一种人机互动的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种可使人机互动的仿生虚拟世界的控制方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中已给出了可人机互动的仿生虚拟世界的多种控制方法及其设备，但均存在一缺陷:需要用户运动空间大，且运动存在局限性，如:当用户已移动到墙壁，但游戏自我角色下一动作还需要用户向墙壁的背向前进，就会使用户“撞墙”且无法继续实施上述控制。而现有技术为了避免这种情况，一般采用如下方法:
I)缩小自我角色的活动空间(注意，这里说的是自我角色而非用户)，以使用户控制过程中不用移动或尽量减小活动，但这样的方法使游戏的可玩性大大降低，其运用价值也非常有限。
[0003]2)限定自我角色所在环境，如:申请号为201110065915的《仿生学运动》。
[0004]3)限定自我角色活动形式，如仅只能在指定路线内驾驶汽车等移动工具；该形式的目的在于避免，“虚拟角色通过肢体发生位移时，用户在现实空间中也需要发生位移”。
[0005]4)利用空载控制台，如:跑步机等方案，使用户至在同个位置移动，但也存在着:用户需要持续体能消耗，因此很难长时间持续进行人机互动；另外这样的控制台“空载”的路径非常有限，如用户只能在跑步机传送带上的同一方向跑动，而无法朝任意方向活动，用户也很难随心运动。
[0006]现有技术除了无法实现自我角色如现实般可充分进行自由活动外，还存在机械控件多、成本高，而且携带不便等问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种不必为保证自我角色和用户的配合，而对虚拟世界进行空间、环境、人机互动形式等进行限制的人机互动方法及设备；或不必为保证自我角色如现实般可充分进行自由活动，而对虚拟世界进行空间限制、环境限制、人机互动形式等进行限制的人机互动方法。
[0008]为了便于理解本发明，特对所涉及的各术语进行如下名词解释。
[0009](一)自我角色:指在虚拟世界中，可被用户操控的，并被用户认为是自己的虚拟角色，可是人类或任意活动物方。
[0010](二)活动部位:在某些情况下，用户并非全部部位的活动都可以控制我自我角色相应部位的活动，尤其当自我角色为非人类时，并没有用户身上的某些部位，因此本发明所指的“活动部位”是指用户身体上的部位，该部位对应于自我角色可被控制的部位。另一方面，当自我角色的活动部位数多于用户实际的活动部位数时，则采用本发明介绍的其他方法；另外本文所称的活动部位也可指活动关节，所述活动关节并非仅限于骨架连接处，它泛指人体上可活动的任何部位，如整个上臂上的任一点或点组合。
[0011]特别指出为确保实现本发明目的的前提下，使用户在操控过程中，不离开操控台的方法主要包括:
1、至少考虑两个或以上不同部位的命令发出顺序，即当多个活动部位的符合发出动作指令时，尤其考虑I个或I个以上部位的命令发出。
[0012](四)最大幅度原则:根据专利号为“201110458168.3”的《一种人机互动的控制方法及其运用》记载，在人机互动过程中，存在用户发出比自己期望幅度值小的动作，且该动可让自我角色发出与用户期望值相同幅度的动作，在此基础上，我们定议所述最大幅度原则:先规定一动作幅度上限为Mm，且使Mm小于用户的运动极限；就该动作规定自我角色对应的虚拟动作幅度上限为Nm (—般情况下，使Nm多用户的运动极限)，且设在t时间点上用户执行该动作的幅度为Mt，对应自我角色的虚拟动作幅度为Nt，则满足:当Mt彡M时Nt = N、当Mt〈M时N>Nt>Mt ;当系统通过上述规则放大用户动作的，称被依上述规则放大的用户动作为微动作。
[0013]如先规定:用户手臂抬起5度时，自我角色则完全抬起手臂，当用户抬手臂的角度大于5度，自我角色均完全抬起手臂，这里，我们称5度为用户执行抬手臂的最大幅度，显然用户手臂不仅可以抬5度；再规定:用户期望将手抬高30度，而实际上只抬高I度的动作；所述微动作一般表现如:手臂微动、脚微曲，另外应针对不同部位规定幅度上限(即不同部位的幅度上限有所不同)，再者优选使相应部位相对于默认位置的位移上限小于1cm0
[0014]动作放大:为了力求用户的真实感受，及在互动过程的同步需求，设定以下三个规则:
一、命令优先规则
至少使两个指标具有不同的优先级(如:位移指标和力度指标)，本发明优选方案中，使力度指标的放大指令优先于位移指标的放大命令。
[0015]二、与人体感动能力匹配规则
1、在人体感知能力范围内，使自我角色至少放大执行微动作的位移指标和力度指标；
2、当超过人体感知能力范围，使自我角色至少放大执行微动作的速度指标、位移指标和力度指标。
[0016]这里尤其指出:
1)用户执行某允许动作时，实际的运动极限均大于该允许动作的最大幅度，而为了更有效实现本技术效果，虚拟世界过程采用动作放大系统时，最好通过对用户肢体的限制只允许其进行小幅度的微动作；
2)某些部位，有时需执行微动作，有时不需要执行微动作；
3)为了使用户动作都不离开操控台，可使用户的幅度上限规定小至满足:位移指标小于 3cm。
[0017]三、其他规则
1、至少有一个活动部位，当用户朝背向操控位方向的动作被放大的比例不小于其他方向被放大的比例，优先选择大于其他方向被放大的比例。
[0018](五)虚拟允许动作方案:虚拟世界赋予自我角色或虚拟世界中器具可以进行的动作或动作方案，所述动作方案包括连续的动作组合、动作力度、速度等。
[0019](六)评价动作幅度的指标可以是涉及执行允许微动作方案的活动部位的位移、角度、速度、弧度、振动频率(反复执行某同一动作的频率)、姿势变化等，特别指出:评价一个动作幅度可以同时涉及两个或以上指标；上述各指标可以根据任意现有技术或公识常识规定，如:所述角度可以是被跟踪部位在两个时间点上的夹角等，对应的用户允许微动作方案可规定:当用户以最大幅度M完成任一微动作时，躯干上除手掌和脚掌外的任意相邻的两部份的角度变化值小于30度。如:某允许微动作方案涉及上臂和下臂的角度，在实施该动作的前后角度为120度和140度，则该相邻两部份的夹角变化值就为+20度。显然用户和自我角色的形态(姿势)并不要求相同或类似。
[0020]为实现上述发明目的，本发明提供一种用户无需离开控制台，尤其无需在“操控位”上发生位移，而连续执行对自我角色进行各种控制的方法，该方法可满足:不必为保证自我角色和用户的配合，而对虚拟世界进行空间、环境、人机互动形式等进行限制。
[0021]本发明技术方案为:
一种人机互动的控制方法，专门针对用户置身于控制台上而进行的人机互动，专门针对在虚拟世界中建立自我角色，并使用户通过实施用户允许微动作方案控制虚拟环境中的自我角色实施相应的虚拟允许动作方案；其特征在于:它包括以下步骤:
I)在虚拟环境中建立第一自我角色，通过摄像头捕捉用户动作以控制第一自我角色与用户动作保持一致；在第一自我角色上记录i个或以上的点位置变化，至少包括:C1、C2、...C1."Cm;m>=i0
[0022]2)在虚拟环境中建立第二自我角色，并在第二自我角色身上标注i个或以上的点，至少包括:B1、B2、…Bi…Bn; n>=i;使C1、C2、…Ci分别与B1、B2、...Bi——对应。
[0023]3)使B1、B2、…Bi随C1、C2、…Ci同步发生位置变化，且B1、B2、…Bi的位置变化值分别系C1、C2、…Ci位置变化值的X1、X2、…Xi倍，继而实现使第二自我角色同步放大执行第一自我角色的动作。
[0024]4)令第二自我角色身上任意点Bj为第二自我角色身上的核心点，令第一自我角色身上的任意点Cj为第一自我角色身上的核心点；在允许第一自我角色与第二自我角色使用不同参照系的前提下，使Bj发生的位移是Cj的Xj倍，Xj符合最大幅度原则。
[0025]5) Bj-1是第二自我角色身上的、Bj相邻的一个点，Cj-1是第一自我角色身上的、Cj相邻的一个点，Bj-1与Cj-1对应；所述点Bj-1以Bj或与Bj相对位置保持不变的点为参照物，使Bj-1发生的位移是Cj-1发生位移的Xj-1倍，Xj-1符合最大幅度原则；Bj+l是第二自我角色身上的、Bj相邻的另一个点，Cj+Ι是第一自我角色身上的、Cj相邻的另一个点，Cj+Ι与Cj+Ι对应；所述点Bj+Ι以Bj或与Bj相对位置保持不变的点为参照物，使Bj+1发生的位移是Cj+Ι发生位移的Xj+Ι倍，Xj+Ι符合最大幅度原则。
[0026]6)Bj_2是第二自我角色身上的、Bj-1相邻的另一个点，Cj_2是第一自我角色身上的、Cj-1相邻的另一个点，Bj-2与Cj-2对应；所述点Bj-2以Bj-1或与Bj-1相对位置保持不变的点为参照物，使Bj-2发生的位移是Cj-2发生位移的Xj-2倍，Xj-2符合最大幅度原则；Bj+2是第二自我角色上的、Bj+1相邻的另一个点，Cj+2是第一自我角色身上的、Cj+1相邻的另一个点，Bj+2与Cj+2对应；所述点Bj+2以Bj+Ι或与Bj+Ι相对位置保持不变的点为参照物，使Bj+2发生的位移是Cj+2发生位移的Xj+2倍，Xj+2符合最大幅度原则。
[0027]7)从Bj-2和Bj+2起，使第二自我角色身上未确定位置关系的点，依次逐点按步骤3)所述以相邻已确定位置点或与该点相对位置保持不变的点为参照物，使其发生的位移是第一自我角色身上对应点发生位移的一定倍数，并使该倍数符合最大幅度原则，直到化身上的各点位置可确定。
[0028]本发明是对用户动作通过“先限制而后放大”的方法实现上述技术效果，该方法包括:
使用户通过实施用户允许微动作方案以控制虚拟环境中的自我角色实施相应的虚拟允许动作方案；
在以下部位中至少有两个或以上部位涉及执行允许微动作方案:头部、脖子、腰部、上臂、下臂、宽部、上腿、下腿、手掌和脚掌；
控制用户身上至少两处不同部位被放大比例方案，以实现虚拟角色的任意活动，用户都无需离开控制台。
[0029]上述技术方案的有益之处在于:
本发明使用户执行微动作，并使虚拟角色放大执行微动作，且各部位的放大比例允许不同，即用户的即时姿势与虚拟角色不同，姿势变化情况也不完全等同，这就极大放宽了用户对操纵空间的要求，即“虚拟角色与虚拟环境的接触部位”与“用户与操纵空间的接触部位”可以不同，尤其还可以实现“用户被操控位支承的部位”与“虚拟角色被所在环境支承的部位”不同，如:用户坐在操控位上控制虚拟角色