【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、仮想現実体験装置、特に、体験者が仮想３次元空間内を移動するよう構成された仮想現実体験装置これを用いたゲーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ドライブシュミレータ、フライトシュミレータ、ゲーム装置、システムキッチンなどの疑似体験システム等の分野で、いわゆる仮想現実と呼ばれるシステムを用いた各種の仮想現実体験装置が提案されている。 この種の仮想現実体験装置においては、いかにして仮想世界を現実の世界に近付けるかが、最も大きな技術的課題となっている。

【０００３】通常、この種の仮想現実体験装置において、体験者はヘッドマウントディスプレイを頭部に装着し、このディスプレイ上に表示される仮想３次元空間の景色を見ながら、空間内を移動するように形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このためには、仮想３次元空間と対応した広さを有するプレイフィールドを用意しなければならない。 特に、ゲームの分野では、３次元ゲーム空間を大きく設定し、変化に富んだゲームができるよう形成する場合が多い。 この場合、ゲーム空間に対応して設定されたプレーフィールド内をプレイヤーがゲームをしながら移動できるようにゲーム装置を形成すると、ゲーム装置自体がきわめて大型かつ高価になってしまうという問題がある。

【０００５】さらに、この仮想現実体験装置では、仮想３次元空間内における体験者の位置を正確に検出し、この検出位置データに基づき、ディスプレイ上に表示される３次元空間の景色を画像合成する必要がある。 しかし、広いプレーフィールド内をを動き回る体験者の位置を正確に検出するためには、位置検出システム自体が大型かつ高価なものとなってしまうという問題がある。

【０００６】また、これ以外の仮想現実体験装置として、椅子に座ったプレイヤーが、手元の操作部を操作し、仮想３次元空間内を移動するものも知られている。

【０００７】しかし、このようなタイプの仮想現実体験装置では、体験者が仮想３次元空間内を実際に歩いて移動しないため、体感的なリアリティがどうしても足りないという問題があった。 特に、ゲームの分野では、ゲームの面白さを高めるため、体感的な要素は極めて重要である。 このため、より体感的な移動経路入力システムの開発が必要となる。

【０００８】本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、限られたプレイフィールド内において、体験者が足踏みすることにより、仮想３次元空間内をプレイヤーが体感的に歩進移動することができる仮想現実体験装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明は、ディスプレイ上に表示される仮想３次元空間の景色を見ながら、体験者が前記仮想３次元空間内を歩進移動する仮想現実体験装置において、体験者の足踏み動作を検出する足踏み検出手段と、前記仮想３次元空間内での体験者の進行方向設定情報を入力する方向入力手段と、前記足踏み検出信号および進行方向設定情報に基づき、前記仮想３次元空間内における体験者の移動位置の演算を行う位置演算手段と、前記体験者の移動位置に基づき、体験者から見える仮想３次元空間の景色を演算し、前記ディスプレイ上に表示する仮想現実演算手段と、を含むことを特徴としている。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１において、前記方向入力手段は、体験者の頭部に装着され、体験者の頭部の方向を検出し、進行方向設定情報として入力するよう形成されたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項３の発明は、請求項１，２のいずれかにおいて、前記ディスプレイは、体験者の頭部に装着されたヘッドマウントディスプレイとして形成されたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記足踏み検出手段は、体験者に装着され、足踏み動作に伴い発生する振動を検出出力するよう形成されたことを特徴としている。

【００１３】また、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記位置演算手段は、前記足踏み検出信号が入力される毎に、前記仮想３次元空間内での一歩先の目標座標位置を演算し、現在の座標位置から目標座標位置へ体験者の移動位置を連続的に変化させるよう形成されたことを特徴としている。

【００１４】また、請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記仮想現実演算手段は、前記足踏み検出信号が入力される毎に、ディスプレイ上に画面を上下に微振動表示するよう形成されたことを特徴としている。

【００１５】また、請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記体験者の足踏み位置に設けられ、足踏み面が体験者の足踏み歩進動作にあわせて移動する足踏み移動装置を含み、体験者が仮想３次元空間内をその場で歩進移動できるよう形成されたことを特徴としている。

【００１６】また、請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記方向入力手段および前記ディスプレイは、体験者の頭部に装着された一体型の頭部装着体として形成されたことを特徴としている。

【００１７】また、請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかの仮想現実体験装置を用いてゲーム装置を形成したことを特徴としている。

【００１８】

【作用】本発明の仮想現実体験装置は、体験者がその場で足踏み動作を行うと、足踏み検出手段がこれを検出し、検出信号を位置演算手段に向け出力する。

【００１９】このとき、仮想３次元空間内での体験者の進行方向設定情報は、方向入力手段を用いて位置演算手段へ入力される。 この方向入力手段は、体験者が手動操作等により入力するよう形成してもよいが、より好ましくは、請求項２に記載のように、体験者の頭部に装着され、体験者の頭部の向いた方向を進行方向設定情報として入力するようにすればよい。 このようにすることにより、体験者は行きたい方向へ頭部を向けることにより、
仮想３次元空間内での移動経路を変更することができる。

【００２０】位置演算手段は、このようにして入力される足踏み検出信号および進行方向設定情報に基づき、仮想３次元空間内における体験者の移動位置の演算を行う。

【００２１】そして、仮想現実演算手段は、このようにして求められた体験者の移動位置に基づき、体験者から見える仮想３次元空間の景色を演算し、前記ディスプレイ上に表示する。

【００２２】このようにして、ディスプレイ上に表示された仮想３次元空間の景色を見ながら、体験者は前記仮想３次元空間内を歩進移動することができる。

【００２３】特に、本発明によれば、３次元空間内での歩進動作を体験者の足踏み動作として検出し、体験者の移動位置の演算を行う手法を採用している。 そのため、
プレイフィールドとして、最小限プレイヤーが足踏み動作を行うことができる空間を用意すればいいため、装置全体を小型かつ安価に形成することができる。

【００２４】これに加えて、３次元空間内の歩進移動を、体験者の足踏み動作として入力しているため、体験者は仮想３次元空間内を、あたかも実際に歩き、または走っているような感覚で移動でき、リアリティの高い仮想現実を体感することができる。

【００２５】特に、前記足踏み検出手段は、請求項４に記載のように、体験者の足踏み動作にともない発生する振動を検出するように形成することが好ましく、このようにすることにより、簡単な構成で、かつ確実に足踏み動作の検出を行うことができる。

【００２６】さらに、請求項５に記載のように、前記位置演算手段は、足踏み検出信号が入力される毎に、仮想３次元空間内の一歩先の目標座標位置を演算し、現在の座標位置から目標座標位置へ体験者の移動位置を連続的に変化させるように形成することが好ましい。 このようにすることにより、体験者は仮想３次元空間内をスムーズに歩進移動することができ、それにともない、ディスプレイ上に表示される仮想３次元空間の景色も、連続的かつ自然に変化してゆくことになる。

【００２７】さらに、請求項６に記載のように、前記仮想現実演算手段は、足踏み検出信号が入力される毎に、
ディスプレイ上に表示される画面を上下に微震動するように形成することが好ましい。 これにより、人間の歩進動作を視覚的に演出することができ、さらに、リアリティの高い仮想現実を体験することができる。

【００２８】さらに、請求項７に記載のように、足踏み移動装置を設け、足踏み面が体験者の足踏み歩進動作に合わせて移動するように形成することが好ましい。 これにより、体験者は仮想３次元空間内をその場で歩進移動することができ、単なる足踏みによって３次元空間内を移動する場合に比べ、よりリアリティの高い仮想現実を体験することができる。

【００２９】さらに、請求項８に記載のように、前記方向入力手段およびディスプレイは、体験者の頭部に一体型の頭部装着体として、装着できるように形成することが好ましい。 これにより、体験者は余分な動作を行うことなく、仮想３次元空間内を歩進移動することができる。

【００３０】さらに、請求項９に記載のように、前記仮想現実体験装置を用いてゲーム装置を形成することにより、プレイヤーは仮想３次元空間として設定された３次元ゲーム空間内を、歩いたり走ったりしながら自由に移動し、この３次元ゲーム空間内でゲームを楽しむことができる。

【００３１】特に、本発明によれば、３次元ゲーム空間内をプレイヤーが実際に歩いたり走ったりする感覚で移動できるリアリティの高い仮想現実体験型のゲーム装置を、小型でかつ安価に形成することができるという効果が得られる。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明する。

【００３３】図１には、本発明が適用されたゲーム装置の好適な一例が示されている。

【００３４】実施例のゲーム装置１０は、プレイヤー１
００がプレイルーム１２内で仮想現実体験タイプのゲームを行うように形成されている。

【００３５】このとき、前記プレイヤー１００は、頭部に頭部装着体２０を装着し、腰にバンドを用いて足踏み検出部３０を装着し、左手に歩幅設定部５０、右手に銃６０を握った状態でゲームを行う。

【００３６】図２には、前記頭部装着体２０の具体的な構成が示されている。 この頭部装着体２０は、ディスプレイ２２、スピーカ２４および空間センサ２６を、ヘルメット２９に設けて形成されている。 このタイプの装着体２０によれば、ヘルメット２９をプレイヤー１００が装着することにより、外部と完全に隔絶した世界を作ることができるため、より臨場感溢れる仮想現実を楽しむことができる。

【００３７】そして、実施例のゲーム装置１０では、コンピュータ８０により演算された３次元ゲーム空間の景色を前記ディスプレイ２２上に表示する。 プレーヤ１０
０は、ディスプレイ２２に表示される景色を見ながら、
行きたい方向へ頭を向け、足踏み動作を行う。 頭の方向、足踏み動作は、前記空間センサ２６、足踏み検出部３０により検出され、コンピュータ８０は、３次元ゲーム空間内でのプレーヤの移動方向および位置を演算する。

【００３８】このようにして、プレーヤ１００は、ディスプレイ２２に表示される景色を見ながら、プレイルーム１２内で足踏み動作を行うことにより、３次元ゲーム空間内を実際に歩いたり走ったりする感覚で自由に移動することができる。

【００３９】実施例において、前記ディスプレイ２２
は、プレイヤー１００の視界を覆うようにプレイヤー１
００の目の前に取り付けられ、コンピュータ８０からケーブル７０を介して送られてくる画像信号に基づき、３
次元ゲーム空間内の景色を画像表示するものである。 このディスプレイ２２としては、例えばカラー液晶ディスプレイ等を用いればよい。

【００４０】さらに、前記ディスプレイ２２の形状としては、プレイヤー１００の顔の形状に沿ってプレイヤーの視界を覆うように形成し、パノラマ映像効果を得るような形状としてもよい。 また、２つの小型ディスプレイをそれぞれプレイヤー１００の両眼の前に形成するような形状としてもよい。 後者の場合は、両眼に与えられた平面的な２次元画像に視差のある画像を与えること等により、３次元的な立体感を与えるように形成することが好ましい。 このようにすれば、物体の大きさや、物体までの距離を把握することができるようになるため、より現実世界に近付いた仮想現実を作り出すことが可能となる。

【００４１】また、前記空間センサ２６は、プレイルーム１２の天井に設けられたもう一方の空間センサ２８と対となり、プレイヤー１００の頭の向き、すなわち、視野方向を検出するように形成されている。 また、実施例の空間センサ２６，２８は、プレイヤー１００の頭の向きをプレイヤー１００の移動する方向として入力する方向入力手段としても機能するように形成されている。

【００４２】実施例のゲーム装置１０では、プレイヤー１００は、プレイルーム１２の足踏み面１６上において、その場で足踏み動作を行うことにより、３次元ゲーム空間内を移動するように構成されている。 したがって、プレイヤー１００は、プレイルーム１２内においてほとんど動かないか、もしくは動いたとしても許容範囲にあるため、前記１対の空間センサ２６，２８により、
プレイヤー１００の視野方向を正確に検出できる。

【００４３】前記空間センサ２６，２８による方向検出手法としては、例えば以下の手法が考えられる。 それぞれの空間センサ２６，２８を互いに直交した３つのコイルで構成する。 そして、どちらか一方の空間センサのコイルに電流を流し、このときに他方の空間センサのコイルに誘起される電流値から、両空間センサ２６，２８の方向を含めた位置関係を検出する。 これにより、プレイヤー１００の頭の向きを検出することができる。

【００４４】なお、空間センサ２６，２８による３次元情報の検出方法としては、上記動磁界を利用したものに限らず、例えば静磁界を利用したもの、超音波を利用したもの等を用いてもよい。

【００４５】図３には、前記足踏み検出部３０の具体的な構成が示されている。

【００４６】実施例の足踏み検出部３０は、プレイヤー１００の足踏み動作にともない発生する振動を検出するよう形成され、具体的には、いわゆる万歩計と同様な構造になっている。

【００４７】すなわち、この足踏み検出部３０は、導電性の材料を用いて形成されたアーム３４の一端側３４ａ
がハウジング３２内に回動自在に軸支され、このアーム３４の他端側に重り３５が固定されている。 さらに、このアーム３４は、バネ３８により常時矢印Ａ方向へ付勢されている。 そして、振動が与えられると、アーム３４
は、この付勢力に抗し自重により矢印Ｂ方向へ回動し、
その接点３４ｂが端子４０と接触するように構成されている。 なお、前記アーム３４は、前記導電性のバネ３８
を介し、もう一方の端子３６と電気的に接続されている。

【００４８】以上の構成とすることにより、プレイヤー１００が足踏み動作を行い、そのときの振動が足踏み検出部３０に伝わると、アーム３４はその都度バネ３８の付勢力に抗して端子４０と接触し、この足踏み動作を検出することになる。

【００４９】図４には、前記歩幅設定部５０の具体的な構成が示されている。

【００５０】この歩幅設定部５０は、プレイヤーがグリップ５２を握り、人指し指を回転式スライダ５４の指穴５６へ差し込み、スライダ５４を矢印Ａで示す手前側へ回動操作することにより、その操作量に応じて前進方向への歩幅を設定する。 それとは反対の矢印Ｂ側へスライダ５４を回動操作すると、後退方向へ歩幅を設定する。
具体的には、スライダ５４は、図示しないバネにより常に中立状態へ自動復帰するように構成されている。 スライダ５４の回転軸にはボリューム５８の回転軸が取り付け固定されている。 そして、スライダ５４を中立位置から矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向へ回動操作することにより、ボリューム５８の抵抗値が変化し、その抵抗変化分に応じて前進方向または後退方向へ歩幅設定がなされることになる。

【００５１】プレイヤーが前進したい場合には矢印Ａ方向へ、後退したい場合には矢印Ｂ方向へスライダ５４を回動させればよい。

【００５２】前記銃６０は、基本的には、図４に示す歩幅設定部５０と同様な構成を採用している。 この銃６０
は、回転式スライダ５４がトリガーとして機能し、トリガーを矢印Ａ側へ一定幅以上引くと、画面内の銃６０が発砲され、それに続いて各種の反応が生じるように形成されている。 また、トリガーであるスライダ５４を、反対に矢印Ｂ側へ押すと、プレイヤー１００の前にシールドが形成されるようにゲーム設定されている。

【００５３】実施例のゲーム装置１０は、前述したように、コンピュータ８０により演算された３次元ゲーム空間内をプレイヤー１００が自由に歩進移動できるように形成されている。

【００５４】すなわち、コンピュータ８０は、頭部装着体２０、足踏み検出部３０、歩幅設定部５０、銃６０等から入力される信号に基づき、所定のゲーム演算を行い、３次元ゲーム空間を演算設定する。 そしてコンピュータ８０は、足踏み検出部３０の検出信号および空間センサ２６，２８で検出される頭の向き等から３次元ゲーム空間内におけるプレイヤー１００の移動位置を演算し、ディスプレイ２２上に、プレイヤー１００から見える３次元空間の景色を画像表示する。

【００５５】図５には、実施例の移動位置の基本的な演算原理が概略的に示されている。

【００５６】コンピュータ８０は、３次元ゲーム空間内における平面的な移動位置を、Ｘ，Ｙ座標で特定するように構成されている。 いま、プレイヤー１００のゲーム空間内における座標位置が（ＸN ，ＹN ）で与えられており、プレイヤー１００がθの方向を向いている場合を想定する。 この状態で、足踏み検出部３０から足踏み信号が出力されると、プレイヤー１００の次のゲーム空間座標が次式で与えられる。

【００５７】 ＸN ＋１＝ＸN ＋ｒ ｃｏｓθ， ＹN ＋１＝ＹN ＋ｒ ｓｉｎθ …（１） ただし、ｒ＝ｋＶ（ｋは比例定数） ここにおいて前記Ｖは、歩幅設定部５０のボリューム５
８の抵抗値である。 したがって、歩幅設定部５０のスライダ５４の操作量に応じ、プレイヤー１００は歩幅を任意に設定することができる。

【００５８】このようにして、実施例のゲーム装置１０
は、プレイヤー１００が行きたい方向へ頭を向け、足踏みすることで、３次元ゲーム空間内を自由に歩きまたは走って移動することができる。 そして、コンピュータ８
０は、その移動位置において、プレイヤー１００から見える３次元ゲーム空間内の景色をディスプレイ２２上にリアルタイムに表示することになる。

【００５９】そして、プレイヤー１００は、ディスプレイ２２を介して見える３次元ゲーム空間内において、例えば宝物等を捜してゲームを行うことができる。 また、
怪獣等が現れた場合には、これを退治しながらゲームを進めることができる。

【００６０】ところで、前記（１）式に基づき、プレイヤー１００の移動位置の演算を行うと、プレイヤー１０
０の移動にともない、プレイヤー１００が視点位置も不連続に変化する。 このような問題を解決するためには、
プレイヤー１００の視点位置を、以下に示すように足踏み動作に合わせて連続的に変化させればよい。

【００６１】すなわち、歩幅設定部５０の現在のボリューム位置をＶN 、プレイヤー１００の現在のゲーム空間座標位置を（ＸN ，ＹN ）、プレイヤー１００の視点座標位置を（ＸV ，ＹV ）とする。

【００６２】そして、足踏み検出部３０から、検出信号が検出されると、次式に基づきプレイヤー１００の次の目標視点位置（ＸP ，ＹP ）を次式に基づき演算する。

【００６３】 ＸP ＝ＸN ＋ｒN ｃｏｓθN ， ＹP ＝ＹN ＋ｒN ｓｉｎθN …（２） ただし、ｒN ＝ｋＶN （ｋは比例定数） θN はゲーム空間内で現在プレイヤー１００の向いている方向である。

【００６４】そして、プレイヤー１００の位置および視点位置が、前記（２）式で表される目標視点位置へ向け次第に近付くよう、演算設定する（実施例では、プレイヤーの位置および視点位置のＸ，Ｙ座標は同じ値を取るように設定されている）。 すなわち、プレイヤー１００
の視点位置（ＸV ，ＹV ）が所定の時間遅れをもって原位置（ＸN ，ＹN ）から目標視点位置（Ｘp ，Ｙp ）へ向け近付くように演算が行われる。

【００６５】このような演算を、足踏み検出部３０から検出信号が出力される毎に行えば、プレイヤー１００
は、３次元ゲーム空間内をスムーズに移動することができ、ディスプレイ２２上にも、プレイヤー１００の移動にともない景色が連続変化するように表示されることになる。

【００６６】なお、このような追従演算は、具体的には次のように行うことができる。

【００６７】すなわち、図６に示すよう、プレイヤー１
００の現在位置（ＸN ，ＹN ）と目標位置（ＸP ，ＹP
）とに基づき、Ｘ成分、Ｙ成分それぞれについてｔ時間あたりの微小移動距離ｖｔ ｃｏｓθ，ｖｔ ｓｉｎ
θを求める。

【００６８】ここにおいて、ｖは所定定数、ｔは所定加算時間間隔である。

【００６９】また、ｃｏｓθ，ｓｉｎθは次式で表される。

【数１】

が、目標座標位置（ＸP，ＹP ）に達するまで、視点座標（ＸV ，ＹV ）に対し、それぞれｖｔ ｃｏｓθ、ｖ

ｔ ｓｉｎθを加算していく。 このようにすることにより、プレイヤー１００の移動にともない、その視点位置が連続的にスムーズに変化することになる。

【００７０】また、上記演算の途中で、歩幅設定部５０
のボリューム５８の値、プレーヤの移動方向が変化した場合、前記追従演算は、図７に示すように行われる。

【００７１】すなわち、１回の歩進動作中に、歩幅設定部５０のボリューム５８の値が変化したり、プレイヤー１００の頭の向きが変化すると、これに応じて、目標座標位置（ＸP ，ＹP ）が図中２００で示すように変化する。 このように目標座標位置が変化すると、プレイヤー１００の現在の視点位置と、新たな目標座標位置との間で、前述した微小移動距離ｖｔ ｃｏｓθ、ｖｔ ｓｉ
ｎθが新たに演算設定され、同様な追従演算が行われることになる。

【００７２】図８には、実施例のゲーム装置のブロック回路が示されている。

【００７３】実施例において、空間センサ２６，２８
は、プレイヤー１００の進行方向を特定する方向入力部９０として機能するように形成されている。

【００７４】また、前記コンピュータ８０は、位置演算部８２、ゲーム用仮想現実演算部８４および表示画像合成部８６として機能するように形成されている。

【００７５】前記位置演算部８２は、前述したプレイヤー１００の移動位置および視点位置の演算手法を用い演算を行うよう形成されている。 すなわち、方向入力部９
０、歩幅設定部５０、足踏み検出部３０からの信号に基づき、プレイヤー１００の移動位置、移動方向および視点位置を演算し、その演算結果をゲーム用仮想現実演算部８４へ向け出力する。

【００７６】前記ゲーム用仮想現実演算部８４は、位置演算部８２、銃６０等から入力される信号や、予め定められたゲームプログラム等に基づき、各種のゲーム演算を行い、表示画像合成部８６を用いてディスプレイ２２
上に、プレイヤー１００から見える３次元ゲーム空間の景色を表示させる。 このようなゲーム画面の演算は、まず、３次元ゲーム空間を、表示画像合成部８６を用いて、所定の視点座標系の投影面に透視投影変換してゲーム画面を形成し、これをディスプレイ２２上に表示するようにして行われる。

【００７７】図９には、このような画像合成手法の原理が示されている。

【００７８】実施例のゲーム装置には、３次元ゲーム空間５００およびこの３次元ゲーム空間５００内に登場する３次元オブジェクト５１０に関する情報が予め記憶されている。 前記３次元オブジェクト５１０に関する画像情報は、複数のポリゴン５１２−１，５１２−２，５１
２−３……からなる形状モデルとして表現され、予めメモリ内に記憶されている。 後述するゲームを例にとると、３次元オブジェクト５１０は、３次元ゲーム空間５
００内に図１１に示すように登場するピラミッドであり、３次元ゲーム空間５００内には、この他に、例えば図１４に示すようなモンスターやその他各種の３次元オブジェクトが配置されている。

【００７９】そして、プレイヤー１００が、３次元ゲーム空間５００内を移動すると、ゲーム用仮想現実演算部８４は、プレイヤー１００の視点座標やゲームプログラムに基づいて各種３次元オブジェクト５１０の回転、並進等の演算をリアルタイムで行う。 そして、これら３次元オブジェクト５１０およびその他の３次元オブジェクトは、視点座標系の透視投影面５２０上に透視投影変換され、疑似３次元画像５２２としてディスプレイ２２上に表示される。

【００８０】このようなコンピュータグラフィックスの手法を用いた場合、前記３次元オブジェクト５１０は、
独立したボディ座標系を持ち、その形状モデルを作成している。 すなわち、３次元オブジェクト５１０を構成する各ポリゴンを、そのボディ座標系上に配置し、その形状モデルを特定している。

【００８１】さらに、３次元ゲーム空間５００は、ワールド座標系（ＸW ，ＹW ，ＺW ）を用いて構成され、ボディ座標系を用いて表された３次元オブジェクト５１０
は、その運動モデルに従ってワールド座標系の中に配置される。

【００８２】そして、プレイヤー１００の視点６１０の位置を原点として、視点の方向を正方向にとった視点座標系にデータを変換し、投影面５２０であるスクリーン座標系へ、それぞれの座標を透視投影変換する。 このようにして、視点６１０から見える３次元ゲーム空間５０
０の視野内の画像をディスプレイ２２０上に表示することができる。

【００８３】このような画像合成手法を用いた場合には、例えば、視点位置を６１０Ａ、６１０Ｂ等へ変更することによって、その方向から見た３次元ゲーム空間内の景色を簡単にディスプレイ２２上へ、画像表示することができる。

【００８４】さらに、実施例のゲーム用仮想現実演算部８４は、ゲーム演算結果に基づき、スピーカ２４から所定の効果音を音声出力させると共に、必要に応じナレーションおよび必要な指示を音声出力するように形成されている。

【００８５】次に、本実施例のゲーム装置の動作を実際にゲームを行う場合を例にとり説明する。

【００８６】図１０に示すよう、実施例の３次元ゲーム空間５００は、砂漠７００の中にピラミッド７１０が設けられ、プレイヤー１００は、砂漠７００及びピラミッド７１０内を自由に移動できるように形成されている。

【００８７】また、実施例の３次元ゲーム空間５００
は、図１０に示すＸＹ平面が小区画に分割されており、
各区画は高さデータ（Ｚ座標）を有している。 そのため、プレイヤー１００の視点６１０は、そのＸＹ座標によって、Ｚ座標が決定される。

【００８８】ゲームの目的はピラミッド７１０の中の王様の部屋から、プレイヤー１００が宝物を持ち帰ることにある。 ピラミッド７１０は、図１２に示すよう、迷路になっており、迷路内にはひろくモンスターが徘徊している。 プレイヤー１００は、モンスターの吹く火をシールドで防ぎながら、銃６０でモンスターを倒し、あるいはモンスターから逃げながら迷路中央の王様の部屋に辿り着き、部屋中央に置かれている黄金の冠７３０の上を通過することにより、黄金の冠を手に入れることができる。 そして、黄金の冠を手に入れたプレイヤーが、再度ピラミッド７１０の入り口７２０まで戻ってきた時点で、ゲームはクリアされる。

【００８９】まず、図１に示すよう、プレイヤー１００
は、ゲーム開始に先立って頭部装着体２０、足踏み検出部３０を装着し、左手に歩幅設定部５０、右手に銃６０
を持つ。 ゲームの準備を行った後、ゲームがスタートする。 ゲームがスタートした時点では、プレイヤー１００
は図１０に示すよう、砂漠７００の中でピラミッド７１
０の正面に立っている。 このとき、ディスプレイ２２上には、図１１に示すよう、プレイヤー１００からピラミッド７１０を見たゲーム画面が表示される。 このとき、
プレイヤー１００が、右、左、または後方を向けば、その方向の景色、すなわち、ピラミッドのない砂漠だけの映像がディスプレイ２２上に映し出される。 なお、図１
１において、７２０はピラミッドの入り口、７２２は階段を表し、映像には写らないが、点線の部分７４０は、
ピラミッド７１０内部の迷路の位置を表している。

【００９０】そして、プレイヤー１００が歩幅設定部５
０のスライダ５４を手前に引き、足踏み動作を開始すると、３次元ゲーム空間５００内のプレイヤー１００は、
一歩一歩ピラミッド７１０に接近し、階段７２２を上がり、入り口７２０から迷路７４０内へ入っていく。 ディスプレイ２２上の映像は、ピラミッド７１０が足踏みに合わせて徐々に近付いてくるように表示される。

【００９１】このとき、プレイヤー１００が足踏み動作を行う毎に、プレイヤー１００の視点６１０の位置を僅かに上下に移動させるように形成することが好ましい。
このため、実施例のゲーム用画像演算部８４は、足踏み検出部３０から検出信号を入力されるごとに、プレイヤー１００の視点６１０の位置を僅かに上下動するように形成されている。

【００９２】このようにすれば、より歩いている状態に近い映像が得られる。

【００９３】図１５，１６には、このときの様子が概略的に示されている。

【００９４】例えば、図１６に示すように、プレイヤー１００が正面の対象物７６０を見ながら歩く場合には、
同図（Ａ）に示すよう、片方の足が完全に地面に着いていて、もう片方の足が中に浮いている時の視点６２０の高さと、同図（Ｂ）に示すよう、片方の足が着地して、
もう片方の足が地面から離れようとするときの視点６１
０の高さとが異なる場合が多い。 すなわち、プレイヤー１００が歩進動作をする度に、プレイヤー１００から見える景色は僅かに上下動することになる。 このため、ゲーム用仮想現実演算部８４が、足踏み検出部３０からの検出信号を入力される度に、ディスプレイ２２上に表示される画面を例えば図１５（Ａ），（Ｂ）に示すよう、
僅かに上下動させることにより、実際に歩いている雰囲気を、視覚的に表現することができる。 このとき、スピーカ２４から足音を音声出力するように形成すれば、より好ましい。

【００９５】そして、プレイヤー１００が、階段７２２
の所を登り始めると、階段７２２が足踏みに合わせて断続的に徐々に下がっていくように見え、入り口７２０が上から徐々に下に降りてくるように見える。

【００９６】図１３、図１４は、プレイヤー１００が迷路７４０内にいるときの映像である。 図１３は、迷路７
４０のＡの点から矢印方向を見た時の映像であり、図１
４は、迷路７４０のＢの点から矢印方向を見た時の映像である。 図１４では、迷路７４０のＣの位置にいる敵モンスター７４２が見えている。 この敵モンスター７４２
は、「ギャオー」という鳴き声の後、口から火を吹いてプレイヤー１００を攻撃してくるもので、ヘッドホンスピーカ２４からモンスターの鳴き声が聞こえたら、銃６
０を操作してシールドを出して防御するか、火を吹く前に銃６０でやっつけなければならない。

【００９７】また、モンスター７４２は、接近し過ぎると、爪や牙で攻撃してくるので、接近したら、プレイヤー１００は後退して、あるいは振り返って逃げなければならない。 さらにまたモンスター７４２が映像視界中に入っていなくても、ステレオヘッドホンシステムによって作られた音像によりその位置を知ることができる。 見えていなくても、近くにいれば攻撃してくるので、鳴き声が聞こえたらその方向を向いて敵の様子を確認しなければならない。

【００９８】このようにして、敵モンスター７４２を避けながら迷路内を進み、王様の部屋を捜しあてる。 王様の部屋中央には、黄金の冠７３０が置かれており、プレイヤー１００はその上を通過すると、冠を手に入れることができる。 冠を手に入れたら、今度は敵モンスターを避けながら入り口７２０迄辿り着く。 無事入り口７２０
からピラミッド７１０の外に出ることができればゲームはクリアとなる。

【００９９】このように、実施例のゲーム装置１０によれば、プレイヤー１００は歩いた状態の足踏み動作や、
駆け足状態の足踏み動作を行うことにより、３次元ゲーム空間５００内を実際の世界と同様な感覚で自由に歩き、または走った状態で移動することができる。 このため、非常にリアリティの高い仮想現実の世界を体感でき、実際にゲーム空間内に入り込んでゲームを楽しむことができる。

【０１００】特に、実施例のゲーム装置は、行きたい方向へ頭を向けるだけでその方向へプレイヤー１００が移動できるため、３次元ゲーム空間５００内の移動を極めてスムーズに行うことができる。

【０１０１】なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能である。

【０１０２】例えば、前記実施例では、プレイヤー１０
０の向いている方向を、頭部装着体２０および天井に取り付けた空間センサ２６，２８を用いて検出し、その方向へゲーム空間内を移動するようにしている。 しかし、
このような大がかりな装置によらず、歩幅設定部３０
に、左右回転用ボタン等を設け、進行方向および視野方向をこのボタンレバーにより設定操作するようにしてもよい。 そうすれば、空間センサは不要になり、家庭用ゲーム機としても実現できる。

【０１０３】またさらに、頭部装着体２０および天井に取り付けた空間センサ２６，２８と、歩幅設定部３０に設けたボタン等の両方を用い、歩幅設定部３０のボタン等を進行方向設定情報を入力する方向入力手段として用い、空間センサ２６，２８を視野方向設定手段として用いるようにすれば、進行方向と視野方向を別々に設定操作することができ、例えば仮想空間内を前を向いたまま横に歩いていったり、回りを見回しながら前方へ歩いていったりというようなことが可能になる。

【０１０４】また、敵モンスターが登場しない単なる迷路ゲームのような、銃を使用しないゲームにおいては、
前記銃６０は不要となることはいうまでもない。

【０１０５】また、前記実施例では、プレイヤー１００
がその場で足踏み動作を行う場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、必要に応じ、図１７に示すよう、プレイルーム１２の床面に足踏み移動装置９０を設けてもよい、この足踏み移動装置９０は、足踏み面１
６がプレイヤー１００の足踏み動作に合わせて移動するように形成されている。 具体的には、複数のローラ９２
間に無端ベルト９４をかけわたし、この無端ベルト９４
がプレイヤー１００の足踏み動作に合わせて回転するように構成されている。 このようにすることにより、プレイヤー１００は、さらに実際に近い感覚で、３次元ゲーム空間内を歩いたり走ったりしながら、ゲームを楽しむことができる。

【０１０６】また、前記実施例では一人のプレイヤー１
００が３次元ゲーム空間内を移動するように形成した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、複数のプレイヤーが３次元ゲーム空間内を移動しながらプレイを行うように形成することもできる。

【０１０７】また、前記実施例は、本発明をゲーム装置に適用した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、これ以外の各種仮想現実体験装置、例えば各種シミュレータ等に幅広く用いることができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
仮想３次元空間内での歩進移動を体験者の足踏み動作として入力しているため、体験者は仮想３次元空間内を、
あたかも実際に歩き、または走っているような感覚で移動でき、この結果、リアリティの高い仮想現実を体感可能な仮想現実体感装置を得ることができるという効果がある。

【０１０９】また、請求項２発明によれば、体験者は行きたい方向へ頭部を向けることにより、仮想３次元空間内の移動経路を変更することができ、仮想３次元空間内での移動経路の変更を簡単に行うことができる。

【０１１０】また、請求項３の発明によれば、ディスプレイをヘッドマウントディスプレイとして形成することにより、さらにリアリティの高い仮想現実体感装置を得ることができる。

【０１１１】また、請求項４の発明によれば、体験者の歩進動作の検出を行う足踏み検出手段を、簡単かつ安価に形成することができる。

【０１１２】また、請求項５の発明によれば、体験者が仮想３次元空間内をより自然に近い感覚で移動でき、しかも体験者の座標位置に合わせて視点位置を変化させることにより、プレイヤーから見える仮想３次元空間内の景色をディスプレイ上に実際により近い感覚で表示することができる。

【０１１３】また、請求項６の発明によれば、プレイヤーの足踏み動作に合わせて、ディスプレイ上の画面を上下に微震動表示することにより、視覚的に歩進動作を演出することができる。

【０１１４】さらに、請求項７の発明によれば、体験者の足踏み動作に合わせて、足踏み面も移動するため、さらに実際に近い感覚で仮想３次元空間内を歩きまたは走って移動することができる。

【０１１５】また、請求項８の発明によれば、方向入力手段およびディスプレイを頭部に装着された一体型のものとして形成することにより、プレイヤーは進行方向を手動入力するといったようなわずらわしい動作から解放され、より自由に仮想３次元空間内を移動することができる。

【０１１６】さらに、請求項９の発明によれば、このような仮想現実体感装置を用いてゲーム装置を形成することにより、プレイヤーは３次元ゲーム空間内に入り込んでで実際に歩いたり走ったりしながら移動するという状態を体感でき、よりリアリティの高い仮想現実を体感型のゲームを楽しむことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された仮想現実体感型のゲーム装置の概略説明図である。

【図２】実施例のゲーム装置で使用される頭部装着体の概略説明図である。

【図３】実施例で使用される足踏み検出部の具体的な構成を示す説明図である。

【図４】実施例のゲーム装置で使用される歩幅設定部の説明図である。

【図５】プレイヤーの移動経路の演算原理を示す説明図である。

【図６】プレイヤーの移動経路の演算手法の他の実施例の説明図である。

【図７】プレイヤーの移動経路の演算手法の他の実施例の説明図である。

【図８】実施例のゲーム装置のブロック回路図である。

【図９】実施例のゲーム装置の画像合成原理の説明図である。

【図１０】実施例の３次元ゲーム空間の概略平面図である。

【図１１】プレイヤーが正面からピラミッドを見た状態のゲーム画面の説明図である。

【図１２】ピラミッド内の迷路の説明図である。

【図１３】プレイヤーがピラミッド内部を見たときのゲーム画面の説明図である。

【図１４】ピラミッド内部にモンスターが登場した場合のゲーム画面の説明図である。

【図１５】プレイヤーの歩進動作に合わせてゲーム画面が上下に微震動する様子を示す説明図である。

【図１６】プレイヤーの歩進動作に合わせて視点位置が上下に移動する様子を示す説明図である。

【図１７】本発明の他の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１０ ゲーム装置 １２ プレイルーム １６ 足踏み検出部 ２０ 頭部装着体 ２２ ディスプレイ ２４ スピーカ ２６，２８ センサ ２９ ヘルメット ３０ 足踏み検出部 ５０ 歩幅設定部 １００ プレイヤー