专利名称：一种基于电场的模拟游戏控制方法
技术领域：
本发明涉及一种基于电场的模拟游戏控制方法及使用该方法的模拟游戏控制器。
背景技术：
目前游戏机或个人电脑使用的游戏控制器通常有以下几类
(1) 普通手柄
普通手柄成本较低，能够提供各个方向上的状态信息，不能够提供控制方向力度的 量化信息，且使用寿命较短。该类游戏控制器能够应付一般竞技类游戏，而对模拟游戏 的支持较差。
(2) 飞行游戏手柄
该类型游戏控制器针对飞行类模拟游戏，能够较好的支持飞行模拟游戏，能够提供 控制方向力度的量化信息。但该类游戏控制器的成本较高，且控制灵敏度随使用时间的 增加而降低。
(3) 赛车类手柄
赛车类手柄是游戏控制器中发展最晚的一类，该类游戏控制器专门针对赛车类游戏， 能够让游戏用户充分体验赛车类模拟游戏的游戏乐趣。但该类游戏控制器是游戏外设中 价格最昂贵而且使用范围最小的一种。
(4) 跳舞毯类特殊手柄 该类游戏控制器实际是一个放大的游戏手柄，其功能与特点与游戏手柄基本相同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电场的游戏控制方法，使得使用该方法的游戏控制器可 以在较低的成本下为游戏用户提供能够控制方向力度的游戏控制器，并且该游戏控制器可以 达到无限长理论使用寿命。使用该游戏控制方法的游戏控制器可以提高游戏用户的娱乐体验、 增进游戏乐趣。
一种基于电场的模拟游戏控制方法，其特征在于该模拟游戏控制方法包括利用周期交 变信号激励电极在空间产生电场、利用电极反馈的模拟信号与控制力度的单调函数关系控制 模拟游戏方向两个步骤。一种模拟游戏控制器，其特征在于该模拟游戏控制器包括核心处理单元、激励信号产 生单元、反馈信号调理单元和电极传感单元；其中
电极传感单元负责产生电场并感知电场中电极上方物体距离电极的高度。电极传感单元 由一组电极组成，电极组内有前、后、左、右及中间共5个电极，每个电极的形状为正八边 形。前、后、左、右四个电极中每个正八边形中的一条边都与中间电极正八边形的一条边相 邻，五个电极组成"十"字形状。前、后、左、右四个电极可以映射至向上、向下、向左、 向右功能，正中间的电极用作标定电极组上方物体参考高度；
激励信号产生单元负责产生低频交变激励信号，并输送至电极；
反馈信号调理单元负责将电极的反馈电压调理至核心处理单元能够处理的电压范围； 核心处理单元负责将反馈信号调理电压输出的模拟信号转换为数字信号，将所有电极的 反馈电压换算为游戏方向信号及方向控制力度信号，并负责将这些信号发送至游戏程序。
本发明的有益效果在于本控制方法的受控对象为模拟游戏，该类游戏通常需要控制游 戏中上、下、左、右各个方向上的力度，而这些力度信息是连续变化的，使用本控制方法可 以通过对电极上方物体高度的控制达到模拟游戏中各个方向力度的控制。使用本控制方法的 游戏控制器成本较低，且使用时无机械磨损，控制灵敏度也不随使用时间的增加而降低。
图1是容性物体与平板电极相互作用示意图
图2是本发明基于电场的游戏控制器组成图
图3是本发明电极传感单元示意图
图4是本发明电极传感器在三维坐标内的示意图
图5是本发明核心处理单元的运行流程图
图6是本发明电极三维空间的XZ坐标平面投影图
图7是本发明电极三维空间的YX坐标平面投影图
图8是本发明方向控制矢量的合成图
具体实施例方式
基于电场的模拟游戏控制方法包括利用周期交变信号激励电极在空间产生电场、利用电 极反馈的模拟信号与控制力度的单调函数关系控制模拟游戏方向两个步骤。
利用周期交变信号激励电极在空间产生电场该步骤完成产生激励电场的作用。
使用低频振荡器产生125KHz左右的正弦波信号，使用该信号激励电极组中的某一平板电 极，使之与周围的接地的电极之间产生电场，当容性物体进入该电场区域时，产生的电场便会与之相互作用，平板电极上的电流与电压会有相应的变化，参见图l。
利用电极反馈的模拟信号与控制力度的单调函数关系控制模拟游戏方向该步骤完成电 信号变化量与游戏方向控制的映射。
电极上的电压变化与容性物体距离电极的高度成单调函数关系，通过测量感应电极上的 反馈电压可以得出容性物体距离电极的高度。使用该高度信息作为游戏方向控制信号，达到 模拟控制游戏方向的目的。
使用基于电场的模拟游戏控制方法的模拟游戏控制器包括核心处理单元、激励信号产生 单元、反馈信号调理单元和电极传感单元四部分，参见图2。
电极传感单元
参见图3，电极传感单元由一组电极组成，电极组内有前、后、左、右及中间共5个电极， 每个电极的形状为正八边形。前、后、左、右四个电极中每个正八边形中的一条边都与中间 电极正八边形的一条边相邻，五个电极组成"十"字形状。前、后、左、右四个电极可以映 射至向上、向下、向左、向右功能，正中间的电极用作标定电极组上方物体参考高度。
参见图4，电极传感单元可以感知其上方的容性物体距离电极的高度。 激励信号产生单元-
激励信号产生单元通过使用低频振荡器产生频率为125KHz左右的低频交变激励信号，并 输送至电极，该低频信号可以使得电极之间产生电场。
反馈信号调理单元
电极的反馈信号输入反馈信号调理单元，信号经过滤波、放大后输出。信号放大处理是 对电极上方某一高度内的反馈信号进行放大，该放大区域为作为控制的容性物体活动的区域。 反馈信号电压将被调理至核心处理单元能够处理的电压范围内。在经过调理后，该信号被传 输至核心处理单元进行进一步处理。
核心处理单元
电极的反馈信号经过反馈信号调理单元后输入至核心处理单元，输入的信号经过滤波、 A/D变换，最后变为数字信号。核心处理单元对该数字信号作相应的运算后，将各个电极上 方容性物体的高度信息映射为方向控制矢量后输出。核心处理单元的运算流程参见图5。
参照图4三维空间直角坐标系内的电极放置方向所示，分别对各个方向控制电极三维空 间内的坐标投影至XZ与YZ平面，即将左与右电极的三维坐标在XZ平面投影及前与后电极 的三维坐标在YZ平面的投影，投影后的XZ坐标参见图6， YZ坐标参见图7。
方向矢量由XZ坐标中左、右电极反馈之差与YZ坐标中前、后电极反馈之差合成，参见 图8。输出的方向矢量的模代表控制力度，矢量的方向代表需要控制的方向。
权利要求
1、一种基于电场的模拟游戏控制方法，其特征在于该模拟游戏控制方法包括利用周期交变信号激励电极在空间产生电场、利用电极反馈的模拟信号与控制力度的单调函数关系控制模拟游戏方向两个步骤。
2、 如权利要求l所述的一种基于电场的模拟游戏控制方法，其特征在于 所述利用周期交变信号激励电极在空间产生电场的步骤为-使用振荡器产生低频周期交变信号，将该信号输送至多个电极中的某一个电极，其余未 接收激励信号的电极与地连接。受到激励的信号作用的电极与周围接地电极在空间中产生稳 定的交变电场。
3、 如权利要求l所述的一种基于电场的模拟游戏控制方法，其特征在于所述利用电极反馈的模拟信号与控制力度的单调函数关系控制模拟游戏方向的步骤为当有非导体类型的物体接近电极时，交变电场中的感应电流会降低，物体距离产生电场 的电极的高度与电流大小成单调函数关系；电流的变化反映出电压的变化，将电压的变化映射为控制力度的变化，则电极上方物体 距离电极的高度与控制力度的变化成单调函数关系；如果将手掌放置于电极上方，则手掌的倾斜方式将转换为游戏的方向控制信号，手掌距 离各个电极的高度将转换为游戏的方向控制力度信号。
4、 一种模拟游戏控制器，其特征在于该模拟游戏控制器包括核心处理单元、激励信号产生 单元、反馈信号调理单元和电极传感单元；其中电极传感单元负责产生电场并感知电场中电极上方物体距离电极的高度；激励信号产生单元负责产生低频交变激励信号，并输送至电极；反馈信号调理单元负责将电极的反馈电压调理至核心处理单元能够处理的电压范围；核心处理单元负责将反馈信号调理电压输出的模拟信号转换为数字信号，将所有电极的 反馈电压换算为游戏方向信号及方向控制力度信号，并负责将这些信号发送至游戏程序。
5、 如权利要求4所述的一种模拟游戏控制器，其特征在于 所述电极传感单元中的电极组的组成方式为 电极组为前、后、左、右及中间共5个电极组成；每个电极的形状为正八边形，前、后、左、右四个电极中每个正八边形中的一条边都与 中间电极正八边形的一条边相邻，五个电极组成"十"字形状；前、后、左、右四个电极可以映射至向上、向下、向左、向右功能，正中间的电极用作 标定电极组上方物体参考高度。
全文摘要
本发明涉及一种基于电场的模拟游戏控制方法及使用该方法的模拟游戏控制器。一种基于电场的模拟游戏控制方法，其特点在于该模拟游戏控制方法包括利用周期交变信号激励电极在空间产生电场、利用电极反馈的模拟信号与控制力度的单调函数关系控制模拟游戏两个步骤。一种模拟游戏控制器，其特点在于该模拟游戏控制器包括核心处理单元、激励信号产生单元、反馈信号调理单元和电极传感单元；其中电极传感单元负责产生电场并感知物体在电场中的位置；激励信号产生单元负责产生电场的激励信号；反馈信号调理单元负责将电极的反馈电压调理至核心处理单元能够处理的电压范围；核心处理单元负责将模拟信号转换为数字信号并作为游戏方向控制信号。
文档编号A63H13/00GK101301528SQ20071004906
公开日2008年11月12日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者倩 曾, 骆张强 申请人:骆张强