基于增强现实的运动游戏控制方法及控制装置

摘要

本发明公开了一种基于增强现实的运动游戏控制方法及控制装置，本发明方法包括：接收AR装置拍摄的背景图像数据，并在背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标；通过AR装置向用户显示叠加移动图标后的增强现实图像；判断经AR装置定位的用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值，若是，则判定用户追上或捕获移动图标。本发明可以增强用户与设置的虚拟竞争对象在真实外界环境中的比赛体验，且通过实时获取及比较用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值来激励用户跟上运动进程，进而实现了过程监督及有效激励，增强了运动的趣味性，实现了科技与运动控制的完美结合。

说明书

技术领域

本发明涉及运动控制领域，特别地，涉及一种基于增强现实的运动游戏控制方法及控制装置。

背景技术

增强现实(AR，Augmented Reality)是指通过将数字信息叠加在显示装置上被观看的现实世界图像上，从而产生合成图像的技术而创建的现实的增强版显示图像。AR也被称之为混合现实。通过数字处理技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。AR提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。它不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。

目前，国内外已经有许多实际的应用。如在工程机械领域，在进行机械安装、维修、调式时，通过头盔显示器，可以将原来不能呈现的机器内部结构，以及它的相关信息、数据完全呈现出来，从而便于操作人员按照电脑的提示，来进行工作，解决技术难题。使得的机械维护工作非常方便、快捷、准确；在医疗方面，医生可以利用AR，轻易地进行手术部位的精确定位；在军事方面，部队可以利用AR，进行方位的识别，获得目前所在地点的地理数据等重要军事数据；在航空、航海方面，驾驶人员，通过AR系统，能够轻易、快捷、准确地获得所处方位的地理、天气、气候等相关资料，保证顺利地完成航空、航海工作；在旅游、展览方面，人们在浏览、参观的同时，将接收到途经建筑的相关资料，观看展品的相关数据资料；在教育方面，魔法书是一个典型的例子。魔法书看上去，和普通的书籍没有不同，同样有图片和文字。当读者戴着头盔显示器在观看书页时，你可以看到立体的物体，沉浸在书中所描绘的立体虚拟世界中，以微型虚拟的替身形式与其他读者一起畅游；在游戏领域亦有应用，增强现实的quake游戏可以让位于全球不同地点的玩家，共同进入一个真实的自然场景，以虚拟替身的形式，进行网络对战。

国内研究AR系统的单位有北京理工大学、国防科技大学、西安石油学院、电子科技大学、华中科技大学、上海大学等，国外研究AR系统的单位有德国SIEMENS AG、美国哥伦比亚大学、澳大利亚Vienna大学、日本Nara协会等，这些单位已经在AR系统的摄像机校正算法、AR头盔显示器的设计、硬件平台的应用、视觉跟踪技术等方面取得了一定的成果。

现有技术公开的一篇德国专利DE10108064述及的增强现实系统，用视频或音频信息进行综合视觉跟踪，系统由以下部分组成：目标跟踪系统，为了探测信息并报告其位置；图像记录单元，记录图像并转换格式；注释系统，合成位置数据，存档数据。同年公开的美国专利US2002191003涉及的增强现实显示技术，用摄像机定位物体位置并报告给连通的计算机以呈现图像，这种方法可以呈现出天气、险情等情况，通过计算机图像处理后得到的画面令观众身临其境，其主要应用包括航海安全控制辅助、飞行员培训、应急训练等。

目前尚无将AR技术与运动控制系统结合来提升运动竞技的趣味性及用户体验的相关报道，随着人们生活品质的提高，愈来愈追求健康的生活方式，如何借助科技的进步，来提升用户的运动体验，本发明基于此目的提出一种基于增强现实的运动游戏控制方法及控制装置，以改善现有的运动控制系统无法在运动进程中实现可视化激励，此外，亦缺乏科学地制定运动计划并监督其执行的手段，进而提升用户体验度。

发明内容

本发明提供了一种基于增强现实的运动游戏控制方法及控制装置，以解决现有的运动控制方法无法实现可视化激励的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种基于增强现实的运动游戏控制方法，基于增强现实AR装置，AR装置为用于用户随身携带且具有摄像及定位功能的智能手机、智能眼镜、智能头盔或者平板电脑，其包括：

接收AR装置拍摄的背景图像数据，并在背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标；

通过AR装置向用户显示叠加移动图标后的增强现实图像；

判断经AR装置定位的用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值，若是，则判定用户追上或捕获移动图标。

进一步地，移动图标的移动以预先设定的速度移动或者基于移动图标与用户的实时速度或位置间的距离调整的变速度和/或变方向的运动。

进一步地，移动图标在用户的实际位置进入预设的地理范围时，开始移动；

移动图标的移动速度以用户的实时移动速度或历史移动速度为基准值按预设的比例确定；和/或

移动图标的移动方向为预设的移动方向或根据用户进入预设的地理范围时的实时移动方向进行非相对方向移动。

进一步地，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中，将移动图标的移动速度和移动位置与用户的实时移动速度和地理位置建立对应关系；当用户的实时移动速度大于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越近；当用户的实时移动速度小于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越远；

当二者的距离小于第一预定阈值时，则判定用户追上或捕获移动图标；当二者的距离大于第二预定阈值时，则判定移动图标成功逃逸或消失，其中，第二预定阈值大于第一预定阈值；和/或

当用户的实时位置接近移动图标达到第一阈值范围或远离移动图标达到第二阈值范围时，AR装置通过语音或震动提示用户已接近或远离移动图标。

进一步地，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中，移动图标按照预设的轨迹进行定向移动。

进一步地，利用AR装置中的位置传感器和/或方向传感器，建立AR装置所处的现实世界三维空间与移动图标所处的虚拟三维空间建立对应关系，以运动游戏中AR装置所处的实时位置和方位角调整向用户显示的图像中呈现移动图标的大小、相对位置和方向。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于增强现实的运动游戏控制装置，基于增强现实AR装置，AR装置为用于用户随身携带且具有摄像及定位功能的智能手机、智能眼镜、智能头盔或者平板电脑，本发明控制装置包括：

数据合成单元，用于接收AR装置拍摄的背景图像数据，并在背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标；

显示单元，用于通过AR装置向用户显示叠加移动图标后的增强现实图像；

运动判断单元，用于判断经AR装置定位的用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值，若是，则判定用户追上或捕获移动图标。

进一步地，数据合成单元包括：

移动图标生成模块，用于控制移动图标的移动，移动图标的移动以预先设定的速度移动或者基于移动图标与用户的实时速度或位置间的距离调整的变速度和/或变方向的运动。

进一步地，移动图标生成模块包括：

启动控制模块，用于在用户的实际位置进入预设的地理范围时，控制移动图标开始移动；

速度设定模块，用于控制移动图标的移动速度，移动图标的移动速度以用户的实时移动速度或历史移动速度为基准值按预设的比例确定；

方向设定模块，用于控制移动图标的移动方向，移动图标的移动方向为预设的移动方向或根据用户进入预设的地理范围时的实时移动方向进行非相对方向移动。

进一步地，显示单元用于在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中，将移动图标的移动速度和移动位置与用户的实时移动速度和地理位置建立对应关系，当用户的实时移动速度大于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越近；当用户的实时移动速度小于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越远；

运动判断单元包括：

第一判断模块，用于当用户的实时位置与移动图标的距离小于第一预定阈值时，则判定用户追上或捕获移动图标；当用户的实时位置与移动图标的距离大于第二预定阈值时，则判定移动图标成功逃逸或消失，其中，第二预定阈值大于第一预定阈值；

第二判断模块，用于当用户的实时位置接近移动图标达到第一阈值范围或远离移动图标达到第二阈值范围时，AR装置通过语音或震动提示用户已接近或远离移动图标。

进一步地，显示单元还用于利用AR装置中的位置传感器和/或方向传感器，建立AR装置所处的现实世界三维空间与移动图标所处的虚拟三维空间建立对应关系，以运动游戏中AR装置所处的实时位置和方位角调整向用户显示的图像中呈现移动图标的大小、相对位置和方向。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于增强现实的运动游戏控制方法及控制装置，通过引入AR装置进行运动控制，且在AR装置拍摄的背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标，经AR装置显示叠加移动图标后的增强现实图像，可以增强用户与设置的虚拟竞争对象在真实外界环境中的比赛体验，且通过实时获取及比较用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值来激励用户跟上运动进程，进而实现了过程监督及有效激励，增强了运动的趣味性，实现了科技与运动控制的完美结合，具有广泛的推广应用价值。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例基于增强现实的运动游戏控制方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例中AR装置呈现的增强现实图像的效果示意图；

图3是本发明优选实施例中用户与移动图标距离靠近的效果示意图；

图4是本发明优选实施例中根据AR装置所处的实时位置和方位角调整向用户显示的图像中呈现的移动图标的大小、相对位置和方向的效果示意图；

图5是本发明优选实施例基于增强现实的运动游戏控制装置的原理方框示意图；

图6是本发明优选实施例中移动图标生成模块的原理方框示意图。

附图标记说明：

100、数据合成单元；110、移动图标生成模块；

111、启动控制模块；112、速度设定模块；113、方向设定模块；

200、显示单元；

300、运动判断单元；

310、第一判断模块；320、第二判断模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的优选实施例提供一种基于增强现实的运动游戏控制方法，基于增强现实AR装置，AR装置为用于用户随身携带且具有摄像及定位功能(如GPS、北斗、伽利略等卫星定位；和/或WiFi、蓝牙等无线网络定位；和/或重力加速度、陀螺仪、磁力传感器等姿态定位)的智能手机、智能眼镜、智能头盔或者平板电脑，参照图1，本实施例运动游戏控制方法包括：

步骤S100，接收AR装置拍摄的背景图像数据，并在背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标；

以智能手机为例，经智能手机的摄像头采集的用户前方的图像信息作为背景图像数据，并在该背景图像数据上叠加设定的移动图标，如移动精灵(譬如图2至图4所示的兔子)，该移动精灵作为虚拟的运动竞争角色，其具有设定的移动速度，以实现运动进程的模拟控制。

步骤S200，通过AR装置向用户显示叠加移动图标后的增强现实图像；

通过AR装置显示叠加移动精灵后的增强现实图像，由于本实施例的背景图像为经摄像头采集的用户运动路线前方的真实环境图像，故该增强现实图像能够模拟在用户前方存在一真实竞争对象的增强现实感，便于提升用户体验。

步骤S300，判断经AR装置定位的用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值，若是，则判定用户追上或捕获移动图标。

AR装置经其定位模块实时接收用户运动中的实时位置，并计算用户运动中的实时位置与移动精灵对应的虚拟位置的距离，判断其是否符合设定阈值，若是，则判定用户追上或者捕获移动图标，从而完成捕获移动精灵的游戏任务。

可选地，在步骤S300之后还包括：

手动触发发射动作，以捕捉移动图标，或者

自动触发发射动作，以捕捉移动图标。

为了增强游戏趣味性，当用户追赶上AR装置上显示的移动精灵后，还可以经AR装置上的输入单元手动触发发射动作或者由AR装置自动触发捕捉动作，实现捕捉移动精灵的互动环节，进而获得相应的游戏激励。

本实施例通过引入AR装置进行运动控制，且在AR装置拍摄的背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标，经AR装置显示叠加移动图标后的增强现实图像，可以增强用户与设置的虚拟竞争对象在真实外界环境中的比赛体验，且通过实时获取及比较用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值来激励用户跟上运动进程，进而实现了过程监督及有效激励，增强了运动的趣味性，实现了科技与运动控制的完美结合，具有广泛的推广应用价值。

优选地，本实施例移动图标的移动以预先设定的速度移动或者基于移动图标与用户的实时速度或位置间的距离调整的变速度和/或变方向的运动。

在移动图标呈现并开始移动之前，还具有触发移动图标移动的步骤，即判断在用户的实际位置进入预设的地理范围时，移动图标开始呈现并移动。实施例中该预设的地理范围以移动图标的初始虚拟位置为中心设置的预定距离范围，其中，该初始虚拟位置可以是预先设定，或根据AR装置检测的用户当前所处的实际位置为基准生成的。当AR装置检测的用户所处的实际地理位置相对于移动图标的初始虚拟位置的距离小于该预定距离范围时，移动图标被激活呈现并以设定初始速度开始移动(如图2所示)。

在一个实施例中，移动图标的移动速度以用户的实时移动速度或历史移动速度为基准值按预设的比例确定，如移动图标按实时检测的用户的移动速度以设定比例(譬如10％)增速，直至达到预先设定的最高速度为止，或者移动图标按照用户的历史平均速度以设定比例增速，直至达到预先设定的最高速度为止。采用该设计能够实现用户在运动进程中逐步加速的过程监控，且互动性好，用户体验真实。优选地，移动图标的移动方向为预设的移动方向或根据用户进入预设的地理范围时的实时移动方向进行非相对方向移动。例如：当用户从南方进入预设的地理范围时，移动图标向北或西或东方向移动。

在另一实施例中，移动图标按照预设的轨迹进行定向移动，譬如，在户外运动中，穿越容易迷失方向的森林时，移动图标按照预设的轨迹进行定向移动，从而实现引导用户穿越密林。在本实施例中，移动图标按照预设的速度(配速)进行移动，还能起到领跑员的作用，将其应用至马拉松长跑中，用户佩戴智能眼镜，移动图标在智能眼镜呈现的屏幕里按照用户设定的配速进行移动，起到配速领跑员(俗称兔子)的作用，省去传统的设置配速领跑员导致的赛事组织成本增加的麻烦，且配速控制准确，效果真实，可操作性强。

本实施例增强现实图像的生成过程为：在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中，将移动图标的移动速度和移动位置与用户的实时移动速度和地理位置建立对应关系；当用户的实时移动速度大于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越近；当用户的实时移动速度小于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越远。其中，AR装置内置有支持生成增强现实图像的配置程序，当在AR装置中需呈现二维平面图像，则根据配置程序将摄像头采集的现实图像呈现在屏幕中，叠加的移动图标在屏幕的二维平面中移动；当AR装置中需呈现虚拟三维空间时，则根据配置程序将摄像头采集的现实图像和叠加的移动图标建立三维虚拟空间，叠加的移动图标在虚拟的三维空间里移动，且根据移动图标的移动速度和移动位置与用户的实时移动速度和地理位置建立对应关系。具体显示效果参见图2所示。在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中，当用户的实时位置越来越接近移动图标-兔子时，AR装置向用户显示的移动图标-兔子的图像越来越大(参见图3)；当用户的实时位置越来越远离移动图标时，AR装置向用户显示移动图标的图像越来越小。

本实施例中，当二者的距离小于第一预定阈值时，则判定用户追上或捕获移动图标；当二者的距离大于第二预定阈值时，则判定移动图标成功逃逸或消失，其中，第二预定阈值大于第一预定阈值。

优选地，当用户的实时位置接近移动图标达到第一阈值范围或远离移动图标达到第二阈值范围时，AR装置通过语音或震动提示用户已接近或远离移动图标，进一步增强了对用户在运动游戏过程中的过程监督，便于用户及时变更运动速度，以免移动图标成功逃逸或者更快捕获移动图标。

优选地，为了增强运动游戏中的现实感，利用AR装置中的位置传感器和/或方向传感器，建立所述AR装置所处的现实世界三维空间与所述移动图标所处的虚拟三维空间建立对应关系，其中，位置传感器为GPS、北斗星、伽利略等卫星位置传感器以及WiFi、蓝牙等定位系统至少一种，方向传感器为陀螺仪、磁传感器及重力加速度传感器中的至少一种。当用户对应的AR装置的实时位置或方向发生变化后，移动图标在屏幕中的位置或方向也会发生变化。本实施例中，利用AR装置中的位置传感器和/或方向传感器，建立AR装置所处的现实世界三维空间与移动图标所处的虚拟三维空间建立对应关系，以运动游戏中AR装置所处的实时位置和方位角调整向用户显示的图像中呈现移动图标的大小、相对位置和方向也会发生调整，如图4所示，当智能手机转向左边时，陀螺仪监测到智能手机发生角度变化，移动图标-兔子从屏幕中间移到了屏幕右边。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于增强现实的运动游戏控制装置，基于增强现实AR装置，AR装置为用于用户随身携带且具有摄像及定位功能的智能手机、智能眼镜、智能头盔或者平板电脑，本发明控制装置实施例与上述控制方法实施例对应一致，具体实现过程可以参照上述方法实施例。参照图5，本实施例控制装置包括：

数据合成单元100，用于接收AR装置拍摄的背景图像数据，并在背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标；

显示单元200，用于通过AR装置向用户显示叠加移动图标后的增强现实图像；

运动判断单元300，用于判断经AR装置定位的用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值，若是，则判定用户追上或捕获移动图标。

本实施例中，AR装置经其定位模块实时接收用户运动中的实时位置，并计算用户运动中的实时位置与移动精灵对应的虚拟位置的距离，判断其是否符合设定阈值，若是，则判定用户追上或者捕获移动图标，从而完成捕获移动精灵的游戏任务。

优选地，本实施例控制装置还包括：

手动触发模块，用于接收用户经AR装置的输入单元输入的发射动作，并在用户捕获移动图标的条件下，捕捉移动图标，或者

自动触发模块，用于在运动判断单元300判定用户追上或者捕获移动图标自动触发发射动作，以捕捉移动图标。

通过设置手动触发模块或者自动触发模块，进而增强了游戏趣味性，当用户追赶上AR装置上显示的移动精灵后实现捕捉移动精灵的互动环节，进而获得相应的游戏激励。

本实施例通过引入AR装置进行运动控制，且在AR装置拍摄的背景图像数据上叠加具有设定移动速度的移动图标，经AR装置显示叠加移动图标后的增强现实图像，可以增强用户与设置的虚拟竞争对象在真实外界环境中的比赛体验，且通过实时获取及比较用户运动中的实时位置与移动图标的虚拟位置的距离是否符合预定阈值来激励用户跟上运动进程，进而实现了过程监督及有效激励，增强了运动的趣味性，实现了科技与运动控制的完美结合，具有广泛的推广应用价值。

本实施例中，数据合成单元100包括：

移动图标生成模块110，用于控制移动图标的移动，移动图标的移动以预先设定的速度移动或者基于移动图标与用户的实时速度或位置间的距离调整的变速度和/或变方向的运动。

优选地，参照图6，本实施例移动图标生成模块110包括：

启动控制模块111，用于在用户的实际位置进入预设的地理范围时，控制移动图标开始移动；

速度设定模块112，用于控制移动图标的移动速度，移动图标的移动速度以用户的实时移动速度或历史移动速度为基准值按预设的比例确定；

方向设定模块113，用于控制移动图标的移动方向，移动图标的移动方向为预设的移动方向或根据用户进入预设的地理范围时的实时移动方向进行非相对方向移动。

本实施例中，显示单元200用于在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中，将移动图标的移动速度和移动位置与用户的实时移动速度和地理位置建立对应关系，当用户的实时移动速度大于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越近；当用户的实时移动速度小于移动图标的移动速度时，在AR装置呈现的二维平面或虚拟三维空间中用户与移动图标的距离越来越远。

本实施例运动判断单元300包括：

第一判断模块310，用于当用户的实时位置与移动图标的距离小于第一预定阈值时，则判定用户追上或捕获移动图标；当用户的实时位置与移动图标的距离大于第二预定阈值时，则判定移动图标成功逃逸或消失，其中，第二预定阈值大于第一预定阈值；

第二判断模块320，用于当用户的实时位置接近移动图标达到第一阈值范围或远离移动图标达到第二阈值范围时，AR装置通过语音或震动提示用户已接近或远离移动图标。

本实施例中，显示单元还用于利用AR装置中的位置传感器和/或方向传感器，建立AR装置所处的现实世界三维空间与移动图标所处的虚拟三维空间建立对应关系，以运动游戏中AR装置所处的实时位置和方位角调整向用户显示的图像中呈现移动图标的大小、相对位置和方向。其中，位置传感器为GPS、北斗星、伽利略等卫星位置传感器以及WiFi、蓝牙等定位系统中至少一种，方向传感器为陀螺仪、磁传感器及重力加速度传感器中的至少一种。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。