一種人機互動遊戲實現裝置及方法
2023-05-21 00:06:36 3
專利名稱：一種人機互動遊戲實現裝置及方法
技術領域：
本發明涉及人機互動領域，特別涉及一種人機互動遊戲實現裝置及方法。
背景技術：
隨著電子娛樂設備的普及，如SONY的PS遊戲機系列，任天堂的WII遊戲系列，已出現在家庭用戶的客廳裡，其所配備的遊戲，特別是射擊類遊戲，廣受青少年歡迎。這種配合遊戲機實用的射擊裝置也稱為光槍，已經成為了大多數遊戲機的標準配置，然而光槍並不發射光線，而是通過槍頭處的攝像頭或者光敏元件來是接收光線，通過掃描頻率來計算畫面坐標來判斷是否擊中目標，因而這種光槍只能用於固定的遊戲裝置，對於普通的液晶和投影設備不能夠使用。
另外一種常見的射擊類遊戲所使用的光槍是可以發射特定波長的雷射光線(如紅色、綠色或者紅外)，在設計目標物體上安裝若干光線接收元件，當雷射投射到這些接收元件上時，其感光，發出命中信號。這種遊戲裝置是純實物實現的，即光槍和射擊靶需要配套使用，而且這種遊戲簡單枯燥，因而多是面向低齡兒童。
隨著網絡上海量的遊戲軟體的出現，現在的遊戲方式已經轉向了使用滑鼠和鍵盤來進行互動，然而對於有些遊戲，特別是射擊類遊戲而言，這種滑鼠鍵盤的操作模式顯然難以達到理想的體驗效果，而類似PS，WII之類的遊戲光槍，其又無法使用。因此，如何提高人機互動遊戲的體驗感是急需解決的問題。發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提出一種人機互動遊戲實現裝置及方法，用主動發射式的光槍，在電腦、電視、投影屏幕上進行遠距離的直接射擊等遊戲等操作，將極大的提高遊戲的體驗感，因而也具有極其廣闊的市場，也將改變未來射擊類的遊戲方式。
為實現上述目的，本發明提供了一種人機互動遊戲實現裝置，該裝置包括光槍、 屏幕、攝像頭和裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；
所述屏幕，用於展示遊戲畫面；
所述光槍，包括雷射器，用於向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號;
所述攝像頭，用於將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；
所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦，用於依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
可選的，在本發明一實施例中，所述攝像頭端部設置濾光片，所述濾光片的中心波長與雷射器波長相等。
可選的，在本發明一實施例中，所述光槍還包括無線模塊和功能按鍵；
所述功能按鍵，用於發射出操控遊戲進程的無線信號；
所述無線模塊，用於將操作所述功能按鍵時發射出的無線信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦。
可選的，在本發明一實施例中，所述光槍還包括扳機；
所述扳機,用於控制所述雷射器發射雷射信號。
可選的，在本發明一實施例中，所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦包括系統標定模塊、光斑圖像坐標獲取模塊、光斑屏幕坐標獲取模塊和遊戲指令執行單元；
所述系統標定模塊，用於獲取所述攝像頭圖像坐標和所述屏幕坐標的對應關係；
所述光斑圖像坐標獲取模塊，用於獲取光斑中心的圖像坐標；
所述光斑屏幕坐標獲取模塊，用於根據所述系統標定模塊獲取的攝像頭圖像坐標和屏幕坐標的對應關係，將所述光斑圖像坐標獲取模塊獲取的光斑中心的圖像坐標轉換成光斑屏幕坐標；
所述遊戲指令執行模塊，用於根據所述光斑屏幕坐標獲取模塊獲取的光斑屏幕坐標來執行遊戲指令實現人機互動。
為實現上述目的，本發明還提供了一種人機互動遊戲實現方法，其特徵在於，該方法包括
屏幕展示遊戲畫面；
光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號；
攝像頭將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；
裝有光斑檢測和定位軟體的電腦依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
可選的，在本發明一實施例中，所述攝像頭端部設置濾光片，所述濾光片的中心波長與雷射器波長相等。
可選的，在本發明一實施例中，所述光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號包括；
發射出操控遊戲進程的無線信號；
將操作所述功能按鍵時發射出的無線信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦。
可選的，在本發明一實施例中，所述光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號還包括；
控制雷射信號。
可選的，在本發明一實施例中，所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動包括
獲取所述攝像頭圖像坐標和所述屏幕坐標的對應關係；
獲取光斑中心的圖像坐標；
根據獲取的攝像頭圖像坐標和屏幕坐標的對應關係，將獲取的光斑中心的圖像坐標轉換成光斑屏幕坐標；
根據獲取的光斑屏幕坐標來執行遊戲指令實現人機遊戲交互。
上述技術方案具有如下有益效果
通過本發明，用戶只需安裝一個攝像頭，即可通過雷射槍來進行遠距離的射擊等遊戲操作，從而不必再使用滑鼠、鍵盤的遊戲模式。相對於現有的雷射槍遊戲，其可以直接對電腦遊戲進行操作，而不必局限有實物的設計操作。與PS及WII的光槍相比，其對屏幕沒有任何要求，定位精度和響應速度均有巨大的優勢。系統成本低廉，兼容性好，具有重要的市場價值。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖I為本發明提出的一種人機互動遊戲實現裝置示意圖2為本發明提出的一種人機互動遊戲實現裝置中光槍的結構示意圖3為本發明提出的一種人機互動遊戲實現裝置中裝有光斑檢測和定位軟體的腦功能模塊圖4為本發明提出的一種人機互動遊戲實現方法流程圖5為本發明提出的一種人機互動遊戲實現的實施例示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖I所示，為本發明提出的一種人機互動遊戲實現裝置示意圖。該裝置包括光槍、屏幕、攝像頭和裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；
所述屏幕4，用於展示遊戲畫面；
所述光槍1，包括雷射器，用於向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號;
所述攝像頭2，用於將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；
目標點5:雷射投射的光斑點；
所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦6，用於依據所述攝像頭2傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍I發射的雷射信號形成的目標點5在所述屏幕4中的位置，並根據目標點5在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
可選的，在本發明一實施例中，所述攝像頭2端部設置濾光片，所述濾光片的中心波長與雷射器波長相等。
如圖2所示，為本發明提出的一種人機互動遊戲實現裝置中光槍的結構示意圖。 所述光槍I還包括無線模塊12和功能按鍵13 ；
所述功能按鍵13，用於發射出操控遊戲進程的無線信號；
所述無線模塊12，用於將操作所述功能按鍵13時發射出的無線信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦。
所述光槍還包括扳機14 ；
所述扳機14，用於控制所述雷射器發射雷射信號。
如圖3所示，為本發明提出的一種人機互動遊戲實現裝置中裝有光斑檢測和定位軟體的電腦功能模塊圖。所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦6包括系統標定模塊、光斑圖像坐標獲取模塊、光斑屏幕坐標獲取模塊和遊戲指令執行單元；
所述系統標定模塊61，用於獲取所述攝像頭圖像坐標和所述屏幕坐標的對應關係;
所述光斑圖像坐標獲取模塊62，用於獲取光斑中心的圖像坐標；
所述光斑屏幕坐標獲取模塊63，用於根據所述系統標定模塊61獲取的攝像頭圖像坐標和屏幕坐標的對應關係，將所述光斑圖像坐標獲取模塊62獲取的光斑中心的圖像坐標轉換成光斑屏幕坐標；
所述遊戲指令執行模塊64，用於根據所述光斑屏幕坐標獲取模塊63獲取的光斑屏幕坐標來執行遊戲指令實現人機互動。
如圖4所示，為本發明提出的一種人機互動遊戲實現方法流程圖。該方法包括
步驟401 :屏幕展示遊戲畫面；
步驟402 :光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號；
步驟403 :攝像頭將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；
步驟404:裝有光斑檢測和定位軟體的電腦依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
可選的，在本發明一實施例中，所述攝像頭端部設置濾光片，所述濾光片的中心波長與雷射器波長相等。
可選的，在本發明一實施例中，所述光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號包括；
發射出操控遊戲進程的無線信號；
將操作所述功能按鍵時發射出的無線信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦。
可選的，在本發明一實施例中，所述光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號還包括；
控制雷射信號。
可選的，在本發明一實施例中，所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動包括
獲取所述攝像頭圖像坐標和所述屏幕坐標的對應關係；
獲取光斑中心的圖像坐標；
根據獲取的攝像頭圖像坐標和屏幕坐標的對應關係，將獲取的光斑中心的圖像坐標轉換成光斑屏幕坐標；
根據獲取的光斑屏幕坐標來執行遊戲指令實現人機遊戲交互。實施例
如圖5所示，為本發明提出的一種人機互動遊戲實現的實施例示意圖。該實施例中的實現裝置包括
光槍I :用於發射雷射脈衝和相關控制信號；
攝像頭2 :用於捕捉雷射光斑信號，並將畫面傳輸給電腦；
投影機3 :用於遊戲畫面的輸出；
屏幕4 :用做投影機投射，也可以用大屏幕電腦或者電腦屏幕代替投影機；
目標點5:雷射投射的光斑點；
裝有光斑檢測和定位軟體的電腦6 :用於處理攝像頭畫面，檢測和定位出目標點 5，將其圖像坐標轉換為屏幕坐標。
具體技術手段詳述如下
光槍用於發射雷射脈衝和相關控制信號。
光槍I的主要組成部分如下
(I)雷射器可用650nm波段紅色雷射，525nm綠色雷射，或者850nm等紅外雷射模組，用於發射雷射光線信號，投射到目標物體上面；
(2)無線模塊可用2. 4G，藍牙，紅外等傳輸方式通過定義的功能按鍵，發射無線信號到電腦，如右鍵、滾輪鍵等信號，從而使的光槍具有更多的功能；
(3)功能按鍵定義不同的功能如不同的滑鼠鍵或者鍵盤鍵信號，從而實現不同的遊戲操作，並通過2. 4G模塊將信號發送至電腦端；
(4)扳機用於控制雷射器發射雷射光線信號；
(5 )電源用於裝置的供電，可選用AA電池，也可以使用USB接口，通過電腦USB埠供電，在這種有線連接方式下，USB線也可同時用做光槍控制按鍵的信號傳輸，避免可能出現的無線幹擾問題。
攝像頭2 :用於捕捉雷射的光線信號，並將圖像通過USB線傳輸到電腦。
攝像頭採用普通30FPS和VGA解析度即可。
攝像頭端加裝窄帶濾光片，濾光片的中心波長與雷射器相一致，比如採用650nm 雷射器，則攝像頭端採用650nm的窄帶濾光片，這樣可以確保攝像頭畫面儘可能少的受到其他波段的光線的影響，保證雷射光斑儘可能的亮。
投影機3 :用於對電腦遊戲等內容的大屏幕輸出，普通投影機即可。
屏幕4 :用於投影機投射的幕布等屏幕，也可以採用大屏幕電腦或者電腦屏幕，這樣就不需要投影機了。
目標點5雷射投射的光斑點。
裝有光斑檢測和定位軟體的電腦6 :連接投影機或者大屏幕用於輸出；連接攝像頭，用於處理攝像頭畫面；PC端需安裝光斑檢測和定位軟體，其工作流程如下
>系統標定此時攝像頭曝光時間設置為較大的數值，用於清晰獲取投影機投射出的棋盤格圖案，由軟體提取出棋盤格角點坐標，並通過H0M0GRAPHY矩陣估計，計算出攝像頭圖像坐標和計算機屏幕坐標的對應關係(該方法屬於業內常用方法，不做詳述)。當攝像頭和投影機(或者屏幕)相對位置固定之後，該標定只需要執行一次即可。
>光斑定位此時攝像頭曝光時間自動調整到較低的數值，由於雷射光斑本身亮度遠高於投影機或者屏幕及外界光線的亮度，因此在低曝光值下，所拍攝的畫面將只有光斑亮點，背景全黑，這樣通過閾值分割的方法，即可定位出光斑區域，並通過加權平均的方法計算出光斑中心的精確圖像坐標；
>結合標定所的變換矩陣，將光斑中心的圖像坐標，轉換為對應的電腦屏幕坐標， 當光斑出現時，定義為滑鼠左鍵按下，當光斑消失時，定義為左鍵抬起，這樣，發射一個雷射脈衝，則可完成一次滑鼠左鍵的點擊操作，對應遊戲中則意味著射擊等點擊動作。
>通過光槍上定義的若干按鍵，可以通過2. 4G向電腦發送其他的控制信號，如右鍵、滾動等等，實現更豐富的操作功能。
通過本發明，用戶只需安裝一個攝像頭，即可通過雷射槍來進行遠距離的射擊等遊戲操作，從而不必再使用滑鼠、鍵盤的遊戲模式。相對於現有的雷射槍遊戲，其可以直接對電腦遊戲進行操作，而不必局限有實物的設計操作。與PS及WII的光槍相比，其對屏幕沒有任何要求，定位精度和響應速度均有巨大的優勢。系統成本低廉，兼容性好，具有重要的市場價值。
以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種人機互動遊戲實現裝置，其特徵在於，該裝置包括光槍、屏幕、攝像頭和裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；所述屏幕，用於展示遊戲畫面；所述光槍，包括雷射器，用於向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號； 所述攝像頭，用於將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦，用於依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述攝像頭端部設置濾光片，所述濾光片的中心波長與雷射器波長相等。
3.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光槍還包括無線模塊和功能按鍵； 所述功能按鍵，用於發射出操控遊戲進程的無線信號；所述無線模塊，用於將操作所述功能按鍵時發射出的無線信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述光槍還包括扳機；所述扳機，用於控制所述雷射器發射雷射信號。
5.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦包括系統標定模塊、光斑圖像坐標獲取模塊、光斑屏幕坐標獲取模塊和遊戲指令執行單元；所述系統標定模塊，用於獲取所述攝像頭圖像坐標和所述屏幕坐標的對應關係； 所述光斑圖像坐標獲取模塊，用於獲取光斑中心的圖像坐標；所述光斑屏幕坐標獲取模塊，用於根據所述系統標定模塊獲取的攝像頭圖像坐標和屏幕坐標的對應關係，將所述光斑圖像坐標獲取模塊獲取的光斑中心的圖像坐標轉換成光斑屏幕坐標；所述遊戲指令執行模塊，用於根據所述光斑屏幕坐標獲取模塊獲取的光斑屏幕坐標來執行遊戲指令實現人機互動。
6.一種人機互動遊戲實現方法，其特徵在於，該方法包括屏幕展示遊戲畫面；光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號；攝像頭將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；裝有光斑檢測和定位軟體的電腦依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述攝像頭端部設置濾光片，所述濾光片的中心波長與雷射器波長相等。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號包括；發射出操控遊戲進程的無線信號；將操作所述功能按鍵時發射出的無線信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述光槍向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號還包括；控制雷射信號。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動包括獲取所述攝像頭圖像坐標和所述屏幕坐標的對應關係；獲取光斑中心的圖像坐標；根據獲取的攝像頭圖像坐標和屏幕坐標的對應關係，將獲取的光斑中心的圖像坐標轉換成光斑屏幕坐標；根據獲取的光斑屏幕坐標來執行遊戲指令實現人機遊戲交互。
全文摘要
本發明涉及一種人機互動遊戲實現裝置及方法，該裝置包括光槍、屏幕、攝像頭和裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；所述屏幕，用於展示遊戲畫面；所述光槍，包括雷射器，用於向所述屏幕展示的遊戲畫面上的目標物發射雷射信號；所述攝像頭，用於將所述屏幕上的遊戲畫面轉換成數字圖像信號傳輸至所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦；所述裝有光斑檢測和定位軟體的電腦，用於依據所述攝像頭傳輸的數字圖像信號，獲取所述光槍發射的雷射信號形成的光斑在所述屏幕中的位置，並根據光斑在屏幕中的位置執行遊戲命令來實現人機互動。
文檔編號G06F3/01GK102935288SQ20121042613
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者童家仙, 宋展 申請人:深圳市德力信科技有限公司