影视游戏装置及其模型显示方法 以及计算机可读记录媒体 本发明涉及一种影视游戏装置，该装置用于在图象随着游戏角色在人工控制器的控制之下在显示屏上的游戏空间中所显示的水面或类似水面上移动时的位置和方向而变化时，在显示屏上实时显示一个三维图象，一种用于在影视游戏装置显示屏上的游戏空间中显示多个模型的方法，以及一种存储用于控制影视游戏装置的程序的计算机可读记录媒体。
由玩游戏者在显示屏上模拟车辆驾驶-如汽车驾驶的驾驶影视游戏装置已为大家所公知。这些驾驶影视游戏装置中的一种是由玩游戏者操纵一个游戏中的角色驾驶一架水上飞机来模拟水上飞机在水面上的飞行。
人们已试图通过显示附近的楼房、建筑物以及游戏角色们在水面上的倒影来逼真地显示这种影视游戏装置的图象。从而获得了两种用于和楼房、建筑物和游戏角色的倒影一起来显示水面的主要的计算机图形技术。
按照第一种计算机图形技术，如果一个游戏角色或建筑物作为点阵图象被显示，则该点阵图象被垂直翻转或预先生成另一个从该点阵图象垂直翻转而成的点阵图象，然后显示在被显示水面上。
按照第二种计算机图形技术，如果一个游戏角色或建筑物作为多边形被显示，则通过一个执行连续计算来确定那些多边形是如何反射到水面上的镜像翻转过程(mirror inversion process)来获得其反射图象。
按第一种计算机图形技术显示的点阵图象是一个二维图象，它是从一个特定视点的位置和方向上在所显示的水面上的反射。如果该游戏角色或建筑物是三维表示的，则即使当点阵图象是被精确计算的，也难以追随游戏角色在水面上移动时视点的位置来进行显示。
第二种计算机图形技术可以用反射图象来精确表示作为多边形显示的游戏角色或建筑物。但是，由于由镜像翻转过程执行地连续操作耗时，故第二种计算机图形技术并不适用于需要快速响应玩游戏者的手动操作来实时显示图象的影视游戏。
因此，本发明的目的是提供一种影视游戏装置，它能够在显示器上实时显示一个反射在光反射表面上的、以一种快速响应显示在三维游戏空间中的游戏角色的视点移动的方式来显示在三维游戏空间中的模型的图象。
依据本发明，提供了一种影视游戏装置，它包括模型数据存储装置，用于存储在三维游戏空间中构成多个模型的多边形顶点坐标和三维游戏空间中的一个平面的坐标；角色移动装置，用于在三维游戏空间中响应一个玩游戏者的操作来移动游戏中的一个角色；翻转的多边形数据输出装置，用于确定那些构成至少一个模型的多边形以所述平面为中心对称翻转而成的多边形的顶点坐标；以及图象显示处理装置，用于显示这些模型和翻转后的多边形，使之在视觉上是随着游戏角色的视点位置和视线方向而移动的。
响应于玩游戏者的操作，游戏角色在三维游戏空间中移动，并且那些依赖于游戏角色的视点位置和视线方向而在三维游戏空间中移动的模型也被显示。此时，那些模型依赖于游戏角色的视点位置和视线方向而被显示。那些构成至少一个模型的多边形以所述平面为中心对称翻转而成的多边形的顶点坐标被确定，并且被翻转的多边形根据游戏角色的视点位置和视线方向，作为平面上的反射模型而显示。从而，从玩游戏者的角度来看，在这个影视游戏装置上玩的影视游戏非常逼真。
图象显示处理装置包括用于显示作为光学反射表面的平面的装置。光学反射表面可以是海洋、湖泊或河流的水面，也可以是表面覆盖了窗格玻璃的建筑物墙壁。
模型包括几何模型和结构模型，并且翻转多边形数据输出装置包括用于确定至少一个结构模型的翻转多边形顶点坐标的装置。
翻转多边形数据输出装置具有用于存储所确定的翻转多边形顶点坐标的翻转多边形数据存储装置。
由于那些构成至少一个模型的多边形以所述平面为中心对称翻转而成的多边形的顶点坐标被确定并储存，从而无需较长的计算时间即可可靠地实时显示出反射在平面上的模型。
影视游戏装置还包括翻转多边形结构数据(texture data)存储装置，用于存储映射到翻转多边形的结构数据，图象显示处理装置包括用于显示具有映射到其上的结构数据的翻转多边形的装置。
如果平面是一个水面，那么反射在平面上的模型的多边形结构数据可以是表示包括了叠加在未翻转多边形上的水波模式的模拟水波的结构数据，校正了颜色以匹配于水面颜色的结构数据和在多边形模型离水面距离较大时，其颜色更接近于水面颜色的多边形模型结构数据，这些结构数据使得影视游戏看起来更逼真。
依据本发明，还提供了一种影视游戏装置，包括模型数据存储装置，用于存储在三维游戏空间中构成多个模型的多边形的顶点坐标和三维游戏空间中的水面坐标；角色移动装置，用于响应玩游戏者的操作，在三维游戏空间中移动一个游戏角色；以及图象显示处理装置，用于显示这些依赖于游戏角色视点位置和视线方向而移动的模型和翻转后的多边形在视觉上是可移动的，模型包括位于水面下的水下模型，水下模型包括多边形，其顶点坐标的建立使得水下模型看上去是经过水面折射的。
利用这种设计，游戏角色根据玩游戏者的操作在三维游戏空间中移动，并且那些随着游戏角色的视点位置和视线方向也在移动的模型被显示出来。水下模型随着游戏角色的视点位置和视线方向也被显示。水下模型的多边形顶点坐标的建立使得水下模型看上去是经过水面折射的，由于这些水下模型看起来好象是穿过了水面，从而对玩游戏者视觉来说，影视游戏变得高度逼真了。
依据本发明，提供了一种在影视游戏装置中三维显示多个模型的方法，游戏中的角色被三维显示并可随玩游戏者的操作而移动，该方法包括如下步骤：用多边形构造模型；在三维游戏空间中建立一个平面；确定那些至少构成一个模型的多边形被以平面为中心对称翻转后的顶点坐标；以及显示这些模型和翻转后的多边形，使得它们在视觉上是随着游戏角色的视点位置和视线方向而移动的。
依据本发明，还提供了一种计算机可读的记录媒体，它存储了一个游戏程序，用于操作一影视游戏装置来使得游戏角色响应玩游戏者的操作而在包括了多个由多边形构成的模型和一个平面的三维游戏空间中移动，该计算机可读的用于操作一电视游戏装置的游戏程序是通过确定那些构成至少一个模型的多边形被以平面为中心对称翻转后的顶点坐标和显示这些模型和翻转后的多边形，使之在视觉上是随着游戏角色的视点位置和视线方向而移动的。
本发明的上述目的、性能和优点将从下面的描述中变得清楚，下面将以最佳实施例为例，结合附图详细说明本发明。
图1是依据本发明的影视游戏装置的方框图；
图2是由图1所示的影视游戏装置执行的显示过程的流程图；以及
图3示出了在图1所示的影视游戏装置的显示器上进行三维显示的一个图象，该图象包括在所示水面上的反射。
如图1所示，一个依据本发明的影视游戏装置，包括：一个由玩游戏者操作的手动控制器1，一个显示游戏图象的显示监示器2，一个用于控制该影视游戏装置的操作的CPU(中央处理单元)3，一个用于产生图形数据的图形数据发生器4，一个用将来自图形数据发生器4的图形数据处理成被显示的图象数据的图象显示处理器5，一个用于存储影视游戏程序的游戏程序存储器6，一个存储多边形数据的多边形数据存储器7，一个存储翻转后的多边形数据的翻转多边形数据存储器8，一个存储结构数据的结构数据存储器9，一个用于临时存储被处理的数据的RAM(随机存取存储器)10以及一个用于存储要发送到显示监示器2的图象数据的帧缓冲器11。
游戏程序存储器6、多边形数据存储器7、翻转多边形数据存储器8和结构数据存储器9中的每一个都包括一个ROM(只读存储器)。
玩游戏者可以在看到显示监示器2上显示的图象的同时手动操作手动控制器1，在操作时由手动控制器1产生的控制信号被发送到CPU3。
假设在影视游戏装置上玩的游戏是水上飞机模拟驾驶游戏，其中玩游戏者控制一个显示出来的游戏角色登上一水上飞机并驾驶该水上飞机来模拟水上飞机在水面上的飞行。
响应玩游戏者对手动控制器1的操作，CPU3按照存在游戏程序存储器6中的游戏程序来控影视游戏装置的操作，进行水上飞机的模拟驾驶。CPU3能实现如下两个主要功能A、B：
A.视点计算功能：
根据手动控制器1的一个控制信号，CPU3计算游戏角色移动的距离和角度，即计算游戏角色的视点位置和视线方向，并将计算出的数据存到RAM10中。例如，根据手动控制器1上的操纵盘或驾驶控制元件转动的方向和操纵盘偏转的角度，CPU3计算游戏角色在横向变化时的视线方向，还计算游戏角色在横向变化时的视点位置。当手动控制器1上的加速踏板或加速控制器件被压下或更大程度地压下时，CPU3计算游戏角色的所增加的速度。
B.数据输入/输出功能：
CPU3将计算出的数据从RAM10发送到图形数据发生器4并将图形数据发生器4产生的图形数据发送到图象显示处理器5。
多边形数据存储器7存储用于构成显示在显示监示器2的显示屏上的表示各种目标的模型，如游戏角色、几何物体、房屋、建筑物等的多边形顶点的三维坐标。
翻转多边形数据存储器8存储的数据是那些多边形在达到一个预定高度之前产生的翻转后的多边形数据，这个预定高度是建筑、桥梁、隧道等各种模型被反射在水面上的反射高度，应注意这些模型应是存储在多边形数据存储器7中的所有模型在水面上的反射。存储在翻转多边形数据存储器8中的翻转多边形的数据表示这样一种多边形：它的顶点垂直位置(-z)是位于水面H(x，y，o)之上的多边形的顶点垂直位置(z)以水面H(x，y，o)为中心的翻转位置。
结构数据存储器9存储结构数据，此结构数据是将被映象到翻转后的多边形上的二维数据，根据从翻转多边形数据到水面的距离和反射到水面上的模型的亮度以及水面是一个海面还是一个河面，确定这些将被映象到翻转后的多边形上的二维数据。
图形数据发生器4执行诸如坐标转换或光源计算之类的几何运算过程。尤其是，图形数据发生器4对多边形数据存储器7和翻转多边形数据存储器8中的多边形数据的每个顶点的坐标数据以及来自CPU3的距离和角度数据进行坐标转换，从而确定多边形顶点的新坐标数据。图形数据发生器4还完成了光源计算以便根据从已确定的多边形顶点新坐标数据到一个假想的光源的距离来确定多边形每个顶点的亮度。
而且，图形数据发生器4利用所确定的新多边形顶点坐标数据，确定将被映象到多边形上的结构数据在结构数据存储器10中的地址数据。
图形数据发生器4将产生的各种数据回送到CPU3，然后CPU3将接收到的数据存入RAM10中。
根据来自CPU3的图象显示图形命令，图象显示处理器5将要显示的数据送到帧缓冲器11。
图象显示图形命令包括：
由图形数据发生器4产生的新多边形顶点坐标数据的二维数据，即表示在帧缓冲器11中的地址数据的多边形顶点地址数据；
地址数据，表示将被映象到多边形上的结构数据在结构存储器10中的存储位置；以及
多边形的亮度数据。
图象显示处理器5将结构数据映象到多边形上，即完成用于写入与帧缓冲器11中的多边形顶点地址数据相应的结构数据的结构映象处理。
依据本发明的影视游戏装置可以是一个商业用的影视游戏机、家用影视游戏机或通用个人电脑。如果影视游戏装置是一台商业用影视游戏机，则手动控制器1具有一个舵轮，一个加速踏板等，并且显示监示器2包括一个专用的CRT等。如果影视游戏装置是一台家庭用影视游戏机，则手动控制器1具有一个十字形按键和其它控制按钮，并且CPU3、图形数据发生器4和存储器被安装在影视游戏机本体内，显示监示器2一般是电视监视器。如果影视游戏装置是一台个人电脑，则手动控制器1包括一个键盘和一个诸如鼠标器、追踪球之类的输入设备，显示监示器2包括一个图形显示监示器，而CPU3、图形数据发生器4和存储器安装在个人计算机内。
如果影视游戏装置是一台家用影视游戏机或个人计算机，则游戏程序最初被记录在诸如软盘、CD-ROM、磁光盘、DVD之类的计算机可读记录媒体上，然后通过其内的一个读取装置将程序从记录媒体读到影视游戏机或个人计算机中。
图2示出了由图1所示的影视游戏装置执行的显示过程。图3示出了显示在显示监示器2上的三维游戏图象，该图象包括了在所显示的水面上的反射。
在步骤S100，当玩游戏者操纵手动控制器1并且手动控制器1产生一控制信号时，CPU3从控制信号中读出控制数据。如果该控制信号代表水上飞机上的游戏角色的移动，即游戏角色的视点位置和视线方向发生了移动，则CPU3在步骤S110根据控制数据计算每个所显示的多边形的距离和角度数据。
在步骤S120，计算出的距离和角度数据从CPU3被发送到图形数据发生器4，然后由图形数据发生器4根据发送到的距离和角度数据以及多边形顶点的三维坐标数据，执行诸如坐标变换和光源计算之类的几何运算过程。
通过CPU3将图形数据发生器4产生的数据发送到图象显示处理器5。在步骤S130，图象显示处理器5将一个要显示的背景的图象数据写入帧缓冲器11中，然后在步骤S140，写入要显示的，在给定高度z、-z的多边形模型和翻转后的多边型模型。此后，在步骤S150图象显示处理器5执行一个结构映象过程。
然后在步骤S160，图象显示处理器5写入代表具有细白条纹结构的水波的多边形模型，最后在步骤S170写入诸如游戏角色和水上飞机之类的物体。
通过上述过程，可以在显示监示器2上显示如图3所示的图象，该图象包括一座桥，桥的底面和侧面被反射到所显示的水面上，这种在水面上的反射使得游戏更逼真，从而更吸引玩游戏的人。
图3所示的图象是从在诸如河面的水面上移动的水上飞机上看到的。在所显示的图象中，位于河21上的桥22具有一个侧表面23和一个底面24，它们以河面21上的一个平面H为中心被翻转反射成图象23a，24a。
由于翻转后的多边形模型存储在翻转多边形数据存储器8中，并被提供给图形数据发生器4，所以在图形数据发生器4执行几何运算过程时，没有过多的负担强加于其上。图形数据发生器4能产生一个桥22底面24的反射图象，该图象不能简单地用点阵图象来表示，从而使得游戏看起来更逼真。
河21的水面可作为一个多边形模型来显示，并且可准备将半透明结构数据映象到水面的多边形模型上。
影视游戏装置可利用一个只在需要显示翻转后的多边形时计算多边形每个顶点的垂直位置(-z)的处理器来代替存储翻转后多边形模型的翻转多边形数据存储器8。这样的处理器可以以比执行镜像翻转过程的处理器更快的速度处理数据。
除具有水面和水波的多边形数据外，结构数据存储器10还存储表示模拟水波的黑蓝结构数据，作为翻转后的多边形模型的结构数据。模拟水波的结构数据包括叠加在未翻转多边形上的水波模式，经校正颜色以适应水面颜色的结构数据和在距水面的距离更大时，其颜色更接近于水面颜色的多边形模型的结构数据。利用这些结构数据，可以很容易地产生一个好象反射在有波纹的水面上的变形图象，使得翻转后的多边形模型看上去好象是被反射在水面上。
也可以按照图2所示的步骤S130～S170以外的任意顺序写入背景图象数据、多边形模型、翻转后的多边形模型以及表示水波的多边形模型。
依据本发明的反射图象生成过程不仅仅局限于反射在所示水面上的图象的生成，它也同样适用于在其它所显示的表面上反射的图象，如覆盖有玻璃窗格的建筑物墙面。
多边形数据存储器7也可以存储作为水下图象显示的多边形模型的数据。尤其是，多边形数据存储器7也可以存储，在水上的多边形模型的顶点坐标未压缩的情况下，作为水下图象显示的，其顶点坐标以一给定比率被压缩的多边形模型的数据。结构数据存储器10也可以存储那些将被映象到作为水下图象显示的多边形模型上的深蓝结构数据。如果存储了这些多边形模型数据和结构数据，就可以显示好象是从水面折射的水下多边形模型，使得在游戏过程中显示监示器上所显示的图象更逼真。
尽管已详细说明了本发明的最佳实施例，但应理解在不超出后面的权利要求范围的情况下可以作出各种改变和修改。