仮想カメラシステム

3D ビデオ ゲームでは、仮想カメラ システムは、カメラまたはカメラ セットを制御して 3D仮想世界のビューを表示することを目的としています。カメラ システムは、アクションを可能な限り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、3D 仮想世界で三人称ビューが必要な場合に使用されます。

映画製作者とは対照的に、仮想カメラ システムの作成者は、インタラクティブで予測不可能な世界に対処する必要があります。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、映画製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または人工知能を利用して、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 つの種類があります。固定カメラ システムでは、カメラはまったく動かず、システムはプレイヤーのキャラクターを連続した静止画で表示します。一方、追跡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、プレイヤーがビューを直接変更できます。カメラ システムを実装するために、ビデオ ゲーム開発者は制約ソルバー、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。

ビデオゲームにおける「三人称」とは、プレイヤーキャラクターの後ろやや上から一定の距離を置いてレンダリングされたグラフィックの視点を指します。この視点では、プレイヤーはより特徴的なアバターを見ることができます。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周囲の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]

三人称カメラ システムには、ゲーム作成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うだけの「トラッキング カメラ システム」、プレイヤーが制御する「インタラクティブ カメラ システム」の 3 つのタイプが主に存在します。

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に表示されます。固定カメラを使用するゲームには、Grim Fandango (1998) や初期のバイオハザードやゴッド・オブ・ウォーのゲームなどがあります。^[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。この種の技術を使用するゲームは、映画的な品質で賞賛されることがよくあります。^[3]固定カメラを使用する多くのゲームでは、タンクコントロールが使用され、プレーヤーはカメラの位置ではなくプレーヤーキャラクターの位置を基準にしてキャラクターの動きを制御します。 ^[4]これにより、プレーヤーはカメラの角度が変わっても方向を維持できます。^[5]

トラッキングカメラは、キャラクターを背後から追う。プレイヤーはカメラを一切操作しない。例えば、カメラを回転させたり、別の位置に移動させたりはできない。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ゲームでは非常に一般的だった。しかし、このシステムにはいくつかの問題がある。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か、プレイヤーが興味を持っているものが映っていないため）、プレイヤーがカメラを操作しないため、ビューを変更できない。^{[6] [7] [8]}この視点では、キャラクターが向きを変えたり、壁に向かって顔を向けたりするときに問題が発生することがある。カメラがガクガクしたり、不自然な位置になったりすることがある。^[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の改良版である。カメラがキャラクターを追跡している間、カメラの向きやキャラクターまでの距離などのパラメータの一部を変更できる。ビデオゲームコンソールでは、精度を高めるためにカメラはアナログスティックで制御されることが多いが、PCゲームでは通常マウスで制御される。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る。完全にインタラクティブなカメラシステムは、適切な方法で実装するのが難しいことが多い。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を制御しなければならないことに起因していると主張している。^[9] ゼルダの伝説 風のタクトは、その点でより成功しており、IGNはカメラシステムを「手動修正がほとんど必要ないほどスマート」と評した。^[10]

インタラクティブなカメラシステムを搭載した最初のゲームの 1 つがスーパーマリオ 64です。このゲームには 2 種類のカメラシステムがあり、プレイヤーはいつでも切り替えることができました。1 つ目は標準的な追跡カメラシステムですが、部分的に人工知能によって制御されていました。実際、システムはレベルの構造を「認識」していたため、特定のショットを予測することができました。たとえば、最初のレベルでは、丘への道が左に曲がろうとしているときに、カメラも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応じてカメラを制御できます。左または右のボタンを押すと、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、膨大な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、一連の視覚的制約を与えられた場合に、可能な限り最高のショットを生成することです。言い換えると、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% をカバーするようにする」などのショット構成の要求が与えられます。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 レンダラーがそれを使用してビューを表示できます。^[14]

一部のカメラシステムでは、解決策が見つからない場合、制約が緩和されます。たとえば、キャラクターが画面スペースの30％を占めるショットをソルバーが生成できない場合、画面スペースの制約を無視して、キャラクターが見えるようにします。^[15]このような方法にはズームアウトが含まれます。

一部のカメラ システムでは、定義済みのスクリプトを使用して、よく見られるショット シナリオ (フィルム イディオムと呼ばれる) の現在のショットの選択方法を決定します。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、プレー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」する方法についての指示が含まれます。したがって、ショットは、たとえば肩越しの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、定義済みのカメラ セット間でカメラを切り替えたり、制約ソルバーを使用してカメラ座標を生成し、シーン レイアウトの変動を考慮したりします。このスクリプト 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でカメラを自動的に切り替えて、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とった。彼は、カメラが独自の個性を持つ自律的なエージェントであるというシステムを考案した。ショットのスタイルとリズムは、カメラの気分によって左右される。つまり、幸せなカメラは「より頻繁にカットし、クローズアップショットに多くの時間を費やし、弾むような急降下動作で動き、シーンを明るく照らす」ことになる。^[18]

自動化された仮想カメラ制御システムに関するこれまでの研究の多くは、人間が手動でカメラを制御する必要性を減らすことに向けられてきましたが、Director's Lens ソリューションは、人間のオペレーターがクリエイティブなショットを選択できるように、提案された仮想カメラ ショットのパレットを計算して提案します。その後の提案された仮想カメラ ショットを計算する際、システムは、以前に記録されたショットの視覚的な構成と編集パターンを分析して、アクション ラインを横切らない、カット間でお互いを見ているように見えるように仮想キャラクターの配置を一致させる、人間のオペレーターが以前にシーケンスで使用したショットを優先するなどの連続性の規則に準拠した提案カメラ ショットを計算します。^[19]

2010年にマイクロソフトは、Xbox 360プレイヤーの全身検出と、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のハンズフリー制御を提供する3Dスキャナー/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^[20]によって改良され、一連のYouTubeビデオでKinectとPCベースの仮想カメラを組み合わせたものを紹介しました。^[21] Kinectは、キャプチャされたシーン内で奥行きの全範囲を検出できるため（コンピューターステレオビジョンと構造化ライトを使用）、クレイロスは、Kinectと仮想カメラを使用して奥行きの範囲を自由視点でナビゲートできることを実証しました。ただし、カメラはKinectの前面に表示されるシーンのビデオキャプチャのみを許可したため、カメラが奥行きフィールド内でビデオをキャプチャできない黒い空白のフィールドができました。その後、クレイロスは、2台のKinectのビデオストリームを組み合わせて、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ことで、この改造をさらに詳細化しました。^{[22]クレイロスの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人々の作品とともに取り上げられました。^[23]

仮想カメラが開発され、監督はモーションキャプチャーを撮影し、家や宇宙船などの事前に構築されたデジタル環境内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。 [ ^{24 ] [ 25]} バイオハザード5は、 2009年の映画アバターのため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。^{[26] [27]モーション}キャプチャー を使用して仮想カメラの位置と方向を制御すると、オペレーターは仮想カメラリグを歩き回って回転するだけで、仮想カメラを直感的に移動および照準できます。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おり、通常、録画の開始と停止、レンズプロパティの調整に使用されます。^[28] 1992年に、MITメディアラボのマイケルマッケナは、木製の定規に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テレビを固定し、文書化された最も古い仮想カメラリグを実演しました。^[29]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では、デュアル3軸ジョイスティックや、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」など、仮想カメラのビューコントロール用の物理入力デバイスを多数開発しました。^[30]

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