CN101441448A - 可移动物体的互动信号产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于可移动物体的互动信号产生装置及方法，在可移动物体上具有互动信号源。该方法首先侦测可移动物体运动状态，以产生运动参数。该运动参数可与至少一与频率相关的转换函数运算，得到第一互动数据。本方法也可比对可移动物体的移动轨迹与预设轨迹图案；若符合，也可得到第二互动数据。本方法也可比对可移动物体三维方向移动速度，若其中一维方向移动速度超过临界值，也可得到第三互动数据。本方法可选择性地提供该第一、二或三互动数据给互动信号源，以产生响应可移动物体移动轨迹或是速度相关的声光信号。本发明可随速度增加而提高声音/灯光闪烁频率、或是侦测到可移动物体完成预定轨迹移动而发出特殊音效，进而提供使用者交互式娱乐效果。

Description

可移动物体的互动信号产生装置及方法

技术领域

本发明提供一种可移动物体的互动信号产生装置及方法，尤指一种可用于模型飞机且依据其运动状态产生互动声光效果的互动信号产生装置及方法。

背景技术

随着半导体技术及数字信号处理技术的进步，传统的游戏玩具也逐渐加入新的电子技术，以达成更具吸引力的声光效果及更繁复的操作功能。

美国专利早期公开2006/0033713揭露一种使用摄影器材(TV camera)及影像显示装置(如大屏幕电视)以达成互动娱乐效果的游戏系统。参见图1A及第1B，该游戏系统包含两个摄影机530及一台计算机535，其中该摄影机530可以撷取模型飞机505上的标志510，511，512，并供计算机535运算以计算出该模型飞机505的运动轨迹。该计算机535可以在屏幕上显示出模型飞机505影像及轨迹，因此即使是只有单一玩家，也可以由计算机另外仿真一台飞机，以达到空中对战的效果。

然而上述的公知技术游戏系统需要较为笨重的器材如摄影机530及计算机535来达成所需的互动效果，造成使用者的不便。随着微机电技术的快速成长，微型的加速度感应器技术已逐渐成熟，因此若能将加速度感应或是速度感应的技术结合在玩具上面，应可提供更大的娱乐效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的即在提供一种使用方面的可移动物体的互动信号产生装置及方法。

为达成上述目的，本发明提供一种可移动物体的互动信号产生装置，包含速度感测单元；微控制器(MCU)，与该速度感测单元电连接；数据库，与该微控制器电连接，并预先存有多组互动数据；互动信号源；其中该速度感测单元固定连接在可移动物体上且可感测该可移动物体的运动参数，并送给该微控制器处理；该微控制器可依据该运动参数而选择该数据库内的至少一互动数据，并驱动该互动信号源以产生互动信号。

再者在依据本发明的方法中，首先侦测该可移动物体的运动状态，以产生运动参数，该运动参数可以为三维方向至少一方向的速度、加速度及轨迹。该运动参数可与至少一与频率相关的转换函数(conversion function)运算，以得到第一互动数据。

再者本发明的方法也可以比对可移动物体的移动轨迹与预设的轨迹图案；若比对符合，也可以得到第二互动数据。再者本发明的方法也可以比对可移动物体的三维方向移动速度，若其中一维方向移动速度超过临界值，也可以得到第三互动数据。

本发明的方法可以选择性的提供该第一、第二或第三互动数据给如扬声器或是灯等互动信号源，以产生响应模型飞机移动轨迹或是速度相关的声光信号。例如本发明可以随速度增加而提高声音/灯光闪烁频率、或是侦测到模型飞机完成一预定轨迹移动而发出特殊音效，进而提供使用者交互式的娱乐效果。

附图说明

图1A为公知的娱乐器材；

图1B为公知的娱乐器材；

图2为依据本发明一较佳具体实施例的模型飞机示意图；

图3为依据本发明较佳具体实施例的互动信号产生装置方框图；

图4为速度感测单元的实践方式；

图5为说明声音频率转换关系范例；

图6为说明本发明中数据库的范例内容。

附图标记说明：

公知：

模型飞机505              标志510，511，512

摄影机530                计算机535

本发明：

互动信号产生装置10       模型飞机20

扬声器24                 侧向灯22A，22B

尾端灯22C

速度感测单元12           微控制器(MCU)14

数据库16

转换函数及加权值数据160  速度临界值数据161

加速度临界值数据162      预设音效数据163

特殊音效数据164          闪光模式数据165

预设轨迹图案数据166

互动信号输出控制单元18

加速度感应器120          积分器122

具体实施方式

参见图2所示，为依据本发明较佳具体实施例的示意图，本发明的可移动物体的互动信号产生装置10可应用在可移动物体20(例如此例所示的模型飞机)上，该互动信号产生装置10可以感测该模型飞机20的运动状态，以产生如声音或是灯光等互动信号。借此使用者可以由遥控或是手持方式控制该模型飞机20的之运动，并借由互动信号产生装置10产生可随运动变化的声光效果。参见此图所示，该模型飞机20的预定位置上安装有互动信号源(亦即可以发出可为人感知觉的声光信号的装置)，例如具有在机翼两端的两个侧向灯(lamp)22A，22B及在尾端的尾端灯22C；及在飞机内部的扬声器(loudspeaker)24，这些灯22A、22B、22C及扬声器24皆与该互动信号产生装置10电连接，以受互动信号产生装置10控制。

图3为依据本发明较佳具体实施例的互动信号产生装置10方框图，该互动信号产生装置10具有速度感测单元12、微控制器(MCU)14、数据库16(详见后面说明)、互动信号输出控制单元18，彼此互相电连接以组成；另外，虽然在该图示未画出，但是该互动信号产生装置10及这些灯22A、22B、22C及扬声器24可皆与电源(未图示，例如可以为电池)连接，以得到电力。该速度感测单元12与该模型飞机20固定连接，因此可以借由速度感测单元12感测模型飞机20的运动状态，以产生对应的运动参数(如速度、加速度及轨迹)，并配合微控制器14参考数据库16数据的运算，驱动灯22A、22B、22C及扬声器24，以产生与模型飞机20速度、加速度或是轨迹相关的声光互动信号。

参见图6，该数据库16例如可以包含下列数据：转换函数及加权值数据160、速度临界值数据161、加速度临界值数据162、预设音效数据163、特殊音效数据164、闪光模式数据165、预设轨迹图案数据166。该互动信号产生装置10可以参考数据库16中的转换函数及加权值数据160、速度临界值数据161、加速度临界值数据162、或预设轨迹图案(trace pattern)数据166，决定要产生的互动效果；然后选择性地读取数据库16中的预设音效数据163、或是特殊音效数据164、或是闪光模式数据165；并利用互动信号输出控制单元18驱动该些灯22A、22B、22C和/或是扬声器24，以提供与运动相关的互动声光效果。该互动信号输出控制单元18将音效或是灯光数据做位准或是功率调整，以配合不同规格的扬声器(如不同瓦数)或是不同规格灯(例如不同颜色的LED灯)，而该互动信号输出控制单元18也可以内设于该微控制器14内。

参见图4，为速度感测单元12的实践方式，该速度感测单元12例如可以包含加速度感应器(Acceleration Sensor)120及积分器122。该加速度感应器120例如为日立(Hitachi)H48C加速度感应器，可以同时感应X，Y，Z轴的加速度Ax′，Ay′，Az′；而加速度Ax′，Ay′，Az′经过该积分器122的一次积分可以得到速度Vx′，Vy′，Vz′，经过该积分器122的二次积分可以得到轨迹S(x′，y′，z′)。由于加速度感应器120本身的参考坐标系以内部芯片的三轴为主，且速度感测单元12与模型飞机20固定连接，因此可以经过坐标变换而得到与模型飞机20的三轴方向加速度Ax，Ay，Az，由于此种坐标变换为公知技术易于实现，因此在下面的说明中，即以飞机加速度Ax，Ay，Az、速度Vx，Vy，Vz及轨迹S(x，y，z)加以说明。再者，在图4中，积分器122也可以内设在该微控制器14中，以有效利用微控制器14的运算能力。

本发明的可移动物体的互动信号产生装置可以运用于下列的操作实例中：

I.模型飞机的仿真飞行声音及灯光

在模型飞机20中安装本发明的互动信号产生装置10，使用者可手持模型飞机20在空中移动。速度感测单元12测出三轴加速度(Ax，Ay，Az)，经微控制器14程序换算成三轴速度(Vx，Vy，Vz)，以每一轴速度V_i，i＝x，y，z作为模拟飞机飞行的音源频率参数。该微控制器14可以综合处理三维方向的速度，并自该数据库16撷取对应的预设音效163，并经由互动信号输出控制单元18而驱动该扬声器24，以将所有对应的音讯数据混音而成。再者，该微控制器14可以比较三维方向的速度最大者，以自数据库16撷取对应的预设音效数据163，并经由互动信号输出控制单元18而驱动该扬声器24。

例如举下列对应不同方向轴的音效为例：

Vx为飞机前进方向，预设音效数据163可以包含仿真飞机飞行的音源；

Vy为飞机左右方向，预设音效数据163可以包含仿真飞机飞行左旋右旋的呼哮声；

Vz为飞机加速往上或失速往下，预设音效数据163可以包含仿真飞机引擎声。

所以微控制器14比较三轴速度(Vx，Vy，Vz)最大者，然后自数据库16撷取对应的预设音效数据163。例如若Vy大于Vx及Vz，则微控制器14自数据库16撷取对应的模拟飞机飞行左旋右旋的呼哮声的音讯数据，然后送至扬声器24。再者，该微控制器14可以对于三维方向速度(Vx，Vy，Vz)综合处理，亦即当三维方向速度(Vx，Vy，Vz)其中一个超过临界值(参见数据库16中的速度临界值数据161)时，即加以混音处理。如Vx及Vy都超出临界值时，该微控制器14自数据库16撷取对应的飞机飞行的音讯数据，及仿真飞机飞行左旋右旋的呼哮声的音讯数据，再将两个音讯数据混音，最后将混音数据送至扬声器24。

除了上述针对特定飞行维度有不同音效外，也可以对于不同维度的速度值，设定对于声音频率或是发光频率的变化。参见图5，以声音为例，可以对于每一个维度方向设定对应的速度-声音频率转换关系，或是加速度-声音频率转换关系。

配合图5，该速度-声音频率转换关系例如可以如下列公式表示：

声音＝

由上式可以看出，对于每一维度方向的速度Vx，Vy，Vz都有特定的转换函数(conversion function)f₁，f₂，f₃(如直线函数、折线函数或是高斯函数等)加以运算。并且在不同的频率有不同的加权值(weight)，亦即f(n)，n＝1，2，3。借此可以依据测量到的速度，而变换不同的声音。前述的转换函数及加权值存在于该数据库16的转换函数及加权值数据160中，且对于不同维度方向可以有不同的转换函数及加权值。

例如在转换函数为直线的状况下，且采用固定的加权值，则模型飞机20的速度越快，扬声器24之声音频率越高。再者，对应三维方向速度(Vx，Vy，Vz)可以采用不同斜率的直线函数，再对三维方向速度(Vx，Vy，Vz)所产生的三个音讯信号混音以驱动扬声器24。因此当使用者手持模型飞机20在3D空间中模拟飞行，依据本发明的互动信号产生装置10即可根据空间轨迹发出飞机飞行的声音效果，而理论上每次手持飞行的飞行声音都会不一样。再者，上述的频率转换关系可以应用于该些灯上，如果飞机飞行速度越快，则灯闪烁频率越高。

II.模型飞机的飞行轨迹音效

参见图6，该数据库16包含预设轨迹图案数据166，如该图所示，数据库16记录的预设飞行轨迹图案，例如圆形(circle)、三角形(triangular)、8字形(8-shaped)、或是四方形(square)，及对应该些图案的特殊音效数据164。如果互动信号产生装置10感应到飞机的轨迹对应数据库16记录的预设飞行轨迹图案，例如圆形(circle)、三角形(triangular)、8字形(8-shaped)、或是四方形(square)，则微控制器14可以驱动扬声器24可发出对应的特殊音效(bonus soundtrack)，以奖励及告知使用者。再者，当微控制器14感知到该模型飞机20有手持震动的轨迹，则可以驱动该扬声器24，以发出机枪声。

III.模型飞机的仿真飞行光线

配合图2所示，假设Vx为飞机前进方向、Vy为飞机左右方向、而Vz为飞机上下方向。当微控制器14得知模型飞机20的三维方向速度/加速度值，并与数据库16的速度临界值数据161与加速度临界值数据162内的临界值比较。当Vy值超过一定临界值时，可定义为飞机左右转向，因此微控制器14可以透过互动信号输出控制单元18驱动左右机翼灯22A、22B其中的一个，以表示飞机向左或是向右转。当Vx值超过一定正值时，可定义飞机处于飞行中，因此微控制器14可以透过互动信号输出控制单元18驱动机尾的灯22C，以模拟机尾发出喷射光线的状态。

再者在上述模型飞机20上可以设立操作选择开关(未图示)，以选取上述三种操作模式之一，或是其它操作模式，例如该微控制器14可以受操作选择开关的控制，而选取数据库16的闪光模式数据165，并以特定模式(例如循序闪烁或是随机闪烁)驱动该些灯。

综上所述，当知本发明用于可移动物体的互动信号产生装置及方法已具有产业利用性、新颖性与创造性，又由于本发明的构造也未曾见于同类产品及公开使用，完全符合发明专利申请要件，依专利法提出申请。

Claims (20)

1、一种可移动物体的互动信号产生装置，其特征在于，该装置包含

速度感测单元；

微控制器，与所述速度感测单元电连接；

数据库，与所述微控制器电连接，并预先存有多组互动数据；

互动信号源；

其中所述速度感测单元固定连接在可移动物体上且可感测该可移动物体的运动参数，并送给所述微控制器处理；该微控制器可依据该运动参数而选择该数据库内的至少一互动数据，并驱动该互动信号源以产生互动信号。

2、如权利要求1所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述运动参数为三维方向的速度。

3、如权利要求2所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述互动信号源为扬声器，且该互动数据为预设音效。

4、如权利要求3所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述互动数据为声音信号，且以三维方向的速度与至少一转换函数运算获得。

5、如权利要求3所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述微控制器比较三维方向速度所产生的轨迹与数据库的预设轨迹图案，且该数据库的互动数据包含特殊音效，若该微控制器比对结果为匹配，则发出该特殊音效。

6、如权利要求5所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述预设轨迹图案为圆形、三角形、8字形或是四方形。

7、如权利要求1所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述速度感测单元包含加速度感应器，且该运动信号为三维方向X，Y，Z的加速度。

8、如权利要求7所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述互动信号产生装置还包含积分器，以对加速度积分。

9、如权利要求1所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述互动信号源为灯，且所述互动数据为灯光信号。

10、如权利要求9所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述可移动物体为模型飞机，且灯为设在两个机翼的至少两个发光二极管灯。

11、如权利要求9所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述可移动物体为模型飞机，且灯为设在机尾的发光二极管灯。

12、如权利要求10所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述运动参数为三维方向X，Y，Z的速度，且模型飞机左右方向为Y方向，当Y方向速度超出记录于数据库的临界值时，该微控制器可以驱动设在两个机翼的发光二极管灯其中之一闪烁。

13、如权利要求11所述的可移动物体的互动信号产生装置，其中，所述运动参数为三维方向X，Y，Z的速度，且模型飞机前进方向为X方向，当X方向速度超出记录于数据库的临界值时，该微控制器可以驱动机尾的发光二极管灯闪烁。

14、一种可移动物体的互动信号产生方法，其特征在于，在所述可移动物体上具有互动信号源，包含：

侦测该可移动物体的运动状态，以产生运动参数；

将该运动参数与至少一与频率相关的转换函数运算，以得到互动数据；及

提供该互动数据至该互动信号源以发出互动信号。

15、如权利要求14所述的可移动物体的互动信号产生方法，其中，所述互动信号源为扬声器，且该运动参数为该可移动物体的三维方向速度或加速度。

16、如权利要求15所述的可移动物体的互动信号产生方法，其中，所述扬声器的声音信号频率随该可移动物体的三维方向速度或加速度变化。

17、如权利要求15所述的可移动物体的互动信号产生方法，其中，所述互动信号源为至少一灯，且该运动参数为该可移动物体的三维方向速度或加速度。

18、如权利要求17所述的可移动物体的互动信号产生方法，其中，所述灯的闪烁频率随该可移动物体的三维方向速度或加速度变化。

19、一种可移动物体的互动信号产生方法，其特征在于，在所述可移动物体上具有互动信号源，包含：

侦测该可移动物体的运动状态，以产生运动轨迹；

将该运动轨迹与预设轨迹图案比较；

若比对结果符合，则驱动该互动信号源以发出互动信号。

20、如权利要求19所述的可移动物体的互动信号产生方法，其中，所述互动信号源为扬声器，且该预设轨迹图案为圆形、三角形、8字形、或是四方形。

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