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采用可移動(dòng)控制器進(jìn)行交互控制的獨(dú)立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):6465195閱讀:223來源:國(guó)知局

專利名稱::采用可移動(dòng)控制器進(jìn)行交互控制的獨(dú)立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明涉及獨(dú)立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS,InertialNavigationSystems),所述獨(dú)立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)采用可移動(dòng)控制器進(jìn)行交互控制,用于在像計(jì)算機(jī)顯示游戲的應(yīng)用中。
背景技術(shù)
:任天堂Wii游戲機(jī)控制器(已注冊(cè)商標(biāo))(NintendoWiiRemote(TM,Trademark))為無線控制器。該控制器是在用于計(jì)算機(jī)顯示游戲系統(tǒng)的用戶交互式控制器中,最接近現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的一個(gè)例子。該控制器是可移動(dòng)的無線遠(yuǎn)程控制器,由交互的用戶手持,通過傳統(tǒng)的短距離無線射頻(RF,RadioFrequency)傳輸,例如藍(lán)牙(TM)系統(tǒng),將輸入數(shù)據(jù)傳送至由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示系統(tǒng)中,以及通過紅外光敏傳感器接收數(shù)據(jù)。所述游戲機(jī)控制器在公布的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮閁S2007/0060384的專利申請(qǐng)(申請(qǐng)日為2007年3月15日)中被詳細(xì)闡述。要像NintendoWii—樣具有可移動(dòng)控制器,以用于游戲系統(tǒng),就需要用到獨(dú)立INS系統(tǒng),以感知和追蹤所述可移動(dòng)控制器的相對(duì)(relative)線運(yùn)動(dòng)及角運(yùn)動(dòng)(angularmotion)。具備現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的可移動(dòng)控制器不具備這種功能。例如,所述Wii控制器能利用通過其紅外光敏傳感器接收到的數(shù)據(jù),以從一系列外部紅外光源中,推斷關(guān)于自身的位置以及方位(orientation)的信息。所述外部紅外光源已經(jīng)按照現(xiàn)有的一些配置(configuration)被放置在環(huán)境中。但是利用光敏傳感器意味著該裝置依賴光源,所以該裝置并不是獨(dú)立的。采用外部信號(hào)源是累贅的,因?yàn)橛脩舯仨氃O(shè)立和配置那些外部源。另外,用戶必須限制由控制器引起的移動(dòng),以保持那些外部源在看得見的地方。獨(dú)立系統(tǒng)則沒有這樣的移動(dòng)限制,也不需要由用戶設(shè)立或配置外部源。獨(dú)立的INS系統(tǒng)通常采用像刀口速計(jì)和陀螺儀的傳感器。像Wii控制器一樣,具有現(xiàn)有技術(shù)水平的可移動(dòng)控制器采用三軸加速計(jì)。然而,單一的三軸加速計(jì)不足以計(jì)算出推斷可移動(dòng)控制器的線運(yùn)動(dòng)及角運(yùn)動(dòng)所需的所有六個(gè)自由度。事實(shí)上,由于固定的旋轉(zhuǎn)和線加速度能夠在單一的三軸加速計(jì)上,產(chǎn)生一系列相同的讀數(shù)(setofreading),所以甚至不可以確定所述控制器是在被移動(dòng)(translated)還是在被轉(zhuǎn)動(dòng)(rotated)。然而通過設(shè)定如何握持該控制器,以及設(shè)定該控制器將沿著哪個(gè)軸移動(dòng),有些時(shí)候可以追蹤到相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。例如,在具有現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的NintendoWii游戲中,玩家被指示如何握持和移動(dòng)他們的控制器。通過^f艮定玩家大致遵守了所述指示,可以解釋來自三軸加速計(jì)的信號(hào),以粗略追蹤該控制器的相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。但是由于存在廣泛的游戲種類以及其它的應(yīng)用,在這些游戲和應(yīng)用中,限制用戶可以如何移動(dòng)或握持可移動(dòng)控制器是不受歡迎的。因此,具有現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的可移動(dòng)控制器受到不必要的限制。來回顧在三維空間中,感知物體的位置和追蹤物體的軌跡的背景,所述追蹤由INS完成,所述INS采用加速計(jì)和陀螺儀的結(jié)合,以建立或計(jì)算出慣性坐標(biāo)系,在所述慣性坐標(biāo)系中,加速度嚴(yán)格代表了世界坐標(biāo)系(theworldframe)中的線加速度。如果你知道物體在不同時(shí)刻(overtime)的世界坐標(biāo)系線加速度,你就能計(jì)算出該物體在不同的時(shí)刻相對(duì)于(w他respectto)其起始位置的當(dāng)前位置。如果你知道物體在不同時(shí)刻的角速度,你就能提供該物體在任何時(shí)刻的方位。按照慣例,在追蹤物體的過程中,線加速度結(jié)合角速度對(duì)于提供物體相對(duì)于起始位置的位置和方位,是必須的和充分的。對(duì)于在每一時(shí)刻,有六個(gè)未知量必須得以解答。多數(shù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS,InertialNavigationSystems)釆用陀螺儀,以針對(duì)三個(gè)角速度進(jìn)行確定(fix)或解答。如上所述,一旦獲知所述不同時(shí)刻的方位,就可以采用加速計(jì),以追蹤上述三個(gè)線加速度。參照出版物雷達(dá),聲納,導(dǎo)航和航空電子設(shè)備,捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航技術(shù),第二版,作者D.緹特頓和J.韋斯頓(Radar,Sonar,Navigation&AvionicsStrapdownInertialNavigationTechnology,2ndEdition,D.TittertonandJ.Weston),該出X反物作為電機(jī)工程師協(xié)會(huì)(IEE,InstitutionofElectricalEngineers)的雷達(dá),聲納,導(dǎo)航和航空電子設(shè)備系列的一部分,于2005年出版,作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域中的入門和進(jìn)一步的信息。參照出版物基于加速計(jì)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及誤差分析(DesignandErrorAnalysisofAccelerometer-BasedInertialNavigationSystems),作者Chin-WooTan等。該出版物針對(duì)加利福尼亞州的道路通行和公路系統(tǒng)(PATHTransitandHighwaySystem),由位于伯克利的加利福尼亞大學(xué)于2002年6月出版。這里將所述加利福尼亞州的道路通行和公路系統(tǒng)也作為參考結(jié)合進(jìn)來。這是一項(xiàng)僅采用加速計(jì),以計(jì)算剛性物體線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性研究。所述出版物涉及用于測(cè)量機(jī)動(dòng)車輛和類似物的線速度和角速度的系統(tǒng),其精度為在十幾分鐘確定幾十米的追蹤運(yùn)動(dòng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種采用可移動(dòng)控制器的獨(dú)立慣性導(dǎo)航系統(tǒng),以用于交互控制。在優(yōu)選實(shí)施例中,該可移動(dòng)的控制器通過追蹤該移動(dòng)控制器的相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng),在計(jì)算機(jī)顯示游戲系統(tǒng)的一些方面,提供交互式的控制。在一個(gè)實(shí)施例中,本發(fā)明包括將多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器合并入可移動(dòng)的控制器,并將每個(gè)傳感器所感知的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián),以使該移動(dòng)控制器的三維直線形軌跡和角向可以^皮精確追蹤。為了得到最好的效果,所述多種獨(dú)立慣性傳感器必須能夠沿著六個(gè)軸向追蹤三個(gè)沿著三個(gè)線軸的軸向,用于確定線加速度,以及三個(gè)用于確定角運(yùn)動(dòng)的軸向。因此,在可移動(dòng)控制器中的一個(gè)三軸加速計(jì)和一個(gè)三軸陀螺儀的結(jié)合將能非常有效地運(yùn)行。然而,本領(lǐng)域其它技術(shù)人員將意識(shí)到,多種其它傳感器的結(jié)合也能有效地運(yùn)行。例如,六個(gè)加速計(jì)可以被安裝在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)上,以采用可移動(dòng)控制器,為交互控制提供一種有效的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,現(xiàn)有的具有獨(dú)立慣性傳感器的游戲控制器,沿著少于六個(gè)軸向感知運(yùn)動(dòng),例如通過將附加獨(dú)立慣性傳感器可移除地附著在游戲控制器上,三軸加速計(jì)可以被加強(qiáng),以提供復(fù)合游戲控制器。這種復(fù)合游戲控制器將能夠感知該復(fù)合控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。該復(fù)合控制器將包括至少一個(gè)包含獨(dú)立慣性傳感器的控制器的結(jié)合,以感知移動(dòng)控制器的線/角運(yùn)動(dòng);一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器,相對(duì)于該控制器,在固定的線位置和方位(orientation)處可移除地附著在該控制器上,以用于進(jìn)一步感知該移動(dòng)控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng);以及用于關(guān)聯(lián)由每個(gè)所述控制器傳感器和單獨(dú)的(separate)傳感器所感知的運(yùn)動(dòng)的裝置。在這種復(fù)合控制器中,所述結(jié)合的傳感器應(yīng)該提供沿著所有六個(gè)軸向感知的運(yùn)動(dòng)。例如,如果所述傳統(tǒng)游戲控制器具有三軸加速計(jì),那么所述附著的傳感器序列可以包括一個(gè)三軸陀螺儀或多個(gè)附著的陀螺儀,以至少提供結(jié)合的三軸感知。所述附著的傳感器應(yīng)該在相對(duì)于所述傳統(tǒng)游戲控制器的已知位置,被安裝在所述控制器上。如果所述復(fù)合控制器仍然不能提供沿著所有六個(gè)軸向的感知,其也可以比基本控制器更有用。特別地,在不損害追蹤所述復(fù)合控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)能力的前提下,所述用戶可以握持和移動(dòng)所述控制器的約束可以被放寬。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述附著的傳感器可以是一個(gè)或多個(gè)附著在基本控制器上的其它控制器??梢蕴峁┮环N單獨(dú)的(separate)裝置,以使所述控制器可以被附著在一些已知的配置中。可選的,可以采用適當(dāng)?shù)膸ё?,用于附著。在所述帶子并不能使所有控制器都處于相?duì)彼此精確已知的位置和方位上的情況下,需要單獨(dú);歐準(zhǔn)的階段。在一個(gè)實(shí)施例中,具有一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器的裝置可以被附著在基本傳統(tǒng)的控制器上,以將所述復(fù)合控制器轉(zhuǎn)換為一個(gè)角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)均能追蹤的控制器,所述基本傳統(tǒng)的控制器不能追蹤該基本控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。采用傳統(tǒng)的Wii遠(yuǎn)程控制器,所述可移除的附著傳感器為軟件狗的形式,可以被插入到傳統(tǒng)基本控制器的端口。正如下述將要介紹的,上面描述的發(fā)明可以作為用于動(dòng)態(tài)確定可移動(dòng)游戲控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的方法來實(shí)現(xiàn),以及作為用于動(dòng)態(tài)確定可移動(dòng)控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的計(jì)算積4呈序來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明的另一方面,提出一種計(jì)算機(jī)游戲系統(tǒng),在所述游戲系統(tǒng)中,所述游戲的方面通過上述定義的可移動(dòng)控制器控制,所述可移動(dòng)控制器具有用于確定自身的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的裝置。例如,游戲可以解釋所述控制器的運(yùn)動(dòng),以驅(qū)動(dòng)在該游戲顯示器上劍的動(dòng)畫,這樣在該顯示器上所述劍以與所述控制器的所述運(yùn)動(dòng)表面上相似的方式運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楠?dú)立INS系統(tǒng)僅能在追蹤開始時(shí),追蹤相對(duì)于所述控制器的位置和方位的運(yùn)動(dòng),所述游戲可以假定該控制器在一些初始的起始位置和方位被握持。在這種情況下,應(yīng)用到所述屏幕上的被控制的物體的所述運(yùn)動(dòng),僅能夠相對(duì)于該關(guān)于初始的起始位置和方位的假定被修正??梢葬娪每赡懿皇仟?dú)立的附加傳感器以及技術(shù),以更加精確地確定所述起始位置和方位。這里已經(jīng)提供了簡(jiǎn)要概括,以使本發(fā)明的特征可以被快速理解。通過參考下述結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的描述,可以獲得本發(fā)明更加完整的理解。圖1示出了兩個(gè)包括獨(dú)立慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器或類似構(gòu)架的示意圖,依據(jù)本發(fā)明,所述獨(dú)立慣性傳感器可以通過軟件狗附件可分離的附著,以提供游戲控制器;圖2示出了兩個(gè)包括獨(dú)立慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器或類似構(gòu)架的另一個(gè)示意圖,依據(jù)本發(fā)明,所述獨(dú)立慣性傳感器可以可分離的附著,以提供復(fù)合游戲控制器;圖3示出了三個(gè)包括獨(dú)立慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器或類似構(gòu)架的再一個(gè)示意圖,依據(jù)本發(fā)明,所述獨(dú)立慣性傳感器可以可分離的安裝在底層,以提供游戲控制器;圖4是依據(jù)本發(fā)明的游戲控制器中部件的通用結(jié)構(gòu)示意圖5示出了與顯示的計(jì)算機(jī)游戲有關(guān)的感應(yīng)式手持無線游戲控制器的三維線運(yùn)動(dòng)及角向的原理圖6為在本發(fā)明采用控制器的操:作中的設(shè)計(jì)的通用流程圖,所述控制器用于由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示;圖7示出了在一個(gè)實(shí)施例中采用軟件元件的一種方式的縱覽(overview);圖8示出了在一個(gè)實(shí)施例中采用的后退擬合(backfitting)算法的二維表示法;圖9示出了游戲控制系統(tǒng)中信息流的數(shù)據(jù)流圖表;圖IO示出了在可能虛擬(possibly-fictional)游戲世界中選擇物體的例子;圖11示出了在可能虛擬的游戲世界中不用看而越過物體射擊的例子;圖12示出了在可能虛擬的游戲世界中不用看而在物體后面照明的例子;圖13示出了在一個(gè)實(shí)施例中的工藝流程圖。具體實(shí)施例方式在此處,上文以及下文的本發(fā)明的描述中,下面的定義被提供以澄清所用到的術(shù)語獨(dú)立慣性傳感器不需要設(shè)置在環(huán)境中的外加信號(hào)源,用于沿著六個(gè)可能的線軸和角軸中的一個(gè)或多個(gè)軸向,測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體加速度的設(shè)備。除非另有規(guī)定,否則"傳感器"這個(gè)詞,意指獨(dú)立慣性傳感器。為了說明性的目的,在本文件中,我們采用加速計(jì)和陀螺儀來描述示例。然而,本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠直接地知道,其它裝置也可以用作獨(dú)立慣性傳感器。例如,能比較不同時(shí)刻圖像的照相機(jī)(例如用在光學(xué)鼠標(biāo)中的該照相機(jī))可以被用作獨(dú)立慣性傳感器。但是被設(shè)計(jì)成通過追蹤故意設(shè)置在環(huán)境中的紅外源或標(biāo)記,以進(jìn)行工作的紅外照相機(jī)不是獨(dú)立慣性傳感器的例子。加速計(jì)沿著一個(gè)或多個(gè)軸向,在移動(dòng)物體上的某點(diǎn)處測(cè)量加速度的裝置。加速計(jì)是獨(dú)立慣性傳感器的一個(gè)例子。依據(jù)所述裝置在給定位置測(cè)量的軸向數(shù)目,所述裝置可以為一個(gè)軸向到三個(gè)軸向。例如,三軸向的加速計(jì)在自身所處的位置處,沿著三個(gè)軸向測(cè)量加速度。剛性的物體可以在六個(gè)可能的自由度的任意自由度獨(dú)立地運(yùn)動(dòng),所述六個(gè)可能的自由度為三個(gè)線自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此,在沒有關(guān)于限制運(yùn)動(dòng)路徑的附加假定的前提下,單一加速計(jì)不足以測(cè)定其所附著的剛性物體的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。此外,在沒有制定關(guān)于限制運(yùn)動(dòng)路徑的附加假定的前提下,單一(甚至三軸向)加速計(jì)甚至不能沿著單獨(dú)的一個(gè)自由度,測(cè)定其所附著的剛性物體的運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)?,在沒有附加信息的前提下,沒辦法知道加速計(jì)所感受到的加速度的源,是來自所述加速計(jì)所附著的剛性物體的線運(yùn)動(dòng),還是來自該剛性物體的角運(yùn)動(dòng)。然而,來自以一些適當(dāng)?shù)呐渲梅胖迷趧傂晕矬w上不同點(diǎn)處的一系列加速度計(jì)的讀數(shù),能夠被用來沿著所有六個(gè)自由度,確定該剛性物體的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。需要注意的是,即便是靜止時(shí),加速度計(jì)也會(huì)對(duì)地球的,或者其它任何足夠大物體的引力場(chǎng)作出響應(yīng)。陀螺儀用于在轉(zhuǎn)動(dòng)物體上的某點(diǎn)處圍繞一個(gè)或多個(gè)軸向,測(cè)量角速度的裝置。陀螺儀是獨(dú)立慣性傳感器的一個(gè)例子。依據(jù)所述裝置在給定位置測(cè)量的軸向數(shù)目,所述裝置可以為一個(gè)軸向到三個(gè)軸向。例如,三軸向的陀螺4義在自身所處的位置處,圍繞三個(gè)軸向測(cè)量角速度。雖然三軸陀螺儀足以追蹤剛性物體的不同時(shí)刻的方位,但是其并不能片刻就提供關(guān)于該物體的線運(yùn)動(dòng)的信息??刂破饕环N可移動(dòng)的游戲控制器,最好是但不一定非得是無線的和手持的,所述控制器中包含一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)傳感器,并提供輸出數(shù)據(jù),以控制關(guān)聯(lián)的交互應(yīng)用軟件,例如計(jì)算機(jī)游戲。基本控制器如上所述,為一種缺乏充分獨(dú)立的慣性傳感器,以在所有六個(gè)自由度上,追蹤線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的控制器。復(fù)合控制器為依據(jù)本發(fā)明的一種控制器,其中,包含獨(dú)立慣性傳感器的另一個(gè)控制器或裝置被附著在基本控制器上,以加強(qiáng)所述基本控制器的運(yùn)動(dòng)感知能力。自追蹤(self-tracking)物體自追蹤物體是包含獨(dú)立慣性傳感器的物體,所述獨(dú)立慣性傳感器產(chǎn)生的時(shí)間序列能充分追蹤所述物體在位置和方位上的變化。復(fù)合控制器是可以作為自追蹤物體的物體的一個(gè)例子。本發(fā)明的一些實(shí)施例將被詳細(xì)闡述,圖1-圖3各自描述了復(fù)合游戲控制器的一些可能的實(shí)施例中的一個(gè),其中必須提供來自所述復(fù)合游戲控制器的、代表該移動(dòng)復(fù)合控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的整體輸出(unitaryoutput)。參照?qǐng)D1,采用軟件狗連接來構(gòu)造復(fù)合控制器。特別地,包含輔助的獨(dú)立慣性傳感器103的輔助控制器或構(gòu)架,被基本游戲控制器101的端口102所接收。在這種連接關(guān)系中,來自軟件狗103中的獨(dú)立慣性傳感器的輸出,可以通過控制器101中的數(shù)據(jù)處理單元,與控制器101中的獨(dú)立慣性控制器的輸出相結(jié)合,以提供整個(gè)復(fù)合控制器的聯(lián)合輸出。為了得到最好的結(jié)果,在復(fù)合控制器中的所有獨(dú)立慣性傳感器的聯(lián)合感知,應(yīng)該規(guī)定沿著六個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)感知為了感知相對(duì)于三個(gè)線軸向的移動(dòng)復(fù)合控制器的線運(yùn)動(dòng)的三個(gè)獨(dú)立線軸向,以及為了感知三維角運(yùn)動(dòng)的三個(gè)獨(dú)立線軸向。因此,如果所述基本控制器101具有三軸加速計(jì),那么軟件狗103應(yīng)該包含獨(dú)立慣性傳感器,以在與所述基本控制器中的三軸加速計(jì)結(jié)合時(shí),規(guī)定在所有六個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)感知。參照?qǐng)D2,可以通過帶子203在固定的位置和方位,將部件202綁定在基本控制器201上。在本實(shí)施例的初步(rudimentary)說明中,兩個(gè)游戲控制器被綁在了一起。然而,部件202也可以是安裝在構(gòu)架上的適當(dāng)?shù)莫?dú)立慣性傳感器,所述構(gòu)架用于支撐所述獨(dú)立慣性傳感器。其中,基本控制器201具有傳統(tǒng)的三軸向加速計(jì),部件202應(yīng)該包含充足的附加獨(dú)立慣性傳感器,以使所述三軸加速計(jì)和所述附加獨(dú)立慣性傳感器的聯(lián)合輸出,足以追蹤所有六個(gè)自由度。這里再次申明,不考慮傳感器構(gòu)架的話,必須在硬件或軟件中有執(zhí)行主體(implementation),用于將形成復(fù)合游戲控制器的多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器的輸出進(jìn)行結(jié)合,以提供來自所述復(fù)合游戲控制器的,代表所述移動(dòng)復(fù)合控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的整體輸出。參照?qǐng)D3,示出了類似于圖2的另一種初步說明?;究刂破?01被安裝在剛性平臺(tái)支撐底座305上,為了實(shí)現(xiàn)本說明性實(shí)施例的目的,兩個(gè)附加部件302和303也被安裝在了底座305上。所述每個(gè)部件提供了至少一個(gè)獨(dú)立慣性傳感器。應(yīng)該注意的是,為了圖3的初步實(shí)施例說明的方便,三個(gè)包含獨(dú)立慣性傳感器的游戲控制器,通過帶子304在相對(duì)于彼此固定的位置和方位一起被綁定。所述包含部件302和303的兩個(gè)獨(dú)立慣性傳感器,被綁定到控制器301上,所述兩個(gè)獨(dú)立慣性傳感器不需要為兩個(gè)控制器。部件302和303可以是安裝在構(gòu)架上的適當(dāng)?shù)莫?dú)立慣性傳感器,所述構(gòu)架用于支撐所述獨(dú)立慣性傳感器。不論所述輔助的部件302和303是控制器,或只是所述需要的獨(dú)立慣性傳感器,都必須有執(zhí)行主體,用于將形成所述復(fù)合游戲控制器的多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器的輸出結(jié)合,以提供來自所述復(fù)合游戲控制器的,代表所述移動(dòng)復(fù)合控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的整體輸出。在圖1-圖3描述的每個(gè)復(fù)合控制器中,可以在所述附上的獨(dú)立慣性傳感器元件與所述基本控制器之間,提供數(shù)據(jù)傳輸通道的一些形式。作為例子,可以采用傳統(tǒng)的短距離無線射頻傳輸,例如藍(lán)牙(TM)系統(tǒng),以傳輸從附加部件202到基本控制器201的數(shù)據(jù),其中所述輸出數(shù)據(jù)可能是有關(guān)聯(lián)的?;蛘?,代表部件201和202各自的角運(yùn)動(dòng)和/或線運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù),可以-陂無線傳輸?shù)接捎?jì)算機(jī)控制的游戲顯示器上,并通過游戲顯示計(jì)算機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián),以提供玩所述計(jì)算機(jī)游戲所需的所述復(fù)合控制器的角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)。依據(jù)本發(fā)明的主要(broad)方面,如圖4所示,提供沿著六個(gè)軸向的感知、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所需的所有的獨(dú)立慣性傳感器可以設(shè)置在一個(gè)游戲控制器中。如前所述,為了追蹤用戶不受約束的運(yùn)動(dòng),組合的獨(dú)立慣性傳感器必須提供所有三個(gè)線軸向和三個(gè)角軸向的感知。這個(gè)需求可以通過各種方式得以滿足。特別地,如果安裝合理,任何具有最多三個(gè)陀螺儀,并提供至少六個(gè)特定軸向讀數(shù)的加速計(jì)和陀螺儀的組合將是足夠的。當(dāng)采用一個(gè)三軸加速計(jì)和一個(gè)三軸陀螺儀時(shí),所述傳感器可以按照彼此間任意現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)關(guān)系放置。當(dāng)存在少于三個(gè)角速度讀數(shù)時(shí),為了提供可行的可操作實(shí)施例,組合的獨(dú)立慣性傳感器彼此間的位置和方位是重要的,盡管對(duì)于任何給定的獨(dú)立慣性傳感器組,許多這樣的位置和方位的組合可能是可行的。為了在采用加速計(jì)時(shí),確定這樣可行的組合,可以參考上述提到的出版物基于加速計(jì)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及誤差分析,作者Chin-WooTan等。該出版物針對(duì)加利福尼亞州的道路通行和公路系統(tǒng)(PATHTransitandHighwaySystem),由位于伯克利的力口利福尼亞大學(xué)于2002年6月出版。圖l-圖3中的三個(gè)實(shí)施例,各自可以被認(rèn)為是一種無線復(fù)合游戲控制器,現(xiàn)在考慮圖l-圖3中任意安裝好的獨(dú)立慣性傳感器的關(guān)聯(lián),結(jié)果是包含獨(dú)立慣性傳感器和程序調(diào)度程序(programmingroutines)的系統(tǒng),所述程序調(diào)度程序能夠在每一時(shí)間t,將所述裝置記錄的加速度和角速度數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換為足以在時(shí)間t,在世界坐標(biāo)系中計(jì)算所述裝置的新的位置和方位的信息。為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,參照上述出版物基于加速計(jì)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及誤差分析,作者Chin-WooTan等,尤其是第6頁的等式2.7,其闡明了加速計(jì)的輸出是世界坐標(biāo)系中線加速度和物體坐標(biāo)系中角加速度的函數(shù)。在上述參考的文章中的應(yīng)用假定采用了六個(gè)單軸加速計(jì),但是等式2.7可以很容易被修改,以通過直接取代所述觀測(cè)到的角速度并用微分(derivatives)計(jì)算出角加速度,來處理代替加速計(jì)的一個(gè)或多個(gè)陀螺儀。解決了這些等式后,允許系統(tǒng)實(shí)時(shí)追蹤控制器中固定點(diǎn)的位置和方位。在每一實(shí)施例的任意部件中的所有獨(dú)立慣性傳感器必須被安置和定位,以如上所述,提供獨(dú)立慣性傳感器的結(jié)合,所述獨(dú)立慣性傳感器能夠提供足以計(jì)算移動(dòng)控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的輸出。雖然并非所有這種傳感器的配置都是可行的,但是令人驚奇的發(fā)現(xiàn),幾乎所有采用六個(gè)加速計(jì)的配置,均是可行的。因此,在復(fù)合游戲控制器的構(gòu)成中,加速計(jì)位置和方位的配置只需粗略調(diào)整(adjust),而不需細(xì)微調(diào)整。關(guān)于上述參考的作者為Tan等人的加利福尼亞道路規(guī)劃出版物(PATHProgrampublication),還應(yīng)該注意的是,本發(fā)明的目的為在秒級(jí)的時(shí)間單位上,追蹤運(yùn)動(dòng)的精度達(dá)到厘米級(jí),而不是在所述出版物中的車輛單位在幾十分鐘的時(shí)間單位上,精度為幾十米。關(guān)于圖中示出的結(jié)構(gòu)的更特別的是,圖1所示實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是軟件狗插件(dongleplug-in)代表了本發(fā)明的一種應(yīng)用實(shí)施例。與上面闡述的一樣,運(yùn)動(dòng)感知軟件狗103被插入到現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器101的擴(kuò)展端口102內(nèi)。例如,如果所述運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器為任天堂Wii游戲機(jī)控制器(TM),那么將所述軟件狗插入該控制器的擴(kuò)展端口內(nèi)。這個(gè)實(shí)施例在商業(yè)上是可行的,因?yàn)槠渲灰蕾囈粋€(gè)運(yùn)動(dòng)感頭口游戲3空制器(onemotionsensinggamecontroller),所述運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器對(duì)于能夠感知運(yùn)動(dòng)的游戲控制臺(tái)(例如,所述任天堂Wii系統(tǒng))的每個(gè)消費(fèi)者都是可以買得起的,然后包含多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器的新的軟件狗可以以合理的成本被生產(chǎn)出來。在這種配置中,因?yàn)樗龌究刂破鲀?nèi)的相互連接,例如Wii遠(yuǎn)程控制器內(nèi)的相互連接,所以不需要特殊的努力從該配置中提取所需的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。與下面將要描述的圖5—樣,從控制器引導(dǎo)到游戲顯示器的游戲控制器信號(hào)包括來自所述Wii遠(yuǎn)程控制器內(nèi)的三軸加速計(jì)的輸出,以及來自軟件狗中的所述多個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)傳感器的相關(guān)輸出。依據(jù)圖l所示實(shí)施例的另一方面,所述附著的軟件狗包含充足的附加獨(dú)立慣性傳感器,從而當(dāng)將所述附加獨(dú)立慣性傳感器與所述運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器的傳感器(例如,三軸加速計(jì))相結(jié)合時(shí),傳感器讀數(shù)的最終結(jié)合足以實(shí)時(shí)估計(jì)控制器的位置和方位。單獨(dú)的軟件狗可能不足以充分說明所有的六個(gè)變量,但是通過選擇獨(dú)立慣性傳感器的數(shù)量以及這些獨(dú)立慣性傳感器在該軟件狗中的大概位置,使通過將這種軟件狗附著到到基本游戲控制器上,例如附著到Wii遠(yuǎn)程控制器上,以創(chuàng)造出具有在所有六個(gè)維數(shù)上追蹤運(yùn)動(dòng)和方位的功能的復(fù)合控制器變得可能,盡管每個(gè)裝置各自具有不充足的數(shù)據(jù)。假定所述基本游戲控制器具有三軸加速計(jì),所述軟件狗的可能實(shí)施例可以包4舌覆蓋三個(gè)獨(dú)立線軸的陀螺儀,或者具有附加的加速計(jì)的較少的陀螺儀,以估計(jì)角加速度。如果陀螺儀不能測(cè)得圍繞從基本控制器中的三軸加速計(jì)到軟件狗中的慣性傳感器的這條軸線的角速度,而由于所述加速計(jì)不能直接檢測(cè)到圍繞該軸線的角加速度,所以可能就需要限制用戶的運(yùn)動(dòng),以得到精確的狀態(tài)估計(jì)。所述限制由該系統(tǒng)通過,以通知所述系統(tǒng)的所有用戶,使他們盡他們的可能限制自身手腕的運(yùn)動(dòng)。圖2示出了一個(gè)可選的實(shí)施例,其中,多個(gè)游戲控制器進(jìn)行結(jié)合,以形成復(fù)合控制器,所述復(fù)合控制器的結(jié)合傳感器提供了全部六個(gè)線軸/角軸的感知。通過包含超過兩個(gè)控制器或采用更多的傳感器,可以發(fā)現(xiàn)額外的好處。所述更多的傳感器指比沿著三個(gè)線性獨(dú)立的線軸(linearlyindependentlinearaxes)和三個(gè)線性獨(dú)立的角軸(linearlyindependentangularaxes)進(jìn)行測(cè)量所需的傳感器的數(shù)目還要多的傳感器。需要注意的是,如上述實(shí)施例中所描述的,如果復(fù)合控制器的配置不接受沿著一個(gè)或多個(gè)角軸的測(cè)量法,那么仍然需要用一些方式限制用戶的運(yùn)動(dòng)。然而,如果傳感器的讀數(shù)是線性獨(dú)立的,那么在作者為Tan等人的出版物中描述的方法將足以為所有六個(gè)軸向提供解答,即使只有加速計(jì)可以使用。圖2所示實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其可以允許用戶通過現(xiàn)有的基本控制器,構(gòu)造出復(fù)合控制器。然而,隨后該方案可能需要每個(gè)裝置(per-device)的校準(zhǔn)過程(calibrationprocess),以呈現(xiàn)(render)該系統(tǒng)所知的配置。該過程可以通過用戶將復(fù)合控制器放置成一系列簡(jiǎn)單靜態(tài)姿勢(shì)(simplestaticposes)(而不是沿著精確的弧線移動(dòng)該控制器)來實(shí)現(xiàn)。在平坦的表面上,所述控制器被允許靜止(rest)—會(huì)兒,這是因?yàn)閺S商的每個(gè)運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器面板均擱置在平坦表面上(也就是每個(gè)運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器的Y軸方向與重力方向一致)。這個(gè)簡(jiǎn)單靜態(tài)處理允許上述所引用算法結(jié)構(gòu)的調(diào)整,以使其與用戶的實(shí)際處理結(jié)果更接近一致(align)。正如這里和上面所提到的結(jié)合加速計(jì),以提供線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的追蹤,甚至所述多個(gè)加速計(jì)相對(duì)于彼此的總體(gross)布置,將為這些運(yùn)動(dòng)特征提供一些追蹤的水平。因此,加速計(jì)隊(duì)列(alignment)精度的相關(guān)總體水平可以通過域級(jí)別反饋到系統(tǒng)中來提高,所述域級(jí)別反饋到系統(tǒng)有助于減少可能最終積累的布置誤差。因此,推斷加速度讀數(shù)的精度就變得可能,以補(bǔ)償關(guān)于該控制器最佳布置位置的唯一的有4艮據(jù)的推測(cè)。上述常規(guī)的算法可以被擴(kuò)展,以僅在一個(gè)或多個(gè)重復(fù)的運(yùn)動(dòng)結(jié)束后報(bào)告結(jié)果,其中,每個(gè)運(yùn)動(dòng)以同樣的起始條件開始,并在時(shí)間和空間上遵循本質(zhì)一致的軌跡,最終的速度和加速度為0。令m21,m為那些重復(fù)運(yùn)動(dòng)的數(shù)量。當(dāng)實(shí)時(shí)輸入所有m的解答,或可選地輸入時(shí)間序列傳感器讀數(shù)的所有m數(shù)據(jù),以得到控制器的線速度和角速度,并輸出一個(gè)最終的結(jié)果時(shí),最終的運(yùn)動(dòng)軌跡估計(jì)就可以獲得,所述計(jì)算得到的該最終結(jié)果被作為輸入m的函數(shù)。此外,所述算法可以擴(kuò)展到采用基于加速計(jì)的運(yùn)動(dòng)識(shí)別,以約束可接受的重復(fù)運(yùn)動(dòng),作為這個(gè)最終運(yùn)動(dòng)追蹤估計(jì)器的輸入。因?yàn)橥ㄟ^與被提議的用戶進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?xùn)練或校準(zhǔn)對(duì)話,本發(fā)明的每個(gè)控制器均提供了運(yùn)動(dòng)信號(hào),所以所述姿勢(shì)可以關(guān)于可接受的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的規(guī)定進(jìn)行分類。然后,完全不同于原始運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)能被識(shí)別,并從上述集合(aggregation)過程中移除。在控制器已經(jīng)積累了較多誤差,從而不再能提供合理的追蹤信息時(shí),所述算法可以被擴(kuò)展以通知系統(tǒng)。在具有附加的假定時(shí),例如假定在時(shí)間t內(nèi)任何位置以及沿著任何軸向,計(jì)算出的速度不允許超過人類的極限時(shí),所述算法也可以擴(kuò)展。圖5為已經(jīng)關(guān)于圖1-圖4的裝置進(jìn)行描述的簡(jiǎn)單圖表說明。由計(jì)算機(jī)控制的交互式游戲顯示器500具有由游戲控制器503控制的游戲動(dòng)作501,所述游戲控制器503更適宜為與本發(fā)明一致的復(fù)合控制器,可由玩家移動(dòng)的手502沿著一些路徑506攜帶,所述路徑506具有線分量504和角分量505。在由計(jì)算機(jī)控制的顯示器500和手持控制器503中的程序假定玩家在一些開始位置握持所述控制器,然后當(dāng)該玩家移動(dòng)該控制器時(shí),所述程序能夠在幾秒內(nèi)可靠地估計(jì)控制器503的相對(duì)位置和方位。在這段時(shí)間內(nèi),游戲500能夠繪制出代表該控制器狀態(tài)的501。現(xiàn)有技術(shù),例如逆向運(yùn)動(dòng)學(xué),允許控制器的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)游戲中的動(dòng)畫。例如,游戲人物舞動(dòng)虛擬劍的方式可以與玩家揮動(dòng)物理控制器的方式類似。游戲的邊界區(qū),也就是控制器503相對(duì)于游戲顯示器500的運(yùn)動(dòng)極限,是任意(arbitrary)并基于域的。較佳的,在游戲顯示器初始位置周圍存在半徑,該半徑大約為多數(shù)游戲控制器的4喿作范圍?,F(xiàn)在參照?qǐng)D6,將介紹本發(fā)明操作程序的通用流程圖,本發(fā)明操作為正如關(guān)于圖5所描述的,采用游戲控制器完成由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示。步驟601中初始判定用戶是否已經(jīng)開始移動(dòng)控制器。關(guān)于控制器的初始狀態(tài),建議有下述限制初始速度和加速度均為0。如果所述運(yùn)動(dòng)的初始判斷結(jié)果為"是",則必須獲取來自控制器中所有傳感器的讀數(shù)。在控制器為復(fù)合控制器的情況下,所述必須獲取的讀數(shù)包括來自基本控制器的所有傳感器讀數(shù),以及來自連接到組成該復(fù)合控制器上的其它部件的所有傳感器的讀數(shù)。有代表性地,在步驟602中在一些合適的高頻,并在與所玩的計(jì)算機(jī)游戲相一致的合適位置,讀取所述傳感器的讀數(shù),來自所述傳感器讀數(shù)的數(shù)據(jù),通過之前描述的短距離射頻傳輸,輸出到由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示器上。需要注意,只要控制器和由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示器被開啟,傳感器讀數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸就每秒中發(fā)生上百次。所以步驟602只是意指由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示器將開始以與本發(fā)明一致的方式處理那些讀數(shù)。下面,與由計(jì)算機(jī)控制的游戲顯示器連接的處理器執(zhí)行步驟603,在步驟603中,從傳感器讀數(shù)中提取角運(yùn)動(dòng),該步驟依賴于所采用的傳感器的特定配置。例如,如果采用三個(gè)陀螺儀,那么所述陀螺儀將提供角速度的讀數(shù),所述角速度可以通過一次整合,以獲得相對(duì)角運(yùn)動(dòng),也就是在方位上的變化。如果換作采用加速計(jì),那么讀數(shù)將提供角加速度,所述角加速度可以經(jīng)過兩次整合,以獲取相對(duì)角運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然,可以采用陀螺儀用于一些角軸,而采用加速計(jì)用于其它軸向,在這種情況下,步驟603將執(zhí)行合適的動(dòng)作為來自陀螺儀的讀數(shù)整合一次,而為來自加速計(jì)的讀數(shù)整合兩次。在步驟603中計(jì)算出的方位上的變化,將用在步驟604中,以通過加入該方位上的變化,更新之前的方位估計(jì)。之后,在步驟605中從傳感器讀數(shù)數(shù)據(jù)中提取沒有用于計(jì)算角運(yùn)動(dòng)的傳感器讀數(shù)。有代表性地,所述剩余的傳感器讀數(shù)將來自加速計(jì)。且在步驟606中將步驟603得到的角運(yùn)動(dòng)估計(jì)從那些加速計(jì)讀數(shù)中分離出來,以使加速度歸于沿著所有三個(gè)線軸的線運(yùn)動(dòng),也就是在位置上的變動(dòng)。然后在步驟607中可以采用步驟606中計(jì)算得到的位置變動(dòng)估計(jì),更新控制器的位置。因?yàn)榭刂破鞒掷m(xù)被移動(dòng),所以在步驟608中判定所述運(yùn)動(dòng)是否在持續(xù)。如果"是"的話,流程轉(zhuǎn)回步驟602,且繼續(xù)追蹤運(yùn)動(dòng)。如果"否"的話,在步驟609中進(jìn)一步判定游戲是否結(jié)束。如果游戲結(jié)束,那么退出該游戲,如果游戲沒有結(jié)束,流程分支轉(zhuǎn)回到步驟601,在步驟601中,等待玩家的下一次控制器運(yùn)動(dòng)?,F(xiàn)在參照?qǐng)D7,將要闡述利用軟件元件的一種方式的概述。左手側(cè)示出了在第一時(shí)期706時(shí)的情形,右手側(cè)示出了在第二時(shí)期707時(shí)的情形。在第一時(shí)期706(圖7中顯示為之前),游戲玩家702握持自追蹤物體703。來自該自追蹤物體703的輸出被通過無線或一些其它技術(shù),傳輸?shù)接螒蚩刂婆_(tái)704。游戲控制臺(tái)704與游戲協(xié)同工作。該游戲在顯示器或其它呈現(xiàn)裝置720上,呈現(xiàn)了游戲世界的描述(例如虛構(gòu)(make-up)的,編造的,世界)。在第二時(shí)期707(圖7中顯示為現(xiàn)在),用該自追蹤物體703,玩家執(zhí)行了動(dòng)作或其它運(yùn)動(dòng)711。運(yùn)動(dòng)711包括線位移分量712和角位移分量713,作為該運(yùn)動(dòng)711的結(jié)果,所述裝置從第一時(shí)期706時(shí)的第一配置(configuration)708,移動(dòng)到了第二時(shí)期707時(shí)的第二配置714。響應(yīng)所述運(yùn)動(dòng)711,所述自追蹤物體703產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù),該一個(gè)或多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)描述了運(yùn)動(dòng)711。軟件元件705在游戲控制臺(tái)704上被執(zhí)行,或在游戲控制臺(tái)704可接近的另一個(gè)裝置上被執(zhí)行,以用于解析自追蹤物體703為響應(yīng)運(yùn)動(dòng)711而生成的時(shí)序數(shù)據(jù)中的至少一些時(shí)序數(shù)據(jù),以及用于促使呈現(xiàn)裝置720顯示對(duì)應(yīng)于所述自追蹤物體703(例如游戲世界中的一些虛構(gòu)人物)的物體的相應(yīng)動(dòng)畫,所述物體從第一配置715移動(dòng)到第二配置716。在一個(gè)實(shí)施例中,這些軟件元件705采用這里所述的方法,以創(chuàng)造盡可能真實(shí)的相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫?,F(xiàn)在參照?qǐng)D8,將要描述在一個(gè)實(shí)施例中采用的,應(yīng)用到自追蹤物體上的后退擬合算法。在多數(shù)普通的情況下,所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生在三維空間,具有三個(gè)平移自由度,和三個(gè)附加的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。為了說明的目的,且由于在二維空間上說明的簡(jiǎn)單,下述涉及二維的運(yùn)動(dòng)811。然而,下述在二維情形的說明足以闡明如何將該方法應(yīng)用到三維運(yùn)動(dòng)811。因此,本領(lǐng)域技術(shù)人員容易從關(guān)于二維運(yùn)動(dòng)811的方法的描述中,理解到如何應(yīng)用關(guān)于三維運(yùn)動(dòng)811的相同的方法。運(yùn)動(dòng)811以自追蹤物體開始,例如圖7所示的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置703,在一些第一配置中,位置801和方位802已知,或者至少,假定為已知。下面將非常詳細(xì)的闡述推斷物體初始配置的方法。在一個(gè)實(shí)施例中,從加速計(jì)在靜止瞬間的讀數(shù),推斷出自追蹤物體的方位802,所述讀數(shù)指示了相對(duì)于自追蹤物體的重力方向。響應(yīng)來自加速計(jì)和陀螺儀的傳感器讀數(shù),軟件元件705判定靜止的瞬間是否到來。在一個(gè)實(shí)施例中,設(shè)置自追蹤物體的位置為原點(diǎn)。在可選的實(shí)施例中,可以采用來自直接定點(diǎn)設(shè)備(directpointingdevice)的信息推斷關(guān)于初始配置的信息。例如,自追蹤物體可以包括激光指示器,玩家可以通過引導(dǎo)該激光指示器指示到呈現(xiàn)裝置720,或指示到軟件元件705知道其位置的一些其它裝置上,來進(jìn)行定位。本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員可以獲知,可以采用多種其它的以及更多可能的傳感器,假定(assumptions),或傳感器和假定,以獲耳又關(guān)于自追蹤物體的開始配置的信息。當(dāng)自追蹤物體運(yùn)動(dòng)時(shí),軟件元件705整合(integrate)并聯(lián)合(combine)陀螺儀和加速計(jì)的讀數(shù),以提供自追蹤物體的隨時(shí)間變化的配置變化估計(jì)。下面的等式示出了簡(jiǎn)單例子的計(jì)算方位(t+dt)=方位(t)+陀螺儀(t)*dt(1)速度(t+dt)=速度(t)+(方位(t)*(加速計(jì)(t)-(t時(shí)刻來自旋轉(zhuǎn)的向心加速度))-重力)*dt(2)位置(t+dt)=位置(t)+速度(t+dt)*dt(3)上述等式(1)中,陀螺儀(t)包括t時(shí)刻三個(gè)正交的角速度讀數(shù)。乘以自上次讀數(shù)之后流逝的時(shí)間dt,得到了自上次讀數(shù)后圍繞每個(gè)軸向的角變化(angularchange)。所述角變化可以應(yīng)用到上次方位的估計(jì)上。進(jìn)行這些計(jì)算的實(shí)施例,依據(jù)存儲(chǔ)有方位信息的表格(form)。在游戲產(chǎn)業(yè)中,為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的,通常采用四元數(shù),在這種情況下,由項(xiàng)陀螺儀(t)*&得到的角變化,可以被轉(zhuǎn)換為四元數(shù)旋轉(zhuǎn)(quaternionrotation),以及附加采用四元數(shù)算法。在上述等式(2)中,在該物體的參照系中,加速計(jì)(t)包括t時(shí)刻三個(gè)正交的加速度讀數(shù)。如果加速計(jì)在物理上不與陀螺儀聯(lián)合定位,所述計(jì)算首先要減去,由加速計(jì)圍繞著陀螺儀的位置旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的加速度。例如,如果加速計(jì)沿著物體的z軸方向放置,那么就需要進(jìn)行下述對(duì)加速計(jì)讀數(shù)的調(diào)整因?yàn)榧铀儆?jì)(t)和陀螺儀(t)是矢量,所以用[O],[1],和[2]來表示他們各自的標(biāo)量分量。用AA[l"z軸方向的分量-(陀螺儀(t+dt)*陀螺儀(t+dt)[2])傘z軸方向的分量,來增大加速計(jì)(t+dt)(4)用-AA[O]《z軸方向的分量-(陀螺儀(t+dt)[1]*陀螺4義(t+dt)[2])-z軸方向的分量,來增大加速計(jì)(t+dt)[1](5)用(陀螺儀(t+dt)A2+陀螺儀(t+dt)[1]A2)4z軸方向的分量,來增大加速計(jì)(t+dt)[2](6)其中AA[O]=(陀螺儀(t+dt)-陀螺儀(t))/dt(7)AA[1]=(陀螺儀(t+dt)[l]-陀螺儀(t)[l])/dt(8)采用物體的當(dāng)前方位,將調(diào)整后的加速計(jì)讀數(shù)從物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中。減去歸因于重力(在地球表面大約為9.8m/s/s)的加速度。通過乘以dt*dt,能夠發(fā)現(xiàn)物體位置的三維中每一維的變化。利用這些或等同的計(jì)算,軟件元件705能產(chǎn)生位置和方位的估計(jì),如虛線803所示。由于傳感器讀數(shù)中誤差的累積,例如,由噪聲、有限的精度、或其它因素產(chǎn)生,或可能由時(shí)序數(shù)據(jù)傳輸中的誤差產(chǎn)生,使得自追蹤物體的實(shí)際(actual)位置和方位,可能產(chǎn)生與實(shí)際(reality)至少稍樣史不同的一組位置和方位的估計(jì)值805。隨著時(shí)間的過去,所述誤差可能足以對(duì)游戲控制器704的操作和游戲產(chǎn)生影響。例如,隨著時(shí)間的過去,該誤差可能變的足夠大,以至于通過聯(lián)合推斷出的位置和方位的估計(jì),而產(chǎn)生的動(dòng)畫,對(duì)于玩家而言變得越來越不真實(shí)。有時(shí),軟件元件705接收關(guān)于運(yùn)動(dòng)感知物體703的位置和方位的附加信息,所述附加信息在可確認(rèn)的時(shí)間變的可用,具有效果軟件元件705可以確定新的瞬時(shí)位置806a和方位806b。對(duì)于第一個(gè)例子,如果玩家停止移動(dòng)運(yùn)動(dòng)感知裝置703時(shí),這個(gè)也能發(fā)生,具有效果進(jìn)入了可確認(rèn)的靜止時(shí)間。對(duì)于第二個(gè)例子,軟件元件705可以接收來自其它傳感器的讀數(shù),例如上述定位裝置,具有效果在那個(gè)時(shí)候,至少一些瞬時(shí)位置806a和瞬時(shí)方位806b的子集能被更加精確的推斷出來。下面介紹計(jì)算這些新配置估計(jì)的一些例子。當(dāng)更多精確的信息,或其它正確的信息變的可用時(shí),發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該信息具有比用于在那個(gè)時(shí)刻及時(shí)獲取更多可靠估計(jì),還要多的用途。特別地,該信息可以被用于推斷有關(guān)傳感器讀數(shù)近期歷史的至少一些部分的誤差。通過考慮這些誤差估計(jì),可以計(jì)算出新的軌跡,如圖8中實(shí)線804所示。新的軌跡804可能仍然不是自追蹤物體真實(shí)軌跡的完美反映,但是發(fā)明人發(fā)現(xiàn)其相對(duì)于原始的估計(jì),已經(jīng)是更加精確和有用的一個(gè)軌跡。特別的,該軌跡804可用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫,盡管有時(shí)延,但對(duì)于執(zhí)行運(yùn)動(dòng)811的玩家而言,看起來是更加準(zhǔn)確的再現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中,重新估計(jì)的軌跡計(jì)算包括下述原理和步驟-.重新估計(jì)的軌跡計(jì)算主要引起了對(duì)兩種誤差的注意。>第一種包括在不同的時(shí)間傳感器本身的隨機(jī)性誤差效應(yīng)。這種誤差可能與傳感器讀數(shù)上報(bào)中的噪聲,歸因于有限精度的傳感器讀數(shù)上報(bào)中的截?cái)嗾`差,以及其它類似的因素有關(guān)。舉一個(gè)例子,如果陀螺儀讀數(shù)報(bào)告為8比特值,就會(huì)產(chǎn)生本身的隨機(jī)誤差效應(yīng)一一在真實(shí)值和四舍五入到有限精度時(shí)的值之間的差異。>第二種包括系統(tǒng)誤差,也就是,以充分一致的方式實(shí)時(shí)影響特定傳感器的數(shù)據(jù)。這種誤差可能與該傳感器(例如,針對(duì)真值為零值上報(bào)的傳感器數(shù)據(jù),可能被錯(cuò)誤校準(zhǔn)為有限非零值)的錯(cuò)誤校準(zhǔn)有關(guān)。重新估計(jì)的軌跡計(jì)算首先定位在方位中的誤差。標(biāo)注該運(yùn)動(dòng)時(shí)間段的初始位置為to,并假定k在時(shí)間^到tk,包含tk,進(jìn)行更新,在時(shí)間tk被預(yù)知的方位將是方位(t0)+5=^陀螺儀(ti)*(tj-&)(9)可以通過用(目標(biāo)方位-方位[t]J)/(tk-to)*(ti-tw),調(diào)整每個(gè)陀螺儀(ti),強(qiáng)迫所述預(yù)知的方位與目標(biāo)方位匹配。所述計(jì)算分配這些調(diào)整量給上述兩種誤差源。將該種隨機(jī)誤差看作k步幅的隨機(jī)游動(dòng),應(yīng)該具有典型的偏差sqrt(k)*誤差<傳感器>,其中誤差<傳感器>是該傳感器在單獨(dú)讀數(shù)上的典型誤差。這個(gè)值可以由實(shí)驗(yàn)分析得到。其余的誤差,如果有的話,可以被假定為陀螺儀上的偏移誤差,并應(yīng)用到后來的讀數(shù)中。在一個(gè)實(shí)施例中,可能需要限制最大的修正量,該修正量被用于將任何殘留修正量歸結(jié)為下一步未知(forther-unknown)的因素。所述計(jì)算在位置更新過程中,應(yīng)用類似的過程,以采用新的方位估計(jì)來調(diào)整加速計(jì)讀數(shù)。因?yàn)閼?yīng)用到加速計(jì)讀數(shù)中的調(diào)整,將會(huì)依據(jù)當(dāng)時(shí)傳感器的方位對(duì)最終位置產(chǎn)生不同的影響,所以定位過程是更加復(fù)雜的過程。首先,該計(jì)算假定新的調(diào)整后的方位和向心加速度是正確的。然后采用上述等式(2)和(3),該算式能為每一步計(jì)算出在位置的三個(gè)分量中的每一個(gè)分量上,三個(gè)加速計(jì)讀數(shù)中每一個(gè)讀數(shù)的影響。所述影響為,在時(shí)間tk:位置(tk)[j]=位置(to)[j]+速度(to)[j]*(tk-to)一加速計(jì)(tj)*"i-tw)*(tk國(guó)ti)(10)對(duì)于位置的三個(gè)分量中的每一個(gè)分量j其中(p為指示影響的速度,所述影響為加速計(jì)(ti)的每個(gè)分量對(duì)給定方位(ti)的速度分量j的影響。這個(gè)等式?jīng)Q定了加速計(jì)讀數(shù)的變化將如何影響最終的位置。該算式找到了針對(duì)加速計(jì)讀數(shù)的最小調(diào)整量,以使該讀數(shù)與目標(biāo)位置匹s己。適應(yīng)所述調(diào)整量,該算式可以采用上述方法,在噪聲誤差和偏移誤差之間分配該調(diào)整量。重新估計(jì)的過程,或者后退擬合,并不局限于只在運(yùn)動(dòng)811結(jié)束時(shí)發(fā)生一次,只要在運(yùn)動(dòng)811的過程中,不論長(zhǎng)或短,額外的信息變得可用,該額外信息就能被結(jié)合用于當(dāng)前運(yùn)動(dòng)811和任何它之前部分的重新同步和重新估計(jì)步驟。該過程也可被用于進(jìn)一步可靠估計(jì)任何誤差,該誤差可能由運(yùn)動(dòng)感知裝置703以別的方式產(chǎn)生。線808示出了由軟件元件805,利用第一估計(jì)參數(shù)組,產(chǎn)生的第一位置和方位的路徑。線807示出了由軟件元件705,利用第二估計(jì)參數(shù)組,在結(jié)合上述新的信息,并在對(duì)線808所示的位置和方位進(jìn)行重新估計(jì)后,產(chǎn)生的第二位置和方位的路徑。這個(gè)過程可以被重復(fù)的和反復(fù)的應(yīng)用,具有效果軟件元件705可以精確測(cè)定運(yùn)動(dòng)811的可靠軌跡的相對(duì)較長(zhǎng)的序列。上述算式采用了關(guān)于目標(biāo)配置的信息,以調(diào)整估計(jì)的軌跡和傳感器誤差。在可選的實(shí)施例中,所述算式可以采用關(guān)于目標(biāo)速度的信息,在這種情況下,所述算式采用對(duì)應(yīng)的過程,即用下面的等式(11)取代上面的等式(10)。速度(tk)□=速度(to)[j]+L=i..kcp承加速計(jì)(ti)*(ti-tw)(11)現(xiàn)在參照?qǐng)D9,下面描述了在游戲控制系統(tǒng)中信息流的數(shù)據(jù)流程圖。自追蹤物體917提供了一組原始傳感器讀數(shù)902,所述原始傳感器讀數(shù)902是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)器卯l從自追蹤物體917中接收的。所述設(shè)備驅(qū)動(dòng)器卯l應(yīng)用硬件校準(zhǔn)步驟來產(chǎn)生一組校準(zhǔn)后的傳感器讀數(shù)908。硬件校準(zhǔn)技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的,包括,例如,(a)基于已知的或校準(zhǔn)后的溫度變動(dòng),修正原始傳感器讀數(shù)902,以及(b)補(bǔ)償在自追蹤物體917的制造過程中可能引入的誤差。當(dāng)自追蹤物體917被制造時(shí),制造誤差可以在制造廠執(zhí)行的校準(zhǔn)步驟檢測(cè)到。在一個(gè)實(shí)施例中,游戲911將明確表達(dá)出關(guān)于自追蹤物體初始配置的假定910。這些,I定可以包括關(guān)于該物體的初始配置,軟件元件705應(yīng)該設(shè)定的假定。例如,游戲911可以提供一個(gè)或多個(gè)該物體初始位置或方位的分量。配置初始器909接收游戲911提供的那些假定910。從那些假定910,配置初始器909確定追蹤器918將要采用的初始配置。在一個(gè)實(shí)施例中,游戲911提供了該物體的初始位置和該物體圍繞與重力一致的軸向旋轉(zhuǎn)的假定值,這里標(biāo)記該軸向?yàn)閦軸。方位的另外兩個(gè)分量可以通過配置初始器909為響應(yīng)來自慣性傳感器的讀數(shù),而計(jì)算得到。當(dāng)物體靜止時(shí),這個(gè)計(jì)算可以被執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中,配置初始器909可以利用來自傳感器的信息,以推斷該裝置當(dāng)前是否在運(yùn)動(dòng)。例如,如果自追蹤物體917可以被假定為或檢測(cè)到為靜止時(shí),重力讀數(shù)可以被用于推斷方位的信息。當(dāng)該裝置為相對(duì)靜止時(shí),陀螺儀的讀數(shù)將全部接近于O,且傳感器上報(bào)的加速度應(yīng)該基本完全歸因于重力。在這種情況下,加速計(jì)讀數(shù)應(yīng)該實(shí)時(shí)保持一致,且具有接近于一個(gè)重力加速度(大約為9.8m/s/s)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)完全滿足這些條件時(shí),配置初始器909判定該物體充分靜止。配置初始器909可以通過找到世界坐標(biāo)系中必然的轉(zhuǎn)動(dòng),來確定方位的兩個(gè)分量,以使加速計(jì)讀數(shù)完全沿著z軸排列。在一個(gè)實(shí)施例中,配置初始器909確定一系列轉(zhuǎn)動(dòng),以使該軸向與多數(shù)(largest)加速計(jì)讀數(shù)排成一行。這個(gè)計(jì)算可以用下面示出的偽代碼完成<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>setinitialOrientationusinglargeRot;〃采用大旋轉(zhuǎn)設(shè)定初始方位(14)gravReading—■initialOrientation*Acc;〃重力讀數(shù)=初始方位*加速度rotX=-atan(gravReading(Y)/tmpReadings(Z));〃旋轉(zhuǎn)又=-反正切(重力讀數(shù)(Y)/臨時(shí)讀數(shù)(Z)(15)adjustinitialOrientationbyrotatinganadditionalrotXaroundtheXaxis〃通過圍繞X軸旋轉(zhuǎn)附加旋轉(zhuǎn)X調(diào)整初始方位(16)gravReading—initialOrientation*Acc;〃重力讀數(shù)=初始方位*加速度rotY=atan(tmpReadings(X)/tmpReadings(Z));〃旋轉(zhuǎn)Y-反正切(臨時(shí)讀數(shù)(X)/臨時(shí)讀數(shù)(Z))(17)adjustinitialOrientationbyrotatinganadditionalrotYaroundtheYaxis〃通過圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)附加旋轉(zhuǎn)Y調(diào)整初始方位(18)配置初始器909采用來自游戲的輸入,設(shè)置其余的分量。在一個(gè)實(shí)施例中,配置初始器909將繞著Z軸的旋轉(zhuǎn)假定為0。如果其它傳感器讀數(shù)可用,例如上述來自定位裝置的讀數(shù),配置初始器卯9可以采用這些其它傳感器的讀數(shù),以確定關(guān)于初始配置的信息。最初,追蹤器918假定當(dāng)前的配置為初始配置912。隨著時(shí)間的過去,追蹤器918通過響應(yīng)校準(zhǔn)后的傳感器讀數(shù)卯8,將變動(dòng)應(yīng)用到初始配置中,以確定當(dāng)前的配置。在一個(gè)實(shí)施例中,自追蹤物體917中的傳感器包括陀螺儀和加速計(jì),所述陀螺儀和加速計(jì)足以追蹤自追蹤物體917的位置和方位的變動(dòng)。如上所述,依據(jù)現(xiàn)有原理,軟件元件705整合并聯(lián)合了陀螺儀和加速計(jì)的讀數(shù)。依據(jù)917中傳感器的精度和分辨率,現(xiàn)有技術(shù)可能不足以為計(jì)算機(jī)游戲的一個(gè)實(shí)施例中的應(yīng)用,產(chǎn)生可靠的配置估計(jì)。因此,發(fā)明人已經(jīng)發(fā)明了技術(shù),該技術(shù)充分提高了估計(jì)的可靠性,并因此作為一種新應(yīng)用軟件的可用技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中,追蹤器918將限制應(yīng)用到校準(zhǔn)后的傳感器讀數(shù)908。這些限制包括將讀數(shù)固定在允許的范圍,將計(jì)算出的值固定在已知范圍內(nèi),引入拖到條件(dragterm),或要求最小的脈沖,以作為門限,來避免將手抖動(dòng)誤解為有意義的運(yùn)動(dòng)。一旦追蹤器918限制了校準(zhǔn)后的讀數(shù),就能夠采用來自慣性制導(dǎo)領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù),來產(chǎn)生配置估計(jì)905。該配置估計(jì)被發(fā)送到修正器907,修正器907調(diào)整該估計(jì)以產(chǎn)生修正后的估計(jì)916。在一個(gè)實(shí)施例中,采用上述后退擬合算法,來動(dòng)態(tài)計(jì)算該修正值,存儲(chǔ)該修正值于903中,并周期性的執(zhí)行更新906。并非以任何方式故意限制,修正的例子包括>追蹤器918可能通過假定自追蹤物體917遵循由人形的機(jī)械模型限制的運(yùn)動(dòng),來部分確定自追蹤物體917的運(yùn)動(dòng)限制。例如,如果知道位置估計(jì)可能背離關(guān)于肢體長(zhǎng)度的假定,比如僅在游戲玩家的胳膊能夠不切實(shí)際的彎曲時(shí)才會(huì)發(fā)生的運(yùn)動(dòng),估計(jì)905可以相應(yīng)^C修正。在一個(gè)實(shí)施例中,追蹤器918可以在人移動(dòng)該自追蹤物體917時(shí),估計(jì)該人的輪廓模型的位置和方位。例如,追蹤器918可以在周期(或相反定義的)時(shí)間序列的每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)中,估計(jì)該人輪廓的胳膊、肩膀以及握持控制器的手的位置和方位。這將包括人體每個(gè)相應(yīng)關(guān)節(jié)的估計(jì)角度,可能還有肌肉組織的擴(kuò)展。這里都認(rèn)為是"姿勢(shì)",例如采用現(xiàn)有的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)技術(shù),正如那些在作者是R.Featherstone的"機(jī)器人運(yùn)動(dòng)算法,,(R.Featherstone,RobotDynamicsAlgorithms)中描述的一樣。在這樣的實(shí)施例中,追蹤器918將檢測(cè)每個(gè)這樣的估計(jì)姿勢(shì),并為該估計(jì)姿勢(shì)的可能性調(diào)整其估計(jì)(除去或取代為自追蹤物體917的估計(jì)位置和方位的可能性調(diào)整其估計(jì))??梢圆捎?a)關(guān)于人體生理學(xué)的信息,例如肘、肩、腕、以及類似的部分能夠怎樣旋轉(zhuǎn),以及(b)關(guān)于特定應(yīng)用的信息,在該特定應(yīng)用中,自追蹤物體917被用作控制器,來確定任何特定估計(jì)姿勢(shì)的可能性。例如,在自追蹤物體917被用于模擬棒球球棒的實(shí)施例中,例如,運(yùn)動(dòng)游戲中,追蹤器918可以估計(jì)特定棒球球棒揮動(dòng)運(yùn)動(dòng)的可能性,并在如果該運(yùn)動(dòng)由棒球球棒揮動(dòng)玩家執(zhí)行時(shí),適應(yīng)他們的可能性,從而分配與那些揮動(dòng)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的姿勢(shì)。這將具有效果棒球球棒揮動(dòng)玩家接觸(假想的)棒球的姿勢(shì)比其它姿勢(shì)更有可能性。而且,追蹤器918可以利用一個(gè)或多個(gè)簡(jiǎn)單的假定,例如,假定在用兩手操作的手柄揮動(dòng)自追蹤物體917時(shí),棒球球棒揮動(dòng)玩家相對(duì)靜止且垂直的站立。在這樣的實(shí)施例中,當(dāng)追蹤器918遇到認(rèn)為不可能的估計(jì)姿勢(shì)(或姿勢(shì)序列)時(shí),所述認(rèn)為不可能的估計(jì)姿勢(shì)指,不論是基于給定的人體生理學(xué)或是基于關(guān)于特定應(yīng)用的信息特征,均認(rèn)為是不可能的估計(jì)姿勢(shì),該特定應(yīng)用指自追蹤物體917用作控制器,追蹤器918可以(a)將該估計(jì)姿勢(shì)或姿勢(shì)序列調(diào)整為更加可能的姿勢(shì),以及(b)重新估計(jì)自追蹤物體917的運(yùn)動(dòng),并相應(yīng)得到姿勢(shì)或姿勢(shì)序列,以與該調(diào)整一致。在可選的實(shí)施例中,可能會(huì)發(fā)生當(dāng)人移動(dòng)該自追蹤物體917時(shí),人體輪廓姿勢(shì)的精確模型可能是不必要的。在這種情況下,追蹤器918可以采用關(guān)于該人運(yùn)動(dòng)的合理假定,以確定任何特定的姿勢(shì),或姿勢(shì)序列是可能的或是不可能的。例如,如果人一一通過應(yīng)用軟件的屬性一一被假定可能是站立在相對(duì)固定位置的,那么任何上報(bào)的或估計(jì)的自追蹤物體917的位置如果距離該相對(duì)固定的位置過遠(yuǎn)時(shí),可能被根據(jù)該距離進(jìn)行調(diào)整。這將具有效果任何上報(bào)的或估計(jì)的自追蹤物體917的位置將被充分限制在人的初始位置周圍的盒形區(qū)域或球形區(qū)域內(nèi),并受到人的身體通??蛇_(dá)范圍的限制。>有時(shí),追蹤器918可能基于重力測(cè)定自追蹤物體917的角向,也就是,自追蹤物體瞬間的指示角度,從"上"或"下"的角度。例如,如果自追蹤物體917進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài),自追蹤物體917的角向可以相應(yīng)的被調(diào)整。>有時(shí),追蹤器918可能假定自追蹤物體917處于可能靜止的時(shí)期,例如當(dāng)游戲指示沒有游戲玩家可做的,且因此游戲玩家可能不去移動(dòng)自追蹤物體917。如果追蹤器918能夠檢測(cè)到可能靜止的時(shí)期,那么自追蹤物體917的相對(duì)速度和角速度可以被確定,且描述自追蹤物體917位置和方位的參數(shù)可以被相應(yīng)調(diào)整。>有時(shí),追蹤器918可以接收來自用戶的數(shù)據(jù),例如來自游戲玩家的數(shù)據(jù),所述數(shù)據(jù)指示用戶提供的信息,該信息可被用于幫助確定自追蹤物體917的位置和方位。對(duì)于第一個(gè)例子,如果用戶在應(yīng)用中按下自追蹤物體917上的按鈕,在該應(yīng)用中所述按鈕用于模擬槍(例如,"第一人稱射擊"游戲),追蹤器918可以利用按下按鈕的時(shí)間,來限制自追蹤物體917的一系列可能的位置或方位。例如,限制自追蹤物體917指向的那些位置,以使該模擬槍實(shí)際上指向目標(biāo)。對(duì)于第二個(gè)例子,如果用戶利用連接到自追蹤物體917的控制臺(tái)輸入文本數(shù)據(jù)時(shí),追蹤器918可以用該文本數(shù)據(jù)(或用這樣的文本數(shù)據(jù)被輸入的事件),以限制自追蹤物體917的一系列可能的位置或方位,具有效果追蹤器918可以相應(yīng)調(diào)整自身確定出的自追蹤物體917的位置和方位。>有時(shí),追蹤器918可以接收來自附加傳感器的輸入值,附加傳感器例如為光筆,紅外遙感器,或其它自追蹤物體917方位的指示器。追蹤器918可以采用來自附加傳感器的那些輸入值,以限制自追蹤物體917的一系列可能的位置或方位,具有效果追蹤器918可以相應(yīng)調(diào)整自身確定出的自追蹤物體917的位置和方位。然后,修正后的配置估計(jì)915可以基于游戲內(nèi)(in-game)約束和假定進(jìn)一步被修正。并非以任何方式故意限制,游戲內(nèi)修正的例子包括>追蹤器918可以基于其可認(rèn)定的運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)自追蹤物體917的一系列可能的最終配置的限制,來確定該自追蹤物體917的位置和方位的限制。例如,如果運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)(或運(yùn)動(dòng)的任何部分)能夠象用戶的腦袋或身體一樣,將自追蹤物體917放置在相同的空間位置,或象墻壁或者游戲控制器本身一樣,將自追蹤物體917放置在相同的空間位置,那么追蹤器918可以限制自追蹤物體917的一系列可能的位置和方位,以排除那種可能性,并相應(yīng)調(diào)整自身確定出的自追蹤物體917的位置和方位。>追蹤器918可以將游戲限制應(yīng)用到自追蹤裝置917的一系列可能的運(yùn)動(dòng)中,例如如果自追蹤裝置917被游戲玩家用于模擬一種特定的物體(例如,在幻想游戲中用劍,或在運(yùn)動(dòng)游戲中用高爾夫球棍)。追蹤器918因此限制了一系列可能的運(yùn)動(dòng),并因此相應(yīng)改變了自追蹤裝置917的相對(duì)位置和方位。對(duì)于第一個(gè)例子,在自追蹤物體917被用于模擬劍(例如,幻想角色扮演游戲)的應(yīng)用中,追蹤器918將可以限制該模擬劍的可能運(yùn)動(dòng),以使該劍不能通過游戲世界中特定種類的物體,或在遇到游戲世界中特定種類的物體時(shí)終止運(yùn)動(dòng),例如,遇到堅(jiān)固的墻壁或其它劍。對(duì)于第二個(gè)例子,在自追蹤物體917被用于在棒球游戲中模擬棒球球棒的應(yīng)用中,追蹤器918將可以限制該模擬棒球球棒的可能運(yùn)動(dòng),以使該棒球球棒在棒球游戲中停留在好球部位,或接近該部位。這將具有效果(a)減少可能動(dòng)畫的范圍,因此簡(jiǎn)化展示該動(dòng)畫的任務(wù),(b)在追蹤自追蹤物體917時(shí)檢測(cè)相對(duì)較大的錯(cuò)誤,以及(c)檢測(cè)人的異常動(dòng)作,例如如果該人決定從模擬球棒區(qū)域走開。>采用自追蹤裝置917的應(yīng)用可能包括運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)的利用,例如象美國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?1/486,997,發(fā)明名稱為"為任意運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)識(shí)別(GeneratingMotionRecognizersforArbitraryMotions),,中詳纟田說明的一樣。在這種情況下,運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)將自追蹤裝置917的運(yùn)動(dòng)歸類到一組預(yù)先選擇的運(yùn)動(dòng)種類中的一個(gè)(或可能多于一個(gè))。舉一個(gè)例子,在自追蹤裝置917用于模擬一個(gè)或多個(gè)廚房用具(例如,與烹飪有關(guān)的游戲、仿真、或教學(xué)環(huán)境)的應(yīng)用中,追蹤器918可以采用運(yùn)動(dòng)識(shí)別器(motionrecognizer),所述運(yùn)動(dòng)識(shí)別器通過自追蹤裝置917將運(yùn)動(dòng)歸類為用在那些環(huán)境中的已知姿勢(shì),所述姿勢(shì)例如為,油炸、翻炒(flipping),剁碎(ch叩ping)、搗碎(pounding),以及其它類似姿勢(shì)。握持自追蹤裝置917的人的任意運(yùn)動(dòng)將被歸類到這些已知的一個(gè)或者多個(gè)姿勢(shì)中。具有提供運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào),將運(yùn)動(dòng)分配到那些已知的一個(gè)或多個(gè)姿勢(shì)中的效果。在多個(gè)實(shí)施例中,運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)可以(a)將運(yùn)動(dòng)唯一的歸類為一個(gè)特定的姿勢(shì),(b)將該運(yùn)動(dòng)歸類為一系列可能姿勢(shì)中的一個(gè),(c)將運(yùn)動(dòng)與那些可能姿勢(shì)中的每一個(gè)可能的或其它可能相聯(lián)合,以及類似的方式。追蹤器918可以采用其從運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)中獲取的消息一一將運(yùn)動(dòng)分配到一種特定的姿勢(shì)一一以將自追蹤裝置917的位置和方位的可能估計(jì)序列限制在與該運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)相一致的那些上。例如,并非為了以任何方式故意限制,如果運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)指示自追蹤裝置917(模擬煎鍋)僅被用于翻炒煎蛋巻,那么從自追蹤裝置917接收的與該姿勢(shì)不一致(例如,更像是與切菜或跺肉一致的運(yùn)動(dòng))的任意傳感器讀數(shù)或時(shí)序數(shù)據(jù),可以被認(rèn)為很可能是錯(cuò)誤的,無意識(shí)的(unintended)或可忽略的(insignificant)。然后,追蹤器918可以不采用那些傳感器讀數(shù)或時(shí)序數(shù)據(jù),具有得到改良的或至少更加一致(consistent)的自追蹤裝置917的位置和方位估計(jì)的效果。而且,如果該不一致的運(yùn)動(dòng)是由握持自追蹤裝置917的人的未發(fā)覺的(unconscious)或無意識(shí)的(unintended)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,那么追蹤器918將會(huì)為該人提供改良的追蹤理解(perceptionofimprovedtracking)。在多種實(shí)施例中,運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)可以提供附加的信息,將運(yùn)動(dòng)與特定姿勢(shì)關(guān)聯(lián)。例如可能是(a)該運(yùn)動(dòng)和每種分類姿勢(shì)間距離測(cè)量的估計(jì),或(b)該運(yùn)動(dòng)和特定種類姿勢(shì)中特定原型間距離測(cè)量的估計(jì)。例如,并非為了以任何方式限定,如果運(yùn)動(dòng)識(shí)別信號(hào)指示自追蹤裝置917(模擬煎鍋)僅被用于翻炒煎蛋巻,但是有可選的另一合理解釋,該解釋為該自追蹤裝置917(模擬快刀)僅被用于切菜,那么追蹤器918可以利用這兩種可能解釋間的模糊,來非強(qiáng)制地選擇不采用那些模糊的傳感器讀數(shù)或時(shí)序數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中,規(guī)范的動(dòng)畫可能與每個(gè)特定姿勢(shì)相一致,具有效果與特定的運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)的實(shí)際顯示的動(dòng)畫,可以是自追蹤裝置917的估計(jì)實(shí)際運(yùn)動(dòng)的混合,以及分配給檢測(cè)到并經(jīng)過分類的(detected-and-classified)姿勢(shì)的規(guī)范動(dòng)畫的混合。在一些應(yīng)用中,允許追蹤器918執(zhí)行"瞬間固定(snaptofit)"功能,也就是以能夠完美展現(xiàn)該姿勢(shì)的方式(多種方式中的一種方式),來呈現(xiàn)實(shí)際的運(yùn)動(dòng),而不是人實(shí)際表演的近似。在可選的實(shí)施例中,呈現(xiàn)的動(dòng)畫可以是與檢測(cè)到的并經(jīng)過歸類的運(yùn)動(dòng)的多于一種的姿勢(shì)相結(jié)合的規(guī)范動(dòng)畫的有利混合。該混合的相對(duì)有利性可能與每種姿勢(shì)距離的測(cè)量有關(guān),與結(jié)合每種姿勢(shì)的可能性有關(guān),以及與其他類似有關(guān)。>同樣地,規(guī)范的動(dòng)畫可以與特定姿勢(shì)種類中的每個(gè)特定原型相關(guān)。在這種情況下,適應(yīng)特定運(yùn)動(dòng)的實(shí)際呈現(xiàn)的動(dòng)畫可以是(a)與那些原型姿勢(shì)相關(guān)的規(guī)范動(dòng)畫的混合,(b)瞬間固定挑選的與那些原型姿勢(shì)相關(guān)的一個(gè)規(guī)范動(dòng)畫,(c)與那些原型姿勢(shì)中的一個(gè)或多個(gè),以及自追蹤裝置917的實(shí)際運(yùn)動(dòng)相關(guān)的規(guī)范動(dòng)畫的混合。在這每種情況下,與混合的每種可能性相關(guān)的有利性,可能與上面介紹的測(cè)量有關(guān)。追蹤器918有時(shí)可以,接收直接定點(diǎn)設(shè)備(DPD,DirectPointingDevice)的讀數(shù),例如判定自追蹤物體917,是以相對(duì)于自追蹤物體917與一系列發(fā)光二極管或其它的電磁隊(duì)列元件或音速的隊(duì)列元件構(gòu)成的隊(duì)列已知的方位,來排列的。追蹤器918可以采用那些DPD的讀數(shù),以限制自追蹤物體917可能的位置或方位序列,具有效果追蹤器918可以相應(yīng)調(diào)整自身確定出的自追蹤物體917的位置和方位。>有時(shí),追蹤器918可以假定自追蹤物體917不再運(yùn)動(dòng),例如當(dāng)游戲控制器指示沒有用戶要做的動(dòng)作。追蹤器918可以采用該假定,以限制自追蹤物體917可能的位置和方位序列,具有效果追蹤器918可以相應(yīng)調(diào)整自身確定出的自追蹤物體917的位置和方位。游戲修正后的估計(jì)913被傳送回游戲,通常被用于驅(qū)動(dòng)用來與游戲元件的運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的動(dòng)畫,所述游戲元件對(duì)應(yīng)于自追蹤物體917。例如,如果游戲元件是劍(在幻想游戲中),或高爾夫球棍(在運(yùn)動(dòng)游戲中),將會(huì)呈現(xiàn)與用戶移動(dòng)自追蹤物體917的方式一致的游戲元件運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中,追蹤器918假定了自追蹤物體917與虛擬環(huán)境中模擬物體運(yùn)動(dòng)的一對(duì)一映射,后者采用動(dòng)畫呈現(xiàn)給用戶。在可選的實(shí)施例中,如下描述,可以釆用其它的以及進(jìn)一步的映射。>在一系列可選的實(shí)施例中,為了響應(yīng)自追蹤物體917在位置或方位上的變化,虛擬環(huán)境可以確定在該虛擬環(huán)境中的力量和其它動(dòng)力。例如,自追蹤物體917在位置或方位上的急劇變化,可被解釋為在該虛擬環(huán)境中的物體上施加投擲(throwing)或機(jī)動(dòng)(maneuvering)力量的指示。在這種例子中,虛擬環(huán)境將(a)確定應(yīng)用的許多力量,(b)為了響應(yīng)該確定出的力量,確定該虛擬環(huán)境中該物體的位置或方位的一系列變化,以及(c)為了響應(yīng)該確定出的一系列變化,確定包含該物體的該虛擬環(huán)境的動(dòng)畫。這種響應(yīng)自追蹤物體917在位置或方位上變化的動(dòng)作的例子包括(1)自追蹤物體917可被用于模擬可投擲(throwable)物體——例如,棒球一一在虛擬環(huán)境中,自追蹤物體917在位置或方位上的變動(dòng)被用于決定用多大的力量,以及向哪個(gè)方向投擲該物體(例如,采用自追蹤物體917來模擬棒球,用戶可以假裝投擲棒球,當(dāng)然要小心不要真的在游戲控制器中將該自追蹤物體917扔出去,除非自追蹤物體917是加襯墊的(padded)或其它安全的,而允許實(shí)際投擲的);(2)可以采用自追蹤物體917模擬打擊(striking)或投擲工具——例如,棒球球棒——在虛擬的環(huán)境中,自追蹤物體917在位置或方位上的變動(dòng),被用于在虛擬環(huán)境中確定力量或其它動(dòng)力,利用該力量以確定用多大力以及在哪個(gè)方向打擊物體(例如,采用自追蹤物體917模擬棒球球棒,用戶可以假裝用棒球球棒打擊棒球);(3)同樣地,自追蹤物體917可以被用于在虛擬世界中模擬工具,例如燈開關(guān)或槍的扳機(jī),具有效果自追蹤物體917在位置或方位上的變化可能被該虛擬環(huán)境解釋為,指示在該虛擬環(huán)境中已經(jīng)應(yīng)用了足夠的力量以開燈或開槍。>在一系列可選實(shí)施例中,虛擬環(huán)境中的視點(diǎn)(例如用戶的視點(diǎn)或照相機(jī)的視點(diǎn))可以與自追蹤物體917在位置或方位上的變動(dòng)有關(guān)。在這種實(shí)施例中,用戶可以被允許在虛擬環(huán)境(例如可能虛構(gòu)(possibly-fictional)的三維(3D,Three-Dimensional)環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)描述)中指示方向或選擇物體。甚至在虛擬現(xiàn)實(shí)描述中在用戶的視野被其他物體阻擋時(shí),用戶也能具有這種能力。(l)舉一個(gè)例子,用戶可能實(shí)體握持自追蹤物體917,在虛擬環(huán)境中對(duì)應(yīng)該物體模擬一種物體。該模擬的物體,或"相應(yīng)的虛擬裝置"(CVD,CorrespondingVirtualDevice),可以非常接近于任何物體,例如槍,鞭子,定點(diǎn)設(shè)備(例如激光指示器)。在該虛擬環(huán)境中,計(jì)算出線段(或另一個(gè)路徑),將該線段與CVD連接,并使該線段延伸到虛擬世界中接近CVD的區(qū)域。所述計(jì)算基于自追蹤物體917的一個(gè)或多個(gè)在位置或方位上的變動(dòng),可能還結(jié)合來自虛擬環(huán)境的附加信息。包括直接對(duì)應(yīng)于自追蹤物體917在方位上的變動(dòng),設(shè)定該線段的方向或其它路徑的方向。該線段可能是直線,例如對(duì)于激光指示器而言,或者接近于直線,例如對(duì)于槍而言(將重力和風(fēng)力修正量考慮在內(nèi)),或可能是故意彎曲的線,例如對(duì)于鞭子而言。因此,該計(jì)算出的線段代表了用戶期望的線段。如果計(jì)算出的線段在虛擬環(huán)境中與物體或構(gòu)造(例如,非實(shí)體的"物體",例如面(surface)或?qū)?region))交叉,例如,4妄觸虛擬物體,平面,或人物,虛擬環(huán)境判斷用戶是故意選擇或標(biāo)記該相交的物體或構(gòu)造。例如,圖10示出了三維虛擬環(huán)境1000,包括多種物體1001和1002,CVD1005是自追蹤物體917在虛擬環(huán)境1000中的代表。如上所述,可以采用一些線段(或"射線(ray)")1006來選擇物體和構(gòu)造。因?yàn)樽宰粉櫸矬w917被移動(dòng),因此改變了自追蹤物體917的位置或方位,CVD1004和線段的新位置1003允許用戶選擇新的物體1002。這就允許虛擬世界中的游戲玩家選擇沿著他們注3見的垂直面(normalviewingplane)看沖莫糊的物體。采用這種方法的例子可以包括游戲玩家握持自追蹤物體917,作為與虛擬環(huán)境中的槍、手電筒、或鞭子對(duì)應(yīng)的控制器。隨后,玩家能夠到處移動(dòng)該控制器,以指示該槍、手電筒、或柔軟纜線的方向。自追蹤物體917在位置和方位上的變動(dòng)可以被應(yīng)用到相應(yīng)的CVD上。在自追蹤物體917對(duì)應(yīng)虛擬世界中槍(或另一個(gè)射彈的裝置,例如弓)的例子中,游戲玩家可以在虛擬環(huán)境中隱蔽矮墻的后面,如圖11中左手側(cè)所示。利用上述的技術(shù),游戲玩家將舉起自追蹤物體917,使得CVD槍在虛擬環(huán)境中移動(dòng),并將該CVD槍向下傾斜地指向該墻后面的區(qū)域,而不用該游戲玩家改變他們的有利位置,如圖11的右手側(cè)所示。同樣的,在自追蹤物體917在虛擬世界中對(duì)應(yīng)于手電筒(或另一個(gè)定點(diǎn)設(shè)備,例如激光指示器)的例子中,游戲玩家將擁有將該CVD手電筒以任意角度指向屏幕的能力,且并不局限于只是那些在視野平面之上的原點(diǎn)。圖12的左手側(cè),示出了虛擬環(huán)境中的使游戲玩家的深入該房間的視線模糊的物體。利用上述技術(shù),該游戲玩家將通過移動(dòng)自追蹤物體917,以使CVD手電筒照亮該障礙物后面的區(qū)域,而不需要改變虛擬環(huán)境中的有利位置,正如圖12的右手側(cè)所示。同樣的,在自追蹤物體917在虛擬世界中對(duì)應(yīng)于鞭子(或另一個(gè)柔軟的纜線,例如繩子)的例子中,游戲玩家將具有在虛擬環(huán)境中"纏繞(reachingaround)"障礙物的能力,例如,將該纜線穿過游戲玩家可能看不到的管子。>上述技術(shù)允許游戲玩家采用自追蹤物體917位置和方位的所有六個(gè)自由度,在虛擬環(huán)境中指示方向。這相對(duì)于現(xiàn)有指示方向的方法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。隨著游戲玩家按照游戲的模擬(stimuli)和指令,到處移動(dòng)控制器,這個(gè)過程將在游戲中經(jīng)常重復(fù)。現(xiàn)在參照?qǐng)D13,下面闡述在一個(gè)實(shí)施例中的控制流(controlflow)。游戲開始并有一些初始期的設(shè)置。所述設(shè)置可以包括存儲(chǔ)器分配以及任何其它已知的步驟。然后,該游戲等待自追蹤物體上按下按鈕的信號(hào),按下按鈕僅是啟動(dòng)追蹤的開始標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)例子。可選的,該游戲可以基于內(nèi)狀態(tài)以及給玩家傳達(dá)適當(dāng)?shù)闹噶?,來發(fā)信號(hào)通知開始。一旦該游戲被指示希望開始追蹤時(shí),自追蹤物體可能仍未做好追蹤的準(zhǔn)備,例如,在一個(gè)實(shí)施例中,可能在能夠開始追蹤前需要短暫的靜止期,所以玩家仍需要在按下該按鈕后,靜止不動(dòng)一會(huì)兒??蛇x的,可能需要附加傳感器的讀數(shù),以確定初始配置。例如,玩家可能最初指向直接定點(diǎn)裝置。一旦可以開始追蹤,依據(jù)任意追蹤器918可用的信息,來設(shè)置該初始配置。然后追蹤器918重復(fù)執(zhí)行上述步驟,其中追蹤器918(a)執(zhí)行下述>追蹤器918接收來自自追蹤裝置917的時(shí)序數(shù)據(jù)。>追蹤器918基于那些時(shí)序數(shù)據(jù),做出自追蹤裝置917位置和方位的估計(jì)。>追蹤器918接收信息,該信息使其能做出自追蹤裝置917位置和方位的更好的估計(jì)。>追蹤器918更新其近來做出的,自追蹤裝置917位置和方位的歷史估計(jì)序列。在一個(gè)實(shí)施例中,這個(gè)過程被反復(fù)執(zhí)行,直到追蹤器918接收到追蹤可以停止的信號(hào)。終止信號(hào)可以基于時(shí)間、游戲事件、或按鈕。追蹤器918繼續(xù)做出自追蹤裝置917位置和方位的估計(jì),直到游戲結(jié)束??蛇x實(shí)施例雖然上述已經(jīng)介紹了本發(fā)明的最佳實(shí)施例,但是有許多可以被理解的并且來自所闡述的構(gòu)思和原理的變型。這些可能的變型和實(shí)施例包括下述在一些游戲控制器配置的情況下,可以采用聰明的游戲設(shè)計(jì),以利用一些假定序列,從而給予增強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)追蹤的幻想。例如,玩家可被指示以一定的方式握持控制器,以及沿著特定的軸線移動(dòng)。然后傳感器數(shù)據(jù)的分析可以允許呈現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)畫。然而,這種方法具有其局限性。如果玩家背離了任何假定,那么產(chǎn)生的動(dòng)畫將通常與實(shí)際玩家的運(yùn)動(dòng)不相符合。在一些情況下,本發(fā)明控制器提供的傳感器數(shù)據(jù)可被分析,并與對(duì)應(yīng)特定動(dòng)畫提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行比較。對(duì)于與該傳感器數(shù)據(jù)最佳匹配的動(dòng)畫將被選定并播放。也可能基于傳感器數(shù)據(jù)和最佳匹配之間的相應(yīng)程度,修正所選的動(dòng)畫。例如,如果該傳感器數(shù)據(jù)顯示該運(yùn)動(dòng)是一些所提供動(dòng)畫的加快版本,那么該動(dòng)畫可以以相應(yīng)加快的速度被播放?,F(xiàn)有多數(shù)可用的游戲控制器不包含所需的六軸加速計(jì)配置,以在沒有陀螺儀的控制器中,完全確定玩家的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。例如,在一些時(shí)髦的游戲控制器中,僅有三個(gè)近似聯(lián)合定位的加速計(jì)或單一的三軸加速計(jì)。采用這種控制器,以在屏幕上呈現(xiàn)相應(yīng)于玩家運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫,需要設(shè)定關(guān)于玩家預(yù)期運(yùn)動(dòng)的更強(qiáng)的假定。在一些情況下,采用現(xiàn)有技術(shù),可以減輕這種需要。例如,一些時(shí)髦的游戲控制器包括紅外傳感器,當(dāng)指向一些直接定點(diǎn)設(shè)備(DPD,DirectPointDevice)時(shí),該紅外傳感器能提供用于確定關(guān)于玩家運(yùn)動(dòng)的更多信息的附加信息。然而,玩家的運(yùn)動(dòng)不得不被限制在運(yùn)動(dòng)的狹窄范圍,以保持DPD在紅外傳感器的范圍內(nèi)。本發(fā)明的構(gòu)思可以被擴(kuò)展成在系統(tǒng)中加入更多的傳感器。上述通用算法可以被擴(kuò)展到這種配置中。例如,三個(gè)運(yùn)動(dòng)感知游戲控制器可能有九個(gè)加速計(jì)感知軸向,而不只有六個(gè)加速計(jì)感知軸向。三個(gè)附加軸向的感知能纟是供反饋,以應(yīng)用到該通用算法中。同樣的,可以運(yùn)用該通用算法,以縮短時(shí)間。在系統(tǒng)中可能有許多可能的有影響力的i吳差(competingerror)。當(dāng)與整體i吳差進(jìn)4亍一又4軒(tradingoff)時(shí),可以通過減少每秒采樣數(shù)(samples/sec.)的方式,來實(shí)時(shí)限制靈敏度。這部分地基于發(fā)生人運(yùn)動(dòng)的時(shí)標(biāo)(timescale)?;诒景l(fā)明的構(gòu)思,具有以一定配置放置在每個(gè)面上的加速計(jì)的立方體,可以在更長(zhǎng)的時(shí)間段,可靠的追蹤控制器的位置和方位。這樣的立方體可以被安裝在控制器上,例如,通過適當(dāng)?shù)能浖愤B接。在配置該獨(dú)立慣性傳感器的復(fù)合結(jié)構(gòu),不論在控制器內(nèi)或外,以選擇那些傳感器的最佳位置和方位,從而提供可用的復(fù)合控制器時(shí),必須考慮附加參數(shù),該附加參數(shù)描述了每一傳感器以及在充分剛性的物體內(nèi)的不同傳感器間的物理關(guān)系。例如,關(guān)于圖l-圖3中復(fù)合控制器的配置估計(jì)可以包括下述估計(jì)>當(dāng)該裝置靜止時(shí),該獨(dú)立慣性傳感器的讀數(shù);>該獨(dú)立慣性傳感器的上升和下降范圍;>該獨(dú)立慣性傳感器的靈每文度;>隨著時(shí)間、溫度、以及其他條件,該靈敏度如何變動(dòng);>該控制器中單獨(dú)的(individual)獨(dú)立慣性傳感器的相對(duì)位置;>該控制器的物理大??;>每個(gè)控制器間的距離;>每個(gè)控制器彼此的相對(duì)方位;>每個(gè)控制器質(zhì)心的相對(duì)位置。權(quán)利要求1.一種被用戶可操作與顯示器進(jìn)行交互的設(shè)備,所述設(shè)備包括多個(gè)慣性傳感器,用于當(dāng)所述設(shè)備在所述用戶的促使下,從三維空間中的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置時(shí),提供足以獲得所述設(shè)備六個(gè)相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的傳感器數(shù)據(jù),其中還包括處理器,被配置對(duì)來自所述慣性傳感器的所述傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān),確定所述設(shè)備相對(duì)于一個(gè)參考點(diǎn)的相對(duì)位置和方位,以使所述設(shè)備的軌跡被推斷出并用于在所述顯示器中呈現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。2、如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其特征在于,所述設(shè)備為集成控制器,包括第一裝置和第二裝置,所述第一裝置能夠獨(dú)立運(yùn)行,包括收發(fā)器;以及所述第二裝置,可移除地連接到所述第一裝置上,包括所述多個(gè)慣性傳感器中的部分或全部;以及與所述第一裝置通信的接口,通過所述接口將來自所述慣性傳感器的部分或全部所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸至所述第一裝置,以使所述第一裝置通過所述收發(fā)器,將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸至與所述顯示器連接的基本設(shè)備上。3、如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其特征在于,所述第一裝置為基本控制器,包括第一組件,包括所述多個(gè)慣性傳感器中的一個(gè)或多個(gè)但不是全部,其中來自所述基本控制器中的所述慣性傳感器的所述傳感器數(shù)據(jù),不足以獲得所述設(shè)備的所述六個(gè)相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng);所述第二裝置為輔助裝置,包括第二組件,包括所述多個(gè)慣性傳感器中的一個(gè)或多個(gè)^f旦不是全部,其中來自所述輔助裝置中的所述慣性傳感器的一些或全部所述傳感器數(shù)據(jù),通過所述接口傳輸至所述基本控制器,以使來自所述基本控制器和所述輔助裝置的所述傳感器數(shù)據(jù)合起來,足以獲得所述設(shè)備的所述六個(gè)相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。4、如權(quán)利要求3所述的設(shè)備,其特征在于,所述輔助裝置不能獨(dú)立運(yùn)行,并被設(shè)計(jì)為與所述基本控制器一起運(yùn)行,來自所述輔助裝置的任何感知測(cè)量被補(bǔ)充給所述基本控制器,以使如果所述輔助裝置中有慣性傳感器讀數(shù)的話,處于所述基本控制器中的處理器被配置對(duì)來自所述基本控制器和所述輔助裝置中的慣性傳感器的傳感器lt據(jù)進(jìn)行相關(guān)。5、如權(quán)利要求3所述的設(shè)備,其特征在于,包括三個(gè)所述慣性傳感器的所述基本控制器作為一個(gè)三軸加速計(jì),以及來自所述輔助裝置中的所述第二組件中的所述慣性傳感器的傳感器數(shù)據(jù),被補(bǔ)充給來自所述三軸加速計(jì)的所述傳感器數(shù)據(jù),以使來自所述三軸加速計(jì)和來自所述輔助裝置的所述傳感器數(shù)據(jù)變得足以獲得所述設(shè)備的六個(gè)相對(duì)線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。6、如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述慣性傳感器是充分獨(dú)立的,因而,沒有運(yùn)動(dòng)約束且不用所述用戶設(shè)置或配置外部源來操作所述設(shè)備。7、如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述設(shè)備是游戲控制器,以及所述處理器在驅(qū)動(dòng)所述顯示器的游戲機(jī)器中。8、如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述軌跡被充分實(shí)時(shí)地計(jì)算出,以將所述用戶的運(yùn)動(dòng)與所述顯示器的顯示同步。9、如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述設(shè)備的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)控制在虛擬世界中被操縱的物體的動(dòng)畫。10、如權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,提供附加識(shí)別元件,用以將所述軌跡歸類到一系列清楚的規(guī)定中的一個(gè),所述規(guī)定用于給所述軌跡賦予意義。11、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述處理器被進(jìn)一步配置通過確定與所述估計(jì)的位置和方位相關(guān)的一系列估計(jì)誤差,獲得所述設(shè)備更為精確的軌跡。12、如權(quán)利要求11所述的設(shè)備,其特征在于,響應(yīng)一系列的假定獲得所述估計(jì)誤差,所述假定包括假定所述設(shè)備處于地球坐標(biāo)系中,假定所述設(shè)備借助人的動(dòng)力充分運(yùn)動(dòng),假定所述設(shè)備至少為一個(gè)手持的,可佩戴的,或可附著到一個(gè)運(yùn)動(dòng)的或靜止的物體上的設(shè)備。13、如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,采用人類生物力學(xué)特性來確定所述估計(jì)誤差。14、如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,附加識(shí)別元件的輸出與關(guān)于運(yùn)動(dòng)類型如何被用于完成確定所述估計(jì)誤差的知識(shí)相結(jié)合,所述附加元件將所述軌跡歸類為預(yù)先確定的一系列可能運(yùn)動(dòng)類型中的一個(gè)。15、如權(quán)利要求12所述的設(shè)備,其特征在于,所述估計(jì)誤差與所述傳感器關(guān)聯(lián),并之后用于維持對(duì)所述設(shè)備提高任意所述估計(jì)位置和方位。16、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述處理器被配置識(shí)別所述設(shè)備充分靜止的一個(gè)或多個(gè)時(shí)段,以及基于代表所述一個(gè)或多個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)識(shí)別所述設(shè)備的方位,以及識(shí)別包括來自所述慣性傳感器的足以確定相對(duì)所述設(shè)備重力方向的信息。17、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述處理器被配置以響應(yīng)來自至少另一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),來調(diào)整所述估計(jì)的位置和方位的分量,以提供關(guān)于所述設(shè)備的絕對(duì)位置和方位的至少一個(gè)分量信息,所述另一個(gè)傳感器不是所述多個(gè)慣性傳感器中的一個(gè)。18、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述處理器被配置通過采用假定和/或直接定點(diǎn)裝置,確定所述設(shè)備的初始絕對(duì)位置和方位的分量,以及當(dāng)所述裝置被觸發(fā)運(yùn)動(dòng)時(shí),就依據(jù)從所述慣性傳感器接收到的所述傳感器數(shù)據(jù),推斷所述裝置的所述估計(jì)位置和方位。19、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,處理器被配置通過發(fā)現(xiàn)所述設(shè)備必需的轉(zhuǎn)動(dòng)來確定三個(gè)方位中的兩個(gè),以將來自組成加速計(jì)的一系列慣性傳感器的讀數(shù),完全沿著預(yù)先確定的對(duì)應(yīng)于重力方向的軸向排列。20、如權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,所述用戶在六個(gè)自由度操縱所述設(shè)備,以及被用作顯示虛擬世界的有利觀測(cè)點(diǎn)依據(jù)所述設(shè)備的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)確定。21、如權(quán)利要求20所述的設(shè)備,其特征在于,所述用戶通過在顯示的虛擬世界中移動(dòng)到不同的有利觀測(cè)點(diǎn),察覺障礙物背后的區(qū)域。全文摘要用于控制由計(jì)算機(jī)控制的游戲的方面的可移動(dòng)游戲控制器,顯示具有用于確定該可移動(dòng)控制器線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)的裝置。該裝置包括用于感知移動(dòng)控制器的三軸線運(yùn)動(dòng)和三軸角運(yùn)動(dòng)的多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器。每個(gè)傳感器相對(duì)于彼此安裝在固定的線位置和方位。從該多個(gè)獨(dú)立慣性傳感器中每個(gè)傳感器與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傳感器讀數(shù)中,計(jì)算出該控制器的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。文檔編號(hào)G06F3/01GK101367015SQ20081012572公開日2009年2月18日申請(qǐng)日期2008年6月18日優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日發(fā)明者偉嚴(yán),多布森·丹尼斯,涂曉媛,穆西克·小查爾斯,約翰·方,貝勒頓·科特,賴特·伊恩,雷諾茲·斯圖爾特,鮑威爾斯·威廉·羅伯特·三世申請(qǐng)人:神奇游戲智能公司
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