CN103299252A - 用于视频游戏的交互实践的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于交互式体操实践的设备，所述设备与构成由用户跟随的体操程序的图像和声音系统相关联，所述设备包括平台（1），容纳在平台中的使设备能够检测出平台周围的障碍物的位置的传感器系统（6）及将来自平台传感器的信号发送到数字处理单元（5）的连接系统（4）。

Description

用于视频游戏的交互实践的设备

本发明涉及用于视频游戏的交互式设备的领域，所述交互式设备与诸如连接到玩家站或数字处理单元的电视的图像和声音系统相关联地使用。本发明更具体地涉及交互式体操设备。

从现有技术中已知使用视频游戏外围设备来增加好玩的和运动的交互性，使视频游戏的活动更真实。因此，一直见到平台和交互式平衡板的开发。

文献US2008/261696描述了一种互动平台，其能够检测用户的重量并根据其不同的压力传感器上的该重量分布来估测用户的重心，并将这些信号传送到游戏控制台，该游戏控制台然后在视频游戏中再转录它们。但是，当用户不在平台上时，该设备无法告知用户的位置，因此，限制了运动和好玩的应用。另一方面，该平台是稳定的且不振荡，使其在目前的状态无法作为平衡平台使用。如果例如通过在其下侧添加配件，使其变得可用，但它不具有这样一种类型的传感器，该传感器使它能够以足够高的分辨率检测出它经受的角度变化，从而在程序或视频游戏中充分地再转录这些角度变化。

文献EP1691897描述了一种被对压力敏感的垫子包围的平台。这样的设备使得当用户在平台上及当他/她在平台的周围且在所述垫子的限制范围内时，能够知道他/她的位置。然而，在体操环境中，使用压敏垫具有缺陷。事实上，在运动实践中，垫子可能折叠起来，从而在用户的定位方面变得不精确并使他/她跌倒。另一方面，用户的定位是相对于垫子上的预定区域的激活来确定的：这些区域因此不能根据进行的练习类型由游戏软件实时地调整。此外，用户的定位精度根据垫子上的区域数目增大，因此，设备的制造复杂性以及其成本提高。另一方面，使用该设备需要用户在他/她的电视机前方至少具有等于垫子的表面的空置表面，但是实际中可能不会总是这样的情况。最后，从商业角度看，目前的趋势优先考虑尺寸减小的紧凑对象，但是，垫子使组件显得较大。

文献US5,613,690描述了一种放在基座上的包括具有凸的下表面的上部的平衡板，使得用户站在其上的平衡板的角度变化被检测和再传输到数字处理单元。然而，这种平衡板在用户不在板上时不能指示用户的位置，也不能指示用户的重量。

文献US6,106,397描述了一种设置有定位装置的设备，该定位装置检测何时用户运动离开位于该平台上的所规定的区域，该区域通常是垂直轴指示的。同样地，文献US2004/242390描述了由凹表面构成的设备，用户站在凹表面上，使得用户在所述表面上的位置是已知的。所描述的定位装置不检测设备周围的用户的脚的位置，而脚的位置构成使用平台控制体操编排的必要信息。

文献US5,314,391描述了设置有一种设备的跑步垫，该设备使其可以检测到用户位于垫子上的相对于该装置的前面和后面的距离，并相应地调整垫的行进速度。这样的设备使得当用户在设备上时能够知道他/她的特定位置，但不能够知道他/她在设备周围的位置，更不必说定位设备周围的用户的脚了。

大体上，现有技术中似乎没有文献提供用于体操应用的平台型的交互式设备，该交互式设备使得其可以用作用于在平台上和平台周围练习交互式体操的参考配件。

本发明的目的是弥补现有技术中的使用平台的体操应用的缺陷。为了实现这点，本发明的一个主要目的是构成用于诸如例如视频游戏控制台、计算机或视频游戏街机柜的交互式好玩的和运动的外围设备，使得其使用平台可能进行交互式体操会话，这样通过该设备，平台周围和平台上的用户的位置被检测，以便提出和监测在平台周围和平台上的运动编排的良好实现。

为此目的，本发明涉及用于交互式体操实践的设备，所述设备与运行要由用户跟随的体操程序的数字处理单元相关联，所述设备包括设置有传感器系统和用于将来自传感器的信号发送到数字处理单元的装置的平台，其特征在于，所述平台的传感器系统适于检测平台周围的障碍物的位置。

这样的设备可有利地用于使用平台的交互式体操会话，因为用于定位平台周围的障碍物的系统可被用于在用户位于平台周围时定位因此被视为障碍物的用户的脚，且连接系统将能够发送该信息到程序，以便后者将其纳入考虑中。

根据本发明的设备包括平台。

根据一个优选实施方式，这个平台包括平坦的上部。

根据一个优选实施方式，如果平台放置在平坦的表面上，该设备的上部与地面平行。

根据一个实施方式，该平台包括至少一个压力传感器。优选当用户在平台上时激活这样的传感器。该传感器可以发送取决于施加在平台上的重量的“开关式控制”或模拟信号。

这样的“开关式控制”传感器可以例如由压敏表面构成。这样的表面一般包括由泡沫型材料分隔开的两个平的导电层，其中已创建了具有足够大的直径的几个孔。在静止状态，当没有外部压力施加在压敏表面上时，泡沫型材料的膨胀力保持两个导电层分隔开，并使其中后者是末端的电路断开。当施加的压力高于泡沫型材料的膨胀力时，两个导电层接合并通过泡沫型材料的孔接触，从而关闭导电层为端部的电路。

根据一个实施方式，平台的上表面是压敏表面。

根据一个优选实施方式，该平台包括腿。

根据一个优选实施方式，根据本发明的设备包括可以与该平台的腿结合从而使其高度变化的构件。

根据一个优选实施方式，这些腿中的每个与检测由平台施加在所述腿上的压力的压力传感器相关联。

根据一个实施方式，压力传感器放置在位于平台中的腿的外壳中。这样的系统可以例如由位于腿的壳体的底部的柔性杆构成，且当后者连接到平台上时，其搁置在腿上。被布置在杆上的传感器从而使得能够评估由于腿部的反作用力导致的柔性杆的曲率，所述腿部反作用力与当用户在平台上时由他/她施加的重量有关，并根据平台的校准和柔性杆的弯曲特性（假设是已知的）推导出重量的模拟测量。

根据一个实施方式，压力传感器位于腿中且来自所述传感器的信号通过腿和平台之间的电连接装置被发送到该平台。

根据使用压力传感器的一个优选实施方式，以模拟的方式检测压力，从而通过研究由传感器所指示的不同压力，能够推断出在平台的上表面上的用户的重心的投影。因此，如果平台是矩形的，且腿和它们的传感器有四个，被布置在平台的四个角，此投影可以被定义为由来自检测最大压力的传感器的三段对其他三个传感器的加权中点确定的三角形的中线的交点。

本发明的第二个目的是构成一种好玩和运动的交互式外围设备，从而使用户可以做交互式练习，这允许让他/她提高他/她的平衡，以使用同一设备完成本发明的主要目的的体操练习。

为此目的，根据一个优选实施方式，平台的下表面是凸的且平台的腿是可拆卸的。因此，一旦拆卸了腿，该平台成为平衡平台。根据该实施方式，下部的形状主要在其周边是凸的，在其中心是平坦的表面，该表面相当于平台的上表面的约2/3，因此，即使该设备能够摇摆和滚动，它也是相对稳定的。值得注意的是，带有可拆卸的腿的该实施方式与具有位于腿部或腿部的壳体中的压力传感器的上述实施方式兼容。

有利的是，在带有可拆卸的腿的优选实施方式中，不同高度的腿将被提供给该设备，以便能够使该平台的高度变化，因此，能够使体操练习的难度变化。

根据带有可拆卸的腿的优选实施方式，该平台包括角度传感器。当平台用作平衡板时，这些传感器提供平台的角度倾斜值。这些角度传感器可由一个或多个陀螺仪或由几个加速度计或由这些传感器的组合构成。根据带有加速度计的实施方式，三个加速度计将被与两个加速度计的轴正交地布置在平台的上表面的平面中，以在加速度计的坐标系中检测地球重力的加速度向量的分量，并推断出平台相对于地面的倾斜度，假定重力加速度是垂直的。

根据使用平衡板的一个实施方式，通过如由根据本发明的设备评估的平衡板的倾斜度可估计在平台的上表面上的用户的重心的投影。对于每一个坐标，在平台的上表面上的该投影的笛卡尔坐标对应于倾斜角与最大角度的比例乘以平台的半长。

该设备包括一个容纳在该平台中的用于检测平台周围的障碍物的位置的系统。该系统将特别用于当用户在平台周围时估测用户的脚的位置。

根据一个实施方式，该用于定位障碍物的系统包括用户站立在平台上的校准阶段，并且在此期间，用于定位平台周围的障碍物的系统建立，然后存储不由玩家的脚构成的障碍物的拓扑图。因此，已被反射而没有到达平台与在校准阶段在该区域的拓扑图中所标识的最近的障碍物间隔的距离的信号，在由定位系统监视的区域中将被视为表示“用户脚”。根据本实施方式，“用户的两只脚在平台上”可以被认为表示除了在校准阶段识别到的以外，没有其他障碍物被障碍物定位系统检测到的事实。这种定位系统因此使得有可能知道用户的脚是否在平台的周围和/或在平台上。

根据一个优选实施方式，定位系统由位于该平台中且从其边缘朝向外侧的测距仪系统构成，使得由测距仪系统所覆盖的空间是由一方面由地面构成的平面和另一方面由通过平台的上部甚至在其上方的平面之间构成的空间部分，不含平台本身构成的体积。

根据可能的实施方式，这些测距仪由超声波测距仪、红外线测距仪或无线电测距仪或这些的组合构成。测距仪的最常用的工作原理在于源朝向待检测的区域发射信号。当信号遇到障碍物时，该信号被反射并被发送到源的区域，在那里它被通常位于信号源附近的适当的传感器获取。在红外线测距仪的情况下，源是一般以很短的脉冲的形式发射的红外发射器，及接收器由一个或多个光电导管组成。所接收的信号通常被增大以便使用。源和障碍物之间的距离然后根据信号行进时间来估测，其行进速度是已知的。距离由下式给出：距离=速度*时间/2。除了其距离以外，信号的方向性越好，该信号相对于源的位置的估测越可以通过控制源以便它依次扫描待监测的区域并通过分析每个发射时隙的反射信号更好地实现。

另一种类型的测距仪操作，主要用于红外遥测，在于使用通常为菲涅耳透镜的透镜通过三角测量方法估测障碍物的距离，所述透镜聚焦反馈信号，并将它发送到一排接收器，从而有可能通过三角测量知道反射了信号的障碍物的距离。

此后，测距仪的主轴线将被称为锥形的对称轴，锥形的角是最封闭的，其中被规定有来自测距仪源的信号。其是测距仪“指”向的轴。

根据使用测距仪的一个实施方式，如果平台放置在平坦的表面上，测距仪的主轴线与地面平行。

根据使用测距仪的一个替代实施方式，测距仪的主轴线朝向地面，使得来自测距仪的信号在距平台的预定距离触及地面。这个距离可以例如等于使用平台的用户的脚可以到达的最大距离。

根据使用测距仪的一个实施方式，该平台包括至少四个信号源，所述信号源被布置为在等于所述平台的高度的高度，将信号发送到被定义为面向其中平台的上表面内接的最小矩形的四个边的区域。这些信号源中的每一个都与信号接收器相关联。这样的系统也可以由例如一定数量的沿平台的侧部布置的红外线测距仪构成。

根据另一个实施方式，该平台是圆形的，测距仪被布置在平台的外圆周上，以覆盖它的周围空间。本实施方式的优点之一在于，圆形关于用户的脚的位置的方向不定向，而矩形的短侧可被视为脚应被放置的地方的隐式指示。对于平衡平台使用，通过寻求平衡，用户将仅被引导在何处放置或移动他/她的脚。由于圆形的中心对称性，设置用于体操会话的设备也变得更容易，没有“侧”被放置在例如相对于电视屏幕的某个位置。

根据使用测距仪的一个实施方式，该平台包括至少四个信号源，所述信号源被布置为在等于所述平台的高度的高度，将信号发送到被定义为面向其中平台的上表面内接的最小矩形的四个角的区域。这些信号源中的每一个都与信号接收器相关联。

根据使用测距仪的一个实施方式，该平台包括一个被布置在位于平台的中心的旋转系统上的单一的信号源，这使得信号源绕自身每单位时间旋转一定数量的角度。适当的接收器位于旋转系统上的源附近并与源一致地转动。该平台还包括在源和平台外侧之间的一定数量的孔，使得如果源与一个孔对准且被激活时，所发射的信号将被发送到平台外侧的已定义区域并将按同一路径反射。旋转系统使得其将源和其接收器依次定位成面向每一个孔，从而，源发送信号并等待相当于最大给定距离的时间直到反射信号到达。一个单一的源和一个单一的接收器从而使其有可能覆盖平台以外的整个区域。

根据使用测距仪的一个实施方式，某些信号源（和关联的接收器）被放置在旋转系统上，这样源和接收器可以覆盖比如果它们静止时覆盖的区域更重要的区域。

根据使用红外测距仪的一个实施方式，某些信号源（和关联的接收器）被放在衍射发射信号和聚焦反馈信号的透镜后面，从而使得所述源比没有透镜时覆盖更大的面积。因此通过如前面所述的三角测量，可确立反射信号来自的方向。

根据使用测距仪的一个实施方式，根据要覆盖的区域，根据本发明的设备可以包括具有衍射透镜的信号源，例如，位于所述平台内接的矩形的侧上的源，和没有衍射透镜的源，其可能安装在旋转系统上，例如，位于所述平台内接的矩形的角部的源，使得能够以最小数量的信号源覆盖尽可能大的面积。

根据一个实施方式，在平台被用作平衡板时，障碍物定位系统可以用于估测倾斜角度。事实上，在这种情况下，当平台倾斜时，地面对于障碍物定位系统而言，会被视为朝向地面倾斜的平台的侧附近的障碍物，而升起的平台的一侧上的障碍物会显得较远。在地面被视为障碍物时，估测的距离越短，平台的倾斜越厉害。如果如之前描述的障碍物的拓扑结构的校准已经进行，由在平台相对于障碍物之间的距离对应于在校准期间存储的那些距离的事实，与水平时平台的上部相对应的平衡度被转换。

根据一个优选实施方式，其中测距仪系统用于在平台作为平衡板使用时确定平台的倾斜度，测距仪的主轴线将优先指向地面，以尽早检测在平台的侧部和地面之间的距离变化。根据本实施方式，可能具有“平衡板”模式，使得当平台被用作平衡板时，测距仪的轴线根据诸如为优化测距仪对平台的倾斜度的估测而确定的特定角度朝向地面。根据这个优选实施方式，如之前提到的，将陀螺仪型角传感器或加速度计添加到设备，将只在所需精度水平的角度变化在单个测距仪系统不可达到的情况下考虑。

根据使用校准的一个实施方式，障碍物定位系统可以被使用以基于在会话开始时实现的校准来确定用户的脚的形状，面向平台或侧向于平台。事实上，当用户的脚指向平台时，它构成的障碍物与其相对于平台“侧向”时相比较窄：定位系统由此确定两个不同的图像，从而可以区分它们。当用户在执行编排时，知道用户的脚的位置的事实可以由交互式程序使用来控制他/她是否在正确地做编排，或者，如果没有在正确地做编排，则交互式程序指示应该由用户的脚占据的相对于平台的位置。

根据本发明的设备包括将来自平台传感器的信号发送到数字处理单元的连接系统。

根据一个优选实施方式，该连接系统将来自一组平台传感器的信号发送到数字处理单元，根据该实施方式，所述传感器是位置传感器、压力传感器、角度传感器等。

根据一个优选实施方式，该连接系统是无线系统。

根据一个优选实施方式，该连接系统将每个信号与对每个平台特有的标识符相关联，以区分来自每个平台的信号，从而使得能够在同一数字处理单元上同时使用多个平台。

根据一个优选实施方式，该连接系统是双向的，这就是说，它将来自设备的信号发送到数字处理单元，但也能够将来自数字处理单元的信号发送到设备。根据该实施方式，根据本发明的设备设置有由来自数字处理单元的信号激活的驱动器。它们可以是例如根据达到的分数或编排的难度水平在设备上点亮的灯。也可以考虑其他类型的驱动器，诸如例如机械效应的反馈（晃动、振动）、声音等。

利用下文通过解释的方式描述的本发明的实施方式，并参照附图，本发明将被更好地理解：

-图1示出了根据本发明的设备的数字处理单元和显示屏幕的整体图;

-图2示出了根据本发明的设备的透视图;

-图3示出了根据本发明的设备的平台的上部的平面剖视图，其示出了测距仪系统;

-图4示出了根据本发明的设备的用户和测距仪系统的情景视图;

-图5示出了根据本发明的腿被拆卸的设备的透视图;

-图6示出了根据本发明的设备用作平衡板的情况的用户的情景视图;

根据在图1所示的一个实施方式，根据本发明的设备由具有被四条腿3支持的平坦的上部2的平台1构成。根据本发明的设备由双向连接系统4连接到数字处理单元5（连接到显示屏幕6），双向连接系统4将来自根据本发明的设备的信号发送到数字处理单元5。

图2表示根据本发明的设备的透视图。可以看到该平台1，以及在平台的部分上具有平坦的上表面2、腿3、测距仪系统6和下部凸表面7。平坦的上表面2由例如压敏表面构成，其在用户的重力加载在平台的上部分时被激活。

图3示出了根据本发明的设备的平台的上部的平面剖视图，其示出了测距仪系统。可以看到，如果为红外线测距仪系统的话，在平台1的四个边和四个角的信号源8以及相关联的接收器9。位于侧上的源都与透镜10相关，透镜10衍射所发射的信号，从而使得源可以覆盖更重要的区域，以及聚焦反馈信号。

图4示出了根据本发明的设备的情景图，特别示出了由测距仪通过测距仪系统6发射的信号11及信号12被用户的腿部13反射到测距仪系统接收机来定位站在平台1上的用户的腿部。

图5A示出根据本发明的腿被移除的设备，其下部凸表面7靠在地面上。

图5B示出根据本发明的无腿的设备，及用户-其腿13被示出-在平台上。平台的倾斜同时由障碍物定位系统和三个正交的加速度计的系统来确定，该障碍物定位系统通过发射信号11和反射信号12检测与地面的接近程度，所述加速度计系统的三根轴14（包括平台1的上表面2的平面上的两个）被示出，使得能够估测重力矢量15（假设为竖直的）的相对位置，以及因此估测平台的倾斜度。

根据一个实施方式，由根据本发明的设备发射的信号将伴随有特定的信号，使得识别出信号的发射机是与根据本发明的设备同一类别的外围设备是可能的。这样的识别信号将使得在竞争或涉及多个远程参与者的网络游戏系统的情况下，可以确保一组竞争者都设置有与根据本发明的设备相同类型的外围设备。

根据一个实施方式，发光二极管被放置在平台的上表面下或所有沿着平台的边缘，通过光信号向用户指示，他/她的脚所放置的位置，或例如在学习或游戏框架中，它应该占据的位置。这些不同的特性可以通过在该设备被连接到的数字处理单元上操作的图像和声音方法来管理。

根据本发明的设备可有利地结合在游戏控制台中存在的其它交互式配件，且特别是相机类型和交互式游戏手柄配件。事实上，根据本发明的设备如果用作稳定的平台或平衡板，其使得能够估测在平台的上表面上的用户的重心的投影位置。此信息使来自相机和交互式游戏手柄类型的外围设备的信息完整，建立了用户的关键要素（切口、握住游戏手柄的手的位置、...）的定位，并可以与后者相结合进行对用户姿势的精确的身体模型的估测，而这由任何指示的外围设备都不能独立地实现。

在上文中通过举例的方式说明了本发明。很明显，本领域技术人员能够在不脱离该专利的范围的情况下，实现本发明的不同的替代方案。

Claims (15)

1.一种用于交互式体操实践的设备，所述设备与运行要由用户跟随的体操程序的数字处理单元（5）相关联，所述设备包括设置有传感器系统（6）和用于将来自传感器的信号发送到所述数字处理单元的装置（4）的平台（1），其特征在于，所述平台的所述传感器系统适于检测所述平台周围的障碍物的位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，检测所述平台周围的障碍物的位置的所述传感器系统（6）是测距仪系统。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述测距仪系统（6）包括超声波、红外线或无线电测距仪，或这些的组合。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述测距仪的主轴线位于与地面平行的平面上。

5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述测距仪的主轴线在距所述平台（1）的限定的距离处朝向地面。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述测距仪（6）被布置在所述平台的上表面（2）中的内接的最小矩形的四个边。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述平台（1）设置有包括压力传感器的腿（3），平台主体压在所述压力传感器上。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述平台（1）设置有腿（3），并且位于平台主体中的压力传感器压在所述平台的所述腿上。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述平台（1）设置有可拆卸的腿（3），并且所述平台的下部（7）是凸的。

10.根据权利要求2和9所述的设备，其特征在于，所述测距仪系统（6）通过估测所述平台（1）和地面之间的距离来指示没有腿时所述平台的倾斜度。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述平台（1）包括由陀螺仪或加速度计构成的角度传感器系统。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，其设置有用于连接所述平台（1）和所述数字处理单元（5）的双向系统（4）。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，由所述平台发射并通过所述连接系统（4）传输的信号（11）包括识别信号发射设备的特定信号。

14.根据权利要求2至13中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括存储所述平台周围的最接近的障碍物的校准阶段。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述测距仪中的一些是红外测距仪，所述红外测距仪放置在透镜后面，所述透镜使由所述红外测距仪发射的信号发生衍射并聚焦反馈信号。

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