本发明涉及儿童游戏设备领域，尤其涉及一种与儿童沙池结合的互动游戏装置及其方法。
背景技术：
目前，中国的家庭结构决定了中国儿童消费市场的庞大，在消费人口同等条件下，中国的儿童消费指数居全球最高位。
儿童娱乐消费是我国近年来迅速升温的消费热点，据权威机构统计：我国0-9岁幼儿约有1.6亿，占总人口约11.7％，每年新出生人口以约10％的速度增长，以平均每个孩子每年花销5000元进行概算，这一市场规模约为8千亿元，而尤其二胎政策的放开，使得儿童消费呈现出更加旺盛的劲头，在这种情况下，儿童业态在购物中心的比重也呈现爆发式增长，直接拉升儿童游乐业增长，带来无法估量的儿童乐园大市场，预计到2020年全国的儿童游乐需求将是2016年的3倍以上。
然而，目前现有的儿童娱乐设施，包括室内室外的娱乐设施，因使用劣质材料制成，不仅将孩子的手指磨出了茧子，其散发的气味还对儿童健康造成影响，现有的室内室外娱乐设施较单一，不能激发儿童的创造能力，且对儿童的吸引力越来越小，越来越多的儿童对手机游戏、计算机游戏等产生兴趣，但由于电子产品辐射较大，易损害儿童的眼睛，且长时间玩手机游戏或计算机游戏，越来越多的儿童缺乏锻炼导致身体呈现亚健康。
综上，有必要设计一种与儿童沙池结合的互动游戏装置及其方法来弥补上述缺陷。
技术实现要素：
本发明提出一种与儿童沙池结合的互动游戏装置及其方法，其解决了现有技术中儿童娱乐设施不能激发儿童的动手和协助合作能力的缺陷。本发明通过利用互动投影、红外感应、动作捕捉、影像识别、压感传感等交互技术，及微软Kinect3D，3D动画等高端技术，打造一个超强视觉冲击的沙池世界，不仅能很好的引起儿童的兴趣，还能激发孩子的动手和协助合作能力，挑战儿童的创造能力。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开一种与儿童沙池结合的互动游戏方法，其包括如下步骤：(S01)将计算机连接至投影仪、体感设备；(S02)将投影仪正投至沙池上；(S03)计算机通过体感设备获取沙池内沙子的深度图像数据；(S04)计算机通过平滑插值算法，计算出沙池内沙子的地形地貌数据；(S05)堆积的沙子形成山丘地形，根据堆积的沙子数据，计算机修改更新投影的山丘地形地貌内容；(S06)深挖的沙子形成河流湖泊地形，根据深挖的沙子数据，计算机修改更新投影的河流湖泊地形地貌内容；(S07)计算机通过体感设备的影像，检查玩家是否在沙子堆积的山丘上伸手；(S08)根据玩家伸手处的位置数据，计算机修改更新投影的岩浆爆发影像内容；(S09)岩浆在一定时间内复原；(S10)结束游戏。
其中，步骤(S03)中，体感设备获取沙子深度图像数据的方法为：(S31)通过摄像头捕捉玩家肢体动作和沙子移动的动作；(S32)使用红外定位装置实现立体定位，摄像头借助红外定位装置发出的红外线识别玩家的运动；(S33)计算机通过深度数据处理模块，根据投影仪投影出来的影响像素点的深度信息，可以体现沙子的移动距离以及玩家肢体移动的距离。
其中，步骤(S04)中，平滑插值算法步骤为：(S41)在由各像素节点连接构成的网格Ω内部，已知网格节点集称为L，未知网格节点集称为I(I+L＝Ω)；f(*)为Ω内的一个分段连续函数，函数f(*)在节点集合L上假设已知，插值算法目的是通过f(*)推测出在集合I上的内插值函数Φ(*)的表达式；(S42)利用二次检验函数R(φ)来检验每一个可能的插值函数，二次检验函数如下式所示：R(φ)＝φ，.[W].φ；式中【W】是给定的正定对称矩阵，R(φ)由多个局部平滑度函数在线性约束下确定；(S43)通过检验函数的约束，得到最优的插值函数表达式，进而求得内插值函数Φ(*)集。
其中，步骤(S04)中，通过平滑插值算法将沙池内的沙子建立地形地貌模型的步骤为：(A)选取沙子深度数据；(B)沙子深度数据预分析处理；(C)平滑插值算法生成初始地层面；(D)检查模型精度，如精度不满足，返回至步骤(B)；如精度满足，运行步骤(E)；(E)多层地层面构模；(F)三维实体模型构建，如模型精度不足，则返回至步骤(B)；(G)模型输出。
其中，步骤(S07)中，当体感设备的影像为山丘地形或河流湖泊地形时，玩家在山丘上伸手；当体感设备的影像为岩浆时，玩家不在山丘上伸手，结束游戏。
本发明还公开一种与儿童沙池结合的互动游戏装置，其包括计算机、投影仪、体感设备和沙池；计算机连接至投影仪和体感设备；沙池内装满沙子，体感设备安装在沙池内；体感设备包括摄像机、红外感应器和压感传感器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过儿童常玩的沙池游戏，可以体验到山丘地形、河流湖泊地形和火山爆发的形成过程，其视觉效果能很好的引起儿童的兴趣，让儿童在游戏过程中学习到知识。还能激发孩子的动手和协助合作能力，挑战儿童的创造能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明与儿童沙池结合的互动游戏方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了有助于和澄清随后的实施例的描述，在对本发明的具体实施方式进行详细说明之前，对部分术语进行解释，下列的解释应用于本说明书以及权利要求书。
本发明中出现的英文词语均为代码，不代表其它任何意义。
参照图1，本发明公开一种与儿童沙池结合的互动游戏方法，其包括如下步骤：(S01)将计算机连接至投影仪、体感设备；(S02)将投影仪正投至沙池上；(S03)计算机通过体感设备获取沙池内沙子的深度图像数据；(S04)计算机通过平滑插值算法，计算出沙池内沙子的地形地貌数据；(S05)堆积的沙子形成山丘地形，根据堆积的沙子数据，计算机修改更新投影的山丘地形地貌内容；(S06)深挖的沙子形成河流湖泊地形，根据深挖的沙子数据，计算机修改更新投影的河流湖泊地形地貌内容；(S07)计算机通过体感设备的影像，检查玩家是否在沙子堆积的山丘上伸手；(S08)根据玩家伸手处的位置数据，计算机修改更新投影的岩浆爆发影像内容；(S09)岩浆在一定时间内复原；(S10)结束游戏。
其中，步骤(S03)中，体感设备获取沙子深度图像数据的方法为：(S31)通过摄像头捕捉玩家肢体动作和沙子移动的动作；(S32)使用红外定位装置实现立体定位，摄像头借助红外定位装置发出的红外线识别玩家的运动；(S33)计算机通过深度数据处理模块，根据投影仪投影出来的影响像素点的深度信息，可以体现沙子的移动距离以及玩家肢体移动的距离。
其中，步骤(S04)中，平滑插值算法步骤为：(S41)在由各像素节点连接构成的网格Ω内部，已知网格节点集称为L，未知网格节点集称为I(I+L＝Ω)；f(*)为Ω内的一个分段连续函数，函数f(*)在节点集合L上假设已知，插值算法目的是通过f(*)推测出在集合I上的内插值函数Φ(*)的表达式；(S42)利用二次检验函数R(φ)来检验每一个可能的插值函数，二次检验函数如下式所示：R(φ)＝φ，.[W].φ；式中【W】是给定的正定对称矩阵，R(φ)由多个局部平滑度函数在线性约束下确定；(S43)通过检验函数的约束，得到最优的插值函数表达式，进而求得内插值函数Φ(*)集。
其中，步骤(S04)中，通过平滑插值算法将沙池内的沙子建立地形地貌模型的步骤为：(A)选取沙子深度数据；(B)沙子深度数据预分析处理；(C)平滑插值算法生成初始地层面；(D)检查模型精度，如精度不满足，返回至步骤(B)；如精度满足，运行步骤(E)；(E)多层地层面构模；(F)三维实体模型构建，如模型精度不足，则返回至步骤(B)；(G)模型输出。
其中，步骤(S07)中，当体感设备的影像为山丘地形或河流湖泊地形时，玩家在山丘上伸手；当体感设备的影像为岩浆时，玩家不在山丘上伸手，结束游戏。
本发明还公开一种与儿童沙池结合的互动游戏装置，其包括计算机、投影仪、体感设备和沙池；计算机连接至投影仪和体感设备；沙池内装满沙子，体感设备安装在沙池内；体感设备包括摄像机、红外感应器和压感传感器。摄像机将玩家的各种状态捕捉出来，发送至计算机，计算机将数据深度处理后，在投影仪上投影出各种地形，玩家可以通过对沙子的堆积，在投影仪上形成不同的地形图案，体验效果好，让玩家身临其境。本发明红外传感器用于识别图像的“深度场”，摄像机用于接收发射光线来识别玩家，其中投影仪上每一像素的颜色代表了那一点物体到摄像机的距离，比如离摄像机近的物体呈亮红色或绿色，而离摄像机远的物体呈暗灰色，颜色可以由本领域技术人员根据实际需求通过计算机进行设置。本发明体感设备为kinect体感，其还设置音响和内置麦克风，玩家可以身临其境的岩浆迸发的声音，以及河流湖泊地形形成时的水流声，另外玩家还可以通过麦克风直接与同伴玩家进行对话。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。