专利名称：基于pc游戏平台的fps体感游戏枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于PC游戏平台的第一人称射击(FPS)类游戏设备，尤其是涉及一种通过计算机获取人的动作感知实现操纵的体感游戏枪。
背景技术：
目前，PC游戏仍然占有游戏产业最大的市场份额，而目前对于PC游戏的主流操控方式仍然是传统的键盘和鼠标，近些年也衍生出手柄或者操控台等游戏外设对游戏进行操作。
近些年来，随着任天堂推出的体感主机Wii，微软推出XB0X360的体感外设KINECT，索尼推出的PS MOVE等，在全球范围内掀起了一股体感游戏热，其新颖的玩法突破了以往手柄按键的方式，给人耳目一新的感觉。但目前这些体感设备都是基于电视游戏平台，需要单独的游戏主机，价格比较昂贵。并且这些平台可用于体感方式控制的游戏还较少，玩法也比较单一。这些阻碍了体感游戏在大众间的普及。
公开日为2009. 09. 30，公告号为CN101543678的专利公开了一种无需电视平台的棒状游戏装置，在游戏棒中内置倾角传感器，通过倾角传感器感知游戏棒的倾角变化，并以该变化作为控制信号实现对游戏进行控制。作为一种摆脱了电视平台的体感游戏装置，该装置提供了全新的游戏体验。但由于该装置只能以棒的倾角变化操作游戏，对于操作比较复杂的游戏例如FPS类，该装置就显得不太适合。第一人称射击游戏(FPS)为目前游戏界相当热门的游戏类型，拥有众多玩家，代表游戏有《反恐精英》，《使命召唤》，《战地》等PC游戏的经典之作。目前PC平台上的FPS的主流操作方式还是传统的键盘和鼠标，电视平台上则为手柄。主要操作有移动，射击，瞄准，换武器，换弹夹，使用游戏虚拟物品等。近些年来，随着玩家对于全新游戏方式的要求，新的游戏操作装置也应运而生。例如公告号为CN201267713的实用新型公开了一种枪型多功能游戏输入手柄，以模拟枪的真实操作来对游戏进行控制，极大的丰富了 FPS游戏的玩法，提高了游戏的真实度和沉浸感。但该游戏枪使用屏幕光栅扫描的方式对鼠标进行定位，不仅电路复杂，成本较高，并且该设计只能运用在传统的CRT显示器上，在目前主流的液晶显示器上将无法使用。
发明内容
基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，为了本发明提出了一种基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，该装置包括枪身和接收模块，所述枪身包括电源、动作采集单元、数字信号处理单元和无线发射单元；接收模块包括无线接收单元和USB连接芯片，其中电源用于枪身各部分电路的正常工作；动作采集单元由陀螺仪、小摇杆手柄和按键组成，用于采集游戏中的各种动作信号;数字信号处理单元用于接收动作采集到单元的各种动作信号，并对这些动作信号进行数字化处理并编码，转化为计算机能识别的键盘按键和鼠标动作信号；无线发射单元用于将数字信号处理单元处理过的信号发送出去，由无线接收单元接受信号并传输给USB连接芯片；USB连接芯片用于同计算机进行通信，将接收的动作信号传输给计算机，从而在电脑游戏中实现相应的动作。所述陀螺仪设置于枪身上靠近枪口的前端，获取枪口移动的角速度，进行枪口移动动作的识别。所述按键和小摇杆手柄根据按键设计设置于枪身各位置。
所述陀螺仪采用双轴陀螺仪。与现有技术相比，本发明可以实现以液晶作为显示器的电脑平台上的FPS射击游戏。
图I是本发明的游戏枪的结构框图。图2是本发明的游戏枪枪身结构举例的正视图。图3是本发明的游戏枪枪身结构举例的后视图。
具体实施例方式下面通过具体实施例及附图对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。本发明的FPS体感游戏枪由枪身和接收模块组成，结构框图如图I所示。其中FPS枪身包括电源、动作采集单元、数字信号处理单元(DSP)和无线发射单元；接收模块包括无线接收单元和USB连接芯片。其中电源使用锂电池供电，保证枪各部分电路的正常工作。动作采集部分由陀螺仪、小摇杆手柄和按键组成，用以采集人举枪瞄准射击时的各种动作。数字信号处理单元使用专门的DSP芯片，用以接收动作采集到的各种信号，并对这些信号进行处理并编码，转化为计算机能识别的键盘按键和鼠标动作信号。无线发射单元负责将DSP芯片处理过的信号发送出去，由无线接收单元接受信号并传输给USB芯片。USB芯片负责同计算机进行通信，将接收的信号传输给PC，从而在电脑游戏中实现相应的动作。下面结合FPS游戏的具体操作，具体说明每一个部分的技术实现。对于PC平台上一般的FPS游戏，其操作都是由鼠标和键盘来完成。例如其中一种经典的FPS游戏，其利用鼠标操作实现的动作包含移动鼠标使游戏中的准心相应移动，左键为射击，右键为瞄准，滚轮为换武器，鼠标中键为扔手雷。其利用键盘操作实现的动作包含移动前进(对应键盘W按键)、后退(对应S按键)、左移(对应A按键)、右移(对应D按键)；跳跃(对应SPACE按键)、奔跑(对应SHIFT按键)、下蹲(对应CTRL按键)等。其他功能键有换弹夹(对应R按键)，使用游戏虚拟物品(对应F按键)，选择武器(对应1，2，3按键)等。通过这些操作，就能控制游戏中的虚拟角色做出相应的各种动作。将这些操作转化成为相应的肢体动作，以人机交互的体感方式取代传统键盘和鼠标来对游戏进行操控。本发明的动作采集单元便是要完成这个动作识别的过程。其中陀螺仪采用双轴的数字陀螺仪，用以模拟鼠标的移动，它为测量角速度的微传感器；在本发明中，能同时测量两个方向的角速度。由于人举枪左右或者上下的移动都可以近似看作圆周运动，因此我们可以使用陀螺仪来获得人移动枪时的动作数据。将陀螺仪置于枪口处，其中测量方向为水平和竖直两个方向，将测量到的两个方向的角速度作为动作信号传输给DSP芯片，由于采用数字传感器，不仅精度较高，还能能省去AD转换的外围电路，降低设计的复杂度，直接通过IIC通信直接与DSP连接，便于操作和控制，进一步降低成本。对于鼠标左右键及键盘各个按键的操作，则使用分布于枪身各处的小摇杆手柄和按键来完成，设置在游戏枪身上各个按键、摇杆和功能模块的分布如图2和图3所示。在图2中，I为陀螺仪所在位置；2为控制游戏人物移动方向的一对小摇杆(对应键盘W、S、A、D按键操作)；3为换弹夹的按键(对应键盘R键操作)；4为射击的扳机(对应鼠标左键操作);5为换武器及扔手雷按键(对应鼠标中键及滚轮操作);6为使用游戏物品按键(对应键盘F键操作)；7为瞄准的按键(对应鼠标右键操作)。在图3中，8为控制人物奔跑，下蹲，跳跃动作的摇杆(对应键盘SHIFT、CTRL、SPCACE键操作);9，10，11为武器选择按键(对应键盘1、2、3数字键操作);12为置于枪内部的主电路板，包括DSP芯片、无线发射模块及相应的外围电路，并在枪外壳上设置发射天线及开关指示灯等，是整个设计的核心部分；13为锂电池，负责为主电路板供电。小摇杆2的手柄置于枪护木的左右两侧，左边的用于操作前后左右移动(对应键盘W、S、A、D键操作)，右边的用于控制跳跃，奔跑，下蹲(对应键盘SPACE、SHIFT和CTRL键操作)。其余按键根据不同功能和人使用习惯分布于枪不同的位置。例如，扣动枪扳机对应点击鼠标左键，游戏中人物将做出射击动作。枪托后部装有一个较大按键，当人将枪托抵在胸部，做出瞄准动作时，该按键被按下，对应点击鼠标右键，相应游戏中人物将做出瞄准动作。在弹夹处放置一按键，按下为换弹夹动作(对应键盘R)。在扳机上方放置一滚轮，模拟鼠标滚轮和中键功能，对应换武器和扔手雷的动作。其余按键各放置于枪的不同位置，对应不同功能，具体放置方法参见图2和图3。这也只是其中的一种配置方法，我们可以根据游戏的特点和人的操作习惯，重新配置各种按键及摇杆，以期达到最佳的操作手感和游戏体验。如此进行配置，能使玩家能够以真实的体感方式对FPS游戏进行操作，完美的模拟举枪射击的各种动作，如枪口移动，扣动扳机，瞄准，换弹夹等动作，再配合摇杆和其他功能键，可以完成FPS游戏中绝大部分操作，对于像《反恐精英》，《使命召唤》之类的游戏都能良好的操控。如上所描述，已经获得了陀螺仪测到的角速度数据，摇杆的数据，按键是否按下等信息，但这些原始信息并不能被计算机直接识别。因此，对于这些原始数据，还要做进一步处理，才能变为能为计算机所识别的信号。本发明采用DSP芯片来完成整个过程。作为专门的数字信号处理芯片，其具有很强的信号处理能够，完全能够处理陀螺仪，摇杆和按键所采集到的信号。通过DSP芯片可编程I/O接口，我们将陀螺仪，按键和摇杆直接连接在DSP的I/O 口上，便于DSP接受信号和进行控制。对于接收到的信号，DSP将对其作如下处理首先是初步处理，进行滤波等操作，目的是将信号中的有用部分提取出来，去除噪声，使得芯片能够可靠识别信号。对于陀螺仪的数据，需去除噪声，才能准确接收其可能多达12位的数据，对于按键及摇杆，需要消除键盘的抖动，才能使DSP正确判断按键是否按下。经过初步处理之后，将对采集到的信号进行编码，而这也是DSP芯片最为重要的工作。我们都知道，外部设别同计算的通信都是按照一定的规则进行的，比如串口通信和USB通信，否则计算机将无法识别。对于该发明专利，我们将采用目前运用最为广泛的USB通信，这也是键盘和鼠标跟计算机连接最为常见的方式之一。而键盘和鼠标在USB协议中的编码方式为HID编码方式，对于所采集到的数据，我们同样采用HID编码方式。陀螺仪的数据，扳机，枪托后按键及滚轮一同构成了整个鼠标的动作，陀螺仪的数据表示鼠标上下左右四个方向移动的数据，扳机按下为鼠标左键，枪托按键按下为鼠标右键，滚轮为鼠标滚轮及中键。对于鼠标的移动，根据陀螺仪两个方向角速度变化的大小，按照一定的算法将其转换为对应鼠标移动的方向和快慢。判断左右键，中键是否按下，若按下，将对应信息作HID鼠标标准的编码，以便计算机能够识别。USB鼠标同计算机的通信，每次向计算机发送4个字节的数据，其中BYTEl表示鼠标控制信息(移动方向，是否溢出及左中右键是否按下)，BYTE2, BYTE3表示两个方向鼠标移动的大小，BYTE4表示鼠标滚轮的变化，上面DSP已经将相应信息进行编码，并分别放在这4个字节的对应位置中，最终将这4 个字节的数据发送给计算机。对于剩下的摇杆和按键信息，则根据键盘的HID用途表，作对应的编码。例如换弹夹按键，对应键盘上R，通过查表，可知其HID编码为0xl5，DSP如果判断该键按下，便将其编码为0x15，对其余按键和摇杆都做同样的操作。USB键盘同计算机的通信，每次向计算机发送8个字节的数据，其中BYTEl表示表示几个控制键的信息(SHIFT，ALT, CTRL及⑶I)，BYTE2为保留字节，BYTE3到BYTE8为普通按键，若DSP判断有按键按下，将其作HID编码后，分别将编码后的数据放入这8个字节中。其中，SHIFT和CTRL放到BYTEl中，其余的放到BYTE3到BYTE8中。由于总共只有6个字节可以表示其他按键，所以要分配好各个按键的所在字节，对于不能同时按下的按键可放于同一字节中，例如前后移动(W和S)，切换武器(数字键1，2，3)等，以保证多个按键同时按下时计算机能够接收到，保证操作的顺利进行。由此，所采集到的动作信息就被DSP转化成了 HID编码，其中鼠标有4个字节，键盘有8个字节，而这总共12个字节便是要发送给计算机的数据。通过DSP的操作，动作采集单元采集到的动作信号就被转换成了 HID编码，获得总共12个字节的数据，这些数据将传输给计算机。由于该FPS枪为体感方式操作游戏，所以如果使用有线方式同计算机相连接的话，必将带来诸多不便，所以我们采用无线传输的方式同计算机相连接。经过对各种无线模块的比较，我们选择目前已经成熟的2. 4G无线传输模块。该模块工作在2. 4Ghz频段上，是目前市面上无线鼠标和无线键盘使用最多的无线模块，技术已经非常成熟。该模块传输速率快，价格低廉，抗干扰能力强，功耗也较低，并且能在IOm范围内可靠传输，完全符合设计要求。使用两个无线模块，一个为发送模块，同DSP相连接，一个为接收模块，同USB芯片连接。对于无线模块的控制工作则分别由DSP和USB芯片完成。而所要传输的数据则是DSP所产生的12字节的HID编码数据。经过无线接收模块的接收，12字节的数据传输给了 USB芯片，经过USB芯片，以标准USB输入设备的方式传给计算机，其中键盘和鼠标以两个USB报告的形式分别发送，使得计算机能够直接识别，无需任何驱动，真正做到即插即用。对于枪上电路的供电，我们采用锂电池进行供电。其中的DSP，陀螺仪传感器，无线模块可能供电电压不同，则需要在设置一些电压转换的电路，保证各部分的正常供电。并设置开光和指示灯等，方便 玩家使用。
权利要求
1.一种基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，该装置包括枪身和接收模块，其特征在于所述枪身包括电源、动作采集单元、数字信号处理单元和无线发射单元；接收模块包括无线接收单元和USB连接芯片，其中所述电源用于枪身各部分电路的正常工作；所述动作采集单元由陀螺仪、小摇杆手柄和按键组成，用于采集游戏中的各种动作信号;所述数字信号处理单元用于接收动作采集到单元的各种动作信号，并对这些动作信号进行数字化处理并编码，转化为计算机能识别的键盘按键和鼠标动作信号；所述无线发射单元用于将数字信号处理单元处理过的信号发送出去，由无线接收单元接受信号并传输给USB连接芯片；所述USB连接芯片用于同计算机进行通信，将接收的动作信号传输给计算机，从而在电脑游戏中实现相应的动作。
2.如权利要求I所述的基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，其特征在于，所述陀螺仪设置于枪身上靠近枪口的前端，获取枪口移动的角速度，进行枪口动作的识别。
3.如权利要求I所的基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，其特征在于，所述按键和小摇杆手柄根据按键设计设置于枪身各位置。
4.如权利要求I所述的基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，其特征在于，所述陀螺仪采用双轴陀螺仪。
全文摘要
本发明公开了一种基于PC游戏平台的FPS体感游戏枪，包括枪身和接收模块，枪身包括电源、动作采集单元、数字信号处理单元和无线发射单元；接收模块包括无线接收单元和USB连接芯片，其中动作采集单元由陀螺仪、小摇杆手柄和按键组成，用于采集游戏中的各种动作信号；数字信号处理单元用于接收动作采集单元的动作信号，并对动作信号进行处理并编码，转化为计算机能识别的键盘按键和鼠标动作信号；无线发射单元用于将数字信号处理单元处理过的信号发送出去，由无线接收单元接受信号并传输给USB连接芯片；USB连接芯片同计算机进行通信，将接收的动作信号传输给计算机，在电脑游戏中实现相应的动作；与现有技术相比，可以实现以液晶作为显示器的电脑平台上的FPS射击游戏。
文档编号A63F13/04GK102921170SQ20121045274
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者刘熙, 张启乐, 马楠 申请人:天津大学