DE4312566A1 - Verfahren zur Verbesserung eines Fahrrad-Simulators - Google Patents
Verfahren zur Verbesserung eines Fahrrad-SimulatorsInfo
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- A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
- A63B22/06—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrrad-Simulator mit einem Computer,
über den das Bild der simulierten Umgebung erzeugbar ist und mit dem die
physikalischen Gegegebenheiten einer Fahrradfahrt simulierbar sind, und mit
einem Videogenerator zur Darstellung eines Identifikationsbildes in verschiedenen
Bewegungsphasen und Schräglagen.
Ein solcher Simulator ist insbesondere aus PCT/DE 88 000 98 und aus Beschreibungen
der Firma mpk Kirstein, München, unter der Bezeichnung
"Tele-Bike" bekannt.
Ein Nachteil dieser Ausführung liegt in dem verhältnismäßig großen Aufwand
für den Computer und den Videogenerator. Es werden insgesamt 8
Steckkarten in einem Einschubrahmen mit Rückplatine mit einer großen
Zahl von Bauteilen verwendet. Dementsprechend hoch sind die Produktionskosten
und die Servicekosten.
Ein weiterer Nachteil liegt in der Störanfälligkeit, die naturgemäß von
der Anzahl der Bauteile und der Steckverbindungen abhängt.
Ein weiterer Nachteil liegt in den eingeschränkten grafischen Möglichkeiten
dieser Spezial-Hardware und in ihrer geringen Modifikationsfähigkeit.
So kann nur ein Gegnerbild gezeigt werden, keine Bäume und Büsche,
keine Wannen und kein Höhenprofilbild der Straße.
Weitere Nachteile bestehen darin, daß die Software noch verbesserungsfähig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aufgeführten
Nachteile zu vermeiden und mit einer sehr preisgünstigen Hardware
durch geeignete Gestaltung der Software neue Merkmale zu schaffen, die
den Simulator in Bezug auf Natürlichkeit der bildlichen Darstellung, zusätzliche
Grafinken, Bedienungserleichterungen, höheren Trainingsreiz und
zusätzliche Datenausgaben verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im folgenden angegebenen
Merkmale gelöst:
Als Computer und Grafikgenerator wird ein handelsüblicher Home-Computer
der Firma Commodore vom Typ Amiga 600 oder Amiga 1200 verwendet.
Da die Amiga-Rechner als Central Processing Unit (CPU) einen Mikroprozessor
vom Typ 68 000 bzw. 68 020 verwenden, während in der bisherigen
Hardware des "Tele-Bike" eine CPU vom Typ Z80 eingesetzt ist und das Programm
in Maschinensprache (Assembler) geschrieben war, wird die Software
für die Logik umgesetzt (portiert). Dieser Vorgang ist von Hand auszuführen,
da Maschinenbefehle für den 68 000 und den Z80 so unterschiedlich
sind, daß sie nicht automatisch portierbar sind.
Der bisherige Z80-orientierte Quelltext war nicht portierbar ausgeführt.
Dies hätte bedeutet, daß er in einer höheren Programmiersprache geschrieben
worden wäre. Hierbei wäre aber der Rechenvorgang nicht schnell genug
gewesen.
Im Rahmen der Erfindung wird demgemäß unter Verwendung der zugrundeliegenden
Algorithmen der Quelltext von Z80 auf 68 000 von Hand portiert. Damit
das Programm auf 68 000 schnell genug läuft, wird der neue Quelltext wiederum
in Maschinensprache und nicht portierbar geschrieben. Nicht nur
wegen der Geschwindigkeit des Rechenprogramms sondern auch zur Einsparung
von Entwicklungskosten wird auf eine Abtrennung von Amiga-Hardware-orientierten
Programmteilen durch Unterroutinen weitgehend verzichtet.
Während im Amiga das Betriebssystem AmigaDos in einem ROM (Read-Only-Memory)
abgespeichert ist und das Arbeitsprogramm von Diskette in einem RAM (Random-
Access-Memory) geladen wird, wird für den Fahrrad-Simulator erfindungsgemäß
das Arbeitsprogramm unter Umgehung des AmigaDos-Betriebssystems auf einer
PCMCIA-Karte abgespeichert (Personal Computer Memory Card International
Association).
Dies aus folgenden Gründen:
Der Fahrrad-Trainer soll einfach zu bedienen sein. Eine Computer-Tastatur
ist deshalb unbedingt zu vermeiden. Außerdem ist eine Tastatur eine Baugruppe,
die Kosten verursacht, die die Störanfälligkeit anhebt und die
Platzbedarf im Trainingsgerät erfordert. Ein Diskettenlaufwerk hat dieselben
Nachteile und ist erschütterungsempfindlich.
Anstelle der PCMCIA-Karte hätte ein EPROM (Erasable Programmable Read Only
Memory) eingesetzt werden können. Dies ist preisgünstiger als eine PCMCIA-
Karte und läßt sich einfacher programmieren. Ein solcher Arbeitsspeicher
läßt sich an den Daten-, Adreß- und Steuer-Bus der CPU 68 000 in elektrischer
Hinsicht ebenso anschließen wie an den der Z80 bei der bisherigen
Ausführung. In mechanischer Hinsicht ist dies beim Amiga 500 Plus auch ohne
weiteres möglich, da die Busleitungen über einen besonderen Stecker nach
außen geführt sind. Beim Amiga 600 und 1200 ist dies jedoch nicht mehr der
Fall, und es hätte sich die Aufgabe gestellt, eine besondere Speicherplatine
zu entwickeln, die an die CPU anschließbar ist. Hierzu hätte die CPU
ausgelötet und an ihrer Stelle die Speicherplatine mit CPU eingelötet werden
müssen. Dies ist jedoch wegen der SMD-Bauweise (Surface Mounted Devices)
der neuen Amiga-Generation nicht unproblematisch. Außerdem hat die
PCMCIA-Karte die Vorteile, sich leicht gegen eine andere auswechseln zu
lassen, wodurch mit einem Handgriff Trainingsprogramme veränderbar sind,
und in einer Ausführung mit statischem RAM auf einfache Weise im Amiga-
Rechner als Entwicklungssystem programmieren zu lassen.
Für den Anfahrvorgang (das Booten) des Amiga ohne Tastatur kann die PCMCIA-
Treiber-Software ausgenutzt werden. Dies gehört zur Lösung der oben angegebenen
Aufgabe.
Gemäß Aufgabenstellung ist nicht nur der logische Teil des Arbeitsprogramms,
der bisher von der Z80-CPU berechnet worden war, auf die 68 000-CPU zu portieren,
sondern es ist auch der bisherige Hardware-orientierte Grafikgenerator
durch 68 000-orientierte Software zu ersetzen.
Hierbei ist wiederum zu unterscheiden zwischen dem Umsetzen der reinen
Grafik-Information und der Bewegungssteuerung dieser Grafik.
Der bisherige Grafik-Generator verfügte über Einzelgeneratoren für Landschaft,
Straße, Gegnerbild, Identifikationsbild und Texttafeln. Die Grafikdaten
waren in Form von Abszissen- und Ordinaten-Werten der Farbflächen-Konturen
und von Farbdaten für diese Flächen abgespeichert. Im Amiga wird dagegen die
Grafik Pixel (Bildpunkt)-orientiert ausgegeben. Demgemäß waren alle Grafikdaten
umzusetzen.
Die Bewegungssteuerung und das Abrufen von Grafiken geschah im bisherigen
System über eine Schnittstelle zur Datenübertragung von der Computer-Platine
zum Videogenerator. Das Arbeitsprogramm beinhaltete entsprechende
Ausgabe-Routinen. Die Verschiebung der Videogegenstände in horizontaler
und vertikaler Richtung wurde in den Videogeneratoren mittels Addier-
Bausteinen hardware-mäßig bewerkstelligt.
Im Amiga dagegen ist die gesamte Videoinformation zusammen mit dem Arbeitsprogramm
auf der Speicherkarte unterzubringen. Die Ansteuerung des Monitor-
Ablenkstrahls mit Farbinformation geschieht nicht Konturen-orientiert sondern
Pixel für Pixel. Die Videoinformation wird von der CPU in einen Teil
seines Bildwiederholspeichers (Video RAM) geschrieben, in dem anderen Teil
zum Auslesen umgeladen, von dort wird sie über Schieberegister, pro Pixel
mit Farbtiefen-Information versehen (Bit Planes), seriell an den Monitor
ausgegeben. Demgemäß ist zunächst die reine Grafik-Information aus dem
Konturen-orientierten Code in den Pixel-orientierten Code umzurechnen.
Das Aufrufen, Verschieben, Verzerren und Bewegen der Grafiken geschieht
per Software und grundlegend anders als bei dem früheren System. Der Amiga-
Rechner verfügt über besondere Hilfsmittel zur beschleunigten Ausgabe und
zur Vervielfältigung von grafischen Mustern.
Eines dieser Hilfsmittel ist der sogenannten Blitter, mit dem man Operationen
an einer Bit-Plane für den Bildwiederholspeicher direkt vornehmen kann
und zwar gleichzeitig mit 3 Operanden. Der Blitter erhält von der CPU zur
Beschleunigung der Grafik-Ausgabe seine Befehle und ist je nach Aufgabenstellung
speziell zu programmieren.
Ein anderes Hilfsmittel ist der sogenannte Copper (Co-Prozessor), der wie
eine kleine selbstständige CPU arbeitet und begrenzte Operationen am gerade
sichtbaren Bild zur Beschleunigung der Grafik-Ausgabe, für zyklische Wiederholungen
von Grafikmustern und zur Farben-Umschaltung durchführt.
Ein weiteres Hilfsmittel sind sogenannte Sprites, die als Funktionsblöcke
der Darstellung schnell verschiebbarer Objekte höherer Priorität unabhängig
vom Bildwiederholspeicher dienen.
Für das Beschreiben des Bildwiederholspeichers aus den Rechenergebnissen des
logischen Teils des Arbeitsprogramms und das Ansprechen der oben angegebenen
Hilfsmittel ist Software zu erarbeiten.
Die im AmigaDos-Betriebssystem allgemein gehaltenen Grafik-Routinen werden
erfindungsgemäß nicht verwendet sondern auch eigene, spezielle Grafik-
Routinen ersetzt. Dadurch wird das Zeitverhalten bis um den Faktor
ca. 100 im Einzelfall verbessert.
Unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten werden folgende Aufgaben umgesetzt:
- - Erstellen und Bewegen der Grafiken für die Hintergrund-Landschaften
- - Erstellen und Bewegen der Grafiken für Straße und Wiese
- - Mittelstreifen-Steuerung
- - Erstellen und Bewegen der Grafiken für den Renngegner
- - Erstellen und Bewegen der Grafik für das Identifikationsbild, Drehzahlsteuerung,
- - Erstellen und Aufrufen der Grafiken für Texttafeln und Alphanumerik
- - Bearbeitung der Eingangs-Interfaces (Tastatur, Drehzahl-Signal, Herzpuls- Signal)
- - Bearbeitung der Lastausgabe
- - Berechnung von Geschwindigkeit, Leistung, Kalorienverbrauch, Zeit, Distanz, Drehmoment und anderer Daten in den Betriebsarten Tretkraftvorgabe, Leistungsregelung, Isokinetik und 12-Gangschaltung (Fahrdynamik)
- - Datenanzeigen in den verschiedenen Betriebsarten
- - Menü-Steuerung und -Abfragen
- - Computerführung (Instruction)
- - Partner-Steuerung
- - Überhol-Logik
- - Digitale Glättungen und Hysteresen
- - Verarbeitung von Kurven, Steigungen und Gefällen
- - Berechnung und Ausgabe des Fitness-Quotienten
Zu den Aufgaben der Umstellung auf Amiga gehört auch das Einbeziehen der
Wettkampf-Schaltung (Competition), bei der zwei Trainingsgeräte über Signalkabel
miteinander verbunden sind. Dabei werden die Daten für die Positionen
der beiden Fahrer gegenseitig übertragen. Zur Datenübertragung war
bisher eine Parallel-Schnittstelle verwendet worden.
Die einzige Parallel-Schnittstelle des Amiga soll aber für die Ausgabe
des Leistungssignals an die Abbremseinheit reserviert werden, und die Wettkampfschaltung
soll mit der seriellen Schnittstelle des Amiga ausgeführt
werden. Deshalb wird die Ausgabe der eigenen Positionsdate an das andere
Trainingsgerät und das Einholen der Positionsdate des anderen Fahrers mittels
der seriellen Schnittstelle bearbeitet. Diese Programmierung geschieht
unabhängig von Amiga-spezifischer Software von Hand.
Auf ebener Erde nimmt der hoirzontale Abstand zwischen den Straßenrändern
in der Bildschirmebene linear mit dem Abstand der betreffenden Monitorzeile
von der Horizontlinie zu. Derart wurde die Straße bei Anstieg der
Steigung (Wanne) bisher dargestellt.
Die geometrisch richtige Darstellung einer Wanne erfordert eine nichtlineare
Abstandsberechnung der Straßenränder. Damit genügt es nicht mehr, die Straße
als Dreieck darzustellen und durch horizontale Verschiebung der einzelnen
Monitorzeilen gemäß der distanzabhängigen Kurvenfunktion Kurven zu erzeugen.
Vielmehr muß zusätzlich die Form des Dreiecks gemäß dem Steigungsverlauf
mit dem Ergebnis nichtlinearer Seitenlinien verändert werden. Hierzu
ist wie bei der Kurvenerzeugung ein distanzabhängiges Kennlinienfeld abzuspeichern
und per Software zu verarbeiten.
Erfindungsgemäß wird hierfür die Kurvenfunktion verwendet, die ohnehin abgespeichert
ist und dadurch eine zweite Anwendung erfährt. Die Wannenfunktion
kann bei geschickter Gestaltung der Software auch gleichzeitig mit
der Kurvenfunktion im Straßenbild sichtbar gemacht werden.
Zusätzlich zur bisher dargestellten Hügellandschaft und dem "Monument
Valley" wird eine Flachlandschaft mit untergehender Sonne dargestellt.
Außerdem wird das Bild der Alpenlandschaft verbessert.
Bisher waren drei verschiedene Landschaftsbilder bei gleichen Steigungsprofilen
aufrufbar. Erfindungsgemäß werden den vier oben angegebenen
Landschaftsbildern verschiedene Steigungsprofile zugeordnet. Dadurch haben
die Landschaftsbilder nicht mehr nur ästhetischen Charakter sondern auch
Aussagefähigkeit über die Steigungen. Dabei hat die Flachlandschaft keine
und die Alpenlandschaft die stärksten Steigungen und Gefälle. Diese gehen
in die Optik der Straßendarstellung und in der Betriebsart "12-Gangschaltung"
in das Abbremsmoment sowie in die Freilauf-Logik ein.
Im unteren Teil des Bildschirms wird das Steigungsprofil dargestellt. Die
eigene Position sowie die der Gegner wird durch farbige Punkte auf diesem
Profil gekennzeichnet. Das Profil erstreckt sich vom linken bis zum rechten
Bildrand über eine Distanz von 3 km. Wählt man eine andere Distanz,
so wird die Darstellung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung
komprimiert oder gedehnt. Die Steigungen bleiben dabei erhalten.
Um Unsicherheiten in der Bedienung des Gerätes zu vermeiden, wird es ermöglicht,
in jedem Betriebszustand mittels des großen Tasters "Instruction"
das Haupt-Menue aufzurufen, aus dem alles andere ersichtlich wird.
Die Grafik für das Hauptmenue wird neu erstellt.
Das Markenzeichen des Gerätes wird als spezielle Grafik dem Himmel des
Landschaftsbildes überlagert. In die Wiese des Landschaftsbildes wird eingeblendet:
Drücken Sie:
INPUT: Wenn Sie eine Anleitung wünschen!
START: Um eine neue Fahrt zu starten!
STOP: Um die Fahrt abzubrechen und die Fahrtauswertung zu erhalten!
MODUS: Wenn Sie das Insider-Menue wünschen!
ENTER: Um die Fahrt fortzusetzen!
INPUT: Wenn Sie eine Anleitung wünschen!
START: Um eine neue Fahrt zu starten!
STOP: Um die Fahrt abzubrechen und die Fahrtauswertung zu erhalten!
MODUS: Wenn Sie das Insider-Menue wünschen!
ENTER: Um die Fahrt fortzusetzen!
Das Datenanzeigefeld zusammen mit dem Steigungsprofil im unteren Teil des
Bildes bleibt auch während der Fahrt erhalten. Es umfaßt die Felder:
Puls
Zeit
Betriebsart
Geschwindigkeit
Distanz
Plazierung
Tretfrequenz
Kalorien
Leistung
Drehmoment
Zeit
Betriebsart
Geschwindigkeit
Distanz
Plazierung
Tretfrequenz
Kalorien
Leistung
Drehmoment
Anstelle des bisherigen einen Renngegners werden sechs Radfahrergrafiken
in drei verschiedenen Farben dargestellt. Die Form der 6 Radfahrer ist
gleich und wird einem gemeinsamen Speicher entnommen.
Anstelle der bisherigen Zufallssteuerung der Leistung des Renngegners werden
den 6 Renngegner 6 verschiedene Leistungen zugeordnet und zwar ca.
50, 100, 150, 200, 250 und 300 W. Demgemäß werden die Grafiken ausgegeben.
Die Renngegner überholen sich gegenseitig nicht, können aber vom Fahrer
überholt werden oder ihn überholen. Der Übersichtlichkeit halber und um
dem Fahrer Gelegenheit zu geben, die schwächeren Gegner zu überholen,
starten die Renngegner ohne Beschleunigungsvorgang mit den ihrer jeweiligen
Leistung zugeordneten Geschwindigkeiten. Beim Überholen und beim Überholtwerden
der Renngegner ist der Spurwechsel zu simulieren. Demgemäß wird
die Software zur Bewegungs- und Größensteuerung der Renngegner und der
Straße ausgeführt.
Die eigene Plazierung im Radrennen wird im Datenanzeigefeld laufend ausgegeben.
Die Renngegner werden auch im Steigungsprofil als farbige Punkte angezeigt,
sodaß der Fahrer auch hier gut seine Position erkennen kann. Es sind dabei
besondere Grenzbedingungen zu berücksichtigen, die eintreten, wenn bei
großen Distanzen das Feld weit auseinanderfällt.
Für den Trainingszustand des Fahrers ist vor allem die Abhängigkeit der
Herzpulsfrequenz von der Leistung über der Zeit wissenswert. Es wird deshalb
eine großflächige Diagrammtafel angelegt, welche mittels des Tasters
"Enter" während der Fahrt jederzeit aufrufbar ist. In diese Diagrammtafel
wird in Rot die Herzpulsfrequenz und in Weiß die Leistung eingetragen.
Demgemäß ist auch die vertikale Achse mit roten und weißen Zahlen geeicht.
Die horizontale Achse ist in Minuten geeicht.
Die Anlage ist im Deutschen Patentamt zur freien Einsicht hinterlegt,
sie umfaßt 109 Seiten eines Computerprogramms.
Claims (1)
- Verfahren zur Verbesserung eines Fahrrad-Simulators, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) für den Fahrcomputer und den Bildgenerator ein handelsüblicher Rechner mit Hilfsmitteln zur Unterstützung von grafischen Darstellungen vorgesehen ist,
- b) die Grafik für das Umgebungsbild Pixel-orientiert erstellt wird,
- c) die gesamte Software des bekannten Fahrrad-Simulators auf die Norm des neuen Rechners umgeschrieben wird,
- d) die Eingangs- und Ausgangsschnittstellen angepaßt werden,
- e) die Landschaftsbilder erweitert werden,
- f) verschiedene Steigungsprofile den Landschaften zugeordnet werden,
- g) die Steigungsprofile im unteren Bereich grafisch dargestellt werden,
- h) mittels des Tasters "Instruction" die Möglichkeit geschaffen wird, in jedem Betriebszustand ein Hauptmenue aufzurufen,
- i) eine Hauptmenue-Tafel dem Landschaftsmenue überlagert wird,
- j) sechs Renngegner dargestellt werden,
- k) ein Radrennen gegen sechs Gegner simuliert wird und
- l) ein Herzpuls-Leistungs-Diagramm aufrufbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934312566 DE4312566A1 (de) | 1993-04-17 | 1993-04-17 | Verfahren zur Verbesserung eines Fahrrad-Simulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934312566 DE4312566A1 (de) | 1993-04-17 | 1993-04-17 | Verfahren zur Verbesserung eines Fahrrad-Simulators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4312566A1 true DE4312566A1 (de) | 1994-10-20 |
Family
ID=6485701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934312566 Withdrawn DE4312566A1 (de) | 1993-04-17 | 1993-04-17 | Verfahren zur Verbesserung eines Fahrrad-Simulators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4312566A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0678313A1 (de) * | 1994-03-22 | 1995-10-25 | Stairmaster Sports Medical Products, Inc. | Übungsanordnung |
FR2755866A1 (fr) * | 1996-11-19 | 1998-05-22 | Chavant Jean Pierre | Dispositif permettant a un cycliste amateur de concourir avec un champion sur un parcours reel visualise sur boitier ou ordinateur . |
EP1327465A1 (de) * | 2002-01-11 | 2003-07-16 | Konami Corporation | Vorrichtung zur Übungsunterstützung |
-
1993
- 1993-04-17 DE DE19934312566 patent/DE4312566A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0678313A1 (de) * | 1994-03-22 | 1995-10-25 | Stairmaster Sports Medical Products, Inc. | Übungsanordnung |
FR2755866A1 (fr) * | 1996-11-19 | 1998-05-22 | Chavant Jean Pierre | Dispositif permettant a un cycliste amateur de concourir avec un champion sur un parcours reel visualise sur boitier ou ordinateur . |
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US6881176B2 (en) | 2002-01-11 | 2005-04-19 | Konami Sports Life Corporation | Exercise assistance apparatus |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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