专利名称：一种基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机应用，具体地说，涉及一种基于跟踪点识别的加强用户现场运 动体验的方法和系统。
背景技术：
随着计算机及网络的不断普及，已经出现了大量的利用计算机操作的游戏，也出 现了许多通过计算机模拟真实人物运动的游戏，但在该等游戏操作中，没有整个场地实况、 真实游戏人物和游戏器具的画面呈现于用户面前，从而不能使用户具有现场运动的真实感 受；而且在该等游戏中，用户只进行了手部动作，且手部动作都简单的为点击鼠标和按压键 盘，同样得不到身临其境的感觉。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的游戏用户不能通过整个场地实 况、真实游戏人物和游戏器具画面的呈现感受真实的现场运动，且只是使用鼠标和键盘进 行操作，缺乏真实感的缺陷，提供一种基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法和 系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于跟踪点识别的加强用 户现场运动体验的方法，其特征在于，包括以下步骤S1)在用户身上设置跟踪点；S2)进入游戏，识别摄像头采集所述用户自身及其所在的场地图像为第一图像，并 将所述第一图像传输给数据处理单元；S3)所述数据处理单元将第一图像与游戏器具图像合成为第二图像，并将所述第 二图像传输给显示器；S4)所述显示器显示所述第二图像，从而出现真实人物、真实运动场景和游戏器具 的画面；S5)所述数据处理单元通过分析所述识别摄像头连续采集到的跟踪点的数据信息 判定所述游戏器具的运动状态并形成游戏器具状态图像，并不断地将所述识别器采集到的 用户自身图像、运动场景图像和所述游戏器具状态图像合成为合成图像并在所述显示器中显示。所述跟踪点是一反射亮片，所述反射亮片设置在所述用户手持的实物游戏器具或 者手柄上。所述识别摄像头包括至少一个摄像头和至少一个识别器。所述运动场景图像为所述识别摄像头采集的图像或所述数据处理单元中预先设 定的图像。所述游戏器具状态图像为在所述识别摄像头采集的实物游戏器具图像的基础上形成或在所述数据处理单元中预先设定的虚拟游戏器具图像的基础上形成。本发明还提供一种基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的系统，包括识别摄 像头、能为所述识别摄像头识别的跟踪点、与所述识别摄像头相连的显示系统、与所述识别 摄像头和所述显示系统相连的数据处理单元，其特征在于，所述识别摄像头包括摄像模块 和识别模块，所述显示系统包括显示模块，所述数据处理单元包括图像处理模块和分析模 块，其中所述摄像模块，用于采集用户自身及其所在的场地图像并将该图像传送给所述图 像处理模块，所述识别模块，用于识别跟踪点的数据信息并将该数据信息传送给所述分析模 块，所述分析模块，用于分析所述跟踪点的运动状态并将该状态传送给所述图像处理 模块形成游戏器具的状态图，所述图像处理模块，用于将所述摄像模块采集的用户自身及其所在场地图像与所 述游戏器具的状态图合成为游戏画面图像并将该图像传送给所述显示模块，或者将所述摄 像模块采集的用户自身图像、所述图像处理模块中预先设定的游戏场景图像与所述游戏器 具的状态图合成为游戏画面图像并将该图像传送给所述显示模块，所述显示模块，用于显示整个游戏过程画面。所述跟踪点是一反射亮片，所述反射亮片设置在所述用户手持的实物游戏器具或 者手柄上。与现有技术相比，本发明具有如下突出的有益效果在开始整个游戏时，显示系统 为用户呈现出一幅场地实况、真实游戏人物和游戏器具的画面，在游戏开始后，所述数据处 理单元对所述识别摄像头连续采集到的跟踪点的数据信息进行分析形成游戏器具状态图， 并将该游戏器具状态图与所述识别摄像头连续采集的用户自身图像、所述识别摄像头连续 采集的用户场地图像或者所述数据存储单元中预存的游戏场景图像、所述识别摄像头连续 采集的实物游戏器具图像或者所述数据存储单元中预存的虚拟游戏器具图像合成为新的 合成图像并在所述显示系统中显示，从而使用户真实地感受到现场运动的氛围，加强用户 现场运动的意识，增加用户的整体体验。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明的摄像头坐标系的示意图；图2是本发明的方法流程图。图3是本发明的系统示意图。
具体实施例方式在本发明的一个实施例中，如图2所示，在打篮球游戏中，首先将用户手中的手柄 或实物游戏器具表面的反射亮片设置为跟踪点，该跟踪点用以代表游戏器具篮球的位置。 通过爱动建模软件在显示系统中建立虚拟坐标系统，该虚拟坐标系在此称为摄像头坐标 系，如图1所示，整个坐标系将在下面阐明。接着使用例如但不限于USB数据线将识别摄像头和终端显示系统进行连接。用户通过键盘或手柄上的按键选择进入游戏，此时，显示系统 中会出现各种游戏选项，例如但不限于拍球训练模式、投篮模式。当用户选择拍球训练模式时，所述识别摄像头将连续采集用户自身及其所在的场 地图像，并通过底层硬件识别器将数据传递给数据处理单元。当用户手中持有真实篮球时， 用户对篮球做出一系列的拍球动作，此时可以像现实中打篮球一样，篮球可以脱离用户的 双手，所述识别摄像头连续采集设置在该真实篮球上的跟踪点数据信息并传输给所述数据 处理单元，所述数据处理单元通过分析连续采集到的跟踪点的数据信息判定所述游戏器具 的运动状态并基于采集到的该真实篮球的图像连续形成游戏器具状态图像，然后所述数据 处理单元连续将所述游戏器具状态图像与识别摄像头连续采集到的用户自身及其所在的 场地图像合成为完整的游戏画面，并通过显示系统显示。当用户手中持有手柄时，用户对手 中的手柄做出一系列的拍球趋势动作，此时手柄并不脱离用户的双手，所述识别摄像头连 续采集设置在该手柄上的跟踪点数据信息并传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元 通过分析连续采集到的跟踪点的数据信息判定所述游戏器具的运动状态并基于所述数据 处理单元中预存的虚拟篮球图像连续形成游戏器具状态图像，然后所述数据处理单元连续 将所述游戏器具状态图像与识别摄像头连续采集到的用户自身及其所在的场地图像合成 为完整的游戏画面，并通过显示系统显示。当用户选择投篮模式时，所述识别摄像头将连续采集用户自身及其所在的场地图 像，并通过底层硬件识别器将数据传递给数据处理单元。所述数据处理单元将所述用户所 在的场地图像替换为所述数据处理单元中预先设定的篮筐背景图像，同时将该篮筐背景图 像与采集到的用户自身图像合成为第一图像。当用户手中持有真实篮球时，用户对篮球做 出一系列的拍球动作，此时篮球不脱离用户的双手，所述识别摄像头连续采集设置在该真 实篮球上的跟踪点数据信息并传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元通过分析连续 采集到的跟踪点的数据信息判定所述游戏器具的运动状态并基于采集到的该真实篮球的 图像连续形成游戏器具状态图像，然后所述数据处理单元连续将所述游戏器具状态图像与 前面合成的第一图像一起合成为完整的游戏画面，并通过显示系统显示。当用户手中持有 手柄时，用户对手中的手柄做出一系列的拍球趋势动作，此时手柄并不脱离用户的双手，所 述识别摄像头连续采集设置在该手柄上的跟踪点数据信息并传输给所述数据处理单元，所 述数据处理单元通过分析连续采集到的跟踪点的数据信息判定所述游戏器具的运动状态 并基于所述数据处理单元中预存的虚拟篮球图像连续形成游戏器具状态图像，然后所述数 据处理单元连续将所述游戏器具状态图像与前面合成的第一图像一起合成为完整的游戏 画面，并通过显示系统显示。图1所示的摄像头坐标系为三维坐标系，标志点为(17，2)^代表数据点在父轴 位置，y代表数据点在Y轴位置，z代表数据点在Z轴位置，这个坐标系如图(1)所示，向右 X变大，向左X变小；向上y变大，向下y变小；向后Z变大，向前Z变小，坐标原点为识别摄 像头中心。篮筐在摄像头坐标系中的位置为(Xl，Zl)，半径为R ；设置(Xi，Zi)为第i时 刻篮球的空间位置数据，则第i时刻篮球在三个方向上的速度分别为Vix = (^-^^八、^^ =(Yi-y^/t^v,^ (nD/t，其中t = l/30s。此处将详细说明数据处理单元的处理过 程。当用户高举手柄并投篮时，显示系统中的篮球就会向前抛出，此时识别器将记录手柄即
6篮球的速度(Vx，Vy，Vz)和位置数据(Px，Py，Pz)，然后根据两个时刻位置数据计算投篮的 方向。获得上述数据后便可计算出篮球下落时与篮筐的位置偏差Dx以判断投篮结果，(1) Dx < = R时球进篮筐；(2)Dx > R时球偏离篮筐。在本发明的另一个实施例中，如图2所示，在打小强游戏中，此处的小强为例如但 不限于蟑螂，首先将用户手中的手柄或实物游戏器具表面的反射亮片设置为跟踪点，该跟 踪点用以代表游戏器具例如但不限于鞋子的位置。通过爱动建模软件在显示系统中建立 虚拟坐标系统，该虚拟坐标系在此称为摄像头坐标系，如图1所示，整个坐标系将在下面阐 明。接着使用例如但不限于USB数据线将识别摄像头和终端显示系统进行连接。用户通过 键盘或手柄上的按键选择进入游戏，此时，显示系统中会出现各种游戏选项，例如但不限于 过关模式、无限模式，用户选择其中一种游戏模式。所述识别摄像头将连续采集用户自身及 其所在的场地图像，并通过底层硬件识别器将数据传递给数据处理单元。所述数据处理单 元将所述用户所在的场地图像替换为所述数据处理单元中预先设定的带有小强背景图像， 同时将该背景图像与采集到的用户自身图像合成为第二图像。当用户手中持有真实游戏器 具例如但不限于锤子时，用户对锤子做出一系列的拍球动作，此时锤子并不脱离用户的双 手，所述识别摄像头连续采集设置在该锤子上的跟踪点数据信息并传输给所述数据处理单 元，所述数据处理单元通过分析连续采集到的跟踪点的数据信息判定所述游戏器具的运动 状态并基于采集到的该锤子的图像连续形成游戏器具状态图像，然后所述数据处理单元连 续将所述游戏器具状态图像与前面合成的第二图像一起合成为完整的游戏画面，并通过显 示系统显示。当用户手中持有手柄时，用户对手中的手柄做出一系列的拍球趋势动作，此时 手柄并不脱离用户的双手，所述识别摄像头连续采集设置在该手柄上的跟踪点数据信息并 传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元通过分析连续采集到的跟踪点的数据信息判 定所述游戏器具的运动状态并基于所述数据处理单元中预存的虚拟篮球图像连续形成游 戏器具状态图像，然后所述数据处理单元连续将所述游戏器具状态图像与前面合成的第二 图像一起合成为完整的游戏画面，并通过显示系统显示。图1所示的摄像头坐标系为三维坐标系，标志点为0^，7，2)^代表数据点在父轴 位置，y代表数据点在Y轴位置，z代表数据点在Z轴位置，这个坐标系如图(1)所示，向右 X变大，向左X变小；向上y变大，向下y变小；向后Z变大，向前Z变小，坐标原点为识别摄 像头中心。小强在该摄像头坐标系中各个时刻都有位置，表现为三元组数据(xql，yql，zql)，
(xq2, yq2, zq2),......, (xqi, yqi, zqi),......；其中(xqi, yqi, zqi)代表着第 i 时亥lj/J、强在虚
拟坐标系中的空间位置数据。设置(Xi，yi, z,)为第i时刻游戏器具例如但不限于鞋子的 空间位置数据，则第i时刻游戏器具例如但不限于鞋子在三个方向上的速度分别为vix = (x-x^/t.v,^ (Yi-y^/t^v,^ (2厂&_1)八，其中{ = 1/308。获得上述数据后所述数 据处理单元便可计算出某时刻游戏器具例如但不限于鞋子是否打到小强。判断某时刻游戏器具例如但不限于鞋子是否打到小强，即计算某时刻游戏器具例 如但不限于鞋子的空间位置数据是否和小强的空间位置数据重合。但此时需要注意两个问 题一、由于底层硬件和软件每秒中只传递30个位置坐标点数据，而人挥打的各个位置是 连续的，所以这些坐标点不可能完全和小强的位置一模一样；同样道理，小强的位置数据也 是基于计算机时钟，每隔一定时间计算一次的，也不可能和真正小强运动时位置一模一样； 二、游戏器具例如但不限于鞋子和小强都是有大小的，而本发明所使用的空间位置数据都只是点的坐标信息，所以不单纯判断二者位置数据是否重合，而是判断二者是否相交。实际 中的小强具有大小，其最主要的特征是小强的半径，标记为r，游戏器具例如但不限于鞋子 也具有大小，本发明中将游戏器具例如但不限于鞋子看成一个圆形的平面，主要考虑的因 素也是游戏器具例如但不限于鞋子的半径，标记为R。本发明采用两个步骤来判断游戏器具 例如但不限于鞋子是否与小强相交。第一步，计算小强位置点到游戏器具例如但不限于鞋 子所在平面的距离，若这个距离小于物体的半径r，则计算第二步，否则之间判断小强和游 戏器具例如但不限于鞋子不会相交；第二步，计算小强位置点到游戏器具例如但不限于鞋 子位置点的距离，若此距离小于R，则判断小强与游戏器具例如但不限于鞋子相交，否则判 断强和游戏器具例如但不限于鞋子不相交。现实中挥打方式多种多样，碰撞的方式更是无法统计，但他们都符合动力学原理。 下面将阐述本发明是如何判断挥打小强的动作类型，以及打到小强后，该类型动作将对小 强的运动产生怎么样的影响。在前面的阐述中，已经阐明了在某时刻挥打速度在三个坐标 轴上的分速度，它们分别是它们分别是Vix、Viy、Viz。在本发明中，将打小强动作分为重、中、 轻三个档次。首先通过鞋子运动的速度判断是否有挥打小强的动作，若z轴正方向速度达 到给定的阈值Vo、即Viz>= V(l时，则判定有了挥打动作，此后，当Z轴正方向速度小于给定 的阈值Vo、即viz <= V0时，判定挥打动作结束，同时记录下动作开始时候Z轴速度V。根据Z轴速度V的大小，判断挥打动作的类型/力度⑴重挥V > = VI，VI为最 大速度阈值；⑵中挥V >= V2，V < VI，V2为中度速度阈值；(3)轻挥V > V0, V < V2, V0为开始移动速度阈值。图3为本发明的一个实施例的系统示意图。其中摄像模块用于采集用户自身及其 所在的场地图像并将该图像传送给所述图像处理模块；识别模块用于识别跟踪点的数据信 息并将该数据信息传送给所述分析模块；所述分析模块，用于分析所述跟踪点的运动状态 并将该状态传送给所述图像处理模块形成游戏器具的状态图；所述图像处理模块，用于将 所述摄像模块采集的用户自身及其所在场地图像与所述游戏器具的状态图合成为游戏画 面图像并将该图像传送给所述显示模块，或者将所述摄像模块采集的用户自身图像、所述 图像处理模块中预先设定的游戏场景图像与所述游戏器具的状态图合成为游戏画面图像 并将该图像传送给所述显示模块；所述显示模块，用于显示整个游戏过程画面。本发明还可应用于其他基于计算机的人体运动，例如高尔夫、兵乓球、羽毛球等等。
权利要求
1. 一种基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法，其特征在于，包括以下步骤51)在用户身上设置跟踪点；52)进入游戏，识别摄像头采集所述用户自身及其所在的场地图像为第一图像，并将所 述第一图像传输给数据处理单元；53)所述数据处理单元将第一图像与游戏器具图像合成为第二图像，并将所述第二图 像传输给显示器；54)所述显示器显示所述第二图像，从而出现真实人物、真实运动场景和游戏器具的画S5)所述数据处理单元通过分析所述识别摄像头连续采集到的跟踪点的数据信息判定 所述游戏器具的运动状态并形成状态图，并不断地将所述识别器采集到的用户自身图像、 运动场景图像和游戏器具状态图像合成为合成图像并在所述显示器中显示。
2.根据权利要求1所述的基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法，其特征在 于，所述跟踪点是一反射亮片，所述反射亮片设置在所述用户手持的实物游戏器具或者手 柄上。
3.根据权利要求1所述的基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法，其特征在 于，所述识别摄像头包括至少一个摄像头和至少一个识别器。
4.根据权利要求1所述的基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法，其特征在 于，所述运动场景图像为所述识别摄像头采集的图像或所述数据处理单元中预先设定的图像。
5.根据权利要求1所述的基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法，其特征在 于，所述游戏器具状态图像为在所述识别摄像头采集的实物游戏器具图像的基础上形成或 在所述数据处理单元中预先设定的虚拟游戏器具图像的基础上形成。
6.一种基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的系统，包括识别摄像头、能为所述 识别摄像头识别的跟踪点、与所述识别摄像头相连的显示系统、与所述识别摄像头和所述 显示系统相连的数据处理单元，其特征在于，所述识别摄像头包括摄像模块和识别模块，所 述显示系统包括显示模块，所述数据处理单元包括图像处理模块和分析模块，其中所述摄像模块，用于采集用户自身及其所在的场地图像并将该图像传送给所述图像处 理模块，所述识别模块，用于识别跟踪点的数据信息并将该数据信息传送给所述分析模块，所述分析模块，用于分析所述跟踪点的运动状态并将该状态传送给所述图像处理模块 形成游戏器具的状态图，所述图像处理模块，用于将所述摄像模块采集的用户自身及其所在场地图像与所述游 戏器具的状态图合成为游戏画面图像并将该图像传送给所述显示模块，或者将所述摄像模 块采集的用户自身图像、所述图像处理模块中预先设定的游戏场景图像与所述游戏器具的 状态图合成为游戏画面图像并将该图像传送给所述显示模块，所述显示模块，用于显示整个游戏过程画面。
7.根据权利要求6所述的基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的系统，其特征在 于，所述跟踪点是一反射亮片，所述反射亮片设置在所述用户手持的实物游戏器具或者手柄上。
全文摘要
本发明涉及一种基于跟踪点识别的加强用户现场运动体验的方法和系统，包括识别摄像头、显示系统、跟踪点和数据处理单元，属于计算机应用领域。本发明克服了现有计算机游戏中用户没有真实运动感受的缺陷，主要采取的方案为通过识别摄像头和显示系统在用户进行游戏运动开始时呈现整个场地实况、真实游戏人物和游戏器具的画面，以加强用户现场运动的意识，并在游戏开始后，所述数据处理单元对所述识别摄像头采集到的所述跟踪点的数据信息进行分析产生游戏器具状态图，并将该状态图与所述识别摄像头采集到的图像进行合成，从而在显示系统中显示整个游戏过程，使用户具有身临其境的感觉。
文档编号G06F3/01GK102004552SQ20101057494
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者刘琦, 彭立焱, 陈亮亮 申请人:深圳泰山在线科技有限公司