一种互动游戏系统及控制方法与流程

本发明属于游戏设备设计领域，尤其涉及一种具有动作捕捉功能的互动游戏系统和控制方法。

背景技术：

具有联网功能的远程互动游戏中，可以使用混合现实技术(mr)或虚拟现实技术(vr)实现一种浸入式的游戏体验，具体的实现方式是通过摄像头或者贴附在游戏用户身体上的动作捕捉器捕捉游戏用户的肢体动作并生成肢体动作数据，然后利用该数据在游戏中建立与肢体动作数据同步变化的角色模型，最后将同步的角色模型和虚拟场景(vr)或者真实场景(mr)进行融合，从而实现游戏功能。

现有技术中，利用摄像头捕捉游戏用户的肢体动作成本较低，但需要处理器对全部采集的视频信息的每一帧进行动态元素的甄别和处理，特别是对游戏用户的轮廓的甄别，计算量大，容易造成角色模型的动作与游戏用户的真实动作之间存在过长的延迟，影响游戏体验，也不能对肢体的快速动作进行甄别，丢失动作细节，并且容易受到周别其他动态物体的干扰；使用动作捕捉器捕捉游戏用户的肢体动作角色模型与游戏用户之间的延迟较小，动作细节不易丢失，识别时不会受到周边其他动态物体的干扰，但成本较高，另外需要在用户肢体大量贴附设置，相对影响游戏体验。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种互动游戏系统及控制方法，该游戏系统及控制方法可以低成本的实现捕捉游戏用户动作并在虚拟场景或者真实场景中建立与游戏用户动作同步的角色模型。

本发明提供的技术方案是：

一种互动游戏系统，包括穿戴设备和动作捕捉设备，穿戴设备外表面循环设有标识图案，所述标识图案包括深色部和浅色部；动作捕捉设备设有由处理器控制的红外摄像头和可见光摄像头，所述红外摄像头和可见光摄像头具有相同的焦距和镜头轴向；所述标识图案用于被红外摄像头和可见光摄像头同时采集并由所述处理器识别。

上述技术方案的一个实施例中，所述穿戴设备设有由驱动器控制的超声波信号发生器，所述动作捕捉设备设有连接所述处理器的超声波信号接收器。

上述技术方案的一个实施例中，所述标识图案为欧姆龙环；所述深色部为欧姆龙环中的五个黑色圆圈，所述浅色部为欧姆龙环中的白色背景；或者，所述深色部为欧姆龙环中的黑色背景，所述浅色部为欧姆龙环中的五个白色圆圈。

本发明还提供了一种互动游戏系统的控制方法，用于上述互动游戏系统的一个实施例，包含步骤：通过红外摄像头和可见光摄像头同时采集红外实时图像帧和可见光实时图像帧；从红外实时图像帧中提取高温区域的轮廓，使用该轮廓提取可见光实时图像帧中对应的用户图像区域；选取用户图像区域中包含标识图案的区域作为最终识别区域。

上述方法的一个实施例中，在从红外实时图像帧中提取高温区域的轮廓时，设置一个温度梯度阈值和一个宽度，当高温区域与低温区域之间该宽度的过渡区的温度梯度大于该温度梯度阈值时，该过渡区被作为高温区域的轮廓提取。

上述方法的一个实施例中，在从红外实时图像帧中提取高温区域的轮廓时，仅提取包含标识图案的高温区域的轮廓。

本发明还提供了另一种互动游戏系统的控制方法，用于上述互动游戏系统的一个实施例，包含步骤：通过超声波信号接收器接收超声波信号发生器发射的信号；根据所述信号计算穿戴设备与动作捕捉设备的距离；根据所述距离调整红外摄像头和可见光摄像头的焦距。

上述方法的一个实施例中，超声波信号发射器的发射频率由处理器给定。

本发明的一个方面带来的有益效果是：通过红外摄像头采集的温度梯度信息，可以提取出人体的轮廓，用于游戏用户的轮廓识别，从而节约了处理器区分人体和环境的计算量，同时为保证红外摄像头和可见光摄像头的视野保持一致，并且提供统一的对焦能力，通过超声波对游戏用户测量距离，配合标识图案可以快速提取清晰的人体轮廓，通过上述原理，游戏系统及控制方法可以以较低计算成本实现捕捉游戏用户动作并在虚拟场景或者真实场景中建立与游戏用户动作同步的角色模型的功能。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的互动游戏系统框图；

图2为本发明一个实施例中穿戴设备的标识图案示意图；

图3为本发明一个实施例中互动游戏系统的控制方法示意图；

其中，10、穿戴设备，11、标识图案，12、超声波信号发生器，13、驱动器，20、动作捕捉设备，21、处理器，22、超声波信号接收器，23、红外摄像头，24、可见光摄像头，30、显示器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的技术方案做出进一步清楚完整的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例首先提供了一种互动游戏系统，游戏用户可以在游戏系统提供的虚拟环境中的对虚拟角色实施互动的游戏动作，虚拟角色可以是游戏系统的软件中创造的npc或者是来自于其他远端游戏用户在游戏中映射的虚拟形象。本实施例中的互动游戏系统，包括穿戴设备10和动作捕捉设备20，动作捕捉设备20内部设有用于运行游戏软件的处理器21，同时动作捕捉设备20连接有显示器30以显示游戏画面，显示器30可以是投影仪。在游戏进行时，游戏用户佩戴或者穿着穿戴设备10做出游戏动作，穿戴设备10用于辅助动作捕捉设备20捕捉游戏用户的游戏动作，并将游戏用户的游戏动作转化为虚拟角色模型参与到游戏软件的触发判断和视觉展示。具体的，本实施例的互动游戏系统属于单机游戏，动作捕捉设备20对游戏动作捕捉后，仅用于动作捕捉设备的处理器21对游戏用户的行为判断，并根据具体行为触发不同的游戏任务，而不必与远端服务器连接，也不必由服务器建立多虚拟角色的互动游戏场景。

如图2所示，本实施例中，穿戴设备10具体为腰带，腰带上设有具有明显明暗对比花纹的标识图案11，标识图案11围绕腰带循环设置多个，并布满腰带表面。具体的，本实施例选用欧姆龙环作为标识图案，欧姆龙环是由至少5个在纯色背景的圆环组成的猎户星座图案，其中，圆环为黑色，形成标识图案中的深色部，纯色背景为白色，形成标识图案中的浅色部。上述深色部和浅色部由于在一般微波辐射背景下，在红外成像中具有一定的温度差，深色部吸收辐射多温度高，浅色部吸收辐射少温度低，即使贴附在游戏用户身体上具有近似的温度，但是在红外成像时仍然可以形成明显可以被计算机识别的花纹，即因为腰带上具有由深色部和浅色部构成的标识图案11，在动作捕捉设备通过红外成像捕捉游戏用户时，可以在两个以上人体中识别出具有标识图案的人体为游戏用户。本实施例中，欧姆龙环中的纯色背景也可以为黑色，同时所有圆圈为白色。本发明的其他实施例中，深色部与浅色部的颜色都在红外成像时具有一个色差以便处理器在图像帧中识别。本发明的其他实施例中，标识图案也可以是龙贝码、二维码等通过指定算法容易通过计算机识别的图案。

本实施例中，动作捕捉设备20设有由处理器21控制的红外摄像头和可见光摄像头，所述红外摄像头23和可见光摄像头24具有相同的焦距和镜头轴向，以便在任何时候，红外摄像头23和可见光摄像头24可以同步采集到相同视野的图像帧，并由处理器21进行红外摄像头图像帧和可见光摄像头图像帧的重合处理。标识图案用于被红外摄像头和可见光摄像头同时采集并由所述处理器识别。

本实施例中，穿戴设备10还包括由驱动器13控制的超声波信号发生器12，驱动器13由配置的程序控制超声波信号发生器12发出指定波长的超声波，该波长可以是由驱动器13内部存储器存储的参数指定，也可以来自于动作捕捉设备20向驱动器13发送的波长设定信号，波长设定信号由动作捕捉设备20的无线通讯模块向穿戴设备10的无线传输模块发射。动作捕捉设备20内设有连接处理器的超声波信号接收器22，超声波信号接收器22接收到穿戴设备10发出的超声波后，一方面计算动作捕捉设备与穿戴设备的距离，并将该距离用于同步调节红外摄像头和可见光摄像头的焦距，另一方面利用多普勒效应获得穿戴设备相对动作捕捉设备的运动趋势，用于预测游戏用户的移动方向。

本实施例中还提供了一种用于上述互动游戏系统的互动游戏系统的控制方法，动作捕捉设备20通过红外摄像头23和可见光摄像头24同时采集红外实时图像帧和可见光实时图像帧；从红外实时图像帧中提取高温区域的轮廓，使用该轮廓提取可见光实时图像帧中对应的用户图像区域；选取用户图像区域中包含标识图案的区域作为最终识别区域。具体的，如图3所示，在一个确定的时刻同步时刻，a为该时刻可见光摄像头24采集到的实时图像帧，b为该时刻红外摄像头23采集到的实时图像帧，现有技术中一般通过机器学习区别实时图像帧a中人物与周围环境的边界，当a中存在两个以上的人体时，现有技术难以区分任务的边界，从而影响对游戏用户的动作判断。图3中可以明显看出在实时图像帧b中，游戏用户对于周围环境具有明显的边界，或称轮廓，边界中包围的高亮区域即为高温区域，具体为人体，当处理器21同时接收到a和b携带的数据时，可以根据b中提供的边界提取a中的人物信息，从而区别游戏用户和周围环境，如果a和b的视野中出现两个以上的红外可识别物体，那么在b中将出现两个边界，处理器21可以选择边界包围的区域内具有标识图案11(图中标识图案11省略)的区域作为识别区域，从而解决多个人体的问题。图3中c为在处理器21中使用b中的边界提出的人体，d为处理器根据c做出的虚拟角色。

具体的，在上述在b中提取高温区域的轮廓时，可以看出b显示的图像是一种温度梯度图，在处理器21中可以设置一个温度梯度阈值和一个以像素为单位的宽度，当高温区域与低温区域之间该宽度的过渡区的温度梯度大于该温度梯度阈值时，该过渡区被作为高温区域的轮廓提取，如本实施例中可以设置在宽度为20像素的长度内，如果b中温度梯度的变化大于温度梯度阈值10℃，那么取该宽度的中点作为轮廓上的一个轮廓点，当从b中提取出多个轮廓点并且每个轮廓点的间距小于2像素的时候，依次连接所有轮廓点即为高温区域的轮廓。

本实施例中提供的用于上述互动游戏系统的互动游戏系统的控制方法中，可以包括以下步骤：

s100，通过超声波信号接收器接收超声波信号发生器发射的信号；

s200，根据所述信号计算穿戴设备与动作捕捉设备的距离；

s300，根据所述距离调整红外摄像头和可见光摄像头的焦距。

实施例二

本实施例提供了一种互动游戏系统，具有联网功能，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例还包括运行游戏的远端服务器，远端服务器与动作捕捉设备联网并通过分布式计算实现游戏功能，即实施例一中处理器21的部分或者全部功能由远端服务器完成，相应的，实施例一提供的控制方法也可以部分或者全部的由远端服务器完成。