專利名稱：一種人機互動的控制方法及其運用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可使人機互動的仿生虛擬世界的控制方法及運用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已給出了可人機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動空間大，且運動存在局限性，如當(dāng)用戶已移動到墻壁，但游戲自我角色下一動作還需要用戶向墻壁的背向前進，就會使用戶“撞墻”且無法繼續(xù)實施上述控制。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，其運用價值也非常有限。2)限定自我角色所在環(huán)境，如申請?zhí)枮?01110065915的《仿生學(xué)運動》。3)限定自我角色活動形式，如僅只能在指定路線內(nèi)駕駛汽車等移動工具；該形式的目的在于避免，“虛擬角色通過肢體發(fā)生位移時，用戶在現(xiàn)實空間中也需要發(fā)生位移”。4)利用空載控制臺，如跑步機等方案，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)進行人機互動；另外這樣的控制臺“空載”的路徑非常有限，如用戶只能在跑步機傳送帶上的同一方向跑動，而無法朝任意方向活動，用戶也很難隨心運動?，F(xiàn)有技術(shù)除了無法實現(xiàn)自我角色如現(xiàn)實般可充分進行自由活動外，還存在機械控件多、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不必為保證自我角色和用戶的配合，而對虛擬世界進行空間、環(huán)境、人機互動形式等進行限制的人機互動方法及設(shè)備；或不必為保證自我角色如現(xiàn)實般可充分進行自由活動，而對虛擬世界進行空間限制、環(huán)境限制、人機互動形式等進行限制的人機互動方法及設(shè)備。為了便于理解本發(fā)明，特對所涉及的各術(shù)語進行如下名詞解釋。(一)自我角色指在虛擬世界中，可被用戶操控的，并被用戶認為是自己的虛擬角色，可是人類或任意活動物方。(二)活動部位在某些情況下，用戶并非全部部位的活動都可以控制我自我角色相應(yīng)部位的活動，尤其當(dāng)自我角色為非人類時，并沒有用戶身上的某些部位，因此本發(fā)明所指的“活動部位”是指用戶身體上的部位，該部位對應(yīng)于自我角色可被控制的部位。另一方面，當(dāng)自我角色的活動部位數(shù)多于用戶實際的活動部位數(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部位也可指活動關(guān)節(jié)，所述活動關(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或點組合。特別指出本發(fā)明所稱的手掌如圖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，在評估手掌動作時，手掌中的各關(guān)節(jié)可以單獨評估控制指令，同時可以使其中一個或多個關(guān)節(jié)可以控制自我角色的手掌的相應(yīng)關(guān)節(jié)進行動作。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，在評估腳掌動作時，腳掌中的各關(guān)節(jié)可以單獨評估控制指令，同時可以使其中一個或多個關(guān)節(jié)可以控制自我角色的腳掌的相應(yīng)關(guān)節(jié)進行動作。另外經(jīng)實驗我們發(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)行相同運動幅度的動作，用戶更容易掌握本發(fā)明的控制方法。(三)用戶允許微動作方案當(dāng)用戶實施的動作方案中包含一個或一個組微動作時，可以對虛擬角色發(fā)出一控制指令，則該動作方案稱之為用戶允許微動作方案；這里可對動作方案進行條件限制，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，該動作不對自我角色發(fā)出命令)；當(dāng)用戶的多個部 位動作時，可優(yōu)選關(guān)聯(lián)于自我角色頭部的運動矢量和視覺矢量，所述運動矢量如速度、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。使確保實現(xiàn)本發(fā)明目的的前提下，使用戶在操控過程中，不離開操控臺的方法主要包括1、至少考慮兩個或以上不同部位的命令發(fā)出順序，即當(dāng)多個活動部位的符合發(fā)出動作指令時，尤其考慮I個或I個以上部位的命令發(fā)出。(四)微動作用戶發(fā)出比自己期望幅度值小的動作，且該動可讓自我角色發(fā)出與用戶期望值相同幅度的動作，具體表現(xiàn)為先規(guī)定一動作幅度上限為Mm，且使Mm小于用戶的運動極限；就該動作規(guī)定自我角色對應(yīng)的虛擬動作幅度上限為Nm(—般情況下，使NmS用戶的運動極限)，且設(shè)在t時間點上用戶執(zhí)行該動作的幅度為Mt，對應(yīng)自我角色的虛擬動作幅度為Nt,則滿足當(dāng)Mt彡M時Nt = N、當(dāng)Mt〈M時N>Nt>Mt ;當(dāng)系統(tǒng)通過上述規(guī)則放大用戶動作的，稱被依上述規(guī)則放大的用戶動作為微動作。如先規(guī)定用戶手臂抬起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；再規(guī)定用戶期望將手抬高30度，而實際上只抬高I度的動作；所述微動作一般表現(xiàn)如手臂微動、腳微曲，另外應(yīng)針對不同部位規(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)部位相對于默認位置的位移上限小于IOcm0動作放大為了力求用戶的真實感受，及在互動過程的同步需求，設(shè)定以下三個規(guī)則
一、命令優(yōu)先規(guī)則
至少使兩個指標(biāo)具有不同的優(yōu)先級(如位移指標(biāo)和力度指標(biāo))，本發(fā)明優(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)行某允許動作時，實際的運動極限均大于該允許動作的最大幅度，而為了更有效實現(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行小幅度的微動作；
2)某些部位，有時需執(zhí)行微動作，有時不需要執(zhí)行微動作；
3)為了使用戶動作都不離開操控臺，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、至少有一個活動部位，當(dāng)用戶朝背向操控位方向的動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)虛擬允許動作方案虛擬世界賦予自我角色或虛擬世界中器具可以進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。(六)評價動作幅度的指標(biāo)可以是涉及執(zhí)行允許微動作方案的活動部位的位移、角度、速度、弧度、振動頻率(反復(fù)執(zhí)行某同一動作的頻率)、姿勢變化等，特別指出評價一個動作幅度可以同時涉及兩個或以上指標(biāo)；上述各指標(biāo)可以根據(jù)任意現(xiàn)有技術(shù)或公識常識規(guī)定，如所述角度可以是被跟蹤部位在兩個時間點上的夾角等，對應(yīng)的用戶允許微動作方案可規(guī)定當(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。(七)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；所述矢量動作可以是任意時間點上相對于默認點的位移變化、相對于默認體積值的體積變化，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tl到時間點t2，用戶要自我角色朝東南方向前進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米就可實現(xiàn)；再如從時間點tl到時間點t2，用戶要自我角色全身等比例變大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，判斷原則可以是包括眼睛大小和\或雙眼間距的變化，這里的眼睛大小變化可以從所獲得視野變化進行評估；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。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案為
一、提供一種用戶無需離開控制臺，尤其無需在“操控位”上發(fā)生位移，而連續(xù)執(zhí)行對自我角色進行各種控制的方法，該方法可滿足不必為保i正自我角色和用戶的配合，而對虛擬世界講行空間、環(huán)境、人機互動形式等講行限制。本發(fā)明是對用戶動作通過“先限制而后放大”的方法實現(xiàn)上述技術(shù)效果，該方法包括
使用戶通過實施用戶允許微動作方案以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實施相應(yīng)的虛擬允許動作方案；
在以下部位中至少有兩個或以上部位涉及執(zhí)行允許微動作方案頭部、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，以實現(xiàn)虛擬角色的任意活動，用戶都無需離開控制臺。優(yōu)化方案1:
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5度以內(nèi)。 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、虛擬世界接收用戶指令的方法:
它是通過動作定位點控制系統(tǒng)確定用戶進行的動作，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。所述動作定位點控制系統(tǒng)是在用戶身上或道具上設(shè)有I個或I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的距離，從而計算出各定位感應(yīng)件在任意時間點上的三維坐標(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n個可單獨活動部位，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)活動部位進行對應(yīng)，則在用戶在各對應(yīng)活動部位上分別設(shè)置N1、N2…Nn共N個定位感應(yīng)件，并跟蹤在任意時間點t時，N1、N2…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)活動部位進行對應(yīng)時，假設(shè)存在若干不能找到對應(yīng)關(guān)系的活動部位Mx，先使用戶的活動部位Nx可選擇控制自我角色的Mxl、Mxl…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部位Nx確定對應(yīng)控制活動部位后，可以單獨直接控制；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部位共同選擇執(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，所述活動部位設(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?！巴ㄟ^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)件上的不同涂點密度或涂點規(guī)則。三、它還包括嗅覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)和體力疲勞的隨機設(shè)障系統(tǒng)中一種或多種:
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)障機構(gòu)對該部位的負載就越大，用戶執(zhí)行該動作就越難，實之具有類同的感覺，游戲更真實。四、本發(fā)明還介紹了一種適用于上沭虛擬世界方法的穿套式定點控制設(shè)備”:
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。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、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、脊椎中點上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位點。本設(shè)備旨在通過定位于用戶身上的各感應(yīng)定位點的位置完全確定任一時間點上用戶的位置和姿勢，本設(shè)備也未局限于上述感應(yīng)定位點在上述關(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講入虛擬世界的方法:
實現(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)明因為用戶的身體無需離開所在位置，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操控，而不會因為體力不支，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)明進行相應(yīng)的人機互動；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，以達到控制自我角色自由活動用戶本已缺失活動肌能的部位。該方法可極大延長用戶活動時間或減小運動能耗，這里的活動尤其指用戶能實現(xiàn)且生活中可經(jīng)常執(zhí)行的復(fù)雜動作，如跳健美操，打藍球等而非僅含單一動作(如跑步)，假設(shè)一用戶的跳某一健美操只能堅持20分鐘，而通過本發(fā)明控制自我角色跳相同健美操的，該用戶可堅持遠超超過20分鐘。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，同時還便于實現(xiàn)用戶的運動部位和虛擬世界人物運動部位一致，使用戶容易上手。本發(fā)明介紹的三點定位法，使機算機能人體無法感知的速度，使自我角色與用戶同步實施各項動作，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”進行相關(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行相關(guān)動作，該設(shè)備的運用，有效縮短用戶在進入虛擬世界前的準(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行虛擬世界。本發(fā)明介紹的“感應(yīng)定位點系統(tǒng)”，可使系統(tǒng)通過跟蹤各定位點發(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“穿套式定點控制設(shè)備”，使之純以機械結(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，各定位點均被定位于用戶身上的各對應(yīng)部位，且用戶只實施微動作，因此各定位點移動位移因非常小，因此可實現(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”，可實現(xiàn)自我角色上活動部位數(shù)大于感應(yīng)定位點數(shù)。通過本發(fā)明可實現(xiàn)自我角色“可如用戶在現(xiàn)實般”充分、自由動作。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


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。
具體實施例方式實施例1 一種人機互動的控制方法
一種人機互動的控制方法，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)庫》；并規(guī)定了《動作放大規(guī)則》和《人機互動規(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》。1、用戶微動作數(shù)據(jù)庫
1.D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)就活動部位的動作幅度規(guī)定評價指標(biāo)，包括位移、相鄰關(guān)節(jié)角度變化值、移動速度、抖動頻率等；旨在具體規(guī)定活動部位發(fā)出命令的形式。1. 3)規(guī)定各評價指標(biāo)的上限；通過規(guī)定不同部位的幅度上限，以協(xié)助確保用戶無需離開“操控位”而可而連續(xù)執(zhí)行任意控制動作。2、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。3、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；根據(jù)不同虛擬動作部位的動作幅度確定相對用戶活動部位運動幅度的放大倍數(shù)。4、人機互動規(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)庫》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)庫》的“虛擬動作部位”。4. 2)《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》的“活動部位評價指標(biāo)”關(guān)聯(lián)于《自我角色虛擬動作數(shù)據(jù)庫》的“虛擬動作部位的動作參數(shù)”。5、動作放大規(guī)則
5.1)通過《用戶微動作數(shù)據(jù)庫》的“規(guī)定不同評價指標(biāo)的上限”的限制《人機互動規(guī)則》的4.1)條款。5.2)微動作規(guī)則設(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Mm、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Nm、在t時間點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 > Mm時，Nt = Nm ;當(dāng)Mt〈Mm時，Nm>Nt>Mt。5. 3)用戶不離開操控臺的執(zhí)行方案
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)行微動作的活動部位NI集合；并規(guī)定NI集合中各部位執(zhí)行微動作的情形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(所述部位可以是組合形式，如兩個或多個部位組成一個部位組，可通過對其形狀或分布或移動速度進行評價幅度);
4)跟蹤并識別N集合中的各部位執(zhí)行允許微動作方案；并根據(jù)步驟3)使自我角色執(zhí)行虛擬允許動作。至少有一套允許微動作方案規(guī)定了用戶身上nl個活動部位需執(zhí)行微動作，n2個活動部位不執(zhí)行微動作，其中nl > 2，n2 ^ 0;相應(yīng)的
步驟I)在部位N集合中，增加規(guī)定不需執(zhí)行微動作的部位N2集合；
步驟3)增加就N2集合中各個部位確定M集合中的對應(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)行相同動作幅度或縮小動作幅度；
步驟2)中就NI集合中的部位還規(guī)定了不執(zhí)行微動作的情形X2 ；
步驟3)還規(guī)定了在X2情形下，各個部位NI對相應(yīng)部位M應(yīng)執(zhí)行相同動作幅度或縮小動作幅度；
步驟4)中跟蹤并識別N集合執(zhí)行允許微動作方案的方法是跟蹤識別N集合中各活動部位對應(yīng)的肌肉的活動情況，以確定用戶的活動意圖。至少有兩處可以實施微動作的活動部位在實施同一套允許微動作方案時，至少具有以下一個特征
1)被自我角色放大的比例方案不同；
2)可執(zhí)行微動作的動作幅度上限不同；
3)評價可執(zhí)行微動作的動作幅度的指標(biāo)不同；
4)對應(yīng)自我角色允許動作的最大幅度不同；
5)對應(yīng)自我角色的動作幅度上限不同；
6)評價對應(yīng)自我角色的動作幅度的指標(biāo)不同。為實現(xiàn)用戶不離開操控臺，應(yīng)首先考慮自我角色與虛擬環(huán)境中的物方(如地面)接觸時，而可以使自我角色發(fā)生位移的部位(腿或腳掌)，并通過微動作規(guī)則放大用戶相應(yīng)部位的動作。上述可以一套允許微動作方案中規(guī)定了不同部位的放大比例。上述可以有多套允許微動作，各套允許微動作就相同活動部位規(guī)定了不同的方大比例。5. 4)根據(jù)動作組合、自我角色狀態(tài)及虛擬世界環(huán)境共同觸發(fā)情形命令
動作組合為函數(shù)Ml,函數(shù)Ml的變量為活動部位的動作幅度；自我角色狀態(tài)為函數(shù)M2,函數(shù)M2的變量包括自我角色的動能或動量；
虛擬世界環(huán)境為函數(shù)M3,函數(shù)M2的變量包括與自我角色接觸的物方動能或動量,所述物方包括地面等可以使自我角色發(fā)生位移的接觸環(huán)境。通過計算X(Ml、M2、M3)判斷虛擬角色應(yīng)執(zhí)行的放大比例方案；
以任意部位Sn規(guī)定進行微動作的情形Xl集合,即符合Xl集合中任意情形xn的,系統(tǒng)都將根據(jù)微動作放大方案使自我角角色執(zhí)行虛擬動作；
規(guī)定任意xn情形下，評價S動作的幅度指標(biāo)位移S，如當(dāng)X(M1、M2、M3)符合“走路情形”，自我角色對Sn的放大比例為Xl或f (xl);當(dāng)X(M1、M2、M3)符合“后踢情形”，自我角色對Sn的放大比例為x2或f(x2)。用戶通過坐在控制臺上進行人機互動與躺在控制臺上的放大方案可不以同，上述函數(shù)中設(shè)有可調(diào)參數(shù)，該可調(diào)參數(shù)由用戶自行調(diào)整。6、為了確保人機互動的同步，本實施例還提供了一人機同步系統(tǒng)，所述人機同步系統(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)點上固置測距裝置；具體識別方法如下
a)在任意時間點上，測量定位感應(yīng)件分別到上述各距離測定點的距離，從而計算出各定位感應(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。本實施例中所述用戶微動作識別系統(tǒng)旨在對用戶肢體運動的時時跟蹤，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n個可單獨活動部位A，就其中任一可單獨活動部位Ax設(shè)有Ax1、Ax2 Axm共計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I當(dāng)該n個活動部位均可在用戶身上找到對應(yīng)活動部位進行對應(yīng)時
I)在用戶身上的n個可單獨活動部位上分別固定Al’、A2’…An’共計n個感應(yīng)定位點A’，跟蹤在任意時間點t時，任一感應(yīng)定位點Ax’的三維位置變化，并匹配屬于Axl’、Ax2’ 一Axm,共計m種中的哪種活動規(guī)則，設(shè)Axx’為其中任一活動規(guī)則。2)使自我角色的可單獨活動部位A—一對應(yīng)于用戶身上的感應(yīng)定位點A’，任一可單獨活動部位Ax的允許動作Axx可在并僅在感應(yīng)定 位點Ax’按Axx’活動規(guī)則動作時被啟動，如Ax發(fā)生的位移隨在各時間點上的變化對應(yīng)于Ax’發(fā)生的位移隨在各時間點上的變化，再如Ax實施的力度強弱對應(yīng)于Ax’所對應(yīng)關(guān)節(jié)彎曲度及該關(guān)節(jié)抖動頻率，Ax使用力度達最大值的條件在于當(dāng)用戶的Ax’達到最大幅度；另外Ax還應(yīng)考慮對應(yīng)于Ax’的緊張程度、運動速度和執(zhí)行時間，以實現(xiàn)用戶更自然操控虛擬世界，且使自我角色的運動盡量符合自然規(guī)律。3)本實施例所述的關(guān)節(jié)旨在通過定位于用戶身上的各感應(yīng)定位點的位置完全確定任一時間點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、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。情形2當(dāng)該n個活動部位不能完全在用戶身上找到對應(yīng)活動部位進行對應(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，先使用戶的活動部位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部位Ay’確定對應(yīng)控制活動部位后,可以單獨直接控制；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部位共同選擇執(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，所述活動部位設(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)件上的不同涂點密度或涂點規(guī)則，如涂點密度為d或具有涂點規(guī)則I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；涂點密度或涂點規(guī)則可以通過蓋章實現(xiàn)。規(guī)則2
不促發(fā)命令的規(guī)則。本實施例中優(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。本實施例所述的感應(yīng)定位點可以適用以下兩種方案
1)將能被探測涂料作為感應(yīng)定位點涂在肌肉的敏感點上，通過肌肉的緊張程度和運動速度，使各股肉上的感應(yīng)定位點能判斷用戶的意圖，從而有效對虛擬世界發(fā)出相應(yīng)指令；
2)將感應(yīng)定位點固設(shè)于穿套式定點控制設(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”進行相關(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行相關(guān)動作，該設(shè)備的運用，有效縮短用戶在進入虛擬世界前的準(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。本實施例中穿套式定點控制設(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)定位點系統(tǒng)”，可可有效簡化“穿套式定點控制設(shè)備”，使之純以機械結(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。本實施例中穿套式定點控制設(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。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、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、脊椎中點上均設(shè)有一個或一個以上感應(yīng)定位點。本設(shè)備旨在通過定位于用戶身上的各感應(yīng)定位點的位置完全確定任一時間點上用戶的位置和姿勢，本設(shè)備也局限于上述感應(yīng)定位點在上述關(guān)節(jié)的分配方案。7、為提高仿生效果，本實施例還提供了一人機互動系統(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)人機互動由自我角色促發(fā)，則按以下方法實現(xiàn)
7.1.1)鎖定用戶想要作用的目標(biāo)
方法一
利用用戶眼睛定位裝置，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如專利號為“02829315. 0”的《跟蹤扭轉(zhuǎn)的眼睛的方向和位置》，或者任意的現(xiàn)有技術(shù)。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入互動，則按以下方法實現(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
I)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)定位點在某時間上的位置，而是相對上一時間點上的位置變化。2)距離測定點是固定不動的，或者其坐標(biāo)可計算而確定。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行一連慣的允許動作。4)動作放大系統(tǒng)和動作定位點控制系統(tǒng)可以組合運用，也可單獨使用。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，并匹配各項指令。其他說明
用戶準(zhǔn)備就緒后，睜眼會發(fā)現(xiàn)自己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。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)定位點集在同一直線上，手掌上的感應(yīng)定位點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，而手指的抖動加劇，而使手指上的感應(yīng)定位點抖動加劇，電腦就會接到用戶吸力加強，從而進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行長時間的準(zhǔn)備才可能進入虛擬世界，為此本發(fā)明還提供了穿套式定點控制設(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，因此極具實用性。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，因為眼球與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。實施例2 —種人機互動的控制方法賦予自我角色具有超能力，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)評價在實施超能力虛擬允許動作時，自我角色的超能力機能值，使被作用目標(biāo)等因子作形態(tài)變化。本實施例所述的形態(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、運動速度、加速度等運動情況變化。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)將想像物實體化，相對于傳統(tǒng)工具具有不可想象的超越。實施例3 :在空間設(shè)計或空間樣品的觀摩的運用 包括以下步驟
1)就空間設(shè)計或空間樣品進行3d建模；
2)控制自我角色在空間設(shè)計或空間樣品的3D建模內(nèi)實施虛擬動作。實施例4 :在電影拍攝的運用 包括以下步驟
1)對電影場景進行3D建模；
2)使演員控制自我角色在所述的3D建模內(nèi)實施虛擬動作；
3)錄制3D建模內(nèi)所需場景及自我角色實施虛擬動作的畫面。實施例5 :在模擬實驗上的運用 包括以下步驟
1)收錄已知自然規(guī)律，并建立運算法則f[xl (xll、…xlnr" xln)、x2 (x21、x22…x2m…x2n)... xk (xnl、xn2... xkm... xnn) ] = yl(yll、yl2...ylm... yin)、y2 (y21、y22... y2m... y2n)...ys (ynl>yn2-- -ysm-- - ynn),其中xk是規(guī)律發(fā)生前的反應(yīng)主體,xnn是xk的計算參數(shù)；ys是規(guī)律發(fā)生后的新主體，ynn是ys的計算參數(shù)；k、m、s均取值I到n, f是規(guī)律是運算公式；
2)使自我角色調(diào)整xk的xnn值至用戶設(shè)定值；
3)控制自我角色在虛擬環(huán)境中就xk進行fl動作；
4)根據(jù)所述運算法則計算并記錄ys及其ynn值。本實施例中，當(dāng)實驗需要就一個規(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)。該實驗方法，不僅不會產(chǎn)生傷害用戶風(fēng)險，而且零成本、實驗精度極高。實施例6 :在旅游上的運用 包括如下步驟
1)對旅游區(qū)進行3d建模；
2)控制自我角色在所述3D建模內(nèi)實施虛擬動作。實施例7 : —種人機互動控制系統(tǒng)
它包括顯示虛擬世界的成像設(shè)備、操控臺、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)。所述操控臺設(shè)有操控位和設(shè)障系統(tǒng)，所述設(shè)障系統(tǒng)設(shè)有限位機構(gòu)，通過限位機構(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實施允許動作，同時確保用戶無需離開“操控位”而可連續(xù)執(zhí)行任意控制動作。所述用戶允許微動作方案的識別捕捉設(shè)備，滿足本系統(tǒng)可跟蹤并識別用戶執(zhí)行微動作。所述同步控制系統(tǒng)滿足
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，并確定各虛擬動作部位的動作幅度相對于用戶活動部位運動幅度的放大倍數(shù)；
2)規(guī)定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，且M小于用戶相應(yīng)活動部位的運動極限，設(shè)在t時間點上用戶執(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,則滿足當(dāng)Mt > M時，Nt = N ;當(dāng)Mt〈M時，N>Nt>Mt ；所述用戶允許微動作方案還滿足用戶在虛擬世界全程中均只在同一處操控位上而無需離開操控位；
3)所述虛擬允許動作方案是指虛擬世界賦予自我角色或虛擬世界中器具進行的動作或動作方案。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。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，以使計算機可識別定位點所對應(yīng)用戶部位。它還包括一穿套式定點控制設(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。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。所述設(shè)障系統(tǒng)滿足可根據(jù)自我角色的疲勞程度或最大運動能力，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。它還包括嗅覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)和體力疲勞的隨機設(shè)障系統(tǒng)中一種或多種。實施例8 :—種人機互動的控制系統(tǒng)
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控制系統(tǒng)確定用戶進行的動作，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。本實施例中定位件的安裝位置重點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。本實施例中用戶與自我角色在臉部運用的同步關(guān)系也可以采用動作放大系統(tǒng)。本實施例為使虛擬世界更逼真，包括嗅覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)和體力疲勞等隨機設(shè)障系統(tǒng)中一種或多種。所述體力疲勞的隨機設(shè)障系統(tǒng)，可結(jié)合穿套式定點控制設(shè)備，如腳掌套件上連接一可伸縮的推進機構(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行，動作后，身體所在位置也不會變化，從而減少用戶的運動空間。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)障機構(gòu)的情況下，可不受作用進行任意微動作；所述設(shè)障機構(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)障機構(gòu)接觸，并繼續(xù)往彈力反方向運動時，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)障機構(gòu)，同時其動作符合機算機識別命令時；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)人機互動時，設(shè)障機構(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)障機構(gòu)縮小自由空間，并作用于用戶的相應(yīng)軀干；
5)當(dāng)自我角色運動能力值提升時，設(shè)障機構(gòu)的負載減??；
6)當(dāng)自我角色運動能力值減弱時，如疲勞時，設(shè)障機構(gòu)的負載提高。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“00820024. 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。實現(xiàn)對用戶動作的捕捉，及通過捕捉到的信息對自我角色進行控制，還可以申請?zhí)?01110065915. 7的現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)(特別指出該現(xiàn)有技術(shù)并不能解決本發(fā)明目的，也未披露本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)1、規(guī)定微動作的上限，2、規(guī)定不同部位的不同放大比例，以使用戶無需離開操控臺而實現(xiàn)對自我角色的任意操制)。上述實施例盡管用結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但可以理解，所附權(quán)利要求書中定義的主題不必限于上述具體特征或動作。相反，上述具體特征和動作是作為實現(xiàn)權(quán)利要求的示例形式公開的。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求書來定義。
權(quán)利要求
1.一種人機互動的控制方法，專門針對用戶置身于控制臺上而進行的人機互動，專門針對在虛擬世界中建立自我角色，通過用戶動作控制自我角色實施一個或以上虛擬允許動作，并要求至少有一個或一組虛擬允許動作可使自我角色僅通過肢體與虛擬世界物方的作用，實現(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)生相對位移；所述人機互動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施用戶允許微動作方案以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實施相應(yīng)的虛擬允許動作方案； 所述允許微動作方案至少包括一個或以上的微動作； 所述微動作是指按如下規(guī)則控制自我角色的用戶動作規(guī)定一用戶動作的幅度上限為Mm,且使Mm小于用戶的運動極限；就該動作規(guī)定自我角色對應(yīng)的虛擬動作幅度上限為Nm且設(shè)在t時間點上用戶執(zhí)行該動作的幅度為Mt，對應(yīng)自我角色執(zhí)行相應(yīng)的虛擬動作幅度為Nt,則滿足當(dāng)Mt > Mm時Nt = Nm、當(dāng)Mt〈Mm時Nm>Nt>Mt ； 在以下部位中至少有兩個或以上部位涉及執(zhí)行允許微動作方案頭部、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，以實現(xiàn)虛擬角色的任意活動，用戶都無需離開控制臺。
2.如權(quán)利要求1所述的一種人機互動的控制方法，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)行微動作的活動部位NI集合；并規(guī)定NI集合中各部位執(zhí)行微動作的情形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)跟蹤并識別N集合中的各部位執(zhí)行允許微動作方案；并根據(jù)步驟3)使自我角色執(zhí)行虛擬允許動作。
3.如權(quán)利要求2所述的一種人機互動的控制方法，其特征在于至少有一套允許微動作方案規(guī)定了用戶身上nl個活動部位需執(zhí)行微動作，n2個活動部位不執(zhí)行微動作，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)行微動作的部位N2集合； 步驟3)增加就N2集合中各個部位確定M集合中的對應(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)行相同動作幅度或縮小動作幅度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種人機互動的控制方法，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)行微動作的情形X2;步驟3)還規(guī)定了在X2情形下，NI中各個部位對相應(yīng)M中的部位應(yīng)執(zhí)行相同動作幅度或縮小動作幅度。
5.如權(quán)利要求2所述的一種人機互動的控制方法，其特征在于步驟4)中跟蹤并識別N集合執(zhí)行允許微動作方案的方法是跟蹤識別N集合中各活動部位對應(yīng)的肌肉的活動情況，以確定用戶的活動意圖。
6.如權(quán)利要求1所述的一種人機互動的控制方法，其特征在于至少有兩處可以實施微動作的活動部位在實施同一套允許微動作方案時，至少具有以下一個特征1)被自我角色放大的比例方案不同； 2)可執(zhí)行微動作的動作幅度上限不同； 3)評價可執(zhí)行微動作的動作幅度的指標(biāo)不同； 4)對應(yīng)自我角色允許動作的最大幅度不同； 5)對應(yīng)自我角色的動作幅度上限不同； 6)評價對應(yīng)自我角色的動作幅度的指標(biāo)不同。
7.如權(quán)利要求1所述的一種人機互動的控制方法，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。
8.如權(quán)利要求7所述的一種人機互動的控制方法，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部位共同選擇執(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。
9.如權(quán)利要求1所述的一種人機互動的控制方法，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，從出計算出每個定位感應(yīng)件在該時間點的三維坐標(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。
10.如權(quán)利要求1所述的一種人機互動的控制方法，其特征在于控制用戶身上至少兩處不同部位被放大比例方案，以實現(xiàn)虛擬角色的任意活動，用戶的身體始終位于控制臺的同一范圍區(qū)間內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種人機互動的控制方法及其運用，用戶通過實施用戶允許微動作以控制虛擬環(huán)境中的自我角色實施相應(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，同時還便于實現(xiàn)用戶的運動部位和虛擬世界人物運動部位一致，使用戶容易上手。
文檔編號G06F19/00GK103019386SQ201210566050
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者黃得鋒 申請人:黃得鋒