游戏枪及其定位方法、交互游戏设备及控制主机与流程

本发明涉及游戏设备技术领域，特别是涉及一种游戏枪及其定位方法、交互游戏设备及控制主机。

背景技术：

电子游戏是依托电子设备平台而运行的交互游戏。随着科学技术的快速发展，电子游戏的种类与流行度也随之快速提升。射击类游戏作为最为热门的一种电子游戏，深受广大年轻群体的喜爱。最开始的射击类游戏是通过鼠标或摇杆来移动，用户在使用的过程中由于模拟度不够，进而会影响用户体验，为了提高用户的体验，应用于射击游戏的游戏枪便应运而生。

游戏枪是一种外形与真枪类似的游戏设备，游戏枪与游戏中的光标进行定位后，用户可以通过操作游戏枪来控制游戏中光标的移动以及完成其他原本需要鼠标来进行的游戏动作，可以高度模拟射击的感觉，如此有效地提高了用户的游戏体验。而要高度模拟射击就需要游戏枪定位精度高，实现用户使用时游戏中的光标准确的定位到目标位置。但是，传统实现高定位精度的游戏枪结构过于复杂，成本过高，不利于游戏枪的推广。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的高定位精度的游戏枪成本过高，不利于推广的问题，提供一种具有高定位精度，且结构简单，成本较低利于推广的游戏枪及其定位方法、交互游戏设备及控制主机。

一种游戏枪，与控制主机相连，所述游戏枪包括：

支撑组件；

本体，包括枪身及固定连接于所述枪身一端的枪头；

所述枪身连接于所述支撑组件的一端，且绕第一轴线及第二轴线可转动；

第一传感器，设置于所述本体，用于测量当所述枪头朝向屏幕且所述枪身纵长方向的中轴线垂直于屏幕时所述第一传感器距屏幕的距离；

第二传感器，设置于所述本体，用于测量所述枪身绕所述第一轴线转动的第一转动角度；

第三传感器，设置于所述本体，用于测量所述枪身绕所述第二轴线转动的第二转动角度；

其中，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。

在其中一个实施例中，所述支撑组件包括防滑件、第一支撑杆及第二支撑杆，第一支撑杆固定连接于所述防滑件的一侧，所述第二支撑杆与所述第一支撑杆平行设置，且所述第二支撑杆沿所述第一支撑杆纵长方向可滑动地连接于所述第一支撑杆，以靠近或远离所述防滑件；

所述枪身连接于所述第二支撑杆的远离所述防滑件的一端。

在其中一个实施例中，所述第一支撑杆与所述第二支撑杆同轴设置，且所述第一支撑杆开设有滑道，所述第二支撑杆可滑动地设置于所述滑道。

在其中一个实施例中，所述支撑组件还包括锁紧件，所述锁紧件穿设于所述第一支撑杆，且抵接于所述第二支撑杆，用于使所述第二支撑杆相对所述第一支撑杆固定。

在其中一个实施例中，所述游戏枪还包括激光发射器，所述激光发射器设置于所述枪头，所述激光发射器发射的光束与所述枪身纵长方向的中轴线平行，且所述光束可投射到屏幕。

在其中一个实施例中，所述第一传感器为超声波传感器，所述第二传感器为方位角传感器，所述第三传感器为倾角传感器。

一种交互游戏设备，包括控制主机、与所述控制主机分别连接的屏幕及游戏枪；

所述游戏枪包括：

支撑组件；

本体，包括枪身及固定连接于所述枪身一端的枪头；

所述枪身连接于所述支撑组件的一端，且绕第一轴线及第二轴线可转动；

第一传感器，设置于所述本体，用于测量当所述枪头朝向所述屏幕且所述枪身纵长方向的中轴线垂直于所述屏幕时所述第一传感器距所述屏幕的距离；

第二传感器，设置于所述本体，用于测量所述枪身绕所述第一轴线转动的第一转动角度；

第三传感器，设置于所述本体，用于测量所述枪身绕所述第二轴线转动的第二转动角度；

所述控制主机用于根据所述第一传感器距所述屏幕的距离、所述第一转动角度及所述第二转动角度确定所述屏幕上光标的移动距离；

其中，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。

一种游戏枪定位方法，应用于上述的游戏枪，该定位方法包括以下步骤：

获取当枪头朝向屏幕且枪身纵长方向的中轴线垂直于屏幕时第一传感器距屏幕的距离；

获取所述枪身绕第一轴线的第一转动角度；

获取所述枪身绕第二轴线的第二转动角度；

根据所述第一传感器距屏幕的距离、所述第一转动角度及所述第二转动角度确定屏幕上光标的移动距离。

在其中一个实施例中，所述定位方法还包括步骤：

获取屏幕的尺寸及分辨率与所述枪身绕所述第一轴线转动所述第一转动角度及绕所述第二轴线转动所述第二转动角度所花的转动时间；

根据尺寸及分辨率计算所述光标的移动距离对应的像素点数量；

根据所述像素点数量及所述转动时间计算光标的移动速度。

一种控制主机，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述游戏枪定位方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的游戏枪定位方法的步骤。

相对与现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

枪头朝向屏幕，当枪身绕第一轴线及第二轴线转动时，固定连接于枪身一端的枪头也会随着转动，从而让枪头可指向屏幕的各个点。控制主机通过获取第一传感器、第二传感器及第三传感器测得的数据，并通过预设公式计算出屏幕上光标的移动轨迹。如此，将本体限制在两个自由度内转动，使得本体的轨迹较为简单，控制主机只需获取三个传感器测得数据对应控制屏幕上光标的定位，保证了高精度的定位，增强了用户的游戏体验。此外，支撑组件的设置使得本体有了支撑，相较于传统的高自由度的游戏枪，无需将其完全拿起，更加的省力，避免了用户短时间使用就产生疲惫的现象。而且通过增设支撑组件使本体绕一定点转动，且配合三个传感器各自测量对应的数据，然后通过控制主机进行计算，游戏枪的结构较为简单，大大降低了实现游戏枪准确定位的成本，有利于游戏枪的推广。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的游戏枪与屏幕的配合关系示意图；

图2为图1所示游戏枪的计算原理示意图；

图3为本发明另一实施例提供的游戏枪的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的游戏枪的安装方法流程图；

图5为本发明一实施例提供的游戏枪的定位方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了便于理解本发明的技术方案，在此对传统的游戏枪的大致原理及问题进行说明：传统的游戏枪是与控制主机无线或有线连接后通过控制主机的计算将游戏枪的移动方向及距离换算成光标在屏幕上的移动方向及距离，而计算需要测量到游戏枪的具体移动路径。传统的游戏枪采用陀螺仪、加速度计以及地磁传感器三者配合来测量游戏枪的移动路径，但是这样的游戏枪没有限制，自由度太高，轨迹太复杂，导致定位不太准，影响游戏体验；而要实现定位精准成本过高，无法推广普及。

如图1所示，本发明一实施例提供的游戏枪10，游戏枪10与控制主机(图未示)相连，控制主机还连接于屏幕20，游戏枪10包括支撑组件12、本体14、第一传感器(图未示)、第二传感器16及第三传感器18。

本体14包括枪身142及固定连接于枪身142一端的枪头144。枪身142连接于支撑组件12的一端，且绕第一轴线及第二轴线可转动，第一轴线垂直于第二轴线。

第一传感器设置于本体14，用于测量当枪头144朝向屏幕20且枪身142纵长方向的中轴线垂直于屏幕20时屏幕20距第一传感器的距离；第二传感器16设置于本体14，用于测量枪身142绕第一轴线转动的第一转动角度；第三传感器18设置于本体14，用于测量枪身142绕第二轴线转动的第二转动角度。

通过设置上述的游戏枪10，枪头144朝向屏幕20，当枪身142绕第一轴线及第二轴线转动时，固定连接于枪身142一端的枪头144也会随着转动，从而让枪头144可指向屏幕20的各个点。控制主机通过获取第一传感器、第二传感器16及第三传感器18测得的数据，并通过预设公式计算出屏幕20上光标的移动轨迹。如此，将本体14限制在两个自由度内转动，使得本体14的轨迹较为简单，控制主机只需获取三个传感器测得数据对应控制屏幕20上光标的定位，保证了高精度的定位，增强了用户的游戏体验。此外，支撑组件12的设置使得本体14有了支撑，相较于传统的高自由度的游戏枪，无需将其完全拿起，更加的省力，避免了用户短时间使用就产生疲惫的现象。而且通过增设支撑组件12使本体14绕一定点转动，且配合三个传感器各自测量对应的数据，然后通过控制主机进行计算，游戏枪的结构较为简单，大大降低了实现游戏枪准确定位的成本，有利于游戏枪的推广。

需要结合图2对上述控制主机通过预算公式计算屏幕20上光标的移动轨迹进一步说明的是，此时第一传感器设置于枪头144，当枪头144朝向屏幕20，且枪身142纵长方向中轴线垂直于屏幕20时，本体14位于初始位置，且枪身142纵长方向中轴线与屏幕20的交点为光标的原点。此时第一轴线为竖直方向的直线，第二轴线为水平方向的直线，屏幕20是竖直放置的，其中屏幕20上的直线x水平设置，直线y垂直x设置，且直线x与直线y的交点是原点。本体14的旋转中心也就是枪身142与支撑组件12一端连接的位置，其中该旋转中心到第一传感器的距离l是已知的，d1是由第一传感器测出的，获取到枪身142绕第一轴线转动的第一转动角度α后，通过公式(1)得出s1的长度，也就是屏幕20上光标在直线x方向的位移。

s1＝(d1+l)*tanα(1)

获取到枪身142绕第二轴线转动的第二转动角度β后，通过可通过公式(2)得出d2的长度。

然后通过公式(3)得出s2的长度，也就是屏幕20上的光标在直线y上的位移。

如此，可准确地得出屏幕20上光标分别在直线x及直线y方向移动的距离，从而准确的定位光标的位置。而光标移动的方向可以通过传感器的测量数据而定，传感器可测量出正角度及负角度，而对应正负角度的屏幕20上光标移动的正负方向需人为设置。

此外，当本体14转动角度过大，对应屏幕20上光标的移动距离会超出屏幕20的范围，光标会出现在屏幕20边缘，且可在沿着边缘移动。例如，当光标移动到了直线x方向的右侧边缘，且本体14仍在朝右转，光标会仍处于右侧边缘，本体14此时如果绕第二轴线上下转动，光标会在右侧边缘上下移动。当本体14水平转动角度大于180度，例如右转大于180度，光标会移动至左侧边缘，也就是说当枪头144背离屏幕时，枪头144以枪身142纵长方向中轴线为基准相对位于哪一侧，对应的光标就会位于哪一侧的边缘。

在一些实施例中，支撑组件12包括防滑件122、第一支撑杆124及第二支撑杆126，第一支撑杆124固定连接于防滑件122的一侧，第二支撑杆126与第一支撑杆124平行设置，且第二支撑杆126沿第一支撑杆124纵长方向可滑动地连接于第一支撑杆124，以靠近或远离防滑件122，枪身142连接于第二支撑杆126远离防滑件122的一端。进一步地，第一支撑杆124与第二支撑杆126同轴设置，且第一支撑杆124开设有滑道，第二支撑杆126可滑动地设置于滑道。实际应用中，支撑组件12还包括锁紧件128，锁紧件128穿设于第一支撑杆124，且抵接于第二支撑杆126，用于是第二支撑杆126相对第一支撑杆124固定。

在一些实施例中，枪身142与第二支撑杆126之间是通过球面副进行连接的，以使得枪身142绕第一轴线与第二轴线可转动。此时，枪身142在第一轴线上的转动是360度转动，而在第二轴线上的转动会受到限制，只要能实现枪头144在跟随转动时能指向屏幕20上的各个位置即可。在其他实施例中，也可以是通过万向节联轴器使得枪身142绕第一轴线与第二轴线可转动。同时需要解释的是，由于枪身142与枪头144是固定连接的，因此枪身142绕第一轴线及第二轴线可转动，也会带动枪头144转动，进而也可以说是本体14绕第一轴线及第二轴线可转动。

在一些实施例中，枪头144包括一枪口，形式与真实枪支类似，第一传感器设置于枪口处，第一传感器测量的其到屏幕20的距离也就是枪口到屏幕20的距离。实际应用中，第一传感器是超声波传感器、飞行时间传感器、雷达传感器或激光测距传感器中的一种。

在一些实施例中，游戏枪还包括扳机13，扳机13设置于枪身142，且扳机13是对应游戏中的射击按键，在采用鼠标左键作为射击键的电脑游戏中，该扳机13在作用时也是具有该鼠标左键的功能。需要解释的是，游戏枪是仿造的，即可以是模仿不同的枪支而造，可以是手枪、冲锋枪或步枪等等，具体形式不限。

在一些实施例中，本体14还包括枪尾146，游戏枪还包括多个按键，多个按键设置于枪尾146，且具体是设置于握把上。进一步地，多个按键可以是包括相当于鼠标右键的按键以及具有其他功能的按键。当然，还可以在握把上设置滑轮，以代替鼠标上的滚轮功能，其他功能的按键中也可以包括待敌滚轮按压后所起作用的按键。握把上按键的具体位置可根据手型而定，方便操作即可，具体不限。

在一些实施例中，游戏枪19还包括标定键(图未标)，标定键设置于枪尾146，用于关联枪身142纵长方向中轴线垂直于屏幕20时本体14的初始位置及屏幕20上光标的原点，以使本体14相对初始位置的转动角度与屏幕20上光标相对原点的移动距离相对应。结合图2具体来说，本体14绕第一轴线的转动角度与光标在直线x方向相对原点的位移对应，本体14绕第二轴线的转动角度与光标在直线y方向相对原点的位移对应。

实际应用中，标定键可以是单独设置的一个按键，也可以多个按键组合形成的组合键，例如扳机13与另一个按键同时按下为标定键，具体形式不限。

在另一些实施例中，标定键还可以用于关联本体14的转动方向与光标的移动方向，以将第一传感器及第二传感器测得的角度数据的正负与光标的移动方向对应，同样结合图2来说，也就是确定本体14朝右方转动时对应光标会朝右移动，本体14朝绕第二轴线转动朝上是，对应光标会向上移动。

在一些实施例中，游戏枪内设置有信号发射器及信号接收器，用于与控制主机实现无线连接。在其他实施例中，游戏枪也可以是通过导线与控制主机进行连接，这样使得游戏枪的结构更加简单，降低了成本。

在一些实施例中，第二传感器16为方位角传感器，用于测量枪身142在水平方向转动的角度，第三传感器18为倾角传感器，用于测量枪身142在垂直方向转动的角度。具体地，方位角传感器及倾角传感器均设置于枪尾146。

请参阅图3，在一些实施例中，游戏枪还包括激光发射器11，激光发射器11设置于枪头144，激光发射器11发射的光束与枪身142纵长方向的中轴线平信，且光束可投射到屏幕20上。由于在确定游戏枪的初始位置时需要手动调整屏幕20上光标的位置以使光标一开始与游戏枪位置对应，以便于后面的对应移动，激光发射器11的设置使得游戏枪初始位置与光标的对应更加准确。

在其他实施例中，也可以与常规枪支的瞄准类似，先将枪身142水平且垂直屏幕20设置，然后从枪尾146处进行瞄准，以对应游戏枪的准心与屏幕20上的光标。当然，优选的是设置激光发射器11，人为观测的话存在的误差大一些。

请参阅图1，一种交互游戏设备100，包括控制主机(图未示)、与控制主机分别连接的游戏枪10及屏幕20，游戏枪10包括支撑组件12、本体14、第一传感器(图未示)、第二传感器16及第三传感器18。该游戏枪10的具体结构如上述实施例所述，故不再赘述。

请参阅图4，为了便于理解本发明提供的游戏枪10的技术方案，以下提供一种游戏枪10与控制主机实现连接的方法，以对游戏枪10如何与控制主机及屏幕20进行连接进行说明，该方法包括以下步骤：

s110，移动支撑组件12以调整本体14位置，以使枪身142纵长方向中轴线垂直于屏幕20。

具体地，首先通过移动支撑组件12来调整本体14的位置，以将本体14放置在距离屏幕20一定的距离且适合操作的位置；

s120，转动本体14，以使枪头144朝向屏幕20且枪身142纵长方向的中轴线垂直于屏幕。

具体地，确定本体14距离屏幕20的距离后调整本体14，即转动本体14，以使枪身142纵长方向的中轴线垂直于屏幕20，此时本体14所处的位置为初始位置。

s130，打开激光发射器，在屏幕上形成第一光点。

具体地，此时本体14处于初始位置，枪头144是朝向屏幕20的，打开激光发射器11，激光发射器11发出的光束在屏幕20上形成第一光点。

s140，将光标移动至与第一光点重合的位置，按下标定键。

具体地，游戏枪是一开始就已经与控制主机通过导线连接了，而控制主机调整屏幕20的光标可以是通过鼠标移动，也可以是通过启用鼠标键通过小键盘来控制光标的移动。而标定键可以是单独设置的一个按键，也可以是其他按键组合的组合键，比如扳机13和另一按键同时按下，是为了在本体14处于初始位置时对应屏幕20上的光标也存在原点，确定好该点之后，可以以该原点建立在屏幕20上建立一平面坐标系，进而可将本体14两个方向的转动对应到光标在两个方向的位移。

s150，转动本体14，在屏幕20另一处形成第二光点。

具体地，激光发射器未关闭，本体14的转动会带动激光发射器的转动。转动本体14，可以是随意转动，也可以是转到一确定的点，但是需要本体14在第一轴线及第二轴线上都有转动，使激光发射器11发射的光束投射到屏幕20上的另一处并形成第二光点。

s160，将光标移动至与第二光点重合的位置，按下标定键。

具体地，移动方式如上所述，不在赘述。

步骤s140、s150及s160是比较关键的步骤，是为了让本体14的转动与光标的移动建立联系。其中s140如上所述，是为了将本体14的初始位置与光标的原点关联起来。s150及s160则是关联本体14的转动方向与光标的移动方向，此处关联游戏枪的转动方向与屏幕20上光标的移动方向就是因为第一传感器与第二传感器16测量的角度有正反转动的两个角度，而为了将确认传感器测量出的两种角度分别对应光标的移动方向。例如，当第一光点处于屏幕20的几何中心，第二光点位于屏幕20右上方的角落，也就是将游戏枪抬起且向右转动的方向与屏幕20上光标往右上方移动的方向进行的对应。

从数学角度上对本体14转动与光标移动之间的关联进行说明，开始以本体14旋转中心为原点建立一空间坐标系，其三轴分别是平行于水平面的第一轴与第二轴及垂直方向的第三轴，本体14是绕第一轴及第三轴可转动的，屏幕20是平行于第一轴与第三轴所在的平面设置的，本体14的转动就好似在空间中设置一根绕一定点可活动的直线，而屏幕20上的光标的移动轨迹就是该直线的活动时与屏幕20交点的轨迹。因此，也可以在屏幕20上建立以平面坐标系，该坐标系包括第四轴及第五轴，且第四轴是第一轴在屏幕20上的正投影，第五轴是第三轴在屏幕20上的正投影，对应的该平面坐标系的原点就是空间坐标系原点在屏幕20上的正投影，也可以说是本体14处于初始位置时光标所处的位置。如此，本体14绕第一轴线的转动对应了光标在第四轴上的移动，本体14绕第三轴线的转动对应了光标在第五轴上的移动，而本体14的其他位置的移动也在平面坐标系中有对应的移动轨迹。

上述方法只是确定了本体14初始位置与光标的原点，以及关联了本体14的转动方向及光标的移动方向，请参阅图5，为了便于理解本体14的转动角度与光标的移动距离的关系，以下对游戏枪的定位方法进行说明，该定位方法包括一下步骤：

s210，获取当枪头朝向屏幕且枪身纵长方向的中轴线垂直于屏幕时所述第一传感器距屏幕的距离。

该步骤是在第一次按下标定键后进行的，也就是说第一次按下标定键会启动第一传感器，从而进行距离的检测。

s220，获取枪身绕第一轴线的第一转动角度。

s230，获取枪身绕第二轴线的第二转动角度。

具体地，第二传感器16为方位角传感器，第三传感器18为倾角传感器。为了计算在上述平面坐标系中光标在对应的轴上的位移，因此需要通过上述的两个步骤分别计算出游戏枪绕第一轴线及第二轴线转动的角度，而两个传感器可测出正反两个方向的角度变化，通俗来说就是两个传感器在转动方向不同时转动角度分正负值。

s240，根据上述的第一传感器距屏幕20的距离、第一转动角度以及第二转动角度确定屏幕上光标的移动距离。

具体计算方法上述实施例中已进行详细说明。

s250，获取屏幕的尺寸及分辨率与枪身绕第一轴线转动第一转动角度及绕第二轴线转动第二角度所花的转动时间。

具体地，控制主机先获取屏幕20的尺寸及分辨率，并计算出屏幕20的像素点距，以横向像素点距为例，用屏幕20的横向尺寸除以屏幕20的横向分辨率即可得到屏幕20的横向像素点距。需要说明的是，转动时间的获取实质上是枪身从某一位置转动到另一位置是花费的时间，当枪身同时绕第一轴线与第二轴线转动时，两个方向的转动时间是相同的，而当枪身只绕第一轴线转动时，则是获取枪身绕第一轴线转动第一转动角度的转动时间，枪身只绕第二轴线转动同理。

s260，根据尺寸及分辨率计算光标移动距离对应的像素点数量。

也就是通过上述方法测出光标在屏幕20上的移动距离除以像素点距后就可以得出对应的像素点的数量。

s270，根据像素点数量及转动时间计算光标移动速度。

确定好像素点的数量及转动时间后然后通过控制主机计算光标移动的速度。此处需要进行解释的是，光标的移动实际上是一个位置突变的过程，即光标从该像素点突然出现到另一像素点，光标移动的速度就是单位时间穿过的像素点的数值，而且突变是通过控制主机的指令直接指定的，而为了避免光标移动时看到残影，需要将游戏枪的位置检测刷新率做到至少10hz，也就是说第二传感器16与第三传感器18是每秒进行十次检测，以使每一传感器每秒输出至少十个数据给控制主机进行处理。

s280，发出移动指令，以控制光标的移动。

光标的移动是需要通过控制主机发出移动指令后才能进行移动的。

与现有技术相比，本发明提供的交互游戏设备、游戏枪及其定位方法至少具有以下优点：

1)通过设置支撑组件使得游戏枪本体在一定点绕第一轴线与第二轴线可转动，同时设置三个传感器分别获取距离及角度数据，然后由控制主机进行计算，将游戏枪本体的转动准确对应到屏幕上光标的移动方向及距离，确保了定位的准确率，同时结构简单，成本较低，适合推广；

2)支撑组件的设置使得游戏枪有了支撑，相较于传统的高自由度的游戏枪，无需将其整个拿起，使得用户长时间使用时更加的省力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。