权利要求

【特許請求の範囲】

【請求項１】 オペレータが仮想現実像の仮想現実世界に居るように感じる仮想現実システムにおいて、該システムは、 ディスプレイスクリーンを含み仮想現実像としてイメージデータを表示するディスプレイ回路と；前記イメージデータを格納するメモリと；前記ディスプレイスクリーンを含みオペレータが装着するヘルメット装置であって、オペレータの動作に応答して前記ディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生するヘルメット装置と；前記イメージデータを前記メモリから抽出し前記イメージデータにより前記ディスプレイ回路を制御してオペレータがあたかも前記仮想現実世界内に居てそれに関わっているかのように前記仮想現実像を変化させる前記メモリに関連するマイクロプロセッサ；を含む仮想現実システム。

【請求項２】 オペレータが仮想現実世界に居るかのように感じる仮想現実システムを使用して仮想現実像の仮想現実世界を生成する方法において、該方法は、 該ディスプレイ回路に付随するディスプレイスクリーン上に仮想現実像としてのイメージデータを表示し；前記イメージデータをメモリ内に格納し；前記ディスプレイスクリーンを含むヘルメット装置をオペレータに装着し；前記ヘルメット装置のオペレータの動作に応答して前記ディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生し；前記メモリから前記イメージデータを抽出し；前記ディスプレイ回路を制御してあたかもオペレータが前記仮想現実像内に居てそれに関わっているかのように前記仮想現実像を変化させる；ステップを含む仮想現実世界生成方法。

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的に人工環境を発生するコンピュータサイエンスの応用に関し、特にユーザがコンピュータのメモリ内に存在する環境を探査することができる低コスト仮想現実システムおよび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】仮想現実システムの設計および用途はコンピュータサイエンスの新しい未開分野である。 “仮想現実システム”の目的はコンピュータのメモリ内のモデルとしてしか存在しない環境をユーザが探査できるようにすることである。 これらの環境は（例えば、ラスベガスの街路や建物内部等の）現実世界のモデルであったり、（例えば、分子の内部や銀河系の中心等の）純粋な想像世界もしくは人間が到達できない世界であったりする。

【０００３】代表的な仮想現実システムはコンピュータ、入力装置および出力装置により構成される。 コンピュータは仮想世界のモデルを維持しユーザの観点からその外観を計算する。 出力装置はユーザの頭部に取り付ける装置とされることが多く、ヘルメットに搭載されたディスプレイやスクリーンもしくは一対のゴーグルとすることができる。 ヘルメットを装着することにより、ユーザは視覚上仮想世界へ巻き込まれる。 また、ヘルメットにはユーザの頭部位置およびユーザが眺めている方向をコンピュータが知ることができるようにする追跡装置も取り付けられている。 代表的なシステムにおける入力装置には簡単なジョイスティックからユーザの動作およびゼスチュアを監視できるグローブや他の装身具が含まれる。

【０００４】仮想現実システムに関する主な問題点は高価であり通常代表的な個人消費者の娯楽費の範囲を越えることである。 大概のシステムは３次元世界モデルの２
次元ビューを表現する強力なコンピュータを使用している。 大概のシステムには１個以上の高価なグラフィック発生器および１組以上の高価なゴーグルが含まれている。 さらに利用可能な公知の装身装置も平均的な消費者が購入できないほど高価である。 公知の仮想現実システムは高価であるため、それを購入できるのは会社、大学もしくは政府機関だけのようである。 したがって、今日平均的消費者は実際上仮想現実システムを利用することができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】その結果、代表的な消費者の娯楽費内の価格で製作可能な仮想現実システムに対するニーズがある。

【０００６】現在の最も安価な仮想現実システムよりも低いコストでしかも今日の高価なシステムの大概の仮想現実ケーパビリティを有する仮想現実システムに対するニーズがある。

【０００７】さらに低コストとすることにより、仮想現実システムゲームおよび教育応用プログラムを介して平均的消費者が教育および娯楽の機会を実現することができるようにする仮想現実システムに対するニーズがある。

【０００８】さらに、プレーヤに３次元世界を移動している印象を与える方法およびシステムを提供すれば、大きな制約が克服されて実行可能な仮想現実システムが得られる。 これには、まずプレーヤからの入力の関数として３次元透視像を発生してディスプレイ上で変化させる方法が必要である。 また、それにはプレーヤが像ディスプレイ内で“自分で移動する”方法も必要となる。 発展性のある仮想現実システムはこのような動作をリアルタイムで実施できなければならない。 さらに、経済的な仮想現実システムとするには、これらの動作を容易に入手できる低コストマイクロプロセッサ部品により実施できなければならない。

【０００９】したがって、プレーヤの動作を３次元仮想現実世界内で実行する経済的な方法およびシステムに対するニーズがある。

【００１０】低コスト仮想現実システムに対して、プレーヤの入力に従って透視像を変化させる３次元透視像を発生する方法およびシステムに対するニーズがある。

【００１１】プレーヤが低コスト仮想現実システムの３
次元像ディスプレイ内で“自分で移動”できるようにする方法およびシステムに対するニーズがある。

【００１２】さらに、容易に入手できる低コストマイクロプロセッサ部品により前記目的を達成できる方法およびシステムに対するニーズがある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明により従来の仮想現実システムおよび方法に付随する欠点および制約が克服もしくは低減される。

【００１４】本発明の一つの特徴はオペレータがコンピュータにより発生される世界の中に居るかのように感じる仮想現実システムである。 システムイメージデータを仮想現実像として表現するディスプレイサブシステムを備えている。 ディスプレイ回路に付随するメモリにイメージデータが格納される。 オペレータが装着するヘルメット装置にはディスプレイサブシステムが含まれている。 ヘルメット装置のオペレータの動作に応答して、マイクロプロセッサがオペレータに表示される仮想環境内の視野を決定する。 マイクロプロセッサは仮想世界を表わすデータをメモリから抽出し仮想現実像のディスプレイを制御してあたかもオペレータが仮想現実像内に居てそれと関わっているかのようにする。 実施例では、仮想現実システムはさらに所定のオペレータ制御入力セットに応答して仮想環境を操作するイメージデータ入力回路を備えている。

【００１５】本発明のもう一つの特徴は仮想現実環境内の物体の相対位置および運動をモデル化する方法である。 この方法には仮想現実環境内の第１および第２の物体をグラフィックディスプレイ上にグラフィック表示するステップが含まれる。 グラフィック表示は仮想現実環境内の所定の観察点に対する第１および第２の物体の相対位置に従って第１および第２の物体を不明瞭とする。
この方法には第１および第２の物体間の分割面を決定することが含まれる。 次に、分割面上を横切移動する第１
および第２の物体に応答して第１および第２の物体間の第２の分割面が決定される。 この方法では、次に仮想現実環境における第１および第２の物体がグラフィックディスプレイ上にグラフィック表示される。 これは仮想現実環境内の所定の観察点からのこれら各物体の相対位置に従って第１および第２の物体を選定的に不明瞭とすることにより行われる。 これは第２の分割面に対する物体の位置に従って行われる。

【００１６】本発明の方法では、物体の数および所定の観察点に対する相対位置に応じてさまざまな分割面を発生することができる。 本発明の方法の効果はプレーヤが仮想現実世界内で動作できるようにすることであるが、
３次元分割データベースと移動体アルゴリズムが組み合されている。 本発明の２分割データベースにより仮想現実システムディスプレイにいずれを表現すべきかまたいつ表現すべきかという選択問題が解決される。

【００１７】本発明の技術上の利点はユーザの娯楽やゲームだけでなく他の多くの分野に応用できる、３次元仮想現実世界でのプレーヤの移動を実現する経済的な方法およびシステムが提供されることである。 例えば、教育に関しては、建築科の学生は本発明のシステムを使用して自分が設計する建物や構造体の仮想現実世界モデルへ入ることができる。 同様に、本発明を使用して医科の学生は仮想現実システムにより脳モデルを“巡回”することができ、化学者は複雑な分子の３次元モデルを“歩き廻ったり”“内部へ入る”ことができる。 本発明により低コスト仮想現実システムが提供されるため、従来よりも遙かに多くの個別応用が実現される。

【００１８】本発明のもう一つの技術的利点は多数のオペレータが一つの仮想現実環境内に共存できることである。 その結果、学生と先生は同じ時間に同じ仮想現実世界内に居ることができる。 同様に、例えば旅行産業では、潜在的な旅行者および旅行代理店はディズニーワールドのモデルの案内旅行を行って休暇計画をたてることができる。

【００１９】本発明のもう一つの重要な技術上の利点は代表的な消費者に対して仮想現実システムケーパビリティへの道が開かれることである。 公知の低廉な仮想現実システムよりも低水準のコストで仮想現実システムを提供することにより、本発明は平均的消費者の予算的ニーズに応えるものである。 しかしながら、同時に本発明の低コスト仮想現実システムはより高価な仮想現実システムで利用できるのと同じ大概のケーパビリティを消費者に提供する。 例えば、本発明はフライトシュミレータアルゴリズム等の公知の移動体アルゴリズムと効果的に組み合せて、仮想現実システムへのプレーヤ入力に従って透視像を変化させる低コスト３次元像発生方法を得ることができる。

【００２０】

【実施例】 システム概要図１に２人のプレーヤ２２、２４が使用している仮想現実システム２０の実施例を示す。 各プレーヤはそれぞれヘルメットもしくはゴーグル２６、２８を装着しており、かつ入力装置を使用している。 例えば、プレーヤ２
２は仮想現実世界における自分の動作をジョイスティック３０を介して制御し、プレーヤ２４は自分の動作をパワーハンドアタッチメント３２を介して制御する。 ゴーグル２６およびジョイスティック３０はケーブル３４を介してヘルメットカード３６に接続されている。 同様に、ゴーグル２８およびパワーハンドアタッチメント３
２はケーブル３８を介してヘルメットカード４０に接続されている。 ヘルメットカード３６、４０はそれぞれスロット４２、４４においてシャーシ５８に嵌合され、付加ユーザに対する付加カード４６、４８を所望によりスロット５０、５２へ嵌合することができる。

【００２１】図１の例では、カートリッジ５４がシャーシ５８のスロット５６に装填されてプレーヤ２２、２４
が興じるゲームが提供される。 実施例では、カートリッジ５４はプレーヤが任意数のゲームを選定できるものとすることができる。 例えば、図１９および図２０には実施例により使用できる“グレース”と呼ばれるゲームが記述されている。 図１の実施例では、プレーヤ２２はゴーグル２６を介して環境６２を含むディスプレイ６０を観察する。 環境６２内で、代理プレーヤ６４はプレーヤ２２がジョイスティック３０を介して送出する指令に従って動作を行う。 例えば、環境６２内で、プレーヤ２２
は代理プレーヤ６４に迷路防壁６６を通り抜けるよう指示する。

【００２２】同時にプレーヤ２２はゴーグル２６のディスプレイ６０上の環境６２を観察し、プレーヤ２４はゴーグル２８内のディスプレイ６８を観察する。 プレーヤ２４はプレーヤ２２が観察するのと同じ環境６２を観察する。 しかしながら、プレーヤ２４は例えば代理プレーヤ６６を追跡して防壁７２を通り抜ける代理プレーヤ７
０を制御する。 プレーヤ２４はパワーハンドアタッチメント３２およびゴーグル２８の移動により代理プレーヤ７０を制御する指令を送出する。 その結果プレーヤ２
２、２４は実施例の仮想現実システム２０が生成する仮想現実世界７４内で行動することになる。

【００２３】 システムハードウェア図２に実施例の仮想現実システムの全体アーキテクチュアの概念ブロック図を示す。 図２に従って、実施例はバス７８を介してメモリ回路８０と連絡されバス８２を介してＲＯＭカードリーダ８４と連絡されるプロセッサ７
６を備えている。 メモリ回路８０はバス８６を介してＲ
ＯＭカードリーダ８４とも連絡されている。 ヘルメットボード３６、３８はそれぞれヘルメット１回路８８およびヘルメット２回路９０に接続されている。 例えば、ヘルメット１回路は図１のゴーグル２６およびジョイスティック３０用回路からなり、ヘルメット２回路９０はゴーグル２８およびパワーハンドアタッチメント３２を含むことができる。 実施例のアーキテクチュアはスロット４２、４４、５０、５２内のヘルメットカード３６、３
８等の４枚のヘルメットカードに対処する。

【００２４】システムアーキテクチュアに従って、プレーヤは例えばスロット５６を介してＲＯＭカードリーダ８４内へゲームカートリッジ５４を挿入することにより仮想現実システムを使用する。 プロセッサ７６はＲＯＭ
カードリーダを指令して自動的にゲームカートリッジ５
４を読み取りゲームソフトウェアおよび仮想世界表現をシステムメモリ８０へダウンロードする。 次にプロセッサ７６はヘルメットボードスロット４２、４４、５０、
５２を調べて何人のプレーヤがゲームに参加しているかを決定する。 実施例では、各ヘルメットは１人のプレーヤだけが使用する。 ゲームプログラムが進行すると、プロセッサ７６は例えばヘルメットボード３６、３８からの入力を読み取る。 入力はプレーヤの頭部位置および（ジョイスティック３０やパワーハンドアタッチメント３２等の）付属入力装置からのデータを含むプレーヤの現在状態を記述するものである。 プロセッサ７６は入力を分析してゲームの状態を適切に更新する。 これには仮想現実世界７４のモデルを表わすデータベースの状態を更新することも含まれる。 読取り／更新プロセス中に、
ヘルメットボード３６、３８は世界データベースの読取りを禁止される。 データベースの更新後、プロセッサ７
６は各プレーヤの視点から見た仮想現実世界７４を描画開始するよう指示する。

【００２５】ヘルメットボード３６、３８はゲームの各プレーヤに対して１枚ずつ主シャーシ５８内へ挿入される。 図３は並列バス８５を介して主ボード５９のメモリ８０から仮想世界データベースを読み取るヘルメットボードプロセッサ９２からなるヘルメットボード３６を示す。 主ボード５９は図１のシャーシ５８内にファイルされている。 ヘルメットボードプロセッサ９２はビデオ接続点９４を介してプレーヤの立場からの仮想世界図をプレーヤのヘルメットディスプレイに表示する。 バス８５
によりプロセッサ７６はヘルメットボード３６にも接続される。 ヘルメットボード３６を主ボード５９のプロセッサ７６に接続することによりヘルメットボード３６はヘルメットもしくはゴーグル２６およびジョイスティック３０もしくはもう一つの入力装置からの入力データをシリアルＩ／Ｏ９６を介して直接主ボードメモリ８０へ送出することができる。 ヘルメットやゴーグル２６は簡単なデータストリップ接続を介してヘルメットボード３
６に取り付けられる。 ヘルメットボードプロセッサ９２
は表現された光景をヘルメット２６内のビデオディスプレイ６０へ出力する。 ヘルメットボードプロセッサ９２
はプレーヤのヘルメットやゴーグル２６に搭載することのできるスピーカやイヤホーンへ送ることができるオーディオ信号も発生する。 実施例では、ヘルメットボードプロセッサ９２はプロセッサ７６が指示する場合だけ接続点９４を介して光景を表示する。

【００２６】図３にはゲームカートリッジ５４を受け入れて読み取るＲＯＭカードリーダ８４も示されている。
ゲームカートリッジ５４はゲーム機構、ヘルメットボード３６、３８出力解釈、およびデータベース形状の一つ以上の仮想現実世界を含むことができる。

【００２７】図４に実施例の回路の略ブロック図を示す。 パワーグローブ３２から開始して、シリアルＩ／Ｏ
接続点９６は配線９８へ行きバス１００を介して主ボードバス８５へ入力信号が送られる。 主ボード入力バス８
５はＩ／Ｏラッチ１０２を介してバス１０４へ入力データを送る。 バス１０４は入力信号を主プロセッサ７６へ送る。 入力バス８５はデジタルもしくはアナログ入力を与えるデジタルもしくはアナログバスとすることができる。 アナログ入力を使用する場合には、Ｉ／Ｏラッチ１
０２はシリアルポート用マルチプレクサ（ＭＵＸ）もしくは主プロセッサ７６へデジタル入力を与える８ビットバッファラッチとすることができる。 同様に、入力バス１０４はシリアルデータを使用する場合には１ビットとしパラレル入力を使用する場合には８ビットバスとすることができる。 さらに、アナログデータ入力を使用する場合には、バス１０６は内部マルチプレクサ用入力バスとして使用することができる。 主プロセッサ７６はシステムマルチプレクサコントローラ１０８へ入力を与え、
アドレスバス１１０を介してシステムＲＯＭカード５４
へ１６ビットアドレス入力を与え、かつ入力データバス１１２を介して１８ビットデータを与える。 データバス１１２はバス１１４を介してスイッチ１１６およびメモリ８０へデータ入力を与える。 スイッチ１１６はバス７
８からの制御信号に基いて主プロセッサ７６により制御されバス１１４からのデータをバス１１８を介してメモリ８０へ送る。

【００２８】また、主プロセッサ７６はＧＳＰリード／
ライトコントローラ１２０へリード／ライトコントロール信号を送る。 ＧＳＰリード／ライトコントローラ１２
０は各バス１２２、１２４、１２６、１２８を介してヘルメットカード３６、３８、４６、４８へコントロール入力を与える。 さらに、ＧＳＰリード／ライトコントローラ１２０からのバス１３０を介してメモリ８０へ入力が与えられる。 接続点１３２において、メモリ８０はバス１３０を介したコントロール信号およびスイッチ１１
６からのプロセッサコントロール入力バス１１８を介したデータ入力を受信する。

【００２９】メモリ８０はプロセッサ１３４およびＤＲ
ＡＭ１３６を含んでいる。 実施例では、プロセッサ１３
４はテキサスインスツルメンツＴＭＳ３４０１０プロセッサにより構成される。 また、メモリ８０はバス１３８
を介してヘルメットカード３６、３８、４６、４８と主データベース信号の通信を行う。

【００３０】各ヘルメットカード３６、３８、４６、４
８は接続点１４０において実施例の回路に接続されＤＲ
ＡＭ１４４へデータ信号を送るプロセッサ１４２を含んでいる。 ＤＲＡＭ１４４はＲＡＭ（ＶＲＡＭ）１４６へデータ入力を与えそれはパレット１４８へ送られる。 パレット１４８は出力バス９８を介して配線へカラーパレットデータを送りそれはビデオ接続点９４を介してヘルメット２８へも送られる。

【００３１】各ヘルメットカード３６、３８、４６、４
８はＧＳＰリード／ライトコントローラ１２０により制御され、バス１１９からのリード／ライトコントロール信号に応答して関連するヘルメット２８へ表示データが送られる。 バス１１９上の信号は主プロセッサ７６から到来して個別の各ヘルメットカード３６、３８、４６、
４８を制御する。 例えば、ヘルメットカード３６のプロセッサ１４２からの出力はビデオＲＡＭ（“ＶＲＡ
Ｍ”）１４６へ出力を与えるＤＲＡＭ１４４に一時記憶される。ＶＲＡＭ１４６は光景が表示されるＲＡＭでありパレット１４８がヘルメット２８内のディスプレイへビデオ像を表示することができるデータを与える。

【００３２】実施例では、電源１５０により配線９８に接続された入力および出力装置だけでなく全システム回路へ調整された電力が供給される。 さらに、別の実施例ではジョイスティック３０等のアナログもしくはデジタル制御装置を含むことができる。 また、ヘルメット２８
はヘルメットの方位を示す入力を仮想現実システムへ与えることができる。 例えば、ヘルメット２８は超音波もしくは他の公知の方法によりヘルメットのプレーヤ動作を追跡する追跡装置を提供することができる。 ヘルメット２８が実施例の仮想現実システムと通信を行うデータは、プレーヤの頭部位置に関する方位情報であってもヘルメット２８のディスプレイ回路への単なる表示データであっても、全てシリアル入出力データとして処理される。

【００３３】実施例では、４人のプレーヤが各ヘルメットカード３６、３８、４６、４８への入力を各配線９８
に接続することにより仮想現実システムを使用することができる。 このような場合、配線９８およびバス８５を介して、主プロセッサ７６は１〜４人のプレーヤからの入力を読み取りメモリ８０の主データベースに関してどんなニーズを行うべきかを決定する。 主プロセッサ７６
からの信号に応答して、メモリ８０のマイクロプロセッサ１３４は物体を移動させるのに必要な任意の変化を行うかあるいはプレーヤからの指令に応答する。 主プロセッサ７６からの入力に従ってデータベースが変化されると、信号がヘルメットカード３６、３８、４６、４８へ送られ一つの配線９８に接続することができる各ヘルメット２８において終局的に表示される。 したがって、例えばパワーグローブ３２やジョイスティック３０からの入力に応答して、システム内に無限ループが確立されそれは接続されたヘルメットに継続的に表示されてヘルメット２８のディスプレイの可視情報を更新する。

【００３４】図５、図６、図７は市販されている部品を使用した実施例を示す詳細回路図である。

【００３５】 システムソフトウェア Ａ． 全体制御フロー図８は実施例の主プロセッサ７６
の基本ソフトウェアフロー図を示す。 ＯＮ ＰＯＷＥＲ
ＵＰステップ１５２で始って、仮想現実システムはＲ
ＯＭカートリッジ５４から主プロセッサコードおよびヘルメット２６プロセッサコードをダウンロードする。 次に、ステップ１５２において主プロセッサはカートリッジ５４から３次元（３−Ｄ）光景データベースをダウンロードする。 これらのステップの目的はメモリ８０内へゲーム機構を読み込み、共有メモリ内へ世界データベースを読み込み、仮想世界パラメータを初期化することである。

【００３６】これらの初期化ステップが開始されると、
実施例はステップ１５６においてループを開始する。 ループは各アクティブヘルメット２８に対して開始される。 すなわち、例えばスロット４２においてヘルメットカード３６が接続される各ヘルメットに対して各アクティブヘルメットステップ１５８は入力を読み取る。 ヘルメットが検出されれば、プログラムはそのヘルメットの表示ビットを偽に設定する。 初めてヘルメットが検出されると、実施例の基本ソフトウェアによりプレーヤはゲームへ引き入れられる。 そうでない場合には、ソフトウェアは例えばヘルメットカード３６からの最新出力を得る。 ループにおいてヘルメットが検出されない場合には、ヘルメットカードが挿入される筈のスロットがスキップされる。 ステップ１６０で読み取られる各入力に対して、実施例は観察パラメータを更新してビューア位置およびデータベースを更新する。 本質的に、このステップによりヘルメットからの全入力が解釈されそれに従ってメモリ８０内の主データベースが更新される。

【００３７】次に、ステップ１６２において主プロセッサ７６の基本ソフトウェアによりデータベース内の独自のオブジェクトの位置が更新される。 次に、ステップ１
６４において、コントロールプログラムによりデータベースが全てのアイドルヘルメットバッファへコピーされ各ヘルメット２６へ情報が送られる。 本質的に、これはヘルメットボード３６の表示プロセッサ９２内の表示ビットを設定してヘルメット２８ディスプレイ上に新しい像を表示するステップからなっている。

【００３８】図９は実施例のヘルメットプロセッサ９２
の基本ソフトウェアフロー図を示す。 主ボード５９のプロセッサ７６と同様に、例えばヘルメットボード３６のプロセッサ９２はＯＮ ＰＯＷＥＲ ＵＰステップ１６
６で開示されその時点でプロセッサ１４２は主プロセッサ７６からコードを受信する。 ステップ１６８において、このコードによりヘルメットプロセッサ１４２は実施例の特定応用に対するグラフィック環境を初期化する。 次に、ステップ１７０において、ループによりアクティブデータベースバッファがヘルメット２８ディスプレイへ表示開始される。 次に質問１７２が開始されスイッチ信号（すなわち、予め識別されたレンダービット）
が主プロセッサ７６から受信されているかどうか決定される。 ビットが“真”に設定されておれば、ステップ１
７４においてヘルメットボード１３６は現在の光景を描写する。 次に、ループはステップ１７０へ戻ってアクティブデータベースバッファを描写する。 主プロセッサ７
６によりビットが真に設定されていなければ、次にステップ１７２においてループはステップ１７０へ戻りアクティブデータベースバッファを描写する。 このプロセスは一般的に“ダブルバッファリング”として知られている。

【００３９】Ｂ． データ構造詳細説明のこの章ではオブジェクトがデータベース中を移動できるようにする拡張を強調して、ＢＳＰデータベース構造の詳細説明を行う。

【００４０】１． ＢＳＰ． 移動体拡張概説本発明が使用してプレーヤが仮想現実世界内で操作できるようにする方法は３次元分割データベースを移動体アルゴリズムと組合せたものである。 ３次元２分割データベースによりいつ何をヘルメット２８ディスプレイに描写するかを選定する問題が解決される。 移動体アルゴリズムには３
次元仮想現実環境内での物体の移動をシミュレートするための既存のフライトシミュレータアルゴリズムを適用することが含まれる。 ３次元２分割データベースを移動体アルゴリズムと組合せることにより主データベースが生成されそこから全てのプレーヤがプレーを行う仮想現実環境の情報を受信することができる。

【００４１】３次元２分割データベースおよび移動体アルゴリズムについて概説する。 次に、各々について詳細説明を行う。 移動体アルゴリズムは１９６０年の終りにフライトシミュレータに対して開発されたアルゴリズムを修正したものであり、その主要な利点は高価なＺ−バッファハードウェアを必要とせずに隠面問題をリアルタイムで解決できることである。 プロトタイプ移動体アルゴリズムはテキサスインスツルメンツＴＭＳ３４０１０
もしくはＴＭＳ３４０２０グラフィックプロセッサで作動するリアルタイム３次元応用の一例である。 ３次元２
分割データベースは設計者の物体配置に対する従来の知識に基いて構成される。 小さな静止世界に対しては満足できるものではあるが、互いに移動する多数の物体がある仮想現実環境に対しては簡単には拡張できない。

【００４２】移動体アルゴリズムの記述において、大部分の努力は適当に複雑な３次元光景が与えられた時にリアルタイムアニメーションを達成することに向けられる。 グラフィック信号プロセッサ（ＧＳＰ）１２０が大概の計算および全ての描画を行う。 ＧＰＳ１２０の時間の大部分はデータベースを解釈し、座標を変換し、ポリゴンを描く３次元パイプラインのハンドチェーンアセンブリコードを実行するのに費やされる。 （現在およそ７
ｋバイトである）３次元データベースがＧＳＰ１２０へダウンロードされＧＰＳ１２０はＧＰＳ１２０のホストインターフェイスレジスタを介してデータベースへアクセスするオーバヘッドが招かないようにされる。 新しい各フレームはＰＣホストプロセッサ７６とＧＳＰ１２０
との間で僅かな情報が交換されるだけでよい。 ホストによりシミュレートされたプレーヤの現在の位置および方位がＧＰＳ１２０へ与えられる。 ＧＰＳ１２０はプレーヤが３次元光景内のいずれかの物体へ達したかどうかをホストへ告げて応答する。

【００４３】各プレーヤの動作特性がホストプロセッサ７６上でシミュレートされる。 現在のモデルは初心者が容易に制御できるようにされており、ユーザが自由に３
次元光景を探査できるようにされている。 アクセスを容易にするために、移動体アルゴリズムの挙動モデルはＣ
で書かれており、移動体アルゴリズムのプロセッサ常駐部に格納されている。 ソフトウェアはモデルをソースファイル“ｉｎｔｅｒｐ．ｃ．”に格納された一つのモジュール、“ｃｍｄ−ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ”機能へ改良するのに必要な変更を大部分分離するように構成されている。 ＧＰＳ１２０がほとんど全てのワークを行う場合、
ホストプロセッサ上の移動体挙動モデルはリアルタイム性能が不振となる前に拡張される余裕がある。

【００４４】後で詳細説明を行う３次元２分割データベースは２分木として構成される。 ツリー内の各終点（すなわちリーフ）節は一つのオブジェクトを表わし、中間点（すなわちノンリーフ）節はオブジェクト群を表わす。 開発およびテストフェーズ中に、各端節（リーフノード）を順次根元節（ルートノード）として定義して移動体アルゴリズムにより表示することができる。 これにより一つの節におけるデータはデータベース内の他の場所のエラーから分離され、データベース内の個別の３次元オブジェクトが容易に整然とテストされる。 いくつかの節を検証する場合、後のテストのために小さなサブツリーへ連結される。

【００４５】本実施例は１，４および８ビット／ピクセルでテストされた。 ４および８ビットのピクセルデプスでは、色選定は１６へ制限される。 モノクロディスプレイの場合には、１６色の各々に対して４×８ディザーパターンが代用される。 利用できる色数が制限されるため３次元光景データベース内のオブジェクトの色選定および配置は慎重を要する。

【００４６】２． ＢＳＰ中を移動する物体のグラフィッ
ク記述図１０にデータベース表現２０２と並べてグラフィック表現２００を示し、それらは実施例の３次元２分割データベースの作用を概念的に示す。 グラフィック表現２０
０において、分割面２０４、２０６はオブジェクト２０
８、２１０、２１２の後で処理するのにデータベースが使用されることを示している。 グラフィック表現２００
は２０４、２０６を有する平胆な面上に位置する３つのオブジェクト２０８、２１０、２１２のオーバーヘッド図と考えることができる。 分割面２０４、２０６は平胆面上のオブジェクトに対する相対位置に従って確立される。 分割面２０４は＋側および−側を有し分割面２０６
は＋側および−側を有している。 分割面２０４、２０６
によりグラフィック表現２００内に現われるオブジェクトの相対位置が確立される。 実施例では、オブジェクト２０８は分割面２０４の＋側にある。 オブジェクト２１
０、２１２は分割面２０４の−側にある。 オブジェクト２１０は分割面２０６の＋側にありオブジェクト２１２
は分割面２０６の−側にある。

【００４７】データベース表現２０２は実施例の３次元分割データベースに従ってグラフィック表現２００がどのように見えるかを示す。 節２０４ａで開始して、データベースはオブジェクト２０８が節２０４ａの＋側にありオブジェクト２１０、２１２が節２０４ａの−側にあるように分割木を構成する。 さらに、節２０６ａの＋側では、オブジェクト２が現れ節２０６ａの−側ではオブジェクト３が現れる。 データベース表現２０２において、節２０４ａ、２０４ｂは実施例のデータベースが使用する３次元データベースの分割面に関する中間点節と考えられる。 節２０８ａ、２１０ａ、２１２ａによりヘルメット２８ディスプレイに描写されるグラフィックオブジェクト情報が提供される。

【００４８】図１１〜図１３は本発明の３次元２分割データベースにより、実施例の移動体アルゴリズムの演算の結果生じるオブジェクトの相対位置および不明瞭化がどのように処理されるかを示す。 グラフィック表現２０
０に示すように、オブジェクト２１０は位置２１６から位置２１８を経て最終位置２２０へ移動する。 この移動中にオブジェクト２０８はその最初の位置へとどまる。
この移動中に分割面２０４はオブジェクト２１０をオブジェクト２０８から分離し続ける。 その結果、オブジェクト２１０が最終的に位置２２０へ移動するとオブジェクト２１０重心に対するグラフィック表現のオフセットは変化することがあるが、３次元２分割データベースは修正する必要がない。 オブジェクト２１０は面２０４を通過しないため、オブジェクト位置２０８ａ，２１０ａ
を有し＋および−側のあるデータベース節２０４によりオブジェクト２０８、２１０の相対位置は移動前後で同じとなるように連続的に記述することができる。 これは図１２が記述する移動の場合にはあてはまらない。

【００４９】図１２において、オブジェクト２１０は位置２１６から位置２１８を経て最終的に位置２２２へ移動する。 オブジェクト２０８は元の位置にとどまる。 オブジェクト２１０は位置２１８、２２２を通過すると、
分割面２０４と交差する。 オブジェクト２１０が分割面２０４と交差したら、分割面２０６を確立する必要がある。 分割面２０６は＋側および−側を有しオブジェクト２０８に対するオブジェクト２１０の相対位置を維持する。 実施例の３次元２分割データベースは図１２のデータベース表現２０２に示す節２０６ａを確立することによりこの結果を達成する。 節２０６ａ＋側および−側は節２０８ａオブジェクト２０８が識別される所に存在する。 実施例の２分割データベースにより非占有すなわち空分割の場合にオブジェクト２１０が分割面２０４と交差して生じる問題が解決される。 例えば、図１２のグラフィック表現２００において、オブジェクト２１０は非占有分割面２２４内で位置２１８を経て位置２２２へ移動する。 既に分割面２２４が確立されているため、データベース表現２０２内には既存の空の節２２４ａが存在する。 オブジェクト２１０が位置２２２へ移動すると、
データベース２１０内では単に節２１０ａから２２４ａ
へ移動するだけである。 この種の移動では、オブジェクトは分割面内へ移動しその内で移動することができる。
しかしながら、占有分割面へ入ることはできない。 したがって、オブジェクトが分割面内へ移動するのを禁止する壁その他の構造が仮想世界内に存在する場合には、ソフトウェアにより分割面内へのオブジェクトの移動が禁止される。 こうして得られるグラフィック表面２００ではオブジェクトは単に停止するか禁止構造によりゆがめられる。

【００５０】図１３は分割面内へ移動するためのスペースが存在する別のオブジェクトにより占有された既存の分割面内へオブジェクトが移動する時に何が起るかを示している。 グラフィック表現２００は既存の分割面が無いスペース２２２へオブジェクト２１０が移動する場合を示す。 この移動に応答して、実施例の３次元分割データベースは＋側および−側を有する分割面２０６を生成する。 データベース表現２０２は最初にオブジェクト２
０８が節２０８ａにより表現されオブジェクト２１０が節２１０ａにより表現されることを示している。 しかしながら、分割面２０６が構成されると、データベース表現は分割面を有する節２０６ａがオブジェクト節２０８
ａ，２２２ａを有するように構成されることを示す。 オブジェクト２０８にはオブジェクト節２０８ａが付随しオブジェクト２１０には節２２２ａが付随するようになる。 その結果、オブジェクト２０８、２１０に対しては、実施例の２分割データベースによりオブジェクトや障害の無い所ならばどこへでも移動できるようにされる。 このようにして、３次元分割データベースは所望により新しい分割面を生成する。

【００５１】３次元分割データベースの他に、実施例では装置の使用を説明するのに移動体アルゴリズムを使用している。 付属資料として示される付録Ａは実施例の移動体アルゴリズムと関連した３次元２分割データベース用ソースコードおよび移動体アルゴリズムのリストである。 以下の説明にあるソースリスト及び機能は付属資料付録Ａ内に開示されている。

【００５２】移動体アルゴリズムは２つの主モジュールに分割され、一方はホストプロセッサ７６で実行され他方はＧＳＰ１２０で実行される。

【００５３】３． 座標系 ３次元移動体アルゴリズムではいくつかの座標系が使用される。 これらの座標系はオブジェクト空間、仮想世界空間、プレーヤの観察空間および視点面における位置の記述に使用される。

【００５４】オブジェクト座標系はグラフィックオブジェクトを記述する３次元座標系である。 使用する変換はオブジェクト座標系内のｘ，ｙ，ｚ軸が仮想世界座標系（後記）内の対応する軸と平行である。 オブジェクト空間から（後記する）世界空間への変換は平行移動だけで回転やスケーリングを必要としないため、ソフトウェアが実施する計算が簡単になる。 一般的な３次元系では回転やスケーリングも支援されるが余分な計算を伴う。

【００５５】仮想世界座標系は３次元座標系でありグラフィックオブジェクトは互いに相対的に表現される。 それはシミュレートされた世界の座標系である。 ｘｙｚ原点は０の高さにあり、ｘおよびｙ軸は主コンパス方向と一致している。 ＋ｘ方向は東であり＋ｙ方向は北である。 ＋ｚ方向は上である。

【００５６】プレーヤの観察座標系ではプレーヤに対して３次元座標系である。 視点（プレーヤの目の仮定点）
はｘｙｚ原点である。 ＋ｘ方向は右向き、＋ｙ方向は下向き、＋ｚ方向は（プレーヤから離れる）スクリーン進入方向となる。 移動体アルゴリズムではｚ軸は視点中心を通るものとされている。 観察空間で見られる物体は視点（プレーヤの目）からビューポートの４つのコーナを通る４本の線で頂点が形成される観察ピラミット内に含まれるものである。 ピラミットは視点表面に平行な“近”（すなわち“こちら側”）クリップ面により截断されている。

【００５７】ビューポート座標空間はビューポートに対する２次元座標系である。 ビューポートはスクリーン上の矩形観察面である。 移動アルゴリズムではｘｙ原点はビューポート中心に位置されている。 ＋ｘ方向は右、＋
ｙ方向は下である。 観察面内で見られるオブジェクトはビューポート上への透視図である。

【００５８】前記したように、オブジェクト空間から世界空間へのグラフィックオブジェクトの変換は平行移動だけである。 世界空間から観察面への変換では平行移動の後に回転が続く。 変換プロセスの最終段階では２次元ビューポート面への観察空間内の３次元オブジェクトの透視投影が計算される。

【００５９】オブジェクト、世界および観察面は全て右手座標系で記述される。

【００６０】４． ＢＳＰデータ構造の詳細説明隠面問題の解決法は通常ペインターアルゴリズムと呼ばれる。
図１０〜図１３は実施例の３次元区画すなわち分割データベースを使用して描写を行う前にオブジェクトを予めソートする様子を示す。 プリソートを行えば、３次元分割データベースによりヘルメットカードは最初にプレーヤから遠いオブジェクトを描写し次にプレーヤに近いオブジェクトを描くことができる。 その結果プレーヤに近いオブジェクトは遠いオブジェクトを不明瞭にするように見える。 図１０は実施例の３次元分割データベースによりこれを達成する方法を示す。 ２進区画面（ＢＳＰ）
は２つの息子（ｓｏｎ）を有する各中間点節の左右の息子間に定義される。 視点座標をＢＰＳ式に挿入して視点がＢＰＰのどちら側にあるかを決定する。

【００６１】移動体アルゴリズムの光景は段層３次元データベースに記憶される。 データベースは２分木形式に構成される。 データベースの根元節へのポインターは３
次元データベースインタプリタ機構ｄｂｉｎｔｅｒｐへの引数として通される。

【００６２】ツリー内の各終点（すなわち葉点）は数個のポリゴンで構成される（代表的には凸ポリゴンである）オブジェクトを定義する。 このオブジェクト内のポリゴンはリストされた順序で描くことができ、背面消去だけで隠面消去を行うことができる。 正確に描くには、
ポリゴンは平面もしくは凸面とし頂点は時計廻りにリストしなければならない。

【００６３】各中間点（すなわち葉ではない）節は一つもしくは２つの息子（子孫）を有している。 通常、節に一つの息子しかない場合それは左息子である。

【００６４】中間点節に２つの息子がある場合、視点から遠い息子のオブジェクトが最初に描かれ、次に息子に近いオブジェクトが描かれる。 結果の符号は２つの息子を描く順序を決定するのに使用される。

【００６５】データベース内の各節（終点もしくは中間点）に対して節内の全オブジェクトを包囲する外接球面が定義される。 この球面はビューポート内で全く見ることのできない節を除くのに使用される。 移動体アルゴリズムのリアルタイム更新速度は変換時に多くのワークを調べる前に計算の初期段階でいくつかのオブジェクトを除去する能力に依存する。 外接球面が完全に“近”（すなわち“こちら側”）クリップ面の前にあれば、球面内の全オブジェクトを見えないものとして除去できる。 球面が完全にビューポートの上、下、右もしくは左にある場合にもオブジェクトを除去することができる。 球面が視点から遠すぎてスクリーン上で１個のピクセルに近いものとなれば、それを１ドットとして表わすことができる。 ピクセルよりも小さい球面は見えないものとして除去される。 ソフトウェアを効率的に実行するために、節に対して定義される外接球面は節内の全オブジェクトを包囲するのに必要な大きさよりも大きくしてはならない。

【００６６】各節は世界座標系から変換されたそれ自体の座標系を有している。 節内のオブジェクトの位置は節の座標原点に対して記述される。 節の外接球面もこの原点を中心としている。 各中間点節によりその左右の息子の原点位置はそれ自体の原点からのｘ，ｙ，ｚ変位として定義される。 データベース内のこれらの変位を変えることにより、左右の息子自体を記述するデータベース部分を変えることなく左右の息子を節に対する一つの位置から別の位置へ移動させることができる。

【００６７】ハウスやツリー等のオブジェクトを表わす終点節は２つ以上の中間点節により指示することができ、その場合にはオブジェクトの同じコピーが３次元光景内の２つ以上の点に現れる。 根元節の原点は世界座標系の原点となる。

【００６８】データベースには根元節の位置、データベースの全サイズ、プレーヤの最初の位置、およびカラーパレット等のキーパラメータを含むヘッダーが先行する。 現在パレットは１６色しかサポートしない。 １ビット／ピクセルディスプレイの場合には、カラーパレットの替りに１６のディザーパターンが使用される。 データベースヘッダーの構造は次のようである。

【表１】

【００６９】ｄｂｓｉｚｅフィールドにはデータベースのバイト長が含まれる。 この情報はＧＳＰ１２０メモリ内のデータベースにどれだけの記憶装置を割付けるべきかを知るのに必要である。

【００７０】ｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドは２分木の根元節に対してオフセットされたビットアドレスであり、
オフセットは、ｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドのメモリアドレスから定義される。 ｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドがＧＳＰアドレスＡで開始されかつｒｏｏｔｎｏｄｅフィールドのオフセット値がＶである場合には、根元節のアドレスは（Ａ＋Ｖ）と計算される。

【００７１】ｓｔａｒｔフィールドには開始ｘ，ｙ，ｚ
座標、すなわち世界座標内のプレーヤの初期位置が含まれる。 各座標値は８ビットの小数を有する３２ビット固定小数点数として表現される。 （現在、開始方向は固定されており、世界座標内の "北" すなわち＋ｙ方向を向いている。）

【００７２】ｐａｌｅｔフィールドにはＴＩＧＡカラーパレットフォーマットに従って定義された１６色パレットが含まれる。 ｂｗｐａｔｈフィールドは１ビット／ピクセルディスプレイ内で色の替りとして使用させる１６
の４×８パターンを定義する。

【００７３】３次元２分割データベースに対する２分木内の中間点（すなわち葉ではない）節の構造は次のようである。

【表２】

構造は全体で１７６ビットすなわち２２バイト長である。 節構造内の最初の１６ビットには８ビット無符号外接球面半径Ｒ、５ビットｌｏｇ２（スケールファクター）Ｆ、３ビット節型識別子Ｎが含まれる。 中間点節はＮ＝０により識別される。 外接球面の半径はｒ＝Ｒ＜＜

Ｆとして計算され、ここに "＜＜”は左シフト演算子である。

【００７４】第２の１６ビットにより遠すぎてスクリーン上の１ピクセル（ドット）しか占有できない場合の節の色が指定される。

【００７５】オフセットＬＳＯＮおよびＲＳＯＮには節のそれぞれ左および右の息子に対するビットオフセットが含まれる。 オフセットはＧＳＰメモリ内のＬＳＯＮおよびＲＳＯＮのビットアドレスから定義される。 例えば、ＬＳＯＮフィールドがメモリアドレスＡに記憶されオフセット値Ｖを含む場合には、左の息子のアドレスは（Ａ＋Ｖ）として計算される。

【００７６】２つの子孫節のビットアドレスオフセットＬＳＯＮおよびＲＳＯＮと共に、現在の節の中心（すなわち原点）からのこれらの節の中心（すなわち原点）のｘｙｚ変位が定義される。 これらの変位は８ビット符号付Ｘ，Ｙ，Ｚフィールドとして記憶され、それにはＸ，
Ｙ，Ｚのスケールファクターを定義する８ビットＦフィールドが続く。 これら４個の８ビット値は１個の３２ビット長語とされる。 現在の節の中心座標が（Ｘｃ，Ｙ
ｃ，Ｚｃ）であれば、子孫の中心座標（Ｘｃ′，Ｙ
ｃ′，Ｚｃ′）は次のように算出される。

【数１】

構造内の最後の語には、２分割面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが含まれる。 各係数は４ビットである。 左右の息子により表わされるオブジェクトや複合オブジェクトは

【数２】

式で表わされる面により分離され、ここにｘ，ｙ，ｚは視点に対する世界空間内の親節の中心座標である。 平面式を評価してペインターのアルゴリズムに基いて左右の息子を描くための適切な順序が決定される。 ｆ（ｘ，

ｙ，ｚ）＜０であれば、視点は分割面の左の息子側にあり、最初に右の息子が描かれ次に左の息子が描かれる。

そうでなけれは、左の息子が最初に描かれる。 平面式係数は４ビットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄフィールドを含む１６ビット語内に記憶され、その各々により−８〜＋７の範囲の値が定義される。 図１４に適切な１６ビット語を示す。

平面式は節中心（すなわち、原点）に対して定義される。 平面が節中心と交差すればＤ＝０である。

【００７７】例えば、右の息子の中心がｘｙｚ変位（１
００，０，０）であれば、左の息子は（−１００，０，
０）であり、分割面の式はＸ＝０となる。 ＢＰＰ係数はＡ＝１，Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝０に選定することができる。 Ｘ＞
０であれば、最初に左の息子が描かれ次に右の息子が描かれ、Ｘ＜＝０であれば右の息子が最初に描かれる。

【００７８】２分木データベース内の終点（葉）節は次のようである。

【表３】

データ構造の最初の３２ビットは、３ビット節型フィールドＮが０ではなく（終点節を示す）１に設定されることを除けば、中間点節に対するものと同じである。

【００７９】節構造からのオフセット３２ビットは（記述される）外接ボックス情報に対する語オフセットを定義する１６ビットフィールドである。 節構造が記号アドレスＮＯＤＥで始まりかつ外接ボックス仕様がアドレスＢＢＯＸで始まるものとすると、語オフセットは（ＢＢ
ＯＸ−ＮＯＤＥ−３２）／１６と定義される。 外接ボックス情報はオプションであり所望により省くことができる。 外接ボックスが定義されない場合には、オフセットの値は０である。

【００８０】節構造のベースからのオフセット４８ビットは記述される３次元オブジェクトモデルの最初であり、数々の凸ポリゴンで構成されたオブジェクトの記述である。 外接ボックス情報はオブジェクトモデルに従う。

【００８１】各終点（葉）節は３次元オブジェクトの記述を含む。 ３次元オブジェクトモデル情報は２つの部分へ分割される。 第１の部分はオブジェクト内の全ての３
次元点のリストである。 第２の部分は第１の部分に与えられる３次元点により定義されるオブジェクト内の全ポリゴンのリストである。 オブジェクトモデルデータの一般的なフォーマットは次のようである。

【表４】

第１の部分に表記されている。 ３次元点はオブジェクト中心に対するそのｘ，ｙ，ｚ座標により定義される。 リスト内の各３次元点は図１５に示すように８ビットＸフィールド、８ビットＹフィールド、８ビットＺフィールドおよび８ビットＦ（スケールファクタ）を含む３２ビット値として表現される。 オブジェクト中心に対する３

次元点のｘ，ｙ，ｚ座標はこれら４つのフィールドから次のように算出される。

【数３】

Ｘ，Ｙ，Ｚフィールドは−１２８〜＋１２７の範囲の整数である。 フィールドＦは０〜７の範囲の値に限定される。

【００８２】３次元点リストの後にオブジェクト面リストが続く。 各面は一連の頂点として定義される凸ポリゴンである。 面リストは１６ビット０値で終る。 リスト内の個別の各面は次のフォーマットに従って定義される。

【表５】

上記各頂点Ｖ〔． 〕はオブジェクトモデルデータベースの第１の部分内に定義された３次元点リストへの指標として定義される１６ビット値である。 ｎ個の３次元点が与えられると、頂点は０〜ｎ−１の範囲内の指標として定義される。 頂点は時計廻りに表記しなければならない、すなわち頂点はオブジェクト空間内の前向きポリゴンの境界が時計廻りに横切される時に現れるｎの順序で与えられる。

【００８３】特定移動体と光景内の静止物体との衝突を検出する必要のある３次元応用もある。 この移動体アルゴリズムでは、移動体は視点を包囲すると考えられる
"プレーヤ" である。 現在実施されているように、衝突検出は世界空間内の外接ボックスに基いている。

【００８４】ｎｅｗｉｎｂｂｏｘ機能により世界空間内のそのｘｙｚ座標により定義される点がデータベース内に定義されたいずれかの外接ボックスと衝突したかどうかが決定される。 衝突しておれば、ｎｅｗｉｎｂｂｏｘ
によりデータベース内に割当てられた特定状態が侵害された外接ボックスへ戻される（状態値にはおそらく応用内で何らかの意味が割当てられる）。 衝突が検出されなければ、０値が戻される。

【００８５】ツリー内の各終点節に対して一つ以上の外接ボックスがオプションとして定義される。 外接ボックス情報は終点節構造内のオブジェクトモデルデータに従う。 終点節構造へのオフセット３２ビットは外接ボックス情報の開始に対する語オフセットである。 オフセットに対して０値が与えられると、節に対して外接ボックス情報は定義されない。

【００８６】外接ボックス限界との比較を容易にするために、ボックス縁は強制的に世界空間内のｘ，ｙ，ｚ軸に平行とされる。 各外接ボックスのディメンジョンは６
つの座標より定義され、それは最小ｘ，ｙ，ｚ座標、ｘ
ｍｉｎ、ｙｍｉｎ、ｚｍｉｎ、および最大ｘ，ｙ，ｚ座標ｘｍａｘ、ｙｍａｘ、ｚｍａｘである。 これらの座標は外接ボックスを含む中心に対して定義される。

【００８７】一つ以上の外接ボックスのリストが０値で終止される。 リスト内の各外接ボックスは次のフォーマットに従って定義される。

【表６】

外接ボックス型コードＢにより実施すべき外接ボックステストの特性が定義される。 これらの衝突テストモードはＢ値により定義することができる。 すなわち、３次元空間内の特定点が（１）外接ボックスの内側、（２）ボックスの外側、もしくは（３）ボックスの内側か外側（条件付）である場合に衝突が検出される。

【００８８】衝突が検出されると、（データベース著者により意味が割当てられる）１６ビット状態値Ｓが戻される。 表記されたどの外接ボックスでも衝突が検出されない場合には、０値が戻される。

【００８９】外接ボックス型コードＢはまた外接ボックスを "パッド”して厚くするか（正パッディング）あるいは薄くするか（負パッディング）をも定義する。 パッディングを使用すると、パッディングの厚さは自動的に視点と "近" （すなわち "こちら側”）クリップ面の距離よりも大きいものとされる。 このパッディング値は外接ボックスの一辺と一致するポリゴンを視点が "貫通"
しないよう防止するのに有用である。 パッディングを行わない場合、ポリゴンを近ｚクリップ面で截断することにより視点はポリゴンの他の辺を突き抜けることができる。 次にポリゴンによりさえぎるべきオブジェクトが見えるようになり、ソリッド３次元オブジェクトの錯覚が損われる。 視点が強制的に外接ボックスの外側とされるか内側とされるかによって、パッディングは正もしくは負として定義することができる。 正のパッディングは（外接ボックステストに対して中心座標が定義されている）移動体が外接ボックスの外側のあるクリティカル距離以内に接近する時点を検出するのに有用である。 負のパッディングは移動体が外接ボックスの内壁のある距離以内に接近する時点を検出するのに使用することができる。 所望により、ゼロパッディングを定義することもできる。

【００９０】外接ボックス型コードＢのフォーマットは図１６に定義されている。 図１６に示すように、状態の１４〜１５ビット内のＴＭフィールドによりテストモードが定義され、１２〜１３ビット内のＰＭフィールドによりパッドモードが選定される。

【００９１】外接ボックス内の最小および最大ｘｙｚ座標は共に３２ビット値として表現される。 各値は４つの８ビットフィールドで定義される３次元オブジェクト空間内の点であり、それらは８ビットＸフィールド、８ビットＹフィールド、８ビットＺフィールド、および８ビットＦ（スケールファクター）フィールドである。 ３次元点に対する３２ビット表現を図１７に示す。 オブジェクト中心に対する３次元点のｘ，ｙ，ｚ座標はこれら４
つのフィールドから次のように算出される。

【数４】

Ｘ，Ｙ，Ｚフィールドは−１２８〜＋１２７の範囲内の整数である。 Ｆフィールドは０〜７の範囲の値に制限される。

【００９２】Ｃ． 実施例のレンダリングプロセス １． ペインターのアルゴリズムを含むレンダリングシ
ステムの概要 ＢＳＰデータベース構造により、レンダリングプロセスはペインターのアルゴリズムを使用して隠面を消去する。 次に、実施例のレンダリングプロセスについて説明する。

【００９３】移動体アルゴリズムソフトウェアによりスクリーン上で見える３次元光景が３段階で組立てられる。 それは次の３段階である。 （１） 光景データベースの解釈 （２） ３次元変換 （３） スクリーンへのポリゴンのレンダリング これらのタスクは３つのソフトウェアモジュールにより実施される。 本章では３次元データベースおよび視点情報をスクリーン上のリアルタイム像へ変換する際の各モジュールの役割りについて説明する。

【００９４】ｄｂｉｎｔｅｒｐ機能はデータベースインタープリターである。 それは入力として３次元光景記述、視点位置および方位を含むデータベースを受け取る。 インタープリターの主要なタスクは不要な変換ワークを回避するためにできるだけ多くの見えないオブジェクト（スクリーン上で見えないオブジェクト）の自明の拒絶を行うことである。 また、インタープリターはオブジェクトを描く順番を決定し、近いオブジェクトは遠いオブジェクトの上に描く、これがペインターのアルゴリズムである。 データベースインタープリターの出力は、
３次元観察空間における位置と共に、変換すべきオブジェクトのリストである。

【００９５】ｘｆｍｌｉｓｔ機能は３次元トランスフォーマである。 それはｄｂｉｎｔｅｒｐ機能から変換すべきオブジェクトのリストを入力として受け取る。 トランスフォーマはオブジェクトを回転および平行移動させ、
所望によりクリップし、ビューポート上へ投影する。 この工程において、各３次元オブジェクトはその構成素ポリゴンへ分割され、描くべきポリゴンのリストが３次元トランスフォーマから出力される。

【００９６】ｄｉｓｐｌｉｓｔ（すなわち、ｄｉｓｐｌ
ｉｓｔ−ｃｏｌｏｒもしくはｄｉｓｐｌｉｓｔ−ｍｏｎ
ｏ）機能はポリゴンドロア（ｐｏｌｙｇｏｎ ｄｒａｗ
ｅｒ）である。 それは３次元トランスフォーマ機能ｘｆ
ｒｍｌｉｓｔが発生するポリゴンのリストを解釈し、リストに現れる順序でスクリーンに描く。 各ポリゴンはその色および頂点リストにより定義される。 最上頂点が常にリストの最初に定義される。

【００９７】ｄｂｉｎｔｅｒｐ，ｘｆｒｍｌｉｓｔおよびｄｉｓｐｌｉｓｔ機能はリアルタイム性能を達成するための重要な役割りにより付録Ａに示すアセンブリコードで書かれる。 ｄｉｓｐｌｉｓｔモジュールは充分小さくその主ループ全体をＴＭＳ３４０１０の２５６バイト命令キャッシュ内に常駐できる。 （ＴＭＳ３４０２０キャッシュは２倍の大きさである）。 ｄｂｉｎｔｅｒｐおよびｘｆｒｍｌｉｓｔモジュールの主ループは大き過ぎてキャッシュに完全に嵌め込むことはできないが、これらの機能のコードは実行される命令がループごとにキャッシュに常駐されたままとされる可能性を改善するように慎重に配置される。

【００９８】２． 座標系間の変換世界空間から観察空間への変換はその世界内におけるプレーヤの想定位置および方位に基いている。 移動体アルゴリズムは、４
×３３次元変換マトリクスの１２の係数に対応する、合計１２個の世界空間におけるプレーヤの位置および方位を表わすパラメータを使用する。 これらのパラメータは世界空間におけるプレーヤのｘ，ｙ，ｚ座標および世界に対するプレーヤの方位を記述する３個の直交単位ベクトルｕ，ｖ，ｗのｘ，ｙ，ｚ成分である。 ｕベクトルはプレーヤの右を指し、ｖベクトルはプレーヤに対して下方を指し、ｗベクトルはプレーヤの前方方向を指す。 すなわち、ｕ，ｖ，ｗベクトルは観察座標系のｘ，ｙ，ｚ
軸と一致している。

【００９９】厳密に言えば、プレーヤの方位を完全に定義するのに２個の単位ベクトルしか必要とせず、第３の単位ベクトルは常に６つの乗算を行って最初の２つの外積として算出される。 後記するように、３個の単位ベクトルを全部維持することにより、グラフィックオブジェクトを世界空間から観察空間へ変換するのに使用する回転の計算が幾分簡便となる。

【０１００】世界座標（ｘ，ｙ，ｚ）から観察空間座標（ｘ′，ｙ′，ｚ′）への変換には回転の続く変換が伴う。

【０１０１】２ステップ変換プロセスを思い浮かべるために、ｘ，ｙ，ｚ座標軸がそれぞれ東、北および上を指す世界を考える。 最初にプレーヤは世界座標の原点に居て、上を向き、右側が東向きとされているものとする。
すなわち、世界および観察座標系のｘ，ｙ，ｚ軸は一致している。 また、ｕ，ｖ，ｗベクトルは世界空間の座標（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）の点から世界空間の次のｘ，ｙ，
ｚ成分で表わされる任意の方位に発散するものとする。

【数５】

目標はｕ，ｖ，ｗベクトルを変換して観察座標系のｘ，

ｙ，ｚ軸と一致させることである。 この変換は３次元オブジェクトを世界から観察座標へ変換するのに使用するものと同じである。

【０１０２】最初のステップは（３個の単位ベクトルを含む）世界空間内の全オブジェクトを（−ｘｔ，−ｙ
ｔ，−ｚｔ）により変換することである。 この変換によりｕ，ｖ，ｗベクトルは観察座標原点とされる。 （このステップの後では、世界原点は観察原点と一致しなくなる。）

【０１０３】全オブジェクトを変換したら、次のステップはそれらを回転させることである。 回転はｕ，ｖ，ｗ
ベクトルを観察座標系のｘ，ｙ，ｚ軸と一致させたまま行われる。 回転マトリクスは下記変換の右側にあり、前節で述べた変換座標に適用されたものである。

【数６】

前記９つの回転マトリクス係数は単位ベクトルｕ，ｖ，

ｗの世界座標空間におけるｘ，ｙ，ｚ成分に過ぎない。

これが実際に作用することを証明しよう。 これが実際に正しい回転マトリクスであれば、ｕ，ｖ，ｗベクトルは観察座標系のｘ，ｙ，ｚ軸と一致したままでなければならない。 これは次のように表わすことができる。

【数７】

右側のマトリクスの各１は単位ベクトル自体のドット積をとる結果であり、各０は２つの直交ベクトルのドット積をとる結果である。

【０１０４】観察空間内の点のビューポート面上への各投影は相似三角形の部分に基いており、フォーリーとバンダム（ｔｈｅ Ｆｏｌｅｙ ＆ ｖａｎ Ｄａｍ）およびニューマンとスプロール（ｔｈｅ Ｎｅｗｍａｎ
＆ Ｓｐｒｏｕｌｌ）のテキストに記述されている。 プレーヤ（目）が光景からｄの距離にあり、観察座標（ｘ，ｙ，ｚ）の点が与えられているものとすると、この点はビューポート面上の座標（ｘ′，ｙ′）に投影され、ここにｘ′＝ｘ＊ｄ／ｚ，ｙ′＝ｙ＊ｄ／ｚとなる。 （ここで＊はかけ算を表す）

【０１０５】世界座標系に対するプレーヤの方位は３個の直交単位ベクトルｕ，ｖ，ｗを回転されることにより変化する。

【０１０６】移動体アルゴリズムはソースファイル "ｆ
ｌｙｓｉｍ． Ｃ”に格納された "ｒｏｔｖｅｃ”機能を呼び出して視点廻りに回転させる。回転は世界座標に対するものか（例えば、大地と同じ高さの面内での回転）
もしくは観察座標に対するもの（ヨー（ｙａｗ）、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ロール（ｒｏｌｌ）とすることができる。

【０１０７】プレーヤは世界ｚ軸に平行なピボットベクトル周りに３つの直交単位ベクトルを回転させかつプレーヤの位置を通過させることにより光景をパン（ｐａ
ｎ）させることができる。 （すなわち、大地と平行な面内で回転が行われる。）世界座標系に対するプレーヤの方位が最初に３個の単位ベクトルｕ＝（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕ
ｚ）、ｖ＝（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）およびｗ＝（Ｗｘ，Ｗ
ｙ，Ｗｚ）で表わされるものとする。 パンは次のマトリクス計算により行われる。

【数８】

前記正の角度ｔは左へパンすることに対応する。 単位ベクトルのｘ，ｙ成分だけが影響を受けることをお判り願いたい。 Ｚ成分は回転により変化することはない。 移動体アルゴリズムはｕｖｔｕｒｎ機能すなわちライブラリ機能を呼び出してこの種の回転を行う。

【０１０８】もう一種の回転によりプレーヤは、世界座標に対してどのような方位にあるかに関わらず、自分の基準フレームに対してヨー、ピッチもしくはロールすることができる。 この種の回転中に、３個の単位ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ）の中の一つは世界空間内で固定されたままであり、その周りを他の２つの単位ベクトルが回転するピボットベクトルとして作用する。 次の６つの回転が可能である。 １） 左へヨー：ｕをｗに向ってピボットベクトルｖ周りに回転する。 ２） 右へヨー：ｗをｕに向ってピボットベクトルｖ周りに回転する。 ３） 上方ピッチ：ｖをｗに向ってピボットベクトルｕ
周りに回転する。 ４） 下方ピッチ：ｗをｖに向ってピボットベクトルｕ
周りに回転する。 ５） 左へロール：ｕをｖに向ってピボットベクトルｗ
周りに回転する。 ６） 右ヘロール：ｖをｕに向ってピボットベクトルｗ
周りに回転する。 例えば、次のマトリクス計算はｕベクトルをｗベクトルに向って角度ｔだけ回転することによりヨーを実施する。

【数９】

この種の回転はｕｖｔｕｒｎ機能を呼出して行われる。

回転する前に２つのベクトルが直交しておれば、その後も直交したままである。 回転角度が負であれば、プレーヤは左ではなく右へヨーする。 他の５人のプレーヤに関する回転は前記したものと同じである。

【０１０９】移動体アルゴリズムはここではプレーヤの動作について極端に簡単なモデルを使用しているが、このモデルは将来改善することができる。 より正確なモデルは肉体的力に基いてヨー、ピッチおよびロール動作を計算するプレーヤの動作特性や空気力学に基づくことができる。 ヨー、ピッチおよびロール角度が決定されると、ヨー、ピッチ、ロールの順で３回ｒｏｔｖｅｃ機能を呼出すことによりｕ，ｖ，ｗベクトルを回転させることができる。

【０１１０】水平位置の計算およびプレーヤ位置感知やフライト計器の設定に使用するヨー、ピッチおよびロー角度が世界座標系に関して定義される。 ヨー、ピッチおよびロールの正弦および余弦は世界空間におけるｘ，
ｙ，ｚ投影で表わされるｕ，ｖ，ｗ単位ベクトルにより計算することができる。 正弦値および余弦値しか必要としないため、ヨー、ピッチおよびロール角度自体は計算する必要がなくなる。

【０１１１】ヨー（すなわち、ヘッディング）角は世界Ｘ軸に関して定義され、プレーヤが＋Ｘ方向を指しておればそのヨー角度は０度である。 シミュレータでは正のヨー角がｕをｗに向って（右翼を鼻部に向けて）回転させることに対応している。 単位ベクトルｗの世界ｘｙ面上への投影をｒで表わすと、次式のようになる。

【数１０】

（ｓｑｒｔ（Ａ）は√Ａを表す。＊はかけ算を表す。）

ヨー角の正弦はＷｘ／ｒとして算出され、余弦はＷｙ／

ｒとして算出される。

【０１１２】ピッチ角は単位ベクトルｗと世界ｘｙ面間の角度である。 シミュレータでは正のピッチ角はｖをｗ
に向って（鼻部を引き上げる）回転させることに対応している。 ピッチの正弦はＷｚであり、余弦はｒである。

【０１１３】ロール（すなわち、バンク（ｂａｎｋ））
角は単位ベクトルｕと世ｘｙ面間の角度である。 シミュレータでは正のロール角はｕをｖに向って回転させる（右へバンクする）ことに対応している。 Ｓが量Ｓ＝ｓ
ｑｒｔ（Ｕｚ＊Ｕｚ＋Ｖｚ＊Ｖｚ）を表わすものとすれば、ロール角の正弦は−Ｕｚ／Ｓとして算出され、余弦は−Ｖｚ／Ｓとして算出される。

【０１１４】３． 水平線の描画プレーヤが大地の表面のかなり近くに居るものとすると、水平線は無限遠にあるものとして満足にモデル化することができる。 すなわち、大地は平坦で無限遠と考えられる。 水平線の特徴がどの方向でも同じであれば、モデルはプレーヤの向きを考慮する必要はない。 水平線を適切に位置決めするのにプレーヤのピッチおよびロールを考慮するだけでよい。 ピッチ角は大地に対する鼻部の方位を表わし、プレーヤがこの方位を維持しながらロールすることができれば影響を受けることはない。

【０１１５】プレーヤの方位が上下にピッチすれば、それにつれて水平線は動いて見えなければならない。 動作に対してロールが無いものとすると、コックピット窓を通して見える水平線のレベル（スクリーン上の高さ）はピッチのみに依存する。 プレーヤの高さすなわち高度はゼロと考えられる。 水平線は無限遠であるため、プレーヤの任意の無限遠高度は無視することができる。

【０１１６】ロール角の影響を考慮するために、最初に観察座標系のｚ軸上の無限遠点について考える。 この点は常にスクリーン上の同じ位置、ビューポート中心、にあるものとする。 基準点としてのビューポート中心に関して、正のピッチ角（鼻部アップ）により基準点は水平線よりも上となり（青空の中）、負のピッチ角により水平線よりも下となる（地中）。

【０１１７】次に、水平線から基準点へ向う正規ベクトルを考える。 このベクトルの水平線との交差は水平点と呼ばれる点で生じる。 ロール角は変化できるため、水平点は基準点周りを回転するように見える。

【０１１８】ロール角の変化中にピッチを一定に保てば、水平点は基準点周りに円を描く。 水平線とプレーヤの水平線との角度は世界に対するプレーヤのロール角の負量である。 円の半径はピッチ角だけの関数となる。 プレーヤの光景からの想定距離をｄとし、ピッチ角をａとすると、円の半径ｒはｒ＝ｄ＊ｔａｎ（ａ）として算出される。 （負のｒは基準点が "青空" ではなく "地中”
にあることを意味する。 ）

【０１１９】要約すれば、水平線を構成するためのステップは次のようである。 （１） ピッチ角ａおよび光景からのプレーヤの距離ｄ
から水平点（水平線上の最も近い点）までの基準点（ビューポート中心）の距離ｒを計算する。 （２） ロール角の負量だけ水平点を基準点周りに回転させる。 （３） 水平線は水平点を通り、基準点から水平点への線に直角である。 基準点がビューポートの中心にあり、水平点がビューポートを包囲する円の外側にあれば、水平線は見えない。

【０１２０】４． データベースの解釈 ｄｂｉｎｔ
ｅｒｐ機能は世界空間の３次元光景を含む階層データベースを解釈する。 データベースは終点（すなわち、葉）
節が描画すべき個々のオブジェクトである２分木として構成される。 ｄｂｉｎｔｅｒｐ機能の出力は変換され、
クリップされ、スクリーン上へ投影されるポリゴンおよびドットのリストである。 この機能はスクリーン上で見えない３次元オブジェクトの自明拒絶を行うように設計される。 このため、機能は外接球に基いてクリッピングを行い、遠いオブジェクトから不要な詳細を消去する。

【０１２１】２つの引数はポインターｒｏｏｔｎｏｄｅ
およびｑである。 引数ｒｏｏｔｎｏｄｅは階層３次元データベースの根元節を指示する。 引数ｑは出力アレイを指示し、その中に機能は変換し、投影し、スクリーンへ描画する必要のある３次元空間のオブジェクトリストを記憶している。 出力リストに現れるオブジェクトのシーケンスにより描画される順序が決定される。

【０１２２】ｄｂｉｎｔｅｒｐルーチン内の主ループが２分木内の一つの節が根元節から始まるとみなせば反復が行われる。 各節は（終点節である場合の）アトミックオブジェクトもしくは（中間点節である場合の）合成オブジェクトを表わす。 合成オブジェクトはいくつかのアトミックオブジェクトにより構成される。 アトミックオブジェクトは終点節構造内に表記された順序で描くことができる（代表的に多面体を構成する）数個のポリゴンにより構成される。 （ペインターのアルゴリズムに従って）オブジェクトを構成するポリゴンを正確なシーケンスで描くのに必要なのは背面消去だけである。 オブジェクト内の各頂点の３次元座標は節の中心に対して定義される。 これにより、節に含まれるオブジェクトの記述に影響を及ぼすことなく節を３次元仮想世界空間へ変換することができる。

【０１２３】本移動体アルゴリズムはデータベース内の各節に対して外接球を定義する必要がある。 （終点および中間点の）各節に対してデータベース構造には節内の全オブジェクトを包囲する外接球の半径が含まれている。 球の中心は節の中心座標と一致するものとする。

【０１２４】中間点節の左右の息子はその節を構成するオブジェクト群を２つの小群へ分割することを表わす。
中間点節の子孫が一つだけであれば、その子孫は左の息子であり、右の息子のポインターは空（０）ポインターであるものとする。

【０１２５】中間点節に２つの息子がある場合には、より遠い息子（すなわち、息子に含まれるオブジェクト）
が最初に描かれ、その後で近い息子を描くことができる。 各息子はやはり２つの息子を持つことができる節でありそれらは裏から表の順で描かれる。

【０１２６】２つの息子を有する節は２つの息子（したがって、それに含まれるオブジェクト）をきれいに分割する２分割面（ＢＰＰ）の記述を含んでいる。 ＢＰＰはペインターのアルゴリズム（ｔｈｅ Ｐａｉｎｔｅｒ'
ｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に従って２つの息子を描く順序を決定するのに使用される。 視点がＢＰＰの左の息子側にあれば、右の息子が最初に描かれ、次に左の息子が描かれ、そうでなければ左の息子が最初に描かれる。 Ｂ
ＰＰはその平面式のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ係数により定義され、

【数１１】

ここに、視点はこの節の中心に対して座標（ｘ，ｙ，

ｚ）に位置している。

【０１２７】ｄｂｉｎｔｅｒｐ機能によりポリゴンはその出力リストで２つのカテゴリーに分割され、それは
"近”および "遠" ポリゴンである。 近および遠ポリゴンへの分割は実際上距離ではなくサイズに基いて行われる。 終点節に対する外接球のスクリーン上の投影がある閾値サイズを越えると、オブジェクトを構成する全ポリゴンが近ポリゴンとして処理され、そうでなければ遠ポリゴンとして処理される。

【０１２８】近ポリゴンはポリクリップされる、すなわちビューポート限界へクリップされた後で描かれる。 一方、遠ポリゴンはポストクリップされる、すなわち描きながら１線ごとにクリップされる。 ポリゴンを遠近型へ分割するのは計算の効率を上げるためである。

【０１２９】ポストクリップは遠（小）ポリゴンに対して使用される。 ポリクリップポリゴンは計算上のオーバヘッドを幾分伴うため、小さいポリゴンをポストクリップすればこのオーバヘッドは回避され、３４×０の組込みクリップハードウェアにより各水平塗り潰し線（フィル線）を描画時に自動的にクリップすることができる。

【０１３０】しかしながら、近（大）ポリゴンは描画相中に相当な時間を消費してしまうビューポート外側の各ポリゴン部分を切り落すプリクリップにより一層効率的に処理される。

【０１３１】オブジェクトの第３のカテゴリーは出力リスト内に定義することができる。 節が遠すぎてスクリーン上のその外接球の投影がピクセルサイズに近ずく場合には、出力リストでは１個のドットとして表わすことができる。 前記いずれかのテストにより節が拒絶されれば、それ以上の処理は必要ない。 処理できるもう一つの節があれば、その節はｄｂｉｎｔｅｒｐ機能の主ループの次の反復中に処理される。 そうでなければ、出力リストが終止して機能が完了する。

【０１３２】前記５つのテストにより節が拒絶されなければ、終点節であるか中間点節であるかを決定するチェックが行われる。

【０１３３】中間点節である場合には、節の息子が一つであるか２つであるかを決定するチェックが行われる。
節の息子が一つである場合には、その息子はｄｂｉｎｔ
ｅｒｐ機能の主ループの次の反復中に処理される。 節の息子が２つである場合には、近い息子がスタック上へ押し出されて後に処理され、遠い息子は主ループの次の反復中に処理される。 中間点節のデータ構造はその左右の息子に対するポインターおよびその中心からその息子の中心までのｘ，ｙ，ｚ変位を含んでいる。 近い息子を表わすためにスタック上へ押し出される４個のパラメータは息子の節データ構造に対するポインターおよび息子の中心のｘ，ｙ，ｚ座標である。

【０１３４】５． 変換オブジェクト ｘｆｒｍｌｉ
ｓｔ機能は３次元オブジェクトのリストを観察空間へ変換し、必要に応じクリップし、スクリーン上へ透視投影する。 このプロセスにおいて、オブジェクトはその構成素ポリゴンへ分解される。 スクリーン上の投影がピクセルサイズに近ずくオブジェクトは単なるドットとして表わすことができる。

【０１３５】２つの引数ｐ． ｑはそれぞれ入出力リスト開始のポインターである。 入力リスト（すなわち、変換リスト）により変換すべき３次元オブジェクトの数が定義される。 出力リスト（すなわち、ディスプレイリスト）によりスクリーン上へ描く準備のできた数個のポリゴンおよびドット数が定義される。

【０１３６】ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能の主ループを反復することにより、 "近" オブジェクト、 "遠" オブジェクトもしくは入力リストからのドットが処理される。 ｄｂ
ｉｎｔｅｒｐ機能の記述で説明したように、ポリゴンにより構成されるオブジェクトはスクリーン上に現れる際の近似サイズに基いて "近" もしくは "遠" として分類される。

【０１３７】近もしくは遠オブジェクトの入力リストへの各エントリーは観察空間内のオブジェクト中心のｘｙ
ｚ座標値および３次元オブジェクトモデルに対するポインターを含んでいる。 オブジェクトモデル内で、オブジェクトのｘｙｚ座標がオブジェクト空間内のオブジェクト中心に対して定義される。 ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能は最初に中心周りに回転させ、次に観察空間内の特定中心座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）へ変換することにより、オブジェクト空間からのオブジェクトを観察空間へ変換する。

【０１３８】ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能は近ポリゴンが要求するものよりも小さい。 遠ポリゴンを処理するｘｆｒｍ
ｌｉｓｔルーチン部分は３４０１０のキャッシュ内へ嵌め込めるほど小さい。 （ＴＭＳ３４０２０のキャッシュは２倍の大きさである。）統計上、遠ポリゴンは近ポリゴンよりも著しく数が多く、遠ポリゴンコードはインタラクションごとにキャッシュ内にとどまる可能性が高い。

【０１３９】ポリゴンクリッパー機能、ｃｌｉｐｐｇｏ
ｎ、を呼出す前に、ｘｆｒｍｌｉｓｔ機能により各近ポリゴンは正規化された観察ビラミッドへ変換される（フォリーとバンダムはそのテキストでこれを "標準（ｃａ
ｎｏｎｉｃａｌ）クリッピングボリューム" と呼んでいる。）

【０１４０】ｃｌｉｐ． ｏｂｊｅｃｔ機能は最初に背面テストを行ってこれ以上処理することなくポリゴンを拒絶できるかどうかを決定する。 ポリゴンが前向きであれば、この機能によりポリゴンは観察ピラミッドの境界（クリップ面）と比較され、ピラミッドの外側のポリゴン部分は切り落され、見えなくなる。

【０１４１】最悪の場合、ポリゴンは５つのクリップ面全部を侵害することがある。 この場合、ポリゴンは頂点
^**リストを通る３本のパス内でクリップされる。 最初のパスではｃｌｉｐ． ｏｂｊｅｃｔ機能によりポリゴンは
"近" クリップ面へクリップされる。 第２のパスではポリゴンは左右の面へクリップされ、第３のパスでは頂点面及び底面へクリップされる。

【０１４２】スクリーン上へのｃｌｉｐｐｇｏｎに対して頂点リストを通る最終経路が必要である。 こうして得られるポリゴンは出力リスト（すなわち、ディスプレイリスト）へ出力される。

【０１４３】６． 光景のディスプレイ ｄｉｓｐｌ
ｉｓｔ機能（実際上は、２つの類似機能、ｄｉｓｐｌｉ
ｓｔ ｃｏｌｏｒ−ｃｏｌｏｒおよびｄｉｓｐｌｉｓｔ
−ｍｏｎｏ）によりディスプレイリストに現われるシーケンスでスクリーンに一連のポリゴンおよびドットが描かれる。

【０１４４】ディスプレイリスト内の各ポリゴンは凸でなければならず、ポリゴンの頂点を表わすｘｙ座標対リストとして定義される。 リスト内の第１対のｘｙ座標はポリゴン内の最上頂点、すなわち最小ｙ値を有する頂点、の位置を表わす。 頂点は時計廻りに表記され、スクリーン上のｘ座標は左から右へ増加し、ｙ座標は頂部から底部へ増加する。

【０１４５】"ドット" が１個のピクセルとしてスクリーンに描かれる。 変換リストはｄｂｉｎｔｅｒｐ機能から出力されｘｆｒｍｌｉｓｔ機能へ入力されるリストである。 それにより変換され透視投影される３次元オブジェクトが定義されスクリーンへ描かれる。

【０１４６】変換リスト内の各ポリゴンおよびドットの定義はメモリ内の均一な３２ビット境界上で開始され、
各定義の第１項はグラフィックプリミティブの型を示す１６ビット機能コードである。

【０１４７】近および遠ポリゴンはそれぞれ１および２
の機能コードにより変換リスト内に指定される。 ポリゴンに対する変換リストの定義を下記に示す。

【表７】

【０１４８】パラメータｘｃ，ｙｃ，ｚｃは観察空間におけるオブジェクトの中心座標である。 各座標は８ビットの小数を有する３２ビット固定小数点数として表わされる。 （これをＦＩ×８フォーマットと呼ぶ）。 最後のパラメータは３次元オブジェクトモデルへのポインターである。 オブジェクトモデルによりオブジェクトを構成する全ポリゴンの頂点が定義される。 頂点のｘｙｚ座標はオブジェクト空間内でオブジェクト中心に対して定義される。

【０１４９】"ドット" は１個のピクセルであり、１の機能コードにより変換リスト内に指定される。 ドットを定義する変換リストフォーマットを次に示す。

【表８】

【０１５０】定義の第２項はドットカラーを定義する１
６ビット値である。 最後の２項は１６ビット整数として定義されるドットのｘ，ｙ座標である。 これらはスクリーン上のドットのｘ，ｙ座標であり、変換されスクリーン上へ投影された後で変換リストへ記載される。 これらの座標は変化されることなく変換リストからディスプレイリストへｘｆｒｍｌｉｓｔ機能によりコピーされる。

【０１５１】変換リストは−１の機能コードにより終止する。 ディスプレイリストはｘｆｒｍｌｉｓｔ機能により出力されるリストであり、ディスプレイ機能へ入力される。 それにより、スクリーンへ描かれるポリゴンおよびドットが定義される。

【０１５２】ディスプレイリスト内の各ポリゴンおよびドットの定義はメモリ内の均一な３２ビット境界で開始され、各定義の最初の項は描かれるグラフィックプリミティブの型を示す８ビット機能コードである。

【０１５３】ポリゴンの機能コードは０である。 ポリゴンのディスプレイリストフォーマットを次に示す。

【表９】

【０１５４】定義内の第２の項は凸ポリゴン内の頂点の数である。 第３の項はポリゴンの色である。 定義の残りはスクリーン上の頂点の位置を表わすｘ，ｙ座標対アレイである。 最初のｘｙ座標対によりポリゴンの最上頂点、すなわち最小ｙ値を有する頂点、の位置が定義される。 スクリーン上のｘ座標は左から右へ増大し、ｙ座標は頂部から底部へ増大するものとして、頂点は時計廻りに表記される。 座標は２ビットの小数を有する固定小数点値として定義される（これをＦＩ×２フォーマットを呼ぶ）。

【０１５５】"ドット" は１個のピクセルとして描かれ、ディスプレイリストでは１の機能コードとして定義される。 ドットを定義するディスプレイフォーマットを次に示す。

【表１０】

定義の第２項は０を含むバイトである。 第３項はドットカラーである。 最後の２つの項はドットのｘｙ座標である。 座標は整数として定義される。

【０１５６】ディスプレイリストは−１の機能コードで終止する。 前記したように、隠面問題を解決するのに使用される方法では３次元データベースが２分木として構成される。 ツリー内の中間点節が２つの子孫節へ分岐する場合は常に、２つの子孫を分離する２分面（ＢＰＰ）
が定義される。 データベースインタープリタはＢＰＰ式を評価して視点がＢＰＰのどちら側にあるかを決定する。 これにより、ペインターのアルゴリズムを正確に実施するのにどういう順序で２つの子孫を描くかが決定される。

【０１５７】 実施例の応用例 Ａ． フライトシミュレータ応用次の検討は実施例の移動体アルゴリズムおよび３次元分割データベースの実行について記述するものである。 付属資料にある付録Ａにソースコードを示す次のファイルはＤＳ５０００マイクロコントローラと共にＴＭＳ３４０１０グラフィックプロセッサからなるプロトタイプハードウェアを実行するこれらのコンセプトのデモンストレーションを実施する。 ここに記載するコードはグラフィックプロセッサにより実行される。

【０１５８】コードはｍａｋｅｆｉｌｅファイルを使用してコンパイルされる。 Ｉｃ． ｃｍｄファイルはコンパイルされたコードを連結して実行可能なモジュールをＰ
ＣからＴＭＳ３４０１０プロセッサへダウンロードする。 プログラムのトップレベルのコントロールはｆｌｉ
ｐ． ｃ． ファイルで実施される。 このプログラムはｗｏ
ｒｌｄ． ａｓｍ． で表現された世界データベースを使用して、後記する迷路ゲーム部を実現する。

【０１５９】ファイルは迷路ゲームシミュレーションを実行するコードの主要部分を含んでいる。 ｆｌｉｐ． Ｃ． − トップレベルコントロール、初期化 ｉｎｔｅｒｐ． Ｃ． − ユーザからの解釈入力コマンド ｍｏｖｅ． Ｃ． − 世界データベース内の移動体の更新 ｒｅｎｄｅｒ． Ｃ． − 光景をディスプレーへ描写する 元のコードへの主要な拡張は主として次のファイルで行われる。 ｆｌｉｐ． Ｃ − トップレベルコントロール、初期化 ｍｏｖｅ． Ｃ − 移動体拡張 ｓｃｅｎｅ． Ｃ − 移動体拡張 ｓｃｅｎｅ ０． Ｃ− 移動体拡張 ｓｃｅｎｅ １． Ｃ− 移動体拡張 ｂｂｏｘ． Ｃ − 外接ボックス衝突検出 ｂｕｌｌｅｔ． Ｃ − 移動体拡張

【０１６０】Ｂ． "グレース" 、迷路ゲーム図１９
および図２０に本実施例の仮想現実システムを使用できる多プレーヤゲーム応用例を示す。 ゲームは "グレース" と呼ばれ図１９に示す迷路２３０を最初にうまく抜け出ようとして別のプレーヤと競争するオブジェクトがある。 迷路２３０には移動オベリスク２３２、マッシャー２３４および回転ドア２３６等の落し穴が充満している。 オベリスク２３２は迷路２３０中を任意に移動しプレーヤを轢き一人のプレーヤの "生命" を奪う。 実施例では、プレーヤは９人の生命を有している。 マッシャー２３４は静止しているが、迷路２３０の経路内で上下に跳動する。 プレーヤは押し潰されることなくマッシャ２
３４の下を通過しなければならない。 プレーヤを押し潰すと一人の生命が失われる。 回転ドア２３６は静止しているが、軸周りに回転する。 一方側は安全である。 安全側を通れば何も起きない。 他方側は闇である。 闇側を通るとドアによりプレーヤは迷路２３０の任意の場所へ移送される。

【０１６１】各プレーヤはある数のポイントすなわち生命、例えば実施例では９人、で開始する。 オベリスク２
３２がプレーヤを轢き倒すか、マッシャー２３４がプレーヤを捕えるか、もしくはこの容易に拡張できるゲームに対して考えついた任意他の落し穴をプレーヤが通り抜けに失敗するたびにプレーヤは１ポイントを失う。 迷路２３０のある部分に天井が無い場合、プレーヤは空中にジャンプして迷路の頂部を一見することができる。 プレーヤはまた迷路に沿って "電子パンくず" を落すことができる。 しかしながら、他のプレーヤは任意のプレーヤのマーカーを移動させて敵の努力をくつがえすことができる。

【０１６２】図２０にプレーヤがヘルメット２８を介して見ることのできる迷路２３０の３次元図を示す。 いくつかの迷路を１個のＲＯＭカードに格納して、プレーヤは好きな迷路を選定するかもしくはゲーム機構や組込機能に任意に選択させることができる。 多レベル迷路によりゲームは（空間的および困難度の）ディメンジョンが高くなる。 図２０では２人のプレーヤに対し迷路２３０
の通路２４４内に左マーク目標物２４０，２４２が示されている。 通路２４４には壁２４６，２４８，２５０および天井２５２がある。 通路２４４の床２５４上をプレーヤが通りコーナを曲って迷路を進み続ける。 迷路を進み続けると、迷路２３０の光景が変ってゲームのデータベースに従ったプレーヤの位置が反映される。

【０１６３】グレースゲームは実施例の一つの簡単な応用にすぎない。 娯楽／ゲーム応用の他に、実施例の仮想現実システムは他のさまざまな分野に使用される。 例えば、教育上では、建築科の学生は自分が設計したビルの仮想世界モデルへ入ることができる。 同様に、医科の学生は脳のモデルを巡回することができ化学者は複雑な分子の３次元モデルの内側およびその周りを歩くことができる。 実施例の多プレーヤ仮想現実システムにより、学生と先生が同時に同じ仮想現実世界内に居ることができる。 例えば、旅行代理店は潜在顧客に例えばディズニーワールド等のリゾート地のモデルの案内旅行を提供して顧客の休暇計画を支援することができる。 実施例の低コスト仮想現実システムを使用した他の応用も沢山ある。
これらの応用も明らかに本発明の範囲に入る。

【０１６４】 実施例の特徴実施例のさまざまな重要な特徴について要約する。

【０１６５】オペレータが仮想現実像の仮想現実世界に居るかのように感じる仮想現実システムはイメージデータを仮想現実像として表示するディスプレイ回路と、イメージデータを格納するメモリと、オペレータが装着するヘルメットデバイスを含みヘルメットデバイスはディスプレイスクリーンを含みヘルメット装置のオペレータの動作に応答してディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生するようにされており、かつメモリを付随するマイクロプロセッサが含まれていてメモリからイメージデータを抽出しイメージデータからディスプレイを制御してあたかもオペレータが仮想現実像の中でそれと関っているかのように仮想現実像を変化させる。 ディスプレイ回路にはディスプレイスクリーンが含まれる。 このようなシステムにはさらにメモリ、マイクロプロセッサ、およびディスプレイ回路の所定部分を収容するシャーシを含むことができる。 また、仮想現実世界を構成するアプリケーションプログラムおよびデータをディスプレイ回路、メモリおよびマイクロプロセッサと関連ずける回路を含むゲームカートリッジを含むことができる。
さらに、シャーシはゲームカートリッジをシャーシへ挿入してメモリ、マイクロプロセッサおよびディスプレイ回路の所定部分へ接続するように構成することができる。

【０１６６】オペレータが仮想現実世界に居ると感じる、仮想現実システムを使用して仮想現実像の仮想現実世界を生成する方法はイメージデータを仮想現実像としてディスプレイ回路を付随するディスプレイスクリーン上に表示し、イメージデータをメモリ内に格納し、ディスプレイスクリーンを含むヘルメット装置をオペレータに装着し、ヘルメット装置のオペレータの動作に応答してディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生し、メモリからイメージデータを抽出し、ディスプレイ回路を制御してあたかもオペレータが仮想現実像の中に居てそれと関っているかのように仮想現実像を変化させるステップからなっている。 このような方法には、パワーハンド組立体やジョイスティック装置を使用してイメージデータ入力回路へ制御信号を挿入するステップを含めることもできる。 さらに、本方法にはメモリ、マイクロプロセッサ、およびディスプレイ回路の所定部分をシステムシャーシ内に収容するステップを含めることができる。 本方法にはさらに仮想現実世界を構成するアプリケーションプログラムおよびデータをゲームカートリッジ回路へ格納してディスプレイ回路、メモリおよびマイクロプロセッサと関連ずけるステップを含めることができる。 本方法はさらにこのようなゲームカートリッジをシャーシ内の所定の開口へ挿入してゲームカートリッジ回路をメモリ、マイクロプロセッサおよびディスプレイ回路の所定部分へ接続するステップを含めることができる。

【０１６７】仮想現実環境におけるオブジェクトの相対位置および運動をモデル化する方法が示され、それは仮想現実環境内の第１および第２のオブジェクトをグラフィックディスプレイ上にグラフィック表示し、第１および第２のオブジェクト間の第１の分割面を決定し、第１
の分割面を横切移動する第１もしくは第２のオブジェクトに応答して第１および第２オブジェクト間の第２の分割面を決定し、所定の観察点に対する仮想現実環境の第１および第２のオブジェクトの相対位置に従って第１および第２のオブジェクトを選択的に不明瞭とすることにより仮想現実環境における第１および第２のオブジェクトの移動をグラフィックディスプレイ上にグラフィック表示するステップを含んでいる。 このような方法には所定セットの観察座標からオブジェクトの相対移動を決定するステップを含めることもできる。 この場合、オブジェクトの相対移動を決定するこのようなステップは移動体のヨー、ピッチおよび／もしくはロールを測定するのに使用することができる。

【０１６８】仮想現実環境におけるオブジェクトの相対位置および移動をモデル化するシステムが示され、それは仮想現実環境内の第１および第２のオブジェクトをグラフィック表示するグラフィックディスプレイを含み、
表示は仮想現実環境内の所定の観察点に対する第１および第２のオブジェクトの相対位置に従って第１および第２のオブジェクトが選択的に不明瞭とされており、さらに第１および第２のオブジェクト間の第１の分割面を決定する回路と、第１の分割面を横切する第１もしくは第２のオブジェクトに応答して第１および第２のオブジェクト間の第２の分割面を決定する回路を含んでいる。 このようなシステムはさらに複数人の観察者が仮想現実環境に居ると感じることができかつ環境内部から仮想現実環境における互いの相対位置および移動を観察することができるようにする回路を含むことができる。 本システムはまた仮想現実環境を記述するデータを含む一つのマスターデータベースおよびオブジェクトの相対移動を記述するデータによりマスターデータベースを更新する回路を含むことができる。 複数人の観察者が参加できる回路を含むシステムに関して、各オブジェクトに関連する終点節、第２の分割面に関連する中間点節、および第１
の分割面に関連する根元節を発生する回路を含むこともできる。 このような場合、終点節および中間点節発生回路は第１の分割面と交差する少くとも一つのオブジェクトに応答して中間点節を形成し中間点節を第２の分割面と関連ずける回路を含むことができる。 さらに、本システムは一つの面内の回転視点からオブジェクトの相対移動を決定する回路、もしくは所定セットの観察座標からオブジェクトの相対移動を決定する回路を含むことができる。 後者の場合、システムは移動体の相対移動を決定して移動体のヨー、ピッチおよび／もしくはロールを測定する回路を含むこともできる。 本システムはまた隠面消去効果、オブジェクト間の相対移動を決定する回路および／もしくはオブジェクト間の相対移動中に遠いオブジェクトに基いてクリッピングを決定する回路を含むこともできる。 さらに、この回路には遠オブジェクト消去を決定して透視近似を行う回路を含めることもできる。

【０１６９】特定実施例について本発明を説明してきたが、これは制約的な意味合いを有するものではない。 同業者ならば前記説明を読めば本発明の別の実施例だけでなく、開示した実施例のさまざまな変更が自明であると思われる。 発明の真の範囲内に入るこのような修正は特許請求の範囲に入るものとする。

【０１７０】以上の説明に関して更に以下の項を開示する。 （１） オペレータが仮想現実像の仮想現実世界に居るように感じる仮想現実システムにおいて、該システムは、ディスプレイスクリーンを含み仮想現実像としてイメージデータを表示するディスプレイ回路と、前記イメージデータを格納するメモリと、前記ディスプレイスクリーンを含みオペレータが装着するヘルメット装置のオペレータの動作に応答して前記ディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生するヘルメット装置と、前記イメージデータを前記メモリから抽出し前記イメージデータにより前記ディスプレイ回路を制御してオペレータがあたかも前記仮想現実世界内に居てそれに関わっているかのように前記仮想現実像を変化させる前記メモリに関連するマイクロプロセッサにより構成される仮想現実システム。

【０１７１】（２） 第１項記載の装置において、さらに所定のオペレータ制御入力集合に応答して前記データスクリーン上にイメージデータを発生し前記イメージデータを前記メモリ回路へ送出するイメージデータ入力回路を具備する仮想現実システム。

【０１７２】（３） 第２項記載の装置において、前記イメージデータ入力回路はパワーハンド組立体により構成される仮想現実システム。

【０１７３】（４） 第２項記載の装置において、前記イメージデータ入力回路はジョイスティック装置により構成される仮想現実システム。

【０１７４】（５） 第１項記載の装置において、前記ディスプレイ回路は前記ヘルメット装置に付随するヘルメットカードにより構成され、前記ヘルメットカードはディスプレイ信号を発生して前記ディスプレイスクリーンへ送る回路により構成される仮想現実システム。

【０１７５】（６） 第５項記載の装置において、前記ヘルメットカードは前記ディスプレイ回路の他の部分へ選択的に接続することができる仮想現実システム。

【０１７６】（７） 第５項記載の装置において、前記ディスプレイ回路は前記ディスプレイスクリーン用の前記ディスプレイ信号を発生するのに使用する前記ヘルメットカード用のグラフィック信号を発生するグラフィック信号プロセッサにより構成される、仮想現実システム。

【０１７７】（８） 第５項記載の装置において、前記メモリは複数枚のヘルメットカードが前記ディスプレイスクリーン用のディスプレイ信号を発生するためのデータを取得する主仮想世界データベースにより構成される、仮想現実システム。

【０１７８】（９） 第１項記載の装置において、さらに前記メモリ、前記マイクロプロセッサ、および前記ディスプレイ回路の所定部分を収容するためのシャーシを具備する、仮想現実システム。

【０１７９】（１０） オペレータが仮想現実世界に居るかのように感じる仮想現実システムを使用して仮想現実像の仮想現実世界を生成する方法において、該方法は、ディスプレイ回路を付随するディスプレイスクリーン上に仮想現実像としてのイメージデータを表示し、前記イメージデータをメモリ内に格納し、前記ディスプレイスクリーンを含むヘルメット装置をオペレータへ装着し、前記ヘルメット装置のオペレータの動作に応答して前記ディスプレイスクリーン上にイメージデータを発生し、前記メモリから前記イメージデータを抽出し、前記ディスプレイ回路を制御してあたかもオペレータが前記仮想現実像内に居てそれに関わっているかのように前記仮想現実像を変化させる、ステップを含む仮想現実世界生成方法。

【０１８０】（１１） 第１０項記載の方法において、
さらに所定のオペレータ制御入力セットに応答して前記データスクリーン上にイメージデータを発生し前記イメージデータを前記メモリへ送出するステップを含む、仮想現実世界生成方法。

【０１８１】（１２） 第１０項記載の方法において、
さらにヘルメットカード回路を使用してディスプレイ信号を発生し前記ディスプレイスクリーンへ送るステップを含む、仮想現実世界生成方法。

【０１８２】（１３） 第１２項記載の方法において、
さらに複数枚の前記ヘルメットカードを前記ディスプレイ回路の他の部分と選択的に接続するステップを含む、
仮想現実世界生成方法。

【０１８３】（１４） 第１２項記載の方法において、
さらにグラフィック信号プロセッサを使用して前記ディスプレイスクリーン用の前記ディスプレイ信号を発生するのに使用する前記ヘルメットカード用のグラフィック信号を発生するステップを含む、仮想現実世界生成方法。

【０１８４】（１５） 第１２項記載の方法において、
さらに複数枚のヘルメットカードがデータを取得できる主仮想世界データベースを前記メモリ内に記憶させ、前記主仮想世界データベースの前記データに応答して前記複数のディスプレイスクリーンに対するディスプレイ信号を発生するステップを含む、仮想現実世界生成方法。

【０１８５】（１６） 仮想現実環境における物体の相対位置および運動をモデル化する方法において、該方法は、仮想現実環境における第１および第２の物体をグラフィックディスプレイ上にグラフィック表示し、前記第１および第２の物体間の第１の分割面を決定し、前記第１の分割面を横切移動する前記第１もしくは第２の物体のいずれかに応答して前記第１および第２の物体間の第２の分割面を決定し、前記仮想現実環境における前記第１および第２の物体の所定の観察点に対する相対位置に従って前記第１および第２の物体を選択的に不明瞭とすることにより前記仮想現実環境内の前記第１および第２
の物体の運動を前記グラフィックディスプレイ上にグラフィック表示する、ステップを含むモデル化方法。

【０１８６】（１７） 第１６項記載の方法において、
さらに複数ビューアが前記仮想現実環境内に居るように感じることができかつ前記仮想現実環境内における互いの相対位置および運動を環境内部から観察できるようにするステップを含む、モデル化方法。

【０１８７】（１８） 第１７項記載の方法において、
さらに仮想現実環境を記述するデータを主データベースに格納し前記物体の相対運動を記述するデータにより前記主データベースを更新するステップを含む、モデル化方法。

【０１８８】（１９） 第１７項記載の方法において、
さらに前記各物体に関する終点節と、前記第２の分割面に関する中間点節と、前記第１の分割面に関する根元点節（ルートノード）を発生するステップを含む、モデル化方法。

【０１８９】（２０） 第１９項記載の方法において、
前記終点節および中間点節発生ステップはさらに前記第１の分割面と交差する少くとも一つの前記物体に応答して中間点節を形成し、かつ前記中間点節を前記第２の分割面と関連ずけるステップを含む、モデル化方法。

【０１９０】（２１） 第１６項記載の方法において、
さらに面内の回転視点から物体の相対運動を決定するステップを含む、モデル化方法。

【０１９１】（２２） 第１６項記載の方法において、
さらに所定の観察座標セットから物体の相対運動を決定するステップを含む、モデル化方法。

【０１９２】（２３） 第１６項記載の方法において、
さらに物体間の相対運動の隠面消去効果を決定するステップを含む、モデル化方法。

【０１９３】（２４） 第１６項記載の方法において、
さらに物体間の相対運動中に遠方物体に基いてクリッピングを決定するステップを含む、モデル化方法。

【０１９４】（２５） 第１６項記載の方法において、
さらに透視近似を行うための遠方物体の消去を決定するステップを含む、モデル化方法。

【０１９５】（２６） オペレータが仮想現実像６２の仮想現実世界７４内に居るように感じる仮想現実システム２０はイメージデータを仮想現実像６２として表示するディスプレイスクリーン６０を含んでいる。 メモリ回路はイメージデータを格納している。 ヘルメット装置２
８がオペレータに装着されオペレータの動作および制御信号に応答してディスプレイスクリーン６０上にイメージデータを発生するディスプレイスクリーン６０を含んでいる。 マイクロプロセッサ７６にはメモリ回路が付随されメモリ回路からイメージデータを抽出してディスプレイ回路３６を制御しオペレータがあたかも仮想現実像の中に居てそれに関っているかのように仮想現実像６２
を変化させる。 仮想現実システム２０によりさまざまな仮想現実技術を使用する低コストシステムが提供される。 仮想現実世界７４内のオブジェクトの相対位置および移動をモデル化するシステムおよび方法は仮想現実世界７４内の第１および第２のオブジェクトをグラフィックディスプレイ（６０および６８）上にグラフィック表示し、第１および第２のオブジェクト間の分割面を決定し、第１の分割面を横切移動する前記第１もしくは第２
のオブジェクトに応答して第１および第２のオブジェクト間の第２の分割面を決定することを含んでいる。 次に、本方法およびシステムにより所定の観察点に対する相対位置に従って第１および第２のオブジェクトを選択的に不明瞭とすることにより仮想現実世界７４内の第１
および第２のオブジェクトの移動がグラフィックディスプレイ（６０および６８）上にグラフィック表示される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を使用した２人のプレーヤの概念図。

【図２】実施例の仮想現実システムの全体アーキテクチュアの略ブロック図。

【図３】実施例のヘルメットボードアーキテクチュアの略ブロック図。

【図４】実施例の仮想現実システムの略ブロック図。

【図５】実施例の詳細回路図。

【図６】実施例の詳細回路図。

【図７】実施例の詳細回路図

【図８】実施例の主プロセッサの基本ソフトウェアフロー図。

【図９】実施例のヘルメットプロセッサの基本ソフトウェアフロー図。

【図１０】実施例の移動体およびオブジェクトデータベースを示す図。

【図１１】実施例の移動体およびオブジェクトデータベースを示す図。

【図１２】実施例の移動体およびオブジェクトデータベースを示す図。

【図１３】実施例の移動体およびオブジェクトデータベースを示す図。

【図１４】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語のフィールドを示す図。

【図１５】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語のフィールドを示す図。

【図１６】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語のフィールドを示す図。

【図１７】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語のフィールドを示す図。

【図１８】実施例において移動体アルゴリズムおよび３
次元２分割データベースを実現するのに使用する倍長語のフィールドを示す図。

【図１９】実施例のシステムおよび方法を使用した応用例を示す図。

【図２０】実施例のシステムおよび方法を使用した応用例を示す図。

【符号の説明】

２０ 仮想現実システム ２８ ヘルメット装置 ３６ ディスプレイ回路 ６０ グラフィックディスプレイ ６２ 仮想現実像 ６８ グラフィックディスプレイ ７４ 仮想現実世界 ７６ マイクロプロセッサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル エム． ドナヒュー アメリカ合衆国テキサス州ダラス，ラ コ サ 7705 (72)発明者 ジャッド イー． ヒープ アメリカ合衆国テキサス州ダラス，スプリ ング メドウ 5330 (72)発明者 アンドリュー ケイ． スミス アメリカ合衆国マサチューセッツ州ボスト ン，マウント バーノン ストリート 62 (72)発明者 トーマス エム． シープ アメリカ合衆国テキサス州ガーランド，デ ンマーク ドライブ 2406 (72)発明者 ドナルド ダブリュ． アドキンズ アメリカ合衆国テキサス州オーク リー フ，ロァリング クリーク ドライブ 603