專利名稱：一種人機(jī)互動的控制方法及其運(yùn)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可使人機(jī)互動的仿生虛擬世界的控制方法及運(yùn)用。
技術(shù)背景
現(xiàn)有技術(shù)中已給出了可人機(jī)互動的仿生虛擬世界的多種控制方法及其設(shè)備，但均存在一缺陷需要用戶運(yùn)動空間大，且運(yùn)動存在局限性，如當(dāng)用戶已移動到墻壁，但游戲化身下一動作還需要用戶向墻壁的背向前進(jìn)。有些現(xiàn)有技術(shù)為了避免這種情況，縮小化身的活動空間(注意，這里說的是化身而非用戶)，以使用戶控制過程中不用移動或盡量減小活動，但這樣的方法使游戲的可玩性大大降低，其運(yùn)用價值也非常有限。還有些現(xiàn)有技術(shù)通過跑步機(jī)等方案，使用戶至在同個位置移動，但也存在著用戶需要持續(xù)體能消耗，因此很難長時間持續(xù)進(jìn)行人機(jī)互動，同時用戶也很難隨心運(yùn)動。縮小化身活動空間的現(xiàn)有技術(shù)還包括操控移動工具，如戰(zhàn)車，但戰(zhàn)車上的各控制件其實(shí)都不用再聯(lián)接的，但這種傳統(tǒng)方式， 除了上述缺陷外，顯然還存在機(jī)械控件多、成本高，而且攜帶不便等問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種讓用戶可身臨其境進(jìn)入虛擬世界的方法及設(shè)備；該方法可讓用戶不受時長、不受自身體能限制進(jìn)行持續(xù)控制自我角色。
為了便于理解本發(fā)明，特對所涉及的各術(shù)語進(jìn)行如下名詞解釋自我角色指在虛擬世界中，可被用戶操控的，并被用戶認(rèn)為是自己的虛擬角色，可是人類或任意活動物方。
用戶允許微動作方案當(dāng)用戶實(shí)施某一個或一個組符合條件的微動作時，可以對計(jì)算機(jī)發(fā)出一控制指令；這里的微動作尤其指用戶小幅度的動作，如相應(yīng)的任意關(guān)節(jié)移動位移小于20cm，具體表現(xiàn)如手臂微動、腳微曲；本發(fā)明的上述條件，尤其包括限定不發(fā)出命令的情形。
虛擬允許動作方案虛擬世界賦予自我角色或虛擬世界中器具可以進(jìn)行的動作或動作方案，所述動作方案包括連續(xù)的動作組合、動作力度、速度等。
活動關(guān)節(jié)用戶并非全部關(guān)節(jié)的活動都可以控制我自我角色相部位的活動，尤其自我角色為非人類時，并沒有用戶身上的某些關(guān)節(jié)，因此本發(fā)明所指的“活動關(guān)節(jié)”是指虛擬世界賦予自我角色可活動部位而對應(yīng)于用戶實(shí)際身體上的關(guān)節(jié)。另一方面，當(dāng)自我角色的活動部多于用戶實(shí)際的活動關(guān)節(jié)數(shù)時，則采用本發(fā)明介紹的其他方法；另外本文所稱的活動關(guān)節(jié)并非僅限于骨架連接處，它泛指人體上可活動的任何部位，如整個上臂上的任一點(diǎn)ο
反向動作自我角色所在的虛擬世界場景執(zhí)行與用戶發(fā)出的指令具有矢量值相同但方向相反的矢量動作；所述矢量動作本發(fā)明尤其特指任意時間點(diǎn)上的位移變化、體積變化，如圖1所示以矢量動作為縱坐標(biāo)，以時間為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，則用戶發(fā)出的指令與自我角色所在的虛擬世界場景對應(yīng)曲線圖以橫坐標(biāo)呈軸對稱關(guān)系，如從時間點(diǎn)tl到時間點(diǎn)t2，用戶要朝東南方向前進(jìn)5米時，只要在該時間段上使自我角色所在場景向西北方向移動5米就可實(shí)現(xiàn)；再如從時間點(diǎn)tl到時間點(diǎn)t2，用戶要自己全身等比例變大2倍，則自我角色所在場景在相同時間段縮小兩倍，這里尤其指出用戶的變身或變形指令里，可優(yōu)先判斷是否包括眼睛及雙眼間距的變化，如果眼睛及雙眼間距沒有變化，則場景在體積上不會變化，即場景的體積矢量動作與自我角色的眼睛及雙眼間距離的體積矢量動作具有矢量值相同、方向相反的關(guān)系。所述用戶指令可優(yōu)選關(guān)聯(lián)于自我角色頭部的運(yùn)動矢量和視覺矢量，所述運(yùn)動矢量如速度、位移；所述視覺矢量如自我角色的體積變化。
手掌如圖2所示手掌1包括手腕11在內(nèi)的所有手掌1上的關(guān)節(jié)，如手指12。
腳掌如圖2所示腳掌2包括腳腕21在內(nèi)的所有腳掌2上的關(guān)節(jié)，如腳指頭22。
評價運(yùn)動幅度的指標(biāo)可以是被跟蹤部位發(fā)生的位移及方向、被跟蹤部位在兩個時間點(diǎn)上的夾角等。
動作放大為了力求用戶的真實(shí)感受，及在互動過程的同步需求，設(shè)定以下兩個規(guī)則1、在人體感知能力范圍內(nèi)，動作放大優(yōu)選僅對用戶的動作幅度、力度進(jìn)行放大；2、當(dāng)超過人體感知能力范圍，動作放大還可以對用戶的動作速度進(jìn)行放大。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案為一、 激戶無嘉料碰·赫一“m·，，連_沂髓·’目騎間和時間限制:本發(fā)明采用動作放大方法實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，所述的動作放大方法包括 D在虛擬世界中創(chuàng)建自我角色；2)用戶身體無需離開用戶所在位置執(zhí)行微動作；3)跟蹤并識別用戶執(zhí)行微動作；并使用戶執(zhí)行任意微動作時，其身體都無需離開用戶所在位置；4)使自我角色放大執(zhí)行用戶的微動作。
優(yōu)化方案1 設(shè)定用戶或虛擬世界道具執(zhí)行任一用戶允許動作的最大幅度M、對應(yīng)虛擬世界中自我角色的虛擬允許動作的最大幅度為N、在t時間點(diǎn)上用戶或虛擬世界道具執(zhí)行該允許動作的幅度為Mt，對應(yīng)虛擬世界中人或物的執(zhí)行相應(yīng)的允許動作的幅度為Nt，則該系統(tǒng)滿足 當(dāng)Mt > M時，Nt = 1當(dāng)附時力>附州丨，如用戶手臂抬起5度時，自我角色則完全抬起手臂，當(dāng)用戶抬手臂的角度大于5度，自我角色均完全抬起手臂，這里，我們稱5度為用戶執(zhí)行抬手臂的最大幅度，顯然用戶手臂不僅可以抬5度。
這里尤其指出用戶執(zhí)行某允許動作時，實(shí)際的運(yùn)動極限均大于該允許動作的最大幅度，而為了更有效實(shí)現(xiàn)本技術(shù)效果，虛擬世界過程采用動作放大系統(tǒng)時，最好通過對用戶肢體的限制只允許其進(jìn)行小幅度的微動作。
所述用戶允許微動作方案滿足當(dāng)用戶以最大幅度M完成任一微動作時，軀干上除手掌和腳掌外的任意相鄰的兩部份的角度變化值小于30度。如某允許微動作方案涉及上臂和下臂的角度，在實(shí)施該動作的前后角度為120度和140度，則該相鄰兩部份的夾角變化值就為+20度。顯然用戶和自我角色的形態(tài)(姿勢)并不要求相同或類似。
另外本發(fā)明可提供持續(xù)動作命令，當(dāng)用戶持續(xù)對彈性裝置作用時，用戶可保持轉(zhuǎn)身等動作。因此用戶可在任意姿勢下控制自我角色的任意動作方案。本發(fā)明所述最大幅度 M優(yōu)選正負(fù)5度以內(nèi)。
另外經(jīng)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自我角色與用戶在頭部、包括手腕的手掌、包括腳腕的腳掌其中的一處或多處部位執(zhí)行相同運(yùn)動幅度的動作，用戶更容易掌握本發(fā)明的控制方法。
優(yōu)化方案2:限制用戶肢體的活動幅度，使被限制的相應(yīng)部分能完全執(zhí)行微動作而身體不離開所在位置，對所述限制方案還可作以下一個或多個優(yōu)化1)當(dāng)虛擬世界中的任一物方作用于自我角色的某部位或某些部位時，用戶的相應(yīng)部位會根據(jù)該物方動作特征被作用；2)當(dāng)自我角色作用于虛擬世界任一物方時，首先根據(jù)自我角色的動作特征及該物方的即時狀態(tài)，判斷的自我角色被反作用的部位及反作用效果，使用戶相應(yīng)的部位以等因子效果被作用；3)可根據(jù)自我角色的疲勞程度或最大運(yùn)動能力，使用戶的相應(yīng)部位受到相應(yīng)比例且用戶能接受的載荷作用。
二、虛隨去它是通過動作定位點(diǎn)控制系統(tǒng)確定用戶進(jìn)行的動作，通過相關(guān)動作確定用戶發(fā)出的指令內(nèi)容，繼而控制自我角色對就活動部位的活動。
所述動作定位點(diǎn)控制系統(tǒng)是在用戶身上或道具上設(shè)有1個或1個以上的定位感應(yīng)件，通過各定位感應(yīng)件的位置(三維坐標(biāo))隨時間的變化，從而可確定用戶在任意時間上的姿勢或在某段時間內(nèi)的動作變化。
以下逐一介紹本技術(shù)方案所涉及“定位感應(yīng)件位置的變化確定方法”、“通過定位感應(yīng)件位置變化控制自我角色動作的方法”和“定位感應(yīng)件或其變化與自我角色動作或活動部位的對應(yīng)方法”。
(一 )定位感應(yīng)件位置的變化確定方法包括以下驟1)建一虛擬三維坐標(biāo)系，并確定三個或三個以上的且不在同一直線上的距離測定點(diǎn)在該坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；2)測定定位感應(yīng)件分別到上述各距離測定點(diǎn)的距離，從而計(jì)算出各定位感應(yīng)件在任意時間點(diǎn)上的三維坐標(biāo)。
( 二)通過定位感應(yīng)件位置變化控制自我角色動作的方法是針對虛擬世界賦予自我角色Al、A2…An共計(jì)η個可單獨(dú)活動部位，按以下兩種情形控制1)當(dāng)該N個活動部位均可在用戶身上找到對應(yīng)活動關(guān)節(jié)進(jìn)行對應(yīng)，則在用戶在各對應(yīng)活動關(guān)節(jié)上分別設(shè)置Ν1、Ν2…Nn共N個定位感應(yīng)件，并跟蹤在任意時間點(diǎn)t時，Ν1、Ν2… Nn三維位置變化；使各定位感應(yīng)件的三維位置變化，控制自我角色相應(yīng)部位進(jìn)行相關(guān)動作；2)當(dāng)該N個活動部位不能完全在用戶身上找到對應(yīng)活動關(guān)節(jié)進(jìn)行對應(yīng)時，假設(shè)存在若干不能找到對應(yīng)關(guān)系的活動部位Μχ，先使用戶的活動關(guān)節(jié)Nx可選擇控制自我角色的 MxUMxl…Mxs共s個活動部位，并采用選擇法和組合法中一種或全部來選擇控制具體的活動部位Mx ；所述選擇法是指活動關(guān)節(jié)Nx確定對應(yīng)控制活動部位后，可以單獨(dú)直接控制； 所述組合法是指，當(dāng)需更換活動部位時，可通過第3命令或利用其他活動關(guān)節(jié)共同選擇執(zhí)CN 102541260 A行不同的活動部位，如用戶的手臂可以選擇控制自我角色的手臂和翅膀，所述活動關(guān)節(jié)設(shè)為腳指，當(dāng)腳指蜷起時，則用戶控制翅膀，松開則控制手臂；所述第3命令指某命令菜單時， 會跳出選擇界面，通過選擇確定要控制活動部位。
“通過定位感應(yīng)件位置變化控制自我角色動作的方法”還包括對用戶的身體和道具上劃分可動部和不可動部，并對可動部分別設(shè)定位感應(yīng)件；其中道具和虛擬世界中物品或器具對應(yīng)，使得操做道具時，就可使虛擬世界中的相應(yīng)物品或器具被相應(yīng)操做，其實(shí)換句話說就是用定位感應(yīng)件控制相應(yīng)虛擬世界中的東西(人或物)。
(三)定位感應(yīng)件或其變化與自我角色動作或活動部位的對應(yīng)方法是使用戶不同關(guān)節(jié)上的定位感應(yīng)件均具有不同的區(qū)別特征，并通過不同的區(qū)別特征對應(yīng)自我角色的活動部位或不同動作。
所述區(qū)別特征是在定位感應(yīng)件上的不同涂點(diǎn)密度或涂點(diǎn)規(guī)則。
三、它i不他啦M統(tǒng).、搬碰應(yīng)力赫應(yīng)/備級·一碰赫,當(dāng)系統(tǒng)識別自我角色的越疲勞，則相應(yīng)部位上的設(shè)障機(jī)構(gòu)對該部位的負(fù)載就越大，用戶執(zhí)行該動作就越難，實(shí)之具有類同的感覺，游戲更真實(shí)。
四、錄·捕r一搬經(jīng)卜.碰mnm射去__式穿·編各，，:它包括手掌套件、手臂套件、頭部套件、腳掌套件、腿部套件、臀部套件和腰部套件；各套件上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位點(diǎn)。
它還滿足每根手指頭的三個關(guān)節(jié)、手腕關(guān)節(jié)、手肘關(guān)節(jié)、肩膀關(guān)節(jié)、頭上任意不在同一直線上的三點(diǎn)、每根腳指頭的一個關(guān)節(jié)、腳脖子關(guān)節(jié)、小腿、大腿、臀部、脊椎中點(diǎn)上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位點(diǎn)。
本設(shè)備旨在通過定位于用戶身上的各感應(yīng)定位點(diǎn)的位置完全確定任一時間點(diǎn)上用戶的位置和姿勢，本設(shè)備也局限于上述感應(yīng)定位點(diǎn)在上述關(guān)節(jié)的分配方案。
五、本發(fā)明還提供了一種用戶看到自己的身體進(jìn)入虛擬世界的方法實(shí)現(xiàn)方法是同時采用置身系統(tǒng)、全景系統(tǒng)和場景移動系統(tǒng)，以下逐一介紹各系統(tǒng)。
(一 )所述場景移動系統(tǒng)，利用虛擬世界中自我角色所在場景的反向矢量動作，使用戶有正進(jìn)行各種移動或變身(身體縮小或放大或形狀變化)的錯覺；所述自我角色所在場景的確定方法包括1)直接或間接在用戶頭部設(shè)有能與頭部同步發(fā)生位移的定位件；所述定位件上至少有不在同一直線的三點(diǎn)在虛擬世界的位置可確定，從而確定出用戶的頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向；2)通過用戶頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向確定虛擬世界畫面；所述反向動作，是使虛擬世界中自我角色所在場景執(zhí)行與自我角色頭部方向相反而矢量值相同的矢量動作，且兩者在分別以同一矢量動作和時間為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系中，其矢量動作時間圖以時間坐標(biāo)軸呈軸對稱關(guān)系。
(二)所述全景系統(tǒng)，使用戶只能看到虛擬世界中的場景，而看不到現(xiàn)實(shí)中的場景，且虛擬世界場景覆蓋用戶的全部視覺范圍；本系統(tǒng)尤其指用戶配帶全3D眼鏡，眼鏡上屏幕及其虛擬世界畫面均覆蓋用戶的全部視覺范圍。
(三)所述置身系統(tǒng)，滿足用戶和自我角色在虛擬世界中的位置相同且用戶身體與自我角色活動同步，使用戶想看自己身體時，均能看到虛擬世界中自己的各種動作。
上述技術(shù)方案的有益之處在于本發(fā)明因?yàn)橛脩舻纳眢w無需離開所在位置，因此在操作過程中，均可躺著或坐著，因而用戶可長時間輕松自如完成各項(xiàng)操控，而不會因?yàn)轶w力不支，而被迫中止；因此適應(yīng)人群極廣，凡身體有活動肌能的人都可以通過本發(fā)明進(jìn)行相應(yīng)的人機(jī)互動；尤其是本發(fā)明采用了選擇法和組合法，使身體殘疾的人士，通過有活動肌能的部位經(jīng)組合應(yīng)用，以達(dá)到控制自我角色自由活動用戶本已缺失活動肌能的部位。
因用戶采用微動作控制自我角色，因此可以完成各種現(xiàn)實(shí)中無法完成的各種動作，如使自我角色執(zhí)行如圖3所示的下腰時，同時還出拳的動作。
本發(fā)明介紹的“動作放大系統(tǒng)”，可使用戶身體無需發(fā)生位移或者僅發(fā)生微小位移就可以實(shí)現(xiàn)全部虛擬世界賦予的全部功能或能力，使得用戶在虛擬世界全程中均只在同一處操控位上，同時還便于實(shí)現(xiàn)用戶的運(yùn)動部位和虛擬世界人物運(yùn)動部位一致，使用戶容易上手。
本發(fā)明介紹的三點(diǎn)定位法，使機(jī)算機(jī)能人體無法感知的速度，使自我角色與用戶同步實(shí)施各項(xiàng)動作，因此解決畫面滯后的問題，繼而使用戶更自如長時間完成人機(jī)互動，當(dāng)然更不會出現(xiàn)用戶頭暈的情形。
本發(fā)明介紹的“穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備”，可使用戶直接穿戴后，身體各部份的動作， 均可控制對應(yīng)“感應(yīng)定位點(diǎn)”進(jìn)行相關(guān)命令，從而使用戶看到自己或自己在虛擬世界中操控的器械進(jìn)行相關(guān)動作，該設(shè)備的運(yùn)用，有效縮短用戶在進(jìn)入虛擬世界前的準(zhǔn)備時間，簡易所需的準(zhǔn)備工序，從而用戶通過很便捷的方式就可進(jìn)行虛擬世界。
本發(fā)明介紹的“感應(yīng)定位點(diǎn)系統(tǒng)”，可使系統(tǒng)通過跟蹤各定位點(diǎn)發(fā)生的各矢量變化 (包括位移、速度、方向)以控制自我角色動作；本方案可有效簡化“穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備”， 使之純以機(jī)械結(jié)構(gòu)，而無需配備任何電子系統(tǒng)，可避免電子短路給用戶帶來身體傷害；同時由于用戶在使用過程中，各定位點(diǎn)均被定位于用戶身上的各對應(yīng)部位，且用戶只實(shí)施微動作，因此各定位點(diǎn)移動位移因非常小，因此可實(shí)現(xiàn)設(shè)備零損害，以保證設(shè)備的使用壽命。
本發(fā)明介紹的“選擇法”和“組合法”，可實(shí)現(xiàn)自我角色上活動部位數(shù)大于感應(yīng)定位點(diǎn)數(shù)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1為虛擬世界中自我角色所在場景與自我角色頭部就同一矢量動作的矢量動作時間圖，其中t:時間、V:體積、S:位移曲線A是虛擬世界中自我角色所在場景的位移或體積矢量動作時間圖曲線B是自我角色頭部的位移或體積矢量動作時間圖。
圖2為用戶關(guān)節(jié)示意圖。
圖3為虛擬允許動作示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 一種人機(jī)互動的控制方法一種人機(jī)互動的控制方法，它建立了《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》與《自我角色虛擬動作數(shù)據(jù)》；并規(guī)定了《動作放大規(guī)則》和《人機(jī)互動規(guī)則》。
所述《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》還包括《用戶允許微動作方案數(shù)據(jù)庫》。
用戶微動作數(shù)據(jù)庫1. 1) 以頭部、脖子、腰部、上臂、下臂、寬部、上腿、下腿、手掌和腳掌為關(guān)鍵字建立數(shù)據(jù)庫；旨在確定用戶身上可控制自我角色動作的活動部位；1. 2) 規(guī)定就活動關(guān)節(jié)描述參數(shù)，包括位移、相鄰關(guān)節(jié)角度變化值、移動速度；旨在具體規(guī)定活動部位發(fā)出命令的形式；1.3)規(guī)定描述參數(shù)的上限；確定微動作幅度上限，以確保用戶無需離開“操控位”而可而連續(xù)執(zhí)行任意控制動作。
用戶允許微動作方案數(shù)據(jù)庫2.1)規(guī)定不發(fā)出控制命令的情形；2.2)規(guī)定發(fā)出特技的情形條件；指當(dāng)用戶執(zhí)行符合條件的動作或動作組合時，自我角色執(zhí)行特技動作等；尤其指出條件規(guī)定的權(quán)限可開放，以便不同用戶根據(jù)自己習(xí)慣制定。
自我角色虛擬動作數(shù)據(jù)庫3.1)對應(yīng)于用戶活動部位規(guī)定自我角色的虛擬動作部位，即自我角色身上可被控制的部位；3.2)虛擬動作部位的動作參數(shù)移位、速度、力度；確定各虛擬動作部位的動作幅度相對用戶活動部位運(yùn)動幅度的放大倍數(shù)。
動作互動規(guī)則使《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》與《自我角色虛擬動作數(shù)據(jù)》以如下關(guān)系關(guān)聯(lián)4.1)《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》的“活動部位”關(guān)聯(lián)于《自我角色虛擬動作數(shù)據(jù)》的“虛擬動作部位”；4.2)《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》的“活動關(guān)節(jié)描述參數(shù)”關(guān)聯(lián)于《自我角色虛擬動作數(shù)據(jù)》 的“虛擬動作部位的動作參數(shù)”。
人機(jī)放大規(guī)則5.1)通過《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》的“規(guī)定描述參數(shù)的上限”的限制《動作互動規(guī)則》的 4. 1)條款；5. 2) 設(shè)定用戶或虛擬世界道具執(zhí)行任一允許動作的最大幅度M、對應(yīng)虛擬世界中人或物的執(zhí)行相應(yīng)的允許動作的最大幅度為N、在t時間點(diǎn)上用戶或虛擬世界道具執(zhí)行該允許動作的幅度為Mt，對應(yīng)虛擬世界中人或物的執(zhí)行相應(yīng)的允許動作的幅度為Nt，則該系統(tǒng)滿足當(dāng) Mt 彡 M 時，Nt = N ；當(dāng) Mt<M 時，N>Nt>Mt。
6. 為了確保人機(jī)互動的同步，本實(shí)施例還提供了一人機(jī)同步系統(tǒng)，所述人機(jī)同步系統(tǒng)包括用戶微動作識別系統(tǒng)、微動作匹配命令規(guī)則系統(tǒng)。
6. 1)所述用戶微動作識別系統(tǒng)它就用戶身體或道具規(guī)定活動部位和非活動部位，并在不同活動部位分別設(shè)有具有區(qū)別特征的定位感應(yīng)件；建一虛擬三維坐標(biāo)系，并在三個或三個以上的且不在同一直線上的已知坐標(biāo)點(diǎn)上固置測距裝置；具體識別方法如下a) 在任意時間點(diǎn)上，測量定位感應(yīng)件分別到上述各距離測定點(diǎn)的距離，從而計(jì)算出各定位感應(yīng)件的三維坐標(biāo)；b) 通過跟蹤各定位感應(yīng)件的位置(三維坐標(biāo))隨時間的變化，以確定用戶在任意時間上的姿勢或在某段時間內(nèi)的動作變化。
本實(shí)施例中所述用戶微動作識別系統(tǒng)旨在對用戶肢體運(yùn)動的時時跟蹤，它也可以在任一活動部位上設(shè)有2個或2個以上定位感應(yīng)件，其中至少兩點(diǎn)在x、y、z軸上的坐標(biāo)值均不相同，使該活動部位在某時間段內(nèi)的水平轉(zhuǎn)角或豎直轉(zhuǎn)角可確定。
6. 2) 所述微動作匹配命令規(guī)則系統(tǒng)用戶通過控制肢體動作，而使肢體上感應(yīng)定位點(diǎn)發(fā)生一定規(guī)則的位移變化，而匹配于自我角色的動作方案，它包括規(guī)則1 具體包括“定位感應(yīng)件或其變化與自我角色動作或活動部位的對應(yīng)方法”和“定位感應(yīng)件或其變化與自我角色動作或活動部位的對應(yīng)方法”，以下逐一介紹。
規(guī)則1. 1通過定位感應(yīng)件的位置變化控制自我角色動作的方法是針對虛擬世界賦予自我角色Al、A2…An共計(jì)η個可單獨(dú)活動部位A，就其中任一可單獨(dú)活動部位Ax設(shè)有Αχ1、ΑΧ2···ΑΧπι共計(jì)m種允許動作，Axx為其中任一允許動作，按以下兩種情形控制。
情形1當(dāng)該η個活動部位均可在用戶身上找到對應(yīng)活動關(guān)節(jié)進(jìn)行對應(yīng)時1)在用戶身上的η個可單獨(dú)活動部位上分別固定Al’、Α2’…An’共計(jì)η個感應(yīng)定位點(diǎn)Α’，跟蹤在任意時間點(diǎn)t時，任一感應(yīng)定位點(diǎn)Αχ’的三維位置變化，并匹配屬于Axl’、 Ax2' -Axm'共計(jì)m種中的哪種活動規(guī)則，設(shè)Αχχ’為其中任一活動規(guī)則；2)使自我角色的可單獨(dú)活動部位A—一對應(yīng)于用戶身上的感應(yīng)定位點(diǎn)Α’，任一可單獨(dú)活動部位Ax的允許動作Axx可在并僅在感應(yīng)定位點(diǎn)Αχ’按Αχχ’活動規(guī)則動作時被啟動，如Αχ發(fā)生的位移隨在各時間點(diǎn)上的變化一一對應(yīng)于Αχ’發(fā)生的位移隨在各時間點(diǎn)上的變化，再如-M實(shí)施的力度強(qiáng)弱對應(yīng)于Αχ’所對應(yīng)關(guān)節(jié)彎曲度及該關(guān)節(jié)抖動頻率，Ax使用力度達(dá)最大值的條件在于當(dāng)用戶的Αχ’達(dá)到最大幅度；另外Ax還應(yīng)考慮對應(yīng)于Αχ’的緊張程度、運(yùn)動速度和執(zhí)行時間，以實(shí)現(xiàn)用戶更自然操控虛擬世界，且使自我角色的運(yùn)動盡量符合自然規(guī)律；3)本實(shí)施例所述的關(guān)節(jié)旨在通過定位于用戶身上的各感應(yīng)定位點(diǎn)的位置完全確定任一時間點(diǎn)上用戶的位置和姿勢，這里本發(fā)明人特別列舉其中之一可以滿足此目的的關(guān)節(jié)總和每根手指頭的三個關(guān)節(jié)、手腕關(guān)節(jié)、手肘關(guān)節(jié)、肩膀關(guān)節(jié)、頭上任意不在同一直線上的三點(diǎn)、每根腳指頭的一個關(guān)節(jié)、腳脖子關(guān)節(jié)、小腿、大腿、臀部、脊椎中點(diǎn)。
情形2當(dāng)該η個活動部位不能完全在用戶身上找到對應(yīng)活動關(guān)節(jié)進(jìn)行對應(yīng)時 假設(shè)存在若干不能找到對應(yīng)關(guān)系的活動部位Ay，先使用戶的活動關(guān)節(jié)Ay’可選擇控制其中的Ayl、Ay2" Ays共s個活動部位Ay，并采用選擇法和組合法中一種或全部來選擇控制具體的活動部位Ay ；所述選擇法是指活動關(guān)節(jié)Ay’確定對應(yīng)控制活動部位后，可以單獨(dú)直接控制；所述組合法是指，當(dāng)需更換活動部位時，可通過第3命令或利用其他活動關(guān)節(jié)共同選擇執(zhí)行不同的活動部位，如用戶的手臂可以選擇控制自我角色的手臂和翅膀，所述活動關(guān)節(jié)設(shè)為腳指，當(dāng)腳指蜷起時，則用戶控制翅膀，松開則控制手臂；所述第3命令指某命令菜單時，會跳出選擇界面，通過選擇確定要控制活動部位。
另外通過定位感應(yīng)件位置變化控制自我角色動作的方法還包括對用戶的身體和道具上劃分可動部和不可動部，并對可動部分別設(shè)定位感應(yīng)件；其中道具和虛擬世界中物12品或器具對應(yīng)，使得操做道具時，就可使虛擬世界中的相應(yīng)物品或器具被相應(yīng)操做，其實(shí)換句話說就是用定位感應(yīng)件控制相應(yīng)虛擬世界中的東西(人或物)。
規(guī)則1. 2定位感應(yīng)件或其變化與自我角色動作或活動部位的對應(yīng)方法使用戶不同關(guān)節(jié)上的定位感應(yīng)件均具有不同的區(qū)別特征，并通過不同的區(qū)別特征對應(yīng)自我角色的活動部位或不同動作。
所述區(qū)別特征是在定位感應(yīng)件上的不同涂點(diǎn)密度或涂點(diǎn)規(guī)則，如涂點(diǎn)密度為d或具有涂點(diǎn)規(guī)則1的定位感應(yīng)件發(fā)生位置變化時，自我角色的某活動部位就執(zhí)行相應(yīng)的允許動作；涂點(diǎn)密度或涂點(diǎn)規(guī)則可以通過蓋章實(shí)現(xiàn)。
規(guī)則2 不促發(fā)命令的規(guī)則。
本實(shí)施例中優(yōu)選不促發(fā)命令的規(guī)則，當(dāng)然也可以是促發(fā)命令的規(guī)則本實(shí)施例所述的感應(yīng)定位點(diǎn)可以適用以下兩種方案1)將能被探測涂料作為感應(yīng)定位點(diǎn)涂在肌肉的敏感點(diǎn)上，通過肌肉的緊張程度和運(yùn)動速度，使各股肉上的感應(yīng)定位點(diǎn)能判斷用戶的意圖，從而有效對虛擬世界發(fā)出相應(yīng)指令；2)將感應(yīng)定位點(diǎn)固設(shè)于穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備的各活動部位上，可使用戶直接穿戴后，身體各部份的動作，均可控制對應(yīng)“感應(yīng)定位點(diǎn)”進(jìn)行相關(guān)命令，從而使用戶看到自己或自己在虛擬世界中操控的器械進(jìn)行相關(guān)動作，該設(shè)備的運(yùn)用，有效縮短用戶在進(jìn)入虛擬世界前的準(zhǔn)備時間，簡易所需的準(zhǔn)備工序，從而用戶通過很便捷的方式就可進(jìn)行虛擬世界。
上述兩方案并不局限于“動作放大系統(tǒng)”，尤其針對不要求用戶身體發(fā)生位移的玩虛擬世界，如賽車虛擬世界。
本實(shí)施例中穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備也可以在設(shè)備中植入控制器，使操控器感知各定位點(diǎn)發(fā)生的各矢量變化(包括位移、速度、方向)；但結(jié)合本發(fā)明介紹的“感應(yīng)定位點(diǎn)系統(tǒng)”， 可可有效簡化“穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備”，使之純以機(jī)械結(jié)構(gòu)，而無需配備任何電子系統(tǒng)，由于虛擬世界過程中，用戶各部位僅進(jìn)行微動作，因此可做設(shè)備零損害，即保證設(shè)備的使用壽命，又可避免所電子系統(tǒng)中可能的電子短路給用戶帶來身體傷害。
本實(shí)施例中穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備包括手掌套件、手臂套件、頭部套件、腳掌套件、 腿部套件、臀部套件和腰部套件；各套件上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位點(diǎn)。
它還滿足每根手指頭的三個關(guān)節(jié)、手腕關(guān)節(jié)、手肘關(guān)節(jié)、肩膀關(guān)節(jié)、頭上任意不在同一直線上的三點(diǎn)、每根腳指頭的一個關(guān)節(jié)、腳脖子關(guān)節(jié)、小腿、大腿、臀部、脊椎中點(diǎn)上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位點(diǎn)。
本設(shè)備旨在通過定位于用戶身上的各感應(yīng)定位點(diǎn)的位置完全確定任一時間點(diǎn)上用戶的位置和姿勢，本設(shè)備也局限于上述感應(yīng)定位點(diǎn)在上述關(guān)節(jié)的分配方案。
.為提高仿生效果，本實(shí)施例還提供了一人機(jī)互動系統(tǒng)，它包括反作用感知裝置和被作用感知裝置；所述人機(jī)互動系統(tǒng)主要用于修正用戶的最大允許微動作幅度Mm，與自我角色的最大虛擬允許動作幅度Nm的比值Mm/Nm;并使Mm/Nm值比常態(tài)大即反作用感知裝置和被作用感知裝置工作時，Nm根據(jù)以下情形等因子減小。
7. 1) 當(dāng)人機(jī)互動由自我角色促發(fā)，則按以下方法實(shí)現(xiàn) 7. 1. 1) 鎖定用戶想要作用的目標(biāo)方法一利用戶眼睛定位裝置，當(dāng)用戶的視線方向經(jīng)過某物方且肢體或道具的作用方向朝向該物方時，給系統(tǒng)作出該肢體或道具要作用于該物方的指令；則系統(tǒng)發(fā)出提令，自我角色已鎖定該目標(biāo)；其中用戶的視線方向的跟蹤可采用本發(fā)明人申請的申請?zhí)枮椤?01110411809. X”的《一定識別眼觀物方的方法》，或者任意的現(xiàn)有技術(shù)，如專利號為“0觀四315. 0”的《跟蹤扭轉(zhuǎn)的眼睛的方向和位置》； 方法二 通過對眼睛圖像采集裝置準(zhǔn)確判斷用戶鎖定的主要目標(biāo)，其中眼睛圖像采集裝置可能過多種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如專利號為“200610072961. 9”的《眼睛圖像采集裝置》；7. 1.2)該動作作用于目標(biāo)后，自我角色因被反作用而必然存在的“動作速度”“動作幅度”變化；系統(tǒng)通過反作用感知裝置提搞對用戶相應(yīng)的限制負(fù)載向用戶反饋，或者改變相應(yīng)部位的虛擬最大幅度，使用戶看到自我角色的效果，而通過視覺產(chǎn)生反作用感知裝置相同或類似的錯覺；7. 1.3)計(jì)算目標(biāo)被作用后的形態(tài)變化，包括形變(姿勢變化，不可還原的變形，尤其指破壞)、動能變化情況(動能值+動能方向)。
7.2)當(dāng)人機(jī)互動由虛擬世界中的其他物方作用于自我角色，而使自我角色被動進(jìn)入互動，則按以下方法實(shí)現(xiàn)7.2. 1)當(dāng)自我角色被作用并產(chǎn)生作用效果時，自動鎖定實(shí)施作用的物方為目標(biāo)； 7. 2. 2)自我角色被作用而產(chǎn)生的作用效果指自我角色被作用后的形態(tài)變化、動能變化；自我角色被作用而產(chǎn)生的作用效果通過被作用感覺裝置反饋給用戶，或者改變相應(yīng)部位的虛擬最大幅度，使用戶看到自我角色的效果，而通過視覺產(chǎn)生被作用感知裝置相同或類似的錯覺。
以下以實(shí)例介紹如自我角色要攻擊一個游戲角色，首先鎖定目標(biāo)，當(dāng)自我角色打出一拳，作用到對方運(yùn)動的手臂，而受到對方手臂的反作力，這里尤其指出不管對方有沒朋格擋，只要自我角色碰到目標(biāo)，根據(jù)作用力與反作用力的原理，自我角色必然會受到反作用力；這里當(dāng)目標(biāo)進(jìn)行格擋時，自我角色還受到目標(biāo)格擋用手臂的作用，則疊加被作用感知裝置的設(shè)置效果。
尤其指出1)為確保動作放大系統(tǒng)的有效性，自我角色的允許動作執(zhí)行條件并非感應(yīng)定位點(diǎn)在某時間上的位置，而是相對上一時間點(diǎn)上的位置變化；2)距離測定點(diǎn)是固定不動的，或者其坐標(biāo)可計(jì)算而確定；3)有些虛擬世界，為了減小電腦資源的占用，只給自我角色很特定的幾個動作，這種情況下，應(yīng)滿足用戶某些部位的動作或組合動作，就應(yīng)可以控制自我角色進(jìn)行一連慣的允許動作；4)動作放大系統(tǒng)和動作定位點(diǎn)控制系統(tǒng)可以組合運(yùn)用，也可單獨(dú)使用；5)本發(fā)明還包括語音控制系統(tǒng)，使得用戶可以通過語音發(fā)出指令以控制自我角色的允許動作及虛擬世界的各項(xiàng)基本操作，如退出、保存。本系統(tǒng)還包括語音識別系統(tǒng)，如可以對用戶的聲音預(yù)先錄入，并匹配各項(xiàng)指令。
其他說明用戶準(zhǔn)備就緒后，睜眼會發(fā)現(xiàn)自已在上一次退出虛擬世界時所在的位置，各種動作所帶來的場景的變化，完全從該位置為起始點(diǎn)。
本虛擬世界允許自我角色具有變形能力當(dāng)變形后需要控制的部位大于人的關(guān)節(jié)數(shù)怎么辦？可以采用“選擇法”，當(dāng)執(zhí)行選擇命令動作時，可以選擇某關(guān)節(jié)控制虛擬世界中對像的具體運(yùn)動部位；也可以采用“組合法”，即兩個或兩個以上關(guān)節(jié)同時執(zhí)行某特定動作時，也可以起到相同效果。
本虛擬世界方法還允許用戶具有隔空取物等超能力，該指令的啟動條件是用戶手臂上的感應(yīng)定位點(diǎn)集在同一直線上，手掌上的感應(yīng)定位點(diǎn)集成爪狀并朝向該物品；而虛擬世界判斷吸力的大小，則可先預(yù)定自我角色吸力最大值，而取值的條件可以是手指抖動的頻率，當(dāng)頻率減小，則吸力對應(yīng)減小。
當(dāng)虛擬世界接到用戶這一意圖，就會計(jì)算并比較吸力與物品被吸的難度，當(dāng)物品的重力太大或被原所在位置的吸附力太大，就要求用戶“抓的力度”加大，這時手指的彎曲程度就會加強(qiáng)，而手指的抖動加劇，而使手指上的感應(yīng)定位點(diǎn)抖動加劇，電腦就會接到用戶吸力加強(qiáng)，從而進(jìn)一步判斷能否完成吸收。
定位感應(yīng)件與所要控制的部位如何對應(yīng)？如果每個關(guān)節(jié)都對應(yīng)一個定位感應(yīng)件， 在有豐富允許動作的虛擬世界里就需要用戶進(jìn)行長時間的準(zhǔn)備才可能進(jìn)入虛擬世界，為此本發(fā)明還提供了穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備”，用戶只需配帶對應(yīng)的手套、腳套、支架套和頭盔，就可以操控綁覆在全身的每處關(guān)節(jié)上的感應(yīng)定位點(diǎn)，因此極具實(shí)用性。
由于采用動作放大法，用戶有身體和自我角色各肢體位置和姿勢并沒有完全對應(yīng)，因此不能單以感應(yīng)定位點(diǎn)的位置確定，但兩者的頭部(由其是眼睛)在虛擬世界中的位置和朝向是相同的。那如何說明用戶也能在虛擬世界確定坐標(biāo)？首先用戶的視覺通過眼鏡獲得，那眼鏡在虛擬世界的坐標(biāo)是可確定的，因?yàn)檠矍蚺c眼鏡的相對位置始終不變，因此，用戶眼球在虛擬世界的坐標(biāo)可定。
實(shí)施例2 —種虛擬設(shè)備它包括置身系統(tǒng)、全景系統(tǒng)、場景移動系統(tǒng)、動作判斷系統(tǒng)和動作放大系統(tǒng)。
A. 動作判斷系統(tǒng)可采用現(xiàn)有技術(shù)，如申請?zhí)枴?7198214. 7”所介紹的技術(shù)方案。
B. 動作放大系統(tǒng)詳見實(shí)施例1。
C. 全景系統(tǒng)所述全景系統(tǒng)是指虛擬世界過程中，虛擬世界畫面始終覆蓋用戶的全部視覺范圍，使用戶只能看到虛擬世界中的場景，而看不到現(xiàn)實(shí)中的場景；眼鏡上屏幕及其虛擬世界畫面均覆蓋用戶的全部視覺范圍；該技術(shù)可采用現(xiàn)有技術(shù)如專利號為為“200810066897. 2”的 《一種集成了 CMMB接收模塊的移動視頻眼鏡》。
D. 置身系統(tǒng)所述置身系統(tǒng)，滿足用戶和自我角色在虛擬世界中的位置相同，且用戶身體活動與自我角色活動同步，使用戶看自我角色的身體時，會誤以為是自己的現(xiàn)實(shí)中的身體；用戶身體活動與自我角色活動同步的方法是通過動作定位點(diǎn)控制系統(tǒng)確定用戶進(jìn)行的動作，通過相關(guān)動作確定用戶發(fā)出的指令內(nèi)容，繼而控制自我角色對就活動部位的活動。
E. 場景移動系統(tǒng)所述場景移動系統(tǒng)，利用虛擬世界中自我角色所在場景的反向動作，使用戶有正進(jìn)行各種移動或變身(身體縮小或放大或形狀變化)的錯覺；所述自我角色所在場景的確定方法包括1)直接在用戶頭部設(shè)有能與頭部同步發(fā)生位移的定位件；所述定位件上設(shè)有不在同一直線的三個定位感應(yīng)件，所述定位感應(yīng)件滿足在虛擬世界的位置可確定，從而確定出用戶的頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向；2)通過用戶頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向確定虛擬世界畫面。
本實(shí)施例中定位件的安裝位置重點(diǎn)在滿足可與頭部同步發(fā)生位置，因此還可以安裝在用戶頭部上的各種器具。
本實(shí)施例中用戶與自我角色在臉部運(yùn)用的同步關(guān)系也可以采用動作放大系統(tǒng)。
本實(shí)施例為使虛擬世界更逼真，包括嗅覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)和體力疲勞等隨機(jī)設(shè)障系統(tǒng)中一種或多種；所述體力疲勞的隨機(jī)設(shè)障系統(tǒng)，可結(jié)合穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備，如腳掌套件上連接一可伸縮的推進(jìn)機(jī)構(gòu)、手掌套件內(nèi)設(shè)一可收縮的手握器。
所述設(shè)障系統(tǒng)包括反作用感知裝置和被作用感知裝置；所述被作用感知裝置滿足當(dāng)虛擬世界中的任一物方作用于自我角色的某部位或某些部位時，設(shè)障系統(tǒng)會根據(jù)該物方動作特征作用于用戶的相應(yīng)部位上；反作用感知裝置滿足當(dāng)自我角色作用于虛擬世界任一物方時，系統(tǒng)首先根據(jù)自我角色的動作特征及該物方的即時狀態(tài)，判斷的自我角色被反作用的部位及反作用效果，所述設(shè)障系統(tǒng)則以等因子效果作用于用戶相應(yīng)的部位上。 所述設(shè)障系統(tǒng)根據(jù)自我角色的疲勞程度或最大運(yùn)動能力，改變反作用感知裝置和被作用感知裝置對用戶的荷載。
以下通過實(shí)例介紹虛擬世界前要先將用戶固定在某操控位上(如床上)，用戶動作任一肢體，在虛擬世界中的對應(yīng)人物則執(zhí)行完全的動作，目的在于用戶執(zhí)行任何一動作都可以在同一處操控位進(jìn)行，動作后，身體所在位置也不會變化，從而減少用戶的運(yùn)動空間。
讓用戶躺在或坐在控制臺上，使設(shè)障系統(tǒng)限制用戶各軀干的最大活動范圍，如腳板裝置彈性接觸用戶的腳板；手臂限位裝置以過盈配合套于用戶手臂上。
所述設(shè)障機(jī)構(gòu)設(shè)于在用戶允許動作的部位上方，在常態(tài)下使設(shè)障機(jī)構(gòu)與用戶的軀干保持一定距離(稱為自由空間)，使用戶各部位在不接觸到設(shè)障機(jī)構(gòu)的情況下，可不受作用進(jìn)行任意微動作；所述設(shè)障機(jī)構(gòu)設(shè)有彈性荷載活動區(qū)(稱為荷載空間)，當(dāng)用戶的軀干與設(shè)障機(jī)構(gòu)接觸，并繼續(xù)往彈力反方向運(yùn)動時，相應(yīng)部位需克服彈力做功。它的功能對應(yīng)如下1)用戶在自由空間和荷載空間的可移動的總和對應(yīng)于用戶的最大允許微動作幅度；2)當(dāng)用戶軀干作用于設(shè)障機(jī)構(gòu)，同時其動作符合機(jī)算機(jī)識別命令時；自我角色持續(xù)執(zhí)行虛擬允許動作，如連續(xù)轉(zhuǎn)身；3)當(dāng)用戶促發(fā)人機(jī)互動時，設(shè)障機(jī)構(gòu)表現(xiàn)為目標(biāo)對用戶的反作用；4)當(dāng)自我角色被虛擬世界中的物方作用時，設(shè)障機(jī)構(gòu)縮小自由空間，并作用于用戶的相應(yīng)軀干；12/13 頁5)當(dāng)自我角色運(yùn)動能力值提升時，設(shè)障機(jī)構(gòu)的負(fù)載減??；6)當(dāng)自我角色運(yùn)動能力值減弱時，如疲勞時，設(shè)障機(jī)構(gòu)的負(fù)載提高。
本發(fā)明的視頻設(shè)備并不限于通過眼睛觀看的設(shè)施，如專利號為“008200M. 6”的 “人體電子植入體及其人工視覺系統(tǒng)”已經(jīng)給出了通非眼睛使大腦獲得圖像的方法。
實(shí)施例3 —種游戲方法一種游戲方法，它付于自我角色具有超能力的方法，包括以下步驟1)創(chuàng)建自我角色除放大用戶體能以外的超能力虛擬允許動作方案；2)跟蹤用戶允許微動作變化，確定自我角色超能力虛擬允許動作的作用目標(biāo)；3)評價在實(shí)施超能力虛擬允許動作時，自我角色的超能力機(jī)能值，使被作用目標(biāo)等因子作形態(tài)變化。
本實(shí)施例所述的形態(tài)變化包括位置、形狀、狀態(tài)、物質(zhì)變化，其中形狀包括變形、流狀、顆粒狀間的變化等；狀態(tài)變化包括氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)間的轉(zhuǎn)變等；位置包括位移、運(yùn)動速度、加速度等運(yùn)動情況變化。
本發(fā)明所述虛擬環(huán)境至少還設(shè)有未來環(huán)境、過去環(huán)境、夢境其中一種或多種虛擬環(huán)境。
本發(fā)明可開放用戶在虛擬環(huán)境中重設(shè)物方參數(shù)的權(quán)限，使用戶可自行構(gòu)建、調(diào)整、 刪除虛擬環(huán)境。因此使用戶極易現(xiàn)將想像物實(shí)體化，相對于傳統(tǒng)工具具有不可想象的超越。
實(shí)施例4 一種空間設(shè)計(jì)或空間樣品的觀摩方法一種空間設(shè)計(jì)或空間樣品的觀摩方法，它包括以下步驟1)就空間設(shè)計(jì)或空間樣品進(jìn)行3d建模；2)使用戶運(yùn)用如權(quán)利要求1-4所述的人機(jī)互動的控制方法，控制自我角色在空間設(shè)計(jì)或空間樣品的3D建模內(nèi)實(shí)施虛擬動作。
實(shí)施例5 —種電影拍攝方法一種電影拍攝方法1)對電影場景進(jìn)行3D建模；2)使演員運(yùn)用權(quán)利要求1-4所述的人機(jī)互動的控制方法，控制自我角色在1)所述的 3D建模內(nèi)實(shí)施虛擬動作；3)錄制3D建模內(nèi)所需場景及自我角色實(shí)施虛擬動作的畫面。
實(shí)施例6 —種模擬實(shí)驗(yàn)的方法一種模擬實(shí)驗(yàn)的方法1)收錄已知自然規(guī)律，并建立運(yùn)算法則(x21、x22…x2n)… xn (xnl、xn2." xnn) ] = yl(yll>yl2··· yln) > y2 (y21> y22··· y2n) ··· yn (ynl> yn2··· ynn),其中xn是規(guī)律發(fā)生前的反應(yīng)主體，xrm是xn的計(jì)算參數(shù)；yn是規(guī)律發(fā)生后的新主體，yrm是 yn的計(jì)算參數(shù)；f是規(guī)律是運(yùn)算公式；2)用戶根據(jù)如權(quán)利要求20所述的人機(jī)互動的控制方法調(diào)整xn的xrm值至用戶設(shè)定值；3)使用戶根據(jù)如權(quán)利要求1-3所述的人機(jī)互動的控制方法，控制自我角色在虛擬環(huán)境中就xn進(jìn)行fl動作；4)根據(jù)步聚1所述運(yùn)算法則計(jì)算并記錄yn及其yrm值。17
本實(shí)施例中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)需要就一個規(guī)律的多次反應(yīng)，或多個規(guī)律的多次反應(yīng)，則根據(jù)需要重復(fù)執(zhí)行步驟2)-4)。
該實(shí)驗(yàn)方法，不僅不會產(chǎn)生傷害用戶風(fēng)險，而且零成本、實(shí)驗(yàn)精度極高。
實(shí)施例7 —種旅游方法一種旅游方法1)對旅游區(qū)進(jìn)行3d建模；2)使用戶運(yùn)用如權(quán)利要求1-4所述的游戲方法，控制自我角色在1)所述3D建模內(nèi)實(shí)施虛擬動作。
權(quán)利要求
1.一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于，用戶通過實(shí)施用戶允許微動作以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實(shí)施相應(yīng)的虛擬允許動作，它包括以下步驟1)在虛擬世界中創(chuàng)建自我角色；2)用戶身體無需離開用戶所在位置執(zhí)行微動作；3)跟蹤并識別用戶執(zhí)行微動作；并使用戶執(zhí)行任意微動作時，其身體都無需離開用戶所在位置；4)使自我角色放大執(zhí)行用戶的微動作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于限制用戶肢體的活動幅度，使被限制的相應(yīng)部分能完全執(zhí)行微動作而身體不離開所在位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于所述用戶允許微動作方案設(shè)有用戶或道具執(zhí)行該微動作的最大幅度M、對應(yīng)自我角色執(zhí)行相應(yīng)允許動作的最大幅度為N，設(shè)在t時間點(diǎn)上用戶執(zhí)行該微動作的幅度為Mt，對應(yīng)自我角色執(zhí)行相應(yīng)允許動作的幅度為Nt,則該系統(tǒng)滿足當(dāng)Mt彡M時，Nt = N ；當(dāng)Mt<M時，N>Nt>Mt。
4.如權(quán)利要求3所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于限制所述用戶允許微動作方案，使用戶以所述最大幅度M完成任一微動作時，軀干上除手掌和腳掌外的任意相鄰的兩部份的角度變化值小于30度。
5.如權(quán)利要求1任一權(quán)利要求所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于使自我角色與用戶在頭部、包括手腕的手掌、包括腳腕的腳掌其中的一處或多處部位執(zhí)行相同運(yùn)動幅度的動作。
6.如權(quán)利要求1所述的一種人機(jī)互動的控制方法，它至少還包括以下一個或多個步驟特征1)當(dāng)虛擬世界中的任一物方作用于自我角色的某部位或某些部位時，用戶的相應(yīng)部位會根據(jù)該物方動作特征被作用；2)當(dāng)自我角色作用于虛擬世界任一物方時，首先根據(jù)自我角色的動作特征及該物方的即時狀態(tài)，判斷的自我角色被反作用的部位及反作用效果，使用戶相應(yīng)的部位以等因子效果被作用；3)創(chuàng)建可被機(jī)算機(jī)識別的一套或一套以上的用戶允許微動作方案和一套或一套以上的虛擬允許動作方案；4)使用戶在人機(jī)互動過程中只能看到虛擬世界的動畫而看不到自己的身體；5)使虛擬世界的畫面覆蓋用戶的視角。
7.如權(quán)利要求6所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于可根據(jù)自我角色的疲勞程度或最大運(yùn)動能力，使用戶的相應(yīng)部位受到相應(yīng)比例且用戶能接受的載荷作用。
8.如權(quán)利要求1所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于它還采用了選擇法和/ 或組合法；所述是選擇法是當(dāng)用戶不具有自我角色相應(yīng)活動部位時，允許用戶自行選擇其他活動部位以代替；所述組合法是當(dāng)用戶活動部位數(shù)量少于自我角色的活動部位數(shù)量時， 在用戶身上設(shè)共享活動位以控制自我角色身上一個以上的活動部位。
9.如權(quán)利要求8所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于所述組合法還包括以下一個或多個步驟特征1)當(dāng)需切換自我角色活動部位時，可通過第3命令或利用其他活動關(guān)節(jié)共同選擇執(zhí)行不同的活動部位；2)使共享活動位與其他一個或多個活動部位組合，共同控制自我角色的活動方案。
10.如權(quán)利要求1所述的一種人機(jī)互動的控制方法，其特征在于它至少還包括跟蹤用戶微動作方法、自我角色所在場景的確定方法和反向動作控制方法其中之一個或多個方法；1)所述跟蹤用戶微動作方法是在用戶的N1、N2…Nn部位上分別設(shè)置定位感應(yīng)件，在用戶所在環(huán)境內(nèi)的不在同一直線上的位置設(shè)三個或三個以上測距裝置，并執(zhí)行以下步驟1.1建一虛擬三維坐標(biāo)系，并確定各測距裝置的坐標(biāo)，測出任意時間上每個任意定位感應(yīng)件到三個測距裝置上的距離，從出計(jì)算出每個定位感應(yīng)件在該時間點(diǎn)的三維坐標(biāo)；1. 2跟蹤在任意時間段t內(nèi)，定位感應(yīng)件N1、N2…Nn三維坐標(biāo)變化；1.3根據(jù)不同定位感應(yīng)件的三維坐標(biāo)隨時間的變化，描述在t時段內(nèi)用戶相應(yīng)部位的活動情況，并使自我角色的相應(yīng)部位同步放大執(zhí)行活動幅度；2)所述自我角色所在場景的確定方法包括以下步驟2.1先確定設(shè)在用戶頭部或間接設(shè)于用戶頭部的，能與頭部同步發(fā)生位移的定位件; 所述定位件上至少有不在同一直線的三點(diǎn)在虛擬世界的位置可確定，使得用戶的頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向均可確定；2. 2跟蹤用戶頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向，并通過用戶頭部在虛擬世界中的位置及面部朝向確定虛擬世界畫面，即成像設(shè)備的顯示畫面；3)所述反向動作控制方法，是使虛擬世界中自我角色所在場景執(zhí)行與自我角色頭部方向相反而矢量值相同的矢量動作，且兩者在分別以同一矢量動作和時間為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系中，其矢量動作時間圖以時間坐標(biāo)軸呈軸對稱關(guān)系。
11.一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，用戶通過實(shí)施微動作以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實(shí)施相應(yīng)的虛擬允許動作，其特征在于它包括顯示虛擬世界的成像設(shè)備、用戶允許微動作方案的識別捕捉設(shè)備和控制用戶與自我角色動作同步的同步控制系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求11所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于顯示虛擬世界的成像設(shè)備使虛擬世界的畫面覆蓋用戶的視角，并且用戶在人機(jī)互動過程中只能看到虛擬世界的動畫而看不到自己的身體。
13.如權(quán)利要求11所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于所述識別捕捉設(shè)備設(shè)有多個具有不同的區(qū)別特征的定位感應(yīng)件，以使計(jì)算機(jī)可識別定位點(diǎn)所對應(yīng)用戶部位。
14.如權(quán)利要求13所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括一穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備，包括手掌套件、手臂套件、頭部套件、腳掌套件、腿部套件、臀部套件和腰部套件中一種或多種；各套件上均設(shè)有一個或一個以上定位感應(yīng)件。
15.如權(quán)利要求11或12或13或14所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于它設(shè)有一設(shè)障系統(tǒng)，所述設(shè)障系統(tǒng)設(shè)有限位機(jī)構(gòu)，通過限位機(jī)構(gòu)限制用戶肢體的活動幅度，使被限制的相應(yīng)部位能以最大幅度M實(shí)施允許動作，并滿足用戶執(zhí)行任意允許動作時，身體無需離開所在位置。
16.如權(quán)利要求15所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于所述設(shè)障系統(tǒng)還設(shè)有反作用感知裝置和/或被作用感知裝置；通過所述被作用感知裝置，使虛擬世界中的任一物方作用于自我角色的某部位或某些部位時，設(shè)障系統(tǒng)會根據(jù)該物方動作特征作用于用戶的相應(yīng)部位上；通過所述反作用感知裝置，使自我角色作用于虛擬世界任一物方時，設(shè)障系統(tǒng)首先根據(jù)自我角色的動作特征及該物方的即時狀態(tài)，判斷的自我角色被反作用的部位及反作用效果，所述設(shè)障系統(tǒng)則以等因子效果作用于用戶相應(yīng)的部位上。
17.如權(quán)利要求16所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于所述設(shè)障系統(tǒng)可根據(jù)自我角色的疲勞程度或最大運(yùn)動能力，改變所述反作用感知裝置和所述被作用感知裝置對用戶的荷載。
18.如權(quán)利要求16或17所述的一種人機(jī)互動的控制系統(tǒng)，其特征在于它至少還具有以下一個或多個特征1)所述識別捕捉設(shè)備設(shè)有不同的區(qū)別特征的定位感應(yīng)件，以使計(jì)算機(jī)可識別定位點(diǎn)所對應(yīng)用戶部位；2)它還包括嗅覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)和體力疲勞的隨機(jī)設(shè)障系統(tǒng)中一種或多種；3)它還設(shè)有一穿套式定點(diǎn)控制設(shè)備，包括手掌套件、手臂套件、頭部套件、腳掌套件、腿部套件、臀部套件和腰部套件；各套件上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位件。
19.一種游戲方法，其特征在于如權(quán)利要求1所述虛擬環(huán)境至少還設(shè)有未來環(huán)境、過去環(huán)境、夢境其中一種或多種虛擬環(huán)境。
20.一種游戲方法，其特征在于它付于自我角色具有超能力的方法，包括以下步驟1)創(chuàng)建自我角色除放大用戶體能以外的超能力虛擬允許動作方案；2)跟蹤用戶允許微動作變化，確定自我角色超能力虛擬允許動作的作用目標(biāo)；3)評價在實(shí)施超能力虛擬允許動作時，自我角色的超能力機(jī)能值，使被作用目標(biāo)等因子作形態(tài)變化。
21.如權(quán)利要求19或20所述的一種游戲方法，其特征在于它開放了用戶在虛擬環(huán)境中重設(shè)物方參數(shù)的權(quán)限，使用戶可自行構(gòu)建、調(diào)整、刪除虛擬環(huán)境。
22.—種空間設(shè)計(jì)或空間樣品的觀摩方法，其特征在于它包括以下步驟1)就空間設(shè)計(jì)或空間樣品進(jìn)行3d建模；2)使用戶運(yùn)用如權(quán)利要求1-4所述的人機(jī)互動的控制方法，控制自我角色在空間設(shè)計(jì)或空間樣品的3D建模內(nèi)實(shí)施虛擬動作。
23.一種電影拍攝方法1)對電影場景進(jìn)行3D建模；2)使演員運(yùn)用權(quán)利要求1-4所述的人機(jī)互動的控制方法，控制自我角色在1)所述的 3D建模內(nèi)實(shí)施虛擬動作；3)錄制3D建模內(nèi)所需場景及自我角色實(shí)施虛擬動作的畫面。
24.一種模擬實(shí)驗(yàn)的方法1)收錄已知自然規(guī)律，并建立運(yùn)算法則f[xl(xll、xl2…xln)、x2 (x21、χ22···χ2η)… xn (xnl、xn2." xnn) ] = yl(yll> yl2··· yln) > y2 (y21> y22··· y2n) ··· yn (ynl> yn2··· ynn),其中xn是規(guī)律發(fā)生前的反應(yīng)主體，xrm是xn的計(jì)算參數(shù)；yn是規(guī)律發(fā)生后的新主體，yrm是 yn的計(jì)算參數(shù)；f是規(guī)律是運(yùn)算公式；2)用戶根據(jù)如權(quán)利要求21所述的人機(jī)互動的控制方法調(diào)整xn的xrm值至用戶設(shè)定3)使用戶根據(jù)如權(quán)利要求1-3所述的人機(jī)互動的控制方法，控制自我角色在虛擬環(huán)境中就xn進(jìn)行f 1動作；4)根據(jù)步聚1所述運(yùn)算法則計(jì)算并記錄yn及其yrm值。
25. 一種旅游方法1)對旅游區(qū)進(jìn)行3d建模；2)使用戶運(yùn)用如權(quán)利要求1-4所述的游戲方法，控制自我角色在1)所述3D建模內(nèi)實(shí)施虛擬動作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種人機(jī)互動的控制方法及其運(yùn)用，用戶通過實(shí)施用戶允許微動作以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實(shí)施相應(yīng)的虛擬允許動作，它包括以下步驟1)在虛擬世界中創(chuàng)建自我角色；2)用戶身體無需離開用戶所在位置執(zhí)行微動作；3)跟蹤并識別用戶執(zhí)行微動作；并使用戶執(zhí)行任意微動作時，其身體都無需離開用戶所在位置；4)使自我角色放大執(zhí)行用戶的微動作。本發(fā)明介紹的“動作放大系統(tǒng)”，可使用戶身體無需發(fā)生位移或者僅發(fā)生微小位移就可以實(shí)現(xiàn)全部虛擬世界賦予的全部功能或能力，使得用戶在虛擬世界全程中均只在同一處操控位上，同時還便于實(shí)現(xiàn)用戶的運(yùn)動部位和虛擬世界人物運(yùn)動部位一致，使用戶容易上手。
文檔編號G06F3/01GK102541260SQ201110458168
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者黃得鋒 申請人:黃得鋒