專利名稱：可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置及方法，尤指一種可用于 模型飛機且依據(jù)其運動狀態(tài)產(chǎn)生互動聲光效果的互動信號產(chǎn)生裝置及方法。
背景技術：
隨著半導體技術及數(shù)字信號處理技術的進步，傳統(tǒng)的游戲玩具也逐漸加入 新的電子技術，以達成更具吸引力的聲光效果及更繁復的操作功能。
美國專利早期公開2006/0033713揭露一種使用攝影器材(TV camera)及影 像顯示裝置(如大屏幕電視)以達成互動娛樂效果的游戲系統(tǒng)。參見圖1A及 第IB,該游戲系統(tǒng)包含兩個攝影機530及一臺計算機535，其中該攝影機530 可以擷取模型飛機505上的標志510, 511， 512，并供計算機535運算以計算出 該模型飛機505的運動軌跡。該計算機535可以在屏幕上顯示出模型飛機505 影像及軌跡，因此即使是只有單一玩家，也可以由計算機另外仿真一臺飛機， 以達到空中對戰(zhàn)的效果。
然而上述的公知技術游戲系統(tǒng)需要較為笨重的器材如攝影機530及計算機 535來達成所需的互動效果，造成使用者的不便。隨著微機電技術的快速成長， 微型的加速度感應器技術已逐漸成熟，因此若能將加速度感應或是速度感應的 技術結合在玩具上面，應可提供更大的娛樂效果。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的即在提供一種使用方面的可移動物體的互動信號 產(chǎn)生裝置及方法。
為達成上述目的，本發(fā)明提供一種可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，包含 速度感測單元；微控制器(MCU),與該速度感測單元電連接；數(shù)據(jù)庫，與該微控制器電連接，并預先存有多組互動數(shù)據(jù)；互動信號源；其中該速度感測單元 固定連接在可移動物體上且可感測該可移動物體的運動參數(shù)，并送給該微控制 器處理；該微控制器可依據(jù)該運動參數(shù)而選擇該數(shù)據(jù)庫內(nèi)的至少一互動數(shù)據(jù)， 并驅(qū)動該互動信號源以產(chǎn)生互動信號。
再者在依據(jù)本發(fā)明的方法中，首先偵測該可移動物體的運動狀態(tài)，以產(chǎn)生 運動參數(shù)，該運動參數(shù)可以為三維方向至少一方向的速度、加速度及軌跡。該
運動參數(shù)可與至少一與頻率相關的轉(zhuǎn)換函數(shù)(conversion function)運算，以得
到第一互動數(shù)據(jù)。
再者本發(fā)明的方法也可以比對可移動物體的移動軌跡與預設的軌跡圖案；
若比對符合，也可以得到第二互動數(shù)據(jù)。再者本發(fā)明的方法也可以比對可移動 物體的三維方向移動速度，若其中一維方向移動速度超過臨界值，也可以得到 第三互動數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的方法可以選擇性的提供該第一、第二或第三互動數(shù)據(jù)給如揚聲器 或是燈等互動信號源，以產(chǎn)生響應模型飛機移動軌跡或是速度相關的聲光信號。 例如本發(fā)明可以隨速度增加而提高聲音/燈光閃爍頻率、或是偵測到模型飛機 完成一預定軌跡移動而發(fā)出特殊音效，進而提供使用者交互式的娛樂效果。


圖1A為公知的娛樂器材； 圖1B為公知的娛樂器材；
圖2為依據(jù)本發(fā)明一較佳具體實施例的模型飛機示意圖3為依據(jù)本發(fā)明較佳具體實施例的互動信號產(chǎn)生裝置方框圖4為速度感測單元的實踐方式；
圖5為說明聲音頻率轉(zhuǎn)換關系范例；
圖6為說明本發(fā)明中數(shù)據(jù)庫的范例內(nèi)容。附圖標記說明 公知
模型飛機505 攝影機530 本發(fā)明
互動信號產(chǎn)生裝置10 揚聲器24 尾端燈22C 速度感測單元12 數(shù)據(jù)庫16
轉(zhuǎn)換函數(shù)及加權值數(shù)據(jù)160 加速度臨界值數(shù)據(jù)162 特殊音效數(shù)據(jù)164 預設軌跡圖案數(shù)據(jù)166 互動信號輸出控制單元18 加速度感應器120
標志510,511,512 計算機535
模型飛機20 側向燈22A,22B
微控制器(MCU)14
速度臨界值數(shù)據(jù)161 預設音效數(shù)據(jù)163 閃光模式數(shù)據(jù)165
積分器122
說明書第3/7頁
具體實施例方式
參見圖2所示，為依據(jù)本發(fā)明較佳具體實施例的示意圖，本發(fā)明的可移動 物體的互動信號產(chǎn)生裝置10可應用在可移動物體20 (例如此例所示的模型飛 機)上，該互動信號產(chǎn)生裝置10可以感測該模型飛機20的運動狀態(tài)，以產(chǎn)生 如聲音或是燈光等互動信號。借此使用者可以由遙控或是手持方式控制該模型 飛機20的之運動，并借由互動信號產(chǎn)生裝置IO產(chǎn)生可隨運動變化的聲光效果。 參見此圖所示，該模型飛機20的預定位置上安裝有互動信號源(亦即可以發(fā)出 可為人感知覺的聲光信號的裝置)，例如具有在機翼兩端的兩個側向燈(lamp) 22A,22B及在尾端的尾端燈22C;及在飛機內(nèi)部的揚聲器(loudspeaker)24,這些 燈22A、 22B、 22C及揚聲器24皆與該互動信號產(chǎn)生裝置10電連接，以受互動信號產(chǎn)生裝置10控制。
圖3為依據(jù)本發(fā)明較佳具體實施例的互動信號產(chǎn)生裝置10方框圖，該互動
信號產(chǎn)生裝置10具有速度感測單元12、微控制器(MCU)14、數(shù)據(jù)庫16(詳見后 面說明)、互動信號輸出控制單元18，彼此互相電連接以組成；另外，雖然在該 圖示未畫出，但是該互動信號產(chǎn)生裝置10及這些燈22A、 22B、 22C及揚聲器 24可皆與電源(未圖示，例如可以為電池)連接，以得到電力。該速度感測單 元12與該模型飛機20固定連接，因此可以借由速度感測單元12感測模型飛機 20的運動狀態(tài)，以產(chǎn)生對應的運動參數(shù)(如速度、加速度及軌跡)，并配合微 控制器14參考數(shù)據(jù)庫16數(shù)據(jù)的運算，驅(qū)動燈22A、 22B、 22C及揚聲器24， 以產(chǎn)生與模型飛機20速度、加速度或是軌跡相關的聲光互動信號。
參見圖6,該數(shù)據(jù)庫16例如可以包含下列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)及加權值數(shù)據(jù)160、 速度臨界值數(shù)據(jù)161、加速度臨界值數(shù)據(jù)162、預設音效數(shù)據(jù)163、特殊音效數(shù) 據(jù)164、閃光模式數(shù)據(jù)165、預設軌跡圖案數(shù)據(jù)166。該互動信號產(chǎn)生裝置10 可以參考數(shù)據(jù)庫16中的轉(zhuǎn)換函數(shù)及加權值數(shù)據(jù)160、速度臨界值數(shù)據(jù)161、加 速度臨界值數(shù)據(jù)162、或預設軌跡圖案(tracepattem)數(shù)據(jù)166，決定要產(chǎn)生的互 動效果；然后選擇性地讀取數(shù)據(jù)庫16中的預設音效數(shù)據(jù)163、或是特殊音效數(shù) 據(jù)164、或是閃光模式數(shù)據(jù)165;并利用互動信號輸出控制單元18驅(qū)動該些燈 22A、 22B、 22C和/或是揚聲器24,以提供與運動相關的互動聲光效果。該互 動信號輸出控制單元18將音效或是燈光數(shù)據(jù)做位準或是功率調(diào)整，以配合不同 規(guī)格的揚聲器(如不同瓦數(shù))或是不同規(guī)格燈(例如不同顏色的LED燈)，而 該互動信號輸出控制單元18也可以內(nèi)設于該微控制器14內(nèi)。
參見圖4，為速度感測單元12的實踐方式，該速度感測單元12例如可以 包含加速度感應器(Acceleration Sensor) 120及積分器122。該加速度感應器120 例如為日立(Hitachi) H48C加速度感應器，可以同時感應X, Y， Z軸的加速度 Ax', Ay', Az';而加速度Ax'， Ay', Az'經(jīng)過該積分器122的 一次積分可以得到速度 Vx'，Vy',Vz',經(jīng)過該積分器122的二次積分可以得到軌跡S (x',y'，z')。由于 加速度感應器120本身的參考坐標系以內(nèi)部芯片的三軸為主，且速度感測單元12與模型飛機20固定連接，因此可以經(jīng)過坐標變換而得到與模型飛機20的三 軸方向加速度Ax, Ay, Az,由于此種坐標變換為公知技術易于實現(xiàn)，因此在下 面的說明中，即以飛機加速度Ax, Ay, Az、速度Vx, Vy, Vz及軌跡S ( x， y, z ) 加以說明。再者，在圖4中，積分器122也可以內(nèi)設在該微控制器14中，以有 效利用微控制器14的運算能力。
本發(fā)明的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置可以運用于下列的操作實例中
I.模型飛機的仿真飛行聲音及燈光
在模型飛機20中安裝本發(fā)明的互動信號產(chǎn)生裝置10，使用者可手持模型 飛機20在空中移動。速度感測單元12測出三軸加速度(Ax，Ay, Az),經(jīng)微控制 器14程序換算成三軸速度(Vx， Vy, Vz)，以每一軸速度V,，卜x,y，z作為模擬飛機 飛行的音源頻率參數(shù)。該微控制器14可以綜合處理三維方向的速度，并自該數(shù) 據(jù)庫16擷取對應的預設音效163，并經(jīng)由互動信號輸出控制單元18而驅(qū)動該 揚聲器24，以將所有對應的音訊數(shù)據(jù)混音而成。再者，該微控制器14可以比 較三維方向的速度最大者，以自數(shù)據(jù)庫16擷取對應的預設音效數(shù)據(jù)163,并經(jīng) 由互動信號輸出控制單元18而驅(qū)動該揚聲器24。
例如舉下列對應不同方向軸的音效為例
Vx為飛機前進方向，預設音效數(shù)據(jù)163可以包含仿真飛機飛行的音源； Vy為飛機左右方向，預設音效數(shù)據(jù)163可以包含仿真飛機飛行左旋右 旋的呼哮聲；
Vz為飛機加速往上或失速往下，預設音效數(shù)據(jù)163可以包含仿真飛機
引擎聲。
所以微控制器14比較三軸速度(Vx，Vy,Vz)最大者，然后自數(shù)據(jù)庫16擷取 對應的預設音效數(shù)據(jù)163。例如若Vy大于Vx及Vz,則微控制器14自數(shù)據(jù)庫 16擷取對應的模擬飛機飛行左旋右旋的呼哮聲的音訊數(shù)據(jù)，然后送至揚聲器 24。再者，該微控制器14可以對于三維方向速度(Vx,Vy,Vz)綜合處理，亦即 當三維方向速度(Vx, Vy, Vz)其中一個超過臨界值(參見數(shù)據(jù)庫16中的速度臨界 值數(shù)據(jù)161)時，即加以混音處理。如Vx及Vy都超出臨界值時，該微控制器
914自數(shù)據(jù)庫16擷取對應的飛機飛行的音訊數(shù)據(jù)，及仿真飛機飛行左旋右旋的
呼哮聲的音訊數(shù)據(jù)，再將兩個音訊數(shù)據(jù)混音，最后將混音數(shù)據(jù)送至揚聲器24。
除了上述針對特定飛行維度有不同音效外，也可以對于不同維度的速度值，
設定對于聲音頻率或是發(fā)光頻率的變化。參見圖5，以聲音為例，可以對于每
一個維度方向設定對應的速度-聲音頻率轉(zhuǎn)換關系，或是加速度-聲音頻率轉(zhuǎn) 換關系。
配合圖5，該速度-聲音頻率轉(zhuǎn)換關系例如可以如下列公式表示
聲音=y^) /—"/^,) /^^/^) /^)
由上式可以看出，對于每一維度方向的速度Vx， Vy, Vz都有特定的轉(zhuǎn)換函 數(shù)(conversion function )力，/2，力(如直線函數(shù)、折線函數(shù)或是高斯函數(shù)等)加 以運算。并且在不同的頻率有不同的加權值(weight)，亦即Xn), n=l,2,3。借此 可以依據(jù)測量到的速度，而變換不同的聲音。前述的轉(zhuǎn)換函數(shù)及加權值存在于 該數(shù)據(jù)庫16的轉(zhuǎn)換函數(shù)及加權值數(shù)據(jù)160中，且對于不同維度方向可以有不同 的轉(zhuǎn)換函數(shù)及加權值。
例如在轉(zhuǎn)換函數(shù)為直線的狀況下，且釆用固定的加權值，則模型飛機20 的速度越快，揚聲器24之聲音頻率越高。再者，對應三維方向速度(Vx，Vy,Vz) 可以釆用不同斜率的直線函數(shù)，再對三維方向速度(Vx， Vy, Vz)所產(chǎn)生的三個音 訊信號混音以驅(qū)動揚聲器24。因此當使用者手持模型飛機20在3D空間中模擬 飛行，依據(jù)本發(fā)明的互動信號產(chǎn)生裝置10即可根據(jù)空間軌跡發(fā)出飛機飛行的聲 音效果，而理論上每次手持飛行的飛行聲音都會不一樣。再者，上述的頻率轉(zhuǎn) 換關系可以應用于該些燈上，如果飛機飛行速度越快，則燈閃爍頻率越高。
II.模型飛機的飛行軌跡音效
參見圖6，該數(shù)據(jù)庫16包含預設軌跡圖案數(shù)據(jù)166，如該圖所示，數(shù)據(jù)庫 16記錄的預設飛行軌跡圖案，例如圓形(circle)、三角形(triangular)、 8字形 (8-shaped)、或是四方形(square)，及對應該些圖案的特殊音效數(shù)據(jù)164。如果互 動信號產(chǎn)生裝置10感應到飛機的軌跡對應數(shù)據(jù)庫16記錄的預設飛行軌跡圖案，例如圓形(circle)、三角形(triangular)、 8字形(8-shaped)、或是四方形(square), 則微控制器14可以驅(qū)動揚聲器24可發(fā)出對應的特殊音效(bonus soundtrack), 以獎勵及告知使用者。再者，當微控制器14感知到該模型飛機20有手持震動 的軌跡，則可以驅(qū)動該揚聲器24,以發(fā)出機槍聲。 III.模型飛機的仿真飛行光線
配合圖2所示，假設Vx為飛機前進方向、Vy為飛機左右方向、而Vz為 飛機上下方向。當微控制器14得知模型飛機20的三維方向速度/加速度值， 并與數(shù)據(jù)庫16的速度臨界值數(shù)據(jù)161與加速度臨界值數(shù)據(jù)162內(nèi)的臨界值比 較。當Vy值超過一定臨界值時，可定義為飛機左右轉(zhuǎn)向，因此微控制器14可 以透過互動信號輸出控制單元18驅(qū)動左右機翼燈22A、 22B其中的一個，以表 示飛機向左或是向右轉(zhuǎn)。當Vx值超過一定正值時，可定義飛機處于飛行中， 因此微控制器14可以透過互動信號輸出控制單元18驅(qū)動機尾的燈22C，以模 擬機尾發(fā)出噴射光線的狀態(tài)。
再者在上述模型飛機20上可以設立操作選擇開關(未圖示)，以選取上述三 種操作模式之一，或是其它操作模式，例如該微控制器14可以受操作選擇開關 的控制，而選取數(shù)據(jù)庫16的閃光模式數(shù)據(jù)165,并以特定模式(例如循序閃爍 或是隨機閃爍)驅(qū)動該些燈。
綜上所述，當知本發(fā)明用于可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置及方法已具有 產(chǎn)業(yè)利用性、新穎性與創(chuàng)造性，又由于本發(fā)明的構造也未曾見于同類產(chǎn)品及公 開使用，完全符合發(fā)明專利申請要件，依專利法提出申請。
權利要求
1、一種可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其特征在于，該裝置包含速度感測單元；微控制器，與所述速度感測單元電連接；數(shù)據(jù)庫，與所述微控制器電連接，并預先存有多組互動數(shù)據(jù)；互動信號源；其中所述速度感測單元固定連接在可移動物體上且可感測該可移動物體的運動參數(shù)，并送給所述微控制器處理；該微控制器可依據(jù)該運動參數(shù)而選擇該數(shù)據(jù)庫內(nèi)的至少一互動數(shù)據(jù)，并驅(qū)動該互動信號源以產(chǎn)生互動信號。
2、 如權利要求l所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述運動 參數(shù)為三維方向的速度。
3、 如權利要求2所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述互動信號源為揚聲器，且該互動數(shù)據(jù)為預設音效。
4、 如權利要求3所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述互動數(shù)據(jù)為聲音信號，且以三維方向的速度與至少一轉(zhuǎn)換函數(shù)運算獲得。
5、 如權利要求3所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述微控制器比較三維方向速度所產(chǎn)生的軌跡與數(shù)據(jù)庫的預設軌跡圖案，且該數(shù)據(jù)庫的 互動數(shù)據(jù)包含特殊音效，若該微控制器比對結果為匹配，則發(fā)出該特殊音效。
6、 如權利要求5所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述預設 軌跡圖案為圓形、三角形、8字形或是四方形。
7、 如權利要求l所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述速度 感測單元包含加速度感應器，且該運動信號為三維方向X，Y，Z的加速度。
8、 如權利要求7所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述互動 信號產(chǎn)生裝置還包含積分器，以對加速度積分。
9、 如權利要求l所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述互動 信號源為燈，且所述互動數(shù)據(jù)為燈光信號。
10、 如權利要求9所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述可 移動物體為模型飛機，且燈為設在兩個機翼的至少兩個發(fā)光二極管燈。
11、 如權利要求9所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述可 移動物體為模型飛機，且燈為設在機尾的發(fā)光二極管燈。
12、 如權利要求IO所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述運 動參數(shù)為三維方向X,Y，Z的速度，且模型飛機左右方向為Y方向，當Y方向速 度超出記錄于數(shù)據(jù)庫的臨界值時，該微控制器可以驅(qū)動設在兩個機翼的發(fā)光二 極管燈其中之一閃爍。
13、 如權利要求ll所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置，其中，所述運 動參數(shù)為三維方向X,Y，Z的速度，且模型飛機前進方向為X方向，當X方向速 度超出記錄于數(shù)據(jù)庫的臨界值時，該微控制器可以驅(qū)動機尾的發(fā)光二極管燈閃 爍。
14、 一種可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其特征在于，在所述可移動物 體上具有互動信號源，包含偵測該可移動物體的運動狀態(tài)，以產(chǎn)生運動參數(shù)； 將該運動參數(shù)與至少一與頻率相關的轉(zhuǎn)換函數(shù)運算，以得到互動數(shù)據(jù)；及 提供該互動數(shù)據(jù)至該互動信號源以發(fā)出互動信號。
15、 如權利要求14所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其中，所述互 動信號源為揚聲器，且該運動參數(shù)為該可移動物體的三維方向速度或加速度。
16、 如權利要求15所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其中，所述揚 聲器的聲音信號頻率隨該可移動物體的三維方向速度或加速度變化。
17、 如權利要求15所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其中，所述互 動信號源為至少一燈，且該運動參數(shù)為該可移動物體的三維方向速度或加速度。
18、 如權利要求17所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其中，所述燈 的閃爍頻率隨該可移動物體的三維方向速度或加速度變化。
19、 一種可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其特征在于，在所述可移動物 體上具有互動信號源，包含偵測該可移動物體的運動狀態(tài)，以產(chǎn)生運動軌跡；將該運動軌跡與預設軌跡圖案比較；若比對結果符合，則驅(qū)動該互動信號源以發(fā)出互動信號。
20、如權利要求19所述的可移動物體的互動信號產(chǎn)生方法，其中，所述互 動信號源為揚聲器，且該預設軌跡圖案為圓形、三角形、8字形、或是四方形。
全文摘要
本發(fā)明一種用于可移動物體的互動信號產(chǎn)生裝置及方法，在可移動物體上具有互動信號源。該方法首先偵測可移動物體運動狀態(tài)，以產(chǎn)生運動參數(shù)。該運動參數(shù)可與至少一與頻率相關的轉(zhuǎn)換函數(shù)運算，得到第一互動數(shù)據(jù)。本方法也可比對可移動物體的移動軌跡與預設軌跡圖案；若符合，也可得到第二互動數(shù)據(jù)。本方法也可比對可移動物體三維方向移動速度，若其中一維方向移動速度超過臨界值，也可得到第三互動數(shù)據(jù)。本方法可選擇性地提供該第一、二或三互動數(shù)據(jù)給互動信號源，以產(chǎn)生響應可移動物體移動軌跡或是速度相關的聲光信號。本發(fā)明可隨速度增加而提高聲音/燈光閃爍頻率、或是偵測到可移動物體完成預定軌跡移動而發(fā)出特殊音效，進而提供使用者交互式娛樂效果。
文檔編號G05B19/04GK101441448SQ20071018835
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權日2007年11月19日
發(fā)明者郭士迪 申請人:升鉅科技股份有限公司;郭士迪