CN101330947B - 阴影生成设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于产生到真实世界表面上的阴影的设备和方法，所述阴影与例如游戏世界中的虚拟目标有关。该设备(24)包括：光源(26)；接收装置(28)，其用于接收真实世界描述；以及阴影生成控制装置(30)，其根据所接收的真实世界描述来控制光源产生用于投影到真实世界表面(18)上的阴影。因此，提供了在室内产生阴影效果以便增强游戏或电影观看体验的设备。

Description

阴影生成设备和方法
本发明涉及用于向用户提供真实世界视觉线索的设备和方法。特别地，本发明涉及适于在室内产生阴影效果以便增强游戏体验的设备。本发明特别但并不排他地应用于计算机游戏和家庭影院系统中。
专利申请WO 02/092183描述了一种真实世界再现系统和语言，其中一组器件依照所接收的真实世界描述来操作并且从而向用户呈现真实世界的体验。例如，这些器件可以根据所接收的描述将可见的色调和亮度输出到私人居所的墙壁上。该描述可以嵌入广播信号中或者与广播信号一起提供，从而将该描述与广播中的音频/视觉内容联系起来。因此，创建出一种周边浸没环境，它是灵活、可调节的，并且向用户提供增强的体验。
专利申请WO 02/092182特别描述了WO 02/092183中所述概念在游戏环境中的应用，从而在真实世界中实时呈现了与游戏世界模型相关的、例如在显示器上显示的效果。诸如照明水平、(相对/绝对、情绪、颜色、位置、焦点)以及激动、外在、愉快等的情绪之类的效果被公开。在一个实例中，真实世界描述显示<森林>、<夏天>、<夜晚>，其被翻译成与所需的色调和亮度水平(例如令人愉悦的绿色色调以及低而暖的光照水平)有关的特定指令。从而，可以在真实世界中呈现游戏世界中的这种环境，提供增强的游戏参与体验。
依照虚拟环境(例如被显示计算机游戏)中的虚拟照明条件提供虚拟目标的实时阴影也是常见的，如EP0948978中所描述的。这样的阴影向游戏参与者提供了有关虚拟世界中目标的虚拟位置的视觉线索。这样的阴影也用来加强虚拟世界中目标的感知的“存在”。
然而可能的是，这样的视觉线索在真实世界中可能是有用的，例如在以下情况下是有用的：其中存在未处于游戏角色显示视场中的目标。
因此，希望提供能够在游戏或家庭影院应用中给出真实世界阴影效果的设备和方法。
依照本发明的第一方面，提供了用于将与虚拟世界中存在的虚拟目标有关的阴影投影到真实世界表面上的设备，其包括：光源；接收装置，其用于接收真实世界描述；以及阴影生成控制装置，其根据所接收的真实世界描述来控制光源产生用于投影到真实世界表面上的阴影。依照本发明的第二方面，提供了用于给出与虚拟目标有关的真实世界阴影效果的方法，其包括：接收标记语言指令集形式的真实世界描述；以及根据所接收的真实世界描述来控制光源产生阴影。
由于本发明的原因，有可能提供一种与例如计算机游戏中的怪物关联的真实世界阴影效果，从而提供增强的体验。例如，游戏世界中位于游戏角色“背后”的怪物可以向用户前面或侧面的真实墙壁上投射阴影，从而提醒控制游戏角色的用户某种讨厌的东西在他“背后”。可替换地，电影或游戏中的高空飞行的飞机可以往地板上或者用户前面的墙壁上投射阴影。
游戏可以具有编码于其中的真实世界描述以便提供给阴影设备，或者诸如WO 02/092182中描述的软件引擎或浏览器可以分析游戏世界以及其中的目标，并且从而向所述设备提供真实世界描述。可替换地，广播可以提供除了音频/视频流之外的真实世界描述，或者可以如WO 02/092182中描述的那样分析视频流。
在第一方面的一个实施例中，阴影效果由包括带有用于投影的合适透镜的发光二极管小阵列的设备产生。有利的是，只需要相对较低分辨率的阵列，因为具有相当模糊或者边缘不明显的阴影会增加所述体验，因为大多数情况下获取阴影的是用户的周边视觉。因此，可以提供紧凑而相对廉价的外设来增强游戏参与或者电影观看体验。在第一方面的另一实施例中，液晶显示投影仪形式的设备配备有控制装置，以便根据真实世界描述来产生阴影效果。
现在将仅通过举例的方式参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1为包括阴影生成设备的真实世界再现系统的示意性透视图；
图2示出了该系统的示例性设置视图；
图3图解说明了工作时的阴影生成设备的一个实施例；
图4图解说明了工作时的阴影生成设备的另一实施例；以及
图5图解说明了从左到右移动的低分辨率阴影。
图1图解说明了包括一组器件的真实世界再现系统，这些器件包括带有显示器件的计算机10、音频扬声器12、照明器件14、加热器件16、墙壁18、地板20。这些器件一起构成了所述周边环境，每个器件被设置成提供一个或多个真实世界参数。例如，照明器件14贡献色调以及亮度水平。这些器件可以是电子的或者它们可以纯粹是机械的。这些器件通过无线网络或者诸如电力承载网络之类的有线网络互相连接起来。当然，所述环境可以包括普通的家具22。所述计算机可以是允许计算、游戏以及音频/视频家庭影院应用的所谓“媒体PC”。
构成真实世界再现系统的这些器件中的至少一个被设置成接收标记语言指令集形式的真实世界描述，这些器件依照所述描述来操作。在这个实例中，这个描述加强了用户正在计算机10上参与的计算机游戏。随着用户的角色遇到不同的环境，计算机10产生的描述被传送至系统中的这些器件。然后，这些器件将该描述呈现到图1的真实世界环境上。
有关这种真实世界系统的操作方面的完整描述以及真实世界描述语言，读者可以参阅已公开的专利申请WO 02/092183和WO 02/092182。
该系统还可以包括阴影生成设备24(其在图2、3和4中更详细地示出)，其允许真实世界标记语言并且因而用来增加真实世界再现系统的功能。用户会购买阴影生成设备24来提高其对于例如包括标记语言指令集形式的真实世界描述的游戏的乐趣。阴影生成设备24被设置成响应于所接收的指令集向游戏提供额外的功能。
图2a和2b通过举例的方式说明了真实世界环境中阴影生成设备24的两种可能的布置。
设备24包括光源26和用于经由上述有线或无线网络接收标记语言指令集形式的真实世界描述的接收装置28。该设备还包括阴影生成控制装置30，用于响应于接收的指令而控制该设备产生用于经由光源26投影的阴影34。
设备24可以包括基于液晶的投影仪，该投影仪具有计算机程序以及带有软件设备驱动程序的处理器形式的控制装置30。可替换地，设备24可以包括配备有合适透镜的相对廉价的发光二极管阵列以及处理器和软件设备驱动程序形式的控制装置。
图2a图解说明了设置于在计算机10上参与游戏的用户之后的设备24。在图2a中，该设备可以是安装的天花板或墙壁。假定在计算机10的游戏世界中敌人或怪物正匍匐而至用户控制的游戏角色处。该设备依照下列示例性方法来操作。它经由28接收标记语言形式的真实世界描述，例如<阴影>、<中间>。控制装置30控制光源26以便防止光在中间区域34输出，从而造成在用户前面的墙壁上显示的阴影34，向用户提供阴影形式的周边视觉线索，即游戏世界中某个东西在所述角色的正后方。
与阴影的相对尺寸和位置有关的其他指令可以被接收，从而为用户创建出动态阴影效果。例如，可以将与真实世界描述关联的阴影形状的模板用于控制光源以便产生阴影效果(参见图5)。
图2b图解说明了位于用户前面、但是仍然将阴影34投影到墙壁18上的设备24。因此，该设备可以是相对轻便的，并且可以根据允许用户周边体验的环境中涉及的相对距离而设置在用户侧面或后面的工作台或桌面上。
图3更详细地示出了设备24的一个实施例。该设备包括光源26，所述光源26包括单独可寻址发光二极管(LED)的单独可寻址阵列，在图中为了清楚起见仅示出了这些发光二极管中的四个。每个LED26a-d具有各自的相关透镜40用于投影，例如菲涅尔透镜。本领域技术人员应当认识到，可以利用其他标准光学元件和部件来实现所需距离上的阴影投影。控制装置30经由装置28(在这里被举例示为无线天线)接收指令并且使得这些LED中的一些关闭或者处于低光强水平，而其他LED被打开以便发射光。因此，如图所示，LED 26a和LED26d打开并且发射光42，而LED 26b和LED 26c关闭，从而在墙壁18上形成阴影34。
实验已经表明，由于阴影处于用户的周边视觉，因而阴影不必具有高分辨率。事实上，模糊或不清晰的边缘看起来增加了氛围，并且实际上可以使用不清晰的形状，其对于诸如在游戏世界中在高空缩小的飞机之类的快速目标是足够的。因此，可以提供用于游戏角色、怪物和其他目标的简单阴影模板，导致计算和控制复杂度降低，而仍然显著增进了用户的氛围和体验。
此外，低分辨率要求允许使用小而廉价的LED阵列，例如10×10阵列直到比如100×100LED。于是，可以获得适当廉价而轻便的阴影生成设备。
图4图解说明了设备24，其中利用了配备有控制装置30的液晶显示(LCD)投影仪。在这个实施例中，液晶显示器44包括许多像素，为了清楚起见图中仅仅示出了这些像素中的五个。控制装置30驱动该显示器，使得一些像素44a、44b发射光，而一些像素44c、44d、44e阻止光，从而在墙壁18上形成阴影区域34。
在这个实施例中，控制装置30可以设置在设备24内，并且可以是计算机程序和软件设备驱动程序的形式，其接收真实世界描述、翻译该描述并且控制写入到LCD上进行输出的数据。可替换地，计算机10可以直接驱动LCD进行输出。因此，这种设备可以显示更加复杂的几何阴影形状，但是如前所述，为了浸没效果起作用，这样的阴影的细节边缘不必是尖锐的。
包括与游戏或视频世界中的虚拟目标有关的阴影信息的真实世界体验的描述由标记语言提供，该标记语言传输物理环境和其中的目标、它们与用户的关系、它们彼此的关系以及它们与物理空间的关系的描述。在允许产生真实世界体验的位置内，标记语言指令集由某个器件或若干器件进行翻译以便呈现所述体验。
例如，图5图解说明了在墙壁18上移动的投影低分辨率阴影34，其可能代表游戏世界中的怪物。该图的部分a、b和c说明了响应于所接收的真实世界描述阴影从墙壁的左侧(a)移到中间(b)再移到右侧(c)边缘的外观。图的每个部分中的砖块代表例如LED的输出或者液晶显示器区域的输出，从而说明了低分辨率阴影可以如何产生并且仍然看起来令人信服。
如前所述，这样的阴影的模板可以在器件内提供或者加载到计算机10中，从而相比于本领域技术人员所理解的游戏世界阴影的实时生成，将处理和计算要求保持在合理的水平。
尽管已经就将阴影投影到真实世界表面上描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，也可以控制显示器允许的真实世界表面(例如壁屏或者大显示器嵌入其中的墙壁)以便产生和显示阴影，不过这个实施例的缺点在于，计算机10的定位将由非便携式固定真实世界显示器进行控制以便得到阴影效果。

Claims (12)

1.用于将与虚拟目标有关的阴影投影到真实世界表面上的设备，包括：光源；
接收装置，其用于接收真实世界描述；以及
阴影生成控制装置，其根据所接收的真实世界描述来控制光源产生用于投影到真实世界表面上的阴影，该控制装置控制光源以便防止在一区域中输出光，从而使得在真实世界表面上显示阴影。
2.如权利要求1所述的设备，其中光源包括多个可寻址发光二极管，每个发光二极管通过用于投影的相应透镜来输出。
3.如权利要求2所述的设备，其中每个相应透镜是菲涅尔透镜。
4.如权利要求2所述的设备，其中阴影生成控制装置根据所接收的真实世界描述有选择地寻址每个发光二极管以便产生用于投影的阴影。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述设备包括液晶显示投影仪。
6.如权利要求5所述的设备，其中阴影生成控制装置有选择地寻址显示器的像素以便产生用于投影的阴影。
7.依照前述任何一项权利要求的设备，其中所接收的真实世界描述在形式上为标记语言指令集。
8.依照权利要求7所述的设备，其中所接收的真实世界描述包括位置信息。
9.依照权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所接收的真实世界描述包括位置信息。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述真实世界表面包括显示装置。
11.用于提供与虚拟目标有关的真实世界阴影效果的方法，包括：接收标记语言指令集形式的真实世界描述；以及根据所接收的真实世界描述来控制光源产生阴影，该控制包括控制光源以便防止在一区域中输出光，从而使得在真实世界表面上显示阴影。
12.依照权利要求11的方法，其中，在所述光源的控制中使用与真实世界描述关联的阴影形状的模板以便产生所述阴影效果。
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