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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Umsetzung analoger
Zufallsexperimente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Digitale
Zufallszahlen- oder Ergebnisgeneratoren sind bekannt und werden
insbesondere im Rahmen wissenschaftlicher Experimentieranordnungen
oder auch in elektronischen Spielen insbesondere bei Spielkonsolen
oder Computerspielen eingesetzt. Derartige Generatoren führen spezielle,
durch Software oder spezielle Hardwaregestaltungen verwirklichte
Algorithmen aus, bei denen aus einer Menge möglicher Einzelresultate quasi
zufällig
ein Resultat ausgewählt
und ausgegeben wird.
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Der
Anwender startet den digitalen Zufallszahlengenerator durch einen
Tasten- oder Mausklick. Bei Computerspielen kann der Ablauf der
Ergebnisermittlung und das Ergebnis des Zufallszahlengenerators
selbst animiert dargestellt werden. Derartige Animationen werden
vor allem dann eingesetzt, wenn durch das Computerspiel ein im Real
Life vorgegebenes Spiel nachgebildet wird. Bei einem virtuellen
Monopoly – Spiel
beispielsweise, das ein reelles Monopoly, bei dem die Spieler mit
zwei Würfeln
gewisse Augenzahlen ermitteln, nachbildet, werden auf dem Bildschirm
animierte, sich drehende Würfel
angezeigt, um die Attraktivität
des Computerspiels zu steigern. Natürlich ist dieser virtuell animierte „Wurf mit
zwei Würfeln" keineswegs mit dem
Werfen echter Würfel
vergleichbar. Die im Hintergrund ablaufenden Routinen sind in gänzlich anderer
Weise aufgebaut und verwirklichen das ermittelte Ergebnis auf eine grundlegend
andere Weise als bei einem reellen Würfelwurf.
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Eine
dazu vergleichbare Situation ist auch bei Anwendungen gegeben, die
völlig
andere Zwecke verfolgen. So sind beispielsweise verhaltenspsychologische
Versuchsanordnungen denkbar, bei denen ein Proband in Abhängigkeit
von einem durch ihn selbst hervorgerufenes zufälliges Ergebnis gewisse Entscheidungen,
Tätigkeiten
oder Aussagen treffen, ausführen
oder ansagen soll. Derartige Versuchsanordnungen sind meist so aufgebaut,
dass der Proband das zufällige
Ergebnis auf eine ihm vertraute Art und Weise ermittelt, indem er
beispielsweise eine Münze
wirft, würfelt
oder eine Karte zieht. Um bewusste oder unbewusste Verfälschungen
des Versuchsergebnisses zu vermeiden und die erzielten Zufallsresultate
objektiv zu protokollieren, werden auch in diesem Fall elektronische
oder algorithmisch ablaufende digitale Zufallszahlengeneratoren
verwendet, die auch wieder nur den Wurf eines Würfels oder das Fallen einer
Münze symbolisch
nachvollziehen und an einer Anzeige ausgeben. Auch hier ist diese
Anzeige nur eine symbolische Oberfläche, während der eigentliche interne
Zufallsprozess auf eine ganz andere Weise erzeugt wird.
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Derartige
digitale und animierte Zufallsexperimente sind jedoch in mehrerer
Hinsicht nachteilig und unbefriedigend. Digitale, durch einen Computer oder
eine vergleichbare Einrichtung verkörperte Zufallszahlengeneratoren
erzeugen aufgrund der zugrundeliegenden algorithmischen und damit
immer auch deterministischen Struktur nur pseudozufällige Zahlenreihen
bzw. Resultate. Daher ist beispielsweise eine durch den PC ausgeführte Zufallsauswahl aus
einer Menge aus zwei Elementen oder eine zufällige Auswahl aus einer Menge
aus sechs Elementen in Form eines virtuellen Münzwurfs oder eines virtuellen
Würfelns
nicht mit dem realen Werfen einer Münze oder einem realen Würfeln zu
vergleichen. Ein Benutzer, der virtuell am PC „würfelt", wird also immer einen gewissen Grund
zu der Annahme haben, dass die von dem Zufallsalgorithmus generierte Augenzahl
in Wirklichkeit nicht zufällig
ist, sondern einer gewissen Regel unterliegt. Dies gilt in entsprechender
Weise auch für
die oben erwähnten
experimentellen Versuchsanordnungen. Ganz unabhängig davon geht durch den virtuellen
Charakter des digitalen Zufallsgenerators mit animierter Oberfläche ein großer Teil
des Spielspaßes
bzw. eine möglichst
realistische Situation des Experimentes verloren, da keine echten
Würfel
oder Münzen
verwendet werden. Die virtuelle im Rechner ausgeführte Generierung des
zufälligen
Ereignisses ersetzt also nur sehr unvollkommen die reale Ermittlung
des Zufallsergebnisses.
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Es
besteht somit die Aufgabe, eine Anordnung anzugeben, mit der ein
zufälliger
analoger Wert real ermittelt und einer digitalen Einrichtung in
einfacher Weise zur Verfügung
gestellt werden kann, um eine möglichst
realistische Situation bei der Generie rung des Zufallswertes mit
einer nachfolgenden digitalen Verarbeitung zu kombinieren, um die
vorhergehend genannten Probleme zu lösen.
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Die
Aufgabe wird mit einer Anordnung zur digitalen Umsetzung analoger
Zufallsexperimente mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei
die Unteransprüche
zweckmäßige bzw.
vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen des Gegenstandes
des Hauptanspruchs enthalten.
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Erfindungsgemäß ist die
Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Erfassungseinheit für das von
dem mindestens einen analogen Zufallsgenerator erzeugte Zufallsresultat
und/oder Objekte der analogen Experimentierumgebung in Verbindung mit
einer Erkennungseinheit für
das erfasste Zufallsresultat und/oder die Objekte aufweist. In Verbindung damit
ist eine Verarbeitungseinheit für
das erkannte analoge Zufallsresultat vorgesehen.
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Die
Erfassungseinheit erfasst somit das von dem mindestens einen analogen
Zufallsgenerator gelieferte Zufallsresultat und darüber hinaus über die Erfassung
der Objekte auch einen aktuellen Zustand der Experimentieranordnung.
In der Erkennungseinheit wird dieses erfasste analoge Zufallsresultat
digitalisiert, dabei hinsichtlich seiner Bedeutung ausgewertet und
somit erkannt und einem gewissen Wert zugeordnet. Dieser Wert liegt
nun in einer digitalisierten Form vor und kann weiter verarbeitet
werden.
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In
einer Ausführungsform
ist der analoge Zufallsgenerator als mindestens ein Wurfkörper mit
einer zufälligen
einem Zufallsresultat zugeordneten Ruhelage, insbesondere als ein
oder mehrere Würfel,
eine oder mehrere Münzen
oder dergleichen Wurfkörper
oder ein oder mehrere aus einer gemischten Menge ausgewähltes Objekt,
insbesondere mindestens eine Spielkarte oder dergleichen Zeichenträger, ausgebildet.
Die Lage des Wurfkörpers bzw.
das auf der zufällig
gezogenen Karte abgebildete Zeichen definiert das analoge Zufallsergebnis, also
eine Augenzahl im Falle des Würfels,
bzw. Kopf oder Zahl im Falle der Münze oder das Zeichen der Karte
oder ein anderes vergleichbares zufällig ermitteltes Resultat.
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Die
Erfassungseinheit ist in einer Ausführungsform als eine auf den
mindestens einen analogen Zufallsgenerator gerichtete Kameraeinrichtung und
die Erkennungseinheit als eine Bildanalyseeinrichtung ausgebildet.
Die Lage des Wurfkörpers,
das Zeichen der Karte oder ein anderes vergleichbares analoges Zufallsresultat
wird somit als Bild erfasst, wobei die Bildstrukturen analysiert
und einem entsprechenden digitalen Wert zugeordnet werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die Erfassungseinheit als eine auf die Ruhelage des mindestens
einen Wurfkörpers
sensitive Unterlage ausgebildet, wobei der Wurfkörper Ausbildungen für eine Lagesignalisierung
an die Unterlage aufweist. Im Gegensatz zur bildmäßigen Erfassung
des Wurfkörpers wird
die Lage des Wurfkörpers
direkt von der Unterlage detektiert, wobei die raumfordernde Kameraeinrichtung
entfällt.
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Die
sensitive Unterlage kann in einer ersten Ausführungsform einen die Lage eines
magnetischen Dipolmomentes des mindestens einen Wurfkörpers detektierenden
Magnetfeldsensor aufweisen. Hierbei registriert der Magnetfeldsensor
mindestens die Richtung des magnetischen Dipolmomentes und kann
daher mindestens binäre
Lagen des Wurfkörpers
unterscheiden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die sensitive Unterlage eine Sensormatrix im wesentlichen
gleichartiger und regelmäßig angeordneter
Einzelsensoren auf. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine ortsaufgelöste und
damit quasi bildgebende Lagedetektion.
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Weiterhin
kann die sensitive Unterlage eine Sensormatrix in Form einer Drucksensormatrix
aufweisen, die in Verbindung mit auf dem Wurfkörper oberflächlich angeordneten, die Lage
des Wurfkörpers
eindeutig bezeichnenden und auf die Drucksensormatrix einwirkenden
Ausformungen eine Lagedetektion des Wurfkörpers ermöglicht. Mit dieser Ausführungsform
ist eine im Prinzip unbegrenzte Lagedetektierung möglich und
es kann damit ein entsprechend großer analoger Zufallswertevorrat
erfasst werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist die Unterlage eine Sensormatrix in Form einer Magnetsensormatrix
auf, wobei der Wurfkörper
oberflächliche,
die Lage des Wurfkörpers
eindeutig kennzeichnende und auf die Magnetsensormatrix einwirkende Magnetkonturen
aufweist. Diese Magnetkonturen können
somit quasi bildgebend erfasst werden.
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Zweckmäßigerweise
weist die Unterlage einen das Wurf- und Fallverhalten des Wurfkörpers detektierenden
Wurfsensor auf. Damit kann verhindert werden, dass der Wurfkörper in
manipulierender Weise in einer bewusst gewählten Lage auf die Unter lage
aufgesetzt wird. Der Wurfstärkesensor
stellt sicher, dass der Wurfkörper
tatsächlich
aus einer Wurfbewegung auf die Unterlage auftrifft und in Verbindung
damit tatsächlich
freie und zufällige
Bewegungen ausführt.
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Weiterhin
kann die analoge Experimentierumgebung und/oder die sensitive Unterlage
in Verbindung mit einem Spielplan ausgebildet sein, wobei die sensitive
Unterlage Einrichtungen für
eine Positionsdetektierung der Spielfiguren aufweist. Mit dieser Weiterbildung
wird es möglich,
die Detektierung des analogen Zufallsgenerators mit dem Ausführen eines gesamten
Brettspieles zu verknüpfen.
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Weiterführend können die
Erfassungs- und Erkennungseinheit als Teil einer elektronischen
Spieleinrichtung ausgebildet sein, wobei die Spieleinrichtung eine
Anzeigeeinrichtung für
die von der Positionsdetektierung erfassten Spielfiguren in einer
virtuellen Spielumgebung umfasst. Dabei ist es somit möglich, eine
Spielfigur auf dem Spielplan zu bewegeben und deren Bewegungen auf
dem Monitor innerhalb einer dort gezeigten Umgebung zu verfolgen und
auf die Aktionen der von der elektronischen Spieleinrichtung erzeugten
Figuren mit realen Zügen
der Spielfigur zu reagieren.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 5.
Es werden für
gleiche bzw. gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigt:
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1 eine
erste beispielhafte Ausführungsform
mit einer Kameraeinrichtung als Erfassungseinheit,
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2 eine
zweite beispielhafte Ausführungsform
mit einer mit einem Magnetfeldsensor ausgestatteten Unterlage,
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3 eine
dritte beispielhafte Ausführungsform
mit einer Unterlage in Form einer Drucksensormatrix,
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4 eine
detailliertere Darstellung einer Sensormatrix mit einer Darstellung
aktivierter Areale,
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5 eine
beispielhafte Darstellung einer elektronischen Spieleinrichtung
mit Spielplan, Erfassungseinheit, Würfel und PC im Überblick.
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In 1 sind
grundlegende Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung beispielhaft
anhand einer ersten Ausführungsform
dargestellt. Zwei beispielhafte analoge Zufallsgeneratoren 10,
die bei dieser Ausführungsform
durch einen herkömmlichen Würfel 50 bzw.
eine Münze 55 ausgebildet
sind, liegen auf einer kontrasterzeugenden Unterlage und werden
durch eine Erfassungseinheit 20 erfasst. Die Erfassungseinheit
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
in Form einer Kameraeinrichtung 60 ausgebildet, die die
registrierten Bildinformationen an eine Erkennungseinheit 30 übermittelt.
In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erkennungseinheit 30 als
eine Bildanalyseeinrichtung 65 ausgebildet, die anhand
der durch die Kameraeinrichtung 60 aufgenommenen Bildstrukturen
des Würfels 50 bzw.
der Münze 55 die
Lage von Würfel
und Münze erkennt
und dieser Lage einen bestimmten Wert zuordnet. Würfel 50 bzw.
Münze 55 werden
in der herkömmlichen
Weise mit einem Würfelbecher
oder mit der Hand auf die Unterlage geworfen und nehmen dort eine
zufällige
Endlage ein. Die Unterlage befindet sich vollständig im von der Kameraeinrichtung 20 erfassten
Bereich und kann gegebenenfalls mit einer Umrandung oder Bande versehen
sein, die ein Herausrollen von Würfel
oder Münze
verhindert. Abweichend von der in 1 gezeigten
Darstellung kann sich die Kameraeinrichtung auch unter einer durchsichtigen
Unterlage befinden und den Würfel
bzw. die Münze
aus der unteren Perspektive bildmäßig erfassen.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel registriert
die Kameraeinrichtung beispielsweise die oberen charakteristischen
diagonalen Augen des Würfels
in Form eines auf einem CCD-Feld erzeugten Bildpunktmusters und
gibt dieses Bildpunktmuster an einer Erkennungseinheit 30 aus.
Durch einen Bilderkennungsalgorithmus wird nachfolgend das von der
Kamera erzeugte Bildpunktmuster aufbereitet, insbesondere entzerrt
und skaliert und mit vorgegeben Bildstrukturen verglichen. Im Ergebnis
dieses Vergleichsvorgang ordnet der Bilderkennungsalgorithmus diesem
Muster den digitalen Wert „3" zu. In einer entsprechenden
Weise wird auch das Bildmotiv auf der Münze erkannt und mit einem binären Wert „1" oder „0" belegt.
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Die
so zugeordneten Werte werden an eine Verarbeitungseinheit 40 übergeben
und stehen somit weiteren digitalen Anwendungen, beispielsweise Spielprogrammen
oder diverser Experimentiersoftware zur Verfügung. Um zu verhindern, dass
die Erfassung der Lage von Würfel
oder Münze
vom Anwender überlistet
wird, z.B. indem die betreffenden Wurfkörper vorsätzlich in einer von ihm beabsichtigten
Stellung auf die Unterlage zurechtgelegt werden, kann die Unterlage
einen in der Figur nicht dargestellten Wurfsensor enthalten. Dieser
registriert die Aufschlagstärke
des Würfels
oder der Münze,
bzw. das Auftreffverhalten, insbesondere Sprünge, mehrfaches Auftreffen
und dergleichen Bewegungen und signalisiert der Anordnung nur dann
eine registrierte Lage von Würfel
oder Münze
als gültig,
wenn dieser nach vorgegebenen Kriterien erkennbar auf die Unterlage
frei geworfen wurde oder in anderer Weise regellos aufgetroffen
ist. Als Wurfsensor können
Erschütterungssensoren
auf Piezo- oder Schwungmassenbasis eingesetzt werden, die eine gewisse
Verbiegung des Piezos oder typische Erschütterungsmuster der Schwungmasse
als Messsignal registrieren.
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Ebenso
kann der Wurfsensor auf der Grundlage einer hier nicht abgebildeten
Kameraeinrichtung ausgebildet sein. In diesem Fall registriert die
Kameraeinrichtung zunächst
den Fall des Wurfkörpers
und dessen Bewegungen und misst die Zeit, nach der der Wurfkörper zum
Stillstand gekommen ist. Dazu kann insbesondere eine CCD-Kamera mit einer
weiten Blende oder einer langen Verschlusszeit dienen. Der gerade
im Fallen befindliche Wurfkörper
erzeugt hierbei auf dem CCD-Feld eine Spur, die nach einer gewissen
Mindestzeit abrupt endet und zwar genau dann, wenn der Wurfkörper die
Unterlage erreicht hat und in seiner Endlage ruhig liegen bleibt.
Der als Kameraeinrichtung ausgebildete Wurfsensor misst die Zeit,
von dem Zeitpunkt an, an dem sich die sich auf dem CCD-Feld abzeichnende
Spur ausbildet, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausbildung der
Spur abbricht. Dabei wird auf den empirischen Umstand zurückgegriffen,
dass das Fallen eines Würfels
oder einer Münze
mindestens etwa zwei Sekunden beträgt, bevor der entsprechende
Körper
zur Ruhe kommt.
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Bei
einer weiteren, in 1b gezeigten Ausführungsform
des Wurfsensors wird die Wurf- und Fallbewegung des Wurfkörpers, insbesondere
des Würfels 50,
durch ein Lichtschrankensystem 56 erfasst, dass den von
dem Wurfkörper
durchfallenen Raum durchstrahlt und dessen Lichtschranken 57 den
Raum in hinreichend kleine Raumbereiche unterteilt. Diese Raumbereiche
sollten in der Größenordnung
des Wurfkörpers
sein. Sofern die Größe des Wurfkörpers vorab
bekannt ist, kann nun durch das Lichtschrankensystem 56 sowohl
die Bahn des Wurfkörpers,
als auch dessen Größe erfasst
werden. Dadurch ist es unmöglich,
den Wurfkörper
per Hand aufzulegen. Die große
Kontur der Hand verdeckt in diesem Fall mehrere Lichtschranken und
wird sofort vom Lichtschrankensystem als fremd erkennt. Ebenfalls
ist ein einfacher senkrecht nach unten erfolgender Fall des Wurfkörpers eindeutig
feststellbar, weil sich die senkrechte Fallbewegung sofort im Raster des
Lichtschrankensystems 56 durch die jeweiligen Positionen
der jeweils von der Fallbewegung unterbrochenen Lichtschranken nachweisen
lässt.
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Natürlich kann
die bildmäßige bzw.
in dem Lichtschrankensystem erfolgende Erfassung des Wurfkörpers mit
der vorhergehend erwähnten
sensorischen Erfassung kombiniert ausgeführt werden.
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2 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung, mit
der in einer sehr einfachen Weise eine analog erfolgte binäre Zufallsentscheidung
digitalisiert werden kann. In dem in der Figur gezeigten Beispiel
weist die Münze 55 ein
senkrecht zur Oberfläche
gerichtetes magnetisches Dipolmoment M auf, das je nach zufälliger Endlage
der Münze
in die Richtung einer gegebenen Unterlage oder von dieser weg zeigt.
Die Ausführungsform
in 2 nutzt diesen Umstand, indem die Unterlage als
eine sensitive Unterlage 70 ausgebildet ist. Sie weist
in diesem Beispiel einen Magnetfeldsensor 75 auf. Die sensitive
Unterlage 70 bildet somit in diesem Ausführungsbeispiel
die oben erwähnte
Erfassungseinheit 20. Gegebenenfalls können mehrere Magnetfeldsensoren
unter der Unterlage angeordnet sein. Dadurch wird eine gleichbleibende
Stärke
des Messsignals unabhängig
vom genauen Ort des Münzkörpers auf
der Unterlage gesichert.
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Bei
einem Münzwurf
kommt der Münzkörper entweder
mit „Kopf" oder „Zahl" nach oben zu liegen. Das
mit dem Münzkörper bzw.
den darauf angeordneten binären
Werten verbundene magnetische Moment ist vorab in die Anordnung
eingespeichert. Daher kann durch die Messung der Magnetfeldrichtung des
aufliegenden Münzkörpers mit
Hilfe des Magnetfeldsensors und eine entsprechende Auswerteroutine
innerhalb der Erkennungseinheit 30 sofort die Lage des
Münzkörpers, d.h. „Kopf" oder „Zahl" bzw. das entsprechende
Symbol ermittelt und einem entsprechenden Wert zugeordnet werden.
Dieser Wert, der in der Regel eine Auswahl aus der Menge der binären Zahlenwerte
0 oder 1 ist, wird in der so digitalisiert vorliegenden Form nachfolgenden
Anwendungen übergeben.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die sensitive
Unterlage 70 als eine Drucksensormatrix 80 ausgebildet,
deren Einzelsensoren beispielsweise als piezoelektrische Druckpunkte
ausgebildet sind, die schon unter einem geringen Auflagedruck ansprechen.
Der dazu gehörende
Wurfkörper, der
in diesem Ausführungsbeispiel
ein Würfel
ist, weist auf seiner Oberfläche
eine. Reihe von Ausformungen 85 auf. Diese können insbesondere
die Lage der bekannten Würfelaugen,
aber auch andere Konturen nachbilden. Bei einer Lage des so ausgebildeten
Würfels
auf der Drucksensormatrix wirken die Ausformungen 85 auf
die einzelnen Matrixelemente ein und bilden so mit die Konturstruktur
auf die Drucksensormatrix ab. Die Drucksensormatrix 80 bildet
somit in diesem Ausführungsbeispiel
die Erfassungseinheit 20. In der Erkennungseinheit 30 wird
die so erzeugte Konturabbildung analysiert und einem durch nachfolgende
Anwendungen verwertbaren digitalen Wert zugeordnet. Dabei können zusätzlich zu der
reinen Konturerkennung der Augenzahl gegebenenfalls logische Operationen
ausgeführt
werden, die zu einer Lageerkennung der Konturen zueinander dienen
oder zu einer Ermittlung der tatsächlichen Augenzahl des Würfels ausgeführt werden
müssen. So
wird in dem in 3 gezeigten Beispiel aus der typischen
quadratischen Eckpunktkontur der Augenzahl „4" des Würfels, mit der der Würfel auf
der Drucksensormatrix aufliegt, zunächst der digitale Wert „4" erkannt und schließlich unter
Verwendung der für
die Augenzahl standardisierter Würfel
geltenden Regel „untere
Augenzahl + obere Augenzahl = 7" auf
die auf der Oberseite des Würfels
angezeigte, tatsächlich
relevante Augenzahl „3" geschlossen und dieser
Wert an andere Anwendungen ausgegeben.
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Natürlich ist
es ebenfalls möglich,
anstelle der Drucksensormatrix eine Matrix aus anderen Sensoranordnungen
anzuwenden. So kann beispielsweise eine Magnetsensormatrix, die
auf magnetisch aktive Oberflächenkonturen
des Würfels
anspricht, oder eine Matrix aus Lichtdetektoren, die beleuchtete oder
fluoreszierende Konturen des Würfels
erfasst, ebenfalls angewendet werden, wobei das gleiche Prinzip
der Lage- bzw. Konturerkennung
angewendet wird.
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Das
Prinzip der mit Hilfe der Sensormatrix ausgeführten Konturenerkennung ist
beispielhaft in 4 gezeigt. Die hier in einem
Ausschnitt dargestellte Sensormatrix 87 besteht aus einer
regelmäßigen Anordnung
von Einzelsensoren 88, die kästchen- oder auch wabenförmig angeordnet
sein können.
Die in Verbindung mit 3 beschriebenen Ausbildungen 85 oder
die dazu vergleichbaren Konturenmarkierungen regen jeweils Teilareale 86 der Sensormatrix 87 an
und bilden somit die Kontur, also insbesondere die Augen des Würfels, auf
die Sensormatrix ab. Diese Teilareale werden unter Verwendung von
Analyseroutinen innerhalb der Erkennungseinheit unter Anwendung
sinnvoller Beurteilungskriterien, insbesondere Signalstärke, Mindestabstand
und Mindestanzahl der aktivierten Einzelsensoren, identifiziert.
Weist die Oberflächenkontur eine
einfache Struktur auf, beispielsweise die gebräuchlichen Augen auf der Würfeloberfläche, müssen durch
die Erfassungseinheit 30 nur die nach den vorher genannten
Kriterien identifizierten aktivierten Teilareale 86 der
Sensormatrix ausgezählt
werden. Diese sehr einfache Methode erlaubt das Würfeln mit an
sich beliebig vielen Würfeln.
Dabei muss natürlich beachtet
werden, dass die detektierte, also zur Unterlage gekehrte Augenzahl
der Würfel
durch eine Differenzbildung in die tatsächliche, also auf den momentanen
Deckflächen
der Würfel
angezeigte Augenzahl überführt werden
muss. Wird somit mit N Würfeln
in einer konventionellen Augenanordnung auf deren Seitenflächen auf
der sensitiven Unterlage gewürfelt, und
wird durch die Sensormatrix und die Erfassungseinheit eine zur Unterlage
zeigende Summe Y der einzelnen Augenzahlen registriert, so ergibt
sich die Summe X der tatsächlichen,
also obenauf liegenden einzelnen Augenzahlen, durch die Beziehung X = 7·N – Y.
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Sofern
die Sensormatrix bzw. die in der Erkennungseinheit ablaufenden Analyseroutinen
auch eine Formerkennung, Transformation und Skalierung der charakteristischen
Konturen der abgebildeten Würfelaugen,
d.h. der typischen Zweier-, bzw. Dreierdiagonale, des Viererquadrates
oder des zentrierten Fünferquadrates
oder der Sechs zulassen, können die
aktivierten Areale zu einzelnen, die einzelnen Würfel kennzeichnenden Gruppen
zusammengefasst und damit auch die Anzahl N der Würfel eindeutig
detektiert und kontrolliert werden.
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Natürlich können neben
den wie beschrieben ausgebildeten Würfeln auch andere Wurfkörper, insbesondere
Münzen,
Chips oder dergleichen Objekte in dieser Weise von der Unterlage
hinsichtlich „Kopf
oder Zahl" oder
eines vergleichbaren Kriteriums detektiert werden.
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Natürlich ist
es bei einer besonders einfachen Ausführungsform auch möglich, die
Funktionen der Erkennungseinheit dem Nutzer zu übertragen. In diesem Fall gibt
der Nutzer das visuell wahrgenommene Ergebnis des Wurfes bzw. der
gezogenen Spielkarte manuell in einen Computer ein. Um eine absichtliche
Falscheingabe zu vermeiden, kann der Computer eine statistische
Auswertung der analogen Zufallsergebnisse, d.h. z.B. der Wurfergebnisse
hinsichtlich gewisser Häufigkeitsverteilungen
ausführen, oder
Korrelationen zwischen einem eingegebenen Resultat und einem offensichtlich
erwünschten
Resultat verfolgen. Offensichtliche Falscheingaben in betrügerischer
Absicht können
nun daran erkannt werden, dass diese Resultate über das Durchschnittsmaß hinaus
offensichtlich mit vorteilhaften Verläufen innerhalb des Spielgeschehens,
beispielsweise dem Rauswurf einer gegnerischen Spielfigur oder dergleichen
Ereignissen verbunden sind. Allerdings ist bei einer derartigen
Ausführungsform
die Entscheidung über
Betrug oder Echtheit der erfassten Zufallsresultate erst nach Abschluss
des Experimentes bzw. des Spiels möglich, sofern die experimentellen
Be dingungen oder die Spielregeln keine Möglichkeit einer einfachen logischen
Entscheidung über
Betrug oder echten Zufall zulassen.
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5 zeigt
eine beispielhafte Darstellung einer elektronischen Spieleinrichtung 100 im Überblick, bei
der die in einer der vorhergehenden Figuren beschriebenen Detektierverfahren
angewendet werden und der Nutzer zum Beispiel „gegen einen Computer" spielen, aber mit
eigener Hand würfeln
und Spielfiguren setzen kann. Es ist jedoch zu betonen, dass die in
der Figur gezeigte Spieleinrichtung sowohl hinsichtlich des beispielhaft
dargestellten Spiels, aber auch in Hinblick auf ganz andere Verwendungszwecke,
insbesondere zur Durchführung
wissenschaftlicher Experimente, modifizierbar ist, wobei grundsätzlich auf
die hier beschriebenen erfindungsgemäßen Mittel zurückgegriffen
werden kann.
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Die
Spieleinrichtung weist eine Anzeigeeinheit 110 auf, die
zu einer Kommunikation mit dem Nutzer, insbesondere einer Anzeige
eines momentanen Spielstandes, dient. Die Erkennungseinheit 30 und
die Verarbeitungseinheit 40 sind bei dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
zusammen mit der Anzeigeeinheit 110 Teil eines Personalcomputers oder
einer damit vergleichbaren Einrichtung, beispielsweise einer Spielkonsole,
eines Spielautomaten oder auch einer Experimentiereinrichtung. Die einzelnen
Komponenten können
sowohl verdrahtet sein, aber auch drahtlos miteinander, beispielsweise über eine
Bluetooth-Schnittstelle, kommunizieren. Die in der PC-Technik üblichen
seriellen bzw. parallelen oder sonstigen Schnittstellen können natürlich angewendet
werden.
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Das
Spielfeld wird durch die sensitive Unterlage 70 gebildet,
die bei diesem Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise
in zwei Teilbereiche gegliedert ist. Der erste Teilbereich enthält einen
Spielplan 90, der bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
das bekannte „Mensch ärgere Dich
nicht" – Spiel
darstellt. Der Spielplan 90 kann auf die sensitive Unterlage 70 zum
Beispiel in Form einer Stoffbespannung nachträglich aufgelegt oder als ein
kompakter Teil der in der Unterlage enthaltenden Sensormatrix ausgeführt sein.
Er weist eine Reihe durch den Spielplan vordefinierte Stellen für eine Positionsdetektierung 95 auf,
die gemäß gewisser
Spielregeln von den Spielfiguren besetzt werden.
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Der
zweite Teilbereich der sensitive Unterlage 70 dient bei
diesem Ausführungsbeispiel
ausschließlich
der Augenzahldetektierung für
den Würfel,
die wie vorhergehend beschrieben ausgeführt wird. Dieser Teilbereich
ist zweckmäßigerweise
mit einem o ben beschriebenen Wurfsensor ausgestattet, um ein betrügerisches
Setzen des Würfels
zu verhindern. Zweckmäßigerweise
kann eine Bande oder Umgrenzung vorgesehen sein, die ein Herabfallen des
Würfels
vermeidet. Die sensitive Unterlage zur Erfassung der Zufallsresultate
bzw. zur Verfolgung und Überwachung
der Spielfiguren kann natürlich auch
durch die vorhergehend erwähnte
Kameraeinrichtung ersetzt werden. In diesem Fall detektiert die mit
der Kamera verbundene Einrichtung zur Bilderkennung auch die Positionen
der Spielfiguren und führt
insbesondere Farberkennungen aus.
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Mit
dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel können ein
oder mehrere Benutzer gegen den Computer oder unter Computerüberwachung
ein Spiel spielen, wobei das Würfeln
real auf dem entsprechenden Teilbereich der sensitiven Unterlage ausgeführt wird
und eine Spielfigur um die angezeigte Augenzahl weiter gesetzt wird.
Der Computer verfolgt die Position jeder einzelnen Spielfigur über die von
der Sensormatrix erzeugten Signale und protokolliert diese Positionen
intern. Fehlerhaft gesetzte oder eigenmächtig umgruppierte Figuren
oder andere Verstöße gegen
die Spielregeln können
somit vom Computer erkannt und abgemahnt werden. Bei einem Spiel
unter Einbeziehung des Computers wird durch die Anzeige 110 ein
Abbild des Spielplanes angezeigt, der sowohl die Spielfiguren der
Benutzer, als auch die dem Computer zugeordnete Spielfigur anzeigt.
Auf dem realen Spielplan 90 wird dann eine dem Computer
zugeordnete Spielfigur durch einen der Benutzer bewegt. Dabei kontrolliert
der Computer die ordnungsgemäße Bewegung
der ihm zugeordneten Figur.
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- 10
- analoger
Zufallsgenerator
- 20
- Erfassungseinheit
- 30
- Erkennungseinheit
- 40
- Verarbeitungseinheit
- 50
- Würfel
- 55
- Münze
- 56
- Lichtschrankensystem
- 57
- Lichtschranken
- 60
- Kameraeinrichtung
- 65
- Bildanalyseeinrichtung
- 70
- sensitive
Unterlage
- 75
- Magnetfeldsensor
- 80
- Drucksensormatrix
- 85
- Ausformungen
- 86
- aktiviertes
Teilareal
- 87
- Sensormatrix
- 88
- Einzelsensor
- 90
- Spielplan
- 95
- Positionsdetektierung
- 100
- elektronische
Spieleinrichtung
- 110
- Anzeigeeinheit