CN1399230A - 图像处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理的方法和设备，它能够减少所处理的负荷和显示更真实的图像。图像处理设备包括摄象机控制矩阵处理装置(121)、目标矩阵处理装置(122)和目标图显示装置(123)。

Description

图像处理方法和设备

技术领域

本发明涉及可应用于游戏设备的图像处理方法和设备，该游戏设备通过在显示器上显示图像在实时的基础上使游戏前进，更具体地讲涉及有效地使用游戏设备的硬件资源的图像处理方法和设备。

背景技术

一般地，能够在实时的基础上处理游戏的计算机游戏设备包括一个游戏设备主体，它使用预存储的游戏软件，一个控制单元，它给出用于处理的操作信号，包括图像中特征的运动，一个显示图像的显示器，该图像表示在游戏设备主体中包含的游戏进展的图像，和一个声频单元，当游戏前进时产生必要的声音。

具有清楚的显示屏以便提供更真实图像的游戏设备是很普及的。特别地，使用多边形处理的游戏设备是很普及的，因为它们能够把三维的图像数据表示为提供高可视真实性的一群给定单元的集合。在使用多边形处理的游戏设备中，构成一个目标(在显示屏上可运动的一个显示目标)的多边形数量是递增的，而多边形表面以一个结构涂敷(Coat)，因而进一步增强真实性的图像。

正如上面叙述的，对越来越真实的图像的需求要求硬件应具有减少处理时间以及在实时的基础上处理大大地增加的数据量的能力，使得硬件上的负荷大大地增加了。这个需求预料在将来要继续增加，因此增加了硬件的操作负荷。

首先，要求游戏设备在由游戏者输入的数据的基础上执行实时图像处理，中央处理单元上的基本负荷与单一的计算机图形图像处理相比基本上是高的。

另外，如果游戏设备由多个昂贵的高速操作设备构成，以便保证诸如在飞行模拟器中存在优势的数据处理能力，该游戏设备将是一个昂贵的商品而且不满足市场的需要。

象这样，常规的游戏设备必须执行图像显示处理，同时限制其处理器的处理能力或其数据容量的总数。因此，得到的图像对观看者不能给出足够的真实性。

发明内容

鉴于常规技术的问题，本发明的目的是提供一种图像处理方法和设备，它能够减少图像处理负荷和显示具有更大真实性的图像。

本发明的另一个目的是提供一种图像处理方法和设备，它能够减少被显示的目标的图像处理负荷，以便显示具有更大真实性的图像。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种图像处理方法，包括步骤：在有关确定取景孔方向的虚摄象机信息的矩阵和变换矩阵的基础上通过执行坐标变换来计算目标的矩阵，和设定该目标矩阵的旋转分量为单元矩阵的分量，从而得到有关该目标显示的数据。

虚摄象机可与正常摄象机比较，前者具有一个观察点和有关计算机图形轮廓的图像角。通过指定其位置、光轴方向(其镜头方向)、图像角(变焦宽度)和扭转(绕光轴旋转的角度)设定虚摄象机。换句话说，虚摄象机意味着一个虚拟地设定的观察点。虚摄象机理解为视野方向确定装置，它确定在视频监视器上显示的图像的视野方向。该目标从一个物体(目标)中固有的主体坐标系统成型地变换为世界坐标系统，它规定在三维空间中该图的布局。得到的目标图像进行视野变换为属于由虚摄象机(的位置和角度)确定的视野坐标系统的图像，而这个目标图像在监视器30上进行显示。

另外，最好矩阵的旋转分量由下式给出：

                            X＝TM它包含在三维空间中一个目标的移动或运动的信息，式中M是有关虚摄象机信息的矩阵，而T是变换矩阵，该矩阵的旋转分量被设定，以便形成一个单元矩阵的分量，因而得到有关该目标显示的数据，该目标总是面对取景孔方向。

根据本发明的再一个方面，提供了一种图像处理方法，包括设定矩阵X＝TM的旋转分量的步骤，该旋转分量具有有关在三维空间中的目标的移动或运动的信息，这里的M是有关虚摄象机的信息矩阵，T为变换矩阵，以便构成单元矩阵的分量，从而得到有关始终面向希望方向的目标显示的数据。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于在图像处理设备中产生由虚拟三维空间中的图像数据代表的目标的视图的方法，该方法包括以下步骤：提供表示在虚拟三维空间中定义的目标的一侧的图像数据；在虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向，从而定义一个显示的视图；响应从所述观察点的取景孔方向相对于目标的变化，修改目标的旋转坐标，使得当目标在所述观察点的视野内时，目标的所述一侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动；和基于所述修改的旋转坐标产生用于显示目标的所述一侧的视图的图像数据。

根据本发明的又一个方面，提供了一种由具有由游戏者操纵的控制单元的图像处理设备执行的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的方法，该方法包括下列步骤：提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括由定义其一个视图侧的数据定义一个特定目标；在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

根据本发明的又一个方面，提供了一种由具有由游戏者控制的控制单元的图像处理设备执行的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的方法，该方法包括下列步骤：提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括与定义其一个视图侧的数据一起二维定义的一个特定目标；在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是面向沿着所述取景孔方向的方向，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

根据本发明的图像处理设备包括处理装置，在有关虚摄象机的信息矩阵的基础上通过坐标变换形成目标的矩阵并设定该矩阵的旋转分量，以便构成一个单元矩阵。

根据本发明的又一个方面，提供了一种图像处理设备，包括存储装置，用于存储有关虚摄象机的位置坐标与角度的信息和有关目标的位置坐标的信息；和目标矩阵处理装置，在从上述存储装置得到的、有关该摄象机的位置坐标与角度的信息和有关该目标的位置坐标的信息的基础上，计算使该目标面向希望方向的三维坐标系统的角度。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于产生由虚拟三维空间中的图像数据代表的目标的视图的图像处理设备，该设备包括：用于提供表示在虚拟三维空间中定义的目标的一侧的图像数据的装置；用于在虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图的装置；用于响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述目标的变化修改目标的旋转坐标的装置，使得当目标在所述观察点的视野内时目标的所述一侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动；和用于基于所述修改的旋转坐标产生用于显示目标的所述一侧的视图的图像数据的装置。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种游戏设备，包括：用于提供图像数据在虚拟三维空间中定义多个目标的装置，所述多个目标包括由一个视图侧的数据定义的一个特定目标；用于在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图的装置；和用于响应从所述观察点的所述取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标的装置，使得当所述特定目标在所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

据本发明的又一个方面，还提供了一种游戏设备，包括：用于提供图像数据在虚拟三维空间中定义多个目标的装置，所述多个目标包括在三维虚拟空间中与定义一个视图侧的数据一起二维定义的一个特定目标；用于在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图的装置；和用于响应从所述观察点的所述取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标的装置，使得当所述特定目标在所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种游戏设备，包括：用于提供图像数据在虚拟三维空间中定义多个目标的装置，所述多个目标包括在所述三维虚拟空间中与其定义前视图的数据一起二维定义的一个特定目标；用于在所述虚拟三维空间中确定虚拟摄像机的位置坐标和一个图像拾取方向从而定义一个显示的视图的视图确定装置；和用于响应在所述虚拟摄像机的所述图像拾取方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标的坐标修改装置，使得当所述特定目标在所述虚拟摄像机的视野内时特定目标的所述前视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种游戏设备，包括：图像处理装置，用于显示包括从指定的观察点看是二维图像的多个目标的三维坐标空间，其中所述多个目标包括形成二维目标的三维坐标空间的目标；和用于当所述二维目标位于所述观察点的视野内时调整所述二维目标面向相对所述观察点指定的方向的装置。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种与具有由游戏者控制的控制单元的用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的图像处理设备一起使用的游戏软件存储介质，所述游戏软件存储介质上存储的程序用于执行下列步骤：提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括由其一个视图侧的数据定义的一个特定目标；在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种用于具有由游戏者控制的控制单元的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的图像处理设备的游戏软件存储介质，所述游戏软件存储介质上存储的程序用于执行下列步骤：提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括与其一个视图侧的数据一起二维定义的一个特定目标；在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是面向沿着所述取景孔方向的方向，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

在本发明的图像处理中，由坐标变换获得的目标的显示矩阵的旋转分量被设定以构成一个单元矩阵。因此，一直产生面对虚摄象机的取景孔方向的目标显示的数据。即使虚摄象机面对任何方向，摄象机与目标之间的关系是该目标总是面对该摄象机。因此，所要求的有关目标的数据是到该目标前面的唯一(二维)数据，不要求处理大量的数据，因此，保持较轻的工作负荷。该目标可由在面板前面显示的目标数据构成。另外，可设定这个目标以便在预定位置总是面对预定的方向。可设定诸如标志牌的平面目标以便总是面对取景孔方向。至于有关该摄象机的信息矩阵，有关该摄象机的位置和旋转信息根据所要求的游戏设备操作的信息选择。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的游戏设备的图解透视图；

图2示出该游戏设备中的一个目标；

图3是表示该游戏设备轮廓的电气方框图；

图4是该游戏设备的中央处理单元和外围设备的功能方框图；

图5是表示由中央处理单元执行的处理概况的流程图；

图6A-6C示出图像处理的一个例子；

图7A-7C示出图像处理的一个例子；和

图8表示在应用本发明的另一个实施例时由游戏设备的中央处理单元执行的处理概况的流程图。

具体实施方式

下面对照附图叙述本发明的一个例子。

图1表示应用根据本发明的图像处理方法和设备的游戏设备。所表示的是例如处理军用坦克游戏的游戏设备，它包括在从军用坦克发射的子弹击中一个目标产生的爆炸图。

图1的游戏设备具有构成一个驾驶间的一个壳体1。壳体1有一个底1A和一个前面1B，它延续到底1A的一端而垂直该底。底1A有一个游戏者的座席2，游戏者坐在座席2上操作该游戏设备。前面1B中有一个游戏设备主体10。在游戏者座席2装备一个控制单元20，它包括一个操作部件20A、一个加速器20B、一个视野改变开关20C；在上前部装备一个视频监视器30和一个扬声器40。

该游戏设备处理军用坦克游戏。操作部件20A是给予该游戏设备方向数据的唯一控制部件。坦克游戏将该坦克当作移动或运动的显示目标(运动体)。如图2所示的，坦克31可图解地表示和具有一个主体32及一个加农炮瞄准器33。

图3表示游戏设备的电气方框图。游戏设备主体10包括一个中央处理单元(CPU)101，一个辅助处理器102，一个程序/数据ROM103，一个数据RAM104，一个后备RAM105，一个输入接口106，一个选择开关(dip switch)107，一个发声单元108，一个功率放大器109，一个多边形参数存储器110，一个称为几何图形器的坐标变换器111，一个多边形数据存储器112，一个称为再生单元的多边形显示单元113和一个帧存储器114。

中央处理单元(CPU)101通过总线接到辅助处理器102、程序/数据ROM103、数据RAM104、后备RAM105、输入接口106、发声单元108和多边形参数存储器110。输入接口106接到控制单元20和选择开关107。CPU101与辅助处理器102合作读出预先包含在程序/数据ROM103中的有关游戏程序的数据，以便执行该程序。游戏程序包含作为在视频监视器30上显示的目标坦克的位置、方向和角度的控制以及确定显示屏视野的虚摄象机的位置与角度的控制。图5中表示该控制的概况。

发声单元108通过功率放大器109接到扬声器40。发声单元108产生的声频信号由放大器109放大并传送到扬声器40。

多边形参数存储器110的读出端到坐标变换单元111，以便存储器110中的多边形参数传送到该坐标变换单元111。坐标变换单元111接到多边形数据存储器112，以便从存储器112接收多边形数据。在给定的多边形参数和多边形数据的基础上，坐标变换单元111变换被显示的三维多边形坐标为二维相应的坐标。坐标变换单元111的输出连接到多边形显象单元113，以便在投影坐标上的多边形数据传送到多边形显象单元113，它利用存储在帧存储器114中的纹理数据对接收的多边形数据着色，以形成图像数据。多边形象单元113的输出连接到视频监视器30，由显示单元113形成的图像数据在该视频监视器上显示。

控制单元20的加速器20B输出指示加速器开口A的电信号，它响应于游戏者的操作在视频监视器30上的目标的移动或运动速度V中反映出该加速器开口。类似地，操作部件20A输出指示方向θ的电信号，其中反映目标的动作。视野改变开关20C是一个开关，游戏者利用该开关指定虚摄象机的位置，虚摄象机的位置确定在视频监视器30上显示的图像视野。

中央处理单元101与辅助处理器102合作执行存储在程序/数据ROM103中的游戏程序，它包括本发明的图像处理方法，如图4中所示的，因而在功能上实现摄象机控制矩阵处理装置121、目标矩阵处理装置122和目标图显示装置123。程序/数据ROM103包含由确定爆炸图(目标)形状的多边形顶点数据构成的爆炸模型数据MD。数据RAM104包含一个爆炸图显示矩阵X和一个摄象机矩阵M以及发生爆炸的位置数据的爆炸坐标数据CD，和例如爆炸模型数据MD的中心位置坐标。

如在后面叙述的，中央处理单元101控制虚摄象机的位置和旋转，虚摄象机根据从控制单元20来的控制输入确定取景孔方向，取出该摄象机矩阵M及爆炸坐标数据CD，进行操作变换爆炸图(目标)的坐标和在单元矩阵中设定爆炸图矩阵的旋转。另外，中央处理单元101在程序/数据ROM103中存储的爆炸模型数据MD和在数据RAM104中存储的爆炸图显示矩阵X的基础上执行爆炸图显示过程。因此，得到的数据传送到多边形参数存储器110，并且最后传送到显示器30。中央处理单元101根据要求按照操作信息(未示出)计算爆炸图的中心位置，并在这时更新数据RAM104中的爆炸坐标数据CD的值。

这个实施例的操作将对照图5-7进行原理上的叙述，集中在作为目标的爆炸图的显示过程。对该爆炸图，应该使用有关它的前面部分的图像数据。

响应于电源接通操作游戏设备1开始游戏设备主体10的操作以便中央处理单元101与辅助处理器102合作执行图5中所示的过程。

首先，中央处理单元101执行预定的初始化操作(步骤201)。然后中央处理单元101从控制单元20读出操作信息，诸如由游戏者拐弯操作部件的角度和加速器开口(步骤202)，并且在该读出信息的基础上执行有关虚摄象机信息的矩阵(摄象机矩阵)的控制操作(步骤203)。

这个控制操作由下式给出：

M＝R′T′E                    [表达式1]式中E是虚摄象机位置的基本矩阵，T′是移动变换矩阵，R′是旋转变换矩阵，而M是具有摄象机位置信息的矩阵(摄象机矩阵)。

在下面将具体地叙述控制操作。在本实施例中，坦克31的动作是由操作部件20A和加速器20B控制的。因此假定虚摄象机从坦克的观察点观看场景。这样，坦克的位置可认为是摄象机的位置(X_p，Y_p，Z_p)，而坦克的旋转角度可认为是摄象机的旋转角度(X_a，Y_a，Z_a)。这样，由于加速器的工作该坦克的移动或运动反映为摄象机位置((X_p，Y_p，Z_p)的变化，而由操作动作引起的坦克的旋转反映为摄象机旋转角度(X_a，Y_a，Z_a)的变化。

在这种情况下，旋转变换矩阵R′由表达式2的矩阵运算给出，而移动变换矩阵T′由表达式3的矩阵运算给出。表达式2和3的矩阵运算表达式在后面叙述。表达式4的运算表达式或它们的值和随后的表达式类似地在后面叙述。

由于单元矩阵E由表达式4表示，表达式2-4的三个矩阵的乘积为摄象机矩阵M(＝R′T′E)。

然后有关计算的摄象机矩阵M的数据存储在数据RAM104中(步骤204)。

然后中央处理单元101从程序/数据ROM103中读出爆炸坐标数据CD并从数据RAM104中读出摄象机矩阵M(步骤205)。此后，中央处理单元101执行爆炸图的坐标变换，包括爆炸图处理(步骤206)。即，中央处理单元执行下一个矩阵运算：

                            X＝TM式中T是根据当前摄象机矩阵M和该爆炸坐标数据CD的移动变换矩阵，因而得到有关在三维空间中爆炸图的移动或运动的爆炸图显示矩阵X。

更具体地讲，在摄象机位置表示为(T_x，T_y，T_z)时，爆炸图显示矩阵X由表达式5表示。假定在移动变换矩阵T中其第一行为[1000]，其第二行为[0100]，其第三行为[0010]和其第四行为[T_x，T_y，T_z1]。使用这些数字计算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，利用这个坐标变换过程，得到了基于虚摄象机的移动的矩阵。

在这个实施例中，由于在后面叙述的简化计算的原因没有使用旋转变换矩阵R，要计算的仅仅是X＝TM。通过计算X＝TM，有关摄象机信息的矩阵X具有表达式6的值。

在计算爆炸图显示矩阵X的值时，如上所述的，中央处理单元101执行一个操作，在其中矩阵X的旋转分量被设定为单元矩阵的分量(图5的步骤207)。该表达式的分量a-i的各个值包括旋转信息。因此，如果旋转信息设定为构成单元矩阵的值，如在下面的表达式7所示的，则该旋转信息将丢失而且爆炸图显示矩阵X必须表示无旋转状态。

如果在无旋转状态中该目标(在这里为爆炸图)可面向游戏者，则合适的目标可被设定以便在希望的位置总是面向游戏者(在取景孔方向中)。即，总是形成沿该摄象机取景孔方向面向希望方向的目标的爆炸图显示矩阵。即使摄象机的图像拾取方向设定在每个方向中，该目标总是被设定以便面向摄象机。

爆炸图显示矩阵X暂时地存储在数据RAM104中(步骤208)。

此后，爆炸图显示矩阵X从数据RAM104中读出和从ROM103中读出爆炸模型数据MD(步骤209)。然后，执行爆炸图显示过程(步骤210)。在这个显示过程中，根据爆炸图显示矩阵Z和从爆炸模型数据MD读出的多边形顶点数据的乘积产生显示数据。

中央处理单元101产生多边形参数和输出这个数据到多边形参数存储器110(步骤211，212)。

此后，控制返回到步骤202。通过重复上述步骤，得到希望的摄象机信息的矩阵M，并且计算矩阵X，矩阵X是摄象机信息矩阵M与变换矩阵T的乘积。通过设定矩阵X的旋转分量为构成单元矩阵的分量，得到显示数据，在其中爆炸图总是面向取景孔方向。

这样得到的，包括该爆炸图的有关该目标的数据通过多边形参数存储器110传送到坐标变换单元(几何图形器)111，它产生在要求的显示坐标上的显示数据并传送该数据到多边形显象单元(再生单元)113。多边形显象单元113将从帧存储器114得到的结构数据加到该显示数据，因而提供包括装饰的(ornamented)多边形数据显示数据，然后为了显示目的。该显示数据传送到显示器30。

在图5的过程中，步骤202-204构成图4的摄象机控制矩阵处理装置121。步骤205，206构成图4的目标矩阵处理装置。步骤207-210等效地构成图4的目标显示装置123。

为了比较的目的，现在叙述在步骤206的摄象机矩阵X的另一个矩阵计算。在这种实施例中不采用这个方法减少计算负荷。假定该目标在三维空间中移动或运动。在这种情况下，在该目标已移动或运动到的一个位置具有旋转信息的目标显示矩阵X由下式得出：

                            X＝RTM式中R是旋转变换矩阵，而T是移动变换矩阵，它类似于上述表达式5。

现在叙述在坐标变换过程中旋转变换矩阵R的规定的计算例子。首先，假定矩阵M例如是4×4矩阵，其中元素为a、b、c、……k、1，如表达式8-10所示的。

假定旋转变换矩阵R_x具有第一行[1000]，第二行[0cosθsinθ0]，第三行[0-sinθcosθ0]和第四行[0001]。使用这个矩阵计算X＝R_xM，得到X，它有第一行[abco]，第二行[ABCO]，第三行[DEFO]和第四行[jkl1]。由于这个计算的结果，X的大写字母的元素是受到旋转矩阵R_x影响的元素。因此，坐标变换提供了由于虚摄象机对于X轴方向的旋转而得到的矩阵。

类似地，如在表达式9中所示的，假定旋转变换矩阵R_y具有第一行[cosθ0-sinθ0]，第二行[0100]，第三行[sinθ0cosθ0]和第四行[0001]。使用这个矩阵计算X＝R_Y·M，得到X，它具有第一行[GHIO]，第二行[defo]，第三行[JKLO]和第四行[jkel]。由于这个计算的结果，X的大写字母的元素是受旋转矩阵R_Y影响的元素。因此，该坐标变换已提供了由于虚摄象机相对Y轴方向旋转得到的矩阵X。

类似地，如表达式10中所示的，假定旋转变换矩阵R_x具有第一行[cosθsinθ00]，第二行[-sinθcosθ00]，第三行[0010]和第四行[0001]。使用这个矩阵计算X＝R_z·M，得到X，它具有第一行[MNO0]，第二行[PQRO]，第三行[ghio]和第四行[jk11]。由于这个计算的结果，X的大写字母的元素是受旋转矩阵R_z影响的元素。因此，该坐标变换已提供了由于虚摄象机相对于Z轴方向的旋转得到的矩阵X。

如上所述，由摄象机矩阵M和旋转变换矩阵R的乘积得到具有旋转分量的矩阵X。

接着，对照图6和7具体地叙述本发明的运算效果。

首先，为了比较，假定引入目标的旋转变换矩阵R和对于X＝RTM的目标矩阵处理已经执行了。

现在，如图6A中所示的，假定目标510已放置在区域500中心的上面而且虚摄象机的观察点520从该中心朝上。如果计算摄象机矩阵M＝R′T′E，这里E是单元矩阵，则得到的矩阵M具有第一行[1000]第二行[0100]，第三行[0010]和第四行[0001]，如图6B所示的。因此，在计算X＝RTM和从摄象机观察点520观察到目标510时，得到一个矩形的目标510′，如图6C所示的。如刚才所述的，由于图像面向预定的方向，通过计算X＝RTM得到了具有预定尺寸的目标510。

现在，如图7A中所示的，假定目标510已经放置在地区500中心的上面和虚摄象机的观察点520从左下朝向右上。如果计算摄象机矩阵M＝R′T′E，这里E是单元矩阵，则得到的矩阵M具有第一行[ABCO]，第二行[DEFO]，第三行[GHIO]和第四行[abc1]，如图7B中所示的。因此，当计算X＝RTM和从摄象机观察点520观察目标510时，得到一个梯形目标510′，较小侧朝向左边，而较大侧朝向右边，如图7C中所示的。正如刚叙述的，在有关摄象机的位置和旋转信息的基础上考虑目标510以便提供预定的图像。

相反地，下面叙述在本实施例中采用的一个简单目标矩阵过程的X＝TM计算情况。

现在假定6A和7A的地区510包含一个矩形多边形。在图6A中，矩形多边形510以四个顶点参数表示：

                P1(X1，Y1，Z1)P2(X2，Y2，Z2)，

                P3(X3，Y3，Z3)P4(X4，Y4，Z4)。

假定图7A表示该摄象机已移动和旋转的状态。四个顶点P1-P4由M＝R′T′E得到的摄象机矩阵变换为参数(顶点)P1′，P2′，P3′和P4′，这些顶点表示为：

                P1′＝P1·M，P2′＝P2·M，

                P3′＝P3·M，P4′＝P4·M。

如果按原样表示那些参数，将得到图7C的矩阵。

假定M′是通过设定旋转信息得到矩阵，该旋转信息由构成单元矩阵的相应分量中的图7B的摄象机矩阵的A、B、C、D、E、F、G、H、I表示的。则四个顶点变换为：

                P1″＝P1·M′，P2″＝P2·M′，

                P3′′＝P3·M′，P4′′＝P4·M′。通过显示该变换数据P1″，P2″，P3″和P4″，图7C的矩形多边形被显示以便面向图7A中所示的取景孔方向。总之，通过构成具有旋转信息的单元矩阵，保持图6A的位置关系，其中矩形多边形510总是面向该摄象机。

正如上面刚叙述的，在本实施例中，根据由控制单元20提供的控制计算虚摄象机信息的矩阵M，然后执行坐标变换X＝TM，和处理矩阵X的旋转分量以便得到单元矩阵的分量。因此，基于该单元矩阵的伪运算，爆炸图被设定以便总是以90度至该虚摄象机的取景孔。因此，只使用有关爆炸图的前面的数据，可以表示爆炸图的整个图像。即，由于该目标可取决于该摄象机的观察点运动，只使用有关爆炸图的预定的部分地区的数据，该目标可以只使用有关爆炸图的预定地区的数据以三维表示。在计算爆炸图显示矩阵X时，由于使用单元矩阵的伪运算，再生有关使用旋转变换矩阵R的爆炸图旋转的耗时的运算是无用的。因此，包含在观察点运动中目标的运动和显示运算所要求的数据量减少了，所处理的显示数据量也减少了，因此减少了计算负荷，而取得高速计算由于该目标取决于观察点的运动而运动，只使用有关该目标一部分的数据诸如前面的数据，该目标可被表示为好象该目标是三维的。因而表示了高质量的图像。

虽然在本实施例中假定包括用于本发明中的图像处理的目标的游戏是一种坦克游戏，该游戏可能仅是在自动移动或运动的目标上以枪射击的游戏。虽然该爆炸图已作为目标说明，该目标可以是任何目标。例如，该目标可以是特定的敌人的坦克或者该坦克游戏中的特定背景。可替代地，该目标可以是不动的标志牌。根据本发明，该目标可以总是被引导以便面向取景孔方向而且减少运算负荷。

此外，对照图8叙述本发明的另一个实施例。

这个实施例具有等效于处理坦克游戏的前面实施例的结构。中央处理单元101执行图8的过程。

在这个实施例中，有关摄象机的位置及其角度的坐标信息在摄象机控制矩阵处理中得到了。另外，为了在目标矩阵运算中精确地引导目标，可以根据该目标的位置和该摄象机位置及摄像机旋转角度计算关于三维坐标轴的目标旋转角度。

现在叙述图8的过程。首先，在预定的初始化之后，作为摄象机控制矩阵过程(步骤301-303)，中央处理单元101得到有关相对三维坐标原点的摄象位置数据(C_x，C_y，C_z)和有关摄象机角度的数据(A_x，A_y，A_z)。在这里，例如，A_x表示摄象机已相对三维坐标的X轴旋转的角度。而且，A_y和A_z分别表示摄象机已相对Y轴和Z轴旋转的相应角度。有关摄象机的位置数据(C_x，C_y，C_z)和角度数据(A_x，A_y，A_z)存储在数据RAM104中作为摄象机矩阵M，它是M＝R′T′E计算的结果(步骤304)。

在以这样方式得到相应的数据时，从RAM104取出爆炸坐标数据CD以便提供目标位置坐标(Q_x，Q_y，Q_z)，和在目标矩阵运算(步骤305，306)中产生使爆炸图精确地面向取景孔方向的角度数据。相对Y、X和Z轴产生有关爆炸图的角度数据如下。Y轴的旋转角度Y_ang由下式计算：

        Y_ang＝tan^-1[(O_x-C_x)/(O₂-C₂)]    [表达式11]式中(O_x-C_x)是目标与摄象机的坐标之间在X轴方向的距离，和(O₂-C₂)是目标与摄象机的坐标之间在Z轴方向的距离。

X轴的旋转角度X_ang计算如下：

X_ang＝t_an ^-1[(O_x-C_x)sin(Y_ang)+(O₂-C₂)cos((Y_ang)/(O_y-C_y)]

                                                     [表达式12]

Z轴的旋转角度Z_ang计算如下：

                Z_ang＝A_z                             [表达式13]

在计算目标矩阵运算中精确地引导爆炸图在取景孔方向的角度数据(Y_ang，X_ang，Z_ang)时，通过使用角度数据((Y_ang，X_ang，Z_ang)计算X＝RTM来执行爆炸图的坐标变换，得到的数据X被存储(步骤307，308)。此后，如在上面所述的，读出显示过程所要求的数据，执行爆炸图的显示、多边形参数的产生和输出多边形参数(步骤309-312)。

如上面刚叙述的，利用显示数据执行显示过程，显示数据爆炸图和平面目标精确地面向希望的方向(取景孔方向)，以致该目标总是面向取景孔方向。例如，可引导作为平面目标的标志牌以便总是面向取景孔方向。在本实施例中，在有关目标位置的数据和有关摄象机的位置及角度的基础上。可设定目标以便总是精确地面向希望的方向(取景孔方向)。 $R^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{Xa}& \sin \mathrm{Xa}& 0\\ 0& -\sin \mathrm{Xa}& \cos \mathrm{Xa}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{Ya}& 0& -\sin \mathrm{Ya}& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ \sin \mathrm{Ya}& 0& \cos \mathrm{Ya}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{Za}& \sin \mathrm{Za}& 0& 0\\ -\sin \mathrm{Za}& \cos \mathrm{Za}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$ [表达式2] $T^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ \mathrm{Xp}& \mathrm{Yp}& \mathrm{Zp}& 1\end{array}\right]$ [表达式3] $E=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$ [表达式4]

[表达式5] $\left[\begin{array}{cccc}a& b& c& 0\\ d& e& f& 0\\ g& h& i& 0\\ A& B& C& 1\end{array}\right]$ 其中、A＝aTx+dTy+gTz+j

  B＝bTx+eTy+hTz+k

  C＝cTx+fTy+iTz+l[表达式6] $\left[\begin{array}{ccc}a\→1& b\→0& c\→0\\ d\→1& e\→1& f\→0\\ g\→1& h\→0& i\→1\end{array}\right]$ [表达式7]

[表达式8][表达式9]

[表达式10]

Claims (38)

1.一种图像处理方法，包括步骤：在有关确定取景孔方向的虚摄象机信息的矩阵和变换矩阵的基础上通过执行坐标变换来计算目标的矩阵，和设定该目标矩阵的旋转分量为单元矩阵的分量，从而得到有关该目标显示的数据。

2.根据权利要求1的图像处理方法，其中有关虚摄象机的信息矩阵包括有关该摄象机的位置与旋转的信息。

3.一种图像处理方法，包括设定矩阵X＝TM的旋转分量的步骤，该旋转分量具有有关在三维空间中的目标的移动或运动的信息，这里的M是有关虚摄象机的信息矩阵，T为变换矩阵，以便构成单元矩阵的分量，从而得到有关始终面向希望方向的目标显示的数据。

4.一种图像处理设备，包括处理装置，在有关虚摄象机的信息矩阵的基础上通过坐标变换形成目标的矩阵并设定该矩阵的旋转分量，以便构成一个单元矩阵。

5.根据权利要求4的图像处理设备，其中所述处理装置包括摄象机控制矩阵处理装置，用于获得有关虚摄象机的信息矩阵；和目标矩阵处理装置，在虚摄象机的信息矩阵与变换矩阵的乘积的基础上获得具有有关旋转点的信息的目标矩阵，和设定该目标矩阵的旋转分量以便构成一个单元矩阵，从而得到有关始终面向希望方向的目标显示的数据。

6.一种图像处理设备，包括存储装置，用于存储有关虚摄象机的位置坐标与角度的信息和有关目标的位置坐标的信息；和目标矩阵处理装置，在从上述存储装置得到的、有关该摄象机的位置坐标与角度的信息和有关该目标的位置坐标的信息的基础上，计算使该目标面向希望方向的三维坐标系统的角度。

7.一种用于在图像处理设备中产生由虚拟三维空间中的图像数据代表的目标的视图的方法，该方法包括以下步骤：

提供表示在虚拟三维空间中定义的目标的一侧的图像数据；

在虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向，从而定义一个显示的视图；

响应从所述观察点的取景孔方向相对于目标的变化，修改目标的旋转坐标，使得当目标在所述观察点的视野内时，目标的所述一侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动；和

基于所述修改的旋转坐标产生用于显示目标的所述一侧的视图的图像数据。

8.根据权利要求7的方法，其中目标的旋转坐标的修改使得目标的所述一侧面向沿着所述取景孔方向的方向。

9.根据权利要求7的方法，其中在虚拟三维坐标空间中二维地定义该目标。

10.根据权利要求9的方法，其中目标的旋转坐标的修改使得二维定义的目标的所述一侧的法线面向沿着所述取景孔方向的方向。

11.根据权利要求7的方法，其中目标由定义该目标所述一侧的图像数据所定义，并且该图像数据缺少除了该目标所述一侧以外的其它侧的数据。

12.一种用于产生由虚拟三维空间中的图像数据代表的目标的视图的图像处理设备，该设备包括：

用于提供表示在虚拟三维空间中定义的目标的一侧的图像数据的装置；

用于在虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图的装置；

用于响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述目标的变化修改目标的旋转坐标的装置，使得当目标在所述观察点的视野内时目标的所述一侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动；和

用于基于所述修改的旋转坐标产生用于显示目标的所述一侧的视图的图像数据的装置。

13.根据权利要求12的设备，其中目标的旋转坐标的修改使得目标的所述一侧面向沿着所述取景孔方向的方向。

14.根据权利要求12的设备，其中在虚拟三维坐标空间中二维地定义所述目标。

15.根据权利要求14的设备，其中目标的旋转坐标的修改使得二维定义的目标的所述一侧的法线面向沿着所述取景孔方向的方向。

16.根据权利要求12的设备，其中目标由定义目标所述一侧的图像数据所定义，并且该图像数据缺少除了该目标所述一侧以外的其它侧的数据。

17.一种游戏设备，包括：

用于提供图像数据在虚拟三维空间中定义多个目标的装置，所述多个目标包括由一个视图侧的数据定义的一个特定目标；

用于在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图的装置；和

用于响应从所述观察点的所述取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标的装置，使得当所述特定目标在所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

18.根据权利要求17的游戏设备，其中在所述虚拟三维坐标空间中二维地定义所述特定目标。

19.根据权利要求17的游戏设备，其中所述修改装置修改所述特定目标的旋转坐标，使得特定目标的所述一个视图侧面向沿着所述取景孔方向的方向。

20.根据权利要求18的游戏设备，其中所述修改装置修改所述特定目标的旋转坐标，使得二维定义的目标的所述一个视图侧的法线面向所述取景孔方向的方向。

21.根据权利要求18的游戏设备，其中所述修改装置修改所述特定目标的旋转坐标，使得二维定义的目标的所述一个视图侧的法线面向所述取景孔方向。

22.根据权利要求17的游戏设备，其中所述目标由定义特定目标的所述一个视图侧的图像数据所定义，并且该图像数据缺少除了特定目标的所述一个视图侧以外的其它侧的数据。

23.一种由具有由游戏者操纵的控制单元的图像处理设备执行的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的方法，该方法包括下列步骤：

提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括由定义其一个视图侧的数据定义一个特定目标；

在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和

响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

24.一种由具有由游戏者控制的控制单元的图像处理设备执行的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的方法，该方法包括下列步骤：

提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括与定义其一个视图侧的数据一起二维定义的一个特定目标；

在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和

响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是面向沿着所述取景孔方向的方向，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

25.根据权利要求24的游戏软件存储方法，其中所述修改装置修改特定目标的旋转坐标，使得所述一个视图侧的法线面向沿着所述取景孔方向的方向。

26.根据权利要求24的游戏软件存储方法，其中特定目标的旋转坐标的修改使得所述一个视图侧的法线面向所述取景孔方向。

27.一种游戏设备，包括：

用于提供图像数据在虚拟三维空间中定义多个目标的装置，所述多个目标包括在三维虚拟空间中与定义一个视图侧的数据一起二维定义的一个特定目标；

用于在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图的装置；和

用于响应从所述观察点的所述取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标的装置，使得当所述特定目标在所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

28.根据权利要求27的游戏设备，其中所述修改装置修改所述特定目标的旋转坐标，使得特定目标的所述一个视图侧面向沿着所述取景孔方向的方向。

29.根据权利要求27的游戏设备，其中所述修改装置修改所述特定目标的旋转坐标，使得特定目标的所述一个视图侧面向所述取景孔方向。

30.一种游戏设备，包括：

用于提供图像数据在虚拟三维空间中定义多个目标的装置，所述多个目标包括在所述三维虚拟空间中与其定义前视图的数据一起二维定义的一个特定目标；

用于在所述虚拟三维空间中确定虚拟摄像机的位置坐标和图像拾取方向从而定义一个显示的视图的视图确定装置；和

用于响应在所述虚拟摄像机的所述图像拾取方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标的坐标修改装置，使得当所述特定目标在所述虚拟摄像机的视野内时特定目标的所述前视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

31.根据权利要求30的游戏设备，其中所述坐标修改装置包括用于修改所述特定目标的旋转坐标的装置，使得当在所述虚拟三维空间中处理的目标的数据被转换成由所述视图确定装置决定的视野坐标系统时，所述前视图的法线面向沿着所述图像拾取方向的方向。

32.一种与具有由游戏者控制的控制单元的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的图像处理设备一起使用的游戏软件存储介质，所述游戏软件存储介质上存储的程序用于执行下列步骤：

提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括由其一个视图侧的数据定义的一个特定目标；

在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和

响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是被保持显示，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

33.一种用于具有由游戏者控制的控制单元的、用于在虚拟三维空间中控制目标的移动的图像处理设备的游戏软件存储介质，所述游戏软件存储介质上存储的程序用于执行下列步骤：

提供表示在所述虚拟三维空间中多个目标的图像数据，所述多个目标包括与其一个视图侧的数据一起二维定义的一个特定目标；

在所述虚拟三维空间中确定一个观察点的位置坐标以及从所述观察点的取景孔方向从而定义一个显示的视图；和

响应从所述观察点的取景孔方向相对于所述特定目标的变化修改所述特定目标的旋转坐标，使得当所述特定目标位于所述观察点的视野内时特定目标的所述一个视图侧总是面向沿着所述取景孔方向的方向，其中所述变化对应于虚拟摄像机的移动。

34.根据权利要求33的游戏软件存储介质，其中修改步骤包括修改特定目标的旋转坐标的步骤，使得所述一个视图侧的法线面向沿着所述取景孔方向的方向。

35.一种游戏设备，包括：

图像处理装置，用于显示包括从指定的观察点看是二维图像的多个目标的三维坐标空间，其中所述多个目标包括形成二维目标的三维坐标空间的目标；和

用于当所述二维目标位于所述观察点的视野内时调整所述二维目标面向相对所述观察点指定的方向的装置。

36.根据权利要求35的游戏设备，其中所述图像处理装置包括用于调整所述二维目标的装置，使得该目标的一侧面向所述观察点的视图的方向。

37.根据权利要求36的游戏设备，其中所述图像处理装置包括目标旋转显示装置，用于显示所述二维目标的旋转视图，使得该目标的一侧面向所述观察点的视图的方向。

38.根据权利要求35、36或37的游戏设备，其中所述二维目标由仅仅一侧的图像数据定义。

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