一种多人互动娱乐系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多人互动娱乐系统。

背景技术：

目前，互动娱乐领域正在快速发展，但可供多人参与的互动娱乐设施却较为少见。在现有的音乐互动设施中，没有可供多人同时操作的系统，不仅单调乏味，而且缺乏集体参与的趣味。如果是多人共同参与互动娱乐，参与者既能得到互动娱乐的快感，又能感受到参与集体的愉悦，使用体验得到很大的提升。另外，如果把这种多人互动娱乐方法应用到音乐教育中，可以提高教学效果。

当今，处理器技术、传感器技术、通信技术和网络技术等相关技术都已经相当成熟，因此实现本发明所涉及的多人娱乐系统具有可行性。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种可供多人参与的多人互动娱乐系统，以实现多人互动娱乐，丰富人们文化生活。

本发明所公开的多人互动娱乐系统包括主控装置、音乐播放装置和多个感应装置，其中：

所述主控装置配置有第一处理器，以及与第一处理器耦接的第一存储模块、第一显示模块和第一通信模块，所述第一显示模块用于互动娱乐的界面显示及界面操作；所述第一存储模块存储有互动娱乐主控端程序，该程序在被第一处理器执行时实现：响应于用于选择待演奏的乐曲的用户操作，生成被选择乐曲的乐曲信息文件；响应于用于设置演奏规则的用户操作，生成与被选择乐曲相对应的一个或多个操作提示信息文件，并通过第一通信模块发送至感应装置；通过第一通信模块接收由感应装置发送的用户操作信息文件，生成相应的乐音播放指令，并发送至音乐播放装置；

所述感应装置配置有第二处理器，以及与第二处理器耦接的第二存储模块、信号采集模块、感触部件、第二显示模块和第二通信模块，所述信号采集模块采集互动参与者通过人体动作作用于感触部件而产生的人体动作感应信号；所述第二存储模块存储有互动娱乐感应端程序，该程序在被第二处理器执行时实现：通过第二通信模块接收主控装置发送的操作提示信息文件，并通过第二显示模块显示；根据信号采集模块采集到的人体动作感应信号生成相应的用户操作信息文件并通过第二通信模块发送至主控装置；

所述音乐播放装置根据接收到的乐音播放指令播放相应的乐曲。

作为一种优先方案，演奏规则包括不同音符分配方式和不同演奏场景的选择，其中：

音符分配方式包括完全分配和不完全分配，即：完全分配，是指将乐曲中所包含的所有音符全部分配给互动参与者完成，主控装置根据用户操作信息文件生成相应的乐音播放指令；不完全分配，是指将乐曲中所包含的部分音符分配给互动参与者完成，未分配的音符由主控装置根据乐曲信息文件生成相应的乐音播放指令，已分配的音符由主控装置根据用户操作信息文件生成相应的乐音播放指令；

演奏场景包括训练模式和表演模式，训练模式和表演模式又分别包括三种形式，即：全乐曲训练/表演模式，是指将乐曲中待分配的音符统一分配给各感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件相同，所有互动参与者均需要完成所有待分配音符的演奏训练/表演；指定音符训练/表演模式，是指将乐曲中待分配的音符指定分配给不同感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件不同，各互动参与者完成待分配音符中被指定分配的音符的演奏训练/表演；随机音符训练/表演模式，是指将乐曲中待分配的音符随机分配给不同感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件不同，各互动参与者完成待分配音符中被随机分配的音符的演奏训练/表演。

作为一种优先方案，乐曲信息文件包括被选择乐曲所包含的全部音符信息，以及与音符相对应的时间信息，时间信息包括音符的起始时间与持续时间；操作提示信息文件包括分配位置，以及给该感应装置分配的待演奏音符信息；用户操作信息文件包括各感应装置的编号、该感应装置所对应的待演奏音符“有/无”用户操作动作、以及有操作动作时的操作持续时间。

作为一种优先方案，操作提示信息文件还包括该分配位置分配的待演奏音符信息相对应的时间信息提示，时间信息包括音符的起始时间与持续时间。

作为一种优先方案，乐曲信息文件还包括与音符相对应的操作力度信息；操作提示信息文件还包括与待演奏音符相对应的操作力度提示；用户操作信息文件还包括在对待演奏音符有操作动作时的操作力度。

作为一种优先方案，所述第一存储模块还配置有用于存放曲目的曲目存储单元；互动娱乐主控端程序在被第一处理器执行时根据用户发起的操作命令从曲目存储单元中选择待演奏的乐曲。

作为一种优先方案，所述互动娱乐主控端程序在被第一处理器执行时还能实现：演奏结束后，根据评分规则对演奏进行评分，并通过第一显示模块显示评分结果。

作为一种优先方案，评分规则是指：将用户操作信息与操作提示信息和/或乐曲信息文件进行比对，根据比对结果计算各感应装置所对应的互动参与者的演奏得分。

作为一种优先方案，还包括将评分结果发送至感应装置，通过所述感应装置中的第二显示模块进行显示。

作为一种优先方案，所述感触部件为模拟的乐器的键盘、乐器的琴弦或打击乐器的敲击面中的一种或多种。

作为一种优先方案，所述音乐播放装置包括具有midi接口的midi音源板、功率放大器和扬声器，其中，通过midi接口将来自主控装置的乐音播放指令作用于midi音源，输出相应音符的音频模拟信号，功率放大器将音频信号放大，并驱动扬声器发声。

作为一种优先方案，主控装置与感应装置之间采用rs-485总线或can总线连接通信，或采用zigbee或bluetooth无线通信。

作为一种优先方案，感应装置至少为两个。

相对于传统的娱乐系统，本发明具有以下有益效果：

1)现有的娱乐系统大多采用是人机互动的方案，缺少了人与人之间的交流与协调，且无法供多人同时共同参与；本发明所公开的互动娱乐系统由于是可供多人共同参与互动娱乐，可通过感应装置中模拟乐器的感触部件训练互动参与者的乐器演奏能力，并且使参与者既能得到互动娱乐的快感，又能感受到参与集体的愉悦。

2)通过对互动参与者的演奏进行评分，可分别评价各个参与者对模拟乐器操作水平，并对参与者的操作节奏给予相应的指导；同时还能实现开展竞技性的娱乐游戏。

3)该系统可以应用到教育领域，在中小学和幼儿园音乐教学中实施。尤其是在幼儿教育中，多人互动娱乐曲乐教学方法能提升幼儿的乐感、身体协调性，并增强集体荣誉感和协作精神，从而促进幼儿的大脑发育和性格培养。

4)多人参与的互动娱乐有利于提升幼儿和中小学生音乐教学效果。由于是多人共同完成一个曲子的演奏，因此可以达到两方面的教育目标。一方面，可以提升孩子们的音乐素养，激发他们的艺术灵感；另一方面，可以培养孩子们的协作意识，习惯于团队合作氛围，增强集体观念。

附图说明

图1为实施例中多人互动娱乐系统的有线通信方式的系统架构示意图；

图2为实施例中多人互动娱乐系统的无线通信方式的系统架构示意图；

图3为实施例中的主控装置的电路组成框图；

图4为实施例中的感应装置的电路组成框图；

图5为实施例中的音乐播放装置的电路组成框图；

图6为实施例中多人互动娱乐系统的工作原理示意图；

图7为实施例中的时间进度提示器的两种形式：(a)led时间进度提示器，(b)平面显示器中的时间进度提示器；

图8为实施例中的时间进度提示器的示例；

图9为实施例中的力度提示器的两种形式：(a)led力度提示器，(b)平面显示器中的力度提示器；

图10为另一实施例中多人互动娱乐系统的工作原理示意图；

图11为实施例中多人互动娱乐方法工作流程图。

具体实施方式

结合图1和图2所示，多人互动娱乐系统主要由主控装置1、多个感应装置2、音乐播放装置3组成，其中，主控装置1和音乐播放装置3有线连接；主控装置1和多个感应装置2之间可采用有线连接，如rs-485总线或can总线等；主控装置1和多个感应装置2之间也可采用无线连接，如zigbee或bluetooth。

如图3所示，在实际应用中，主控装置1主要包括主控制器11和显示器12。主控制器11集成处理器13以及与处理器13耦接的存储模块14、通信模块15和显示控制模块16等，主要用于控制音乐播放装置3播放音乐；显示器12可用于互动娱乐的界面显示和界面操作，其配置有操作界面和操作命令按钮(图标)，可显示待演奏的曲目并进行选择，还可以用于显示互动参与者的评分值等。

具体的，主控制器11可以是pc机的主机，处理器13为内置于pc机内的处理器，也可以采用其他处理器，例如ram等。显示器12可以是pc机的显示屏或外接的具有人机交互界面的触摸显示屏，优选为与主控制器11集成为一体的触摸显示屏。通信模块15可以是包括发送总线和接收总线的总线模块，也可以是zigbee或bluetooth的无线通讯模块。显示控制模块16与显示器12电连接，将显示信息(显示界面和各种操作信息等)发送给显示器，构成所述的显示模块。显示模块优选为能与主控制器11集成的一体化结构。

存储模块14内存储有互动娱乐主控端程序，该程序在被处理器13运行时能执行：

响应于用户发起的用于控制互动娱乐开始或结束的操作命令，生成相应的启停指令(即启动演奏指令和停止演奏指令)；

响应于用于选择待演奏的乐曲的用户操作，生成被选择乐曲的乐曲信息文件；

响应于用于设置演奏规则的用户操作，生成与被选择乐曲相对应的一个或多个操作提示信息文件，并通过通信模块15发送至感应装置2；

通过通信模块15接收由感应装置2发送的用户操作信息文件，生成相应的乐音播放指令，并发送至音乐播放装置3进行播放。

存储模块22还包括曲目存储单元，用于存储待演奏的乐曲。

感应装置2可感应到互动参与者通过人体肢体动作(简称人体动作)作用于感应装置的人体动作信号，如踩踏、拍打、敲击或弹拨等，并能够将所感应到的动作信号发送到主控制器11。如图4所示，感应装置2主要包括处理器21，以及与处理器21耦接的存储模块22、信号采集模块23、感触部件24、显示模块25和通信模块26。感触部件24可以是模拟的乐器的键盘、乐器的琴弦或打击乐器的敲击面；操作感应装置2即通过踩踏、拍打等人体肢体动作作用于感触部件24。信号采集模块23，采集互动参与者通过人体动作作用于感触部件24而产生的人体动作感应信号，可包括多个传感器，如触摸传感器、振动传感器、接近传感器等。显示模块25，主要用于显示主控装置1发送的操作提示信息，以提示互动参与者根据提示信息进行相应的操作，其可以是led显示屏、液晶显示屏或其它显示装置。通信模块26可以是包括例如can、rs485等的发送总线和接收总线的总线模块，也可以是例如zigbee或bluetooth的无线通讯模块。

存储模块22存储有互动娱乐感应端程序，该程序在被处理器21执行时实现：

通过通信模块26接收来自主控装置1发送的操作提示信息，并通过显示模块25进行显示；

接收信号采集模块23输出的人体动作感应信号，将这些感应信号处理成相应的用户操作信息，如“有/无某动作”、操作的力度信息和操作的持续时间信息等，并通过通信模块26发送给主控装置1。

感应装置2可根据应用场景的需求设置不同个数，一般为2～50个，并可同时包括不同类型的感触部件24。

如图5所示，主控制器11与音乐播放装置3之间采用midi接口连接通信。音乐播放装置3主要包括midi音源31、功率放大器32、扬声器33模块。通过midi接口模块接收来自主控制器的乐音播放指令，并作用于midi音源31以输出相应音符的音频模拟信号，再由功率放大器32将音频信号放大后驱动扬声器33进行播放。

结合图6所示，该系统的工作原理如下：

主控装置1端：

主持人发起操作命令，并启动演奏，此时，互动娱乐主控端程序运行，具体包括：

根据主持人的操作从存储模块22中的曲目存储单元选择一首乐曲；

生成被选择乐曲的乐曲信息文件；

根据乐曲信息文件及预先设定的演奏规则生成供互动参与者演奏参考的操作提示信息文件，并通过通信模块15中的发送总线将操作提示信息发送至感应装置2；

通过通信模块15中的接收总线接收各感应装置2发送的用户操作信息文件，生成相应的乐音播放指令并通过通信模块15中的发送总线发送至音乐播放装置3。

各感应装置2端：

通过通信模块26中的接收总线接收操作提示信息文件，并通过显示模块25显示以提示互动参与者进行相应的操作；

互动参与根据操作提示信息操作感应装置2，即通过人体的肢体动作作用于感触部件24；

信号采集模块23采集到的人体动作感应信号并处理成相应的用户操作信息文件，通过通信模块26中的发送总线发送至主控装置1。

音乐播放装置3端：

接收主控装置1发送的乐音播放指令，并播放相应的乐音。

在上述实施例中，

乐曲信息文件包括被选择乐曲所包含的全部音符信息，以及与音符相对应的时间信息、操作力度信息，还可以包括演奏的乐器类型等。其中，时间信息包括音符的起始时间与持续时间，起始时间表示该音符距开始演奏的时间，持续时间表示该音符持续的时间，即各音符之间的间隔时间，也就是节拍数。

操作提示信息文件主要包括分配位置(即各感应装置所对应的编号)、该分配位置分配的待演奏音符信息，以及与待演奏音符相对应的时间信息提示、操作力度提示。

用户操作信息文件主要包含各感应装置的编号、互动参与者对分配的音符的“有/无”操作动作、操作的力度、操作的开始时间和持续时间等演奏信息。

主控装置生成的乐音播放指令主要包含音符(与用户操作信息中的感应装置的编号相对应)、时间信息、力度操作度以及配置的音色等信息，其中，力度直接来自人体动作感应信号。

演奏规则可根据用户需求设置成包括音符分配方式和演奏场景两大方面，即音符分配方式的选择和演奏场景的选择，其中，演奏场景又包括训练模式和表演模式两个选项。具体如下：

音符分配方式主要包括以下两种方式：

完全分配，是指将乐曲中所包含的所有音符全部分配给互动参与者，即乐曲中全部音符都由互动参与者通过感应装置演奏完成，主控装置根据用户操作信息文件生成相应的乐音播放指令。

不完全分配，是指将乐曲中所包含的部分音符分配给互动参与者完成，未分配的音符主控装置根据乐曲信息文件直接生成相应的乐音播放指令(即主控装置将这些音符的播放命令直接发送给音乐播放装置，无需感应装置参与)，已分配的音符由互动参与者通过感应装置演奏，主控装置根据用户操作信息文件生成相应的乐音播放指令。

训练模式主要包括以下三种：

全乐曲训练模式，是指将乐曲中待分配的音符统一分配给各感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件相同，所有互动参与者均需要完成所有待分配音符的演奏训练，类似于一起训练的场景。

指定音符训练模式，是指将乐曲中待分配的音符指定分配给不同感应装置，每个感应装置对应少量的音符(在幼儿教育中一般是一个音符)，或者出现较多的音符分配给多个感应装置共同完成，各感应装置接收到的操作提示信息文件不同，各互动参与者根据操作提示信息文件完成待分配音符中被指定分配的音符的演奏训练；例如，将乐曲所包括的音符中所有“do”的音符均分配给第五个感应装置的小朋友操作。

随机音符训练模式，是指将乐曲中待分配的音符随机分配给不同感应装置，每个感应装置和音符之间无没明确对应关系，各感应装置接收到的操作提示信息文件不同，各互动参与者根据操作提示信息文件完成待分配音符中被随机分配的音符的演奏训练。例如，乐曲中所有“do”的音符被随机分配到第五个感应装置的小朋友操作。

对应的，表演模式也主要包括以下三种：

全乐曲演奏模式，是指将乐曲中待分配的音符统一分配给各感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件相同，所有互动参与者均需要完成所有待分配音符的演奏。

指定音符表演模式，是指将乐曲中待分配的音符指定分配给不同感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件不同，各互动参与者完成待分配音符中被指定分配的音符的演奏表演。

随机音符表演模式，是指将乐曲中待分配的音符随机分配给不同感应装置，各感应装置接收到的操作提示信息文件不同，各互动参与者完成待分配音符中被随机分配的音符的演奏表演。

可以看出，表演模式和训练模式呈对应关系，只是分配的操作提示信息文件中的内容有所不同，训练模式下，操作提示信息文件包括分配位置、该分配位置分配的待演奏音符信息，以及与待演奏音符相对应的时间信息提示、操作力度提示；而表演模式下，操作提示信息文件仅包括分配位置和该分配位置分配的待演奏音符信息，不包括任何时间或力度的提示，其难度更高，对互动参与者的要求更高，注重于对其乐感的培养。

另外，可以看出，在完全分配方式下，所有操作提示信息文件中音符的集合构成了乐曲信息文件中的全部音符，也就是被选择乐曲所包含的全部音符；在不完全分配方式下，所有操作提示信息文件中音符的集合构成了乐曲信息文件中的部分音符；但乐曲信息文件一定是包含了被选择乐曲所包含的全部音符。

此外，还可以设置学习模式，此时，被选择乐曲所包含的音符零分配，主控装置根据乐曲信息文件直接生成相应的乐音播放指令，即主控装置将这些音符的播放命令直接发送给音乐播放装置，即自动播放，无需感应装置参与，主要用于互动参与者在初始阶段对被选择乐曲的学习。

下面结合具体实施例a对上述各文件及其之间的关系进行说明。

乐曲信息文件中的主要信息有音符、力度和时间信息。假设力度最大值为10，数值越大表示力度越大，时间信息以毫秒为单位。该乐曲中共有9个音符，顺序为do、mi、mi、re、fa、fa、mi、so、so。音符后的三个数值分别为力度、起始时间和持续时间。如表1所示，例如，第二个音符mi的力度是8，间隔时间是1000毫秒；第7个音符mi的力度是6，间隔时间是500毫秒。

表1：乐曲信息文件

主持人选择“未完全分配+指定音符训练模式”的演奏规则，将do、mi、fa、so四个音符分别分配给编号1、2、3、4的四个感应装置所对应的互动参与者，并生成相应的四个提示信息文件，如表2所示。主持人将音符so分配给4号感应装置，主控装置生成4号感应装置所对应的提示信息文件；将音符re直接播放，即根据无需互动参与者操作，直接通过乐曲信息文件中的相关信息生成乐音播放指令。

表2：操作提示信息文件(共四个)

互动参与者根据感应装置上显示的操作提示信息操作感应装置，感应装置将各互动参与者的对应的用户操作信息并实时发送至主控装置，相应的，共生成四个用户操作信息文件，如表3所示。3号感应装置的操作者在开始演奏(第一个音符do的开始时间)后5200毫秒以力度9操作了感应装置(对应于第一个so)，持续300毫秒后，之后100毫秒(即开始演奏后5600毫秒)又以力度6再次操作了感应装置并持续了600毫秒(对应于第二个so)。

表3：用户操作信息文件(共四个)

主控装置根据感应装置实时发送的用户操作信息生成相应的音乐播放指令并控制乐音播放装置实时播放乐音，例如，主控装置收到表3中第一个so音符的用户操作信息时，在开始演奏后5200毫秒以力度9控制音乐播放装置播放so音符并持续300毫秒(即根据相应的用户操作信息向音乐播放装置发送so的乐音播放指令)，之后100毫秒又以力度6演奏so音符并持续600毫秒。

操作提示信息主要用于提示互动参与者如何操作感应装置，其主要包括乐曲的音符信息、时间信息提示、操作力度提示。时间进度提示和操作力度提示具体可通过显示模块进行显示的时间进度提示器和力度提示器表现，时间进度提示器用于显示与乐曲中音符相对应的时间进度条，提示感应装置的操作者(互动娱乐参与者)在何时操作感应装置(踩踏、拍打、敲击或弹拨等)；力度提示器用于显示操作者应使用的力度大小，提示感应装置的操作者使用多大的力度操作感应装置(踩踏、拍打、敲击或弹拨等动作的力度)。

如图7所示，时间进度提示器表现为纵向或横向的移动条状显示，沿移动的方向有一根开始/结束线。条状显示到达开始/结束线时，应开始操作；条状显示离开开始/结束线时，应结束操作。以led时间进度提示器为例，图8给出了在时间进度提示器上，显示4个单位时间的时间进度的实例，图中第八拍时，操作者应该开始操作感应装置(拍下或踩下)；第十二拍时，操作者应该结束操作(抬起)。

力度提示器表现为纵向或横向的固定柱状显示条。显示条的长度决定力量的大小，显示条越长表示操作感应装置的力量应越大，图9给出了力度提示器的示例。

本发明非常适合于幼儿教育，参与互动娱乐的人员主要包括主持人(如老师)和互动参与者(幼儿),主持人的人数为1人，互动参与者的人数为2人以上，在幼儿教学时可以是一个班，可以达到30～50人同时操作。由主持人可通过主控装置1进行主持操作，互动参与者操作感应装置2。

如图10所示，本发明还公开另一优选实施例，即在上述实施例的基础上增加评分功能，以增加互动娱乐的挑战性和趣味性。

该评分功能通过主控装置1实现，具体可在互动娱乐主控端程序中增加与评分功能相关的程序指令。

主控装置1的存储模块14还配置有提示信息记录单元和操作信息记录单元，提示信息记录单元用于存储操作提示信息文件；操作信息记录单元用于存储感应装置2发送的用户操作信息文件；互动娱乐主控端程序在前述功能的基础上还增加：在接收到用户发出的演奏停止指令时，根据预先设定的评分规则计算各互动参与者的演奏得分并进行显示；进一步的，还可以设置是否将评分结果发送至相应的感应装置2进行显示，并且还可以设定发送对象及具体发送内容。

所述的评分规则可设置为将接收到的各感应装置2发送的用户操作信息与操作提示信息或乐曲信息文件进行比对，根据比对的吻合度进行相应评分。值得说明的时候，在训练模式，可设定直接操作提示信息比对，但在表演模式时，由于操作提示信息中只包含音符信息，因此，可设定直接和乐曲信息文件中相应的乐曲信息进行比对，当然也可以设置成直接与乐曲信息文件中相应的乐曲信息比对。

结合上述具体实施例a，主控装置收到表3中的用户操作信息后根据评分规则进行评分，或将该信息发送到移动终端进行评分。

实际演奏的时间和力度均会与理想值之间存在偏差，例如表4所示，第一个音符so的起始时间和理想值之间偏差-200(滞后算作负值，提前算作正值)，第二个音符so的起始时间和理想值之间偏差-200；可设置第一个音符so偏差200毫秒扣1分，第二个音符so偏差100毫秒不扣分，时间间隔偏差100毫秒不扣分(100毫秒不太容易分辨)；持续时间同样可设置偏差200毫秒扣1分，偏差100毫秒不扣分。所以，此处的分值为扣1分。具体的扣分标准以及评分规则都可根据用户预先设定。

表4：评分参考表

本发明还公开一种多人互动娱乐方法，如图11所示，该方法基于该互动娱乐系统实现，主要步骤包括：

s1、开始演奏时，主持人通过主控装置选择曲目并启动演奏；

s2、进入演奏状态，主控制器生成与被选中乐曲的乐曲信息文件；

s3、主控制器根据乐曲信息文件及预先设定的演奏规则生成多个操作提示信息文件并发送至各感应装置；

s4、感应装置将接收到的操作提示信息显示给互动参与者以对其演奏进行提示；

s5、互动参与者根据感应装置上显示的操作提示信息操作感应装置(即进行演奏)；

s6、在演奏过程中，感应装置采集参与者的人体动作感应信号，并将其转换成相应的用户操作信息发送到主控装置；

s7、主控装置根据接收到的用户操作信息生成相应的乐音播放指令，并发送至音乐播放装置控制其演奏相应的乐曲。

进一步的，还可以包括：

s8、演奏结束后，主控装置根据事先设定的评分规则对每个互动参与者的演奏进行评分并显示，还可根据需求将评分值发送至各感应装置；

s9、各感应装置将接收到评分值进行显示。具体可根据用户需求，设置为在各感应装置上仅显示使用该感应装置的参与者的评分值，也可以在各感应装置上显示所有参与者的评分值。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。