一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法及其運(yùn)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法及其運(yùn)用，用戶通過實(shí)施用戶允許微動(dòng)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(dòng)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(dòng)作；3）跟蹤并識(shí)別用戶執(zhí)行微動(dòng)作；并使用戶執(zhí)行任意微動(dòng)作時(shí)，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(dòng)作。本發(fā)明專利技術(shù)介紹的“動(dòng)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(shí)還便于實(shí)現(xiàn)用戶的運(yùn)動(dòng)部位和虛擬世界人物運(yùn)動(dòng)部位一致，使用戶容易上手。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種可使人機(jī)互動(dòng)的仿生虛擬世界的控制方法及運(yùn)用。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有技術(shù)中已給出了可人機(jī)互動(dòng)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(dòng)空間大，且運(yùn)動(dòng)存在局限性，如當(dāng)用戶已移動(dòng)到墻壁，但游戲自我角色下一動(dòng)作還需要用戶向墻壁的背向前進(jìn)，就會(huì)使用戶“撞墻”且無法繼續(xù)實(shí)施上述控制。而現(xiàn)有技術(shù)為了避免這種情況，一般采用如下方法 I)縮小自我角色的活動(dòng)空間(注意，這里說的是自我角色而非用戶)，以使用戶控制過程中不用移動(dòng)或盡量減小活動(dòng)，但這樣的方法使游戲的可玩性大大降低，其運(yùn)用價(jià)值也非常有限。2)限定自我角色所在環(huán)境，如申請(qǐng)?zhí)枮?01110065915的《仿生學(xué)運(yùn)動(dòng)》。3)限定自我角色活動(dòng)形式，如僅只能在指定路線內(nèi)駕駛汽車等移動(dòng)工具；該形式的目的在于避免，“虛擬角色通過肢體發(fā)生位移時(shí)，用戶在現(xiàn)實(shí)空間中也需要發(fā)生位移”。4)利用空載控制臺(tái)，如跑步機(jī)等方案，使用戶至在同個(gè)位置移動(dòng)，但也存在著用戶需要持續(xù)體能消耗，因此很難長時(shí)間持續(xù)進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)；另外這樣的控制臺(tái)“空載”的路徑非常有限，如用戶只能在跑步機(jī)傳送帶上的同一方向跑動(dòng)，而無法朝任意方向活動(dòng)，用戶也很難隨心運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)有技術(shù)除了無法實(shí)現(xiàn)自我角色如現(xiàn)實(shí)般可充分進(jìn)行自由活動(dòng)外，還存在機(jī)械控件多、成本高，而且攜帶不便等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種不必為保證自我角色和用戶的配合，而對(duì)虛擬世界進(jìn)行空間、環(huán)境、人機(jī)互動(dòng)形式等進(jìn)行限制的人機(jī)互動(dòng)方法及設(shè)備；或不必為保證自我角色如現(xiàn)實(shí)般可充分進(jìn)行自由活動(dòng)，而對(duì)虛擬世界進(jìn)行空間限制、環(huán)境限制、人機(jī)互動(dòng)形式等進(jìn)行限制的人機(jī)互動(dòng)方法及設(shè)備。為了便于理解本專利技術(shù)，特對(duì)所涉及的各術(shù)語進(jìn)行如下名詞解釋。(一)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(dòng)物方。(二)活動(dòng)部位在某些情況下，用戶并非全部部位的活動(dòng)都可以控制我自我角色相應(yīng)部位的活動(dòng)，尤其當(dāng)自我角色為非人類時(shí)，并沒有用戶身上的某些部位，因此本專利技術(shù)所指的“活動(dòng)部位”是指用戶身體上的部位，該部位對(duì)應(yīng)于自我角色可被控制的部位。另一方面，當(dāng)自我角色的活動(dòng)部位數(shù)多于用戶實(shí)際的活動(dòng)部位數(shù)時(shí)，則采用本專利技術(shù)介紹的其他方法；另外本文所稱的活動(dòng)部位也可指活動(dòng)關(guān)節(jié)，所述活動(dòng)關(guān)節(jié)并非僅限于骨架連接處，它泛指人體上可活動(dòng)的任何部位，如整個(gè)上臂上的任一點(diǎn)或點(diǎn)組合。特別指出本專利技術(shù)所稱的手掌如圖2所示手掌I包括手腕11在內(nèi)的所有手掌上的關(guān)節(jié)，如手指12，在評(píng)估手掌動(dòng)作時(shí)，手掌中的各關(guān)節(jié)可以單獨(dú)評(píng)估控制指令，同時(shí)可以使其中一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)可以控制自我角色的手掌的相應(yīng)關(guān)節(jié)進(jìn)行動(dòng)作。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，在評(píng)估腳掌動(dòng)作時(shí)，腳掌中的各關(guān)節(jié)可以單獨(dú)評(píng)估控制指令，同時(shí)可以使其中一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)可以控制自我角色的腳掌的相應(yīng)關(guān)節(jié)進(jìn)行動(dòng)作。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(dòng)幅度的動(dòng)作，用戶更容易掌握本專利技術(shù)的控制方法。(三)用戶允許微動(dòng)作方案當(dāng)用戶實(shí)施的動(dòng)作方案中包含一個(gè)或一個(gè)組微動(dòng)作時(shí)，可以對(duì)虛擬角色發(fā)出一控制指令，則該動(dòng)作方案稱之為用戶允許微動(dòng)作方案；這里可對(duì)動(dòng)作方案進(jìn)行條件限制，所述條件尤其包括限定不發(fā)出命令的情形(即用戶動(dòng)作符合不發(fā)出命令情形的或不符合發(fā)出命令情形的，該動(dòng)作不對(duì)自我角色發(fā)出命令)；當(dāng)用戶的多個(gè)部 位動(dòng)作時(shí)，可優(yōu)選關(guān)聯(lián)于自我角色頭部的運(yùn)動(dòng)矢量和視覺矢量，所述運(yùn)動(dòng)矢量如速度、位移等；所述視覺矢量如自我角色的體積變化、視野篇幅大小變化等。使確保實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的前提下，使用戶在操控過程中，不離開操控臺(tái)的方法主要包括1、至少考慮兩個(gè)或以上不同部位的命令發(fā)出順序，即當(dāng)多個(gè)活動(dòng)部位的符合發(fā)出動(dòng)作指令時(shí)，尤其考慮I個(gè)或I個(gè)以上部位的命令發(fā)出。(四)微動(dòng)作用戶發(fā)出比自己期望幅度值小的動(dòng)作，且該動(dòng)可讓自我角色發(fā)出與用戶期望值相同幅度的動(dòng)作，具體表現(xiàn)為先規(guī)定一動(dòng)作幅度上限為Mm，且使Mm小于用戶的運(yùn)動(dòng)極限；就該動(dòng)作規(guī)定自我角色對(duì)應(yīng)的虛擬動(dòng)作幅度上限為Nm(—般情況下，使NmS用戶的運(yùn)動(dòng)極限)，且設(shè)在t時(shí)間點(diǎn)上用戶執(zhí)行該動(dòng)作的幅度為Mt，對(duì)應(yīng)自我角色的虛擬動(dòng)作幅度為Nt,則滿足當(dāng)Mt彡M時(shí)Nt = N、當(dāng)Mt〈M時(shí)N>Nt>Mt ;當(dāng)系統(tǒng)通過上述規(guī)則放大用戶動(dòng)作的，稱被依上述規(guī)則放大的用戶動(dòng)作為微動(dòng)作。如先規(guī)定用戶手臂抬起5度時(shí)，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；再規(guī)定用戶期望將手抬高30度，而實(shí)際上只抬高I度的動(dòng)作；所述微動(dòng)作一般表現(xiàn)如手臂微動(dòng)、腳微曲，另外應(yīng)針對(duì)不同部位規(guī)定幅度上限(即不同部位的幅度上限有所不同)，再者優(yōu)選使相應(yīng)部位相對(duì)于默認(rèn)位置的位移上限小于IOcm0動(dòng)作放大為了力求用戶的真實(shí)感受，及在互動(dòng)過程的同步需求，設(shè)定以下三個(gè)規(guī)則 一、命令優(yōu)先規(guī)則 至少使兩個(gè)指標(biāo)具有不同的優(yōu)先級(jí)(如位移指標(biāo)和力度指標(biāo))，本專利技術(shù)優(yōu)選方案中，使力度指標(biāo)的放大指令優(yōu)先于位移指標(biāo)的放大命令。二、與人體感動(dòng)能力匹配規(guī)則 1、在人體感知能力范圍內(nèi)，使自我角色至少放大執(zhí)行微動(dòng)作的位移指標(biāo)和力度指標(biāo)； 2、當(dāng)超過人體感知能力范圍，使自我角色至少放大執(zhí)行微動(dòng)作的速度指標(biāo)、位移指標(biāo)和力度指標(biāo)。這里尤其指出 1)用戶執(zhí)行某允許動(dòng)作時(shí)，實(shí)際的運(yùn)動(dòng)極限均大于該允許動(dòng)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(dòng)作放大系統(tǒng)時(shí)，最好通過對(duì)用戶肢體的限制只允許其進(jìn)行小幅度的微動(dòng)作； 2)某些部位，有時(shí)需執(zhí)行微動(dòng)作，有時(shí)不需要執(zhí)行微動(dòng)作； 3)為了使用戶動(dòng)作都不離開操控臺(tái)，可使用戶的幅度上限規(guī)定小至滿足位移指標(biāo)小于 3cm。三、其他規(guī)則1、至少有一個(gè)活動(dòng)部位，當(dāng)用戶朝背向操控位方向的動(dòng)作被放大的比例不小于其他方向被放大的比例，優(yōu)先選擇大于其他方向被放大的比例。(五)虛擬允許動(dòng)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(dòng)作或動(dòng)作方案，所述動(dòng)作方案包括連續(xù)的動(dòng)作組合、動(dòng)作力度、速度等。(六)評(píng)價(jià)動(dòng)作幅度的指標(biāo)可以是涉及執(zhí)行允許微動(dòng)作方案的活動(dòng)部位的位移、角度、速度、弧度、振動(dòng)頻率(反復(fù)執(zhí)行某同一動(dòng)作的頻率)、姿勢(shì)變化等，特別指出評(píng)價(jià)一個(gè)動(dòng)作幅度可以同時(shí)涉及兩個(gè)或以上指標(biāo)；上述各指標(biāo)可以根據(jù)任意現(xiàn)有技術(shù)或公識(shí)常識(shí)規(guī)定，如所述角度可以是被跟蹤部位在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的夾角等，對(duì)應(yīng)的用戶允許微動(dòng)作方案可規(guī)定當(dāng)用戶以最大幅度M完成任一微動(dòng)作時(shí)，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(dòng)作方案涉及上臂和下臂的角度，在實(shí)施該動(dòng)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(shì))并不要求相同或類似。(七)反向動(dòng)作自我角色所在的虛擬世界場(chǎng)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(dòng)作；所述矢量動(dòng)作可以是任意時(shí)間點(diǎn)上相對(duì)于默認(rèn)點(diǎn)的位移變化、相對(duì)于默認(rèn)體積值的體積變化，如圖1所示以矢量動(dòng)作為縱坐標(biāo)，以時(shí)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(chǎng)景對(duì)應(yīng)曲線圖以橫坐標(biāo)呈軸對(duì)稱關(guān)系，如從時(shí)間點(diǎn)tl到時(shí)間點(diǎn)t2，用戶要自我角本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法，專門針對(duì)用戶置身于控制臺(tái)上而進(jìn)行的人機(jī)互動(dòng)，專門針對(duì)在虛擬世界中建立自我角色，通過用戶動(dòng)作控制自我角色實(shí)施一個(gè)或以上虛擬允許動(dòng)作，并要求至少有一個(gè)或一組虛擬允許動(dòng)作可使自我角色僅通過肢體與虛擬世界物方的作用，實(shí)現(xiàn)自我角色在虛擬世界中位置發(fā)生變化且與該物方發(fā)生相對(duì)位移;所述人機(jī)互動(dòng)控制方法至少包括如下情形：通過用戶的腳參與控制自我角色的腳，并使自我角色走路；其特征在于：使用戶通過實(shí)施用戶允許微動(dòng)作方案以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實(shí)施相應(yīng)的虛擬允許動(dòng)作方案；?所述允許微動(dòng)作方案至少包括一個(gè)或以上的微動(dòng)作；所述微動(dòng)作是指按如下規(guī)則控制自我角色的用戶動(dòng)作：規(guī)定一用戶動(dòng)作的幅度上限為Mm，且使Mm小于用戶的運(yùn)動(dòng)極限；?就該動(dòng)作規(guī)定自我角色對(duì)應(yīng)的虛擬動(dòng)作幅度上限為Nm且Nm>Mm;設(shè)在t時(shí)間點(diǎn)上用戶執(zhí)行該動(dòng)作的幅度為Mt,對(duì)應(yīng)自我角色執(zhí)行相應(yīng)的虛擬動(dòng)作幅度為Nt,則滿足：當(dāng)Mt≥Mm時(shí)Nt＝Nm、當(dāng)MtNt>Mt；在以下部位中至少有兩個(gè)或以上部位涉及執(zhí)行允許微動(dòng)作方案：頭部、脖子、腰部、上臂、下臂、寬部、上腿、下腿、手掌和腳掌；控制用戶身上至少兩處不同部位被放大比例方案不同，以實(shí)現(xiàn)虛擬角色的任意活動(dòng)，用戶都無需離開控制臺(tái)。...

【技術(shù)特征摘要】
2011.12.24 CN 201110438933.51.一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法，專門針對(duì)用戶置身于控制臺(tái)上而進(jìn)行的人機(jī)互動(dòng)，專門針對(duì)在虛擬世界中建立自我角色，通過用戶動(dòng)作控制自我角色實(shí)施一個(gè)或以上虛擬允許動(dòng)作，并要求至少有一個(gè)或一組虛擬允許動(dòng)作可使自我角色僅通過肢體與虛擬世界物方的作用，實(shí)現(xiàn)自我角色在虛擬世界中位置發(fā)生變化且與該物方發(fā)生相對(duì)位移；所述人機(jī)互動(dòng)控制方法至少包括如下情形通過用戶的腳參與控制自我角色的腳，并使自我角色走路；其特征在于使用戶通過實(shí)施用戶允許微動(dòng)作方案以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實(shí)施相應(yīng)的虛擬允許動(dòng)作方案； 所述允許微動(dòng)作方案至少包括一個(gè)或以上的微動(dòng)作； 所述微動(dòng)作是指按如下規(guī)則控制自我角色的用戶動(dòng)作規(guī)定一用戶動(dòng)作的幅度上限為Mm,且使Mm小于用戶的運(yùn)動(dòng)極限；就該動(dòng)作規(guī)定自我角色對(duì)應(yīng)的虛擬動(dòng)作幅度上限為Nm且設(shè)在t時(shí)間點(diǎn)上用戶執(zhí)行該動(dòng)作的幅度為Mt，對(duì)應(yīng)自我角色執(zhí)行相應(yīng)的虛擬動(dòng)作幅度為Nt,則滿足當(dāng)Mt > Mm時(shí)Nt = Nm、當(dāng)Mt〈Mm時(shí)Nm>Nt>Mt ； 在以下部位中至少有兩個(gè)或以上部位涉及執(zhí)行允許微動(dòng)作方案頭部、脖子、腰部、上臂、下臂、寬部、上腿、下腿、手掌和腳掌； 控制用戶身上至少兩處不同部位被放大比例方案不同，以實(shí)現(xiàn)虛擬角色的任意活動(dòng)，用戶都無需離開控制臺(tái)。2.如權(quán)利要求1所述的一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法，其特征在于它包括以下步驟 1)確定用戶身上可發(fā)出命令的部位N集合，確定其中需執(zhí)行微動(dòng)作的活動(dòng)部位NI集合；并規(guī)定NI集合中各部位執(zhí)行微動(dòng)作的情形Xl ； 2)確定自我角色可被控制的部位M集合,及M集合中各部位與N集合中各部位的對(duì)應(yīng)關(guān)系; 3)確定在一種或多種Xl情形下，NI集合中各部位被M集合中相應(yīng)部位的放大比例方案； 4)跟蹤并識(shí)別N集合中的各部位執(zhí)行允許微動(dòng)作方案；并根據(jù)步驟3)使自我角色執(zhí)行虛擬允許動(dòng)作。3.如權(quán)利要求2所述的一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法，其特征在于至少有一套允許微動(dòng)作方案規(guī)定了用戶身上nl個(gè)活動(dòng)部位需執(zhí)行微動(dòng)作，n2個(gè)活動(dòng)部位不執(zhí)行微動(dòng)作，其中nl彡2，n2彡O ;相應(yīng)的 步驟I)在部位N集合中，增加規(guī)定不需執(zhí)行微動(dòng)作的部位N2集合； 步驟3)增加就N2集合中各個(gè)部位確定M集合中的對(duì)應(yīng)部位，并規(guī)定N2集合中各部位與M集中相應(yīng)部位執(zhí)行相同動(dòng)作幅度或縮小動(dòng)作幅度。4.如權(quán)利要求2或3所述的一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法，其特征在于步驟2)中就NI集合中的部位還規(guī)定了不執(zhí)行微動(dòng)作的情形X2;步驟3)還規(guī)定了在X2情形下，NI中各個(gè)部位對(duì)相應(yīng)M中的部位應(yīng)執(zhí)行相同動(dòng)作幅度或縮小動(dòng)作幅度。5.如權(quán)利要求2所述的一種人機(jī)互動(dòng)的控制方法，其特征在于步驟4)中跟蹤并識(shí)別N集合執(zhí)行允許微動(dòng)作方案的方法是跟蹤識(shí)別N集合中各活動(dòng)部位對(duì)應(yīng)的肌肉的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃得鋒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：黃得鋒，
類型：發(fā)明
國別省市：