专利名称：一种枪式游戏输入设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及游戏设备领域，尤指一种枪式游戏输入设备。
对于现有的游戏输入设备，由于外形上的相似，为了避免混淆，有必要提到市面上早已成熟的产品-光电枪。光电枪主要用于家庭视频射击游戏和大型游艺机射击游戏，其功能是确定瞄准点在电视机(或显示器)屏幕上的二维坐标。根据坐标获取的原理来区分，主要可分为1)刷屏方块式、2)刷屏扫描式和3)光点跟踪式三种。刷屏方块式光电枪在游戏者扣动扳机时产生一个脉冲信号，游戏主机在接收到该信号后将下一帧画面刷黑，只在游戏角色处显示白色方块，这时如果光电枪瞄准了游戏角色，则该方块发出的白光进入光电枪内，使光电枪内的光电二极管输出信号，否则没有信号，游戏主机据此可以得知游戏者是否瞄准了游戏角色。刷屏扫描式光电枪也在游戏者扣动扳机时产生一个脉冲信号，游戏主机在该信号保持有效的时间内持续显示白屏，由于电视机和显示器是通过扫描方式显示图像的，因此当扫描到光电枪所瞄准的屏幕位置时，光电枪内的光电二极管将受到最强的光照，从而产生脉冲输出，通过比较该脉冲信号发生的时间和视频扫描同步信号的时间就可以得知光电枪所瞄准的屏幕位置。光点跟踪式光电枪内带有一个摄像头，并在电视机(或显示器)屏幕周围设置若干光源，这些光源在摄像头上成像，根据光源成像的位置可以计算出该光电枪相对屏幕的位置和朝向，并由此确定瞄准点的坐标。
由上可知，光电枪只能确定瞄准点在屏幕上的二维坐标，不能产生第一人称射击游戏所需要的左右转动量和上下转动量，因此无法用于该游戏类型。
本实用新型具有枪式外壳以及设置于该外壳上的按钮，其结构特点在于还包括固定于外壳内的光学成像装置和光学导航装置，以及用于与运行游戏程序的游戏主机进行通讯的通讯接口；所述按钮用于实现游戏中的各种按钮操作，如开火、移动、跳跃、下蹲等，这些按钮的外形结构和分布位置可以根据操作需要做具体设计；所述光学成像装置和光学导航装置保持适当的位置关系，使来自周围物体的光通过光学成像装置在光学导航装置上成光学像，光学导航装置运用一种叫“光学导航”的技术来检测该光学像中的图像内容所发生的移动，并产生反映该移动的信号，由于该设备的左右转动和上下转动能够引起上述移动，因此该信号也就能够反映该设备所发生的左右转动和上下转动，该信号可用于控制游戏中虚拟枪的转动；所述光学导航装置产生的信号和按钮的输出信号经通讯接口以有线方式或无线方式送往游戏主机。
根据上述方案所述周围物体为枪靶，该枪靶呈平面状或以适当曲率弯曲的曲面状，其表面带有光学反射特性变化的纹理图案；所述纹理图案为黑白相间的棋格图案；所述枪靶通过固定装置固定于桌面边缘，并可调整朝向。
所述设备还包括照明装置，该照明装置照射该输入设备前方，为周围物体被成像的区域提供照明。
所述按钮包括开火按钮和四个方向按钮，四个方向按钮呈十字形排列或倒T形排列，位于枪式外壳上对应右手拇指自然触点或左手拇指自然触点的位置，可用于游戏中虚拟人物前后左右四个方向的移动操作，开火按钮的外形结构为类似扳机的外形结构或操作方式类似扳机的外形结构，该按钮设置于合适的位置，使得游戏者能够以类似操作真实枪扳机的方式操作它，开火按钮可用于游戏中的开火操作。
所述设备还包括一个暂停装置，该暂停装置具有两种状态-正常状态和暂停状态，当该装置处于正常状态时，所述光学导航装置产生的信号正常控制游戏，当该装置处于暂停状态时，所述光学导航装置产生的信号停止控制游戏。
所述设备还包括可由游戏程序控制的震动装置，该震动装置可以内置、接插或外挂，用于模拟真实枪射击时的后坐力和震动感。
所述游戏主机为PC机或家庭视频游戏机或大型游艺机或任何已知的能够运行第一人称射击游戏的设备，所述通讯接口为USB接口或任何已知的可用于该输入设备的通讯接口。
本实用新型的游戏枪为第一人称射击游戏提供了一种新颖的、自然的操纵方式，能提高游戏的可操作性和游戏者的沉浸感。
图1为本实用新型实施例的瞄准射击原理示意图；图2为本实用新型的结构示意图；图3为本实用新型的电路原理图。
成像透镜5、6设置在枪口与光学导航芯片7之间，使来自周围物体的光在光学导航芯片7的光电传感器阵列上成光学像，该光学像中的图像内容将随该设备的左右转动和上下转动而发生相应的移动，光学导航芯片运用“光学导航”技术检测出该移动并产生反映该移动的信号，大概的过程如下光学导航芯片通过光电传感器阵列连续获取上述光学像在不同时刻的图像，由于获取的帧速足够快，使得相继两幅图像的成像区域(即视野)有足够的重叠部分，因此相继两幅图像之间存在足够的共同特征，光学导航芯片以某种算法比较相继两幅图像来检测这两幅图像的共同特征在这两幅图像中的位置的差异，该差异表现为水平方向上和垂直方向上的象素级或亚象素级偏移，光学导航芯片产生反映这两种偏移的两组信号，这两组信号因此也就反映了该设备所发生的左右转动和上下转动。照明装置在转动检测装置能工作的距离范围内，始终照亮枪靶表面上被成像的区域，为该区域提供强度足够和分布均匀的照明。该照明装置所发射的光是所述光电传感器阵列所敏感的光，既可以是可见光，也可以是不可见光(如红外线)，如果发射的是可见光，则该照明装置兼起帮助游戏者确定瞄准点是否超出枪靶表面的作用。在环境光照的亮度足够的情况下，也可不用照明装置。
扳机4用于游戏中虚拟枪的开火操作，操作时，游戏者的右手食指(左撇子相反，以下类同)置于扳机4位置，通过扣动扳机4来实现游戏中虚拟枪的开火操作；方向按钮10包括四个方向按钮，分别控制虚拟人物的前、后、左、右四个方向的移动，这四个方向按钮位于枪把正上方或左侧上方，由右手拇指来操作，它们可以呈十字排列，如图2中所示，也可以呈倒T形排列，就像PC键盘上的方向按钮一样；按钮11设置在枪把左侧对应右手中指或无名指的位置，由右手中指或无名指来操作，对应游戏中的跳跃操作；按钮12设置在枪把左侧对应右手小指的位置，由右手小指来操作，对应游戏中的下蹲操作；照明开关13用于打开或关闭照明装置；暂停按钮14用于暂停游戏中虚拟枪的转动，它弹起时不起作用，当它被按下时，使游戏者能够转动游戏枪而不改变游戏中虚拟枪的朝向，该功能由游戏枪的驱动程序配合实现；滚轮15的原理和鼠标滚轮一样，位于枪托左侧对应左手拇指的位置，由左手拇指来操作，用于实现游戏中的换枪操作或其它操作；其它按钮16，设置于枪托的两侧，由左手的各个手指来操作，游戏者可以通过程序设置使它们对应游戏中的其它操作；光学导航芯片、按钮、扳机以及滚轮与USB接口芯片电连接，USB电缆17将PC机或游戏机18的USB接口19与该输入设备连接。
本实用新型的电路如图3所示。电源VDD、信号D-、D+和接地GND通过USB电缆线传输，开关S1至S9分别对应扳机、方向按钮、按钮11、按钮1 2和其余两个按钮16，开关S10对应暂停按钮，开关S11对应照明开关，二极管D2对应激光二极管9，电阻R1、发光二极管D1、光电三极管Q1、Q2构成了滚轮15的电路部分，光学导航芯片U1使用的是Agilent公司的HDNS-2000，考虑到匹配性，成像透镜6的外形应该参考HDNS-2100的外形设计，有关HDNS-2000和HDNS-2100的详细信息，请参考Agilent公司的技术手册，USB接口芯片U2使用的是Fairchild公司的USB100(24脚封装)，LP2950ACZ-3.3为5V到3V的电源转换芯片。
该游戏枪的工作原理如下，将枪靶2通过夹具固定于桌面边缘，游戏者双手持该游戏枪，打开照明开关13，瞄准枪靶表面，则枪靶表面上的棋格图案通过成像透镜5、6在光学导航芯片7的光电传感器阵列上成光学像，游戏者转动游戏枪，并保持瞄准点不超出枪靶表面，则该光学像中的棋格图像将随着游戏枪的转动而发生相应的移动，光学导航芯片7通过光电传感器阵列以每秒1500帧以上的速度快速捕捉移动的棋格图像，由于捕捉的帧速足够快，从而保证了相继两幅图像的成像区域有足够多的重叠部分，光学导航芯片7通过比较相继两幅图像产生两组信号，这两组信号反映了游戏枪所发生的左右转动和上下转动，这两组信号被送入USB接口芯片中，经过处理后由USB电缆输入PC机(或游戏机)中，用于控制游戏中虚拟枪的左右转动和上下转动，扳机4、方向按钮10、按钮11、按钮12、暂停按钮14、其它按钮16和滚轮15的输出信号均通过USB接口芯片和USB电缆送入PC机(或游戏机)中，以实现各自的功能。
另外，为了更进一步的模拟真实枪的感受，以及满足游戏者对不同枪的风格的爱好，该输入设备还可以进行以下的结构变化1)该游戏枪的外壳可以方便的更换，通过模块化设计，将整个游戏枪分为功能部分和外壳部分，外壳部分将包括扳机、按钮、滚轮、暂停装置、照明开关和枪式外壳，功能部分包括工作结构和相应电路，两部分之间的连接方式(包括形状的和电路的)被标准化，使得同一功能部分可以和不同外形的外壳结合，而不影响游戏枪的功能。
2)该游戏枪可以内置、接插或外挂可由游戏程序控制的震动装置，用于模拟真实枪射击时的震动感、后坐力和瞄准偏移。
3)该游戏枪和PC机(或游戏机)的连接可以为无线连接(红外或无线电)，以消除有线连接对游戏者操作感和沉浸感的影响。
权利要求1.一种枪式游戏输入设备，具有枪式外壳，其特征在于还包括与所述外壳固定的光学成像装置和光学导航装置，以及用于与运行游戏程序的游戏主机进行通讯的通讯接口；所述光学成像装置使来自周围物体的光在光学导航装置上成光学像，光学导航装置检测该光学像中的图像内容所发生的移动，并产生反映该移动的信号，该信号经通讯接口以有线方式或无线方式送往游戏主机。
2.如权利要求1所述的枪式游戏输入设备，其特征在于所述周围物体为枪靶，该枪靶呈平面状或以适当曲率弯曲的曲面状，其表面带有光学反射特性变化的纹理图案，如黑白相间的棋格图案。
3.如权利要求2所述的枪式游戏输入设备，其特征在于所述枪靶包括固定装置，该固定装置将该枪靶固定于桌面边缘，并可调整朝向。
4.如权利要求1或2所述的枪式游戏输入设备，其特征在于还包括照明装置，该照明装置照射该输入设备前方，为周围物体被成像的区域提供照明。
5.如权利要求1所述的枪式游戏输入设备，其特征在于还包括设置于外壳上的按钮，所述按钮的输出信号经通讯接口以有线方式或无线方式送往游戏主机。
6.如权利要求5所述的枪式游戏输入设备，其特征在于所述按钮包括开火按钮，该开火按钮的外形结构为类似扳机的外形结构或操作方式类似扳机的外形结构，该开火按钮设置于合适的位置，使得游戏者能够以类似操作真实枪扳机的方式操作它。
7.如权利要求5所述的枪式游戏输入设备，其特征在于所述按钮包括四个方向按钮，四个方向按钮呈十字形排列或倒T形排列，位于枪式外壳上对应右手拇指自然触点或左手拇指自然触点的位置。
8.如权利要求1所述的枪式游戏输入设备，其特征在于还包括一个暂停装置，该暂停装置具有两种状态-正常状态和暂停状态，当该装置处于正常状态时，所述光学导航装置产生的信号正常控制游戏，当该装置处于暂停状态时，所述光学导航装置产生的信号停止控制游戏。
9.如权利要求1所述的枪式游戏输入设备，其特征在于还包括可由游戏程序控制的震动装置，该震动装置可以内置、接插或外挂，用于模拟真实枪射击时的后坐力和震动感。
10.如权利要求1所述的枪式游戏输入设备，其特征在于所述游戏主机为PC机或家庭视频游戏机或大型游艺机或任何已知的能够运行第一人称射击游戏的设备，所述通讯接口为USB接口或任何已知的可用于该输入设备的通讯接口。
专利摘要本实用新型公开了一种枪式游戏输入设备，该设备可用于个人计算机(PC)和家庭视频游戏机(如PS2、XBOX等)的游戏输入，其主要适用的游戏类型为第一人称射击游戏，如Quake。该设备具有一个枪式外壳，外壳上设有可扣动的扳机及若干按钮，还包括一扁平状的枪靶，置于该设备的前方。该设备能够检测自身的转动，并用该转动控制游戏中虚拟枪的转动。该设备在外形结构和使用操作上都类似真实枪，可满足第一人称射击游戏在游戏输入方面的特殊要求，提高游戏的可操纵性和游戏者的沉浸感。
文档编号G06F3/00GK2549527SQ0225653
公开日2003年5月7日 申请日期2002年9月20日 优先权日2002年8月22日
发明者刘晖 申请人:刘晖