JPH09212676A

JPH09212676A - 画像合成方法及び画像合成装置

Info

Publication number: JPH09212676A
Application number: JP8037357A
Authority: JP
Inventors: Naoto Hanai; 直人花井; Masahide Tanaka; 正英田中
Original assignee: Namco Ltd
Current assignee: Namco Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JP3822929B2

Abstract

(57)【要約】【課題】各部位までの演算量が少なくてすむデータ構
造のモ−ションデータを用いて画像合成を行う画像合成
方法及び画像合成装置を提供すること。【解決手段】複数の部位が関節によってリンクされて
いるオブジェクトの画像合成を行うゲーム装置１０であ
る。前記ゲーム装置１０は、操作部１００，空間演算部
１１０，使用モーションデータ情報決定部１１５、分離
情報演算部１１４、画像合成部１２０，モーション演算
部１２２、表示部１３０，空間情報記憶部１４０，使用
モーションデータ情報記憶部１４２、モーションデータ
記憶部１５０、オブジェクト画像情報記憶部１６０を含
む。前記モーションデータ記憶部１５０には、３次元空
間内のオブジェクトと、当該オブジェクトを構成する部
位の位置関係が、前記オブジェクトの基準点に対する各
部位の相対座標と、各部位ごとに基準点に対して相対的
に設定された基準位置に対する当該部位の回転角を含む
モーションデータ記憶されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像合成方法び画像
合成装置に関し、特に複数の部位が関節によってリンク
されているオブジェクトのモーションデータを用いて画
像合成を行う画像合成方法及び画像合成装置に関する。

【０００２】

【背景の技術】従来より、映像やゲーム装置等において
コンピュータグラフィクス（以下ＣＧという）を用い
て、人体の動きを表示することが行われている。通常の
変形しないオブジェクトであれば、３次元空間のワール
ド座標系における当該オブジェクトの座標及び方向を時
系列に求めることにより、当該オブジェクトの動きを表
示することができる。

【０００３】ところが、人体等は手足や頭等は固定され
ておらず、個々別々に運動する。すなわち、人間の身体
は首、肩、肘、手首、指、腰、膝等の関節によってリン
クされた物体が個々にボディ座標系をもち、ワールド座
標系のなかで一つのボディを形成しているとみなすこと
が出来る。

【０００４】このような、関節によってリンクされた物
体の動きをＣＧで表示するためには、関節で切り取った
物体を作成し、それぞれを３次元座標上に配置する必要
がある。

【０００５】したがって、各フレーム毎に変化する物体
のワールド座標系における位置のみならず、当該物体の
各部位の動きを表すデータも必要となる。

【０００６】この様な各部位の動きに基づき、関節で隣
り合っているものの関係をデータ化して、表示するとき
にそのデータに基づいて、演算して座標を求めることが
一般に行われている。このようなデータをモーションデ
ータと呼び、通常、一連の動きにおける各関節と各部位
の関係を各フレーム毎に時系列にデータ化したものであ
る。

【０００７】ところで、人体等の複雑な動き等をＣＧで
表示する際は、予め人体の複雑な動きをモデリングし
て、モーションデータとしてデータ化しておく。このよ
うな人体の動きをモデリングする際は、図１４に示すよ
うに、人体の各部位２０−１〜２０−１５を人体を模し
た階層構造の関節１０−１〜１０−１５によってリンク
して一つのボディを形成している。この様に、人体の関
節に対応した関節のある階層構造で各部位をリンクさせ
てモデリングを行うと最も自然な動きを表現することが
出来るからである。そして、人体に一連の動きをさせた
ときの、それぞれの部位の位置及び方向は、各部位の対
応する関節を原点としたボディ座標系における座標変換
の量として特定することが出来る。

【０００８】すなわち、人体（原点３０）のワールド座
標系における位置及び方向が与えられると、対応する部
位をボディ座標系からワールド座標系おける座標変換を
行うことによって、人体を構成する全ての部位のワール
ド座標系における位置及び方向が決定される。

【０００９】従来は、この様にモデリング時に作成する
階層構造のデータを、画像合成時のモーションデータと
して用いていた。

【００１０】ところが、人体の一部に分離可能性のある
ものが付加されているような場合、例えば右足の靴（右
足と一体となっている）を飛ばしたような場合、人体と
右足の靴は分離後は独立の動きをするようになる。すな
わち分離前は右足と一体となって動いていた右足の靴
も、分離後はワールド座標系に配置された１個の物体と
してワールド座標系における位置座標及び方向情報が必
要となる。

【００１１】このとき図１４のような階層構造のデータ
構造のモーションデータだと、右足のワールド座標系に
おける位置座標を求めるためには、人体の中心を示す原
点３０から右足までに存在する関節（１０−２、１０−
６、１０−８、１０−１２）の数だけ演算が必要とな
る。

【００１２】この様に、図１４に示す階層構造のデータ
構造のモーションデータだと、分離可能性のある部位を
含む物体を表示する場合、ＣＰＵにおける演算量の付加
が大きいという問題点があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、物体を構成す
る各部位の動きの内容を保持しつつ、各部位までの演算
量が少なくてすむデータ構造のモ−ションデータを用い
て画像合成を行うと、ＣＰＵにおける演算量の付加を軽
減することが出来る。

【００１４】本発明はこの様な課題に鑑みてなされたも
のであり、各部位までの演算量が少なくてすむデータ構
造のモ−ションデータを用いて画像合成を行う方法及び
画像合成装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の部位が関節によってリンクされているオブジェクトの
画像合成を行う方法であって、当該オブジェクトを構成
する各部位のモーションデータを当該オブジェクトの基
準点からの相対的な位置データとして形成し、画像合成
を行うことを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明は、複数の部位が関節によ
ってリンクされているオブジェクトの画像合成を行う装
置であって、当該オブジェクトを構成する各部位のモー
ションデータを当該オブジェクトの基準点からの相対的
な位置データとして形成し画像合成を行うことを特徴と
する。

【００１７】個々別々に運動する部位の結合しているオ
ブジェクトをモデリングする際は、各部位を関節でリン
クしたモデルを作成して行う。本発明は、この様に関節
でリンクしたモデルを用いてモデリングされたオブジェ
クトのモーションデータを用いて画像合成をおこなう画
像合成方法及び画像合成装置に関するものである。

【００１８】前記オブジェクトの複数の部位は、関節に
よってツリ−状にリンクされている場合でもよいし、枝
分かれせずにリンクされている場合でもよい。

【００１９】また、基準点とは当該オブジェクトのワー
ルド座標系における位置データを持っている点又はそれ
に基づき決められる点であり、位置データとは、各部位
の位置座標や方向を定めるのに必要なデータをいう。基
準点からの相対的な位置データとは、前記位置データが
例えば基準点を原点とするボディ座標系における位置デ
ータとして与えられる場合等をいう。

【００２０】この様なオブジェクトの各部位のモーショ
ンデータは、通常各部位がリンクされている関節を原点
とするボディ座標系における位置データとして形成され
ていた。

【００２１】従って、複数の部位が、関節によってツリ
−状等にリンクされている場合、各部位のワールド座標
系における位置データを求めるためには、前記基準点か
ら、各部位の間に存在する関節の数だけ座標変換の演算
が必要であった。この演算量を減らすべく、本発明で
は、各部位のモーションデータを基準点からの相対的な
位置データとして形成し、画像合成を行っている。すな
わち、各部位の位置データは、それぞれ基準位置を原点
とするボディ座標系における位置データとして形成され
ている。

【００２２】このようにすると、前記基準点と各部位の
間の座標変換の演算だけで、各部位のワールド座標系に
おける位置データを求めることが出来る。従って各部位
のワールド座標系における位置データを取り出す際の演
算付加を軽減することが出来る。また、画像合成時にお
いても各部位の位置データは、他の部位と独立して演算
可能なので並列処理による処理時間の高速化をはかるこ
とが出来る。

【００２３】請求項２の発明は、複数の部位が関節によ
ってリンクされているオブジェクトの画像合成を行う方
法であって、当該オブジェクトを構成する少なくとも分
離可能な部位のモーションデータを当該オブジェクトの
基準点からの相対的な位置データとして形成し、前記分
離可能な部位の分離時には、前記基準点からの相対的な
位置データに基づき分離可能な部位の位置データを演算
し、画像合成を行うことを特徴とする。

【００２４】請求項５の発明は、複数の部位が関節によ
ってリンクされているオブジェクトの画像合成を行う装
置であって、当該オブジェクトを構成する少なくとも分
離可能な部位のモーションデータを当該オブジェクトの
基準点からの相対的な位置データとして形成し、前記分
離可能な部位の分離時には、前記基準点からの相対的な
位置データに基づき分離可能な部位の位置データを演算
し、画像合成を行うことを特徴とする。

【００２５】本発明では、分離可能な各部位のモーショ
ンデータを基準点からの相対的な位置データとして形成
し、画像合成を行っている。すなわち、分離可能な各部
位の位置データは、はそれぞれ基準位置を原点とするボ
ディ座標系における位置データとして形成されている。

【００２６】分離可能な各部位とは、分離前はオブジェ
クトの基準点に従属して運動していたが、分離後は、前
記オブジェクトの基準点とは独立して運動する部位をさ
す。例えば、人間が靴を飛ばしたりする場合の靴であっ
たり、バイクに乗っていた人間がバイクから落ちた後の
バイクであったりする。前記靴やバイクは分離前は人間
に付随していたので、人間の基準点のワールド座標系に
おける位置データがわかれば、モーションデータを用い
て演算することにより、前記靴やバイクのワールド座標
系における位置データを求めることが出来た。しかし、
分離後は人間とは独立して運動するため、前記靴やバイ
クは、独立したオブジェクトとなり、それ自体のワール
ド座標系における位置データが必要となる。

【００２７】従って分離時に前記靴やバイクのワールド
座標系における位置データを、独立したオブジェクトで
ある靴やバイクのワールド座標系における位置データと
して与えなければならない。

【００２８】このとき、本発明によれば、前記基準点と
分離対象である各部位の間の座標変換の演算だけで、分
離対象の各部位のワールド座標系における位置データを
求めることが出来る。従って分離対象の各部位のワール
ド座標系における位置データを演算する際の演算付加を
軽減することが出来る。

【００２９】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
のいずれかにおいて、３次元空間内のオブジェクトと、
当該オブジェクトを構成する部位の位置データは、前記
オブジェクトの基準点を原点とするボディ座標系におけ
る前記部位の３次元座標と、各部位ごとに前記ボディ座
標系に設定された基準方向に対する当該部位の前記ボデ
ィ座標系における回転角を含むことを特徴とする。

【００３０】請求項７の発明は、請求項４〜請求項６の
いずれかにおいて、３次元空間内のオブジェクトと、当
該オブジェクトを構成する部位の位置データは、前記オ
ブジェクトの基準点を原点とするボディ座標系における
前記部位の３次元座標と、各部位ごとに前記ボディ座標
系に設定された基準方向に対する当該部位の前記ボディ
座標系における回転角を含むことを特徴とする。

【００３１】各部位を３次元のワールド座標系に設定す
るためにはワールド座標系における位置座標とその位置
おける各部位の回転角が与えられればよい。本発明によ
れば、各部位の位置データは、前記オブジェクトの基準
点を原点とするボディ座標系における前記部位の３次元
座標と、各部位ごとに前記ボディ座標系に設定された基
準方向に対する当該部位の前記ボディ座標系のおける回
転角によって決定される。従って前記オブジェクトのワ
ールド座標系における位置座標とその位置おける各部位
の回転角が与えられれば、座標変換により、各部位を３
次元のワールド座標系に設定するためにはワールド座標
系における位置座標とその位置おける各部位の回転角が
与えられる。

【００３２】各部位ごとにボディ座標系に設定された基
準方向とは、ボディ座標系における当該部位の方向のい
ずれか一態様とすればよい。例えば前記オブジェクトが
標準的な１状態にある時の各部位の方向をその部位の基
準方向とする。そして、当該部位が前記基準方向に対し
てどれだけ回転したかを基準位置に対する当該部位の回
転角とする。

【００３３】この様にすることにより、本発明によれ
ば、モーションデータによる各部位のワールド座標系に
おける位置及び方向の演算を少ない演算量で簡単に行う
ことが出来る。

【００３４】なお前記回転角は、ボディ座標系における
前記部位の３軸方向への回転角で表すことが好ましい。

【００３５】請求項６の発明は、複数の部位が関節によ
ってリンクされているオブジェクトの画像合成を行う装
置であって、当該オブジェクトを構成する各部位のモー
ションデータを当該オブジェクトの基準点からの相対的
な位置データとして記憶するモーションデータ記憶手段
と、当該オブジェクトの基準点のワールド座標系におけ
る位置データを演算する空間演算手段と、前記空間演算
手段が演算した当該オブジェクトの基準点のワールド座
標系における位置データ及びモーションデータ記憶手段
に記憶されたモーションデータに基づき、当該オブジェ
クトを構成する各部位のワールド座標系における位置デ
ータを演算するモーション演算手段と、当該オブジェク
トを構成する各部位の画像情報を記憶しているオブジェ
クト情報記憶手段とを含み、前記モーション演算手段に
よって演算された当該オブジェクトを構成する各部位の
ワールド座標系における位置データ及び前記オブジェク
ト情報記憶手段に記憶されている各部位の画像情報とに
基づき、当該オブジェクトの画像を合成することを特徴
とする。

【００３６】この様にモーションデータを予めモーショ
ンデータ記憶手段に記憶させておくと演算処理の負荷を
軽減し、処理時間の短縮を図ることが出来る。特にオブ
ジェクトの動きが定型的な動きの組み合わせで表現でき
る場合や、同じ動きを複数回使用する場合は有効であ
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について説明する。

【００３８】図１には、本発明が適用されたサーキット
レース型のゲーム装置１０の一例が示されている。

【００３９】前記各ゲーム装置１０は、レーシングバイ
クの運転席をモデルに形成されている。そして、シート
１４に座ったプレーヤ１６は、前方のディスプレイ１８
上に表示されるゲーム画面を見ながらハンドル２０やア
クセル、ブレーキなどを操作し、ディスプレイ１８上に
表示されるプレーヤバイク２２０を操縦し、ゲーム空間
に登場する他のレーシングバイクと競争するように形成
されている。

【００４０】図６には当該ゲーム装置１０のディスプレ
イに表示されるゲーム画面２００−１の一例が示されて
いる。本ゲーム画面２００−１には、プレーヤの操縦及
びゲーム状況に応じて動くプレーヤキャラクタ２１０
と、プレーヤと一体となって走行しているプレーヤバイ
ク２２０がリアルに表示されている。

【００４１】通常ドライブゲーム等においては、プレー
ヤカーはそれ自体は変形しないので、ゲーム画面に表示
されるプレーヤカーの形態は、プレーヤカ−のゲーム空
間内の位置及び方向と、視点情報（視点位置、視線方
向、視野角）によって決まる。

【００４２】しかし、ゲーム画面のプレーヤキャラクタ
２１０は、ゲーム空間内で位置及び方向の変化のみなら
ず、プレーヤキャラクタ２１０自体の手足や頭等を動か
す動きも行う。すなわち、プレーヤキャラクタ２１０
は、スタート時や転倒時その他のゲーム状況に応じて、
人体を模した動きをするのである。本ゲーム装置１０で
は、この様な人体の動きをリアルに再現するため、以下
のような構成を採用している。

【００４３】図２には、ゲーム装置１０の構成を示すブ
ロック図が示されている。

【００４４】実施例のゲーム装置１０は、操作部１０
０、空間演算部１１０、画像合成部１２０、表示部１３
０、空間情報記憶部１４０、モーションデータ記憶部１
５０、オブジェクト画像情報記憶部１６０を含む。

【００４５】前記操作部１００は、プレーヤがプレ−ヤ
バイク２２０の動作を制御するための信号を前記空間演
算部１１０に入力するためのもので、ハンドル２０，ア
クセル，ブレーキなどプレーヤ１６がレーシングバイク
を操縦する各種操作部を含んで構成されている。

【００４６】そして、前記空間演算部１１０は、前記操
作部１００からの操作信号および所定のゲームプログラ
ムに基づき、所定のゲーム空間内に設定されたレーシン
グコースで、プレーヤの操縦するプレーヤバイク２２０
を他のレーシングバイクと競争させ、プレーヤの操縦す
るプレーヤバイク２２０や他のレーシングバイクのゲー
ム空間内の位置及び状態等を演算し、その演算結果を画
像合成部１２０へ向け出力する。

【００４７】画像合成部１２０は、この演算結果に基づ
きゲーム画面の画像データを演算し、表示部１３０であ
るディスプレイ１８上に表示させる。

【００４８】これにより、ディスプレイ１８上には、例
えば図６に示すようなゲーム画面２００ー１が表示され
る。このゲーム画面２００−１はレーシングコース２３
０上にプレーヤキャラクタ２１０の操縦するレーシング
バイク２２０が走行している状態を表わしている。

【００４９】まず空間演算部１１０と空間情報記憶部１
４０がゲーム空間内の表示物の位置及び状態等を演算す
る機能について詳しく説明する。

【００５０】図３は、プレーヤキャラクタ２１０及びそ
れと一体となって動くプレーヤバイク２２０の位置及び
姿勢と、位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，
φ，ρ）との関係を示す図である。本ゲーム装置では、
各表示物は、ゲーム空間（オブジェクト空間）に設けら
れたワールド座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）における位置
情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）が与え
られることによりゲーム空間に設定される。

【００５１】この様なゲーム空間内に配置される各表示
物（レーシングコース周辺の建築物、プレーヤキャラク
タ２１０及びプレーヤバイク２２０、他のレーシングバ
イク等）の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、方向情報（θ，
φ，ρ）及び後述する従属情報が記憶されているのが前
記空間情報記憶部１４０である。すなわち、空間情報記
憶部１４０には、図４に示すように、ｉ＋１個の表示物
の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）
が、各表示物に割り当てられたオブジェクトナンバーＯ
Ｂとともに記憶されている。

【００５２】なお、オブジェクトナンバーＯＢは、通常
各表示物毎に割り当てられており、各表示物毎にその位
置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）を有
している。従って、前記プレーヤキャラクタ２１０とプ
レーヤバイク２２０は異なる表示物として、別々にオブ
ジェクトナンバーＯＢが割り当てられ、別々に位置情報
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）を有してい
るのが原則である。しかし、本ゲーム装置ではプレーヤ
キャラクタ２１０とプレーヤバイク２２０は衝突等で分
離するまでは一体となって動くので、プレーヤバイク２
２０はゲームステージにおける位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
及び方向情報（θ，φ，ρ）をプレーヤキャラクタ２１
０と共有するよう構成されている。

【００５３】前記プレーヤキャラクタ２１０（後述する
ように実際はさらに複数の部位に分割されている）のよ
うに独立して位置及び方向情報が必要な表示物（以下独
立表示物という）であるか、前記プレーヤバイク２２０
のように他の独立表示物とその位置及び方向情報を共有
している表示物（以下従属表示物という）であるかの区
別、及び従属表示物に関してはどの独立表示物に従属し
ているかの情報を格納しているのが図４に示す従属情報
のエリアである。

【００５４】具体的には前記従属情報のエリアには、当
該表示物が独立表示物であれば、独立表示物である旨を
示すｉｄｆフラグが立っており、当該表示物が従属表示
物であれば、該従属表示物がその位置及び方向情報を共
有している独立表示物のオブジェクトナンバーＯＢが格
納されている。

【００５５】なお、後述するようにモーションデータに
よって親につながっている各部位にあたる表示物が従属
表示物であり、他の表示物は独立表示物である。本実施
の形態では、従属表示物は、空間情報記憶部１４０内で
それぞれ独立した一個の表示物としてオブジェクトナン
バーＮＯを有しているが、その位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
及び方向情報（θ，φ，ρ）には、親にあたる独立表示
物の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，
ρ）と同じ値がセットされており、従属情報エリアに
は、親のオブジェクトナンバーＮＯがセットされてい
る。

【００５６】通常モーションデータによって各部位をつ
ないで構成するのは、人体等であるが、本実施の形態で
はプレーヤキャラクタ２１０とプレーヤバイク２２０
は、衝突等で分離するまでは一体となって動くので、プ
レーヤキャラクタ２１０の基準位置に対して、プレーヤ
バイク２２０をモーションデータによってつないで構成
している。さらに本実施の形態では、プレーヤキャラク
タ２１０も首、肩、肘、手首、指、腰、膝等の各部位を
モーションデータによってプレーヤキャラクタ２１０の
基準位置につないで構成している。

【００５７】このため、前記プレーヤキャラクタ２１０
の基準位置を含む部位（本実施の形態では腹であり仮に
オブジェクトナンバーをＯＢ０とする）が独立表示物と
なり、該部位に従属する他のプレーヤキャラクタ２１０
の残りの各部位及びプレーヤバイク２２０（仮にオブジ
ェクトナンバーをＯＢ１〜ＯＢ１０とする）はそれぞれ
従属表示物となる。従って、図４に示す空間情報記憶部
１４０において、オブジェクトナンバーＯＢ０に対応す
る従属情報のエリアには、ｉｄｆフラグが格納されてお
り、オブジェクトナンバーをＯＢ１〜ＯＢ１０に対応す
る従属情報のエリアにはＯＢ０が格納されている。ま
た、ＯＢ１〜ＯＢ１０に対応する位置情報（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）のエリアにはＯＢ０と
同じ値がセットされている。

【００５８】前記空間演算部１１０は、以上のようにし
て記憶されるゲームステージにおける各表示物の位置情
報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）を、前記
操作部１００によって入力される操作信号やゲームプロ
グラム等に従って、所定の時間毎に、例えば１／６０秒
毎に書き換えて更新する。例えば、プレーヤバイク２２
０がゲーム空間内をワールド座標系のＸ軸方向に姿勢を
変えずに移動する様子は、前記空間情報記憶部１４０に
記憶された該当するオブジェクトナンバーとともに記憶
されている位置情報のＸ座標を、前記空間演算部１４０
が移動速度に応じた所定の増分で変更記憶することで表
現される。こうして、ゲーム空間内において各表示物が
刻々と位置及び方向（姿勢）を変化させていく状況を容
易に演出することができる。

【００５９】なお、空間情報演算部１１０は独立表示物
について、ワールド座標系における位置及び方向情報を
演算して、空間情報記憶部１４０の当該エリアを更新
し、従属表示物については、従属情報に格納されている
独立表示物の位置及び方向情報と同じ値をセットして更
新するよう構成されている。

【００６０】従って、前記プレーヤバイク２２０（仮に
オブジェクトナンバーをＯＢ４とする）は衝突等でプレ
ーヤキャラクタ２１０から分離する以前は従属表示物と
して、ＯＢ０と同じ位置及び方向情報を有しているが、
分離した後は独立表示物となるので、空間演算部１１０
は、ＯＢ４の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報
（θ，φ，ρ）を、ＯＢ０の当該情報とは、独立して演
算するよう構成されている。

【００６１】このように、プレーヤバイク２２０は、衝
突等で分離するまでは前記プレーヤキャラクタ２１０の
各部位とは一体となって動くので従属表示物として扱わ
れ、分離後は独立して動くので独立表示物として扱われ
るが、この様な属性の切替（具体的には空間情報記憶部
１４２の従属情報にｉｄｆフラグを立てること）は、後
述する分離情報演算部１１４によって行われる。従って
空間演算部１１０は、空間情報記憶部１４０の従属情報
により表示物が独立表示物であるか従属表示物であるか
を判断することが出来る。

【００６２】また、空間情報記憶部１４０にはフレーム
情報が記憶されている。フレーム情報は視点情報（遊戯
者の視点位置、視線方向、視野角）等を含んでいる。そ
して、このフレーム情報も同様に前記空間演算部１１０
によって所定時間毎に更新される。本ゲーム装置では３
人称の視点表示を選択すると、視点２０はプレーヤバイ
ク２２０の後方に配置され、視線方向はプレーヤバイク
２２０の前方向に向いているため、プレーヤバイク２２
０の位置情報及び方向情報に基づいて前記フレーム情報
に含まれる視点位置及び視線方向は変更記憶される。

【００６３】次に、画像合成部１２０とオブジェクト画
像情報記憶部１６０の画像合成の機能について詳しく説
明する。前記オブジェクト画像情報記憶部１６０は、ゲ
ーム空間内の各表示物の形状及び外観にかかる情報を記
憶するものであり、ポリゴン情報記憶部１６２とテクス
チャ情報記憶部１６４とを含んでいる。すなわち、本ゲ
ーム装置においては、各表示物はポリゴンの組み合わせ
によってモデリングされていて、各ポリゴンにはそれぞ
れの表示物の外観を表すテクスチャがマッピングされ
る。

【００６４】前記ポリゴン情報記憶部１６２には、各表
示物の形状を表す情報として、該表示物を構成する各ポ
リゴンの頂点座標と、それぞれのポリゴンにマッピング
するテクスチャとが対応して記憶される。前記頂点座標
は各表示物にそれぞれ設けられた座標系（ボディ座標
系）における各頂点の位置座標として記憶されている。

【００６５】なお、各表示物の形状を表す情報は、前記
空間情報記憶部１４０に格納されている各表示物のオブ
ジェクトナンバーに対応して設けられている。従って、
複数の部位がモーションデータでつながれているような
場合、例えば本実施の形態のプレーヤキャラクタ２１０
の首、肩、肘、手首、指、腰、膝等の各部位は、それそ
れ別個に情報が格納されている。

【００６６】前記テクスチャ情報記憶部１６４には、こ
れらのポリゴンにマッピングするテクスチャのテクスチ
ャ情報が記憶される。ここで、テクスチャ情報とは表示
物の色や模様等の情報を意味する。

【００６７】前記画像合成部１２０は、前記空間情報記
憶部１４０及び前記オブジェクト画像情報記憶部１６０
に記憶される情報に従ってゲーム空間の情景を表す画像
を合成する。具体的には、先ず初めに、図５に示すよう
に表示物３００を構成するポリゴンを、ワールド座標系
（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）で表現されるゲームステージ上に
配置するための演算を行う。すなわち、前記オブジェク
ト画像情報記憶部１６０には、表示物を構成するポリゴ
ンの位置情報がボディ座標系における座標情報として記
憶されている。前記画像合成部１２０は、これを前記空
間情報記憶部１４０に記憶される位置情報（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）に基づいて、平行移
動、回転、反転、拡大、縮小等の３次元座標変換を施
し、ワールド座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）での位置座標
に変換している。次に、各表示物についてそれを構成す
るポリゴンを所与の視点を基準とした視点座標系（Ｘ
ｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）へ座標変換する処理を行う。その後、
クリッピング処理等を施し、スクリーン座標系（Ｘｓ，
Ｙｓ）への投影変換処理を行う。そして、こうして得ら
れたスクリーン座標系（Ｘｓ，Ｙｓ）での画像情報に基
づいて前記表示部１３０はゲーム空間の所定の範囲を画
像表示出力する。

【００６８】ところで、前述したようにプレーヤキャラ
クタ２１０は人体の動きを模して表示されるので、手足
や頭等は固定されておらず、個々別々に運動する。すな
わち人間の身体は首、肩、肘、手首、指、腰、膝等の関
節によってリンクされた物体が個々にボディ座標系をも
ち、ワールド座標系のなかで一つのボディを形成してい
るとみなすことが出来る。

【００６９】人体の様に、関節によってリンクされた物
体の動きをＣＧで表示するためには、関節で切り取った
首、肩、肘、手首、指、腰、膝等の物体を作成し、それ
ぞれを３次元座標上に配置する必要がある。従って、変
化する当該物体の各部位のボディ座標系における動きを
表示するためのモーションデータも必要となる。

【００７０】この様なモーションデータをリアルタイム
に作成するとＣＰＵに過度の負担が加わり処理時間が増
大するため、本実施の形態では、人体等の複雑な動きを
画像合成する際は、予め人体の複雑な動きをモデリング
して、各動きに対応するモーションデータを作成して後
述するモーションデータ記憶部１５０に記憶させておく
よう構成している。そして、画像合成するときにその該
当するモーションデータに基づいて演算して、人体の各
部位のワ−ルド座標系における位置及び方向を求めるよ
う構成している。

【００７１】この様に予め作成したモーションデータを
用いて画像合成を行うために、次のような構成を採用し
ている。すなわち図２に示すように、本実施の形態のゲ
ーム装置は、予め作成したモーションデータを記憶させ
ておくモーションデータ記憶部１５０をさらに有してい
る。

【００７２】また空間情報演算部１１０は、使用するモ
ーションデータを決定する使用モーションデータ情報決
定部１１２と、モーションデータでつながれていた部位
が分離した時の処理を行う分離情報演算部１１４を有し
ている。そして、空間情報記憶部１４０は、前記使用モ
ーションデータ情報決定部１１２が決定した使用するモ
ーションデータに関する情報を記憶する使用モーション
データ情報記憶部１４２を有する。また、画像合成部１
２０は、モーションデータを用いて従属表示物である各
部位のワールド座標系における位置及び方向情報を演算
するモーション演算部１２２を有している。以下前記各
部の機能について詳しく説明する。

【００７３】モーションデータ記憶部１５０は、前述し
たように、ゲーム展開に応じて予測される様々な動き、
たとえばスタート時の動き、転倒時の動き、衝突時の動
き等を予めモデリングして、予めデータ化したモーショ
ンデータを記憶している。本実施の形態では、プレーヤ
キャラクタの各部位及び一体となって動くプレーヤバイ
クの様々な動きを表示するために必要なモーションデー
タが記憶されている。通常画面は１／６０秒毎に画像合
成して表示するよう形成されているので、モーションデ
ータもこのフレーム毎に時系列にデータ化して格納され
ている。

【００７４】図１１は、本実施の形態のモーションデー
タ記憶部１５０に格納されているモーションデータ４０
０のデータ構造及び内容を示した図である。モーション
ナンバー４１０は、ゲーム展開に応じて予測される様々
な動き、たとえばスタート時の動き、転倒時の動き、衝
突時の動き等の各動きに対応している番号であり、前記
各動きに対応するモーションデータを検索するときのイ
ンデックスとして機能する。また、モーションデータ
は、各フレームごとに有しているので、各フレーム４２
０毎に配列構造に格納されている。

【００７５】また、１つのフレーム内においては、各関
節によってリンクされた部位４３０のデータが配列構造
になっており、１つの部位４３０について、位置情報
（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）４４０と、回転情報（θｎ，φ
ｎ，ρｎ）４５０が格納されている。後述するように、
位置情報（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）４４０には、親である独
立表示物の基準位置を原点とするボディ座標系における
該関節によってリンクされた部位の基準点の位置座標が
格納されている。また、回転情報（θｎ，φｎ，ρｎ）
４５０には、該関節によってリンクされた部位の後述す
る基準状態に対する３軸方向の回転角が格納されてい
る。

【００７６】したがって、モーションナンバー４１０、
フレームの配列番号、部位の配列番号を特定することに
より、該当する動きの該当するフレームの該当する部位
の位置情報（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）４４０と、回転情報
（θｎ，φｎ，ρｎ）４５０を取り出すことが出来る。

【００７７】この様なモーションデータに基づいて、前
記プレーヤキャラクタ等の動きを表示するためには、合
成すべき画像に用いるモーションデータを決定する必要
がある。すなわち前記モーションデータ記憶部１５０に
記憶されているどのモーションナンバーのどのフレーム
のモーションデータを使用して各部位の位置及び方向情
報を演算すべきかの情報（以下使用モーションデータ情
報という）を、ゲーム展開に応じて決定する必要があ
る。本実施の形態のゲーム装置では、前記空間演算部１
１０の使用モーションデータ情報決定部１１２が、ゲー
ム展開に応じて前記使用モーションデータ情報の決定を
行い、前記空間情報記憶部１４０の使用モーションデー
タ情報記憶部１４２に記憶されている使用モーションデ
ータ情報を更新するように構成されている。

【００７８】使用モーションデータ情報記憶部１４２に
は、どのモーションデータであるを示すためのモーショ
ンナンバーと、どのフレームであるかを示すための、モ
ーションデータのフレームの配列番号を含むデータが格
納されている。

【００７９】また、空間演算部１１０の分離情報演算部
１１４は、モーションデータによって結合されている部
位が分離して、独立してゲームステージにおける位置及
び方向情報を有するようになった場合の分離独立時の位
置及び方向情報の設定、及び以後前記部位が独立して位
置及び方向情報が必要である旨の設定を行う。

【００８０】分離情報演算部１１４は、前記部位が分離
した場合、分離独立時の該部位の位置及び方向情報を、
空間情報記憶部１４０に記憶されている該部位の位置情
報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）と前記使
用モーションデータ情報によって特定される該部位のモ
ーションデータである位置情報（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）４
４０と、回転情報（θｎ，φｎ，ρｎ）４５０に基づき
演算し、空間情報記憶部１４０に記憶されている該部位
の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）
の更新を行う。

【００８１】また、空間情報記憶部１１０は、前述した
ように従属情報のエリアに、独立表示物であるか従属表
示物であるかの識別情報を有している。モーションデー
タによって親につながっている部位は従属表示物である
が、該部位が分離した場合、該部位は従属表示物から独
立表示物に変わる。従って、前記分離情報演算部１１４
は、部位が分離した場合、空間情報記憶部１４０の該部
位の従属情報の更新を行う。

【００８２】本実施の形態では独立表示物のワールド座
標系における位置及び方向情報は空間演算部１１０が演
算し、従属表示物のワールド座標系における位置及び方
向情報は画像合成部１２０のモーション演算部１２２が
演算するように構成されている。

【００８３】すなわちモーション演算部１２２は、前記
画像合成部１２０が、図５に示すように表示物３００を
構成するポリゴンを、ワールド座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚ
ｗ）で表現されるゲームステージ上に配置する際、従属
表示物のワールド座標系における位置及び方向情報の演
算を行う。

【００８４】表示物を構成するポリゴンの位置情報は、
前記オブジェクト画像情報記憶部１６０に、ボディ座標
系における座標情報として記憶されている。画像合成部
１２０は、これを前記空間情報記憶部１４０に記憶され
る表示物の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，
φ，ρ）に基づいて、平行移動、回転、反転、拡大、縮
小等の３次元座標変換を施し、ワールド座標系（Ｘｗ，
Ｙｗ，Ｚｗ）での位置座標に変換している。このとき独
立表示物については、前記空間情報記憶部１４０に記憶
される表示物の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報
（θ，φ，ρ）を用いればよいが、従属表示物について
は、前記情報と使用モーションデータ情報によって特定
されるモーションデータとに基づきワールド座標系にお
ける位置及び方向情報を特定してから用いなければなら
ない。

【００８５】すなわち、空間情報記憶部１４０に記憶さ
れている該部位の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報
（θ，φ，ρ）と前記使用モーションデータ情報によっ
て特定される該部位のモーションデータである位置情報
（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）４４０と、回転情報（θｎ，φ
ｎ，ρｎ）４５０に基づき該従属表示物のワールド座標
系における位置及び方向情報を演算する。この様に画像
合成時に従属表示物のワールド座標系における位置及び
方向情報を特定しているのがモーション演算部１２２で
ある。

【００８６】次に、関節によって複数の部位がリンクさ
れた物体の動きとモーションデータの関係について簡単
な例を取り説明する。図８（Ａ）は１つの関節Ｋを持つ
物体４００を示した図であり、図８（Ｂ）はそのモーシ
ョンデータのデータ構造を表した図である。部位Ｍ１と
部位Ｍ２は関節Ｋによってリンクされている。このとき
部位Ｍ１に対してワールド座標系における位置及び方向
が与えられる場合、部位Ｍ１を親、部位Ｍ２は関節によ
って部位Ｍ１にリンクされており、部位Ｍ１に従属して
動くので部位Ｍ２を子と呼ぶ。複雑な物体になると、さ
らに子の下に子（いわゆる孫）がつながったり、親が複
数の関節を持ち、子が複数つながったりする。

【００８７】この物体４００を表示するのに必要な情報
は、部位Ｍ１については、ワールド座標系における位置
（この場合Ｍ１の代表点である点Ａの座標（３次
元））、部位Ｍ１の方向（この場合３軸に対する回転
角）、部位Ｍ２についても、ワールド座標系における位
置（この場合Ｍ２の代表点である点Ｂの座標（３次
元））、部位Ｍ２の方向（この場合３軸に対する回転
角）である。このうち、親であるＭ１のワールド座標系
における位置及び方向を示す点Ａの座標（３次元）及び
部位Ｍ１の回転角（３軸）は、本実施の形態のゲーム機
であれば、空間情報記憶部１４０に記憶された位置情報
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）によって与
えるられ、ゲーム中ゲーム展開に応じて変化するもので
ある。

【００８８】子である部位Ｍ２をワールド座標系に配置
するために必要な点Ｂの座標及びＭ２の回転角は部位Ｍ
１の位置及び回転角に依存しているため、いずれも親に
対して相対的な値として持ち、親の位置及び回転角が決
定してから演算により求めるのが一般的である。

【００８９】モーションデータは、このような親に対し
て相対的な子の位置及び方向（回転）情報のことであ
る。この場合点Ｂの相対座標はＡＢ間の距離と部位Ｍ１
の回転角によっても与えてもよいし、点Ａに対して点Ｂ
が所定の位置関係にある時を部位Ｍ１が基準状態にある
として、該基準状態にある時の点Ａを原点とするボディ
座標系における位置座標（以下Ｂの基準位置座標とい
う）と該基準状態に対する部位Ｍ１の回転角によっても
与えてもよい。ここにおいて、ＡＢ間の距離及び点Ｂの
基準位置座標は常に一定なので各フレーム毎にもつ必要
はない。また後者において、部位Ｍ１の回転角は、部位
Ｍ１の基準状態に対する３軸方向の回転角として、部位
Ｍ２の相対的な回転角は、部位Ｍ２の基準状態に対する
点Ｂを原点とするボディ座標系における３軸方向の回転
角として与えるとよい。

【００９０】従って、図８において、親である部位Ｍ１
のワールド座標系における位置及び方向が点Ａの位置及
び部位Ｍ１の基準状態に対する回転角で与えられるとす
ると、子である部位Ｍ２のモーションデータは、点Ｂの
基準位置座標及び部位Ｍ２の回転角で与えられる。この
場合、前述したように点Ｂの基準位置座標は各フレーム
毎にもつ必要はなく、部位Ｍ２の回転角がフレーム毎に
与えられることになる。

【００９１】関節が１つの物体を例にとり説明したが、
人体のように複数の関節をもつ物体の場合でも同様で、
各関節毎に前記データを持つことで、関節によってリン
クされた各部位のワールド座標系における位置及び方向
を求めることが出来る。

【００９２】従来この様なモーションデータは、人体の
場合、図１４に示すようなモデリング時に作成する階層
構造の関節を持つデータが用いられていた。本実例のよ
うにプレーヤキャラクタ２１０とそれと一体となって動
くプレーヤバイク２２０が一つのオブジェクトとしてモ
ーションデータが与えられている場合、図１４に示すよ
うに、バイクを表示する部位２０−１６は、右足を表示
する部位２０−１３に関節１０−１６によってリンクさ
れている。このようにすることにより、プレーヤバイク
２２０が、プレーヤキャラクタ２１０に従属して動く様
子が表示される。例えば図６に示すように、プレーヤキ
ャラクタ２１０がカーブで体を傾けると、プレーヤバイ
ク２２０もプレーヤキャラクタ２１０と一体となって傾
くよう表示される。

【００９３】ところが、一体となって走行していたプレ
ーヤキャラクタ２１０とプレーヤバイク２２０が前方の
障害物２５０に衝突して、図７に示すように分離してし
まうような場合、プレーヤキャラクタ２１０とプレーヤ
バイク２２０は分離後は独立の動きをするようになる。
すなわち分離前はプレーヤキャラクタ２１０と一体とな
って動いていたプレーヤバイク２２０も、分離後はワー
ルド座標系に配置された１個の物体としてワールド座標
系における位置座標が必要となる。

【００９４】通常図１４のような階層構造の関節を持つ
モーションデータだと、各関節毎に座標変換を行い、関
節にリンクされた部位の位置座標及び方向を演算する。
従ってプレーヤバイク２２０右足のワールド座標系にお
ける位置座標及び方向を求めるためには、人体の中心を
示す原点３０からバイク２０−１６までに存在する関節
（１０−１、１０−４、１０−９、１０−１３、１０−
１６）の数だけ演算が必要となる。

【００９５】この様に、人体の一部にバイクのように分
離可能性のあるものが付加されているような場合、図１
４に示す階層構造のデータ構造のモーションデータだ
と、分離時のＣＰＵにおける演算量の付加が大きいとい
う問題点があった。

【００９６】本ゲーム装置は、こうした不具合を解消す
べく、物体のモーションデータを、図９に示すように、
原点と各部位が関節によって１対１にリンクした構造に
変換して、モーションデータ記憶部１５０に格納してお
くよう形成されている。この様にすると、分離可能性の
ある部位のワールド座標系における位置座標及び方向を
求める際、関節一つ分の演算ですむ。

【００９７】このようなモーションデータについて簡単
な例をあげ説明する。

【００９８】図１０は、複数の関節によってリンクされ
た物体４１０を示している。Ｎ１を親としてその下に子
である各部位Ｎ２〜Ｎ７が関節Ｋ１〜Ｋ５によって階層
構造にリンクされている。従来のモーションデータは、
各関節Ｋ１〜Ｋ５について、隣り合う部位の位置関係を
データ化していたが、本実施の形態では、原点Ｏと各部
位Ｎ２〜Ｎ７とを１対１にリンクさせた仮想的な関節を
設定してデータ化している。この様な関係をデータ化す
るためには、Ｎ１と各部位Ｎ２〜Ｎ７の相対的な位置関
係を求めればよい。すなわち、Ｏを原点とするボディ座
標系における各部位Ｎ２〜Ｎ７の位置座標と、回転情報
を求めればよい。例えば、Ｎ５を例にとってみると、Ｏ
を原点とするボディ座標系におけるＫ４の位置座標と、
Ｎ５の回転情報（θ_N5，φ_N5，ρ_N5）を求める。

【００９９】このときＯを原点とするボディ座標系にお
けるＫ４の位置座標は、階層構造のモーションデータの
場合と違って、各フレーム毎に異なった値となる。

【０１００】また、Ｎ５の回転情報（θ_N5，φ_N5，
ρ_N5）は、物体４１０の各関節が回転する前の部位Ｎ５
の基準状態をきめておいて、その基準状態に対する回転
角として求める。すなわち、図１０の物体４１０の各部
位Ｎ２〜Ｎ７の実線で示した状態を基準状態として、破
線で示した状態を、運動により各関節が回転した時の状
態とする。このとき回転後のＮ５’が回転前のＮ５に対
して３軸方向にどれだけ回転したかを表す回転情報（θ
_N5，φ_N5，ρ_N5）を求める。

【０１０１】また、関節Ｋ５の位置自体がＫ５’のよう
に変わることもあるが、その時も、Ｎ７をＫ５からＫ
５’まで平衡移動させて考えれば同様となる。

【０１０２】すなわち、図９の各関節１２−Ｎ（Ｎ＝１
〜１６）ごとのモーションデータは、各部位２２−Ｎ
（Ｎ＝１〜１６）のＯを原点とするボディ座標系の位置
座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と、それぞれの部位の基準状
態に対する回転情報（θｎ，φｎ，ρｎ）で与えられ
る。なお、本実施の形態においては、プレーヤキャラク
タ２１０がプレーヤバイク２２０に対して正常な姿勢で
乗った時のプレーヤキャラクタ２１０の各部位の胴（へ
そを含む部位）に対する方向に基づきそれぞれの部位の
基準状態を定めている。すなわち正常な姿勢で乗った時
の各部位の位置が該部位の基準状態となる。

【０１０３】したがって、本実施の形態でモーションデ
ータを用いてプレーヤキャラクタ２１０を構成する各部
位のワールド座標系における位置及び方向を演算すると
きは、以下のように行う。

【０１０４】各部位の位置情報は、Ｏを原点とするボデ
ィ座標系の位置座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と、Ｏのワー
ルド座標系における位置座標から演算して求める。ここ
において、Ｏを原点とするボディ座標系の位置座標（ｘ
ｎ，ｙｎ，ｚｎ）は該当するモーションデータの位置情
報（図１１の位置情報４４０）を、Ｏのワールド座標系
における位置座標は空間情報記憶部１４０の該当する部
位の位置情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ）（前述したように子である
従属表示物の位置情報には親である独立表示物の位置情
報が格納されている）を用いる。

【０１０５】また、各部位の方向情報は、それぞれの部
位の基準状態に対する回転情報（θｎ，φｎ，ρｎ）
と、親である独立表示物（Ｏを含む部位である胴）のワ
ールド座標系における方向座標（θ，φ，ρ）から演算
して求める。ここにいおいて、それぞれの部位の基準状
態に対する回転情報（θｎ，φｎ，ρｎ）は該当するモ
ーションデータの回転情報（図１１の回転情報４５０）
を、親である独立表示物のワールド座標系における方向
座標（θ，φ，ρ）は空間情報記憶部１４０の該当する
部位の方向座標（θ，φ，ρ）（前述したように子であ
る従属表示物の位置情報には親である独立表示物の方向
情報が格納されている）を用いる。

【０１０６】本実施の形態のゲーム装置のモーションデ
ータ記憶部１５０には、この様にして作成されたモーシ
ョンデータが、図１１に示すような形式で、各運動毎に
所与の時間分、フレーム毎に時系列に格納されている。

【０１０７】なお、本実施の形態のゲーム装置では、こ
の様なモーションデータを作成する際は、図１４のよう
に階層構造の関節でモデリングした人体のモーションデ
ータを求め、前記図９のような１対１の構造のモーショ
ンデータに変換し、モーションデータ記憶部１５０に格
納するよう形成されている。

【０１０８】この様なモーションデータを用いると、分
離可能性のある部位の分離時のワールド座標系における
位置座標及び方向を関節１つ分の演算で求めることが出
来る。

【０１０９】次に、関節１つ分の演算について、ワール
ド座標系における各部位の位置及び方向を演算する際
の、その演算量とパラメータの関係について、図１４及
び図９の２つのモーションデータの異同を簡単に説明す
る。

【０１１０】１関節における演算の量は、後述するよう
に前記いずれの形式のモーションデータであっても同様
である。いずれの場合も、親からの相対方向情報（回転
角）と、親からの相対位置をパラメータとして持つの
で、これらをそれぞれ相対回転角（θｘ，θｙ，θ
ｚ）、相対位置（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）として説明する。

【０１１１】但し、図１４のように階層構造の場合は前
述したように、親からの相対位置は常に一定であるの
で、（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）は、モーションデータ全体に
対して１つもてばよいのに対し、図９のように１対１の
対応のデータ構造の場合は、フレーム毎に異なるので、
全フレームに対して必要である。従って、１関節に対す
るパラメータの量は、図１４のモーションデータでは親
からの相対回転角（θｘ，θｙ，θｚ）の３つでよいの
に対し、図９のモーションデータでは、親からの相対回
転角（θｘ，θｙ，θｚ）と親からの相対位置（Ｄｘ，
Ｄｙ，Ｄｚ）の６つが必要になる。

【０１１２】親からの相対回転角（θｘ，θｙ，θｚ）
は、演算で扱いやすいように、対応する行列Ｍで表す。
このときの行列Ｍは、次の計算式で表せる。

【０１１３】

【数１】

【０１１４】このとき、親自身のワールド座標系におけ
る方向を表す回転角をＫとすると、子のワールド座標系
における方向を表す回転角はＭ×Ｋとなる。また、階層
構造の場合、次の関節で子から孫への行列Ｎが与えられ
ると、孫のワールド座標系における方向を表す回転角は
Ｎ×Ｍ×Ｋとなる。すなわち階層構造の場合、下位の関
節に行くときは、その関節における行列を、上位の関節
における行列のかけ算の演算結果である行列に掛ければ
よい。

【０１１５】従っていずれのモーションデータにおいて
も、その関節における回転角を行列に直す数１に示す演
算が１回必要となる。数１より、行列を求めるために、
１６回のかけ算と、４回の加減算と、６回の３角関数計
算が、必要となることがわかる。

【０１１６】また、子の回転行列を求めるためには、各
関節でＭ×Ｋのように行列演算が必要で、

【０１１７】

【数２】

【０１１８】

【数３】

【０１１９】とすると、

【０１２０】

【数４】

【０１２１】となる。この演算もいずれのモーションデ
ータにおいても、関節ごとに必要となり、この演算のた
めに、数４に示すように、２７回のかけ算と、１８回の
加減算が必要となることがわかる。

【０１２２】また各部位の表示座標は、各部位の親の位
置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）と、前述した親から子への相対
位置（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）と、親の回転行列Ｋから、い
ずれのモーションデータにおいても、次の式で求められ
る。

【０１２３】

【数５】

【０１２４】ここにおいて親の回転角を（θｘ’，θ
ｙ’，θｚ’）として、ＫをＭと同様に表すと、次式の
ようになる。

【０１２５】

【数６】

【０１２６】また、数５を計算すると、

【０１２７】

【数７】

【０１２８】となり、数７に示すように、座標を求める
ために９回のかけ算と９回の加減算が必要となる。

【０１２９】この様にいずれのモーションデータにおい
ても１関節における演算量は変わらない。従って、ＣＰ
Ｕにおける演算の負荷は関節の数によってきまるので、
いずれかの部位のワールド座標系における位置及び方向
を求める際は、図９のモーションデータのほうが演算負
荷は少なくてすむ。

【０１３０】但し、全部位についてワールド座標系にお
ける位置及び方向を求める際は、図１４でも図９でも関
節の数は同じであるため、演算負荷は変わらない。しか
し、図９の場合は各関節の演算処理は他の関節の演算処
理と独立であるので、並列処理等で演算時間の短縮を行
う際には有効である。以上により、図９のモーションデ
ータは、演算時間の短縮や、全ての部位についての位置
及び方向を求める際を除く、１又は複数の部位の位置及
び方向を求める際の演算負荷の軽減に有効であると言え
る。

【０１３１】次に実施例のゲーム装置で、モーションデ
ータを用いて画像合成を行う際の作用について説明す
る。図１２は本実施の形態のゲーム装置で、モーション
データを用いて画像合成を行う過程を示したフローチャ
ート図である。

【０１３２】前述したように、本実施の形態のゲーム装
置では、１／６０秒毎に１フレームの画像が供給される
ため、以下の処理をゲームオーバーとなるまで、各フレ
ーム毎に繰りかえす（ステップ１０）。

【０１３３】まず空間演算部１１０は、操作部１００に
よって入力される操作信号やゲームプログラム等に従っ
て、ゲーム空間内の表示物の位置情報を演算して、空間
情報記憶部１４０の該当個所を更新する。また、使用モ
ーションデータ情報決定部１１２は、ゲーム展開に応じ
たプレーヤキャラクタの動きを表現する使用モーション
データ情報を決定し、使用モーションデータ情報記憶部
１４２のモーションナンバー、該当するフレームの配列
番号を更新する（ステップ２０）。すなわち、プレーヤ
キャラクタ２１０の動きが、例えばスタート時の動き、
転倒時の動き、衝突時の動き等の予め予定されているど
の動きに対応しているのか演算し、対応する使用モーシ
ョンデータ情報を設定するのである。

【０１３４】このとき、もしプレーヤキャラクタ２１０
とプレーヤバイク２２０が分離するというゲーム展開が
あれば（ステップ３０）、分離前は従属表示物であった
プレーヤバイク２２０は、分離後は独立表示物となりワ
ールド座標系における位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向
情報（θ，φ，ρ）が必要となる。そこで、分離情報演
算部１１４は、使用モーションデータ情報に基づきモー
ションデータの該当するモーションナンバー４１０の該
当するフレームの該当する部位（この場合はプレーヤバ
イク２２０）に対応する関節のモーションデータと、空
間情報部１４０に記憶されたプレーヤバイク２２０の位
置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）に基
づき、分離時のプレーヤバイク２２０のワールド座標系
における位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，
φ，ρ）を演算する（ステップ４０）。また分離後、
プレーヤバイク２２０は独立表示物となるので、分離情
報演算部１１４は、空間情報記憶部１４０の前記プレー
ヤバイク２２０に対応する従属情報のエリアにｉｄｆフ
ラグをセットする（ステップ５０）。

【０１３５】次に画像合成部１２０は、空間演算部１１
０の設定した各表示部の位置情報に基づき画像合成を行
う際、従属表示物に関してはワールド座標系における位
置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）が必
要である。そこで、モーション演算部１２２は、空間情
報記憶部１４０に記憶された位置と、使用モーションデ
ータ情報記憶部１４２によって特定されるモーションデ
ータ記憶部１５０に記憶されたモーションデータに基づ
き、これらの従属表示物のワールド座標系における位置
情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，ρ）を演算
する（ステップ６０）。この演算は、使用モーションデ
ータ情報記憶部１４２に記憶された使用モーションデー
タ情報のモーションナンバー４１０の該当するフレーム
４２０の全関節に対して行われる。

【０１３６】この様にして従属表示物のワールド座標系
における位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，
φ，ρ）が定まると、画像合成部１２０は、前述した画
像合成を行い１フレーム分の画像を供給する（ステップ
７０）。

【０１３７】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、各種の変更実施が可能である。

【０１３８】例えば、前記モーションデータは、親に対
して１対１リンクしていれば、前述した内容に限られな
いし、方向情報は、３軸方向の回転角の関数、例えば対
応する行列式としてデータ化してもよい。

【０１３９】また、モーションデータ記憶部１５０に格
納する際のデータ構造も前述したものに限られない。

【０１４０】また、本実施の形態では、画像合成時にモ
ーション演算部１２２が従属表示物のワールド座標系に
おける位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向情報（θ，φ，
ρ）をモーションデータによって演算する構成のゲーム
装置を例に取り説明したがこれに限られず、画像合成時
以外、例えば空間情報記憶部で行うようにしてもよい。

【０１４１】さらに、本実施の形態では、モーションデ
ータを予め求めて格納しておく場合について説明した
が、ゲーム中リアルタイムにモーションデータを作成す
る場合でもよい。

【０１４２】さらに、以上説明した本発明は家庭用、業
務用を問わずあらゆるハードウェアを用いて実施可能で
ある。図１３は現在広く用いられているタイプのゲーム
装置のハードウェア構成の一例を示す図である。同図に
示すゲーム装置はＣＰＵ１０００、ＲＯＭ１００２、Ｒ
ＡＭ１００４、情報記憶媒体１００６、音声合成ＩＣ１
００８、画像合成ＩＣ１０１０、Ｉ／Ｏポート１０１
２、１０１４がシステムバス１０１６により相互にデー
タ送受信可能に接続されている。そして前記画像合成Ｉ
Ｃ１０１０にはディスプレイ１０１８が接続され、前記
音声合成ＩＣ１００８にはスピーカ１０２０が接続さ
れ、Ｉ／Ｏポート１０１２にはコントロール装置１０２
２が接続され、Ｉ／Ｏポート１０１４には通信装置１０
２４が接続されている。

【０１４３】前記情報記憶媒体１００６は、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ゲームＲＯＭ、メモリカード等のゲーム装置本体と
着脱可能に設けられる記憶手段を意味し、ゲーム内容に
応じた所定の情報を書き込み保存することのできるタイ
プも用いられる。また、前記ＲＯＭ１００２は、ゲーム
装置本体に固定して設けられる記憶手段である。これら
は、ゲームプログラムやゲームステージの空間情報等の
ゲームタイトルに関係する情報の他、ゲーム装置本体の
初期化情報等のゲームタイトルに関係しない情報を記憶
する手段である。

【０１４４】前記コントロール装置１０２２は、遊戯者
がゲーム進行に応じて行う判断の結果をゲーム装置本体
に入力するための装置であり、家庭用に広く用いられて
いるパッドタイプのものや、業務用ドライブゲームに用
いられるハンドル、アクセル等が挙げられる。

【０１４５】そして、前記情報記憶媒体１００６やＲＯ
Ｍ１００２に格納されるゲームプログラムやシステムプ
ログラム又は前記コントロール装置１０２２によって入
力される信号等に従って、前記ＣＰＵ１０００はゲーム
装置全体の制御や各種データ処理を行う。前記ＲＡＭ１
００４はこのＣＰＵ１０００の作業領域として用いられ
る記憶手段であり、前記情報記憶媒体１００６や前記Ｒ
ＯＭ１００２の所定の内容、あるいはＣＰＵ１０００の
演算結果等が格納される。

【０１４６】さらに、この種のゲーム装置には音声合成
ＩＣ１００８と画像合成ＩＣ１０１０とが設けられてい
て音声や画像の好適な出力が行えるようになっている。
前記音声合成ＩＣ１００８は情報記憶媒体１００６やＲ
ＯＭ１００２に記憶される情報に基づいて効果音やゲー
ム音楽等を合成する回路であり、合成された音楽等はス
ピーカ１０２０によって出力される。また、前記画像合
成ＩＣ１０１０はＲＡＭ１００４、ＲＯＭ１００２、情
報記憶媒体１００６等から送られる画像情報に基づいて
ディスプレイ１０１８に出力するための画素情報を合成
する回路である。

【０１４７】また、前記通信装置１０２４はゲーム装置
内部で利用される各種の情報を外部とやりとりするもの
であり、他のゲーム装置と接続されてゲームプログラム
に応じた所定の情報を送受したり、通信回線を介してゲ
ームプログラム等の情報を送受することなどに利用され
る。

【０１４８】以上説明した一般的なゲーム装置を用いて
も本発明は容易に実施可能である。例えば、前記操作部
１００はコントロール装置１０２２に対応し、前記空間
演算部１１０はＣＰＵ１０００及びＲＯＭ１００２又は
情報記憶媒体１００６に格納されるソフトウェアによっ
て実現される。また、空間情報記憶部１４０、モーショ
ンデータ記憶部１５０、オブジェクト画像情報記憶部１
６０は、ＲＡＭ１００４、ＲＯＭ１００２、情報記憶媒
体１００６のいずれかに設けることが可能である。更
に、画像合成部１２０は画像合成ＩＣ１０１０によっ
て、あるいはＣＰＵ１０００と所定のソフトウェアによ
って実現される。また、表示部１３０はディスプレイ１
０１８に対応する。

【０１４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかるゲーム装置の構成の一例
を示す図である。

【図２】本実施の形態のゲーム装置の構成を示す機能ブ
ロック図である。

【図３】プレーヤキャラクタ及びプレーヤバイクの位置
及び姿勢と、位置情報及び方向情報との関係を示す図で
ある。

【図４】本実施の形態にかかるゲーム装置の空間情報記
憶部に記憶される情報を示す図である。

【図５】本実施の形態にかかるゲーム装置の画像合成処
理を説明する図である。

【図６】本実施の形態のゲーム装置の画面に表示される
ゲーム画像を示す図である。

【図７】本実施の形態のゲーム装置の画面に表示される
ゲーム画像を示す図である。

【図８】同図（Ａ）、（Ｂ）は、１つの関節を持つ物体
とそのモーションデータの説明図である。

【図９】本実施の形態にもちいられているモーションデ
ータの構造を示す図である。

【図１０】複数の関節によってリンクされた物体のモー
ションデータを説明するための図である。

【図１１】本実施の形態のモーションデータ記憶部に格
納されたモーションデータのデータ構造及び内容を示し
た図である。

【図１２】本実施の形態のゲーム装置で、モーションデ
ータを用いて画像合成を行う過程を示したフローチャー
ト図である。

【図１３】ゲーム装置のハードウェア構成の一例を示す
図である。

【図１４】人体の各部位を関節によって階層構造にリン
クしたデータ構造を示す図である。

【符号の説明】

１００操作部１１０空間演算部１１２使用モーションデータ情報決定部１１４分離情報演算部１２０画像合成部１２２モーション演算部１３０表示部１４０空間情報記憶部１４２使用モーションデータ情報記憶部１５０モーションデータ記憶部１６０オブジェクト画像情報記憶部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の部位が関節によってリンクされて
いるオブジェクトの画像合成を行う方法であって、当該オブジェクトを構成する各部位のモーションデータ
を当該オブジェクトの基準点からの相対的な位置データ
として形成し、画像合成を行うことを特徴とする画像合
成方法。
【請求項２】複数の部位が関節によってリンクされて
いるオブジェクトの画像合成を行う方法であって、当該オブジェクトを構成する少なくとも分離可能な部位
のモーションデータを当該オブジェクトの基準点からの
相対的な位置データとして形成し、前記分離可能な部位の分離時には、前記基準点からの相
対的な位置データに基づき分離可能な部位の位置データ
を演算し、画像合成を行うことを特徴とする画像合成方
法。
【請求項３】請求項１又は請求項２のいずれかにおい
て、３次元空間内のオブジェクトと、当該オブジェクトを構
成する部位の位置データは、前記オブジェクトの基準点
を原点とするボディ座標系における前記部位の３次元座
標と、各部位ごとに前記ボディ座標系に設定された基準
方向に対する当該部位の前記ボディ座標系における回転
角を含むことを特徴とする画像合成方法。
【請求項４】複数の部位が関節によってリンクされて
いるオブジェクトの画像合成を行う装置であって、当該オブジェクトを構成する各部位のモーションデータ
を当該オブジェクトの基準点からの相対的な位置データ
として形成し画像合成を行うことを特徴とする画像合成
装置。
【請求項５】複数の部位が関節によってリンクされて
いるオブジェクトの画像合成を行う装置であって、当該オブジェクトを構成する少なくとも分離可能な部位
のモーションデータを当該オブジェクトの基準点からの
相対的な位置データとして形成し、前記分離可能な部位の分離時には、前記基準点からの相
対的な位置データに基づき分離可能な部位の位置データ
を演算し、画像合成を行うことを特徴とする画像合成装
置。
【請求項６】複数の部位が関節によってリンクされて
いるオブジェクトの画像合成を行う装置であって、当該オブジェクトを構成する各部位のモーションデータ
を当該オブジェクトの基準点からの相対的な位置データ
として記憶するモーションデータ記憶手段と、当該オブジェクトの基準点のワールド座標系における位
置データを演算する空間演算手段と、前記空間演算手段が演算した当該オブジェクトの基準点
のワールド座標系における位置データ及びモーションデ
ータ記憶手段に記憶されたモーションデータに基づき、
当該オブジェクトを構成する各部位のワールド座標系に
おける位置データを演算するモーション演算手段と、当該オブジェクトを構成する各部位の画像情報を記憶し
ているオブジェクト情報記憶手段とを含み、前記モーション演算手段によって演算された当該オブジ
ェクトを構成する各部位のワールド座標系における位置
データ及び前記オブジェクト情報記憶手段に記憶されて
いる各部位の画像情報とに基づき、当該オブジェクトの
画像を合成することを特徴とする画像合成装置。
【請求項７】請求項４〜請求項６のいずれかにおい
て、３次元空間内のオブジェクトと、当該オブジェクトを構
成する部位の位置データは、前記オブジェクトの基準点
を原点とするボディ座標系における前記部位の３次元座
標と、各部位ごとに前記ボディ座標系に設定された基準
方向に対する当該部位の前記ボディ座標系における回転
角を含むことを特徴とする画像合成装置。