-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur leistungsabhängigen Steuerung einer computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Trainingsgeräte, insbesondere Ergometer zum Training der körperlichen Ausdauer sind hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird unter einem Ergometer ein Sportgerät verstanden, mit dem die durch die körperliche Arbeit erbrachte Leistung exakt gemessen wird. Die Überwachung der Leistungswerte ist für ein effektives, nachhaltiges Ausdauertraining unabdingbar.
-
In sportwissenschaftlicher Hinsicht ist unter Ausdauer die Widerstandsfähigkeit des Organismus gegen Ermüdung und/oder die rasche Wiederherstellungsfähigkeit nach einer körperlichen Belastung zu verstehen. Die Trainingslehre unterteilt hierbei die Art der Energiebereitstellung durch den Organismus formell in zwei Arten, und zwar den aeroben Trainingsbereich, bei dem die Energiegewinnung ohne Eingehen einer Sauerstoffschuld und den anaeroben Trainingsbereich, bei dem die Energiegewinnung unter Anhäufung von Milchsäure (Laktat) im Organismus erfolgt. Um in den einzelnen Trainingsbereichen ein effektives Training zu ermöglichen, ist eine exakte Überwachung der im Trainingsverlauf erbrachten Leistungswerte erforderlich.
-
Derartige Trainingsgeräte können zu unterschiedlichen Trainingszwecken vorgesehen sein, beispielsweise zum Fahrrad-, Lauf- oder Rudertraining. Üblicherweise verfügen derartige Trainingsgeräte über eine elektronische Schnittstelle, über welche die durch den Trainierenden erbrachte physiologische Leistung in Form eines Datensignals ausgegeben werden kann. Hierbei verfügen derartige Trainingsgeräte häufig über eine standardisierte Datenschnittstelle, welche den Anschluss eines Personal Computers ermöglicht. Über die standardisierte Datenschnittstelle werden die Leistungsdaten des Trainierenden an den Personal Computer übertragen und können dort weiterverarbeitet werden. Häufig werden diese auf der Monitoreinheit visualisiert oder eine Auswertung der Leistungsdaten über einen vorgegebnen Zeitraum vorgenommen. Hierdurch kann der Trainierende den Trainingserfolg über einen längeren Zeitraum überwachen.
-
Ferner sind PC-Spiele, die auf einem herkömmlichen Personal Computer ausgeführt werden, oder eigene Spielkonsolen mit leistungsfähigen Rechnereinheiten hinreichend bekannt, welche über eine sehr gute grafische Darstellungsmöglichkeit und Soundausgaben verfügen. Derartige PC-Spiele bzw. Simulationsspiele werden im Folgenden als computergestützte Spiele- oder Simulationsapplikationen bezeichnet. Während des Spielens nimmt der Spieler mit Ausnahme der Betätigung eines Joysticks oder einer Konsoleneingabeeinheit in der Regel eine weitgehend unbewegte Position ein, d. h. erfährt beim Spielen keinen körperlichen Trainingseffekt.
-
Auch erfreuen sich webbasierte Kartendienste wie „Google Earth”, „Virtual Earth” oder „map24.com” unter Verwendung hoch auflösender Luftbilder großer Beliebtheit. Mittels Mausbewegungen können benachbarte, noch nicht dargestellte Bilder nachgeladen oder ausgewählte Bereiche eines dargestellten Bildes vergrößert dargestellt werden. Bildauflösungen bis zu 5 cm sind heute bereits technisch realisierbar. Über zusätzlich automatisch generierte 3D-Modelle lassen sich Städte, Strassen und Landschaften nachbilden, die somit virtuell besucht werden können.
-
Aus dem Stand der Technik sind auch bereits verschiedene Lösungen zur Verwendung eines Trainingsgerätes gemeinsam mit einer computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation bekannt.
-
Aus der
DE 202 02 667 U1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Signalübertragung von einem physikalische Betriebszustände erfassenden Signalgeber zu einem hiervon separat angeordneten Signalempfänger bekannt, bei der der Signalgeber zur Erfassung mindestens eines physikalischen Betriebszustandes an einen Heimtrainer angeschlossen ist und der Signalempfänger ein PC oder eine Videospielkonsole ist. Hierbei werden die vom Heimtrainer erzeugten Messsignale in ein durch die Spielkonsole lesbares Signalformat umgesetzt. Als Messgröße wird hierbei beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Schwungrades im Tretlager eines Hometrainers mittels einer Sensoreinheit erfasst und über den Signalumsetzer an die Spielkonsole übertragen. Das erhaltene Geschwindigkeitssignal wird in der Spielkonsole zur geschwindigkeitsabhängigen Steuerung eines Autos, Fahrrades etc. ausgewertet und beispielsweise abhängig von der Amplitude des empfangen Messsignals eine entsprechende Vorwärtsbewegung des Autos, Fahrrades etc. erzeugt.
-
Ferner ist aus der
EP 1 214 957 A1 eine Vorrichtung zum interaktiven Betrieb eines herkömmlichen Straßenfahrrades mit einer Spielplattform bekannt. Über eine am Trainingsgerät vorgesehene Messeinrichtung werden beispielsweise der Lenkwinkel, die Trittfrequenz oder eine Bremsenbetätigung des Fahrers erfasst und über eine Interface-Einheit an die Spielplattform, beispielsweise einen Personal Computer übertragen. Der Fahrer des herkömmlichen Straßenfahrrades kann durch sein Fahrverhalten somit die auf der Spielplattform ausgeführte Spielapplikation beeinflussen, und zwar abhängig von seiner Körperbewegungen.
-
Aus der
US 2003/0171190 A1 ist ein Fahrradtrainingsgerät mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen zur Erfassung von diversen Bewegungen des auf dem Fahrradtrainingsgerät befindlichen Fahrers bekannt. Durch geeignete Bewegung des Fahrers kann dieser aktiv in die Bewegungen eines auf einer Spielkonsole laufenden Spiels eingreifen.
-
Aus der
DE 202 18 051 U1 ist eine Vorrichtung zur kommunikationstechnischen Verbindung eines physikalischen Betriebszustände aufnehmenden Signalgebers, einer manuell betätigbaren Signaleingabeeinheit sowie eines Signalempfängers zu entnehmen, bei der der Signalgeber zur Erfassung mindestens eines physikalischen Betriebszustandes an einem Heimtrainer, vorzugsweise einem Heimtrainerfahrrad, angeschlossen ist. Die Vorrichtung ermöglicht somit die kommunikationstechnische Kopplung eines Heimtrainers mit einem PC bzw. einer Videospielkonsole, und zwar derart, dass die vom Heimtrainer angeschlossenen Signalgeber erfassten physikalischen Betriebszustände des Heimtrainers dazu genutzt werden, auf einem PC oder einer Videospielkonsole betreibbare Videospiele zumindest teilweise zu steuern.
-
Die
EP 12 14 957 A1 betrifft ein Computerspiel und ein zugehöriges „Body-Building”-System. Hierbei wird über Sensoreinheiten die Betätigung der Bremse, die Pedalgeschwindigkeit und die Beschleunigung erfasst. Die hierdurch erhaltenen Informationen werden nach einer Signalverarbeitung an ein Spiel, vorzugsweise Computerspiel, übergeben.
-
Ferner offenbart die
US 7,366,565 B2 ein Trainingsgerät, insbesondere einen Heimtrainer, welcher einen elektrokardiografischen Grafiksensor aufweist, über welchen ein elektrokardiografisches Signal erfasst wird. Mittels des elektrokardiografischen Signals wird die Herzfrequenz des Trainierenden ermittelt. Hier wird eine vorgegebene Pulsfrequenz überwacht und ausgehend davon die Belastung des Trainierenden angepasst. Dadurch wird der Trainierende an seine persönliche Leistungsfähigkeit herangeführt und somit ein effektives Training gewährleistet.
-
Darüber hinaus ist aus
US 3,675,640 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung des Gesundheitszustandes eines Patienten bekannt, bei dem der Patient sich auf einem Laufband befindet und mittels Pulsmessung die körperliche Belastbarkeit des Patienten untersucht wird. Hierzu wird die Last des Laufbandes angepasst, und zwar abhängig von der ermittelten Pulsfrequenz.
-
Mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen wird das monotone Ausdauertraining auf den beschrieben Trainingsgeräten mit „virtueller Realität” in Form einer Spiel- oder Simulationsapplikation angereichert, die entweder sportartspezifisch beispielsweise durch die Simulation eines Radrennens oder einer virtuellen Laufstrecke oder eines herkömmlichen Aktionspiels gebildet sein kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur leistungsabhängigen Steuerung einer computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation anzugeben, welches ein effektives, leistungsförderndes Ausdauertraining ermöglicht, jedoch ohne eine Überbelastung des Trainierenden hervorzurufen. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
-
Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass das physiologisches Leistungssignal mittels einer Schnittstelleneinheit in zumindest ein Steuersignal umgesetzt wird und dass mittels dem zumindest einen Steuersignal zumindest eine kinematische oder mechanische Zustandsgröße der computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation leistungsabhängig gesteuert wird, wobei zur Anpassung der kinematischen oder mechanischen Zustandsgröße an das individuelle physiologische Leistungsniveau des am Trainingsgerät Trainierenden das physiologische Leistungssignal in der Schnittstelleneinheit kalibriert und ein angepasstes bzw. kalibriertes physiologisches Leistungssignal erzeugt wird und bei dem das angepasste bzw. kalibrierte physiologische Leistungssignal in zumindest ein Steuersignal umgesetzt wird. Somit wird besonders vorteilhaft mittels einer Kalibrierung des erfassten physiologischen Leistungssignals eine Anpassung dessen an das individuelle Leistungsniveau des Trainierenden vorgenommen, so dass eine angepasste Steuerung der virtuellen Spiel- oder Simulationsumgebung anhand der vom Trainierenden bereitgestellten körperlichen Leistung möglich wird. Hierdurch wird die Trainingsmotivation erheblich gesteigert und eine Überbelastung des Trainierenden effektiv verhindert. Beispielsweise wird bei einem computerbasierten Flugsimulator die körperliche Leistung des Trainierenden am Trainingsgerät elektronisch erfasst und zur Beeinflussung einer kinematischen oder mechanischen Zustandsgröße des computerbasierten Flugsimulators, beispielsweise der Schubkraft oder Motorleistung verwendet.
-
Weiterhin vorteilhaft wird über das erzeugte Steuersignal zumindest der Betrag und/oder die Änderung des Betrages der zumindest einer kinematischen oder mechanischen Zustandsgröße der Spiel- bzw. Simulationsverlauf der computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation beeinflusst.
-
Vorteilhaft wird in der Schnittstelleneinheit das physiologische Leistungssignal derart angepasst, dass zur Erzielung einer Änderung der zumindest einen kinematischen oder mechanischen Zustandsgröße des computerbasierten Spiel- oder Simulationsapplikation eine Mindestleistung erforderlich ist.
-
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuersignal dem analogen oder digitalen Ausgangssignal eines Joysticks oder einer Spielkontrollereinheit nachgebildet wird.
-
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft eine Schnittstelleneinheit zur Umsetzung eines von zumindest einem Trainierenden an einem Trainingsgerät aktuell erzeugten physiologischen Leistungssignals in zumindest ein Steuersignal mit zumindest einem ersten und zweiten Schaltungsteil, wobei über das zumindest eine Steuersignal zumindest eine kinematische oder mechanische Zustandsgröße einer computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation leistungsabhängig gesteuert wird. Hierbei sind der erste Schaltungsteil zur Anpassung des physiologischen Leistungssignals an das individuelle physiologische Leistungsniveau des am Trainingsgerät Trainierenden und der zweite Schaltungsteil zur Umsetzung des angepassten physiologischen Leistungssignals in das Steuersignal vorgesehen, wobei die Schnittstelleneinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 beispielhaft ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 beispielhaft ein Blockschaltbild einer Schnittstelleneinheit zur Umsetzung eines physiologischen Leistungssignals in zumindest ein Steuersignal,
-
3 beispielhaft in einem Diagramm zwei Kennlinien zur Kalibrierung des physiologischen Leistungssignals,
-
4 beispielhaft ein alternative Ausführungsform der Schnittstelleneinheit gemäß 2;
-
5 beispielhaft eine alternative Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
-
6 beispielhaft eine weitere alternative Ausführungsform der Schnittstelleneinheit gemäß der 2 und 4.
-
In 1 ist beispielhaft eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur leistungsabhängigen Steuerung einer computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation SS dargestellt.
-
Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer als Flugsimulator ausgebildeten computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation SS beschrieben, wobei keinesfalls auf die genannten Ausführungsform beschränkt ist, sondern zur Ansteuerung nahezu beliebiger Spiel- oder Simulationsapplikationen SS Anwendung finden kann, welche kinematische oder mechanische Zustandsgrößen ZG aufweisen, die abhängig von der physiologischen Leistung P eines Trainierenden beeinflusst werden können.
-
Insbesondere wird durch den Betrag und/oder die Änderung des Betrages zumindest einer kinematischen oder mechanischen Zustandsgröße ZG der Spiel- bzw. Simulationsverlauf der computergestützten Spiele- oder Simulationsapplikation SS beeinflusst. Eine der kinematischen oder mechanischen Zustandsgrößen ZG ist beispielsweise im Falle eines Flugsimulators die Schub- bzw. Beschleunigungskraft des simulierten Flugzeuges.
-
Als kinematische Zustandsgrößen können beispielsweise die Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Frequenz, Drehzahl, Kreisfrequenz, Winkelgeschwindigkeit, die Wellenlänge und/oder der Dämpfungs-, Phasen- und Ausbreitungskoeffizient sowie die kinematische Viskosität beeinflusst werden. Als mechanische Zustandsgrößen der Spiel- oder Simulationsapplikationen SS können die Masse, Kraft, Reibung, das Trägheits- oder Torsionsmoment, der Drehimpuls, die Arbeit, die Leistung, die Dichte, der Druck, eine Zug- oder Druckspannung, das Elastizitäts-Schube-Kompressionsmodul, die dynamische oder kinematische Viskosität und/oder die Poisson-, Reynols- oder Reibungszahl gesteuert werden.
-
Die computergestützte Spiele- oder Simulationsapplikation SS wird hierzu auf einem Personal Computer PC oder einer Spielkonsole ausgeführt und die über die computergestützte Spiele- oder Simulationsapplikation SS erzeugte virtuelle Spiel- bzw. Simulationsumgebung SSU auf einer Monitoreinheit ME grafisch dargestellt. Hierbei kann die Darstellung der virtuellen Spiel- bzw. Simulationsumgebung SSU sowohl zwei- oder dreidimensional erfolgen. Mittels audio-visueller Techniken wie beispielsweise einer mehrkanaligen Tonwiedergabe und/oder einer großformatigen Bildprojektion („Beamer”) kann das virtuelle Trainingserlebnis zusätzlich erhöht werden.
-
An dem Personal Computer PC bzw. der Spielkonsole ist ein Trainingsgerät TG beispielsweise in Form eines Fahrrad-Ergometers über eine Schnittstelleneinheit IU angeschlossen, und zwar über zumindest eine Übertragungsschnittstelle und/oder Verbindungsleitungen. Die Schnittstelleneinheit IU kann hierbei als externe Hard- und Softwarebasierte Schnittstelle oder als eine im Personal Computer PC bzw. der Spielkonsole integrierte Softwarebasierte Schnittstelle ausgebildet sein.
-
Alternativ ist das Trainingsgerät TG als Laufband oder ein Rudergerät realisiert. Ferner weist das Trainingsgerät TG vorzugsweise eine Steuer- und Anzeigeneinheit SAE auf, mittels der die von einem Trainierenden an dem Trainingsgerät TG aktuell erzeugte physiologische Leistung P in Form eines physiologischen Leistungssignals ps erfasst wird.
-
Die Verbindungsleitung zwischen der Schnittstelleneinheit IU, dem Personal Computer PC und der Steuer- und Anzeigeneinheit SAE des Trainingsgerätes TG kann beispielsweise als drahtlose Funkschnittstelle und/oder als Verbindungsleitung und/oder als ein drahtgebundenes Bussystem ausgebildet sein. Ferner sind an die Schnittstelleneinheit IU einzelne Bedienelemente BE und eine Warnsignaleinheit WS anschließbar.
-
Derzeitig auf dem Markt erhältliche Flugsimulatoren weisen eine unüberschaubare Vielfalt von Flugzeugmodellen und Simulationsszenarien (z. B. Flughäfen, Landschaften, Städte etc.) auf. Ebenfalls sind die Simulationsbedingungen wie Wetter, Tageszeit, Flugverkehrsdichte individuell durch den Spieler einstellbar. Die genannten Größen bilden hierbei zu Beginn des Spiels bzw. der Simulation vorgegebbare Spielparameter aus, welche beispielsweise mittels der Bedienelemente BE durch den Trainierenden manuell eingestellt werden können. Unterschiedlich zu üblichen Fahrradsimulationsumgebungen ergibt sich aufgrund des möglichen Variantenreichtums erhöhte Motivation des Trainierenden bei Unterstützung des sportlichen Trainings unter Verwendung eines Flugsimulators. Auch lassen sich so weitere zusätzliche Zielgruppen ansprechen (beim Flugsimulator z. B. Flugzeugfans oder auch Piloten), die sich sowohl körperlich als flugtechnisch üben wollen.
-
Über die Bedienelemente BE können weitere Spielparameter der computergestützte Spiele- oder Simulationsapplikation SS auch während des Trainings manuell durch den Trainierenden verändert werden. Beispielsweise können im Cockpit des Flugsimulators vorhanden Bedienelemente (Schalter, Regler, etc.) zur Umsetzung von Bedienvorgängen im Spiel bzw. der Simulation mittels der externen Bedienelemente BE vorgenommen werden.
-
Über die Steuer- und Anzeigeneinheit SAE werden mittels am Trainingsgerät TG vorgesehener Sensoren die für die Ermittlung der physiologischen Leistung P des Trainierenden erforderlichen Messgrößen, wie beispielsweise das Pedaldrehmoment und die Pedaldrehzahl oder das Bremsmoment und die Drehgeschwindigkeit erfasst und in der Steuer- und Anzeigeneinheit SAE ausgewertet. In der Steuer- und Anzeigeneinheit SAE wird abhängig von gerätespezifischen Parametern und den ermittelten Messgrößen die physiologische Leistung P berechnet und davon das entsprechende physiologische Leistungssignal ps abgeleitet.
-
In einer bevorzugten Variante sind an der Steuer- und Anzeigeneinheit SAE Eingabemittel vorgesehen, über welche beispielsweise eine minimale physiologische Leistung Pmin durch den Trainierenden manuell einstellbar ist. Wird die vorgegebene minimale physiologische Leistung Pmin durch den Trainierenden unterschritten, so wird dies dem Trainierenden angezeigt und ggf. die Reibungskräfte einer in Eingriff mit dem Hinterrad des Trainingsgerätes TG stehenden Bremsvorrichtung B, beispielsweise einer Wirbelstrombremsevorrichtung erhöht. Durch entsprechende Erhöhung der Bremskraft der Bremsvorrichtung B kann beispielsweise der Trainierende eine Erhöhung der physiologischen Leistung P bewirken. Über zumindest ein in der Steuer- und Anzeigeneinheit SAE vorgesehenes elektronisches Anzeigeelement können die ermittelten Trainingsparameter, insbesondere die aktuelle physiologische Leistung P dem Trainierenden ebenfalls angezeigt werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann durch die Schnittstelleneinheit IU in einer bevorzugten Ausführungsform eine maximale physiologische Leistung Pmax vorgegeben werden, und zwar beispielsweise mittels eines der Bedienelemente BE. Durch die Schnittstelleneinheit IU wird ein eine maximale physiologische Leistung Pmax vorgebendes Referenzsignal Ifs erzeugt, welches an die Steuer- und Anzeigeeinheit SAE des Trainingsgerätes TG übertragen wird. Hierdurch wird die vom Trainierenden am Trainingsgerät TG erzeugbare physiologische Leistung P noch oben beschränkt, um eine körperliche Überlastung und somit eine gesundheitliche Schädigung des Trainierenden zu vermeiden. In der Schnittstelleneinheit IU wird ein Überschreiten der maximalen physiologischen Leistung Pmax durch die aktuell erzeugte physiologische Leistung P überwacht und ein Überschreiten der maximalen physiologischen Leistung Pmax ein Warnsignal ws erzeugt, welches an die Steuer- und Anzeigeeinheit SAE des Trainingsgerät TG übertragen wird.
-
Bei Vorliegen des Warnsignal ws in der Steuer- und Anzeigeeinheit SAE wird die Bremsvorrichtung B zur Reduzierung der physiologischen Leistung P des Trainierenden zumindest teilweise geöffnet. Gleichzeitig wird das Überschreiten der maximalen physiologischen Leistung Pmax dem Trainierenden angezeigt, damit dieser seinerseits die körperliche Leistung P reduziert, um den kritischen Bereich zu verlassen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt dies über die mit der Schnittstelleneinheit IU verbundene Warnsignaleinheit WS.
-
Ferner ist beispielsweise eine dem Sitz und dem Lenker des Trainingsgerätes TG zugeordnete Aktuatoreinheit AE vorgesehen, durch den Betätigung das Spielerlebnis intensiviert wird, insbesondere eine Beschleunigungsbewegung entlang der Vertikalachse nachgebildet wird.
-
In 2 ist in einem schematischen Blockschaltbild eine erste Ausführungsform einer hardwarebasierten Schnittstelleneinheit IU dargestellt, die beispielsweise in analoger Schaltungstechnik realisiert ist. Am Eingang der Schnittstelleneinheit IU liegt die vom physiologischen Leistungssignal ps abhängige Eingangsspannung UP an und am Ausgang wird ein vorzugsweise analoges Steuersignal ss abgegeben.
-
Die Schnittstelleneinheit IU ist zur Umsetzung des physiologischen Leistungssignals ps in zumindest ein Steuersignal ss vorgesehen und weist zumindest einen ersten und zweiten Schaltungsteil ST1, ST2 auf. Der erste Schaltungsteil ST1 ist hierbei zur Anpassung des physiologischen Leistungssignals ps an das individuelle physiologische Leistungsniveau des am Trainingsgerät TG Trainierenden und der zweite Schaltungsteil ST2 zur Umsetzung des angepassten physiologischen Leistungssignals ps' in das Steuersignal ss vorgesehen. Hierzu sind der erste und zweite Schaltungsteil ST1, ST2 vorzugsweise in Serie geschaltet.
-
Eingangsseitig ist im ersten Schaltungsteil ST1 ein erstes und zweites Potentiometer P1, P2 vorgesehen, welche vorzugsweise parallel zueinander geschaltet sind und an denen jeweils die Eingangsspannung UP anliegt. Die in 2 dargestellte Schnittstelleneinheit IU kann beispielsweise zwei Trainingsvoreinstellungen aufweisen, zwischen den durch den Trainierenden gewählt werden kann. Hierdurch wird das Training zumindest zweier Trainierenden bzw. zweier unterschiedlicher Trainingszenarien geeignet unterstützt.
-
Beispielweise ist mittels des ersten und zweiten Potentiometers P1, P2 die Empfindlichkeit der Schnittstelleneinheit IU für den ersten bzw. zweiten Trainierenden einstellbar, und zwar wird hierdurch bei einer bestimmten Leistungssteigerung ein gewünschter Effekt in der computerbasierten Spiel- oder Simulationsapplikation SS bewirkt. Die Auswahl der jeweils eingestellten Empfindlichkeit erfolgt über ein erstes Schaltelement S1, wobei über das erste bzw. zweite Potentiometer P1, P2 jeweils eine erste bzw. zweite Teilspannung UP1, UP2 abgegriffen wird und über ein nachgeschaltetes Addierglied A einer ersten oder zweiten Offsetspannung UO1, UO2 überlagert wird.
-
Die erste bzw. zweite Offsetspannung UO1, UO2 werden abhängig von der Einstellung eines dritten und vierten Potentiometers P3, P4, an dessen Eingängen eine negative Betriebsspannung –U und an dessen Ausgängen eine positive Betriebsspannung +U anliegt, erzeugt. Somit ist über das dritte bzw. vierte Potentiometer P3, P4 eine erste bzw. zweite Offsetspannung UO1, UO2 individuell abgreifbar. Die Zuführung der ersten oder zweiten Offsetspannung UO1, UO2 an das Addierglied A erfolgt über ein zweites Schaltelement S2.
-
Über die erste bzw. zweite Offsetspannung UO1, UO2 ist die Einstellung einer Mindestleistung Pm möglich, bei der ein virtueller Spieleffekt in der computerbasierten Spiel- oder Simulationsapplikation SS durch das erzeugte Steuersignal ss erzielt wird. Diese Art von Skalierung erlaubt eine sehr individuelle Anpassung der beeinflussbaren kinematischen und mechanischen Zustandsgrößen ZG der computerbasierten Spiel- oder Simulationsapplikation SS an die Fähigkeiten des Trainierenden. Hierbei sind in einer bevorzugten Ausführungsform das erste und zweite Schaltelement S1, S2 gemeinsam schaltbar, was in 2 mittels einer strichliert gezeichneten Verbindungslinie angedeutet ist. Der zur Einstellung der Empfindlichkeit und des Offsets vorgegebene erste Schaltungsteil ST wird beispielsweise als Kalibrierungsstufe bezeichnet.
-
Über das Addierglied A wird das angepasste physiologische Leistungssignals ps' bzw. eine Steuerspannung us erzeugt, welche beispielsweise über ein galvanisches Trennungsmodul GTM einer Spannungs-/Stromwandlereinheit UIW zugeführt wird, die das Steuersignal ss erzeugt. Das galvanische Trennungsmodul GTM ist zum Schutz vor einem Kurzschluss des Personal Computers PC bzw. der Spielkonsole vorgesehen.
-
Das Steuersignal ss ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses über eine analoge oder digitale Joystick-/Spielkontrollereinheit des Personal Computers PC einlesbar ist oder bei einer integrierten softwarebasierten Schnittstelleneinheit IU entsprechend durch die Spiel- oder Simulationsapplikation SS weiterverarbeitbar ist. Beispielsweise kann durch das Steuersignal ss das analoge Achssignal eines Joysticks simuliert werden, welches an den Personal Computer PC übertragen und dort in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise weiterverarbeitet wird. Die Spannungs/Stromwandlereinheit UIW ist zur Nachbildung des elektrischen Widerstandes eines analogen Joysticks erforderlich.
-
Die mittels der Kalibrierungsstufe vornehmbare Anpassung der individuellen physiologischen Leistung P eines Trainierenden an das Spiel- bzw. Simulationsverhalten einer computerbasierten Spiel- oder Simulationsapplikation SS wird in 3 beispielhaft anhand eines Diagramms verdeutlicht. Darin ist entlang der Abszisse die von einem Trainierenden erzeugte physiologischen Leistung P und entlang der Ordinate die über die Schnittstelleneinheit IU erzeugte „virtuelle” physiologische Leistung in Form der Amplitude A des erzeugten Steuersignals ss aufgetragen, und zwar in einer ersten und zweiten Kennlinie K1, K2.
-
Die über das erste und zweite Potentiometer P1, P2 einstellbare Empfindlichkeit gibt hierbei die Steigung der Kennlinien K1, K2 wieder. Durch die Variation der ersten bzw. zweiten Offsetspannung UO1, UO2 kann die Mindestleistung Pm vorgegeben werden, welche erforderlich ist, um ein Steuersignal ss mit einer Amplitude A größer Null zu erhalten und somit eine Änderung einer zugeordneten kinematischen und mechanischen Zustandsgröße ZG der computerbasierten Spiel- oder Simulationsapplikation SS zu bewirken. Abhängig von der eingestellten Empfindlichkeit sowie dem vorliegenden Offset ergibt sich beispielsweise bei einer betragsmäßig gleichen physiologischen Leistung P eine erste Amplitude A1 bzw. eine zweite, kleinere Amplitude A2 des Steuersignals ss.
-
So wird gemäß der Kennlinie K1 auch ohne körperliche Aktivität des Trainierenden bereits ein Steuersignal ss mit einer vorgegebenen Amplitude erzeugt, d. h. eine „virtuelle” physiologische Leistung erbracht, die sich durch den körperlichen Einsatz des Trainierenden steigern lässt. Diese Einstellung fördert das Erbringen von Leistungsspitzen („Intervalltraining)” bei geeignetem Spiel- bzw. Simulationscharakter. Im Gegensatz hierzu wird gemäß der Kennlinie K2 erst dann ein Steuersignal ss erzeugt, sofern eine durch den Offset vorgegebene Mindestleistung Pm erreicht ist. Damit ist sichergestellt, dass ein trainingswirksames Leistungsniveau erreicht wird. Diese Einstellung eignet sich besonders zum Ausdauertraining.
-
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Schnittstelleneinheit IU dargestellt. Zusätzlich zu der in 2 dargestellten ersten und zweiten Schaltungsteil ST1, ST2 ist eine Komparatoreinheit K vorgesehen, mittels der über die Schnittstelleneinheit IU das Überschreiten der vorgegebenen maximalen physiologischen Leistung Pmax überwacht wird.
-
Hierzu liegt das beispielsweise über ein galvanisches Trennungsmodul GTM geführte Leistungssignal ps an einem Eingang der Komparatoreinheit K und wird somit mit einer die maximale physiologische Leistung Pmax angebenden Vergleichsspannung UK verglichen, welche über ein fünftes Potentiometer P5 von der Betriebsspannung U abgegriffen wird. Überschreitet die Spannung UP des Leistungssignal ps die vorgegebene Vergleichsspannung UK, so wird durch die Komparatoreinheit K das Alarmsignal ws erzeugt, welches an die Warnsignaleinheit WS und/oder an die Auswerte- und Anzeigeeinheit SAE des Trainingsgeräts TG übertragen wird.
-
In der Auswerte- und Anzeigeeinheit SAE wird abhängig vom vorliegenden Warnsignal ws eine Begrenzung der physiologischen Leistung P vorgenommen. Bei Empfang des Warnsignals ws wird die Bremskraft der Bremseinrichtung B herabsetzen und somit die körperliche Belastung des Trainierenden begrenzt, so dass auch bei Erhöhung der Trittfrequenz durch den Trainierenden keine weitere Erhöhung der physiologischen Leistung P mehr möglich ist.
-
Bei Überschreiten der maximalen physiologischen Leistung Pmax wird zusätzlich oder alternativ der Trainierende über eine Warnsignaleinheit WS akustisch und/oder optisch gewarnt wird.
-
Zusätzlich können die Bedienelemente BE in die Schnittstelleneinheit IU integriert sein. Die über die einzelnen Bedienelemente BE erzeugten Signale werden mittels einer in der Schnittstelleneinheit IU vorgesehenen Pegelerzeugungseinheit PEE in manuelle Eingabesignale es umgesetzt, die an den Personal Computer PC übertragen werden. Somit wird die Anzahl der durch den Trainierenden einstellbaren Spielparameter erhöht, so dass dieser neben der physiologischen Leistung P weitere Möglichkeiten zur Gestaltung des Spiel-/Simulationsgeschehens hat.
-
Darüber hinaus ermöglicht die Schnittstelleneinheit IU eine Verarbeitung von durch die computerbasierte Spiel- oder Simulationsapplikation SS bereitgestellten Umwelt- oder Animationssignalen us. Die Umwelt- oder Animationssignale us werden einer in der Schnittstelleneinheit IU vorgesehen Steuereinheit CU zugeführt, über welche weitere Steuersignale ss1–ssn zur Ansteuerung von am Trainingsgerät TG vorgesehener visueller, audio-visueller und/oder haptischer Aktuatoreinheiten, über welche beispielsweise Lichteffekte oder Audiosequenzen ausgegeben werden oder Bewegungen am Sportgerät selbst erzeugt werden. Bei Verfügbarkeit eines Audiokanals können beispielsweise tieffrequente Signalanteile ausgefiltert werden und zur Ansteuerung z. B. der mechanischen Aktuatoreinheit AE verwendet werden.
-
Gesteuert von der Steuereinheit CU kann über eine in 4 strichliert dargestellte Verbindungsleitung eine Umschaltung der ersten bzw. zweiten Schaltelemente S1, S2 bewirkt werden, d. h. beispielsweise eine fest vorgegebene Kalibrierung der Potentiometer P1–P4 zur Einstellung der Empfindlichkeit und des Offsets vorgenommen werden. Auch können das erste bis fünfte Potentiometer P1–P5 als elektronisch einstellbare Potentiometer ausgebildet sein, welche jeweils abhängig von einem anliegenden vorzugsweise analogen Steuersignal eine vorgegebene Spannungsteilung bewirken.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann die Kalibrierung des physiologischen Leistungssignals ps zur Anpassung der kinematischen oder mechanischen Zustandsgröße ZG an das individuelle physiologische Leistungsniveau eines oder mehrerer Trainierender extern erfolgen, d. h. beispielsweise über eine zentrale Kalibrierungseinheit. Die zentrale Kalibrierungseinheit ist hierzu über zumindest eine Kommunikationsverbindung KV, beispielsweise über das Internet mit den Schnittstelleneinheiten IU der unterschiedlichen Trainierenden verbunden, über welche die Kalibrierungsdaten an die Schnittstelleneinheiten IU zur Anpassung des physiologischen Leistungssignals ps übertragen werden. Mittels der Kalibrierungsdaten sind beispielsweise das erste bis fünfte Potentiometer P1–P5 einzeln einstellbar.
-
Hierdurch können beispielsweise mehrere Trainierende an einer vernetzten Spiel- oder Simulationsapplikation SS teilnehmen und entweder für jeden einzelnen Teilnehmer eine individuelle Mindestleistung oder für alle Teilnehmer eine gemeinsame Gruppenmindestleistung vorgegeben werden, um annähernd gleiche Wettbewerbsbedingungen für die einzelnen Teilnehmer zu schaffen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann über die zumindest eine Kommunikationsverbindung KV die maximale physiologische Leistung Pmax ebenfalls extern vorgegeben werden. Hierdurch wird einerseits der Trainierende geschützt und andererseits die Leistung der Teilnehmer nivelliert, um eine Bestimmung des Gruppenspielverlaufs durch eine bestehende Leistungsdifferenz zwischen den Teilnehmern ausschließen zu können.
-
In 5 ist beispielhaft ein als Laufband ausgebildetes Trainingsgerät TG dargestellt, dessen Laufgeschwindigkeit und Steigung einstellbar ist. Hierbei weist das Trainingsgerät TG ebenfalls eine Steuer- und Anzeigeneinheit SAE auf, über welche zumindest das vom Trainingsgerät TG erzeugte physiologische Leistungssignal ps erzeugt und an die Schnittstelleneinheit IU übertragen wird.
-
Ein derartiges Trainingsgerät TG ist beispielsweise besonders geeignet für computerbasierte Spiel- oder Simulationsapplikationen SS, in denen im Spiel- bzw. Simulationsverlauf laufende oder gehende Objekte vorgegeben sind. Insbesondere kann der Trainierende innerhalb der computerbasierte Spiel- oder Simulationsapplikationen SS in Verfolgungs- oder Laufszenen verwickelt werden, welche zu einer Erhöhung der Trainingsmotivation beitragen. Besonders vorteilhaft kann durch die Schnittstelleneinheit IU ein eine durch die computerbasierte Spiel- oder Simulationsapplikationen SS vorgegebene Steigung S anzeigendes Umwelt- oder Animationssignal us ausgewertet werden und ein entsprechendes weiteres Steuersignal ss1–ssn zur Ansteuerung des Trainingsgerätes TG erzeugt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die Bedienelemente BE als mobile Bedienelemente MBE ausgebildet, welche über drahtlose Schnittstelle mit der Schnittstelleneinheit IU verbunden sind. Das mobile Bedienelemente MBE kann beispielsweise eine Kontrolleinheit KE sowie ein zugehöriges stabförmiges Schalterelement SSE umfassen, wobei die Kontrolleinheit KE am Körper des Trainierenden befestigt wird und das stabförmige Schalterelement SSE in der Hand gehalten wird. Hierdurch kann der Trainierende bei ausreichender Bewegungsfreiheit zusätzliche Spielparameter der computerbasierte Spiel- oder Simulationsapplikation SS manuell einstellen. Auch kann anstelle eines stabförmigen Schalterelement SSE beispielsweise ein Sensor-Handschuh vorgesehen sein. Durch Auswertung der Bewegung des stabförmigen Schalterelementes SSE kann auch eine gleichzeitige Steuerung von zumindest zwei kinematischen und mechanischen Zustandgrößen ZG der computerbasierte Spiel- oder Simulationsapplikation SS erfolgen.
-
In 6 ist eine alternative Ausführung der Schnittstelleneinheit IU dargestellt, bei der sowohl der erste als auch der zweite Schaltungsteil ST1, ST2 eine unterschiedliche Ausführungsform im Vergleich zu der in den 2 und 4 dargestellten Schnittstelleneinheit IU aufweisen. Insbesondere werden mittels dem zweiten Schaltungsteil ST2 abhängig vom angepassten bzw. kalibrierten physiologischen Leistungssignal PS' zwei differentielle Steuersignale ssu+, ssu– erzeugt. Die differentielle Steuersignale ssu+, ssu– sind den Ausgangssignalen von aus dem Stand der Technik bekannten Spielcontrollern nachempfunden, welche üblicherweise durch Betätigung einer „+” oder „–” Tasterelement erzeugt werden.
-
Unterschiedlich zu der in 2 dargestellten Schaltung wird im ersten Schaltungsteil ST1 die Schaltspannung US mittels eines Subtrahiergliedes S erzeugt, wobei die erste oder zweite Offsetspannung UO1, UO2 mittels des dritten und vierten Potentiometers P3, P4 nunmehr lediglich von der positiven Betriebsspannung U abgeleitet werden. Hierdurch wird vorteilhafter Weise eine Spannungsquelle eingespart. Von der ersten oder zweiten Teilspannung UP1, UP2 wird mittels des Subtrahiergliedes S die erzeugte erste oder zweite Offsetspannung UO1, UO2 subtrahiert und eine entsprechend kalibrierte Schaltspannung US bzw. ein angepasstes physiologisches Leistungssignal ps' erzeugt.
-
Die kalibrierte Schaltspannung US wird im zweiten Schaltungsteil ST2 einem Differenzierglied D zugeführt, die die verfügbare Schaltspannung US differenziert. Die differenzierte, kalibrierte Schaltspannung US' wird einem ersten und zweiten Impulsformer IF+, IF– zugeführt, welche die differenzierte Schaltspannung US' in Impulse unterschiedlicher Länge umsetzt. Hierbei ist die Impulsdauer sowohl von der zeitlichen Länge der Änderung des Betrages der Schaltspannung US als auch dem Betrag der Änderung pro Zeiteinheit abhängig. Die hierdurch erzeugten beiden differentieller Steuersignale ssu+, ssu– werden an den Personal Computer PC übertragen und dort der üblichen Auswertung zugeführt.
-
Zur Übertragung der Steuersignale ss, ss1–ssn sowie der weiteren Datensignale Ifs,, es, us in den in den 1, 2 und 5 dargestellten Anordnungen können beliebige digitale oder analoge Übertragungsschnittstellen beispielsweise Bluetooth, RS232, USB oder Wireless USB etc. Verwendung finden, insbesondere diejenigen, welche identisch oder ähnlich zu den bei standardisierten Gamecontrollereinheiten verwendeten Schnittstellen ausgebildet sind. Benutzung von standardisierten Schnittstellen wie Bluetooth erlauben darüber hinaus eine kqostengünstige und technisch einfache Anbindung der externen Schnittstelleneinheit IU an den Personal Computer PC.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schnittstelleneinheit IU eine in den Figuren nicht dargestellte Speichereinheit zur Speicherung beispielsweise applikations- und personenspezifischer Kalibrierungen auf.
-
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke verlassen wird.
-
Bezugszeichenliste
-
-
- A
- Addierglied
- AE
- Aktuatoreinheit
- B
- Bremsvorrichtung
- BE
- Bedienelement
- es
- Eingabesignale
- GTM
- galvanisches Trennungsmodul
- IU
- Schnittstelleneinheit
- IF+, IF–
- Impulsumformereinheiten
- K
- Komparatoreinheit
- KE
- Kontrolleinheit
- KV
- Kommunikationsverbindung
- Ifs
- Leistungsreferenzsignal
- ME
- Monitoreinheit
- P
- physiologische Leistung
- P1
- erstes Potentiometer
- P2
- zweites Potentiometer
- P3
- drittes Potentiometer
- P4
- viertes Potentiometer
- P5
- fünftes Potentiometer
- PC
- Personal Computer bzw. Spielkonsole
- PEE
- Pegelerzeugungseinheit
- Pm
- Mindestleistung
- Pmax
- maximale physiologische Leistung
- Pmin
- minimale physiologische Leistung
- ps
- physiologische Leistungssignal
- ps'
- angepasstes physiologische Leistungssignal
- S
- Subtrahierglied
- S1
- erstes Schaltelement
- S2
- zweites Schaltelement
- SAE
- Steuer- und Anzeigeeinheit
- ST1
- erster Schaltungsteil
- ST2
- zweiter Schaltungsteil
- SS
- computerbasierte Spiel-/Simulationsapplikation
- ss
- Steuersignal
- ss1–ssn
- weitere Steuersignale
- SSE
- Schalterelement
- SSU
- Spiel-/Simulationsumgebung
- TG
- Trainingsgerät
- U
- Betriebsspannung
- U1
- Spannungs-/Stromwandlereinheit
- UO1
- erste Offsetspannung
- UO2
- zweite Offsetspannung
- UP
- Eingangsspannung
- UP1
- erste Teilspannung
- UP2
- zweite Teilspannung
- US
- kalibrierte Ausgangsspannung
- US'
- differenzierte, kalibrierte Ausgangsspannung
- us
- Umwelt- oder Animationssignal
- ws
- Warnsignal
- WS
- Warnsignaleinheit
