專利名稱：虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)一組帶有活動(dòng)感應(yīng)球體的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器陣列將使用者的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)情況和位置變化。
背景技術(shù)：
隨著電腦處理器運(yùn)算速度的增加和顯示設(shè)備品質(zhì)的提升，更真實(shí)地在虛擬空間中反映人的肢體運(yùn)動(dòng)在各個(gè)領(lǐng)域都開始受到重視。比如，在電子游戲業(yè)中，以感應(yīng)人體肢體活動(dòng)的體感游戲正在成為其中一個(gè)不可忽視的重要組成部分。這種發(fā)展預(yù)示了這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)單純依靠傳統(tǒng)手柄控制游戲的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，支持肢體運(yùn)動(dòng)的游戲?qū)⒊蔀槲磥?lái)游戲發(fā)展的關(guān)鍵。
最為人熟知的肢體運(yùn)動(dòng)感應(yīng)游戲可能就是“跳舞毯”。這個(gè)游戲在一塊感應(yīng)毯上設(shè)置幾個(gè)格子來(lái)表示幾個(gè)不同的方向，使用者通過(guò)踩其中的一個(gè)或者幾個(gè)格子來(lái)完成游戲屏幕上指示的動(dòng)作。誠(chéng)然，這種“跳舞毯”能夠感應(yīng)使用者腳的位置，并且在屏幕上反映出來(lái)。但是其一個(gè)主要的缺陷是這種感應(yīng)方式只能夠分散地，間斷地感應(yīng)使用這腳步位置的變化，缺乏連貫性。
虛擬游戲已經(jīng)開始風(fēng)靡世界，傳統(tǒng)的操控方式已經(jīng)不能夠跟上游戲的發(fā)展。事實(shí)上，很多商業(yè)游戲(特別是射擊，運(yùn)動(dòng)類游戲)已經(jīng)從手柄控制轉(zhuǎn)向了更為真實(shí)的體感操控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，它通過(guò)多個(gè)帶有活動(dòng)感應(yīng)球體的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器來(lái)連續(xù)地感應(yīng)使用者在基座上的行走運(yùn)動(dòng)，然后通過(guò)電腦運(yùn)算在虛擬空間中產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)效果，確定使用者的位置，使得使用者能夠在有限的現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬空間的無(wú)限探索。并且，在本發(fā)明中，可以根據(jù)不同的虛擬場(chǎng)景來(lái)改變活動(dòng)球體的摩擦力，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置的傾斜度，從而迎合各種虛擬場(chǎng)景的需要。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是在一個(gè)基座上按照一定順序排列若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器，構(gòu)成一個(gè)感應(yīng)區(qū)；每一個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器包括一個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體和一組感應(yīng)部件；當(dāng)活動(dòng)感應(yīng)球體被觸動(dòng)的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器的感應(yīng)部件會(huì)產(chǎn)生與活動(dòng)感應(yīng)球體活動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)，信號(hào)通過(guò)與電腦相連的一組電路傳到電腦進(jìn)行處理。當(dāng)使用者在基座的感應(yīng)區(qū)內(nèi)行走觸動(dòng)活動(dòng)感應(yīng)球體時(shí)，運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器的感應(yīng)部件會(huì)不斷產(chǎn)生信號(hào)通過(guò)電路傳到電腦，通過(guò)電腦的處理，來(lái)反映使用者的運(yùn)動(dòng)并確定使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。
本發(fā)明由于所述結(jié)構(gòu)而讓使用者能夠在有限的現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬空間的無(wú)限探索。能夠獲得逼真虛擬空間探索體驗(yàn)，具有很強(qiáng)的趣味性。


下面結(jié)合附圖給出的非限定性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置實(shí)施例的整體透視圖；圖2是運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器實(shí)施例的示意圖；圖3是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置實(shí)施例的原理示意圖；圖4是身體支撐件的一種可選擇模式；圖5是摩擦力調(diào)節(jié)裝置的原理示意圖；圖6是運(yùn)動(dòng)基座的原理示意圖；圖7是運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器的一種可選擇模式的詳細(xì)解剖圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖2所示，虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置包括一個(gè)基座10，使用者的運(yùn)動(dòng)基本都在這個(gè)基座10上進(jìn)行?；?0上還包括若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20，，以及必要的支撐件50。若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20按一定順序分布在基座10上，形成一個(gè)感應(yīng)區(qū)域。
如圖2所示，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20都包含一個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體22和一個(gè)感應(yīng)部件24。感應(yīng)部件24和電腦相連。當(dāng)活動(dòng)感應(yīng)球體22被使用者觸動(dòng)時(shí)，感應(yīng)部件24就會(huì)產(chǎn)生與活動(dòng)感應(yīng)球體22運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)，傳送到電腦將活動(dòng)感應(yīng)球體22的活動(dòng)轉(zhuǎn)化為使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。
在如圖2所示的實(shí)施例中，感應(yīng)部件24為一個(gè)壓力感應(yīng)器241。壓力感應(yīng)器241位于活動(dòng)感應(yīng)球體22的下方。所述壓力感應(yīng)器241可以采用索尼公司的PS2游戲機(jī)手柄按鍵所采用的壓力傳感器。
當(dāng)使用者踏上基座10在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，被踩到的若干個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體22受到來(lái)自使用者的壓力并將壓力傳給壓力感應(yīng)器241，壓力感應(yīng)器241就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)傳到電腦，當(dāng)使用者的腳步移動(dòng)時(shí)，又會(huì)有另外若干活動(dòng)感應(yīng)球體22和壓力感應(yīng)器241被踩到并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)傳到電腦，而原來(lái)被踩到的活動(dòng)感應(yīng)球體22和壓力感應(yīng)器241就會(huì)被釋放，被釋放的信號(hào)傳到電腦。電腦通過(guò)整理計(jì)算來(lái)自各個(gè)壓力感應(yīng)器241的信號(hào)，就會(huì)計(jì)算出使用者的腳步在基座10上的運(yùn)動(dòng)情況，并轉(zhuǎn)化為使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。
如圖7所示，本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20還有另外的一種可選擇模式。在這種可選擇模式里，若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20按照一定的順序分布在基座上10，基座10上有與各個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20相對(duì)應(yīng)的凹槽。運(yùn)功感應(yīng)器20包含一個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體22”和一個(gè)感應(yīng)部件24”，感應(yīng)部件24”的信號(hào)輸出端與電腦相連。當(dāng)活動(dòng)感應(yīng)球體22”在凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)部件24”會(huì)產(chǎn)生與活動(dòng)感應(yīng)球體22”轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)傳到電腦，通過(guò)電腦的整理和計(jì)算，把使用者在基座10上的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。
具體來(lái)說(shuō)，上述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)光學(xué)鼠標(biāo)的原理相同，感應(yīng)部件24”包括一個(gè)橫向滾軸241”和一個(gè)縱向滾軸242”分別按縱橫方向安裝在活動(dòng)滾動(dòng)球體22”旁邊，并且緊貼活動(dòng)感應(yīng)球體22”。橫向滾軸241”和縱向滾軸242”上都安裝有一個(gè)光柵輪2451”，在光柵輪2451”的兩邊對(duì)應(yīng)安裝有發(fā)光元件2452”和光敏元件2453”。當(dāng)活動(dòng)感應(yīng)球體22”開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，橫向滾軸241”和縱向滾軸242”在摩擦力的作用下開始滾動(dòng)，安裝在兩條滾軸上的光柵輪2451”也開始轉(zhuǎn)動(dòng)，光敏元件2453”在接收發(fā)光元件2452”發(fā)出的光時(shí)被光柵輪2451”間斷的阻擋，產(chǎn)生與活動(dòng)感應(yīng)球體22”轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)，信號(hào)傳到電腦。為了保證橫向滾軸241”和縱向滾軸242”和活動(dòng)感應(yīng)球體22”充分接觸，兩條滾軸旁還安裝有一個(gè)小彈簧25”，使?jié)L軸緊貼活動(dòng)感應(yīng)球體22”。
當(dāng)使用者在基座10上運(yùn)動(dòng)時(shí)，使若干個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體22”轉(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)的感應(yīng)部件24”產(chǎn)生與活動(dòng)感應(yīng)球體22”轉(zhuǎn)動(dòng)情況相一致的信號(hào)傳到電腦，通過(guò)電腦整理分析，就能夠轉(zhuǎn)化為使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。
當(dāng)然，上述感應(yīng)部件24也可以采用光學(xué)感應(yīng)器，如微軟公司的TrackballExplorer中所采用的光學(xué)感應(yīng)器來(lái)感應(yīng)球體的轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖1所示實(shí)施例中，為了給使用者更好的包圍感，本發(fā)明還包含一個(gè)和電腦相連的頭戴式顯示器40。當(dāng)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器20的信號(hào)傳到電腦后，電腦接受這些信號(hào)后，通過(guò)整理計(jì)算，將使用者在基座上的運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化為虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化的視頻信號(hào)，然后將視頻信號(hào)傳到頭戴式顯示器40，展現(xiàn)在使用者面前，從而模擬使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)情況。在實(shí)施例中所述頭戴式顯示器40可以采用麗臺(tái)公司的XEYE型頭戴式顯示器。
頭戴式顯示器40也可用一組相聯(lián)的屏幕來(lái)代替，適用與不同的情況。
如圖1所示，為了使使用者在基座10上運(yùn)動(dòng)保持平衡和給予使用者足夠的支撐，本發(fā)明還包括一組支撐部件50，附加在基座10上。當(dāng)使用者沉浸在虛擬空間中時(shí)，支撐部件50會(huì)給予使用者剛性支撐。在本實(shí)施例中，支撐部件50是一種扶手的形式，當(dāng)然，支撐部件還可以以其他的形式出現(xiàn)，比如一種支撐護(hù)腰的形式，如圖4所示。
如圖1，圖2，圖7所示，基座10還可以包括一個(gè)蓋板11。蓋板上有若干個(gè)洞111，分別與基座10上的若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)球體22相對(duì)應(yīng)，使得活動(dòng)感應(yīng)球體22的上部分露出來(lái)。這樣活動(dòng)感應(yīng)球體22就能被穩(wěn)定地限制在一個(gè)范圍內(nèi)，使用者在基座10上運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)更穩(wěn)定。
如圖6所示，基座10還可以包括一個(gè)可調(diào)節(jié)基座10傾斜角度的裝置12(以下簡(jiǎn)稱可調(diào)裝置)?？烧{(diào)裝置12由一組與電腦相連的液壓升降裝置121提供動(dòng)力，例如采用液壓升降裝置中的活塞部分在不同方位支撐基座的底部，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓升降裝置121的升降值，可以使基座10與地面在不同方向形成角度的傾斜。電腦可以根據(jù)虛擬環(huán)境中的地形的變化情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)基座10的傾斜角度，最大限度地模擬虛擬空間中的地形環(huán)境，比如上坡下坡等等的情況。
如圖3所示，本發(fā)明還可以包含一些和電腦相連的娛樂(lè)裝置60來(lái)增強(qiáng)其娛樂(lè)功能。在本發(fā)明的實(shí)施例中，還可以包括一組和電腦相連的震動(dòng)馬達(dá)61來(lái)提供震動(dòng)，電腦可以根據(jù)虛擬空間的情況來(lái)調(diào)節(jié)震動(dòng)馬達(dá)61震動(dòng)的強(qiáng)度和方式，最大限度地模擬虛擬空間地表狀況。
如圖3所示，本發(fā)明的娛樂(lè)裝置中還包含一套和電腦相連的立體聲系統(tǒng)62，這套立體聲系統(tǒng)62可以安裝在基座10上，也可以安裝在頭戴式顯示器上40，為使用者提供和虛擬環(huán)境相符的逼真音效。
如圖5所示，本發(fā)明還包含一套和電腦相連的摩擦力調(diào)節(jié)裝置70。摩擦力調(diào)節(jié)裝置70安裝在基座10上，用于調(diào)節(jié)活動(dòng)感應(yīng)球體22的摩擦力。通過(guò)調(diào)節(jié)活動(dòng)感應(yīng)球體22來(lái)模擬虛擬空間中不同的地表狀況，增加使用者運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。
具體來(lái)說(shuō)，這套摩擦力調(diào)節(jié)裝置70由管狀摩擦力調(diào)節(jié)器71和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器72組成，壓力調(diào)節(jié)器72和電腦相連。管狀摩擦力調(diào)節(jié)器71由富有彈性的材料制成。管狀摩擦力調(diào)節(jié)器71包圍在活動(dòng)感應(yīng)球體22周圍，并且管狀摩擦力調(diào)節(jié)器71內(nèi)裝有一定量的流體，對(duì)活動(dòng)感應(yīng)球體22產(chǎn)生一定的壓力。壓力調(diào)節(jié)器72施加的壓力越大，活動(dòng)感應(yīng)球體22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力也就越大，反之，壓力越小，活動(dòng)感應(yīng)球體22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力也就越小。通過(guò)改變活動(dòng)感應(yīng)球體22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，可以更真實(shí)的模擬虛擬環(huán)境的地面狀況。
摩擦力調(diào)節(jié)系統(tǒng)還可以包括一組和電腦控制端相連的電磁鐵。這一組電磁鐵位于若干個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體的22下方，并且若干個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體22中包含磁性金屬材料。接通電源后，電腦可以通過(guò)控制電流的強(qiáng)弱來(lái)控制電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。電流越強(qiáng)，電磁鐵的磁性就越強(qiáng)，對(duì)活動(dòng)感應(yīng)球體22受到的向下的吸引力就越大，活動(dòng)感應(yīng)球體22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力就越大。反之，電流越弱，電磁鐵的磁性就越弱，對(duì)活動(dòng)感應(yīng)球體22的向下的吸引力就越小，活動(dòng)感應(yīng)球體22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力就越小。通過(guò)改變活動(dòng)感應(yīng)球體22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，可以更真實(shí)的模擬虛擬環(huán)境的地面狀況。
縱上所述，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠通過(guò)以上的描述和圖示完全了解本發(fā)明的原理和實(shí)施方法，并且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所要達(dá)到的目的。
權(quán)利要求
1.一種虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器按照一定的順序排列在一個(gè)基座上，在基座上形成一個(gè)感應(yīng)區(qū)域；每個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器都包含活動(dòng)感應(yīng)球體和一組感應(yīng)部件，若干個(gè)感應(yīng)部件與電腦相連；感應(yīng)部件產(chǎn)生的與活動(dòng)感應(yīng)球體運(yùn)動(dòng)相一致的信號(hào)傳送到電腦，通過(guò)電腦的整理分析將使用者在基座上的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。
2.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是感應(yīng)部件為位于活動(dòng)感應(yīng)球體的下方的壓力感應(yīng)器或光學(xué)傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還包含一個(gè)和電腦現(xiàn)連的頭戴式顯示器，電腦將處理后的視頻信號(hào)傳到頭戴式顯示器上。
4.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還包括一個(gè)身體支撐部件位于基座的附近或與基座連接。
5.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置的基座還可以包括一個(gè)蓋板，蓋板上有若干個(gè)洞，分別與基座上的若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器的活動(dòng)感應(yīng)球體相對(duì)應(yīng)。
6.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還包含一套摩擦力調(diào)節(jié)裝置，摩擦力調(diào)節(jié)裝置安裝在基座上，用于調(diào)節(jié)活動(dòng)感應(yīng)球體的摩擦力；摩擦力調(diào)節(jié)裝置由管狀摩擦力調(diào)節(jié)器和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器組成，壓力調(diào)節(jié)器和電腦相連；管狀摩擦力調(diào)節(jié)器由富有彈性的材料制成；管狀摩擦力調(diào)節(jié)器包圍在活動(dòng)感應(yīng)球體周圍，并且管狀摩擦力調(diào)節(jié)器內(nèi)裝有一定量的流體，對(duì)活動(dòng)感應(yīng)球體產(chǎn)生一定的壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還可以包括一組和電腦相連的電磁鐵，這一組電磁鐵位于若干個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體的下方，并且若干個(gè)活動(dòng)感應(yīng)球體中包含磁性金屬材料。
8.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還可以包括一個(gè)可調(diào)節(jié)基座的傾斜角度的裝置，所述可調(diào)裝置由一組與電腦相連的液壓升降裝置安裝在基座的下方構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還可以包括一組和電腦相連的安裝在基座上的震動(dòng)馬達(dá)。
10.如權(quán)利要求1或3所述的虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置還包含一套和電腦相連的揚(yáng)聲器，這套揚(yáng)聲器可以安裝在基座上，也可以安裝在頭戴式顯示器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種虛擬空間運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置，其特征是若干個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器按照一定的順序排列在一個(gè)基座上，在基座上形成一個(gè)感應(yīng)區(qū)域；每個(gè)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器都包含活動(dòng)感應(yīng)球體和一組感應(yīng)部件，若干個(gè)感應(yīng)部件與電腦相連；感應(yīng)部件產(chǎn)生的與活動(dòng)感應(yīng)球體運(yùn)動(dòng)相一致的信號(hào)傳送到電腦，通過(guò)電腦的整理分析將使用者在基座上的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為使用者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)和位置變化。本發(fā)明由于所述結(jié)構(gòu)而讓使用者能夠在有限的現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬空間的無(wú)限探索。能夠獲得逼真虛擬空間探索體驗(yàn)，具有很強(qiáng)的趣味性。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1737731SQ20051005723
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者劉昕 申請(qǐng)人:劉昕