CN101553860A - 可操作地对具有等长锻炼系统的虚拟现实场景进行控制的方法和设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明呈等长锻炼系统形式的接口(10)包括具有至少一个传感器(115)的操纵装置(110)、平台(30)和包括处理器(414)的控制电路。该平台(30)容纳处于站立姿势的用户，并包括连接至该平台的操纵装置(110)。传感器(115)测量由用户的下半身部分施加到该操纵装置并在该操纵装置上产生可测量的应变的至少一个力。平台(30)还可连接有具有至少一个传感器的附加操纵装置，以及游戏控制器或其它输入装置。该传感器(115)测量由用户的上半身部分施加到该附加操纵装置并在该操纵装置上产生可测量的应变的至少一个力。处理器(414)接收并处理与所施加力的信息相对应的数据，以传送至主机计算机系统从而更新虚拟现实场景。

Description

可操作地对具有等长锻炼系统的虚拟现实场景进行控制的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请是名称为“在视频游戏玩耍期间便于用户锻炼的等长锻炼(isometric execises)系统和方法”并于2006年2月9日提交的申请号为11/350,284的美国专利申请(美国专利申请公开号为2006/0217243)的部分连续案，申请号为11/350,284的该专利申请是名称为“可配置游戏控制器和选择性地将游戏功能分配给控制器输入装置的方法”并于2004年10月28日提交的申请号为10/975,185的美国专利申请(美国专利申请公开号为2005/0130742)的部分连续案，申请号为10/975,185的该专利申请是名称为“游戏控制器支撑结构和等长锻炼系统和在游戏交互期间便于用户锻炼的方法”并于2004年3月23日提交的申请号为10/806,280的美国专利申请(美国专利申请公开号为2004/0180719)的部分连续案，申请号为10/806,280的该专利申请是名称为“计算机交互等长锻炼系统和用于可操作地将锻炼系统与用作为外围设备的计算机系统互相连接的方法”并于2002年12月4日提交的申请号为10/309,565、现在专利号为7,121,982的美国专利的部分连续案。此外，申请号为10/975,185和10/806,280的美国专利申请要求名称为“可配置游戏控制器和选择性地将游戏功能分配给控制器输入装置的方法”并于2003年10月29日提交的申请号为60/514,897的美国临时专利申请的优先权。此外，申请号为11/350,284的美国专利申请要求名称为“等长锻炼系统和在视频游戏玩耍期间便于用户锻炼的方法”并于2005年7月15日提交的申请号为60/699,384的美国临时专利申请的优先权。另外，本申请要求名称为“用于可操作地对具有等长锻炼系统的虚拟现实场景进行控制的方法和设备”并于2005年11月28日提交的申请号为60/739,920的美国临时专利申请的优先权。前述专利、专利申请公布和(临时的和非临时的)专利申请的公开内容在此以参考的方式全文并入。

技术领域

本发明涉及一种呈如下类型的锻炼系统形式的接口，该类型的锻炼系统在前述专利和专利申请公布、公开号为2006/0223634(Feldman等人)的美国专利公开和名称为“用于等长锻炼装置的测力系统”并于2005年5月20日提交的申请号为11/133,449的美国专利申请中公开，这些专利的公开内容在此以参考的方式全文并入。特别地，本发明涉及一种用作为用于仿真或虚拟环境的接口的等长锻炼装置，以使得用户能够进行身体施力活动以与仿真环境进行交互。

背景技术

当将生理和心理刺激施加给学生时，学生学习最佳。因素的这个组合会导致较高水平的激励，其中该激励水平与最佳认知功能相关联。当(例如认知的、情感的、生理的等等)压力增加时，个体有效发挥作用的能力降低。这通常被称作最初由Yerkes和Dodson假设的倒U理论。

就用于高压活动(例如军事行动等)的训练所发展的仿真而论，利用这些仿真以减少用户对自动反应的反应。例如，零散步兵(DI)战士应决定适于特定情形的行动，并使得战士能够反应以执行该行动。但是，如果战士是在不考虑活动的身体要素的环境中训练，则战士很可能进行一连串其身体上不能进行的行动(例如在带有重包裹的情况下冲上屋顶，以及平静地参加狙击手活动等)。通过在训练和仿真中包括身体要素可避免这种认知失调。

但是，就在零散战士类型仿真中包括物理接口而言存在一些问题。这些问题涉及技术和成本。特别地，与人类身体进行联系是非常有挑战性的问题。例如，车辆仿真器包括与战士的接口，其被清楚地限定并且完全是机械的，然而用于零星步兵战士的仿真必须解决战士与包括楼梯、岩石、门、武器和其它人的一般环境之间的交互。

相关技术试图克服该问题，其中接口通常被分类成运动接口和手接口的两个领域。由于人可以以大量的方式运动(例如向前、先后或斜向行走、蹲下、单脚跳、爬楼梯、爬行、走过绷索、沿柱子滑下等)，所以该方法将人当作在平面上移动的车辆来对待。最简单的运动型接口(例如来自犹他州盐湖城的Sarcos Research公司的Uniport)类似脚踏车或单轮脚踏车，其中踩踏板使得用户能够在虚拟环境中前进或后退，同时接口包括一些附加机构以进行转向。

相反，复杂的运动接口包括大型的全向踏车(例如来自犹他州盐湖城的Sarcos Research公司的Treadport)。这些踏车安装在可倾斜或沿任何方向取向的运动平台上。通过使用允许正确地模拟惯性力的范围，战士被定位在踏车的中心。该系统包括通常呈大屏幕形式(例如CAVE)的显示器或头戴式显示器。

接口的机械复杂性随战士能够沿着其运动的轴线的数量而急剧地提高。Uniport较便宜，但运转基本如同脚踏车。另一方面，Treadport能够支持沿X和Y轴并达到三十度倾斜的运动，但非常不实用和不经济。

手接口装置具有更多的市场商机。例如，马萨诸塞州的Woburn的Sensable Technologies公司提供一种在CAD中使用的接口(称作phantom)和医学仿真。加利福尼亚州的San Jose的Immersion公司提供一种用于虚拟原型(virtual prototyping)的接口(称作CyberForce)。这两个系统都能够使用户通过少量空间而移动他们的一部分身体。在仿真检测到用户与仿真对象相抵触的点处，接口施加表示接触的反向力。

除这些系统的成本与复杂性之外，机器人力型反馈系统(roboticforce type feedback system)受限制并且只能够施加系统能够产生的反向力中的一小部分。由于硬件和/或软件微小的故障会导致施加最大的力，所以限制这些系统的机器马达以防止对用户的伤害。受限制的操作防止系统施加足够的力来仿真虚拟环境中坚硬的、难以贯穿的表面。换句话说，虚拟环境内的对象是“柔软的”。

另外，各种接口装置与娱乐仿真、例如视频游戏一起应用。通常，视频和计算机游戏的操作由处于就座或斜倚位置(例如在沙发、椅子、地板上等)中的用户进行。因此，使用视频游戏趋向于减少用户进行的运动量。缺乏足够的锻炼会导致增加超重人群乃至肥胖人群的人口。

在试图克服关于娱乐仿真或视频游戏的前述问题中，相关技术提供了利用具有虚拟环境的锻炼系统的各种系统。通常，等动力(isokinetic)和/或等压(isotonic)形式的锻炼包括通过选定的运动范围在阻力作用下使用户的肌肉运动。等长锻炼包括由用户向对象施加力，该对象极大地阻挡了由所施加力引起的运动，从而使得在施加力的过程中用户的肌肉基本上是最小运动或没有运动。等长锻炼的简单形式的实例包括推压固定表面(例如门框或墙壁)、试图拉开紧紧抓住的手，或弯曲或折曲足够刚硬的钢条等。

相关技术的计算机控制锻炼系统在公开号为WO 91/11221(Bond等人)的国际公开中有所描述。计算机控制锻炼系统顺序地并且自动地实现等动力、等压和等长锻炼，以在计算机与该患者进行交互以实现期望的治疗的同时允许对其它患者的物理治疗。在一个实施例中，患者身体的运动，例如患者肢体的提升或扭转转化成显示器上与其它奔跑者竞赛的奔跑者。如果患者达到或超过锻炼目标，例如施加到锻炼单元的多个重复或扭矩，则表示患者的奔跑者将与表示目标的其它奔跑者不分上下或打败他们。

此外，交互式视频锻炼系统(IVES)在1998年6月的第20届RESNA年会的会议文件、Dang等人的“用于儿科脑损伤恢复的交互式视频锻炼系统”中公开。该系统为儿科脑损伤患者提供仪表化的视频游戏增强锻炼程序，其中该系统包括等长试验设备、数据处理电路盒、和带有适合的游戏控制器的SUPER NES系统。等长试验设备包括第一负载单元(load cell)，其刚性地安装到加紧椅子的两个后腿的金属横杆上。高拉力的缆索和踝关节带(ankle band)将坐在椅子中的受治疗者的小腿耦合至第一负载单元。第二负载单元安装在搁在地板上的两块铝板之间。受治疗者的脚放在抵着脚跟的顶板上，并通过两根皮带固定。受治疗者膝盖的等长伸展由第一负载单元来测量，而受治疗者的等长踝关节背屈由第二负载单元来测量。来自任一负载单元的信号被发送至数据处理盒，在那里数据被处理并与由电位计设定的可变阀值相比较。当转换器信号超过阀值时，电压被传到适当的游戏控制器，由此在游戏中执行选定的操作(例如右移、左移、上移、下移等)。结果，受治疗者只能够通过进行某些等长锻炼来玩游戏。

但是，相关技术的上述锻炼系统具有若干缺点。特别地，锻炼系统与计算机之间的交互局限于显示器上的简单表示，该表示是基于实现设定目标的。因此，该锻炼系统不提供完全交互式虚拟现实环境(例如，控制场景中的角色或对象以及与场景相关的其它特征的多种运动)。此外，该系统通常不是与各种游戏或其它处理器，以及相关的“非定制(off the shelf)”游戏或其它应用程序普遍兼容。这限制了可利用该系统的应用。另外，该系统笨重并包括用于操作的各种部件，从而使可移植性和在各种场所用于锻炼的使用复杂化。

此外，前述IVES系统需要用于SUPER NES的游戏控制器，以适于提供可操作的系统。因此，该系统通常不与各种游戏或其它处理器，以及相关的“非定制”游戏或其它应用程序普遍兼容。这限制了可利用该系统的应用。此外，该系统包括需要为操作而组装的各种部件，从而使可移植性和在各种场所用于锻炼的使用复杂化，并阻碍即时(例如即插即用型)操作。另外，IVES系统局限于等长膝盖和踝关节锻炼，因此不能在需要用户只运动上半身部分或者与下半身部分组合运动的多种不同的环境中应用。

发明内容

因此，本发明的目的是根据用户的移动或运动来对虚拟现实场景进行控制。

本发明的另一目的是基于用户施加真实的力以进行期望的动作而与虚拟现实场景进行交互。

本发明的又一目的是根据用户进行的等长锻炼来对虚拟现实场景进行控制。

本发明的又一目的是利用呈等长锻炼系统形式的普遍兼容的接口，该等长锻炼系统具有能够执行“非定制”游戏或其它软件程序的多种计算机系统，其中系统的兼容性使得能够进行即时(例如即插即用型)操作。

本发明的又一目的是利用呈等长锻炼系统形式的接口以控制虚拟现实场景，该等长锻炼系统使得用户能够进行上半身部分和/或下半身部分锻炼。

前述目的可以以单独和/或组合的方式实现，并且除非由所附权利要求特别要求，否则本发明并不意欲被理解成需要两个或两个以上待组合的对象。

根据本发明，便于用户与主机计算机系统交互的呈等长锻炼系统形式的接口包括操纵装置(effector)、耦合至该操纵装置的至少一个传感器、容纳用户的平台和包括处理器的控制电路。该平台容纳处于站立位置的用户，并包括连接至该平台的操纵装置。传感器测量由用户下半身部分施加到操纵装置的至少一个力，其中该施加的力在操纵装置上产生应变(strain)或使该操纵装置偏转。操纵装置可以呈金属棒的形式，其中用户施加在操纵装置的弹性极限内轻微地并且可测量地使操纵装置变形的力(例如弯曲、扭曲、拉紧、压缩力等)。处理器接收并处理与传感器所测量到的施加力的信息相对应的数据，以传送给主机计算机系统。主机计算机系统处理该信息以更新或响应虚拟现实场景内的事件(例如虚拟环境、游戏等)。

此外，附加的操纵装置可连接至平台，并包括耦合至该操纵装置的至少一个传感器和游戏控制器或其它输入装置。传感器测量由用户上半身部分施加到该附加操纵装置的至少一个力，其中施加的力在该操纵装置上产生应变或使该操纵装置偏转。附加的操纵装置可以呈金属棒的形式，其中用户施加在操纵装置的弹性极限内轻微地并且可测量地使操纵装置变形的力(例如弯曲、扭曲、拉紧、压缩力等)。处理器接收和处理与传感器所测量的施加的力的信息相对应的数据，以传送至主机计算机系统。主机计算机系统如上所述地处理该信息以更新或响应虚拟现实场景内的事件(例如虚拟环境、游戏等)。因此，可利用用户的上半身部分和/或下本身运动以与虚拟现实场景进行交互。

本发明具有多个优点。特别地，等长交互(isometric interaction)颠覆(invert)了相关技术装置(例如CyberForce和Treadport)所利用的范例。与该范例(例如允许用户自由运动并施加非真实的力)形成对比，本发明的等长交互使得用户能够施加真实的力，同时对动作进行限制。衍生物是相当多的，并且其包括在不需要运动部件，相关的高成本和机械复杂性的情况下获得期望的效果。此外，反应时间是立即的，因为不存在某些机构对仿真世界的新状态进行反应所需的延迟。此外，用户可施加与该用户在真实世界中施加的力相等的力，以使合成的对象在仿真中移动。由于本发明不采用运动部件，所以等长接口非常简单、结实和便宜。这与接口的小尺寸一起使该接口非常适于传统训练环境以及前位部署(forward deployment)中的群体训练。因此，本发明的系统提供了可与成本大的多的系统相当的身体和认知集成式训练(integrated physical and cognitive training)。另外，本发明使得用户进行上半身部分和/或下半身部分等长锻炼以与虚拟环境或游戏进行交互，从而在玩游戏期间便于锻炼以及消耗增加的卡路里量。

考虑到以下本发明特定实施例的详细描述、尤其当结合附图时，以上和更进一步的本发明的目的、特征和优点将变得明显，其中在不同的附图中利用相同的附图标记指示相同的部件。

附图说明

图1是根据本发明耦合至仿真系统的接口装置的透视图。

图2是图1的接口装置的透视图。

图3A是图1的接口装置的操纵装置杆的侧视图。

图3B是图1的接口装置的底视图。

图4是用于图1的接口装置的控制单元的平面前视图。

图5是用于图1的接口装置的示例性控制电路的示意性框图。

图6是根据本发明的图1的接口装置的可选实施例的透视图。

图7是用于图6的接口装置的示例性控制电路的示意性框图。

图8配置为用于连接到视频游戏系统的图6的接口装置的透视图。

图9是用于图8的接口装置的示例性控制电路的示意性框图。

具体实施方式

图1示出根据本发明并耦合至仿真系统的接口装置。最初，根据本发明的接口装置10优选地耦合至对来自接口装置的信息进行处理的装置控制单元200。该控制单元还耦合至仿真系统400，该仿真系统400根据用户50下半身部分(例如腿等)对接口装置的操纵来提供并更新仿真或虚拟环境。仿真系统通常包括仿真处理器414(图5)和监视器或其它显示装置416。例如，用户50可将头戴机用作显示装置416，以提供虚拟环境。仿真处理器主要包括运行仿真软件的处理装置，以便在显示装置上提供虚拟现实。仿真系统可由Silicon Graphics或Evan &Sutherland仿真系统实现、或由任何常规的或其它计算机或处理系统(例如IBM兼容机、微处理机系统、个人计算机、视频模拟系统等)实现。

仿真通常包括由用户50控制或与用户50进行交互的角色或对象。例如，用户可根据用户下半身部分对接口装置10的操纵来控制角色的运动或动作，以通过显示在显示装置上的虚拟环境而运动。此外，仿真可基于用户对接口装置的操纵来提供仿真环境的不同视野或区域。这些不同的区域可包括各种对象(例如敌方人员、陷阱等)。控制单元200接收和处理来自接口装置的表示用户对该装置的操纵的信号。仿真系统从控制单元接收经过处理的信号并更新显示装置，以根据用户对接口装置的操纵来反应角色或对象的视野和/或运动和/或动作。

作为示例，接口装置10可与军事仿真一起采用，并用作为“第一人称射手”(FPS)装置，其中接口装置通过用户或战士50的腿和/或其它下半身部分而接合(engage)。接口装置跟踪战士50用他们的腿施加的力，以确定虚拟环境的往返移动。以这种方式，战士50可基于战士的腿对接口装置的操纵来操作火器或其它武器75并在虚拟环境内运动(例如向前、向后、侧向等)。例如，战士50可利用他们的腿行走或转动，从而向接口装置10施加力，该力被测量并被处理从而如以下将描述地表示虚拟环境内的速度和/或方向。这提供几乎本能的与仿真的交互。由于用于接口装置的阻力水平可调节，所以战士50能够使所需力的量适于对任何类型的条件或环境(例如丘陵地形等)进行仿真。

参考图2，接口装置10包括基座20、操纵装置杆110和接合构件370。接口装置10优选地安装在支撑平台30上。平台通常为矩形并包括足以支撑其上的用户50和接口装置10的尺寸。接口装置的基座20通常连接至平台30的中心位置，用户50以通过用户的腿或其它下半身部分骑跨着接口装置的方式站立在平台上，从而如以下将描述地操纵该装置并且与仿真或虚拟环境进行交互。接口装置10可经由任何常规或其它固定机构(例如螺栓、夹具等)固定至平台任何合适的位置。

接口装置10的基座20包括地板22和大致圆柱形的插座(receptacle)24。地板22通常是矩形的并包括在地板的相对侧边中限定的通常为U形的凹座25。地板22包括连接至地板底面的支撑物23以将地板22提升至平台30上方。支撑物呈通常的矩形块形式并沿着地板22的非凹陷边缘延伸。插座24从地板22大致的中心位置向上延伸并包括足以在其中容纳操纵装置杆110的尺寸，该操纵装置杆110处于大致的直立位置以用于如以下将描述地由用户50操纵。一系列通常的三角形支撑件26连接至插座24和地板22以支撑该插座。支撑件彼此成角度地移位大约90度并从插座朝地板22各自的角落延伸。特别地，每个支撑件26呈直角三角形的形式，且支撑件侧边分别连接至彼此成垂直关系的插座和地板。连接至地板22的侧边从插座朝相应的地板角落延伸，同时支撑件的斜边从连接至插座的侧边的上部延伸到连接至地板22的侧边靠近相应地板角落的端部。大致圆形的凸缘(collar)28围绕操纵装置杆110设置并包括稍大于操纵装置杆和插座直径的尺寸。该凸缘基本上与插座24的上部接合以将插座内的操纵装置杆110固定在合适的位置。

接合构件370围绕操纵装置杆110的上部设置，以使得用户能够使接合构件与用户的腿和/或其它下半身部分接合，并施加力以操纵操纵装置杆从而与仿真或虚拟环境进行交互。接合构件包括多个通常为矩形的接触构件330、332、334和336，所述接触构件被布置成十字形构造(例如彼此成角度地移位大约90度)并连接至大致的环形圈(annualring)340，该环形圈具有开放的中心部分，其包括足以容纳操纵装置杆110的尺寸。接合构件与操纵装置杆成可滑动的关系，并且可经由圈340沿操纵装置杆定位在任何期望的位置。圈可由任何合适的常规或其它固定机构(例如O形圈、夹具等)实现或包括任何合适的常规或其它固定机构。接触构件330、334被分隔开足够的距离(例如成角度地移位至少大约90度)，以使得用户的腿和/或其它身体部分能够放置在这些构件之间。类似地，接触构件332、336被分隔开足够的距离(例如成角度地移位至少大约90度)，以使得用户的腿和/或其它身体部分能够放置在这些构件之间。为了用户的舒适感，接触构件330、332、334、336优选地被加上衬垫。

如上所述，操纵装置杆110以大致直立的姿势被容纳在插座24中，且接合构件370定位于朝向操纵装置杆的上部。操纵装置杆由合适的刚性材料(例如金属合金)构成，其能够响应于用户施加到该杆的弯曲、扭曲、拉紧和压缩力的任何组合、在其弹性极限内轻微地偏转。尽管操纵装置杆通常为圆柱形，但要指出的是操纵装置杆可具有任何合适的形状(例如弯曲或曲线、V形等)，并具有任何合适的外表面几何形状(例如曲线、多面等)。

操纵装置杆110包括至少一个传感器，以测量由用户施加到该杆的至少一种类型的应变。该传感器最少测量沿前/后(例如Y轴)和左/右(例如X轴)轴线的力。可采用附加传感器以测量上/下的力(例如沿Z轴)和旋转力(例如围绕Z轴)。优选地，操纵装置杆110包括应变计传感器(stain gauge sensor)150、160(图3A)，它们布置在杆上合适的位置，优选地布置在靠近插座24的操纵装置杆下部。这些传感器测量由于用户向接合构件施加推、拉或侧向力所引起的施加到杆的应变变形的量。仅作为示例，传感器150可测量沿X轴施加到操纵装置杆的力(例如侧向或左/右的力)，而传感器160可测量沿Y轴施加到操纵装置杆的力(例如推/拉或向前/向后的力)。

传感器可相对于操纵装置杆以任何合适的方式，例如在前述专利、专利申请和专利申请公布中所公开的方式来布置，以测量力。例如，传感器可直接或间接地连接至操纵装置杆的外或内表面以测量施加的力。优选地，传感器150、160以与申请号为11/133,449的前述美国专利申请中公开的方式相类似的方式固定至在操纵装置杆内设置的量具安装结构(gauge mounting structure)。参考图3A，量具安装结构108固定在操纵装置杆110的中空内部，并大致延伸操纵装置杆的长度。操纵装置杆优选地包括至少一个开口端以便于装配期间在操纵装置杆内插入量具安装结构。该安装结构优选地为细长的中空管，并且其具有的横截面尺寸(例如内部安装结构的外径)小于操纵装置杆的横截面尺寸(例如操纵装置杆的内径)。因此，在操纵装置杆110与套入该操纵装置杆的量具安装结构108之间存在环形间隙111。

量具安装结构优选地由合适的材料构成，其能够响应于由用户施加到操纵装置杆并如以下将描述地传递到量具安装结构的弯曲、扭曲、拉紧和压缩力的任何组合，而在其弹性极限内轻微地偏转。与操纵装置杆相比该材料通常更柔顺(compliant)并为安装结构提供更大的柔性。具体而言，当相同的力以大致相似的位置和方向施加到操纵装置杆110和量具安装结构108中的每一个时，在不超过量具安装结构的弹性极限的情况下，量具安装结构比操纵装置杆更柔软并能够变形至略微更大的范围或程度(例如具有更大的变形)。在操纵装置杆由钢或其它合适的金属合金构成的示例性实施例中，量具安装结构优选地由聚氯乙烯(PVC)或任何其它合适的塑料或聚合材料构成，所述材料比用于构成操纵装置杆的金属材料更柔顺和柔软。

经由优选地贴近该量具安装结构的纵向端设置的合适的应变传递材料，量具安装结构被稳固在操纵装置杆的内周表面部分内，并沿该内周表面部分间接地固定。如以下所述应变传递材料便于将施加到操纵装置杆的力或应变传递到量具安装结构。配件(fitting)112(例如PVC耦合)被固定在与操纵装置杆110的第一端(例如，固定在插座24内的操纵装置杆端部)相对应的量具安装结构108的第一端处。可选地，配件112可被固定在与操纵装置杆的第二自由端(例如朝向接合构件370的操纵装置杆端部)相对应的量具安装结构的第二端处。

配件形成围绕量具安装结构的纵向外周的护套，并且其具有的横截面尺寸稍小于操纵装置杆的横截面尺寸(例如内径)。另外，配件的外表面部分与操纵装置杆的内表面部分摩擦地接合，以提供操纵装置杆与量具安装结构在它们相对应的第一端之间的第一间接接触区域或接触桥接(contact bridge)。该接触桥接用作为一个应变传递位置，在该位置中施加到操纵装置杆的力或应变被传递到量具安装结构。硬化环氧树脂(hardened epoxy resin)的第一插头114被固定在环形间隙111内邻近配件112的位置。该第一树脂插头被固定至操纵装置杆和量具安装结构的内周表面部分和外周表面部分，且被固定至配件的邻近端表面，以提供操纵装置杆与量具安装结构之间额外的表面接触区域，从而便于从操纵装置杆传递应变到量具安装结构。

在环形间隙111内在操纵装置杆110与量具安装结构108的相应第二端处设置有硬化环氧树脂的第二插头116。第二插头固定至操纵装置杆和量具安装结构相应的内周表面部分和外周表面部分，以提供操纵装置杆与量具安装结构之间的第二间接接触区域或接触桥接。这提供了另一位置，在该位置中施加到操纵装置杆的力或应变被传递到量具安装结构。第二插头116大致充满沿着量具安装结构从选定位置到该结构第二端的环形间隙。泡沫环115设置在环形间隙中并在邻近第二插头的选定位置处围绕量具安装结构的外周表面部分。提供泡沫环以便于在操纵装置杆的装配期间形成硬化环氧树脂的第二插头。

尽管上述应变传递材料包括配件和硬化环氧树脂，但要指出的是在操纵装置杆与量具安装结构之间形成的环形间隙内可设置便于施加的力从操纵装置杆传递到量具安装结构的任何合适的连接或桥接材料。例如，硬化环氧树脂的配件和/或插头能够固定在量具安装结构两个相对的(例如第一和第二)端部和/或沿着量具安装结构的任何其它位置，其中配件和/或插头具有合适的尺寸以提供操纵装置杆与量具安装结构的相对应的内周表面部分和外周表面部分之间的接触或连接桥接。应变传递材料优选地具有合适的刚性，以便在操纵装置杆与量具安装结构之间基本上完全地传递力，而应变传递材料最小限度地吸收力或不吸收力。尽管应变传递材料优选地设置在操纵装置杆与量具安装结构相对的纵向端部或靠近该端部，但取决于特定的应用，应变传递材料可沿操纵装置杆的长度设置在任何一个或多个合适的位置。

传感器150、160固定在在应变传递材料的位置之间的量具安装结构108外表面部分上合适的位置。优选地，取决于特定的设计和/或应用，传感器沿量具安装结构设置在操纵装置杆和/或量具安装结构的变形很可能最大或最明显的合适的位置。在图3A的实施例中，传感器150、160固定在量具安装结构108上与量具安装结构的第二(例如自由)端(例如朝向接合构件370)相比更靠近量具安装结构的第一(例如固定)端(例如朝向插座24)。

传感器还沿操纵装置杆和量具安装结构的纵向方向对齐，并在量具安装结构的外周上成角度地彼此偏移大约90度。特别地，传感器被对齐以便沿至少两条单独的轴来测量量具安装结构108的弯曲偏转(bending deflection)(例如，对应于已经通过应变传递材料传递到量具安装结构的操纵装置杆110的弯曲偏转)。例如，两条单独的轴可以是预定义的X轴和预定义的Y轴，其中两条轴定位在相同的平面中并彼此成角度地偏移大约90度。但是，要指出的是可设置任何合适数量的(例如一个或多个)传感器并在量具安装结构上适当地对齐，以便基于作用在操纵装置杆上并从该操纵装置杆传递的类似的力来测量量具安装结构的压缩、延伸、和扭曲。例如，第三传感器可沿量具安装结构表面固定在合适的直线排列位置中，以测量相对于操纵装置杆纵向尺寸的操纵装置杆的其它偏转(例如扭曲、扭矩等)。这些偏转(经由上述应变传递材料)从操纵装置杆传递到量具安装结构以便被传感器测量。

接口装置10采用附加传感器，以便如图3B所示地测量由用户50施加到操纵装置杆110的扭曲或旋转力(例如侧转(yaw))。具体地，插座24包括开口的底部部分，以使操纵装置杆110能够延伸稍微超出地板22的底面。地板底面包括如上所述的支撑物23和支撑物21，以便在平台30与地板22之间为操纵装置杆提供足够的空间。支撑物21类似于支撑物30并且大致垂直于支撑物23设置在地板底面上，且操纵装置杆110设置在支撑物21之间。通常的矩形止动杆29连接至操纵装置杆110的底面并在支撑物23之间延伸。止动杆由合适的刚性材料(例如金属合金)构成，其能够响应于用户施加到该止动杆的弯曲、扭曲、拉紧和压缩力的任何组合，在其弹性极限内轻微偏转。尽管止动杆通常是矩形的，但要指出的是止动杆可具有任何合适的形状(例如弯曲或曲线、V形等)并具有任何合适的外表面几何形状(例如曲线、多面等)。

邻近各支撑物23设置有一对止动器27，其中每对中的止动器分开足够的距离以在其间容纳止动杆29的对应端部。止动器阻止止动杆29的运动，从面使得由用户50施加到操纵装置杆110的扭力在止动杆29上能够产生可测量的应变变形。特别地，以使操纵装置杆相对于插座能够旋转的方式将操纵装置杆110设置在插座24内。当用户50向接合构件370施加旋转力时，操纵装置杆110试图沿对应的方向旋转(例如侧转)。由于止动杆29连接至操纵装置杆，所以止动杆同样试图沿对应的方向旋转。但是，止动器27接合止动杆29并阻止止动杆29运动，从而为用户施加的力提供阻力并使得该力能够在止动杆上产生可测量的应变变形。该布置基本上通常以固定或不动的方式(例如具有最小的运动或没有运动)将操纵装置杆连接至基座，并利用等长运动使得用户可将与真实世界中施加的力相当的力施加到接口装置。

止动杆29包括至少一个传感器，以测量由用户施加到操纵装置杆的至少一种类型的应变。优选地，止动杆29包括应变计传感器(straingauge sensor)165、175，它们布置在止动杆上合适的位置，优选地布置在止动杆的靠近一对止动器27的相对纵向侧边上。这些传感器测量由于用户向操纵装置杆施加扭力所引起的施加到止动杆的应变变形的量。仅作为示例，传感器165可测量沿第一旋转或扭曲方向(例如顺时针方向)施加到操纵装置杆的力，而传感器175可测量沿第二旋转或扭曲方向(例如逆时针方向)施加到操纵装置杆的力。

传感器150、160、165、175经由合适的线路连接到控制器200(图4)，其中控制器向仿真系统400提供合适的信息。处理由仿真系统接收的信息，以在显示装置416上显示虚拟现实场景(图5)。根据由用户施加到操纵装置的应变力来更新场景。控制器还可进一步被配置为控制需要用户施力的水平，以便在虚拟现实场景中实现特定的响应。如以下将描述地可经由输入装置156由用户向控制单元输入阻力水平。可选地，或者与用户的输入相结合，可由信号处理器164(图5)基于虚拟现实场景内的条件，例如风力情况的改变、地形坡度的改变(例如走上坡路)等等来控制阻力水平。

图4中示出示例性控制单元200。具体地，如上所述，控制单元耦合至接口装置10并从应变计传感器150、160、165、175接收信息。控制单元200包括具有前壁、后壁、侧壁、顶壁和底壁的壳体202，以共同限定用于容纳下述控制电路210(图5)的壳体内部。壳体前壁呈控制面板204的形式并包括输入装置156、157、158和显示器124、126。输入装置156优选地包括一对按钮，以使得用户能够分别增加和减小用户沿X和Y轴施加的力的增益或灵敏度。输入装置157优选地包括一对按钮，以使得用户能够分别增加和减小用户施加的扭力的增益或灵敏度。显示器124、126邻近对应的输入装置156、157而设置，以分别显示轴向和扭转运动的实时信息(例如轴向传感器饱和(saturationi)、扭曲传感器饱和、增益设定、操作时间、近似的施力等)。每个显示器优选地由液晶显示器(LCD)实现，但也可由任何常规的或其它的显示器(例如LED、监视器等等)实现。输入装置158包括按钮，并通常启动复位(reset)操作。

图5中示出用于控制单元200的示例性控制电路。具体地，控制电路210包括传感器150、160、165、175和对应的放大器152、162、167、177、以及信号处理器164。常规的电源(未示出)向每个电路元件提供合适的电力信号。电路可由电池和/或任何其它合适的电源(例如仿真系统)提供电力。还可包括电源开关(未示出)以激活电路元件。此外，电路可包括微调电位计(trim potentiometer)153，以调节应变计传感器的定心(centering)和范围。

传感器150、160、165、175分别连接到相应的放大器152、162、167、177。传感器的电阻响应于操纵装置和止动杆的压缩与伸展而改变。放大器152、162、167、177基本上放大传感器信号(例如在与所采用的仿真系统类型兼容的范围中)。放大后的电压值由各放大器发送至信号处理器164。信号处理器164可由任何常规或其它的处理器实现，并通常包括电路，并且/或者将来自放大器的模拟信号转换成用于处理的数字值。基本上，放大后的传感器值表示由用户施加的力，其中朝向该范围最大值的值指示较大的施加力。在与转换后的数字值中的比特数一致的范围(例如对于8比特带符号的是-127至+127、对于16比特带符号的是-32,767至+32,767，等等)内将放大后的模拟值数字化或量化，以指示施加的力的大小和/或方向。因此，朝向范围最大值的放大后的电压值产生朝向量化范围最大值的数字值。

如上所述，信号处理器接收阻力水平并复位经由输入装置156、157、158来自用户的控制，并且控制放大器增益参数以根据用户指定的控制来调节接口装置阻力。特别地，信号处理器调节放大器的增益控制，以便根据用户输入和/或虚拟现实场景来促成(facilitate)(p17line32)阻力水平。增益控制参数基本上控制由放大器施加到放大器输入端(或传感器测量值)的增益量。由于较大的放大值对应于较大的力，所以增加放大器增益可使得用户能够施加较小的力以获得特定的放大后的力量值，从而有效地降低接口装置对于用户的阻力。相反地，减小放大器增益需要用户施加较大的力以获得特定的放大后的力量值，从而增加接口装置对于用户的阻力。信号处理器还将放大器AutoNull(自动归零)参数调节成零，或修正(tare)(p18，line7)应变计传感器。

如上所述，信号处理器还连接到显示器124、126，以便于某一活动或其它相关信息的显示。信号处理器接收放大后的传感器值，并确定显示给用户的各种信息(例如在任何给定时间施加到操纵装置和/或止动杆的力的程度、在特定的一段时间由用户所做的功的量、阻力水平、时间或过去的时间、由用户施加到多个轴(例如X、Y、Z和旋转轴)的力、施加的瞬时力、提升的总重量、燃烧的卡路里(例如，基于所做功的量和用户体重)、阻力水平设定、操纵装置和/或止动杆移动的程度，和/或任何其它锻炼或其它相关的信息)。另外，信号处理器根据从输入装置158接收的复位控制(例如，为了提供用于录入信息的新会话(anew session for logging information))来复位各种参数(例如阻力、时间、功等等)。

信号处理器处理收到的信息并将处理后的信息传送到仿真处理器414，以更新和/或响应于执行的仿真。基本上，信号处理器将收到的信息处理和安排成合适的数据包，用于传送到仿真系统400的仿真处理器414。信号处理器可以以任何方式处理原始数字值，以解决各种校准或在量化范围内适当地调节所述值。信号处理器处理信息或数据包以更新和/或响应于在显示装置416上显示的执行的仿真。

参考图1至5描述接口装置10的操作。首先，用户将接口装置耦合至控制单元200(并因此耦合至仿真系统400)。用户可调节接口装置(例如接合构件的高度等)以容纳用户的身体特征。在仿真系统上选择和执行仿真，并且用户操纵接口装置10以与仿真进行交互。用户通过以用户的腿和/或用户的其它下半身部分操纵接合构件370来操作接口装置。用户施加线性和/或扭曲(或旋转)力以便在操纵装置和/或止动杆上施加可测量的应变。

应变计传感器150、160、165、175测量由于用户对接合构件的操纵所引起的操纵装置和/或止动杆上的应变。来自应变计传感器的信号被传送到控制单元信号处理器以产生用于传送到仿真系统400的数据包。仿真系统处理该信息或数据包以更新和/或响应于执行的仿真。因此，由用户施加到操纵装置杆的力在显示装置上所显示的场景中产生对应的坐标运动或动作。换句话说，用户的运动(例如，类似于行走、转动等)用于向仿真系统表示所期望的用户动作或运动，以根据用户的运动来更新仿真中的角色或对象的视角和/或运动(例如用户穿过仿真环境)或其它动作。例如，用户向前倾斜使仿真角色向前运动。此外，用户可施加侧向力以引起仿真中的侧向运动、施加垂直力以使得仿真角色蹲下或站立、施加旋转力以使得仿真角色转动。仿真中的运动的速率来源于用户所施加的力的量(例如较大的运动速率由较大的施加力的量产生)。

接口装置使得用户能够以与真实世界中施加力相同的顺序来施加力(例如行走、转动等)，以提供真实的仿真和训练。例如，战士50可利用接口装置以便在操作武器的同时穿过虚拟区域，从而将身体要素告知给用于增强型训练的仿真。

图6中示出根据本发明的接口装置的可选实施例。首先，接口装置15优选地耦合至仿真系统400(图7)，该仿真系统400以与上述方式类似的方式根据用户50对接口装置15的操纵来提供并更新虚拟环境。如上所述，仿真系统通常包括仿真处理器414(图7)和监视器或其它显示装置416。

接口装置15包括基座平台301、接口装置10和控制器组件350。基座平台大致是矩形的，并包括用于用户的脚的抓取面(grippingsurface)(例如橡胶或橡胶类型的材料)。控制器组件350固定或螺栓连接到基座平台301的前部，而接口装置10固定至基座平台的后部。接口装置10大致类似于上述接口装置并包括传感器150、160、165、175，以测量施加的力。接口装置10的传感器经由合适的线路连接到控制器组件350内的控制电路225(图7)，其中控制电路向仿真系统400提供合适的信息。如以下所述，接口装置10定位在距控制器组件足够的距离，以使得用户50能够同时操纵接口装置10和控制器组件。接口装置10的基座20以上述大致相同的方式和布置固定至基座平台301，以用于将接口装置10固定至平台30。

控制器组件350包括框架390、控制器操纵装置610和控制器120。框架390包括固定或螺栓连接到基座平台301前部的安装构件344。安装构件包括大致为圆柱形的操纵装置插座345。控制器操纵装置610具有的尺寸小于操纵装置插座345的尺寸以用于插入该插座内。插座从基座向上延伸并具有足以容纳控制器操纵装置610的尺寸。控制器操纵装置大致类似于上述操纵装置杆110，并由合适的刚性材料(例如金属合金)构成，其能够响应于用户施加到该控制器操纵装置的弯曲、扭曲、拉紧和压缩力的任何组合，在其弹性极限内轻微偏转。尽管控制器操纵装置为通常的圆柱形，但要指出的是控制器操纵装置可具有任何合适的形状(例如弯曲或曲线、V形等)并具有任何合适的外表面几何形状(例如曲线、多面等)。控制器操纵装置以大致直立的姿势可滑动地容纳在插座345内，以用于如下所述地被用户操纵。可采用锁定机构348以根据用户特征(例如高度、到及范围等)来调节控制器操纵装置在插座345内的位置。一旦锁定到合适的位置中，控制器操纵装置基本上以固定或不动的方式(例如具有最小的运动或没有运动)连接至基座平台，以使得用户能够施加力和进行等长锻炼，以便如以下所述地与仿真进行交互。

控制器操纵装置610通常包括至少一个传感器，以如上所述地测量由用户施加到操纵装置的至少一种类型的应变。传感器至少测量沿前/后(例如Y轴)和左/右(例如X轴)轴线的力。可采用附加的传感器来测量上/下的力(例如Z轴)和旋转力(例如围绕Z轴)。优选地，控制器操纵装置包括传感器185、195(图7)和如上所述用于图3A的传感器布置(通常没有图3B的传感器布置)，以测量由于用户向操纵装置施加推、拉或侧向力而施加到控制器操纵装置的应变变形的量。传感器经由合适的线路连接到控制器120内的控制电路225，在那里控制器向仿真系统400提供合适的信息。应变计测量被处理以在仿真系统上显示虚拟现实场景。如以下将描述地根据用户施加到控制器操纵装置610和操纵装置杆110的应变力来更新场景。

控制器120连接或固定到控制器操纵装置上部。作为示例，控制器可以是可用于常规视频游戏(例如，可从Sony购得的PS2、可从Microsoft购得的XBOX、可从Nintendo购得的GAMECUBE、被配置为与例如Microsoft WINDOWS和Apple Mac OS X的个人计算机操作系统一起使用的视频游戏应用程序等)的类型，例如在专利号为6,231,444的美国专利中描述的装置，并类似于在前述专利申请和专利申请公布中公开的控制器。控制器通常包括设置在控制器上部的一系列按钮123和操纵杆121。控制器通常包括各自的信号源(例如可变电阻或电位计)，以提供指示操纵杆沿X(例如左/右运动)和Y(例如前/后运动)轴的运动的信号。例如，操纵杆121(图7)可与信号源125(例如可变电阻或电位计)相联，以提供指示操纵杆沿X和Y轴的运动的信号。但是，控制器可包括设置在控制器上任何位置并布置成任何形式的任何数量的任何类型的输入装置(例如按钮、开关、小键盘、操纵杆等)和信号源。可利用按钮和操纵杆以输入任何期望的信息(例如输入期望的用于仿真的用户操作等)。

此外，控制器可包括输入装置256(图7)，以进入和复位阻力控制以及复位时钟或其它功能。装置256可由任何常规或其它输入装置(例如按钮、滑块、开关等)实现。控制器下部包括通常为“U”形的手柄或把手122以用于用户接合。

控制器上部还设置有显示器127，并且该显示器可向用户显示各种信息(例如在任何给定时间施加到控制器操纵装置和/或操纵装置杆的力的程度、在特定的一段时间由用户所做的功的量、阻力水平、时间或过去的时间、施加到多个轴(例如X、Y、Z和/或旋转轴)的力、施加的瞬时力、提升的总重量、燃烧的卡路里(例如基于所做功的量和用户的体重)、阻力水平设定、控制器操纵装置和/或操纵装置杆移动的程度，和/或任何其它锻炼或其它相关信息)。显示器优选地由液晶显示器(LCD)实现，但也可以是任何类型的显示器(例如LED等)。

取决于特定的仿真，控制器120可由各种装置实现。例如，控制器可由如上所述的通用控制器实现，以仿真各种对象(例如武器、医疗或其它器械等)，或者由呈适用于特定仿真的物品的形式的控制器实现，例如武器或医疗箱。

图7中示出控制器120内用于接口装置15的示例性控制电路。具体地，控制电路225包括接口装置10的传感器150、160、165、175和控制器组件350的传感器185、195、相对应的放大器152、162、167、177、187、197、锻练处理器154和信号处理器164。常规的电源(未示出)向每个电路元件提供合适的电力信号。电路可由电池和/或任何其它合适的电源(例如仿真系统)来提供电力。还可包括电源开关(未示出)以激活电路元件。此外，电路可包括微调电位计153，以调节应变计传感器的定心和范围。

传感器150、160、165、175、185、195分别连接到相应的放大器152、162、167、177、187、197。传感器的电阻响应于控制器操纵装置610和操纵装置杆110的压缩和伸展而变化。放大器152、162、167、177、187、197主要地放大传感器信号(例如在与采用的控制器类型兼容的范围内)。放大后的电压值由每个放大器发送到锻炼处理器154。锻炼处理器可由任何常规或其它处理器实现，并通常包括电路，并且/或者将来自放大器的模拟信号转换成用于处理的数字信号。基本上，放大后的传感器值表示由用户施加的力，其中朝向范围最大值的值指示较大的施加的力。在与转换后的数字值内的比特数相一致的范围内(例如对于8比特带符号的是-127至+127、对于16比特带符号的是-32,767至+32,767等)将放大后的模拟值数字化或量化，以指示施加的力的大小和/或方向。因此，朝向范围最大值的放大后的电压值产生朝向量化范围最大值的数字值。

锻炼处理器接收阻力水平并如上所述地复位经由输入装置256来自用户的控制，并控制放大器增益参数以根据用户指定的控制来调节接口装置阻力。特别地，锻炼处理器调节放大器的增益控制，以便根据用户输入和/或虚拟现实场景来促成(facilitate)阻力水平。增益控制参数基本上控制由放大器施加到放大器输入(或传感器测量值)的增益量。由于较大的放大值对应于较大的力，所以增加放大器增益使得用户能够施加较小的力来获得特定的放大后的力量值，从而有效地降低接口装置对于用户的阻力。相反地，减小放大器增益需要用户施加较大的力来获得特定的放大后的力量值，从而增加接口装置对于用户的阻力。锻炼处理器还将放大器Auto Null(自动归零)参数调节成零，或修正(tare)应变计传感器。

锻炼处理器还连接到显示器127，以便于显示锻炼或其它相关信息。锻炼处理器接收放大后的传感器值，并确定显示给用户的各种信息(例如在任何给定时间施加到控制器操纵装置和/或操纵装置杆的力的程度、在特定的一段时间由用户所做的功的量、阻力水平、时间或过去的时间、施加到多个轴(例如X、Y、Z和/或旋转轴)的力、施加的瞬时力、提升的总重量、燃烧的卡路里(例如基于所做功的量和用户体重)、阻力水平设定、控制器操纵装置和/或操纵装置杆的移动程度，和/或任何其它锻炼或其它相关的信息)。另外，锻炼处理器根据从输入装置256接收的复位控制(例如，为了提供用于录入信息的新会话)来复位各种参数(例如阻力、时间、功等等)，并向信号处理器164提供传感器信息。

信号处理器164处理传感器和控制器输入装置信息，并将该信息传送到仿真处理器414以更新和/或响应于执行的仿真。基本上，信号处理器将收到的信息处理和安排成合适的数据包，以用于传送到仿真系统400的仿真处理器414。信号处理器可以任何方式处理原始的数字值，以解决各种校准，或在量化范围内适当地调节所述值。仿真处理器处理该信息或数据包以更新和/或响应于在显示装置416上显示的执行的仿真。

参考图6至7描述接口装置15相对于仿真的操作。首先，用户利用合适的导线或电缆将接口装置耦合至仿真系统400。用户可调节接口装置(例如控制器高度、接合构件等)以便容纳用户的身体特征。接口装置设置在合适的表面(例如地板等)上，在那里用户通常站立在基座平台301上，且用户的腿跨骑着接合构件370。选择仿真并在仿真系统上执行仿真，并且用户进行锻炼活动以与仿真进行交互。用户操作接口装置，且用户的腿由基座平台301所支撑并跨骑着接合构件370，用户的手放置在控制器手柄122上。用户抓紧控制器手柄并向控制器和/或接合构件施加力，以相应地在控制器操纵装置和/或操纵装置杆上施加应变，从而在仿真中产生对应的(例如，由仿真处理器显示的场景中的角色或对象的)运动。例如，用户向前倾斜并操纵接合构件使角色向前运动。此外，用户可在接合构件上施加侧向力以引起仿真中的侧向运动、在接合构件上施加垂直力以使得角色蹲下或站立、在接合构件上施加旋转力以使得角色转动。可利用控制器来对用于仿真的特定对象，例如武器进行仿真。在该情况下，用户还可向控制器施加力，以控制仿真中的观察点和手的位置(例如在武器上的)。向控制器施加的XY平面中的力可控制出射点(eye-point)和/或武器方向，而沿竖轴向控制器施加的力可控制仿真中对象的提升和承载。向控制器施加的扭力可用于操纵出射点和/或武器，并且还可用于其它仿真任务。仿真中运动的速率来源于用户施加的力的量(例如，较大的施加力的量产生较大的运动速率)。另外，取决于特定的仿真，用户可操纵用于附加动作的操纵杆121和/或其它控制器输入装置。

来自应变计传感器150、160、165、175、185、195和控制器输入装置(例如操纵杆121、按钮123等)的信号被传送至信号处理器164以产生用于传送至仿真系统400的数据包。仿真系统处理该信息或数据包以更新和/或响应于执行的仿真。因此，用户向控制器操纵装置和操纵装置杆施加的力引起在仿真系统所显示的场景中的相对应的坐标运动或动作。换句话说，用户活动用于向仿真系统指示期望的用户动作或运动，以更新仿真内的场景和/或角色或对象的运动或动作。这使得用户在仿真期间能够以与用户在真实世界中施加力相同的顺序来施加力，从而将身体要素告知给用于增强型训练的仿真。

接口装置15还可用作游戏控制器，该游戏控制器可与包括PS2、XBOX和GAMECUBE系统的很多种的视频游戏或其它系统一起操作，以及与如图8所示的各种个人计算机或其它计算机(例如具有MicrosoftWINDOWS和Apple Mac OS X操作系统的个人计算机)一起操作。接口装置在该情况下用作锻炼装置，该锻炼装置需要用户进行用于用户上半身部分和/或下半身部分的等长锻炼，以与视频游戏进行交互。

特别地，锻炼装置15优选地耦合至呈游戏系统形式的仿真系统400，并用作为游戏控制器，以使得用户能够进行等长锻炼从而控制游戏场景。游戏系统通常包括呈游戏处理器形式的仿真处理器414(图9)和监视器或显示器416。游戏处理器包括存储驱动器和/或单元，以接纳包含有用于各种游戏的软件的计算机可读介质(例如CD、DVD等)，还包括处理装置，以执行该软件，从而在监视器上提供游戏。游戏系统可由任何常规或其它的处理或游戏系统(例如微处理器系统、个人计算机、视频游戏系统等)实现。例如，游戏系统可由常规的视频游戏实现，例如可从Sony购得的PS2、可从Microsoft购得的XBOX或可从Nintendo购得的GAMECUBE。

游戏通常包括经由对接口装置的操纵而受用户控制的角色或对象。例如，用户可控制角色或交通工具(例如汽车、飞机、船等)的运动和动作，以在显示在监视器上的虚拟环境中运动。接口装置包括多个输入装置(例如操纵杆、按钮等)，以使得用户能够与游戏进行交互。游戏系统从接口装置接收信号并更新显示器，以便如下所述地根据用户对接口装置15的操纵来反映角色或对象的运动和/或动作。

接口装置15包括便于控制器120与多个(例如两个或更多个)视频游戏系统之间的连接与通信的电缆系统220。特别地，电缆系统220位于控制器手柄122上方的位置，并连接到控制器120的后表面(例如与包括操纵杆121、按钮123和显示器127的控制器表面相对的控制器表面)并从该后表面延伸出来。电缆系统220大致类似于在前述美国专利申请公布No.2006/0223634(Feldman等人)中描述的电缆系统，并且包括经由访问面板或门(access panel or door)(未示出)延伸到控制器120中的柔性中空体224，以容纳和保持与控制器内的信号处理器164(图9)相连的导线。可选地，电缆可在任何其它合适的位置和/或以任何其它合适的方式与控制器相连接。许多分离且独立延伸的导线被套在电缆体224内并延伸电缆体224的长度。导线被配置为用于如下所述地提供控制器120的信号处理器164与特定的视频游戏系统之间的电接触或连接。

电缆体224从控制器120延伸出一选定的距离，并与通常为矩形的壳体226连接。许多柔性中空的电缆227、230、240、250从壳体226延伸出来。电缆体224内的导线在壳体226内延伸，以用于将信号传送至导线组，该导线组被引导进输出电缆227、230、240、250中相应的一根电缆中，并通过该根电缆。因此，壳体226用作为汇合位置(junction location)，以用于在电缆体224内的导线与输出电缆的相应导线组之间传输信号，其中每个输出电缆包括被配置为用于连接到相应游戏系统的游戏控制器端口的导线组。

每根输出电缆227、230、240、250终止在相应的连接插头中。连接插头分别被配置为与相应的视频游戏系统的对应游戏控制器端口相连接。连接插头与游戏控制器端口以凹凸配合(male-female mating)关系连接。特别地，每个连接插头包括具有相关金属插针的凸形部件和/或被配置为用于插入相应控制器端口的对应凹形部件的其它接触结构。这些连接建立了与连接插头相关联的导线组和以合适的方式与视频游戏系统的游戏处理器相连的对应导线之间的电接触。仅作为示例，连接插头251被配置为与GAMECUBE系统的游戏控制器端口连接，连接插头241被配置为与XBOX系统的游戏控制器端口连接，连接插头231被配置为与PS2系统的游戏控制器端口连接，而连接插头228被配置为与任何合适的游戏系统或个人计算机或其它计算机的通用串行总线(USB)端口连接(例如，以便于控制基于Microsoft WINDOWS或Apple Mac OS X的游戏或其它应用程序)。但是，电缆系统不局限于该示例性构造，而是可包括任何合适数量(例如两个或更多)的任何合适类型和构造的连接插头，以便于与任何类型的视频游戏或其它系统连接。

电缆系统220具有合适的长度(例如8英尺或更长)，以便于相对容易地连接在接口装置15与视频游戏系统400之间。在锻炼系统距视频游戏系统有相当大的距离(例如大于8英尺)的情形中，接口装置可采用延伸电缆装置300。电缆装置300基本类似于在前述美国专利申请公布No.2006/0223634(Feldman等人)中公开的电缆装置，并耦合至电缆系统220以便使电缆系统与视频游戏系统连接。特别地，延伸电缆装置300包括柔性中空电缆302，该电缆302延伸合适的长度(例如8英尺或更长)并包括位于该电缆第一端的第一壳体316和位于该电缆第二端的第二壳体328。电缆302在构造和设计上基本类似于电缆系统220的电缆224，其中相同或大致类似的导线延伸通过该电缆。此外，电缆302可包括用于传输两个或多个导线组的公共或共享信号的一根或多根导线。

每个壳体316、328在构造和设计上基本类似于电缆系统220的壳体226。每个壳体用作为汇合位置，以在电缆302内的导线与多个导线组中的每个导线组之间以类似于如上所述用于壳体226的方式来传输信号。特别地，许多柔性中空电缆304、306、308、310从壳体316延伸出来。壳体设置在电缆302与这些电缆之间以便于连接。每根电缆304、306、308、310将在其中的相应导线耦合至壳体316并终止在相应的连接插头305、307、309、311处。壳体在导线组与电缆302中合适的导线之间传输信号，其中电缆302的一根或多根导线可传送与游戏系统公共的信号，以减少电缆所使用的导线的数量。

连接插头305、307、309、311与电缆系统220对应的连接插头227、231、241、251互补(原文似乎有误，从上下文来看似乎应为complementary)，并被配置为连接到电缆系统220对应的连接插头227、231、241、251。另外，设置在延伸电缆装置300的连接插头内的导线组包括与设置在电缆系统220对应的连接插头内的导线组相同或基本类似的导线。电缆系统和延伸装置的连接插头以凹凸配合关系彼此连接，其中电缆系统220的各连接插头的凸形部件插入延伸电缆装置300对应的连接插头的凹形部件。这实现了插头的金属元件(例如插针和相应的接纳插座和/或其它金属互补(问题同上)接触结构)之间的电接触，该电接触进一步促成在电缆系统和延伸电缆装置内延伸的导线组的相应对之间的电连接。但是，也能够提供连接插头之间的任何其它合适的连接，以便于导线组的相应对之间的电接触。

许多柔性中空电缆320、322、324、326从壳体328延伸出来。壳体设置在电缆302与这些电缆之间以便于连接。每根电缆320、322、324、326将在其中的相应导线耦合至壳体328并终止在相应的连接插头321、323、325、327处。壳体在导线组与电缆302中合适的导线之间传输信号，其中电缆302的一根或多根导线可传送与游戏系统公共的信号，以如上所述地减少电缆302所使用的导线的数量。连接插头321、323、325、327在构造和设计上与电缆系统220对应的连接插头227、231、241、251相同。因此，延伸电缆装置的各连接插头321、323、325、327包括具有相关金属插针的凸形部件和/或被配置为插入相应控制器端口的对应凹形部件的其它接触结构，以建立连接插头相关联的导线组和与连接插头相连的视频游戏系统的对应导线之间的电接触。

被引导至延伸电缆装置的各连接插头321、323、325、327的导线组还与电缆系统220的对应连接插头的导线组相同或基本类似。因此，延伸电缆装置300保持通过电缆系统220导线组到各连接插头的映射，以便于各导线组延伸合适的距离以提供控制器120与视频游戏系统400之间的通信。另外，要指出的是延伸电缆装置300也能够与任何视频游戏系统和对应的游戏控制器一起使用，所述视频游戏系统和对应的游戏控制器包括与设置在延伸电缆装置上的任何连接插头组相对应的连接部件。这使得延伸电缆装置能够用作为用于各种不同连接插头/端口设计的通用延伸电缆，所述各种不同的连接插头/端口设计用于不同的视频游戏系统和游戏控制器。

图9中示出了用于接口装置15的示例性控制电路，其使得能够选择性地将功能分配给输入装置。具体地，控制电路275包括传感器150、160、165、175、185、195和对应的放大器152、162、167、177、187、197、锻炼处理器154、切换装置或矩阵258(switching device or matrix)和信号处理器164。常规的电源(未示出)向每个电路元件提供合适的电力信号。电路可由电池和/或任何其它合适的电源(例如游戏系统)提供电力。还可包括电源开关(未示出)以激活电路元件。此外，电路可包括微调电位计153，以调节应变计传感器的定心和范围。切换装置或矩阵258如下所述地将游戏功能分配给控制器输入装置、控制器操纵装置610和操纵装置杆110。

传感器150、160、165、175、185、195分别连接到相应的放大器152、162、167、177、187、197。传感器的电阻响应于控制器操纵装置610和操纵装置杆110的压缩与伸展而改变。放大器152、162、167、177、187、197主要地(例如在与所采用的控制器类型兼容的范围中)放大传感器信号。放大后的电压值由各放大器发送至锻炼处理器154与切换装置258。锻炼处理器154可由任何常规或其它的处理器实现，并通常包括电路，并且/或者将来自放大器的模拟信号转换成用于处理的数字值。基本上，放大后的传感器值表示由用户施加的力，其中朝向该范围最大值的值指示较大的施加的力。在与转换后的数字值内的比特数相一致的范围(例如对于8比特带符号的是-127至+127、对于16比特带符号的是-32,767至+32,767等)内将放大后的模拟值数字化或量化，以指示施加的力的大小和/或方向。因此，朝向范围最大值的放大后的电压值产生朝向量化范围最大值的数字值。

锻炼处理器接收阻力水平并如上所述地复位经由输入装置256来自用户的控制，并控制放大器增益参数以根据用户指定的控制来调节接口装置阻力。特别地，锻炼处理器调节放大器的增益控制，以便根据用户输入和/或视频游戏场景来促成(facilitate)阻力水平。增益控制参数基本上控制由放大器施加到放大器输入端(或传感器测量值)的增益量。由于较大的放大后的值对应于较大的力，所以增加放大器增益使得用户能够施加较小的力来获得特定的放大后的力量值，从而有效地降低接口装置对于用户的阻力。相反地，减小放大器增益需要用户施加较大的力来获得特定的放大后的力量值，从而增加接口装置对于用户的阻力。锻炼处理器还将放大器Auto Null参数调节成零，或修正(tare)应变计传感器。

锻炼处理器还连接到显示器127，以便于显示某一锻炼或其它相关信息。信号处理器接收放大后的传感器值，并确定显示给用户的各种信息(例如在任何给定时间施加到特定操纵装置的力的程度、在特定的一段时间由用户所做的功的量、阻力水平、时间或过去的时间、由用户施加到多个轴(例如X、Y、Z和旋转轴)的力、施加的瞬时力、提升的总重量、燃烧的卡路里(例如基于所做功的量和用户体重)、阻力水平设定、控制器操纵装置和/或操纵装置杆移动的程度，和/或任何其它锻炼或其它相关的信息)。另外，锻炼处理器根据从输入装置256接收的复位控制(例如，为了提供用于录入信息的新会话)来复位各种参数(例如阻力、时间、功等等)。

控制电路275可使用切换装置258，以如下所述地使用户能够选择性地配置用于游戏功能的控制器120、控制器操纵装置610和操纵装置杆110。切换装置258从放大器152、162、167、177、187、197接收信号，并被耦合至输入装置、切换控制单元257、操纵杆121和信号处理器164。仅作为示例，操纵装置杆110可用作为右控制器操纵杆，而控制器操纵装置610可用作为左控制器操纵杆，如下所述，用户可选择性地分配操纵杆相对于游戏的功能。但是，控制器操纵装置和操纵装置杆也可用作为任何操纵杆或其它输入装置。

切换装置258从放大器152、162、167、177、187、197接收信息，并被耦合至信号处理器164的输入。信号处理器164的输入端通常被以固定的方式耦合至特定的控制器信号源(例如对应控制器输入装置的测量操作)。因此，信号处理器或游戏处理器知道与各输入端相关的控制器输入装置，并根据游戏软件内的分配将游戏功能映射至这些输入端(或控制器输入装置)。切换装置基本上使用于控制器输入装置、控制器操纵装置610和操纵装置杆110的信息能够被选择性地设置在与期望的游戏功能相对应的信号处理器输入端上。例如，游戏软件可将汽车加速功能分配至控制器左操纵杆，并将该功能映射至特定的信号处理器输入端，该信号处理器输入端期待来自左操纵杆的信息。但是，切换装置可将控制器操纵装置耦合至信号处理器输入端，游戏处理器处理用于加速功能的控制器操纵装置信息，从而使得控制器操纵装置能够执行该功能。因此，各种输入装置(例如控制器输入装置、控制器操纵装置、操纵装置杆等)可被游戏软件选择性地分配给缺乏认识的游戏功能(p31 last line)。

切换装置从锻炼处理器接收信息，并被耦合至信号处理器164的输入端。切换装置可由能够切换信号的任何常规或其它装置(例如开关、多路开关、处理器、横梁开关、开关矩阵、门阵列、逻辑电路、继电器等)以软件或硬件的形式实现。所利用的特定的切换装置实施例可取决于输入装置的数量和期望的功能分配或混合的水平。例如，为了在每个都具有沿轴线的运动的操纵杆之间交换功能(例如，交换与转向功能对应的左右操纵杆移动或与加速功能对应的前后操纵杆移动)，可利用双刀双掷开关。开关主要将操纵杆的信号源125(例如测量沿轴线的运动的电位计)耦合至与期望的功能相对应的信号处理器输入端。因此，各操纵杆的功能可由其它(例如交换后的)操纵杆执行，或者一个操纵杆可根据连接执行两种功能(例如转向和加速)。关于混合(blending)功能的较高复杂性的应用可能需要附加的选择开关和选择开关装置的不同组合。

切换装置可由能够在模拟或数字域中切换信号的装置实现。例如，切换装置可由从锻炼处理器接收信号并将信号引导至与期望功能相对应的信号处理器输入端的处理器或路由器来实现。这些任务可以以软件实现。切换装置根据来自切换控制单元257的控制来切换信号。切换控制单元可包括设置在控制器120上的一个或多个控制，其中该控制可由用户操作以便直接对切换装置进行配置。可选地，切换控制单元可包括控制处理器，以根据该控制来对切换装置进行控制，从而实现期望的功能分配。控制可由任何常规或其它输入装置(例如按钮、按键、滑块等)实现，以向切换装置或控制处理器提供控制信号。

切换装置或切换控制单元可选地提供用户接口，以使得用户能够输入信息，从而以期望的方式对控制器进行配置。接口可为控制器显示器上的屏幕或控制器光线或其它指示器的形式。此外，接口可在显示器416上示出并由游戏处理器414实现。切换控制单元接收由用户输入的配置信息并对切换装置258进行控制，以向信号处理器164提供合适的信号，从而获得期望的配置或功能分配。

来自切换装置输出端和控制器输入装置(例如按钮123等)的信号被传送至信号处理器164内相应预定的存储位置。信号处理器可由任何常规或其它的处理器实现，并通常包括电路，并且/或者将模拟信号转换成用于处理的数字值。信号处理器以预定的时间间隔(例如，优选地大约十毫秒或更短)对存储位置进行采样，以连续地处理信息并向游戏处理器发送信息，从而更新和/或响应于执行的游戏应用程序。

基本上，信号处理器将取样后的信息处理和安排成合适的数据包，以传送到游戏系统400的游戏处理器414。信号处理器可以以任何方式来处理原始的数字值，以解决各种校准或在量化范围内适当地调节所述值。数据包具有与从标准外围设备(例如游戏控制器等)输入的数据相似的格式。例如，处理器可构造数据包，该数据包包括所有控制器输入装置(例如操纵杆121、按钮123等)的状态和每个传感器的值。仅作为示例，数据包可包括报头信息、指示相应传感器的力和沿着该轴的操纵杆测量值的X轴信息、指示相应传感器的力和沿着该轴的操纵杆测量值的Y轴信息、方向舵(rudder)或转向信息、节流(throttle)或速率信息以及与输入装置(例如按钮等)相关的附加信息。附加的分组位置可与从耦合至信号处理器的控制器或其它输入端和/或锻炼装置所接收的数据相关联，输入装置可表示用于场景的附加操作标准(additionaloperational criteria)(例如当用户压下输入按钮、节流阀(throttle)等时场景中武器的开火)。信号处理器以与从常规外围设备(例如游戏控制器等)接收的信息大致相同的方式处理信息或数据包，以更新和/或响应在游戏系统的显示器416上显示的正执行的游戏应用程序(例如游戏等)。

为了有效的通信和可操作性，接口装置控制器的控制电路275(图9)被配置作为游戏控制器，每个视频游戏系统与电缆系统的导线组和电缆连接器相关联。特别地，当电缆系统220(可选地包括延伸电缆装置300)以上述方式与视频游戏系统连接时，控制器信号处理器164在从该视频游戏系统接收一个或多个启动(initial)电信号(例如一个或多个“唤醒”信号)时识别与控制单元120连接的特定的视频游戏系统。当识别出特定的视频游戏系统时，控制器信号处理器将信号处理和安排成合适的数据分组，用于在如上所述的游戏应用期间传送到视频游戏系统并由该视频游戏系统识别。

参考图8至9描述接口装置15相对于游戏应用的操作。首先，用户利用合适的连接插头或电缆系统220和/或延伸电缆装置300的插头(例如特定的连接插头或与游戏系统兼容的插头)将接口装置耦合至视频游戏系统400。基于所利用的视频游戏系统和/或要执行的特定的游戏应用，用户可如上所述选择性地将游戏功能分配给操纵杆、控制器操纵装置、操纵装置杆和/或其它输入装置。用户可调节接口装置(例如控制器高度、接合构件等)，以适应用户的身体特征。接口装置设置在合适的表面(例如地面等)上，用户通常站立基座平台301上，用户的腿跨骑接合构件370并且用户的手抓紧控制器手柄122。

在启动配置时序(initial set-up sequence)期间(例如当视频游戏系统通上电时)，控制器120的信号处理器164(图9)从视频游戏系统400接收一个或多个启动信号。信号处理器基于这些启动信号来识别特定的视频游戏系统，并将数据安排成合适的数据分组以用于被已识别的系统识别。选择游戏并在游戏系统上执行该游戏，并且用户参加锻炼以与该游戏进行交互。用户操作接口装置，且用户的腿由基座平台301所支撑并跨骑接合构件370，用户的手放置在控制器手柄122上。用户抓紧控制器手柄并分别在控制器操纵装置和/或操纵装置杆上施加应变，以产生相应的(例如由游戏处理器显示在场景中的角色或对象的)游戏运动。例如，用户向前倾斜并操纵接合构件使得角色向前运动。此外，用户可在接合构件上施加侧向力以在游戏中引起侧向运动，在接合构件上施加垂直力以使角色蹲下或站立，在接合构件上施加旋转力以使角色转动。用户还可向控制器施加力以控制游戏中的视点(viewpoint)。在XY平面中向控制器施加的力可控制视野和/或方向，而向控制器施加的垂直轴力可控制游戏中对象的提升和承载。向控制器施加的扭力可用于其它任务。游戏内运动的速率来源于用户施加的力的量(例如较大的运动速率由较大的施加力的量产生)。另外，用户可根据特定的游戏和用户功能分配来操纵操纵杆121和/或用于其它动作的其它控制器输入装置。

来自应变计传感器150、160、165、175、185、195和控制器输入装置(例如操纵杆、按钮等)的信号被传送至控制器信号处理器，以产生用于传送至视频游戏系统400的数据分组。游戏系统以大致与用于从常规外围设备(例如游戏控制器等)接收的信息相同的方式来处理信息或数据分组，以更新和/或响应于执行的游戏应用。因此，根据由用户分配给这些项目的功能，用户向控制器操纵装置和/或操纵装置杆所施加的力引起了视频游戏显示器上显示的场景中对应的坐标运动或动作。换句话说，根据分配给控制器操纵装置和操纵装置杆的功能，用户的锻炼用于向游戏系统指示期望的用户动作或运动，以更新游戏内角色或对象的运动或动作。例如，当用户分配给控制器操纵装置以加速功能，分配给操纵装置杆以转向功能时，对控制器施加的向前的力可用作加速器，而向接合构件施加的扭力可用作转向功能。

如上所述，单一信号处理器由接口装置15的控制电路275实现，其中信号处理器能够以上述方式与许多不同的视频游戏系统通信。但是，本发明不局限于使用单一处理器。相反地，接口装置15可包括多个处理器(例如两个或更多)，其中每个处理器被配置为使得接口装置和至少一个对应的视频游戏系统之间能够如前述专利申请和专利申请公布中所公开地进行信号通信。

另外，接口装置10、15的一个或多个处理器与传感器和/或仿真或游戏系统之间的电连接和/或通信不局限于如上所述的电缆或布线系统和/或电缆延伸装置。相反地，能够提供任何合适的有线和/或无线通信线路以便于通信(例如接口装置的一个或多个处理器与游戏或仿真系统之间，传感器与控制电路之间等)。

要意识到的是上述并在附图中示出的实施例仅表示实现用于可操作地对具有等长锻炼系统的虚拟现实场景进行控制的方法和设备的许多方式中的一些方式。

接口装置10和对应部件(例如操纵装置杆、基座、支撑平台、接合构件、凸缘(collar)、接触构件、止动杆、止动器、支撑物等)可具有任何数量、尺寸、或形状、可布置成任何形式并且可由任何合适的材料构成。基座可具有任何尺寸或形状。凹座(recess)可具有任何数量、尺寸或形状，并且可限定在基座中任何合适的位置处。基座可由任何合适的材料构成，并且可经由任何常规或其它固定机构(例如螺栓、螺钉、销、夹具等)而固定至平台。插座可具有任何数量、形状或尺寸，并且可设置在基座上任何合适的位置处以容纳操纵装置杆。锁定机构可包括任何类型的锁定装置(例如摩擦装置、夹具、钉孔装置(peg andhole arrangement)等)以便可拆卸地将接口装置部件保持在期望的位置或方向以适应用户。

支撑构件可具有任何数量、形状、尺寸或合适的材料，并且可以以任何期望的布置而设置在基座上任何合适的位置。接触构件可具有任何数量、形状或尺寸，可由任何合适的材料构成并且可布置成任何形式(例如“T”、“X”、“Y”结构、十字或加号结构、星形结构、任何角度的偏移等)。接触构件为用户舒适起见可包括任何期望的泡沫或衬垫。圈可具有任何数量、形状或尺寸，可由任何合适的材料构成，并且可由任何合适的装置实现，所述合适的装置具有足以容纳操纵装置杆的任何形状或尺寸的开口。圈可经由任何常规或其它固定机构(例如夹具、O形圈等)固定至操纵装置杆。接合构件和平台可容纳任何期望的用户的身体部分(例如腿、臂、躯干等)，用户可以以任何合适的姿势(例如坐下、站立、躺下等)来利用装置。

止动杆可具有任何数量、形状或尺寸并且可以以任何方式固定至操纵装置杆或其它接口装置部件，以阻止操纵装置杆的旋转或其它运动。止动器可具有任何数量、形状或尺寸，可由任何合适的材料构成，并且可设置在任何合适的位置以限制止动杆。止动器可设置在距止动杆任何合适的距离处以提供任何期望的运动范围(例如从止动杆不运动或静止到任一程度的运动)。支撑物和凸缘(collar)可具有任何数量、形状或尺寸，可由任何合适的材料构成，并且可设置在任何合适的位置。支撑物可被省略，或者被布置成任何形式并且被利用以将基座提高至支撑平台以上任何合适的距离。支撑平台可具有任何数量、尺寸或形状，并且可由任何合适的材料构成。基座可设置在平台上任何合适的位置。

接口装置15和对应部件(例如控制器操纵装置、框架、基座、平台、控制器等)可具有任何数量、尺寸或形状，可布置成任何形式并且可由任何合适的材料构成。基座可具有任何尺寸或形状并且可由任何合适的材料构成。接口装置10的基座可经由常规或其它固定机构(例如螺栓、螺钉、销、夹具等)而固定至平台任何合适的位置。框架和安装构件可具有任何数量、形状或尺寸，可由任何合适的材料构成，并且可设置在基座平台上任何合适的位置。插座可具有任何数量、形状或尺寸以容纳控制器操纵装置。锁定机构可包括任何类型的锁定装置(例如摩擦装置、夹具、钉孔装置等)，以便可拆卸地将接口装置部件保持在期望的位置或方向以适应用户。控制器组件和接口装置10可设置在基座平台上任何位置，以使得能够被用户同时使用。

接口装置的操纵装置杆、控制器操纵装置和止动杆可由任何合适的材料构成，它们优选地在受到用户的一个或多个应变或其它力时在材料的弹性极限内产生可测量的偏转。操纵装置杆、控制器操纵装置和止动杆可具有任何合适的几何结构，可以以任何方式结合两个或更多的操纵装置(例如控制器操纵装置和/或操纵装置杆)，以便得到为特定应用与用户期望的设计相符合的装置。操纵装置杆和控制器操纵装置可定位在任何期望的方向或角度(例如插座可成一角度，操纵装置杆和/或控制器操纵装置可以以某一角度设置在插座内，操纵装置杆和/或控制器操纵装置可由用户调节至任何期望的角度)。接口装置还可包括各种锻炼机构，以对仿真或视频游戏进行控制，以及为用户提供进一步的锻炼(例如脚踏车，楼梯机构等)。

任何合适数量的任何类型的传感器(例如应变计等)可被应用于控制器操纵装置、操纵装置杆、止动杆和/或量具安装结构，以便于对用户所施加的任何一种或多种类型的应变或其它力(例如弯曲力、扭力、压缩力和/或拉力)的测量。可在任何合适的表面(例如地板、平台、地面等)上利用接口装置，并且接口装置可通过任何类型的部件布置(例如伸缩式布置、重叠布置、延伸部件等)以任何方式(例如任何尺寸、控制器和/或接合构件高度等)而被调节，以适应用户的身体特征。

传感器可由任何合适的材料构成，可设置在操纵装置杆、控制器操纵装置、止动杆和/或量具安装结构上任何位置，并且可具有任何合适的类型(例如应变计等)。此外，传感器可包括响应于所施加的力而以可测量的方式发生改变的任何电气、机械或化学特性，以测量施加到对象的力。传感器可包括任何期望的布置。接口装置可包括任何合适数量的控制器操纵装置、操纵装置杆和固定在相应控制器操纵装置和操纵装置杆内的量具安装结构。量具安装结构可由任何合适的材料构成，该材料优选地允许作为施加到相应控制器操纵装置和操纵装置杆的弯曲、扭曲、压缩和/或扭力所引起结果而在弹性极限内发生变形。优选地，当量具安装结构和它们被固定到的控制器操纵装置和操纵装置杆分别经受相同量和/或类型的力时，构成量具安装结构的材料比它们被固定到的控制器操纵装置和操纵装置杆更柔顺并且具有更大的柔性。量具安装结构可具有任何合适的几何结构，其优选地有助于将一个或多个量具安装结构固定在对应的控制器操纵装置和/或操纵装置杆内。

量具安装结构可以是中空或实心的。例如，在量具安装结构是中空的实施例中，应变计传感器被固定至量具安装结构上的外表面部分的合适位置，且相关联的线路在量具安装结构与相应的控制器操纵装置或操纵装置杆之间的环形间隙内延伸。可选择地，量具安装结构可以是实心结构，应变计和线路都被固定至量具安装结构的外表面部分和/或从那里延伸出来。

应变传递材料可具有任何合适的类型、尺寸和结构，以便于将施加的力从控制器操纵装置和/或操纵装置杆传递到设置在其中的一个或多个量具安装结构。应变传递材料能够由任何合适的材料形成，该材料使得至少一部分施加的力被从控制器操纵装置和/或操纵装置杆传递到量具安装结构。应变传递材料可设置在对应的控制器操纵装置和/或操纵装置杆内任何一个或多个合适的位置，以提供在这些物品与量具安装结构之间的选定表面位置处的连接。可选地，量具安装结构可设计成包括一个或多个具有合适尺寸和结构的外周部分，所述外周部分与对应的控制器操纵装置和/或操纵装置杆的内周表面部分摩擦地接合，以助于量具安装结构与对应的操纵装置之间的一个或多个应变传递接触表面。

用于接口装置15的控制器可具有任何形状或尺寸，可由任何合适的材料构成，并且可以是市场上可买到的任何类型或其它的游戏控制器(例如用于与PS2、XBOX、GAMECUBE等一起使用的控制器)。控制器可包括设置在任何位置并以任何形式布置的任何数量的任何类型的输入装置(例如按钮、滑块、操纵杆、跟踪型球(track type ball)等)。控制器可包括任何数量的任何类型的信号源装置(例如可变电阻或电位计、开关、接触器(contact)、继电器、传感器、应变计等)，以根据输入装置的操纵来产生信号。信号源可对应于用于输入装置的任何数量的轴线。任何控制器输入装置可实现为力感觉或等长装置(forcesensing or isometric device)，同时控制器输入装置可被分配给任何合适的游戏或仿真功能。控制器可包括任何数量或组合的力感觉输入装置和运动输入装置。控制器手柄可具有任何数量、形状或尺寸并且可设置在任何位置，以接收由用户施加的力。可选地，用户可直接向控制器操纵装置和/或操纵装置杆施加力。控制器可根据特定的仿真(例如武器、医学或其它器械等)而可选地具有任何对象的形状。

控制器操纵装置、操纵装置杆和/或其它输入装置可被分配给任何期望的输入装置的游戏或仿真功能。切换装置可由能够切换信号的任何数量的任何常规或其它装置来实现(例如开关、复用器、横杆开关(cross bar switch)、模拟开关、数字开关、路由器、逻辑电路、门阵列、逻辑阵列、处理器等)。切换控制(switch controls)可包括控制处理器，以根据控制来对切换装置进行控制，从而实现期望的功能分配。切换控制可由任何常规或其它控制或输入装置(例如处理器、滑块、开关、按钮等)实现，以向切换装置或控制处理器提供控制信号。切换装置或切换控制可选地提供用户接口，以使得用户能够输入信息以便以期望的方式对控制器进行配置。接口可以是控制器显示器上的屏幕的形式、或是控制器光线(controller lights)的形式或其它指示器形式。此外，接口可在游戏或仿真系统显示器上示出，并且可由仿真系统的仿真或游戏处理器实现。控制处理器可由任何常规或其它处理器或电路(例如微处理器、控制器等)实现。切换装置可根据用户指定的或其它控制将来自任何数量的输入端的信号引导至任何数量的输出端，并可将任何输入装置和/或锻炼机构映射至任何合适的仿真或游戏功能。切换装置可设置在控制器或控制单元的内部或外部。

仿真系统可由任何数量的任何个人或其它类型的计算机或处理系统实现(例如IBM兼容机、Apple、Macintosh、膝上型计算机、掌上电脑(palm pilot)、微处理器、例如来自微软公司的XBOX系统的游戏控制台、来自Sony公司的PLAY STATION 2系统、来自美国任天堂公司的GAMECUBE系统等)。仿真系统可以是具有任何可商用操作系统(例如Windows、OS/2、Unix、Linux等)和/或可商用软件和/或定制软件(例如通信软件、应用软件等)以及任何类型的输入装置(例如键盘、鼠标、麦克风等)的专用处理器或通用计算机系统(例如个人计算机等)。仿真或游戏系统可执行来自可记录介质的(例如硬盘、存储装置、CD、DVD或其它磁盘等)或来自网络或其它连接(例如，来自因特网或其它网络)的软件。

控制器或控制单元可将表示传感器所做的力的测量值和其它信息安排成任何合适的数据分组形式，所述数据分组可被从控制器或控制单元接收数据分组的游戏系统或主机计算机系统所识别。数据分组可具有任何期望的长度，包括任何期望的信息并且布置成任何期望的形式。任何合适数量的任何合适类型的常规或其它显示器可连接到控制器、控制单元和仿真或游戏系统，以提供与特定会话相关的任何类型的信息。显示器可位于控制单元、控制器和仿真或游戏系统上任何合适的位置或远离控制单元、控制器和仿真或游戏系统的任何合适的位置。

可通过任何类型的部件布置(例如伸缩式布置、重叠布置、延伸部件等)以任何方式(例如任何尺寸、控制器和/或接合构件的高度、控制器和/或接合构件的方向或距用户的距离等)来调节每个接口装置，以适应用户的身体特征。

处理器(例如控制、锻炼、信号、游戏或仿真、切换装置等)可由任何数量的任何类型的微处理器、处理系统或其它电路实现，而控制器或控制单元内的控制电路可设置在接口装置上任何合适的位置、或可选地在远离接口装置的任何合适的位置。控制电路和/或信号处理器可经由任何合适的周边设备、通信介质或那些系统的其它端口连接到一个或多个游戏处理器或主机计算机系统。信号处理器还可将数字数据(例如传感器所做的力或其它的测量值、控制器信息等)安排成可被从信号处理器接收数据分组的游戏处理器或主机计算机系统所识别的任何合适的数据分组形式。数据分组可具有任何期望的长度，包括任何期望的信息并且被安排成任何期望的形式。另外，通过将来自选定输入装置的数据放置在与用于这些装置的期望功能相关联的分组位置中，信号处理器可安排用于游戏或仿真功能的选择性分配的分组。

信号处理器可以以任何期望的采样率(例如秒、毫秒、微秒等)对信息进行采样，或者可响应于中断(interrupt)而接收测量值或其它信息。模拟值可转换成具有任何期望的比特数或分辨率的数字值。处理器(例如控制、信号、锻炼等)可以以任何期望的形式处理原始数字值，以产生用于传递到显示器、游戏处理器或者或主机计算机系统的信息。该信息通常取决于特定的应用。可以以任何期望的形式确定所测量的力或锻炼运动与为该力或运动而提供的值之间的相关性。作为示例，放大后的测量范围可分成与数字值的分辨率相对应的单元。对于8比特无符号数字值(例如其中数值指示力的大小)，每个增量表示电压范围的1/256。相对于5伏的范围，每个增量为5/256伏，大约为0.02伏。因此，对于3伏的放大后的力的测量值，数字值可对应于大约150(例如3.0/0.2)。

可利用任何合适数量的任何类型的常规或其它电路，以实现控制电路、放大器、传感器、微调电位计、切换装置和处理器(例如锻炼、控制、信号等)。放大器可产生任何期望电压范围中的放大值，而A/D转换可产生具有任何期望的分辨率或比特数的数字化值(例如有符号的或者无符号的)。控制电路可包括以任何形式布置的任何数量的上述或其它部件。可通过任何合适的常规或其它电路以任何方式确定传感器的电阻变化。放大器和处理器(例如锻炼、信号等)可在电路内相隔开或集成为单一单元。任何合适数量的任何合适类型的常规或其它显示器可连接到处理器(例如锻炼、信号、控制、仿真或游戏等)，处理器可提供与特定会话(例如，包括力和功的来自等长锻炼的结果、包括速度和所经过距离的来自运动锻炼的结果、燃烧的卡路里、提升的重量等)相关的任何类型的信息。

控制单元可具有任何数量、形状或尺寸。控制面板可包括设置在任何合适的位置的任何数量的任何类型的输入装置(例如按钮、小键盘等)。显示器可具有任何数量并设置在控制面板上任何合适的位置。显示器可由任何常规或其它显示器(例如LCD、LED、监视器等)实现，并且可显示任何希望的信息，同时可利用输入装置以输入和修改任何期望的信息或参数(例如增益等)。控制单元可以以任何期望的方式(例如有线的、无线的等)与接口装置和仿真系统通信，并且以任何期望的格式或协议传递任何合适的信息。

控制器和/或控制单元的控制电路和/或信号处理器可经由任何合适的外围设备、通信介质或那些系统的其它端口而连接到视频游戏或主机计算机系统的一个或多个游戏或仿真处理器。可提供任何合适数量和类型的有线和/或无线装置，以便于接口装置与控制单元之间以及接口装置(或控制单元)与视频游戏或仿真系统之间的通信。例如，能够提供任何合适数量的电缆并将其配置成彼此连接，且各电缆包括具有一根或多根导线的一个或多个合适的导线组，以便于与两个或多个视频游戏系统的连接。电缆系统和延伸电缆装置的电缆接合点(cablejunction)可以以任何方式(例如导线的直接连接、到终端的连接等)在电缆和导线组内的导线之间传送信号。电缆的导线可连接到任何数量的导线组，电缆导线可利用一根或多根导线以传送与任何数量的导线组导线共有的游戏信号，从而减少电缆中所使用的导线的数量。可选地，电缆可包括用于每个导线组导线的专用导线。任何合适数量和类型的壳体或其它结构可与一根或多根电缆连接，以便于在电缆中的导线延伸(wiring extending)和用于向分离电缆进行传输的导线组之间传送信号。可提供任何合适数量和类型的连接器(例如凸形和/或凹形连接插头)，以便于游戏控制器与一个或多个不同的视频游戏系统之间的连接和通信线路。电缆系统和延伸电缆装置可包括任何合适长度的电缆。唤醒信号可包括任何信号或期望的信息(例如电压或电流水平、游戏系统标识符等)，以识别游戏系统。

可提供发送和/或接收任何合适类型的信号(例如RF(射频)和/或IR(红外线))的任何合适数量和类型的无线通信连接设备(例如发射器、接收器和/或收发器)，以用于与控制器或控制单元和/或一个或多个视频游戏或仿真系统连接，以及与接口装置和控制单元连接。一个或多个信号处理器可与一个或多个无线通信连接设备相连，以便于控制器或控制单元与一个或多个视频游戏或仿真系统之间通信。另外，可在与一个或多个视频游戏或仿真系统连接的通信装置(例如收发器)、连接插头和/或其它连接结构内设置一个或多个信号处理器，其中信号处理器被配置为识别与它们连接的视频游戏或仿真系统，并转换数据传输，以用于被彼此连接的控制器和/或视频游戏或仿真系统所识别。

此外，可提供普通的并被配置为与任何选定类型的控制器和视频游戏或仿真系统相连接的通用适配器，其中通用适配器包括一个或多个合适的信号处理器，以识别特定的视频游戏或仿真系统，并有效地转换数据传输，以用于被每个控制器和经由该通用适配器而连接到控制器的特定视频游戏或仿真系统所识别。通用适配器可包括一根或多根电缆以包覆(sheath)一组或多组导线和/或一个或多个无线通信装置(例如发射器、接收器和/或收发器等)，从而便于无线通信。

可为接口装置提供任何合适数量的附加输入装置，以增强视频游戏或仿真场景。输入装置可设置在任何合适数量的控制面板上，在系统操作期间用户可访问该控制面板，并且该控制面板具有任何合适的构造(例如按钮、开关、小键盘等)。除了由控制器操纵装置和操纵装置杆所提供的等长锻炼特征或替代于该等长锻炼特征，锻炼机构(例如脚踏板、楼梯、滑雪型锻炼器、踏车等)可提供任何等动力和/或等压锻炼特征。锻炼机构可以被以上述方式分配到任何期望的游戏或仿真功能，并且还可以是受锻炼处理器所控制的阻力(resistance)，其中控制信号可被传送至阻力或制动装置，或者可更改所需的用户作用力的量。

用于控制器操纵装置、操纵装置杆和/或锻炼机构的阻力水平可通过调节放大器或其它参数来控制。可选地，可基于由用户输入的阀值来控制阻力水平。例如，在将合适的数据值分配给待发送至游戏处理器或主机计算机的数据分组之前，处理器(例如锻炼和/或信号处理器)可被配置为需要获得的阀值阻力水平，该阀值阻力水平与用户向一个或多个操纵装置施加的应变力的量成比例，或者与施加到锻炼机构的运动或力的量(例如爬楼梯或踏车的速度等)成比例。用于阻力改变的阀值可经由合适的输入装置(例如小键盘)由用户输入处理器。

要理解的是接口装置和/或处理器(例如控制、锻炼、游戏或仿真、信号、切换装置等)的软件可以任何期望的计算机语言实现，并且可基于在此包含的功能描述由计算机和/或编程领域的普通技术人员开发。此外，在此提及的执行各种功能的软件通常涉及在软件控制下执行这些功能的计算机系统或处理器。处理器(例如控制、锻炼、信号、切换装置等)可选地由硬件或其它处理电路实现，或者可在游戏处理器或主系统上作为接收传感器和/或输入装置信息或信号的软件和/或硬件模块实现。处理器(例如控制、锻炼、信号、游戏或仿真、切换装置等)的各种功能可以以任何方式分布在任何数量(例如一个或多个)的硬件和/或软件模块或单元、处理器、计算机或处理系统或电路之中，其中该处理器、计算机或处理系统或电路可被设置为彼此在一处或彼此远离，并经由任何合适的通信介质(例如LAN、WAN、Intranet、Internet、硬连线(hardwire)、调制解调器连接、无线等)通信。可以以能够实现在此所述功能的任何方式来修改上述软件和/或算法。

在此的术语“向上”、“向下”、“顶”、“底”、“侧面”、“前”、“后”、“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“高度”、“宽度”、“长度”、“向前”、“向后”、“左”、“右”等仅用于描述参考点，并且不会将本发明局限于任何特殊的方向或构造。

本发明的接口装置不局限于上述游戏或仿真应用，而是可用作为用于任何处理系统、软件或应用的外围设备。可以单独地、以任何组合的形式(例如在接口装置中可利用任何数量的操纵装置杆和控制器操纵装置)、或者以与任何其它锻炼或输入装置相组合的形式来利用控制器操纵装置和操纵装置杆，并且这些操纵装置和/或锻炼装置可被分配给任何期望的仿真或游戏功能(例如通过使用切换装置等)。此外，接口装置10可包括控制器以使得能够输入任何期望的信息，从而通过接口直接与仿真或游戏系统连接。此外，接口装置10和控制器组件可分别安装至用于仿真或游戏的任何合适的表面(例如平台、地面、地板、墙壁等)。另外，多个接口装置10、15可被本地地或远程地用于仿真或游戏(例如经由接口装置，或通过本地网或广域网而本地地或远程地进行通信的对应仿真或游戏系统)，以提供集体参与(group participation)。

通过前述说明，要意识到的是本发明提供了用于可操作地对具有等长锻炼系统的虚拟现实场景进行控制的新颖的方法和设备，其中等长锻炼系统用作为用于仿真或视频游戏的控制器，以将身体要素告知给身体训练仿真或视频游戏玩耍。

尽管已描述了用于可操作地对具有等长锻炼系统的虚拟现实场景进行控制的新颖且改进的方法和设备的优选实施例，但考虑到在此所阐明的技术教导，也向本领域的技术人员提出其它的修改、变化和改变。因此，要理解的是认为所有这些修改、变化和改变都属于由所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (46)

1.一种等长锻炼系统，其用作为根据用户身体活动来操纵主机处理系统的虚拟现实场景的外围设备，该等长锻炼系统包括：

基座；

第一操纵装置，该第一操纵装置用于与用户的下半身部分接触并为该用户的下半身部分提供等长阻力，其中所述第一操纵装置被固定至所述基座并接收由所述用户的下半身部分施加的力；

至少一个传感器，该至少一个传感器耦合至所述系统的选定的位置，以便测量由所述用户施加到所述系统的至少一个力，其中施加到所述第一操纵装置的所述力产生由至少一个传感器测量的可测量变形；以及

控制单元，该控制单元便于操纵所述虚拟现实场景，其中所述控制单元耦合至所述至少一个传感器并且包括：

处理器，该处理器接收并处理与所述至少一个传感器所测量的施加力的信息相对应的数据，并将信息传送至所述主机处理系统，以根据所述用户对所述系统的操纵来对所述虚拟现实场景进行控制。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一操纵装置包括：

多个接触构件，所述多个接触构件接合所述用户的下半身部分，其中所述接触构件彼此成角度地移位，并被设置为形成开放的中心部分以容纳所述第一操纵装置。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述控制单元还包括：

至少一个显示器，用以显示与用户对所述第一操纵装置的操纵相关的信息。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述处理器还基于所述测量的施加力来确定与所述用户所做的功的量和所述用户所燃烧的卡路里的量中至少一个相关的信息，并控制至少一个显示器以显示所述确定后的信息。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器还选择性地调节必须由所述用户施加到所述第一操纵装置的所述至少一个力的量，以便于用户与所述虚拟现实场景进行交互。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述控制单元还包括：

阻力输入装置，用以输入必须由所述用户施加到所述第一操纵装置的所述至少一个力的量。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述主机处理系统包括游戏系统。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述主机处理系统包括仿真系统。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述仿真系统提供军事训练仿真。

10.如权利要求9所述的系统，还包括显示器以显示所述虚拟现实场景，其中所述用户操纵所述第一操纵装置并操作武器，以便与所述虚拟现实场景进行交互并进行所述军事训练。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述显示器包括头戴式显示器。

12.如权利要求1所述的系统，还包括：

第二操纵装置，该第二操纵装置用于与用户的上半身部分接触并为该用户的上半身部分提供等长阻力，其中所述第二操纵装置被固定至所述基座，并接收由所述用户的上半身部分施加的力；

其中施加到所述第二操纵装置的所述力产生由至少一个传感器测量的可测量变形。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述控制单元安装在所述第二操纵装置上并且包括至少一个输入装置，以操纵所述虚拟现实场景，并且其中所述处理器将信息传送至所述主机处理系统，以根据所述用户对所述至少一个输入装置的操纵来对所述虚拟现实场景进行控制。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述控制单元包括手柄，以直接接收由所述用户施加到所述第二操纵装置的所述至少一个力。

15.如权利要求12所述的系统，其中所述控制单元还包括：

显示器，以显示与用户对所述第一和第二操纵装置中的至少一个的操纵相关的信息。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述处理器还基于所述测量到的施加力来确定与所述用户所做的功的量、所述用户所提升的重量和所述用户所燃烧的卡路里的量中至少一个相关的信息，并控制所述显示器以显示所述确定后的信息。

17.如权利要求12所述的系统，其中所述处理器还选择性地调节必须由所述用户施加到所述第一和第二操纵装置中的至少一个的所述至少一个力的量，以便于所述用户与所述虚拟现实进行交互。

18.如权利要求12所述的系统，其中所述控制单元还包括：

阻力输入装置，用以输入必须由所述用户施加到所述第一和第二操纵装置中的至少一个的所述至少一个力的量。

19.如权利要求13所述的系统，其中所述主机处理系统包括仿真系统，并且所述控制单元对用于所述仿真的对象的操作进行仿真。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述仿真系统提供军事训练仿真，并且所述控制单元对武器的操作进行仿真。

21.如权利要求13所述的系统，其中所述虚拟现实场景包括使得能够操纵该场景的多个功能，并且所述控制单元还包括分配模块，以选择性地将所述第一操纵装置、所述第二操纵装置和至少一个输入装置中的至少一个分配给所述操纵功能，以相应地控制这些功能。

22.如权利要求13所述的系统，其中所述主机处理系统包括游戏系统。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述控制单元包括游戏控制器。

24.一种利用锻炼系统进行身体活动的方法，该锻炼系统用作为操纵主机处理系统的虚拟现实场景的外围设备，所述锻炼系统包括基座、固定至所述基座的第一操纵装置、耦合至所述锻炼系统的选定位置的至少一个传感器、以及便于对所述虚拟现实场景的操纵并包括处理器的控制单元，所述方法包括：

(a)测量由用户施加到所述锻炼系统的至少一个力，其中所述第一操纵装置为用户的下半身部分提供等长阻力并接收由所述用户的下半身部分施加的力，并且其中由所述用户施加到所述第一操纵装置的所述力产生由至少一个传感器测量的可测量变形；

(b)所述处理器处理与所述至少一个传感器所测量的施加力的信息相对应的数据；以及

(c)将信息从所述控制单元传送至所述主机处理系统，以根据所述用户对所述锻炼系统的操纵来对所述虚拟现实场景进行控制。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述第一操纵装置包括多个接触构件，所述多个接触构件彼此成角度地移位，并被设置以形成开放的中心部分，并且步骤(a)还包括：

(a.1.1)使用户的下半身部分与所述接触构件接合。

26.如权利要求24所述的方法，其中所述控制单元还包括至少一个显示器，并且步骤(b)还包括：

(b.1)显示与用户对所述第一操纵装置的操纵相关的信息。

27.如权利要求26所述的方法，其中步骤(b.1)还包括：

(b.1.1)基于所述测量到的施加力来确定与所述用户所做的功的量和所述用户所燃烧的卡路里的量中至少一个相关的信息，并控制至少一个显示器以显示所述确定后的信息。

28.如权利要求24所述的方法，其中步骤(a)还包括：

(a.1)选择性地调节必须由所述用户施加到所述第一操纵装置的至少一个力的量，以便于用户与所述虚拟现实场景进行交互。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述控制单元还包括阻力输入装置，并且步骤(a.1)还包括：

(a.1.1)经由所述阻力输入装置来接收必须由所述用户施加到所述第一操纵装置的所述至少一个力的量。

30.如权利要求24所述的方法，其中所述主机处理系统包括游戏系统。

31.如权利要求24所述的方法，其中所述主机处理系统包括仿真系统。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述仿真系统提供军事训练仿真。

33.如权利要求32所述的方法，其中所述仿真系统还包括显示器，以显示所述虚拟现实场景，并且步骤(a)还包括：

(a.1)接收由操作武器的所述用户施加到所述第一操纵装置的力，以与所述显示的虚拟现实场景进行交互，并进行所述军事训练。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述显示器包括头戴式显示器。

35.如权利要求24所述的方法，其中所述锻炼系统还包括固定至所述基座的第二操纵装置，并且步骤(a)还包括：

(a.1)测量由所述用户施加到所述第一和第二操纵装置中的至少一个的至少一个力，其中所述第二操纵装置为用户的上半身部分提供等长阻力，并接收由所述用户的上半身部分施加的力，并且其中所述用户施加到所述第二操纵装置的所述力产生可由至少一个传感器测量的可测量变形。

36.如权利要求35所述的方法，其中所述控制单元安装在所述第二操纵装置上并且还包括至少一个输入装置，以操纵所述虚拟现实场景，并且步骤(c)还包括：

(c.1)将信息传送至所述主机处理系统，以根据所述用户对所述至少一个输入装置的操纵来对所述虚拟现实场景进行控制。

37.如权利要求36所述的方法，其中所述控制单元包括手柄，以直接接收由所述用户施加到所述第二操纵装置的至少一个力，并且步骤(a.1)还包括：

(a.1.1)测量由所述用户施加到所述手柄的至少一个力所引起的所述第二操纵装置的所述变形。

38.如权利要求35所述的方法，其中所述控制单元还包括显示器，并且步骤(b)还包括：

(b.1)显示与用户对所述第一和第二操纵装置中的至少一个的操纵相关的信息。

39.如权利要求38所述的方法，其中步骤(b.1)还包括：

(b.1.1)基于所述测量到的施加力来确定与所述用户所做的功的量、所述用户所提升的重量和所述用户所燃烧的卡路里的量中至少一个相关的信息，并控制所述显示器以显示所述确定后的信息。

40.如权利要求35所述的方法，其中步骤(a.1)还包括：

(a.1.1)选择性地调节必须由所述用户施加到所述第一和第二操纵装置中的至少一个的所述至少一个力的量，以便于用户与所述虚拟现实场景进行交互。

41.如权利要求40所述的方法，其中所述控制单元还包括阻力输入装置，并且步骤(a.1.1)还包括：

(a.1.1.1)经由所述阻力输入装置来接收必须由所述用户施加到所述第一和第二操纵装置中的至少一个的所述至少一个力的量。

42.如权利要求36所述的方法，其中所述主机处理系统包括仿真系统，并且所述控制单元对用于所述仿真的对象的操作进行仿真。

43.如权利要求42所述的方法，其中所述仿真系统提供军事训练仿真，并且所述控制单元对武器进行仿真。

44.如权利要求36所述的方法，其中所述虚拟现实场景包括使得能够操纵该场景的多个功能，并且步骤(b)还包括：

(b.1)选择性地将所述第一操纵装置、所述第二操纵装置和至少一个输入装置中的至少一个分配给所述操纵功能，以分别地控制这些功能。

45.如权利要求36所述的方法，其中所述主机处理系统包括游戏系统。

46.如权利要求45所述的方法，其中所述控制单元包括游戏控制器。

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