CN1159152A - 用户控制的组合电子游戏及练习系统 - Google Patents

Abstract

用户控制的组合电子游戏装置(102)及练习系统，该系统包括用于显示需要用户参与的交互电子游戏(110)的电子游戏装置，交互电子游戏包括游戏片段。该系统还包括用于提供与用户每个手的独立的和无约束的活动有关的信号的手活动传感器装置(114)。该系统还可以包括用于提供与用户的足活动有关的信号的足活动传感器装置(116)，以及用于提供与用户的躯干活动有关的信号的躯干活动传感器装置(118)。

Description

用户控制的组合电子游戏及练习系统

本发明一般涉及用户控制的组合电子游戏及练习系统并具体涉及那些既需要努力又要顾及用户的时-空协调的用户控制的组合电子游戏及练习系统。

已有多种专利试图将练习装置集成于电子游戏设备中以通过提供趣味性、挑战性及自我激励的环境来鼓励用户保持持续的练习程序。

例如，Lapeyre的美国专利4,278,075描述了一种踏板和一种用于显示用户的速度和距离的监视器以及一种由用户在踏板上的速度控制的变速户外练习场景。但是，由于用户不参与竞争性的交互电子游戏，这种练习场景本质上不是交互的。

尽管Braeunig的美国专利4,925,189描述了一种安装在身体上的电子游戏控制器，这种控制器安在用户的上身使得用户通过向不同方向倾斜身体模拟游戏棒的运动来玩电子游戏。用户可以从站的、坐的和跪着的位置玩电子游戏，从而这种用户控制的组合电子游戏及练习设备就有这样一个缺点：用户不需要在练习期间保持紧张的体力活动。

Hector等人的美国专利4,720,789又描述了一种带有位置指示脚踏板的电子练习或游戏地板控制器，该踏板使操作者能通过把他的脚定位在地板控制器的脚踏板上而向系统输入信息。这种游戏地板控制器还能包含与每个脚踏板相关联的光学部分以通过快速打开和关闭不同的光学部分来促进快速脚部运动。但是这种装置并不测量用户是仅仅以跳踢踏舞的方式将重心从一只脚移动到另一只脚上还是正在从事紧张的体力活动，例如，原地跑。

其它的改进包括根据用户在练习中付出的努力来调整电子游戏的难度级。通常要控制电子游戏的难度级使得用户的心跳保持在一个预定的特定目标区域内。练习在练习器上进行如踏板，立式自行车，立式划船机，以及类似的含有用来指示用户付出作用力的速度传感器的装置。这样的练习器的例子在Darzinskis的美国专利4,489,938，Phillips的4,512,567，Melton等人的4,542,897，Ritchie的4,637,605，Weiss的4,660,828，Yang的4,709,917，Mansfield的4,711,447，Goo的4,817,950，Hall-Tipping的5,001,632，Mansfield的5,054,771，Openiano的5,139,261，Stuekle等人的5,148,152，Boyd等人的5,195,746和Friedabach的5,277,678以及Eckstein的5,308,296中有描述。

已有的设备或者通过监测设备本身或者通过监测用户的心跳来评估体力努力。监测设备本身的缺点在于不能检测到未直接作用在设备上的活动中的有氧作用。监测用户心跳的缺点在于心跳是一项主观的度量，它依赖于特定用户的条件和健康状况从而不能构成一项能在实际体育比赛中用来比较若干用户的客观度量。

因此在克服上述装置的不足时需要一种用户控制的组合电子游戏及练习设备。更具体的，需要一种既监测用户活动又监测某种不依赖于用户的条件和健康状况的客观身体参数的设备从而能评估迄今尚不能适当评估的活动，例如原地跑，跳，及下蹲起等。

本发明用于能在挑战性和激励性的训练历程期间促使用户保持紧张的有氧活动的用户控制的组合电子游戏及练习系统。此外，能采用该系统使用户参加广泛的娱乐活动，如跳舞等。

因此，根据本发明可提供一种用户控制的组合电子游戏装置及练习系统，该系统包括：(a)电子游戏装置用以显示需要用户参与的交互电子游戏，该交互电子游戏含有游戏片段；(b)四肢活动传感器装置用以提供与用户至少两个肢体的独立和自由运动相关联的信号以确定交互电子游戏中的游戏片段的至少一种表象；以及(c)游戏片段控制器用以响应控制游戏片段的信号。

根据本发明进一步的特性，四肢活动传感器装置含有可由用户左手操作的左手活动传感器和可由用户右手操作的右手活动传感器。

根据本发明更进一步的特性，四肢活动传感器装置含有可由用户左脚操作的左足活动传感器和可由用户右脚操作的右足活动传感器。

根据本发明又进一步的特性，至少一部分四肢活动传感器装置由用户佩戴。

根据本发明又进一步的特性，至少一部分四肢活动传感器装置由用户手持。

根据本发明又进一步的特性，至少一部分四肢活动传感器装置远离用户。

根据本发明又进一步的特性，至少一部分四肢活动传感器装置与练习装置相关联，用户在该练习装置上练习。

根据本发明又进一步的特性，练习装置提供与用户进行的活动相关联的信息。

根据本发明又进一步的特性，四肢活动传感器装置含有传动器按钮。

根据本发明又进一步的特性，游戏片段控制器控制从下列各组中选择的游戏片段的一种表象：每次屏幕刷新中游戏片段移动的像素的数目，游戏片段的大小，游戏片段的形状，游戏片段的颜色，游戏片段的位置，游戏片段的运动方向，游戏片段的射击速率，以及游戏片段与屏幕上其它对象的交互。

根据本发明又进一步的特性，交互电子游戏由用户与另一用户对垒。

根据本发明又进一步的特性，系统进一步包含躯干活动传感器装置以提供与用户躯干进行的活动相关联的信号用于确定交互电子游戏中游戏片段的至少一种表象。

根据本发明又进一步的特性，至少一部分躯干活动传感器装置由用户佩戴。

根据本发明又进一步的特性，至少一部分躯干活动传感器装置与练习装置相关联，用户在该练习装置上练习。

根据本发明又进一步的特性，系统进一步包含心跳检测器装置以提供与用户所进行的活动相关联的信号用于确定交互电子游戏中游戏片段的至少一种表象。

根据本发明又进一步的特性，系统进一步包含对用于控制至少一部分系统的信号所响应的系统控制器。

根据本发明又进一步的特性，系统控制器控制练习装置的至少一项特性。

根据本发明又进一步的特性，系统进一步包含张力检测器以检测用户至少一个肢体所施加的力。

这里还提供了用来测量用户所进行的有氧活动的装置，该装置包括：(a)至少一个传感器用以检测用户至少一只脚在某一表面上的冲击频率；和(b)至少一个传感器用以检测用户至少一只脚在某一表面上的时间比。

这里还进一步提供一种用户控制的组合电子游戏装置及练习系统，该系统包括：(a)电子游戏装置用以显示需要用户参与的交互电子游戏，该交互电子游戏含有一游戏片段；(b)活动传感器装置用以提供与用户的移动速度相关联的信号用于确定交互电子游戏中的游戏片段的至少一种表象；以及(c)游戏片段控制器用以响应控制游戏片段的信号。

在此仅通过例示的方式参照附图说明本发明，其中：

图1表示根据本发明的宗旨构造和运作的用户控制的组合电子游戏及练习系统最佳实施方式的框图；

图2A和2B分别说明了根据本发明宗旨的壁球电子游戏屏幕和壁球电子游戏指示屏幕；

图2C和2D分别说明了根据本发明宗旨的生存训练电子游戏屏幕和生存训练电子游戏指示屏幕；

图2E说明了根据本发明宗旨的羽毛球训练电子游戏屏幕；

图2F说明了根据本发明宗旨的舞蹈训练电子游戏屏幕；

图3A-3D说明了由系统的电子游戏装置提供的若干代表性的系统控制屏幕，分别包括训练历程开始屏幕，选择电子游戏屏幕，选择难度级屏幕以及选择训练时间屏幕；

图4表示图1中用户控制的组合电子游戏及练习系统的第一实施方式的原理图，其中有氧活动传感器装置含有用户所佩戴的发射器和集成于系统的电子游戏装置内的接收器；

图5表示图1中用户控制的组合电子游戏及练习系统的第一实施方式正由两个用户同时使用的原理图示；

图6表示图1中用户控制的组合电子游戏及练习系统的第二实施方式的原理图，其中有氧活动传感器装置含有用户所佩戴的发射器和集成于配置成练习垫的练习装置内的的接收器；

图7表示图1中用户控制的组合电子游戏及练习系统的第三实施方式的原理图，其中有氧活动传感器装置含有集成于配置成练习垫的练习装置内的足传感器和手活动传感器；

图8表示图7中用户控制的组合电子游戏及练习系统的第四实施方式的原理图，其中练习垫可旋转地安装在基座上；

图9a和9b表示包含踏板的用户控制的组合电子游戏及练习系统的第五实施方式的原理图示；

图10a-10c表示用于检测用户一只手的三种高度的手活动传感器的三种运作位置；

图11a和11b分别表示用于检测用户的手沿一条轴线和沿两条轴线移动的方向的手活动传感器的原理图示；

图12表示一张题为“用户的游戏片段的速度作为足活动传感器所测量的用户有氧活动等级的函数”的表格；以及

图13表示一张题为“用户的游戏片段的速度作为手活动传感器所测量的用户手的速度的函数”的表格。

本发明为一种用户控制的组合电子游戏及练习系统。

参照图示及附加说明可较好地理解本发明的用户控制的组合电子游戏及练习系统的原理和操作。

现在参照图示，图1表示根据本发明的宗旨构造和运作的一般标识为100的用户控制的组合电子游戏及练习系统的最佳实施方式的框图。一般来说，本发明的用户控制的组合电子游戏及练习系统100综合了用户在玩带有练习的电子游戏时所需的高度集中和全力以赴。但是同时，也能采用系统100用于不紧张的娱乐活动，例如指导跳舞等。在这两种情况下，系统100都要求有这样一种方式的熟练协作：用户响应电子游戏中发生的事件而进行活动。

因此，系统100含有电子游戏装置102，该装置含有电子游戏控制器104用于在用户可观察到的显示器106上显示交互电子游戏。显示器106最好为普通的电视监视器从而电子游戏装置102与显示器106之间的连接以类似于游戏机与电视监视器之间连接的方式实现。或者，显示器106可以是专用监视器，投影屏幕，立体照相或类似显示系统。电子游戏装置102还含有系统控制器108用以控制用户控制的组合电子游戏及练习系统100的操作。系统控制器108控制诸如启动训练历程，选择电子游戏，选择游戏难度，选择训练历程时间，提供关于用户表现的有关信息总结等类似的操作。而且，系统108可用于调节练习装置的特性，如踏板的阻力。

电子游戏装置102最好设计成能接受卡座110，其中每个卡座110提供某种特定类型的交互电子游戏。也可根据其它的准则如用户个数划分电子游戏。用户个数可以为一个，两个或更多。在单用户的情况下，用户与电子游戏装置102对垒，而在两个或更多用户的情况下，用户可以相互对垒，或与电子游戏装置102对垒。

交互电子游戏为典型的竞争性运动型游戏，走廊型游戏，游戏娃型游戏等以促使用户进行紧张的有氧活动并保持紧张的训练安排。运动型游戏可能包括球拍类游戏如壁球，网球，球类游戏，如足球，篮球以及其它游戏如拳击，冒险，室内活动，室外活动。走廊型游戏例如可包括Tetrus，Pacman等。而且，竞争性交互电子游戏可包括要求用户在系统100上的一次历程中回答的问答游戏如数学问题，逻辑问题等以使用户在体力水平和智力水平上都获得锻炼。

电子游戏控制器104的竞争性交互电子游戏含有一个或多个在游戏片段控制器112控制下的游戏片段。游戏片段取决于所讨论电子游戏的特性。典型的游戏片段包括球拍类游戏中的球拍，球类游戏中的运动员，Pacman游戏中的“怪物”等等，但不仅限于这些。游戏片段还可以隐藏在电子游戏，整个屏幕以及整个情节中。原则上，游戏片段控制器112以这样一种方式来控制游戏片段，就是使用户经过一段努力能较容易获得较高分数，胜利或类似的所期望的游戏结果。但是，如下所述会很明显，期望的游戏结果不仅仅依赖于努力的程度，还有依赖于显示器106上显示的电子游戏进行期间用户参与时的熟练时空协调性以及对问题的响应(如果有的话)。

但是，需要注意名词“交互电子游戏”也指广泛的现有技术内已知的低有氧强度模拟情节，动画情节，虚拟现实情节等。例如，模拟情节可包括教授如何跳舞，如何进行柔道练习，体操活动等的训练历程。在教跳舞的情况下，用户可以扮演舞伴中的一个成员而电子游戏装置102提供舞伴中的第二个成员。因此代表用户的舞伴中的成员就是在游戏片段控制器110控制下的游戏片段。或者，两个用户可以一起跳舞。在这两种情况下，所期望的游戏结果都可以是类似在通常舞蹈比赛中所打出的分数。如前所述，显而易见交互电子游戏的结果需要顾及用户的熟练时空协调性。

系统控制器108和游戏片段控制器112接收来自包括手活动传感器装置114，足活动传感器装置116，以及躯干活动传感器装置118的一种或多种来源的输入量。一般来说，手活动传感器装置114检测用户每只手臂的独立和自由运动。而足活动传感器装置116检测用户每只腿的独立和自由运动。躯干活动传感器装置118检测用户躯干的独立和自由运动。显而易见系统100可以含有其它的活动传感器以检测身体其它部分的活动，如头、膝，肘等。

本发明的一个特别的特性在于在本发明的背景下，独立运动指用户的四肢能各自独立地运动，即左臂可以上举而右臂保持不动，而不是限于进行一般的动作或反抗动作如握紧自行车的手把，操纵划船的浆等。本发明进一步的特性在于在本发明的背景下，自由运动指用户的四肢能在各种自然活动中运动而不是限于进行特定的运动，如转动自行车的手把，在踏板上跑步，骑自行车等。

手活动传感器装置114，足活动传感器装置116，以及躯干活动传感器装置118中每个通常都含有查找表，查找表中对进行了某一特定活动的方式存有“游戏分”。方式中将“游戏分”奖励给需要较大的有氧能量消耗或较大的时空协调的运动，它因电子游戏类型而异。例如，在网球电子游戏中，较大的有氧能量消耗可用于提高用户球拍的速度。而在Pacman电子游戏中，较大的有氧能量消耗可用于减缓企图抓住用户的“怪物”。而在教授舞蹈的电子游戏中，较难的舞步可以得到较高的“游戏分”。

获得较高分，胜利或其它所期望的游戏结果的可能性与用户在调整游戏片段的一项或多项特性时所进行的活动相关联。首先，游戏片段控制器112能控制游戏片段的机动性使得其机动性为用户有氧活动程度或用户展现的时空协调程度的函数。机动性通常是指根据显示器106每次屏幕刷新所移动的像素数所给出的游戏片段的“速度”和“位置”。其次，游戏片段控制器112能控制游戏片段的大小使得其大小是用户有氧活动程度或用户展现的时空协调程度的函数。第三，游戏片段控制器112能控制游戏片段的“射击速率”使得其射击速率是用户有氧活动程度或用户展现的时空协调程度的函数。第四，游戏片段控制器112能控制游戏片段的形状使得其形状是用户有氧活动程度或用户展现的时空协调程度的函数。第五，游戏片段控制器112能控制游戏片段的颜色使得其颜色是用户有氧活动程度或用户展现的时空协调程度的函数。并且第六，游戏片段控制器112能控制游戏片段与电子游戏中其它对象的交互使得其交互性是用户有氧活动程度或用户展现的时空协调程度的函数。

此外，系统控制器108与游戏片段控制器112还能接受来自心跳检测器装置120的输入量。例如，当用户的心跳根据其年龄，健康的一般状况等超过了某一预定值，可采用心跳检测装置120来终止训练历程。或者，可采用心跳检测装置120代替手活动传感器装置114，足活动传感器装置116或躯干活动传感器装置118以提供有关用户所进行的有氧活动程度的输入量。再进一步，如游戏棒控制器等技术中已知的，系统控制器108和游戏片段控制器112还能接受来自装在手活动传感器装置114，足活动传感器装置116或躯干活动传感器装置118上的传动器按钮121的输入量。

现在参照图2a-2f，屏幕上描述了可由一个或多个用户在用户控制的组合电子游戏及练习系统100上对垒的示意性的交互电子游戏。

现在转向图2a和2b，图2a说明了一个壁球电子游戏屏幕122而2b图示说明了壁球电子游戏指示屏幕124。壁球电子游戏的目的是尽可能地将球126保持在球场128内。这是通过用户左右移动位于屏幕底部的球拍130使得球126从球拍130反弹回来而保持在球场128内完成的。用户成功地拦截球126的次数显示在记分板132上。在这种情况下，要求用户加快跑动以较快地移动球拍130并举起他的左手或右手来分别左右移动球拍130。因此，显而易见用户必须展现相当的身体协调性并消耗相当的有氧活动以获得高分。

现在转向图2c和2d，图2c说明了一个生存训练电子游戏屏幕134而2d图示说明了生存训练电子游戏指示屏幕136。生存训练电子游戏的目的是清除丛林138中的道路以获得显示为苹果的食物，并避免被表示成方块的怪物142吃掉并且在吃掉一个苹果3秒中内杀死一个或多个怪物142。这是通过用户沿着经过丛林138的路移动“动作人”游戏片段144完成的。用户吃掉的苹果140数以及他杀死的怪物142数显示在计分板146上。在这种情况下，要求用户加快跑动以较快地移动游戏片段144，举起左手或右手来分别左右移动游戏片段144，举起双臂向上移动游戏片段144和放下双臂向下移动游戏片段144。这又显而易见用户必须展现相当的身体协调性并施展相当的有氧活动以获得高分。

现在转向图2e，图2e说明了一个羽毛球训练电子游戏屏幕148。羽毛球训练电子游戏的目的是尽可能地将球150保持在球场152内。这是通过用户左右移动位于屏幕底部的球拍154使得球150从球拍154反弹回来而保持在球场152内完成的。用户成功地拦截球150的次数显示在记分板156上。在这种情况下，要求用户举起他的左手或右手来分别左右移动球拍154。通过加快跑动用户可以增大球拍154的大小。在另一个版本中，用户跑动的速度决定球150从球拍154反弹回的高度使得反弹高度随跑动速度加快而增加。因此，显而易见用户必须展现相当的身体协调并施展相当的有氧活动以获得高分。

现在转向图2f，图2f说明了一个舞蹈训练电子游戏屏幕158。舞蹈训练电子游戏的目的是教用户一种舞蹈。这是通过由用户扮演由游戏片段控制器110控制下的舞伴中的第一成员160而电子游戏装置102提供舞伴中的第二成员来完成的。根据用户正确进行成套舞蹈动作的方式打分。如前所述，显而易见所期望的电子游戏结果需要有顾及用户的熟练的时空协调性来获得高分。

现在参照图3a-3d，并且如参照几个示意性系统控制屏幕所说明的那样，手活动传感器装置114，足活动传感器装置116，躯干活动传感器装置118以及心跳检测装置120能向系统108提供输入量以控制用户控制的组合电子游戏及练习系统100的操作。图3a具体说明了开始训练历程屏幕164，其中要求用户站立在练习装置上并举起他的手启动训练历程。同时图3b说明了选择电子游戏屏幕166，其中要求用户举起一只手滚动过电子游戏选项并且举起双手以选择他要玩的特定电子游戏。图3c说明了以类似于选择电子游戏屏幕166的方式运作的选择难度级屏幕168，不同点是用户在选择游戏的难度，例如，新手，初学者，中等熟练，和有经验。最后，图3d说明了以类似于选择电子游戏屏幕166的方式运作的选择训练时间屏幕170，不同点是用户在选择训练历程的持续时间。

现在参照图4-9，这些原理图说明了根据本发明的宗旨构造和运作的用户控制的组合电子游戏及练习系统100几种实现方式。

现在参照图4，手活动传感器装置114，足活动传感器装置116和躯干活动传感器装置118实现为通过IR接口，RF接口等通讯连接的发射器与接收器耦合。发射器通常由用户佩戴而接收器通常集成于电子游戏装置102中。因此，只要保持发射器与接收器之间的通讯，用户就能进行其手臂和腿部的独立和自由运动。在IR接口的情况下是沿着视线保持通讯，而在RF接口的情况下是在发射器-接收器耦合范围内保持通讯。通常每个发射器发出具有特定特征的信号使得每个发射器的信号能区别于其余发射器的信号。接收器要调整为这样的方式：它们能确定每个发射器的位置并通常对每个发射器进行顺序采样。

因此，手活动传感器装置114含有两个手传感器172和174以戴在用户的手腕上来检测用户手的运动，足活动传感器装置116含有两个足传感器176和178以戴在用户的脚踝上来检测用户脚的运动，躯干活动传感器装置118含有腰传感器180以戴在用户的腰上来检测用户躯干的运动并且电子游戏装置含有3个接收器182-186。显然，根据所涉及的运动，有些运动只由一种传感器来记录，例如举起右臂仅由传感器172检测，而其它运动，例如向上起跳，是由所有的传感器172-180来记录的。此外，心跳计数器120提供用户在系统100上的一次练习历程中的心跳。

显而易见游戏片段控制器112需要计算一个传感器较之另一个传感器的相对运动以确定某些运动的“游戏分”。例如，游戏片段控制器112只需要来自传感器172的信息来确定诸如用户在立定时将他的手自腰的高度举到高过他的头的上举高度的活动的游戏分。而在游戏控制器112需要确定诸如用户在向上跳起时将他的手从腰的高度举起和放下相同的上举高度时，游戏片段控制器112需要来自传感器172，174和180的信息。这是由于传感器172和174的绝对运动是相对于传感器180的运动的。

简要地转向图5，图中说明了系统100用于作为对手的两个用户在共同的交互游戏中同时进行练习。在这种情况下，标注为a的发射器发出与那些标注为b的发射器所不同的频率使得系统100能区分两个用户的运动。

在图6所说明的系统100的实现方式中，嵌入在练习垫188中的接收器182-186拾取传感器172-180的信号。同样，要调整接收器使得游戏片段控制器112能确定每个传感器的172-180的位移。在这种情况下，系统100在接收器182-186与电子游戏装置102之间含有通讯链路190，它实现为柔性电缆，IR接口，RF接口等。或者，练习垫188可提供成踏板或楼梯型配置。

练习垫188在许多方面类似于通常的练习垫，如它是设计成塑胶表面，高负荷海绵衬底结构以缓冲由于进行如原地跑的紧张的有氧活动所导致的冲击。而且练习垫188最好有足够的尺寸使得用户能在进行激烈的有氧健身时不用过多地顾虑他所处的位置从而能不限制用户腿部的独立和自由运动。

在图7所说明的系统100的实现方式中，手活动传感器装置114包含手传感器192和194而足活动传感器装置116包含足传感器196和198，它们都实现为集成在练习垫200内的压敏设备，承载单元，开关等。如图所示，手传感器192安置在练习垫200的右侧以检测用户右手的运动而手传感器194安置在练习垫200的左侧以检测用户左手的运动。手活动传感器192由带有让用户右手抓握的手柄204的弹性绳202传动而手活动传感器194由带有让用户左手抓握的手柄208的弹性绳206传动以便不限制用户臂部的独立和自由运动。以类似的方式，足传感器196基本上位于练习垫200右半部分的中心以检测用户右脚对练习垫200的冲击，而足传感器198基本位于练习垫200左半部分的中心以检测用户左脚对练习垫200的冲击。如前所述，手传感器192和194及足传感器196和198与电子游戏控制装置102之间的通讯链路190是经过柔性电缆，IR接口，RF接口等。为了扩大能在练习垫200上进行的和能锻炼肌肉的活动的范围，对练习垫200的改进可以包括将其可旋转地安装到基座210上，如图8所示。在此种情况下，系统10最好含有带有传动器按钮121的手支架。

现在参照图9a和9b。所示系统100含有具有速度传感器213的踏板212，该速度传感器用于检测用户在踏板212上的移动速度。需要注意在本发明背景下的移动速度是指从缓步行走速度到快速跑动速度的任何速度。在这种情况下，速度传感器213代替了手活动传感器装置114，足活动传感器装置116及躯干活动传感器装置118而做为系统控制器108与游戏片段控制器112的输入装置。如上所述，系统控制器108能调节练习装置的一项或多项特性，例如踏板212的阻力。同样，系统100最好含有带有传动器按钮121的手支架211。如前所述，用户参与到这样一种交互电子游戏中，它既需要体力消耗又需要时空协调性以获得所期望的游戏结果。

现在参照图10a-10c，现在说明手活动传感器192和194测量用户手的三项高度，速度及加速度所根据的原理。在这种情况下，手活动传感器192包含两个常开(NO)开关214和216以及在其间延伸的连接器218。需要注意的是绳202不是连在连接器218的中点而是靠近214和216中的一个开关使得开关214和216不会同时闭合。因此根据开关214和216都不，或有一个或是两个都从其常开状态被闭合可确定用户右手的运动。在这种情况下，绳202靠近开关214连接使得无论用户右手运动的方向如何开关214都先于开关216闭合。现在转向图10a，可看出用户在腰的高度上握住手柄204，开关214和开关216就都断开。而如图10b所示，可看出用户在肩部高度握住手柄204，开关214就闭合而开关216断开。最后，而如图10c所示，可看出用户在举过他头顶的高度上握住手柄204，开关214和开关216就都闭合。用户手部的速度和加速度可以从经过三种这不同状态移动所花费的时间推导出。

现在参照图11a和11b，显而易见手传感器192和194也可设计用来检测沿笛卡尔坐标的一条或两条轴的运动方向。要检测沿一条轴的运动方向，手传感器192和194需要两个传感器单元220和222。而要检测沿两条轴的运动方向，手传感器192和194需要三个传感器单元224和226和228。

现在参照图12和图13，表格说明了游戏片段控制器112将游戏片段的一项或多项特性与用户有氧活动的程度相关联的方式的一些典型例子，这使得获得较高分，胜利或其它所期望的游戏结果的可能性随有氧活动程度的加大而增加。为了便于说明，当用户在玩图7中所示的系统100的实现方式中的壁球电子游戏时这些表格由游戏片段控制器112使用。因此在这种情况下游戏片段为球拍。

本发明的一项特殊特性是足活动传感器装置116通过考虑两项因素而确定有氧活动的程度：用户的脚在表面上冲击频率f以及用户脚部的腾空时间比p，p定义为双脚在空中的时间比。设想以特定冲击频率从一只脚到另一只脚单脚轻跳较之相同频率原地慢跑和较之以相同频率原地跑时所需的有氧活动量的不同，显而易见单考虑冲击频率是不够的。

但是，由于步行或跑动的周期性特性，只考虑单脚的冲击频率和腾空时间通常是足够了。而且，可以考虑一只脚的冲击频率和另一只脚的腾空时间比。再者，可以测量用户的单脚或双脚在其一表面上的时间比而不是测量如上所述腾空时间比，这是因为它们是互补的。表面可以是地板或作为替代的练习装置，例如练习垫200。

现在转向图12，表格说明了一个5×6共30个对应不同程度有氧活动的游戏分矩阵，其中冲击频率f分为五个频率等级：f＜1，f＝1或2，f＝3，4或5，f＝6或7以及f＞8，腾空比p分为六个等级：p＜-40％时的“慢走”，p)在-40％和0％之间时的“行走”，p在0％和24％之间时的“慢跑”，p在24％和50％之间时的“跑步”，p在50％和70％之间时的“快跑”以及最后p＞70％时的“冲刺”。需要注意当p取负值时，这意味着用户的双脚都在地面上。如图所示，在较低程度的有氧活动时，例如f＝1或2和慢走，球拍的速度为每次屏幕刷新0个像素，即球拍不移动。以类似的方式，在较高程度的有氧活动时，例如f＝6或7和快跑，球拍的速度为每次屏幕刷新七个像素。

如上参照图2b所述，用户举起他的双手来向左右方向移动球拍。手活动传感器装置114还能根据手传感器192和194所检测的手的速度给出游戏分使得手的举动可以向壁球电子游戏提供附加输入。在这种情况下，手活动传感装置114对用户举起手柄204和208的速率作出响应以根据球拍的运动奖给他“奖励像素”。

举起手柄204的速度可以通过传动开关214和216(见图10a-10c)之间的延迟d确定。现在参照图13，延迟时间d最好分为五个等级：d＞200毫秒，d在160到200毫秒之间，d在120到160毫秒之间，d在90到120毫秒之间，以及最后d小于90毫秒。奖励像素作为屏幕刷新数目的函数给出，例如五次屏幕刷新总共可表示二十五种情况。如图所示，例如，当d大于200毫秒时，用户在随后的五次屏幕刷新时得不到奖励像素而当比如说d小于90毫秒时，用户在第一次屏幕刷新时会得到4个奖励像素，在第二次屏幕刷新时会得到3个奖励像素，以此类推。

虽然本发明结合有限的几种实施方式说明，可以理解能对本发明作出许多变更，改进和其它应用。

Claims (18)

1.一种用户控制的组合电子游戏及练习系统，包括：

(a)用于显示需要用户参与的交互电子游戏的电子游戏装置，所述交互电子游戏含有游戏片段；

(b)提供用于确定周期性有氧活动的频率的信号及所述有氧活动的难度级的足活动传感器装置；以及

(c)对所述信号进行响应以在所述交互电子游戏中控制所述游戏片段的游戏片段控制器。

2.权利要求1的系统，其中所述周期性有氧活动的频率取决于用户至少一只脚在地板上的冲击频率。

3.权利要求1的系统，其中所述周期性有氧活动的难度级取决于用户至少一只脚在地板上的时间比率。

4.权利要求1的系统，其中所述足活动传感器装置提供用于确定用户每只脚在所述练习表面上的冲击频率及用户每只脚在地板上的时间比的信号。

5.权利要求1的系统，其中所述足活动传感器装置含有用于提供所述信号的练习表面。

6.权利要求1的系统，进一步包括用于监视三维工作空间的手活动传感器装置，所述装置提供信号以确定用户至少一只手在所述工作地点内的任何位置，所述游戏片段控制器对所述信号进行响应以控制所述交互电子游戏中的所述游戏片段。

7.权利要求5的系统，进一步包括用于监控三维工作空间的手活动传感器装置，所述装置提供信号以确定用户至少一只手在所述工作地点内的任意位置，所述游戏片段控制器对所述信号进行响应以控制所述交互电子游戏中的所述游戏片段。

8.权利要求6的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置由用户佩戴，所述至少一部分四肢活动传感器通过无线装置与所述游戏片段控制器通讯。

9.权利要求6的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置由用户手持，所述至少一部分四肢活动传感器通过无线装置与所述游戏片段控制器通讯。

10.权利要求6的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置远离用户，所述至少一部分手活动传感器通过无线装置与所述游戏片段控制器通讯。

11.权利要求1的系统，进一步包括第二足活动传感器装置以提供与第二用户的每只脚在第二练习表面上的冲击频率及第二用户的每只脚在所述第二练习表面上的时间比相关联的信号使得所述交互电子游戏可由第一用户和第二用户对垒。

12.一种用户控制的组合电子游戏及练习系统，包括：

(a)用于显示需要用户参与的交互电子游戏的电子游戏装置，所述交互电子游戏含有游戏片段；

(b)提供至少一个信号以确定用户至少一只手离三维训练空间内一预定参考点的距离的手活动传感器装置；以及

(c)对所述至少一个信号进行响应用于在所述交互电子游戏中控制所述游戏片段的游戏片段控制器。

13.权利要求12的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置由用户佩戴，所述至少一部分手活动传感器通过无线装置与所述游戏片段控制器通讯。

14.权利要求12的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置由用户手持，所述至少一部分手活动传感器通过无线装置与所述游戏片段控制器通讯。

15.权利要求12的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置远离用户，所述至少一部分四肢活动传感器通过无线装置与所述游戏片段控制器通讯。

16.权利要求12的系统，进一步包括一个练习表面，用于提供与用户每只脚在练习表面上的冲击频率及用户每只脚在所述练习表面上的时间比相关联的信号。

17.权利要求16的系统，其中至少一部分所述手活动传感器装置由用户手持。

18.权利要求12的系统，进一步包括第二手活动传感器装置，用于提供至少一个信号以确定第二用户的至少一只手离三维训练空间内一预定参考点的距离使得所述交互电子游戏可由第一用户和第二用户对垒。

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