CN1975748A - 虚拟网络马拉松的健身游戏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟网络马拉松的健身游戏方法。借助计算机、传感、多媒体、网络等技术,以踏步机为器械,用户通过网络在虚拟的场景中进行锻炼、漫游和比赛。系统框架由硬件设备、客户端、服务器、网络通讯和游戏情节组成。通过中间件获取用户的运动信息和生理指标并传递给客户端。客户端利用游戏引擎处理来自硬件、用户交互和网络的信息,同步更新场景。服务器支持大计算量、多用户。根据事件消息设计网络协议实现了快速和安全目标的平衡。三种娱乐模式:训练、锻炼和竞技以面向丰富的客户群。虚拟网络马拉松游戏设计方法使得系统成本低,易于安装,用途广泛,用户体验丰富的特点,同时具备健身、娱乐、教育和广泛交流的功能,在商业和科研领域都有其应用的价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种虚拟网络马拉松的健身游戏方法。系统将游戏和健身结合起来,在娱乐的同时达到锻炼的目的。
技术背景
过去的二十余年中,在硬件设备厂家、软件开发者、游戏公司和图形学研究人员等的共同努力下,计算机游戏获得了长足的发展,已经成为现代社会比较普遍的娱乐方式。各种新兴技术的出现并被及时应用到游戏中,使得游戏的科技含量增加。虚拟现实、传感、体育仿真和网络技术集成到游戏中,形成了分布式多玩家虚拟网络游戏,提供给用户更多的真实感、沉浸感和视觉体验,拓广了个人的生活空间。
即便如此,网络游戏也招致一些批评的声音,主要是游戏内容的健康性,游戏玩家容易沉湎其中而造成社会孤立感,并缺乏有效的身体锻炼。随着生活水平的提高和工作压力的增强,人们更加关注身体健康。2008年奥运会在中国的举办,无疑会推动竞技体育和全民健身运动的发展。虚拟健身网络游戏(FVNG:Fitness-oriented Virtual Network Game)正是在这样的背景下,引起了越来越多人的关注。它的目的是在虚拟现实技术营造的环境中,使得用户获得身临其境的感觉,并通过网络进行交流和利用体育器械进行锻炼,以获得更广的生活空间和健身、娱乐功能。显然,虚拟健身网络游戏克服了传统网络游戏的几个弊端,但作为新的研究方向,FVNG还没有成熟的开发模式,缺乏成功的实现案例。公开号为CN1553399的专利申请提出了一种具有健身功能的电子游戏控制器,能够使人在玩电子游戏时获得游戏和健身的双重功效。但是,该控制器使用的是健步机,对使用者的运动保护不够,且软件功能有限,只支持本地用户,在提高游戏可玩性方面没有突破。
在国家自然科学基金重点项目“远程沉浸式虚拟奥运博物馆若干关键技术的研究”的资助下,我们探讨了虚拟健身网络游戏的通用开发框架,并以跑步作为运动形式实现了一个游戏原型系统:虚拟网络马拉松(VNM:Virtual Network Marathon)。跑步是目前国际流行并被医学界给予高度评价的有氧健身运动形式,是保持一个人身心健康最有效最科学的健身方式,也越来越受到大家的喜爱,所以我们选择跑步作为虚拟健身网络游戏的运动形式。系统框架遵循模块化、易扩展、通用性和鲁棒性的设计原则,从游戏包含的几个组件分别进行针对性设计。这些组件包括;客户端;服务器端;游戏情节;网络通讯;硬件。虚拟网络马拉松借助计算机、传感、多媒体、网络通讯等技术,以踏步机为器械,通过网络连接,用户在虚拟的场景中进行锻炼和比赛。传感器捕捉用户的运动状况,用户通过面前的显示器观察自己的行为和所处的环境,并通过多种通道控制自己的行为,或与其他在线用户进行交流。虚拟网络马拉松不同于传统的角色扮演游戏、第一人称射击游戏和实时策略游戏,更加强调身体运动能力、角色扮演的真实性、竞技过程的同步性和虚拟时空的存在性。作为一种健康游戏,VNM的目标是能够纳入到电子竞技的平台中。虚拟网络马拉松健身游戏更有趣,不枯燥,而且它不受时间、地点、天气的影响,在家中就能进行。参与人群也不受年龄限制,老少皆宜。图1表示了原型系统的框架图。
发明内容
本发明的目的是提供一种虚拟网络马拉松(VNM)的健身游戏方法,将游戏和健身结合起来,在娱乐的同时达到锻炼的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
虚拟网络马拉松的健身游戏方法,由五个相对独立的部分组成;游戏情节,硬件,网络通讯,服务器,客户端;该方法的步骤如下:
(1)游戏情节贯穿整个游戏的运行过程;
(2)开启服务器端:如果需要联网,则选择大于等于2数目的用户数;如果只在本地运行,用户数为1;然后选择数据库服务器的地址和端口,连接并初始化数据库;
(3)接着启动客户端,按照游戏情节连接服务器,选择人物形象、场景和游戏模式,进入相应的模式;其中连接服务器时就用到网络通讯部分,将用户的信息和请求发送到服务器,同时从服务器获取响应结果和其他用户信息;
(4)用户登上踏步机,踏步机是硬件的一部分,开始进行游戏和锻炼;
(5)在用户锻炼时,客户端通过中间件获取用户的运动信息和生理指标数据,通过用户界面交互获得指令和通过网络获得服务器信息,存在用户列表的本地用户表单中;游戏中心访问用户列表,处理后调用游戏引擎进行场景绘制的工作;
(6)游戏过程中当有用户交互事件发生时,每个客户端将自己的游戏状态发送到服务器,服务器调用游戏世界管理、游戏逻辑管理、场景管理、用户管理和数据库进行处理,并将处理后的数据发送给所有相关的用户,以更新该用户列表相应的表单;
(7)如果用户准备退出游戏,按游戏情节先退出客户端,此时服务器端会进行处理并通知其他在线用户;直到所有用户退出后,才能退出服务器端。
所述的游戏情节中包含整个虚拟网络马拉松系统的游戏内容,提供了角色、人物形象、场景和运动模式选择;角色行为根据体育仿真来设计;从用户能够获得沉浸感的角度进行3D场景构造;按如下步骤进行:
(1)用户通过一段介绍性动画进入游戏系统登录/注册界面;
(2)新用户注册或老用户登录进入游戏设置环节;
(3)用户选择期望的角色。游戏有三种真实的角色:运动员、观众和裁判;虚拟观众作为场景中的一部分;目前裁判使用现场控制,所以只有两种角色:玩家和观众可以选择;不同的角色进入游戏可以体验不同的游戏功能;
(4)选择玩家后,用户可以选择代表自己在3D场景中进行体验的虚拟化身的形象;虚拟化身从头发、肤色、服装、鞋袜等进行设计和区分;
(5)选择中意的马拉松场景:场景根据比较著名的马拉松赛事的真实场景来进行构造,以使用户能够体验到各国的文化和风景名胜;
(6)选择用户的模式:系统根据用户参加健身的目的性,运动模式分为典型的三种;训练模式;锻炼模式和竞技模式;
(7)进入相应模式下的游戏系统。
所述的步骤6中的选择用户的模式:三种模式特征包括:
(1)训练模式基于用户和本地机器,根据用户的锻炼频率和强度,以提供专家意见指导科学锻炼;
(2)锻炼模式是用户在健身时,邀请在线好友漫游虚拟景点,了解特定对象的历史、风格、特征等,体验娱乐与教育的功能。
(3)竞技模式是在一定的游戏规则下,两人或团队之间的直接和激烈的竞争,通过统计运动成绩一分高下;根据运动员的可承受运动量和锻炼时间,可以对竞技模式进行细分和客户化定制,包括分段马拉松、迷你马拉松和全程马拉松:分段马拉松式整个马拉松赛程分为有限次来完成;迷你马拉松用户可以选定自己时间和体力能够承受的距离,如5公里和10公里;全程马拉松是用户在一个连续的时间段内完成42.195公里的赛程。
所述的硬件部分包括运动器材、中间件和显示器三个部分:运动器材选用现有的商用产品,为了增加可扩展性,使用中间件,通过传感器获取运动器材上运动员的运动信息,并传递给游戏客户端;显示器便于运动状况下用户很容易观察用户化身的运动状况。
所述的网络通讯系统的结构是客户端/服务器模式,在客户端之间实时交流信息时采用端对端模式;根据事件消息的类型,从快速响应和可靠性两个角度选择通讯协议:TCP和UDP协议;CS模式下的消息采用的是两种协议的混合体,P2P模式下的消息全部采用UDP协议;
对系统中所有的事件消息,根据消息产生的时机和实现的功能,分为五类:用户登入/登出/注册和个性选择;游戏准备或退出;游戏运行;系统管理;实时用户交流。用户登入/登出/注册和个性选择的消息必须保证可靠性,所以使用TCP协议;游戏运行时用户信息和用户实时交流信息要求快速传递,所以使用UDP协议;其他信息组合使用TCP和UDP协议。
所述的服务器分为两个部分;通用服务器和数据库服务器:通用服务器管理虚拟环境,处理事件消息并维持同步性等任务;数据库服务器主要存储对象和场景的信息;系统实现过程中,通用服务器和数据库服务器独立放置,或者集成在一起;通用服务器基于功能划分,有游戏世界管理、游戏逻辑管理、场景管理、用户管理和网络通讯模块五个部分;服务器端运行过程如下:
(1)网络模块接收客户端的请求消息,并发送给游戏世界管理模块;
(2)游戏世界管理模块作为通用服务器的中心,接收网络模块的信息,分配给相应的模块进行处理,将结果信息反馈给网络模块;
(3)如果事件消息是关于游戏逻辑的,则游戏逻辑管理被游戏世界管理模块调用,处理逻辑计算,如竞赛的排名,是否有用户犯规;结果返回给游戏世界管理模块;
(4)如果事件消息是关于场景的,则场景管理被游戏世界管理模块调用,处理游戏场景的更新。结果返回给游戏世界管理模块;
(5)如果事件消息是关于用户数据的,则用户管理被游戏世界管理模块调用,维护用户个人信息;结果返回给游戏世界管理模块;
(6)场景管理和用户管理模块被调用时,需要与数据库服务器进行通讯;数据库服务器基于MySQL设计,在系统容量和查询速度上给以保证;
(7)网络模块接收游戏世界管理模块的处理结果并转发给相应客户端。
所述的客户端包括一个游戏控制中心和用户界面交互;网络通讯;场景绘制与3D引擎四个模块;四个模块是在游戏控制中心的协调下进行运转,客户端通过中间件获取用户的运动信息和生理指标数据,通过用户界面交互获得指令和通过网络获得服务器信息,由游戏中心处理后调用游戏引擎进行场景绘制的工作;其运行过程如下:
(1)控制中心读取并分析通过传感器得到的用户实时运动数据,转换成速度、方向、位置、心跳等系统变量;
(2)通过自然的人机交互界面与系统进行多通道交互,控制中心获取用户控制信息。相应的事件消息发送到服务器;
(3)控制中心通过网络通讯模块连接服务器,获取指令和其他用户的数据。所有用户数据存在一个用户列表中,列表的大小由用户数量决定,每个表单含有用户ID,速度,方向,位置,标志位等项目;
(4)游戏控制中心是客户端的枢纽,它接收数据后进行处理,读取列表中的数据并发送控制指令给场景绘制模块。场景绘制模块调用3D引擎进行场景和角色绘制;
(5)游戏信息、更新的场景和人物动画最终显示在显示器上。
所述的虚拟网络马拉松系统根据运动员、裁判和观众分别设置角色行为:
(1)运动员的虚拟化身有静止、向前小跑和加速跑、减速的动作,同时可以向左右转动以改变前进的方向;在获胜、失利、碰到障碍物或其他运动员时,面部分别呈现欢呼、沮丧、惊讶和歉意的表情;
(2)裁判宣布比赛的开始和结束,判决是否有抢跑发生,对最后的比赛结果进行核实后
公布;在比赛进行时,对用户的行为进行裁决,如不合理身体接触和技术犯规等;
(3)观众可以登录到游戏中,可以选择喜欢的场景和关注的运动员,通过献上鲜花给运动员以支持;运动员可以看见自己的累积鲜花总数,从中看到自己的被支持程度。
运动员的运动信息从踏步机上传递到软件系统的过程分为三步:
1)传感器记录运动员的速度、方向的运动信息和心跳、呼吸的生理信息,通过96000的波特率传递到串口;
2)串口根据预先定义好的数据结构读取信息并进行必要的转换,放在存储区域内;
3)客户端游戏控制中心读取存储区域的数据,驱动系统运行。
本发明具有的有益效果是:系统开发框架具有规模可扩充和功能可扩展的特点,可操作性强。作为典型应用的虚拟网络马拉松系统,成本低,容易普及推广,提供给用户丰富的身体和视觉体验。同时具备健身、娱乐、教育和广泛交流的功能,在商业和科研领域都有其应用的价值。
附图说明
图1是健身虚拟网络游戏系统示意图;
图2是游戏情节部分中的角色、人物形象、场景和运动模式选择;
图3是基于中间件结构的硬件设计;
图4是服务器端线程执行模型;
图5描述了数据库管理模块功能;
图6描述了客户端多线程执行过程。
具体实施方式
根据本发明介绍的系统和方法可以实现虚拟网络马拉松游戏,也可以作为参照用来开发用户期望的虚拟健身网络游戏。
1.虚拟网络马拉松系统的运行过程如下:
(1)游戏情节贯穿整个游戏的运行过程;
(2)开启服务器端。如果需要联网,则选择相应数目的用户数(大于等于2);如果只在本地运行,用户数为1。然后选择数据库服务器的地址和端口,连接并初始化数据库。
(3)接着启动客户端,按照游戏情节连接服务器,选择人物形象、场景和游戏模式,进入相应的模式。其中连接服务器时就用到网络通讯部分,将用户的信息和请求发送到服务器,同时从服务器获取响应结果和其他用户信息。
(4)用户登上运动器材(踏步机,是硬件的一部分),开始进行游戏和锻炼。
(5)在用户锻炼时,客户端通过中间件获取用户的运动信息和生理指标数据,通过用户界面交互获得指令和通过网络获得服务器信息,存在用户列表的本地用户表单中。游戏中心访问用户列表,处理后调用游戏引擎进行场景绘制的工作。
(6)游戏过程中当有事件发生时,每个客户端将自己的游戏状态发送到服务器,服务器调用游戏世界管理、游戏逻辑管理、场景管理、用户管理和数据库进行处理,并将处理后的数据发送给所有相关的用户,以更新该用户列表相应的表单。如果是本地游戏,在上述操作会简单很多。
(7)如果用户准备退出游戏,按游戏情节先退出客户端,此时服务器端会进行处理并通知其他在线用户。直到所有用户退出后,才退出服务器端。
2.游戏情节中包含整个虚拟网络马拉松系统的游戏内容,提供了角色、人物形象、场景和运动模式选择。图2中按如下步骤进行:
(1)用户通过一段介绍性动画进入游戏系统登录/注册界面;
(2)新用户注册或老用户登录进入游戏设置环节;
(3)用户选择期望的角色。游戏有三种真实的角色:运动员(玩家)、观众和裁判。虚拟观众作为场景中的一部分。目前裁判使用现场控制,所以只有两种角色:玩家和观众可以选择。不同的角色进入游戏可以体验不同的游戏功能。
(4)选择玩家后,用户可以选择代表自己在3D场景中进行体验的虚拟化身的形象。虚拟化身从头发、肤色、服装、鞋袜等进行设计和区分。
(5)选择中意的马拉松场景。场景可以根据比较著名的马拉松赛事的真实场景来进行构造,以使用户能够体验到各国的文化和风景名胜。
(6)选择用户的模式。系统根据用户参加健身的目的性,运动模式分为典型的三种;训练模式;锻炼模式和竞技模式。
(7)进入相应模式下的游戏系统。
3.上述游戏情节中步骤6的三种模式特征包括:
(1)训练模式基于用户和本地机器,根据用户的锻炼频率和强度,以提供专家意见指导科学锻炼。
(2)锻炼模式是用户在健身时,邀请在线好友漫游虚拟景点,了解特定对象的历史、风格、特征等,体验娱乐与教育的功能。
(3)竞技模式是在一定的游戏规则下,两人或团队之间的直接和激烈的竞争,通过统计运动成绩一分高下。根据运动员的可承受运动量和锻炼时间,可以对竞技模式进行细分和客户化定制,包括分段马拉松、迷你马拉松和全程马拉松。分段马拉松式整个马拉松赛程分有限次来完成。迷你马拉松用户可以选定自己时间和体力能够承受的距离,如5公里和10公里。全程马拉松是用户在一个连续的时间段内完成42.195公里的赛程。
4.硬件部分包括运动器材(图1中的硬件)、中间件和显示器三个部分。运动器材可以选用现有的商用产品,或改装或重新设计后使用,原则是成本低,容易普及和推广,且能保护用户运动时的安全。为了增加可扩展性,使用中间件策略,通过传感器获取运动器材上运动员的运动信息,并传递给游戏客户端(如图3所示)。显示器要求15英寸及以上,便于运动状况下用户很容易观察用户化身的运动状况。
运动员的运动信息从踏步机上传递到软件系统的过程分为三步:
(1)传感器记录运动员的速度、方向的运动信息和心跳、呼吸的生理信息,通过96000的波特率传递到串口;
(2)串口根据预先定义好的数据结构读取信息并进行必要的转换,放在存储区域内;
(3)客户端游戏控制中心读取存储区域的数据,驱动系统运行。
5.系统的总体网络通讯结构是客户端/服务器模式(CS:Client-server),在客户端之间实时交流信息时采用端对端模式(P2P:Peer-to-Peer)。根据事件消息的类型,从快速响应和可靠性两个角度选择最合适的通讯协议:TCP和UDP协议。CS模式下的消息采用的是两种协议的混合体,P2P模式下的消息全部采用UDP协议。
对系统中所有的事件消息,根据消息产生的时机和实现的功能,分为五类:用户登入/登出/注册和个性选择;游戏准备或退出;游戏运行;系统管理;实时用户交流。用户登入/登出/注册和个性选择的消息必须保证可靠性,所以使用TCP协议;游戏运行时用户信息和用户实时交流信息要求快速传递,所以使用UDP协议;其他信息组合使用TCP和UDP协议。
6.服务器分为两个部分:通用服务器和数据库服务器。系统实现过程中,通用服务器和数据库服务器可以独立放置,也可以集成在一起。通用服务器基于功能划分,有游戏世界管理、游戏逻辑管理、场景管理、用户管理和网络通讯模块五个部分。服务器端运行过程如下;
(1)网络模块接收客户端的请求消息,并发送给游戏世界管理模块;
(2)游戏世界管理模块作为通用服务器的中心,接收网络模块的信息,分配给相应的模块进行处理,将结果信息反馈给网络模块。
(3)如果事件消息是关于游戏逻辑的,则游戏逻辑管理被游戏世界管理模块调用,处理逻辑计算,如竞赛的排名,是否有用户犯规等。结果返回给游戏世界管理模块。
(4)如果事件消息是关于场景的,则场景管理被游戏世界管理模块调用,处理游戏场景的更新。结果返回给游戏世界管理模块。
(5)如果事件消息是关于用户数据的,则用户管理被游戏世界管理模块调用,维护用户个人信息。结果返回给游戏世界管理模块。
(6)场景管理和用户管理模块被调用时,需要与数据库服务器进行通讯。数据库服务器基于MySQL设计,在系统容量和查询速度上给以保证。
(7)网络模块接收游戏世界管理模块的处理结果并转发给相应客户端。
7.通用服务器端采用多线程来实现,其线程执行模型如图4所示。其中各线程功能说明:
(1)系统主线程(一个),负载启动系统、初始化其他线程、监听并响应服务器端的用户操作(如断开网络、查看统计信息、服务器端配置)。
(2)接收线程(多个),负责接收网络数据,将接收到的数据放入接收队列。
(3)分析线程(多个),从接收队列中取出数据进行分析,分析出数据的类型后调用相应功能模块对其进行处理,处理后的数据放入发送队列。这是系统中最主要的线程,逻辑处理、功能实现全在此类线程中进行。
(4)发送线程(多个),从发送队列取出数据,然后发送到网络上。
8.数据库服务器包含数据管理模块。在客户注册用户、登录服务器、保存游戏结果、退出游戏时,服务器都必须和数据库进行交互、查询、保存客户资料;当有大量用户同时在线时,必须保证数据库的性能,避免因数据库处理缓慢而导致游戏服务器停止响应的后果。数据库管理模块包括以下几个细分的功能(图5):
(1)与其他模块接口部分;验证用户是否已存在;创建新用户记录;验证用户身份;更新用户信息;创建新竞技信息;更新竞技信息;创建新锻炼信息;更新锻炼信息;创建新场景记录;更新场景记录;删除场景记录;创建新模型记录;更新模型记录;删除模型记录;创建新装备记录;更新装备记录;删除装备记录;
(2)底层操作:连接数据库;关闭数据库;执行命令(SQL);取记录;异常处理等
(3)其他辅助操作:备份数据库;恢复数据库;优化数据库(例:当锻炼记录过多时,将早期的锻炼记录转存)
9.客户端包括一个游戏控制中心和四个模块(用户界面交互;网络通讯;场景绘制与3D引擎)。四个模块是在游戏控制中心的协调下进行运转,客户端通过中间件获取用户的运动信息和生理指标数据,通过用户界面交互获得指令和通过网络获得服务器信息,由游戏中心处理后调用游戏引擎进行场景绘制的工作。其运行过程如下:
(1)控制中心读取并分析通过传感器得到的用户实时运动数据,转换成速度、方向、位置、心跳等系统变量。
(2)通过自然的人机交互界面与系统进行多通道交互,控制中心获取用户控制信息。相应的事件消息发送到服务器。
(3)控制中心通过网络通讯模块连接服务器,获取指令和其他用户的数据。所有用户数据存在一个用户列表中,列表的大小由用户数量决定,每个表单含有用户ID,速度,方向,位置,标志位等项目。
(4)游戏控制中心是客户端的枢纽,它接收数据后进行处理,读取列表中的数据并发送控制指令给场景绘制模块。场景绘制模块调用3D引擎进行场景和角色绘制。
(5)游戏信息、更新的场景和人物动画最终显示在显示器上。
10.客户端主要承担接收事件信息并执行绘制功能,也基于多线程执行,如图6。系统内共有5类线程,各线程功能说明如下:
(1)系统主线程(一个):负责启动系统、初始化其他线程、监听并响应客户端的用户交互查询操作。
(2)网络接收线程(一个):负责接收网络数据,将接收到的数据放入接收队列。
(3)分析线程(多个);主要有两个任务,第一,从接收队列中取出数据进行分析,分析出数据的类型后调用相应功能模块对其进行处理,处理后的数据放入发送队列;第二,响应游戏世界中的请求或调用,处理硬件信息、用户交互查询信息,将这些需求信息处理后放入发送任务队列。这是系统中最主要的线程,网络信息、硬件信息、用户交互信息全在此线程中进行处理。
(4)网络发送线程(一个):从发送队列取出数据,然后发送到网络上
(5)硬件处理线程(一个):负责与硬件通讯,获取硬件数据并对其进行处理。
11.虚拟网络马拉松系统根据运动员、裁判和观众分别设置角色行为:
(1)运动员的虚拟化身有静止、向前小跑和加速跑、减速的动作,同时可以向左右转动以改变前进的方向。在获胜、失利、碰到障碍物或其他运动员时,面部分别呈现欢呼、沮丧、惊讶和歉意的表情。
(2)裁判宣布比赛的开始和结束,判决是否有抢跑发生,对最后的比赛结果进行核实后公布;在比赛进行时,对用户的行为进行裁决,如不合理身体接触和技术犯规等。
(3)观众可以登录到游戏中,可以选择喜欢的场景和关注的运动员,通过献上鲜花给运动员以支持。运动员可以看见自己的累积鲜花总数,从中看到自己的被支持程度。
Claims (8)
1.虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于由五个相对独立的部分组成:游戏情节,硬件,网络通讯,服务器,客户端;该方法的步骤如下:
(1)游戏情节贯穿整个游戏的运行过程;
(2)开启服务器端:如果需要联网,则选择大于等于2数目的用户数;如果只在本地运行,用户数为1;然后选择数据库服务器的地址和端口,连接并初始化数据库;
(3)接着启动客户端,按照游戏情节连接服务器,选择人物形象、场景和游戏模式,进入相应的模式;其中连接服务器时就用到网络通讯部分,将用户的信息和请求发送到服务器,同时从服务器获取响应结果和其他用户信息;
(4)用户登上踏步机,踏步机是硬件的一部分,开始进行游戏和锻炼;
(5)在用户锻炼时,客户端通过中间件获取用户的运动信息和生理指标数据,通过用户界面交互获得指令和通过网络获得服务器信息,存在用户列表的本地用户表单中;游戏中心访问用户列表,处理后调用游戏引擎进行场景绘制的工作;
(6)游戏过程中当有用户交互事件发生时,每个客户端将自己的游戏状态发送到服务器,服务器调用游戏世界管理、游戏逻辑管理、场景管理、用户管理和数据库进行处理,并将处理后的数据发送给所有相关的用户,以更新该用户列表相应的表单;
(7)如果用户准备退出游戏,按游戏情节先退出客户端,此时服务器端会进行处理并通知其他在线用户;直到所有用户退出后,才能退出服务器端。
2.根据权利要求1所述虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的游戏情节中包含整个虚拟网络马拉松系统的游戏内容,提供了角色、人物形象、场景和运动模式选择;角色行为根据体育仿真来设计;从用户能够获得沉浸感的角度进行3D场景构造;按如下步骤进行:
(1)用户通过一段介绍性动画进入游戏系统登录/注册界面;
(2)新用户注册或老用户登录进入游戏设置环节;
(3)用户选择期望的角色。游戏有三种真实的角色:运动员、观众和裁判;虚拟观众作为场景中的一部分;目前裁判使用现场控制,所以只有两种角色:玩家和观众可以选择;不同的角色进入游戏可以体验不同的游戏功能;
(4)选择玩家后,用户可以选择代表自己在3D场景中进行体验的虚拟化身的形象;虚拟化身从头发、肤色、服装、鞋袜等进行设计和区分;
(5)选择中意的马拉松场景;场景根据比较著名的马拉松赛事的真实场景来进行构造,以使用户能够体验到各国的文化和风景名胜;
(6)选择用户的模式:系统根据用户参加健身的目的性,运动模式分为典型的三种:训练模式;锻炼模式和竞技模式;
(7)进入相应模式下的游戏系统。
3.根据权利要求2所述的虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的步骤6的三种模式特征包括:
(1)训练模式基于用户和本地机器,根据用户的锻炼频率和强度,以提供专家意见指导科学锻炼;
(2)锻炼模式是用户在健身时,邀请在线好友漫游虚拟景点,了解特定对象的历史、风格、特征等,体验娱乐与教育的功能。
(3)竞技模式是在一定的游戏规则下,两人或团队之间的直接和激烈的竞争,通过统计运动成绩一分高下;根据运动员的可承受运动量和锻炼时间,可以对竞技模式进行细分和客户化定制,包括分段马拉松、迷你马拉松和全程马拉松:分段马拉松式整个马拉松赛程分为有限次来完成;迷你马拉松用户可以选定自己时间和体力能够承受的距离,如5公里和10公里;全程马拉松是用户在一个连续的时间段内完成42.195公里的赛程。
4.根据权利要求1所述的虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的硬件部分包括运动器材、中间件和显示器三个部分:运动器材选用现有的商用产品,为了增加可扩展性,使用中间件,通过传感器获取运动器材上运动员的运动信息,并传递给游戏客户端;显示器便于运动状况下用户很容易观察用户化身的运动状况。
5.根据权利要求1所述的虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的网络通讯系统的结构是客户端/服务器模式,在客户端之间实时交流信息时采用端对端模式;根据事件消息的类型,从快速响应和可靠性两个角度选择通讯协议:TCP和UDP协议;CS模式下的消息采用的是两种协议的混合体,P2P模式下的消息全部采用UDP协议;
对系统中所有的事件消息,根据消息产生的时机和实现的功能,分为五类:用户登入/登出/注册和个性选择;游戏准备或退出;游戏运行;系统管理;实时用户交流。用户登入/登出/注册和个性选择的消息必须保证可靠性,所以使用TCP协议;游戏运行时用户信息和用户实时交流信息要求快速传递,所以使用UDP协议;其他信息组合使用TCP和UDP协议。
6.根据权利要求1所述的虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的服务器分为两个部分:通用服务器和数据库服务器:通用服务器管理虚拟环境,处理事件消息并维持同步性等任务;数据库服务器主要存储对象和场景的信息;系统实现过程中,通用服务器和数据库服务器独立放置,或者集成在一起;通用服务器基于功能划分,有游戏世界管理、游戏逻辑管理、场景管理、用户管理和网络通讯模块五个部分;服务器端运行过程如下:
(1)网络模块接收客户端的请求消息,并发送给游戏世界管理模块;
(2)游戏世界管理模块作为通用服务器的中心,接收网络模块的信息,分配给相应的模块进行处理,将结果信息反馈给网络模块;
(3)如果事件消息是关于游戏逻辑的,则游戏逻辑管理被游戏世界管理模块调用,处理逻辑计算,如竞赛的排名,是否有用户犯规;结果返回给游戏世界管理模块;
(4)如果事件消息是关于场景的,则场景管理被游戏世界管理模块调用,处理游戏场景的更新。结果返回给游戏世界管理模块;
(5)如果事件消息是关于用户数据的,则用户管理被游戏世界管理模块调用,维护用户个人信息;结果返回给游戏世界管理模块;
(6)场景管理和用户管理模块被调用时,需要与数据库服务器进行通讯;数据库服务器基于MySQL设计,在系统容量和查询速度上给以保证;
(7)网络模块接收游戏世界管理模块的处理结果并转发给相应客户端。
7.根据权利要求1所述的虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的客户端包括一个游戏控制中心和用户界面交互;网络通讯;场景绘制与3D引擎四个模块;四个模块是在游戏控制中心的协调下进行运转,客户端通过中间件获取用户的运动信息和生理指标数据,通过用户界面交互获得指令和通过网络获得服务器信息,由游戏中心处理后调用游戏引擎进行场景绘制的工作;其运行过程如下:
(1)控制中心读取并分析通过传感器得到的用户实时运动数据,转换成速度、方向、位置、心跳等系统变量;
(2)通过自然的人机交互界面与系统进行多通道交互,控制中心获取用户控制信息。相应的事件消息发送到服务器;
(3)控制中心通过网络通讯模块连接服务器,获取指令和其他用户的数据。所有用户数据存在一个用户列表中,列表的大小由用户数量决定,每个表单含有用户ID,速度,方向,位置,标志位等项目;
(4)游戏控制中心是客户端的枢纽,它接收数据后进行处理,读取列表中的数据并发送控制指令给场景绘制模块。场景绘制模块调用3D引擎进行场景和角色绘制;
(5)游戏信息、更新的场景和人物动画最终显示在显示器上。
8.根据权利要求1所述的虚拟网络马拉松的健身游戏方法,其特征在于:所述的虚拟网络马拉松系统根据运动员、裁判和观众分别设置角色行为:
(1)运动员的虚拟化身有静止、向前小跑和加速跑、减速的动作,同时可以向左右转动以改变前进的方向;在获胜、失利、碰到障碍物或其他运动员时,面部分别呈现欢呼、沮丧、惊讶和歉意的表情;
(2)裁判宣布比赛的开始和结束,判决是否有抢跑发生,对最后的比赛结果进行核实后公布;在比赛进行时,对用户的行为进行裁决,如不合理身体接触和技术犯规等;
(3)观众可以登录到游戏中,可以选择喜欢的场景和关注的运动员,通过献上鲜花给运动员以支持;运动员可以看见自己的累积鲜花总数,从中看到自己的被支持程度。
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