CN1466690A - 物理对象定位设备和方法以及使用这种设备和方法的平台 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测物理对象的装置，每个对象具有可检测的标识符，这些对象与图形显示装置相联系地设置，其中包括检测器，可用以检测所述标识符相对于所述图形显示装置的位置，以及输出带有所述第一位置的信息的信号，其中所述装置可用以通过电子处理、根据所述信号来确定所述物理对象相对于所述图形显示装置的相对位置。

Description

物理对象定位设备和方法以及使用这种设备和方法的平台
发明领域
本发明涉及物理对象定位，更具体但并不是唯一地涉及用于跟踪和移动对象的物理对象检测，其中这些对象可以是游戏中的游戏件或标志。对象检测可以是游戏或模拟平台的一部分。
发明背景
传统上，游戏可在专门划分的台面或游戏板上进行，标志则根据一组规则在游戏板上移动。
不过，近年来，游戏、仿真等已在计算机上运行，并且许多传统的板上游戏已经计算机化了。通常，计算机化的板上游戏涉及到屏幕上出现的动画板，动画游戏标志在动画板上移动。采用诸如键盘、鼠标及游戏杆之类的标准接口装置，以常规方式进行玩家与计算机之间的交互作用。
涉及多人参加的游戏是极不方便的，尤其是在游戏限制于单计算机的情况下。另外，习惯游戏板上的标志的人也很难适应屏幕显示。
因此，进行了大量尝试以使计算机能够使用物理游戏件及游戏板，从而使人-机接口尽可能自然。
自计算机最初能够开始用来玩游戏以来所进行的早期尝试涉及到玩家采用游戏件设置游戏板、在游戏板上进行移动、向计算机键入移动以及等待计算机指示其移动。然后，计算机的移动则由用户在游戏板上物理地进行。但计算机和游戏板之间不存在任何直接交互作用。
许多现有的专利允许计算机和设置在游戏板上的物理游戏件之间的直接交互作用。这种交互作用通常以游戏件或标志中基于的设备及连接计算机的相应感应设备为基础。为了使计算机能够直接与游戏件交互作用，需要玩游戏的人和游戏板、如感应机构来实现物理部件或标志相对于游戏板的自动定位，并且最好是还提供区分各标志的功能。
Wacom的多个专利说明了电子绘图装置或指示笔。以电子方式跟踪指示笔在图形输入板上的移动，并用其产生计算机化的绘图。激励被加到指示笔中的谐振电路上，谐振电路所发出的电磁辐射通过感应机构来检测，定位处理用来定位指示笔。美国专利No.6005555是这样一种专利，其中公开了位置检测设备，这种设备能够检测同时出自多个位置指示装置的任何组合的位置指示装置。位置指示装置中提供的谐振电路的频率通过从图形输入板传送的命令信号来设置，使放置在图形输入板上的多个位置指示装置具有不同的频率，从而抑制图形输入板上的位置指示装置中的电磁干扰，使得同时检测成为可能。
结合游戏板使用这种系统的一个关键问题在于：布置在网格中的一层导体放置在图形输入板上，以便在定位指示笔时为装置提供足够的分辨率。不过，在一个游戏中，最好是应当没有干扰地看到游戏板。
Ryan的美国专利5188368说明了其中具有调谐电路的游戏件。每个调谐电路均被调谐在不同的频率，以便能够区分这些游戏件。游戏板被分成一些单元，线圈电路被嵌入游戏面或游戏板中，每个单元一个。线圈电路依次被激活，从而激励位于单元中的任何游戏件的调谐电路。采取响应来表示某个游戏件处于该单元中。
Gilboa的美国专利5853327描述了一些游戏件，其中包含为提供标识个别游戏件的编码信号而布置的电磁转发器。游戏板是平面，其中放置了代表游戏的纸张。游戏板分为一些单元，每个单元包括内置于板中的电磁励磁线圈。以行和列为基础激励这些单元，以及确定每个游戏件的位置。
在这两种解决方案中，线圈或转发器必须内置于游戏面中。这些解决方案均没有公开感应设备与电子屏幕的结合。
申请人的共同未决的申请USSN 09/382167描述了一种积极的解决方案，即一种涉及其中具有带电电路的游戏标志的解决方案，其中，各标志以可视方式检测用作游戏板的平面显示屏上的激活像素。标志在激活标志所定位的像素时发送信号，以及系统能够采用所传送的信号来推算该标志的位置，因为它知道在给定时间激活了哪个像素。实施例允许激活像素的搜索模式以及具有各自可识别信号的标志。信号可以是红外线、超声波等。另外，实施例还提供了仿真计算机玩家或在网络上的远程玩家，以及它们的移动可由机械臂来完成。
这种解决方案允许结合电子屏幕来提供检测。不过，作为积极的解决方案，它需要标志具有独立的电源。也就是说，有时常需要更换的电池。此外，积聚在游戏件底部的污垢会影响传感器。
发明概述
本发明的实施例允许精确地确定游戏板上游戏件的位置和身份，使得一个或多个玩家能够玩游戏，其中一部分玩家可以是仿真玩家，而一部分玩家可以是位于远处的例如通过网络玩游戏的玩家。
本发明的实施例还提供了一种解决方案，它可以与电子屏幕结合使用，并且游戏件上的少量污垢不会干扰其使用。
本发明最好是采用机械臂与精确定位和识别系统相结合，以便代表仿真玩家或远程玩家在游戏中移动标志。
根据本发明的第一方面，提供一种检测与图形显示装置相联系来放置的一组物理对象中的每个对象的方法，每个所述对象包含标识符，该方法包括：
在与所述图形显示装置相关的位置上放置至少一个所述对象，
通过检测器检测所述标识符，
从所述检测器输出信号，该信号带有所述位置的信息，以及
根据所述信号确定所述位置的信息。
在一个最佳实施例中，每个对象在所述组中具有唯一身份，其中，指示符表明所述身份，从所述检测器输出的所述信号还带有所述唯一身份的信息，以及所述确定步骤包括确定所述唯一身份。
在另一个最佳实施例中，所述标识符是可视标识符，以及所述确定步骤包括图像处理。
在另一个最佳实施例中，所述标识符是电子标识符，所述标识符产生在所述组中可识别的输出。
在另一个最佳实施例中，所述电子标识符是谐振电路，以及所述输出是所述组中唯一的频率上的电磁幅射。
在另一个最佳实施例中，所述标识符是发射器，提供了触发所述发射器以发送信号的步骤，提供了测量包含触发和接收所述发送信号之间延时和到多个接收器中每一个的相位变化的组中之一的步骤，以及提供了通过将所述组中的所述一个与所述多个接收器中每一个进行比较来推算对象位置的步骤。
所述发射器最好是包含超声发射器、红外发射器、射频发射器以及微波发射器的组中的任一种。
所述物理对象最好是外部供电的。
所述物理对象也可以是内部供电的。
所述物理对象最好是包含游戏件、模拟件及指示器的组中的任一种。
在一个实施例中，所述图形显示装置是平面屏幕图形显示装置。
所述图形显示装置也可以是图形输入板装置。
最好是还设有以下步骤：通过所述图形显示装置、采用标志移动子系统来移动所述至少一个物理对象。
所述标志移动子系统最好是包括可驱动的臂或机械臂。
可驱动的臂最好是包含标识符。
最好是提供一种在所述确定步骤之前执行的登记步骤，指明所述图形显示装置上的多个已知位置，检测所述已知位置，以及在所述已知位置和所述检测位置之间进行映射。
所述检测器最好是包括检测布置在所述图形显示装置上的线圈的坐标系统。
每个对象最好是分别可通过预定谐振频率来激励，其中，所述图形显示装置由励磁线圈环绕，所述励磁线圈可用以输出所述组中对象可检测的信号，所述组中的每个对象具有不同的谐振频率，用以激励所述对象。
所述信号最好是宽带信号，可以短脉冲串来实现。它也可以是与所述组中各个对象的所述标识符的谐振频率相对应的一系列频率。
本发明的实施例通常可包含在包括游戏和模拟的组中的任一种之中。
根据本发明的第二方面，提供一种用于检测物理对象的装置，每个对象具有可检测的标识符，这些对象与图形显示装置相联系地设置，包括：
检测器，可用以检测所述标识符相对于所述图形显示装置的位置，以及输出带有所述第一位置的信息的信号，
其中所述装置可用以通过电子处理来根据所述信号确定所述物理对象相对于所述图形显示装置的相对位置。
最好是提供一组待检测的物理对象，以及所述标识符是所述组中的每个物理对象所特有的。
在一个最佳实施例中，所述检测器是摄像机，以及所述电子处理包括图像处理。所述标识符最好是视觉上可感应的标记。
最好是针对与所用图像处理算法结合的有效性来选择所述视觉上可感应的标记。
在另一个实施例中，所述标识符是具有谐振频率的谐振电路。
最好是提供一组待检测的物理对象，每个对象具有唯一的谐振频率。
一个实施例具有布置在所述图形显示装置上的网格，所述网格包含导体。
所述导体最好是嵌入至少一层透明箔中。一个特定实施例采用两层箔。
最好是，所述网格中的第一组导体用作发射器导体以发送信号，这些信号经调谐而在相应调谐的物理对象中引起谐振，以及第二组导体用作来自附近放置的物理对象的谐振信号的接收器，从而使所述装置能够定位物理对象。
所述第一组导体最好是嵌入第一透明箔中，以及所述第二组导体最好是嵌入第二透明箔中。
在一个特定的最佳实施例中，设置至少一个电光传感器，用于检测所述图形显示装置上的所述箔其中至少一个的位置。
一个最佳实施例还具有环绕所述图形显示装置的线圈，所述线圈可用以发射能够在物理对象中引起谐振的信号，所述网格可用以经所述谐振的物理对象附近的导体拾取所述谐振，从而定位所述物理对象。
所述信号最好是能够在具有一定谐振频率范围的物理对象中引起谐振。
该信号最好是宽带信号。
该信号最好是包含短脉冲串。
该信号最好是包含与所述组中各个对象的所述标识符的谐振频率相对应的一系列频率。
所述电子处理最好是包括识别在发出所述信号之后出现在所述网格的各个导体上的频率。
所述电子处理最好是包括快速傅立叶变换。
或者，若所述物理对象的频率是已知的，则所述电子处理包括频率相关。
在一个实施例中，为每个物理对象提供唯一的存储位置。
在一个最佳实施例中，提供一组待检测的物理对象，所述装置包括装置跟踪功能，可用以根据对第一物理对象先前位置的认识、对移动所述物理对象的至少一条规则的认识以及移动之后的所述物理对象组的检测位置，推断所述第一物理对象的当前位置。
一个实施例设置了至少一个可感骰子，用于根据其取向来选择分数，其中所述检测器可用以确定所述骰子的取向，从而所述装置可用以推算所述分数。
所述可感骰子最好是包括多个谐振电路，每个电路与所述骰子的不同取向相关并且当所述骰子处于相应的取向时被激活，以及所述检测器可用以检测所述谐振频率。
所述可感骰子最好是包括加权开关，用于根据所述骰子的所述取向在所述谐振电路之间进行选择。
一个实施例可与采用至少一个骰子的游戏配合使用。在该实施例中，所述装置包括分数推算器，用以根据所述对象的所检测移动来推算所述至少一个骰子所显示的分数。
一个最佳实施例包括接口模块，用于实现与检测器的接口。
在一个最佳实施例中，所述接口模块是操作系统的一部分。
根据本发明的第三方面，提供一种可感骰子，用于与电子游戏平台配合使用，所述骰子具有多种取向以及与每种取向有关的分数，所述骰子包含多个信号产生电路，其中每一个电路均与所述骰子的所述定向之一相关，并且可选择用于所述骰子处于相应取向时的信号产生。
在一个最佳实施例中，骰子包括加权开关，用于在所述信号产生电路之间根据所述骰子的所述取向进行选择，从而将所述信号产生电路中的每一个与相应的取向相关联。
所述信号产生电路最好是谐振电路。
每个所述谐振电路最好是可用以在不同频率谐振，从而指示所述骰子的所述取向。
附图简介
为了更好地理解本发明以及说明如何实现本发明，下面仅以举例的方式参照附图来进行说明，图中：
图1是框图，说明根据本发明的第一实施例的一般系统，
图2a至2c是概括示意图，说明根据本发明的一个实施例、放置在标志上实现可视检测的可视指示符，
图2d是概括流程图，说明采用图2a至2c的指示符进行检测的步骤，
图3是概括流程图，说明检测系统可组合到游戏中的方式，
图4是概括框图，说明校准用于可视检测的摄像机的方法，
图5是概括示意图，说明根据本发明的实施例可使用的、具有游戏件的游戏板，
图6是框图，说明根据本发明的一个实施例的游戏系统的元件，
图7和8是示意图，说明根据本发明的实施例、放置在游戏板上的第一和第二透明箔，
图9是示意图，说明图7和8的箔的叠加，
图10是示意图，说明根据本发明的一个实施例的单个标志的检测，
图11是示意图，说明标志和电感线圈之间的磁通，
图12是概括示意图，说明根据本发明的第三实施例的电子游戏板，
图13是概括示意图，说明根据本发明的第三实施例的单个标志的检测，
图14是概括示意图，说明根据本发明的第三实施例使用的标志的内部电路，
图15是概括电路图，说明检测根据本发明的第三实施例的游戏板上的标志位置的电路，
图16a和16b是概括波形时序图，说明根据本发明的第三实施例的激励信号和相应的检测信号，
图17是游戏或模拟平台的系统级的概括框图，
图18是概括框图，说明图17的平台可以如何兼容地或通过网络与其它平台交互作用，
图19是概括示意图，说明具有与本发明的实施例配合使用的存储盘的游戏面，以及
图20是概括示意图，说明机械臂在移动标志时的使用。
图21是概括图，说明可根据本发明的实施例工作的可感骰子。
最佳实施例的说明
一般来说，本发明的实施例提供一种游戏系统，其中包括电子平板显示屏、可感游戏件或游戏标志、计算机化的控制器以及定位和识别系统。游戏标志最好是成组提供，该组适合提供游戏中最大数量的各方所需的全部标志。每个标志最好是可独立识别的。
标志或游戏件可以是具有与游戏有关的意义的图形(例如在国际象棋中)，或者它们可能只表明玩家的位置(例如在MonopolyTM中)，指示器的任何特殊性只是为了区分不同的玩家。或者，这些游戏件可以是指示器或指示笔。
游戏允许在本地人类玩家、远程人类玩家、本地仿真玩家以及远程仿真玩家的任意组合之间进行。机械臂最好是代表远程或仿真玩家来移动游戏件。
在以下说明中，图17至20说明系统级的游戏系统。图1-6说明采用可视检测的实施例。图7-11说明采用感应检测的第一实施例，以及图12-16说明采用感应检测的第二实施例。图21说明用于这种系统中的骰子，以及图22说明感应系统的另一个实施例。
下面参照图1，这是本发明的第一实施例的概括框图。图1中，通常可能是通用计算机的控制器10与摄像机12和机械臂14连接。
正如下面将要详细说明的，摄像机的作用是产生包含游戏件18的游戏板16的图像。图像用来定位及识别游戏板16上的不同游戏件18。游戏件可由玩家或由机械臂14来移动。
在一个实施例中，游戏板16是任何标准的游戏板。但在最佳实施例中，游戏板是可以在其上投影不同或者不断变化的图像的平面屏幕。
为了识别和定位不同的游戏件18，控制器10还可包括最好是软件形式的图像处理器20，以便处理从摄像机12接收的图像。在一个游戏中，每个游戏件通常极为相似，尤其是从图像处理程序的角度来看。因此，迄今为止还未使用游戏件的可视检测，显然是因为图像处理目前无法以可靠方式区分通常一起用在游戏中的游戏件。
下面参照图2A，这是可视图案22的一般示意图，其中，可视图案22最好是放置在每个游戏件18上。图案22的选择最好是与图像处理器20兼容，并且技术人员知道，所示图像并不是唯一的适合图像。选择可视图案以便可通过图像处理来识别。
图案22最好是应用于游戏件的面向上的平整水平面。
图案包括第一色彩的第一条纹24以及第二色彩的第二条纹，这两种条纹的重心28在游戏件的中心。条纹24和26以一定角度彼此分开，通常可构成十字或X。在第三和第四色彩之间交替变换的多个同心环30环绕着重心。
条纹24和26最好是在所有游戏件上都是相同的。但是，同心环30对于各游戏件是不同的，表示游戏件代码、色彩或其它有关的信息。
下面参照图2B，这是通过第一滤色器所见的图案22的一般图像，其中这样设置第一滤色器，使得通过滤色器仅看到第一条纹24。
下面参照图2C，这是通过第二滤色器所见的图案22的一般图像，其中第二滤色器经过设置，使得只有第二条纹26是可见的。应当指出，表示每个条纹24及26的重心的区域28为空白。然而，这并不会妨碍图像处理算法将其检测为第二条纹26的重心的功能。
下面参照图2d，这是一个说明图像识别步骤的简化流程图。采用每个滤色器来产生图像。通常形成图2b和2c所示类型的图像，每个图像包括一个对角条纹。然后再采用每个对角条纹的适当算法来确定重心。如果在每种情况下均已识别了正确的重心，并且执行比较步骤来比较这两个重心，则这两个图像中每一个的重心应重合。如果这两个重心是相同的或者处于彼此较小的误差容限之内，则接受该重心并检查环序列。该组中不同标志之间的环序列的差异可用来识别各标志。然后可验证标志身份和位置。
下面参照图3，这是一个总流程图，说明本发明的第一实施例的操作。
图3中，实施例的操作包括设置阶段。在本实施例中，摄像机12的位置相对于游戏板不是固定的。因此需要摄像机12获取有关其相对定位的信息，这在设置阶段中进行。这种设置阶段的目的在于查找并校准摄像机12相对于游戏板16的位置。设置阶段最好是在后台工作，并在开始时以及在游戏过程中以一定的时间间隔进行。
在设置过程中，游戏板16在一系列预选位置上显示预定图案，在一个实施例中，游戏板16是一种图形显示装置、如LCD平面屏幕。屏幕显示由摄像机12进行监测，预选位置上的图案由图像处理器20进行检测。若预选位置是已知的，则变换矩阵经过构造，允许摄像机12所形成图像中的点被解释为游戏板16上的具体位置。
在设置阶段之后，装置进入工作模式。工作模式包括检测游戏件、根据游戏规则进行处理以及移动游戏件的步骤。通过将机械臂送到游戏件的所识别位置、执行选择操作以抓取游戏件、将该游戏件移动到所需的新位置以及将游戏件放置在平面上来进行游戏件的移动。
一般来说，在游戏中还必须允许玩游戏的人移动游戏件的转向。检测系统让玩游戏的人执行其移动，然后再重新检测游戏件以找出玩游戏的人所进行的操作。然后再检验移动的合法性，并且在计算机确认该移动符合规则时，继续进行游戏。
下面参照图4，这是一个简化框图，进一步说明如何执行检测步骤。摄像机12观察受到游戏板与摄像机的相对位置影响的游戏板16，并且通常可呈不规则四边形。因此，如以上参照设置阶段所述，为了在摄像机图像位置和游戏面或游戏板16上的绝对坐标位置42之间进行转换，建立了变换矩阵44，其中仅包含用于不同游戏板位置的乘数。最好是在设置阶段根据经验得出变换矩阵44。因此，在特定图像坐标上的摄像机图像中检测游戏件，并且图像坐标与变换矩阵中的相应项相乘，从而产生游戏板16上的游戏件的绝对位置。
下面参照图5，这是根据本发明的一个实施例的游戏板的总示意俯视图。这个俯视图是摄像机12可具有的有关游戏板的典型视图。游戏件18排列在游戏板16中各位置上。当游戏件的位置已经由摄像机14所确定时，游戏件可由机械臂14或由玩游戏的人(未标出)来移动。
下面参照图6，这是根据本发明的装置的总示意图，其中说明了可以如何安排摄像机12以便提供图4所示类型的图像等。与以上所示相同的部件被赋以相同的标号，除理解本实施例所需之外不再进行说明。摄像机12位于游戏板16的一侧之上，在本例中，游戏板16为平面屏幕LCD显示器。所示控制器10设在屏幕16之下，可以是CPU。
控制器10最好是包括两个主要的软件项：图像处理程序包50，识别图2的可视图案或标志，并且执行图像转换；以及游戏应用程序52，它知道游戏板的布置以及允许、禁止规则，跟踪游戏件，判定玩游戏的人的移动是否合法，并计算作为玩家的自身移动。
在上述实施例中，识别系统能够根据对可视图案或标志中的环的分析来识别各游戏件。在另一个实施例中，各游戏件的身份在开始游戏时就已经知道。每次移动均根据一组规则进行，此外，每次移动一般涉及单个游戏件以可预测方式从当前位置移动到当前的空位上，或者根据游戏的性质移动到被俘获的对手当前所占据的位置上。因此，游戏应用程序52能够仅通过比较检测到的新、旧位置并使用游戏规则来跟踪各游戏件。
下面参照图7，说明可与本发明的第二实施例配合工作的第一透明箔60。在第二实施例中，通过覆盖导电薄膜及蚀刻，在一个表面上形成一系列单环线圈62.1...62.n。另一种方法是，超细导线可连接到薄膜上来形成导体。单环线圈62.1...62.n均在平行方向上延伸。
虽然所示线圈表示为单环线圈，但也可采用多环线圈。
下面参照图8，说明可与本发明的第二实施例配合工作的第二透明箔64。第二透明箔64同样具有蚀刻在上面的一系列单环线圈导体66.1...66.n，它们均在平行方向上延伸，但与第一透明箔60的延伸方向成直角。
下面参照图9，说明相互叠加的第一透明箔60和第二透明箔64。箔60和64这样定向，使得相应的电感线圈62和66成直角。电感线圈定义运用叠加线圈的表面上的坐标，并且互感存在于每对线圈之间的每个结点上。互感一般较低，但在包括电感的游戏件本身放置在结点上时会增大。如果游戏件本身具有谐振电路，并且被激励在其谐振频率，则极大地提高互感，并可确定游戏件的坐标。此外，如果游戏件具有唯一的谐振频率，那么就不仅能够定位游戏件，而且还可明确地识别游戏件。
如上所述，相互垂直的电感线圈放置在分开的透明箔上。技术人员知道这可以确保其间不存在导电性，而作为选择方案，可以在相同薄膜的相对表面上或者在其它可靠地防止其间导电的任何共同排列中设置相互垂直的线圈。
下面参照图10，说明两个单线圈电感器之间的结点。具有谐振频率f1的游戏件68位于结点之上，从而提高了两个导体之间的互感。如果信号以频率f1通过水平导体，则会使游戏件68产生谐振，从而进一步提高两个电感线圈之间的互感。这样，从第二线圈所得到的电流表示在与当前被激励的线圈的结点上存在具有谐振频率f1的游戏件。
箔和屏幕之间的校准可能不准确。因此采用校准补偿步骤。该步骤采用如下确定的补偿因数：
在游戏板80上提供了诸如在某个位置上以一定速率闪烁的像素之类的可视信号。该信号围绕不同的像素移动，直到被光检测器68检测到。只有图案以光检测器正下方的像素为中心，光检测器才正确地识别闪烁图案。这个系统能够根据在光检测器表示了检测时施加了信号的像素来确定校正因数应当是什么。
下面参照图11，这是一个简化电路图，示意地说明了图10所示结点的情况。在结点上，两个线圈62和66具有互电容M，它与游戏件68的存在与否无关。另外，在第一线圈和游戏件之间还存在互电容M1p，以及在游戏件和第二线圈之间存在互电容M2p。游戏件68包括谐振电路，其中可包含电容器70和电感器72。M1p和M2p不是恒定的，而是在谐振电路谐振时增大得相当多。
游戏件68通过电感耦合接收电力，从而可以是完全无源的电子装置。也就是说，它们不需要包含电池或其它任何有源电子器件。它们只需要在受到适当频率影响时谐振。可加入游戏中的游戏件68的数量只是可由线圈装置所检测的离散频率的数量。它对于实际应用是不受限制的。
在使用中，采用希望定位的游戏件之一的激励频率f1直接激励或者水平或者垂直的线圈组之一。该组中的各种线圈被共同激励或者被依次激励，如果相关游戏件出现在其中一个结点上，另一组的相应线圈则提供相对较强的信号。
在一个实施例中，采用对应于所使用游戏的所有频率来连续激励一组中的各个线圈，然后再对每个其它线圈进行同样的操作，从而定位单个扫描中的每个游戏件。或者，用单频率来激励一组中的每个线圈，直到找出相应的游戏件，然后再采用其它频率进行其它扫描。
具体地说，第一组线圈激励其中的交变磁通。第二组用来读出连接在两组环形线圈之间的交流电压信号。游戏件或标志最好是由LC谐振电路组成，如上所述，其中，每个标志均调谐到预定的谐振频率，在系统的分辨率方面，该谐振频率不同于游戏组中其它标志的谐振频率。第一组中的任何线圈和第二组中的任何线圈之间的耦合效率一般极低。在标志放置于两个线圈的结合区的情况下，如图10所示，极大地增加了两个线圈之间的有效互感。如果标志被激励而产生谐振，则在读出线圈的输出端产生大振幅。
通过在读出第二组的每个线圈上所形成的电压的同时以所有预定频率连续激励第一组中的每一个线圈，可确定游戏组中全部标志的位置和标识。
通过在标志的谐振频率上适当地调制激励信号，可实现系统和标志之间的数字或模拟通信。通过提高处于谐振或耦合状态的标志的载流量以及励磁线圈的载流量，可建立对标志的能量传递。以这种方式传递的能量可为执行标志中的各种功能、例如数据传递或启动的电子电路供电。
来自读出线圈的电压信号最好是与激励信号进行相干检测，以便实现无误差检测。因此，相位检测器和低通滤波器可足以消除不必要的信号。
下面参照图12，这是与本发明的另一个实施例配合使用的电子游戏板80的简图。电子游戏板通常可以是上述实施例中的平面屏幕显示器。在图7-11所示的实施例中，两个透明箔60和64放置在游戏板表面，并且具有蚀刻在上面的导体以形成两组单环线圈。更具体地说，如以上结合图7和8所述，通过蚀刻，在一个表面上形成一系列单环线圈62.1...62.n。单环线圈62.1...62.n均在平行方向上延伸。第二透明箔64同样具有蚀刻在上面的一系列单线圈导体66.1...66.n，它们均在平行方向上延伸，但这两个箔60和64相互叠加，使其中之一的延伸方向与另一个的延伸方向成直角。与上述实施例一样的是，两组线圈提供x-y坐标来标识标志的位置，但与上述实施例相反的是，这两组线圈仅接收信号而不发送。
在图12所示的实施例中，通过环绕游戏板80周围的励磁线圈82来进行信号传送。励磁线圈82产生一系列脉冲。可属于宽频谱或系列的脉冲可包含谐振电路的一个或多个频率的组合。实现宽频谱脉冲的一种方式是采用如傅立叶理论所述、包含长系列的不断降低振幅且不断增加波长的正弦波的短时长矩形波脉冲。该组标志18中的每一个在不同频率上谐振，如以上实施例所述，并且对脉冲进行响应而在其自身频率上谐振。标志18中所产生的谐振传送给其上放置了标志的相应水平及垂直线圈，在每个线圈的输出上接收的信号的简单波长滤波允许确定对应于所检测波长的每个标志的坐标。
在图12中还给出了安装在叠加箔上的光检测器68。叠加箔安装在电子游戏板80上，以便检测标志，如上所述。不过，箔可能不是准确地放置在游戏板80上，而光检测器68用来计算补偿因数，使得采用这些箔所确定的坐标能够转换为游戏板上的位置。补偿因数的确定如下所述：
在游戏板80上提供了例如在某个位置上以一定速率闪烁的像素之类的可视信号。该信号围绕不同的像素移动，直到被光检测器68检测到。只有图案以光检测器正下方的像素为中心，光检测器才正确地识别闪烁图案。这个系统能够根据在光检测器表示了检测时施加了信号的像素来确定校正因数应当是什么。
下面参照图13，它是一个简图，说明放置在外围励磁线圈82中的电子游戏板80上的两个读出线圈62和66之间的结点上的单标志18。有效互感存在于标志和两个线圈62、66之间。脉冲发生器84采用一系列脉冲来激励励磁线圈82，如上所述，这些脉冲由标志18的谐振电路(图14)来拾取。使标志18在其谐振频率产生谐振，如上所述，以及谐振电路中所产生的小电压振幅振荡由每个线圈62和66来拾取。实时分析函数确定各线圈上的频率，从而可确定X-Y坐标以及标志的身份。
下面参照图14简要地说明一种典型的谐振电路86，其中包括通常可用于标志18中的电感器和电容器。电路86是典型的储能电路，包括电感器88和电容器90。该电路通常是无源的，也就是说，它不是内部供电的。
与上述实施例一样，电路86中所产生的能量可用来对标志上的激励器或信号灯或其它装置供电，以及数据可调制在谐振频率上以便与标志进行通信，例如使其在游戏的特定阶段发出信号来接通LED。
检测三个标志的实例
现在结合以下表格实例来说明用于检测多个标志的实施例的使用。
假定三个标志放置在具有下列坐标的5×5网格的透明平面上，每个标志具有如下所示的不同谐振频率：
    标志     X坐标     Y坐标 谐振频率(Hz)
    1     1     3     1000
    2     4     3     2000
    3     5     5     3000
                     表1-3标志实例
在采用宽频谱脉冲进行激励之后，系统同时还从所有线圈读取全部信号，并且分析可检测以下信号频率：
    编号     X坐标(Hz)     Y坐标(Hz)
    1     1000     0
    2     0     0
    3     0     1000+2000
    4     2000     0
    5     3000     3000
     表2表1中标志的检测
由于在对应于X1和Y3的线圈上检测到1000Hz，因此程序断定标志1放置在(1，3)上。
由于在对应于X4和Y3的线圈上检测到2000Hz，因此程序断定标志2放置在(4，3)上。
由于在对应于X5和Y5的线圈上检测到3000Hz，因此程序断定标志3放置在(5，5)上。
由于每个标志具有不同的谐振频率，因此避免了标志之间的耦合。不同标志的电压信号可共用一个共同的检测线圈，作为例如上述实例中的Y3，但这些信号可通过简单滤波来分隔。
在上例中应用了单脉冲，并且通过对游戏中的标志所使用的所有频率进行滤波，同时检测产生响应的所有线圈。也能够分别检测各个标志，从而简化控制电路，但降低了操作速度。
下面参照图15，这是本发明的检测系统中所使用的电路的简化电子框图。图15中，微控制器100按如上所述产生一个信号，该信号操作脉冲发生器以产生在游戏板80的区域上感应高通量级的宽频谱脉冲。如上所述，它在位于游戏板周围的一系列标志18中产生谐振，而这在线圈62、66中产生相应波长的可检测信号。
在线圈的输出上所接收的信号由放大器+低通滤波器102进行放大，然后再传递给快速A/D转换器104。然后，微处理器100再执行数字滤波，以便确定这些游戏件的位置。数据则可传送给通用计算机。另一种方法是，微处理器100可将信号传递给另一个微处理器来执行FFT。
该系统最好是在信号输出到环绕线圈82之后等待若干微秒。在读出线圈输出上所接收的信号再由快速A/D转换器104进行数字化，并传送给微处理器100。微处理器最好是对各线圈的输出进行快速傅立叶变换(FFT)，以便表明出现的频率，从而能够确定各标志的位置和标识，如上所述。
在另一个实施例中，由于所有频率都是已知的，因此，对于每个输入，不采用FFT而是采用相关算法来识别出现的频率。对于较少数量的标志，相关算法较快。
如果标志18没有直接放置在结点上方，而是放置在两个X线圈或两个Y线圈之间或者是放置在X线圈和Y线圈之间，则不接收一个输出上的强信号，而是接收至少两个输出上的较弱信号。两个信号的相对强度可表明标志在线圈之间的位置，微处理器100从而可采用简单内插算法更准确地确定标志18的位置。
下面参照图16a和16b，这两个图分别说明了外围激励线圈82上输出的典型激励脉冲以及在读出线圈62、66的输出上检测的相应的递减谐振信号。并列表示这两个图以说明这两个信号之间的时序关系。
外层线圈放置在游戏板区域的四周。当施加了脉冲时，标志中的LC电路启动以便精确地以谐振频率进行谐振，以及可在放大之后在相同频率上在读出线圈上检测信号。没有检测到标志之间的任何干扰。当两个标志放置在相同的列或行上时，可读取与各标志的谐振频率相同的两个频率。
上述用于检测标志的基于感应的实施例可应用于类似于图1所示的游戏平台。下面参照图17，这是可在其中应用上述实施例中任一个的游戏平台的系统级框图。图17中，游戏平台110包括中央处理器112。中央处理器112具有显示子系统114、标志检测子系统116、标志移动子系统118、应用子系统120以及通信子系统124。
标志检测子系统116包括以上结合图1至16所述实施例中任一个。子系统116与标志检测硬件126相关联，其中，标志检测硬件126可以是摄像机或者是上述感应线圈的装置其中之一。子系统还可与标志128相关联，其中，标志128可与标志检测硬件兼容，如上所述。子系统116还最好是包括动态数据库，存储与标志有关的当前位置及其它相关信息。
标志移动子系统118提供对标志移动硬件130以及标志存储硬件132(若配置的话)的中央处理器112的接口。标志移动硬件130最好是图1的机械臂14。标志存储硬件132通常可以是存储盘，用于存储游戏中当前未使用的标志，下面结合图19对其进行详细说明。
应用子系统120支持应用软件134，通常是定义正在进行的游戏及允许的移动的软件，并且支持任何仿真玩家、如仿真玩家136等。子系统最好是与游戏无关的，并且提供游戏、操作系统及其它子系统之间的接口。
显示子系统114允许在诸如电子游戏板或平面显示器80之类的显示硬件138上显示游戏板。显示硬件138最好是可以水平放置的平板显示器。显示硬件最好是包括完整的多媒体功能、文本、图像、声音、动画视频等。
通信子系统允许处理器通过网络、如因特网接收来自其它玩家的输入并将输出向其发送。通信子系统与其它子系统链接，使得能够在平台110上通过由标志移动硬件130所移动的标志128来表示这种玩家。
系统可采用独立的接口模块进行设计，该接口模块负责检测子系统116和应用子系统120之间的通信。接口模块可作为系统的一部分来实现，或者可与操作系统结合。
下面参照图18，它说明图17的游戏平台如何用来通过网络与其它玩家进行对抗游戏。第一平台140连接网络142、如因特网。同样类型或兼容类型的另一个平台144也连接到相同的网络142，并且采用其相应的通信子系统在它们之间传递数据，从而可在其间进行游戏。
除了兼容平台之外，游戏还可对于不兼容的平台、如标准P.C.146来进行，其中，这种平台运行相同的应用软件，但没有配置其它子系统。P.C.146以常规方式连接到网络142，并且传送数据，使参与游戏的平台140和144将PC玩家看作另一个不在现场的玩家，并且相对于它来移动标志。不过，PC用户可能被限制为动画屏幕显示。同样，其它不兼容的平台、如笔记本或掌上型计算机148可参与游戏，但是它们可能具有较低的显示能力，数据驱动的移动电话、如电话150也是同样。
下面参照图19，说明标志存储盘160。在前面的一个实施例中知道，没有为标志提供使其区别于其它标志的相应标识特征。采用“推算定位”的处理来确定提供了已知起始位置的给定标志的位置，对可能的有效移动的限制，以及移动结束时标志的位置。为了使这个系统工作，最好是使每个标志从在被放置到游戏板上之前的已知位置开始。
在图19中，游戏板表面160包括：游戏区162，其中具有分布其上的一系列标志164.1...164.n；以及存储区166，其中包含每个标志164.1...164.n的相应存储位置168.1...168.n。在每个游戏的开始，各标志从其相应的存储位置及所表明的身份中提取。然后，它被移动到起始位置并在游戏过程中被跟踪，如上所述，以便始终知道其位置。
下面参照图20，这是表示移动游戏件164.1的机械臂14的游戏板表面160的总示意图。机械臂14最好是包括与微处理器110(图17)的接口118(图17)、控制单元(未标出)、电动机械臂170以及手柄172。对于待移动标志的位置，机械臂14依靠标志检测子系统所获得的数据，但也可额外配置安装在手柄172上或附近的辅助摄像机来进行精细定位。另外，机械臂可配备标识符，以便定位子系统能够定位机械臂。
下面参照图21，这是一个简图，说明可根据本发明的实施例工作的可感骰子。图21所示的简图中，骰子170的横截面的每一侧上设有谐振电路172...178。应当知道，为简便起见，图21是二维的，骰子最好是具有六面从而具有六个谐振电路的三维立方体。谐振电路172...178其中的每一个均设置在不同的谐振频率。六位加权开关180根据骰子170的取向来选择谐振电路172...178之一。系统能够从所检测的频率中推算骰子170的哪一面最高，从而推断所选取的值。应当知道，图21所示的实施例只是产生可感骰子的多种可行方法之一。
可替代可感骰子的是计算机屏幕上所示的骰子的图形表示。软件元件采用随机发生器来选择1至6之间的某个数字，以及图形表示向用户显示该选择结果。
另一种替代方法是采用标准骰子。如果与可视检测实施例结合使用，就能够使系统确定骰子所示的分数。否则，系统可根据玩游戏的人所进行的移动来确定骰子上所示的分数。对于仿真玩家所进行的移动，骰子上所示分数可以手工输入系统或者可按照以上所述采用随机发生器。
下面参照图22，说明本发明的另一个最佳实施例。在图22的实施例中，标志190位于游戏表面192。标志190包括标识符电路194，它可以是上述谐振电路，或者可以是小发射器，通常为超声发射器或红外线、射频或者微波发射器。标识符由与游戏表面192相联放置的触发电路196来触发而产生脉冲。所附权利要求书，包括本文所述各种特征的组合及再组合，以及包括本领域的技术人员在阅读以上说明时会想出的变型及修改。

Claims (55)

1.一种检测与图形显示装置相联系地放置的一组物理对象中的每一个的方法，每个所述对象包含标识符，所述方法包括：
将所述对象中至少一个放置在与所述图形显示装置相联系的位置上，
通过检测器检测所述标识符，
从所述检测器输出信号，所述信号带有所述位置的信息，以及
根据所述信号确定所述位置的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个对象具有在所述组中唯一的身份，其中所述指示符表示所述身份，从所述检测器输出的所述信号还带有所述唯一身份的信息，以及所述确定步骤包括确定所述唯一身份。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标识符是可视标识符，以及所述确定步骤包括图像处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标识符是电子标识符，所述标识符产生在所述组中可识别的输出。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电子标识符是谐振电路，以及所述输出是所述组中唯一的频率上的电磁幅射。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标识符是发射器，其中提供了触发所述发射器以发出信号的步骤，提供了测量包括触发和接收所述发出信号之间的延时、到多个接收器中每一个的相位变化的组中一项的步骤，以及提供了通过将所述组中的所述一项与所述多个接收器中每一个进行比较来推算对象位置的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发射器是包括超声发射器、红外发射器、射频发射器以及微波发射器的组中的任一种。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理对象由外部供电。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理对象由内部供电。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理对象是包括游戏件、模拟件及指示器的组中的任一种。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图形显示装置是平面屏幕图形显示装置。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图形显示装置是图形输入板装置。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：通过所述图形显示装置、采用标志移动子系统来移动所述至少一个物理对象。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述标志移动子系统包括可驱动的臂。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述可驱动的臂包含标识符。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括在所述确定步骤之前执行的登记步骤，其中指明所述图形显示装置上的多个已知位置，检测所述已知位置，并且在所述已知位置和所述检测位置之间进行映射。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测器包括检测布置在所述图形显示装置上的线圈的坐标系统。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述物理对象分别可由预定谐振频率来激励，其中所述图形显示装置由励磁线圈环绕，所述励磁线圈可用来输出所述组中对象可检测的信号，其中所述组中的每个对象具有不同的谐振频率以激励所述对象。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述信号是宽带信号。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述信号包括短脉冲串。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述信号包含与所述组中各个对象的所述标识符的谐振频率相对应的一系列频率。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包含于包括游戏和模拟的组中的任一种之中。
23.一种用于检测物理对象的装置，每个对象具有可检测的标识符，所述对象与图形显示装置相联系地设置，其中包括：
检测器，可用以检测所述标识符相对于所述图形显示装置的位置以及输出带有所述第一位置的信息的信号，
其中所述装置可用以通过电子处理、根据所述信号来确定所述物理对象相对于所述图形显示装置的相对位置。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，提供了一组待检测的物理对象，以及所述标识符对所述组中各物理对象是唯一的。
25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述检测器是摄像机，以及所述电子处理包括图像处理。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述标识符是在视觉上可感受的标记。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，针对与所使用的图像处理算法结合的有效性来选择所述视觉上可感受的标记。
28.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述标识符是具有谐振频率的谐振电路。
29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，提供了一组待检测的物理对象，每个对象具有唯一的谐振频率。
30.如权利要求28所述的装置，其特征在于具有布置在所述图形显示装置上的网格，所述网格包括导体。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述导体嵌入至少一个透明箔中。
32.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述导体嵌入两个透明箔中。
33.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述网格中的第一组导体用作发射器导体以发送信号，这些信号经过调整以便在相应调谐的物理对象中引起谐振，以及第二组导体用作从附近放置的物理对象接收谐振信号的接收器，从而使所述装置能够定位物理对象。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述第一组导体嵌入第一透明箔中，以及所述第二组导体嵌入第二透明箔中。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于还包括至少一个电光传感器，用于检测所述图形显示装置上的所述箔中至少一个的位置。
36.如权利要求30所述的装置，其特征在于还具有环绕所述图形显示装置的线圈，所述线圈可用以发射能够在物理对象中引起谐振的信号，所述网格可用以经由在所述谐振的物理对象附近的导体来拾取所述谐振，从而定位所述物理对象。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于，所述信号能够在具有一定谐振频率范围的物理对象中引起谐振。
38.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述信号是宽带信号。
39.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述信号包括短脉冲串。
40.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述信号包括与所述组中各个对象的所述标识符的谐振频率相对应的一系列频率。
41.如权利要求40所述的装置，其特征在于，所述电子处理包括识别在发出所述信号之后出现在所述网格的各个导体上的频率。
42.如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述电子处理包括快速傅立叶变换。
43.如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述物理对象的频率是已知的，以及所述电子处理包括频率相关。
44.如权利要求43所述的装置，其特征在于，对于每个物理对象具有唯一的存储位置。
45.如权利要求43所述的装置，其特征在于，提供了一组待检测的物理对象，所述装置包括装置跟踪功能，可用以根据对第一物理对象的先前位置的认识、对移动所述物理对象的至少一条规则的认识以及移动之后的所述物理对象组的检测位置，推断所述第一物理对象的当前位置。
46.如权利要求43所述的装置，其特征在于还包括至少一个可感骰子，用于根据其取向来选择分数，其中所述检测器可用以确定所述骰子的取向，所述装置从而可用以推断所述分数。
47.如权利要求46所述的装置，其特征在于，所述可感骰子包括多个谐振电路，每一个均与所述骰子的不同取向相关，并且当所述骰子处于相应的取向时被激活，以及所述检测器可用以检测所述谐振频率。
48.如权利要求47所述的装置，其特征在于，所述可感骰子包括加权开关，用于根据所述骰子的所述取向在所述谐振电路之间进行选择。
49.如权利要求43所述的装置，其特征在于：当与采用至少一个骰子的游戏结合使用时，所述装置包括分数推算器，用于根据所述对象的检测移动来推算所述至少一个骰子所表示的分数。
50.如权利要求43所述的装置，其特征在于还包括接口模块，用于实现与所述检测器的接口。
51.如权利要求50所述的装置，其特征在于，所述接口模块是操作系统的一部分。
52.一种与电子游戏平台配合使用的可感骰子，所述骰子具有多种取向以及与每种取向相关的分数，所述骰子包含多个信号产生电路，每一个均与所述骰子的所述取向之一相关，并且可选择用于所述骰子在相应取向时的信号产生。
53.如权利要求52所述的可感骰子，其特征在于包括加权开关，用于在所述信号产生电路之间、根据所述骰子的所述取向进行选择，从而将所述信号产生电路中的每一个与相应的取向相关联。
54.如权利要求53所述的可感骰子，其特征在于，所述信号产生电路是谐振电路。
55.如权利要求54所述的可感骰子，其特征在于，每个所述谐振电路可以在不同的频率谐振，从而表示所述骰子的所述取向。
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