CN101038504A - 人力操控方法,软件及硬件装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人力操控方法，软件及硬件装置。所述人力操控方法通过人的肢体动作和/或位置变化来操控主体装置和/或向主体装置传递数据。所述人力操控方法是所述主体装置通过使用一个或多个所述传感器来检测人的肢体动作和/或位置，与相应的软件和/或硬件配合，根据所述传感器信号变化情况，计算出判断人体的相对位置和/或肢体动作所需要的位置坐标数据、速度数据、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种，用于对所述主体装置进行控制和/或传递数据。本发明还公开了一种人力操控软件，一种人力操控硬件装置和一种用于计算机的人力操控检测装置。

Description

人力操控方法，软件及硬件装置
技术领域
本发明涉及一种新型的通过人的肢体动作和/或位置变化来操控游戏或设备的方法，软件及硬件装置。
背景技术
普通的专用游戏机或计算机都离不开控制键盘或遥控器。控制键盘连接在游戏机上，移动不方便；遥控器可以无线操控游戏，但本身受电池能源供应限制，且不易携带。最重要的，以上键盘和遥控器都离不开按键，对于儿童和手指不灵活的人并不非常理想。目前游戏操纵主要依靠手指，如果能有一种不需要按键，直接通过人的肢体动作就可以操控游戏的方法和装置，就会非常易于操控且能够锻炼身体。
发明内容
本发明克服了目前游戏需要按键的缺点，提供了一种人力操控方法，包括人、主体装置、传感器和人力操控辅助装置，通过人的肢体动作和/或位置变化来操控主体装置和/或向主体装置传递数据。所述人力操控方法是所述主体装置通过使用一个或多个所述传感器来检测人的肢体动作和/或位置，与相应的的软件和/或硬件配合，根据所述传感器信号变化情况，计算出判断人体的相对位置和/或肢体动作所需要的位置坐标数据、速度数据、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种，用于对所述主体装置进行控制和/或传递数据。所述传感器设置在所述主体装置上和/或设置在所述主体装置外部。所述人力操控辅助装置为可选装置，是人体可以通过佩戴和/或移动的装置，作用是使得传感器能够更好地检测出人的肢体动作和/或位置。所述人力操控辅助装置分为无源辅助装置和有源辅助装置两种类型；所述无源辅助装置指不需要和所述主体装置通过线缆连接且没有电源的装置；所述有源辅助装置指需要和所述主体装置通过线缆连接，或需要电源驱动的装置。所述人力操控方法，通过对照人的肢体动作和/或位置与所述主体装置反馈出来的相关信号，来修正传感器的摆放位置和/或控制参数。所述人力操控方法，在用于将人体在物理世界中三个平面的运动转换为控制硬件和/或软件的数据时，通过检测人体直立平面上的人体或人体某部分的水平与高低位置和/或运动以及检测地平面上的人体或人体某部分与传感器之间的距离位置和/或运动来实现。
所述人力操控方法根据用途不同，包含以下内容的一种或多种：
(1)使用一个或多个摄像头来检测位置，与相应软件和/或硬件配合，根据图像变化情况，计算出人体的相对位置、速度、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种(如人体相对于某摄像头的位置、变化速度与变化加速度)，用于对设备进行控制或传递参数；通过布置不同光线的照明灯或红外灯可以增强人体检测效果；更理想的，通过佩戴有特殊色彩的辅助装置(如指环、手套、帽子、眼镜、衣服、鞋子和外涂颜料等)可以更大程度的增强检测效果；
(2)使用一路或多路红外线发射与接收电路来检测位置，与相应软件和/或硬件配合，根据红外线信号变化情况，计算出人体的相对位置、速度、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种(如人手相对于某红外线传感器的位置、变化速度与变化加速度)，用于对设备进行控制或传递参数；通过布置不同频率组的多路红外线发射与接收电路可以增强人体检测效果；更理想的，通过人体佩戴可反射红外线的辅助装置(如带反射镜的指环、手套、帽子、眼镜、衣服、鞋子和外涂反光颜料等)可以更大程度增强检测效果；
(3)使用一路或多路超声波发射与接收电路来检测位置，与相应软件和/或硬件配合，根据超声波信号变化情况，计算出人体的相对位置、速度、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种(如相对于某超声波传感器的位置、变化速度与变化加速度)，用于对设备进行控制或传递参数；通过布置不同频率组的多路超声波发射与接收电路可以增强人体检测效果；
(4)使用一路或多路无线发射与接收电路来检测位置，与相应软件和/或硬件配合，根据超声波信号变化情况，计算出人体的相对位置、速度、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种(如相对于某超声波传感器的位置、变化速度与变化加速度)，用于对设备进行控制或传递参数；通过布置不同频率组的多路无线发射与接收电路可以增强人体检测效果；
(5)使用一路或多路传感器电极来检测位置，与相应软件和/或硬件配合，根据各运动电极与参考电极之间的信号变化，计算出人体的相对位置、速度、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种(如各手指运动电极相对于腕部参考电极的信号可以转换为位置、速度和加速度数据)，用于对设备进行控制或传递参数；电极之间的检测用信号是利用电容、电阻、电感、电压、电流、电场、磁场和光信号中的一种或多种。
辅助装置分为有源和无源两种，其中无源的辅助装置指不需要和主体装置通过线缆线连接且辅助装置自身不需要配备电源。无源的辅助装置包括以下内容的一种或多种：
(1)根据主体装置需要的有特定色彩和/或图案的指环、手套、鞋、帽、眼镜、衣服、头带、条码、镜面和外涂颜料、发光颜料、反光颜料等在人体上可佩戴或装饰的物品；
(2)根据主体装置需要的是可反射红外线、声波、可见光信号中的一种或多种的无源辅助装置(如带反射镜的指环、手套、帽子、眼镜、衣服、鞋子、头带、镜面和外涂反光颜料等物品)；
(3)根据主体装置需要的带特定频率的超声波发声装置(如超声波哨子、超声波皮球、带超声波发声气囊的鞋子、手套等在人体上可佩戴和/或移动的物品)；
(4)根据主体装置需要的带特定信号的无线发射装置(如电子标签、磁条)；
(5)根据主体装置需要的如大体积的球、积木、游戏道具等用于移动的物品。
有源的辅助装置指需要和主机装置通过线缆连接，或辅助装置自身配备有电源。有源的辅助装置包括以下内容的一种或多种：
(1)根据主体装置需要的发射特定光线的有源辅助装置；所述有源辅助装置为灯光照明装置，激光照明装置，红外照明装置和特殊光线产生装置中的一种或多种；
(2)根据主体装置需要的有特定频率的红外线发射装置；
(3)根据主体装置需要的有特定频率的超声波发射装置；
(4)根据主体装置需要的有特定频率的无线发射装置；
(5)根据主体装置需要与主体装置通过线缆连接和/或无线连接的带电极的(如指环、手套、帽子、眼镜、衣服、头带、鞋子、笔、轨迹球等)人体可佩戴和/或移动的有源辅助装置。
根据所述的人力操控方法，为了更好的实现，通过检测传感器信号的大小变化方向进行人力操控。这是一种抗干扰的处理方法，不使用传感器信号的绝对数值来代表具体位置，而是根据传感器信号变化方向把复杂的数据通过域值划分(信号值维持在某数值区间为0，信号值超出此数值区间即成为参考值，信号值大于前一个参考值为1，信号值小于前一个参考值为-1)转换为简单的三值运算(如一组传感器0代表不动，1代表向左，-1代表向右；一组传感器0代表不动，1代表向上，-1代表向下；一组传感器0代表不动，1代表向前，-1代表向后)。所述人力操控方法也可用于模拟鼠标的操作：检测传感器信号的短时间变化(短时间变弱或变强后恢复或接近原信号强度)或长时间在特定位置(如在按钮所在位置停留)维持某强度信号来模拟鼠标左键(确认)；检测传感器信号长时间在非特定位置维持某强度信号来模拟鼠标右键或待机状态(如长时间信号弱表示右键取消或不存在，长时间信号强表示待机或存在)；同理，检测另一组信号的短时间变化来模拟鼠标滚轮运动方向，通过检测长时间在某位置维持某强度信号可以模拟鼠标滚轮按下动作。
附图说明
具体实施方式
实施例1(人力操控主体装置)
一种人力操控主体装置，通过使用所述人力操控方法，实现通过人的肢体动作和/或位置变化来进行主体装置操控和/或向主体装置传递数据。所述主体装置是人力操控游戏机、人力操控健身设备、用于计算机人力操控的检测装置和人力操控专用设备中的一种或多种。所述用于计算机人力操控的检测装置，是通过使用所述人力操控方法，配合适当的软件和/或硬件装置，与计算机的接口或总线连接，实现通过所述人力操控检测装置就可以检测到人的肢体动作和/或位置变化来操控计算机装置和/或向计算机装置传递数据。进一步可以实现现有的计算机游戏或应用软件控制形式升级为人力操控类型。
实施例2(人力操控红外信号控制游戏)
一种人力操控软件，通过使用所述的人力操控方法，是运行在计算机和/或专有硬件主体装置上的人力操控游戏软件、人力操控健身软件、人力操控娱乐软件和人力操控专用软件中的一种或多种。
本发明的人力操控软件通过对各传感器的信号和信号变化情况进行分析、除噪、量化和综合，转换为相应的位置、速度和加速度数据等。人力操控软件把传感器对于人的肢体动作的反应转换成控制设备或软件所需要的数据。
本发明的人力操控软件还指包含有可转换传感器信号为控制数据功能的完整软件或游戏。

Claims (10)

1、一种人力操控方法，包括人、主体装置、传感器和人力操控辅助装置，通过人的肢体动作和/或位置变化来操控主体装置和/或向主体装置传递数据。所述人力操控方法是所述主体装置通过使用一个或多个所述传感器来检测人的肢体动作和/或位置，与相应的的软件和/或硬件配合，根据所述传感器信号变化情况，计算出判断人体的相对位置和/或肢体动作所需要的位置坐标数据、速度数据、加速度数据和相关可检测数据中的一种或多种，用于对所述主体装置进行控制和/或传递数据。所述传感器设置在所述主体装置上和/或设置在所述主体装置外部。所述人力操控辅助装置为可选装置，是人体可以通过佩戴和/或移动的装置，作用是使得传感器能够更好地检测出人的肢体动作和/或位置。所述人力操控辅助装置分为无源辅助装置和有源辅助装置两种类型；所述无源辅助装置指不需要和所述主体装置通过线缆连接且没有电源的装置；所述有源辅助装置指需要和所述主体装置通过线缆连接，或需要电源驱动的装置。所述人力操控方法，通过对照人的肢体动作和/或位置与所述主体装置反馈出来的相关信号，来修正传感器的摆放位置和/或控制参数。所述人力操控方法，在用于将人体在物理世界中三个平面的运动转换为控制硬件和/或软件的数据时(如虚拟现实应用)，通过检测人体直立平面上的人体或人体某部分的水平与高低位置和/或运动以及检测地平面上的人体或人体某部分与传感器之间的距离位置和/或运动来实现。
2、根据权利要求1中所述的人力操控方法，主体装置通过使用多个传感器并对信号进行适当分组，实现两个或两个以上的人体或人体某部分的位置和/或动作的检测。
3、根据权利要求1至2中所述的人力操控方法，所述传感器包括用于信号检测的电极；所述电极为参考电极和运动电极的组合，检测电极间的信号是利用电容、电阻、电感、电压、电流、电场、磁场和光信号中的一种或多种。所述人力操控辅助装置是有特定形状的无源辅助装置(如大体积的球、积木、游戏道具等)和/或与所述主体装置通过线缆连接和/或无线连接的带电极的(如指环、手套、帽子、眼镜、衣服、头带、鞋子、笔、轨迹球等)人体可佩戴和/或移动的有源辅助装置。
4、根据权利要求1至3中所述的人力操控方法，所述传感器包括摄像装置或摄像装置与照明装置；所述照明装置为灯光照明装置，激光照明装置，红外照明装置和特殊光线产生装置中的一种或多种。所述人力操控辅助装置是有特定色彩和/或图案的无源辅助装置(如指环、手套、鞋、帽、眼镜、衣服、头带、条码、镜面和外涂颜料、发光颜料、反光颜料等)和/或发射特定光线的有源辅助装置；所述有源辅助装置为灯光照明装置，激光照明装置，红外照明装置和特殊光线产生装置中的一种或多种。
5、根据权利要求1至4中所述的人力操控方法，所述传感器包括无线接收装置或无线发射与接收装置。所述人力操控辅助装置是带特定无线电信号的无源辅助装置(如电子标签、磁条等)和/或发射特定频率无线电信号的有源辅助装置。
6、根据权利要求1至5中所述的人力操控方法，所述传感器包括超声波接收装置或超声波发射与接收装置。所述人力操控辅助装置是可发射特定超声波频率的无源辅助装置(如超声波哨子、超声波皮球、带超声波发声气囊的鞋子、手套等在人体上可佩戴和/或移动的物品)和/或发射特定频率超声波信号的有源辅助装置。
7、根据权利要求1至6中所述的人力操控方法，所述传感器包括红外线接收装置或红外线发射与接收装置。所述人力操控辅助装置是可反射红外线、声波、可见光信号中的一种或多种的无源辅助装置(如带反射镜的指环、手套、帽子、眼镜、衣服、鞋子、头带、镜面和外涂反光颜料等)和/或发射特定频率红外线信号的有源辅助装置；
8、根据权利要求1至7所述的人力操控方法，通过检测传感器信号的大小变化方向进行人力操控。这是一种抗干扰的处理方法，不使用传感器信号的绝对数值来代表具体位置，而是根据传感器信号变化方向把复杂的数据通过域值划分(信号值维持在某数值区间为0，信号值超出此数值区间即成为参考值，信号值大于前一个参考值为1，信号值小于前一个参考值为-1)转换为简单的三值运算(如一组传感器0代表不动，1代表向左，-1代表向右；一组传感器0代表不动，1代表向上，-1代表向下；一组传感器0代表不动，1代表向前，-1代表向后)。所述人力操控方法也可用于模拟鼠标的操作：检测传感器信号的短时间变化(短时间变弱或变强后恢复或接近原信号强度)或长时间在特定位置(如在按钮所在位置停留)维持某强度信号来模拟鼠标左键(确认)；检测传感器信号长时间在非特定位置维持某强度信号来模拟鼠标右键或待机状态(如长时间信号弱表示右键取消或不存在，长时间信号强表示待机或存在)；同理，检测另一组信号的短时间变化来模拟鼠标滚轮运动方向，通过检测长时间在某位置维持某强度信号可以模拟鼠标滚轮按下动作。
9、一种人力操控主体装置，通过使用如权利要求1至8所述的人力操控方法实现，通过人的肢体动作和/或位置变化来进行主体装置操控和/或向主体装置传递数据。所述主体装置是人力操控游戏机、人力操控健身设备、用于计算机人力操控的检测装置和人力操控专用设备中的一种或多种。所述用于计算机人力操控的检测装置，是通过使用如权利1至8所述的人力操控方法，配合适当的软件和/或硬件装置，与计算机的接口或总线连接，实现通过所述人力操控检测装置就可以检测到人的肢体动作和/或位置变化来操控计算机装置和/或向计算机装置传递数据。进一步可以实现现有的计算机游戏或应用软件控制形式升级为人力操控类型。
10、一种人力操控软件，通过使用如权利要求1至8所述的人力操控方法实现，是运行在计算机和/或专有硬件主体装置上的人力操控游戏软件、人力操控健身软件、人力操控娱乐软件和人力操控专用软件中的一种或多种。
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