WO2004081696A2 - Manette de jeux comprenant un axe de rotation entre deux poignees - Google Patents

Manette de jeux comprenant un axe de rotation entre deux poignees Download PDF

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WO2004081696A2
WO2004081696A2 PCT/FR2004/000526 FR2004000526W WO2004081696A2 WO 2004081696 A2 WO2004081696 A2 WO 2004081696A2 FR 2004000526 W FR2004000526 W FR 2004000526W WO 2004081696 A2 WO2004081696 A2 WO 2004081696A2
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Claude Botton
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    • A63F2300/1043—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by input arrangements for converting player-generated signals into game device control signals being characterized by constructional details
    • G—PHYSICS
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    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks

Definitions

  • the present invention relates to a computer input device intended to be connected to a station, said input device comprising interface means between a user and said station, said interface means being configurable for controlling parameters of computer programs executed by said station, said gripping device comprising two handles, for gripping by the respective two hands of a user, the two handles being connected by a link with freedom of movement, said link between the two handles being associated with the control of minus one parameter.
  • station means any computer or audiovisual terminal associated with a programmable central unit for executing a computer program and with display means such as for example a screen.
  • the display means can in some applications of the invention be replaced by a real object which is manipulated or directed by the commands from the computer input device. This is the case for example for applications such as robotics.
  • a station can thus be a computer, a television associated with a central unit (game console, set top box or other - generally understood by central unit a unit associated with processing means), etc.
  • the input devices in question here are typically implemented to allow a user to play a video game on the station. And we will see that the invention is implemented with the greatest profit in the context of video games involving displacements of an avatar in a three-dimensional virtual universe (which will be noted by 3D convention).
  • a preferred application of the invention thus consists in using the input device according to the invention to control the parameters of a video game, and more particularly a 3D video game.
  • the input device corresponds to a game controller (also called a game controller).
  • a game controller also called a game controller
  • Interface means means any means allowing a user to transmit a setpoint (in particular analog or digital) to the station for a given parameter.
  • An interface means can thus be a control button, a lever, a rotary wheel or a ball, etc.
  • the known controllers can be of different types.
  • a first known type of controller corresponds to the classic keyboard / mouse combination of a PC type computer.
  • the keyboard and mouse combination makes up the controller. This combination allows a user to interact with the station (in this case, the PC).
  • a first drawback associated with such a controller is that it is necessary to implement it to place the keyboard, and even more the mouse, on a support surface.
  • a limitation linked to the keyboard / mouse combination is due to the mouse itself.
  • This limitation can also be generalized to controllers including interface means constituted by a bidirectional rotary means (like the ball of a mechanical mouse) simultaneously control two parameters.
  • Controllers implementing an interface means of the “trackball” type are thus affected by this limitation.
  • the functioning of the mouse is indeed based on the movements of a ball in two directions, which can be noted X and Y.
  • the interface means produced in the form of a bidirectional rotary means, which control the orientation (of the gaze, or of the displacement) simultaneously according to the latitude and the longitude do not offer this intuitive character of the control of the orientation.
  • This limitation is particularly penalizing in the case of fast action games.
  • the gaze of the avatar is strongly oriented upwards, for example at 60 ° from the horizontal.
  • the avatar will have to refocus his gaze in latitude (rotation in the vertical direction in the virtual universe), to look at horizontal, and simultaneously perform a rapid rotation along longitude (rotation in the horizontal direction in the virtual universe).
  • a user implementing such a directional rotary interface means cannot in practice control a movement which is carried out only in a desired reference direction (latitude or longitude in particular).
  • the bidirectional rotary interface means combine two commands in two directions (generally orthogonal to each other). And a physical action of the user on such an interface means translates in practice by a command in these two directions, even when the user actually wants to align the command on only one of these two directions.
  • a user wishing to control a movement in a reference direction corresponding to one of the directions of control of the interface means, will necessarily also generate a “spurious” command, according to the other direction of control of the interface means.
  • bidirectional interface means is in any event associated with this drawback, whether the bidirectional interface means is of the rotary type (mouse, trackball, etc.), or of the type joystick.
  • a second type of known controller is shown diagrammatically in FIG. 1.
  • This type of controller includes two joystick type interface means, generally actuated by the user's two thumbs. It is specified that the term “joystick” means an interface means generally produced in the form of a button or lever capable of being manipulated around a central position, in at least two different directions.
  • Such a joystick can in particular be: "a digital joystick: for example a switch with 4 or 8 opposite positions 2 to 2, generally in the form of a directional cross, or • an analog joystick: lever and means for measuring the inclination of the the sink.
  • the first joystick controls the movement of the character and the second joystick controls the orientation of the gaze.
  • This type of controller has the advantage of being able to be held by the user, who can thus play while in any position.
  • joystick controllers are well suited to the movement of avatars in a two-dimensional virtual universe, they prove to be poorly suited to the orientation of the movement or the gaze of a subjective avatar (virtual character) in a 3D virtual universe. .
  • the joystick setting can certainly be defined so as to cause a 180 ° rotation of the avatar when the joystick is tilted in the extreme position.
  • Such a lever is advantageous in that it allows a natural and ergonomic grip.
  • the user can indeed "grab” like a tool, and the main orientation commands are carried out via the link between the two handles, which reacts to movements of the user's hands, so that the fingers of it are not mobilized by these commands.
  • connection with degree of freedom between the two handles is a two-dimensional joint of the ball joint type.
  • This articulation fulfills substantially the same function as a joystick.
  • An object of the invention is to overcome these drawbacks and limitations.
  • Another object of the invention is to allow the exploration or manipulation of virtual objects in a virtual or real 3D universe. It will be recalled that the invention is not limited to video game applications, and can also be implemented in a real world, for example for robotic applications.
  • Another object of the invention is to make it possible to move a character or a virtual object in a 3D virtual universe in any direction of this universe, while directing the gaze of the character or the vision that an object can perceive in any other direction.
  • Another object of the invention is to provide a simple, comfortable, fast, precise device.
  • Another object of the invention is to guarantee in a rest position an automatic refocusing in longitude of the vision in a 3D universe, so as to ensure a horizontal vision.
  • Another object of the invention is to provide a device which makes the exploration of real or virtual 3D universes, and / or the manipulation of objects in such universes, intuitive for the sense of human orientation.
  • Another object of the invention is to provide a device which allows the exploration of virtual or real 3D universes with comfort, precision and speed, with a feeling of reality which avoids fatigue or weariness of the user.
  • Another object of the invention is to provide an ergonomic device held in both hands by two handles offering a maximum of interface means near the thumbs, indexes and possibly middle fingers, of the user.
  • a computer input device intended to be connected to a station, said input device comprising interface means between a user and said station, said interface means being configurable for controlling parameters of computer programs executed by said station, said gripping device comprising two handles, for gripping by the respective hands of a user, the two handles being connected by a freedom of movement link, said link between the two handles being associated with the control of at least one parameter, characterized in that: • said connection is a connection with a single degree of freedom of movement and is associated with the control of a first parameter, and
  • the device comprises, near said connection, a one-way rotary interface means associated with a second parameter and intended to be controlled by finger, • so that the simultaneous control of said two parameters implements both said connection and said means one-way rotary interface.
  • a first handle of the device is fixed to an axis
  • the second handle of the device having a degree of rotation authorized around said axis and further comprising a device for measuring this rotation
  • said one-way rotary interface means is placed on the handle which is not integral with said axis, • a return means recenters the free handle on its axis in the absence of torsional force, so as to align the two handles, Said first parameter is a latitude parameter,
  • Said second parameter is a longitude parameter
  • Said first and second parameters are parameters for controlling movement and / or orientation of the gaze, said first and second parameters are both parameters for orienting the gaze,
  • the device comprises, in addition to said connection between the two handles and to the one-dimensional rotary interface means associated with said second parameter, other interface means, • said other interface means include a joystick,
  • Said interface means comprise a second joystick
  • said interface means include action buttons near a joystick
  • said one-way rotary interface means is positioned below the device, projecting from one side facing forwards, near the base of a handle that carries it,
  • said one-way rotary interface means is positioned above the device, close to the base of a handle which carries it, • the device is connected to a station by a wired or non-wired connection.
  • the invention proposes, according to a second aspect, the application of such a device for video games in a 3D virtual universe, or for device control in a real 3D universe.
  • Figures 3a and 3b are respectively a top view and a bottom view of a first embodiment of the invention
  • Figures 4a and 4b are respectively a top view and a bottom view of a second embodiment of the invention
  • Figures 5a and 5b are two perspective views illustrating the handling of the invention.
  • FIG. 3a and 3b there is shown a device 10 according to the invention. This device corresponds to a first embodiment of the invention.
  • a station can, as in all the embodiments, be connected to a station by a wired or non-wired link. as will be seen, it comprises various interface means. Each of these interface means can be configured to perform a particular function - typically to command and control a particular parameter of a program executed by the station.
  • a preferred application of the invention relates to video games in 3D universes.
  • the commands for moving an object or a character and for orienting the gaze are two essential parameters. The importance of these parameters and the needs associated with them have already been explained above. It should also be noted that this last remark also applies to applications in real 3D universes (robotics, etc.).
  • This device includes:
  • the second handle 2 having an authorized degree of rotation around the axis and further comprising a device for measuring this rotation, > this axis (invisible in the figures because covered by a housing element 9 which constitutes the central part of the device, articulated in rotation around the axis AA ') and the degree of rotation authorized for the second handle thus correspond to a connection with only one degree of freedom of movement between the two handles,
  • this parameter is a latitude parameter, • on one of the handles a second interface means 7, produced in the form of a rotary control device which can be actuated by a finger (index or inch) of the user.
  • This second interface means is produced in the form of a unidirectional rotary means (a wheel or wheel capable of being moved in rotation about its axis).
  • the authorized rotation range of this means is infinite,
  • this parameter is a longitude parameter. And in this case, we can provide that a roulette wheel, or a fraction or a determined number of rounds, corresponds to a command to perform an overview.
  • Such a device generally comprises other interface means, which will be described below.
  • the torsion between the two handles is typically obtained by the user by causing the handle fixed to the axis to move in rotation, while holding the other handle.
  • the knob 7 is in this embodiment positioned below the device, projecting from a face directed towards the front, near the base of the right handle in order to be actuated by the right index finger of the user.
  • connection between the two handles is associated with a latitude control, and the wheel with a longitude control
  • the use of the invention is particularly intuitive while remaining extremely precise .
  • the user can indeed command and control these two parameters simultaneously, very intuitively, while retaining very good control and very good precision on each of these parameters.
  • Note on the device 10 the presence of other interface means, which can be associated with it (button-type means 5a-5f, 6a-6d and 11a-11b, analog joystick 3 and digital joystick 4 or possibly other rotary devices , all close to the user's fingers).
  • the device according to the invention can be configured as follows:
  • the adjustment of the orientation of the gaze in longitude is controlled by the thumb or the right index finger of the user, by the rotary means 7,
  • gaze orientation is used in general, and applies by extension to any direction of sight obtained in a universe. virtual or real, whether it concerns a virtual character, a virtual object, or a real object.
  • a finger of the user's right hand controls the orientation of the gaze in longitude, and the twist between the two handles - which is obtained by a rotation movement of the left handle - controls the adjustment of the gaze orientation in latitude.
  • the device can be adapted so that it is a finger of the left hand which controls the orientation of the gaze in longitude, and the right hand the adjustment of the orientation of the gaze in latitude.
  • the wheel 7 is associated with the left handle, and it is the right handle which is integral with the axis between the two handles.
  • a return means for example a spring
  • a return means recenters the free handle on its axis in the absence of torsional force, so as to align the handles 1 and 2.
  • the shape of the handles ensures a good grip, the handle being held between the palm on one side, the ring finger, the little finger and possibly the middle finger on the other.
  • Switches are placed on the underside of the device near the operator's index fingers.
  • the very mobile thumbs act on the top of the device.
  • the grip of the device being conditioned by the shape of the handle, it is simple to establish a positioning relationship between the hand and the interface means.
  • Vee or hollow parts to position the fingers can optionally be made on the handles.
  • the interface means corresponding to the main controls are positioned close to the user's thumbs, as well as a maximum of buttons or additional controls.
  • the ergonomics of the device are studied to minimize the movement of the user's fingers in order to ensure their comfort in the event of prolonged use, and the size and shape of the device are such that most of the population can use comfortably.
  • the other interface means will be described in more detail, in particular indicating which control parameters can be associated with them respectively:
  • An analog joystick 3 is positioned on the surface of the device near the base of the left handle 1, so as to be actuated by the user's left thumb,
  • Action buttons 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f which correspond to 6 types of actions are positioned on the left surface of the device near the joystick 3,
  • action buttons 8b and 8c are positioned near the base of the left handle, to be actuated by the user's index finger (possibly by the index finger and the major).
  • a multi-position switch in the shape of a directional cross 4 (digital joystick) is placed near the base of the right handle 2 in order to be actuated by the user's right thumb,
  • Action buttons 6a, 6b, 6c, 6d which correspond to 4 types of actions are positioned on the left surface of the device near the joystick 4,
  • an action button 8a is positioned in order to be actuated by the right index finger of the user
  • buttons 11a and 11b are positioned on the surface of the device and correspond to game control actions; start, pause, stop ...
  • buttons 11a and 11b are positioned on the upper part of the surface of the handle 2, but they could be positioned on the handle 1, or on the central part 9, or on these three parts of the device.
  • a second embodiment is illustrated in Figures 4a and 4b.
  • the knurled wheel 7 is placed near the base of the right handle 2 in order to be actuated by the right thumb of the user,
  • Action buttons 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f which correspond to 6 types of actions are positioned on the left surface of the device near the wheel 7,
  • a digital joystick 4 is positioned on the left surface of the device near the joystick 3,
  • buttons 8c and 8d are positioned near the base of the left handle, to be actuated by the left index finger of the user (possibly by the index and middle finger) and the buttons 8a and 8b are positioned near the base of the right handle, to be actuated by the right index of the user (possibly by the index and middle finger),
  • FIGS. 5a and 5b The operational handling of the controller is illustrated in FIGS. 5a and 5b, respectively from above and from below.
  • the program implemented by the station can send a feedback to the user via the device.
  • the device can thus for example vibrate - it therefore includes an integrated vibrator for this purpose, triggered by a signal from the station.
  • the interface means of the joystick and scroll wheel type can be made so that the support by the user on the joystick lever or on the scroll wheel activates a contact serving as an additional action button.

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Abstract

L'invention concerne selon un premier aspect un dispositif de saisie informatique destiné à être relié à une station, ledit dispositif de saisie comprenant des moyens d'interface entre un utilisateur et ladite station, lesdits moyens d'interface étant paramétrables pour contrôler des paramètres de programmes informatiques exécutés par ladite station, ledit dispositif de saisie comprenant deux poignées, pour la préhension par les deux mains respectives d'un utilisateur, les deux poignées étant reliées par une liaison à liberté de mouvement, ladite liaison entre les deux poignées étant associée au contrôle d'au moins un paramètre, caractérisé en ce que ladite liaison est une liaison à un seul degré de liberté de mouvement et est associée à la commande d'un premier paramètre, et le dispositif comprend à proximité de ladite liaison un moyen d'interface rotatif monodirectionnel associé à un deuxième paramètre et destiné à être commandé au doigt, de sorte que la commande simultanée desdits deux paramètres met en ouvre à la fois ladite liaison et ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel. L'invention concerne selon un second aspect l'application d'un tel dispositif pour jeux vidéo dans un univers virtuel 3D, ou pour la commande de dispositif dans un univers réel 3D.

Description

Dispositif de saisie informatique
La présente invention concerne un dispositif de saisie informatique destiné à être relié à une station, ledit dispositif de saisie comprenant des moyens d'interface entre un utilisateur et ladite station, lesdits moyens d'interface étant paramétrables pour contrôler des paramètres de programmes informatiques exécutés par ladite station, ledit dispositif de saisie comprenant deux poignées, pour la préhension par les deux mains respectives d'un utilisateur, les deux poignées étant reliées par une liaison à liberté de mouvement, ladite liaison entre les deux poignées étant associée au contrôle d'au moins un paramètre.
On connaît déjà des dispositifs de saisie informatique destiné à être relié à une station, comprenant des moyens d'interface entre un utilisateur et la station, les moyens d'interface étant paramétrables pour contrôler des paramètres de programmes informatiques exécutés par la station. On précise qu'on entend par « station » tout terminal informatique ou audiovisuel, associé à une unité centrale programmable pour exécuter un programme informatique et à des moyens de visualisation tels que par exemple un écran.
Les moyens de visualisation peuvent dans certaines applications de l'invention être remplacés par un objet réel qui est manipulé ou dirigé par les commandes issues du dispositif de saisie informatique. Ceci est le cas par exemple pour des applications telles que la robotique.
Une station peut ainsi être un ordinateur, une télévision associée à une unité centrale (console de jeux, set top box ou autre - on entend de manière générale par unité centrale une unité associée à des moyens de traitement), etc..
Et les dispositifs de saisie dont il est ici question sont typiquement mis en œuvre pour permettre à un utilisateur de jouer à un jeu vidéo sur la station. Et on verra que l'invention est mise en œuvre avec le plus grand profit dans le cadre de jeux vidéo impliquant des déplacements d'un avatar dans un univers virtuel tridimensionnel (que l'on notera par convention 3D). Une application préférée de l'invention consiste ainsi à utiliser le dispositif de saisie selon l'invention pour contrôler les paramètres d'un jeu vidéo, et plus particulièrement un jeu vidéo 3D.
Dans cette application préférée de l'invention, le dispositif de saisie correspond à un contrôleur de jeu (aussi appelé manette de jeu).
Dans ce texte, les termes « dispositif de saisie informatique » et « contrôleur » seront ainsi employés indifféremment. On rappelle toutefois que l'invention n'est pas strictement limitée à l'application préférée des jeux vidéo 3D. On entend par « moyen d'interface » tout moyen permettant à un utilisateur de transmettre à la station une consigne (en particulier analogique ou numérique) pour un paramètre donné.
Un moyen d'interface peut ainsi être un bouton de commande, un levier, une mollette ou une bille rotative, etc.. Les contrôleurs connus peuvent être de différents types.
Un premier type de contrôleur connu correspond à la classique combinaison clavier/souris d'un ordinateur de type PC.
La combinaison du clavier et de la souris constitue le contrôleur. Cette combinaison permet à un utilisateur d'interagir avec la station (en l'occurrence, le PC).
Un premier inconvénient lié à un tel contrôleur est qu'il est nécessaire pour le mettre en œuvre de placer le clavier, et encore plus la souris, sur une surface d'appui.
Or pour l'application préférée de l'invention qui concerne les jeux vidéo, il est souhaitable de pouvoir utiliser le contrôleur en étant physiquement dans des positions diverses et libres (assis sur un divan, debout, ...).
Par ailleurs, une limitation liée à la combinaison clavier/souris tient à la souris elle-même. Cette limitation est par ailleurs généralisable aux contrôleurs dont des moyens d'interface constitués par un moyen rotatif bidirectionnel (comme la bille d'une souris mécanique) contrôlent simultanément deux paramètres.
Ceci est le cas en particulier lorsqu'un tel moyen d'interface contrôle les déplacements d'un objet virtuel simultanément dans deux directions d'un espace virtuel 3D (par exemple dans le repère de l'objet direction verticale - dite aussi latitude - et direction horizontale - dite aussi longitude).
Les contrôleurs mettant en œuvre un moyen d'interface de type « trackball » sont ainsi concernés par cette limitation. Le fonctionnement de la souris est en effet fondé sur les mouvements d'une bille dans deux directions, que l'on peut noter X et Y.
Or, pour les applications de jeux vidéos 3D, il est généralement désiré d'avoir un contrôle intuitif de paramètres tels que le déplacement de l'avatar (qui peut être par exemple une représentation virtuelle subjective de l'utilisateur), ou la direction de son regard.
Et les moyens d'interface réalisés sous la forme d'un moyen rotatif bidirectionnel, qui commandent l'orientation (du regard, ou du déplacement) simultanément selon la latitude et la longitude n'offrent pas ce caractère intuitif de la commande de l'orientation. Cette limitation est particulièrement pénalisante dans le cas des jeux d'action rapide.
Si par exemple dans un univers virtuel l'avatar de l'utilisateur observe une sentinelle postée dans une tour d'observation, en étant relativement proche du pied de la tour, le regard de l'avatar est fortement orienté vers le haut, par exemple à 60° de l'horizontale.
Imaginons maintenant que l'avatar doive réagir à l'approche d'une autre sentinelle, au sol cette fois ci : l'utilisateur voudra rapidement faire réaliser à l'avatar un tour sur lui même afin de localiser ce nouvel arrivant.
L'avatar devra pour cela recentrer son regard en latitude (rotation selon la direction verticale dans l'univers virtuel), pour regarder à l'horizontale, et effectuer simultanément une rotation rapide selon la longitude (rotation selon la direction horizontale dans l'univers virtuel).
Même pour les utilisateurs les plus expérimentés la coordination des rotations en latitude et longitude dans une phase d'action rapide s'avère difficile.
L'utilisateur se « perd » (ne sait plus dans quelle direction il regarde), et l'avatar se retrouve fréquemment à regarder ses pieds...
L'utilisation d'un moyen d'interface rotatif bidirectionnel pour contrôler simultanément dans différentes directions d'un espace virtuel 3D des paramètres tels que l'orientation du regard de l'avatar s'avère donc peu intuitive et particulièrement inadaptée aux phases d'action rapide.
En outre, un utilisateur mettant en œuvre un tel moyen d'interface rotatif directionnel ne peut en pratique commander un déplacement qui soit réalisé uniquement selon une direction de référence désirée (latitude ou longitude en particulier).
En effet, les moyens d'interface rotatifs bidirectionnels combinent deux commandes dans deux directions (généralement orthogonales entre elles). Et une action physique de l'utilisateur sur un tel moyen d'interface se traduit en pratique par une commande selon ces deux directions, même lorsque l'utilisateur souhaite en réalité aligner la commande sur une seule de ces deux directions.
Ainsi, un utilisateur désirant commander un déplacement dans une direction de référence, correspondant à une des directions de commande du moyen d'interface, générera nécessairement également une commande « parasite », selon l'autre direction de commande du moyen d'interface.
Et cette remarque s'applique également aux moyens d'interface du type joystick, qui sont mentionnés ci-dessous.
On comprend donc que la mise en œuvre d'un moyen d'interface bidirectionnel est en tout état de cause associée à cet inconvénient, que le moyen d'interface bidirectionnel soit de type rotatif (souris, trackball...), ou de type joystick. Un deuxième type de contrôleur connu est représenté schématiquement sur la figure 1.
Ce type de contrôleur comprend deux moyens d'interface de type joystick, généralement actionnés par les deux pouces de l'utilisateur. On précise qu'on entend par « joystick » un moyen d'interface généralement réalisé sous la forme d'un bouton ou levier apte à être manipulé autour d'une position centrale, selon au moins deux directions différentes.
Un tel joystick peut en particulier être : « un joystick numérique : par exemple un interrupteur a 4 ou 8 positions opposées 2 à 2, généralement en forme de croix directionnelle, ou • un joystick analogique : levier et moyen de mesure de l'inclinaison du levier.
Généralement, le premier joystick contrôle le mouvement du personnage et le second joystick contrôle l'orientation du regard.
Ce type de contrôleur présente l'avantage de pouvoir être tenu par l'utilisateur, qui peut ainsi jouer en se trouvant dans une position quelconque.
Mais si de tels contrôleurs à joysticks sont bien adaptés aux déplacements d'avatars dans un univers virtuel bidimensionnel, ils s'avèrent peu adaptés a l'orientation du déplacement ou du regard d'un avatar subjectif (personnage virtuel) dans un univers virtuel 3D.
Ceci est vrai en particulier dans le cas où une nouvelle orientation est souhaitée dans un délai très bref. L'utilisateur peut en effet vouloir faire effectuer rapidement à son avatar un tour d'horizon de 180° et se positionner précisément afin d'ajuster sa visée au degré près (pour un jeu de tir par exemple).
Or pour réaliser une telle commande selon une direction de l'espace virtuel (longitude par exemple), la mise en œuvre d'un joystick s'avère fastidieuse et peu précise. Il est en effet nécessaire pour l'utilisateur de prolonger l'action sur le joystick afin que l'avatar atteigne l'orientation désirée.
Ceci peut être particulièrement pénalisant dans le cas où on désire rejoindre la nouvelle orientation très rapidement. En outre, la plage d'inclinaison du levier d'un joystick est nécessairement limitée. En conséquence, les déplacements et rotations qu'un utilisateur peut commander à l'aide d'un tel joystick sont également limités.
Pour effectuer une rotation d'un demi-tour à l'aide d'un joystick, le paramétrage du joystick peut certes être défini de manière à provoquer une rotation de 180° de l'avatar lorsque le joystick est incliné en position extrême.
Ceci peut aider dans une certaine mesure à rejoindre rapidement une orientation désirée. Mais il demeure en tout état de cause difficile de commander une rotation avec une grande précision, un degré d'orientation dans l'espace virtuel correspondant a une fraction de degré d'inclinaison du joystick.
Afin d'améliorer la précision, la plupart des programmes d'affichage d'univers tridimensionnels limitent ainsi la plage de angulaire dans laquelle on peut orienter directement la direction du regard via le joystick, par exemple à +/- 60°.
Dans cette configuration, si l'utilisateur veut modifier une orientation d'une valeur angulaire supérieure à cette limite, il doit bloquer le joystick en position extrême, ce qui provoque une rotation selon un incrément fixé. Et il est possible que pour effectuer une rotation importante l'utilisateur doive répéter cette manœuvre pour atteindre l'orientation désirée.
Ce type d'utilisation peut donc s'avérer pénalisant en termes de rapidité, et de précision. De plus, de par la longueur limitée du levier de contrôle des joystick actionnés par un doigt, ces contrôleurs tendent à manquer de sensibilité. On connaît encore un troisième type de contrôleur, qui correspond au dispositif de saisie informatique mentionné tout au début de ce texte.
Ce type de contrôleur est illustré notamment par la manette « Dual Strike » (marque déposée) de Microsoft (marque déposée). Il est représenté sur la figure 2.
Une telle manette est avantageuse, en ce qu'elle permet une préhension naturelle et ergonomique.
L'utilisateur peut en effet I' « empoigner » comme un outil, et les principales commandes d'orientation sont effectuées par l'intermédiaire de la liaison entre les deux poignées, qui réagit à des mouvements des mains de l'utilisateur, de sorte que les doigts de celui-ci ne sont pas mobilisés par ces commandes.
Dans cette manette, la liaison à degré de liberté entre les deux poignées est une articulation bidimensionnelle de type rotule. Cette articulation remplit sensiblement la même fonction qu'un joystick.
Et elle se trouve ainsi exposée aux limitations de ce type de moyens d'interface. En particulier, la plage d'inclinaison du dispositif de commande constituée par cette articulation est limitée. Or, cette articulation commande simultanément les déplacements d'un avatar à la fois en latitude, et en longitude.
Les limitations évoquées ci-dessus à propos des moyens d'interface du type joystick s'appliquent donc à ce type de manette. En particulier : • l'utilisateur ne peut générer une commande uniquement selon une des directions de commande du joystick, car une commande parasite selon une autre direction de commande sera en pratique également générée, • et les limitations angulaires liées au joystick impliquent également une limitation des commandes en latitude et en longitude qui sont transmises à la station. Ceci peut s'avérer pénalisant - par exemple dans le cas où on désire effectuer rapidement une rotation importante, notamment en longitude.
En' outre, le contrôle de l'orientation simultanément dans différentes directions d'un espace 3D peut s'avérer délicat avec une telle manette, pour les raisons déjà exposées.
Il apparaît ainsi que les dispositifs de saisie informatique connus présentent des inconvénients et limitations.
Un but de l'invention est de permettre de s'affranchir de ces inconvénients et limitations.
Un autre but de l'invention est de permettre l'exploration ou la manipulation d'objets virtuels dans un univers 3D virtuel ou réel. On rappelle en effet que l'invention n'est pas limitée aux applications de jeux vidéo, et peut également être mise en œuvre dans un univers réel, par exemple pour des applications robotiques.
Un autre but de l'invention est de permettre de déplacer un personnage ou un objet virtuel dans un univers virtuel 3D dans n'importe quelle direction de cet univers, tout en dirigeant le regard du personnage ou la vision qu'un objet peut percevoir dans n'importe quelle autre direction. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif simple, confortable, rapide, précis.
Un autre but de l'invention est de garantir dans une position de repos un recentrage automatique en longitude de la vision dans un univers 3D, de manière à assurer une vision horizontale. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif qui rende l'exploration d'univers 3D réels ou virtuels, et/ou la manipulation d'objets dans de tels univers, intuitive pour le sens de l'orientation humaine.
Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif qui permet l'exploration d'univers 3D virtuels ou réels avec confort, précision et rapidité, avec un sentiment de réalité qui évite la fatigue ou la lassitude de l'utilisateur. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif ergonomique tenu à deux mains par deux poignées offrant un maximum de moyens d'interface à proximité des pouces, des index et éventuellement des majeurs, de l'utilisateur. Afin d'atteindre ces buts, l'invention propose selon un premier aspect un dispositif de saisie informatique destiné à être relié à une station, ledit dispositif de saisie comprenant des moyens d'interface entre un utilisateur et ladite station, lesdits moyens d'interface étant paramétrables pour contrôler des paramètres de programmes informatiques exécutés par ladite station, ledit dispositif de saisie comprenant deux poignées, pour la préhension par les deux mains respectives d'un utilisateur, les deux poignées étant reliées par une liaison à liberté de mouvement, ladite liaison entre les deux poignées étant associée au contrôle d'au moins un paramètre, caractérisé en ce que : • ladite liaison est une liaison à un seul degré de liberté de mouvement et est associée à la commande d'un premier paramètre, et
• le dispositif comprend à proximité de ladite liaison un moyen d'interface rotatif monodirectionnel associé à un deuxième paramètre et destiné à être commandé au doigt, • de sorte que la commande simultanée desdits deux paramètres met en œuvre à la fois ladite liaison et ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel.
Des aspects préférés mais non limitatifs d'un tel dispositif sont les suivants : • une première poignée du dispositif est fixée à un axe, la seconde poignée du dispositif ayant un degré de rotation autorisée autour dudit axe et comportant en outre un dispositif de mesure de cette rotation,
• ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel est placé sur la poignée qui n'est pas solidaire dudit axe, • un moyen de rappel recentre la poignée libre sur son axe en l'absence d'effort de torsion, de manière à aligner les deux poignées, • ledit premier paramètre est un paramètre de latitude,
• ledit deuxième paramètre est un paramètre de longitude,
• lesdits premier et deuxième paramètres sont des paramètres de commande de déplacement et/ou d'orientation du regard, • lesdits premier et deuxième paramètres sont tous deux des paramètres d'orientation du regard,
• le dispositif comprend, en addition de ladite liaison entre les deux poignées et du moyen d'interface rotatif monodimensionnel associé audit deuxième paramètre, d'autres moyens d'interface, • lesdits autres moyens d'interface comprennent un joystick,
• ledit joystick commande un déplacement dans un plan,
• lesdits moyens d'interface comprennent un deuxième joystick,
• lesdits moyens d'interface comprennent des boutons d'action à proximité d'un joystick, • ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel est positionné en dessous du dispositif, saillant d'une face dirigée vers l'avant, à proximité de la base d'une poignée qui le porte,
• ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel est positionné au dessus du dispositif, à proximité de la base d'une poignée qui le porte, • le dispositif est relié à une station par une liaison filaire, ou non filaire.
L'invention propose selon un second aspect l'application d'un tel dispositif pour jeux vidéo dans un univers virtuel 3D, ou pour la commande de dispositif dans un univers réel 3D.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, outres les figures 1 et 2 qui ont déjà été commentées en référence à l'état de la technique :
• les figures 3a et 3b sont respectivement une vue de dessus et une vue de dessous d'un premier mode de mise en œuvre de l'invention, • les figures 4a et 4b sont respectivement une vue de dessus et une vue de dessous d'un deuxième mode de mise en œuvre de l'invention, • les figures 5a et 5b sont deux vues en perspective illustrant la prise en main de l'invention.
• En référence aux figures 3a et 3b, on a représenté un dispositif 10 selon l'invention. Ce dispositif correspond à un premier mode de réalisation de l'invention.
Il peut, comme dans tous les modes de réalisation, être relié à une station par une liaison filaire, ou non filaire. il comporte comme on va le voir différents moyens d'interface. Chacun de ces moyens d'interface peut être paramétré pour assurer une fonction particulière - typiquement pour commander et contrôler un paramètre particulier d'un programme exécuté par la station.
Comme on l'a dit, une application préférée de l'invention concerne les jeux vidéo dans des univers 3D. Dans ce type d'application (et plus particulièrement dans le cas d'un jeu immersif), les commandes du déplacement d'un objet ou d'un personnage et de l'orientation du regard sont deux paramètres essentiels. On a déjà exposé plus haut l'importance de ces paramètres, et les besoins qui leurs étaient associés. On précise par ailleurs que cette dernière remarque s'applique aussi aux applications dans des univers réels 3D (robotique, ...).
Les remarques qui viennent d'être faites s'appliquent à tous les modes de réalisation de l'invention.
On va maintenant décrire plus particulièrement le dispositif des figures 3a et 3b.
Ce dispositif comporte :
• 2 poignées 1 et 2 permettant de saisir le dispositif à deux mains,
• un axe reliant les deux poignées :
> la première poignée 1 étant fixé à l'axe, > la seconde poignée 2 ayant un degré de rotation autorisée autour de l'axe et comportant en outre un dispositif de mesure de cette rotation, > cet axe (invisible sur les figures car recouvert par un élément de boîtier 9 qui constitue la partie centrale du dispositif, articulée en rotation autour de l'axe AA') et le degré de rotation autorisé pour la deuxième poignée correspondent ainsi à une liaison à un seul degré de liberté de mouvement entre les deux poignées,
> et le dispositif de mesure de la rotation entre les deux poignées constitue un premier moyen d'interface en étant associé à la commande d'un paramètre. Dans une application préférée de l'invention, ce paramètre est un paramètre de latitude, • sur une des poignées un deuxième moyen d'interface 7, réalisé sous la forme d'un dispositif de contrôle rotatif pouvant être actionné par un doigt (index ou pouce) de l'utilisateur.
> Ce deuxième moyen d'interface est réalisé sous la forme d'un moyen rotatif monodirectionnel (une roulette ou molette apte à être déplacée en rotation autour de son axe). La plage de rotation autorisée de ce moyen est infinie,
> Dans une application préférée de l'invention, ce paramètre est un paramètre de longitude. Et dans ce cas, on pourra prévoir qu'un tour de roulette, ou une fraction ou un nombre de tours déterminé, corresponde à une commande pour effectuer un tour d'horizon.
Un tel dispositif comprend en général d'autres moyens d'interface, que l'on va décrire ci-dessous.
La liaison entre les deux poignées n'autorise ainsi qu'une rotation.
La Demanderesse a déterminé que cette disposition permettait à la fois :
• une utilisation très intuitive, ne mettant en œuvre que la coopération des deux mains de l'utilisateur,
• et une très bonne précision autorisant un haut degré de contrôle, car au contraire d'une manette de type Dual Strike par exemple la liaison entre les deux poignées ne combine pas différentes commandes (par exemple des commandes selon différentes directions de l'espace). La torsion entre les deux poignées est typiquement obtenue par l'utilisateur en provoquant un déplacement en rotation de la poignée fixée à l'axe, en maintenant l'autre poignée.
La mollette 7 est dans ce mode de réalisation positionnée en dessous du dispositif, saillante d'une face dirigée vers l'avant, à proximité de la base de la poignée droite afin d'être actionnée par l'index droit de l'utilisateur.
Dans l'application préférée de l'invention, dans laquelle la liaison entre les deux poignées est associée à une commande de latitude, et la molette à une commande de longitude, l'utilisation de l'invention est particulièrement intuitive tout en restant extrêmement précise.
L'utilisateur peut en effet commander et contrôler simultanément ces deux paramètres, de manière très intuitive, tout en gardant un très bon contrôle et une très bonne précision sur chacun de ces paramètres. On remarque sur le dispositif 10 la présence d'autres moyens d'interface, qui peuvent lui être associés (moyens de type boutons 5a-5f, 6a-6d et 11a-11b, joystick analogique 3 et joystick numérique 4 ou éventuellement autres dispositifs rotatifs, le tout à proximité des doigts de l'utilisateur). On peut paramétrer le dispositif selon l'invention de la manière suivante :
• Le déplacement dans un plan est contrôlé par un joystick 3 actionné par le pouce gauche de l'utilisateur,
• Le réglage de l'orientation du regard en longitude est contrôlé par le pouce ou l'index droit de l'utilisateur, par le moyen rotatif 7,
• Le réglage de l'orientation du regard en latitude est contrôlé par le degré de torsion entre les deux poignées entraînant une rotation de la poignée libre autour de son axe.
On précise que dans ce texte, et dans les revendications, les termes « orientation du regard » est employé de manière générale, et s'applique par extension à toute direction de visée obtenue dans un univers virtuel ou réel, qu'elle concerne un personnage virtuel, un objet virtuel, ou un objet réel.
Dans le paramétrage mentionné ci-dessus, un doigt de la main droite de l'utilisateur contrôle l'orientation du regard en longitude, et la torsion entre les deux poignées - qui est obtenue par un déplacement en rotation de la poignée gauche - contrôle le réglage de l'orientation du regard en latitude.
Naturellement, le dispositif peut être adapté de manière à ce que ce soit un doigt de la main gauche qui contrôle l'orientation du regard en longitude, et la main droite le réglage de l'orientation du regard en latitude.
Dans ce cas, la molette 7 est associée à la poignée gauche, et c'est la poignée droite qui est solidaire de l'axe entre les deux poignées.
En tout état de cause, on préférera placer la molette sur la poignée qui n'est pas solidaire de cet axe. Par ailleurs, un moyen de rappel (par exemple un ressort) recentre la poignée libre sur son axe en l'absence d'effort de torsion, de manière a aligner les poignées 1 et 2.
La forme des poignées assure une bonne prise en main, la poignée étant tenue entre la paume d'un coté, l'annulaire, l'auriculaire et éventuellement le majeur de l'autre.
Des interrupteurs sont placés sur la face inférieure du dispositif à proximité des index de l'opérateur.
Les pouces très mobiles, agissent sur le dessus du dispositif.
La prise en main du dispositif étant conditionnée par la forme de la poignée, il est simple d'établir une relation de positionnement entre la main et les moyens d'interface.
Des vés ou parties en creux pour positionner les doigts peuvent éventuellement être réalisés sur les poignées.
On positionne à proximité des pouces de l'utilisateur les moyens d'interface correspondant aux contrôles principaux, ainsi qu'un maximum de boutons ou contrôles complémentaires. L'ergonomie du dispositif est étudiée pour minimiser le déplacement des doigts de l'utilisateur afin d'assurer son confort en cas d'utilisation prolongée, et la dimension et la forme du dispositif sont telles que la majeure partie de la population pourront l'utiliser confortablement. On va décrire plus en détail les autres moyens d'interface, en indiquant en particulier quels sont les paramètres de commande qui peuvent leur être respectivement associés :
• un joystick analogique 3 est positionné sur la surface du dispositif à proximité de la base de la poignée gauche 1 , afin d'être actionné par le pouce gauche de l'utilisateur,
• Des boutons d'actions 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f qui correspondent à 6 types d'actions sont positionnés sur la surface gauche du dispositif à proximité du joystick 3,
• Sur la face inférieure du dispositif et sur sa face arrière des boutons d'actions 8b et 8c sont positionnés à proximité de la base de la poignée gauche, pour être actionnés par l'index de l'utilisateur (éventuellement par l'index et le majeur).,
• Un interrupteur multi-position en forme de croix directionnelle 4 (joystick numérique) est placé à proximité de la base de la poignée droite 2 afin d'être actionné par le pouce droit de l'utilisateur,
• Des boutons d'actions 6a, 6b, 6c, 6d qui correspondent à 4 types d'actions sont positionnés sur la surface gauche du dispositif à proximité du joystick 4,
• A proximité de la mollette 7 un bouton d'action 8a est positionné afin d'être actionné par l'index droit de l'utilisateur,
• De plus des boutons 11a et 11 b sont positionnés sur la surface du dispositif et correspondent à des actions de contrôle du jeu ; démarrer, pause, arrêter... Sur la figure 3a ces boutons sont positionnés sur la partie haute de la surface de la poignée 2, mais ils pourraient être positionnés sur la poignée 1 , ou sur la partie centrale 9, ou sur ces trois parties du dispositif. Un second mode de réalisation est illustré sur les figures 4a et 4b.
On ne va commenter ci-dessous que les différences que ce mode de réalisation présente par rapport au mode de réalisation des figures 3a et 3b. On précise que les éléments identiques ou analogues sont référencés de la même manière.
Dans ce mode de réalisation, on note ainsi les différences suivantes :
• La mollette 7 est placée à proximité de la base de la poignée droite 2 afin d'être actionnée par le pouce droit de l'utilisateur,
• Des boutons d'actions 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f qui correspondent à 6 types d'actions sont positionnés sur la surface gauche du dispositif à proximité de la mollette 7,
• Un joystick numérique 4 est positionné sur la surface gauche du dispositif à proximité du joystick 3,
• Sous le dispositif et saillants d'une surface dirigée vers l'avant, des boutons d'actions 8c et 8d sont positionnés à proximité de la base de la poignée gauche, pour être actionnés par l'index gauche de l'utilisateur (éventuellement par l'index et le majeur) et les boutons 8a et 8b sont positionnés à proximité de la base de la poignée droite, pour être actionnés par l'index droit de l'utilisateur (éventuellement par l'index et le majeur),
La prise en main opérationnelle du contrôleur est illustrée sur les figures 5a et 5b, respectivement en vue de dessus et de dessous. Dans les différents modes de mise en œuvre, pour une meilleure immersion, le programme mis en œuvre par la station (jeu ou autre) peut envoyer via le dispositif un retour à l'utilisateur.
Dans certaine conditions (phases de jeu, ...), le dispositif peut ainsi par exemple vibrer - il comporte alors à cet effet un vibreur intégré, déclenché par un signal issu de la station. Dans un souci d'ergonomie et afin de placer un maximum de boutons d'actions a proximité immédiate des doigts de l'utilisateur, les moyens d'interface de type joystick et mollette peuvent être réalisés de manière a ce que l'appui par l'utilisateur sur le levier du joystick ou sur la mollette enclenche un contact servant de bouton d'action supplémentaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de saisie informatique destiné à être relié à une station, ledit dispositif de saisie comprenant des moyens d'interface entre un utilisateur et ladite station, lesdits moyens d'interface étant paramétrables pour contrôler des paramètres de programmes informatiques exécutés par ladite station, ledit dispositif de saisie comprenant deux poignées, pour la préhension par les deux mains respectives d'un utilisateur, les deux poignées étant reliées par une liaison à liberté de mouvement, ladite liaison entre les deux poignées étant associée au contrôle d'au moins un paramètre, caractérisé en ce que :
• ladite liaison est une liaison à un seul degré de liberté de mouvement et est associée à la commande d'un premier paramètre, et
• le dispositif comprend à proximité de ladite liaison un moyen d'interface rotatif monodirectionnel associé à un deuxième paramètre et destiné à être commandé au doigt,
• de sorte que la commande simultanée desdits deux paramètres met en œuvre à la fois ladite liaison et ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que une première poignée du dispositif est fixée à un axe, la seconde poignée du dispositif ayant un degré de rotation autorisée autour dudit axe et comportant en outre un dispositif de mesure de cette rotation.
3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel est placé sur la poignée qui n'est pas solidaire dudit axe.
4. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que un moyen de rappel recentre la poignée libre sur son axe en l'absence d'effort de torsion, de manière à aligner les deux poignées.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier paramètre est un paramètre de latitude.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit deuxième paramètre est un paramètre de longitude.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième paramètres sont des paramètres de commande de déplacement et ou d'orientation du regard.
8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième paramètres sont tous deux des paramètres d'orientation du regard.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend, en addition de ladite liaison entre les deux poignées et du moyen d'interface rotatif monodimensionnel associé audit deuxième paramètre, d'autres moyens d'interface.
10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits autres moyens d'interface comprennent un joystick.
11. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit joystick commande un déplacement dans un plan.
12. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'interface comprennent un deuxième joystick.
13. Dispositif selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'interface comprennent des boutons d'action à proximité d'un joystick.
14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel est positionné en dessous du dispositif, saillant d'une face dirigée vers l'avant, à proximité de la base d'une poignée qui le porte.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit moyen d'interface rotatif monodirectionnel est positionné au dessus du dispositif, à proximité de la base d'une poignée qui le porte.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif est relié à une station par une liaison filaire, ou non filaire.
17. Application d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes pour jeux vidéo dans un univers virtuel 3D.
18. Application d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 16 pour la commande de dispositif dans un univers réel 3D.
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