CN104759094A - 一种面向7d射击影院的多人自由射击识别系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统与方法，包括网络连接模块、交互控制模块、立体渲染模块、投影显示模块；网络连接模块，用于将红外摄像机捕获的画面通过网络传输到交互控制模块，即将采集到的用户交互信息传输到计算机；交互控制模块，用于分析获取的交互信息，得到用户仿真枪的准星位置、用户是否开枪的信息，完成交互射击任务支持每位用户手持无线仿真枪进行交互射击，且仿真枪上仅有激光发射器，无需额外传感器。该系统利用红外摄像机捕获屏幕图像，并通过分析获取的用户仿真枪的准星位置与开枪信息，完成交互射击任务。没有电源线的约束，使得每位用户都可以充分地任意移动，使用户获得身临其境的感觉，从而增强了用户体验。

Description

一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统与方法

技术领域

本发明涉及一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统与方法。

背景技术

随着人机交互技术与游戏文化产业的发展，人们对于游戏体验的要求越来越高,方便便捷、适于家庭、廉价低廉成为各类游戏的第二竞争力。

目前，沉浸式的射击游戏作为其中一个重要分支，而且在未来将成为人们休闲的主要形式之一。但是，传统的第一人称射击类游戏主要以游戏机的形式存在，其缺点是显而易见的，体积大、成本高、收益低、运输不便。

目前较为新型的第一人称射击游戏——7D射击影院，将3D视频、互动游戏与动感影院巧妙结合，涉及立体成像、动漫制作、光电技术、无线定位、追踪技术、人机交互、机电一体化技术、视频播放技术、音频控制技术、计算机编程、声学控制等技术领域，身临其境的多人互动游戏让4D、5D电影再次升级，成就了空前创新、独具特色的文化娱乐项目。

在面向7D射击影院的游戏中，用户通过使用每个座位上配置的仿真枪完成交互任务。但是，仿真枪的使用成为这种游戏形式的最大缺陷。主要表现为：

第一，仿真枪的校正过程非常复杂，受校正人的主观影响比较大；

第二，每个座位上的仿真枪都需要校正，校正任务量大；

第三，有线仿真枪的使用，限制用户的交互操作，影响用户的沉浸式体验。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统与方法，本方法支持每位用户手持无线仿真枪(没有电源线约束的仿真枪)进行交互射击，且仿真枪上仅有激光发射器，无需额外传感器。该系统利用红外摄像机捕获屏幕图像，并通过分析获取的用户仿真枪的准星位置与开枪信息，完成交互射击任务。没有电源线的约束，使得每位用户都可以充分地任意移动，使用户获得身临其境的感觉，从而增强了用户体验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统，包括网络连接模块、交互控制模块、立体渲染模块和投影显示模块，其中：

所述网络连接模块，用于将采集到的用户交互信息传输到交互控制模块；

所述交互控制模块，用于分析获取的交互信息，得到用户仿真枪的准星位置、用户是否开枪的信息，完成交互射击任务；

所述立体渲染模块，根据交互控制模块获取的用户信息，实时地把游戏内容渲染为立体游戏画面，提供给投影显示模块显示；

所述投影显示模块，用于将立体游戏画面投影到幕布上，给用户提供完整的立体游戏画面。

所述网络连接模块，连接红外摄像机，将其捕获的画面通过网络传输到交互控制模块。

所述用户仿真枪为红外仿真枪，配置有两个激光发射器，一个处于常开状态，用于仿真枪的准星定位，另一个当且仅当用户处于开枪状态时，处于开启状态。

所述用户仿真枪与幕布的距离为1.5-4.0米。

所述投影显示模块通过投影仪将立体游戏画面投影到幕布上，投影仪与幕布的间距为2.5-3.0米。

一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)开启网络连接模块，将红外摄像机捕获的画面通过网络传输到交互控制模块，为交互控制模块提供输入信息；

(2)开启交互控制模块，分析从网络连接模块获取的交互信息，得到用户仿真枪的准星位置信息、用户是否开枪的信息；

(3)开启立体渲染模块，根据从交互控制模块得到的用户交互信息，实时地把游戏内容渲染为立体游戏画面，提供给投影显示模块显示；

(4)开启投影显示模块，使用3D投影仪把从立体渲染模块获得的游戏画面投影到金属幕布上，给用户提供完整的立体游戏画面。

所述步骤(1)中，用一个黑色块表示仿真枪的射击图案，即每个用户所持仿真枪的射击图案；每个射击图案通过定义的特征值进行区分；射击图案特征值的定义为：以图像中心点(Xcenter,Ycenter)为标准从而对该黑色块划分为左上(1)、左下(2)、右上(3)、右下(4)四个分区域；其对应的中心点坐标相应的有：(X1,Y1)；(X2,Y2)；(X3,Y3)；(X4,Y4)；故特征值为两个二维向量：((X1–X4),(Y1–Y4))和((X3–X2),(Y3–Y2))。

所述步骤(2)的具体方法为：

(2-1)拍摄一张背景图片作为标准；

(2-2)红外摄像机实时拍摄的每一帧图像与(2-1)中背景图像进行相减，得到黑白二值图像；

(2-3)对整张图像进行扫描，得到每个黑色像素块的位置，并判断该块为准星块还是开枪块；若为准星块，则计算特征值判断用户的标号信息；若为开枪块，则计算其为哪一个用户的开枪信息。

所述步骤(2-2)中，具体方法为：若色素差值大于预先设置的阈值，则认为生成图像是前景图像，并设置为黑色；若色素差值不大于预先设置的阈值，则认为场景区域内没有目标，并设置为白色；从而得到了一张黑白二值图像。

所述步骤(2-3)中，具体方法为：对整张图像进行扫描从而得到每个黑色像素块的位置，计算该块黑像素点数，黑像素点数与预设值C1、C2、C3比较大小，其中C1＜C2＜C3；根据黑像素点数判断该图像性质。

所述步骤(2-3)中，若黑像素点数大于C3，则为重叠，调用上一帧的图像信息并获取该帧与上一帧相比消失的准星块；枚举每个消失的准星块，找到一个与其距离最近的重叠块，判断最短距离是否在一定阈值内，若是，则判断该准星块存在且坐标为该重叠块的坐标；若否，则判断为该准星块消失。

所述步骤(2-3)中，若黑像素点数大于C2小于C3，则为准星块，计算特征值，并判断其用户的标号信息，与预设好的用户标号的特征值信息相匹配；若黑像素点数大于C1小于C2，则为开枪块，枚举每个准星块，计算开枪块X坐标与准星块X坐标差值是否在设定阈值T1内(T1＝60)，以及开枪块Y坐标是否大于准星块Y坐标并且两者作差是否在一定阈值T2内(T2＝100)，从满足上述要求的准星块中选取一个距离最近的，并标识该准星块为开枪；若黑像素点数小于C1，则为杂点，直接忽略。

所述步骤(3)中，立体渲染模块根据从交互控制模块得到的用户交互信息，利用时分式立体原理，把左右眼图像帧分别交付给左右眼，结合视觉暂留原理，在人脑海中合成立体视觉影像；结合NVIDIA 3D vision套件实时的把游戏内容渲染为立体游戏画面。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所设计的红外仿真枪没有电源线的约束，用户可在有效区域内自由移动，使得游戏体验更加真实、自然，具有更好的沉浸式体验；

(2)本发明所设计的红外仿真枪无需校正操作，使用方便，避免了仿真枪的校正带来的繁琐操作；

(3)该系统提供的交互行为只需要用户借助仿真枪完成，操作简便，无须进行额外的学习训练；

(4)该系统支持多人，强调团队协同配合，增加了游戏互动性，锻炼了团队合作意识，具有一定的教育意义。

附图说明

图1为面向7D射击影院的多人自由射击识别系统的原理图；

图2为本发明定义的红外仿真枪射击图案；

图3(1)表示每个用户所持仿真枪可能处的未开枪状态，包括四种准星图案；

图3(2)表示每个用户所持仿真枪可能处的开枪状态；

图3(3)表示用户在射击过程中，出现重叠的状态；

图4为交互控制模块结构图；

图5为本发明的整体流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，当固定好幕布后，将一台摄像机放置在镜头能够正对幕布中心线的地方，装在屋顶等较高处且距离幕布2.5到3米。可通过摄像机自带的监控软件在计算机屏幕显示从而调整位置。然后再将一台投影仪放置在镜头能够正对幕布中心线的地方，建议装在屋顶等较高处(可放置在摄像头下方)。可通过计算机控制投影仪成像调整位置。确保摄像机、投影仪架设好并与计算机网络连接无误。

本发明设计的红外仿真枪主要通过红外发射器完成准星定位与仿真枪所处状态的判断。仿真枪上绑有两个激光发射器，一个处于常开状态，用于仿真枪的准星定位，另一个当且仅当用户处于开枪状态时，处于开启状态，用于判断用户是否开枪的信息。根据交互控制模块获取的上述信息，实时地把游戏内容渲染为立体游戏画面，使用3D投影仪把立体游戏画面投影到金属幕布上，给用户提供完整的立体游戏画面。

如图2所示，给出了本发明定义的仿真枪射击图案，以四种图案为例进行说明。每个黑色块表示仿真枪的射击图案，即每个用户所持仿真枪的射击图案；每个射击图案通过定义的特征值进行区分。

射击图案特征值的定义为：以图像中心点(Xcenter,Ycenter)为标准从而对该黑色块划分为左上(1)、左下(2)、右上(3)、右下(4)四个分区域。其对应的中心点坐标相应的有：(X1,Y1)；(X2,Y2)；(X3,Y3)；(X4,Y4)。故特征值为两个二维向量：((X1–X4),(Y1–Y4))和((X3–X2),(Y3–Y2))。

如图3所示，红外仿真枪所属的状态图。图3(1)表示每个用户所持仿真枪可能处的未开枪状态，包括四种准星图案(以四个用户为例)；图3(2)表示每个用户所持仿真枪可能处的开枪状态(以四个用户为例)，图像有准星块和开枪块；图3(3)表示用户在射击过程中，出现重叠的状态(以两个用户为例)。

如图4所示，该系统对用户仿真枪准星位置信息、用户是否开枪信息的分析过程为：计算机控制摄像机拍摄一张图片作为标准图像，将实时拍摄的每一帧图像与标准图像相减，在色素差别大的地方赋值为黑色，其他部分赋值为白色，从而获得了一张黑白二值图像。计算机对整张图像进行扫描从而得到每个黑色像素块的位置，计算该块黑像素点数，黑像素点数与预设值C1(设为50)、C2(设为300)、C3(设为600)比较大小。若黑像素点数大于C3，则为重叠，调用上一帧的图像信息并获取该帧与上一帧相比消失的准星块。枚举每个消失的准星块，找到一个与其距离最近的重叠块，判断最短距离是否在一定阈值内，若是，则判断该准星块存在且坐标为该重叠块的坐标；若否，则判断为该准星块消失。若黑像素点数大于C2小于C3，则为准星块，计算特征值，并判断其用户的标号信息，与预设好的用户标号的特征值信息相匹配(该系统暂时选择的匹配判定算法为最小化平方误差和)。若黑像素点数大于C1小于C2，则为开枪块，枚举每个准星块，计算开枪块X坐标与准星块X坐标差值是否在一定阈值T1内(T1＝60)，以及开枪块Y坐标是否大于准星块Y坐标并且两者作差是否在一定阈值T2内(T2＝100)(目前该系统规定开枪块在准星块上方)，从满足上述要求的准星块中选取一个距离最近的，并标识该准星块为开枪。若黑像素点数小于C1，则为杂点，直接忽略。

如图5所示，描述了本系统运行时的主要流程，包括以下步骤：

(1)开启网络连接模块：将红外摄像机捕获的画面通过网络传输到交互控制模块，为交互控制模块提供输入信息；

(2)开启交互控制模块：分析从网络连接模块获取的交互信息，得到用户仿真枪的准星位置信息、用户是否开枪的信息；

(3)开启立体渲染模块：根据从交互控制模块得到的用户交互信息，实时地把游戏内容渲染为立体游戏画面，提供给投影显示模块显示；

(4)开启投影显示模块：使用3D投影仪把从立体渲染模块获得的游戏画面投影到金属幕布上，给用户提供完整的立体游戏画面。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统，其特征是：包括网络连接模块、交互控制模块、立体渲染模块和投影显示模块，其中：

所述网络连接模块，用于将采集到的用户交互信息传输到交互控制模块；

所述交互控制模块，用于分析获取的交互信息，得到用户仿真枪的准星位置、用户是否开枪的信息，完成交互射击任务；

所述立体渲染模块，根据交互控制模块获取的用户信息，实时地把游戏内容渲染为立体游戏画面，提供给投影显示模块显示；

所述投影显示模块，用于将立体游戏画面投影到幕布上，给用户提供完整的立体游戏画面。

2.如权利要求1所述的一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统，其特征是：所述用户仿真枪为红外仿真枪，配置有两个激光发射器，一个处于常开状态，用于仿真枪的准星定位，另一个当且仅当用户处于开枪状态时，处于开启状态。

3.如权利要求1或2所述的一种面向7D射击影院的多人自由射击识别系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)开启网络连接模块，将红外摄像机捕获的画面通过网络传输到交互控制模块，为交互控制模块提供输入信息；

(2)开启交互控制模块，分析从网络连接模块获取的交互信息，得到用户仿真枪的准星位置信息、用户是否开枪的信息；

(3)开启立体渲染模块，根据从交互控制模块得到的用户交互信息，实时地把游戏内容渲染为立体游戏画面，提供给投影显示模块显示；

(4)开启投影显示模块，使用3D投影仪把从立体渲染模块获得的游戏画面投影到金属幕布上，给用户提供完整的立体游戏画面。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤(1)中，用一个黑色块表示仿真枪的射击图案，即每个用户所持仿真枪的射击图案；每个射击图案通过定义的特征值进行区分；射击图案特征值的定义为：以图像中心点(Xcenter,Ycenter)为标准从而对该黑色块划分为左上(1)、左下(2)、右上(3)、右下(4)四个分区域；其对应的中心点坐标相应的有：(X1,Y1)；(X2,Y2)；(X3,Y3)；(X4,Y4)；故特征值为两个二维向量：((X1–X4),(Y1–Y4))和((X3–X2),(Y3–Y2))。

5.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤(2)的具体方法为：

(2-1)拍摄一张背景图片作为标准；

(2-2)红外摄像机实时拍摄的每一帧图像与(2-1)中背景图像进行相减，得到黑白二值图像；

(2-3)对整张图像进行扫描，得到每个黑色像素块的位置，并判断该块为准星块还是开枪块；若为准星块，则计算特征值判断用户的标号信息；若为开枪块，则计算其为哪一个用户的开枪信息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是：所述步骤(2-2)中，具体方法为：若色素差值大于预先设置的阈值，则认为生成图像是前景图像，并设置为黑色；若色素差值不大于预先设置的阈值，则认为场景区域内没有目标，并设置为白色；从而得到了一张黑白二值图像。

7.如权利要求5所述的方法，其特征是：所述步骤(2-3)中，具体方法为：对整张图像进行扫描从而得到每个黑色像素块的位置，计算该块黑像素点数，黑像素点数与预设值C1、C2、C3比较大小，其中C1＜C2＜C3；根据黑像素点数判断该图像性质。

8.如权利要求7所述的方法，其特征是：所述步骤(2-3)中，若黑像素点数大于C3，则为重叠，调用上一帧的图像信息并获取该帧与上一帧相比消失的准星块；枚举每个消失的准星块，找到一个与其距离最近的重叠块，判断最短距离是否在一定阈值内，若是，则判断该准星块存在且坐标为该重叠块的坐标；若否，则判断为该准星块消失。

9.如权利要求7所述的方法，其特征是：所述步骤(2-3)中，若黑像素点数大于C2小于C3，则为准星块，计算特征值，并判断其用户的标号信息，与预设好的用户标号的特征值信息相匹配；若黑像素点数大于C1小于C2，则为开枪块，枚举每个准星块，计算开枪块X坐标与准星块X坐标差值是否在设定阈值T1内，以及开枪块Y坐标是否大于准星块Y坐标并且两者作差是否在一定阈值T2内，从满足上述要求的准星块中选取一个距离最近的，并标识该准星块为开枪；若黑像素点数小于C1，则为杂点，直接忽略。

10.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤(3)中，立体渲染模块根据从交互控制模块得到的用户交互信息，利用时分式立体原理，把左右眼图像帧分别交付给左右眼，结合视觉暂留原理，在人脑海中合成立体视觉影像；结合NVIDIA 3D vision套件实时的把游戏内容渲染为立体游戏画面。