TWI434716B - 虛擬實境平衡能力遊戲系統及方法 - Google Patents

Description

虛擬實境平衡能力遊戲系統及方法

本發明係有關一種遊戲系統及方法，尤指一種虛擬實境平衡能力遊戲系統及方法，其兼具虛擬實境的平衡遊戲、可選擇難易度及安全性佳等功效。

參閱第十一A圖，傳統平衡裝置係於一踩踏板951下方設置一接觸地面的半圓件952，如此可供一使用者953站立於該踩踏板951上進行平衡遊戲。

傳統裝置產生以下問題：

[1]　呆板沒變化。參閱第十一B及第十一C圖，傳統平衡裝置僅以固定的踩踏板951供使用者953踩踏，再透過該半圓件952進行平衡遊戲，而踩踏板951是平面不動的，使用者953頂多只能踩在其上搖晃擺動，不會有進一步的變化(例如朝不同方向滾動，或是更進一步以不同速度朝不同方向滾動)，時間一久，平衡感訓練出來，必然乏味，而且也沒有任何的聲光音效製造氣氛。故，呆板沒變化。

[2]　安全性較差。傳統平衡裝置完全沒有任何的安全措施，若是放在硬質地面(例如水泥地)上，一旦不慎從踩踏板951上掉落，仍有摔傷的可能性。故，安全較差。

有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種虛擬實境平衡能力遊戲系統及方法，其兼具虛擬實境的平衡遊戲、可選擇難易度及安全性佳之優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於傳統平衡裝置呆板沒變化且安全性較差等問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種虛擬實境平衡能力遊戲系統及方法，其系統部份包括：一虛擬實境場地，係具有一圍牆部、一通道、一底部、一活動空間及一設備空間，該圍牆部具有一圍牆內表面，該活動空間係位於該圍牆部與該底部之間，該設備空間係位於該底部下方；一影像產生部，係設於該圍牆部內，用以朝該圍牆內表面投射一概呈360度之動態影像，並發出一動態影像音效；一驅動部，係設於該設備空間內；一平衡球體，係可轉動的設於該底部上，且位於該活動空間與該設備空間之間，而可被該驅動部驅動而滾動，以供一使用者於該活動空間內，踩踏於滾動的該平衡球體上，配合該動態影像及該動態影像音效，而進行虛擬實境平衡能力遊戲；一控制部，係用以控制該影像產生部及該驅動部動作。

至於方法部份則包括下列步驟：

一.準備步驟；

二.啟動步驟；

三虛擬實境平衡遊戲步驟；及

四.完成步驟。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

本發明係為一種虛擬實境平衡能力遊戲系統及方法，參閱第一A、第二及第三圖，其系統部份包括：一虛擬實境場地10，係具有一圍牆部11、一通道12、一底部13、一活動空間14及一設備空間15，該圍牆部11具有一圍牆內表面111，該活動空間14係位於該圍牆部11與該底部13之間，該設備空間15係位於該底部13下方；一影像產生部20，係設於該圍牆部11內，用以朝該圍牆內表面111投射一概呈360度之動態影像21A，並發出一動態影像音效22A；一驅動部30，係設於該設備空間15內；一平衡球體40，係可轉動的設於該底部13上，且位於該活動空間14與該設備空間15之間，而可被該驅動部30驅動而滾動，以供一使用者301於該活動空間14內，踩踏於滾動的該平衡球體40上，配合該動態影像21A及該動態影像音效22A，而進行虛擬實境平衡能力遊戲(參閱第五A圖)；一控制部50，係用以控制該影像產生部20及該驅動部30動作。

實務上，該圍牆部11係近似球體結構。

該底部13係軟質地板結構，用以防止該使用者301掉落該平衡球體40而摔傷，且該底部13下方又設有觸動感測器131(參閱第六圖)，用以當使用者碰觸該底部13時，朝該控制部50發出一警告訊號13A，該控制部50即停止該驅動部30，防止該使用者301被滾動中的該平衡球體40碰觸而受傷。

該影像產生部20係包括：複數個投影裝置21及一音效部22，該複數個投影裝置21係以放射狀態朝該圍牆內表面111投射該動態影像21A，該音效部22用以發出該動態影像音效22A。

該驅動部30係包括複數組(參閱第四圖，本發明係設四組)的滾動裝置30A，其係平均分佈於該平衡球體40週圍；該每一滾動裝置30A(參閱第一B圖)皆包括：一動力滾輪31，係用以接觸並驅動該平衡球體40滾動；一動力部32，係包括一伺服馬達321及一減速裝置322(例如為減速齒輪組)，該伺服馬達321輸出之動力係透過該減速裝置322傳動該動力滾輪31。

本發明又包括一安全裝置60，其為陀螺儀，該安全裝置60用以裝設於該使用者301身上，當該使用者301於該平衡球體40上因平衡感不佳而晃動時(參閱第五A圖)，該安全裝置60之三軸(X、Y及Z軸)角度值(分別為α、β及γ)即產生高低變化(例如朝X軸方向愈傾斜，則其角度值變化愈大)，用以作為該控制部50控制該驅動部30之依據，以改變滾動該平衡球體40的速度。

參閱第七及第八圖，本發明之方法部份係包括下列步驟：一．準備步驟71：參閱第一A、第一B、第二、第三及第四圖，預先準備一虛擬實境場地10、一影像產生部20、一驅動部30、一平衡球體40及一控制部50，該影像產生部20、該驅動部30、該平衡球體40及該控制部50皆設於該虛擬實境場地10內，該虛擬實境場地10具有一圍牆部11、一通道12、一底部13、一活動空間14及一設備空間15，該圍牆部11具有一圍牆內表面111，該活動空間14係位於該圍牆部11與該底部13之間，該設備空間15係位於該底部13下方；該驅動部30係設於該設備空間15內；該平衡球體40係可轉動的設於該底部13上，且位於該活動空間14與該設備空間15之間；該通道12用以供一使用者301進入該活動空間14，而可踩踏於該平衡球體40上；二．啟動步驟72：透過該控制部50啟動該影像產生部20及該驅動部30，該影像產生部20用以朝該圍牆內表面111投射一概呈360度之動態影像21A及一動態影像音效22A；該平衡球體40係於該活動空間14內被該驅動部30驅動而滾動；三．虛擬實境平衡遊戲步驟73：該使用者301在滾動的該平衡球體40上踩踏並保持平衡，並觀看該動態影像21A，且聆聽該動態影像音效22A，而進行虛擬實境平衡能力遊戲；四．完成步驟74：該控制部50停止該影像產生部20及該驅動部30；完成虛擬實境平衡能力遊戲。

於前述步驟中，該圍牆部11係近似球體結構。

該底部13係軟質地板結構，用以防止該使用者301掉落該平衡球體40而摔傷，且該底部13下方又設有觸動感測器131(參閱第六圖)，用以當使用者碰觸該底部13時，朝該控制部50發出一警告訊號13A，該控制部50即停止該驅動部30，防止使用者301被滾動中的平衡球體40碰觸而受傷。

該影像產生部20係包括：複數個投影裝置21及一音效部22，該複數個投影裝置21係以放射狀態用以朝共同朝該圍牆內表面111投射該動態影像21A，該音效部22用以發出該動態影像音效22A。

該驅動部30係包括複數組(參閱第四圖，本發明係設四組)的滾動裝置30A，其係平均分佈於該平衡球體40週圍；該每一滾動裝置30A皆包括：一動力滾輪31，係用以接觸並驅動該平衡球體40滾動；一動力部32，係包括一伺服馬達321及一減速裝置322(例如為減速齒輪組)，該伺服馬達321輸出之動力係透過該減速裝置322傳動該動力滾輪31。

本發明又包括一安全裝置60，其為陀螺儀，該安全裝置60用以裝設於該使用者301身上，當該使用者301於該平衡球體40上因平衡感不佳而晃動時(參閱第五A圖)，該安全裝置60之三軸(X、Y及Z軸)角度值(分別為α、β及γ)即產生高低變化(例如朝X軸方向愈傾斜，則其角度值變化愈大)，用以作為該控制部50控制該驅動部30之依據，以改變滾動該平衡球體40的速度。

關於本發明之動作過程部份(參閱第九圖)，從開始後係可包括下列步驟：

步驟A11(811)：系統初始化。

步驟A12(812)：設定虛擬遊戲模式。

步驟A13(813)：載入虛擬環境檔案。

步驟A14(814)：接收陀螺儀感測訊號。

步驟A15(815)：接收觸動感測器感測訊號。

步驟A16(816)：訊號處理。

步驟A17(817)：計算陀螺儀三軸角度值，並將角度值轉換為人體平衡狀態之控制參數。

步驟A18(818)：進行虛擬實境影像及音效產生器中的時序控制運算，此步驟並可擷取或存入虛擬實境資料內之相關資料。

步驟A19(819)：進行虛擬實境影像及音效產生器中的交互作用運算，此步驟並可擷取或存入虛擬實境資料內之相關資料。

步驟A20(820)：進行虛擬實境影像及音效產生器中的得分運算，此步驟並可擷取或存入虛擬實境資料內之相關資料。

步驟A21(821)：傳出伺服馬達(A)、(B)、(C)與(D)速度控制指令(可擷取虛擬實境資料內之相關資料)。

步驟A22(822)：驅動平衡球體產生滾動。

步驟A23(823)：顯示虛擬影像及音效(此步驟與前步驟可對調)。

步驟A24(824)：判別使用者是否落地？若判別結果為“否”，則回到步驟A14(814)重新動作，若判別結果為“是”，則進行下一步驟。

步驟A25(825)：顯示得分，然後結束。

關於前述步驟中的交互作用運算部份(參閱第十圖)，從開始後可包括下列步驟：

步驟B1(91)：傳入陀螺儀角度值。

步驟B2(92)：計算平衡角速度。

步驟B31(931)：傳出控制平衡球體轉速及方向指令。

步驟B32(932)：傳出影像及音效物件控制指令(此步驟可與前步驟對調)，然後結束。

亦即，本發明在該使用者301站到該平衡球體40上後，即可由該控制部50啟動該投影裝置21、該音效部22及該驅動部30，該投影裝置21及該音效部22分別於該活動空間14內產生讓該使用者301聽、看的該動態影像21A與該動態影像音效22A，該動力滾輪31開始驅動該平衡球體40滾動，如第五A圖所示，假設剛開始該動態影像21A呈現一第一區域P1中環境優美之鄉間小徑，此時該平衡球體40係被配合沿該鄉間小徑的路線轉動(配合小徑的彎曲度跟著朝不同方向轉動，可提高該使用者301的臨場感)‧‧‧(中間區域的影像與音效隨設定可長可短，恕不贅述)，最後呈現一第二區域P2中鄉間小徑的盡頭(當然也可以是再呈現不同的影像與音效，全依實際設計而變)，然後結束遊戲，整個遊戲過程讓該使用者301在心裡虛擬出好像真的在鄉間小徑進行平衡遊戲般，相當有趣。

當然，為使平衡遊戲更有變化性，可以再設定出不同難易度的遊戲路徑(如第五B與第五C圖所示，該動態影像21A分別呈現簡單的近乎直線路徑與困難的曲線路徑)，並配合在該平衡球體40上停留的時間乘以k(不同難易度之路徑)的計算方式，數值愈高(代表平衡感極佳，幾乎沒有從該平衡球體40上掉落)代表得分愈高，可提高平衡遊戲的趣味性。

本發明之優點及功效可歸納如下：

[1]　虛擬實境的平衡遊戲。本發明於虛擬實境場地播放動態影像與動態影像音效，讓使用者在踩踏平衡球體的同時，因為聽到與看到動態影像(例如優美的鄉間小徑)及動態影像音效，而在心裡感受到好像是真的在優美的鄉間小徑中行進，且動態影像與動態影像音效皆可依設定進行改變，極富變化性。

[2]　可選擇難易度。假設使用者一開始只選擇簡單的直線模式進行平衡遊戲，並在一段時間後，平衡感提高，直線模式已沒有趣味，則可以再挑戰小彎曲路徑模式或是複雜的迴轉小徑模式(模式內容可隨時設定更新)，就算連迴轉小徑模式都成功挑戰，也還可以再融入不同的轉速變化，讓使用者不知何時會變慢，或是變快，可以講是讓使用者一直都能玩到新的模式，不會有乏味的時候。

[3]　安全性佳。本發明之底部為軟質地板，且軟質地板下方再設有觸動感測器，另外在使用者身上還固定有安全裝置，一旦觸動感測器感測到有外力接觸(可能是使用者掉落而接觸)，控制部立即停止驅動部而使平衡球體停止滾動，若是使用者在平衡球體上搖晃幅度太大(可能代表平衡感差，隨時會掉落)，則安全裝置發出的訊號亦會使控制部停止(或是放慢)平衡球體滾動，讓使用者可以站穩腳步，以免掉落。故安全性佳。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10．．．虛擬實境場地

11．．．圍牆部

111．．．圍牆內表面

12．．．通道

13．．．底部

131．．．觸動感測器

13A．．．警告訊號

14．．．活動空間

15．．．設備空間

20．．．影像產生部

21．．．投影裝置

21A．．．動態影像

22．．．音效部

22A．．．動態影像音效

30．．．驅動部

301、953．．．使用者

30A．．．滾動裝置

31．．．動力滾輪

32．．．動力部

321．．．伺服馬達

322．．．減速裝置

40．．．平衡球體

50．．．控制部

60．．．安全裝置

71．．．準備步驟

72．．．啟動步驟

73．．．虛擬實境平衡遊戲步驟

74．．．完成步驟

811．．．步驟A11

812．．．步驟A12

813．．．步驟A13

814．．．步驟A14

815．．．步驟A15

816．．．步驟A16

817．．．步驟A17

818．．．步驟A18

819．．．步驟A19

820．．．步驟A20

821．．．步驟A21

822．．．步驟A22

823．．．步驟A23

824．．．步驟A24

825．．．步驟A25

91．．．步驟B1

92．．．步驟B2

931．．．步驟B31

932．．．步驟B32

951．．．踩踏板

952．．．半圓件

P1．．．第一區域

P2．．．第二區域

第一A圖係本發明之示意圖

第一B圖係第一A圖之部份結構之示意圖

第二圖係本發明之動態影像及動態影像音效之示意圖

第三圖係本發明之投影裝置投射動態影像之示意圖

第四圖係本發明之滾動裝置與平衡球體之示意圖

第五A圖係本發明之進行平衡遊戲之示意圖

第五B圖係第五A圖之動態影像之部份影像的第一種變化例之示意圖

第五C圖係第五A圖之動態影像之部份影像的第二種變化例之示意圖

第六圖係本發明之觸動感測器之示意圖

第七圖係本發明之方法之流程圖

第八圖係本發明之主要結構之系統架構示意圖

第九圖係本發明之動作之流程圖

第十圖係第九圖之計算陀螺儀三軸角度值之流程圖

第十一A、第十一B及第十一C圖係分別為傳統平衡裝置之應用示意圖

10．．．虛擬實境場地

11．．．圍牆部

111．．．圍牆內表面

12．．．通道

13．．．底部

131．．．觸動感測器

14．．．活動空間

15．．．設備空間

20．．．影像產生部

21．．．投影裝置

22．．．音效部

22A．．．動態影像音效

30．．．驅動部

301．．．使用者

30A．．．滾動裝置

31．．．動力滾輪

32．．．動力部

321．．．伺服馬達

322．．．減速裝置

40．．．平衡球體

50．．．控制部

60．．．安全裝置

Claims (6)

1. 一種虛擬實境平衡能力遊戲系統，其包括：一虛擬實境場地，係具有一圍牆部、一通道、一底部、一活動空間及一設備空間，該圍牆部具有一圍牆內表面，該活動空間係位於該圍牆部與該底部之間，該設備空間係位於該底部下方；一影像產生部，係設於該圍牆部內，用以朝該圍牆內表面投射一概呈360度之動態影像，並發出一動態影像音效；一驅動部，係設於該設備空間內；一平衡球體，係可轉動的設於該底部上，且位於該活動空間與該設備空間之間，而可被該驅動部驅動而滾動，以供一使用者於該活動空間內，踩踏於滾動的該平衡球體上，配合該動態影像及該動態影像音效，而進行虛擬實境平衡能力遊戲；一控制部，係用以控制該影像產生部及該驅動部動作；其中：該圍牆部係近似球體結構；該底部係軟質地板結構，用以防止該使用者掉落該平衡球體而摔傷；該底部下方設一觸動感測器，用以當使用者碰觸該底部時，朝該控制部發出一警告訊號，該控制部即停止該驅動部，防止使用者被滾動中的平衡球體碰觸而受傷；該影像產生部係包括：一投影裝置，係以放射狀態朝該圍牆內表面投射該動態影像；一音效部，係用以發出該動態影像音效。
2. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境平衡能力遊戲系統，其中，該驅動部係包括複數組的滾動裝置，其係平均分佈於該平衡球體週圍；該每一滾動裝置皆包括：一動力滾輪，係用以接觸並驅動該平衡球體滾動； 一動力部，係包括一伺服馬達及一減速裝置，該伺服馬達輸出之動力係透過該減速裝置傳動該動力滾輪。
3. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境平衡能力遊戲系統，其又包括一安全裝置，其為陀螺儀，該安全裝置用以裝設於該使用者身上，用以即時檢測使用者於該平衡球體上之平衡狀態，以作為該控制部控制該驅動部之依據，以改變滾動該平衡球體的速度。
4. 一種虛擬實境平衡能力遊戲方法，其包括下列步驟：一．準備步驟：預先準備一虛擬實境場地、一影像產生部、一驅動部、一平衡球體及一控制部，該影像產生部、該驅動部、該平衡球體及該控制部皆設於該虛擬實境場地內，該虛擬實境場地具有一圍牆部、一通道、一底部、一活動空間及一設備空間，該圍牆部具有一圍牆內表面，該活動空間係位於該圍牆部與該底部之間，該設備空間係位於該底部下方；該驅動部係設於該設備空間內；該平衡球體係可轉動的設於該底部上，且位於該活動空間與該設備空間之間；該通道用以供一使用者進入該活動空間，而可踩踏於該平衡球體上；其中：該圍牆部係近似球體結構；該底部係軟質地板結構，用以防止該使用者掉落該平衡球體而摔傷；該底部下方設一觸動感測器，用以當使用者碰觸該底部時，朝該控制部發出一警告訊號，該控制部即停止該驅動部，防止使用者被滾動中的平衡球體碰觸而受傷；一投影裝置，係以放射狀態朝該圍牆內表面投射該動態影像；一音效部，係用以發出該動態影像音效； 二．啟動步驟：該控制部啟動該影像產生部及該驅動部，該影像產生部用以朝該圍牆內表面投射一概呈360度之動態影像，並發出一動態影像音效；該平衡球體係於該活動空間內被該驅動部驅動而滾動；三．虛擬實境平衡遊戲步驟：該使用者在滾動的該平衡球體上踩踏並保持平衡，配合該動態影像及該動態影像音效，而進行虛擬實境平衡能力遊戲；四．完成步驟：該控制部停止該影像產生部及該驅動部；完成虛擬實境平衡能力遊戲。
5. 如申請專利範圍第4項所述之虛擬實境平衡能力遊戲方法，其中，該驅動部係包括複數組的滾動裝置，其係平均分佈於該平衡球體週圍；該每一滾動裝置皆包括：一動力滾輪，係用以接觸並驅動該平衡球體滾動；一動力部，係包括一伺服馬達及一減速裝置，該伺服馬達輸出之動力係透過該減速裝置傳動該動力滾輪。
6. 如申請專利範圍第4項所述之虛擬實境平衡能力遊戲方法，其又包括一安全裝置，其為陀螺儀，該安全裝置用以裝設於該使用者身上，用以即時檢測使用者於該平衡球體上之平衡狀態，以作為該控制部控制該驅動部之依據，以改變滾動該平衡球體的速度。