基于增强现实的运动游戏系统的制作方法

本发明涉及一种运动游戏系统，具体为一种基于增强现实的运动游戏系统。

背景技术：

近些年来，用户不再满足于虚拟物品局限于屏幕上，而是渴望产品与真实场景以及人体感官关联更加密切，于是虚拟现实与增强现实应运而生。相比于虚拟现实要求的用户完全沉浸在虚拟环境中，增强现实要求增强系统与现实世界之间的联系，所需的物理模拟更加复杂，并且要求创造虚拟物体与真实物体并存的用户体验，需要的真实感更强。增强现实应用的关键在于增强的虚拟物体必须一直与所观察到的视图或真实物体的角度、方向、速度处理等保持一致，即空间定位技术，这也是增强现实的难点。

gps定位的基本原理是接收高速运动的卫星在某一瞬间的位置，并基于此数据采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。其主要由gps卫星星座(空间部分)，地面监控系统(地面监控部分)以及用户设备部分(gps接收机)组成。其工作流程为卫星实时发送卫星位置以及发送时刻的定位信号，在gps接收机接收到信号后立即计算信号传播时间，并通过速度与时间的计算得出卫星到接收机的距离。其中手机gps的定位精度可达10米，可适用于户外定位如导航，定位等基本功能。

随着数字媒体技术的发展，针对运动的游戏也相继出现，如日本游戏精灵宝可梦go，基于体感的动作捕捉游戏等。相比之下，传统的简单运动方式很枯燥乏味，而且用户在运动过程中要承受体能压力，十分辛苦，而通过游戏方式，可以提高运动的趣味性。因此通过开发一种基于增强现实的运动游戏软件来摆脱乏味的运动方式，可以在保证玩家运动质量的同时也为玩家提供了一个更加丰富多样的场景信息与环境信息，使人与智能手机之间的交互更加人性化。目前已有的增强现实捕捉系统最知名的是日本的《精灵宝可梦go》，《精灵宝可梦go》中主要是用户在移动过程中用精灵球捕捉小精灵并进行培养的过程。该游戏的优势就是身负神奇宝贝这一系列，游戏中的精灵很能吸引广大用户，于此同时这款游戏中的精灵养成系统十分完备，因此受到了全球用户的喜爱。然而这款软件的缺点首先是这款游戏在国内app没有上线，所以国内玩家无法玩这款游戏；其次是这款软件对运动的要求较低，用户的运动界面只是一块绿色的草地，玩家在漫游的时候不知道自己走到了哪里。

技术实现要素：

针对现有技术中已有软件增强现实功能无法与场景融合、运动游戏无法与户外真实漫游结合的缺陷，本发明要解决的问题是提供一种可与场景融合、运行于具有摄像头与gps定位功能的手机上的基于增强现实的运动游戏系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种基于增强现实的运动游戏系统，包括以下步骤：

1)游戏设置；

2)通过玩家的真实运动，使游戏中的角色在与玩家自身所处位置相同的环境中进行运动，并在运动中检测是否达到增强现实游戏条件；

3)如果达到增强现实游戏条件，则进入增强现实游戏进行动物捕捉，并在捕捉后返回真实运动界面。

步骤1)中，游戏设置包括：

1.1)设计各个界面；

1.2)将各个界面设置为平面或立方体的贴图，将立方体设置为按钮；

1.3)将按钮与不同音效的数值绑定，实现点击不同按钮音量大小不同；

1.4)点击开始游戏，接收点击信号后从开始游戏场景跳转到真实运动漫游场景中。

步骤2)中，在运动中检测是否达到增强现实游戏条件，具体为：

2.1)获取当前角色所在位置经纬度；

2.2)更新角色所在场景中位置；

2.3)每帧进行位置更新，如果用户所在位置改变，手机中角色位置也随之改变；

2.4)玩家在运动中旋转手机，通过终端朝向识别获得游戏中角色视角改变；

2.5)在运动中判断玩家是否触发游戏场景中设置的碰撞体，如果触碰即进入增强现实游戏中。

步骤2.1)中，获取当前角色所在位置经纬度为：

2.1.1)通过gps定位系统确定预先设置的固定标定点坐标；

2.1.2)根据标定点坐标与测试坐标的距离得出比例系数；

2.1.3)根据以下算式计算当前游戏角色所在场景位置：

(当前获取位置(n/e)-标定位置(n/e))*比例系数＝角色所在场景位置(n/e)-标定场景位置(n/e)

步骤2.2)中，更新角色所在场景中位置具体为：

2.2.1)计算角色在场景中位置，方法为：

(当前获取位置(n/e)-标定位置(n/e))*比例系数＝角色所在场景位置(n/e)-标定场景位置(n/e)

其中标定位置与比例系数已知，通过当前获取位置经度以及纬度数据分别求得角色所在场景位置经度以及纬度数据；

2.2.2)使用建模软件进行场景的建模，还原真实场景；

2.2.3)玩家在运动中旋转手机，通过终端朝向识别，获得游戏中角色视角改变，用户手机界面中出现的场景与真实世界中的建筑物相符。

步骤3)中，进入增强现实游戏进行动物捕捉，并在捕捉后返回真实运动界面，具体为：

3.1)终端朝向识别，获取摄像头拍摄画面数据；

3.2)用户通过旋转手机发现画面中的宠物；

3.3)用户通过点击屏幕中的宠物实现捕捉；

3.4)如果宠物已捕捉，返回步骤2)。

步骤3.2)中，用户通过旋转手机发现画面中的宠物，具体为：

3.2.1)获取手机摄像头数据，并以贴图形式赋给一个在unity中创建的平面；

3.2.2)将引擎中的虚拟摄像头面对上述平面，并将摄像头与该平面绑定；

3.2.3)虚拟摄像头通过步骤2.2.3)中的终端朝向识别方法调用手机陀螺仪的欧拉角数据，实现用户转动手机时手机画面与玩家本身的视角一致；

3.2.4)将动物模型虚拟位置设定在摄像头与平面场景中间，在视角中动物模型的优先级大于平面的优先级，实现在手机画面中动物模型仿佛生活在平面调用的真实画面中。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明建立了一个增强现实游戏平台，使人们在工作、学习或生活区域内，在闲暇之际通过打开软件，根据软件中运动提高自身免疫能力，呼吸新鲜空气，感受园区文化，更好的学习、工作和生活，在运动的过程中，人们在运动疲惫的时候还会进入增强现实游戏中，游戏中人们可以捕捉宠物，获得鼓励，从而在运动中获得乐趣。

附图说明

图1为本发明基于增强现实的运动游戏系统示意图；

图2为本发明实施例提供的基于增强现实的运动游戏系统的总体流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明基于增强现实的运动游戏系统，运行于具有摄像头与gps定位功能的手机上，包括以下步骤：

1)游戏设置；

2)通过玩家的真实运动，使游戏中的角色在与自身所处位置相同的环境中进行运动，并在运动中检测是否达到增强现实游戏条件；

3)如果达到增强现实游戏条件，则进入增强现实游戏进行动物捕捉，并在捕捉后返回真实运动界面。

步骤1)的具体步骤为：

1.1)设计各个界面；

1.2)将各个界面设置为平面或立方体的贴图，将立方体设置为按钮；平面贴图赋在立方体上后成为立方体的一部分。

1.3)将按钮与不同音效的数值绑定，实现点击不同按钮音量大小不同；

1.4)点击开始游戏，接收点击信号后从开始游戏场景跳转到真实运动漫游场景中。

步骤2)中，在运动中检测是否达到增强现实游戏条件，具体为：

2.1)获取当前角色所在位置经纬度；

2.2)更新角色所在场景中位置；

2.3)每帧进行位置更新，如果用户所在位置改变，手机中角色位置也随之改变；

2.4)玩家在运动中旋转手机，通过终端朝向识别获得游戏中角色视角改变；

2.5)在运动中判断玩家是否触发增强现实碰撞体(本实施例为在游戏场景中设置的透明小方块，可检测角色与小方块是否发生碰撞)，如果触碰即进入增强现实游戏中。

玩家在真实生活中的环境与游戏系统中的环境是一致的，玩家在自身生活中通过走路等使自身位置获得改变，手机通过检测玩家所在位置的改变使游戏中的角色位置也获得相应的改变

步骤2.1)中，获取当前角色所在位置经纬度为：

2.1.1)通过gps定位系统确定标定点坐标；

2.1.2)根据标定点坐标与测试坐标的距离得出比例系数；

2.1.3)根据以下算式计算当前游戏角色所在场景位置：

(当前获取位置(n/e)-标定位置(n/e))*比例系数＝角色所在场景位置(n/e)-标定场景位置(n/e)

标定点是一固定位置，具体选取根据开发时所在位置决定。

步骤2.2)中，更新角色所在场景中位置具体为：

2.2.1)计算角色在场景中位置，方法为：

(当前获取位置(n/e)-标定位置(n/e))*比例系数＝角色所在场景位置(n/e)-标定场景位置(n/e)

其中标定位置与比例系数已知，通过当前获取位置精度以及纬度数据分别求得角色所在场景位置精度以及纬度数据；

2.2.2)使用建模软件进行场景的建模，还原真实场景；

2.2.3)玩家在运动中旋转手机，通过终端朝向识别，获得游戏中角色视角改变，用户手机界面中出现的场景与真实世界中的建筑物相符。

步骤3)中，进入增强现实游戏进行动物捕捉，并在捕捉后返回真实运动界面，具体为：

3.1)终端朝向识别，获取摄像头拍摄画面数据；

3.2)用户通过旋转手机发现画面中的宠物；

3.3)用户通过点击屏幕中的宠物实现捕捉；

3.4)如果宠物已捕捉，返回步骤2)。

步骤3.3)中，用户通过点击屏幕中的宠物实现捕捉，具体为：

3.3.1)获取手机摄像头数据，并以贴图形式赋给一个在unity中创建的平面；

3.3.2)将引擎中的虚拟摄像头面对平面，并将摄像头与该平面绑定；

3.3.3)虚拟摄像头通过步骤2.2.3)中的终端朝向识别方法调用数据，实现用户转动手机时画面使用与用户本身的视角一致；

3.3.4)将动物模型的虚拟位置设定在摄像头与平面场景中间，在视角中动物模型的优先级(指视角中的前、后位置，前为优先)，大于平面的优先级(指平面中的前、后位置，前为优先)，实现在手机画面中动物模型仿佛生活在平面调用的真实画面中。

本发明开发硬件为微星gs602pcghost笔记本电脑，使用unity3d进行游戏开发，并使用3dsmax软件进行场景建模，adobephotoshop进行界面设计。

如图1所示，本发明包括真实运动漫游模块和动物捕捉游戏模块，其中，(1)真实运动漫游模块：基于某大学校园进行场景建模，通过对学校各个建筑物的3d建模以及实景拍摄贴图，全方位呈现该大学校园场景，通过gps定位结果在地图上进行位置计算，使玩家在校园运动时实时漫游系统也会更新到实际位置；(2)动物捕捉游戏模块：玩家在运动途中会在手机上切换到增强现实游戏中，通过调用手机陀螺仪实现虚拟的小动物与真实的摄像机捕捉到的场景进行逼真的交互，玩家可观察到真实场景中随机出现虚拟的小动物，并进行小动物捕捉以及收集功能。

本实施例中的场景以大学校园为例，首先进行游戏的场景设计，实现大学校区建筑场景的三维建模，例如：某大学校区内的文管楼、宿舍、学生服务中心、信息楼、图书馆、建筑馆等；然后在模型上将从真实场景中拍摄下来并处理好的贴图贴在模型上，并渲染模型；其次对模型进行场景放置与设计；再次进行位置定位算法设计以及手机陀螺仪分析，最后实现面向手机的真实运动的场景漫游。

本发明系统主要通过调用手机摄像头并与场景角色摄像头进行调整，最终实现在用户在进行增强现实运动游戏时产生“3d模型在场景中”这种错觉，并可在游戏中完成动物捕捉功能，并在捕捉后可以返回真实运动漫游界面继续进行运动。

通过与手机摄像头拍到的场景绑定到一起实现ar(augmentedreality，增强现实)效果。当手机开启ar系统时，将同时开启手机摄像头与unity摄像头(是unity引擎中的一种开发工具)，unity摄像头与手机陀螺仪绑定在一起，用一块显示板来显示手机摄像头拍摄到的场景，将这块显示板与unity摄像头共组成一个拍摄组。当手机陀螺仪转动时，手机摄像头拍摄到的场景自然也会转动，由于unity摄像头接收的是手机陀螺仪传来的位置消息，因此unity摄像头会跟随手机的角度变换进行角度变换来预览。而unity摄像头在预览时显示的依然是手机摄像头的显示板，所以需要测试与调整，将手机摄像头场景与unity摄像头场景进行同步。而动物模型存在于unity摄像头与手机摄像头画面显示板的中间(为虚拟位置)，因此在unity摄像头与手机摄像头显示板同步转动时动物模型并不会转动，这就形成了转动手机摄像头时动物模型会随着手机角度的移动而在视觉上形成动物定位在原来的位置。

本发明操作过程如图2所示：

进行游戏设置后，启动真实运动漫游模块；

通过玩家的真实运动，使游戏中的角色在与自身所处位置相同的环境中得到运动，并在运动中检测是否达到增强现实条件，即是否触发增强现实碰撞体；

如果触发了增强现实碰撞体，则进入动物捕捉游戏模块进行动物捕捉，并在捕捉后返回真实运动漫游模块(界面)；

如果没有触发增强现实碰撞体，则继续执行真实运动漫游模块。