專利名稱：圖像處理方法和設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及可應用于游戲設備的圖像處理方法和設備，該游戲設備通過在顯示器上顯示圖像在實時的基礎上使游戲前進，更具體地講涉及有效地使用游戲設備的硬件資源的圖像處理方法和設備。
一般地，能夠在實時的基礎上處理游戲的計算機游戲設備包括一個游戲設備主體，它使用預存儲的游戲軟件，一個控制單元，它給出用于處理的操作信號，包括圖像中特征的運動，一個顯示圖像的顯示器，該圖像表示在游戲設備主體中包含的游戲進展的圖像，和一個聲頻單元，當游戲前進時產(chǎn)生必要的聲音。
具有清楚的顯示屏以便提供更真實圖像的游戲設備是很普及的。特別地，使用多邊形處理的游戲設備是很普及的，因為它們能夠把三維的圖像數(shù)據(jù)表示為提供高可視真實性的一群給定單元的集合。在使用多邊形處理的游戲設備中，構(gòu)成一個目標(在顯示屏上可運動的一個顯示目標)的多邊形數(shù)量是遞增的，而多邊形表面以一個結(jié)構(gòu)涂敷(Coat)，因而進一步增強真實性的圖像。
正如上面敘述的，對越來越真實的圖像的需求要求硬件應具有減少處理時間以及在實時的基礎上處理大大地增加的數(shù)據(jù)量的能力，以便硬件上的負荷大大地增加了。這個需求預料在將來要繼續(xù)增加，因此增加了硬件的操作負荷。
首先，要求游戲設備在由游戲者輸入的數(shù)據(jù)的基礎上執(zhí)行實時圖像處理，中央處理單元上的基本負荷與單一的計算機圖形圖像處理相比基本上是高的。
另外，如果游戲設備由多個昂貴的高速操作設備構(gòu)成，以便保證諸如在飛行模擬器中存在優(yōu)勢的數(shù)據(jù)處理能力，該游戲設備將是一個昂貴的商品而且不滿足市場的需要。
象這樣，常規(guī)的游戲設備必須執(zhí)行圖像顯示處理，同時限制其處理器的處理能力或其數(shù)據(jù)容量的總數(shù)。因此，得到的圖像對觀看者不能給出足夠的真實性。
鑒于常規(guī)技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種圖像處理方法和設備，它能夠減少圖像處理負荷和顯示具有更大真實性的圖像。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種圖像處理方法和設備，它能夠減少被顯示的目標的圖像處理負荷，以便顯示具有更大真實性的圖像。
為了達到上述目的，在根據(jù)本發(fā)明的圖像處理方法中，由涉及有關虛攝象機的信息矩陣和版本矩陣的坐標變換得到的目標矩陣的旋轉(zhuǎn)部件被設定以便形成一個單元矩陣，因而提供用于該目標顯示的數(shù)據(jù)。攝象機信息的矩陣例如包括有關攝象機的位置和旋轉(zhuǎn)的信息。
虛攝象機可與正常攝象機比較，前者具有一個觀察點和有關計算機圖形輪廓的圖像角。通過指定其位置、光軸方向(其鏡頭方向)、圖像角(變焦寬度)和扭轉(zhuǎn)(繞光軸旋轉(zhuǎn)的角度)設定虛攝象機。換句話說，虛攝象機意味著一個虛擬地設定的觀察點。虛攝象機理解為視野方向確定裝置，它確定在視頻監(jiān)視器上顯示的圖像的視野方向。該目標從一個圖(目標)中固有的主體坐標系統(tǒng)成型地變換為世界坐標系統(tǒng)，它規(guī)定在三維空間中該圖的布局。得到的目標圖像進行視野變換為屬于由虛攝象機(的位置和角度)確定的視野坐標系統(tǒng)的圖像，而這個目標圖像在監(jiān)視器30上進行顯示。
另外，最好矩陣的旋轉(zhuǎn)分量由下式給出X＝TM它包含在三維空間中一個目標的移動或運動的信息，式中M是有關虛攝象機信息的矩陣，而T是變換矩陣，該矩陣的旋轉(zhuǎn)分量被設定，以便形成一個單元矩陣的分量，因而得到有關該目標顯示的數(shù)據(jù)，該目標總是面對取景孔方向。
根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設備包括處理裝置，在虛攝象機信息矩陣的基礎上執(zhí)行該目標的坐標變換和設定坐標變換目標矩陣的旋轉(zhuǎn)分量作為構(gòu)成單元矩陣的分量。
該處理裝置例如包括攝象機控制矩陣處理裝置，用于獲得虛攝象機的信息矩陣，和目標矩陣處理裝置，在虛攝象機的信息矩陣和該變換矩陣乘積的基礎上獲得有關旋轉(zhuǎn)點的信息矩陣，和設定該矩陣的旋轉(zhuǎn)分量以構(gòu)成一個單元矩陣，因而獲得有關該目標的顯示的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)總是面對虛攝象機的取景孔方向。
根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設備包括存儲裝置，用于存儲有關攝象機的位置坐標及角度的信息和有關目標的位置坐標的信息，和目標矩陣處理裝置，用于計算三維坐標系統(tǒng)的每個角度，在從存儲裝置獲得的有關該攝象機的位置坐標與角度的信息和有關該目標位置坐標的信息的基礎上，該三維坐標系統(tǒng)使該目標面對希望的方向。
在本發(fā)明的圖像處理中，由坐標變換獲得的目標的顯示矩陣的旋轉(zhuǎn)分量被設定以構(gòu)成一個單元矩陣。因此，一直產(chǎn)生面對虛攝象機的取景孔方向的目標顯示的數(shù)據(jù)。即使虛攝象機面對任何方向，攝象機與目標之間的關系是該目標總是面對該攝象機。因此，所要求的有關目標的數(shù)據(jù)是到該目標前面的唯一(二維)數(shù)據(jù)，不要求處理大量的數(shù)據(jù)，因此，保持輕的操作的工作負荷。該目標可由在面板前面顯示的目標數(shù)據(jù)構(gòu)成。另外，可設定這個目標以便在預定位置總是面對預定的方向。可設定諸如標志牌的平面目標以便總是面對取景孔方向。至于有關該攝象機的信息矩陣，有關該攝象機的位置和旋轉(zhuǎn)信息根據(jù)所要求的游戲設備操作的信息選擇。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的游戲設備的圖解透視圖；圖2示出該游戲設備中的一個目標；圖3是表示該游戲設備輪廓的電氣方框圖；圖4是該游戲設備的中央處理單元和外圍設備的功能方框圖5是表示由中央處理單元執(zhí)行的處理概況的流程圖；圖6A—6C示出圖像處理的一個例子；圖7A—7C示出圖像處理的一個例子；和圖8表示在應用本發(fā)明的另一個實施例時由游戲設備的中央處理單元執(zhí)行的處理概況的流程圖。
下面對照附圖敘述本發(fā)明的一個例子。
圖1表示應用根據(jù)本發(fā)明的圖像處理方法和設備的游戲設備。所表示的是例如處理軍用坦克游戲的游戲設備，它包括在從軍用坦克發(fā)射的子彈擊中一個目標產(chǎn)生的爆炸圖。
圖1的游戲設備具有構(gòu)成一個駕駛間的一個殼體1。殼體1有一個底1A和一個前面1B，它延續(xù)到底1A的一端而垂直該底。底1A有一個游戲者的座席2，游戲者坐在座席2上操作該游戲設備。前面1B中有一個游戲設備主體10。在游戲者座席2裝置一個控制單元20，它包括一個操作部件20A、一個加速器20B、一個視野改變開關20C；在上前部裝備一個視頻監(jiān)視器30和一個揚聲器40。
該游戲設備處理軍用坦克游戲。操作部件20A是給予該游戲設備方向數(shù)據(jù)的唯一控制部件。坦克游戲?qū)⒃撎箍水斪饕苿踊蜻\動的顯示目標(運動體)。如圖2所示的，坦克31可圖解地表示和具有一個主體32及一個加農(nóng)炮瞄準器33。
圖3表示游戲設備的電氣方框圖。游戲設備主體10包括一個中央處理單元(CPU)101，一個輔助處理器102，一個程序/數(shù)據(jù)ROM103，一個數(shù)據(jù)RAM104，一個后備RAM105，一個輸入接口106，一個選擇開關(dip switch)107，一個發(fā)聲單元108，一個功率放大器109，一個多邊形參數(shù)存儲器110，一個稱為幾何圖形器的坐標變換器111，一個多邊形數(shù)據(jù)存儲器112，一個稱為再生單元的多邊形顯示單元113和一個幀存儲器114。
中央處理單元(CPU)101通過總線接到輔助處理器102、程序/數(shù)據(jù)ROM103、數(shù)據(jù)RAM104、后備RAM105、輸入接口106、發(fā)聲單元108和多邊形參數(shù)存儲器110。輸入接口106接到控制單元20和選擇開關107。CPU101與輔助處理器102合作讀出預先包含在程序/數(shù)據(jù)ROM103中的有關游戲程序的數(shù)據(jù)，以便執(zhí)行該程序。游戲程序包含作為在視頻監(jiān)視器30上顯示的目標坦克的位置、方向和角度的控制以及確定顯示屏視野的虛攝象機的位置與角度的控制。圖5中表示該控制的概況。
發(fā)聲單元108通過功率放大器109接到揚聲器40。發(fā)聲單元108產(chǎn)生的聲頻信號由放大器109放大并傳送到揚聲器40。
多邊形參數(shù)存儲器110的讀出端到坐標變換單元111，以便存儲器110中的多邊形參數(shù)傳送到該坐標變換單元111。坐標變換單元111接到多邊形數(shù)據(jù)存儲器112，以便從存儲器112接收多邊形數(shù)據(jù)。在給定的多邊形參數(shù)和多邊形數(shù)據(jù)的基礎上，坐標變換單元111變換被顯示的三維多邊形坐標為二維相應的坐標。坐標變換單元111的輸出連接到多邊形顯象單元113，以便在投影坐標上的多邊形數(shù)據(jù)傳送到多邊形顯象單元113，它顯示具有存儲在幀存儲器114中的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的接收的多邊形數(shù)據(jù)，以形成圖像數(shù)據(jù)。多邊形象單元113的輸出接到視頻監(jiān)視器30，由顯示單元113形成的圖像數(shù)據(jù)在該視頻監(jiān)視器上顯示。
控制單元20的加速器20B輸出指示加速器開口A的電信號，它響應于游戲者的操作在視頻監(jiān)視器30上的目標的移動或運動速度V中反映出該加速器開口。類似地，操作部件20A輸出指示方向θ的電信號，其中反映目標的動作。視野改變開關20C是一個開關，游戲者利用該開關指定虛攝象機的位置，虛攝象機的位置確定在視頻監(jiān)視器30上顯示的圖像視野。
中央處理單元101與輔助處理器102合作執(zhí)行存儲在程序/數(shù)據(jù)ROM103中的游戲程序，它包括本發(fā)明的圖像處理方法，如圖4中所示的，因而在功能上實現(xiàn)攝象機控制矩陣處理裝置121、目標矩陣處理裝置122和目標圖顯示裝置123。程序/數(shù)據(jù)ROM103包含由確定爆炸圖(目標)形狀的多邊形頂點數(shù)據(jù)構(gòu)成的爆炸模型數(shù)據(jù)MD。數(shù)據(jù)RAM104包含一個爆炸圖顯示矩陣X和一個攝象機矩陣M以及發(fā)生爆炸的位置數(shù)據(jù)的爆炸坐標數(shù)據(jù)CD，和例如爆炸模型數(shù)據(jù)MD的中心位置坐標。
如在后面敘述的，中央處理單元101控制虛攝象機的位置和旋轉(zhuǎn)，虛攝象機根據(jù)從控制單元20來的控制輸入確定取景孔方向，取數(shù)該攝象機矩陣M及爆炸坐標數(shù)據(jù)CD，進行操作變換爆炸圖(目標)的坐標和在單元矩陣中設定爆炸圖矩陣的旋轉(zhuǎn)。另外，中央處理單元101在程序/數(shù)據(jù)ROM103中存儲的爆炸模型數(shù)據(jù)MD和在數(shù)據(jù)RAM104中存儲的爆炸圖顯示矩陣X的基礎上執(zhí)行爆炸圖顯示過程。因此，得到的數(shù)據(jù)傳送到多邊形參數(shù)存儲器110，并且最后傳送到顯示器30。中央處理單元101根據(jù)要求按照操作信息(未示出)計算爆炸圖的中心位置，并在這時更新數(shù)據(jù)RAM104中的爆炸坐標數(shù)據(jù)CD的值。
這個實施例的操作將對照圖5—7進行原理上的敘述，集中在作為目標的爆炸圖的顯示過程。對該爆炸圖，應該使用有關它的前面部分的圖像數(shù)據(jù)。
響應于電源接通操作游戲設備1開始游戲設備主體10的操作以便中央處理單元101與輔助處理器102合作執(zhí)行圖5中所示的過程。
首先，中央處理單元101執(zhí)行預定的初始化操作(步驟201)。然后中央處理單元101從控制單元20讀出操作信息，諸如由游戲者拐彎操作部件的角度和加速器開口(步驟202)，并且在該讀出信息的基礎上執(zhí)行有關虛攝象機信息的矩陣(攝象機矩陣)的控制操作(步驟203)。
這個控制操作由下式給出M＝R′T′E[表達式1]式中E是虛攝象機位置的基本矩陣，T′是移動變換矩陣，R′是旋轉(zhuǎn)變換矩陣，而M是具有攝象機位置信息的矩陣(攝象機矩陣)。
在下面將具體地敘述控制操作。在本實施例中，坦克31的動作是由操作部件20A和加速器20B控制的。因此假定虛攝象機從坦克的觀察點觀看場景。這樣，坦克的位置可認為是攝象機的位置(Xp，Yp，Zp)，而坦克的旋轉(zhuǎn)角度可認為是攝象機的旋轉(zhuǎn)角度(Xa，Ya，Za)。這樣，由于加速器的工作該坦克的移動或運動反映為攝象機位置((Xp，Yp，Zp)的變化，而由操作動作引起的坦克的旋轉(zhuǎn)反映為攝象機旋轉(zhuǎn)角度(Xa，Ya，Za)的變化。
在這種情況下，旋轉(zhuǎn)變換矩陣R′由表達式2的矩陣運算給出，而移動變換矩陣T′由表達式3的矩陣運算給出。表達式2和3的矩陣運算表達式在后面敘述。表達式4的運算表達式或它們的值和隨后的表達式類似地在后面敘述。
由于單元矩陣E由表達式4表示，表達式2—4的三個矩陣的乘積為攝象機矩陣M(＝R′T′E)。
然后有關計算的攝象機矩陣M的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)RAM104中(步驟204)。
然后中央處理單元101從程序/數(shù)據(jù)ROM103中讀出爆炸坐標數(shù)據(jù)CD并從數(shù)據(jù)RAM104中讀出攝象機矩陣M(步驟205)。此后，中央處理單元101執(zhí)行爆炸圖的坐標變換，包括爆炸圖處理(步驟206)。即，中央處理單元執(zhí)行下一個矩陣運算X＝TM式中T是根據(jù)當前攝象機矩陣M和該爆炸坐標數(shù)據(jù)CD的移動變換矩陣，因而得到有關在三維空間中爆炸圖的移動或運動的爆炸圖顯示矩陣X。
更具體地講，在攝象機位置表示為(Tx，Ty，Tz)時，爆炸圖顯示矩陣X由表達式5表示。假定在移動變換矩陣T中其第一行為，其第二行為，其第三行為和其第四行為[Tx，Ty，Tz1]。使用這些數(shù)字計算X＝TM，得到X，它具有第一行[abco]，第二行[defo]，第三行[ghio]和第四行[ABC1]。因此，利用這個坐標變換過程，得到了基于虛攝象機的移動的矩陣。
在這個實施例中，由于在后面敘述的簡化計算的原因設有使用旋轉(zhuǎn)變換矩陣R，要計算的僅僅是X＝TM。通過計算X＝TM，有關攝象機信息的矩陣X具有表達式6的值。
在計算爆炸圖顯示矩陣X的值時，如上所述的，中央處理單元101執(zhí)行一個操作，在其中矩陣X的旋轉(zhuǎn)分量被設定為單元矩陣的分量(圖5的步驟207)。該表達式的分量a—i的各個值包括旋轉(zhuǎn)信息。因此，如果旋轉(zhuǎn)信息設定為構(gòu)成單元矩陣的值，如在下面的表達式7所示的，則該旋轉(zhuǎn)信息將丟失而且爆炸圖顯示矩陣X必須表示無旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
如果在無旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中該目標(在這里為爆炸圖)可面向游戲者，則合適的目標可被設定以便在希望的位置總是面向游戲者(在取景孔方向中)。即，總是形成沿該攝象機取景孔方向面向希望方向的目標的爆炸圖顯示矩陣。即使攝象機的圖像拾取方向設定在每個方向中，該目標總是被設定以便面向攝象機。
爆炸圖顯示矩陣X暫時地存儲在數(shù)據(jù)RAM104中(步驟208)。
此后，爆炸圖顯示矩陣X從數(shù)據(jù)RAM104中讀出和從ROM103中讀出爆炸模型數(shù)據(jù)MD(步驟209)。然后，執(zhí)行爆炸圖顯示過程(步驟210)。在這個顯示過程中，根據(jù)爆炸圖顯示矩陣Z和從爆炸模型數(shù)據(jù)MD讀出的多邊形頂點數(shù)據(jù)的乘積產(chǎn)生顯示數(shù)據(jù)。
中央處理單元101產(chǎn)生多邊形參數(shù)和輸出這個數(shù)據(jù)到多邊形參數(shù)存儲器110(步驟211，212)。
此后，控制返回到步驟202。通過重復上述步驟，得到希望的攝象機信息的矩陣M，并且計算矩陣X，矩陣M是攝象機信息矩陣M與變換矩陣T的乘積。通過設定矩陣X的旋轉(zhuǎn)分量為構(gòu)成單元矩陣的分量，得到顯示數(shù)據(jù)，在其中爆炸圖總是面向取景孔方向。
這樣得到的，包括該爆炸圖的有關該目標的數(shù)據(jù)通過多邊形參數(shù)存儲器110傳送到坐標變換單元(幾何圖形器)111，它產(chǎn)生在要求的顯示坐標上的顯示數(shù)據(jù)并傳送該數(shù)據(jù)到多邊形顯象單元(再生單元)113。多邊形顯象單元113將從幀存儲器114得到的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)加到該顯示數(shù)據(jù)，因而提供包括裝飾的(ornamented)多邊形數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)，然后為了顯示目的。該顯示數(shù)據(jù)傳送到顯示器30。
在圖5的過程中，步驟202—204構(gòu)成圖4的攝象機控制矩陣處理裝置121。步驟205，206構(gòu)成圖4的目標矩陣處理裝置。步驟207—210等效地構(gòu)成圖4的目標顯示裝置123。
為了比較的目的，現(xiàn)在敘述在步驟206的攝象機矩陣X的另一個矩陣計算。在這種實施例中不采用這個方法減少計算負荷。假定該目標在三維空間中移動或運動。在這種情況下，在該目標已移動或運動到的一個位置具有旋轉(zhuǎn)信息的目標顯示矩陣X由下式得出X＝RTM式中R是旋轉(zhuǎn)變換矩陣，而T是移動變換矩陣，它類似于上述表達式5。
現(xiàn)在敘述在坐標變換過程中旋轉(zhuǎn)變換矩陣R的規(guī)定的計算例子。首先，假定矩陣M例如是4×4矩陣，其中元素為a、b、c、……k、l，如表達式8—10所示的。
假定旋轉(zhuǎn)變換矩陣Rx具有第一行，第二行
，第三行
和第四行。使用這個矩陣計算X＝RxM，得到X，它有第一行[abco]，第二行[ABCO]，第三行[DEFO]和第四行[jkll]。由于這個計算的結(jié)果，X的大寫字母的元素是受到旋轉(zhuǎn)矩陣Rx影響的元素。因此，坐標變換提供了由于虛攝象機對于X軸方向的旋轉(zhuǎn)而得到的矩陣。
類似地，如在表達式9中所示的，假定旋轉(zhuǎn)變換矩陣Ry具有第一行[cosθ0—sinθ0]，第二行，第三行[sinθ0cosθ0]和第四行。使用這個矩陣計算X＝RY·M，得到X，它具有第一行[GHIO]，第二行[defo]，第中行[JKLO]和第四行[jkel]。由于這個計算的結(jié)果，X的大寫字母的元素是受旋轉(zhuǎn)矩陣RY影響的元素。因此，該坐標變換已提供了由于虛攝象機相對Y軸方向旋軸得到的矩陣X。
類似地，如表達式10中所示的，假定旋轉(zhuǎn)變換矩陣Rx具有第一行[cosθsinθ00]，第二行[—sinθcosθ00]，第三行和第四行。使用這個矩陣計算X＝Rz·M，得到X，它具有第一行[MNO0]，第二行[PQRO]，第三行[ghio]和第四行[jkll]。由于這個計算的結(jié)果，X的大寫字母的元素是受旋轉(zhuǎn)矩陣Rz影響的元素。因此，該坐標變換已提供了由于虛攝象機相對于Z軸方向的旋轉(zhuǎn)得到的矩陣X。
如上所述，由攝象機矩陣M和旋轉(zhuǎn)變換矩陣R的乘積得到具有旋轉(zhuǎn)分量的矩陣X。
接著，對照圖6和7具體地敘述本發(fā)明的運算效果。
首先，為了比較，假定引入目標的旋轉(zhuǎn)變換矩陣R和對于X＝RTM的目標矩陣處理已經(jīng)執(zhí)行了。
現(xiàn)在，如圖6A中所示的，假定目標510已放置在區(qū)域500中心的上面而且虛攝象機的觀察點520從該中心朝上。如果計算攝象機矩陣M＝R′T′E，這里E是單元矩陣，則得到的矩陣M具有第一行第二行，第三行和第四行，如圖6B所示的。因此，在計算X＝RTM和從攝象機觀察點520觀察到目標510時，得到一個矩形的目標510′，如圖6C所示的。如剛才所述的，由于圖像面向預定的方向，通過計算X＝RTM得到了具有預定尺寸的目標510。
現(xiàn)在，如圖7A中所示的，假定目標510已經(jīng)放置在地區(qū)500中心的上面和虛攝象機的觀察點520從左下朝向右上。如果計算攝象機矩陣M＝R′T′E，這里E是單元矩陣，則得到的矩陣M具有第一行[ABCO]，第二行[DEFO]，第三行[GHIO]和第四行[abcl]，如圖7B中所示的。因此，當計算X＝RTM和從攝象機觀察點520觀察目標510時，得到一個樣形目標510′，較小側(cè)朝向左邊，而較大側(cè)朝向右邊，如圖7C中所示的。正如剛敘述的，在有關攝象機的位置和旋轉(zhuǎn)信息的基礎上考慮目標510′以便提供預定的圖像。
相反地，下面敘述在本實施例中采用的一個簡單目標矩陣過程的X＝TM計算情況。
現(xiàn)在假定6A和7A的地區(qū)510包含一個矩形多邊形。在圖6A中，矩形多邊形510以四個頂點參數(shù)表示P1(X1，Y1，Z1)P2(X2，Y2，Z2)，P3(X3，Y3，Z3)P4(X4，Y4，Z4)。
假定圖7A表示該攝象機已移動和旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。四個頂點P1—P4由M＝R′T′E得到的攝象機矩陣變換為參數(shù)(頂點)P1′，P2′，P3′和P4′，這些頂點表示為Pr＝P1·M，P2′＝P2·M.
P3′＝P3·M，P4′＝P4·M。
如果按原樣表示那些參數(shù)，將得到圖TC的矩陣。
假定M′是通過設定旋轉(zhuǎn)信息得到矩陣，該旋轉(zhuǎn)信息由構(gòu)成單元矩陣的相應分量中的圖7B的攝象機矩陣的A、B、C、D、E、F、G、H、I表示的。則四個頂點變換為P1″＝P1·M′，P2″P2·M，
P3′＝P3·M′，P4″P4·M′。通過顯示該變換數(shù)據(jù)P1″，P2″，P3″和P4″，圖7C的矩形多邊形被顯示以便面向圖7A中所示的取景孔方向?？傊ㄟ^構(gòu)成具有旋轉(zhuǎn)信息的單元矩陣，保持圖6A的位置關系，其中矩形多邊形510總是面向該攝象機。
正如上面剛敘述的，在本實施例中，根據(jù)由控制單元20提供的控制計算虛攝象機信息的矩陣M，然后執(zhí)行坐標變換X＝TM，和處理矩陣X的旋轉(zhuǎn)分量以便得到單元矩陣的分量。因此，基于該單元矩陣的偽運算，爆炸圖被設定以便總是以90度至該虛攝象機的取景孔。因此，只使用有關爆炸圖的前面的數(shù)據(jù)，可以表示爆炸圖的整個圖像。即，由于該目標可取決于該攝象機的觀察點運動，只使用有關爆炸圖的預定的部分地區(qū)的數(shù)據(jù)，該目標可以只使用有關爆炸圖的預定地區(qū)的數(shù)據(jù)以三維表示。在計算爆炸圖顯示矩陣X時，由于使用單元矩陣的偽運算，再生有關使用旋轉(zhuǎn)變換矩陣R的爆炸圖旋轉(zhuǎn)的耗時的運算是無用的。因此，包含在觀察點運動中目標的運動和顯示運算所要求的數(shù)據(jù)量減少了，所處理的顯示數(shù)據(jù)量也減少了，因此減少了計算負荷，而取得高速計算由于該目標取決于觀察點的運動而運動，只使用有關該目標一部分的數(shù)據(jù)諸如前面的數(shù)據(jù)，該目標可被表示為好象該目標是三維的。因而表示了高質(zhì)量的圖像。
雖然在本實施例中假定包括用于本發(fā)明中的圖像處理的目標的游戲是一種坦克游戲，該游戲可能僅是在自動移動或運動的目標上以槍射擊的游戲。雖然該爆炸圖已作為目標說明，該目標可以是任何目標。例如，該目標可以是特定的敵人的坦克或者該坦克游戲中的特定背景?？商娲兀撃繕丝梢允遣粍拥臉酥九?。根據(jù)本發(fā)明，該目標可以總是被引導以便面向取景孔方向而且減少運算負荷。
此外，對照圖8敘述本發(fā)明的另一個實施例。
這個實施例具有等效于處理坦克游戲的前面實施例的結(jié)構(gòu)。中央處理單元101執(zhí)行圖8的過程。
在這個實施例中，有關攝象機的位置及其角度的坐標信息在攝象機控制矩陣過程中得到了。另外，為了在目標矩陣運算中精確地引導目標取景孔方向中，在該目標的位置和該攝象機位置及旋轉(zhuǎn)角度的基礎上計算關于三維坐標軸的目標旋轉(zhuǎn)角度。
現(xiàn)在敘述圖8的過程。首先，在預定的初始化之后，作為攝象機控制矩陣過程(步驟301—303)，中央處理單元101得到有關相對三維坐標原點的攝象位置數(shù)據(jù)(Cx，Cy，Cz)和有關攝象機角度的數(shù)據(jù)(Ax，Ay，Az)。在這里，例如，Ax表示攝象機已相對三維坐標的X軸旋轉(zhuǎn)的角度。而且，Ay和Az分別表示攝象機已相對Y軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的相應角度。有關攝象機的位置數(shù)據(jù)(Cx，Cy，Cz)和角度數(shù)據(jù)(Ax，Ay，Az)存儲在數(shù)據(jù)RAM104中作為攝象機矩陣M，它是M＝R′T′E計算的結(jié)果(步驟304)。
在以這樣方式得到相應的數(shù)據(jù)時，從RAM104取出爆炸坐標數(shù)據(jù)CD以便提供目標位置坐標(Qx，Qy，Qz)，和在目標矩陣運算(步驟305，306)中產(chǎn)生使爆炸圖精確地面向取景孔方向的角度數(shù)據(jù)。相對Y、X和Z軸產(chǎn)生有關爆炸圖的角度數(shù)據(jù)如下。Y軸的旋轉(zhuǎn)角度Yang由下式計算Yang＝tan-1[(Ox－Cx)/(O2－C2)][表達式11]式中(Ox－Cx)是目標與攝象機的坐標之間在X軸方向的距離，和(O2－C2)是目標與攝象機的坐標之間在Z軸方向的距離。
X軸的旋轉(zhuǎn)角度Xang計算如下Xang＝tan-1[(Ox－Cx)sin(Yang)＋(O2－C2)cos((Yang)/(Oy－Cy)][表達式12]Z軸的旋轉(zhuǎn)角度Zang計算如下Zang＝Az[表達式13]在計算目標矩陣運算中精確地引導爆炸圖在取景孔方向的角度數(shù)據(jù)(Yang，Xang，Zang)時，通過使用角度數(shù)據(jù)((Yang，Xang，Zang)計算X＝RTM來執(zhí)行爆炸圖的坐標變換，得到的數(shù)據(jù)X被存儲(步驟307，308)。此后，如在上面所述的，讀出顯示過程所要求的數(shù)據(jù)，執(zhí)行爆炸圖的顯示、多邊形姑數(shù)的產(chǎn)生和輸出多邊形參數(shù)(步驟309—312)。
如上面剛敘述的，利用顯示數(shù)據(jù)執(zhí)行顯示過程，顯示數(shù)據(jù)爆炸圖和平面目標精確地面向希望的方向(取景孔方向)，以致該目標總是面向取景孔方向。例如，可引導作為平面目標的標志牌以便總是面向聚景孔方向。在本實施例中，在有關目標位置的數(shù)據(jù)和有關攝象機的位置及角度的基礎上?？稍O定目標以便總是精確地面向希望的方向(取景孔方向)。
權(quán)利要求
1.一種圖像處理方法，包括步驟在有關確定取景孔方向的虛攝象機信息的矩陣和變換矩陣的基礎上通過執(zhí)行坐標變換來計算目標的矩陣，和設定該目標矩陣的旋轉(zhuǎn)分量為單元矩陣的分量，因而得到有關該目標顯示的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像處理方法，其中有關虛攝象機的信息矩陣包括有關該攝象機的位置與旋轉(zhuǎn)的信息。
3.一種圖像處理方法，包括設定矩陣X＝TM的旋轉(zhuǎn)分量的步驟，該旋轉(zhuǎn)分量具有有關在三維空間中的目標的移動或運動的信息，這里的M是有關虛攝象機的信息矩陣和T為變換矩陣，以便構(gòu)成單元矩陣的分量，因而得到有關總是面向希望方向的目標顯示的數(shù)據(jù)。
4.一種圖像處理設備，包括處理裝置，在有關虛攝象機的信息矩陣的基礎上通過坐標變換形成目標的矩陣和設定該矩陣的旋轉(zhuǎn)分量，以便構(gòu)成一個單元矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的圖像處理設備，其中所述處理裝置包括攝象機控制矩陣處理裝置，用于獲得有關虛攝象機的信息矩陣；和目標矩陣處理裝置，在虛攝象機的信息矩陣與變換矩陣的乘積的基礎上獲得具有有關旋轉(zhuǎn)點的信息的目標矩陣，和設定該目標矩陣的旋轉(zhuǎn)分量以便構(gòu)成一個單元矩陣，因而得到有關總是面向希望方向的目標顯示的數(shù)據(jù)。
6.一種圖像處理設備，包括存儲裝置，用于存儲有關虛攝象機的位置坐標與角度的信息和有關目標的位置坐標的信息；和目標矩陣處理裝置，在從上述存儲裝置得到的，有關該攝象機的位置坐標與角度的信息和有關該目標的位置坐標的信息的基礎上，計算使該目標面向希望方向的三維坐標系統(tǒng)的角度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像處理的方法和設備，它能夠減少所處理的負荷和顯示更真實的圖像。圖像處理設備包括攝像機控制矩陣處理裝置(121)、目標矩陣處理裝置(122)和目標圖顯示裝置(123)。
文檔編號G06T15/00GK1129482SQ9519055
公開日1996年8月21日 申請日期1995年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月20日
發(fā)明者板井克倫, 関川俊介, 須見昌之 申請人:世雅企業(yè)股份有限公司