JP3363134B2

JP3363134B2 - ３ｄモデルの描画データ作成方法、装置及び３ｄビデオゲーム装置並びに３ｄモデルの描画データ作成プログラムを記録した可読記録媒体

Info

Publication number: JP3363134B2
Application number: JP2000286120A
Authority: JP
Inventors: 誠山口
Original assignee: Konami Corp
Current assignee: Konami Group Corp
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: JP2002092644A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３Ｄモデルの描画
データ作成処理の技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】擬似３次元ビデオゲームに登場する、動
きを有するキャラクタはエンベロープモデルではない一
般の３次元モデルにより表現される。例えば人間を模し
たキャラクタは頭、上腕、下腕、手、胸、腰、股、脛、
足等の各パーツからなるモデルで構成されており、これ
ら各モデルは位置設定用としてのみ用いられる骨（スケ
ルトン）に肉付けされる形で設定されている。すなわ
ち、各モデルは通常複数のポリゴンより構成されてお
り、これら各ポリゴンの頂点は骨の中心座標（骨の位置
を設定するための基準となる座標で、以下、基準座標と
いう。）からの位置データとして規定されて管理されて
いる。そして、ゲームにおいてキャラクタの一連のモー
ション中のある瞬間のフレームにおけるキャラクタの形
状は当該フレームでの各骨の位置を計算し、次いでこれ
らの各骨に付随する各ポリゴンの頂点位置を求めるよう
にして、キャラクタ全体の形状を計算するようにしてい
る。

【０００３】しかしながら、上記のキャラクタ形状計算
方法によるときは、例えば上腕と下腕との間にある肘の
ポリゴンが設定されている態様を考えると、この肘のポ
リゴンの頂点は、本来上腕と下腕の両方の影響を受ける
こととなると考えられるが、実際には上腕と下腕のいず
れか一方に付随していることから、全体として上腕と下
腕の繋ぎ目の部分がどちらかの骨側に傾き、上腕と下腕
との曲げ状況によっては非常に不自然に、例えば単に各
パーツを連結しただけの人形のように表示される可能性
がある。

【０００４】従来、かかる問題を解決する方法として、
例えば上記の例では、上腕と下腕の間に肘という中間の
骨を付設し、この肘に付随させるポリゴンを設定するこ
とで上記不自然さを調節するという特殊な手法が採用さ
れている。しかしながら、この方法によれば、元々の骨
に対して、新たに中間の骨をそれぞれ制作し、これら中
間の骨に対して全フレーム、すなわちキャラクタの各動
き毎に対応する頂点を設定しなければならず、制作作業
の膨大化を招来することとなる。また、肘などの中間の
骨を上腕と下腕から数学的に計算するようにしても、さ
らに上腕との間にある肘のポリゴンの頂点の動きは、さ
らにその中間の骨の制作が要求されるなど、その調整に
非常に手間取ることとなる。また、上腕と下腕の接合部
分に対となるような上腕側の点と下腕側の点を設定し、
その両点の中点位置を計算し、この中点を通すようにす
ることで滑らかにモデルを表現する手法が考えられる
が、この手法の場合も上腕と下腕の位置関係によては却
って形状が歪むことがあり、その際の調整が困難となる
という問題がある。さらに、例えば腹部モデル等は胸、
胴、腰のモデルからの影響を受けるが、腹部モデルはそ
の内部直ぐ近傍（すなわち真下）には骨が設定されてい
ないため、この腹部モデルをいずれかの骨に付随させる
必要がある。しかし、いずれの骨に付随させるのが好ま
しいかを決定することは容易でなく、従来は、不自然さ
を感じない範囲で適宜決定していた。

【０００５】これらの課題を解決するべく、ポリゴンの
頂点に複数の骨を関連付け、このポリゴンの頂点に、関
連付けられた骨に対する関連度合いに相当する比重値を
持たせるようにして、キャラクタを表示する際に、この
比重値を利用して複数の骨に関連付けされたポリゴンの
頂点の位置を計算により求めるようにしていた。このよ
うな比重データを持つポリゴンから構成されるモデルは
一般にエンベロープモデルと呼ばれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなエンベロープモデルをゲームに適用する場合、ゲー
ムに登場するキャラクタはほとんど動き（モーション）
があり、かかるキャラクタを含むゲーム画像をフレーム
周期毎に高速で描画する必要があるが、その描画を行う
ためには多数のポリゴンの各頂点に対する位置計算を伴
わなければならないため、フレーム周期では計算時間が
間に合わず、その結果、エンベロープモデルは現実には
ゲーム分野では採用されていない。

【０００７】本発明は上記に鑑みてなされたもので、３
Ｄのエンベロープモデルからゲーム向けの描画データを
高速で作成する３Ｄモデルの描画処理方法、装置及び３
Ｄビデオゲーム装置並びに３Ｄモデルの描画データ作成
プログラムを記録した可読記録媒体を提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
隣接するスケルトンの双方に関連付けられた頂点を有す
るポリゴンを複数備えて構成されたエンベロープモデル
であって、一連のモーションに関するフレーム毎のデー
タから描画周期に対応させてゲームキャラクタ画像を作
成する３Ｄモデルの描画データ作成方法において、任意
のフレームにおける前記ゲームキャラクタ画像の作成に
おいて、１のポリゴンのある頂点に対し、各スケルトン
との前記関連付け度合いを示す比重値を表す行列と当該
フレームにおける頂点のワールド座標系への変換行列と
特定のフレームにおける頂点のワールド座標系からの逆
変換行列との積を関連付けされたスケルトン毎に求める
と共に、それらを加算して行列を求め、求めた行列と特
定のフレームにおける頂点のワールド座標とを、行列と
３次元座標との積を計算する３次元乗算処理部に導いて
演算させることにより、当該頂点の任意のフレームでの
ワールド座標を求めることを特徴としている。

【０００９】請求項６記載の発明は、隣接するスケルト
ンの双方に関連付けられた頂点を有するポリゴンを複数
備えて構成されたエンベロープモデルであって、一連の
モーションに関するフレーム毎のデータから描画周期に
対応させてゲームキャラクタ画像を作成する３Ｄモデル
の描画データ作成装置において、行列と３次元座標との
積を計算する３次元乗算処理部と、任意のフレームにお
ける前記ゲームキャラクタ画像の作成において、１のポ
リゴンのある頂点に対し、各スケルトンとの前記関連付
け度合いを示す比重値を表す行列と当該フレームにおけ
る頂点のワールド座標系への変換行列と特定のフレーム
における頂点のワールド座標系からの逆変換行列との積
を関連付けされたスケルトン毎に求めると共に、それら
を加算して行列を求め、求めた行列と特定のフレームに
おける頂点のワールド座標とを前記３次元乗算処理部に
導く制御手段とを備え、前記３次元乗算処理部により当
該頂点の任意のフレームでのワールド座標を求めること
を特徴としている。

【００１０】請求項８記載の発明は、隣接するスケルト
ンの双方に関連付けられた頂点を有するポリゴンを複数
備えて構成されたエンベロープモデルであって、一連の
モーションに関するフレーム毎のデータから描画周期に
対応させてゲームキャラクタ画像を作成する３Ｄモデル
の描画データ作成プログラムを記録した可読記録媒体に
おいて、任意のフレーム時点の画像作成において、任意
のフレームにおける前記ゲームキャラクタ画像の作成に
おいて、１のポリゴンのある頂点に対し、各スケルトン
との前記関連付け度合いを示す比重値を表す行列と当該
フレームにおける頂点のワールド座標系への変換行列と
特定のフレームにおける頂点のワールド座標系からの逆
変換行列との積を関連付けされたスケルトン毎に求める
と共に、それらを加算して行列を求め、求めた行列と特
定のフレームにおける頂点のワールド座標とを、行列と
３次元座標との積を計算する３次元乗算処理部に導いて
演算させることにより、当該頂点の任意のフレームでの
ワールド座標を求めることを特徴としている。

【００１１】これらの構成によれば、隣接するスケルト
ンの双方に関連付けられた頂点を有するポリゴンを複数
備えて構成されたエンベロープモデルであって、一連の
モーションに関するフレーム毎のデータから描画周期に
対応させてゲームキャラクタ画像を作成される。すなわ
ち、任意のフレームにおける前記ゲームキャラクタ画像
の作成において、１のポリゴンのある頂点に対し、各ス
ケルトンとの前記関連付け度合いを示す比重値を表す行
列と当該フレームにおける頂点のワールド座標系への変
換行列と特定のフレームにおける頂点のワールド座標系
からの逆変換行列との積が関連付けされたスケルトン毎
に求めらえる。次いで、それらを加算して行列が求めら
れる。そして、求めた行列と特定のフレームにおける頂
点のワールド座標とが、行列と３次元座標との積を計算
する３次元乗算処理部に導かれて演算され、これにより
当該頂点の任意のフレームでのワールド座標がゲームの
フレーム周期で求められる。

【００１２】前記特定のフレームとして１番目のフレー
ムを採用することが好ましい（請求項２）。

【００１３】前記モーションの頂点のワールド座標系へ
の変換行列が予めメモリテーブルに各フレーム毎に読み
出し可能に記憶されていることが好ましい（請求項
３）。

【００１４】各頂点が関連付けされる複数のスケルトン
を頂点毎にそれぞれ符号を付して管理するようにするこ
とでメモリ容量が低減される（請求項４）。

【００１５】請求項４において前記各スケルトンの符号
に関連させて比重値が設定されているようにすると、メ
モリ容量が低減される（請求項５）。

【００１６】また、画像を表示するモニタと、外部から
操作可能な操作部と、前記操作部の操作に応じて前記モ
ニタに表示されるキャラクタに所望のモーションを指示
するゲーム進行制御部と、請求項８記載の３Ｄモデルの
描画データ作成装置とを備えた３Ｄビデオゲーム装置の
構成とすることで、本エンベロープモデルを３Ｄゲーム
に適用可能となると共に、キャラクタの各モデルが滑ら
かに表示される（請求項７）。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る３Ｄモデル
の描画データ作成装置が適用されるビデオゲーム装置の
一実施形態を示すブロック図である。

【００１８】図１において、本ゲーム装置１は、ゲーム
機本体（図示せず）と、ゲームの画像を出力するための
モニタ２と、ゲームの音声を出力するためのプリメイン
アンプ３およびスピーカ４を備えると共に、画像デー
タ、音声データおよびゲームプログラムデータからなる
ゲームデータが記憶された記録媒体５が着脱可能に構成
されている。記録媒体５はゲーム機本体に対し内蔵式、
着脱式いずれでもよく、またゲームプログラムが記憶さ
れたＲＯＭの他、ＲＯＭカセットや、光ディスク、フレ
キシブルディスクなどが採用可能である。

【００１９】なお、記録媒体５に記憶される画像データ
は、後述するようにゲーム画像を構成する静止物体オブ
ジェクト（天然構造物、人工建造物を模したもの等）や
モーションを行うキャラクタ画像であり、キャラクタ画
像は該キャラクタの各パーツを構成する複数のエンベロ
ープモデルで構成されている。エンベロープモデルは、
例えばキャラクタが人間を模したものである場合は、
頭、上腕、下腕、手、胸、腰、股、脛、足等の各パーツ
から構成されており、これら各モデルはそれぞれ頂点を
有する複数のポリゴンからなっている。

【００２０】ゲーム機本体内の操作および制御システム
は、各部を制御する中央演算処理装置としてのＣＰＵ６
にアドレスバス、データバスおよびコントローラバスか
らなるバス７を介して各種データを一時的に記憶するＲ
ＡＭ８、オペレーションシステム等のプログラムを記憶
するＲＯＭ９、インターフェース回路１０，１１，１
４，１５、信号処理部１２及び画像描画処理部１３がそ
れぞれ接続されている。記録媒体５が着脱式の場合に
は、この記録媒体５がゲーム機本体に装着された状態
で、ＣＰＵ６により内部の各種データが一括で、あるい
は必要に応じて順次読み取られてＲＡＭ８に書き込まれ
る。

【００２１】ＲＡＭ８は記録媒体５からの読み出しデー
タの格納領域、モニタ２へ表示する画像を一時的に記憶
する少なくとも１画面を構成する画素（ピクセル）数に
相当する記憶容量を有するフレームバッファ及びワーク
エリアを有する。

【００２２】信号処理部１２は３次元空間内におけるキ
ャラクタモデルや固定物等の物体モデルの位置計算や擬
似カメラの視点（位置）の移動位置計算を行う他、音声
データの生成、加工処理などを行うものである。描画デ
ータの生成処理は、この信号処理部１２内の後述する３
次元乗算処理部（ＡＰＩ：アプリケーション・プログラ
ミング・インターフェース）１２１で行われる。

【００２３】画像描画処理部１３は信号処理部１２から
の各計算結果を利用してフレームバッファ８１にモニタ
２に表示するべき画像データの画素毎の書き込み処理
（レンダリング（テクスチャーマッピング処理））をフ
レーム周期で繰り返し行うと共に、ＲＡＭ８に対する読
み書き指令（Ｒ／Ｗ）及びＲＡＭ８内のフレームバッフ
ァ８１の画素（ピクセル）に対応する記憶位置へのアド
レス指定を行うものである。

【００２４】Ｄ−Ａコンバータ１８はインターフェース
回路１４からのビデオ信号をアナログ信号に変換してモ
ニタ２に導くものである。ＲＡＭ８内のフレームバッフ
ァに書き込まれた画像データはインターフェース回路１
４、Ｄ−Ａコンバータ１８を介してモニタ２に導かれ、
表示されるようになっている。Ｄ−Ａコンバータ１９、
プリメインアンプ３はインターフェース回路１５を介し
て入力される音声信号をアナログ変換処理及び増幅して
スピーカ４に供給するものである。ゲーム状況に応じて
作成された音声データはＲＡＭ８の一部領域を利用して
書き込み処理されるようになっている。

【００２５】コントローラ１７はプレーヤが操作可能な
操作ボタン、操作レバー等の操作部材が設けられてお
り、これらの操作部材への操作に対応した信号が操作情
報インターフェース回路１６、インターフェース１１を
経てＣＰＵ６に導かれるようになっており、この操作信
号及びゲームプログラムを受けて、ＣＰＵ６はそのゲー
ム進行制御機能に基づいて、モニタ２上のキャラクタ等
に対してプレイヤが意図する動き、行動（モーション）
等を実行させることを通じてゲームを進行させ得るよう
になっている。

【００２６】図２は、３Ｄモデルを構成するポリゴンの
頂点の座標変換を説明するための図である。３Ｄモデル
はローカル座標系で定義されており、この座標系での基
準となる座標を持っている。図２において、モデル１０
０は複数のポリゴンから構成されているもので、キャラ
クタのある一部のパーツ例えば上腕等である。Ａ０はモ
デルが付随する骨Ａの基準点、Ｐ１はあるポリゴンの１
つの頂点でＡ０のオフセット値として位置が定義されて
いる。すなわち、頂点Ｐ１は数１のように表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】骨Ａのローカル座標系上の基準点Ａ０をワ
ールド座標系上の点Ｗ０に座標変換する場合のワールド
座標変換行列をＭｗａとした場合、頂点Ｐ１に対応した
ローカル座標上の位置Ｐ１ａは数２によりワールド座標
系上の位置Ｐ１ｗとして表される。

【００２９】

【数２】

【００３０】ワールド座標変換行列Ｍｗａは骨Ａに対す
るローカル座標系からワールド座標系への変換順序によ
ってパラメータの持ち方が異なると共にそれによる行列
式も異なる。従って、このワールド座標変換行列Ｍｗａ
は予め決定された変換順序に従ったパラメータ及び行列
式が設定されている。

【００３１】例えば、ワールド座標系への変換が、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸の各平行移動、Ｘ，Ｙ、Ｚ軸の回転移動、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸のスケール変更という順番で行われるものとし
て、このときの各値を、Ｘ軸平行移動量＝Ｔｘ、Ｙ軸平
行移動量＝Ｔｙ、Ｚ軸平行移動量＝Ｔｚ、Ｘ軸回転移動
量＝Ｒｘ、Ｙ軸回転移動量＝Ｒｙ、Ｚ軸回転移動量＝Ｒ
ｚ、Ｘ軸スケール値＝Ｓｘ、Ｙ軸スケール値＝Ｓｙ、Ｚ
軸スケール値＝Ｓｚとすると、ワールド座標変換行列Ｍ
ｗａは、数３で表される。

【００３２】

【数３】

【００３３】アニメーションモデルデータは一連のモー
ション（動き）として規定されてなり、各モーションは
複数の一連のフレームの画像データとして規定されてい
る。なお、各フレームの描画は所定の周期、例えばゲー
ムにおいては１／６０(秒)毎に行われる。フレーム毎の
骨のワールド座標変換行列Ｍｗａを数３で求め、次いで
この骨に肉付けされているポリゴンの各頂点の座標を変
換することでワールド座標上での各頂点を繋ぎ合わせて
面とすることにより描画が行われる。

【００３４】図３、図４は比重（ウエイト付け）の導入
によるモデルの滑らかな繋ぎの実現を説明するための図
で、図３は２つのモデルが互いに真っ直ぐな位置関係に
あるフレームを示す図、図４は２つのモデルが直角に曲
がっている位置関係にあるフレームを示す図である。

【００３５】図３、図４において、上腕モデル１００を
付随させる骨Ａは基準点Ａ０を持ち、下腕２００を付随
させる骨Ｂは基準点Ｂ０を持つ。説明の便宜上、上腕モ
デル１００及び下腕モデル２００は楕円球形状（但し、
図面上は楕円で表されている。）であるとする。今、骨
Ｂに付随するある１つのポリゴンのある頂点Ｐ１ｂに着
目するとき、この点は基準点Ｂ０に付随してワールド座
標変換行列ＭｗｂによりモデルＢの楕円上の点Ｐ１ｗに
変換される。図３のフレームの状態では、この点Ｐ１ｂ
は骨Ａから見た時の点としてはＰ１ａとして表すことが
できるものである。

【００３６】ここで、描画モーションが、ゲーム進行に
従って図３のフレームのものから図４のフレームのもの
に変わった場合を考えると、骨Ｂに付随する全てのポリ
ゴンの頂点は骨Ｂと同様に座標変換されるから、図４に
示すようにモデル２００の楕円上に位置する。同様なこ
とは、骨Ａに対してもワールド座標変換行列Ｍｗａを用
いて行われて、骨Ａに付随するポリゴンの頂点はモデル
１００の楕円上に位置する。この場合、図４に示すよう
に、モデル１００とモデル２００の隣接部分すなわち肘
は、各モデル１００，２００がそれぞれの骨に付随して
個々に変換される結果、いわゆる人形の関節部のように
表示されることとなる。現実の人体を考えると、肘の部
分は、図４に示すように、内側が線Ｌ１に、外側がＬ２
の形状をとるのが自然である。

【００３７】そこで、この自然さを醸し出すためには、
点Ｐ１ｗが骨Ａと骨Ｂの双方の影響を受けるようにすれ
ばよいことから、この影響を受ける比重を各骨に関連付
けて設定し、点Ｐ１ｗが線Ｌ１上に一致するように、図
４における点Ｐ１ａとＰ１ｂの線分の内分点を求めて、
新たに点Ｐ１ｗとするようにすればよい。

【００３８】今、ある頂点に対して骨Ａへの関連付けの
度合いを比重Ｇａ（％）とすると、その比率ｇａ（＜
１）は数４で表わされる。

【００３９】

【数４】

【００４０】同様に、当該頂点に対して骨Ｂへの関連付
け度合いを比重Ｇｂ（％）とすると、比率ｇｂ（＜１）
は数５で表される。

【００４１】

【数５】

【００４２】なお、Ｍｇａ、Ｍｇｂは比率ｇａ、ｇｂを
行列化したものである。

【００４３】さらに、Ｍｗａは骨Ａをローカル座標系か
らワールド座標系に座標変換するための行列、Ｍｗｂは
骨Ｂをローカル座標系からワールド座標系に座標変換す
るための行列を表しているとすると、点Ｐ１ｗは数６の
ように表される。

【００４４】

【数６】

【００４５】これをイメージ的に説明すると、図５に示
すように、それぞれ個別の骨に付随したときの点Ｐ１ａ
と点Ｐ１ｂとを結ぶ線分Ｌａｂに対し、比率ｇａ、ｇｂ
の値を例えば比率ｇａを大きくしていくに従って（すな
わち比率ｇｂを小さくしていくに従って）、点Ｐ１ｗは
点Ｐ１ａと点Ｐ１ｂとを結ぶ線分Ｌａｂ上を点Ｐ１ｂ側
から点Ｐ１ａ側に、点Ｐ１ｗ’、点Ｐ１ｗ”というよう
に設定できることとなり、これによりモデル１００とモ
デル２００の隣接部分の肘の線の軌跡（形状）をＬ１か
ら、Ｌ１’、Ｌ１”のように調整することが可能とな
る。モデルデザイナによって予めモデルのポリゴンの頂
点データに比重値の情報を持たせておく（これを比重値
を持つエンベロープモデルという）ことにより、図５に
示したように隣り合うモデル１００，２００の隣接部分
（接合部分ともいう）の形状を滑らかにして、モデル１
００，２００間が滑らかに接合されたように表現するこ
とが可能となる。

【００４６】次に、かかるエンベロープモデルにおける
ポリゴンの各頂点の座標変換処理の高速化について説明
する。

【００４７】前述の数６を用いることにより、隣接部
分、例えば肘などの関節部分の比重（ウエイト付け）表
現が可能となり、画像的には滑らかになる。

【００４８】また、信号処理部１２に設けられる、ハー
ド及びソフトからなる３Ｄ（３次元）関数の規格である
例えば「ＯＰＥＮＧＬ」や「ＤＩＲＥＣＴＸ」等の
標準的なＡＰＩでは画面上の任意の点を表現するのに行
列と各頂点の座標との積を用いるようになっているた
め、数６の第１項、第２項をそれぞれＡＰＩで高速計算
し得るにも拘わらず、両計算結果をワールド座標上の点
として前記標準的なＡＰＩ以外の構成（ハードウエア又
はソフトウエア）部分で計算（加算）し、この結果であ
るワールド座標上の頂点座標を表示用の単位ベクトルと
共に、この信号処理部１２から画像描画処理部１３へ受
け渡す必要があり、ここで時間を要することとなる。さ
らに、独自にＡＰＩを作成して対応するとしても、比重
値を持たないすなわち関連付けされていない頂点は「行
列×頂点座標」のみで座標変換が可能であるのに、比重
値を持つすなわち関連付けされている頂点は「行列×頂
点座標」と「行列×頂点座標」の加算という計算を頂点
が関連付けられている骨の個数だけ行わなければならな
いため、頂点毎に比重値の有無の判別を行い、その判断
結果に応じて異なる計算処理を実行することとなって変
換処理の低速化を招来し、ゲームへの適用を困難にす
る。

【００４９】そこで、図３、図４を用いて変換処理の高
速化について説明する。図３のモーションの一場面を表
すフレーム１において変換行列Ｍｗａ、ＭｗｂをＭ１ｗ
ａ、Ｍ１ｗｂと定義する。また、図４のモーションの一
場面を表すフレーム２において変換行列Ｍｗａ、Ｍｗｂ
をＭ２ｗａ、Ｍ２ｗｂと定義する。このとき、点Ｐ１
ａ、Ｐ１ｂは数７で求められる。

【００５０】

【数７】

【００５１】さらに、数７を座標変換行列Ｍ１ｗａ、Ｍ
１ｗｂの逆行列Ｍ１ｗａ^-1、Ｍ１ｗｂ^-1を算出しておく
ことにより、数７は数８のように変形できる。

【００５２】

【数８】

【００５３】なお、点Ｐ１ａは頂点Ｐ１が骨Ａにのみ関
連付けられたときの骨Ａに対するローカル座標であり、
Ｐ１ｂは頂点Ｐ１が骨Ｂにのみ関連付けられたときの骨
Ｂに対するローカル座標である。

【００５４】全フレームにおいて、１つの骨にのみ関連
付けられた頂点のローカル座標は一定なので、今、図３
のフレームにおける点Ｐ１ａ、Ｐ１ｂが図４のフレーム
における点をＰ２ａ、Ｐ２ｂに対応するものとすると
き、両者の関係は数９で表される。

【００５５】

【数９】

【００５６】数９を数８に代入すると、数１０が得られ
る。

【００５７】

【数１０】

【００５８】従って、数６と同様に、点Ｐ２ｗは数１１
で表されることになる。

【００５９】

【数１１】

【００６０】この数１０を数１１に代入すると、数１２
となる。

【００６１】

【数１２】

【００６２】ここに、数１２のうちの一部である数１
３、すなわち

【００６３】

【数１３】

【００６４】は、１つの行列として表現できるので、数
１２は「行列×頂点座標」となり、前述した標準的なＡ
ＰＩのみで計算可能となる。しかも、座標データとして
は、特定のフレーム（ここでは図３のフレーム１）のワ
ールド座標Ｐ１ｗだけを用いれば計算可能となることか
ら、この分、数６の場合と異なり、データ量が低減でき
ることとなる。

【００６５】なお、数１３の行列部分のデータは、一連
のアニメーションのモーションとして定義されたフレー
ム数（１〜ｉとして）に対して、変換行列Ｍ１ｗａ、Ｍ
２ｗａ、…Ｍｉｗａ、及び、Ｍ１ｗｂ、Ｍ２ｗｂ、…Ｍ
ｉｗｂを記憶したメモリテーブルを予め設けておけばよ
い。なお、図７は、複数のスケルトンａ、ｂ、…からな
る場合の一般的な変換行列のデータを示す図で、かかる
変換行列を予めメモリテーブルとして設けておけばよ
い。

【００６６】続いて、データ圧縮と処理の整理について
説明する。数１１の場合、頂点が関連付けられている骨
は２個であるが、ゲーム中に使用するモデルの中には、
２個の骨には限定されず、１〜ｎ個の骨に関係付けられ
るポリゴンが存在することも考える必要がある。また、
数１２、数１３では、骨と頂点の関連付けを図３に示す
フレーム１を基本として計算したため、（Ｍ１ｗ、Ｐ１
ｗ）をデータの基本に置いたが、基本フレームは図３の
フレーム１とは限らないことから、以後、基本という意
味で（Ｍ０ｗ、Ｐ０ｗ）に置き換えて、以下のように一
般式として数１４で示す。

【００６７】

【数１４】

【００６８】但し、^- ＰＷ求めるフレームでのワールド座標の頂点座
標Ｐｓ求める頂点に関連付けられている骨の数Ｍｇ[n] 求めるフレームでの頂点に関連付けられ
ている骨の比重値Ｍｗ[n] 求めるフレームでの頂点に関連付けされ
ている骨の変換行列Ｍ０ｗ[n]^-1 求める頂点の、骨に関連付けた時点での
骨の基本逆変換行列Ｐ０ｗ求める頂点の、骨に関連付けた時点でのワ
ールド座標数１４より、求めるフレーム時点での求める頂点の変換
行列は、数１５となる。

【００６９】

【数１５】

【００７０】上記において、モデルを構成する全頂点毎
に数１５の変換行列を持つので、頂点毎のデータが非常
に多くなる。また、変換行列の作成も各頂点毎に行わな
ければならず、計算処理に時間を要し、フレーム周期に
追いつかないことになる。

【００７１】そこで、Ｍｗ[1,2,…,Ps]と、Ｍ０ｗ[1,2,
…,Ps]は骨に関するパラメータであるので、全ての骨の
行列分を持つと全頂点分をフォローできる。また、頂点
固有の変換行列を求めるための情報は、どの骨を使用す
るかを骨番号（符号）で管理し、それに対する比重値Ｍ
ｇ[n]の組み合わせを対応させて持つことで、変換行列
を求めるためのデータを少なくすることができる。すな
わち、Ｍ０ｗ[1,2,…,Ps]はモデルにより固定されるの
で、モデルデータとして持つことができる。Ｍｗ[1,2,
…,Ps]はフレーム単位の骨の座標変換行列なので、モデ
ルのフレームデータとして持つことができる。

【００７２】図８は、各頂点に対応させて変換行列に関
与する骨を特定する符号とその座標値を予めテーブルメ
モリに持たせたときのメモリ内容を示す図である。更
に、図９は、図８に示す符号に対応させて、関連付けら
れている骨の比重値をテーブルメモリに持たせたときの
メモリ内容を示す図である。これらのテーブルにより、
それぞれ変換行列を求めるためのデータ（骨の比重値）
を、各頂点について直接持たせる場合に比して、メモリ
容量を低減することが可能となる。

【００７３】また、予めのモデル作成に当たり、頂点毎
の比重値の組み合わせの種類を制限し（何種類かに設定
し）、この組み合わせを番号（符号）により管理し、各
頂点には変換行列の番号（符号）を割り当てるようにす
ることで、各頂点のデータの量を低減することができ
る。さらに、頂点変換の前に、数１５に示す全ての組み
合わせによる変換行列を予め計算し、結果を得（ゲーム
期間中、格納し）ておくことで、頂点変換を高速に計算
することができる。

【００７４】図６は、以上説明したモデルデータを使用
した場合のＣＰＵ６による処理手順を示すフローチャー
トである。

【００７５】先ず、再生したいモーションのモデルデー
タより指定フレームの骨座標変換行列を作成する（ステ
ップＳＴ１）。次いで、モデルデータの比重値の組み合
わせ管理情報に従い、骨の座標変換行列より比重付けが
指定されている骨の座標変換行列を求める（ステップＳ
Ｔ２）。

【００７６】続いて、頂点が持つデータに従い、各頂点
と、該頂点に対応付けられている座標変換行列の番号
（符号）から特定される行列とを積算し、ワールド座標
データを求め（ステップＳＴ３）、求められたワールド
座標データを擬似カメラの座標系からスクリーンの座標
系に行列を用いて変換する（ステップＳＴ４）。そし
て、得られたスクリーン座標系の頂点データに従い、画
像描画処理部１３に対しグラフィックス描画（ＲＡＭ８
のフレームバッファ８１への書き込み）を行わせる（ス
テップＳＴ５）。

【００７７】なお、本発明は、以下の態様が採用可能で
ある。（１）本実施形態は、各頂点に設定されている法線ベク
トルデータに対しても同様に適用可能である。すなわ
ち、比重付けされている骨の座標変換行列を利用して数
１２又は数１４に基づいて座標位置の場合と同様にして
法線ベクトルも変換させることができ、これによれば、
ポリゴンの面に関しても接合の滑らかさを実現できるこ
ととなる。（２）本実施形態で得られたモデル形状は描画するもの
に限定されず、表示画像を従来の態様のままとしなが
ら、他のオブジェクトとの違和感のない当たりとか接触
の判定用として適用することもできる。（３）ゲームに使用されるモデルデータは一般的にポリ
ゴンモデルが主であるが、パスモデルやナーブスモデル
を求めてポリゴンモデルを形成する場合においても、本
実施形態で示した手法を適用可能である。（４）本実施形態では骨をモデルの内側に配設し、繋が
り部分を滑らかにする例で示したが、骨をモデルの外側
に配置（定義）し、このモデルを構成するポリゴンの各
頂点に前記外側の骨との間との関連付けの比重値を設定
することにより、繋がり部分の形状だけでなく、顔の皮
膚とか腹の皮の表現など、物体の内部より外部へ向かう
不定形なアニメーションの表示を行うことができる。

【００７８】

【発明の効果】請求項１、６、８記載の発明によれば、
ポリゴンの頂点のワールド座標を高速で求めることがで
き、これにより３Ｄのエンベロープモデルからゲーム向
けの描画画像を高速で作成することができる。また、可
及的にメモリ容量を低減することができる。

【００７９】更に、従来の回路構成をそのまま適用でき
るため、構成の複雑化を招来せずに、ゲーム画像の描画
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３Ｄモデルの描画データ作成装置
が適用されるビデオゲーム装置の一実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】３Ｄモデルを構成するポリゴンの頂点変換を説
明するための図である。

【図３】比重の導入による滑らかな繋ぎの実現を説明す
るための図で、２つのモデルが互いに真っ直ぐない位置
関係にあるフレームを示す図である。

【図４】比重の導入による滑らかな繋ぎの実現を説明す
るための図で、２つのモデルが直角に曲がっている位置
関係にあるフレームを示す図である。

【図５】比重値により調整される隣接部分の線の軌跡を
説明するための図でる。

【図６】本モデルデータを使用した場合のＣＰＵによる
処理手順を示すフローチャートである。

【図７】複数のスケルトンａ、ｂ、…からなる場合の一
般的な変換行列のデータを示す図である。

【図８】各頂点に対応させて変換行列に関与する骨を特
定する符号とその座標値を予めテーブルメモリに持たせ
たときのメモリ内容を示す図である。

【図９】図８に示す符号の内容、すなわち関連付けられ
ている骨の比重値をテーブルメモリに持たせたときのメ
モリ内容を示す図である。

【符号の説明】

１ゲーム装置２モニタ５記録媒体６ＣＰＵ８ＲＡＭ９ＲＯＭ１２信号処理部１２１３次元乗算処理部（ＡＰＩ）１３画像描画処理部８１フレームバッファ１００上腕モデル２００下腕モデル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】隣接するスケルトンの双方に関連付けら
れた頂点を有するポリゴンを複数備えて構成されたエン
ベロープモデルであって、一連のモーションに関するフ
レーム毎のデータから描画周期に対応させてゲームキャ
ラクタ画像を作成する３Ｄモデルの描画データ作成方法
において、任意のフレームにおける前記ゲームキャラク
タ画像の作成において、１のポリゴンのある頂点に対
し、各スケルトンとの前記関連付け度合いを示す比重値
を表す行列と当該フレームにおける頂点のワールド座標
系への変換行列と特定のフレームにおける頂点のワール
ド座標系からの逆変換行列との積を関連付けされたスケ
ルトン毎に求めると共に、それらを加算して行列を求
め、求めた行列と特定のフレームにおける頂点のワール
ド座標とを、行列と３次元座標との積を計算する３次元
乗算処理部に導いて演算させることにより、当該頂点の
任意のフレームでのワールド座標を求める３Ｄモデルの
描画データ作成方法。
【請求項２】前記特定のフレームが１番目のフレーム
であることを特徴とする請求項１記載の３Ｄモデルの描
画データ作成方法。
【請求項３】前記モーションの頂点のワールド座標系
への変換行列が予めメモリテーブルに各フレーム毎に読
み出し可能に記憶されていることを特徴とする請求項１
記載の３Ｄモデルの描画データ作成方法。
【請求項４】各頂点が関連付けされる複数のスケルト
ンを頂点毎にそれぞれ符号を付して管理するようにした
ことを特徴とする請求項１記載の３Ｄモデルの描画デー
タ作成方法。
【請求項５】前記各スケルトンの符号に関連させて比
重値が設定されていることを特徴とする請求項４記載の
３Ｄモデルの描画データ作成方法。
【請求項６】隣接するスケルトンの双方に関連付けら
れた頂点を有するポリゴンを複数備えて構成されたエン
ベロープモデルであって、一連のモーションに関するフ
レーム毎のデータから描画周期に対応させてゲームキャ
ラクタ画像を作成する３Ｄモデルの描画データ作成装置
において、行列と３次元座標との積を計算する３次元乗
算処理部と、任意のフレームにおける前記ゲームキャラ
クタ画像の作成において、１のポリゴンのある頂点に対
し、各スケルトンとの前記関連付け度合いを示す比重値
を表す行列と当該フレームにおける頂点のワールド座標
系への変換行列と特定のフレームにおける頂点のワール
ド座標系からの逆変換行列との積を関連付けされたスケ
ルトン毎に求めると共に、それらを加算して行列を求
め、求めた行列と特定のフレームにおける頂点のワール
ド座標とを前記３次元乗算処理部に導く制御手段とを備
え、前記３次元乗算処理部により当該頂点の任意のフレ
ームでのワールド座標を求める３Ｄモデルの描画データ
作成装置。
【請求項７】画像を表示するモニタと、外部から操作
可能な操作部と、前記操作部の操作に応じて前記モニタ
に表示されるキャラクタに所望のモーションを指示する
ゲーム進行制御部と、請求項６記載の３Ｄモデルの描画
データ作成装置とを備えたことを特徴とする３Ｄビデオ
ゲーム装置。
【請求項８】隣接するスケルトンの双方に関連付けら
れた頂点を有するポリゴンを複数備えて構成されたエン
ベロープモデルであって、一連のモーションに関するフ
レーム毎のデータから描画周期に対応させてゲームキャ
ラクタ画像を作成する３Ｄモデルの描画データ作成プロ
グラムを記録した可読記録媒体において、任意のフレー
ム時点の画像作成において、任意のフレームにおける前
記ゲームキャラクタ画像の作成において、１のポリゴン
のある頂点に対し、各スケルトンとの前記関連付け度合
いを示す比重値を表す行列と当該フレームにおける頂点
のワールド座標系への変換行列と特定のフレームにおけ
る頂点のワールド座標系からの逆変換行列との積を関連
付けされたスケルトン毎に求めると共に、それらを加算
して行列を求め、求めた行列と特定のフレームにおける
頂点のワールド座標とを、行列と３次元座標との積を計
算する３次元乗算処理部に導いて演算させることによ
り、当該頂点の任意のフレームでのワールド座標を求め
る３Ｄモデルの描画データ作成プログラムを記録した可
読記録媒体。