CN109196303A - 玩具扫描仪 - Google Patents

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Abstract

一种用于获取实体物体的3D数字表示的系统，该系统包括：扫描站，其包括用于接收实体物体的物体支撑件；图像捕捉装置，能操作为在实体物体置于物体支撑件上时捕捉实体物体的两个或更多图像，其中两个或更多图像是从相对于实体物体的不同观察点获取的；和处理器，配置为处理被捕捉的两个或更多图像并创建实体物体的3D数字模型。

Description

玩具扫描仪
技术领域
本发明涉及玩具增强游戏系统，例如包括具有玩具构造元件的系统，该构造元件具有用于可释放地将玩具构造元件彼此互连的联接构件。具体说，本发明涉及用于获得物理物体的3D数字表示的方法和设备，
背景技术
玩具构造系统已经存在了数十年。近年来，简单的箱形构建块已经得到其他构造元件的补足，该其他构造元件具有特定外观或机械或电功能，以增强游戏价值。这种功能例如包括马达、开关和灯，而且还包括可编程处理器，其从传感器接收输入并可响应于接收的传感器输入而启用功能元件。
已经做出许多尝试来通过实体玩具控制虚拟游戏。
例如，US2011/298922公开了用于提取图像实体物体图像的系统。提取的图像可在显示装置上以数字方式表示作为虚拟世界或视频游戏的一部分，其中约束虚拟世界和/或视频游戏的物体是从设置在实际世界中的构造而设计并建造的。然而，在许多视频游戏或其他虚拟环境中，期望的是提供三维虚拟物体。
US2016/0067628公开了用于扫描玩具的扫描仪。
根据至少一个方面，其期望提供一种系统，允许用实体玩具构造模型以用户友好且可靠准确的方式形成三维虚拟物体。具体说，期望的是提供这样一种设备，其易于使用并提供3D表示，以准确地展示实体玩具构造模型的3D形状。通常期望的是这种设备在例如振动或其他干扰和/或其他因素存在时更鲁棒。
发明内容
根据第一方面，本文公开了一种玩具构造系统，包括：
-多个玩具构造元件，其每一个包括一个或多个联接构件，所述一个或多个联接构件配置为用于将玩具构造元件可拆卸地彼此互连，以便形成玩具构造模型；
-扫描站，包括用于接收实体物体的物体支撑件，特别是用一个或多个所述玩具构造元件构造的玩具构造模型；
-传感装置，能操作为在实体模型被置于物体支撑件上时捕捉从实体物体而来的辐射；其中扫描站和/或传感装置配置为使得传感装置在相对于实体物体的不同观察点处接收辐射；
-接口，配置为将表明被捕捉辐射的信号传递到处理器以用于处理被捕捉的辐射和用于形成实体物体的3D数字表示。
因此，例如玩具构造模型这样的实体物体的一个或多个被捕捉图像可以用作用于在虚拟环境中产生具有用户限定外观的虚拟物体的基础。用户可以创建物理玩具构造模型或以其他方式选择或创建与用作在计算机产生的虚拟环境中的虚拟物体的项目类似的实体物体。因为用户可以从玩具构造元件选择、创建或建造这些物体，所以用户在如何构造物体方面有很大自由度。而且，该系统在影响虚拟环境中虚拟物体的期望外观方面为用户提供灵活、易于理解且易于使用的机制。在实体物体定位在物体支撑件上的同时扫描站从多个观察点捕获辐射时，可以获得物体的高质量3D表示。
在物体支撑件包括用于接收和保持物体的保持机构时，例如与玩具构造系统兼容的一个或多个联接构件，用户可以以容易同时有助于玩具构造模型在物体支撑件上的可靠、准确和可重现定位的方式将构造的模型连接到物体支撑件。例如，在物体支撑件或传感装置运动以从相对于玩具构造模型的不同观察点捕捉辐射时，降低了不当地改变玩具构造模型相对于物体支撑件的取向的风险。而且，可以减少玩具构造模型振动的有害效果。因而，在一些实施例中，物体支撑件包括与玩具构造系统兼容的一个或多个联接构件。一个或多个联接构件配置为接合玩具构造元件的一个或多个的一个或多个联接构件且配置为用于可拆卸地将玩具构造模型的所述多个玩具构造元件中的一个或多个连接到物体支撑件。
物体支撑件可以包括转台，该转台配置为围绕旋转轴线旋转，以便允许传感装置从相对于实体物体的不同观察点捕捉辐射。例如，在传感装置包括一个或多个图像捕捉装置时，传感装置可以从相对于置于转台上的实体物体的不同观察点捕捉多个图像。因此，从实体物体的不同部分而来的辐射可以以受控的方式被捕捉。转台可以包括标记，例如沿转台的周向，其处理器可以配置为例如基于一个或多个捕捉图像确定与捕捉图像关联的转台的角位置。处理器可以进一步被配置为检测转台相对于传感装置的倾斜或其他位移，以便允许计算相对于玩具构造模型的相应观察点，辐射(例如相应图像)已经从该观察点被捕捉。例如，这种确定可以通过一结构由动作技术(motion technique)执行。
在一些实施例中，物体支撑件包括物体支撑基部和可拆卸的支撑元件，例如支撑元件形成为玩具构造元件中的一个或用玩具构造元件中的两个或更多构造。物体支撑基部可以是静止或可动的平台，例如转台。支撑元件可以可拆卸地连接到物体支撑基部且包括配置为用于可拆卸地将玩具构造模型的一个或多个玩具构造元件连接到物体支撑件的所述一个或多个联接构件。因而，玩具构造模型可以构造在支撑元件的顶部上，例如基部板或台座。玩具构造元件可以随后牢固地置于物体支撑基部(例如转台)上被随后从其去除。在许多情况下，用户构建复杂且有时十分脆弱的模型。在支撑元件上构建模型有助于处理玩具构造模型，例如从物体支撑基部附接和分离，同时降低意外地损坏玩具构造元件的风险。而且，支撑元件也可以用作立架或台座，用于存储或显示模型。支撑元件也可以允许玩具构造元件布置为高于物体支撑基部顶表面，由此允许传感装置从玩具构造模型的向下取向的表面捕捉辐射，这又有助于创建更准确的3D表示。在用玩具构造元件构造支撑元件时，不同支撑构件，例如具有不同高度或不同形状或尺寸的支撑构件可以容易地被形成为容纳不同模型。
处理器可以配置为检测物体支撑件并将其从所创建的3D表示省略。例如，检测可以基于物体支撑件的一个或多个已知性能执行，例如已知颜色、纹理、形状、尺寸等或其组合。在一些实施例中，处理器可以提供用户界面，允许提供用户协助来去掉物体支撑件，例如通过允许用户在3D表示中点掉物体支撑件。
在一些实施例中，支撑元件包括台座，其中配置为用于可释放地将玩具构造模型的一个或多个玩具构造元件连接到物体支撑件的所述一个或多个联接构件定位在台座的最上端。
在一些实施例中，支撑元件包括基部部分(例如基部板)且其中物体支撑基部包括保持构件，所述保持构件配置为接合和保持基部部分使之与物体支撑基部附接。例如，物体支撑基部可以包括凹部或其他接收部，其形状和尺寸被设置为贴合地接收基部部分。物体支撑基部可以包括用于防止实体物体在扫描过程期间移位的保持机构，例如夹持机构、滑雪靴式机构、卡销类型机构等。保持机构例如可以包括可滑动、可枢转或以其他方式运动的锁定构件，其可以在打开位置和锁定位置之间运动。在锁定构件处于其打开位置时，支撑元件可以被置于转台上的操作位置和从物体支撑基部去除。在锁定构件处于其锁定位置时，支撑元件在物体支撑基部上保持就位且防止滑动或来回摆动(例如是由于物体支撑基部或传感装置的运动造成的)。在一些实施例中，保持机构包括弹簧偏压的锁定构件。在一些实施例中，物体支撑基部包括用户可启用的释放构件，其配置为在被启用时使得保持机构脱开。例如，释放构件可以是滑动件、按钮、杆等。在一个实施例中，释放构件包括通过物体支撑基部的一部分形成的按钮。例如，在物体支撑基部包括转台的实施例中，按钮可以形成为部分或甚至完全围绕转台的旋转轴线，由此允许用户启用释放构件，而不管转台的当前角位置如何。
在一些实施例中，物体支撑件包括转台和用于操作转台的驱动机构。驱动机构可以是手动的，例如通过杆、轮、曲柄等由用户启用，且包括合适驱动系，例如包括轮、传动带等。在一些实施例中，驱动机构是马达驱动的，例如可手动控制或通过处理器或传感装置控制的。
在驱动机构至少部分地用所述玩具构造元件构造时其由此允许玩具构造系统的玩具构造元件再使用且有助于由对玩具构造系统具有先前经验的用户构造驱动机构。
传感装置可以包括一个或多个传感器，其检测光或其他形式的电磁辐射，例如通过传感装置视野中的实体物体的表面反射的光或其他电磁辐射。传感装置可以包括传感器阵列，例如CCD芯片，或单个传感器(其能操作为扫过视野)，或被扫描的多个传感器的组合。因此，实体物体可以是无源的，其不需要主动发出任何声音、光、无线信号、电信号等。而且，传感装置能操作为以非接触的方式捕捉图像，而不建立任何电接触、通信接口等。
在一些实施例中，感装置包括图像捕捉装置，其能操作为在实体物体置于物体支撑件上时捕捉实体物体的两个或更多图像，其中从相对于实体物体的不同观察点获取所述两个或更多图像。每一个图像可以是照片或图像捕捉装置视野的另一形式的二维表示，该表示允许确定视野中物体的形状和/或颜色和/或尺寸。图像可以包括2D像素阵列或其他阵列元件，每一个阵列元件代表与视野中的点或方向关联的感测信息。感测信息可以包括所接收辐射或波的强度、所接收辐射或波的频率、距离图、偏置图、表面法线图、和/或其他合适的感测量。
因而，图像捕捉装置可以包括对可见光、红外光和/或诸如此类做出响应的一个或多个数字相机。例如，图像捕捉装置可以包括在相对于物体支撑件的相应观察点处(例如在相对于物体支撑件的相应高度处)经调试的两个数字相机。图像捕捉装置可以包括一个或多个深度摄像头，其能操作为相对于摄像头位置在视野中检测相应点的距离信息。传感装置的一些实施例可以包括激光器。在一些实施例中，图像捕捉装置配置为捕捉除了光强度数据(例如RGB数据)以外的深度信息。在一些实施例中，图像捕捉装置配置为捕捉表明数码相机视野中一个或多个表面的表面法线的信息。例如，图像捕捉装置可以配置为获得接收光的偏振数据。图像捕捉装置和/或处理器可以配置为从获得的偏振数据确定局部表面法线。捕捉的表面法线也可以基于转台相对于摄像头的经检测倾斜或其他位移而转换为世界坐标系。能检测表面法线的摄像头传感器的例子包括US专利no.8,023,724中公开的系统。用于确定表面法线的其他技术的例子包括Wan-Cun Ma等人的“Rapid Acquisition ofSpecular and Diffuse Normal Maps from Polarized Spherical GradientIllumination”,Eurographics Symposium on Rendering(2007),Jan Kautz和SumantaPattanaik(编辑)中所述的技术。传感装置可以输出模拟或数字信号，其表明例如一个或多个捕捉图像的被捕捉的辐射，例如作为数字图像或其他数据图，作为视频流，和/或诸如此类。
物体支撑件可以布置为相对于传感装置可动和/或传感装置可以布置为相对于物体支撑件可动。
具体说，在一些实施例中，传感装置相对于物体支撑件可动地布置，其又可以相对于基部板或相似支撑件固定。在一些实施例中，传感装置可以布置为围绕物体支撑件旋转，例如围绕垂直轴线，该垂直轴线可以对准物体支撑件的中心。替换地或另外地，传感装置可以相对于物体支撑件运动到不同高度。
在一些实施例中，扫描站包括可旋转构件，其配置为围绕旋转轴线旋转。可旋转构件可以包括一个或多个摄像头，其布置为与旋转轴线相距一径向距离且面对旋转轴线。例如，可旋转构件可以包括在不同轴向位置处的单个摄像头或多个摄像头。一个或多个摄像头可以相对于可旋转构件静止或相对于可旋转构件运动连接，例如至少沿通过可旋转构件限定的轴向方向。可旋转构件也可以包括一个或多个背景部分，其布置为与旋转轴线相距一径向距离，使得背景部分在一个或多个摄像头中的一个或多个的视野中限定背景表面。在一些实施例中，背景部分至少相对于旋转轴线布置在与摄像头沿直径方向相对的位置。可旋转构件可以包括限定空穴的周向壁，该空穴用于接收实体物体且配置为围绕突出通过所述空穴的旋转轴线旋转；具体说，周向壁可以至少部分地围绕旋转轴线。物体支撑件可以至少部分地延伸到空穴中，以便为置于所述空穴中的物体提供静止支撑同时周向壁围绕物体旋转。传感装置连接到周向壁，例如朝向旋转轴线径向地面向内。在一些实施例中，可旋转构件可以是大致杯状或圆顶形状或圆柱形状或形成为一接收部，该接收部配置为接收要被扫描的物体。可旋转构件可以由此限定部分或完全围绕旋转轴线且限定空穴的周向壁，该空穴用于接收物体，使得周向壁围绕定位在旋转壁所限定的空穴中的物体而旋转。一个或多个摄像头可以布置在接收部的周向壁处且壁的相对部分限定背景部分。接收部可以设置有盖，以便限定基本上围绕要被扫描的物体的包封物。可旋转构件可以布置为围绕静止平台旋转，该静止平台布置使得可旋转构件的旋转轴线突出通过平台，例如正交于平台。要被扫描的物体可由此定位在平台的顶部上，使得物体被通过可旋转构件限定的周向壁周向地围绕。可旋转构件可以被驱动机构手动驱动，如相对于转台在本文所述的。替换地，可旋转构件可以被马达驱动。可旋转构件也可以包括用于对通过可旋转构件限定的空穴中定位的物体进行照明的光源。
处理器可以执行用于基于捕捉的辐射(例如基于捕捉图像)创建3D数字表示的多阶段过程中的多个阶段。在一些实施例中，该过程使用用于传感器姿态估计的合适方案，例如基于布置在转台上的非重复的彩色图案，所述图案经历宏观图像处理和/或经历距离-边缘测量。其他实施例可以使用标记。
因而，处理器可以适于从光强度数据和/或从其他感测数据(例如深度数据，例如一个或多个深度图的形式)、从偏振数据和/或表面法线数据或其组合创建3D数字表示。该过程可以使用来自动作技术、空间雕刻技术或其他合适技术的结构。如果传感器提供经检测表面法线的域(field)，则这些可以用于检测标记特征，例如具有沿表面法线方向突然改变的边缘或角部或其他特征，用于在来自动作过程的结构中使用。在其他实施例中，经检测的表面法线可以用于将物体的体元表示(例如通过空间雕刻过程获得)转换为准确表面网格。通常，3D数字表示可以包括任何合适类型的表示，例如多边形表面网格、体元表示等或其组合。
因此，多个实体物体的捕捉图像(例如玩具构造模型的实体)可以用作产生具有三维数字表示的虚拟物体的基础，所述三维数字表示准确地对应于实体物体的3D形状。基于捕捉图像，该过程可以随后自动地创建包括其三维表示的虚拟物体。
物理玩具构造模型的捕捉图像可以被用作用于在虚拟环境中产生虚拟物体的基础，该虚拟物体具有用户限定的外观。用户可以创建物理玩具构造模型，其类比被用作计算机产生的虚拟环境中的虚拟物体的物体。因为用户可以从玩具构造元件建造这些物体，所以用户在如何构造物体方面有很大自由度。而且，该系统在影响虚拟环境中虚拟物体的期望外观方面为用户提供灵活、易于理解且易于使用的机制。
在一些实施例中，扫描站包括基部。基部可以被设置为单独部件，物体支撑件和/或传感装置和/或其他部件可以经由基部的合适联接构件与其可拆卸地附接。因而，不同类型的扫描装置和/或物体支撑件和/或其他部件可以连接到基部，例如根据不同需要定制扫描站。进一步的优势是扫描站可以被容易地拆卸，例如有助于存储或运输。替换地，传感装置和/或物体支撑件和/或其他部件可以与基部整体形成。基部可以具有基部板的形式。
在一些实施例中，基部包括物体支撑件联接构件，物体支撑件可可拆卸地连接到该物体支撑件联接构件。具体说，在物体支撑件包括转台时，物体支撑件联接构件可以配置为接收转台，使得转台绕旋转轴线可旋转。基部可以进一步包括一个或多个联接构件，用于附接用来驱动转台的驱动机构的一个或多个部件。在驱动机构用玩具构造系统的玩具构造元件构造时，用于附接驱动机构的部件的联接构件可以是与玩具构造系统的联接构件兼容的联接构件。因此，这允许构造出不同类型的驱动机构。例如，用户可以将手动驱动机构更换为马达驱动的驱动机构。
在玩具构造系统包括两个或更多物体支撑件(其每一个选择性地和可拆卸地连接到物体支撑件联接构件)时，用户可以选择不同的物体支撑件，例如具有不同高度的物体支撑件，具有联接构件的不同构造和/或以其他方式适于不同实体物体和/或与不同类型的驱动机构兼容的物体支撑件。
在一些实施例中，基部包括一个或多个传感器联接构件，用于以相对于转台的预定位置和取向接收传感装置。因而，传感装置可以包括一个或多个相应配合联接构件，用于例如以与物体支撑件的预定空间关系且在物体支撑件处于传感装置的视野中的情况下，将传感装置可拆卸地连接到基部。传感器联接构件可以与玩具构造元件的联接构件或不同类型的联接机构兼容。例如，传感装置可以通过滑雪靴类型联接、卡销类型联接或其他合适联接机构而连接基部。在一些实施例中，传感装置可以可动地(例如可旋转地)联接到基部。为此，传感装置可以被驱动机构驱动，该驱动机构可以用玩具构造元件构造，例如针对可动物体支撑件的情况所述的。
在一些实施例中，基部包括一个或多个联接构件，用于可拆卸地附接一个或多个背景构造元件，所述一个或多个背景构造元件配置为在被传感装置观察时例如从通过传感器联接构件或通过整体形成的传感装置限定的所述预定位置和取向形成背景部分。例如，具有不同尺寸和/或形状和/或具有不同表面性能(例如颜色或纹理)的背景元件可以选择性地连接到扫描站，这取决于期望应用。背景可以以铰接或可滑动的方式或其他可动方式连接到基部，以便允许背景部分在操作位置和卸载位置之间运动，在操作位置中其用作背景，且在卸载位置，有助于进行对物体支撑件的容易操作，例如用于定位或去除实体物体。
在一些实施例中，基部配置为向可拆卸地连接到基部的一个或多个部件提供功率。为此，基部可以包括一个或多个电连接件，用于连接传感装置和/或转台马达、照明装置和/或诸如此类的配合连接件。电连接件(一个或多个)可以从联接构件分离，用于实体地将这些部件附接到基部，或电连接件可以整合到联接机构中。作为电源的替换或附加，基部可以包括控制单元，用于控制传感装置和/或转台驱动机构和/或用于对要被扫描的物体和/或背景进行照明的照明系统。替换地或另外地，基部可以配置为从传感装置接收传感器信号并将接收的传感器信号转发到处理器，可选地是在执行了一个或多个信号或数据处理步骤之后。为此，基部可以包括所述接口，所述接口配置为将表明被捕捉的辐射的信号传递到处理器。
在一些实施例中，扫描站包括背景部分，该背景部分配置为在被传感装置观察时形成背景。背景部分可以形成为扫描站的整合部分或其可以形成为例如可附接到扫描站的基部的一个或多个单独部件。背景部分可以限定面对传感装置的背景表面。背景表面可以具有合适的表面结构和/颜色和/或图案，以便限定可在被传感装置捕捉的图像中被处理器容易地检测的预定背景。在一些实施例中，背景部分形状和大小设置为限定最大模型空间，该最大模型空间足够小以能被传感装置完全捕捉。例如，背景部分可以限定背景表面，其以距所述轴线的径向距离至少部分地围绕转台的旋转轴线，所述径向距离沿径向方向限定要被扫描的物体的最大尺寸。在一些实施例中，背景部分限定背景表面，该背景表面大致形成为部分圆柱体，例如沿圆柱体的纵向轴线切开的半圆柱体。在一些实施例中，背景部分还包括顶部覆盖件，该顶部覆盖件限定要被扫描的物体的最大高度(即沿转台的旋转轴线)。通过背景部分限定的最大尺寸可以根据传感装置的操作视野选择。在一些实施例中，扫描站甚至可以包括壳体，该壳体配置为容纳传感装置、物体支撑件和要被扫描的实体物体。这种壳体可以可拆卸地布置为或配置为打开，以便允许物体置于物体支撑件上和从物体支撑件去除。壳体还限定背景表面，且可以配置为在扫描过程期间提供良好的照明条件，例如通过抵抗环境光屏蔽物体和/或背景和/或传感装置。
在一些实施例中，扫描站可以包括一个或多个光源，用于对背景表面照明。光源可以由传感装置和/或扫描站的基部供电，例如经由电接触部或通过在传感装置或基部中提供光源和通过将光经由一个或多个光导馈送到背景表面。在一些实施例中，光源配置为提供背景表面的均匀照明。
在一些实施例中，传感装置包括下成像装置和上成像装置；其中上成像装置配置为从比下成像装置的观察点更高的观察点捕捉一个或多个图像；例如，下成像可以配置为从不比物体支撑件的最上表面高的观察点捕捉一个或多个图像；上成像装置可以配置为从比物体支撑件的最上表面更高且比下成像装置的观察点更高的观察点捕捉一个或多个图像。在一些实施例中，传感装置包括所述接口，其配置为将表明被捕捉的辐射的信号传递到处理器。在一些实施例中，传感装置包括一个或多个辐射源，例如配置为对定位在转台上的物体进行照明的光源。光源可以包括LED、闪光灯或其他合适光源，例如激光器。照明可以是大带宽照明，例如使用白光，或利用经选择的窄频率带(例如经选择颜色)照明。照明可以配置为为物体提供变化的照明，例如用不同颜色的光、不同偏振状态的光、不同强度的光、从不同照明角度而来的光、图案光或其组合，例如以便在不同照明条件下获得传感器信号。替换地，图像捕捉装置能操作为检测通过物体反射的环境辐射。这里，术语“反射”目的是指响应于所接收的辐射或波进行的任何类型的无源发射(包括漫反射、折射等)。扫描站可以配置为在物体旋转的同时或在传感装置围绕物体运动(例如旋转)的同时捕捉从物体而来的辐射。替换地，物体可以旋转到多个个别角取向，且在物体以所述个别角取向保持静止时可以捕捉一个或多个图像。类似地，在一些实施例中，传感装置可以运动到多个个别观察点，且在传感装置保持静止在所述个别观察点时可以捕捉一个或多个图像。
3D数字表示可以与视频游戏或其他形式的虚拟环境中的虚拟物体关联。本文所述的各种方面可以用各种游戏系统实施，例如计算机产生的虚拟环境。通常，虚拟物体可以代表虚拟角色，例如人类角色、动物类角色、幻想生物等。替换地，虚拟物体可以是无生命的物体，例如建筑物、车辆、植物、武器等。在一些实施例中，在实体世界中无生命的虚拟物体(例如轿车)可以在虚拟环境中被用作赋予生命的虚拟角色。因此，在一些实施例中虚拟物体是虚拟角色，且在一些实施例中，虚拟物体是无生命的物体。
虚拟角色可以通过在虚拟环境中运动、通过与其他虚拟角色和/或存在于虚拟环境中的无生命的虚拟物体和/或与虚拟环境本身互动或一般性接触和/或通过在虚拟环境中发展(例如成长、老化、发展或失去能力、属性等)而呈现行为。通常，虚拟物体可以具有属性，例如能力，其影响游戏玩法或虚拟环境的其他进化。例如，轿车可以具有一定的最大速度，或物体可以具有确定虚拟角色是否或如何与虚拟物体互动的属性和/或诸如此类。
为此，处理器可以配置为指定虚拟属性，例如行为性属性(例如能力、需要、偏好、或虚拟物体的其他属性)或虚拟物体的其他游戏相关属性(例如基于检测到的实体物体的视觉属性，例如通过使用国际专利申请PCT/EP2015/062381中公开的机制)。
因此，处理器可以配置为执行计算机产生的虚拟环境，使得处理器产生虚拟环境并模拟虚拟环境随时间的进化，包括一个或多个虚拟角色的行为和/或虚拟环境中一个或多个虚拟物体的属性。出于本发明的目的，计算机产生的虚拟环境可以是持续的，即其可以持续进化并存在，甚至在没有用户与其互动(例如在用户访问之间)时也可以。在替换的实施例中，虚拟环境仅在用户与其互动时可以进化，例如仅在主动用户访问期间。虚拟物体至少可以部分地被用户控制，即处理器可以至少部分地基于接收到的用户输入而控制虚拟物体的行为。计算机产生的虚拟环境可以是单用户环境或多用户环境。在多用户环境中，多于一个的用户可以与虚拟环境同时互动，例如通过控制虚拟环境中相应的虚拟角色或其他虚拟物体。计算机产生的虚拟环境且特别是持续的多用户环境有时也称为虚拟世界。计算机产生的虚拟环境经常用在游戏系统中，其中用户可以控制虚拟环境中的一个或多个虚拟角色。被用户控制的虚拟角色有时也称为“玩家(player)”。应理解，本文所述的方面的至少一些实施例也可以用在并非游戏的情况。计算机产生的虚拟环境的例子可以包括但不限于视频游戏，例如技巧游戏、冒险游戏、动作游戏、实时策略游戏、角色扮演游戏、模拟游戏等或其组合。
在一些实施例中，多个玩具构造元件包括一个或多个标记构造元件，其可附接到传感装置视野中的玩具构造模型和/或扫描站。标记构造元件可以配置为容易地被传感装置识别，例如通过其颜色、形状、纹理、通过预定徽章、通过从标记构造元件发出的信号和/或诸如此类。
因而，处理器可以配置为，在所述一个或多个标记构造元件连接到传感装置的视野中的玩具构造模型或扫描站时，基于表明被捕捉辐射的信号，识别所述一个或多个标记构造元件；和将一个或多个属性指定给所创建的3D数字表示。例如，标记构造元件(一个或多个)可以限定虚拟物体的类型，例如创建的数字表示是否应该代表虚拟角色或无生命的项目、车辆、生物、非玩家角色等。标记构造元件(一个或多个)甚至可以限定角色类型、车辆、项目等。该信息可以由此被视频游戏使用，以例如确定动画过程、运动样式、行为特点、和/或诸如此类，其被用于所创建的3D数字表示。
在一些实施例中，用包括所述标记构造元件的所述玩具构造元件构造物体支撑件的至少一部分。在其他实施例中，系统可以包括标记元件，其不连接到物体支撑件或实体物体而是以其他方式定位在传感装置的视野，例如仅仅置于物体支撑件上或与物体支撑件接近或在背景上。
在一些实施例中，物体支撑件配置为使得一模型可以以相对于物体支撑件的不同取向和/或在物体支撑件上的不同位置处附接。在一些实施例中，不同取向或位置可以被传感装置检测，例如基于物体支撑件的可检测部分，例如标记。经检测的取向或位置可以随后被处理器使用以对所创建的3D数字表示指定属性，例如行为属性，例如动作方向、队伍资格等。
在一些实施例中，多个玩具构造元件包括一个或多个电子玩具构造元件，其每一个包括用于对有关玩具构造元件的信息进行通信的通信接口。其中系统包括通信接口，其配置为在电子玩具构造元件定位在物体支撑件上时从电子玩具构造元件接收通信信息。配置为接收通信信息的通信接口例如可以包括在传感装置、扫描站的基部或处理器中。与玩具构造元件有关的信息可以是例如表明要被指定给3D数字表示的属性。通信可以是无线的，例如使用无线电通信，例如经由Bluetooth、或经由另一无线技术，例如使用红外光或其他光、声音和/或诸如此类。
在一些实施例中，扫描站和/或传感装置和/或处理器包括用户可察觉的输出装置，其能操作为提供有关扫描过程的反馈，例如以便表明扫描过程的进程或成功/失败。输出可以是视觉输出(例如使用灯或显示器)、听觉反馈、或触觉反馈(例如转台的振动)。
在一些实施例中，扫描站和/或传感装置包括加速表或能操作为检测扫描过程期间扫描站振动的其他传感器，以便允许检测会不利地影响最终扫描数据质量的情况。在一些实施例中，系统可以包括检测器，其能操作为检测会影响扫描结果的环境光。
配置为将表明被捕捉的辐射的信号传递到处理器的接口可以是任何合适的有线或无线通信接口，其适于图像捕捉装置和处理器之间的数据通信。例如，接口可以是有线的、串口接口，例如USB接口。在另一实施例中，接口是无线接口，例如基于合适的无线通信技术，例如Bluetooth，Wifi，等。
通常，术语“处理器”目的是包括适当地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，以上术语包括通常或特殊目的可编程微处理器，例如计算机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(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、特殊目的电子电路等，或其组合。处理器可以实施为多个处理单元。处理器可以是数据处理系统的处理器。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其他可编程计算装置。在一些实施例中，数据处理系统可以包括客户系统(例如包括摄像头和用户界面)和主机系统(其可以创建和控制虚拟环境)。客户和主机系统可以经由合适通信网络(例如因特网)连接。
在一些实施例中，玩具构造元件可以赋予一组限制条件，例如与其形状和尺寸有关和/或与联接构件的位置和取向有关和与被联接构件采用的联接机构有关。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个别量的预定相对取向与另一构造元件互连。因此，各种可能的建筑物选项可用，同时确保建筑物元件的互联性。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限定为规则网格限定的单位长度的整数倍。应理解，三维网格可以通过一个单位长度、两个单位长度限定，例如一个单位长度适于两个空间维度，而其他单位长度适于第三空间维度。替换地，三维网格可以限定三个单位长度，一个单位长度用于每一个空间维度。与玩具构造系统一致的联接构件由此符合玩具构造系统赋予的连接规则，例如包括联接构件的类型、位置和/或取向，且它们配置为接合玩具构造系统的玩具构造元件的一个或多个的配合联接元件。
本发明涉及不同方面，包括如上所述的玩具构造系统，和在后文中，涉及相应设备、系统、方法和/或产品，其每一个产生针对第一所述方面描述的一个或多个优点和优势，且每一个具有与针对第一所述方面和/或所附权利要求的公开的实施例对应的一个或多个实施例。
具体说，本发明进一步涉及玩具扫描仪，包括：
-扫描站，包括物体支撑件，所述物体支撑件用于接收实体物体，特别是用一个或多个所述玩具构造元件构造的玩具构造模型；
-传感装置，能操作为在实体物体被置于物体支撑件上时捕捉从实体物体而来的辐射；其中扫描站和/或传感装置配置为使得传感装置在相对于实体物体的不同观察点处接收辐射；
-接口，配置为将表明被捕捉辐射的信号传递到处理器，用于处理被捕捉的辐射和用于形成实体物体的3D数字表示。
本发明进一步涉及如上所述的扫描站，和在后文，扫描站包括用于接收实体物体的物体支撑件，特别是用一个或多个所述玩具构造元件构造的玩具构造模型。
玩具扫描仪或本文所述的扫描站的各种实施例也可以用于扫描并非用玩具构造元件构造的玩具构造模型的实体物体，例如其他形式的玩具。
本发明进一步涉及玩具构造套装，其包括多个玩具构造元件、扫描站、可选的传感装置、和获得计算机程序代码的指令，该计算机程序代码使得在计算机程序代码被数据处理系统执行时，数据处理系统执行本文所述的一个或多个方法的实施例的步骤。例如，指令可以以因特网地址、指向APP商店等的形式提供。玩具构造套装甚至可以包括计算机可读介质，在其上例如存储了计算机程序代码。这种玩具构造套装甚至可以包括连接到数据处理系统的摄像头或其他图像捕捉装置。
附图说明
图1示意性地示出了本文公开的系统的实施例。
图2A-D显示了玩具扫描仪的例子。具体说，图2A显示了玩具扫描仪的3D视图，图2B显示了玩具扫描仪的3D视图，玩具模型附接到玩具扫描仪的转台，图2C显示了玩具扫描仪的分解视图，且图2D示出了玩具模型与转台的附接和分离。
图3A-B显示了玩具扫描仪的另一例子。具体说，图3A显示了玩具扫描仪的3D视图且图3B显示了玩具扫描仪的3D视图，玩具模型附接到玩具扫描仪的转台。
图4-8显示了玩具扫描仪的进一步实施例。
图9-10显示了用于手动驱动玩具扫描仪的转台的驱动机构的不同例子。
图11A-B显示了具有马达驱动转台的玩具扫描仪的例子。
图12示出了玩具扫描仪的另一例子。
具体实施方式
现在将参考玩具块形式的玩具构造元件描述本文公开的玩具构造系统的各种方面和实施例。然而，本发明可以应用于其他形式的实体物体，例如用于在玩具构造套件中使用的其他形式的构造元件。
图1显示了玩具构造系统的实施例。该系统包括计算机101、输入装置102、显示器103、具有摄像头104的传感装置、具有物体支撑件的转台105、和用至少一个玩具构造元件构造的玩具构造模型106。
计算机101可以是个人计算机、桌面计算机、笔记本计算机、例如平板电脑这样的手持计算机、智能电话等、游戏控制台、手持娱乐装置、或任何其他可适当编程的计算机。计算机101包括例如中央处理单元(CPU)这样的处理器109和例如存储器、硬盘和/或诸如此类的一个或多个存储装置。
显示器103操作性地联接到计算机101，且计算机101配置为在显示器103上展示虚拟环境111的图形表示。虽然在图1中显示为分离的功能图，应理解显示器可以与计算机的壳体整合。
输入装置102操作性地联接到计算机101且配置为接收用户输入。例如，输入装置可以包括键盘、鼠标或其他指针装置和/或诸如此类。在一些实施例中，系统包括多于一个的输入装置。在一些实施例中输入装置可以整合到计算机和/或显示器中，例如是触摸屏的形式。应理解，系统可以包括操作性地联接到(例如整合到)计算机中的其他周边计算机装置。
摄像头104能操作为捕捉玩具构造模型106的图像并将捕捉的图像发送给计算机101。为此，用户可以在转台105上定位玩具构造模型106。在一些实施例中，用户可以在基部板的顶部建造玩具构造模型。摄像头可以是数码相机，且能操作为获取数字图像，例如二维像素阵列的形式。具体说，摄像头可以配置为针对每一个像素捕捉光强度和额外信息，例如偏振化信息和/或用于每一个像素或用于像素组的表面法线方向。替换地，可以使用其他类型的图像捕捉装置。
显示器103、摄像头104和输入装置102可以以各种方式操作地联接到计算机101。例如，上述装置中的一个或多个可以经由计算机101的合适的有线或无线输入接口联接到计算机，例如经由计算机的串口或并口(例如USB端口)、经由蓝牙(Bluetooth)、其他合适的无线通信接口。替换的，装置中的一个或全部可以整合到计算机中。例如，计算机可以包括整合的显示器和/或输入装置和/或整合的摄像头。具体说，许多平板电脑计算机和智能电话包括整合的摄像头、可操作为显示器和输入装置的整合的触摸屏。
计算机101在其上存储程序，例如App或其他软件应用，其适于模拟虚拟环境，以处理捕捉的图像并形成本文所述的虚拟物体。
应理解，在一些实施例中，计算机101可以通信地连接到主机系统，例如经由因特网或其他合适的计算机网络。本文所述的处理的至少一部分可以随后通过主机系统执行。例如，在一些实施例中，主机系统可以产生并模拟虚拟环境，例如虚拟世界，其可以被多个用户从各自的客户计算机访问。用户可以使用执行合适程序以捕捉图像的客户计算机。捕捉图像可以被客户计算机处理并上传到主机系统，用于处理和创造相应的虚拟物体。主机系统可以随后将虚拟物体增加到虚拟世界，并在本文所述的虚拟世界中控制虚拟物体。
在图1的例子中，虚拟环境111是水下环境，例如虚拟水族馆或其他水下环境。虚拟物体107、108类似鱼或其他水生动物或生物。具体说，计算机已经基于玩具构造模型106的捕捉图像创建了一个虚拟物体107。计算机已经创建了虚拟物体107，以类比(resemble)玩具构造模型，例如通过创建3D网格或其他合适形式的表示。在图1的例子中，虚拟物体107类比玩具构造模型106的形状和颜色。在本例子中，虚拟物体甚至与已经构建出玩具构造模型106的各种玩具构造元件类比。但是，应理解可以实施不同水平的类比程度。例如，在一些实施例中，虚拟物体可以被创建，以便仅类比构造模型的总体形状，而不模拟各玩具构造元件的内部结构。虚拟物体也可以被创建为具有与虚拟构造元件的尺寸对应的尺寸，例如通过在转台105上提供参考长度标尺，以便允许计算机确定玩具构造模型的实际尺寸。替换地，计算机可以使用玩具构造元件的尺寸作为参考长度标尺。在替换的实施例中，用户可以手动地标度出虚拟物体的尺寸。
图1所示的系统可以配置为创建实体物体的3D表示，其可以随后用于创建虚拟物体或字符。通常，在初始步骤中，该过程可以在转台的相应角位置或从相应观察点捕捉玩具构造模型的多个数字图像。
在随后的步骤中，过程可以从数字图像来建造玩具构造模型的3D数字表示。为此，该过程可以执行数字图像处理领域已知的一个或多个图像处理步骤。例如，该处理可以包括以下步骤中的一个或多个：背景检测、边缘检测、颜色校准、颜色检测。
用于从多个捕捉的图像产生实体物体的3D数字表示的过程可以采用物体重建领域已知的任何合适技术。例如，在一个实施例中，捕捉图像被处理，以便提取：
-关于通过摄像头观察的实体场景的信息
-转台位置
-物体轮廓
在随后的步骤中，获得的轮廓被投射到体素空间，其被相应地雕刻。随后，行进立方算法(marching cube algorithm)被应用于通过雕刻获得的3D物体。随后获得最终的网格，且从摄像帧切出的纹理被应用于其顶部。
图2A-D显示了玩具扫描仪的例子。具体说，图2A显示了玩具扫描仪的3D视图，图2B显示了玩具扫描仪的3D视图，玩具模型附接到玩具扫描仪的转台，图2C显示了玩具扫描仪的分解视图，且图2D示出了了玩具模型与转台的附接和分离。
扫描仪包括扫描站，其包括基部板211和转台205形式的物体支撑件基部，该转台可旋转地连接到基部板211的上表面。玩具扫描仪进一步包括可拆卸地附接到基部板的上表面的图像捕捉装置210。扫描站进一步包括背景部分215。
基部板211包括用于接收转台的轴承233。基部板进一步包括用于将图像捕捉装置210附接到基部板的安装构件234。基部板进一步包括用于将背景部分可动地连接到基部板的铰链连接件217。
轴承233限定转台的旋转轴线。轴线优选与基部板正交。安装构件234定位为远离轴承233，使得图像捕捉装置210在附接到安装构件时具有包括从转台向上延伸的空间的视野，其中要被扫描的物体定位在该空间中。安装构件234可以形成为凹部，用于接收和保持图像捕捉装置的脚部部分220。例如，安装构件可以以滑雪靴(ski-boot)的方式或使用其他合适紧固机构布置。
铰链连接件定位在背离安装构件的轴承侧，使得背景部分215可安装在与图像捕捉装置所在一侧相反的转台侧。背景部分215包括连接彼此的两个壁部分，以便形成半缸体，其纵向轴线在背景部分安装到基部板时平行延伸，例如与转台的旋转轴线同轴。壁部分经由杆225铰接地连接到铰链连接件，使得背景部分可在直立操作位置和斜靠位置之间倾斜，该斜靠位置允许用户容易地介入，以将物体放置在转台上或从其去除物体。在定位在其直立操作位置时，背景部分限定背景表面，使得通过在背景表面前方的图像捕捉装置观察到被置于转台上的物体。为此，背景表面的形状和大小设置为填充图像捕捉装置的视野足够大的部分，例如全部。在一些实施例中，背景表面可以具有至少一个性质，例如颜色、图案、纹理、偏振性能等，其允许图像捕捉装置检测背景部分和/或在由被背景部分捕捉的图像中将物体与背景区分开。背景部分进一步包括顶棚部分216，使得背景部分限定转台上的围绕物体的半包围结构。
除了提供良好限定的背景之外，背景部分还限定物体的最大空间，所述物体可被置于转台上并被玩具扫描仪扫描。具体说，壁部分限定最大宽度/径向范围(相对于转台的旋转轴线)且顶棚限定物体的最大高度/轴向范围。
转台205包括可旋转驱动构件230，覆盖构件255和支撑立架219。覆盖构件和支撑立架可附接到驱动构件230，使得它们随驱动构件一起旋转。驱动构件230配置为可旋转地置于基部板的轴承233上。驱动构件包括向下突出的裙状部232，其具有带齿的外周，该外周配置为接合驱动机构，用于让驱动构件相对于基部板旋转。但是，应理解，转台可以包括替换驱动元件，其配置为接合驱动机构，用于驱动转台。
支撑立架219包括圆柱形本体，其具有与驱动构件的相应连接元件231牢固地连接的下端。支撑立架在其上端限定向上打开的凹部236，用于接收支撑元件224，例如台座的脚部部分。支撑立架进一步包括锁定构件223，该锁定构件沿支撑立架的周向可枢转地连接。为此，锁定构件具有轴部分227或其他可枢转安装构件。每一个锁定构件具有锁定端部228，其布置为在物体支撑元件被接收在凹部中时将物体支撑元件224锁定就位。为此，锁定构件被以锁定接合的方式径向向内偏压。锁定构件可以包括面向上的凸轮表面，其配置为使得锁定端部在物体支撑元件被向下按压到凹部236中时被径向向外推。
覆盖构件255形成为限定出面向转台的环形顶表面的环形构件。环形构件255具有中央孔，支撑立架219穿过该中央孔向上延伸，使得凹部236升高到覆盖构件的环形顶表面上方。覆盖构件相对于支撑立架219轴向可滑动且包括裙状部290，该裙状部配置为接合锁定构件的径向向外且向下延伸的接合端部226，该接合端部定位在锁定构件的与锁定端部相反的端部。覆盖构件在上位置中被弹簧偏压，但是可通过用户向下按压顶表面而被向下推。在覆盖构件255被向下推时(例如图2D中的箭头标记“1”所示)，裙状部229接合该接合端部226且迫使它们径向向内，这又使得锁定端部径向向外运动，以便从凹部236释放物体支撑元件224(例如图2D中的标记“2”的箭头所示)。因此，安装在合适的物体支撑元件上且与之整体形成的要被扫描的物体可以容易地中心定位在转台上并固定在转台上，以在扫描过程期间抵抗倾斜和振动。而且，物体可以被容易地从转台去除，而不管转台的角位置如何。
图2A显示了扫描仪，物体支撑元件224定位在凹部236中且被锁定构件223保持。在该例子中，物体支撑元件是盘片形状基部板，其具有布置在其上表面上的联接构件218。联接构件与玩具构造系统的联接构件兼容，以便允许玩具构造系统的一个或多个玩具构造元件附接到基部板224。例如，要被扫描的物体222可直接附接到基部板224。替换地，台座可用一个或多个玩具构造元件构造，使得基部板224是台座的脚部部分，且要被扫描的物体222附接到台座的顶端。因此，物体支撑元件可以仅通过基部板224形成或通过基部板和一个或多个额外玩具构造元件形成。在任何情况下，要被其物体支撑元件扫描的物体可牢固地定位且被支撑立架219保持。
物体222是用玩具构造元件构造的玩具构造模型，该玩具构造元件包括用于将玩具构造元件彼此可拆卸地互连的联接构件。联接构件可以基于两个玩具构造元件的相应联接构件的摩擦接合；联接构件的其他例子可以基于另一类型的互锁机构。在一个具体例子中，联接构件包括突出部和空腔，使得一个玩具构造元件的一个或多个突出部与另一构造元件的空腔以摩擦接合进行接合。应理解，玩具构造系统可以包括不同类型的联接构件。通常，构造构件配置为使得它们仅可接合与玩具构造系统兼容的其他构造构件。联接构件可以进一步对如何让构造元件彼此互连赋予一组限制条件，例如仅针对一套预定的相对位置和/或取向。联接构件可以由此与玩具构造系统兼容(仅在它们符合玩具构造系统所赋予的限制条件的情况下，例如与各联接构件的类型、形状、尺寸、位置和取向有关)。
应理解，转台可以包括替换的或额外的保持构件，用于接收和保持要被扫描的物体。例如，转台可以包括凹部和径向可滑动的锁定构件，所述锁定构件可以径向向内滑动，以便在物体支撑元件的脚部部分的至少一个边缘上方延伸。保持构件的其他例子可以包括弹性锁定构件，该弹性锁定构件被径向向内偏压，以便接合物体支撑元件的脚部部分。在其他实施例中，支撑立架219可以包括与玩具构造系统兼容的联接构件，例如针对图3A-B所述的。
图像捕捉装置210包括窄长的本体部256。在脚部部分220的本体部的下端处。图像捕捉装置包括两个摄像头204，其中一个定位为靠近脚部部分，而另一摄像头定位为靠近本体部的上端。两摄像头布置为面向转台上方的空间，即使得被置于转台上的物体占据的空间处于摄像头每一个的视野中，背景部分215包括在每一个摄像头的视野中形成背景的顶棚部分216。摄像头定位且取向为使得其相应观察点相对于支撑立架219的顶部凹部236且相对于定位在支撑立架上的物体处于不同高度。具体说，下摄像头可以位于与支撑立架的上端对应的高度，例如不高于支撑立架的上端。上摄像头可以定位在支撑立架上端上方，例如处在与顶棚部分216的高度对应的高度，使得上摄像头可捕捉定位在转台上的物体的最上部分，而不被顶棚部分遮挡。对此，上摄像头略微朝向下，而下摄像头略微朝向上。
图像捕捉装置210进一步包括配置为照明定位在转台上的物体的多个光源212。在本实施例中，光源包括通常发射白色光的LED。然而，其他形式的光源可以使用，例如彩色光源和发射偏振光的光源，例如以便抑制从物体而来的不期望反射、图案光(patternedlight)或其组合。在图2A-D的实施例中，图像捕捉装置包括两组光源。每一组的光源围绕摄像头中的相应一个分布并沿与相应摄像头的光轴不同的径向方向移位，即使得不同光源相对于相应摄像头的光轴从不同角度照明物体。在一些实施例中，图像捕捉装置可以配置为在所有光源打开的情况下捕捉图像；而在其他实施例中，图像捕捉装置可以配置为相对于物体从相同观察点(即在转台的相同角位置处)捕捉物体的多个图像，但是仅光源中的相应一些被打开。在这种实施例中，可以响应于从不同角度进行的照明从反射的光强度估计物体表面的表面取向。在其他实施例中，图像捕捉装置可以配置为相对于物体从相同观察点但是在不同的照明状态下(例如不同的照明角度、颜色和/或照明光的偏振性)捕捉多个图像。
图像捕捉装置210包括联接构件214，其配置为用于附接玩具构造系统的玩具构造元件，例如以附接装饰性部分和/或以便附接额外光源和/或摄像头和/或用于驱动转台的驱动机构的部件。联接构件214位于本体部的与摄像头204和光源212所在侧不同的一侧，即在背离转台的一侧。因而，联接到联接构件的任何玩具构造元件都不可能阻挡摄像头的视野或通过光源所进行的照明。
类似地，除了用于附接背景部分、转台205和图像捕捉装置的连接器之外，基部板211进一步包括联接构件213，且配置为用于附接玩具构造系统的玩具构造元件，例如以便允许附接装饰性部分和/或以便附接额外光源和/或摄像头和/或用于驱动转台的驱动机构的部件。联接构件213位于基部板的顶表面上。然而，替换地或另外地，基部板可以包括沿基部板边缘的联接构件。在本例子中，所有这种联接构件213定位在摄像头204的视野以外，且使得附接到联接构件213的玩具构造元件不可能阻挡摄像头的视野或通过光源进行的照明。
转台205可以被手动驱动机构驱动，例如通过杆、曲柄或其他合适的用于赋予物理力的启用构件而进行手动操作。替换地或另外地，转台可以被马达等驱动。驱动机构的部件可以整合到基部板211和/或图像捕捉装置210中和/或连接到基部板和/或图像捕捉装置，例如经由联接构件213和/或214。将参考图9、10、11A和11B详细描述驱动机构的例子。
在图2A-D的实施例中，图像捕捉装置包括线缆221，用于将图像捕捉装置连接到计算机、游戏控制台、平板电脑或、另一数据处理装置。因此，图像捕捉装置可以接收电功率和/或控制信号，用于从外部数据处理装置控制图像捕捉装置的操作。类似地，图像捕捉装置可以将表明捕捉图像的数据经由线缆221传递到数据处理装置。然而，在一些实施例中，基部板211和/或图像捕捉装置210可以包括电源，例如电池，或电连接件，其用于连接电力供应到摄像头的外部电源、、光源和/或用于驱动转台的马达。在一些实施例中，基部板211和/或图像捕捉装置210可以包括控制电路，用于控制摄像头、光源和/或用于驱动转台的马达的操作。还应理解，玩具扫描仪可以替换地或另外地经由无线接口(例如Wifi、Bluetooth等)连接到数据处理装置。
图3A-B示意性地显示了玩具扫描仪的另一例子。具体说，图3A显示了玩具扫描仪的3D视图且图3B显示了玩具扫描仪的3D视图，玩具模型附接到玩具扫描仪的转台。图3A-B所示的玩具扫描仪类似于针对图2A-D所述的玩具扫描仪且包括基部板211、布置在基部板上的转台205、图像捕捉装置210和包括顶棚部分216的背景部分215。背景部分和/或转台和/或图像捕捉装置210可以通过基部板的相应联接构件可拆卸地连接到基部板，例如针对图2A-D所述的。替换地，背景部分和/或转台和/或图像捕捉装置可以与基部板整体形成或永久地连接。
背景部分和/或图像捕捉装置可以是针对图2A-D更详细地所述的类型。例如，背景部分可以铰接地附接或以其他方式可动地附接到基部板，且图像捕捉装置可以包括一个、两个或甚至更多摄像头，且可选地包括一个或多个光源，例如针对图2A-D所述的。还有，图像捕捉装置和/或基部板可以包括联接构件214以用于附接玩具构造系统的玩具构造元件，且图像捕捉装置和/或基部板可以包括有线接口221或其他形式的接口，以用于与数据处理装置通信和/或用于从数据处理装置接收电功率。
在图3A-B的例子中，转台205包括支撑立架219，其相对于转台的顶表面向上延伸，以便提供凸起的支撑部，用于接收要被扫描的物体222。在图3A-B的例子中，支撑立架219包括在其最上表面上的联接构件218，其与玩具构造系统兼容，即其配置为用于将玩具构造系统的玩具构造元件附接到支撑立架的上端。
图4显示了玩具扫描仪的另一实施例。图4的玩具扫描仪类似于图3A-B的玩具扫描仪，但是包括打印或附接到转台的标记437和438。在图4的例子中，标记定位在转台的顶表面上，而在其他实施例中，标记可以沿转台的裙状部或边沿定位。标记定位为使得它们在图像捕捉装置210的视野内，至少处于转台的一个或一些所选择的角取向。在用户将要被扫描的物体置于转台上时标记对用户可见。在本例子中，至少一个标记437代表要被扫描的物体的默认方向，例如前侧、运动方向、互动方向等。因而，用户可以将要被扫描的物体定位在转台上，使得被用户指定为前侧的物体侧、运动方向、互动方向等面对相应标记437。在扫描过程期间，图像捕捉装置由此捕获标记437相对于物体222的位置，且处理捕捉图像以便创建3D数字表示的数据处理装置可以检测标记437相对于物体222的位置，且由此将相应属性指定该所创建的3D数字表示，表明所创建的3D表示代表前侧、运动方向、互动方向等。
应理解，转台、背景部分和/或基部板可以设置有其他形式的标记，其可被图像捕捉装置检测，且在创建3D数字表示时其可被数据处理系统解译。经检测的标记可以由此响应于经检测的标记用于将一个或多个属性指定给所创建的3D数字表示。
图5显示了玩具扫描仪的另一实施例。图5的玩具扫描仪类似于图3A-B和4的玩具扫描仪，但是其中支撑立架包括一个或多个标记539或另一形式的标记，例如为可被图像捕捉装置检测的特征的形式，例如特殊颜色、表面纹理等。因而，数据处理系统可以检测捕捉图像中的支撑立架并将支撑立架与要被扫描的物体区别开。这在支撑立架219和/或整个转台是可更换或可以其他方式重构时是尤其有用的。例如，系统可以包括不同尺寸的多个支撑立架，例如不同高度，和/或具有不同类型和/或构造的联接构件。用户可以由此选择性地将其中一个支撑立架附接到转台或将多个转台中的一个附接到基部板，这取决于要被扫描的物体的类型。如果支撑立架配置为使得数据处理系统可将支撑立架与要被扫描的物体区别开，则提供3D表示的更准确创建。替换地或另外地，物体立架本身可以用玩具构造系统的玩具构造元件构造，例如通过将一个、两个或更多玩具构造元件堆叠到另一个的顶部上，以便创建期望高度的立架。
图6显示了玩具扫描仪的另一实施例。图6的玩具扫描仪类似于图3A-B、4和5的玩具扫描仪，但是其中转台包括联接构件642，例如与玩具构造系统兼容的联接构件，其配置为允许附接标记片641、644或其他形式的标记构造元件。标记片包括后侧，其具有配置为与转台的联接构件642连接的配合联接构件。标记片进一步包括前侧，其在标记片连接到转台时可见且其包括标记——例如预定颜色、徽章、图案等——其可被图像捕捉装置捕捉并被数据处理系统检测和识别，与用捕捉图像创建3D数字表示。因此，用户可以将一个或多个所选择的标记片附接到转台，使得它们在扫描过程期间被捕捉。数据处理系统可以随后检测并识别标记并将相应的一个或多个属性指定给被扫描物体的所创建的3D表示。这种属性的例子可以例如涉及要被创建的虚拟物体的类型，例如轿车、飞机、卡车等，或涉及所创建虚拟物体的一个或多个能力，例如最大速度、容量、功率等。
在图6的例子中，标记片可附接到转台的边沿。然而，应理解，标记片可以可附接到转台的顶表面或在图像捕捉装置视野中的其他位置，例如可附接到背景、基部板或甚至要被扫描的物体。进一步应理解，标记构造元件可以具有与标记片不同的形式。在一些实施例中，标记构造元件的形状和尺寸可以与其他的不同；事实上，形状和/或尺寸可以是标记的可检测性质的一部分。在一些实施例中，标记构造元件可以被并非联接构件的其他器件附接，但是例如是通过粘接剂。例如，在一个实施例中，标记元件可以被提供作为不干胶贴纸，其可拆卸地且优选重复地附接到转台或玩具扫描仪或要被扫描的物体的其他零件。
图7示出了一例子，其中标记构造元件745、746和747可在图像捕捉装置的视野内连接到基部板。为此，基部板211包括联接构件748，标记构造元件745、746和747可与之连接，例如通过将标记构造元件堆叠在彼此顶部上，如图7所示。每一个标记构造元件具有在其表面中的至少一个上的可见标记，使得图像捕捉装置可在扫描物体222时检测标记的组合。
图8显示了玩具扫描仪的另一实施例。图8的玩具扫描仪类似于图3A-B或4-6的玩具扫描仪，但是其中转台包括两个分离的支撑立架819A和819B，其每一个在其顶表面上具有联接构件218。因而，图8的扫描仪允许两个物体222和822定位在转台上并与之连接，使得两物体可被同时扫描。数据处理系统可以随后创建分离的3D表示或组合表示。例如，在图8的例子中，轿车和人物附接到转台。响应于人物和轿车的扫描，数据处理系统可以创建组合的虚拟物体，其中具有人物外观的角色是轿车(其具有被扫描的轿车的外观)的司机。应理解，在其他例子中，创建3D表示的数据处理系统可以创建其他形式的3D表示之间的关系和/或相应虚拟物体之间的关系。关系形式可以例如取决于物体的类型和/或其在转台上的各自位置。替换地，关系可以通过其他因素确定，例如视频游戏的游戏事件和/或用户输入。在一些实施例中，该关系可以至少部分地通过标记确定，例如使用针对图4或5所述的扫描仪的实施例，例如用物体扫描的标记构造元件，其中转台可容纳两个或更多物体。在图8的例子中，转台包括用于两个物体的支撑立架；应理解，转台的其他例子可以包括用于三个或更多物体的支撑立架。在其他实施例，转台可以包括一个或多个立架或支撑平台，其每一个可容纳多于一个的物体。
图9-10显示了用于手动地驱动玩具扫描仪的转台的驱动机构的不同例子。具体说，图9-10显示了类似于图3A-B或4-8的玩具扫描仪的玩具扫描仪的例子，其中转台被手动驱动机构驱动。在图9的例子中，驱动机构包括杆949，其可来回枢转(如图9中箭头“1”所示)。杆949的枢转运动通过小齿轮951转换为支架950的直线往复运动，支架接合转台且使得转台旋转，如图8中的箭头“2”所示。
图10显示了驱动机构的例子，其中用户操作曲柄1040，曲柄的旋转经由一组齿轮1053转变为转台250的旋转。
在图9和10的例子，驱动机构的部件可以是玩具构造系统的玩具构造元件，其可以经由玩具构造系统的联接构件连接到基部板211，例如针对图2A-D所述的。
图11A-B显示了具有马达驱动的转台的玩具扫描仪的例子。具体说，图11A-B显示了类似于图3A-B或4-8的玩具扫描仪的玩具扫描仪的例子，其中图像捕捉装置210包括电马达，其驱动从图像捕捉装置延伸到转台并配置为驱动转台的轴1154。图11A显示了没有背景部分的扫描仪，而图11B显示了具有附接到基部板的背景部分215的扫描仪。在图A-B的例子中，马达整合到图像捕捉装置中，使得图像捕捉装置是唯一需要电功率的部件。但是，应理解在其他实施例中，马达可以整合到基部板或转台中，或作为分开的部件提供，例如作为玩具构造元件，其可连接到基部板且包括马达。
进一步应理解，通常，转台可以配置为以连续动作旋转，使得图像捕捉装置在转台旋转的同时捕获图像。在其他实施例中，转台可以配置为以个别角间隔旋转且以相应角位置保持静止，使得图像捕捉装置可以在每一个相应角位置捕捉一个或多个图像，同时转台保持静止。
图12示出了玩具扫描仪的另一例子。玩具扫描仪包括基部板1260、壳体1255、物体支撑平台1205、可旋转构件1210、两个摄像头1204、盖1256和马达1257。
壳体限定用于容纳物体支撑平台1205、马达1257和可旋转构件1210的包封件。在该实施例中，壳体是从基部板向上延伸的圆顶或箱形状构件。但是，应理解，扫描仪的替换实施例可以包括布置在壳体以外的一个或多个部件。例如，一些实施例可以包括布置在壳体以外且通过合适的驱动系(例如齿轮、轴和/或诸如此类)操作地连接到可旋转构件的马达或其他驱动机构。
壳体在壳体的上部部分限定面向上的开口1259，允许物体被置于扫描仪中。开口可通过盖1256关闭，以便防止或降低杂散光干扰扫描过程和/或防止用户在扫描过程期间介入扫描仪内部。然而，可以提供扫描仪的替换实施例，而没有盖或不同类型的盖，或甚至没有壳体。
物体支撑平台1205静止附接到基部板1260，以便限定升高到基部板上方的物体支撑表面。可旋转构件1210具有大致管状形状，上开口端对准壳体的开口1259，且从开口1259朝向物体支撑平台向下延伸，使得物体支撑平台延伸到管状可旋转构件的底端中。因此，平台的物体支撑表面在可旋转构件的底端附近位于管状可旋转构件中。因而，可旋转构件限定向上延伸到物体支撑平台上方且朝向开口1259的大致管状空穴。
可旋转构件可旋转地围绕直立轴线1261布置，该直立轴线向上突出经过平台1205的中心且对准通过管状可旋转构件限定的轴向方向。为此，可旋转构件可以经由轴承1264连接到平台1205。替换地或另外地，可旋转构件的上端可以经由围绕开口1259的边沿的轴承连接。
应理解，可旋转构件1210可以是圆柱形的或具有不同几何结构，例如圆锥形、截头圆锥形、圆顶形状、和/或诸如此类。
马达1257布置为靠近平台1205且布置为经由驱动机构驱动可旋转构件1210的旋转，例如通过马达驱动的齿轮1261和围绕可旋转构件的周向的配合齿轮环1264。但是，应理解，可以选择用于驱动可旋转构件的马达和/或其他驱动链。
两个数字摄像头1204安装到管状可旋转构件1210的周向壁。摄像头相对于平台安装在相应高度：下摄像头正好布置在平台上方，而上摄像头定位为靠近可旋转构件的上端，即与下摄像头相比，在平台上方更大高度处。摄像头布置在周向壁中的相应凹部1258中，其中凹部的深度被选择为调整相应摄像头距旋转轴线的距离、相应摄像头的观察角度和用于接收物体的空穴的尺寸，优选使得摄像头能捕捉置于平台上的物体的主要部分。在一些实施例中，凹部可以省略。扫描过程期间，可旋转构件通过马达围绕旋转轴线1261旋转，连续地或以个别角位置旋转，以便允许摄像头从不同观察点捕捉置于平台上的物体的图像。应理解，摄像头可以连续地或以预定角位置捕捉图像，例如针对前述实施例所述的。与摄像头相对的周向壁用作背景部分。为此，可旋转构件的背景部分的面向内表面可以形成有预定颜色、纹理、图案、表面结构和/或诸如此类，如针对前述实施例所述的。
应理解，平台1205可以设置有支撑立架，例如针对图2A-D的支撑立架所述的，或其他形式的用于接收可拆卸支撑元件的物体支撑基部。替换地或另外地，平台1205可以包括如针对图3A-B所述的支撑立架。替换地或另外地，平台1205可以设置有用于接收和保持要被扫描的物体的替换保持构件。进一步应理解，可旋转构件和/或平台可以设置有标记或联接构件，用于接收标记元件，例如针对图4–6所述的。还应理解，可旋转构件的旋转可以被手动驱动机构驱动，例如类似于针对图9和10所述的那些。在任何情况下，可以用玩具构造系统的玩具构造元件构造驱动机构的至少一部分。
摄像头可以接收功率并经由有线连接将捕捉图像通信给处理器，在这种情况下，可旋转构件沿相同方向的旋转可以被限制为例如单个旋转，以便执行物体的完整扫描；其后，旋转方向可以在随后扫描期间逆转。替换地或另外地，功率和/或数据可以经由弹簧连接或无线连接通信。
在列举了几个器件的权利要求中，这些器件中的一些可通过同一个元件、部件或硬件实施。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 (33)

1.一种玩具构造系统，包括：
多个玩具构造元件，其每一个包括一个或多个联接构件，所述一个或多个联接构件配置为用于将玩具构造元件可拆卸地彼此互连，以便形成玩具构造模型；
扫描站，包括用于接收实体物体的物体支撑件，特别是用一个或多个所述玩具构造元件构造的玩具构造模型；
传感装置，能操作为在实体物体被置于物体支撑件上时捕捉从实体物体而来的辐射；其中扫描站和/或传感装置配置为使得传感装置在相对于实体物体的不同观察点处接收辐射；
接口，配置为将表明被捕捉辐射的信号传递到处理器以用于处理被捕捉的辐射和用于形成实体物体的3D数字表示。
2.如权利要求1所述的玩具构造系统；其中物体支撑件包括一个或多个联接构件，所述一个或多个联接构件配置为用于将玩具构造模型的所述多个玩具构造元件中的一个或多个可拆卸地连接到物体支撑件。
3.如权利要求2所述的玩具构造系统；其中物体支撑件包括物体支撑基部和支撑元件，支撑元件能可拆卸地连接到物体支撑基部且包括配置为用于将玩具构造模型的一个或多个玩具构造元件可释放地连接到物体支撑件的所述一个或多个联接构件。
4.如权利要求3所述的玩具构造系统；其中支撑元件包括台座，其中所述一个或多个联接构件定位在台座的最上端部，所述一个或多个联接构件配置为用于将玩具构造模型的一个或多个玩具构造元件可释放地连接到物体支撑件。
5.如权利要求3或4所述的玩具构造系统；其中支撑元件包括基部部分，且其中物体支撑基部包括保持构件，所述保持构件配置为接合和保持基部部分而使之与物体支撑基部附接。
6.如权利要求5所述的玩具构造系统；其中物体支撑基部包括用户可启用的释放构件，所述释放构件配置为在被启用时使得保持构件脱开。
7.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中传感装置包括图像捕捉装置，所述图像捕捉装置能操作为在实体物体置于物体支撑件上时捕捉实体物体的两个或更多图像，其中从相对于实体物体的不同观察点获取所述两个或更多图像。
8.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中物体支撑件包括转台。
9.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；包括驱动机构，所述驱动机构用于操作物体支撑件和/或传感装置以便改变传感装置相对于实体物体的观察点。
10.如权利要求9所述的玩具构造系统；其中驱动机构可至少部分地用玩具构造元件构造。
11.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中扫描站包括基部。
12.如权利要求11所述的玩具构造系统；其中基部包括物体支撑件联接构件，物体支撑件能可拆卸地连接到该物体支撑件联接构件。
13.如权利要求12所述的玩具构造系统；其中物体支撑件包括转台，且其中物体支撑件联接构件配置为接收转台，使得转台能绕旋转轴线旋转。
14.如权利要求13所述的玩具构造系统；其中基部包括一个或多个联接构件，用于附接用来驱动转台的驱动机构的一个或多个部件。
15.如权利要求12到14中任一项所述的玩具构造系统；包括两个或更多物体支撑件，其能选择性地且可拆卸地连接到物体支撑件联接构件；且其中两个或更多物体支撑件包括联接构件的相应构造。
16.如权利要求11到15中任一项所述的玩具构造系统；其中基部包括传感器联接构件，用于以相对于转台的预定位置和取向接收传感装置；且其中传感装置包括一个或多个联接构件，用于以相对于物体支撑件的预定空间关系且在物体支撑件处于传感装置的视野中的情况下，将传感装置可拆卸地连接到基部。
17.如权利要求11到16中任一项所述的玩具构造系统；其中基部包括一个或多个联接构件，用于可拆卸地附接一个或多个背景构造元件，所述一个或多个背景构造元件配置为在被传感装置观察时形成背景部分。
18.如权利要求11到17中任一项所述的玩具构造系统；其中基部配置为可拆卸地接收不同物体支撑件和/或不同传感装置。
19.如权利要求11到18中任一项所述的玩具构造系统；其中基部配置为向可拆卸地连接到基部的一个或多个部件提供功率。
20.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中扫描站包括背景部分，该背景部分配置为在被传感装置观察时形成背景且形状和大小被设置为限定最大模型空间，该最大模型空间足够小以能被传感装置完全捕捉。
21.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中传感装置至少包括下成像装置和上成像装置；下成像装置配置为从不高于物体支撑件顶表面的观察点捕捉一个或多个图像；且其中上成像装置配置为从高于物体支撑件顶表面且高于下成像装置的观察点的观察点捕捉一个或多个图像。
22.如权利要求21所述的玩具构造系统；其中传感装置包括所述接口。
23.如权利要求21或22所述的玩具构造系统；其中传感装置包括配置为对转台上定位的物体进行照明的一个或多个光源。
24.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中多个玩具构造元件包括一个或多个标记构造元件，其能附接到传感装置视野中的玩具构造模型和/或扫描站。
25.如权利要求24所述的玩具构造系统；其中处理器配置为，在所述一个或多个标记构造元件连接到处于传感装置的视野中的玩具构造模型或扫描站时，基于表明被捕捉辐射的所述信号，识别所述一个或多个标记构造元件；和将一个或多个属性指定给所创建的3D数字表示。
26.如权利要求25所述的玩具构造系统，其中物体支撑件的至少一部分用包括所述标记构造元件的所述玩具构造元件构造。
27.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中物体支撑件配置为使得一模型能以相对于物体支撑件的不同取向和/或在物体支撑件上的不同位置处附接。
28.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中多个玩具构造元件包括一个或多个电子玩具构造元件，其每一个包括用于对有关玩具构造元件的信息进行通信的通信接口；其中扫描站包括配置为在电子玩具构造元件定位在物体支撑件上时从电子玩具构造元件接收通信信息的通信接口。
29.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中扫描站和/或传感装置包括输出装置，所述输出装置能操作为提供有关扫描过程的反馈。
30.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中扫描站和/或传感装置包括加速表，所述加速表能操作为在扫描过程期间检测扫描站的振动。
31.如前述权利要求中任一项所述的玩具构造系统；其中传感装置布置为能相对于物体支撑件运动。
32.如权利要求33所述的玩具构造系统；其中扫描站包括可旋转构件，所述可旋转构件包括周向壁，该周向壁限定用于接收实体物体的空穴且配置为围绕突出通过所述空穴的旋转轴线旋转；且其中物体支撑件至少部分地延伸到空穴中；且其中传感装置连接到周向壁。
33.一种玩具扫描仪，包括：
扫描站，包括物体支撑件，所述物体支撑件用于接收实体物体，特别是用一个或多个所述玩具构造元件构造的玩具构造模型；
传感装置，能操作为在实体物体被置于物体支撑件上时捕捉从实体物体而来的辐射；其中扫描站和/或传感装置配置为使得传感装置在相对于实体物体的不同观察点处接收辐射；
接口，配置为将表明被捕捉辐射的信号传递到处理器，用于处理被捕捉的辐射和用于形成实体物体的3D数字表示。
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