炫彩魔方的制作方法

本发明涉一种魔方，尤其涉及一种将彩色电子发光体与按钮进行结合，通过电子芯片进行控制，实现两种操作方法的一种电子魔方。

背景技术：

机械魔方由角方块、棱方块、中方块、中部的连接装置组合表面的色块组成，能够锻炼人的智力与空间想象能力。随着掌握了魔方的玩法窍门后，大部分玩家购买异型魔方，来寻求新的乐趣。本发明通过电子技术，将彩色发光体与按钮进行有机结合，通过电子芯片进行控制，实现电子魔方。能够模拟普通魔方，并能通过设置，转换为丰富的异型魔方，以及在魔方上进行丰富的益智游戏。转换仅需通过app进行设置即可。相较普通魔方，炫彩魔方，实现了更丰富的交互体验，为用户带来更多的乐趣。

对比现有使用触摸屏进行用户操作识别的电子魔方。本发明能够减少手持魔方时，带来的误操作；以及按击按钮能够更好的反馈用户的操作；同时对比触摸屏，本发明更节约成本；使用app与电子魔方进行交互，完成配置操作，实现更丰富的交互体验，带来更多的乐趣。

技术实现要素：

本发明公开了一种炫彩魔方，通过将彩色电子发光体与按钮进行结合，通过电子芯片控制，组成一种电子魔方。实现了更丰富的交互体验，能够给用户带来更多乐趣。

所述炫彩魔方，它包括电子魔方实体，两种电子魔方控制方法，以及一种动画指示方式。

所述电子魔方实体由一个正方体框架组成，框架每面有九个炫彩单元，框架内部包括电子芯片模块。

进一步地，所述炫彩单元由一个彩色发光体，和一个按钮组成，并与电子芯片模块相连接。将炫彩单元按照机械魔方进行相应放置，安装在正方体框架之上。

优选地，炫彩单元由彩色LED与按键的组合。同样可以是能够识别用户点击操作的触摸屏。

进一步地，所述电子魔方实体，每一面中心的炫彩魔方，并不能控制魔方旋转，可以设置为仅具有彩色发光体，不具有按钮的炫彩单元，并将盖子设计为可揭开，可以放置开关、电源接口；或者保留按钮，作为特殊功能按键。

所述电子芯片模块包括电子芯片，蓝牙模块，以及电池模块。

进一步地，所述的电子芯片，具有一定的计算能力，能够同时接受多个按钮的状态，并能通过彩色发光体控制相应炫彩单元展示不同的颜色，或播放相应的动画。电子芯片同时具备一定的存储能力，能够记忆魔方状态（包括当前状态、用户保存的记忆点等），以及相应的设置（亮度、动画间隔时间、控制模式、玩法、待机动画等）。

进一步地，所述的蓝牙模块，能够实现电子芯片与手机app之间的连接。手机app通过数据通信，可以对魔方进行设置，如：设置亮度、动画间隔时间、控制模式、玩法、待机动画等；也可设置教学模式，app接受到魔方当前的状态，根据教程，计算相应的操作，将相应的数据传输至魔方，魔方控制相应的炫彩单元进行闪烁，从而提示用户进行操作；也可传输魔方的当前状态至app，生成虚拟魔方，同步展示用户操作。

进一步地，所述的电池模块，能够存储魔方使用所需电能。可以通过所述的电源接口进行充电。

所述的炫彩魔方，由于不能通过旋转实体来控制魔方，且魔方的角方块同时与三个层相交，无法确定唯一的控制方向，而手势识别在立体的魔方上容易导致误操作，本发明提出两种电子魔方的控制方法，能够直观控制魔方，并不易引起用户误操作。一种方法通过设定魔方方向，约定相应的面所控制的层，从而对相应所控制的层进行操作；另一种为依次按下两个在同一层侧面的炫彩单元，确定控制层及控制方向。

进一步地，所述的通过设定魔方方向，约定相应的操作方向的控制方法具体步骤如下：

步骤1：当同时按下魔方某一棱边同一层的两个炫彩单元，并按下垂直于该棱边的两个面中的，不与该棱边重叠的任意一个炫彩单元，则认为使用该方法，并判定该炫彩单元所在的面为底面，且另外两个炫彩单元所确定的棱边为靠近用户所在面的右侧的边；

步骤2：棱方块上的炫彩单元被按下后，以该炫彩单元的正下方为旋转方向，旋转中间层；

步骤3：对此时的魔方进行如下约定，靠近用户的面的四角，以及对面的四角用于控制左右两层的旋转；上面的四角，以及底面的四角用于控制前后两层的旋转；左右两面的四角，用于控制上下两层的旋转；可以根据用户习惯进行相应的设置；

步骤4：点击角方块上的炫彩单元时，根据以上约定，对其控制的那一层，以该炫彩单元垂直指向魔方中心方向为方向，旋转所控制的层。

进一步地，所述的通过依次按下两个在同一层侧面的按钮，确定控制层及控制方向的控制方法具体描述如下：

步骤1：当同时按下四个不同面的炫彩单元后，则认为使用该方法；

步骤2：棱方块上的炫彩单元被按下后，以该炫彩单元的正下方为旋转方向，旋转中间层；

步骤3：用户依次按下两个同一层侧面的两个炫彩单元，若两个炫彩单元指向魔方内侧的方向，与该层中线形成的旋转方向同向，则按照该方向旋转该层；若两个炫彩单元指向魔方内侧的方向，与该层中线形成的旋转方向反向，则以先按下的炫彩单元向后按下的炫彩单元所形成的旋转方向进行旋转。

进一步地，也可同时使用两种控制方法，通过app设置，单独使用或者结合使用，结合使用时单独点击后放开按钮，以设定的方向进行控制，若按下两个按钮后放下，则认为使用以此按下的方式进行控制。

所述的炫彩魔方，通过蓝牙模块，接收来自app的设置，实现不同的玩法，如：每次接收到旋转指令后，播放不同的动画，例如：仅旋转该层侧面的颜色、每次操作仅旋转一个单位、或两个单位等；利用立体的彩色发光体，实现丰富益智游戏，例如：立体黑白棋、立体五子棋等；同时可以通过配置每个面不同数量的炫彩单元，实现四阶、五阶等异形电子魔方。

所述的炫彩魔方可以配置特殊按钮、或者特殊功能键组合，识别其他手势，以实现更多功能，例如：记忆当前魔方状态、回退到之前记忆点、重置游戏等。

进一步地，由于所述的炫彩魔方中方块按钮不涉及魔方旋转控制，中方块可以不设置按键，用于放置电源接口、usb接口等；或者作为特殊功能键，作为保留。电子模块中还可设置发声装置，模拟魔方旋转的声音；同时魔方内部可以放置足够的电池，用于魔方自身运转的同时，还可作为充电宝；也可内置移动存储等模块，作为功能拓展。

电子魔方由于不能如同机械魔方一般，通过机械旋转，直观反映魔方各层的移动变化，故需要一种明确的动画指示，具体描述如下：

步骤1：通过app设定每次动画的时间间隔，记为T；

步骤2：记每层的侧面，或者中间层每次旋转需要移动R1个单位，模拟普通玩法为R1=3；

步骤3：记底层需要旋转时，每个动画间隔需要移动R2个单位，模拟普通玩法为R2=2；

步骤4：为了明确旋转方向，以一个指示块沿着旋转方向绕一周进行移动，指示块可以为一个或多个明显色块（黑色或白色等显眼颜色），当指示块为多个明显色块时可以设置为各个方向一个，或者依据颜色深浅，组成一个方向指示块，app中提供相应展示方法供用户选择；

步骤5：色块在每层的侧面，或者中间层每次旋转需要移动r1个单位，r1=12；

步骤6：色块在每层的底面，需要旋转时需要移动r2个单位，r2=8；

步骤7：根据动画时间间隔，在T时间内，以上需要旋转的色彩，每T/R时间进行一次旋转；

步骤8：通过设置R1，R2可以实现不同玩法。

本发明所公开的炫彩魔方，具有如下有益效果：

1、相对使用触摸屏识别用户操作，能够减少手持魔方带来的误识别；

2、结合手机app可以对魔方进行配置，可以调整魔方的颜色、亮度、动画等，并可在多种不同玩法中进行切换；

3、通过记忆功能，可以返回之前保存的记忆点，提高用户学习魔方的效率；

4、通过与app交互，可以在手机上同步显示魔方状态，也可由app发送相应的提示信号，魔方播放相应的操作指示，指导用户进行操作，带来更丰富的交互。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1 结构示意图。

图2 炫彩单元组成示意图。

图3 魔方方位确认示意图。

图4 基于确定方向的魔方控制方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一。

如图1 所示，本炫彩魔方与普通魔方在外观上并无明显差异。

如图2所示，炫彩魔方外部由炫彩单元组成。炫彩单元内部为一个按钮以及一个彩色发光单元，外部为透明或半透明键帽。优选地，本实施例采用彩色LED与按键组合作为一个炫彩单元，优选的使用WS2811芯片串联控制彩色LED灯珠，机械轴作为按键，每一个面的八个键做为一组，共六组，作为矩阵键盘，接受用户操作。

炫彩魔方的框架，在用于固定炫彩单元，以及放置电子芯片模块时，具有一定的边角，便于用户手持操作。

魔方内部为电子芯片模块，包括电子芯片、蓝牙模块以及电池模块。

电子芯片具有一定的计算能力，能够具有足够的I/O接口，能够识别用户操作，并发送数据至LED控制芯片。优选的使用ATmega2560芯片，其他满足需求的电子芯片均可。

电子芯片通过蓝牙模块与手机app进行连接，手机app通过数据通信，可以对魔方进行设置，如：设置亮度、动画间隔时间、控制模式、玩法、待机动画等；也可设置教学模式，app接受当前魔方状态，根据教程操作，计算相应的操作，在app上进行讲解，并传输相应的操作至魔方，炫彩魔方在相应的炫彩单元进行闪烁，从而提示用户进行操作；也可传输魔方的当前状态至app，生成虚拟魔方，进行同步展示。

电源模块能够存储魔方使用所需的电能，可以通过电源接口进行充电。

炫彩魔方由于不能通过旋转实体来实现对魔方的控制，且魔方的角方块同时与三个层相交，无法确定唯一的控制方向，而手势识别在立体的魔方上容易导致误操作，本发明提出两种电子魔方的控制方法，即可直观控制魔方，且不易引起用户误操作。其中一种通过设定魔方方向，约定炫彩魔方各个面所控制的对应层，并以此进行控制；另一种为依次按下两个在同一层侧面的炫彩单元，确认控制层及控制方向。接下来将结合配图对两种控制方法进行说明。

下面将对通过设定魔方方向，约定相应操作方向的控制方法进行具体描述。

1、当同时按下魔方某一棱边同一层两个炫彩单元，并按下垂直于棱边的两个面中的，不与该棱边重叠的任意一个炫彩单元，则认为使用该方法，并判定该炫彩单元所在的面为底面，且另外两个炫彩单元所确定棱边为靠近用户所在面的右侧的边。如图3所示，棱边上的六个炫彩单元，在同一层上的两个被按下，同时底面确认中，深色的单元被按下，则认为下面底面。若上面对应的单元被按下，则认为上面为底面。棱边为用户面对的右侧。

2、当棱方块上的炫彩单元被按下后，以该炫彩单元的正下方为旋转方向，旋转中间层。

3、对此时的魔方进行如下约定，靠近用户的面的四角，以及对面的四角用于控制左右两层的旋转；上面的四角，以及底面的四角用户控制前后两层的旋转；左右两面的四角，用于控制上下两层的旋转。

4、点击角方块上的炫彩单元时，根据以上约定，对其控制的那一层，以该炫彩单元垂直指向魔方中心方向为方向，旋转所控制的层。

5、如图4所示，以上面、右面、前面为例，上面为U层，右面为R层，前面为F层，背面为B层，左面为L层，底面为D层。正对某一层时，顺时针方向为正转。此时，前面对应的控制左右两层，即L层与R层，前面右上角控制R层，沿着R垂直指向魔方中心为方向，即指向背面，则R层顺时针旋转，记为R，而右下角的方向，相应的控制R层逆时针旋转，记为R^`’。同理，对应前面左上角为L’，左下角为L；其余控制如图中标记所示。此方案，与机械魔方的教学口诀保持一致，保持用户相应习惯，上手容易。

6、可以根据用户习惯，进行相应的设置。将对应面，与控制层进行旋转。以图4为例，可以以前面的右上角为顶点，顺时针旋转对应控制的三层。即：前后面控制上下两层、左右面控制前后两层、上下面控制左右两层。反之，逆时针旋转亦可。

下面将对通过依次按下两个在同一层侧面的按钮，确认控制层及控制方向的控制方法进行具体描述。

1、当同时按下四个不同面的炫彩单元后，则认为使用该方法。可以通过设置其他功能键或按键组合方式进入该模式，此实施例中优选该方式。

2、棱方块上的炫彩单元被按下后并放开，则以该炫彩单元的正下方为旋转方向，旋转中间层。

3、用户依次按下两个同一层侧面的两个炫彩单元，若两个炫彩单元指向魔方内侧的方向，与该层中线形成的旋转方向相同，则按照该方向，旋转该层；若两个炫彩单元指向魔方内侧的方向，与该层中线形成的旋转方向反向，则以先按下的炫彩单元向后按下的炫彩单元所形成的旋转方向进行旋转。

4、以顶层，U层为例，U层的侧面使用A、B、C、D进行标注。认为先按下A，再按下其余按钮。此时A指向魔方内侧的方向，与该层中线形成的旋转方向为U层的顺时针方向，若此时按下标记为B的单元，则依次按下的两个炫彩单元与中线形成的方向一致，则顺时针旋转U层；若按下C标记的单元，此时由A到C为以中线逆时针方向，则逆时针旋转U层；若按下D标记的单元，此时由A到D为以中线顺时针方向，则顺时针旋转U层；若没有按下其他键直接放开A，则A此时在U、L三个层侧面上，无法确定控制层，则不做任何动作。同理可以得到其他按下次序的相应控制方向。

进一步地，也可同时使用两种控制方法，通过app设置，单独使用或者结合使用，结合使用时单独点击后放开按钮，以设定的方向进行控制，若按下两个按钮后放下，则认为使用依次按下的方式进行控制。

炫彩魔方可以通过蓝牙模块，接受来自app的设置，配置不同的玩法，如：每次接收到旋转指令后，播放不同的动画，例如：仅旋转该层侧面的颜色、每次仅动画仅旋转一个单位、或两个单位等；利用立体的彩色发光体，实现多种益智游戏，例如：立体黑白棋、立体五子棋等；同时可以通过配置每个面不同数量的炫彩单元，实现四阶、五阶等异形电子魔方。

炫彩魔方可以配置特殊按钮、或者特殊功能键组合，识别其他手势，以实现更多功能，例如：记忆当前魔方状态、回退到之前记忆点、重置游戏等。

炫彩魔方中方块按钮不涉及魔方旋转控制，中方块可以不设置按键，用于放置电源接口、usb接口、等；或者作为特殊功能键，作为保留。电子模块中还可设置发声装置，模拟魔方旋转的声音；同时魔方内部可以放置足够的电池，用于魔方自身运转的同时，还可作为充电宝；也可内置移动存储等模块进行功能扩展。

电子魔方不能如同机械魔方一般，通过机械旋转，直观反映魔方各层的移动变化，本实施例中，使用一种动画，明确指示旋转的方向。下面是该动画的具体实施方式。

1、通过app设定每次动画的时间间隔，记为T。

2、记每层的侧面，或者中间层每次旋转需要移动R1个单位，模拟普通玩法为R1=3。

3、记底层需要旋转时，每个动画间隔需要移动R2个单位，模拟普通玩法为R2=2。

4、为了明确旋转方向，以一个指示块沿着旋转方向绕一周进行移动，指示块可以为一个或多个明显色块（黑色或白色等显眼颜色），当指示块为多个明显色块时可以设置为各个方向一个，或者依据颜色深浅，组成一个方向指示块，app中提供相应展示方法供用户选择。

5、色块在每层的侧面，或者中间层每次旋转需要移动r1个单位，r1=12。

6、色块在每层的底面，需要旋转时需要移动r2个单位，r2=8。

7、根据动画时间间隔，在T时间内，以上需要旋转的色彩，每T/R时间进行一次旋转，也可单独设置旋转时间。

8、通过设置R1，R2可以实现不同玩法。