專利名稱：虛擬圖象生成設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于游戲機、模擬器和類似設(shè)備的虛擬圖象產(chǎn)生技術(shù)，具體是一種用于產(chǎn)生當一個存在于虛擬三維空間(以后稱為虛擬空間)的物體投影(透視投影)于對應(yīng)給定視點的二維平面的圖象的技術(shù)。
近年來，開發(fā)了裝有虛擬圖象生成設(shè)備的游戲機和模擬器，使在三維空間運動的物體進行戰(zhàn)斗成為可能。這種虛擬圖象生成設(shè)備通常裝有一個包含用于執(zhí)行所存儲程序的計算機的虛擬圖象生成設(shè)備主單元，一個用于向計算機單元發(fā)送控制信號從而移動被顯示在屏幕上虛擬圖象中物體的輸入設(shè)備，一個用于顯示計算機單元根據(jù)程序序列產(chǎn)生的虛擬圖象的顯示器，和一個用于根據(jù)程序序列產(chǎn)生聲音的聲音裝置。
具有上述結(jié)構(gòu)的游戲機包括那些戰(zhàn)斗題材的，其中，一個游戲者操縱的物體(機器人、人物或其他類似物)在一個虛擬空間生成的區(qū)域中(以后稱為虛擬區(qū)域)與敵方物體進行戰(zhàn)斗。在上述游戲機中由游戲者操縱的物體隱蔽在障礙物，或其他虛擬區(qū)域提供的類似物后面對敵人進行射擊。
為了在虛擬空間中能進行運動的三維顯示，采用了一種從一個給定視點觀察虛擬空間所得到的圖象。這通過透視投影的坐標變換實現(xiàn)，虛擬空間的坐標系被表示為從一給定視點得到的透視圖，并將其投影在視點前方的一個二維平面上。在許多情況下，虛擬圖象視點的視線指向游戲者的物體，以便使游戲者能看到其操縱的物體。游戲者操縱的物體做為一個主體顯示在顯示器的中央。
然而因為虛擬圖象的視點和游戲者物體的位置關(guān)系在運動中是固定的，障礙物有時會阻擋到游戲者物體的視線。在這種情況下，游戲者物體就被障礙物擋住了，使游戲者無法看到物體的運動，從而無法控制物體。游戲者對物體失去控制會減少游戲的激烈程度，使游戲變的沒有趣味。
這種情況可以參照圖6。如圖6A所示，當用做為虛擬圖象視點的虛擬相機C′觀察主體R′時，這種位置關(guān)系有時會使視線被障礙物O擋住。如圖6A所示，當視線被阻擋后，在生成的虛擬圖象中，主體R被障礙物O擋住，如圖6B所示，因此游戲者無法確定如何才能最好地控制主體R′。
為了避免上述情況的發(fā)生，可以采用的方法有(1)不顯示障礙物；或(2)從開始就用線框(wire frame)顯示障礙物。
然而采取(1)中的方法會產(chǎn)生新的問題，即游戲者操縱的物體可見，而其它物體不可見。采取(2)中的方法能夠看到障礙物，但是因為在主體R沒被障礙物O擋住時，依然用線框顯示障礙物，所以破壞了游戲的外觀。
為了解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種不同于前述方法(1)和(2)的，不破壞游戲外觀的虛擬圖象生成設(shè)備。本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠正確判斷一個被顯示的主體在虛擬空間是否與物體重疊的，并進行適當?shù)耐敢曁幚硎怪黧w和物體均可見的虛擬圖象生成設(shè)備及其方法。
為了達到上述這些目的，關(guān)于本申請的發(fā)明是一種用于產(chǎn)生從一個給定視點(如在主體斜上方，從虛擬空間的垂直方向進行觀察)觀察到的虛擬空間(如實際坐標系確定的空間)中的主體(如游戲者操縱的機器人、飛機或其它物體)的虛擬圖象(游戲圖象、模擬圖象或其它圖象)的虛擬圖象生成方法，它包括的步驟有根據(jù)涉及虛擬空間中的物體(虛擬區(qū)域、障礙物、不規(guī)則區(qū)域表面和其它類似物體)的形態(tài)數(shù)據(jù)(多邊形數(shù)據(jù)，指定形態(tài)位置的數(shù)據(jù)，表面數(shù)據(jù)和其它類似數(shù)據(jù))和一個主體的位置數(shù)據(jù)(坐標數(shù)據(jù)和其它類似數(shù)據(jù))判斷特定的條件是否滿足，例如，判斷位于視點和主體之間的物體是否重疊，是否從視點可見；如果確定了主體和物體處于一個給定的重疊狀態(tài)，則產(chǎn)生其中物體經(jīng)過給定顯現(xiàn)處理(網(wǎng)格處理、透明處理、物體的線條勾畫或其它類似處理)的虛擬圖象；如果確定了主體和物體處于一個不同于給定重疊狀態(tài)的狀態(tài)，則進行物體不被顯現(xiàn)的非顯現(xiàn)處理(正常紋理數(shù)據(jù)應(yīng)用處理或其類似處理)。
更具體地，權(quán)利要求1的發(fā)明是一種在虛擬空間中產(chǎn)生下述主體，或其它存在于上述虛擬空間之中，能夠從視點觀察到的物體的虛擬圖象的虛擬圖象生成設(shè)備，對上述圖象進行顯現(xiàn)或非顯現(xiàn)處理，其包括用于在給定條件滿足時，使上述非顯現(xiàn)圖象轉(zhuǎn)變?yōu)轱@現(xiàn)圖象，在上述給定條件不再滿足時，使上述顯現(xiàn)圖象轉(zhuǎn)變?yōu)榉秋@現(xiàn)圖象的虛擬圖象產(chǎn)生裝置。
權(quán)利要求2的發(fā)明是一種包括用于存儲與上述虛擬空間中的物體有關(guān)的形態(tài)數(shù)據(jù)的形態(tài)數(shù)據(jù)存儲裝置；用于為上述主體指定位置的位置數(shù)據(jù)指定裝置；用于根據(jù)存儲在上述形態(tài)數(shù)據(jù)存儲裝置中的形態(tài)數(shù)據(jù)和由上述位置數(shù)據(jù)指定裝置為上述主體指定的位置數(shù)據(jù)，確定位于上述視點和上述主體之間的上述物體是否重疊和是否從上述視點可見的重疊判斷裝置，和用于產(chǎn)生虛擬圖象的圖象生成裝置，其中，當重疊判斷裝置確定了上述主體和上述物體處于一種給定的重疊狀態(tài)時，對其中物體進行顯現(xiàn)處理，當重疊判斷裝置確定了上述主體和上述物體處于一種不同于給定的重疊狀態(tài)的狀態(tài)時，對其中物體進行非顯現(xiàn)處理。
在權(quán)利要求3的本發(fā)明中，上述重疊判斷裝置計算沿上述視點觀察上述主體方向的第一矢量，和沿上述物體到上述主體方向的第二矢量，計算第一矢量和第二矢量形成的角度，如果根據(jù)給定基準角度此角度屬于給定的關(guān)系，則確定重疊狀態(tài)存在，或如果此角度不屬于給定的關(guān)系，則確定非重疊狀態(tài)存在。較優(yōu)選地，由第一矢量和第二矢量形成的角度與給定的基準角度相比較；當此角度小于上述基準角度時，則確定重疊狀態(tài)存在，當此角度大于上述基準角度時，則確定非重疊狀態(tài)存在。
上述角度可以是當矢量投影在給定坐標平面上時形成的。上述基準角度可以選擇一個足夠大的值以便允許去判斷這兩個矢量的方向是否基本相同。
權(quán)利要求4的發(fā)明涉及一個權(quán)利要求2中規(guī)定的虛擬圖象生成設(shè)備，其中的重疊判斷裝置將相對于一個給定地面點(實際坐標系中的x-z平面或其它類似平面)的預(yù)先指定給主體的第一基準點(底邊、幾何重心、或物體外部的其它點)的偏移(y軸向的偏移，如高度或其它類似量)與相對于一個地面點的預(yù)先指定給物體的第二基準點的偏移進行比較。如果第一基準點的偏移小于第二基準點的偏移，則確定重疊狀態(tài)存在；如果第一基準點的偏移大于第二基準點的偏移，則確定重疊狀態(tài)不存在。
在權(quán)利要求5中，權(quán)利要求3的重疊判斷和權(quán)利要求4的重疊判斷同時應(yīng)用，兩個判斷條件都滿足時才能確定重疊狀態(tài)的存在。
權(quán)利要求6的發(fā)明涉及權(quán)利要求2中規(guī)定的虛擬圖象生成設(shè)備，對于顯現(xiàn)顯示，圖象產(chǎn)生裝置根據(jù)給定模式(一種象素點被部分替代的模式、一種條紋模式，或其它模式)顯示主體的象素，而不是物體的象素點，以產(chǎn)生虛擬圖象。
權(quán)利要求7的發(fā)明涉及如權(quán)利要求6中規(guī)定的虛擬圖象生成設(shè)備，其中的模式包括一種顯示物體的象素點和顯示主體的象素點的交替序列。
根據(jù)本發(fā)明，當特定的給定條件滿足時(例如當從視點觀察時，物體在視點和主體之間)，沒有經(jīng)過顯現(xiàn)處理被顯示的障礙物和其他物體進行顯現(xiàn)處理；當條件不再滿足時，物體圖象返回非顯現(xiàn)處理。
通常，當物體在從視點觀察到的主體前面經(jīng)過時，主體被物體擋住，從而使主體對虛擬圖象的觀看者不是充分可見的。面對這樣一種主體被物體擋住的狀態(tài)，本發(fā)明使用一種判斷，當重疊狀態(tài)存在時，對物體進行顯現(xiàn)處理，使障礙物和主體對觀看者都是充分可見的。因此在察覺障礙物存在的時候，游戲者也能操作主體，同時也沒有破壞游戲外觀。
當一組物體被判斷處于重疊狀態(tài)，對每個被判斷處于重疊狀態(tài)的物體都進行顯現(xiàn)處理。
從特定視點觀察時，如果物體位于主體和視點之間，從視點到主體的矢量的方向和從物體到主體的矢量的方向基本重合。在這種情況下，由兩個矢量確定的角度相對很小。
根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，將此角度與基準角度相比較；如果基準角度設(shè)定得足夠小以便能判斷重疊，從而準確判斷物體是否重疊主體。
另一方面，舉視點處于能夠從上方進行觀察的位置為例，當主體低于物體時，物體擋住了主體，從而產(chǎn)生一個重疊狀態(tài)。
根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明，將位于主體上的第一基準點的偏移和位于物體上的第二基準點的偏移，即對應(yīng)于前述示例中高度的參數(shù)，進行了比較。因此可以判斷主體和物體是否處于一種重疊狀態(tài)的位置關(guān)系。如權(quán)利要求5中所述，與權(quán)利要求3中的重疊狀態(tài)判斷同時使用有助于保證判斷的準確性。
根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明，顯現(xiàn)處理根據(jù)一種用于顯示的給定模式替換象素點來實現(xiàn)，從而產(chǎn)生在其中物體和主體均可見的虛擬圖象。更具體的是通過用權(quán)利要求6中所述的方式交替物體顯示象素點和背景顯示象素點，顯示一種給定的模式以生成虛擬圖象顯示，其中具有沒有降低物體質(zhì)量的主體，物體后的背景被清晰顯示。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的游戲機的示意框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的游戲機的運行流程圖；圖3是重疊判斷的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案虛擬圖象(其中不存在重疊狀態(tài))顯示示例；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案虛擬圖象(其中存在重疊狀態(tài))顯示示例；圖6是在常規(guī)示例中當覆蓋存在時產(chǎn)生的虛擬圖象的示意圖；圖7顯示了在障礙物前表面、后表面和側(cè)表面的，從障礙物到主體(物體)的矢量；圖8是描述障礙物和主體位置關(guān)系的側(cè)視圖；圖9是根據(jù)另外一個實施方案的與圖8相似的側(cè)視圖；圖10仍是根據(jù)另外一個實施方案的與圖8相似的側(cè)視圖；圖11根據(jù)另外一個實施方案描述兩個障礙物，主體和視點之間位置關(guān)系的側(cè)視圖；圖12是由圖11中兩個矢量形成的內(nèi)角的示意圖；和圖13是描述虛擬空間中右手坐標系的斜視圖。
以下將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行說明。
(1)結(jié)構(gòu)描述根據(jù)本發(fā)明的此實施方案的游戲機的情節(jié)是作為主體的物體(機器人)在三維空間中彼此戰(zhàn)斗。游戲者操縱他或她的機器人，在三維空間中自由移動去攻擊敵方機器人。觀察虛擬圖象的視點(相機)跟隨著游戲者的機器人。
根據(jù)此實施方案的游戲機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖1所示，游戲機1000包括以下基本部件一個游戲機主體10，一個輸人裝置11，一個輸出裝置12，一個TV監(jiān)視器13和揚聲器14。
輸入裝置11裝有由游戲者左右手操縱以控制機器人運動的控制桿。與控制桿各種控制狀態(tài)有關(guān)的編碼被作為控制信號傳送給I/O接口106。輸出裝置12裝有提示游戲者游戲機操作狀態(tài)的各種指示燈。TV監(jiān)視器13顯示了戰(zhàn)斗的圖象；也可以用頭戴式顯示器(HMD)，投影儀或其它類似物代替TV監(jiān)視器。
作為圖象產(chǎn)生裝置，游戲機主體10具有一個計數(shù)器100，一個CPU(中央處理單元)101；它還裝有ROM102，RAM103，一個音響裝置104，一個I/O接口106，一個上卷數(shù)據(jù)處理器107，一個協(xié)處理器108，區(qū)域數(shù)據(jù)ROM109，一個幾何分析器110，形態(tài)數(shù)據(jù)ROM111，一個顯示裝置112，紋理數(shù)據(jù)ROM113，紋理映射RAM114，一個幀緩沖器115，一個圖象合成裝置116，和一個D/A轉(zhuǎn)換器117。游戲機主體10在給定間隔(例如對應(yīng)電視制式的垂直同步周期，1/60秒)產(chǎn)生新的虛擬圖象。
作為位置數(shù)據(jù)指定裝置和重疊判斷裝置的CPU通過總線與以下部件相連，從一初始值開始計數(shù)的計數(shù)器100，存儲有游戲和圖象生成存儲程序的ROM102，存儲臨時數(shù)據(jù)的RAM103，音響裝置104，I/O接口106，上卷數(shù)據(jù)處理器107，協(xié)處理器108和幾何分析器110。
RAM103暫時地存儲多邊形數(shù)據(jù)坐標變換和其它功能所需的數(shù)據(jù)，并且存儲為幾何分析器編寫的各種指令(如物體顯示)、變換處理的矩陣運算結(jié)果以及其它數(shù)據(jù)。
當輸入裝置11輸入控制信號時，I/O接口106向CPU發(fā)出中斷請求；當CPU101為指示燈發(fā)送數(shù)據(jù)時，此數(shù)據(jù)被發(fā)送到輸出裝置12。
音響裝置104通過功放105與揚聲器14相連。音響裝置104輸出的音頻信號被功放105放大，并送往揚聲器104。
ROM111存儲生成虛擬圖象所需的物體的形態(tài)數(shù)據(jù)，如游戲者的機器人，敵方機器人，炸彈爆炸的圖象，和障礙物，背景以及地形特征等虛擬區(qū)域的基本圖案。
ROM109存儲進行重疊判斷是否主體(物體)被障礙物或其它地形特征擋住，以及進行碰撞判斷是否主體與其它地形特征相碰撞所需的物體形態(tài)數(shù)據(jù)(建筑物，障礙物，地形特征，和其它類似物)。
不同于存儲在ROM111中用于圖象顯示的相對比較詳細的多邊形數(shù)據(jù)組，存儲在ROM109中的數(shù)據(jù)組只包含能進行重疊判斷和類似功能的較粗略的數(shù)據(jù)。如，忽略組成區(qū)域和其它類似物的物體的詳細表面紋理信息，只需要模擬全部的實體外形，ROM109存儲用于顯示上述實體外形的數(shù)據(jù)，和確定實體外形每個表面的數(shù)據(jù)。
這些數(shù)據(jù)可以作為對物體之間進行碰撞判斷和重疊判斷的基礎(chǔ)，也可以作為進行涉及各種物體形態(tài)特征，如高度，寬度和深度判斷的基礎(chǔ)。如，地形特征數(shù)據(jù)包含有定義每個表面的地形特征的ID，這種ID和地形特征的對應(yīng)關(guān)系以表格的形式存放在ROM111中。
所謂多邊形數(shù)據(jù)就是包含各組頂點的多個集合的數(shù)據(jù)組，并用相對坐標或絕對坐標指定了構(gòu)成物體形態(tài)的多邊形(通常為三角形或四邊形)和基本圖象的頂點的位置。
為了產(chǎn)生虛擬圖象，一種指明物體，障礙物和其它物體在一個虛擬空間相對位置的坐標系(實際坐標系)必須被轉(zhuǎn)換為從指定視點(如相機或其它類似物)觀察到的，代表虛擬空間的二維坐標系(視點坐標系)。視點被設(shè)置在某些可以看到受控主體的給定位置(如主體的斜上方)。視點和主體之間的位置關(guān)系在游戲過程中是變化的。代表主體位置的坐標被作為控制信號從輸入裝置11發(fā)送到CPU11。
當來自輸入裝置11的控制信號被輸入時，CPU101響應(yīng)控制信號為下一個間隔產(chǎn)生視點坐標和物體坐標，以實現(xiàn)主體的移動。一旦這些坐標確定了，CPU101對物體進行重疊判斷和碰撞判斷。
物體、障礙物和其它物體由一組多邊形數(shù)據(jù)集合構(gòu)成。對每個組成物體的多邊形，整體形態(tài)由坐標系(本體坐標系)確定，其中一個點被選作原點，其它點用坐標表示；從而使組成物體的多邊形的數(shù)據(jù)集合聯(lián)系在一起。
當一個物體或其它類似物從觀察虛擬圖象的視點觀察時位于障礙物之后，為了執(zhí)行顯現(xiàn)處理，必須要判斷物體的重疊狀態(tài)。這種根據(jù)本發(fā)明的重疊判斷將在以后予以詳細描述。為了在一個物體或障礙物被子彈或光束擊中之后顯示爆炸圖象，必須計算物體之間的相對位置關(guān)系，并判斷物體是否碰撞。為得到本體坐標系表示的物體的相對位置，必須進行到組成虛擬空間(實際坐標系)的給定坐標系的變換。一旦每個物體的相對位置被確定，就可以判斷物體是否與其它物體碰撞。
一旦在虛擬空間坐標系中的物體的相對位置被確定，轉(zhuǎn)換過程則產(chǎn)生虛擬圖象，轉(zhuǎn)換過程涉及在構(gòu)成視場的二維平面上的投影，重新產(chǎn)生從一個給定視點(如相機)觀察到的虛擬空間中物體的圖象。這稱為透視投影，通過矩陣運算為透視投影進行的坐標變換稱之為透視變換。透視變換是由幾何分析器110進行的，從而產(chǎn)生要實際顯示的虛擬圖象。
幾何分析器110與形態(tài)數(shù)據(jù)ROM111和顯示裝置112相連。幾何分析器110接受CPU101提供的表示透視變換所需的多邊形的數(shù)據(jù)，以及透視變換所需的矩陣數(shù)據(jù)。根據(jù)CPU101提供的矩陣，幾何分析器110對存儲在形態(tài)數(shù)據(jù)ROM111中的多邊形數(shù)據(jù)進行圖象變換，從而產(chǎn)生由虛擬空間中三維坐標系到視點坐標系的變換數(shù)據(jù)。此時如果根據(jù)CPU101的碰撞判斷需要顯示一個爆炸圖象，則使用爆炸圖象的多邊形數(shù)據(jù)。
顯示裝置112將紋理加到變換后的視場坐標系形態(tài)數(shù)據(jù)上，并將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到幀緩沖器115。如果根據(jù)CPU101的重疊判斷，物體或類似物隱蔽在障礙物之后，則進行給定的顯現(xiàn)處理。為了加入紋理，顯示裝置112與紋理數(shù)據(jù)ROM113和紋理映射RAM114，以及幀緩沖器115相連。
上卷數(shù)據(jù)處理器107計算文本和其它上卷屏幕數(shù)據(jù)(存在ROM102中)。圖象合成裝置116將來自處理器107的文本數(shù)據(jù)加到前述幀緩沖器115提供的圖象數(shù)據(jù)中，然后重新合成圖象。重新合成的圖象通過D/A轉(zhuǎn)換器117輸出到TV監(jiān)視器。
(II)操作說明接下來，將參照流程圖2對本實施方案中的重疊判斷過程進行說明。
在S1步中，CPU101為顯示障礙物進行必須的初始化。具體是當輸入裝置11提供一個新的控制信號時，CPU101執(zhí)行賦予控制信號的操作，計算游戲者控制的物體所要到達目的地的坐標。一旦物體目的地被確定，觀察作為主體的物體的視點的新位置也被確定。
一旦視點的新坐標被計算出來，CPU101就選擇從該視點觀察虛擬空間時需要透視投影的物體，視點在主體中央。在進行選擇時，協(xié)處理器108參考存儲在形態(tài)數(shù)據(jù)ROM109中的形態(tài)數(shù)據(jù)。被選擇的物體與確定構(gòu)成物體表面的數(shù)據(jù)一起存儲在RAM103中。
當被顯示的障礙物或其它物體不在從視點觀察得到的虛擬空間的視場中時(S2步否)，CPU101為從新視點進行透視投影提供所需的轉(zhuǎn)換矩陣數(shù)據(jù)給幾何分析器110，并完成操作。因為多個障礙物或其它物體通常在視場中(S2步是)，所以下述重疊判斷過程順序處理在視場中每個障礙物或其它物體。
在如圖13所示的右手坐標系的虛擬空間中，覆蓋判斷取決于由矢量CR和矢量OR形成的角度θ的大小，CR矢量從C點(視點((虛擬相機))在x-z平面的投影)指向點R(作為主體的物體在x-z平面的投影)，矢量OR從障礙物O指向點R(見圖3)。
圖3對應(yīng)于在Y方向上觀察的虛擬空間視圖，朝向x-y平面。矢量OR用圖7中所示的方法被預(yù)先確定。在圖7中，障礙物O是沿圖3中相同的方向進行觀察的。與障礙物右表面720接界的區(qū)域2具有與x-y平面平行的矢量72。與障礙物左表面760接界的區(qū)域4具有與矢量72相反的矢量76。
與障礙物前表面740接界的區(qū)域3具有與x-z平面平行的確定矢量74。與障礙物后表面700接界的區(qū)域1被指定了一個與矢量74相反的矢量70。這些矢量70，72，74和76與各自表面垂直。
矢量70和72指定給區(qū)域5，矢量72和74給區(qū)域6，矢量72和76給區(qū)域7，矢量76和70給區(qū)域8。每個區(qū)域的矢量以表格的形式存儲在ROM111中。
在步驟S3中，如圖2所示，(x，z)從物體的當前坐標位置讀得，根據(jù)(x，z)所屬于的區(qū)域(區(qū)域1到8)，從障礙物到物體的矢量OR被指定為矢量70到76中的一個。
因為重疊判斷通常根據(jù)前述矢量OR和矢量CR所確定的角度，所以矢量大小并不重要；因此這些矢量通常被賦予一個給定值。
從視點投影點C指向物體投影點R的矢量CR根據(jù)投影點C在x-z平面的坐標(x1，z1)和投影點R在x-z平面的坐標(x2，z2)計算得到。
接下來，在S4步中，將計算由矢量CR和OR形成的角度(或是矢量OR以矢量CR為基基準而形成的角度，為方便起見，角度較小的內(nèi)角就稱為內(nèi)角)，矢量CR對應(yīng)一條從視點到主體的視線。
在S5步中，CPU101將程序給定的基準角度與S4步中計算得到的內(nèi)角進行比較。當矢量OR和矢量CR形成的角度在基準角度之內(nèi)(S5步是)，將主體基準點的高度(y方向上的距離)與障礙物的基準點高度進行比較(S6步)。
當主體的高度小于障礙物的高度時(S6步是)，即，當矢量OR和矢量CR所形成的內(nèi)角小于基準角度和主體的高度小于障礙物的高度的條件均滿足時，CPU101將指定上述障礙物的物體數(shù)據(jù)，以及規(guī)定對障礙物進行顯現(xiàn)處理的編碼通過幾何分析器110一起提供給顯示裝置112(S8步)。當主體在一組障礙物后面移動時，對每個障礙物都進行重疊判斷，因此如果所有障礙物的重疊狀態(tài)都滿足前述條件，就向幾何分析器提供一組物體的數(shù)據(jù)和編碼。
當矢量OR和矢量CR形成的角度大于基準角度(S6步否)，或者主體的高度大于障礙物的高度(S6步否)時，就向幾何分析器110提供規(guī)定非顯現(xiàn)處理(障礙物的正常顯示模式)的編碼。
例如，如圖3A所示，因為物體在x-z平面上的投影點R屬于圖7的區(qū)域1，矢量70被選作矢量OR。從虛擬相機(其作為視點)在x-z平面上的投影點C到投影點R的視線矢量CR如圖3A所示。矢量OR和矢量CR形成的角度θ1小于基準角度，物體R′和障礙物O相重疊(見圖6)。系統(tǒng)執(zhí)行到S6步。
接下來，如圖8所示，當前物體坐標被用來計算物體R′相對于虛擬地面80的高度H(y坐標)。高度H與障礙物高度相比較，當物體的第一起點(物體的底邊)的高度(H1)高于障礙物第二起點(障礙物的頂邊)的高度H0，則可以確定整個物體對視點C′是可見的，物體和障礙物能夠重疊，可以用正常的方式產(chǎn)生障礙物O的圖象，不必進行顯現(xiàn)處理。
相反，當物體高度(H2)低于障礙物的高度(H0)，則可以確定物體對R′視點C′是不可見的，要產(chǎn)生能顯現(xiàn)的障礙物O的圖象。
如圖3B所示，因為物體在x-z平面上的投影點R屬于圖7的區(qū)域3，矢量74被選作矢量OR。從虛擬相機(其作為視點)在x-z平面上的投影點C到投影點R的視線矢量CR如圖3B所示。矢量OR和矢量CR形成的角度θ2大于基準角度，物體R′和障礙物O不會重疊。系統(tǒng)轉(zhuǎn)S2步驟。如圖3B所示，甚至當主體的高度低于障礙物O的高度時，重疊狀態(tài)也不會產(chǎn)生，因此沒有進行S6步的處理。
在本發(fā)明的此實施方案中，由于以下原因，采用矢量形成的角進行物體和障礙物重疊的判斷。如圖3A所示，在視點觀察時物體置于障礙物之后，當從障礙物的后表面700進行觀察時，矢量OR和矢量CR都處于基本相同的方向。在這種情況下，兩個矢量形成的內(nèi)角將很小。
相反，如圖3B所示，在視點觀察時物體置于障礙物之前，矢量OR從障礙物后表面700指向前表面740，而矢量CR從障礙物前表面740指向后表面700。因為這兩個矢量彼此相反，它們形成的內(nèi)角將大于圖3A中的。
因此通過定義一個能夠區(qū)分圖3A所示狀態(tài)和圖3B所示狀態(tài)的基準角度作為內(nèi)角，并將兩個矢量形成的實際內(nèi)角與基準角度相比較，能夠區(qū)分圖3A和圖3B?；鶞式嵌鹊拇笮∪Q于視點和物體形成的角度和距離，但最好在70-90°之間。
在S6步中，物體的高度，即在虛擬空間實際坐標系中它們的y坐標被用作基準，因為視點的y坐標始終大于障礙物的y坐標。因此在游戲機中，當設(shè)置視點的高度低于障礙物的高度時，用每個物體的x坐標值的比較代替高度的比較。
當進行顯現(xiàn)處理時(S8步)，顯示裝置112進行網(wǎng)格處理，根據(jù)紋理數(shù)據(jù)將紋理加到討論中的障礙物中。當對一組物體進行顯現(xiàn)處理時，對這組物體進行網(wǎng)格處理。網(wǎng)格處理就是從顯示討論中的障礙物的象素點中選擇部分象素點，根據(jù)給定模式通過插入顯示背景的象素點替換顯示障礙物的這些象素點。只要是可作背景的，物體能夠辨認的，不會過多改變障礙物外觀的模式都可以作為給定模式。例如障礙物象素點和背景象素點交替放置的模式較好。
在同以上類似的實施方案中，重疊狀態(tài)的判斷根據(jù)兩個準則從視點到物體的矢量和從障礙物到物體的矢量形成的角度，兩個物體之間的高度差。這能夠確保對重疊狀態(tài)的準確判斷。本發(fā)明也沒有排除使用物體和障礙物的坐標值，或其它方法進行兩者的重疊判斷。
當判斷重疊狀態(tài)存在時，進行顯現(xiàn)處理，以便使障礙物能夠以網(wǎng)格形式被顯示。因此，即使障礙物在視點和主體之間，游戲者也不會看不見主體，可以繼續(xù)玩，同時也可以察覺障礙物的存在。
因為矢量OR以表格的形式存儲在存儲器中，關(guān)于障礙物的物體位置從存儲器中讀取，所以判斷能夠快速地，方便地進行。
(II)其它實施方案i)覆蓋判斷在前述實施方案中，當有關(guān)矢量CR和矢量OR形成的角度的條件和有關(guān)主體高度和障礙物高度的條件均滿足時，則可以判斷重疊狀態(tài)存在。然而也可以單獨使用角度判斷進行重疊判斷。因為電視游戲中的主體運動是非常劇烈的，在視點與障礙物相距較遠，或障礙物高度較低的情況下，這種位置關(guān)系通常都不會使游戲者在玩游戲的過程中有迷失方向的感覺，甚至不需要顯現(xiàn)處理。
根據(jù)在視點觀察時障礙物，主體，或其它物體的物體大小(即重心到邊的距離)，當重疊存在時矢量OR和視線矢量CR形成的角度會不同。此角度也會因視點與每個物體的距離而不同。S5步中用于比較的基準角度根據(jù)物體外部大小和視點與物體之間的距離而變化。
如圖9所示，也可以根據(jù)主體位置和障礙物位置計算OR矢量。此矢量為從障礙物O上的給定基準點到主體R′上的基準點的矢量?；鶞庶c可以是主體或障礙物的中心。中心是指對應(yīng)于物體實體外形的重心的點。在游戲機中，物體和視點快速運動，因此不必過于精確計算物體的中心，只需將作為中心坐標的位置存儲到ROM109或其它類似設(shè)備中。判斷物體高度的給定的基準點可以與進行矢量計算所用的物體中心相同；對于障礙物，可以采用障礙物的上表面的高度，對于作為主體的物體，可以采用物體最低面作為基準。
ii)顯現(xiàn)處理在前述實施方案中，使用網(wǎng)格處理實現(xiàn)圖象生成設(shè)備進行的顯現(xiàn)處理，網(wǎng)格處理對每個點進行修正；然而，可以根據(jù)其它模式對象素點進行替換。具體而言，可以進行每兩個點的替換，或者用條紋方式顯示背景和障礙物。也可以采用使障礙物透明顯示的顯現(xiàn)處理代替網(wǎng)格處理，處理的過程中，替換了象素點。為了使象素點透明，可以對顯示障礙物和背景的顏色信息(RGB)進行各種處理(相加，相乘等)，以便使被障礙物擋住的部分背景能夠被識別。
如圖10所示，描述圖10的方向與圖8相同，來自視點C′的視場的視場角是θ-1，物體R′在Y方向的延伸被障礙物O覆蓋的區(qū)域?qū)儆讦?2。因此只對在θ-2區(qū)域中被選擇的區(qū)域進行顯現(xiàn)處理。
在前述如圖2所示的實施方案中，將對屬于視點視場的障礙物進行重疊判斷?？梢圆捎萌鐖D2所示的過程對視場中的這些障礙物而不是所有的障礙物進行處理。將參照圖11對此過程進行說明。
與圖7的描述方向相同的圖11顯示了從Y方向觀察到的障礙物O1和O2。圖11說明兩個物體在x-z平面上的投影點R-1和R-2，相對R-1的視點投影點C-1和相對R-1的視點投影點C-2具有以下關(guān)系(1)R-1 障礙物O1的背面700-1障礙物O2的前面740-2C-1 障礙物O1的前面740-1(2)R-2 障礙物O1的背面700-1障礙物O2的背面700-2C-2 障礙物O1的背面700-1障礙物O2的前面740-2由以下矢量形成內(nèi)角投影點C-1和投影點R-1構(gòu)成的矢量CR-1；障礙物O1和投影點R-1構(gòu)成的矢量OR-1；投影點C-2和投影點R-2構(gòu)成的矢量CR-2；和障礙物O2和投影點R-1構(gòu)成的矢量OR-1。
如圖12所示。
從圖11和圖12中可以看到，當投影點是R-1時，對障礙物O1進行顯現(xiàn)處理，而對障礙物O2進行非顯現(xiàn)處理。
另一方面，當物體投影點是R-2時，對障礙物O1和障礙物O2都進行顯現(xiàn)處理。因為此時視點在C-2，障礙物O1不在視場中，不作為圖象顯示在TV監(jiān)視器13上。
當對虛擬空間中的所有障礙物進行重疊判斷時，可以對每個障礙物指定一個ID，對所有的ID進行S3到S7步驟中的處理。
ROM可以作為狀態(tài)標志寄存器，以標明對各個障礙物是否有必要進行重疊判斷。例如當障礙物的高度低于物體的高度，以至于整個物體幾乎都沒有被障礙物擋住，即使改變視點的位置也如此，則在標志位置“1”，標明沒有必要進行重疊判斷。
示例以下將說明一個采用前述實施方案的游戲機。
圖4說明當主體和障礙物之間沒有重疊時的位置關(guān)系。如圖4B所示，在此例中，觀察主體R的虛擬相機C′從主體R′上方觀察虛擬空間，在R′中心。如俯視圖4A所示，當相機C′位于點P1時，在相機C′觀察時障礙物O位于主體R的后方，因此從視點到主體的矢量和從障礙物到主體的矢量形成的角大于基準角度，所以可以判斷不存在重疊狀態(tài)。所以不必對障礙物O進行顯現(xiàn)處理。如圖4C所示的正常虛擬圖象顯示在監(jiān)視器上。
然而相機圓周運動到4A中的點P2時，障礙物O位于相機C′和主體R′之間，產(chǎn)生重疊狀態(tài)。此時相機C′和主體R′的的位置關(guān)系如圖5A的俯視圖所示；位置關(guān)系也如側(cè)視圖5B所示。此時，兩個矢量形成的角度小于基準角度，而且主體R′也低于障礙物。所以對障礙物O進行顯現(xiàn)處理，對障礙物的紋理進行網(wǎng)格處理，如圖5C所示，以便使隱蔽在其后的主體R′顯現(xiàn)顯示在顯示器中的虛擬圖象。
根據(jù)本發(fā)明，圖象根據(jù)以下的方式生成沒有經(jīng)過顯現(xiàn)處理所產(chǎn)生的圖形被處理成顯現(xiàn)圖形，從而提供了一種虛擬圖形生成設(shè)備，它不會損害游戲外觀，不需要忽略障礙物的顯示，不需要從開始就以線條外形的形式顯示障礙物或其它方式。
主體被物體擋住時的位置關(guān)系被判斷為重疊狀態(tài)，則對擋住主體的物體進行顯現(xiàn)處理。因此主體圖形是充分可見的，從而允許游戲者沒有困難地操縱和觀察主體的狀態(tài)。
更具體地，覆蓋判斷是根據(jù)從視點到主體的矢量和從障礙物到主體的矢量形成的角度進行的，從而可以方便準確地判斷障礙物是否擋住了主體。當主體被障礙物擋住時進行的顯現(xiàn)處理允許一種無迷失方向感的圖象顯示。覆蓋判斷也可以通過比較主體和物體的高度實現(xiàn)。
通過根據(jù)給定的模式替換象素點以影響顯現(xiàn)處理，可以用相對簡單的方法使圖象變得顯現(xiàn)，而不會損害顏色，形態(tài)和物體與主體的外觀。具體是，通過以交替的方式顯示物體顯示象素點和背景顯示象素點，可以得到處于重疊狀態(tài)也能足夠可見的虛擬圖象。
權(quán)利要求
1.一種虛擬圖像生成設(shè)備，在對所述圖像進行顯現(xiàn)或非顯現(xiàn)處理時，能夠在所述虛擬空間中產(chǎn)生虛擬圖象，就象從規(guī)定的視點對其進行觀察一樣，其包括用于在給定條件滿足時，使上述非顯現(xiàn)圖象轉(zhuǎn)變?yōu)轱@現(xiàn)圖象，在上述給定條件不再滿足時，使上述顯現(xiàn)圖象轉(zhuǎn)變?yōu)榉秋@現(xiàn)圖象的虛擬圖象產(chǎn)生裝置。
2.一種虛擬圖像生成設(shè)備，在對所述圖像進行顯現(xiàn)或非顯現(xiàn)處理時，能夠在所述虛擬空間中產(chǎn)生虛擬圖象，就象從規(guī)定的視點對其進行觀察一樣，其包括用于存儲與上述虛擬空間中的物體有關(guān)的形態(tài)數(shù)據(jù)的形態(tài)數(shù)據(jù)存儲裝置；用于為上述主體規(guī)定位置的位置數(shù)據(jù)指定裝置；用于根據(jù)存儲在上述形態(tài)數(shù)據(jù)存儲裝置中的形態(tài)數(shù)據(jù)和由上述位置數(shù)據(jù)指定裝置為上述主體指定的位置數(shù)據(jù)，確定位于上述視點和上述主體之間的上述物體是否重疊和是否從上述視點可見的重疊判斷裝置；和用于產(chǎn)生虛擬圖象的圖象生成裝置，其中，當重疊判斷裝置確定了上述主體和上述物體處于一種給定的重疊狀態(tài)時，對其中物體進行顯現(xiàn)處理，當重疊判斷裝置確定了上述主體和上述物體處于一種不同于給定的重疊狀態(tài)的狀態(tài)時，對其中物體進行非顯現(xiàn)處理，使其不顯現(xiàn)。
3.權(quán)利要求2的虛擬圖象生成設(shè)備，其特征在于上述重疊判斷裝置計算沿上述視點觀察上述主體方向上的第一矢量，和沿上述物體到上述主體方向上的第二矢量，計算第一矢量和第二矢量形成的角度，如果根據(jù)給定基準角度此角度屬于給定的關(guān)系，則確定重疊狀態(tài)存在，或如果此角度不屬于給定的關(guān)系，則確定非重疊狀態(tài)存在。
4.權(quán)利要求2的虛擬圖象生成設(shè)備，其特征在于重疊判斷裝置將相對于一個給定地面點的預(yù)先指定給上述主體的第一基準點的偏移與相對于一個地面點的預(yù)先指定給上述物體的第二基準點的偏移進行比較，如果上述第一基準點的偏移小于上述第二基準點的偏移，則確定重疊狀態(tài)存在；如果上述第一基準點的偏移大于上述第二基準點的偏移，則確定重疊狀態(tài)不存在。
5.權(quán)利要求2的虛擬圖象生成設(shè)備，其中只有在權(quán)利要求3中規(guī)定的角度與上述基準角度具有給定的關(guān)系，以及權(quán)利要求4中規(guī)定的上述第一基準點的偏移小于上述第二基準點的偏移時，重疊判斷裝置才能確定重疊狀態(tài)存在。
6.權(quán)利要求2的虛擬圖象生成設(shè)備，其中，對于上述顯現(xiàn)顯示，圖象生成裝置根據(jù)給定模式顯示上述主體的象素，而不是上述物體的象素點，以產(chǎn)生虛擬圖象。
7.權(quán)利要求6的虛擬圖象生成設(shè)備，上述模式包括一種顯示上述物體的象素點和顯示上述主體的象素點的交替序列。
8.一種在虛擬空間中產(chǎn)生存在于上述虛擬空間之中，能夠從視點觀察到的物體的虛擬圖象的虛擬圖象生成方法，包括以下步驟根據(jù)與上述在虛擬空間的物體有關(guān)的形態(tài)數(shù)據(jù)和為上述主體指定的位置數(shù)據(jù)，判斷當從上述視點觀察時位于上述視點和上述主體之間的上述物體是否重疊，當確定了上述主體和上述物體處于一種給定的重疊狀態(tài)時，產(chǎn)生一個虛擬圖象，物體進行顯現(xiàn)處理；而當確定了上述主體和上述物體處于一種不同于給定的重疊狀態(tài)的狀態(tài)時，產(chǎn)生一個虛擬圖象，對其進行非顯現(xiàn)處理，使其中的物體是非顯現(xiàn)的。
9.一種用于記錄用于在虛擬空間中產(chǎn)生存在于上述虛擬空間之中，能夠從給定視點觀察到的物體的虛擬圖象的程序數(shù)據(jù)的記錄介質(zhì)，上述程序數(shù)據(jù)用于判斷過程，即根據(jù)與上述在虛擬空間的物體有關(guān)的形態(tài)數(shù)據(jù)和為上述主體指定的位置數(shù)據(jù)，判斷從上述視點觀察時位于上述視點和上述主體之間的上述物體是否重疊，當確定了上述主體和上述物體處于一種給定的重疊狀態(tài)時，產(chǎn)生一個虛擬圖象，對其中物體進行顯現(xiàn)處理，而當確定了上述主體和上述物體處于一種不同于給定的重疊狀態(tài)的狀態(tài)時，產(chǎn)生一個虛擬圖象，對其進行非顯現(xiàn)處理，其中的物體是非顯現(xiàn)的。
全文摘要
一個虛擬圖象生成設(shè)備包括用于存儲與障礙物有關(guān)的形態(tài)數(shù)據(jù)的形態(tài)數(shù)據(jù)存儲裝置，用于為上述主體指定位置數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)指定裝置，用于根據(jù)形態(tài)數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)判斷位于視點和主體之間的物體是否重疊和是否從上述視點可見的重疊判斷裝置，用于當確定了主體和物體處于重疊狀態(tài)時，產(chǎn)生一個虛擬圖象，對其中物體進行給定的顯現(xiàn)處理的圖象產(chǎn)生裝置。
文檔編號A63F13/00GK1161096SQ96190888
公開日1997年10月1日 申請日期1996年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月10日
發(fā)明者山本健二 申請人:世雅企業(yè)股份有限公司