一种人机互动的控制方法及其运用技术

本发明专利技术提供了一种人机互动的控制方法及其运用，用户通过实施用户允许微动作以控制虚拟环境中的自我角色实施相应的虚拟允许动作，它包括以下步骤：1）在虚拟世界中创建自我角色；2）用户身体无需离开用户所在位置执行微动作；3）跟踪并识别用户执行微动作；并使用户执行任意微动作时，其身体都无需离开用户所在位置；4）使自我角色放大执行用户的微动作。本发明专利技术介绍的“动作放大系统”，可使用户身体无需发生位移或者仅发生微小位移就可以实现全部虚拟世界赋予的全部功能或能力，使得用户在虚拟世界全程中均只在同一处操控位上，同时还便于实现用户的运动部位和虚拟世界人物运动部位一致，使用户容易上手。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可使人机互动的仿生虚拟世界的控制方法及运用。
技术介绍
现有技术中已给出了可人机互动的仿生虚拟世界的多种控制方法及其设备，但均存在一缺陷需要用户运动空间大，且运动存在局限性，如当用户已移动到墙壁，但游戏自我角色下一动作还需要用户向墙壁的背向前进，就会使用户“撞墙”且无法继续实施上述控制。而现有技术为了避免这种情况，一般采用如下方法 I)缩小自我角色的活动空间(注意，这里说的是自我角色而非用户)，以使用户控制过程中不用移动或尽量减小活动，但这样的方法使游戏的可玩性大大降低，其运用价值也非常有限。2)限定自我角色所在环境，如申请号为201110065915的《仿生学运动》。3)限定自我角色活动形式，如仅只能在指定路线内驾驶汽车等移动工具；该形式的目的在于避免，“虚拟角色通过肢体发生位移时，用户在现实空间中也需要发生位移”。4)利用空载控制台，如跑步机等方案，使用户至在同个位置移动，但也存在着用户需要持续体能消耗，因此很难长时间持续进行人机互动；另外这样的控制台“空载”的路径非常有限，如用户只能在跑步机传送带上的同一方向跑动，而无法朝任意方向活动，用户也很难随心运动。现有技术除了无法实现自我角色如现实般可充分进行自由活动外，还存在机械控件多、成本高，而且携带不便等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种不必为保证自我角色和用户的配合，而对虚拟世界进行空间、环境、人机互动形式等进行限制的人机互动方法及设备；或不必为保证自我角色如现实般可充分进行自由活动，而对虚拟世界进行空间限制、环境限制、人机互动形式等进行限制的人机互动方法及设备。为了便于理解本专利技术，特对所涉及的各术语进行如下名词解释。(一)自我角色指在虚拟世界中，可被用户操控的，并被用户认为是自己的虚拟角色，可是人类或任意活动物方。(二)活动部位在某些情况下，用户并非全部部位的活动都可以控制我自我角色相应部位的活动，尤其当自我角色为非人类时，并没有用户身上的某些部位，因此本专利技术所指的“活动部位”是指用户身体上的部位，该部位对应于自我角色可被控制的部位。另一方面，当自我角色的活动部位数多于用户实际的活动部位数时，则采用本专利技术介绍的其他方法；另外本文所称的活动部位也可指活动关节，所述活动关节并非仅限于骨架连接处，它泛指人体上可活动的任何部位，如整个上臂上的任一点或点组合。特别指出本专利技术所称的手掌如图2所示手掌I包括手腕11在内的所有手掌上的关节，如手指12，在评估手掌动作时，手掌中的各关节可以单独评估控制指令，同时可以使其中一个或多个关节可以控制自我角色的手掌的相应关节进行动作。脚掌如图2所示脚掌2包括脚腕21在内的所有脚掌2上的关节，如脚指头22，在评估脚掌动作时，脚掌中的各关节可以单独评估控制指令，同时可以使其中一个或多个关节可以控制自我角色的脚掌的相应关节进行动作。另外经实验我们发现，当自我角色与用户在头部、包括手腕的手掌、包括脚腕的脚掌其中的一处或多处部位执行相同运动幅度的动作，用户更容易掌握本专利技术的控制方法。(三)用户允许微动作方案当用户实施的动作方案中包含一个或一个组微动作时，可以对虚拟角色发出一控制指令，则该动作方案称之为用户允许微动作方案；这里可对动作方案进行条件限制，所述条件尤其包括限定不发出命令的情形(即用户动作符合不发出命令情形的或不符合发出命令情形的，该动作不对自我角色发出命令)；当用户的多个部 位动作时，可优选关联于自我角色头部的运动矢量和视觉矢量，所述运动矢量如速度、位移等；所述视觉矢量如自我角色的体积变化、视野篇幅大小变化等。使确保实现本专利技术目的的前提下，使用户在操控过程中，不离开操控台的方法主要包括1、至少考虑两个或以上不同部位的命令发出顺序，即当多个活动部位的符合发出动作指令时，尤其考虑I个或I个以上部位的命令发出。(四)微动作用户发出比自己期望幅度值小的动作，且该动可让自我角色发出与用户期望值相同幅度的动作，具体表现为先规定一动作幅度上限为Mm，且使Mm小于用户的运动极限；就该动作规定自我角色对应的虚拟动作幅度上限为Nm(—般情况下，使NmS用户的运动极限)，且设在t时间点上用户执行该动作的幅度为Mt，对应自我角色的虚拟动作幅度为Nt,则满足当Mt彡M时Nt = N、当Mt〈M时N>Nt>Mt ;当系统通过上述规则放大用户动作的，称被依上述规则放大的用户动作为微动作。如先规定用户手臂抬起5度时，自我角色则完全抬起手臂，当用户抬手臂的角度大于5度，自我角色均完全抬起手臂，这里，我们称5度为用户执行抬手臂的最大幅度，显然用户手臂不仅可以抬5度；再规定用户期望将手抬高30度，而实际上只抬高I度的动作；所述微动作一般表现如手臂微动、脚微曲，另外应针对不同部位规定幅度上限(即不同部位的幅度上限有所不同)，再者优选使相应部位相对于默认位置的位移上限小于IOcm0动作放大为了力求用户的真实感受，及在互动过程的同步需求，设定以下三个规则 一、命令优先规则 至少使两个指标具有不同的优先级(如位移指标和力度指标)，本专利技术优选方案中，使力度指标的放大指令优先于位移指标的放大命令。二、与人体感动能力匹配规则 1、在人体感知能力范围内，使自我角色至少放大执行微动作的位移指标和力度指标； 2、当超过人体感知能力范围，使自我角色至少放大执行微动作的速度指标、位移指标和力度指标。这里尤其指出 1)用户执行某允许动作时，实际的运动极限均大于该允许动作的最大幅度，而为了更有效实现本技术效果，虚拟世界过程采用动作放大系统时，最好通过对用户肢体的限制只允许其进行小幅度的微动作； 2)某些部位，有时需执行微动作，有时不需要执行微动作； 3)为了使用户动作都不离开操控台，可使用户的幅度上限规定小至满足位移指标小于 3cm。三、其他规则1、至少有一个活动部位，当用户朝背向操控位方向的动作被放大的比例不小于其他方向被放大的比例，优先选择大于其他方向被放大的比例。(五)虚拟允许动作方案虚拟世界赋予自我角色或虚拟世界中器具可以进行的动作或动作方案，所述动作方案包括连续的动作组合、动作力度、速度等。(六)评价动作幅度的指标可以是涉及执行允许微动作方案的活动部位的位移、角度、速度、弧度、振动频率(反复执行某同一动作的频率)、姿势变化等，特别指出评价一个动作幅度可以同时涉及两个或以上指标；上述各指标可以根据任意现有技术或公识常识规定，如所述角度可以是被跟踪部位在两个时间点上的夹角等，对应的用户允许微动作方案可规定当用户以最大幅度M完成任一微动作时，躯干上除手掌和脚掌外的任意相邻的两部份的角度变化值小于30度。如某允许微动作方案涉及上臂和下臂的角度，在实施该动作的前后角度为120度和140度，则该相邻两部份的夹角变化值就为+20度。显然用户和自我角色的形态(姿势)并不要求相同或类似。(七)反向动作自我角色所在的虚拟世界场景执行与用户发出的指令具有矢量值相同但方向相反的矢量动作；所述矢量动作可以是任意时间点上相对于默认点的位移变化、相对于默认体积值的体积变化，如图1所示以矢量动作为纵坐标，以时间为横坐标建立坐标系，则用户发出的指令与自我角色所在的虚拟世界场景对应曲线图以横坐标呈轴对称关系，如从时间点tl到时间点t2，用户要自我角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人机互动的控制方法，专门针对用户置身于控制台上而进行的人机互动，专门针对在虚拟世界中建立自我角色，通过用户动作控制自我角色实施一个或以上虚拟允许动作，并要求至少有一个或一组虚拟允许动作可使自我角色仅通过肢体与虚拟世界物方的作用，实现自我角色在虚拟世界中位置发生变化且与该物方发生相对位移;所述人机互动控制方法至少包括如下情形：通过用户的脚参与控制自我角色的脚，并使自我角色走路；其特征在于：使用户通过实施用户允许微动作方案以控制虚拟环境中的自我角色实施相应的虚拟允许动作方案；?所述允许微动作方案至少包括一个或以上的微动作；所述微动作是指按如下规则控制自我角色的用户动作：规定一用户动作的幅度上限为Mm，且使Mm小于用户的运动极限；?就该动作规定自我角色对应的虚拟动作幅度上限为Nm且Nm>Mm;设在t时间点上用户执行该动作的幅度为Mt,对应自我角色执行相应的虚拟动作幅度为Nt,则满足：当Mt≥Mm时Nt＝Nm、当MtNt>Mt；在以下部位中至少有两个或以上部位涉及执行允许微动作方案：头部、脖子、腰部、上臂、下臂、宽部、上腿、下腿、手掌和脚掌；控制用户身上至少两处不同部位被放大比例方案不同，以实现虚拟角色的任意活动，用户都无需离开控制台。...

【技术特征摘要】
2011.12.24 CN 201110438933.51.一种人机互动的控制方法，专门针对用户置身于控制台上而进行的人机互动，专门针对在虚拟世界中建立自我角色，通过用户动作控制自我角色实施一个或以上虚拟允许动作，并要求至少有一个或一组虚拟允许动作可使自我角色仅通过肢体与虚拟世界物方的作用，实现自我角色在虚拟世界中位置发生变化且与该物方发生相对位移；所述人机互动控制方法至少包括如下情形通过用户的脚参与控制自我角色的脚，并使自我角色走路；其特征在于使用户通过实施用户允许微动作方案以控制虚拟环境中的自我角色实施相应的虚拟允许动作方案； 所述允许微动作方案至少包括一个或以上的微动作； 所述微动作是指按如下规则控制自我角色的用户动作规定一用户动作的幅度上限为Mm,且使Mm小于用户的运动极限；就该动作规定自我角色对应的虚拟动作幅度上限为Nm且设在t时间点上用户执行该动作的幅度为Mt，对应自我角色执行相应的虚拟动作幅度为Nt,则满足当Mt > Mm时Nt = Nm、当Mt〈Mm时Nm>Nt>Mt ； 在以下部位中至少有两个或以上部位涉及执行允许微动作方案头部、脖子、腰部、上臂、下臂、宽部、上腿、下腿、手掌和脚掌； 控制用户身上至少两处不同部位被放大比例方案不同，以实现虚拟角色的任意活动，用户都无需离开控制台。2.如权利要求1所述的一种人机互动的控制方法，其特征在于它包括以下步骤 1)确定用户身上可发出命令的部位N集合，确定其中需执行微动作的活动部位NI集合；并规定NI集合中各部位执行微动作的情形Xl ； 2)确定自我角色可被控制的部位M集合,及M集合中各部位与N集合中各部位的对应关系; 3)确定在一种或多种Xl情形下，NI集合中各部位被M集合中相应部位的放大比例方案； 4)跟踪并识别N集合中的各部位执行允许微动作方案；并根据步骤3)使自我角色执行虚拟允许动作。3.如权利要求2所述的一种人机互动的控制方法，其特征在于至少有一套允许微动作方案规定了用户身上nl个活动部位需执行微动作，n2个活动部位不执行微动作，其中nl彡2，n2彡O ;相应的 步骤I)在部位N集合中，增加规定不需执行微动作的部位N2集合； 步骤3)增加就N2集合中各个部位确定M集合中的对应部位，并规定N2集合中各部位与M集中相应部位执行相同动作幅度或缩小动作幅度。4.如权利要求2或3所述的一种人机互动的控制方法，其特征在于步骤2)中就NI集合中的部位还规定了不执行微动作的情形X2;步骤3)还规定了在X2情形下，NI中各个部位对相应M中的部位应执行相同动作幅度或缩小动作幅度。5.如权利要求2所述的一种人机互动的控制方法，其特征在于步骤4)中跟踪并识别N集合执行允许微动作方案的方法是跟踪识别N集合中各活动部位对应的肌肉的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄得锋，
申请(专利权)人：黄得锋，
类型：发明
国别省市：