CN104368150A - 一种体感游戏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体感游戏系统,数据采集单元、通信接口和控制单元，所述数据采集单元包括感应手套、独立按键、辅助控制模块、显示模块、所述控制单元包括主控模块、感应按键、存储模块、显示器、数码管，其中辅助控制模块分别与感应手套、独立按键、显示模块、通信接口相连、所述主控模块还与通信接口、感应按键、存储模块、显示器、数码管相连；本发明系统兼容系能强，感应手套可小型化设计，方便游戏玩家的体验，同时感应手套的感应能力非常强，不仅可以感知动态加速度，也可以测量静止加速度，测量精准；本系统设计的最大物理距离为15m，可以远程进行感应，防止眼睛疲劳，设计新颖巧妙，值得推广应用。

Description

一种体感游戏系统

技术领域

本发明公开了一种体感游戏系统，属于游戏系统设计领域。

背景技术

体感游戏是视觉与本体感觉和动作控制的集合，伴随着虚拟现实技术的迅猛发展，正逐步走入市场。为了达到视觉、运动相结合的目的，采用加速度传感器与VGA 显示器相结合的方法，通过戴有速度手套的手的运动来完成对游戏界面中的滑块控制，接住随机下落的方块而获得分数。最后进行了板级测试，实现了开机界面、模式切换、难度调节、计分、游戏暂停与重新开始等功能。通过验证， 游戏获得了较好的互动性、参与感与沉浸感。

计算机游戏领域已经到了一个同质化相当严重的时代。 机械性的重复相同的动作致使玩家的兴趣越来越低。而现在游戏产业迎来了一个转折点，开始向交互性、置入感等方向发展。而良好的沉浸感要求游戏必须在互动性上有创新。过去， 游戏大部分是通过键盘与鼠标来完成控制的， 但随着传感器技术、 微机视觉的进步，使得利用自己的行动来对机器发出指令的愿望得以实现。 这种人机互动模式以更为自然性、直观性的运动、语音等摸式代替电脑的键盘和鼠标等外设。

现在已经有了很多创新成果，如三维摄像机、传感器球拍、数据手套等。一些公司也推出了各种平台，如日本任天堂公司的 Wii、微软的 Kinect、华硕的Xtion等。这些设备一般较为昂贵，本文设计目的是低成本来完成人机交互，利用 FPGA作为主控制器，借助现代家庭较为普及的电脑的显示器，实现体感游戏的设计，提高游戏的沉浸感与趣味性，同时保持了对于键盘操作的兼容性。

专利号为CN102974100A，专利名称为一种可用于体感游戏的游戏系统，该专利盲目的追求比较小的游戏体验，却付出了很大的人力和物理，电路设计比较复杂，实际的体感并不是十分成功，成本比较高，不适宜推广使用。

专利号为CN102671382A，专利名称为一种体感游戏装置，该专利仍然使用以往电脑游戏的游戏手柄，体感性能不强，同时电路设计过于简单，并不能充分的体现体感游戏的性能和优点。

综上所述，如何设计一款成本低，且性能好的体感游戏系统已成为目前需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种体感游戏系统，本游戏系统兼容系能强，感应手套可小型化设计，方便游戏玩家的体验，同时感应手套的感应能力非常强，不仅可以感知动态加速度，也可以测量静止加速度，测量精准；本系统设计的最大物理距离为15m，可以远程进行感应，防止眼睛疲劳，设计新颖巧妙，值得推广应用。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种体感游戏系统，包括数据采集单元、通信接口和控制单元，所述数据采集单元包括感应手套、独立按键、辅助控制模块、显示模块、所述控制单元包括主控模块、感应按键、存储模块、显示器、数码管；

其中辅助控制模块分别与感应手套、独立按键、显示模块、通信接口相连、所述主控模块还与通信接口、感应按键、存储模块、显示器、数码管相连；

感应手套将感应的加速度数据发送给辅助控制模块，同时独立按键将获得的操作命令发送给辅助控制模块，辅助控制模块将加速度数据分析获得当前感应手套的速度，并在显示模块中进行显示，同时辅助控制模块通过通信接口将得到的数据和操作命令发送给主控模块，主控模块通过分析所得的信息控制显示器中界面的切换，并控制数码管显示当前游戏进行的关卡等级，使用者通过感应按键将当前的游戏界面和游戏内容储存在存储模块，并通过感应按键通过主控模块从存储模块中读取存储的游戏进度信息。

作为本发明的进一步优化方案，所述通信接口采用RS232。

作为本发明的进一步优化方案，所述显示器为VGA显示器。

作为本发明的进一步优化方案，所述FPGA的芯片型号为EPC2C8208。

作为本发明的进一步优化方案，所述辅助控制模块采用型号为STC89C51的单片机。

作为本发明的进一步优化方案，感应手套的芯片为ADXL345。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明本游戏系统兼容系能强，感应手套可小型化设计，方便游戏玩家的体验，同时感应手套的感应能力非常强，不仅可以感知动态加速度，也可以测量静止加速度，测量精准；本系统设计的最大物理距离为15m，可以远程进行感应，防止眼睛疲劳，设计新颖巧妙，值得推广应用。

附图说明

图1是本发明的电路模块连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的电路模块连接示意图如图1所示，包括数据采集单元、通信接口和控制单元，所述数据采集单元包括感应手套、独立按键、辅助控制模块、显示模块、所述控制单元包括主控模块、感应按键、存储模块、显示器、数码管；

其中辅助控制模块分别与感应手套、独立按键、显示模块、通信接口相连、所述主控模块还与通信接口、感应按键、存储模块、显示器、数码管相连；

感应手套将感应的加速度数据发送给辅助控制模块，同时独立按键将获得的操作命令发送给辅助控制模块，辅助控制模块将加速度数据分析获得当前感应手套的速度，并在显示模块中进行显示，同时辅助控制模块通过通信接口将得到的数据和操作命令发送给主控模块，主控模块通过分析所得的信息控制显示器中界面的切换，并控制数码管显示当前游戏进行的关卡等级，使用者通过感应按键将当前的游戏界面和游戏内容储存在存储模块，并通过感应按键通过主控模块从存储模块中读取存储的游戏进度信息。

作为本发明的进一步优化方案，所述通信接口采用RS232。

作为本发明的进一步优化方案，所述显示器为VGA显示器。

作为本发明的进一步优化方案，所述FPGA的芯片型号为EPC2C8208。

作为本发明的进一步优化方案，所述辅助控制模块采用型号为STC89C51的单片机。

作为本发明的进一步优化方案，感应手套的芯片为ADXL345。

辅助控制模块选用 STC89C51单片机，此系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、低功耗、高性价比的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，并且有LQFP 封装，使得速度手套可以做到小型化。

感应手套内的加速度传感器选用的是 ADXL345。它是一款完整的3轴加速度测量系统。既能测量运动或冲击导致的动态加速度，也能测量静止加速度，例如重力加速度，使得器件可作为倾斜传感器使用。本设计中利用了其测静止加速度的功能，得到倾斜角度，从而产生控制指令。单片机从加速度传感器获得的数据中提取出 y 轴的加速度值，由此可以判断出

速度手套的此时的状态。它送往串口的数据不是加速度值，而是编码后的指令。

数据采集单元中还设置了两个 LED 灯，用于显示当前速度手套的输出状态：当左侧灯亮说明发出的控制信号为向左运动。 两个按键输入用于游戏的控制信号暂停和分数清零的信号的产生。

数据采集单元利用串口将控制信号上传到显示控制单元。RS232是由电子工业协（Electronic Industries Association，EIA）所制定的异步传输标准接口。 在低通信速率下，直接连接的最大物理距离为15 m，可以使得人能远离屏幕来操作游戏，防止眼睛疲劳。

主控制模块采用 Altera 于2004年推出的 CycloneⅡ的 FPGA， 型号为 EPC2C8208。其功耗较低，核电压只有1.2 V，片上 RAM 有162 Kb，可以用于配置为 RAM，ROM，FIFO 等，时钟利用50 MHz 的有源晶体产生。

本发明设计了一款基于 FGPA 的体感游戏， 通过利用人体的动作完成对游戏的操作，利用 VGA 显示技术来到达更好的类似虚拟现实的效果， 同时系统也保持了对传统游戏键盘操作的兼容性。

游戏通过加入人体的互动，使得游戏者可以对游戏有一种身临其境的感觉，增加游戏趣味性、交互性、构想性，同时也使得参与者身体得到运动与锻炼。游戏最后实现了常规游戏的基本功能，主要有欢迎界面与游戏界面的切换以及VGA 显示；速度手套模式与键盘模式的切换；计分系统，包含分数的显示、清零等；游戏的难度等级设置、显示以及游戏的结束；游戏的暂停、重新开始等功能等。最后在硬件平台实现，表明游戏具有可玩性、趣味性，并能使游戏者获得较好的游戏体验。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种体感游戏系统，其特征在于：包括数据采集单元、通信接口和控制单元，所述数据采集单元包括感应手套、独立按键、辅助控制模块、显示模块、所述控制单元包括主控模块、感应按键、存储模块、显示器、数码管；

其中辅助控制模块分别与感应手套、独立按键、显示模块、通信接口相连、所述主控模块还与通信接口、感应按键、存储模块、显示器、数码管相连；

感应手套将感应的加速度数据发送给辅助控制模块，同时独立按键将获得的操作命令发送给辅助控制模块，辅助控制模块将加速度数据分析获得当前感应手套的速度，并在显示模块中进行显示，同时辅助控制模块通过通信接口将得到的数据和操作命令发送给主控模块，主控模块通过分析所得的信息控制显示器中界面的切换，并控制数码管显示当前游戏进行的关卡等级，使用者通过感应按键将当前的游戏界面和游戏内容储存在存储模块，并通过感应按键通过主控模块从存储模块中读取存储的游戏进度信息。

2.如权利要求1所述的一种体感游戏系统，其特征在于：所述通信接口采用RS232。

3.如权利要求1所述的一种体感游戏系统，其特征在于：所述显示器为VGA显示器。

4.如权利要求3所述的一种体感游戏系统，其特征在于：所述FPGA的芯片型号为EPC2C8208。

5.如权利要求1所述的一种体感游戏系统，其特征在于：所述辅助控制模块采用型号为STC89C51的单片机。

6.如权利要求1所述的一种体感游戏系统，其特征在于：所述感应手套的芯片为ADXL345。