CN102935288B - 一种人机互动游戏实现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人机互动游戏实现装置及方法，该装置包括：光枪、屏幕、摄像头和装有光斑检测和定位软件的电脑；所述屏幕，用于展示游戏画面；所述光枪，包括激光器，用于向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；所述摄像头，用于将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；所述装有光斑检测和定位软件的电脑，用于依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动。

Description

一种人机互动游戏实现装置及方法

技术领域

本发明涉及人机交互领域，特别涉及一种人机互动游戏实现装置及方法。

背景技术

随着电子娱乐设备的普及，如SONY的PS游戏机系列，任天堂的WII游戏系列，已出现在家庭用户的客厅里，其所配备的游戏，特别是射击类游戏，广受青少年欢迎。这种配合游戏机实用的射击装置也称为光枪，已经成为了大多数游戏机的标准配置，然而光枪并不发射光线，而是通过枪头处的摄像头或者光敏元件来是接收光线，通过扫描频率来计算画面坐标来判断是否击中目标，因而这种光枪只能用于固定的游戏装置，对于普通的液晶和投影设备不能够使用。

另外一种常见的射击类游戏所使用的光枪是可以发射特定波长的激光光线（如红色、绿色或者红外）,在设计目标物体上安装若干光线接收元件，当激光投射到这些接收元件上时，其感光，发出命中信号。这种游戏装置是纯实物实现的，即光枪和射击靶需要配套使用，而且这种游戏简单枯燥，因而多是面向低龄儿童。

随着网络上海量的游戏软件的出现，现在的游戏方式已经转向了使用鼠标和键盘来进行互动，然而对于有些游戏，特别是射击类游戏而言，这种鼠标键盘的操作模式显然难以达到理想的体验效果，而类似PS，WII之类的游戏光枪，其又无法使用。因此，如何提高人机互动游戏的体验感是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种人机互动游戏实现装置及方法，用主动发射式的光枪，在电脑、电视、投影屏幕上进行远距离的直接射击等游戏等操作，将极大的提高游戏的体验感，因而也具有极其广阔的市场，也将改变未来射击类的游戏方式。

为实现上述目的，本发明提供了一种人机互动游戏实现装置，该装置包括：光枪、屏幕、摄像头和装有光斑检测和定位软件的电脑；

所述屏幕，用于展示游戏画面；

所述光枪，包括激光器，用于向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；

所述摄像头，用于将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；

所述装有光斑检测和定位软件的电脑，用于依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动。

可选的，在本发明一实施例中，所述摄像头端部设置滤光片，所述滤光片的中心波长与激光器波长相等。

可选的，在本发明一实施例中，所述光枪还包括无线模块和功能按键；

所述功能按键，用于发射出操控游戏进程的无线信号；

所述无线模块，用于将操作所述功能按键时发射出的无线信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑。

可选的，在本发明一实施例中，所述光枪还包括扳机；

所述扳机，用于控制所述激光器发射激光信号。

可选的，在本发明一实施例中，所述装有光斑检测和定位软件的电脑包括：系统标定模块、光斑图像坐标获取模块、光斑屏幕坐标获取模块和游戏指令执行单元；

所述系统标定模块，用于获取所述摄像头图像坐标和所述屏幕坐标的对应关系；

所述光斑图像坐标获取模块，用于获取光斑中心的图像坐标；

所述光斑屏幕坐标获取模块，用于根据所述系统标定模块获取的摄像头图像坐标和屏幕坐标的对应关系，将所述光斑图像坐标获取模块获取的光斑中心的图像坐标转换成光斑屏幕坐标；

所述游戏指令执行模块，用于根据所述光斑屏幕坐标获取模块获取的光斑屏幕坐标来执行游戏指令实现人机交互。

为实现上述目的，本发明还提供了一种人机互动游戏实现方法，其特征在于，该方法包括：

屏幕展示游戏画面；

光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；

摄像头将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；

装有光斑检测和定位软件的电脑依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动。

可选的，在本发明一实施例中，所述摄像头端部设置滤光片，所述滤光片的中心波长与激光器波长相等。

可选的，在本发明一实施例中，所述光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号包括；

发射出操控游戏进程的无线信号；

将操作所述功能按键时发射出的无线信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑。

可选的，在本发明一实施例中，所述光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号还包括；

控制激光信号。

可选的，在本发明一实施例中，所述装有光斑检测和定位软件的电脑依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动包括：

获取所述摄像头图像坐标和所述屏幕坐标的对应关系；

获取光斑中心的图像坐标；

根据获取的摄像头图像坐标和屏幕坐标的对应关系，将获取的光斑中心的图像坐标转换成光斑屏幕坐标；

根据获取的光斑屏幕坐标来执行游戏指令实现人机游戏交互。

上述技术方案具有如下有益效果：

通过本发明，用户只需安装一个摄像头，即可通过激光枪来进行远距离的射击等游戏操作，从而不必再使用鼠标、键盘的游戏模式。相对于现有的激光枪游戏，其可以直接对电脑游戏进行操作，而不必局限有实物的设计操作。与PS及WII的光枪相比，其对屏幕没有任何要求，定位精度和响应速度均有巨大的优势。系统成本低廉，兼容性好，具有重要的市场价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种人机互动游戏实现装置示意图；

图2为本发明提出的一种人机互动游戏实现装置中光枪的结构示意图；

图3为本发明提出的一种人机互动游戏实现装置中装有光斑检测和定位软件的脑功能模块图；

图4为本发明提出的一种人机互动游戏实现方法流程图；

图5为本发明提出的一种人机互动游戏实现的实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提出的一种人机互动游戏实现装置示意图。该装置包括：光枪、屏幕、摄像头和装有光斑检测和定位软件的电脑；

所述屏幕4，用于展示游戏画面；

所述光枪1，包括激光器，用于向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；

所述摄像头2，用于将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；

目标点5：激光投射的光斑点；

所述装有光斑检测和定位软件的电脑6，用于依据所述摄像头2传输的数字图像信号，获取所述光枪1发射的激光信号形成的目标点5在所述屏幕4中的位置，并根据目标点5在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动。

可选的，在本发明一实施例中，所述摄像头2端部设置滤光片，所述滤光片的中心波长与激光器波长相等。

如图2所示，为本发明提出的一种人机互动游戏实现装置中光枪的结构示意图。所述光枪1还包括无线模块12和功能按键13；

所述功能按键13，用于发射出操控游戏进程的无线信号；

所述无线模块12，用于将操作所述功能按键13时发射出的无线信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑。

所述光枪还包括扳机14；

所述扳机14，用于控制所述激光器发射激光信号。

如图3所示，为本发明提出的一种人机互动游戏实现装置中装有光斑检测和定位软件的电脑功能模块图。所述装有光斑检测和定位软件的电脑6包括：系统标定模块、光斑图像坐标获取模块、光斑屏幕坐标获取模块和游戏指令执行单元；

所述系统标定模块61，用于获取所述摄像头图像坐标和所述屏幕坐标的对应关系；

所述光斑图像坐标获取模块62，用于获取光斑中心的图像坐标；

所述光斑屏幕坐标获取模块63，用于根据所述系统标定模块61获取的摄像头图像坐标和屏幕坐标的对应关系，将所述光斑图像坐标获取模块62获取的光斑中心的图像坐标转换成光斑屏幕坐标；

所述游戏指令执行模块64，用于根据所述光斑屏幕坐标获取模块63获取的光斑屏幕坐标来执行游戏指令实现人机交互。

如图4所示，为本发明提出的一种人机互动游戏实现方法流程图。该方法包括：

步骤401：屏幕展示游戏画面；

步骤402：光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；

步骤403：摄像头将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；

步骤404：装有光斑检测和定位软件的电脑依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动。

可选的，在本发明一实施例中，所述摄像头端部设置滤光片，所述滤光片的中心波长与激光器波长相等。

可选的，在本发明一实施例中，所述光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号包括；

发射出操控游戏进程的无线信号；

将操作所述功能按键时发射出的无线信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑。

可选的，在本发明一实施例中，所述光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号还包括；

控制激光信号。

可选的，在本发明一实施例中，所述装有光斑检测和定位软件的电脑依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动包括：

获取所述摄像头图像坐标和所述屏幕坐标的对应关系；

获取光斑中心的图像坐标；

根据获取的摄像头图像坐标和屏幕坐标的对应关系，将获取的光斑中心的图像坐标转换成光斑屏幕坐标；

根据获取的光斑屏幕坐标来执行游戏指令实现人机游戏交互。实施例：

如图5所示，为本发明提出的一种人机互动游戏实现的实施例示意图。该实施例中的实现装置包括：

光枪1：用于发射激光脉冲和相关控制信号；

摄像头2：用于捕捉激光光斑信号，并将画面传输给电脑；

投影机3：用于游戏画面的输出；

屏幕4：用做投影机投射，也可以用大屏幕电脑或者电脑屏幕代替投影机；

目标点5：激光投射的光斑点；

装有光斑检测和定位软件的电脑6：用于处理摄像头画面，检测和定位出目标点5，将其图像坐标转换为屏幕坐标。

具体技术手段详述如下：

光枪：用于发射激光脉冲和相关控制信号。

光枪1的主要组成部分如下：

（1）激光器：可用650nm波段红色激光，525nm绿色激光，或者850nm等红外激光模组，用于发射激光光线信号，投射到目标物体上面；

（2）无线模块：可用2.4G，蓝牙，红外等传输方式：通过定义的功能按键，发射无线信号到电脑，如右键、滚轮键等信号，从而使的光枪具有更多的功能；

（3）功能按键：定义不同的功能如不同的鼠标键或者键盘键信号，从而实现不同的游戏操作，并通过2.4G模块将信号发送至电脑端；

（4）扳机：用于控制激光器发射激光光线信号；

（5）电源：用于装置的供电，可选用AA电池，也可以使用USB接口，通过电脑USB端口供电，在这种有线连接方式下，USB线也可同时用做光枪控制按键的信号传输，避免可能出现的无线干扰问题。

摄像头2：用于捕捉激光的光线信号，并将图像通过USB线传输到电脑。

●摄像头采用普通30FPS和VGA分辨率即可。

●摄像头端加装窄带滤光片，滤光片的中心波长与激光器相一致，比如采用650nm激光器，则摄像头端采用650nm的窄带滤光片，这样可以确保摄像头画面尽可能少的受到其他波段的光线的影响，保证激光光斑尽可能的亮。

投影机3：用于对电脑游戏等内容的大屏幕输出，普通投影机即可。

屏幕4：用于投影机投射的幕布等屏幕，也可以采用大屏幕电脑或者电脑屏幕，这样就不需要投影机了。

目标点5：激光投射的光斑点。

装有光斑检测和定位软件的电脑6：连接投影机或者大屏幕用于输出；连接摄像头，用于处理摄像头画面；PC端需安装光斑检测和定位软件，其工作流程如下：

系统标定：此时摄像头曝光时间设置为较大的数值，用于清晰获取投影机投射出的棋盘格图案，由软件提取出棋盘格角点坐标，并通过HOMOGRAPHY矩阵估计，计算出摄像头图像坐标和计算机屏幕坐标的对应关系（该方法属于业内常用方法，不做详述）。当摄像头和投影机（或者屏幕）相对位置固定之后，该标定只需要执行一次即可。

光斑定位：此时摄像头曝光时间自动调整到较低的数值，由于激光光斑本身亮度远高于投影机或者屏幕及外界光线的亮度，因此在低曝光值下，所拍摄的画面将只有光斑亮点，背景全黑，这样通过阈值分割的方法，即可定位出光斑区域，并通过加权平均的方法计算出光斑中心的精确图像坐标；

结合标定所的变换矩阵，将光斑中心的图像坐标，转换为对应的电脑屏幕坐标，当光斑出现时，定义为鼠标左键按下，当光斑消失时，定义为左键抬起，这样，发射一个激光脉冲，则可完成一次鼠标左键的点击操作，对应游戏中则意味着射击等点击动作。

通过光枪上定义的若干按键，可以通过2.4G向电脑发送其他的控制信号，如右键、滚动等等，实现更丰富的操作功能。

通过本发明，用户只需安装一个摄像头，即可通过激光枪来进行远距离的射击等游戏操作，从而不必再使用鼠标、键盘的游戏模式。相对于现有的激光枪游戏，其可以直接对电脑游戏进行操作，而不必局限有实物的设计操作。与PS及WII的光枪相比，其对屏幕没有任何要求，定位精度和响应速度均有巨大的优势。系统成本低廉，兼容性好，具有重要的市场价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人机互动游戏实现装置，其特征在于，该装置包括：光枪、屏幕、摄像头和装有光斑检测和定位软件的电脑；

所述屏幕，用于展示游戏画面；

所述光枪，包括激光器，用于向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；

所述摄像头，用于将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；

所述装有光斑检测和定位软件的电脑，用于依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动；所述摄像头端部设置滤光片，所述滤光片的中心波长与激光器波长相等。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光枪还包括无线模块和功能按键；

所述功能按键，用于发射出操控游戏进程的无线信号；

所述无线模块，用于将操作所述功能按键时发射出的无线信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光枪还包括扳机；

所述扳机，用于控制所述激光器发射激光信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装有光斑检测和定位软件的电脑包括：系统标定模块、光斑图像坐标获取模块、光斑屏幕坐标获取模块和游戏指令执行单元；

所述系统标定模块，用于获取所述摄像头图像坐标和所述屏幕坐标的对应关系；

所述光斑图像坐标获取模块，用于获取光斑中心的图像坐标；

所述光斑屏幕坐标获取模块，用于根据所述系统标定模块获取的摄像头图像坐标和屏幕坐标的对应关系，将所述光斑图像坐标获取模块获取的光斑中心的图像坐标转换成光斑屏幕坐标；

所述游戏指令执行模块，用于根据所述光斑屏幕坐标获取模块获取的光斑屏幕坐标来执行游戏指令实现人机交互。

5.一种人机互动游戏实现方法，其特征在于，该方法包括：

屏幕展示游戏画面；

光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号；

摄像头将所述屏幕上的游戏画面转换成数字图像信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑；

装有光斑检测和定位软件的电脑依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动；所述摄像头端部设置滤光片，所述滤光片的中心波长与激光器波长相等。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号包括：

发射出操控游戏进程的无线信号；

将操作所述功能按键时发射出的无线信号传输至所述装有光斑检测和定位软件的电脑。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光枪向所述屏幕展示的游戏画面上的目标物发射激光信号还包括：

控制激光信号。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述装有光斑检测和定位软件的电脑依据所述摄像头传输的数字图像信号，获取所述光枪发射的激光信号形成的光斑在所述屏幕中的位置，并根据光斑在屏幕中的位置执行游戏命令来实现人机互动包括：

获取所述摄像头图像坐标和所述屏幕坐标的对应关系；

获取光斑中心的图像坐标；

根据获取的摄像头图像坐标和屏幕坐标的对应关系，将获取的光斑中心的图像坐标转换成光斑屏幕坐标；

根据获取的光斑屏幕坐标来执行游戏指令实现人机游戏交互。