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3Dビデオゲームにおいて、仮想カメラシステムは、カメラまたは複数のカメラを制御して3D仮想世界の映像を表示することを目的としています。カメラシステムは、アクションを最適な角度で表示することを目的としたビデオゲームで使用されます。より一般的には、三人称視点が必要な3D仮想世界で使用されます。
映画制作者とは異なり、仮想カメラシステムの開発者は、インタラクティブで予測不可能な世界を扱わなければなりません。プレイヤーキャラクターが数秒後にどこにいるかを知ることは不可能であるため、映画制作者のようにショットを計画することはできません。この問題を解決するために、システムは特定のルールや人工知能に頼って、最も適切なショットを選択します。
カメラシステムには主に3種類あります。固定カメラシステムでは、カメラは全く動かず、プレイヤーキャラクターを連続した静止画で表示します。一方、トラッキングカメラはキャラクターの動きを追跡します。最後に、インタラクティブカメラシステムは部分的に自動化されており、プレイヤーが直接視点を変更できます。ビデオゲーム開発者は、カメラシステムを実装するために、制約ソルバー、人工知能スクリプト、自律エージェントなどの技術を使用します。
ビデオゲームでは、「三人称」とは、プレイヤーキャラクターの後ろやや上方から一定の距離で描画されるグラフィック視点を指します。この視点により、プレイヤーはより特徴的なアバターを見ることができ、アクションゲームやアクションアドベンチャーゲームで最も一般的です。この視点のゲームでは、アバターの位置に応じて環境音の音量が変化する位置オーディオがよく使用されます。[ 1 ]
三人称視点カメラシステムには、主に3つの種類があります。ゲーム制作時にカメラの位置が設定される「固定カメラシステム」、カメラがプレイヤーのキャラクターを追従する「トラッキングカメラシステム」、そしてプレイヤーが操作する「インタラクティブカメラシステム」です。
固定カメラシステムでは、開発者はゲーム作成中にカメラの位置、向き、視野などのプロパティを設定します。カメラビューは動的に変化しないため、同じ場所が常に同じビューセットで表示されます。固定カメラを使用するゲームには、グリムファンダンゴ（1998年）や初期のバイオハザード、ゴッド・オブ・ウォーシリーズなどがあります。[ 2 ]
このカメラシステムの利点の1つは、ゲームデザイナーが映画の言語を使用して、カメラワークとショットの選択を通じて雰囲気を作り出すことができることです。この種のテクニックを使用するゲームは、映画的な品質でしばしば賞賛されます。[ 3 ]固定カメラを使用する多くのゲームはタンクコントロールを使用しており、プレイヤーはカメラの位置ではなくプレイヤーキャラクターの位置に対してキャラクターの動きを制御します。 [ 4 ]これにより、カメラの角度が変わってもプレイヤーは方向を維持できます。[ 5 ]
トラッキングカメラはキャラクターの後ろから追跡します。プレイヤーはカメラを一切操作できません。たとえば、回転させたり、別の位置に移動したりすることはできません。このタイプのカメラシステムは、実装が非常に簡単なため、クラッシュ・バンディクーやトゥームレイダーなどの初期の3Dゲームで非常に一般的でした。しかし、これにはいくつかの問題があります。特に、現在のビューが適切でない場合（オブジェクトによって遮られている場合、またはプレイヤーが関心のあるものが表示されていない場合）、プレイヤーはカメラを操作できないため、ビューを変更できません。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]キャラクターが振り向いたり、壁に背を向けて立ったりすると、この視点が問題を引き起こすことがあります。カメラがガクッと動いたり、不自然な位置になったりすることがあります。[ 1 ]
このタイプのカメラシステムは、トラッキングカメラシステムよりも優れています。カメラはキャラクターを追跡しながら、向きやキャラクターまでの距離などのパラメータを変更できます。ビデオゲーム機では、カメラはアナログスティックで操作されることが多く、高い精度が得られますが、PCゲームでは通常マウスで操作されます。これは、 『スーパーマリオサンシャイン』や『ゼルダの伝説 風のタクト』などのゲームに当てはまります。完全にインタラクティブなカメラシステムは、正しく実装するのが難しい場合が多いです。そのため、GameSpotは、『スーパーマリオサンシャイン』の難しさの多くはカメラの操作に起因していると主張しています。[ 9 ]『ゼルダの伝説 風のタクト』はより成功しており、IGNはカメラシステムを「非常にスマートで、手動修正はほとんど必要ない」と評しました。[ 10 ]
インタラクティブなカメラシステムを提供した最初のゲームの 1 つは、スーパーマリオ 64でした。このゲームには、プレイヤーがいつでも切り替えることができる 2 種類のカメラ システムがありました。1 つ目は、人工知能によって部分的に制御されている点を除けば、標準的なトラッキング カメラ システムでした。実際、このシステムはレベルの構造を「認識」し、特定のショットを予測することができました。たとえば、最初のレベルで、丘への道が左に曲がろうとすると、カメラは自動的に左を向き始め、プレイヤーの動きを予測します。2 つ目のタイプでは、プレイヤーはマリオの位置に対してカメラを制御できます。左または右ボタンを押すとカメラがマリオの周りを回転し、上または下を押すとカメラがマリオに近づいたり遠ざかったりします。[ 11 ] [ 12 ]
カメラシステムの実装方法については、多くの研究が行われています。[ 13 ]制約ソルバーソフトウェアの役割は、一連の視覚的制約に基づいて可能な限り最良のショットを生成することです。言い換えれば、制約ソルバーには、「このキャラクターを表示し、画面スペースの少なくとも30パーセントを占めるようにする」といった要求されたショット構成が与えられます。ソルバーは、さまざまな方法を使用して、この要求を満たすショットを作成しようとします。適切なショットが見つかると、ソルバーはカメラの座標と回転を出力し、グラフィックエンジンのレンダラーはそれを使用してビューを表示できます。[ 14 ]
カメラシステムによっては、解決策が見つからない場合、制約が緩和されることがあります。たとえば、ソルバーがキャラクターが画面スペースの 30 パーセントを占めるショットを生成できない場合、画面スペースの制約を無視して、キャラクターが画面に映るようにするかもしれません。[ 15 ]このような方法には、ズームアウトなどがあります。
一部のカメラシステムは、映画イディオムと呼ばれる一般的なショットシナリオで現在のショットを選択する方法を決定するために、定義済みのスクリプトを使用します。通常、スクリプトはアクションの結果としてトリガーされます。たとえば、プレイヤーのキャラクターが別のキャラクターと会話を開始すると、「会話」スクリプトがトリガーされます。このスクリプトには、2人のキャラクターの会話を「撮影」する方法の指示が含まれます。したがって、ショットは、たとえば肩越しショットとクローズアップショットの組み合わせになります。このようなスクリプトベースのアプローチでは、カメラを定義済みのカメラのセット間で切り替えたり、制約ソルバーを使用してカメラ座標を生成し、シーンレイアウトの変動に対応したりする場合があります。このスクリプトによるアプローチと、仮想カメラを計算するための制約ソルバーの使用は、Druckerによって最初に提案されました。[ 16 ] その後の研究では、スクリプトベースのシステムがリアルタイムチャットアプリケーションでアバター間の会話を表示するためにカメラを自動的に切り替える方法が実証されました。[ 17 ]
ビル・トムリンソンは、この問題に対してより独創的なアプローチを採用した。彼は、カメラが独自の個性を持つ自律的なエージェントとなるシステムを考案した。ショットのスタイルとリズムは、その気分によって影響を受ける。[ 18 ]
2010年、マイクロソフトは、 Xbox 360プレイヤーの全身を検出し、コンソール上のビデオゲームやその他のソフトウェアのユーザーインターフェイスをハンズフリーで制御できる3Dスキャナ/ウェブカメラハイブリッド周辺機器としてKinectをリリースしました。これは後に、カリフォルニア大学デービス校のオリバー・クレイロス[ 19 ]によって、KinectとPCベースの仮想カメラ[ 20 ]を組み合わせた一連のYouTubeビデオで改良されました。Kinectは、キャプチャされたシーン内の全範囲の深度を検出できるため（コンピュータステレオビジョンと構造化光による）、クレイロスは、Kinectと仮想カメラが深度範囲の自由視点ナビゲーションを可能にする能力を実証しましたが、カメラはKinectの正面に映るシーンのビデオキャプチャしか許可できなかったため、カメラが深度フィールド内のビデオをキャプチャできなかった場所には、黒い空虚なフィールドが生じました。その後、Kreylosは、仮想カメラの視野内でのビデオキャプチャをさらに強化するために、2台のKinectのビデオストリームを組み合わせることで、この変更をさらに発展させたことを実証した。[ 21 ] KreylosによるKinectを使用した開発は、ニューヨークタイムズの記事で、Kinectハッキングおよび自作コミュニティの他のメンバーの作品とともに取り上げられた。[ 22 ]
仮想カメラが開発され、監督はモーションキャプチャを撮影し、家や宇宙船などの事前に構築されたデジタル環境でデジタルキャラクターの動きをリアルタイムで確認できるようになりました[ 23 ] [ 24 ]。バイオハザード5は、 2009年の映画アバター用に開発されたこの技術を使用した最初のビデオゲームでした[ 25 ] [ 24 ] [ 26 ]。モーションキャプチャ を使用して仮想カメラの位置と向きを制御することで、オペレーターは歩き回って仮想カメラリグを回転させるだけで、仮想カメラを直感的に移動および照準することができます。仮想カメラリグは、ポータブルモニターまたはタブレットデバイス、モーションセンサー、オプションのサポートフレームワーク、および録画の開始または停止やレンズ特性の調整によく使用されるオプションのジョイスティックまたはボタンコントロールで構成されています。[ 27 ] 1992年、MITメディアラボのマイケル・マッケナは、ポルヘムス磁気モーションセンサーと3.2インチポータブルLCDテレビを木製の定規に固定し、記録に残る最古の仮想カメラ装置を実演した。[ 28 ]ノースカロライナ大学チャペルヒル校のウォークスループロジェクトは、仮想カメラのビュー制御用の物理入力デバイスを多数製作した。これには、デュアル3軸ジョイスティックと、6自由度モーショントラッカーとデジタルボタンが組み込まれたビリヤードボール型の小道具「UNCアイボール」が含まれる。[ 29 ]
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