CN107982911A - 一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，包括用于佩戴于头部捕捉头部动作信息的头部动作捕捉装置；用于佩戴于身上捕捉身体动作信息的身体动作捕捉装置；处理头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置的信息并无线传送的信息处理和通讯模块；接收信息处理和通讯模块传送的信号并基于神经网络模式识别方法将该信号转化为游戏操作命令的游戏控制器；根据游戏操作命令实现游戏控制的游戏机；显示游戏画面的显示器。其不仅将传统游戏控制的键盘鼠标或者手柄控制方式替换为人体动作控制，同时解决了体感游戏控制器速度慢精度低的问题和VR眼镜或头盔显示器的显示精度低、佩戴沉重、成本昂贵的问题。

Description

一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统

技术领域

本发明涉及游戏控制装置领域，具体涉及一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统。

背景技术

目前用于游戏的控制器分为鼠标键盘、游戏手柄、体感摄像、VR动作提取四类。

鼠标键盘是传统的电脑游戏控制方式，典型的游戏如CS系列，玩家通过上下左右键对游戏中动画角色的前进方向进行控制，通过鼠标对视野和射击方向进行控制。另外通过数字和其它字母键实现游戏中涉及的一些功能的完成。

游戏手柄是最为传统的电脑游戏控制方式，从红白机时代开始就已经使用，通常手柄上会有一些功能键和上下左右键，控制游戏中角色的方向，完成动作或射击控制。与键盘鼠标方式原理上完全一样，但比较符合传统游戏玩家的习惯。

体感摄像类控制方式由微软、sony等公司推出，主要采用玩家站在显示器面前，游戏机上安装的摄像机不断拍摄玩家的身体动作，并进行动作分析，从而将玩家的动作反映到游戏中，这个方式将玩家从坐姿中解放出来，可以玩一些简单的运动类、射击类游戏，但由于动作精度低、反应速度慢、趣味相对较低，并未获得大量的推广。

VR动作提取类游戏在近年随VR的风潮迅速出现，代表作为HTC vive眼镜等产品，这些眼镜或头盔游戏控制器通过较为先进的光学动作提取技术，将手持信标的动作快速计算带入游戏，同时头部佩戴的头显也显示与玩家动作完全一致的视角，使得玩家能够完全浸入式的进行游戏场景体验，同时与游戏虚拟场景中的各种情节交互，极大的改变了游戏的方式，具有极大的游戏乐趣。但同时，该类控制系统也具有显示精度不及普通显示器、佩戴沉重、不能长时间使用和系统成本昂贵的缺点，因而面世后多是在商场游乐场演示和短时体验用，一直未能得到大的推广。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，包括：

用于佩戴于头部捕捉头部动作信息的头部动作捕捉装置；

用于佩戴于身上捕捉身体动作信息的身体动作捕捉装置；

处理头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置的信息并无线传送的信息处理和通讯模块；

接收信息处理和通讯模块传送的信号并基于神经网络模式识别方法将该信号转化为游戏操作命令的游戏控制器；

根据游戏操作命令实现游戏控制的游戏机；

显示游戏画面的显示器。

本方案采用佩戴式动作捕捉装置捕捉人体的头部和身体动作信息，并通过游戏控制器转换为游戏的中对应动作的操作命令，采用基于神经网络模式识别方法对动作的操作命令进行转换，不仅将传统游戏控制的键盘鼠标或者手柄控制方式替换为人体动作控制，同时解决了体感游戏控制器速度慢精度低的问题和VR眼镜或头盔显示器的显示精度低、佩戴沉重、成本昂贵的问题。

作为优选，所述头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置包括动作提取装置和用于附着动作提取装置的固定装置。

进一步的，所述固定装置为头带、衣服、裤子、臂带中的一种或多种。

进一步的，所述动作提取装置包括：

信标；

共形阵天线，包括N个天线接收单元，所述N为不小于3的自然数；

对共形阵天线信号进行处理的低噪声多通道阵列；

连接在低噪声多通道阵列输出端上的多通道A/D采集模块；

用于控制佩戴式信标发送电磁波、并根据所有天线接收单元相对于所述共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标的信号处理模块。

进一步的，所述信标包括：

用于信号接入的接入端口；

连接在接入端口和地之间的电容；

并联在电容上的线圈；

连接在接入端口的振子。

考虑减少所述调制信号电磁波对外部电磁环境的干扰，所述佩戴式信标的有效传播距离可控制在1米以内。但是，现有近距离电磁场的应用大多集中于无线充电和近场通讯NFC领域，两者的作用距离都小于10CM。无线充电的辐射器线圈匝数很密，功率容量很大，体积也较大，大约10Cm左右面积，由于需要高品质的黄铜材料，成本也较高；近场通讯辐射器很小，作用距离也很小，仅适合贴合情况下的工作。在作用距离需要达到1米、对体积要求相对较小在1-2cm且在一辐射器内具有不同频段辐射分量的领域，譬如游戏动作提取领域的辐射器上述技术和装置均不适合。发明人根据实验需求研发一种信标结构，接入端口连接电缆，信号从电缆馈入，电磁波经能量经过电容分别馈入线圈部分电路和振子部分。相对低频率的信号主要从线圈辐射形成近距离的场分布，相对高频率的信号主要从振子电路辐射形成近距离的场分布。本辐射器将电缆中的导行电磁波转变为近距离似稳场电磁场分布，可同时馈入低频信号和高频信号，实现两个频率间隔很远的频段辐射分量。反之，线圈和振子可将周围的似稳场转化为感应电流进入电缆形成接收信号。采用上述电路结构，电路结构简单，相对体积小，同时又提供了足够的辐射面积达到足够的作用距离，辐射距离可达1米，填补了无线充电线圈和NFC天线的空白。

进一步的，所述振子与接入端口之间连接有电阻。

进一步的，所述振子成方波形状。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用佩戴式动作捕捉装置捕捉人体的头部和身体动作信息，并通过游戏控制器转换为游戏的中对应动作的操作命令，采用基于神经网络模式识别方法对动作的操作命令进行转换，不仅将传统游戏控制的键盘鼠标或者手柄控制方式替换为人体动作控制，同时解决了体感游戏控制器速度慢精度低的问题和VR眼镜或头盔显示器的显示精度低、佩戴沉重、成本昂贵的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的动作提取装置的原理框图。

图3为本发明的信标的一种实现电路原理图。

图中附图标记的名称为：

1、接入端口，2、振子。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，包括头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置、信息处理和通讯模块、游戏控制器、游戏机、显示器。显示器对游戏机的游戏画面进行显示；头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置分别佩戴在头上、身体上，分别采集游戏者的头部动作信息、身体动作信息；信息处理和通讯模块对采集的游戏者的头部动作信息、身体动作信息进行处理并无线传送给游戏控制器。游戏控制器对该动作信息进行模式识别将其转化为对应的游戏操作命令传输给游戏机，游戏机根据该操作命令进行游戏动作控制。系统中游戏控制器基于神经网络模式识别方法对人体动作进行转化，其经大量样本训练，其动作转化准确高。整个系统不需要开发新的3D游戏，采用现有游戏机即可。

实施例2

基于上述实施例的原理，本实施例举一具体实施方式。

游戏机、显示器均可采用现有的游戏设备实现。

头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置均采用佩戴式，均包括动作提取装置和用于附着动作提取装置的固定装置。固定装置为头带、衣服、裤子、臂带中的一种或多种，根据使用需求，也可为其他装置，需要说明的是，采用其他装置实现的方案，均在本方案的保护范围内。

具体的，动作提取装置可采用以下结构实现，如图2所示，包括依次连接的共形阵天线、低噪声多通道阵列、多通道A/D采集模块，还包括信标和信号处理模块，多通道A/D采集模块的输出端连接在信号处理模块上，共形阵天线包括N个天线接收单元，N为不小于3的自然数。信号处理模块用于控制佩戴式信标发送电磁波、并根据所有天线接收单元相对于所述共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标。该动作提取装置也可根据需要设置在游戏操作器械上，譬如玩具枪、游戏刀具等，根据游戏使用需求设置。

信标根据使用情况可设置多个，具体的可采用下列结构实现，包括接入端口1、电容C、线圈L、振子2，接入端口1与电缆连接，以接入信号；电容C连接在接入端口1和地之间；线圈L并联在电容上，信号经电缆接入后，电磁波中相对低频率的信号从线圈辐射形成近距离的场分布；振子2连接在接入端口1上，信号经电缆接入后，电磁波中相对高频率的信号从振子辐射形成近距离的场分布。还可设置另一端口，用于实现上述电容与地的连接，其接地可通过连接接地外壳实现。也可在振子与接入端口之间连接电阻，该电阻采用可调电阻，通过可调电阻调节信号强度。振子可采用异形结构，如图3所示，可采用方波形状。需要说明的是，采用其他形状的等长度振子也在本方案的保护范围内。上述电路结构通过粘连结构粘贴与头带、衣服、裤子、臂带上，实现对人体多点信号的采集。通过上述结构可采用低廉成本、小体积将电缆中的导行电磁波转变为近距离似稳场电磁场分布或将辐射器周围的似稳场转化为感应电流进入电缆形成接收信号。该辐射器不同于常规的天线用于形成一个远场分布的方向图。通过线圈和振子的结构，同时允许两个频率间隔很远的工作频率工作，覆盖范围达到1米以内。通过适当的频率和匹配设计，该辐射器使得馈入的双频率电信号产生的电场在天线附近形成特定的分布梯度，以适应特定的应用，譬如动作提取领域，应用于服饰及手套用于人体动作捕捉，当然，其也可应用于其他有同样适用需求的领域。

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 (7)

1.一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，包括：

用于佩戴于头部捕捉头部动作信息的头部动作捕捉装置；

用于佩戴于身上捕捉身体动作信息的身体动作捕捉装置；

处理头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置的信息并无线传送的信息处理和通讯模块；

接收信息处理和通讯模块传送的信号并基于神经网络模式识别方法将该信号转化为游戏操作命令的游戏控制器；

根据游戏操作命令实现游戏控制的游戏机；

显示现游戏画面的显示器。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，所述头部动作捕捉装置、身体动作捕捉装置包括动作提取装置和用于附着动作提取装置的固定装置。

3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，所述固定装置为头带、衣服、裤子、臂带中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，所述动作提取装置包括：

信标；

共形阵天线，包括N个天线接收单元，所述N为不小于3的自然数；

对共形阵天线信号进行处理的低噪声多通道阵列；

连接在低噪声多通道阵列输出端上的多通道A/D采集模块；

用于控制佩戴式信标发送电磁波、并根据所有天线接收单元相对于所述共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标的信号处理模块。

5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，所述信标包括：

用于信号接入的接入端口；

连接在接入端口和地之间的电容；

并联在电容上的线圈；

连接在接入端口的振子。

6.根据权利要求5所述的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，所述振子与接入端口之间连接有电阻。

7.根据权利要求5所述的一种可穿戴式动作捕捉游戏控制系统，其特征在于，所述振子成方波形状。