CN102159290A - 一种用于音乐游戏的触觉感知游戏外设 - Google Patents

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Abstract

一种模拟乐器的触觉感知游戏外设，包括主体、第一传感元件和第一致动器。位于游戏外设的主体中的处理器，与运行相应于音乐游戏的软件程序的主机通信。第一传感元件，其布置在主体中并且耦合于处理器，感测来自玩家的输入。感测到的输入被传送至主处理器。第一致动器，其布置在主体中并耦合于处理器，基于软件程序中发生的事件，响应激活信号的接收而输出触觉效果。在一些实施方式中，第一传感元件布置成接近第一致动器，以便玩家响应提供的输入而感知触觉效果。

Description

一种用于音乐游戏的触觉感知游戏外设
相关申请
本申请要求基于美国临时专利申请序列号NO.61/087,917的优先权益，该申请在2008年8月11日提交，发明人是Danny A.Grant，RobertLaCroix，Erin Ramsay和Hendrik Bartel，标题是“Haptic Enabled Guitar”(“触觉感知吉他”)，其全部内容包含于此。
技术领域
本发明的公开内容主要涉及一种用于音乐游戏的触觉感知游戏外设。
背景技术
Guitar Hero和RockBand是以其乐器形状的控制器而著名的音乐电子游戏，该控制器由玩家使用，从而模拟音乐的演奏，通过相应于控制器上的不同按钮(例如：吉他上的音柱(fret)、管乐器上的按键等等)的彩色音符呈现在屏幕上。这些游戏支持个人演奏，也支持两个或更多玩家的合作和竞争模式。这些游戏总共已发布几种家庭电子游戏平台(例如索尼Playstation、任天堂Wii、微软Xbox等等)以及手持和移动游戏系统。
例如，当以吉他作为游戏外设来玩游戏时，在屏幕上竖直地显示出延伸的吉他颈部，并且随着歌曲进行，象征音符的彩色标记合拍地随着音乐沿着屏幕向下移动。音符的色彩和位置与吉他控制器上的那些不同的音柱按钮匹配。一旦屏幕上的移动音符到达彩色标记，玩家为了得分，必须通过按下正确的音柱按钮(即选择音柱板上的手指位置)以及操作吉他上的拨弦摇杆(strum bar)(即击打或弹拨“虚拟弦”)来演奏示出的音符。成功或失败将引起屏幕上的计数器变化，显示出该玩家玩得如何(通过计数器上的红色、黄色和绿色部分标示)。万一计数器落在红色部分以下，歌曲将自动终止，而玩家被观众嘘下舞台。成功的音符击打将增加玩家的得分，并且通过击打一长串连续的成功音符击打，玩家可增加其得分倍率。
歌曲的选取特定段落将具有星星外形的发光音符，从而成功击打该串中的所有音符将充满一专用计数器。通过在这些段落内的持续音符期间使用颤音摇杆(whammy bar)，也可充满该专用计数器。一旦专用计数器至少被充满一半，玩家通过按下选择按钮或者立即将吉他举至一竖直位置，可激活某些游戏增强(gaming enhancement)。当游戏增强被激活时，得分乘数加倍，直到游戏增强耗尽。当游戏增强被激活时，计数器也更显著地增加，使得玩家更容易将计数器保持在高水平。
屏幕上显示的音符可为单音符或者构成和音的二至四个音符的组合。单音符和和音都可以是持续的，如同随着音符标记的彩色线指示的那样，这取决于正在演奏的歌曲中是否存在持续和音或和弦。在持续音符期间，玩家可使用吉他上的颤音摇杆来改变音符的音高或音调。另外，仅通过改变音柱按钮上的指法却不必拨动拨弦摇杆，这些游戏支持“打弦”(hammer-ons)和“拉弦”(pull-offs)或者其他吉他演奏技巧的虚拟实施，这些演奏技巧用于成功地演奏出快速系列的音符。也适用于手指敲击和其他多重触控相互作用。
对于有些电子游戏平台，例如任天堂Wii，玩家玩的游戏外设中结合了Wii的遥控器。同样，该游戏外设具有触觉反馈的潜能，因为Wii遥控器具有输出触觉效果的能力。然而，因为Wii遥控器的不同方面，例如动作表现，Wii遥控器输出到游戏外设上的触觉效果可能有限。
需要的是与音乐游戏一起使用的触觉感知游戏外设，其提供给玩家触觉效果，这种触觉效果在玩家玩音乐游戏时向玩家提供愉快且逼真的体验。
发明内容
在本发明的一些实施方式中，游戏外设包括模拟乐器的主体。位于主体内的处理器与运行软件程序的主机通信。游戏外设包括位于主体的一部分中的第一致动器。基于软件程序中发生的事件，第一致动器响应接收来自处理器的激活信号而输出触觉效果。在一些实施方式中，第一致动器位于主体的一部分中，该部分与玩家接触游戏外设或者与游戏外设相互作用的位置有关。在一些实施方式中，触觉效果基于涉及玩家接触游戏外设或者与游戏外设相互作用的事件。
在一些实施方式中，游戏外设模拟吉他，该吉他包括主体且包括从主体延伸的颈部。位于主体内的处理器与运行软件程序的主机通信。该吉他包括位于颈部中的第一致动器。基于软件程序中发生的事件，第一致动器响应接收激活信号而输出触觉效果。在一些实施方式中，触觉效果基于涉及玩家接触吉他颈部或者与吉他颈部相互作用的事件。
在一些实施方式中，第一传感器感测游戏外设的主体中的至少一个输入元件，并且向运行软件程序的主机发送第一传感信号。触觉效果通过第一致动器输出至游戏外设的主体，其中基于软件程序中发生的事件，第一致动器响应自主机接收的第一激活信号。在一些实施方式中，第一致动器位于主体的一部分中，该部分与玩家接触游戏外设或者与游戏外设相互作用的位置有关。在一些实施方式中，第一致动器位于主体的接近所述至少一个输入元件的一部分中。在一些实施方式中，触觉效果基于涉及玩家接触输入元件或者与输入元件相互作用(或分别地缺乏(lack))的事件。
在一些实施方式中，游戏外设模拟具有主体的吉他，该吉他还包括从主体延伸的颈部，第一传感器感测吉他颈部中的至少一个输入元件的选择，并向运行软件程序的主机发送第一传感信号。触觉效果通过第一致动器输出至颈部，其中基于软件程序中发生的事件，第一致动器响应自主机接收的第一激发信号。在一些实施方式中，第一致动器位于吉他的颈部中。在一些实施方式中，第一致动器位于接近所述至少一个输入元件的位置。在一些实施方式中，触觉效果基于涉及玩家接触输入元件或者与输入元件相互作用(或分别地缺乏)的事件。
在本发明的不同实施方式中，致动器位于接近玩家接触游戏外设的主体或其他方面的位置。在本发明的不同实施方式中，致动器位于接近玩家与游戏外设的主体或其他方面相互作用的位置。在本发明的不同实施方式中，致动器位于接近输入元件的位置，在该位置玩家通过游戏外设向游戏提供输入。
在一些实施方式中，游戏外设模拟吉他，第一致动器配置成向颈部的手心侧或向颈部的音柱侧输出触觉效果。在一些实施方式中，颈部包括至少一个输入元件，例如可压按钮、触摸板或触摸屏。在一些实施方式中，至少一个传感元件耦合(couple)于输入元件，从而响应探测到的输入元件被玩家的第一只手选择，传感元件向主机输出第一传感信号。在一些实施方式中，吉他包括位于主体内的第二致动器，其中第二致动器在响应软件程序中发生的相应事件而接收第二激发信号时，第二致动器向主体输出相应的触觉效果。
在一些实施方式中，传感元件配置成，在传感元件已探测到玩家已选择输入元件之后，响应该传感元件探测到玩家沿输入元件的方向移动的第只一手的手指，而改变第一传感信号，其中经改变的第一传感信号相应地更新软件程序。在一些实施方式中，第一致动器配置成，基于传感元件探测到沿着输入元件的方向移动的手指，响应相应的激发信号而改变触觉效果。在一些实施方式中，吉他进一步包括耦合于输入元件的发光装置，其中发光装置配置成在接收来自主机的发光信号时发光。
在一些实施方式中，吉他包括位于主体中的一个或多个拨弦摇杆，其中拨弦摇杆配置成，响应被玩家的第二只手移动的拨弦摇杆，而向主机输出第二传感信号。在一些实施方式中，第二致动器耦合于拨弦摇杆，其中基于软件程序中发生的事件，第二致动器在接收来自主机的激发信号时向拨弦摇杆输出触觉效果。在多个拨弦摇杆的实施方式中，每个拨弦摇杆都可被玩家独立操作。在一些实施方式中，吉他包括耦合于主体的颤音摇杆以及耦合于颤音摇杆的第三传感元件，其中第三传感元件配置成，在玩家操作颤音摇杆时，向主机输出第三传感信号。在一些实施方式中，第二致动器在响应被操作的颤音摇杆而接收第二激发信号时，向主体输出相应的触觉效果。在一些实施方式中，吉他包括耦合于颤音摇杆的第三致动器，其中第三致动器配置成，在接收来自主机的相应激发信号时，向颤音摇杆输出触觉效果。
在本发明的一些实施方式中，游戏外设模拟弦乐器。在本发明的一些实施方式中，弦乐器可包括但不限于原声吉他、电吉他、低音吉他、小提琴、曼陀林、大提琴、贝司、班卓琴或其他弦乐器。
在本发明的一些实施方式中，游戏外设模拟管乐器。在本发明的一些实施方式中，管乐器可包括但不限于单簧管、萨克斯管、双簧管、长笛或其他管乐器。
在本发明的一些实施方式中，游戏外设模拟铜管乐器。在本发明的一些实施方式中，铜管乐器可包括但不限于喇叭、长号、大号、上低音乐器或其他铜管乐器。
在本发明的一些实施方式中，游戏外设模拟键盘乐器。在本发明的一些实施方式中，键盘乐器可包括但不限于钢琴、风琴、电子键盘乐器、音响合成器、手风琴或其他键盘乐器。
在本发明的一些实施方式中，游戏外设模拟打击乐器。在本发明的一些实施方式中，游戏外设模拟多个打击乐器。在本发明的一些实施方式中，打击乐器可包括但不限于小军鼓、低音鼓、强音钹、一个或多个手鼓、踩钹和/或其他打击乐器。
附图说明
包含进本说明书并构成说明书一部分的附图，示出了本发明的一个或多个实施方式的实例，附图与说明一起用于解释本发明的原理和各方面。
在附图中：
图1示出根据本发明各个实施方式的游戏外设的立体图，例如吉他。
图2示出根据本发明各个实施方式的触觉感知游戏外设的方框图。
图3示出根据本发明各个实施方式的触觉感知游戏外设的前视图。
图4示出根据传统的游戏外设的具有音柱按钮的吉他的颈部的侧视图。
图5示出根据本发明不同实施方式的具有音柱按钮的吉他的颈部的侧视图。
图6A和6B示出根据本发明不同实施方式的具有音柱按钮的吉他的颈部的侧视图。
图7示出根据传统的游戏外设的拨弦摇杆的前视图。
图8示出根据本发明不同实施方式的吉他的拨弦摇杆的前视图。
图9A和9B示出根据本发明不同实施方式的吉他的拨弦摇杆。
具体实施方式
虽然在此以触觉感知吉他为背景描述了与音乐游戏一起使用的触觉感知游戏外设的不同实例和实施方式，但本发明不限于此。以下说明仅是示例性的，并且不以任何方式限制本发明。其他的游戏外设和及其实施方式将轻易地对具有本公开利益的本领域技术人员进行启示。现在将提供如附图中示出的本发明不同实施方式的详细参考。在全部附图和以下的说明中，将使用相同的参考标号来表示相同或相似的项目。
为了清晰，不是在此描述的实施方式的所有常规特征都被示出和描述。当然，应当明白，在任何这种实际实施方式的开发中，必须做出众多的实施专属决定，从而实现开发人员的特定目的，例如符合申请相关的和商业相关的约束，并且应当明白，这些特定目的对于不同的实施方式和不同的开发人员将不同。此外，应当明白，这种开发努力可能复杂且耗费时间，但是对于具有本公开利益的本领域普通技术人员而言是例行的工程任务。
依照本公开，本领域普通技术人员将明白，也可使用具有较少通用性的装置，例如硬接线装置、现场可编程门阵列(FPGA)、应用程序专用集成电路(ASIC)等等，而不会偏离在此公开的发明概念的范围和精神。其中，包含一系列处理步骤的方法由计算机或机器实施，并且这些处理步骤可作为一系列机器可读指令存储，它们可存储在有形媒体上，例如计算机存储装置(例如ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、闪存、U盘等等)、磁存储媒体(例如CD-ROM、DVD-ROM、纸卡、纸带等等)以及其他类型的程序存储器。
图1示出根据本发明各个实施方式的游戏外设的立体图。更具体地，如图所示，该游戏外设模拟吉他，并且现在将以此为背景描述本发明的各个实施方式，是为了清晰的目的，而不为了限制。如图1所示，吉他100包括主体102，该主体具有前表面104和后表面106。另外，吉他100包括颈部108，颈部上具有音柱板110，音柱板具有与主体102相交的端部110A以及附接于头部112的相对端部110B。游戏中，玩家和吉他100之间相互作用的两个主要区域是：1)接近头部112的五个输入传感元件114，以及2)在主体102的前表面104上的拨弦摇杆116。除了相互作用的区域之外，玩家身体的不同部分可接触吉他100，包括但不限于：玩家的手与颈部108的接触、玩家的髋部或腿与后表面106的接触、玩家的臂部与前表面104的一部分的接触，或其他接触。在不同的实施方式中，音柱板110在接近主体102的八度音阶音柱处可包括另外的输入传感元件118。另外，吉他100在前表面104上可包括颤音摇杆120以及一个或多个操作按钮122。虽然在此示出的吉他的构造类似于
Figure BDA0000050385550000081
吉他，但应注意任何其他样式的吉他都可考虑作为触觉感知吉他。
图2示出以根据本发明各个实施方式的吉他为背景的触觉感知游戏外设的方框图。吉他100包括连接吉他100至电子游戏平台99(以下也称为“主机”)的收发器端口124(图1)。在一些实施方式中，收发器端口124通过电线连接吉他100和主机99。在一些实施方式中，收发器端口124无线地连接吉他100和主机99。主机99可连接于显示电子游戏的图形环境的显示器98。或者与显示器98一体或者与显示器分离的扬声器97听觉地演奏来自电子游戏的音乐。在一些实施方式中，扬声器97是触觉吉他100的一体部分。
在一些实施方式中，如图2所示，吉他100中包括一个或多个局部处理器126，这些局部处理器连接于一个或多个输入传感元件，在吉他的背景下，这些输入传感元件示出为音柱按钮传感元件126、拨弦摇杆传感元件130、和/或颤音摇杆传感元件132。应明白，其他传感元件可用于其他乐器。具体地，局部处理器126配置成接收和处理来自传感元件128、130、132的信息信号，并且与主机99通信这些信息信号。另外，局部处理器126连接于一个或多个致动器，在吉他的背景下，这些致动器示出为颈部或音柱板致动器134、拨弦摇杆致动器136、颤音摇杆致动器138、和/或主体致动器，可包括这些致动器中的任何一个或多个。基于来自主机99的高级管理或串流指令，局部处理器126提供触觉效果信号至不同的致动器134、136、138、140。在一些实施方式中，电压大小和持续时间流(stream)至吉他，从而由主机向致动器提供信息。
操作中，主机99可向局部处理器126提供高级指令，例如通过一个或多个所选的致动器134、136、138、140输出的触觉效果的类型(例如振动、摇晃(jolt)、止动(detent)、炸开(pop)等等)，从而局部处理器126指示致动器134、136、138、140关于将输出的触觉效果的特别特征(例如大小、频率、持续时间等等)。
局部处理器126可包含在吉他100内，并且通常不可轻易地从吉他100的外壳(例如Xbox、Playstation3等等)移除。在一些实施方式中，局部处理器126位于专用的电子游戏控制器中(例如Wii遥控器)，其可移除地包含在吉他100中。在这些实施方式中，局部处理器126位于电子游戏控制器中，并且接收来自传感元件128、130、132的信息信号并与主机99通信。在一些实施方式中，电子游戏控制器中的局部处理器126可提供指令并可控制致动器134、136、138、140中的任何一个或多个。除了专用的电子游戏控制器中的处理器以外，吉他100还可包括专用的局部处理器，从而在多个处理器之间高效地发送处理任务、通信和指令，以实现更高的速度、带宽和灵活性。
图3示出根据本发明各个实施方式的触觉感知吉他。在图3中，吉他100包括耦合于输入传感元件114的一个或多个致动器134。在一些实施方式中，可使用一个致动器向多于一个或者甚至所有的音柱按钮输出触觉效果。应注意，虽然图3中未示出靠近主体的音柱按钮(与图1相反)，但这种音柱按钮以及相应的致动器也被考虑。如上所述，拨弦摇杆致动器136耦合于拨弦摇杆116。在一些实施方式中，致动器138可用于输出触觉效果至颤音摇杆120。在一些实施方式中，一个或多个致动器140也可位于沿吉他100的颈部110和/或主体102的不同位置。具体地，颈部110可包括致动器134，从而输出的触觉效果在玩家左手上被直接感觉到(在右手演奏吉他的情形下)。应注意，虽然未在图3中特别示出，但致动器134位于输入传感元件114和/或118之下，从而当按压传感元件114、118时，输出的触觉效果在玩家左手上被直接感觉到(在右手演奏吉他的情形下)。这些致动器选择性地输出触觉效果，从而为玩家提供逼真的感觉，即吉他是存在的并且在游戏期间感觉逼真。
在一些实施方式中，一个或多个致动器140作为目标被激活，使得整个吉他100只有一部分(例如主体、颈部的一部分或全部)输出触觉效果。图3中致动器的位置是示例性的，并且任何数目的致动器都可应用在吉他的任何所需位置。在本发明的一些实施方式中，致动器可放置在吉他100上的接近玩家接触吉他的位置处。
在一些实施方式中，来自吉他一个部分的输入可用于触发在吉他该部分处或者接近该部分的致动器。在本发明的一些实施方式中，来自吉他一个部分的输入可用于触发吉他其他部分处的致动器。在本发明的一些实施方式中，与来自吉他的输入独立的游戏事件可用于触发吉他不同部分处的致动器。应明白，不同的输入和/或游戏事件可用于触发不同的致动器。通过非限制性实例，来自拨弦摇杆传感元件130的输入可触发吉他100的下一个致动器134。
考虑不同类型的致动器，包括但不限于偏轴转动惯量(ERM)致动器、线性共振致动器(LRA)、压电致动器、音圈致动器、电致动聚合物(EAP)致动器、形状记忆合金等等。
图4示出传统的电子游戏吉他控制器的颈部的侧视图。如图4所示出的，所示的颈部200包括五个输入传感元件，这些输入传感元件是被音柱204分开的可按音柱按钮202形式的，并且从颈部的顶部表面206突出距离D。在此处所讨论的任何实施方式中，考虑吉他可配置成不具有任何音柱204。估计距离D大约为1.5毫米(1/16英寸)。音柱按钮202被弹簧208向上推，从而玩家通过在按钮202的顶表面上施加力并且将按钮202向下按压距离D而克服向上的力。当特定的按钮202被向下推时，开关(未示出)记录，并且指示主机99玩家已演奏出一个音符。
然而，传统吉他控制器的音柱按钮202的构造导致几个缺点。这些缺点中的一个是手指必须移动充分长的距离来记录已演奏一个音符。这阻碍了执行的速度，因为长的距离D不允许玩家的手指移动得如其能够移动的那样快。另外，在玩足够量的游戏之后，长移动距离会导致玩家感觉疲劳或伤害。另外，按钮的传统构造可能制造很大的噪音并且在按钮被按下时提供柔软的(spongy)确认。这会从游戏体验中分心，因为在按下期间的按钮声音相对于扬声器97输出的音乐音量很显著(图2)。
图5示出根据本发明不同实施方式的吉他颈部的侧视图。如图5所示，颈部300利用位于颈部300中的传感元件302来克服传统吉他控制器的一个或多个缺点。在一些实施方式中，传感元件302是电容性传感元件302并可被悬挂在颈部300中。该传感元件可配置成包括如图所示被音柱306相互分开的五个电容性传感按钮304。在一些实施方式中，可使用五个独立并分开的电容性传感按钮。每个传感按钮304由现有电子游戏吉他控制器中的色彩配置方案分别地进行颜色编码。在一些实施方式中，输入传感元件配置成其中具有LED或其他发光源，从而或者当玩家按下音柱按钮时，或者当玩家被提示按下音柱按钮以敲出正确音符时，音柱按钮点亮。
当玩家的手指在音柱按钮304上施加预定的力时，电容性传感按钮304感测电容的变化。虽然示出的按钮304与颈部300的顶表面308齐平，但按钮304也可相对于颈部300的顶表面308稍微抬高或凹进。在一些实施方式中，按钮304被编程，从而当对按钮施加阈限量的压力时，记录它们已被按下。这允许按钮304被玩家向下按压，而不记录玩家实际上已演奏了一个音符。换句话说，玩家能够在按钮304上施加压力(而不是传感器实际上不读取输入)，从而减轻玩家手腕和指关节上的压力。在一些实施方式中，可使用具有传感按钮的传感元件，这些传感按钮采用与电容触摸技术相反的电阻触摸技术操作。
图6A和6B示出根据本发明不同实施方式的音柱按钮的侧视图。如图6A和6B中所示，吉他利用位于颈部400中的光学输入传感元件402，从而在游戏中感测玩家对输入传感元件(以音柱按钮的形式)404的选择。在一些实施方式中，每个音柱按钮404都包含光学传感元件402，从而吉他包括被音柱410分开的五个光学传感元件(或者十个，如果包含接近主体的另外的输入传感元件118的话)。在一些实施方式中，一个光学传感元件位于颈部400中，并且配置成包括被划分成单独的按钮并且被音柱410分开的五个光学传感部分。在一些实施方式中，光学传感器402包括发射器/接收器元件406，该元件发射光至音柱按钮404的底表面408，从而发射器/接收器元件通过连续测量由发射器/接收器406发射并随后接收的光量而确定按钮是否被按下。
在一些实施方式中，音柱按钮404的顶表面配置成具有一些柔性，从而当玩家的手指96在音柱按钮404的顶表面上施加预定量的力时，该顶表面能够沿向下方向运动。当玩家施加力至音柱按钮404时，发射器/接收器406感测一定测量时间内所接收的光中的变化。一旦发射器/接收器406感测到光中的阈限变化，光学传感元件402就向处理器126发送指示音柱按钮404已被按下的传感信号。阈限变化可设置成这样：音柱按钮404可被玩家轻微向下按压而不记录玩家已演奏了一个音符。这允许玩家在按钮404上施加压力(而不是传感器实际上不触发音符选择)从而减轻玩家手腕和指关节上的压力。在非限制性实例中，该阈限变化可设置成相对于玩家按下音柱按钮404超过400微米。光学传感元件402的优点在于，玩家可在音柱按钮404上休息他或她的手指，而不会意外地触发按钮404。另外，光学传感元件402允许玩家如真正的吉他一样(例如演奏强力和弦)沿着音柱按钮404滑动他或她的手指，而不必抬高他或她的手指、重新定位手指然后按下(如现有的游戏控制器吉他)。
在一些实施方式中，音柱板上包括4、5、6或12个脊状物或狭槽，其中每个脊状物或狭槽代表一根沿着音柱板的一部分或全部敷设的弦。脊状物或狭槽将起到弦的作用，从而当玩家按压或者将他或她的手指放在弦上时，传感器将感测到。处理器可接收关于音柱号和弦号(例如第四个音柱、第三根弦)的信息，并且输出代表音柱位置的信号，该信号可通过扬声器播放。将输出触觉效果，从而提供给玩家逼真的体验，即他已按下了弦。这可用于作为吉他手初学者的训练工具。
触觉感知吉他可具有触摸元件形式的输入传感元件，例如触摸屏或触摸板。在一些实施方式中，触摸元件可沿着音柱板的一部分或沿着其全部长度，从而一个或多个音柱包括触摸元件，该触摸元件感测玩家的手指与触摸元件的接触。在一些实施方式中，触摸元件是触摸屏，其显示一根或多根弦，从而邻近音柱上的触摸元件使得多列弦能够位于沿着音柱板的多个位置处。在一些实施方式中，触摸屏可点亮歌唱期间玩家按下的那根弦和/或按钮。这对于多根弦和交叉多个音柱也是可行的，如在演奏强力和弦或滑奏吉他时。音柱板触摸元件可用于训练玩家如何使用触觉感知吉他。应注意，任何其他类型的触摸感知技术都可用于感测玩家按下输入传感元件。本发明的各个实施方式可包含一个或多个电荷耦合装置(CCD)或压力传感器的使用，以感测和监控音柱板上的手指位置。在一些实施方式中，游戏期间，除了虚拟弦之外，触摸屏还可显示图表。在一实例中，当玩家已击出连续的音符条或者已击出高分时，触摸屏可显示欢快的闪光箭头或沿着颈部移动的星星。
在一些实施方式中，当玩家的手指按在输入传感元件上以增加另外的真实的吉他效果时，可使用上述任何输入传感元件来测量手指在一段时间内的位置变化。例如，传感元件测量玩家的手指在垂直于拨弦摇杆的方向上向上和/或向下的运动。该元件然后可发送指示出玩家正在拉弯虚拟弦(并且因而调节音符)的传感信号。相应地，主机可因此而调整音符和/或和音的调。在一些实施方式中，当传感元件测量出玩家的手指的选择时，传感元件可提供代表颤音的传感信号并且快速地摇晃音柱按钮。相应地，主机将因此而快速地调整音符的调。在一些实施方式中，拉弯和/或颤音特征可类似于玩家操作颤音摇杆产生的效果。
在一些实施方式中，吉他包括位于颈部中的一个或多个致动器128，致动器在颈部中耦合于处理器。将参考图5讨论致动器，但应注意，致动器可与上述任何一种输入传感元件一起使用。致动器128配置成在被处理器126激活时输出触觉效果至传感按钮304，从而在玩家的手指与特定的音柱按钮接触时玩家的手指感觉到触觉效果。应注意，虽然示出和描述了一个致动器，但可使用一个以上的致动器。与分开的部件相反，可考虑致动器和传感元件为一体的一个部件。
现在将参照图5讨论输入传感元件的操作，但应注意，该操作也可应用于此处所讨论的其他传感元件中的任何一个或全部。在玩游戏期间，玩家将他或她的手指按在一个或多个输入传感元件304上，从而与电子游戏结合来击打一个音符，进而传感元件302探测玩家在304按钮上的选择。一旦探测到选择，传感元件302就发送或者发射传感信号至处理器126，以指示玩家已肯定地按下该特定的传感元件304。处理器126可发送代表传感信号的信息至主机99，从而主机99比较来自吉他的接收信息和显示屏98上示出的信息，从而确定是否匹配。如果匹配，则歌曲中的相应音符或和弦会通过扬声器97听到。在一些实施方式中，主机99可发送高级管理指令至处理器126，以在按钮304上输出触觉效果以及将输出的触觉效果的类型(例如振动、摇晃等等)。处理器126接收该指令并激活致动器128，以输出所选择的触觉效果至该特定按钮304。玩家感觉到该触觉效果并且被告知选择了正确的音符和/或按钮304。基于正在演奏的歌曲中听到的相应声音，主机和/或局部处理器可指示将由致动器输出的触觉效果的类型。例如，可指示致动器输出摇晃至音柱按钮和/或拨弦摇杆，其代表正在弹拨的弦。在另一实例中，当正确演奏一个长持续音符时，可指示致动器输出一低振幅和/或低量振动至音柱按钮。类似地，当正确演奏和弦时，可指示致动器输出一低振幅和/或低量振动至两个或多个音柱按钮。在一些实施方式中，控制器可配置成与音乐不合拍的音符或和弦的触发可导致触觉效果，或者刺耳和/或不愉快的触觉效果。
在本发明的一些实施方式中，不同的触觉效果可发送至不同的音柱按钮。在本发明的一些实施方式中，不同的触觉效果可在不同的时间发送至相同的音柱按钮。在本发明的一些实施方式中，根据正在演奏的歌曲中的音符类型(例如全音符、半音符、四分之一音符等等)，不同的触觉效果可发送至相同的音柱按钮。在本发明的一些实施方式中，根据正在演奏的歌曲中的音符之间的分开(例如断奏、圆滑奏、打弦、拉弦等等)，不同的触觉效果可发送至相同的音柱按钮。在本发明的一些实施方式中，根据吉他或者更一般地弦乐器的类型和感觉，不同的触觉效果可发送至多个音柱按钮。
如上所述，拨弦摇杆116可用作触觉吉他的输入元件，因为电子游戏常常要求玩家通过枢转地向上和/或向下移动拨弦摇杆来仿效虚拟弦和所选择按钮114的弹拨或弹奏。如图7所示，传统吉他控制器上的拨弦摇杆的结构是这样的，其按缺省值被弹力地推入中心位置C，并且绕轴A枢转地移动至末端位置E，从而只有当拨弦摇杆到达其行程末端的位置E时，耦合于拨弦摇杆的开关才发送激活信号至处理器。其不利和不切实际之处在于，真正的吉他技术可能要求很快的弹奏和/或弹拨，从而迫使有限的和精确的弹拨吉他弦。通过仅在拨弦摇杆到达其末端位置E时拨弦摇杆才发送激活信号，这不能在玩家已击打虚拟弦时给玩家提供真实感觉，或甚至是否击打虚拟弦的真实感觉。
然而，在本发明的一些实施方式中，致动器136可输出触觉效果至拨弦摇杆116，以传送弦的感觉。这在玩家玩电子游戏中的低音吉他时可能有利，其中低音吉他的弦通常比常规吉他的弦更重。在一些实施方式中，动觉触觉效果可应用于拨弦摇杆116，以便感知到虚拟弦“重”或“轻”，从而要求玩家施加不同的力至拨弦摇杆116从而击出一个音符。这可通过将致动器136耦合于拨弦摇杆116并改变施加至致动器136的阻力而完成。在一些实施方式中，可考虑惯性触觉效果，以便击打拨弦摇杆116触发由致动器136产生的振动。类似效果可施加至音柱按钮，从而模拟在不同吉他上演奏不同的弦或者在相同吉他上演奏不同的弦。特别地，根据弦的尺寸，致动器可输出不同的阻力至音柱按钮，从而要求玩家施加不同的力来演奏音符。
图8示出根据本发明不同实施方式的拨弦摇杆的侧视图。如图8所示，当吉他的拨弦摇杆500越过中心位置沿任一方向枢转地移动时，拨弦摇杆500发送激活信号。在一些实施方式中，当拨弦摇杆500沿任一方向移动越过中间位置C一角度θ而到达中间位置I时，拨弦摇杆记录虚拟弦被击打。考虑拨弦摇杆可移动至如图7中所示的行程的极限位置E，然而当中心杆502的位置越过中心位置C时，拨弦摇杆传感器130发送激活信号。这在击打、弹拨或弹奏拨弦摇杆500时给玩家提供了虚拟弦的更逼真体验。
如图8中所示，致动器136耦合于拨弦摇杆500，从而致动器136输出触觉效果至拨弦摇杆500，然后玩家感觉到所述触觉效果，从而指示一个音符或和弦已被连续的弹奏或弹拨。致动器136可被编程，从而当玩家使用拨弦摇杆只击出一个音符时，通过拨弦摇杆输出摇晃。在一些实施方式中，致动器136可被编程，从而当玩家弹拨和弦时，在拨弦摇杆500上输出一系列间隔密集的止动，其中每个止动代表击打多根弦中的每一根。在一些实施方式中，拨弦摇杆致动器136以及一个或多个音柱按钮致动器134(图2)可被同时激活，从而当演奏一个音符或和弦时模拟一根或多根弦的响声。例如，当玩家在电子游戏中演奏持续音符时，可通过拨弦摇杆致动器136输出摇晃或脉动，同时可通过音柱按钮致动器134输出振动。此外，如上所述，颈部中的致动器被激活，以输出玩家左手(在右手演奏吉他的情形下)上感觉到的触觉效果，同时通过拨弦摇杆500上的致动器输出触觉效果。在一些实施方式中，主体中的一个或多个致动器被激活，以输出玩家感觉到的触觉效果，同时通过拨弦摇杆500上的致动器输出触觉效果。在本发明的一些实施方式中，可以与上述关于拨弦摇杆500类似的方式实施颤音摇杆120。
这可提供给玩家以一根或多根虚拟弦的触觉指示。另外，玩家通过利用触觉信息来调整手的物理运动，可以最优化他或她游戏的速度和精确度。另外，致动器136结合基于中心的(center-based)拨弦摇杆构造所提供的触觉效果可提高玩家的体验，因为将感觉到拨弦摇杆500像真的一样或具有逼真的感觉。
在一些实施方式中，拨弦摇杆可被触摸元件(如触摸板或触摸屏)取代，其中触摸元件在玩家的手指接触触摸元件时感测该手指。触摸元件可输出相应的传感信号，如同由上述拨弦摇杆所产生的信号。在一些实施方式中，触摸元件显示一根或多根虚拟弦，从而玩家通过沿着触摸屏在所显示的弦上移动他或她的手指而能够选择所显示的弦中的任一根或全部。触摸元件可包括与之耦合的一个或多个致动器，所述致动器提供给玩家独立的触觉效果，以模拟在虚拟显示的弦上演奏的感觉。在一些实施方式中，触摸元件可以是可编程的，以显示虚拟弦的期望数目(例如4、5、6或12)。
在一些实施方式中，吉他可利用真正的弦而不是触摸元件或拨弦摇杆，其中玩家弹奏或击打所述弦。力传感器可耦合于该弦，从而力传感器能够确定玩家何时击打弦。在一些实施方式中，玩家击打弦的力的大小被监控，进而将所监控的力发射至平台以影响游戏。
在一些实施方式中，吉他包含多个拨弦摇杆(图9A和9B)，其中每个拨弦摇杆代表将在游戏中演奏的一根或多跟不同的虚拟弦。如图9A中所示，多个横向拨弦摇杆600、602、604、606间隔隔开并相互紧邻，从而看起来像单独的弦并起到单独弦的作用。如图9B中所示，吉他具有一个总的拨弦摇杆700，该拨弦摇杆具有多个拨弦摇杆段702、704、706、708，其中每个拨弦摇杆段可由玩家的单独手指单独地动作，以模仿手指弹拨。考虑上述的一个或多个拨弦摇杆致动器可与多个拨弦摇杆一起使用。在一些实施方式中，吉他包括如图9A所示的多个横向拨弦摇杆，其中的一个或多个横向拨弦摇杆具有如图9B中所示的多个拨弦摇杆段。
在一些实施方式中，触觉感知吉他可输出触觉效果至颤音摇杆，从而为玩家提供愉快的体验。如图2中所提及，吉他包括致动器138，该致动器响应正被玩家操作的颤音摇杆而在颤音摇杆120上输出触觉效果。特别地，耦合于颤音摇杆120的颤音摇杆传感元件132可感测颤音摇杆120被玩家按压或拉动的距离，从而致动器138可响应所感测的运动而输出阻力或振动力。在一些实施方式中，所感测的颤音摇杆的运动可用来调整装置上别处(例如吉他的音柱按钮或者整个主体)的触觉效果输出。当演奏长持续音符时，该特征将特别地引人注目，从而操作颤音摇杆将调整颈部和/或主体上感觉到的触觉效果。在一些实施方式中，在击打拨弦摇杆以演奏持续音符时，可调整颤音摇杆，从而产生正弦曲线的或其他调整后的触觉效果，而音符强度持续不变(与正在持续的音符拖尾或者渐弱相反)。
除了触觉感知吉他以外，电子游戏的软件可提供另外的优点，为玩家提供更愉快的体验。在一些实施方式中，电子游戏可指示局部处理器126，使致动器输出第一次振动至吉他的主体、音柱按钮和/或拨弦摇杆，从而实现正在演奏的吉他的热烈、逼真的感觉。这种触觉效果能够以低振幅开始，并且随着玩家继续在模拟演奏吉他的“流畅”体验的努力中获得游戏计时而增加其振幅。在一些实施方式中，当玩家的计时停止时，作为给玩家的指示，可由任一或者所有的致动器输出不和谐的触觉效果。在一些实施方式中，致动器位于主体的背面和前弹拨手区域，致动器和拨弦摇杆可被激活以产生上述感觉。在一些实施方式中，由不同致动器输出的触觉效果可改变，这取决于玩家在电子游戏中所选择的吉他类型(例如对于“中空主体”吉他，主体中的振动更大，相反地，对于“实心主体”吉他，主体中的振动更细微)。
在一些实施方式中，吉他可配置成，在玩家在游戏中成功地击打音符时，提供按钮按下或者弹拨事件的触觉确认。换句话说，可由致动器输出触觉效果，从而当玩家成功地按下吉他上的与屏幕上所显示的按钮一致的正确按钮时，提供按钮按下或者弹拨摇杆事件的确认。
在一些实施方式中，吉他可配置成输出一种或多种触觉效果，从而指示玩家已成功地按下预定数目的正确音符。例如，在游戏中，当玩家已成功地按下预定数目的连续正确音符时，有“音符条”的概念。吉他可输出来自一个或多个致动器的一种或多种触觉效果，从而在玩家已完成一个音符条里程碑时，奖励玩家。也可产生一种触觉效果，随着玩家击打连续的正确音符该触觉效果在大小上增加，其中该增加的大小在控制器的主体和/或颈部上感觉到。玩家一错过一个音符，该效果就重置，并且玩家知道他已结束他的效果条。在一些实施方式中，吉他可配置成，当玩家按下一个或多个不正确的按钮时，输出另外的触觉效果。
如上所述，在游戏期间，电子游戏可具有玩家利用吉他上的打弦和拉弦的能力。触觉感知吉他可在玩家执行打弦或拉弦行为时使用独特的触觉效果，其中致动器在玩家正在执行该行为的按钮上输出触觉效果。
一个游戏概念是短兵相接游戏或“竞争模式”，其中两位玩家相互竞争，以在给定时间内成功地击出最多的音符数目。竞争模式中的一个特征是，在竞争期间，一位玩家启动使另一位玩家分心的分心项目。例如，在竞争模式中，启动后的一个分心项目引起另一位玩家的屏幕着火，因此在一段给定的时间内阻止玩家看到音符，并且因而抑制他们在该段时间内成功击出音符的能力。分心项目可用于触觉感知吉他，其中启动的分心项目造成接受者的吉他不可控地振动或者输出如下触觉效果：引起不规则的敲打或与屏幕上所显示的音符不同步的敲打，或者临时完全地丧失触觉反馈能力。
在一些实施方式中，吉他的板上加速计可发送吉他位置的独特信号至主机，主机进而将更新屏幕上的化身吉他，从而匹配玩家的吉他位置。例如，吉他的加速计可感测到玩家将吉他放在他的双腿之间或者放在他的头后面，从而主机将指示电子游戏示出将吉他放在他的双腿之间或放在他的头后面的所显示的化身。
如上所述，以吉他100为背景描述了触觉感知游戏外设的各个实施方式。然而，应明白，上述各个实施方式可适合于模拟其他类型的乐器。通过实例，音柱按钮114、118和其关联的传感器128和致动器134的描述可适合于不同管乐器的按键和/或不同铜管乐器的活瓣和/或键盘乐器的按键。可使用其他的传感器来测量由玩家施加至不同管乐器或铜管乐器的空气流和其时间。同样通过实例，拨弦摇杆116和其关联的传感器130和致动器134的描述可适合于其他“弹奏”弦乐器(例如曼陀林、班卓琴、夏威夷吉他等等)。进一步通过实例，该描述可容易地扩展至要求使用乐弓的弦乐器(例如小提琴、大提琴等等)，在该情形中，可能期望使用第一游戏外设来模拟弦乐器并且使用第二游戏外设来模拟乐弓。仍然进一步通过实例，通过乐器本身和/或通过用于演奏这些乐器的音槌或音棒，该描述可扩展至模拟不同的打击乐器。
虽然已示出并描述了各个实施方式和应用，但对于具有本公开利益的本领域技术人员很显然，在不偏离在此公开的发明概念的前提下，比以上提及的更多的更改是可行的。例如，虽然以上描述了在电子游戏和/或音乐游戏中模拟乐器的游戏外设，但也可考虑使用本发明的各个实施方式作为训练工具来教导新演奏者如何使用乐器。因此，在所附权利要求的精神之内，不限制本发明。

Claims (33)

1.一种触觉感知游戏外设，包括：
主体，其模拟乐器；
第一输入元件，其布置在所述主体内，接收来自玩家的输入；
处理器，其布置在所述主体内，其中所述处理器与运行软件程序的主机通信，其中所述处理器耦合于所述第一输入元件，并将接收自所述玩家的输入通信至所述主机；以及
第一致动器，其布置在所述主体内并且耦合于所述处理器，其中基于所述软件程序中发生的事件，所述第一致动器响应接收到的激活信号而输出触觉效果至所述主体。
2.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述第一致动器和所述第一输入元件彼此接近地布置在所述主体内，其中软件程序中发生的事件响应于接收自所述玩家的输入，从而在响应于接收自所述玩家的输入时，由所述第一致动器输出的触觉效果被所述玩家感知。
3.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述游戏外设的主体模拟包括吉他主体和颈部的吉他。
4.根据权利要求3所述的游戏外设，其中，所述输入元件布置在所述颈部中。
5.根据权利要求1所述的游戏外设，进一步包括：
传感元件，其耦合于所述第一输入元件，其中，响应所述第一输入元件被所述玩家选择的探测，所述传感元件输出第一传感信号至所述主机。
6.根据权利要求1所述的游戏外设，进一步包括：
第二致动器，其位于所述主体中，其中，在响应于所述软件程序中发生的相应事件而接收到第二激活信号时，所述第二致动器输出相应的触觉效果至所述主体。
7.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件是可压按钮。
8.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件是触摸板或触摸屏。
9.根据权利要求8所述的游戏外设，其中，所述触摸屏配置成通过其显示图形对象。
10.根据权利要求5所述的游戏外设，其中，所述传感元件配置成，在所述传感元件已探测到玩家已选择所述输入元件之后，响应于探测到所述玩家沿所述第一输入元件的方向移动的手指，而改变所述第一传感信号，其中经改变的第一传感信号相应地更新所述软件程序。
11.根据权利要求10所述的游戏外设，其中，基于所述传感元件探测到沿着所述第一输入元件的方向移动的手指，所述第一致动器响应相应的激发信号而改变所述触觉效果。
12.根据权利要求5所述的游戏外设，进一步包括耦合于所述第一输入元件的发光装置，其中所述发光装置配置成在接收来自所述主机的发光信号时发光。
13.根据权利要求3所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件包括拨弦摇杆，并且其中，所述第一致动器输出所述触觉效果至所述拨弦摇杆，从而在响应于所述玩家移动拨弦摇杆时，所述玩家感知到所述触觉效果。
14.根据权利要求3所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件包括音柱键，并且其中，所述第一致动器输出接近所述音柱键的触觉效果，从而在响应于所述玩家选择音柱键时，所述玩家感知到所述触觉效果。
15.根据权利要求3所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件包括音柱键，并且其中，所述第一致动器输出所述触觉效果至所述音柱键，从而在响应于所述玩家选择音柱键时，所述玩家感知到所述触觉效果。
16.根据权利要求3所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件包括颤音摇杆，并且其中，所述第一致动器输出所述触觉效果至接近所述颤音摇杆的主体，从而在响应于所述玩家选择颤音摇杆时，所述玩家感知到所述触觉效果。
17.根据权利要求3所述的游戏外设，其中，所述第一输入元件包括颤音摇杆，并且其中所述第一致动器输出所述触觉效果至所述颤音摇杆，从而在响应于所述玩家选择颤音摇杆时，所述玩家感知到所述触觉效果。
18.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述主体模拟铜管乐器，其中所述第一输入元件包括活瓣，并且其中所述第一致动器输出所述触觉效果至所述活瓣，从而在响应于所述玩家选择活瓣时，所述玩家感知到所述触觉效果。
19.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述主体模拟管乐器，其中所述第一输入元件包括按键，并且其中所述第一致动器输出所述触觉效果至所述按键，从而在响应于所述玩家选择按键时，所述玩家感知到所述触觉效果。
20.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述主体模拟弦乐器，其中所述第一输入元件包括音柱键，并且其中所述第一致动器输出所述触觉效果至所述音柱键，从而在响应于所述玩家选择音柱键时，所述玩家感知到所述触觉效果。
21.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述主体模拟弦乐器，其中所述第一输入元件包括弦，并且其中所述第一致动器输出所述触觉效果至所述弦，从而在响应于所述玩家选择所述弦时，所述玩家感知到所述触觉效果。
22.一种操作游戏外设的方法，所述游戏外设具有模拟乐器的主体，所述方法包括：
通过第一传感元件感测第一输入元件的选择并发送第一传感信号至运行软件程序的主机，所述第一输入元件布置在所述游戏外设的主体内，所述软件程序相应于音乐游戏，所述第一传感信号代表从所述玩家至所述音乐游戏的输入；以及
响应于从所述主机接收的第一激活信号，通过第一致动器输出触觉效果至所述游戏外设的主体，所述第一激活信号相应于所述音乐游戏中的事件。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一致动器和所述第一输入元件相互接近地布置在所述主体内，其中所述音乐游戏中的事件响应于来自所述玩家的输入，从而在响应于接收自所述玩家的输入时，由所述第一致动器输出的所述触觉效果被所述玩家感知。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
通过第二传感元件感测第二输入元件的选择并发送第二传感信号至所述主机，所述第二输入元件布置在所述游戏外设的主体内，所述第二传感信号代表从所述玩家至所述音乐游戏的第二输入；以及
响应于从所述主机接收的第二激活信号，通过第二致动器输出第二触觉效果至所述游戏外设的主体，所述第二激活信号相应于所述音乐游戏中的第二事件。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，响应于从所述主机接收的第一激活信号，通过第一致动器输出触觉效果至所述游戏外设的主体包括输出所述触觉效果至所述第一输入元件。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，响应于从所述主机接收的第二激活信号，通过第二致动器输出第二触觉效果至所述游戏外设的主体包括输出所述第二触觉效果至所述第二输入元件。
27.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
响应于从所述主机接收的第二激活信号，通过第二致动器输出第二触觉效果至所述游戏外设的主体，所述第二激活信号相应于所述音乐游戏中的第二事件。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，所述乐器相应于管乐器、铜管乐器、弦乐器或打击乐器。
29.根据权利要求22所述的方法，其中，所述乐器相应于吉他。
30.根据权利要求24所述的方法，其中，所述乐器相应于吉他，其中所述第一输入元件包括音柱键，并且其中第二输入元件包括拨弦键。
31.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述主体模拟键盘乐器，其中所述第一输入元件包括按键，并且其中所述第一致动器输出所述触觉效果至所述按键，从而在所述玩家选择所述按键时，所述玩家感知所述触觉效果。
32.根据权利要求1所述的游戏外设，其中，所述触觉效果响应来自所述玩家的输入而随时间改变。
33.根据权利要求32所述的游戏外设，其中，所述触觉效果响应来自所述玩家的成功输入而在幅度上随时间增加。
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