出結果から得ることができる。ここで、入力装置８が特定の運動を行う場合には、ジャイロセンサ５５および５６が検出する角速度と運動加速度との間には所定の関係が成立する。ここで、本実施形態のようにプレイヤがパドルで水を掻くように入力装置８を動かす場合には、入力装置８は所定位置を中心とした回転運動を行うと考えられる。入力装置８を動かす運動は、プレイヤの肘、肩等の関節を中心とした回転運動であることが多いので、回転運動と見なすことができる（常に回転運動を行うとは限らないが、少なくとも一部の期間では回転運動を行う）。詳細は後述するが、入力装置８が例えば等角速度で回転運動を行う場合には、角速度に対応する回転軸（角速度ベクトルＶω）と、入力装置８の運動加速度とが直交する関係が成立する。したがって、図１１においては、運動加速度は、ベクトルＶＡ’のように、角速度ベクトルＶωと垂直になるべきであるとの推定が成り立つ。例えば、入力装置８が、コントローラ座標系のＹ軸正方向が鉛直上向きとなる姿勢で、Ｙ軸方向に平行な軸を回転軸として、Ｘ軸負方向に向かって回転移動する回転運動を行っている（図１０〜図１２に示す矢印参照）ものとすれば、運動加速度は、ベクトルＶＡ’のようにＹ軸方向に垂直な向きになると推定される。
FIG. 11 is a diagram showing an angular velocity vector and a motion acceleration vector related to the
動的補正処理では、ゲーム装置３は、上記の推定を用いて重力ベクトルＶｇを補正する。図１２は、動的補正処理における重力ベクトルの補正を示す図である。図１２に示すように、ゲーム装置３は、入力装置８の現在の角速度（図１１に示す角速度ベクトルＶω）に対して上記関係を満たす運動加速度（ベクトルＶＡ’）へと運動加速度ベクトルＶＡを近づける方向へ重力ベクトルＶｇを補正する。換言すれば、動的補正処理では、加速度センサ３７の検出結果である検出加速度ベクトルＶａから算出される運動加速度（ベクトルＶＡ）を、ジャイロセンサ５５および５６の検出結果である角速度ベクトルＶωから決められる運動加速度（ベクトルＶＡ’）へと近づけるように、重力ベクトルＶｇが補正される。
In the dynamic correction process, the
以上のように、動的補正処理では、入力装置８が特定の運動（ここでは、等角速度の回転運動）を行うものとして、当該運動を行う場合における角速度と運動加速度との関係（ここでは、「運動加速度ベクトルＶＡが角速度ベクトルＶωと垂直になる」という関係）を予め定義しておく。そして、運動加速度ベクトルＶＡが当該関係を満たすように、運動加速度ベクトルＶＡの算出元である重力ベクトルＶｇを補正する。これによって、入力装置８が動かされている場合であっても、加速度センサ３７が検出した加速度を用いて重力方向を補正することができる。
As described above, in the dynamic correction process, it is assumed that the
次に、長期平均補正処理について説明する。上述のように、加速度センサ３７によって検出される加速度には、重力加速度と運動加速度が含まれる。ここで、入力装置８が静止状態から移動を始め、移動を終えて再び静止するまでの期間において、運動加速度の総和は“０”になると考えられる。したがって、ある程度の長い期間において検出加速度の総和を計算すれば、その期間中における運動加速度は相殺されて“０”になる結果、総和としては重力加速度の成分のみが残される。静止状態から静止状態までの間の期間でなくとも、ある程度の長期間の総和であれば、運動加速度の大部分は相殺されているので、相殺されなかった部分についての影響を無視することができる。そのため、上記期間における検出加速度の平均は、重力加速度を表すことになる。以上より、本実施形態では、ゲーム装置３は、検出加速度ベクトルの長期平均（ここでは、約８秒間の平均）のベクトルを算出し、算出されたベクトルを重力方向を表すものとして用いて補正を行う。すなわち、ゲーム装置３は、上記重力ベクトルＶｇを、算出されたベクトルの方向へと近づける補正を行う。この補正は、入力装置８が静止しているか動いているかにかかわらず常に行うことが可能である。
Next, the long-term average correction process will be described. As described above, the acceleration detected by the
本実施形態では、ゲーム装置３は、上記静的補正処理、動的補正処理、および長期平均補正処理という３つの補正処理によって補正された重力ベクトルＶｇを用いて入力装置８の第１の姿勢を補正する。すなわち、第１の姿勢を、上記３つの補正処理によって補正された重力ベクトルＶｇに対応する姿勢（第２の姿勢）へと近づける補正を行う。本実施形態によれば、入力装置８が静止している場合には静的補正処理によって、入力装置８が動いている場合には動的補正処理によって、それぞれ重力ベクトルが補正され、補正された重力ベクトルを用いて第１の姿勢が補正される。したがって、入力装置８が静止している場合でも動かされている場合でも、入力装置８の第１の姿勢を補正することができ、入力装置８の姿勢を正確に算出することができる。本実施形態では、入力装置８が動かされている場合でも姿勢を補正することができるので、プレイヤが入力装置８を常に動かすような操作が想定される場合に特に有効である。さらに、本実施形態では、ゲーム装置３は、入力装置８の運動状態に依らず常に行うことが可能な長期平均補正処理を実行するので、上記静的補正処理が適切に行えない場合であっても、第１の姿勢を確実にある程度補正することができる。また、上記動的補正処理が適切に行えない場合であっても、第１の姿勢を確実にある程度補正することができる。それゆえ、上記静的補正処理と動的補正処理のいずれも適切に行うことができない場合であっても、長期平均補正処理を行うことである程度補正をすることができる。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態においては、加速度センサ３７が検出した加速度を用いた補正処理の後、撮像素子４０によって撮像される画像（撮像画像）を用いた補正処理が実行される。撮像画像を用いた補正処理では、ゲーム装置３は、まず撮像画像に基づいて入力装置８の姿勢を算出する。すなわち、撮像画像内におけるマーカの画像の位置（マーカ座標）から入力装置８の姿勢を算出する。以下では、撮像画像に基づいて算出される入力装置８の姿勢を、「第３の姿勢」と呼ぶ。次に、ゲーム装置３は、上記角速度に基づく第１の姿勢を、撮像画像から算出された第３の姿勢へと近づける補正を行う。また、本実施形態においては、ゲーム装置３は、加速度に基づく補正処理を先に行い、撮像画像に基づく補正処理を後に行うこととするが、他の実施形態においては、加速度に基づく補正処理と撮像画像に基づく補正処理とのいずれを先に行うようにしてもよい。
In the present embodiment, after the correction process using the acceleration detected by the
以上のように、本実施形態によれば、ジャイロセンサ５５および５６によって検知された角速度から算出される入力装置８の第１の姿勢を、加速度センサ３７によって検知された加速度を用いて補正し、また、撮像手段による撮像画像を用いて補正する。これによって、ジャイロセンサから算出される姿勢の誤差を減少することができ、入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。
As described above, according to the present embodiment, the first posture of the
なお、加速度センサ３７の検出結果からは、重力方向を軸とした回転（ヨー方向の回転）を検知することはできないので、加速度に基づく補正処理では、ヨー方向に関しては補正を行うことができない。しかし、加速度に基づく補正処理は、入力装置８の姿勢がどのような姿勢であっても（常に加速度を検出することができるので）可能であるという特長を有する。一方、入力装置８の撮像方向にマーカ部６がなければマーカ座標が検出されないので、撮像画像に基づく補正処理は、入力装置８の姿勢によっては行うことができない。しかし、撮像画像に基づく補正処理は、姿勢（特にロール方向の姿勢）を正確に算出することができるという特長を有する。本実施形態においては、このように特長の異なる２種類の補正を行うことによって、入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。
In addition, from the detection result of the
なお、他の実施形態においては、ゲーム装置３は、撮像画像を用いた補正処理を実行しなくてもよい。この場合、入力装置８は、撮像情報演算部３５を備えていない構成であってもよい。
In other embodiments, the
［ゲーム装置３における処理の詳細］
次に、ゲーム装置３において実行される処理の詳細について説明する。まず、ゲーム装置３における処理において用いられる主なデータについて図１３を用いて説明する。図１３は、ゲーム装置３のメインメモリ（外部メインメモリ１２または内部メインメモリ１１ｅ）に記憶される主なデータを示す図である。図１３に示すように、ゲーム装置３のメインメモリには、ゲームプログラム６０、操作データ６２、およびゲーム処理用データ６７が記憶される。なお、メインメモリには、図１３に示すデータの他、ゲームに登場する各種オブジェクトの画像データや、オブジェクトの各種パラメータを示すデータ等、ゲーム処理に必要なデータが記憶される。
[Details of processing in game device 3]
Next, details of processing executed in the
ゲームプログラム６０は、ゲーム装置３に電源が投入された後の適宜のタイミングで光ディスク４からその一部または全部が読み込まれてメインメモリに記憶される。ゲームプログラム６０には、姿勢算出プログラム６１が含まれる。姿勢算出プログラム６１は、入力装置８の姿勢を算出するための姿勢算出処理を実行するためのプログラムである。
A part or all of the
操作データ６２は、コントローラ５からゲーム装置３へ送信されてくる操作データである。上述したように、コントローラ５からゲーム装置３へ１／２００秒に１回の割合で操作データが送信されるので、メインメモリに記憶される操作データ６２はこの割合で更新される。
The
操作データ６２には、角速度データ６３、加速度データ６４、マーカ座標データ６５、および操作ボタンデータ６６が含まれる。角速度データ６３は、ジャイロセンサユニット７のジャイロセンサ５５および５６によって検出された角速度を示すデータである。ここでは、角速度データ６３は、図３に示すＸＹＺ座標系の３軸回りのそれぞれの角速度を示す。３軸周りの角速度（時計回り）のそれぞれの大きさを３次元のベクトルとして表すと、角速度データ６３は、回転面に垂直な方向を向き（より具体的には、右ネジを角速度の方向へ回転させた場合における右ネジの進行方向を向き）、その大きさが角速度ωの大きさを表す角速度ベクトルＶωを示す。なお、本実施形態では、入力装置８の角加速度を算出するために、最後に取得された操作データの前に取得された操作データに含まれる角速度データが角速度履歴データとしてメインメモリに記憶される。
The
加速度データ６４は、加速度センサ３７によって検出された加速度（検出加速度ベクトル）を示すデータである。ここでは、加速度データ６４は、図３に示すＸＹＺの３軸の方向に関する加速度を各成分とする３次元の加速度ベクトルを示す。また、本実施形態においては、コントローラ５が静止している状態で加速度センサ３７が検出する加速度ベクトルの大きさを“１”とする。つまり、加速度センサ３７によって検出される重力加速度の大きさは“１”である。
The
マーカ座標データ６５は、撮像情報演算部３５の画像処理回路４１によって算出される座標、すなわち上記マーカ座標を示すデータである。マーカ座標は、撮像画像に対応する平面上の位置を表すための２次元座標系（図１７に示すｘ’ｙ’座標系）で表現される。なお、撮像素子４０によって２つのマーカ６Ｒおよび６Ｌが撮像される場合には、２つのマーカ座標が算出される。一方、撮像素子４０の撮像可能な範囲内にマーカ６Ｒおよび６Ｌのいずれか一方が位置しない場合には、撮像素子４０によって１つのマーカのみが撮像され、１つのマーカ座標のみが算出される。また、撮像素子４０の撮像可能な範囲内にマーカ６Ｒおよび６Ｌの両方が位置しない場合には、撮像素子４０によってマーカが撮像されず、マーカ座標は算出されない。したがって、マーカ座標データ６５は、２つのマーカ座標を示す場合もあるし、１つのマーカ座標を示す場合もあるし、マーカ座標がないことを示す場合もある。
The marker coordinate
操作ボタンデータ６６は、各操作ボタン３２ａ〜３２ｉに対する入力状態を示すデータである。
The
ゲーム処理用データ６７は、後述するゲーム処理（図１４）において用いられるデータである。ゲーム処理用データ６７は、第１姿勢データ６８、重力方向データ６９、加速度大きさデータ７０、加加速度データ７１、第１補正度データ７２、第２補正度データ７３、運動加速度データ７４、重力補正ベクトルデータ７５、補正行列データ７６、加速度履歴データ７７、ブロック平均データ７８、全平均データ７９、ロール姿勢成分データ８０、ヨー姿勢成分データ８１、ピッチ姿勢成分データ８２、および第３姿勢データ８３を含む。なお、図１３に示すデータの他、ゲーム処理用データ６７は、ゲーム処理において用いられる各種データ（ゲームパラメータを示すデータ等）を含む。
The
第１姿勢データ６８は、角速度データ６３を用いて算出される入力装置８の上記第１の姿勢を示すデータである。本実施形態では、入力装置８の姿勢は、以下の式（１）に示す３×３の行列Ｍ１で表現される。
重力方向データ６９は、入力装置８から見た重力方向、すなわち、上記重力ベクトルＶｇを示すデータである。重力ベクトルＶｇは、上記コントローラ座標系（ＸＹＺ座標系）における方向を表す単位ベクトルである。
The
加速度大きさデータ７０は、加速度データ６４により示される検出加速度ベクトルＶａの大きさ（長さ）Ｌを示すデータである。
The
加加速度データ７１は、入力装置８の加速度の単位時間あたりの変化量（加加速度）Ｊを示すデータである。本実施形態では、加加速度は、最後に算出された運動加速度ベクトルと、その前に算出された運動加速度ベクトルとの差として算出される。加加速度は３次元のベクトルとして算出可能であるが、本実施形態では加加速度の大きさのみを用いるので、加加速度データ７１は、加加速度の大きさを示すスカラー量を示す。加加速度データ７１は、後述する第１補正度Ａおよび第２補正度Ｂを算出するために用いられる。
The
第１補正度データ７２は、静的補正処理によって上記重力ベクトルＶｇを補正する度合（第１補正度Ａ）を示すデータである。また、第２補正度データ７３は、動的補正処理によって上記重力ベクトルＶｇを補正する度合（第２補正度Ｂ）を示す。詳細は後述するが、各補正度の値が大きいほど補正量は大きくなる。
The first
運動加速度データ７４は、上記運動加速度ベクトルＶＡを示すデータである。運動加速度ベクトルＶＡは、重力ベクトルＶｇと同様、上記コントローラ座標系（ＸＹＺ座標系）における方向を表すベクトルである。運動加速度ベクトルＶＡは、上記加速度データ６４および重力方向データ６９に基づいて算出される。
The
重力補正ベクトルデータ７５は、上記動的補正処理において重力ベクトルを補正するために用いられる重力補正ベクトルΔＶｇを示すデータである。詳細は後述するが、動的補正処理による補正後の重力ベクトルは、補正前の重力ベクトルに重力補正ベクトルΔＶｇを加算した方向を向く。
The gravity
補正行列データ７６は、補正行列Ｍａを示すデータである。補正行列Ｍａは、加速度に基づく補正処理において、入力装置８の第１の姿勢を補正するために用いられる回転行列である。つまり、上記補正処理においては、上記第１姿勢行列Ｍ１に補正行列Ｍａを掛けることで第１の姿勢が補正される。
The
加速度履歴データ７７は、加速度データ６４の履歴を示すデータである。本実施形態では、新しいものから順に最大４０個の検出加速度ベクトルを示すデータが加速度履歴データ７７としてメインメモリに記憶される（図２２参照）。なお、上述した長期平均補正処理においては検出加速度ベクトルの所定期間（ここでは約８秒間）の平均を算出する。詳細は後述するが、本実施形態では、ＣＰＵ１０は所定期間内の複数の検出加速度ベクトルをブロックにまとめて管理する。そのため、ゲーム装置３は、所定期間内の複数の検出加速度ベクトルをすべて履歴として保存（記憶）する必要はなく、最大４０個（約０．２秒間分）の検出加速度ベクトルを保存する。
The
ブロック平均データ７８は、検出加速度ベクトルの１ブロック分の平均のベクトル（ブロック平均ベクトル）を示すデータである。ここで、本実施形態では、上記所定期間における検出加速度ベクトルの平均を算出する処理に必要な計算量およびメモリ領域を低減するべく、ＣＰＵ１０は、所定期間内の複数の検出加速度ベクトルをブロックにまとめて管理する。具体的には、ＣＰＵ１０は、４０個の検出加速度ベクトルを１つのブロックとしてまとめて管理する。ブロック平均ベクトルは、１つのブロックに含まれる４０個の検出加速度ベクトルの平均である。本実施形態では、１／２００秒で１つの検出加速度ベクトルが取得されるので、ブロック平均ベクトルは、０．２秒間の検出加速度ベクトルの平均である。また、本実施形態では、約８秒間の検出加速度ベクトルの平均を算出するべく、４０個（０．２秒×４０＝８秒となるため）のブロックの平均をメインメモリに記憶しておく。つまり、ブロック平均データ７８は、４０個のブロックに関する各ブロック平均ベクトルを示す（図２２参照）。
The block
全平均データ７９は、上記所定期間内の検出加速度ベクトルの平均のベクトル（全平均ベクトル）を示すデータである。本実施形態では、全平均ベクトルは、ブロック平均データ７８により示される４０個のブロック平均ベクトルの平均として算出される。長期平均補正処理においては、上記全平均ベクトルによって決まる重力方向に基づいて、第１の姿勢に対応する重力方向が補正される。
The total
ロール姿勢成分データ８０は、撮像画像から算出される入力装置８の第３の姿勢に含まれる姿勢成分のうち、ロール方向に関する姿勢成分（ロール姿勢成分）Ｍ３ｒを示すデータである。また、ヨー姿勢成分データ８１は、上記第３の姿勢に含まれる姿勢成分のうち、ヨー方向に関する姿勢成分（ヨー姿勢成分）Ｍ３ｙを示すデータであり、ピッチ姿勢成分データ８２は、上記第３の姿勢に含まれる姿勢成分のうち、ピッチ方向に関する姿勢成分（ピッチ姿勢成分）Ｍ３ｐを示すデータである。なお、ここで言うロール方向、ヨー方向、およびピッチ方向とは、入力装置８の撮像方向（Ｚ軸正方向）を基準とした場合の回転方向である。本実施形態においては、各姿勢成分Ｍ３ｒ、Ｍ３ｙ、およびＭ３ｐは、第１姿勢データ６８により示される姿勢と同様、３×３の行列で表現される。
The roll
第３姿勢データ８３は、上記第３の姿勢を示すデータである。本実施形態では、第３の姿勢は、第１の姿勢と同様、３×３の行列Ｍ３で表現される。後述するステップＳ６の補正処理では、上記行列Ｍ３が第１姿勢行列Ｍ１を補正するために用いられる。以下では、第３の姿勢を表す行列Ｍ３を「第３姿勢行列Ｍ３」と呼ぶ。本実施形態では、入力装置８から操作データとしてマーカ座標データが送信されてくるので、第３姿勢行列Ｍ３は、マーカ座標データ６５に基づいて算出される。具体的には、第３姿勢行列Ｍ３は、上記各姿勢成分Ｍ３ｒ、Ｍ３ｙ、およびＭ３ｐを合成することによって得られる。
The
次に、ゲーム装置３において行われる処理の詳細を、図１４〜図１７を用いて説明する。図１４は、ゲーム装置３において実行される処理の流れを示すメインフローチャートである。ゲーム装置３の電源が投入されると、ゲーム装置３のＣＰＵ１０は、図示しないブートＲＯＭに記憶されている起動プログラムを実行し、これによってメインメモリ等の各ユニットが初期化される。そして、光ディスク４に記憶されたゲームプログラムがメインメモリに読み込まれ、ＣＰＵ１０によって当該ゲームプログラムの実行が開始される。図１４に示すフローチャートは、以上の処理が完了した後に行われる処理を示すフローチャートである。
Next, details of processing performed in the
まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ１０は、ゲームに関する初期化処理を実行する。この初期化処理においては、ゲーム処理に用いられる各種パラメータの値が初期化されたり、仮想のゲーム空間が構築されたり、プレイヤオブジェクトや他のオブジェクトがゲーム空間の初期位置に配置されたりする。以上のステップＳ１の次にステップＳ２の処理が実行される。
First, in step S1, the
ステップＳ２において、ＣＰＵ１０は初期姿勢設定処理を実行する。具体的には、プレイヤが所定の操作（例えば、Ａボタン３２ｄを押下する操作）を行ったことに応じて、入力装置８の初期姿勢として所定の値が設定される。ここでは、基準となる姿勢は、Ｚ軸が鉛直方向と平行となり、かつ、入力装置８の撮像方向がマーカ部６の中央（マーカ６Ｒおよび６Ｌの中央）を向く姿勢としているので、プレイヤは、初期姿勢が上記基準となる姿勢となるように入力装置８を把持した状態で、上記所定の操作を行うことが望ましいが、入力装置が静止状態に近く、かつマーカ部を撮像可能であれば、初期姿勢を算出することが可能である。ＣＰＵ１０は、所定の操作が行われると、上記初期姿勢を表す行列を示すデータを第１姿勢データ６８としてメインメモリに記憶する。この時点での重力ベクトルである、空間座標系における重力方向（０，−１，０）を、コントローラ座標系で表したベクトル（−Ｘｙ，−Ｙｙ，−Ｚｙ）を示すデータを、重力方向データ６９としてメインメモリに記憶する。以上のステップＳ２の後、ステップＳ３〜Ｓ８の処理ループが、ゲームが実行される間繰り返し実行される。なお、１回の当該処理ループは、１フレーム時間（例えば１／６０秒）に１回の割合で実行される。
In step S2, the
なお、本実施形態では、初期姿勢設定処理（ステップＳ２）は、ゲーム開始前（ステップＳ３〜Ｓ８の処理ループが実行される前）に１回実行されるのみであるとしたが、他の実施形態においては、ゲーム中における任意のタイミングで初期姿勢設定処理が実行されるようにしてもよい。すなわち、ＣＰＵ１０は、ゲーム中においてプレイヤが上記所定の操作を行ったことに応じて初期姿勢設定処理を実行するようにしてもよい。
In this embodiment, the initial posture setting process (step S2) is executed only once before the game starts (before the processing loop of steps S3 to S8 is executed). In the embodiment, the initial posture setting process may be executed at an arbitrary timing during the game. That is, the
ステップＳ３において、ＣＰＵ１０は操作データを取得する。すなわち、コントローラ５から送信されてくる操作データが無線コントローラモジュール１９を介して受信される。そして、受信された操作データに含まれる角速度データ、加速度データ、マーカ座標データ、操作ボタンデータがそれぞれメインメモリに記憶される。ステップＳ３の次にステップＳ４の処理が実行される。
In step S3, the
ステップＳ４において、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３に基づいて入力装置８の第１の姿勢（第１姿勢行列Ｍ１）を算出する。第１の姿勢を角速度から算出する方法はどのような方法であってもよいが、本実施形態においては、第１の姿勢は、前回の入力装置８の第１の姿勢（前回のステップＳ３〜Ｓ８の処理ループにおいて算出された姿勢）と、今回の角速度（今回の処理ループにおいて取得された角速度）とを用いて算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３および第１姿勢データ６８を読み出し、第１姿勢データ６８により示される前回の姿勢と角速度データ６３により示される今回の角速度とを取得する。そして、前回の姿勢を今回の角速度で単位時間分だけ回転させた姿勢を、新たな第１の姿勢とする。ステップＳ４で算出された姿勢（３×３の行列）を示すデータが、第１姿勢データ６８としてメインメモリに新たに記憶される。上記ステップＳ４の次にステップＳ５の処理が実行される。
In step S4, the
ステップＳ５において、ＣＰＵ１０は加速度に基づく補正処理を実行する。加速度に基づく補正処理は、加速度データを用いて入力装置８の第１の姿勢を補正する処理である。以下、図１５を参照して、加速度に基づく補正処理の詳細を説明する。
In step S5, the
図１５は、図１４に示す加速度に基づく補正処理（ステップＳ５）の流れを示すフローチャートである。加速度に基づく補正処理においては、まずステップＳ１１において、ＣＰＵ１０は重力ベクトルＶｇを算出する。重力ベクトルＶｇは、前回のステップＳ３〜Ｓ８の処理ループで算出された重力ベクトルと、今回のステップＳ３〜Ｓ８の処理ループで取得された角速度とに基づいて算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３および重力方向データ６９を読み出し、角速度データ６３により示される今回の角速度と重力方向データ６９により示される前回の重力ベクトルとを取得する。そして、前回の重力ベクトルを、今回の角速度の回転方向とは逆方向に単位時間分だけ回転させることによって新たな重力ベクトルＶｇを算出する。新たに算出された重力ベクトルＶｇを示すデータが、新たな重力方向データ６９としてメインメモリに記憶される。以上のステップＳ１１の次にステップＳ１２の処理が実行される。
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of the correction process (step S5) based on the acceleration shown in FIG. In the correction process based on acceleration, first, in step S11, the
なお、本実施形態では、入力装置８の姿勢は上記空間座標系で表現されるのに対して、重力ベクトルは上記コントローラ座標系で表現されるので、空間座標系における入力装置８の姿勢が変化することによって空間座標系における重力ベクトルの方向が変化してしまう。つまり、今回の処理ループにおける上記ステップＳ４において新たな姿勢が算出されて姿勢が変化すると、姿勢の変化に応じて（実際には変化していない）重力ベクトルも変化してしまう。上記ステップＳ１１の処理は、重力ベクトルを正しく表すために、入力装置８の姿勢の変化による重力ベクトルの変化をキャンセルするための処理である。
In the present embodiment, the orientation of the
ステップＳ１２においては、ＣＰＵ１０は、静的補正処理を実行する。入力装置８が主に静止している（または静止状態に近い）場合に入力装置８の第１の姿勢を補正する補正処理である。以下、図１６を参照して、静的補正処理の詳細を説明する。
In step S12, the
図１６は、図１５に示す静的補正処理（ステップＳ１２）の流れを示すフローチャートである。静的補正処理においては、まずステップＳ２１において、ＣＰＵ１０は、加速度センサ３７によって検出された加速度の大きさＬを算出する。すなわち、メインメモリに記憶されている加速度データ６４を読み出し、当該加速度データ６４により示される検出加速度ベクトルＶａについて大きさＬを算出する。算出された大きさＬを示すデータは加速度大きさデータ７０としてメインメモリに記憶される。ステップＳ２１の次にステップＳ２２の処理が実行される。
FIG. 16 is a flowchart showing the flow of the static correction process (step S12) shown in FIG. In the static correction process, first, in step S21, the
ステップＳ２２において、ＣＰＵ１０は、静的補正処理において入力装置８の姿勢を補正する度合を示す上記第１補正度Ａを算出する。第１補正度Ａは、ステップＳ２１で算出された検出加速度ベクトルＶａの大きさＬに基づいて算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている加速度大きさデータ７０を読み出す。そして、当該加速度大きさデータ７０により示される大きさＬを用いて、次の式（２）に従って第１補正度Ａを算出する。
０≦｜Ｌ−１｜≦Ｒのとき、Ａ＝１−（｜Ｌ−１｜／Ｒ）
Ｒ＜｜Ｌ−１｜のとき、Ａ＝０ …（２）
上式（２）において、定数Ｒは、予め定められており、例えばＲ＝０．４に設定される。上式（２）は、検出加速度ベクトルＶａの大きさＬが重力加速度の大きさ（＝１）に近いほど大きくなるように、第１補正度Ａを算出する式である。つまり、上式（２）によって、検出加速度ベクトルＶａの大きさＬが重力加速度の大きさに近いほど、重力ベクトルの補正量が大きくなる。なお、他の実施形態においては、上記大きさＬが１に近いほど大きい重みが付されるように、上式（２）で算出されるＡをさらに２乗した値を第１補正度として用いてもよい。上式（２）で算出された第１補正度Ａを示すデータは、第１補正度データ７２としてメインメモリに記憶される。なお、ステップＳ２２で算出された第１補正度Ａは、最終的な値ではない演算中の値であって、以降のステップＳ２３〜Ｓ２６で値が修正されることによって、最終的な第１補正度Ａの値が得られる。ステップＳ２２の次にステップＳ２３の処理が実行される。
In step S <b> 22, the
When 0 ≦ | L−1 | ≦ R, A = 1− (| L−1 | / R)
When R <| L-1 |, A = 0 (2)
In the above equation (2), the constant R is predetermined, and is set to R = 0.4, for example. The above equation (2) is an equation for calculating the first correction degree A so that the magnitude L of the detected acceleration vector Va becomes larger as it approaches the magnitude of gravity acceleration (= 1). That is, according to the above equation (2), the correction amount of the gravity vector becomes larger as the magnitude L of the detected acceleration vector Va is closer to the magnitude of gravity acceleration. In another embodiment, a value obtained by further squaring A calculated by the above equation (2) is used as the first correction degree so that the weight is increased as the size L is closer to 1. May be. Data indicating the first correction degree A calculated by the above equation (2) is stored in the main memory as the first
ここで、入力装置８が動かされている状態では、重力加速度以外に、入力装置８が動かされることによって生じる慣性による加速度が加速度センサ３７によって検出される。そのため、入力装置８が動かされている状態では、検出加速度ベクトルＶａの大きさＬが“１”とは異なる値となり、入力装置８が激しく動かされている場合ほど上記差が大きくなる傾向がある。また、入力装置８が激しく動かされている場合には、検出加速度ベクトルＶａに重力加速度以外の成分（上記慣性による加速度の成分）が多く含まれているので、検出加速度ベクトルＶａは、重力方向を示す値としては信頼できないものと推測される。つまり、上記差が大きいほど、検出加速度ベクトルＶａは信頼できないものと考えられる。
Here, in a state where the
そこで、本実施形態では、上記ステップＳ２２により、検出加速度ベクトルＶａの大きさＬが重力加速度の大きさ（＝１）に近いほど、重力ベクトルの補正量が大きくなるようにしている。また、検出加速度ベクトルの大きさＬと重力加速度の大きさとの差が所定の基準（所定値Ｒ）よりも小さい場合にのみ補正が行われるようにしている。これによれば、検出加速度ベクトルＶａが信頼できる場合ほど重力ベクトルが検出加速度ベクトルＶａに近い値となり、また、検出加速度ベクトルＶａの値が信頼できない場合には補正が行われない。このように、本実施形態によれば、検出加速度ベクトルＶａの信頼度に応じて補正量が決まるので、重力ベクトルＶｇの補正量を当該信頼度に応じて適切に決定することができる。これによって、ゲーム装置３は、重力方向を正確に算出することができ、入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。
Therefore, in the present embodiment, the correction amount of the gravity vector is increased as the magnitude L of the detected acceleration vector Va is closer to the magnitude of gravity acceleration (= 1) in step S22. Further, the correction is performed only when the difference between the magnitude L of the detected acceleration vector and the magnitude of the gravitational acceleration is smaller than a predetermined reference (predetermined value R). According to this, as the detected acceleration vector Va is reliable, the gravity vector becomes closer to the detected acceleration vector Va, and when the detected acceleration vector Va is unreliable, no correction is performed. Thus, according to this embodiment, since the correction amount is determined according to the reliability of the detected acceleration vector Va, the correction amount of the gravity vector Vg can be appropriately determined according to the reliability. Thereby, the
ステップＳ２３において、ＣＰＵ１０は、入力装置８の角速度に応じて第１補正度Ａの値を修正する。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３および第１補正度データ７２を読み出し、角速度データ６３により示される角速度と第１補正度データ７２により示される第１補正度Ａとを取得する。そして、上記角速度を用いて、次の式（３）に従って修正後の第１補正度Ａを算出する。
０≦｜ω｜≦Ｔ１のとき、Ａ＝Ａ’×｛１−（ω／Ｔ１）｝
Ｔ１＜｜ω｜のとき、Ａ＝０ …（３）
上式（３）において、定数Ｔ１は、予め定められており、例えば、Ｔ１＝６０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］に設定される。また、変数ωは、角速度の大きさ、すなわち、角速度ベクトルＶωの大きさである。上式（３）は、角速度が大きいほど第１補正度Ａが小さくなるように、第１補正度Ａを修正するものである。つまり、上式（３）によって、角速度が大きいほど、重力ベクトルの補正量が小さくなる。なお、他の実施形態においては、角速度が小さいほど大きい重みが付されるように、上式（３）における“｛１−（ω／Ｔ１）｝”を、“｛１−（ω／Ｔ１）｝２”としてもよい。上式（３）で修正された第１補正度Ａを示すデータは、第１補正度データ７２としてメインメモリに記憶される。ステップＳ２３の次にステップＳ２４の処理が実行される。
In step S <b> 23, the
When 0 ≦ | ω | ≦ T1, A = A ′ × {1− (ω / T1)}
When T1 <| ω |, A = 0 (3)
In the above equation (3), the constant T1 is determined in advance, and is set to T1 = 60 [deg / sec], for example. The variable ω is the magnitude of the angular velocity, that is, the magnitude of the angular velocity vector Vω. The above equation (3) is for correcting the first correction degree A so that the first correction degree A decreases as the angular velocity increases. That is, according to the above equation (3), the greater the angular velocity, the smaller the gravity vector correction amount. In another embodiment, “{1- (ω / T1)}” in the above equation (3) is replaced with “{1- (ω / T1)” so that a greater weight is applied as the angular velocity is smaller. } 2 ". Data indicating the first correction degree A corrected by the above equation (3) is stored in the main memory as the first
ここで、入力装置８の角速度が大きい場合とは、入力装置８が激しく動かされている場合であると推測され、この場合、検出加速度ベクトルＶａの値は、重力方向を示す値としては信頼できないものと推測される。逆に、角速度が小さい場合とは、入力装置８があまり動かされていない場合であると推測され、検出加速度ベクトルＶａの値は信頼できると推測される。したがって、上記ステップＳ２３によって、上記ステップＳ２２と同様、検出加速度ベクトルＶａが信頼できる場合（角速度が小さい場合）ほど、第１補正度Ａの値が大きくなるように設定することができる。その結果、上記ステップＳ２２の場合と同様、検出加速度ベクトルＶａの信頼度に応じて補正量を適切に決定することができるので、重力方向および入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。
Here, the case where the angular velocity of the
また、上記ステップＳ２２では、入力装置８が動かされている度合（検出加速度ベクトルＶａの信頼度）を、入力装置８の加速度に基づいて判断しているのに対して、上記ステップＳ２３では、入力装置８の角速度に基づいて判断している。このように、ステップＳ２２とは異なる変数で上記信頼度を判断するので、ステップＳ２２で上記信頼度を正しく判断できない場合（例えば、入力装置８を動かしている場合において、検出加速度ベクトルＶａの大きさが重力加速度の大きさと偶然等しくなる場合）でも、ステップＳ２３によって上記信頼度を正しく判断することができる。
In step S22, the degree to which the
ステップＳ２４において、ＣＰＵ１０は、上記運動加速度ベクトルＶＡを算出する。上述のように、運動加速度ベクトルＶＡは、検出加速度ベクトルＶａおよび重力ベクトルＶｇに基づいて算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている加速度データ６４および重力方向データ６９を読み出し、加速度データ６４により示される検出加速度ベクトルＶａから、重力方向データ６９により示される重力ベクトルＶｇを引くことによって、運動加速度ベクトルＶＡを算出する。算出された運動加速度ベクトルＶＡを示すデータは、運動加速度データ７４としてメインメモリに記憶される。なお、本実施形態では、入力装置８の加加速度を算出するために、前回の処理ループで算出された運動加速度ベクトルＶＡを示すデータは、運動加速度履歴データとしてメインメモリに記憶される。ステップＳ２４の次にステップＳ２５の処理が実行される。
In step S24, the
ステップＳ２５において、ＣＰＵ１０は、入力装置８の加加速度Ｊを算出する。加加速度Ｊは、今回の処理ループで算出された運動加速度ベクトルと、前回の処理ループで算出された運動加速度ベクトルとの差分として算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている運動加速度データ７４および上記運動加速度履歴データを読み出し、運動加速度データ７４により示される運動加速度ベクトルから、運動加速度履歴データにより示される運動加速度ベクトルを引いたベクトルの大きさを加加速度（の大きさ）Ｊとして算出する。算出された加加速度を示すデータは、加加速度データ７１としてメインメモリに記憶される。なお、他の実施形態においては、ＣＰＵ１０は、運動加速度ベクトルに代えて、加速度センサ３７が検出した加速度ベクトルから加加速度を算出するようにしてもよい。すなわち、今回のステップＳ３−Ｓ８の処理ループにおいて取得された検出加速度ベクトルから、前回のステップＳ３−Ｓ８の処理ループにおいて取得された検出加速度ベクトルを引いたベクトルの大きさを加加速度（の大きさ）Ｊとして算出してもよい。ステップＳ２５の次にステップＳ２６の処理が実行される。
In step S <b> 25, the
ステップＳ２６において、ＣＰＵ１０は、入力装置８の加加速度Ｊに応じて第１補正度Ａの値を修正する。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている加加速度データ７１および第１補正度データ７２を読み出し、加加速度データ７１により示される加加速度Ｊと第１補正度データ７２により示される第１補正度Ａとを取得する。そして、上記加加速度Ｊを用いて、次の式（４）に従って修正後の第１補正度Ａを算出する。
０≦Ｊ≦Ｕ１のとき、Ａ＝Ａ’×｛１−（Ｊ／Ｕ１）｝×Ｃ１
Ｕ１＜Ｊのとき、Ａ＝０ …（４）
上式（４）において、定数Ｕ１は、予め定められており、例えば、Ｕ１＝４０［Ｇ／ｓｅｃ］に設定される。また、定数Ｃ１は、補正量を調整するために適宜設定され、例えば、Ｃ１＝０．０３に設定される。上式（４）は、加加速度Ｊが大きいほど第１補正度Ａが小さくなるように、第１補正度Ａを修正するものである。つまり、上式（４）によって、加加速度Ｊが大きいほど、重力ベクトルの補正量が小さくなる。なお、他の実施形態においては、加加速度Ｊが小さいほど大きい重みが付されるように、上式（４）における“｛１−（Ｊ／Ｕ１）｝”を、“｛１−（Ｊ／Ｕ１）｝２”としてもよい。上式（４）で修正された第１補正度Ａを示すデータは、第１補正度データ７２としてメインメモリに記憶される。上記ステップＳ２６によって、最終的な第１補正度Ａが算出されたことになる。ステップＳ２６の次にステップＳ２７の処理が実行される。
In step S <b> 26, the
When 0 ≦ J ≦ U1, A = A ′ × {1- (J / U1)} × C1
When U1 <J, A = 0 (4)
In the above equation (4), the constant U1 is predetermined, and is set to U1 = 40 [G / sec], for example. The constant C1 is set as appropriate to adjust the correction amount, and is set to C1 = 0.03, for example. The above equation (4) corrects the first correction degree A so that the first correction degree A decreases as the jerk J increases. That is, according to the above equation (4), the greater the jerk J, the smaller the gravity vector correction amount. In other embodiments, “{1- (J / U1)}” in the above equation (4) is replaced with “{1- (J / U1)} 2 ". Data indicating the first correction degree A corrected by the above equation (4) is stored in the main memory as the first
ここで、入力装置８の加加速度Ｊが大きい場合とは、入力装置８が激しく動かされている場合であると推測され、上述したように、検出加速度ベクトルＶａの値が信頼できないものと推測される。逆に、上記加加速度Ｊが小さい場合とは、入力装置８があまり動かされていない場合であると推測され、検出加速度ベクトルＶａの値が信頼できるものと推測される。したがって、上記ステップＳ２６によって、上記ステップＳ２２およびＳ２３と同様、検出加速度ベクトルＶａが信頼できる場合（加加速度Ｊが小さい場合）ほど、第１補正度Ａの値を大きく設定することができる。その結果、上記ステップＳ２２の場合と同様、検出加速度ベクトルＶａの信頼度に応じて補正量を適切に決定することができるので、重力方向および入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。
Here, the case where the jerk J of the
また、上記ステップＳ２６では、入力装置８が動かされている度合（検出加速度ベクトルＶａの信頼度）を、上記ステップＳ２２およびＳ２３とは異なる変数である加加速度Ｊを用いて判断している。そのため、ステップＳ２２およびＳ２３で上記信頼度を正しく判断できずに第１補正度Ａが大きい値のままになる場合（例えば、入力装置８が回転せずに平行移動している場合で、検出加速度ベクトルＶａの大きさが重力加速度の大きさと偶然等しくなる場合）であっても、ステップＳ２６の処理によって第１補正度Ａを小さく変更することができるので、上記信頼度を正しく判断することができる。
In step S26, the degree to which the
以上のように、本実施形態においては、ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２６によって、検出加速度ベクトルＶａの信頼度を、入力装置８の状態を表す３つの異なる変数を用いて判断している。これによって、検出加速度ベクトルＶａの信頼度をより正確に判断することができ、信頼度に応じて補正量を適切に決定することができる。そのため、ゲーム装置３は、重力方向および入力装置８の姿勢をより正確に算出することができる。なお、他の実施形態においては、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２６の全ての処理を実行する必要はなく、Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２６の処理のうち１つまたは２つの処理のみを実行するようにしてもよい。
As described above, in this embodiment, the reliability of the detected acceleration vector Va is determined using steps S22, S23, and S26 using three different variables that represent the state of the
また、上記ステップＳ２２，Ｓ２３，またはＳ２６の結果、第１補正度Ａが“０”となった場合、ＣＰＵ１０は、それ以降の処理をスキップして、静的補正処理を終了するようにしてもよい。上記の場合、実質的には重力ベクトルの補正が行われないので、それ以降の処理を省略することにより、処理を短縮することができるからである。
When the first correction degree A is “0” as a result of step S22, S23, or S26, the
ステップＳ２７において、ＣＰＵ１０は、検出加速度ベクトルＶａに近づけるように重力ベクトルＶｇを補正する（図９参照）。本実施形態では、補正前の重力ベクトルＶｇを、上記第１補正度Ａの大きさに応じた割合で検出加速度ベクトルＶａに近づけることによって、補正後の重力ベクトルＶｇ’が算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている加速度データ６４、重力方向データ６９、および第１補正度データ７２を読み出し、加速度データ６４により示される検出加速度ベクトルＶａと、重力方向データ６９により示される（補正前の）重力ベクトルＶｇと、第１補正度データ７２により示される第１補正度データＡとを取得する。そして、補正前の重力ベクトルＶｇと検出加速度ベクトルＶａとのなす角度をθ１［ｄｅｇ］とすると、検出加速度ベクトルＶａの方向へ“Ａ・θ１［ｄｅｇ］”だけ補正前の重力ベクトルＶｇを回転させることによって、補正後の重力ベクトルＶｇ’を算出する。算出された重力ベクトルＶｇ’を示すデータは、新たな重力方向データ６９としてメインメモリに記憶される。なお、補正後の重力ベクトルＶｇ’の算出方法はどのような方法であってもよい。例えば、他の実施形態においては、補正前の重力ベクトルＶｇの終点から検出加速度ベクトルＶａの終点までを結ぶ線分をＡ：（１−Ａ）に内分する点を終点とするベクトルを算出し、算出されたベクトルを正規化することによって、補正後の重力ベクトルＶｇ’を得るようにしてもよい。以上のステップＳ２１〜Ｓ２７によって、静的補正処理において重力ベクトルが補正されたこととなる。上記ステップＳ２７の後、ＣＰＵ１０は静的補正処理を終了する。
In step S27, the
図１５の説明に戻り、ステップＳ１２の次のステップＳ１３において、ＣＰＵ１０は、動的補正処理を実行する。動的補正処理は、入力装置８が主に動いている場合に入力装置８の姿勢を補正する補正処理である。
Returning to the description of FIG. 15, in step S <b> 13 subsequent to step S <b> 12, the
上述のように、動的補正処理においては、ＣＰＵ１０は、入力装置８が等角速度で回転運動を行うものと推定し、等角速度の回転運動を行う場合における角速度と運動加速度との関係を用いて、重力ベクトルＶｇを補正する。ここで、回転運動を行う入力装置８の運動加速度ベクトルは、一般的に、次の式（５）によって表される。
ＶＡ＝（−Ｖω２［Ｉ］＋ＶωＶωＴ）Ｖｒ …（６）
上式（６）において、行列［Ｉ］は３×３の単位行列であり、行列ＶωＴはベクトルＶωを１×３の行列であるとみなした場合における行列Ｖωの転置行列である。上式（６）の両辺それぞれに対してベクトルＶωとの内積を算出する演算を行うと、右辺が“０”となるので、下記の式（７）が成り立つ。
Ｖω・ＶＡ＝０ …（７）
上式（７）は、角速度ベクトルＶωと運動加速度ベクトルＶＡとが直交することを表している。つまり、入力装置８が等角速度の回転運動を行う場合、角速度ベクトルＶωと運動加速度ベクトルＶＡとは直交する関係が成り立つ。なお、以下では、入力装置８が回転運動を行う場合において運動加速度ベクトルと直交するベクトルを、「直交ベクトル」と呼ぶことがある。本実施形態では、角速度ベクトルＶωが直交ベクトルである。
As described above, in the dynamic correction process, the
VA = (− Vω 2 [I] + VωVω T ) Vr (6)
In the above formula (6), the matrix [I] is a unit matrix of 3 × 3 matrix Vomega T is the transpose of the matrix Vomega in a case where regarded as a matrix of 1 × 3 vector Vomega. When an operation for calculating the inner product with the vector Vω is performed on both sides of the above equation (6), the right side becomes “0”, and the following equation (7) is established.
Vω · VA = 0 (7)
The above equation (7) represents that the angular velocity vector Vω and the motion acceleration vector VA are orthogonal to each other. That is, when the
上記関係を用いることによって、重力ベクトルＶｇを補正することができる。すなわち、運動加速度ベクトルＶＡは重力ベクトルＶｇから算出される（上記ステップＳ２４参照）ので、ジャイロセンサ５５および５６が検出した角速度ベクトルＶωに対して運動加速度ベクトルＶＡが上式（７）を満たすように、重力ベクトルＶｇを補正すればよい。なお、本実施形態における動的補正処理では、入力装置８が正確に等角速度の回転運動を行っていない場合もあり得ることや、補正によって重力ベクトルＶｇが急激に変化することを防止すること等を考慮して、上記関係を満たす重力ベクトルを１回の補正処理で得るのではなく、１回の補正処理では、上記関係を満たす重力ベクトルへと近づける補正を行う。すなわち、運動加速度ベクトルＶＡが角速度ベクトルＶωに対して垂直に近づくように、重力ベクトルＶｇを補正する。
By using the above relationship, the gravity vector Vg can be corrected. That is, since the motion acceleration vector VA is calculated from the gravity vector Vg (see step S24), the motion acceleration vector VA satisfies the above equation (7) with respect to the angular velocity vector Vω detected by the
補正前の重力ベクトルＶｇを、上記関係を満たす重力ベクトルへと近づけるためには、直交ベクトルＷと運動加速度ベクトルＶＡとの内積が小さくなるように重力ベクトルＶｇを補正すればよい。すなわち、関数φ＝Ｖω・ＶＡ＝Ｖω・（Ｖａ−Ｖｇ）を、｜Ｖｇ｜２＝１の条件下で最小にする重力ベクトルＶｇを得ればよい。このような重力ベクトルＶｇを得る方法はどのような方法であってもよいが、本実施形態における動的補正処理では、重力補正ベクトルΔＶｇを用いた方法によって処理を行う。重力補正ベクトルΔＶｇは、予め定められた長さであり、その方向へ重力ベクトルＶｇを回転させるベクトルである。ＣＰＵ１０は、重力補正ベクトルΔＶｇの方向、すなわち、重力ベクトルＶｇをどの向きへ回転させるかを決定する。つまり、本実施形態では、重力ベクトルＶｇを所定角度だけ（重力補正ベクトルΔＶｇの長さだけ）回転させたときに、回転後の重力ベクトルから算出される運動加速度ベクトルが、上記関係を満たす運動加速度へ最も近づく方向へ、重力ベクトルＶｇを回転させる補正を行う。
In order to bring the gravity vector Vg before correction closer to the gravity vector satisfying the above relationship, the gravity vector Vg may be corrected so that the inner product of the orthogonal vector W and the motion acceleration vector VA becomes small. That is, it is only necessary to obtain the gravity vector Vg that minimizes the function φ = Vω · VA = Vω · (Va−Vg) under the condition of | Vg | 2 = 1. Any method may be used to obtain the gravity vector Vg. In the dynamic correction process according to the present embodiment, the process is performed by a method using the gravity correction vector ΔVg. The gravity correction vector ΔVg has a predetermined length, and is a vector that rotates the gravity vector Vg in that direction. The
以下、図１７を参照して、動的補正処理の詳細を説明する。図１７は、図１５に示す動的補正処理（ステップＳ１３）の流れを示すフローチャートである。動的補正処理においては、まずステップＳ３１において、ＣＰＵ１０は、重力ベクトルＶｇを補正するために用いられる上記重力補正ベクトルΔＶｇを算出する。重力補正ベクトルΔＶｇは、角速度ベクトルＶωおよび運動加速度ベクトルＶＡに基づいて算出される。以下、図１８を参照して、重力補正ベクトルΔＶｇの算出方法について説明する。
Hereinafter, details of the dynamic correction processing will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart showing the flow of the dynamic correction process (step S13) shown in FIG. In the dynamic correction process, first, in step S31, the
図１８および図１９は、動的補正処理における重力補正ベクトルΔＶｇの算出方法を示す図である。図１８においては、運動加速度ベクトルＶＡと角速度ベクトルＶωとのなす角θ２は鋭角である。当該角θ２が鋭角である場合、上記の関係を満たすべく、運動加速度ベクトルＶＡを角速度ベクトルＶωを直交させる（直交状態に近づける）ためには、運動加速度ベクトルＶＡを角速度ベクトルＶωの逆方向へ回転させる（角速度ベクトルＶωから遠ざける）ように補正すればよい。つまり、運動加速度ベクトルＶＡの終端を角速度ベクトルＶωの逆方向（ベクトルＶ１の方向）へ回転させればよい。したがって、重力ベクトルＶｇについては、その終端を角速度ベクトルＶωの同方向へ回転させればよい。以上より、重力補正ベクトルΔＶｇは、角速度ベクトルＶωと同じ方向を向くベクトル−Ｖ１を重力ベクトルＶｇと垂直な平面Ｐに投影したベクトルとして算出することができる。一方、図１９に示すように、運動加速度ベクトルＶＡと角速度ベクトルＶωとのなす角θ２が鈍角である場合は、角θ２が鋭角である場合とは逆に、運動加速度ベクトルＶＡの終端を角速度ベクトルＶωと同方向へ回転させればよい。したがって、重力補正ベクトルΔＶｇは、角速度ベクトルＶωの逆方向を向くベクトル−Ｖ１を上記平面Ｐに投影したベクトルとして算出することができる。 18 and 19 are diagrams illustrating a method of calculating the gravity correction vector ΔVg in the dynamic correction process. In FIG. 18, the angle θ2 formed by the motion acceleration vector VA and the angular velocity vector Vω is an acute angle. When the angle θ2 is an acute angle, the motion acceleration vector VA is rotated in the opposite direction of the angular velocity vector Vω in order to make the motion acceleration vector VA orthogonal to the angular velocity vector Vω so as to satisfy the above relationship. It suffices to correct it so that it is moved away from the angular velocity vector Vω. That is, the end of the motion acceleration vector VA may be rotated in the direction opposite to the angular velocity vector Vω (the direction of the vector V1). Therefore, the end of the gravity vector Vg may be rotated in the same direction as the angular velocity vector Vω. As described above, the gravity correction vector ΔVg can be calculated as a vector obtained by projecting the vector −V1 facing the same direction as the angular velocity vector Vω onto the plane P perpendicular to the gravity vector Vg. On the other hand, as shown in FIG. 19, when the angle θ2 formed by the motion acceleration vector VA and the angular velocity vector Vω is an obtuse angle, contrary to the case where the angle θ2 is an acute angle, the end of the motion acceleration vector VA is defined as the angular velocity vector. What is necessary is just to rotate in the same direction as Vω. Therefore, the gravity correction vector ΔVg can be calculated as a vector obtained by projecting the vector −V1 facing the opposite direction of the angular velocity vector Vω onto the plane P.
上記ステップＳ３１の具体的な処理としては、ＣＰＵ１０は、まず、角速度ベクトルＶωおよび運動加速度ベクトルＶＡに基づいて上記ベクトルＶ１を算出する。ベクトルＶ１は、運動加速度ベクトルＶＡと角速度ベクトルＶωとのなす角が鋭角である場合に角速度ベクトルＶωと逆方向を向き、当該角が鋭角である場合に角速度ベクトルＶωと同方向を向く。すなわち、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３および運動加速度データ７４を読み出し、角速度データ６３により示される角速度ベクトルＶωと運動加速度データ７４により示される運動加速度ベクトルＶＡとを取得する。そして、角速度ベクトルＶωおよび運動加速度ベクトルＶＡを用いて、次の式（８）に従ってベクトルＶ１を算出する。
Ｖ１＝（Ｖω・ＶＡ）Ｖω …（８）
さらに、ＣＰＵ１０は、上式（８）で算出されたベクトルＶ１を上記平面Ｐ（図１８参照）に投影したベクトルを得るべく、次の式（９）に従って重力補正ベクトルΔＶｇを算出する。
ΔＶｇ＝Ｖ１−（Ｖｇ・Ｖ１）Ｖｇ …（９）
上式（９）は、上記Ｖ１から重力ベクトルＶｇと平行な成分を除いたベクトルを算出するものである。ＣＰＵ１０は、さらに、上式（９）で得られた重力補正ベクトルΔＶｇを正規化した後、予め定められた定数を掛ける。この定数は、補正量を表すものであり、例えば０．０３に設定される。これによって、所定の長さの重力補正ベクトルΔＶｇを得ることができる。以上によって算出された重力補正ベクトルΔＶｇを示すデータは、重力補正ベクトルデータ７５としてメインメモリに記憶される。ステップＳ３１の次にステップＳ３２の処理が実行される。
As specific processing of step S31, the
V1 = (Vω · VA) Vω (8)
Further, the
ΔVg = V1− (Vg · V1) Vg (9)
The above equation (9) is to calculate a vector obtained by removing the component parallel to the gravity vector Vg from V1. The
なお、本実施形態においては、角速度ベクトルＶωの方向に基づいて上記重力補正ベクトルΔＶｇの方向を決定した。ここで、他の実施形態においては、ＣＰＵ１０は、上式（７）の関係を満たす重力ベクトルを算出し、算出された重力ベクトルへ補正前の重力ベクトルを近づける方向として、上記重力補正ベクトルΔＶｇの方向を決定してもよい。
In the present embodiment, the direction of the gravity correction vector ΔVg is determined based on the direction of the angular velocity vector Vω. Here, in another embodiment, the
ステップＳ３２において、ＣＰＵ１０は、動的補正処理において入力装置８の姿勢を補正する度合を示す上記第２補正度Ｂを算出する。第２補正度Ｂは、入力装置８の角速度に応じた大きさになるように算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３を読み出す。そして、角速度データ６３により示される角速度を用いて、次の式（１０）に従って第２補正度Ｂを算出する。
０≦｜ω｜≦Ｔ２のとき、Ｂ＝ω／Ｔ２
Ｔ２＜｜ω｜のとき、Ｂ＝１ …（１０）
上式（１０）において、定数Ｔ２は、予め定められており、例えば、Ｔ２＝１０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］に設定される。上式（１０）は、角速度ωの大きさ（角速度ベクトルＶωの大きさ）が小さいほど第２補正度Ｂが小さくなるように、第２補正度Ｂを算出するものである。つまり、上式（１０）によって、角速度ωが小さくほど、重力ベクトルの補正量が小さくなる。なお、他の実施形態においては、角速度ωが大きいほど大きい重みが付されるように、上式（１０）における“ω／Ｔ２”を、“（ω／Ｔ２）２”としてもよい。上式（１０）で算出された第２補正度Ｂを示すデータは、第２補正度データ７３としてメインメモリに記憶される。ステップＳ３２の次にステップＳ３３の処理が実行される。
In step S <b> 32, the
When 0 ≦ | ω | ≦ T2, B = ω / T2
When T2 <| ω |, B = 1 (10)
In the above equation (10), the constant T2 is determined in advance, and is set to T2 = 10 [deg / sec], for example. The above equation (10) calculates the second correction degree B so that the second correction degree B decreases as the magnitude of the angular velocity ω (the magnitude of the angular velocity vector Vω) decreases. That is, according to the above equation (10), the smaller the angular velocity ω, the smaller the gravity vector correction amount. In another embodiment, “ω / T2” in the above equation (10) may be set to “(ω / T2) 2 ” so that the greater the angular velocity ω, the greater the weight. Data indicating the second correction degree B calculated by the above equation (10) is stored in the main memory as the second
ここで、入力装置８の角速度が小さい場合、入力装置８が回転運動を行っていない可能性が高いと推測される。動的補正処理における補正は、入力装置８が（等角速度の）回転運動を行っていることを前提として行われるが、入力装置８の角速度が小さい場合には、この前提が成り立たない可能性が高いと考えられる。そのため、本実施形態では、入力装置８の角速度が小さい場合には、動的補正処理における補正が正確でないおそれがあることを考慮して、補正量を小さくしている。これによれば、入力装置８が回転運動を行っていないことから補正を正しく行うことができない場合に、動的補正処理によって不正確な補正が行われることを防止することができる。その結果、動的補正処理において重力ベクトルの補正を正しく行うことができる。
Here, when the angular velocity of the
ステップＳ３３において、ＣＰＵ１０は、入力装置８の加加速度Ｊに応じて第２補正度Ｂの値を修正する。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている加加速度データ７１および第２補正度データ７３を読み出し、加加速度データ７１により示される加加速度Ｊと第２補正度データ７３により示される第２補正度Ｂとを取得する。そして、上記加加速度Ｊを用いて、次の式（１１）に従って修正後の第２補正度Ｂを算出する。
０≦Ｊ≦Ｕ２のとき、Ｂ＝Ｂ’×｛１−（Ｊ／Ｕ１）｝
Ｕ２＜Ｊのとき、Ｂ＝０ …（１１）
上式（１１）において、定数Ｕ２は、予め定められており、例えば、Ｕ２＝４０［Ｇ／ｓｅｃ］に設定される。上式（１１）は、加加速度Ｊが大きいほど第２補正度Ｂが小さくなるように、第２補正度Ｂを修正するものである。つまり、上式（１１）によって、加加速度Ｊが大きいほど、重力ベクトルの補正量が小さくなる。なお、他の実施形態においては、加加速度Ｊが小さいほど大きい重みが付されるように、上式（１１）における“｛１−（Ｊ／Ｕ２）｝”を、“｛１−（Ｊ／Ｕ２）｝２”としてもよい。上式（１１）で修正された第２補正度Ｂを示すデータは、第２補正度データ７３としてメインメモリに記憶される。上記ステップＳ３３によって、最終的な第２補正度Ｂが算出されたことになる。ステップＳ３３の次にステップＳ３４の処理が実行される。
In step S <b> 33, the
When 0 ≦ J ≦ U2, B = B ′ × {1- (J / U1)}
When U2 <J, B = 0 (11)
In the above equation (11), the constant U2 is predetermined, and is set to U2 = 40 [G / sec], for example. The above equation (11) corrects the second correction degree B so that the second correction degree B decreases as the jerk J increases. That is, according to the above equation (11), the greater the jerk J, the smaller the gravity vector correction amount. In another embodiment, “{1- (J / U2)}” in the above equation (11) is replaced with “{1- (J / U2)} 2 ". Data indicating the second correction degree B corrected by the above equation (11) is stored in the main memory as second
ここで、入力装置８の加加速度Ｊが大きくなるのは、入力装置８を動かし始めた時点、（動かしている状態から）停止させた時点、または入力装置８を往復移動させている場合における折り返しの時点等である。このような時点では、入力装置８は回転運動を行っていないと推測される。したがって、入力装置８の角速度が小さい場合と同様、入力装置８の加加速度Ｊが大きくなる場合には、「入力装置８が（等角速度の）回転運動を行っている」という前提が成り立たない可能性が高いと考えられ、この場合には動的補正処理における補正が不正確になるおそれがある。そのため、本実施形態では、入力装置８の加加速度Ｊが大きい場合には、動的補正処理における補正が正確でないおそれがあることを考慮して、補正量を小さくしている。これによれば、上記ステップＳ３２の場合と同様、動的補正処理によって不正確な補正が行われることを防止することができる。その結果、動的補正処理において重力ベクトルの補正を正しく行うことができる。
Here, the jerk J of the
また、上記ステップＳ３３では、入力装置８が回転運動を行っているか否かを、上記ステップＳ３２とは異なる変数である加加速度Ｊを用いて判断している。そのため、入力装置８が回転運動を行っているか否かをステップＳ３２では正しく判断できずに第２補正度Ｂが大きい値のままになる場合であっても、ステップＳ２６の処理によって第１補正度Ａを小さく変更することができるので、上記信頼度を正しく判断することができる。
In step S33, it is determined whether or not the
ステップＳ３４において、ＣＰＵ１０は、重力ベクトルＶｇを重力補正ベクトルΔＶｇで補正する。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている重力方向データ６９および重力補正ベクトルデータ７５を読み出し、重力方向データ６９により示される重力ベクトルＶｇに、重力補正ベクトルデータ７５により示される重力補正ベクトルΔＶｇを加算する。さらに、加算結果のベクトルを正規化することによって、補正後の重力ベクトルＶｇを算出する。補正後の重力ベクトルＶｇを示すデータは、重力方向データ６９としてメインメモリに記憶される。これによって、動的補正処理において重力ベクトルＶｇの補正が行われたこととなる。上記ステップＳ３４の後、ＣＰＵ１０は動的補正処理を終了する。
In step S34, the
上記動的補正処理によれば、ＣＰＵ１０は、入力装置８が等角速度の回転運動を行うものとして、「運動加速度ベクトルＶＡが角速度ベクトルＶωと垂直になる」という関係（上式（７））を予め定義しておく。そして、補正前の重力ベクトルＶｇを、上記関係を満たす重力ベクトルに近づける補正を行う。これによれば、ゲーム装置３は、入力装置８が動いている場合であっても重力ベクトルを補正することができ、重力方向および入力装置８の姿勢を正確に算出することができる。
According to the dynamic correction process described above, the
また、本実施形態におけるカヌーのゲームでは、プレイヤはパドルで水を掻くように入力装置８を動かすので、入力装置８が回転運動を行う期間があると想定される。その一方、入力装置８の振り始めや振り終わりの期間や、入力装置８が正確に回転運動を行っておらずに往復運動に近い運動を行っている期間があるおそれがある。そのため、本実施形態では、入力装置８の角速度および加加速度を用いて、入力装置８が回転運動を行っているか否かを判断し、回転運動を行っている可能性が高い場合には動的補正処理における補正量を大きくし、回転運動を行っている可能性が低い場合には補正量を小さくしている（ステップＳ３２およびＳ３３）。したがって、本実施形態によれば、入力装置８が回転運動を行う期間には重力方向が正しく補正される一方、振り始めや振り終わりの期間や、往復運動を行っている期間には補正が行われないので、不正確な補正が行われることがなく、重力方向を正確に算出することができる。
In the canoe game according to the present embodiment, the player moves the
［動的補正処理の変形例］
なお、上記実施形態においては、入力装置８が等角速度で回転運動を行うものと推定して、運動加速度と角速度との関係（上式（７））を定義した。ここで、他の実施形態においては、入力装置８が、等角速度でない場合も含む回転運動を行うものと推定して、運動加速度と角速度との関係を定義することも可能である。以下、入力装置８が（等角速度でない場合も含む）回転運動を行うものと推定する場合の変形例について説明する。
[Modified example of dynamic correction processing]
In the above embodiment, the relationship between the motion acceleration and the angular velocity (formula (7)) is defined on the assumption that the
まず、入力装置８が等角速度でない回転運動を行う場合における、運動加速度と角速度との関係について説明する。入力装置８が等角速度でない回転運動を行う場合においても、上式（５）は成り立つ。この場合、式（５）の右辺の第１項が“０”とならないので、右辺の第１項を削除せずに式（５）を整理すると、次の式（１２）が得られる。
Ｗ・ＶＡ＝０ …（１５）
上式（１５）は、角速度ベクトルＶωとベクトルＷとが直交することを表している。つまり、入力装置８が回転運動を行う場合、運動加速度ベクトルＶＡとベクトルＷとは直交する関係が成り立ち、ベクトルＷが上記直交ベクトルとなる。本変形例では、ＣＰＵ１０は、上式（７）に代えて、上式（１５）で表される関係に基づいて、重力ベクトルを補正する。
First, the relationship between motion acceleration and angular velocity when the
W · VA = 0 (15)
The above equation (15) represents that the angular velocity vector Vω and the vector W are orthogonal. That is, when the
以下、図２０を参照して、上記変形例における動的補正処理の詳細について説明する。図２０は、図１５に示す動的補正処理（ステップＳ１３）の変形例を示すフローチャートである。なお、図２０において、図１７と同じ処理ステップには図１７と同じステップ番号を付す。 Hereinafter, with reference to FIG. 20, the detail of the dynamic correction process in the said modification is demonstrated. FIG. 20 is a flowchart showing a modification of the dynamic correction process (step S13) shown in FIG. In FIG. 20, the same processing steps as those in FIG. 17 are denoted by the same step numbers as in FIG.
本変形例における動的補正処理においては、まずステップＳ４１において、ＣＰＵ１０は入力装置８の角加速度ベクトルを算出する。角加速度ベクトルは、例えば、今回の処理ループで算出された角速度ベクトルＶωと、前回の処理ループで算出された角速度ベクトルＶωとの差分のベクトルとして算出される。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３および角速度履歴データを読み出し、角速度データ６３により示される角速度ベクトルから、角速度履歴データにより示される角速度ベクトルを引いたベクトルを角加速度ベクトルとして算出する。算出された角加速度ベクトルを示すデータはメインメモリに記憶される。ステップＳ４１の次にステップＳ４２の処理が実行される。
In the dynamic correction process in the present modification, first, in step S41, the
ステップＳ４２において、ＣＰＵ１０は上記直交ベクトルＷを算出する。直交ベクトルＷは、上式（１４）に従って、角速度ベクトルＶωと角加速度ベクトルとから算出することができる。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３および角加速度ベクトルを示すデータを読み出し、角速度データ６３により示される角速度ベクトルと当該角加速度ベクトルを用いて、上式（１４）に従って直交ベクトルＷを算出する。算出された直交ベクトルＷを示すデータは、直交ベクトルデータとしてメインメモリに記憶される。ステップＳ４２の次にステップＳ４３の処理が実行される。
In step S42, the
ステップＳ４３において、ＣＰＵ１０は重力補正ベクトルΔＶｇを算出する。重力補正ベクトルΔＶｇは、上記ステップＳ３１では角速度ベクトルＶωと運動加速度ベクトルＶＡとに基づいて算出されたが、本変形例では上記直交ベクトルＷと運動加速度ベクトルＶＡとに基づいて算出される。なお、ステップＳ４３における重力補正ベクトルΔＶｇの具体的な算出方法は、角速度ベクトルＶωに代えて直交ベクトルＷを用いる点を除いてステップＳ３１と同様の方法である。
In step S43, the
本変形例では、ステップＳ４３の次に、上記実施形態と同様のステップＳ３２〜Ｓ３４の処理が実行される。その結果、重力補正ベクトルΔＶｇによって重力ベクトルＶｇが補正される。本変形例によれば、等角速度でない回転運動にも対応した角速度ベクトルＶωと運動加速度ベクトルＶＡと関係を用いて重力ベクトルＶｇの補正を行うので、入力装置８が等角速度でない回転運動を行う場合にも重力ベクトルＶｇを正しく補正することができる。したがって、ＣＰＵ１０は、上記実施形態に比べてより正確に重力方向を算出することができ、入力装置８をより正確に算出することができる。
In the present modification, the processes of steps S32 to S34 similar to those in the above embodiment are executed after step S43. As a result, the gravity vector Vg is corrected by the gravity correction vector ΔVg. According to the present modification, the gravity vector Vg is corrected using the relationship between the angular velocity vector Vω and the motion acceleration vector VA corresponding to a rotational motion that is not a uniform angular velocity, and therefore the
図１５の説明に戻り、ステップＳ１３の次のステップＳ１４において、ＣＰＵ１０は、長期平均補正処理を実行する。長期平均補正処理は、比較的長い期間における検出加速度ベクトルの平均（全平均ベクトル）を用いて、重力ベクトルＶｇを補正する処理である。以下、図２１および図２２を参照して、長期平均補正処理の詳細を説明する。
Returning to the description of FIG. 15, in step S14 following step S13, the
図２１は、図１５に示す長期平均補正処理（ステップＳ１４）の流れを示すフローチャートである。長期平均補正処理においては、まずステップＳ５１において、ＣＰＵ１０は、最新の加速度データを加速度履歴データ７７に追加する。すなわち、ＣＰＵ１０は、加速度データ６４と加速度履歴データ７７とをメインメモリから読み出し、加速度履歴データ７７の内容に、読み出した加速度データ６４を追加する。加速度データ６４の内容が追加された新たな加速度履歴データが、メインメモリに記憶される。つまり、ステップＳ５１の処理によって、メインメモリに記憶される加速度履歴データ７７は、更新前の内容に上記加速度データ６４を追加した内容へと更新される。ステップＳ５１の次にステップＳ５２の処理が実行される。
FIG. 21 is a flowchart showing the flow of the long-term average correction process (step S14) shown in FIG. In the long-term average correction process, first, in
ステップＳ５２において、ＣＰＵ１０は、加速度履歴データ７７をメインメモリから読み出し、加速度履歴データ７７により示される１以上の検出加速度ベクトルの平均を算出する。本実施形態では、加速度履歴データ７７により示される１以上の検出加速度ベクトルが、最新のブロックに含まれる検出加速度ベクトルに相当する（図２２参照）。つまり、ステップＳ５２の処理は、最新のブロックに関して、検出加速度ベクトルのブロック内の平均（ブロック平均ベクトル）を算出する処理である。ステップＳ５２の次にステップＳ５３の処理が実行される。
In step S <b> 52, the
ステップＳ５３において、ＣＰＵ１０は、最新のブロックに関して、ブロック内に含まれる検出加速度ベクトルの数が、予め定められた所定数（本実施形態では４０）に達したか否かを判定する。すなわち、ＣＰＵ１０は、加速度履歴データ７７をメインメモリから読み出し、加速度履歴データ７７により示される検出加速度ベクトルの数が上記所定数に達したか否かを判定する。ステップＳ５３の判定結果が肯定である場合、ステップＳ５４の処理が実行される。一方、ステップＳ５３の判定結果が否定である場合、ステップＳ５４の処理がスキップされ、後述するステップＳ５５の処理が実行される。
In step S <b> 53, the
ステップＳ５４において、ＣＰＵ１０は各ブロックを更新する。すなわち、ＣＰＵ１０は、４０個のブロックのうちで最も古いブロックを削除し、新たなブロックを最新のブロックとして追加する。具体的には、ＣＰＵ１０は、４０個のブロックそれぞれのブロック平均ベクトルを示すブロック平均データ７８をメインメモリから読み出し、４０個のブロックのうちで最も古いブロックを削除した内容へとブロック平均データ７８を更新する。また、ＣＰＵ１０は、加速度履歴データ７７の内容をクリアする。この時点で加速度履歴データ７７は検出加速度ベクトルを示さないこととなるが、次回のステップＳ５１において新たな検出加速度ベクトルが追加される。ステップＳ５４の次にステップＳ５５の処理が実行される。
In step S54, the
図２２は、長期平均補正処理において用いられる加速度履歴データおよびブロック平均データを模式的に示す図である。図２２において、横軸は時間（ｔ）軸であり、時間軸の上に記載される長方形は、ブロック平均データ７８により示される各ブロック平均ベクトルＶａｖを表す。また、ブロック平均データ７８の長方形の上に記載される正方形は、加速度履歴データ７７により示される検出加速度ベクトルＶａを表す。
FIG. 22 is a diagram schematically showing acceleration history data and block average data used in the long-term average correction processing. In FIG. 22, the horizontal axis is a time (t) axis, and the rectangle described on the time axis represents each block average vector Vav indicated by the block
図２２に示すように、加速度履歴データ７７により示される１以上の検出加速度ベクトルＶａ（１）〜Ｖａ（ｎ）（ｎは１≦ｎ≦４０の整数）は、最新のブロックに含まれる検出加速度ベクトルに相当する。上記ステップＳ５１において最新の加速度データが加速度履歴データ７７に追加されると、図２２に示す検出加速度ベクトルＶａ（１）〜Ｖａ（ｎ）の数が１つ増加することになる。そして、上記ステップＳ５２において最新のブロックのブロック平均ベクトルＶａｖ（４０）が算出される。したがって、最新のブロックのブロック平均ベクトルＶａｖ（４０）は、必ずしも４０個の検出加速度ベクトルＶａの平均ではない。また、ステップＳ５３において検出加速度ベクトルＶａ（１）〜Ｖａ（ｎ）の数が４０個に達したと判断されると、ステップＳ５４において、各ブロックが更新される。すなわち、最も古いブロックのブロック平均ベクトルＶａｖ（１）が削除される。そして、次の処理ループにおいて実行されるステップＳ５１およびＳ５２において、新たなブロックのブロック平均ベクトルが算出される。
As shown in FIG. 22, one or more detected acceleration vectors Va (1) to Va (n) (n is an integer satisfying 1 ≦ n ≦ 40) indicated by the
図２１の説明に戻り、ステップＳ５５において、ＣＰＵ１０は、各ブロック平均ベクトルＶａｖおよび加速度履歴データ７７に含まれる各加速度ベクトルを、ジャイロセンサ５５および５６によって検出された角速度に応じて回転させる。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている角速度データ６３、加速度履歴データ７７、およびブロック平均データ７８を読み出す。そして、各ブロック平均ベクトルＶａｖおよび加速度履歴データ７７に含まれる各加速度ベクトルを、角速度の回転方向とは逆方向に角速度の大きさだけ回転するように補正する。ＣＰＵ１０は、補正後の各ブロック平均ベクトルＶａｖを示すデータを、ブロック平均データ７８としてメインメモリに記憶し、補正後の加速度履歴データ７７に含まれる各加速度ベクトルによって加速度履歴データ７７も更新する。ここで、各ブロック平均ベクトルＶａｖおよび各加速度ベクトルが示すベクトルは、入力装置８を基準として（ＸＹＺ座標系によって）表される。そのため、当該ベクトルを空間に対して固定とする（空間における方向が変化しないようにする）ためには、入力装置８が回転した分だけベクトルの方向を元に戻す（入力装置８の回転方向とは逆に回転させる）必要がある。このように、ステップＳ５５の処理は、各ブロック平均ベクトルＶａｖおよび各加速度ベクトルが示すベクトルの方向を、現在の姿勢に応じた正しい方向へと補正するための処理である。ステップＳ５５の次にステップＳ５６の処理が実行される。
Returning to the description of FIG. 21, in step S55, the
なお、本実施形態では、所定期間（約８秒）内の複数の検出加速度ベクトルをブロックにまとめて管理するので、上記ステップＳ５５においては、ＣＰＵ１０は、ベクトルを回転させる計算処理をブロックの数（４０個）だけ実行すればよい。これに対して、同数の検出加速度ベクトルをブロックで管理しない（そのまま記憶する）場合には、ＣＰＵ１０は、（１つのブロックにつき４０個の検出加速度ベクトルが含まれるので）約１６００個の検出加速度ベクトルのそれぞれに対してベクトルを回転させる計算処理を実行しなければならない。このように、本実施形態では、検出加速度ベクトルをブロックにまとめて管理することによって、ステップＳ５５の計算処理の負担を軽減することができる。なお、他の実施形態において、ブロックの個数やブロック内の加速度ベクトルの個数は別の個数であってもよいし、特に計算処理の負担を軽減する必要がない場合には、全ての検出加速度ベクトルの平均を算出するようにしてもよい。
In the present embodiment, since a plurality of detected acceleration vectors within a predetermined period (about 8 seconds) are managed in blocks, in step S55, the
ステップＳ５６において、ＣＰＵ１０は、各ブロック平均ベクトルＶａｖの平均である全平均ベクトルＶａｌｌを算出する。すなわち、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されているブロック平均データ７８を読み出す。ブロック平均データ７８により示される各ブロック平均ベクトルＶａｖはそれぞれ正規化される。さらに、ＣＰＵ１０は、全平均ベクトルＶａｌｌとして、正規化された各ブロック平均ベクトルＶａｖの平均を算出する。平均を算出する際、実際に全ての検出加速度ベクトルの平均を算出したものと同じ結果になるように、各ブロック平均ベクトルＶａｖは、それに含まれる加速度ベクトルの数に応じた重み付けがされる。すなわち、最新のブロック以外のブロック（図２２に示すＶａｖ（１）〜Ｖａｖ（３９）のブロック）については、ブロック内の加速度ベクトルの個数分である４０倍の重み付けがされ、最新のブロック（図２２に示すＶａｖ（４０）のブロック）については、当該ブロック内の加速度ベクトルの現時点での個数に応じた重み付け（図２２ではｎ個なので、ｎ倍）がされる。そして、算出された全平均ベクトルＶａｌｌを示すデータが、全平均データ６９としてメインメモリに記憶される。ステップＳ５６の次にステップＳ５７の処理が実行される。
In step S56, the
ステップＳ５７において、ＣＰＵ１０は、重力ベクトルＶｇを全平均ベクトルＶａｌｌに近づけるように補正する。具体的には、ＣＰＵ１０は、重力ベクトルＶｇを示す重力方向データ６９と、全平均ベクトルＶａｌｌを示す全平均データ７９とをメインメモリから読み出す。そして、重力ベクトルＶｇを全平均ベクトルＶａｌｌへと所定の度合Ｃ３で近づける補正を行う。この補正は、上記ステップＳ２７と同様の方法で行うことができる。すなわち、ＣＰＵ１０は、補正前の重力ベクトルＶｇと全平均ベクトルＶａｌｌとのなす角度をθ３［ｄｅｇ］とすると、全平均ベクトルＶａｌｌの方向へ“Ｃ３・θ３［ｄｅｇ］”だけ補正前の重力ベクトルＶｇを回転させることによって、補正後の重力ベクトルＶｇ’を算出する。なお、上記ステップＳ２７と同様、補正後の重力ベクトルＶｇ’の算出方法はどのような方法であってもよい。例えば、他の実施形態においては、補正前の重力ベクトルＶｇの終点から全平均ベクトルＶａｌｌの終点までを結ぶ線分をＣ３：（１−Ｃ３）に内分する点を終点とするベクトルを算出し、算出されたベクトルを正規化することによって、補正後の重力ベクトルＶｇ’を得るようにしてもよい。
In step S57, the
なお、本実施形態においては、上記ステップＳ５７における所定の度合Ｃ３は、上記静的補正処理における第１補正度Ａの最大値、および、上記動的補正処理における第２補正度Ｂの最大値に比べて、小さい値に設定される。たとえば、第１補正度Ａの最大値は“０．０３”であり（ステップＳ２６の式（４）参照）、第２補正度Ｂの最大値は“０．０３”である（ステップＳ３１参照）のに対して、上記所定の度合Ｃ３は“０．００１”に設定される。長期平均補正処理は、入力装置８の運動状態に依らずに補正を行う処理である一方、平均を算出する期間において加速度センサに加えられる運動により、当該期間内における運動加速度が完全にはに相殺されない場合があったり、誤差が含まれる場合があるという特徴を有する。すなわち、ある程度まで信頼できる補正を継続的に行うことができる一方で、厳密な補正を行うには適さないという特徴がある。したがって、本実施形態では、所定の度合Ｃ３を第１および第２補正度ＡおよびＢの最大値に比べて小さく設定することによって、静的補正処理および動的補正処理に対して長期平均補正処理を補助的に用いている。これによって、長期平均補正処理による補正が不正確である場合に、当該補正が入力装置８の姿勢に大きく反映されることが防止される。したがって、結果として様々な状況においてゲーム装置３は入力装置８の姿勢を正確に補正・算出することができる。
In the present embodiment, the predetermined degree C3 in step S57 is the maximum value of the first correction degree A in the static correction process and the maximum value of the second correction degree B in the dynamic correction process. In comparison, it is set to a small value. For example, the maximum value of the first correction degree A is “0.03” (see equation (4) in step S26), and the maximum value of the second correction degree B is “0.03” (see step S31). On the other hand, the predetermined degree C3 is set to “0.001”. The long-term average correction process is a process for correcting without depending on the motion state of the
上記ステップＳ５７の処理によって得られた補正後の重力ベクトルＶｇを示すデータは、重力方向データ６９としてメインメモリに記憶される。以上によって、長期平均補正処理において重力ベクトルＶｇの補正が行われたこととなる。上記ステップＳ５７の後、ＣＰＵ１０は長期平均補正処理を終了する。
Data indicating the corrected gravity vector Vg obtained by the process of step S57 is stored in the main memory as
図１５の説明に戻り、ステップＳ１４の次のステップＳ１５において、ＣＰＵ１０は、静的補正処理、動的補正処理、および長期平均補正処理で補正された重力ベクトルに基づいて補正行列Ｍａを算出する。補正行列Ｍａは、入力装置８の第１の姿勢を補正するための回転行列である。具体的には、補正行列Ｍａは、現在の入力装置８の第１の姿勢から決められる重力方向を、静的補正処理、動的補正処理、および長期平均補正処理で補正された重力ベクトルＶｇが表す方向と一致するように回転させる回転行列である。ここで、現在の入力装置８の第１の姿勢から決められる重力方向は、上記空間座標系における重力方向（０，−１，０）をコントローラ座標系に変換したベクトル、すなわち、（０，−１，０）を第１姿勢行列Ｍ１（上式（１）参照）で回転させたベクトル（−Ｘｙ，−Ｙｙ，−Ｚｙ）によって表される。
Returning to the description of FIG. 15, in step S15 following step S14, the
ステップＳ１５の具体的な処理としては、ＣＰＵ１０はまず、メインメモリに記憶されている第１姿勢データ６８を読み出し、第１姿勢データ６８により示される第１姿勢行列Ｍ１を用いて、上記空間座標系における重力方向（０，−１，０）をコントローラ座標系に変換したベクトルＶｈを算出する。次に、ＣＰＵ１０は、メインメモリに記憶されている重力方向データ６９を読み出し、上記ベクトルＶｈを、重力方向データ６９により示される重力ベクトルＶｇに一致するように回転させる回転行列を補正行列Ｍａとして算出する。算出された補正行列Ｍａは、補正行列データ７６としてメインメモリに記憶される。ステップＳ１５の次にステップＳ１６の処理が実行される。
As a specific process of step S15, the
ステップＳ１６において、ＣＰＵ１０は、入力装置８の第１の姿勢（第１姿勢行列Ｍ１）を補正行列Ｍａで補正する。具体的には、メインメモリに記憶されている第１姿勢データ６８および補正行列データ７６を読み出し、第１姿勢データ６８により示される補正前の第１姿勢行列Ｍ１を、補正行列データ７６により示される補正行列Ｍａで回転させることによって、補正後の第１姿勢行列Ｍ１’を算出する。なお、このとき、ＣＰＵ１０は、補正行列Ｍａに所定の定数Ｃ２を掛け、補正量を調節するようにしてもよい。この定数Ｃ２は、０＜Ｃ２≦１の範囲で予め定められており、例えばＣ２＝０．３に設定される。補正後の第１姿勢行列Ｍ１’を示すデータが、新たな第１姿勢データ６８としてメインメモリに記憶される。以上のステップＳ１６によって、加速度に基づく補正処理において入力装置８の第１の姿勢が補正されたこととなる。ステップＳ１６の後、ＣＰＵ１０は加速度に基づく補正処理を終了する。
In step S16, the
以上のように、加速度に基づく補正処理においては、静的補正処理（ステップＳ１２）、動的補正処理（ステップＳ１３）、および長期平均補正処理（ステップＳ１４）において重力方向を補正し、補正後の重力方向を用いて入力装置８の第１の姿勢を補正した。このように、静的補正処理と動的補正処理との両方の補正処理を行うことによって、入力装置８が静止している場合であっても動かされている場合であっても、加速度センサ３７の検出結果を用いて第１の姿勢を補正することができる。
As described above, in the correction process based on acceleration, the direction of gravity is corrected in the static correction process (step S12), the dynamic correction process (step S13), and the long-term average correction process (step S14). The first posture of the
また、本実施形態においては、上記静的補正処理および動的補正処理に加えて、長期平均補正処理（ステップＳ１４）が実行される。上記静的補正処理および動的補正処理は、入力装置８の姿勢に対して補正が反映される度合が入力装置８の運動状態によって変化する補正処理である。そのため、入力装置８の運動状態によっては（例えば、上記加加速度Ｊが大きい状態が継続する場合等）、静的補正処理および動的補正処理のいずれもが行われない、または正確に行われないこともあり得る。これに対して、長期平均補正処理による補正は、入力装置８の運動状態に依らず常に一定の度合で入力装置の姿勢に対して反映される。したがって、長期平均補正処理を行うことによって、静的補正処理および動的補正処理の両方の補正が行われない場合であっても、継続的に入力装置８の姿勢を補正することができる。すなわち、長期平均補正処理によって、入力装置８の姿勢の補正を行う機会を増やすことができ、入力装置８の姿勢（重力方向）をより正確に算出することができる。
In the present embodiment, in addition to the static correction process and the dynamic correction process, a long-term average correction process (step S14) is executed. The static correction process and the dynamic correction process are correction processes in which the degree to which the correction is reflected on the attitude of the
また、本実施形態では、角速度から算出される重力方向（入力装置８の姿勢）を加速度によって補正する処理として、ゲーム装置３は、相対的に短い期間内に取得された加速度データに基づいて算出される重力方向によって補正する処理と、相対的に長い期間内に取得された（複数の）加速度データに基づいて算出される重力方向によって補正する処理（長期平均補正処理）という、２種類の補正処理を行う。前者の処理は、最新の加速度データにより示される加速度の方向を重力方向として用いる静的補正処理、あるいは、加速度と角速度との予め定義された関係に基づいて最新の角速度データおよび加速度データから推定される重力方向を用いる動的補正処理である。一方、後者の処理は、所定期間における加速度の平均の方向を重力方向として用いる長期平均補正処理である。このように、本実施形態では、ゲーム装置３は、複数の異なる方法によって異なる重力方向を加速度データから算出する。そして、これら複数の重力方向を補正に反映させる割合（比率）を、入力装置８の状況（運動状態）に応じて変化させる。これによって、入力装置８が様々な状況になっても入力装置８の重力方向（姿勢）を補正することができる。
In the present embodiment, as a process of correcting the gravitational direction (posture of the input device 8) calculated from the angular velocity by acceleration, the
図１４の説明に戻り、ステップＳ５の次のステップＳ６において、ＣＰＵ１０は、前述した撮像画像に基づく補正処理を実行する。撮像画像に基づく補正処理は、撮像画像から得られるマーカ座標データを用いて入力装置８の第１の姿勢を補正する処理である。以下、図２３を参照して、撮像画像に基づく補正処理の詳細を説明する。
Returning to the description of FIG. 14, in step S <b> 6 subsequent to step S <b> 5, the
図２３は、図１４に示す撮像画像に基づく補正処理（ステップＳ６）の流れを示すフローチャートである。撮像画像に基づく補正処理においては、まずステップＳ６１において、ＣＰＵ１０は、入力装置８の撮像手段（撮像素子４０）によってマーカ部６が撮像されているか否かを判定する。ステップＳ６１の判定は、メインメモリに記憶されているマーカ座標データ６５を参照することによって行うことができる。ここでは、マーカ座標データ６５が２つのマーカ座標を示す場合、マーカ部６が撮像されていると判定し、マーカ座標データ６５が１つのマーカ座標のみを示す場合、または、マーカ座標がないことを示す場合、マーカ部６が撮像されていないと判定する。ステップＳ６１の判定結果が肯定である場合、以降のステップＳ６２〜Ｓ６７の処理が実行される。一方、ステップＳ６１の判定結果が否定である場合、以降のステップＳ６２〜Ｓ６７の処理がスキップされ、ＣＰＵ１０は、撮像画像に基づく補正処理を終了する。このように、撮像素子４０によってマーカ部６が撮像されていない場合には、撮像素子４０から得られるデータを用いて入力装置８の姿勢を算出することができないので、この場合には撮像画像に基づく補正処理において補正は行われない。
FIG. 23 is a flowchart showing the flow of the correction process (step S6) based on the captured image shown in FIG. In the correction process based on the captured image, first, in step S61, the
ステップＳ６２において、ＣＰＵ１０は、マーカ座標データに基づいてロール姿勢成分Ｍ３ｒを算出する。ロール姿勢成分Ｍ３ｒは、撮像画像内でのマーカ部６の向きに基づいて、すなわち、マーカ座標データ６５により示される２つのマーカ座標を結ぶ線の傾きに基づいて算出される。以下、図２４を参照して、ロール姿勢成分Ｍ３ｒの算出方法の例を説明する。
In step S62, the
図２４は、撮像画像に対応する２次元座標を示す図である。図２４に示されるように、本実施形態においては、撮像画像における位置を表すための２次元座標系（ｘ’ｙ’座標系）は、撮像画像の範囲を−１≦ｘ’≦１、−１≦ｙ’≦１で表すものとする。ｘ’ｙ’座標系は、入力装置８が基準姿勢（入力装置８の撮像方向がマーカ部６の中央を向き、かつ、コントローラ５のボタン面が鉛直上向きとなる姿勢）にある場合に、撮像画像において鉛直下向きがｙ’軸正方向となり、右向きがｘ’軸正方向となるように設定されるものとする。また、図２４に示す点Ｐ１および点Ｐ２はマーカ座標の位置を示し、点Ｐ３は点Ｐ１と点Ｐ２との中点である。図２４に示すベクトルｖ１０は、点Ｐ１を始点とし、点Ｐ２を終点とするベクトルである。
FIG. 24 is a diagram illustrating two-dimensional coordinates corresponding to a captured image. As shown in FIG. 24, in the present embodiment, a two-dimensional coordinate system (x′y ′ coordinate system) for representing a position in a captured image has a range of the captured image of −1 ≦ x ′ ≦ 1, − 1 ≦ y ′ ≦ 1. The x′y ′ coordinate system captures images when the
ロール姿勢成分Ｍ３ｒを算出するために、ＣＰＵ１０はまず、マーカ座標データ６５を読み出し、当該マーカ座標データ６５により示される２つのマーカ座標から上記ベクトルｖ１０を算出する。さらに、ベクトルｖ１０を正規化したベクトル（ｈｘ，ｈｙ）を算出する。このベクトル（ｈｘ，ｈｙ）は、入力装置８が上記基準姿勢にある場合にｘ軸正方向を向き、入力装置８のロール方向の回転に応じて向きが変化する。ベクトル（ｈｘ，ｈｙ）がロール方向の姿勢に対応しているので、ロール姿勢成分Ｍ３ｒは、このベクトル（ｈｘ，ｈｙ）に基づいて算出することができる。具体的には、ＣＰＵ１０は、次の式（１６）に従ってロール姿勢成分Ｍ３ｒを算出する。
ステップＳ６３において、ＣＰＵ１０は、マーカ座標データに基づいてヨー姿勢成分Ｍ３ｙを算出する。ヨー姿勢成分Ｍ３ｙは、撮像画像内でのマーカ部６の向きおよび位置に基づいて算出される。以下、図２４を参照して、ヨー姿勢成分Ｍ３ｙの算出方法の例を説明する。
In step S63, the
まず、ＣＰＵ１０は、マーカ座標データ６５を読み出し、当該マーカ座標データ６５により示される２つのマーカ座標の中点を算出する。本実施形態では、マーカ部６の位置として当該中点の位置を用いる。さらに、ＣＰＵ１０は、算出された中点の座標を、ｘ’ｙ’座標系の原点を中心として、入力装置８のロール方向に関する回転角度だけ（入力装置８の回転方向とは逆方向に）回転させた座標（ｐｘ，ｐｙ）を算出する。換言すれば、中点の座標は、原点を中心として、上記ベクトル（ｈｘ，ｈｙ）がｘ軸正方向を向くように回転される。入力装置８が水平方向（ｘ軸方向）に関してマーカ部６と同じ位置（すなわち、マーカ部６の正面の位置）にあるとすれば、上記のようにして得られた回転後の座標（ｐｘ，ｐｙ）から、ヨー方向に関する姿勢を算出することができる。
First, the
次に、ＣＰＵ１０は、上記中点の回転後の座標（ｐｘ，ｐｙ）と、マーカ部６がｘ’軸方向の端に位置する場合のヨー方向の角度（限界角度）θｙ’とに基づいて、ヨー方向に関する回転角度θｙを算出する。ここで、上記限界角度θｙ’と、上記限界角度θｙ１となる場合における上記中点の回転後のｘ座標値ｐｘ’とは予め求めておくことができる。したがって、ｐｘとｐｘ’との比が、θｙとθｙ’との比に等しくなることを用いて、ヨー方向に関する回転角度θｙを算出することができる。具体的には、ヨー方向に関する回転角度θｙは、次の式（１７）によって算出することができる。
θｙ＝ｐｘ×θｙ’／ｐｘ’ …（１７）
なお、マーカ部６の水平方向の長さを無視する場合、上記限界角度θｙ’は、コントローラ５の画角の１／２とし、上記ｐｘ’の値は“１”とすることができる。
Next, the
θy = px × θy ′ / px ′ (17)
When the horizontal length of the
最後に、ＣＰＵ１０は、上式（１７）により算出された角度θｙの回転を行う回転行列をヨー姿勢成分Ｍ３ｙとして算出する。具体的には、ヨー姿勢成分Ｍ３ｙは次の式（１８）によって算出される。
ステップＳ６４において、ＣＰＵ１０は、ロール姿勢成分Ｍ３ｒとヨー姿勢成分Ｍ３ｙとを合成する。すなわち、メインメモリからロール姿勢成分データ８０およびヨー姿勢成分データ８１を読み出し、各データ８０および８１により示されるロール姿勢成分Ｍ３ｒとヨー姿勢成分Ｍ３ｙとを積算する。ステップＳ６４の次にステップＳ６５の処理が実行される。
In step S64, the
ステップＳ６５において、ＣＰＵ１０は、第１の姿勢に基づいてピッチ姿勢成分Ｍ３ｐを算出する。なお、本実施形態の処理とは異なるが、ピッチ姿勢成分Ｍ３ｐについても、ヨー姿勢成分Ｍ３ｙと同様の方法で、上記座標（ｐｘ，ｐｙ）のｙ座標値に基づいて算出することが可能である。ただし、上記座標（ｐｘ，ｐｙ）を用いてヨー方向（ピッチ方向）の姿勢を算出する方法は、入力装置８が水平方向（ピッチ方向の場合は鉛直方向）に関してマーカ部６と同じ位置にあることを前提として成り立つ方法である。本実施形態のゲームシステム１においては、プレイヤは、水平方向に関してマーカ部６（テレビ２）のほぼ正面の位置で入力装置８を操作すると考えられるので、「入力装置８が水平方向に関してマーカ部６と同じ位置にある」ことを前提して、上記ステップＳ６３の方法によってヨー方向の姿勢を算出することが可能である。一方、プレイヤは、立って入力装置８を操作することも座って入力装置８を操作することも考えられ、また、マーカ部６の位置もテレビ２の画面の上側に配置されることも下側に配置されることも考えられる。そのため、本実施形態のゲームシステム１においては、「入力装置８が鉛直方向に関してマーカ部６と同じ位置にある」ことを必ずしも前提にできないため、上記座標（ｐｘ，ｐｙ）を用いてピッチ方向の姿勢を算出することを行わないようにしてもよい。
In step S65, the
そこで、本実施形態においては、ピッチ姿勢成分Ｍ３ｐについては、加速度に基づく補正（ステップＳ５）後の姿勢をそのまま用いることとする（したがって、撮像画像に基づく補正処理においては、ピッチ方向に関しては補正が行われない）。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリから第１姿勢データ６８を読み出す。そして、第１姿勢データ６８により示される第１姿勢行列Ｍ１の各要素を用いて、ピッチ方向に関する回転角度θｐを、次の式（１９）に従って算出する。
ｃｏｓ（θｐ）＝（Ｚｘ×Ｚｘ＋Ｚｚ×Ｚｚ）１／２
ｓｉｎ（θｐ）＝Ｚｙ …（１９）
上式（１９）における変数Ｚｘ，Ｚｙ，Ｚｚは、上式（１）において示した第１姿勢行列Ｍ１の要素である。なお、ここで用いられる第１姿勢行列Ｍ１は、今回の処理ループにおいて加速度に基づく補正処理（ステップＳ５）が行われた後の第１姿勢行列Ｍ１である。さらに、ＣＰＵ１０は、上式（１９）で算出したｃｏｓ（θｐ）およびｓｉｎ（θｐ）を用いて、次の式（２０）に従ってピッチ姿勢成分Ｍ３ｐの行列を算出する。
cos (θp) = (Zx × Zx + Zz × Zz) 1/2
sin (θp) = Zy (19)
Variables Zx, Zy, and Zz in the above equation (19) are elements of the first posture matrix M1 shown in the above equation (1). Note that the first posture matrix M1 used here is the first posture matrix M1 after the correction processing based on acceleration (step S5) is performed in the current processing loop. Further, the
ステップＳ６６において、ＣＰＵ１０は、ロール方向、ヨー方向、およびピッチ方向の各姿勢成分に基づいて第３姿勢行列Ｍ３を算出する。第３姿勢行列Ｍ３は、ロール姿勢成分Ｍ３ｒとヨー姿勢成分Ｍ３ｙとの合成結果に、ピッチ姿勢成分Ｍ３ｐをさらに合成することによって得られる。具体的には、ＣＰＵ１０は、メインメモリからピッチ姿勢成分データ８２を読み出し、当該ピッチ姿勢成分データ８２により示されるピッチ姿勢成分Ｍ３ｐを、ステップＳ６４で算出された行列に積算する。積算の結果得られた第３姿勢行列Ｍ３を示すデータは、第３姿勢データ８３としてメインメモリに記憶される。ステップＳ６６の次にステップＳ６７の処理が実行される。
In step S66, the
ステップＳ６７において、ＣＰＵ１０は、第３姿勢行列Ｍ３を用いて入力装置８の第１の姿勢（第１姿勢行列Ｍ１）を補正する。ステップＳ６７における補正は、第１姿勢行列Ｍ１を第３姿勢行列Ｍ３に所定の割合（下記の定数Ｃ４）で近づけることによって行われる。ＣＰＵ１０は、メインメモリから第１姿勢データ６８および第３姿勢データ８３を読み出す。そして、第１姿勢データ６８により示される第１姿勢行列Ｍ１と、第３姿勢データ８３により示される第３姿勢行列Ｍ３とを用いて、次の式（２１）に従って補正を行う。
Ｍ１＝（Ｍ３−Ｍ１’）×Ｃ４＋Ｍ１’ …（２１）
上式（２１）において、変数Ｍ１’は補正前の第１姿勢行列である。また、定数Ｃ４は、０＜Ｃ４≦１の範囲で予め設定され、例えば０．１に設定される。上式（２１）によって算出された補正後の第１姿勢行列Ｍ１を示すデータが、新たな第１姿勢データ６８としてメインメモリに記憶される。上記ステップＳ６７の後、ＣＰＵ１０は撮像画像に基づく補正処理を終了する。
In step S67, the
M1 = (M3-M1 ′) × C4 + M1 ′ (21)
In the above equation (21), the variable M1 ′ is the first posture matrix before correction. The constant C4 is preset in the range of 0 <C4 ≦ 1, and is set to 0.1, for example. Data indicating the corrected first posture matrix M1 calculated by the above equation (21) is stored in the main memory as new
以上のように、撮像画像に基づく補正処理においては、撮像画像に基づく第３の姿勢を算出し、角速度に基づく第１の姿勢を第３の姿勢に近づけるように補正することとした。この補正によって、第１の姿勢をより正確な値となるように補正することができる。なお、本実施形態においては、ロール方向およびヨー方向の姿勢についてのみ撮像画像から第３の姿勢を算出したが、上述のように、ピッチ方向についても撮像画像から第３の姿勢を算出することは可能であり、他の実施形態においては、ロール方向、ヨー方向、およびピッチ方向について撮像画像から第３の姿勢を算出してもよい。また、撮像画像に基づく補正処理においては、ロール方向、ヨー方向、およびピッチ方向のうち少なくとも１方向について第３の姿勢を算出すればよい。 As described above, in the correction process based on the captured image, the third posture based on the captured image is calculated, and the first posture based on the angular velocity is corrected so as to approach the third posture. By this correction, the first posture can be corrected to be a more accurate value. In the present embodiment, the third posture is calculated from the captured image only for the posture in the roll direction and the yaw direction. However, as described above, the third posture is calculated from the captured image also in the pitch direction. In other embodiments, the third orientation may be calculated from the captured image in the roll direction, the yaw direction, and the pitch direction. In the correction process based on the captured image, the third posture may be calculated in at least one of the roll direction, the yaw direction, and the pitch direction.
なお、他の実施形態においては、撮像画像に基づく補正処理は、入力装置８がマーカ部６を撮像していると推測される場合にのみ、実行されるようにしてもよい。具体的には、ＣＰＵ１０は、撮像画像に基づく補正処理を実行する前に、入力装置８（撮像手段）がマーカ部６を撮像可能な向きを向いているか否かを判定する。この判定は、撮像画像に基づく補正処理を行う前の姿勢を用いて行うことができる。例えば、当該姿勢が、入力装置８の撮像方向が入力装置８からマーカ部６への向きに対して同じ向きかそれとも逆向きかを判定するようにしてもよい。また、上記の判定に用いられる姿勢は、前回の処理ループにおいて最終的に得られた姿勢であってもよいし、今回の処理ループにおいて加速度に基づく補正処理が行われた姿勢であってもよい。
In another embodiment, the correction process based on the captured image may be executed only when it is estimated that the
上記の判定の結果、ＣＰＵ１０は、入力装置８がマーカ部６を撮像可能な向きを向いていると判定される場合、撮像画像に基づく補正処理を実行し、マーカ部６を撮像可能な向きを向いていないと判定される場合、撮像画像に基づく補正処理をスキップする。なお、マーカ部６でない物（例えば、部屋の電灯や窓の外の太陽光等）がマーカ部６と誤検出されることがあり、誤検出によって得られたマーカ座標を用いて第３の姿勢が算出される場合、かかる第３の姿勢を用いて補正処理を行っても正しく補正を行うことができない。これに対して、上記の判定処理を行うことにより、誤検出によって得られたマーカ座標から算出される第３の姿勢を用いて補正処理が行われることを防止することができる。これによって、撮像画像に基づく補正処理を正しく行うことができる。
As a result of the above determination, when it is determined that the
図１４の説明に戻り、ステップＳ６の次のステップＳ７において、ＣＰＵ１０は、補正後の入力装置８の姿勢（第１姿勢行列Ｍ１）を用いたゲーム処理を実行する。本実施形態では、ゲーム空間内に配置されるカヌーのパドルの姿勢を、入力装置８の姿勢に応じて制御する処理が実行される。さらに、パドルの動きに応じてカヌーを移動させる処理が実行される。なお、他の実施形態においては、ゲーム処理は、補正後の入力装置８の姿勢を表す第１姿勢行列Ｍ１を入力値としてゲーム結果に反映させる処理であればどのような処理であってもよい。例えば、仮想のゲーム空間内のオブジェクトを、第１姿勢行列Ｍ１により示される姿勢となるように制御して表示する処理であってもよいし、第１姿勢行列Ｍ１により示される姿勢と所定の姿勢との角度に応じた速度で上記オブジェクトを移動させるように制御して表示する処理であってもよい。ステップＳ７の次にステップＳ８の処理が実行される。
Returning to the description of FIG. 14, in step S <b> 7 following step S <b> 6, the
ステップＳ８において、ＣＰＵ１０は、ゲームを終了するか否かを判定する。ステップＳ８の判定は、例えば、ゲームがクリアされたか否か、ゲームオーバーとなったか否か、プレイヤがゲームを中止する指示を行ったか否か等によって行われる。ステップＳ８の判定結果が否定である場合、ステップＳ３の処理が再度実行される。以降、ステップＳ８でゲームを終了すると判定されるまで、ステップＳ３〜Ｓ８の処理ループが繰り返し実行される。一方、ステップＳ８の判定結果が肯定である場合、ＣＰＵ１０は、図１４に示すゲーム処理を終了する。以上で、ゲーム処理の説明を終了する。
In step S8, the
以上のように、本実施形態においては、ジャイロセンサ５５および５６によって検出された角速度から入力装置８の第１の姿勢を算出し（ステップＳ４）、第１の姿勢を加速度に基づく補正処理（Ｓ５）および撮像画像に基づく補正処理（Ｓ６）によって補正した。そして、補正後の第１の姿勢を用いてゲーム処理を実行する（ステップＳ７）ので、ＣＰＵ１０は、入力装置８の正確な姿勢に基づいたゲーム処理を実行することができる。これによれば、例えば、入力装置８の姿勢をゲーム空間内のオブジェクトの姿勢に対して正確に反映させることができるので、ゲーム操作の操作性を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, the first posture of the
［変形例］
なお、上記実施形態においては、動的補正処理によって補正された重力ベクトルは、ジャイロセンサ５５および５６が検出した角速度に基づいて算出された入力装置８の姿勢を補正するために用いられた。つまり、上記実施形態においては、ゲーム装置３は、動的補正処理よりも先に算出された入力装置８の第１の姿勢を上記重力ベクトルを用いて補正することによって、入力装置８の姿勢を算出するものであった。ここで、上記重力ベクトルは、先に算出された姿勢を補正するために用いられる必要はなく、入力装置８の姿勢を算出するために用いられればよい。例えば、他の実施形態においては、ゲーム装置３は、次の（１）〜（４）の処理によって入力装置８の姿勢を算出することも可能である。
（１）検出加速度ベクトルＶａに基づいて重力ベクトルＶｇを算出する（検出加速度ベクトルＶａを重力ベクトルＶｇとする）。
（２）上記ステップＳ２４と同様の方法で、重力ベクトルＶｇと検出加速度ベクトルＶａとに基づいて運動加速度ベクトルＶＡを算出する。
（３）上記動的補正処理と同様の処理によって重力ベクトルＶｇを補正する。
（４）補正された重力ベクトルＶｇに対応する入力装置８の姿勢を算出する。
上記（１）〜（４）の処理によれば、ジャイロセンサ５５および５６が検出した角速度等から先に入力装置８の姿勢を算出しなくとも、動的補正処理によって補正された重力ベクトルに基づいて入力装置８の姿勢を算出することができる。
[Modification]
In the above embodiment, the gravity vector corrected by the dynamic correction process is used to correct the attitude of the
(1) A gravity vector Vg is calculated based on the detected acceleration vector Va (the detected acceleration vector Va is set as the gravity vector Vg).
(2) The motion acceleration vector VA is calculated based on the gravity vector Vg and the detected acceleration vector Va by the same method as in step S24.
(3) The gravity vector Vg is corrected by a process similar to the dynamic correction process.
(4) The attitude of the
According to the processes (1) to (4) described above, based on the gravity vector corrected by the dynamic correction process without calculating the attitude of the
また、上記実施形態においては、動的補正処理において補正の対象となる重力ベクトルを、角速度データ６３から算出される第１の姿勢に基づいて算出した。ここで、他の実施形態においては、動的補正処理において補正の対象となる重力ベクトルは、入力装置８が備える各種センサの出力（すなわち、操作データ）を用いて算出されればよく、例えば上記（１）の処理のように、検出加速度ベクトルＶａを用いて算出されてもよい。また、動的補正処理において補正の対象となる重力ベクトルの算出方法は、動的補正処理における補正方法とは異なる方法であれば、どのような方法であってもよい。
In the above embodiment, the gravity vector to be corrected in the dynamic correction process is calculated based on the first posture calculated from the
また、上記実施形態においては、重力方向（重力ベクトル）を算出した後、算出した重力方向に基づいて入力装置８の姿勢を算出した。ここで、重力方向は、入力装置８の姿勢を表すものであるので、他の実施形態においては、重力方向とは別に姿勢を算出せずに、重力方向（重力ベクトル）自体を入力装置８の姿勢として用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, after calculating the gravity direction (gravity vector), the attitude | position of the
以上のように、本発明は、ジャイロセンサを用いて入力装置の姿勢を正確に算出すること等を目的として、例えば入力装置の姿勢に応じたゲーム処理を行うゲーム装置またはゲームプログラム等として利用することが可能である。 As described above, the present invention is used, for example, as a game device or a game program for performing game processing according to the posture of the input device, for example, for accurately calculating the posture of the input device using a gyro sensor. It is possible.
１ ゲームシステム
２ テレビ
３ ゲーム装置
４ 光ディスク
５ コントローラ
６ マーカ部
７ ジャイロセンサユニット
８ 入力装置
１０ ＣＰＵ
１１ｃ ＧＰＵ
１１ｅ 内部メインメモリ
１２ 外部メインメモリ
３７ 加速度センサ
５５ ２軸ジャイロセンサ
５６ １軸ジャイロセンサ
６０ ゲームプログラム
６１ 姿勢算出プログラム
６３ 角速度データ
６４ 加速度データ
６８ 第１姿勢データ
６９ 重力方向データ
７４ 運動加速度データ
DESCRIPTION OF
11c GPU
11e Internal
Claims (16)
前記角速度データが示す角速度に基づいて前記重力ベクトルを算出する重力ベクトル算出手段と、
前記加速度データが示す加速度ベクトルの方向へ第１の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第１補正手段と、
前記入力装置が所定の回転運動を行う場合において、前記加速度データに基づいて得られる運動加速度ベクトルと前記角速度データに基づいて得られる角速度ベクトルとが垂直になる関係から推定される重力方向へ第２の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第２補正手段と、
所定期間における前記加速度ベクトルの平均の方向へ第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第３補正手段とを備える、姿勢算出装置。 An attitude calculation device that sequentially acquires angular velocity data and acceleration data from an input device including at least an angular velocity sensor and an acceleration sensor, and sequentially calculates a gravity vector representing a gravity direction viewed from the input device,
Gravity vector calculating means for calculating the gravity vector based on the angular velocity indicated by the angular velocity data;
First correction means for correcting the gravity vector so as to approach the direction of the acceleration vector indicated by the acceleration data at a first degree;
In no event where the input device performs a predetermined rotary motion, to the direction of gravity and motion acceleration vector obtained based on the acceleration data and the angular velocity vector obtained based on the angular velocity data is estimated from the relation of the vertical Second correction means for correcting the gravity vector so as to approach the second degree;
An attitude calculation device comprising: a third correction unit that corrects the gravity vector so as to approach the average direction of the acceleration vectors in a predetermined period at a third degree.
前記第２補正手段は、前記角速度データが示す角速度と前記運動加速度ベクトルとが前記関係を満たす状態に対応する重力ベクトルへ前記第２の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する、請求項１または請求項２に記載の姿勢算出装置。 A motion acceleration calculating means for calculating a motion acceleration vector representing acceleration due to motion of the input device based on the acceleration data and the gravity vector;
The said 2nd correction | amendment means correct | amends the said gravity vector so that the angular velocity which the said angular velocity data and the said motion acceleration vector may approach to the gravity vector corresponding to the state which satisfy | fills the said relationship in the said 2nd degree. Or the attitude | position calculation apparatus of Claim 2.
前記第２補正手段は、前記加速度データおよび前記角速度データの少なくとも１つに応じて前記第２の度合を変化させ、
前記第３補正手段は、前記第３の度合を固定値として設定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の姿勢算出装置。 The first correction means changes the first degree according to at least one of the acceleration data and the angular velocity data,
The second correction means changes the second degree according to at least one of the acceleration data and the angular velocity data,
The posture calculation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the third correction unit sets the third degree as a fixed value.
複数の加速度データを１つのブロックとして、ブロックに含まれる各加速度データが示す加速度ベクトルの平均となるブロック平均ベクトルを算出するブロック平均算出手段とをさらに備え、
前記第３補正手段は、新しいものから順に所定数のブロックのブロック平均ベクトルの平均となる全平均ベクトルの方向へ前記第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の姿勢算出装置。 Acceleration data storage means for sequentially storing the acquired acceleration data;
A block average calculating means for calculating a block average vector that is an average of acceleration vectors indicated by each acceleration data included in the block as a plurality of acceleration data;
The said 3rd correction | amendment means correct | amends the said gravity vector so that it may approach in the said 3rd degree in the direction of the total average vector used as the average of the block average vector of a predetermined number of blocks in order from a new thing. Item 6. The attitude calculation device according to any one of items 5 to 6.
前記第３補正手段は、前記更新手段による更新後の前記ブロック平均ベクトルを用いて前記全平均ベクトルを算出する、請求項６に記載の姿勢算出装置。 Update means for updating each block average vector by adding rotation in the direction opposite to the angular velocity indicated by the angular velocity data;
The posture calculation apparatus according to claim 6, wherein the third correction unit calculates the total average vector using the block average vector updated by the update unit.
前記角速度データが示す角速度に基づいて前記重力ベクトルを算出する重力ベクトル算出手段と、
前記加速度データが示す加速度ベクトルの方向へ第１の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第１補正手段と、
前記入力装置が所定の回転運動を行う場合において、前記加速度データに基づいて得られる運動加速度ベクトルと前記角速度データに基づいて得られる角速度ベクトルとが垂直になる関係から推定される重力方向へ第２の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第２補正手段と、
所定期間における前記加速度ベクトルの平均の方向へ第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第３補正手段として前記コンピュータを機能させる、姿勢算出プログラム。 Attitude executed by a computer of an attitude calculation device that sequentially acquires angular velocity data and acceleration data from an input device having at least an angular velocity sensor and an acceleration sensor, and sequentially calculates a gravity vector representing the direction of gravity viewed from the input device. A calculation program,
Gravity vector calculating means for calculating the gravity vector based on the angular velocity indicated by the angular velocity data;
First correction means for correcting the gravity vector so as to approach the direction of the acceleration vector indicated by the acceleration data at a first degree;
In no event where the input device performs a predetermined rotary motion, to the direction of gravity and motion acceleration vector obtained based on the acceleration data and the angular velocity vector obtained based on the angular velocity data is estimated from the relation of the vertical Second correction means for correcting the gravity vector so as to approach the second degree;
An attitude calculation program for causing the computer to function as third correction means for correcting the gravity vector so as to approach the average direction of the acceleration vectors in a predetermined period at a third degree.
前記第２補正手段は、前記角速度データが示す角速度と前記運動加速度ベクトルとが前記関係を満たす状態に対応する重力ベクトルへ前記第２の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する、請求項８または請求項９に記載の姿勢算出プログラム。 Causing the computer to further function as a motion acceleration calculating means for calculating a motion acceleration vector representing acceleration due to motion of the input device based on the acceleration data and the gravity vector;
The second correction means corrects the gravity vector so that the angular velocity indicated by the angular velocity data and the motion acceleration vector approach the gravity vector corresponding to a state satisfying the relationship in the second degree. Or the attitude | position calculation program of Claim 9.
前記第２補正手段は、前記加速度データおよび前記角速度データの少なくとも１つに応じて前記第２の度合を変化させ、
前記第３補正手段は、前記第３の度合を固定値として設定する、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の姿勢算出プログラム。 The first correction means changes the first degree according to at least one of the acceleration data and the angular velocity data,
The second correction means changes the second degree according to at least one of the acceleration data and the angular velocity data,
The posture calculation program according to any one of claims 8 to 11, wherein the third correction unit sets the third degree as a fixed value.
複数の加速度データを１つのブロックとして、ブロックに含まれる各加速度データが示す加速度ベクトルの平均となるブロック平均ベクトルを算出するブロック平均算出手段として前記コンピュータをさらに機能させ、
前記第３補正手段は、新しいものから順に所定数のブロックのブロック平均ベクトルの平均となる全平均ベクトルの方向へ前記第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の姿勢算出プログラム。 Acceleration data storage means for sequentially storing the acquired acceleration data;
The computer is further functioned as a block average calculating means for calculating a block average vector that is an average of acceleration vectors indicated by each acceleration data included in the block as a plurality of acceleration data.
The said 3rd correction | amendment means correct | amends the said gravity vector so that it may approach in the said 3rd degree to the direction of the total average vector used as the average of the block average vector of a predetermined number of blocks in order from a new thing. Item 13. The attitude calculation program according to any one of item 12 above.
前記第３補正手段は、前記更新手段による更新後の前記ブロック平均ベクトルを用いて前記全平均ベクトルを算出する、請求項１３に記載の姿勢算出プログラム。 Further causing the computer to function as an update means for performing an update that adds rotation in the direction opposite to the angular velocity indicated by the angular velocity data for each of the block average vectors,
The attitude calculation program according to claim 13, wherein the third correction unit calculates the total average vector using the block average vector updated by the updating unit.
前記角速度データが示す角速度に基づいて前記重力ベクトルを算出する重力ベクトル算出手段と、 Gravity vector calculating means for calculating the gravity vector based on the angular velocity indicated by the angular velocity data;
前記加速度データが示す加速度ベクトルの方向へ第１の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第１補正手段と、 First correction means for correcting the gravity vector so as to approach the direction of the acceleration vector indicated by the acceleration data at a first degree;
前記入力装置が所定の回転運動を行う場合において、前記加速度データに基づいて得られる運動加速度ベクトルと前記角速度データに基づいて得られる角速度ベクトルとが垂直になる関係から推定される重力方向へ第２の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第２補正手段と、 When the input device performs a predetermined rotational motion, the second direction in the gravity direction estimated from the relationship in which the motion acceleration vector obtained based on the acceleration data and the angular velocity vector obtained based on the angular velocity data are perpendicular to each other. Second correction means for correcting the gravity vector so as to approach the degree of
所定期間における前記加速度ベクトルの平均の方向へ第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第３補正手段とを備える、姿勢算出システム。 And a third correction unit that corrects the gravity vector so as to approach the average direction of the acceleration vectors in a predetermined period at a third degree.
前記角速度データが示す角速度に基づいて前記重力ベクトルを算出する重力ベクトル算出ステップと、 A gravity vector calculating step for calculating the gravity vector based on the angular velocity indicated by the angular velocity data;
前記加速度データが示す加速度ベクトルの方向へ第１の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第１補正ステップと、 A first correction step of correcting the gravity vector so as to approach the direction of the acceleration vector indicated by the acceleration data by a first degree;
前記入力装置が所定の回転運動を行う場合において、前記加速度データに基づいて得られる運動加速度ベクトルと前記角速度データに基づいて得られる角速度ベクトルとが垂直になる関係から推定される重力方向へ第２の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第２補正ステップと、 When the input device performs a predetermined rotational motion, the second direction in the gravity direction estimated from the relationship in which the motion acceleration vector obtained based on the acceleration data and the angular velocity vector obtained based on the angular velocity data are perpendicular to each other. A second correction step for correcting the gravity vector so as to approach the degree of
所定期間における前記加速度ベクトルの平均の方向へ第３の度合で近づくように前記重力ベクトルを補正する第３補正ステップとを備える、姿勢算出方法。 And a third correction step of correcting the gravity vector so as to approach the average direction of the acceleration vector in a predetermined period at a third degree.
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