专利名称：光学感应式虚拟实境跑步机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学感应式虚拟实境跑步机，是一种可侦测运动者脚步状态的跑步机，并设置可仿真实境装置，使运动者在室内运动时，可通过光学感应式虚拟实境跑步机同时达到娱乐与运动的目的。
为解决上述现有跑步机单调乏味的缺点，本发明提出一组装设在光学感应式虚拟实境跑步机上的光学感应器，并配合虚拟实境装置，兼具本发明娱乐与运动的效果。
发明内容
本发明的光学感应式虚拟实境跑步机，是一种前后端及侧端装设光学感应器的跑步机，通过光学感应器来侦测运动者在跑步机上的脚步运动状态，侦测其步伐、方向等，并反应至仿真实境的屏幕或盔上显示器等装置中，使运动者在室内跑步机上运动同时，能仿佛于一仿真的环境中运动。q光学感应式虚拟实境跑步机达到娱乐与运动的目的。
依据本发明光学感应式虚拟实境跑步机的一优选实施例，包括有跑步装置，包含有一用于在其上跑步的传动带；感测装置，用以感测一跑者的移动状态资料；计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序且该游戏程序包含有至少一游戏主体；及一影像输出装置用于显示一由该游戏程序所产生的游戏于其上；其中，该计算机装置可接收这些光学感测装置的一信号而可读取这些状态资料，且这些游戏主体可响应于这些状态资料而改变显示于该影像输出装置上的游戏主体的状态。优选的是，该感测装置可为一光学式感测装置。
依据本发明光学感应式虚拟实境跑步机的另一优选实施例，包括有跑步装置，包含有用于在其上跑步的传动带；控制面板，用以进行使用状态的设定；感测装置，用以感测跑步者的移动状态资料；控制器，用以控制该跑步装置的速度；计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序且该游戏程序包含有至少一游戏主体；及，一影像输出装置用于在其上显示一由该游戏程序所产生的游戏；其中，该计算机装置可接收这些光学感测装置的信号而可读取这些状态资料，且这些游戏主体可响应于这些状态资料而改变显示于该影像输出装置上的游戏主体的状态。又，优选者，该感测装置可为一光学式感测装置。
依据本发明光学感应式虚拟实境跑步机的又一优选实施例，包括有跑步机，包含有一传动装置，具有用于在其上跑步的传动带、多个轮轴与用于控制运作模式设定的面板；多个光学传感器，用以感测跑步机运动者的移动；处理器，为处理该多个光学传感器与该跑步机的传动装置讯息；控制器，为接收该多个光学传感器与该跑步机的传动装置讯息，并与该处理器信号连接；影像显示装置，可显示虚拟实境于其上。
有关本发明的详细内容及技术，现就配合
如下
请参阅图2A至2C，为本发明实施例的光学感应式虚拟实境跑步机200的示意图。本发明的光学感应式虚拟实境跑步机200包括跑步装置220、控制装置260及计算机装置280。
跑步装置220包括一机架222、一传动装置224及一控制面板226。如图2A所示，该机架222为一L形机架，包含一基座228及两支柱230直立设于基座228之前、及一对扶手232设于该两支柱230上而让使用者握持。该传动装置224包含多个滚轮234设于该基座228的左、右侧板233之间、一传动带236覆设于这些滚轮234上、及一电动机238连设于该滚轮234上用以提供带动该传动带236转动的动力。该电动机238可设于这些滚轮234的任一个上，只要其可适当地带动传动带236的转动即可。这些滚轮234可相对于该基座228的左、右侧板232旋转，故而当传动带236转动时随之的旋转，且提供传动带236支撑的力量，而让一跑步者适当地在该传动带236的外表面上跑步。控制面板226上设有控制设定装置，例如像是电源开关、设定钮、液晶显示屏等，可针对该跑步装置220进行设定，并具有其它控制机构而可设定所使用的游戏种类(在该计算机装置280中)，并进一步设定该游戏的各种选项，以及设定游戏的计算机装置280的环境。
请参阅图2B及图2C，控制装置260包括控制器262及感测装置264。该感测装置264包含第一组光学信号发送器265，其设于前方的侧板233上，和第一组光学信号接收器266，其设于右方的侧板233上，以及第二组光学信号发送器267，其设于前方的侧板233上，和第二组光学信号接收器268，其设于左方的侧板233上；其中，该第一光学组信号接收器266与该第一组光学信号发送器265成对设置而用于接收其所发出的光学信号，该第二组光学信号接收器268与该第二组光学信号发送器267成对设置而用于接收其所发出的光学信号。该控制器262通过第一信号线271与该第一组光学信号发送器265相连、通过第二信号线272与该第一组光学信号接收器266、通过第三信号线273与该第二组光学信号发送器267相连、及通过第四信号线274与该第二组光学信号接收器268相连。该控制器262通过第五信号线275与该跑步装置220的该控制面板226相连及第六信号线276与该跑步装置220的该电动机238相连。该控制器262经由第七信号线277与该计算机装置280相连。
虽然在本实施例中，该控制器262通过第一至第七信号线271～277与本发明的其它部分连接，但熟悉该项技术者应当知道，这些信号线的连接方式主要为达到信号传递的目的，当可有多种变化，例如无线通讯技术，而不仅限于图2C中所示。
请见图2，计算机装置280包括中央处理单元282、影像输出装置284、以及游戏程序286。该计算机装置280的内部连接方式与本发明的其它装置间的控制方块图如图2C所示；虽然在本实施例中显示出该计算机装置280的一种内部连接方式，但熟悉该项技术者当知，该计算机装置280的内部连接方式当可有多种变化而不仅限于图2C所示。
该计算机装置280可通过该控制装置260，而得知跑步装置220的控制面板226的各种设定及跑步装置220的速度等状态的资料。该游戏程序286为一软件或一软体装置，可为一个二维空间交互式游戏软件或软体或一个三维空间虚拟实境游戏软件或软体，而可于进行游戏时因应游戏程序286的各种设定、控制面板226及246的各种设定、及跑步装置220的各种设定及状态资料等产生互动而反应在该影像输出装置284上。
当该游戏程序286为一个二维空间交互式游戏时，该影像输出装置284可为一屏幕，例如一大屏幕288(可为投影式、电离子式、LCD式、LED式等)或一计算机屏幕或一电视屏幕或一电视墙等。当该游戏程序286为一虚拟实境游戏时，该影像输出装置284可为一虚拟实境输出装置，例如一虚拟实境盔上显示器或一虚拟实境眼镜显示器或一虚拟实境立体投影机或一激光3D立体投影机等。当一运动者1使用该跑步装置220时，该游戏程序286执行时，将可于该影像输出装置284上显示出一计算机游戏且包含一游戏主体，例如一仿真跑步者(未显示于图中)与跑步运动者1相对应，并反应出跑步者的各种状态。此外，该游戏程序286在执行时，还可在该影像输出装置284上显示出不只一个游戏主体于一游戏中，例如显示出另一第二仿真跑步运动者(未显示于图中)与运动者1与游戏中产生互动。该游戏主体本身不一定要显示于该影像输出装置284中，而也可以该影像输出装置284所显示的代表该游戏主体所见的事物，并借此显现该游戏主体的状态，如速度、方向等。
当运动者1开始使用本发明的跑步装置220，可在跑步装置220的控制面板226上开启电源开关并设定游戏种类及进行各种相关设定项目后，运动者1即能由该影像输出装置284看到身处的情境并开始游戏、运动，而跑步装置220及运动者1的状态讯号即可经由该控制装置260的感测装置264传送至控制器262，再传送至计算机装置280的中央处理单元282，并与该游戏程序286产生互动而改变该仿真跑步者及/或该第二仿真跑步者的状态，且反应在该影像输出装置284上。其中，在使用时，该第一组光学信号发送器265会持续发射出光学信号并为该第一组光学信号接收器266所接收而构成信号连通状态并于其间形成多个光路，且该第二组光学信号发送器267会持续发射出光学信号并为该第二组光学信号接收器268所接收而构成信号连通状态并于其间形成多个光路，且在实施上这些光学信号可以是不可见光，运动者并不会看见与感觉到存在。当一跑步运动者1的脚步在传动带上移动时，会使光路阻断而使信号连通状态改变为信号中断状态，因而感测装置264可感应到运动者1的各种脚步变化，并将各传感器得到的讯息传送至控制器262。故当运动者1于跑步装置220上运动转弯时，其脚部会因有所偏移而遮断光学信号发射器到光学信号接收器间光路的光线时，此等信号将通过控制装置260与计算机装置280来判断转弯的时机与角度，并与游戏程序286产生互动且反应于显示装置284上，即仿真跑步者也于其中显示为转弯状态；当光线被遮断的光路愈多时，即表示转弯的幅度愈大。举例来说，当运动者1向左弯时，其左脚29a便会偏向左前方运动而遮断较多的左侧光路294a，294b，294c，且遮断愈多条表示弯度愈大，此等信号即可经由该控制装置260传送至计算机装置280，并与其中的游戏程序286产生互动而改变该仿真跑步者及/或该第二仿真跑步者的状态，且反应在该影像输出装置284上，并显示出该仿真跑步者向左转；当运动者1的左脚偏向左方的幅度愈大时，则在该影像输出装置284中所显示出的该仿真跑步者向左转的幅度亦愈大。当运动者1恢复一般跑步动作时，其脚步的改变也会改变光路的光线被遮断的状态，且此等信号也可通过控制装置260与计算机装置280来判断回复的时机，并与游戏程序286产生互动且反应在显示装置284上，仿真跑步者也在其中显示为直线前进。另外，运动者1也可决定跑步的速度，跑步装置220的传动装置224反应运动者1的跑步速度，并将速度反应至影像显示装置284上。
另外，当运动者1在运动中，也可在控制面板226上进行设定调整，这些调整信号也会传送至计算机装置280中，并与该游戏程序286产生互动而改变该仿真跑步者及/或该第二仿真跑步者的状态，且反应在该影像输出装置284上。由于游戏程序286会不断地产生各种游戏情境，且这些游戏情境会与该仿真跑步者/或该第二仿真跑步者的状态产生互动而呈现于该影像输出装置284上，而运动者1也可随着这些游戏情境的变化进行跑步装置220的状态调整，例如改变速度等，以与游戏情境产生互动。
请参阅图4，为本发明第二实施例光学感应式虚拟实境跑步机300的示意图，其中，与第一实施例相类同的装置以类同的组件符号标示。该光学感应式虚拟实境跑步机300包括跑步装置220、控制装置360及计算机装置280(未显示于图中)。在本实施例中，其与本发明第一实施例200的主要差异在于，该控制装置360的感测装置364的设置方式与感测装置264有所不同。感测装置364包含第一组光学信号发送器361，其设于该跑步装置220的前方的侧板233上，和第一组光学信号接收器363，其设于一后方的侧板233上，以及第二组光学信号发送器369，其设于右方的侧板233上，和第二组光学信号接收器370，其设于左方的侧板233上；其中，该第一光学组信号接收器363与该第一组光学信号发送器361成对设置而用于接收其所发出的光学信号，该第二组光学信号接收器370与该第二组光学信号发送器369成对设置而用于接收其所发出的光学信号。
由图4中可知，在本例中，这些垂直光路(396a，396b，396c等)与水平光路(如398a，398b，398c等)由俯视图观察，相互交错而形成格状；通过感测装置364所形成的一格状矩阵坐标可精确地感测运动者1在跑步装置220上的脚步位置与行为。例如当运动者1欲向左转而将左脚29a向左踏出时，左脚在格状矩阵坐标中的位置即会由所遮断的纵向光路以及所遮断的横向光路所决定，并为置测装置364所测得，再透过控制装置360传送至计算机装置280，而与游戏软件产生互动，达到本发明实施例光学感应式虚拟实境跑步的功效与目的。熟悉本技术的人士当知，这些垂直与水平的光路可分层设置而不相交，或是这些光路虽相交，但该第一组光学信号361与该第二组光学信号369的发射光学信号的时间可错开而有所不同，以使彼此不会相互干扰。
再请参阅图3，为本发明实施例的光学感应式虚拟实境跑步机与虚拟实境盔上显示器290配合的示意图。于本实施例中，该虚拟实境盔上显示器290与该跑步装置220的控制面板226相连，通过控制装置260(未显示于图中)而可受到该计算机装置280(未显示于图中)的控制，显示出游戏的情境。在另一实施例中(未显示于图中)，该虚拟实境盔上显示器290也可信号连接于该计算机装置280，或是与该控制装置260信号连接，且此等信号的连接，也可采用无线的连接技术，如蓝牙技术或红外线技术等，而这是熟悉此项技术的人士所皆知的。
当运动者1头部戴上一可仿真实境的虚拟实境盔上显示器290时，此显示器290中可放映各种环境仿真的影像并与运动者1产生3D立体的互动效果，让运动者1能于光学感应式虚拟实境跑步机上运动时，也能因戴上虚拟实境盔上显示器290而感受到在各种环境下运动的真实感与临场感乐趣，兼具娱乐与运动的效果，达到本发明光学感应式虚拟实境跑步机的功效与目的。
以上为本发明光学感应式虚拟实境跑步机实施例的详细说明，运动者在包含光学感应器的跑步机上运动，更在跑步机上设置屏幕与盔上显示器等可仿真实境的装置，达到运动与娱乐兼具的目的与功效。
综上所述，充份显示出本发明光学感应式虚拟实境跑步机在目的及功效上均深富实施的进步性，极具产业的利用价值，且为目前市面上前所未见的新发明，完全符合新型专利的要件，爰依法提出申请。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以的限定本发明所实施的范围。即依本发明申请专利范围所作的相当变化与修饰，都应属于本发明专利涵盖的范围内。
附图标记说明1…………………………………运动者；
10…………………………… 跑步机；11…………………………… 扶手；12…………………………… 面板；13…………………………… 传动装置；15a……………………………前轮轴；15b……………………………后轮轴；29a……………………………左脚；29b……………………………右脚；200……………………………光学感应式虚拟实境跑步机第一实施例220……………………………跑步装置222……………………………机架224……………………………传动装置226……………………………控制面板228……………………………基座230……………………………支柱232……………………………扶手233……………………………侧板234……………………………滚轮236……………………………传动带238……………………………电动机260……………………………控制装置262……………………………控制器264……………………………感测装置265……………………………第一光学信号发射器266……………………………第一光学信号接收器
267……………………………第二光学信号发射器268……………………………第二光学信号接收器271……………………………第一信号线272……………………………第二信号线273……………………………第三信号线274……………………………第四信号线275……………………………第五信号线276……………………………第六信号线277……………………………第七信号线280……………………………计算机装置282……………………………中央处理单元284……………………………影像输出装置286……………………………游戏程序288……………………………大屏幕290……………………………虚拟实境盔上显示器292……………………………光路294a，294b，294c………… 光路300……………………………光学感应式虚拟实境跑步机第二实施例360……………………………控制装置364……………………………感测装置361……………………………第一光学信号发射器363……………………………第一光学信号接收器369……………………………第二光学信号发射器370……………………………第二光学信号接收器396a，396b，396c…………光路
398a，3986b，398c…………光路
权利要求
1.一种虚拟实境跑步机，包括跑步装置，包含有用于在其上跑步的传动带；感测装置，用以感测跑步者的移动状态资料；计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及影像输出装置，用于在其上显示由该游戏程序所产生的游戏；其中该计算机装置可接收该感测装置的信号而可读取这些移动状态资料，且可响应这些移动状态资料而改变显示在该影像输出装置上的输出影像。
2.如权利要求1所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该感测装置为光学感测装置。
3.如权利要求1所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该感测装置还包括有至少一组成对设置且配合使用的光学信号发射器及光学信号接收器。
4.如权利要求1所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该感测装置包括有第一组及第二组成对设置且配合使用的信号发射器及信号接收器，且每一组中的信号发射器及信号接收器分别设于该跑步装置的机架的两相邻侧。
5.如权利要求1所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该感测装置包括有第一组及第二组成对设置且配合使用的信号发射器及信号接收器，且每一组中的信号发射器及信号接收器分别设于该跑步装置的一机架的两相对侧。
6.一种虚拟实境跑步机，包括有跑步装置，包含有用于在其上跑步的传动带；控制面板，用以进行使用状态的设定；感测装置，用以感测跑步者的移动状态资料；控制器，用以控制该跑步装置的速度；计算机装置，包含一处理器及一游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及影像输出装置，用于在其上显示由该游戏程序所产生的游戏；其中该计算机装置可接收该感测装置的信号而可读取这些状态资料，且可响应这些状态资料而改变显示于该影像输出装置上的输出影像。
7.如权利要求6所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该感测装置为光学感测装置。
8.如权利要求7所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该光学感测装置包括有第一组及第二组成对设置且配合使用的信号发射器及信号接收器，且该第一组信号发射器及信号接收器在这些信号发射器及这些信号接收器之间形成有第一组光路，该第二组信号发射器及信号接收器在这些信号发射器及这些信号接收器之间形成有第二组光路，该第一组光路与第二组光路相互垂直。
9.如权利要求7所述的虚拟实境跑步机，其特征在于，该光学感测装置包括有第一组及第二组成对设置且配合使用的信号发射器及信号接收器，且该第一组信号发射器及信号接收器在这些信号发射器及这些信号接收器之间形成有第一组光路，该第二组信号发射器及信号接收器在这些信号发射器及这些信号接收器之间形成有第二组光路，该第一组光路与第二组光路相互交错。
10.一种光学感应式虚拟实境跑步机，包括有跑步机，包含有传动装置，其具有用于在其上跑步的传动带、多个轮轴与控制运作模式设定的面板；多个光学传感器，用以感测跑步机运动者的移动；控制器，用于接收该多个光学传感器与该跑步机的传动装置讯息；处理器，用于处理该多个光学传感器与该跑步机的传动装置讯息，并与该控制器信号连接；影像显示装置，可在其上显示虚拟实境。
全文摘要
本发明涉及一种光学感应式虚拟实境跑步机，是一种在前后端及侧端装设光学感应器的跑步机，使运动者在跑步机上运动时，可通过光学感应器侦测其脚步运动状态，并反应至一交互式或虚拟实境计算机游戏程序，借此使得运动者可与此计算机游戏程序产生互动，使运动者于室内运动同时，能仿佛在一仿真的环境中运动，以通过光学感应式虚拟实境跑步机达到娱乐与运动的目的与效果。
文档编号A63B22/02GK1411879SQ0214819
公开日2003年4月23日 申请日期2002年10月31日 优先权日2002年10月31日
发明者郭澎嘉 申请人:威盛电子股份有限公司