CN108136257A - 创建虚拟游戏环境的方法和采用该方法的互动游戏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及创建虚拟游戏环境的方法。该方法包括：根据预定物理特性选择一个或多个物理对象；使用所选择的物理对象提供游戏环境/场景的物理模型；扫描物理模型以获得包括关于预定物理特性的信息的物理模型的数字三维表现；将物理模型的数字三维表现转换为由虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型；和使用关于预定物理特性的信息在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件由此创建虚拟游戏环境/场景。本发明进一步涉及互动游戏系统，其包括方法的实施方式。

Description

创建虚拟游戏环境的方法和采用该方法的互动游戏系统

技术领域

本发明在一个方面涉及创建虚拟游戏环境的方法。根据进一步的方面，本发明涉及互动游戏系统，其实施创建虚拟游戏环境的一种或多种方法。根据更进一步的方面，本发明涉及使用创建虚拟游戏环境的一种或多种方法而进行互动游戏的方法。根据另一方面，本发明涉及图像处理，且特别是体素化(voxelization)。

背景技术

已经进行了将物理对象的虚拟表现整合到虚拟游戏中的不同尝试。然而，在物理世界和虚拟游戏之间的刺激用户的互动参与、且特别是通过儿童游戏的进行而刺激不同技能的发展的紧密联接仍是欠缺的。因此，本文公开的至少一个方面，存在对互动游戏的的新方法的需要。

在许多图像处理方法中，例如在将物理对象的虚拟表现创建到虚拟游戏中时，通常期望创建对象在3D体素空间中的三维(3D)数字三维表现，这是称为一种被体素化的过程。

用于将3D模型生成为二维(2D)图像的常规技术直接涉及在2D图像平面上投射3D表面。图像平面被分为2D像素阵列(图片元素)，其代表与图像平面中的具体点对应的值。每一个像素可以代表与通过在观察位置导向为经过与像素相关的图像平面中的点的光线相交的点处的表面的颜色。用于将3D模型生成为2D图像的技术包括光栅化和光线追踪。

体素化可被认为是如上所述的将3D副本生成为2D的技术。代替将3D表面投射到2D上，3D表面生成在3D空间中的离散体元的规则网格上。体素(体积像素)是一种体元，例如立方体，其代表3D空间中的一点处的3D表面或实体几何元件的值。

存在用于将3D模型数据生成为包括多个体素的3D影像的多种技术，例如见US9245363、US8217939或US6867774。

然而，至少根据本文公开的一个方面，仍然期望的是提供一种替换的方法，特别是计算高效的方法。

发明内容

本文公开的一些方面涉及计算机实施的方法，其用于从真实世界场景创建虚拟游戏环境，方法包括：

-获得真实世界场景的数字三维表现，真实世界场景包括多个物理对象，数字三维表现代表通过捕捉装置对真实世界场景进行至少部分扫描的结果，

-从数字三维表现创建虚拟游戏环境。

因此，真实世界场景用作物理模型，从该物理模型构建虚拟游戏环境。虚拟游戏环境还可以称为虚拟游戏场景。

具体说，本发明的第一方面涉及创建虚拟游戏环境或虚拟游戏场景的方法，该方法包括以下步骤。

1.选择一个或多个物理对象；

2.使用所选择的物理对象提供游戏环境/场景的物理模型；

3.用捕捉装置(例如相机)将物理模型确定为目标；

4.使用捕捉装置至少部分地扫描物理模型，以获得物理模型的数字三维表现，其包括关于一个或多个物理对象的例如一个或多个预定物理特性的信息；

5.将物理模型的数字三维表现转换为虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型；和

6.在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件，其中使用关于预定物理特性的信息限定游戏控制元件，由此创建虚拟游戏环境/场景。

在第一步骤，用户例如根据预定物理特性选择一个或多个物理对象。通常，物理对象是日常物品，例如在许多家庭且特别是在用户的环境中发现并易于利用的物品。这种日常物品的非限制性例子可以是瓶子、书、箱子、杯子和彩色铅笔、壶和平底锅、玩具娃娃、桌面工具和玩具动物。还玩具和物理玩具构造元件制造的玩具构造模型可以是选择对象池的一部分。

可以根据预定物理特性选择对象。物理特性应该可通过适当的传感器装置被直接接触。但是，最优选的是，物理特性是可光学/视觉检测的且适于被适当的相机捕捉。所谓预定物理特性，其意味着相应物理特性与用于将物理对象的物理特性周围要被创建的虚拟游戏环境/场景中的虚拟特性的一组预定转换规则相关。

该一组转换规则可以预先确定。优选地，根据一些实施例，转换规则中的至少一些至少在选择阶段可被用户利用。规则可以在任何形式下利用，例如在游戏过程中的构建提示，例如提示页，或作为可检索的帮助信息。在一些实施例中，转换规则是静态的，而在其他实施例中，转换规则是适应性的。例如，适应性的转换规则可以取决于真实世界场景的检测特性和/或一个或多个其他参数，例如一天中的时间，相机的位置(例如通过GPS坐标确定)，用户的用户概况，和/或类似参数。例如，该过程可以已经存储了一组转换规则并选择转换规则中之一。选择可以基于用户选择和/或基于一个或多个其他参数，例如基于真实世界场景的检测特性和/或如上所述的其他参数。

优选地，给定物理特性和相关虚拟特性是用户可立即明白的，以便允许建立给定物理特性和要从给定物理特性获得的虚拟特性之间的清楚可理解的联系。尽管物理特性和要从该物理特性获得的虚拟特性之间的可理解的联系用于按意愿形成一定的游戏场景，但是通过保留虚拟实施方式的某些细节(其应从给定物理特性获得)，而仍然可以在游戏中保持惊喜的元素。例如，虚拟特性可以允许在游戏过程期间进化，可以倾向于非可玩角色，可以产出资源，或甚至可以对要在游戏环境/场景进行的游戏流程有影响。通常，物理对象的物理特性是轮廓/形状、尺寸(长度、宽度和/或高度)、和对象颜色或对象的相应部分的颜色中的一个或多个。

有利地，要应用的一组转换规则取决于要创建游戏场景的游戏环境/主题。例如，在一个游戏环境/主题中，红色可以与熔岩风景相关，且高大的红色箱子可以成为方形有边的熔岩山。在不同游戏环境中，所有对象可以与虚拟森林风景的树和植物相关，且物理对象上的红色仅与红色的花相关。

在一些实施例中，该过程基于真实世界场景中的一个或多个已识别对象选择一组转换规则。例如，该过程可以识别与预定主题相关的一个或多个物理对象，例如拖拉机、农夫微型造型或农舍可以与农场主题相关。响应于具有与主题相关的一个或多个对象的识别，该过程可以选择一组转换规则，其实现与所识别对象相关的主题相匹配的虚拟游戏环境的创建。另外或替换地，过程可以响应于所识别的对象而选择一组匹配的游戏规则和/或匹配的游戏控制元件。例如，响应于识别出拖拉机、农夫微型造型和/或农舍，该过程可以选择一组转换规则，其实现虚拟耕作风景的创建，例如包括例如用于饲养游戏的游戏规则，和/或可以选择游戏控制元件，其例如庄家的成长、虚拟农场动物的运动或其他发展等。

可以相对于预先确定的参考尺寸限定与特性(例如“高”、“低”或“中等尺寸”)相关的比例。例如，可以参考物理微型角色的尺寸确定缩放比例，所述角色在相应虚拟表现中用作用户可控的虚拟人物，例如用户在游戏中的可玩人物。在其他实施例中，可以参考真实世界场景中的另一所识别物理对象的尺寸确定缩放比例。在其他实施例中，可以从基部(例如用户在其上布置物理对象的基部板或垫子)的尺寸确定缩放比例。在进一步实施例中，可以使用来自相机的测距器或确定相机相对于真实世界场景的位置的另一机构而来的信息确定缩放比例。

在第二步骤中，用户使用所选择的物理对象提供游戏环境/场景的物理模型。优选地，通过将所选择的物理对象相对于彼此在真实世界场景中的布置形成游戏环境/场景的物理模型，以形成期望风景或其他环境。进一步优选地，物理对象被布置在有限区域中，例如在桌面或地面空间中，限定给定物理尺寸的区域。例如，物理模型可以使得其装配到具有边缘的立方体中，所述边缘不大于2m，例如不大于1.5m，例如不大于1m。

在第三步骤中，用捕捉装置将物理模型确定为目标，例如包括相机的捕捉装置。优选地，捕捉装置是3D捕捉装置。优选地，3D捕捉装置包括3D敏感相机，例如将高分辨率图像信息与深度信息组合的深度敏感相机。深度敏感相机的例子是RealSense^TM3D相机，例如在英特尔公司的开发者工具中可用的模型F200。捕捉装置与显示场景的显示器进行通信，仿佛被捕捉装置看见。捕捉装置和显示器进一步与处理器和数据存储器通信。优选地，捕捉装置、处理器和/或显示器整合在单个移动装置中，例如平板电脑、便携计算机等。替换地，根据一些实施例，捕捉装置或具有捕捉装置的移动装置可以与计算机通信，例如通过与包括处理器、数据存储器和显示器的计算装置无线通信。优选地，额外的图形显示在显示器上，例如显示了图像捕捉区域的增强现实网格。额外图形可以示出为覆盖到显示器所示场景的图像，其中覆盖图形显示了物理模型的什么部分将被3D捕捉装置捕捉。优选地，根据一些实施例，目标步骤包括具有预定测量缩放比例的增强现实元件，例如在显示器上表明要被捕捉的尺寸区域，例如2m乘2m或一米乘一米的区域。通过增强现实增强的目标步骤的有用性可以取决于用于要被形成的游戏环境/场景的游戏类型。在一些实施例中，通过增强现实增强的目标步骤可以因此被省略。例如，增强现实目标步骤可以在创建通过动作和资源进行角色扮演游戏的游戏环境/场景时是有用的，然而这种步骤对用于竞速游戏的赛道创建来说是不必要的。

在第四步骤中，捕捉装置围绕物理模型运动同时捕捉一系列图像，由此至少部分地，扫描物理模型以获得物理模型的数字三维表现包括关于所述物理特性的信息。最优选地，关于物理特性的信息与数字三维表现中的与相关物理对象的位置对应的位置关联。对近距对象的部分扫描例如可以用于通过在扫描不完整的位置留下开口而创建出到虚拟表现中的对象的入口。数字三维表现例如可以是点云，3D网格或真实世界场景的另一合适数字三维表现。优选地，捕捉装置还捕捉例如对象的颜色和/或纹理和/或透明度的物理特性。数字三维表现还可以被称为虚拟三维表现。

在第五步骤中，物理模型的数字三维表现被转换成虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型。为此，该过程可以应用所述一组转换规则。

在一些实施例中，虚拟玩具构造元件对应于物理玩具构造元件，其中它们是具有相同形状和特性的物理玩具构造元件的直接表现。

物理玩具构造元件可以包括用于可拆卸地将玩具构造元件彼此互连的联接构件。联接构件可以利用任何合适机构，以用于可拆卸地将构造元件与其他构造元件连接。在一些实施例中，联接构件包括一个或多个突出部和一个或多个空腔，每一个空腔适于以摩擦接合接收突出部中的至少一个。

在一些实施例中，玩具构造元件可以遵循一组限制条件，其例如关于其形状和尺寸和/或有关于联接构件的位置和取向以及被联接构件采用的联接机构。在一些实施例中，联接构件中的至少一些适于限定连接方向并允许每一个构造元件以相对于构造元件的离散数量的预定相对取向与另一构造元件互连。因此，各种可能的构建选项可以利用，同时确保构建元件的互连性。联接构件可以定位在规则网格的网格点上，且玩具构造元件的尺寸可以被限定为规则网格限定的单位长度的整数倍。

物理玩具构造元件可以通过物理空间中的预定长度单位(1L.U.)限定，其中在沿物理空间的x-、y-和z-方向的笛卡尔坐标系中物理玩具构造元件的直线尺寸被表达为物理空间中预定长度单位(n L.U.s)的整数倍。因而，虚拟玩具构造元件可以通过相应预定长度单位限定，其中沿虚拟空间的x-、y-和z-方向的笛卡尔坐标系中的虚拟玩具构造元件的直线尺寸被表达为虚拟空间中的相应预定长度单位的整数倍。最优选地，物理空间中的预定单位长度和虚拟空间中的相应预定单位长度是相同的。

优选地，以物理对象的预定缩放比例制造虚拟玩具构造模型。进一步优选地，在可接受的精确度内(例如±20％，例如±10％，例如±5％，或甚至±2％)预定缩放比例为1:1。因此，在一些实施例中，虚拟玩具构造元件对应于玩具构造系统的物理玩具构造元件，且虚拟玩具构造模型被创建，以使得虚拟玩具构造元件相对于虚拟玩具构造模型的相对尺寸对应于相应物理玩具构造元件相对于物理对象的相对尺寸。

通过以相同或至少相当的缩放比例构建虚拟玩具构造模型，用户可以在构建阶段(其中他/她选择并可能布置/重新布置用于形成游戏环境的物理模型的物理对象)或甚至在游戏进行阶段通过在真实世界场景中运动的物理微型造型执行角色扮演。还可通过在虚拟世界中的虚拟玩具构造模型中/上运动的匹配用户可控人物来进行相应的虚拟体验。由此，实现了增强互动体验，其中用户体验到物理空间和虚拟空间中的游戏之间的紧密联系。

在第六步骤，在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件。最优选地，使用关于物理特性的信息限定游戏控制元件，由此创建虚拟游戏环境/场景。游戏控制元件可以包括根据关于物理对象在物理模型的相应位置中的物理特性的信息对虚拟玩具构造模型中的位置添加有主动性/活的特性。该特性可以允许进化，例如通过成长、恶化、流动、模拟加热、模拟冷却、改变颜色和/或表面纹理、运动、资源产出和/或非可玩角色等。进而，游戏控制元件可以被限定为使得进化需要通过游戏过程中的动作、物理模型中某些物理特性的巧合等触发/限制。游戏控制元件还可以被限定为要求与物理模型互动。例如，游戏元件可以处理完成后能触发一定报酬或资源的释放的任务，其中任务包括通过某些物理特征(其特征在于物理特性的具体组合)构建/修改物理模型并随后扫描新的物理模型。

限定游戏控制元件的简单例子是使用如上所述的物理模型中关于高大的红色箱子的信息。红色的且高大的箱子例如造成虚拟世界中边缘熔岩山的产生，其可以以任意次数爆发，产生怪物，怪物例如可以与游戏人物竞争资源。可以进一步通过添加预设计的资源而增强熔岩山，例如山的非常热的部分中的熔岩泡，和熔岩山的多产斜坡上的树木、灌木或庄家，其可以被游戏人物收集以作为资源。熔岩区域可以产出的怪物可以被击败，作为任务的一部分。

用于更先进的游戏玩法的其他例子可以涉及游戏控制元件定义的更复杂的部分，例如需要多个参数。例如，物理模型构建任务可要求“水”在高的飞行高度处应该形成“冰”，其中用户会被要求构建并扫描一半红色和一半蓝色的物理模型。

在一些实施例中，在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件是基于一个或多个所识别物理对象的。具体说，该过程可以访问已知物理对象的库，每一个已知物理对象将其与三维数字表现和一个或多个属性关联。将游戏环境/场景的物理模型的数字三维表现转换为虚拟玩具构造模型可以包括将所识别物理对象的三维数字表现插入到虚拟游戏环境中。具体说，该过程可以创建具有与来自库的已知物理对象相关的一个或多个属性的虚拟对象。属性的例子可以包括功能属性，例如代表虚拟对象如何运动，代表虚拟对象的可动部分或虚拟对象的其他功能特征。

该过程可以由此创建虚拟环境作为修改场景的表现，如后文详述。

在基于虚拟玩具构造元件制造的虚拟玩具构造模型创建虚拟游戏环境/场景时，还可以在游戏过程中以与使用相应物理玩具构造元件来构造物理模型对应的方式修改虚拟游戏环境/场景。修改可由此通过直接在虚拟世界中添加和去除作为游戏的一部分的虚拟玩具构造元件而进行。例如，该过程可以响应于游戏事件(例如响应于用户输入)而增加和/或去除和/或移置虚拟玩具构造元件。

通常，本发明的实施例直接涉及用户的物理对象和环境并由此与之互动，作为游戏的一部分。由此，实现非常动态且互动的游戏体验，不仅能强化用户，而且还涉及用户的物理游戏环境和对象以及与之进行的互动。特别是本发明实现的游戏的互动特点刺激了策略技能、饲养技能、冲突处理技能、探索技能和社交技能的发展。

可以通过以这种方式创建虚拟游戏环境/场景来实现基本上任何类型的游戏，包括但不限于养成游戏、战争类型游戏(玩家对玩家)、竞速游戏和角色扮演动作/资源游戏。本发明的应用特别良好地匹配角色扮演动作/资源类型的游戏。

根据另一方面，本文公开了用于从真实世界场景创建虚拟游戏环境的方法的实施例，该方法包括：

-获得真实世界场景的数字三维表现，真实世界场景包括多个物理对象，数字三维表现代表通过捕捉装置对真实世界场景进行至少部分扫描的结果；

-从数字三维表现创建虚拟游戏环境；

其中创建虚拟游戏环境包括：

-将物理对象中的至少一个识别为已知物理对象；

-响应于所识别的对象，创建虚拟游戏环境。

可以基于任何合适的对象识别技术识别物理对象中的至少一个。识别包括识别物理对象作为一组已知对象中的特定一个。识别可以基于通过物理对象和/或通过识别信息(其可以以其他方式从物理对象获取)通信的识别信息。在一些实施例中，识别可以基于对真实世界场景的扫描。例如，识别可以基于对真实世界场景的一个或多个捕捉图像的处理，例如WO2016/075081中所述的或使用另一合适对象识别过程。在一些实施例中，物理对象可以包括可见标记，例如增强现实标签，QR代码，或通过扫描真实世界场景可检测的另一标记。在其他实施例中，物理对象的识别可以基于其他检测和识别技术，例如基于包括在物理对象中的RFID标签。例如Bluetooth发射器这样的无线射频发射器，或另一合适检测和识别技术。

数字三维表现可以包括多个几何元件，它们一起限定虚拟环境的表面几何结构和/或体积几何结构。几何元件例如可以是形成表面元件网格的多个表面元件，例如多边形网格，例如三角形。在其他实施例中，几何元件可以是体元，也称为体素。在一些实施例中，几何元件可以是虚拟玩具构造系统的构造元件。可以在根据其他方面中之一的方法中定义创建。

在一些实施例中，该过程可以访问已知物理对象的库。库可以存储在计算机可读介质上，例如本地存储在执行该方法的处理装置上，或其可以存储在远程位置且经由例如计算机网络(例如因特网)而被处理装置访问。库可以包括与每一个已知物理对象相关的额外信息，例如与物理对象相关的属性，用于在数字环境中使用的物理对象的数字三维表现，与已知物理对象相关的主题和/或物理对象的其他特性。可以由此基于该额外信息响应于所识别的对象而创建虚拟游戏环境。

根据一些实施例，响应于所识别的对象创建虚拟游戏环境包括：

-创建与所识别物理对象相关的虚拟对象；

-创建虚拟游戏环境作为修改场景的表现，修改场景对应于真实世界场景，所识别物理对象被去除；和

-可选地将所创建的虚拟对象的表现置于所创建的虚拟游戏环境中。

因此，在一些实施例中，该过程通过将创建的虚拟对象置于虚拟环境中而创建虚拟环境。在一些实施例中，数字三维表现的一部分代表所识别物理对象。因而基于数字三维表现创建的虚拟环境的一部分代表所识别物理对象。在一些实施例中，将虚拟游戏环境创建为修改场景的表现包括

-检测与所识别物理对象相关的虚拟游戏环境或数字三维表现的一部分；和

-将经检测的部分用修改部分代替，所述修改部分代表修改场景，但是没有所识别的对象。

该过程可以由此创建虚拟环境作为修改场景的表现，修改场景对应于真实世界场景，其中所识别物理对象被去除。例如，该过程可以确定与所识别的对象对应的虚拟游戏环境的虚拟玩具构造元件或其他几何元件的子组。该过程可以随后用所识别物理对象的已存储数字三维表现代替所确定的子组。替换地，该过程可以确定从与所识别对象相对应的扫描过程获得的数字三维表现的几何元件(例如3D网格的表面元件)的子组。该过程可以随后创建修改的数字三维表现，其中经检测的部分已经被去除，且可选地被其他表面元件代替。因此，可以从数字三维表现的在经检测部分附近(例如围绕经检测部分，例如从围绕经检测部分的一些部分的插补)的部分创建修改部分。例如，该过程可以基于在经检测部分附近的表面元件创建表面元件，以便填充通过经检测部分的去除而创建的表现中的孔。

该过程可以随后从修改的数字三维表现创建游戏环境。

虚拟对象可以是虚拟环境的一部分或其可以是从虚拟环境分离的虚拟对象，但是其可以被置于虚拟环境中且能在所形成的虚拟环境中运动和/或以其他方式与虚拟环境互动。可以基于游戏事件(例如基于用户输入)控制这种运动和/或其他互动。具体说，虚拟对象可以是游戏人物或其他用户控制的人物或其可以是非游戏人物。

在一些实施例中，所识别物理对象可以是从多个构造元件构建的玩具构造模型。该过程可以访问已知虚拟玩具构造模型的库。因而，可以基于各构造元件的更准确的数字三维表现而不是从常规3D重建管线更方便地获得的数字三维表现来表现虚拟对象。而且，虚拟玩具构造模型可以具有与其相关的预定功能性。例如，车轮可以是活动的以能旋转，门可以是活动的以能打开，消防水管可以是活动的以能喷水，大炮可以是活动的以能放出炮弹等。

根据一些实施例，响应于所识别物理对象创建虚拟游戏环境可包括，响应于所识别物理对象，创建游戏环境的除了代表所识别物理对象的部分以外的至少一部分。具体说，游戏环境的除了代表所识别物理对象以外的部分可以基于所识别物理对象的特性而被创建为具有一个或多个游戏控制元件和/或一个或多个其他属性。在一些实施例中，该过程创建或修改游戏环境的除了代表所识别物理对象的部分以外的部分，使得该部分代表与所识别物理对象相关的主题。

游戏环境的除了代表所识别物理对象的部分以外的部分可以是位于代表所识别物理对象的部分附近的游戏环境部分。所述附近的尺寸可以是预定的，用户可控的，随机选择的或其可以是基于真实世界场景的经检测特性确定的，例如是所识别物理对象的尺寸。多个物理对象的识别可以实现要因此修改的虚拟游戏环境的相应部分。游戏环境的一部分的修改程度可以取决于距所识别物理对象的距离，例如使得进一步远离所识别物理对象的部分被较小程度地修改。

根据一个方面，本文公开了用于控制虚拟环境中数字游戏的方法的实施例。方法的实施例包括执行用于创建本文公开的虚拟游戏环境和控制所形成的虚拟游戏环境中的数字游戏的方法的实施例。控制数字游戏可以包括控制在虚拟游戏环境中和/或以其他方式与虚拟游戏环境互动的一个或多个虚拟对象，如在本文所述的。

本文公开的方法的一些实施例创建虚拟游戏环境的基于体素的表现。然而，扫描过程通常实现真实世界场景的表面表现，从该表面表现创建基于体素的表现。由此通常期望的提供用于创建这种表现的高效过程。例如，从经扫描真实世界场景的数字三维表现创建虚拟玩具模型的过程可以获得真实世界场景的表面的数字三维表现。该过程可以随后创建真实世界场景的基于体素的表现并随后从基于体素的表现创建虚拟玩具构造模型，例如使得虚拟玩具构造模型的每一个虚拟玩具构造元件对应于基于体素的表现的单个体素或多个体素。

因而，本发明的另一方面涉及创建对象的数字三维表现的计算机实施的方法，该方法包括：

-接收对象表面的数字三维表现，该表面的该数字三维表现包括至少一个表面元件，所述表面元件包括边界和被所述边界围绕的表面区域；

-将表面映射到多个体素上；和

-从所识别的体素创建对象的数字三维表现；

其中映射包括：

-对于每一个表面元件，限定所述表面元件的多个点，其中多个点的至少一个子组位于表面元件表面区域中；

-将多个点的每一个映射的相应体素上。

将各个点映射到体素空间中，且具体地，识别给定点所落入的体素是在计算方面高效的任务。例如，点相对于坐标系的坐标可以沿坐标系的相应轴线被体素的直线范围所划分。这种划分的整数部分由此表示体素空间中相应体素的索引。

多个点被限定为使得它们不都定位在边界上。在多个点跨经表面元件分布时，已经发现针对每一个点识别该点落入那个体素提供对与表面元件相交的一组体素的计算高效且充分准确的近似，特别是在所述点相对于体素的尺寸非常密集地分布时。

体素可以具有箱形形状，例如立方体形状，或它们可以具有另一合适形状，特别是体素一起覆盖整个体积(在体素之间没有空洞)且体素不重叠的情况下的表现。体素空间的体素通常全都具有相同形状和尺寸。针对不同坐标轴线，每一个体素沿坐标系的相应坐标轴线的直线范围可以是相同的或不同的。例如，在体素是箱形形状时，箱的边缘可以对准坐标系的相应轴线，例如笛卡尔坐标系。在箱为立方体时，体素的直线范围沿每一个轴线相同；或者，直线范围针对一个或所有三个轴线不同。在任何事件中，可以限定体素的最小直线范围。在立方体体素的情况下，最小直线范围是立方体边缘的长度。在箱形形状体素的情况下，最小范围是箱的最短边缘的长度。在一些实施例中，参考与相应虚拟玩具构造元件相关的预定长度单位限定体素的最小直线范围，例如等于一个这种长度单位或是其整数比，例如1/2、1/3等。

在一些实施例中，多个点限定三角形平面网格，所述三角形平面网格具有多个点，作为三角形平面网格的网格点，其中每一个网格三角形具有不大于体素的最小直线范围的最小边、和不大于该最小直线范围两倍的最大边。具体说，在一个实施例中，最大边缘不大于最小直线范围的两倍，且其余边缘不大于最小直线范围。三角形的网格可以是规则或不规则的网格；具体地，所有三角形可以是相同的或它们可以是彼此不同的。在一些实施例中，表面元件由此划分成具有多个点的这种三角形，所述多个点形成三角形的角且三角形网格填充整个表面元件。

表面元件可以是平面表面元件，例如多边形，例如三角形。三角形平面网格限定在由表面元件限定的平面中，所述表面元件也可以是三角形。

在一些实施例中，表面元件是三角形且多个点通过以下限定：

-在三角形的第一边上选择第一系列的点。例如，这可以通过选择三角形的两个角和通过沿连接两个所选择角的边缘限定第一系列点而实现，例如通过限定在角之间的一系列中间点，使得该系列中的初始中间点与三角形的其中一个角相距预定距离，且使得该系列的随后中间点具有与该系列的之前中间点具有相同预定距离。例如，距离可以等于体素的最小直线范围；或其可以是最大长度，不大于体素的最小范围，第一边缘被该最小范围划分。随后限定第一系列的点，以包括一系列中间点。角中之一或两者可以进一步被包括在第一系列中。

-对于第一系列的每一个点限定相关直线，所述相关直线连接所述点和三角形的与第一边相对的角；和

-对于每一个相关直线，在所述直线上选择一系列其他点。例如，一系列其他点可以以与第一系列的点同样的方式选择，通过相关直线的端点，即通过在相关直线的端点之间限定该一系列中间点，且可选地通过包括相关直线的一个或两个端点。

在一些实施例中，表面元件具有一个或多个表面属性值，其具有与之相关的一个或多个表面属性。属性的例子包括表面颜色、表面纹理、表面透明度等。具体说，在一些实施例中，属性与作为一个整体的表面元件相关；在其他实施例中，相应属性可以与表面元件的不同部件相关。例如，在表面元件的边界是多边形时，多边形的每一个角可以具有与之相关的一个或多个属性值。

在一些实施例中，方法进一步包括将一个或多个体素属性值关联到数字三维表现的体素中的每一个。其中从表面元件中之一的表面属性值确定至少一个体素属性值。为此，将多个点的每一个映射到体素包括从表面元件的一个或多个表面属性值确定体素属性值。例如，在表面元件为多边形时，多边形的每一角部具有表面属性值(其具有与之相关的属性)；确定映射到点的体素的体素属性值可以包括，计算相应角的表面属性值的加权组合，例如加权平均值；可以基于所述点和多边形角之间的相应距离计算加权组合。

在一些实施例中，一个或多个属性可以仅具有一组离散值。例如，在一些实施例中，颜色可以仅具有一组预定颜色值中的一个，例如预定颜色调色板中的颜色。例如可以在创建仅存在于一组预定颜色中的物理产品的数字三维表现时，期望对一组预定离散颜色进行限制。然而，创建数字三维表现的过程可以接收一个或多个输入颜色，例如与表面元件或体素相关的一个或多个颜色。输入颜色例如可以来自扫描过程或被计算为多个输入颜色的加权平均值，例如如上所述。因此，输入颜色不必是包括在所述预定组中的颜色中的一种颜色。因此，必要的是在一组预定颜色中确定最接近颜色，即来自该组的最接近输入颜色的颜色。

因而，根据一个方面，本文公开了用于识别一组预定颜色的目标颜色的计算机实施方法的实施例，目标颜色代表输入颜色；方法包括:

--在三维颜色空间表示输入颜色和所述一组预定颜色中的每一个颜色，其中该一组颜色中的所有颜色位于具有原点和半径的球中；

--从所述一组预定颜色中确定当前候选颜色；

--分析所述一种预定颜色的子组以识别来自所述一种预定颜色的该子组的更新候选颜色，其中更新候选颜色具有比当前候选颜色距所述输入颜色更小的距离，且其中所述一种预定颜色的该子组仅包括所述一种预定颜色中的与原点的相距一定距离的颜色，所述一定距离不大于输入颜色和原点之间的距离与输入颜色和当前候选颜色之间的距离之和。基于三维颜色空间中的合适距离测量计算这些距离。在RGB空间中，距离可以被限定为欧几里得距离。距离之和为距离的标量之和。

因此，通过限制颜色空间中搜索区域的半径，处理装置搜索颜色空间所需的时间被显著减少。为此，所述一种预定颜色可以表现在数据结构中，其中所述一组预定颜色中的每一个颜色将其与其距原点的距离相关。在一些实施例中，该组甚至可以根据相应颜色距原点的距离而排序。在需要针对每一个表面元件和/或针对数字三维表现的每一个体素执行最接近颜色的确定时，这种计算时间的减少是尤其有用的。

在一些实施例中，颜色空间是RGB颜色空间，但是也可以使用其他颜色表现。

本文所述的方法的实施例可以用作用于创建一个或多个真实世界对象或包括多个对象的真实世界场景的数字三维表现的子过程的管线的一部分，例如通过扫描对象或场景，处理扫描数据，且创建对象或场景的数字三维表现。所创建的数字三维表现可以被计算机使用，用于显示虚拟游戏环境和/或虚拟对象，例如虚拟环境(例如虚拟世界)中的虚拟对象。虚拟对象可以是数字游戏中的虚拟人物或物品，例如用户可控的虚拟人物(例如游戏人物)或用户可控的交通工具或其他用户可控的虚拟对象。

根据进一步的方面，这些实施例公开了一组方法，其用于从对象的体素表现创建虚拟玩具构造模型。方法的实施例可以包括根据本文公开的其他方面中之一的一种或多种方法的步骤。例如从US7,439、972可知虚拟玩具构造模型。具体说，虚拟玩具构造模型可以是真实世界玩具构造模型的虚拟副本，所述真实世界玩具构造模型用多个物理玩具构造元件构建且包括多个物理玩具构造元件，特别是具有不同尺寸和/或形状和/或颜色的具体元件，其可互相连接，以便形成用物理玩具构造元件构建的物理玩具构造模型。

虚拟玩具构造系统包括虚拟玩具构造元件，其可在虚拟环境中彼此组合，以便形成虚拟玩具构造模型。每一个虚拟玩具构造元件可以通过所述元件的数字三维表现来表现，其中数字三维表现表示元件的形状和尺寸以及进一步的元件特性，例如颜色，连接性，质量，虚拟功能，和/或类似特性。连接性可以表示构造元件可如何连接到其他玩具构造元件，例如US7,439、972中所述的。

虚拟玩具构造模型包括一起形成虚拟玩具构造模型的一个或多个虚拟玩具构造元件。在一些实施例中，虚拟玩具构造系统可以对虚拟玩具构造元件可如何在模型中相对于彼此定位施加限制条件。这些限制条件可以包括两个玩具构造元件不可以占据虚拟空间的同一体积的限制条件。额外限制条件可以对哪些玩具构造元件可以放置为彼此邻近和/或两个玩具构造元件彼此邻近放置的可能相对位置和/或取向施加规则。例如，这些限制条件可以模拟相应的真实世界玩具构造系统的构造规则和限制条件。

本发明涉及不同方面，包括如上所述的方法，以下的相应设备、系统、方法和/或产品，其每一个产生针对一个或多个其他方面所述的一个或多个优点和优势，且每一个具有与所附权利要求公开和/或针对其他方面中的一个或多个所述的实施例对应的一个或多个实施例。

根据本发明的进一步方面，一种互动游戏系统包括捕捉装置、适于至少显示通过捕捉装置捕捉的图像数据的显示器、适于存储捕捉数据的数据存储器、用于处理器的编程指令，和处理器，所述处理器被编程为直接或间接地与捕捉装置互动或作用在直接或间接地从捕捉装置接收的数据，和执行一个或多个上述方法的虚拟处理步骤。

具体说，根据一个方面，互动游戏系统配置为：

●从捕捉装置接收扫描数据，扫描数据表示游戏环境/场景的物理模型，物理模型包括一个或多个物理对象；

●形成物理模型的数字三维表现，数字三维表现包括关于一个或多个物理对象的一个或多个物理特性的信息；

●将物理模型的数字三维表现转换为由虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型；和

●在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件，其中使用关于物理特性的信息限定游戏控制元件，由此创建虚拟游戏环境/场景。

根据另一方面，互动游戏系统配置为：

●从捕捉装置接收扫描数据，扫描数据表示游戏环境/场景的物理模型，物理模型包括一个或多个物理对象；

●形成物理模型的数字三维表现，数字三维表现包括关于一个或多个物理对象的一个或多个物理特性的信息；

●从数字三维表现创建虚拟游戏环境；其中创建虚拟游戏环境包括：

○将物理对象中的至少一个识别为已知物理对象；

○响应于所识别的对象创建虚拟游戏环境。

互动游戏系统可以包括存储装置，在其上存储了已知物理对象的库，如在本文所述的。

优选地，捕捉装置提供图像数据，在围绕由一个或多个物理对象构成的物理模型运动时，可从该图像数据构建三维扫描数据。进而，捕捉装置适于提供数据，可从该数据获得物理特性。优选地，这种物理特性包括颜色和/或以绝对和/或相对尺寸缩放的直线尺寸。有利地，捕捉装置是三维成像相机、测距相机和/或深度敏感相机，如上所述。处理器适于且被编程为接收图像数据和关于从物理模型捕捉的物理特性的进一步信息，且处理该数据以将数据转换为包括进一步信息的物理模型的虚拟网格表现，进一步处理数据以将网格表现转换为由虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型，处理该数据以使用虚拟玩具构造模型和进一步信息限定游戏段落，且最后输出虚拟游戏环境/场景。如在本文所述的，将网格表现转换为虚拟玩具构造模型可以包括将网格表现转换为体素表现和将体素表现转换为虚拟玩具构造模型的过程。

在有利实施例中，显示器与处理器和/或捕捉装置通信，以提供覆盖到显示器上所示图像数据的增强现实，用于将物理模型确定为目标和/或在物理模型的扫描期间。

在特别有利的实施例，捕捉装置、数据存储器、处理器和显示器整合在单个移动装置中，例如平板电脑，便携计算机，或移动电话。由此提供统一的游戏体验，其对于将游戏提供给技术上经验较少的用户来说尤其重要。

本发明进一步涉及数据处理系统，其配置为执行本文公开的一种或多种方法的实施例的步骤。为此，数据处理系统可以包括或可连接到计算机可读介质，计算机程序从该计算机可读介质可装载到处理器(例如CPU)，以用于执行。计算机可读介质可以由此具有存储在其上的程序代码，其适于在数据处理系统上执行时使得数据处理系统执行本文所述的方法的步骤。数据处理系统可以包括适当编程的计算机，例如便携计算机、平板电脑、智能电话、PDA或具有图形用户界面的另一可编程计算装置。在一些实施例中，数据处理系统可以包括客户系统(例如包括相机和用户界面)和可以创建和控制虚拟环境的主机系统。客户和主机系统可以经由合适的通信网络(例如因特网)连接。数据处理系统的实施例可以执行如在本文所述的互动游戏系统。

通常，在这里和在下文，术语“处理器”应包括适于执行本文所述的功能的任何电路和/或装置和/或系统。具体说，上文的术语包括通常或特殊目的可编程微处理器，例如计算机的或其他数据处理系统的中央处理单元(CPU)，数字信号处理器(DSP)，专用集成电路，可编程逻辑阵列(PLA)，现场可编程门阵列(FPGA)，目的特殊电子电路等，或其组合。处理器可以实施为多个处理单元。

数据处理系统的一些实施例包括捕捉装置，例如图像捕捉装置，例如相机，例如摄像机，或用于获得真实世界场景或其他真实世界对象的一个或多个图像的任何其他合适装置。其他实施例可以配置为产生真实世界场景的数字三维表现和/或获取之前产生的数字三维表现。

本发明进一步涉及计算机程序产品，其包括程序代码，所述程序代码适于在数据处理系统上执行时使得所述数据处理系统执行本文所述的方法的步骤。

计算机程序产品可以作为计算机可读介质提供。通常，计算机可读介质的例子包括CD-ROM，DVD，光盘，存储卡，闪速存储器，磁性存储装置，软盘，硬盘等。在其他实施例中，计算机程序产品可以作为可下载软件包被提供，例如在网络服务器上，用于经因特网或其他计算机或通信网络下载，或是从应用商店下载到移动装置的应用。

游戏循环

根据进一步方面，本发明涉及进行互动游戏的方法，其包括执行上述方法以用于创建虚拟游戏环境/场景。

优选地，进行互动游戏的方法以循环方式布置，每一个循环包括步骤：

-使用所选择物理对象的3D扫描从游戏可实现的虚拟玩具构造模型创建虚拟游戏环境/场景，如在本文所述的；

-在虚拟游戏环境/场景中进行一个或多个游戏段落；和

-响应于游戏的结果启动新的循环。

根据一些实施例，创建虚拟游戏环境是与涉及虚拟对象(其在所形成的虚拟游戏环境中运动和/或以其他方式与之互动)的真实虚拟游戏分开的步骤。具体说，用户可以使用之前创建的虚拟环境，以进入虚拟游戏而不需要虚拟环境的物理模型仍然存在或仍然被捕捉装置作为目标。这与一些通过计算机产生的图像增加实时图像的实时系统不同。至少在本发明的一些实施例中，虚拟游戏环境通过计算机产生的数字表现单独表现，所述计算机产生的数字表现可以存储在数据处理系统中用于以后使用。

根据进一步方面，本发明涉及用于进行互动游戏的循环互动游戏系统，其包括适于执行上述方法以创建针对上述互动游戏系统所述的虚拟游戏环境/场景的装置。

优选地，循环互动游戏系统布置为且编程为以循环方式进行互动游戏，每一个循环包括步骤：

-使用所选择物理对象的三维扫描创建游戏可实现的虚拟玩具构造模型的虚拟游戏环境/场景，如在本文所述的；

-在虚拟游戏环境/场景中进行一个或多个游戏段落；和

-响应于游戏的结果启动新的循环。

有利地，游戏的结果可以通过直接奖励而兑现，或例如经由游戏币和/或用户输入而解锁新的游戏层级、新的工具、新的主题、新的任务、新的可玩角色和/或非可玩角色、新的化身人物、新的技能和/或新的能力等而间接进行。

通过以循环的方式设置游戏系统/方法，提供持续且不断进化的游戏体验，其是特别互动的，且进一步刺激了策略技能、饲养技能、冲突处理技能、探索技能和社交技能的发展。

因为用户的物理环境中的物理对象与虚拟世界相互联系，所以用户体验到物理世界中所作出的改变和选择在虚拟游戏中也会产生影响。由此用户的物理游戏和虚拟游戏以持续和动态的进化方式联系在一起。

用玩具构造元件做出的物理可玩角色

根据进一步有利实施例，互动或循环互动游戏系统进一步包括物理可玩角色，其被提供作为可玩角色的玩具构造模型，其中虚拟游戏通过虚拟玩具构造模型形式的虚拟可玩角色(其代表虚拟世界中的物理可玩角色)执行。有利地，物理可玩角色可以配备有代表具体工具、技能和/或能力的物理工具模型，其随后被解锁且以与虚拟可玩角色相应的方式表现。由此相互联系的物理和虚拟游戏体验的互动体验被进一步增强。

物理可玩角色可以通过任何合适的方法进入虚拟游戏和在虚拟游戏中解锁，例如扫描和识别物理可玩角色，例如在本文所述的。在一些实施例中，该过程可以在已知/可用/认证的可玩角色的库中执行查找，和/或认出并识别存在于物理可玩角色中的物理特征和/或玩具构造元件或已知功能，并建造相应虚拟可玩角色。可以想到将解锁虚拟可玩角色和将虚拟可玩角色联系到对应于相应物理可玩角色(包括代表可玩角色可用的工具/技能/能力的玩具构造元件)的其他方式，例如扫描识别标签，在用户对话界面输入用于识别和/或解锁可玩角色的代码等。

附图说明

将参考附图详细描述本发明的优选实施例，其中

图1显示了根据一个实施例的创建物理模型的步骤，

图2显示了从通过图1的步骤创建的物理模型创建虚拟模型的步骤，

图3-7显示了根据进一步实施例从物理模型创建虚拟游戏环境的步骤，

图8-17显示了根据进一步实施例的安装和进行循环互动游戏的步骤，

图18显示了具有不同物理工具模型的物理可玩角色模型，

图19显示了包括物理可玩角色模型的互动游戏系统，

图20显示了网格中的三角形索引方案的例子，

图21显示了用于创建虚拟环境的过程的例子，

图22A显示了虚拟对象的网格表现的例子，

图22B显示了图22A的虚拟对象的体素表现的例子，

图23显示了将网格转换为体素表现的过程的例子，

图24显示了三角形的例子和经确定的三角形与体素空间的相交点X，

图25显示了用于确定网格与体素空间相交部的过程的例子的流程图

图26显示了体素化过程的例子

图27显示了颜色空间，

图28显示了用于创建虚拟环境的过程的另一例子，

图29A-B显示了根据进一步实施例的从物理模型创建虚拟游戏环境的步骤。

图30显示了根据进一步实施例的从物理模型创建虚拟游戏环境的步骤。

图31显示了用于创建虚拟环境的过程的另一例子。

具体实施方式

图1显示了根据一个实施例的创建物理模型的步骤。游戏的虚拟部分运行于移动装置1上，例如平板电脑、便携计算机等。移动装置1具有捕捉装置、数据存储器、处理器和显示器。但是，应理解，本文所述的过程的各种实施例还可以实施在其他类型的处理装置上。处理装置可以包括并入到单个物理实体中的捕捉装置、数据存储器、处理器、和显示器；替换地，以上部件中的一个或多个可以被作为一个或多个分离的物理实体，其可以通信地彼此连接，以允许它们之间的数据传输。安装在移动装置1上的游戏软件适应移动装置1，以用于在互动游戏的框架内执行根据本发明一个实施例中的方法。移动装置1为用户99提供构建教程。遵循教程的指示，用户99找出多个物理对象2、3、4、5、6并将这些物理对象2、3、4、5、6布置在物理游戏区域7上，例如桌面或地面空间，以形成游戏环境的物理模型10。有利地，构建教程包括一些提示11，即如何将游戏环境的物理模型中的物理对象的物理特性通过游戏系统转换为要创建的虚拟游戏环境的特点。这允许用户99根据这些预定物理特性选择物理对象2、3、4、5、6，以按照意愿/特意地构建物理模型，以便根据一组预定的规则形成虚拟游戏环境的某些预定特点/某些游戏行为。通过例子的方式，图1显示了转换表形式的提示，其表明带有颜色的预定物理特性的不同值如何被系统处理。具体说，向用户99展示提示，在虚拟游戏环境中，物理对象上的绿色用于限定丛林元件，红色用于限定熔岩元件，且白色用于限定冰元件。

图2示出了用通过将物理对象2、3、4、5、6布置在物理游戏区域7上创建的物理模型10来创建虚拟模型的步骤。移动装置1沿扫描轨迹12，同时捕捉物理模型10的图像/扫描数据13。图像数据被移动装置1的处理器处理，由此产生表示物理模型10的数字三维表现，以及与预定物理特性有关的信息，例如颜色、形状和/或直线尺寸。数字三维表现可以在移动装置中表示为且存储为合适的形式，例如网格的形式。使用合适的算法，例如网格-LXFML代码转换算法(如下所述)，网格数据随后被转换成为虚拟玩具构造模型。该算法分析网格并计算网格的近似表现，作为虚拟玩具构造元件做成的虚拟玩具构造模型，所述虚拟玩具构造元件是相应的物理玩具构造元件的直接表现。

参见图3-7，根据进一步的从物理模型创建虚拟游戏环境的步骤通过来自用于执行这些步骤的移动装置的屏幕截图来显示。图3显示了通过移动装置的相机在家中和在孩子房间中找出的不同日常物品的设定图像。这些物品是用于构建要通过将物品布置在桌面上来创建的虚拟游戏环境的物理模型的物理对象。物理对象具有不同形状、大小和颜色。物品包括蓝色和黄色球鞋，用于塑料箱的绿色盖，绿色罐子，绿色折叠布，黄色箱，红色壶，带白色尾巴、鬃毛和额发的灰色玩具动物，以及放置成土耳其毯帽的红色杯子，和其他物品。在图4中，使用覆盖到通过移动装置的相机所捕捉的视图的增强现实网格来将物理模型设定为目标。相机是深度敏感相机且允许显示缩放的增强现实网格。增强现实网格表示被捕捉的目标区域，其在当前情况下为1m乘1m的方形。图5显示了扫描过程的屏幕截图，其中朝向物理模型的具有相机的移动装置来回运动，优选从通过箭头示出的所有侧和角度标尺捕捉图像数据。然而，取决于用于要创建的给定虚拟游戏环境所需的三维图像数据的特点，部分扫描就足够。图6显示了砖块化(brickification)引擎已经将三维扫描数据转换为用虚拟玩具构造元件按缩放比例制作的虚拟玩具构造模型之后的屏幕截图。虚拟玩具构造模型还保持与物理模型中的不同颜色有关的信息。在图7中，已经通过在场景中限定游戏控制元件而增强了虚拟玩具构造模型，由此创建基本上所有事物看起来都使用虚拟玩具构造元件制造的虚拟游戏环境。图7显示了正在探索虚拟游戏环境的可玩角色的屏幕截图。可玩角色在前景中显示为无色/白色的三维虚拟微型角色。屏幕的右手边缘上的按钮为用于进行游戏的用户界面元件。

现在参见图8-17，示意性地显示了根据进一步实施例的安装和进行循环互动游戏的步骤。在图8中，下载并安装在根据本发明的互动游戏系统中使用的用于配置和运行移动装置所需的软件。在游戏软件启动时，可以为用户显示欢迎页，如图9所示，从该欢迎页用户进入构建模式。现在可以将构建教程展现给用户，并继续进行构建物理模型和创建虚拟游戏环境，如图10和11所示，且如上参考图1和2所示。用于构建物理模型的物理对象是灰色铅笔，褐色的书，直立在褐色底盘上的白色蜡烛白色杯(在图10中用户的右手中)和红色苏打罐(在图10中用户的左手中)。一旦虚拟游戏环境创建，则用户可以通过探索如图12所示地创建的虚拟游戏环境而进行游戏。在虚拟游戏环境中设定虚拟任务之前，用户可以进行多次选择，例如选择可玩的角色和/或从多个已解锁选项中选择工具(图13中的顶部一排)。多个锁定选项也可以被显示(图13的底部一排)。图14和15显示了进行不同任务的可玩角色(具有蓝色头盔的灰色人物)的不同屏幕截图。可玩角色配备有用于收集资源(胡萝卜)的工具。在图14中，可玩角色仅仅进行收集任务。在图14的屏幕截图的背景中可以看到用物理模型中的红色苏打罐创建的熔岩山。用相同物理模型创建的相同虚拟游戏环境还显示在图15中，但是是在游戏过程中的不同点处从不同角度观察的。用红色苏打罐创建的熔岩山在右手侧被显示为风景。物理模型的白色杯子已经变为冰山，在其附近被冰和雪围绕。游戏环境现在已经产生了怪物/敌人，其与可玩角色竞争要被收集的资源(例如胡萝卜和矿物)，且其可以被打败，以作为任务的一部分。在图16中，用户已经成功完成任务且得到奖励，例如通过一定量的游戏货币获得奖励。游戏货币可随后用于解锁新的游戏特征，例如工具/能力/新的可玩角色/游戏层级/模式等。在得到奖励并解锁游戏特征之后，用户可以接收涉及物理模型重新排列的新的任务，由此启动互动游戏的新的循环。循环的互动游戏的循环示意性地显示在图17中。游戏系统提供任务(顶部)且用户用物理对象(右下)创建虚拟游戏环境/场景；用户在虚拟游戏环境/场景(左下)中进行一个或多个游戏段落。响应于游戏的结果，通过游戏系统开始新的循环(回到顶部)。

图18显示了具有不同物理模型的物理可玩角色模型的例子。物理可玩角色模型用于在互动游戏系统中使用。可玩角色模型可以配备有物理工具模型的选择。通过例子的方式，物理工具模型的选择显示在图18的下半部。每一个物理工具模型代表具体的工具、能力和/或技能。图19显示了包括图18的物理可玩角色模型的互动游戏系统。物理可玩角色模型模型可以用于在通过背景所示的物理对象创建的物理模型中进行游戏，例如角色扮演。通过输入与物理可玩角色模型和工具(在游戏中应配备该工具)有关的信息，创建用于在虚拟游戏环境中进行游戏的相应的虚拟可玩角色模型，如图19的前景中的手持移动装置的显示器上所示(右下)的。还应注意，在示意图上，物理游戏区域已经通过桌面上的绿色卡板件限定。绿色卡板已经用彩色铅笔装饰，以在物理游戏区域中标记出一些区域，在虚拟游戏环境中这些区域被转换成为在虚拟场景边缘处的具有瀑布的河流，如在前景中的手持移动装置上示意性地所示的。

创建虚拟游戏环境的重要步骤是将从捕捉装置获得的或至少基于从捕捉装置接收的数据创建的数字三维表现转换为用虚拟玩具构造元件构建的虚拟玩具构造模型或转换为另一基于体素的表现。在以下例子中将描述适于执行这种转换的转换引擎，特别是用于从网格表现转换为LXFML表现。应理解，转换引擎的其他例子可以执行向另一类型的表现的转换。

通过计算机和计算机视觉的进化，对于计算机来说将更容易在虚拟世界中分析和表现3D对象。现今存在有助于环境解译的不同技术，其从正常相机获得的正常图片或从深度相机信息创建3D网格。

这意味着，计算机、智能电话、平板电脑和其他装置将逐渐能将现实世界中的真实对象表现为3D网格。为了提供身临其境的游戏体验或其他类型的虚拟游戏体验，特别有价值的是，计算机可“看到”和表现的任何事物都可随后被转换为玩具构造元件(例如LEGO名下可用的)建造的模型，或至少例如为基于体素的表现。

虚拟玩具构造模型可以以数字表现来表现，其识别出在模型中包括哪些虚拟玩具构造元件，其相应的位置和取向，以及可选地，它们如何彼此互连。例如，所谓的LXFML格式是一种数字表现，其适用于描述名下可用的构造元件的虚拟副本构建的模型。由此期望的是提供一种高效过程，其能将数字网格表现转换为LXFML格式的LEGO模型或转换为以另一合适数字表现所表现的虚拟构造模型。

通常，3D模型表现为网格。这些网格通常是三角形的角(也称为顶点)所限定的彩色三角形以及这些角应该如何组合以形成这些三角形所遵循的顺序(三角形索引)的集合。存在网格可存储的其他信息，但是与该算法相关的其他事项仅是网格颜色。

如前所述，算法接收代表一个或多个对象的网格信息以作为输入。网格信息包括：

-网格的一个/多个顶点的位置：形成三角形的点的坐标，空间中的有意义点，例如表示为向量(x，y，z)，其中x，y，z可以是任何实数。

-三角形索引：使得顶点形成三角形的处于连续顺序的顶点索引，即从一些位置选择顶点以便在网格中画出三角形所遵循的顺序。例如，图20示出了分别通过标记为0、1、2和3的4个点(限定了长方形)限定的简单表面的索引方案的例子。在该例子中，如{0,1,2,3,0}这样的索引阵列可以被限定为表示三角形可以如何被限定以代表该表面。这意味着过程从点0开始，行进到点1，随后达到点2。其是第一三角形。该过程可以随后从当前点(点2)继续进行，以限定下一个三角形，因此该过程仅需要其余的2个点，即3和0。完成该过程以便使用更少的数据来表现三角形。

-网格颜色信息：三角形具有的颜色。

该过程的实施例形成虚拟构造模型的表现，例如LXFML string format version5或以上。.LXFML表现需要包括最小信息，其被其他软件工具所需要以便加载其中的信息。以下的例子用于解释LXFML文件中包括的信息的例子：

第一行仅仅表明了文件格式。

第二行含有与LXFML版本和模型名字有关的信息。LXFML版本应该优选为5或更高。模型名字仅用作信息。其不以任何方式影响加载/存储过程。

<Meta>部分是存储可选信息的位置。不同的应用可以在该部分中存储不同的信息(如果需要的话)。在此处存储的信息不影响加载过程。

第4行提供了与用什么应用来输出LXFML文件有关的可选信息。这可以用于调试的目的。

后面的那些行包括与真实玩具构造元件(也称为砖块(brick))有关的信息。针对模型的每个砖块参考ID应该是不同的(在每一次砖块被输出时进行增量的数字即可)。设计ID给出了与砖块的几何形状有关的信息且材料给出了与颜色有关的信息。变换是通过4乘4矩阵表现的砖块的位置和旋转，但是第三列缺失。

该信息被认为是足够的。可通过用free tool LEGO Digital Designer(其可在http://ldd.lego.com上找到)加载LXFML文件来测试LXFML文件的有效性。

图21显示了流程图，其显示了用于将网格转换为虚拟玩具构造模型表现的过程例子的步骤。这些步骤是独立的，因为有时不需要使用全部步骤，这取决于具体情况。

在初始步骤S1，该过程接收一个或多个对象的网格表现。出于对本发明描述的目的，假定该过程接收包括以下信息的网格：

Vm＝网格顶点。

Tm＝网格三角形。

Cm＝网格颜色；(每个顶点的颜色)

应理解，代替网格颜色，网格可以代表另一合适属性，例如材料等。然而，出于后文简单描述的目的，将对颜色做出描述。

在初始转换步骤S2中，该过程将网格转换为体素空间。通过该子过程解决的任务可以被认为是基于带颜色的网格将颜色(在该例子中，来自可用颜色的有限调色板2101的颜色，即来自有限的一组离散颜色)分配给体素空间的体素。网格应该匹配体素空间且通过网格表现的壳部(shell)应该与不同体素相交。应该从与本地网格颜色对应的调色板对相交体素指定最接近的颜色。因为这种技术用在计算机实施的应用中(例如游戏)，所以特性是非常重要的。

初始子过程接收网格作为输入，所述网格的每个顶点具有每个与之相关的颜色信息。应理解，颜色可以以不同方式表现，例如附加到网格的材料定义。颜色或材料可以在用于3D建模的合适的软件引擎中限定，例如名为“Unity”的系统。

网格-体素转换过程输出体素空间的合适表现，例如作为3维整数阵列，其中阵列的每一个元件代表一个体素，且其中数字代表要被指定给相应体素的颜色ID、材料ID或其他合适属性。如果体素不应被认为是相交的，则所有数字应该为0(或另一合适的默认值)；或者，如果三角形在相应体素处与体素空间相交，则相交的数应该代表来自预定颜色/材料调色板的有效颜色(或其他属性)ID。有效颜色应该优选是与体素相交的三角形具有的来自预定调色板的最接近颜色。

图22A显示了对象的网格表现的例子，而图22B显示了同一对象的体素表现，其中已经通过后文参考图23所述的过程的例子获得了体素表现。

因此要通过初始子过程执行的任务可以被认为是：给定网格模型，确定体素表现，其封装网格模型且具有与体素(一个或多个)相交的网格最接近的一组预定离散颜色中的一种(作为体素颜色)。

起初，将网格转换为体素表现是有用的，因为其随后有助于计算不同玩具构造元件应该定位的位置，体素可以是尺寸为X乘Y乘Z的箱体(但是可以使用其他类型的体素)。体素可以被解译为3D像素。在许多情况下转换为体素是有用的，例如在模型要表现为X’乘Y’乘Z’尺寸的箱状砖块形式的虚拟玩具构造元件。这意味着模型中可能具有的任何砖块将占据世界轴线x、y和z与多个X、Y、Z的乘积的空间。

为了创建要被转换的模型所需的体素空间，过程在步骤S2301开始，即创建围绕模型的沿轴线对准的边界框。可从网格信息计算边界。这可以以许多方式实现：例如，Unity系统提供计算用于网格的边界的方式。替换地，边界可用两个点创建：一个点含有所有网格中的所有顶点的x、y、和z的最小坐标，而另一个点含有x、y和z的最大值，如以下例子中那样：

Pmin_x＝Min_x(Vm1_x,Vm2_x…)Pmax_x＝Max_x(Vm1_x,Vm2_x…)

Pmin_y＝Min_y(Vm1_y,Vm2_y…)Pmax_y＝Max_y(Vm1_y,Vm2_y…)

Pmin_z＝Min_z(Vm1_z,Vm2_z…)Pmax_z＝Max_z(Vm1_z,Vm2_z…)

Pmin＝(Pmin_x,Pmin_y,Pmin_z)Pmax＝(Pmax_x,Pmax_y，Pmax_z)

Pmin和Pmax是具有坐标x、y和z的最小和最大点。Max和Min是按照具体轴线(x、y或z)从向量Vm的阵列获得最小值和最大值的函数。

使用箱的相反角应该足以对其进行限定。箱具有尺寸B＝(bx、by、bz)乘以轴线x、y和z。这意味着B＝Pmax–Pmin；

在随后的步骤S2302，该过程将体素空间分为合适尺寸的体素，例如尺寸(dimx、dimy、dimz)，其与虚拟玩具构造元件的系统的最小虚拟玩具构造元件匹配。优选地，其余虚拟玩具构造元件具有的尺寸对应最小虚拟玩具构造元件尺寸的整数倍。在一个例子中，体素具有的尺寸(dimx，dimy，dimz)乘以(x、y、z)＝(0.8、0.32、0.8)，其是1x1Plate LEGO板(LEGO Design ID:3024)的尺寸。通过创建与边界框对应的体素空间，将创建尺寸V(vx、vy、vz)的矩阵，其中vx＝bx/dimx+1,vy＝by/dimy+1and vz＝bz/dimz+1。+1的出现是因为，除法几乎从不精确且任何余数都会造成对需进行填充的另一体素的需要。

矩阵将包含合适的颜色ID或其他属性ID。这意味着，体素以默认值0开始，其意味着空间中没有颜色。一旦体素需要被着色，则具体颜色ID被存储到阵列中。为了处理网格，该过程一次处理一个三角形且因此确定体素颜色，例如通过执行以下步骤：

-步骤S2303：获得下一个三角形

-步骤S2304：获得三角形与体素空间的相交

-步骤S2305：计算相交体素(一个或多个)的原始体素颜色。

-S2306：从原始体素颜色获得最接近颜色的颜色ID且因此用有效颜色创建随后的砖块。

-步骤S2307：用确定的颜色ID标记体素(一个或多个)。

这些步骤被重复，直到所有三角形被处理。

计算原始体素颜色以指定给相交体素(步骤S2305)，其可以以不同方式执行。在给定输入的情况下，可基于与三角形的体素和点/区域的相交计算体素的颜色，所述点/区域与体素相交，或在三角形较小且颜色变化不大的情况下可假定三角形具有相同颜色且其为角处的3种颜色的平均。而且，对于计算平均三角形颜色和正好将一种颜色近似为一组目标颜色中之一来说，其在计算方面成本是非常低的。因而：

-在一个实施例中，该过程可以简单地使用3种顶点颜色将三角形的颜色进行平均且随后使用平均颜色用于所有相交部分。

-在替换实施例中，该过程计算三角形与体素空间在何处相交。图24示出了三角形和经确定的三角形与体素空间的相交点X的例子。随后该过程如下地计算颜色(见图24)：对于与顶点/向量A、B和C相关的3种颜色Ca、Cb和Cc，相交颜色是 其中Xab是三角形与体素空间的相交部沿AB轴线的距离，AB是从A到B的距离，且总和代表针对A、B和C应用的相同过程以获得颜色混合。

尽管第一替换例更快，但是第二替换例提供更高质量的结果。

三角形与体素空间相交部的确定(步骤S2304)可以通过图25和26和如下所述的过程有效地执行。具体说，图25示出了该过程的例子的流程图且图26示出了三角形2601的例子。因为其非常易于将空间中的点转换为体素空间中的坐标，所以填充体素的过程可以基于图26所示的三角形上的点。针对网格的每一个三角形执行的子过程的步骤总结如下：

步骤S2501：选择一个角(在图26中的例子中是角A)和与所选择的角相对的边(在图26的例子中是边BC)。

步骤S2502：限定将对边(BC)划分为等于体素最小尺寸的等分的点BC1-BC5的顺序，例如在上述例子中为dimy＝0.32。点可以被限定为沿边BC的一系列向量的端点，其中每一个向量具有等于最小体素尺寸的长度。因为，在3D中，不太可能具有整除，所以最后的向量将可能是在B和C之间而不是与C重合。

过程随后通过执行以下步骤而处理前述步骤中限定的所有点BC1-BC5：

步骤S2503：获得下一个点

步骤S2504：该过程限定将步骤S2501选取的角(A)与对边上的当前点连接的线。

步骤S2505：该过程以等于体素最小尺寸的尺寸将连接线分为多份，再次在上述例子中dimy＝0.32。因此，通过步骤S2502的划分产生的每个点与三角形的对角(在图26的例子中是A)连接形成一条线，所述线将以相同的方式被划分，但是是从该边(BC)上的点开始，从而最后的点不太可能落入点集，这是因为A非整除。最后，AC应该被划分为一些点。

步骤S2506：对于在步骤S2505被划分的线上的每个点且对于点A，该过程用参考图23的步骤S2305如上所述地计算的原始颜色标记了体素空间的含有该点的体素。这种映射可以通过将模型对准体素空间且通过将顶点坐标划分为体素尺寸而非常有效地完成。过程可以允许体素的重迭(overriding)。替换地，该过程可以计算权重以确定哪个三角形与体素相交最多。然而，这种计算在计算方面成本更昂贵。

这种简单的伪代码显示了可如何仅使用网格信息而创建网格的体素表现。所作的操作量不是最小的，因为朝向所选择角(在步骤S2501中选择)的点倾向于彼此非常接近且不需要它们中的所有。还有，三角形可以以具体角度转动这一事实意味着在步骤S2506进行的划分会比必要步骤采用更多步骤。然而，即使存在许多冗余，但是个操作在任何装置上都非常快，且需要确定最小点组的计算复杂性可能会造成算法更慢。

再次参见图23，从离散颜色的调色板确定最接近颜色(步骤S2306)也可以以不同方式执行：

-在一个实施例中，其实现高质量的颜色映射，该过程最初是将RGB颜色转变到LAB空间中。通过颜色的LAB表现，该过程应用DeltaE颜色距离算法，以计算与真实颜色(如从网格确定)的距离和与来自调色板的其他可用颜色的距离。该方法更详细的描述可从http://en.wikipedia.org/wiki/Color_difference获得。

-在另一实施例中，其比第一实施例更快，该过程计算调色板的有效颜色和给定颜色(如从网格确定)之间的差异。该过程随后选择调色板的颜色，其对应于最短距离。

找出最短距离的一种方式是比较3D中的所有距离。这意味着，近似的任何颜色必须与来自调色板的所有可能颜色比较。参考图27描述用于确定一种颜色和离散颜色的调色板的颜色之间的最近距离的更高效的过程：

RGB空间中的所有颜色可以在3D中表现，作为具有半径255的通过X、Y和Z平面截取的八分之一球形/球。如果给定具有分量rC、gC、bC(含红色、绿色和蓝色成分)的颜色C作为用于转换步骤的输入，则颜色C将与原点相距距离D。

随后可以通过从最小距离的初始值开始的迭代过程找出最小距离。从原点到来自调色板的应被发现的最接近目标颜色的最大距离必须不大于从原点到原始颜色的距离加上当前最小距离。初始最小值由此被选择得足够大，以覆盖所有可能的目标颜色，以确保发现至少一个匹配。

过程如何工作的例子如下：找出当前最小距离，意味着存在接近输入颜色的目标颜色。现在，以这种方式没有找出更接近原始颜色的目标颜色，反而与原始颜色和原点之间的距离加上当前最小距离相比更远离原点。这是因为这一事实：最小距离确定球的半径，该球在其中心具有原始颜色，且含有所有可能的更好方案。任何更好的方案应该由此在所述球形中被发现；否则，将进一步远离原始颜色。因此，对于给定的当前最小距离，仅距原点的距离小于原始颜色距离+当前最小值的颜色需要被分析。

上述转换过程实现一个或多个对象的整体/轮廓的体素模型。已经发现的是，该过程以惊人的速度提供有质量的输出，因为：

-如果所有单元处于等于体素最小尺寸的最大距离，则不能获得比体素更远离的2个点，因此将不会有孔洞。

-如果三角形小且多，且如果模型大，则所有小体素重叠，这可能使得不具有最佳颜色(对于很少的体素来说)的体素能够被容许。

-颜色近似足够好，同时节省许多计算量。

该方案在特性方面可以与标准方案相比较(光线投射和体积相交)，其代替仅使用空间中的给定点组以确定三角形是否与不同空间体积相交，且在一些情况下，一些方法甚至尝试计算三角形边与体素相交的点。体积相交方法被认为是最慢的，但是相交点被认为能提供准确的相交区域，其可潜在地有助于体素的略微更准确的着色。

代替计算不同的相交部，常用的用于确定相交部的另一方法被称为光线投射。光线可投射到网格，以确定何种网格被特定光线照射。光线投射方法不仅更慢而且损失一定的质量，因为仅被光线照射的三角形对着色有贡献。光线投射方法可给出关于深度的信息，且如果需要考虑模型的内部进行操作则可更有帮助。

再次参见图21，步骤S2的网格-体素转换通常实现中空体，因为仅与表面网格相交的体素被用颜色标记。在一些情况下，希望的是还将颜色映射到内部体素上，而在其他情况下，希望的是不填充体素模型。例如，有时模型应该是空的，例如在模型代表中空对象时，例如球。而且，会花费更多时间来计算模型的内侧容积且还会影响模型中砖块的量。这使得所有随后步骤更慢，因为要处理更多的信息。另一方面，有时，尤其是如果创建风景，则期望模型是满的，而不是仅是中空壳。

因而，在随后的可选步骤S3中，该过程可以用颜色信息填充内部非表面体素。在试图填充模型时面对的主要困难是通常难以检测应该被填充的体素是在模型的内侧还是外侧。在体素世界中的光线投射不总是能提供期望的结果，因为如果体素光线与2个体素相交，则不意味着两个相交点之间的所有体素都在模型内。如果2个体素例如包含非常薄的三角形，则同一体素可代表出和入。

在该网格上的光线投射在计算方面成本相当昂贵且有时不准确，或其可以准确但是将更加昂贵，且因此基于体素的方案能得到更好的特性。

计算模型的外表面将显著地更容易，因为该过程可以通过体素世界的边界开始。如果那些点全被选取，则所有的一切都在内部。对于因为三角形相交而未被占据的每个体素，可开始对与该点进行连接的每个点标记为外部点。该过程可递归进行，且其可填充模型的整个外部。

在边缘被标记且外部被标记的情况下，体素空间中的未被标记的一切(仍然保持0的值)是在模型内部。

现在，通过任何轴线可进行体素光线投射以射出光线，且可填充在任何未被占据的体素中。当前，与入射光线相交的体素的颜色用于为内部着色。因为网格没有保持关于应该如何对内部着色的信息，所以该着色可被改变为是应用专用的。

在随后的可选步骤S4中，所创建的体素表现可以被后处理，例如剪裁。例如，这种后处理是期望的，以便使得体素表现更适用于转换为虚拟玩具构造模型。例如，具有被称为LEGO类型的玩具构造元件通常具有联接钮。在通过网格限定的体积不太大时，额外钮会对模型的总体外观造成巨大差异。因此，对于体积小于一定体积的本体，可以使用额外的剪裁处理。例如，最小容积可以被选择为1000个体素或另一合适的极限。

剪裁过程去除了另一体素顶部上的体素；如果仅存在一个自由存在的体素，则其也被去除。因为LEGO砖块也具有连接到其他砖块的钮，所以能实现这一点。因为顶上的最后一块砖块的钮是突出的，所以其可标志另一体素，但是可能不想要将砖块放置在该处，因为这将使得现有的小模型变得更加杂乱。为此，额外的剪裁过程可以可选地用于小模型。当然，其还可用在更大的模型上，但是这将引入可能无法提供可观察结果的额外操作。

剪裁过程可以例如如下执行：对于每个被占据的体素，该过程检查在顶上是否存在被占据的体素；如果没有，则其标记出被占据的体素以用于删除。单独的体素或最顶部的体素将以这种方式被去除。顶上的体素被收集且全部同时去除，因为如果它们自身被去除，则下方的体素可成为最顶部的体素。

在体素空间被装填(且可选地被剪裁)之后，或者仅是轮廓或者还包括内部，则该过程的一些实施例可以直接基于体素表现形成虚拟环境，而其他实施例可以形成如在本文所述的玩具构造模型。

因而，在随后的步骤S5中，该过程解析体素空间且创建砖块(或其他类型玩具构造元件)的数据结构，例如目录。应理解，如果期望虚拟环境的原始体素表现，则该过程的替换实施例可以跳过该步骤。

为了获得可放置的砖块，使用砖块进化模型，即以最小可能砖块(3024，在上述例子中的1x1板)开始且寻求从同一位置开始匹配更大的一种过程。因此初始最小可能砖块进化为其他类型砖块。这可以基于砖块类型(或其他类型的玩具构造元件)的等级迭代执行。选择不同砖块，以进化为具体的其他砖块。为此，该过程可以通过树结构代表可能的进化路径。在置放砖块时，该过程将尝试使得砖块进化，直到不能再进化，因为其不能进化成其他砖块或因为没有具有其可针对性地进行进化的具有相同颜色的体素。

其例子可以是：1x1板置于原点处。将尝试通过寻找是否在其上方存在具有相同颜色的2个体素而尝试进化为1x1砖块。假定存在仅一个且因此其不能沿该方向进化，则该过程将随后尝试在任何2个位置将砖块进化为1x2板(通常，围绕UP轴线旋转90度)。如果砖块能进化为1x2板，则该过程将继续，直到其超出空间或进化可能性。在一个实施例中，所支持的形状为1x1板、1x2板、1x3板、1x1砖块、1x2砖块、1x3砖块、2x2板、2x2砖块，但是可在替换实施例中引入更多或其他形状。.

在砖块的砖块进化完成之后，该过程在被进化的砖块所占据的位置清理体素空间。进行这项工作是为了避免在该位置放置其他砖块。过程随后将进化的砖块添加到砖块目录。

由此获得的砖块目录含有关于如何在数字世界中用数字颜色表现砖块的信息。

可选地，在随后的步骤S6中，该过程修改所创建的玩具构造模型，例如通过改变属性，添加游戏控制元件和/或类似物，如在本文所述的。这种转换可以至少部分地基于真实世界场景的所检测物理特性执行，例如如上所述。

在随后的步骤S7中，该过程创建代表玩具构造模型的合适的输出数据结构。例如，在一个实施例中，砖块可以被转换成适于被表达为LXFML文件的砖块。这意味着，变换矩阵会需要被计算，且可选地颜色会需要被转换为从预定颜色调色板选择的有效颜色(如果未在前述步骤中完成的话)。

转换矩阵可以构造为包含作为四元数的旋转、位置和缩放比例(例如参见http://www.euclideanspace.com/maths/geometry/affine/matrix4x4/可得到关于矩阵的更详细的信息，且参见http://www.euclideanspace.com/maths/geometry/rotations/conversions/quaternionToMatrix/可得到关于四元数变换的信息)。所有砖块最后可以以以合适的数据格式书写，例如以针对LXMF个的情况如上所述的方式。

参考图28、29A-B和30，将描述用于从物理模型创建虚拟游戏环境的该过程的另一实施例。具体说，图28显示了用于从物理模型创建虚拟游戏环境的过程的另一实施例的流程图，且图29A-B和30显示了根据进一步实施例从物理模型创建虚拟游戏环境的步骤的例子。

在初始步骤S2801，该过程获得扫描数据，即物理模型的数字三维表现，例如通过如在本文所述的相机或其他捕捉装置扫描物理模型而获得的。数字三维表现可以是如在本文所述的表面网格的形式。图29A示出了用于从场景的物理模型创建虚拟模型的扫描步骤的例子。场景的物理模型包括布置在桌面或相似游戏区域上的物理对象2902和2903。移动装置2901沿扫描轨迹运动同时捕捉物理模型的图像/扫描数据。在该例子中，物理对象包括多个日常的对象2902和汽车的物理玩具构造模型2903。

在步骤S2802，该过程将一个或多个物理对象识别为已知物理对象。为此，该过程对已知物理对象的库2801访问，例如是数据库，其包括每一个已知目标的数字三维表现，和可选地例如要被指定给这些对象的虚拟版本的额外信息(例如功能属性、行为属性、能力等)。在图29A-B的例子中，该过程将物理玩具构造模型2903识别为已知玩具构造模型。

在步骤S2803中，该过程从对应于识别对象的网格去除三角形(或其他几何元件)，由此在表面网格中创建孔。

在步骤S2804中，该过程通过创建填充了孔的三角形而填充所创建的孔。由所创建的三角形表示的形状和颜色可以通过对围绕孔的表面进行差值计算而确定。替换地，所创建的表面可以代表模拟所去除对象的阴影或余辉的颜色。

在随后的步骤S2805中，该过程基于由此改变的网格，例如通过执行图21的过程而创建虚拟环境。

在随后的步骤S2806中，该过程基于从已知对象的库检索的信息而创建虚拟对象。例如，虚拟对象可以被创建为玩具构造模型的数字三维表现。虚拟对象可以随后插入到在网格已经改变的位置处(即在对象已经被识别的位置处)的所创建虚拟环境。虚拟对象由此不仅仅是所创建的风景或环境的一部分，而是可以在虚拟环境中运动和/或以其他方式与所创建环境互动的虚拟对象(例如虚拟物品或人物)。图29B示出了所创建的虚拟环境的例子，在该虚拟环境中，通过如在本文所述的虚拟玩具构造模型2912表现真实世界场景的物理对象2902。另外，代表所识别汽车的虚拟对象2913被置于虚拟环境中，作为可以响应于用户输入而在虚拟环境中运动的用户可控虚拟对象。图29的虚拟环境被存储在移动装置上或远程系统上，例如存储在云中，以便甚至在用户不再位于物理模型附近时或在物理模型不再存在时也允许用户使用虚拟环境进入数字游戏。应理解，该过程还可以在增强现实的情况下执行，其中虚拟环境在用户捕捉物理模型的图像的同时被实时地显示，例如图30所示。

图31显示了用于从物理模型创建虚拟游戏环境的过程的另一实施例的流程图。

在初始步骤S3101中，该过程获得扫描数据，即物理模型的数字三维表现，例如通过如在本文所述的相机或其他捕捉装置扫描物理模型而获得的。数字三维表现可以是如在本文所述的表面网格的形式。

在步骤S3102，该过程将一个或多个物理对象识别为已知物理对象。为此，该过程访问已知物理对象的库3101，例如一种包括信息的数据库，例如是关于预定主题的信息或与所识别对象相关并应该被其触发的转换规则。

在随后的步骤S3103中，该过程基于由此改变的网格创建虚拟环境，例如通过执行图21的过程。

在随后的步骤S3104中，该过程通过应用从库确定的且与所识别的对象相关的一个或多个转换规则而修改所创建的虚拟环境。

应理解，在一些实施例中，过程可以响应于识别物理对象而如针对图31所述那样修改虚拟环境以及如针对图28所述的那样通过相应的虚拟对象更换所识别的对象。

本文所述的方法的实施例可通过包括几种不同元件的硬件和/或至少部分地通过适当地编程的微处理器实施。

在枚举若干方案的权利要求中，这些方案中的一些可以通过一个且相同的元件、部件或项目实施。在互相不同的从属权利要求所引用或在不同实施例中所述的某些手段并不表明这些手段的组合这一事实不能被优选使用。

应强调，术语“包括”在本说明书中使用时是指所述特征、元件、步骤、或部件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、元件、步骤、部件或其组合的存在和添加。

Claims (24)

1.一种从物理对象创建虚拟游戏环境/场景的方法，该方法包括：

-选择一个或多个物理对象；

-使用所选择的物理对象提供游戏环境/场景的物理模型；

-使用捕捉装置至少部分地扫描物理模型，以获得物理模型的数字三维表现，所述数字三维表现包括关于预定物理特性的信息；

-将物理模型的数字三维表现转换为由虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型；和

-在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件，其中根据关于预定物理特性的信息限定所述游戏控制元件，由此创建虚拟游戏环境/场景。

2.如前述任一项权利要求所述的方法，其中捕捉装置包括适于捕捉三维图像数据的测距/深度敏感相机。

3.如前述任一项权利要求所述的方法，其中扫描包括通过捕捉装置使用目标场景的增强现实显示将物理模型确定为目标。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中扫描包括让捕捉装置围绕物理模型运动，同时从不同观察点捕捉一系列图像。

5.如前述任一项权利要求所述的方法，其中一个或多个物理特性是一个或多个直线尺寸、形状和/或颜色。

6.如前述任一项权利要求所述的方法，其中关于预定物理特性的信息关联于数字三维表现中的与相关物理对象的位置对应的位置。

7.如前述权利要求所述的方法，其中虚拟玩具构造模型是给定缩放比例的物理模型的表现，其中给定缩放比例优选为1：1。

8.如前述任一项权利要求所述的方法，其中转换包括：

-将物理对象中的至少一个识别为已知物理对象；

-响应于所识别的物理对象创建虚拟玩具构造模型。

9.如权利要求8所述的方法，其中响应于所识别的物理对象创建虚拟玩具构造模型包括，创建虚拟玩具构造模型作为修改场景的表现，所述修改场景对应于去除了所识别的物理对象的游戏环境/场景的物理模型；并且其中限定游戏控制元件包括：

-创建与所识别的物理对象相关的虚拟对象；和

-将所创建的虚拟对象的表现置于所创建的虚拟游戏环境中。

10.一种以循环方式进行互动游戏的方法，每一个循环包括：

-根据前述权利要求中任一项从物理对象创建虚拟游戏环境/场景；

-在虚拟游戏环境/场景中进行一个或多个游戏段落；和

-响应于游戏进行的结果，启动新的循环。

11.一种互动游戏系统，包括捕捉装置、适于显示通过捕捉装置捕捉的图像数据的显示器、适于存储所捕捉数据的数据存储器、用于处理器的编程指令、以及处理器，所述存储器被编程为直接或间接地与捕捉装置互动或作用于直接或间接地从捕捉装置接收的图像数据，其中互动游戏系统配置为：

从捕捉装置接收扫描数据，所述扫描数据表示游戏环境/场景的物理模型，所述物理模型包括一个或多个物理对象；

创建物理模型的数字三维表现，所述数字三维表现包括关于一个或多个物理对象的一个或多个物理特性的信息；

将物理模型的数字三维表现转换为由虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型；和

在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件，其中使用关于物理特性的信息限定游戏控制元件，由此创建虚拟游戏环境/场景。

12.如权利要求11所述的互动游戏系统，其中捕捉装置、数据存储器、处理器和显示器整合在单个移动装置中，例如平板电脑，便携计算机，或移动电话。

13.一种用于从真实世界场景创建虚拟游戏环境的方法，该方法包括：

-获得真实世界场景的数字三维表现，真实世界场景包括多个物理对象，数字三维表现代表通过捕捉装置对真实世界场景进行的至少部分扫描的结果；

-从数字三维表现创建虚拟游戏环境；

其中创建虚拟游戏环境包括：

-将物理对象中的至少一个识别为已知物理对象；

-响应于所识别的对象，创建虚拟游戏环境。

14.如权利要求13所述的方法，其中响应于所识别的物理对象创建虚拟游戏环境包括：

-创建与所识别的物理对象相关的虚拟对象；

-创建虚拟游戏环境作为修改场景的表现，所述修改场景对应于去除了所识别物理对象的真实世界场景；

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括将所创建的虚拟对象的表现置于所创建的虚拟游戏环境中。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中数字三维表现的一部分代表所识别物理对象；且其中将虚拟游戏环境创建为修改场景的表现包括：

-检测数字三维表现的代表所识别物理对象的所述部分；和

-将经检测的部分用修改部分代替，所述修改部分代表没有所识别对象的修改场景。

17.如权利要求13到16中任一项所述的方法，其中响应于所识别物理对象创建虚拟游戏环境包括：响应于所识别物理对象，创建游戏环境的除了代表所识别物理对象的部分以外的至少一部分。

18.一种创建对象的数字三维表现的计算机实施的方法，该方法包括：

-接收对象的表面的数字三维表现，所述表面的数字三维表现包括至少一个表面元件，所述表面元件包括边界和被所述边界围绕的表面区域；

-将表面映射到多个体素上；和

-从所识别的体素创建对象的数字三维表现；

其中映射包括：

-对于每一个表面元件，限定所述表面元件中的多个点，其中所述多个点的至少一个子组位于表面元件的表面区域中；

-将所述多个点的每一个映射到相应体素上。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述多个点限定三角形平面网格，该三角形平面网格具有作为三角形平面网格的网格点的多个点，其中网格的每一个三角形具有不大于体素的最小直线范围的最小边和不大于该最小直线范围的两倍的最大边。

20.如权利要求18或19所述的方法；其中表面元件是三角形且多个点通过以下限定：

在三角形的第一边上选择第一系列的点；

对于第一系列的每一个点限定相关的直线，所述直线连接所述点和三角形的与第一边相对的角；和

对于每一个相关直线，在所述直线选择一系列其他点。

21.一种用于识别一组预定颜色中的目标颜色的计算机实施的方法，所述目标颜色代表输入颜色；所述方法包括:

-在三维颜色空间中表示输入颜色和所述一组预定颜色中的每一个颜色，其中该一组颜色中的所有颜色位于具有原点和半径的球中；

-从所述一组预定颜色中确定当前候选颜色；

-分析所述一组预定颜色的子组以识别来自所述一组预定颜色的该子组的更新候选颜色，其中相比于当前候选颜色，更新候选颜色具有距所述输入颜色的更小的距离，且其中所述一组预定颜色的该子组仅包括所述一组预定颜色中的与原点相距一定距离的颜色，所述一定距离不大于输入颜色和原点之间的距离与输入颜色和当前候选颜色之间距离之和。

22.一种从物理对象创建虚拟游戏环境/场景的计算机实施的方法，该方法包括：

-获得通过捕捉装置捕捉的游戏环境/场景的包括多个物理对象的物理模型的至少部分扫描，以获得物理模型的数字三维表现，所述数字三维表现包括关于物理模型的一个或多个物理特性的信息；

-将物理模型的数字三维表现转换为由虚拟玩具构造元件构成的虚拟玩具构造模型；和

-在虚拟玩具构造模型中限定游戏控制元件，其中根据关于预定物理特性的信息限定所述游戏控制元件，由此创建虚拟游戏环境/场景。

23.一种数据处理系统，配置为执行如权利要求13到22中任一项所述的方法的步骤。

24.一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码适于在被数据处理系统执行时使得所述数据处理系统执行权利要求13到22中任一项所述的方法的步骤。