DE60038207T2 - Videospielsystem ausgestattet mit einer Kontrolleinheit mit Beschleunigungssensor zur Kontrolle eines Videospiels - Google Patents

Videospielsystem ausgestattet mit einer Kontrolleinheit mit Beschleunigungssensor zur Kontrolle eines Videospiels Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Videospielsystem, das eine Steuereinheit mit einem Beschleunigungsmesser aufweist und ermöglicht, dass ein Benutzer eine Videospielfigur in einer Spielumgebung navigieren kann, indem die Steuereinheit einfach gekippt bzw. in Schräglage versetzt wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Auf herkömmliche Weise werden die Bewegungen von Videospielfiguren, Symbolen und/oder Objekten in Videospielen ausgeführt, indem ein Joystick, eine Maus, eine Computer-Tastatur oder Spielschalttasten betätigt werden. Der in dieser Beschreibung nachstehend verwendete Begriff „Spielfigur" umfasst Videospielfiguren, Videosymbole und/oder Videoobjekte. Steuerknüppel bzw. Joysticks bestehen in der Regel aus einem Griff, der für Schwenkbewegungen zwischen verschiedenen, radialen Positionen befestigt ist. Wenn ein Spielteilnehmer den Joystick in eine Richtung bewegt, wird ein elektrisches Erfassungssignal, das mit der Joystick-Position übereinstimmt, an eine Spielsteuerung übertragen, um auf einem Videobildschirm die Bewegung einer Spielfigur zu bewirken. Folglich verarbeitet die Spielsteuerung die elektrischen Signale und – entsprechend dem Spielprogramm – bewegt sich die Spielfigur in Übereinstimmung mit der Position des Joysticks.
  • In manchen Spielen benutzt der Spielteilnehmer zum Anschießen der Ziele in der Spielumgebung einen Joystick oder eine Maus in Verbindung mit einem Schaltknopf oder einer Tastatur. Auf herkömmliche Weise bewegt der Spielteilnehmer in diesen Spielen die Videospielfigur in der Spielumgebung durch ein Bewegen des Joysticks oder von der Maus. Der Spieler schießt dann mit den Waffen, indem er eine Schaltknopf- oder Tastaturen-Taste drückt.
  • In anderen Spielen wird eine Lichtpistole (Lichtstift) verwendet, um ein Ziel zum Anschießen auszuwählen, wobei diese zu den verschiedensten Stellen auf den Bildschirm ausgerichtet wird und dann wird der Auslöser der Lichtpistole durchgezogen bzw. gedrückt (d. h. zu den Spielerzielen und für die Schüsse). Herkömmlich wählt in diesen Spielen die Spielsteuerung automatisch die Stelle der Spielfigur aus, wo sie sich in der Spielumgebung hin bewegen soll, nachdem bestimmte Ziele angeschossen wurden.
  • Rollkugeln bzw. Trackbälle stellen eine weitere Form bezüglich eines Steuermechanismus dar, die zum Beispiel für Golf- und/oder Baseball-Spiele verwendet werden. Jedoch sind Trackbälle bei vielen Spielentwicklern und Spielern weniger beliebt als Joysticks, da Trackbälle im Allgemeinen schwieriger als Joysticks zu steuern sind.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 0 835 676 veröffentlicht ein Videospielsystem, in dem an ein Steuergerät separate Anschlusserweiterungen angeschlossen werden können, um abwechselnd Steuereinheiten mit entsprechend unterschiedlichen Funktionen bereitzustellen.
  • Demzufolge besteht ein Bedarf für eine einzige, in der Hand zu haltende Steuereinheit, die ermöglicht, dass ein Benutzer eine Videospielfigur in einer Spielumgebung navigieren kann, indem die Steuereinheit einfach gekippt bzw. in Schräglage versetzt und dann auf dem Videobildschirm ein Ziel angeschossen werden kann, wofür nur eine Schalttaste gedrückt oder ein Auslöser herausgezogen wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, ein oder mehrere dieser vorstehend genannten Bedürfnisse zu erfüllen.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch das System gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren gemäß Anspruch 12 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung ist besonders für Videospiele geeignet, in denen in der Hand zu haltende Pistolen, Schwerter, Schlaghölzer wie Kricket-/Baseballkeulen, Golfschläger, Tennisschläger/Racketschläger sowie Handschuhe etc. zum Manipulieren von Spielfiguren auf einem Videobildschirm eingesetzt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die vorstehend genannten und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung in den Einzelheiten und unter Zuhilfenahme der zugehörigen Zeichnungen hervor, welche zeigen:
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Videospielsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Vorderansicht eines Videospielsystems für die Anwendung mit dem System von 1.
  • 3 ist eine Seitenansicht im Querschnitt von einer Steuereinheit für die Anwendung mit dem System von 1.
  • 4a ist ein Funktionsdiagramm von einem Beschleunigungsmesser für die Anwendung in der Steuereinheit von 2.
  • 4b ist ein Funktionsdiagramm des Beschleunigungsmessers der 4a, wobei der Beschleunigungsmesser gerade bewegt bzw. gekippt wird.
  • 5 ist ein Zeitablaufdiagramm von einer Beschleunigungsausgabe aus dem Beschleunigungsmesser der 4.
  • 6a ist eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit von 2, die über einem Koordinatensystem auflagert.
  • 6b ist eine Seitenansicht der Steuereinheit von 2, die über dem Koordinatensystem von 6a auflagert.
  • 6c ist eine Rückansicht der Steuereinheit von 2, die über dem Koordinatensystem der 6a auflagert, und
  • 7 ist eine Vorderansicht eines Videospielsystems, welche die Position von einer Vielzahl von Pixeln zeigt.
  • Auch wenn die vorliegende Erfindung verschiedene Modifikationen und alternative Ausgestaltungen zulässt, werden in den Zeichnungen spezifische Ausführungsformen anhand eines Ausführungsbeispiel dargestellt und in der Beschreibung in den Einzelheiten erläutert. Selbstverständlich ist jedoch davon auszugehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen, offen gelegten Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalenten und Alternativen abdecken, die den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfassen, wie diese in den anhängenden Patentansprüchen definiert sind.
  • BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Mit Bezug nun auf die Zeichnungen und zunächst auf 1 wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche ein Videospielsystem 10 umfasst, das einen Videobildschirm 12, eine in der Hand zu haltende Steuereinheit 14 und eine Spielsteuerung 15 aufweist, in der eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 16 enthalten ist. Die Steuereinheit 14 umfasst einen Beschleunigungsmesser 18, der in dieser untergebracht ist, wie dies in 3 dargestellt ist.
  • In einer Ausführungsform ist der Beschleunigungsmesser 18 eine ADXL202-Ausführung von der Firma Analog Devices in Norwood, MA/USA. Die ADXL202-Ausführung ist ein kapazitiver 2-Achsen-Beschleunigungsmesser. Der Beschleunigungsmesser 18 ist mit der Spielsteuerung 15 gekoppelt, welche den Prozessorkern [CPU] 16 enthält. Der Beschleunigungsmesser 18 erkennt die Schräglage der Steuereinheit 14 in Bezug auf eine erste Achse sowie auf eine zweite Achse. Infolgedessen stellt der Beschleunigungsmesser 18 zwei Ausgabesignale bereit, die zu der Beschleunigung in jeder der beiden Achsen proportional bzw. anteilsmäßig sind, welche von dem Beschleunigungsmesser 18 erfasst wurden (d. h. die X- und die Y-Achse). Aus dieser Information kann die Spielsteuerung 15 die relative Position der Steuereinheit 14 ermitteln. Der Beschleunigungsmesser 18 kann zum Beispiel somit erfassen, wenn die Steuereinheit 14 nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts gekippt wird. Der Beschleunigungsmesser 18 erzeugt daraufhin ein erstes Signal und ein zweites Signal, welches jeweils die Kipplage der Steuereinheit 14 in Bezug auf die erste und auf die zweite Achse anzeigt. Die Spielsteuerung 15 verarbeitet aus dem Beschleunigungsmesser 18 die Kipplagen-Information, um dann auf dem Videobildschirm 12 die Bewegung einer Spielfigur 21 zu steuern, wie in 2 dargestellt ist.
  • Wenn zum Beispiel die Steuereinheit 14 eine in der Hand zu haltende Pistole zur Verwendung in einem Videospiel ist, kann in der Spielumgebung die Richtung bzw. der Steuerkurs einer Spielfigur verändert werden, indem die Steuereinheit 14 einfach nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts gekippt wird. Wenn daher in einer Ausführungsform die Steuereinheit 14 nach oben gekippt bzw. in Schräglage versetzt wird, bewegt sich die Spielfigur rückwärts, wenn die Steuereinheit 14 nach unten gekippt wird, bewegt sich Spielfigur vorwärts, wenn sie nach links gekippt wird, bewegt sich die Spielfigur nach links und wenn sie nach rechts gekippt wird, bewegt sich die Spielfigur nach rechts.
  • Beispielsweise kann sich ein Spieler entscheiden, die Spielfigur 21 in der auf dem Videobildschirm 12 gezeigten Spielumgebung durch den linken Durchgang hindurch zu navigieren, welcher in 2 dargestellt ist, wofür er die Steuereinheit 14 nach links kippt. Alternativ kann der Spieler sich entscheiden, die Spielfigur 21 durch den mittleren Durchgang zu navigieren, wofür er die Steuereinheit 14 nach unten kippt, und so weiter und so fort.
  • Wenn die Steuereinheit 14 für eine andere Anwendung nach links oder nach rechts gekippt wird, dreht sich eine Spielfigur nach links bzw. nach rechts. In dieser Ausführungsform steuert zum Beispiel die Steuereinheit 14 einen Tankgeschützturm. Indem die Steuereinheit 14 nach links gekippt wird, dreht sich der Geschützturm nach links, indem die Steuereinheit 14 nach rechts gekippt wird, dreht sich der Geschützturm nach rechts, indem die Steuereinheit 14 nach oben gekippt wird, zielt das Geschütz nach oben und indem die Steuereinheit 14 nach unten gekippt wird, zielt das Geschütz nach unten.
  • Wenn die Steuereinheit 14 für eine noch weitergehende Anwendung nach oben oder nach unten gekippt wird, bewegt sich eine Spielfigur nach oben bzw. nach unten. Durch ein Kippen der Steuereinheit 14 zum Beispiel nach unten, klettert eine Spielfigur die Leiter hinunter und durch ein Kippen der Steuereinheit 14 nach oben, bewegt sich ein fliegendes Objekt nach oben etc. Folglich erfasst der Beschleunigungsmesser 18, ob die Steuereinheit 14 nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts gekippt bzw. in Schräglage versetzt wird. Dies befähigt die Spielsteuerung 15 auf die Bewegung der Steuereinheit 14 zu reagieren, um dann eine Spielfigur in einem Videospiel entsprechend zu steuern.
  • Der Beschleunigungsmesser 18 erkennt einen Kippantrieb durch ein Kombinieren von mikroskopisch sich bewegenden Siliziumteilchen und einer Auswertschaltungsausgabe in einem kostengünstigen Chip 50, wie er in 3 abgebildet ist. Der Beschleunigungsmesser 18 lässt zu, dass ein Spieler, der die in der Hand zu haltende Steuereinheit 14 bewegt, die Aktion einer Spielfigur in einem Videospiel kontrolliert. Der Beschleunigungsmesser 18 umfasst eine Mikrofertigungstechnik, welche den kapazitiven Widerstand zwischen einem Metallfinger und einer Metallplatte erfassen kann, die sich vom Innern des mikrofertig gestellten Gehäuses erstrecken. Ein Funktionsdiagramm über die Vorgehensweise des widerstandskapazitiven Beschleunigungsmessers 18 ist in den 4a und 4b dargestellt.
  • In dem Beschleunigungssensorchip 50 befindet sich eine Masse 52, die in deren jeweiligen Enden zu den zwei Halteelementen 54 und 56 eingeführt wird, welche sprunghafte Eigenschaften besitzen. Jedes Halteelement 54 und 56 ist mit den jeweiligen Enden der Innenflächen des mikrofertig gestellten Gehäuses 51 befestigt. Ein Metallfinger 58 erstreckt sich von einer Seite der Masse 52. Zwei im Wesentlichen parallel angeordnete Metallplatten 62 und 64 erstrecken sich von einer Innenfläche des Mikrogehäuses 51 und zu dieser Innenfläche im Allgemeinen rechtwinkelig. Es kann zwischen dem Metallfinger 58 und der einen oder den beiden Metallplatten 62 und 64 ein kapazitiver Widerstand gemessen werden. Die 4a und 4b veranschaulichen die Draufsichten auf den Beschleunigungssensorchip 50. Wenn der Chip 50 horizontal angeordnet ist und sich im Ruhezustand befindet – d. h. das Schwerkraftfeld g befindet sich senkrecht zum Seitenrahmen – ist die Masse 52 zu den beiden Platten 62 und 64 gleich weit entfernt. Wenn jedoch der Chip 50 beispielsweise nach rechts gekippt wird (d. h. die rechte Seite des Chips 50 wird in den Seitenrahmen gekippt), bewegt sich die Masse 52 nach rechts, wodurch sich der kapazitive Widerstand verändert, der zwischen dem Metallfinger 58 und den Platten 62 und/oder 64 gemessen werden kann.
  • In dieser Ausführungsform gibt der widerstandskapazitive Beschleunigungsmesser 18 zwei Tastverhältnis-Modulationssignale (DCM = Duty Cycle Modulated) aus, wobei jedes DCM-Signal eine Auflösung von 14 Bits aufweist. Das Tastverhältnis für jede DCM-Ausgabe ist in Bezug auf die Beschleunigung in jeder der beiden Achsen proportional bzw. anteilmäßig, welche von dem Beschleunigungsmesser 18 erfasst wurden (z. B. die X- und die Y-Achse). Das Tastverhältnis ist das Verhältnis von der Impulsbreite pw zur Periodendauer T, wie in 5 veranschaulicht ist. Diese DCM-Ausgaben können von einem Mikroprozessor bzw. CPU 16 direkt gemessen werden, ohne dass ein Analog-Digital-Konverter erforderlich ist.
  • Folglich entspricht das Tastverhältnis für jedes Ausgabesignal pw/T. Die von dem Beschleunigungsmesser 18 erfahrene Beschleunigung wird mit folgender Formel errechnet:
    Figure 00070001
    wobei das nominale Tastverhältnis beim Nullpunkt g 50% ist und das Tastverhältnis pro g 12,5% beträgt. Daher wird zum Errechnen der Beschleunigung von der Tastverhältnisausgabe aus dem Beschleunigungsmesser folgende Formel angewendet:
    Figure 00070002
  • Die vorstehenden Formeln stellen Beschleunigungsschätzwerte dar. Für eine höhere Genauigkeit der Messungen muss die tatsächliche Abweichung (Tastverhältnis am Nullpunkt g) mit der Nullpunkt-Stufenfolge (Tastverhältnis pro g) ausgetauscht werden. Nähere Informationen in Bezug auf den in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendeten Beschleunigungsmesser kann aus einem Informationsbericht [Weißbuch] entnommen werden mit folgendem Titel: „Using the ADXL202 with a Microcontroller" [zu dt. etwa: „ADXL202-Anwendung mit einem Mikrokontroller"] von Harvey Weinberg, Firma Analog Devices, sowie aus dem Datenblatt über die ADXL202/ADXL210-Ausführung, die beide in dieser Beschreibung unter Referenzangabe in ihrer Gesamtheit enthalten sind und über das Internet www.analog.com von der Firma Analog Devices bezogen werden können.
  • Die 6a bis 6c veranschaulichen die Steuereinheit 14, die über einem X-Y-Koordinatensystem auflagert. In 6a hat die Steuereinheit 14, welche die Form einer Pistole aufweist, ihr Laufrohr entlang der X-Achse angeordnet, während sich auf der Y-Achse der Handgriff befindet. Wenn, wie in 6b dargestellt ist, die Steuereinheit 14 nach oben gekippt wird (um den Lagerpunkt 19 geschwenkt wird), bewegt sich das Laufrohr in die positive Y-Richtung. Gleichermaßen, wenn die Steuereinheit 14 nach unten gekippt wird (um den Lagerpunkt 19 geschwenkt wird), bewegt sich das Laufrohr in die negative Y-Richtung. Wenn, wie in 6c dargestellt ist, das Handstück der Steuereinheit 14 nach links gekippt wird (um den Lagerpunkt 19 geschwenkt wird), bewegt sich der Handstück in die negative X-Richtung. Gleichermaßen, wenn das Handstück der Steuereinheit 14 nach rechts gekippt wird (um den Lagerpunkt 19 geschwenkt wird), bewegt sich das Handstück in die positive X-Richtung. Daher würde zum Beispiel die Ausgabe der DCM-Beschleunigungssignale von dem Beschleunigungsmesser die folgenden Tastverhältniswerte aufweisen:
    X Y
    nach oben 0.5 0.625
    nach unten 0.5 0.375
    nach links 0.375 0.5
    nach rechts 0.625 0.5
  • Die Tastverhältniswerte repräsentieren die Pulsbreitendauer pw gegen die Periodendauer T. Zum Beispiel entspricht das Tastverhältnis 0,625 einer Pulsbreite pw von 62,5 Einheiten aus einer 100 Periodendauereinheit T heraus. Das Tastverhältnis 0,5 entspricht einer Pulsbreite pw von 50 Einheiten aus einer 100 Periodendauereinheit T. Aus diesen Werten ermittelt die Spielsteuerung 15, in was für eine Richtung die Steuereinheit 14 gerade gekippt bzw. in Schräglage versetzt wird.
  • Die Fachleute auf diesem Gebiet werden positiv bewerten, dass mehrere, einzelne Achsenbeschleunigungsmesser anstelle des Zweiachsen-Beschleunigungsmessers 18 angewendet werden können und/oder es kann eine Kombination von Einzel- und/oder Mehrachsen-Beschleunigungsmesser zum Erkennen der Beschleunigung in einer oder in mehreren Achsen zum Einsatz kommen.
  • In allen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit 14 einen Lichtsensor 20, der in der Steuereinheit 14 untergebracht ist. Gemäß 3 ist die Steuereinheit 14 eine Pistole, die in Zusammenhang mit Videospielen verwendet wird, in denen ein Spieler die Steuereinheit 14 zum Anschießen von Spielfiguren hält und/oder von Zielen in der Spielumgebung, die auf dem Videobildschirm 12 dargestellt sind, indem die Pistole auf den Bildschirm 12 hinzielt. Der Lichtsensor 20 ist mit der Spielsteuerung 15 gekoppelt.
  • Der Lichtsensor 20 wird aktiviert, sobald der Spieler den Pistolenauslöser 22 drückt. Während der Pistolenauslöser 22 herausgezogen bzw. gedrückt worden ist, erfasst der Lichtsensor 20 ein ankommendes Licht aus dem Videobildschirm 12, das mit der Stelle korrespondiert, worauf die Steuereinheit 14 auf den Videobildschirm 12 gerichtet ist. In Reaktion auf diese Lichterfassung erzeugt der Lichtsensor 20 ein Erfassungssignal für die Spielsteuerung 15. Die Spielsteuerung 15 ermittelt daraufhin, wo die Pistole auf dem Videobildschirm 12 gerade hinzielt, wie dies noch näher nachstehend beschrieben wird.
  • Der Videobildschirm 12 ist ein typischer CRT-Monitor (CRT = Cathode Ray Tube bzw. Kathodenstrahlröhre), der ein Bild generiert, wobei die Kathodenstrahlröhre eine Vielzahl von Pixeln in horizontalen Zeilen verarbeitend verfolgt, eines nach dem anderen, den ganzen Bildschirm hinweg. Nachdem das letzte Pixel in der letzten Zeile erzeugt worden ist, wird der Videobildschirm 12 erneuert, indem nochmals eine Vielzahl von Pixeln der Reihe nach verarbeitend verfolgt werden, wobei wieder in der ersten Zeile begonnen wird. In der Regel wird der Bildschirm 12 mit einer Frequenzrate von 30 Hz bis 60 Hz erneuert. Infolgedessen erfolgt der Erneuerungsprozess so schnell, dass das menschliche Auge nur alles, was als komplettes Bild erscheint, das sich aus all den Pixeln zusammensetzt, sieht.
  • Ein typischer, hochauflösender VGA-Monitor zum Beispiel enthält 640 Pixel pro Zeile und 480 Reihen, d. h. es handelt sich um einen 640 × 480-Monitor. Der Videobildschirm 12 wird in horizontale und vertikale Koordinaten unterteilt, die mit jedem Pixel korrespondieren. Die Monitore verfolgen typischerweise die Pixel in horizontalen Zeilen, wobei sie in der oberen linken Ecke starten und von links nach rechts vorgehen, wie dies in 7 dargestellt ist. Nachdem das letzte Pixel in einer Zeile erzeugt wurde, wird mit der nächsten Zeile begonnen. Nachdem die letzte Zeile komplettiert ist, beginnt der Verarbeitungsprozess wieder mit der oberen, linken Ecke des Bildschirms. In einer Ausführungsform befindet sich das erste Pixel, das in der oberen, linken Ecke erzeugt wurde, in der Koordinatenebene (1, 1), die der horizontalen Zeile 1 und der vertikalen Spalte 1 entspricht. Das nächste erzeugte Pixel befindet sich in der Koordinatenebene (1, 2), die der horizontalen Zeile 1 und der vertikalen Spalte 2 entspricht. Das erste Pixel in der nächsten Zeile besitzt die Koordinatenebene (2, 1), die der horizontalen Zeile 2 und der vertikalen Spalte 1 entspricht. Das letzte Pixel in der letzten Zeile besitzt die Koordinatenebene (480, 640), die der horizontalen Zeile 480 und der vertikalen Spalte 640 entspricht. Ein Paarzähler verfolgt die Spur, in der aktuell ein Pixel gerade erzeugt wird. Wenn jedes Pixel erzeugt worden ist, wird der Spaltenzähler inkrementiert. Wenn mit der nächsten Zeile begonnen wird, wird der Zeilenzähler inkrementiert. Die Zählwerke werden jedes Mal in die Nullausgangsstellung zurückversetzt, wenn die Bildschirmanzeige erneuert wird, d. h. jedes Mal wenn das erste Pixel in der ersten Zeile erzeugt wird, erhalten die horizontalen und vertikalen Zählwerke jeweils eine 1.
  • Wenn in der Ausführungsform, in der die Steuereinheit 14 eine Pistole ist, der Pistolenauslöser 22 gezogen wird, wird zugleich der Lichtsensor 20 aktiviert, wobei nur ein eng fokussierter Bereich mit Licht in den Sensor 20 eintreten darf Dies wird mit einer Reihe von kleinen Arbeitsöffnungen [Aperturblenden] ausgeführt, die das ankommende Licht bündeln, so dass nur das Licht direkt vor dem Sensor 20 erfasst wird. Auf diese Weise erfasst der Sensor 20 Licht aus einem Bereich 24, auf den auf dem Bildschirm 12 gerade gezielt wird. Sobald zum Beispiel der Auslöser 22 gedrückt worden ist, wird der Sensor 20 aktiviert. Normalerweise werden zu diesem Zeitpunkt in dem Bereich 24 keine Pixel erzeugt, auf den die Pistole auf dem Bildschirm 12 hinzielt. In der Regel wird aber der Auslöser 22 für eine Zeitspanne von Zehnteln von Millisekunden gedrückt. Während dieses Zeitraums wird der Bildschirm 12 unzählige Male erneuert angesichts der Tatsache, dass ein typischer Bildschirm eine Bildaktualisierungsrate zwischen 30 Hz bis 60 Hz aufweist. Wenn der auf dem Bildschirm 12 gerade angezielte Bereich 24 ein oder mehrere Pixel erzeugt, wird das Licht von diesen Pixeln von dem Sensor 20 erfasst. Der Lichtsensor 20 produziert daraufhin ein Erfassungssignal für die Spielsteuerung 15. Nach dem Erhalt des Erfassungssignals speichert die Spielsteuerung 15 die horizontalen und vertikalen Koordinaten (welche in den Zählerwerken gespeichert sind), die dem/den Pixel/n entspricht/entsprechen, auf das/die auf dem Videobildschirm 12 gerade gezielt wird. Auf diese Weise wird der Bereich 24, auf den die Steuereinheit 14 auf dem Videobildschirm 12 gerade hinzielt, ermittelt. Diese Information kann dann von der Spielsteuerung 15 verwendet werden, um festzustellen, ob auf dem Bildschirm 12 ein Ziel getroffen worden ist.
  • Demzufolge kann eine Steuereinheit 14, die einen Beschleunigungsmesser 18 und einen Lichtsensor 20 enthält, in Verbindung mit Videospielen – wie beispielsweise das Area 51TM und das Magnum ForceTM – verwendet werden, wobei der Spielteilnehmer die Steuereinheit 14 (z. B. eine Lichtpistole) verwendet, um ein Ziel zum Anschießen auszuwählen, indem diese auf dem Videobildschirm 12 zu den verschiedenen Stellen gerichtet und der Auslöser 22 der Lichtpistole durchgezogen bzw. gedrückt wird (d. h. zu den Spielerzielen und für die Spielerschüsse). Der Spieler kippt dafür die Steuereinheit 14, um die Spielfigur in der Spielumgebung herum zu navigieren, wie vorstehend beschrieben wurde. Dies lässt eine spannendere und intuitivere Interaktion mit dem Videospiel zu im Gegensatz zu den Spielen, in denen die Spielsteuerung automatisch auswählt, wohin sich die Spielfigur in der Spielumgebung bewegen soll, nachdem bestimmte Ziele angeschossen worden sind.
  • Der Betriebsvorgang in der Steuereinheit 14 ist intuitiv, da der Beschleunigungsmesser 18 natürliche Hand- und/oder Körperbewegungen in die Spielfigurbewegung innerhalb der Spielumgebung überträgt. Hinzukommend zum Beispiel zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, in denen die Steuereinheit 14 zum Anschießen von Zielen und zum Navigieren einer Spielumgebung dient, besteht in einer anderen Ausführungsform die Steuereinheit 14 aus zwei Handgriffen, welche der Spieler hält, wobei jeder Griff in seinem Innengehäuse einen Beschleunigungsmesser enthält und auf der Außenseite einen Berührungssensor zum Ertasten, ob die jeweilige Hand geöffnet oder geschlossen ist. Infolgedessen kann der Spieler in einem Spiel – wie zum Beispiel das Mortal Kombat® – Objekte in der Spielumgebung aufnehmen und außerdem kann der Spieler durch ein Bewegen der zwei Handstücke diesem Objekt einen Schlag versetzen und/oder damit kicken.
  • Die Steuereinheit 14 kann ein Schwert, ein Stock oder ein „Leichtsäbel" mit einem Beschleunigungsmesser im Innern sein, wobei ermöglicht wird, dass der Spieler gegen eine computergenerierte Spielfigur auf dem Bildschirm kämpft oder dass andere Spieler mit dem Videospielsystem verknüpft werden können.
  • Die Steuereinheit 14 kann eine Kricket-/Baseballkeule, ein Golfschläger oder ein Tennisschläger/Racketschläger mit einem Beschleunigungsmesser im Innern sein, der zulässt, dass der Spieler für Bälle auf dem Bildschirm zum Schlag ausholt und diese schlägt.
  • Die Steuereinheit 14 kann für die Anwendung in einem Luftkissenboot- bzw. Hovercraft-Spiel auch aus einem Sessel bestehen. Der Spieler sitzt in dem Sessel, in dem ein Beschleunigungsmesser untergebracht ist, und der Sessel wird von der Spielsteuerung in Schräglagen versetzt, um Bewegungen über unterschiedliche Oberflächen zu simulieren, wie zum Beispiel über raue und glatte (Wasser-)Oberflächen. Der Beschleunigungsmesser stellt der Spielsteuerung eine Rückkopplung bereit, so dass die Spielsteuerung die relative Position des Sessels während des Videospiels feststellen kann. Der Sessel kann von einem Airbag-Antriebssystem bzw. Luftsack-Antriebssystem unterstützt werden. Hierbei wird Luft in den Luftsack hinein geblasen oder aus diesem freigesetzt, um den Sessel in Schräglage entsprechend den ausgewählten Spielanforderungen zu versetzen.
  • Zusätzlich oder als Alternative kann ein kleiner Motor oder Elektromagnet (des Typs, der in elektronischen Funkempfängern zum Einsatz kommt) zur Steuereinheit 14 zum Erzeugen von Vibrationen hinzugefügt werden, um den Antriebseffekt einer energievollen Waffe hervorzurufen, um damit eine Waffen-Überbelastung zu signalisieren, um einen Rückprall zu simulieren, um einen Ballschlag zu simulieren, etc.
  • In einigen Ausführungsbeispielen, wie zum Beispiel in einem Schwertspiel, in dem ein Spieler mit einem Schwert, das einen Beschleunigungsmesser im Innern aufweist, gegen eine computergenerierte Spielfigur auf dem Bildschirm kämpft oder gegen andere Spieler, die mit dem Videospielsystem verknüpft sind, werden weitere Informationen über die Position der Steuereinheit (z. B. des Schwertes) gewünscht, um eine realistischere Spielführung herstellen zu können. Da der vorstehend beschriebene Beschleunigungsmesser der Spielsteuerung nur die relative Position der Steuereinheit zukommen lässt (d. h. ob die Steuereinheit gerade nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts bewegt wird), sind häufig noch weitere Informationen erforderlich, zum Beispiel, wie die Steuereinheit gerade bewegt wird. Zum Beispiel können auch in unserem Schwert-Ausführungsbeispiel noch weitere Informationen darüber gewünscht werden, ob der Spieler gerade einen Überkopf-Ausschlag, einen Seitenschlag oder eine Schlagabwehr mit dem Schwert ausführt.
  • Um feststellen zu können, wie das Schwert gerade geschwungen wird, müssen von dem Beschleunigungsmesser während der verschiedenen Aktionen oder Bewegungen unter Anwendung der Steuereinheit Informationen über die Beschleunigungsausgaben gesammelt werden. Ein Weg zum Sammeln von solchen Beschleunigungsdaten ist die Verwendung eines Bewegungserfassungslabors. In dem Labor hält zum Beispiel ein Spieler die Steuereinheit. Die Steuereinheit und der Spieler sind beide mit Reflexionsmaterial ausgestattet. Das Labor enthält mehrere Kameras, wie beispielsweise Rotlichtkameras (von denen müssen mindestens immer drei den Spieler und die Steuereinheit jederzeit im Sichtbereich haben, um über drei Achsen die entsprechenden Bewegungsinformationen zu erhalten), um so auch das Licht erfassen zu können, das von der Steuereinheit und dem Spieler reflektiert wird. Daraufhin führt der Spieler mit der Steuereinheit eine Reihe von Routinebewegungen aus. Dazu führt der Spieler zum Beispiel einen Überkopf-Ausschlag, einen Seitenschlag und eine Schlagabwehr mit der Steuereinheit (z. B. mit einem Schwert) aus. Der Antrieb des Spielers und der Steuereinheit bezüglich jeder Bewegung werden zusammen mit den korrespondierenden Beschleunigungsinformationen aus dem Beschleunigungsmesser in der Steuereinheit (mit bestimmten Zeitintervallen) erfasst. In der Regel sind Beschleunigungsdaten in Bezug auf drei Achsen erforderlich.
  • Daher kann – nachdem die Daten für verschiedene Steuereinheitsvorgänge erfasst worden sind – die Spielsteuerung programmiert werden, um bestimmte Beschleunigungsdaten zu erkennen, wie sie mit einer bestimmten, vordefinierten Bewegung korrespondieren. Die Abstimmung zwischen den Beschleunigungsdaten und den vordefinierten Bewegungen wird mit den allgemein bekannten Kurvenanpassungstechniken ausgeführt. Das Ergebnis ist eine realistischere Spielführung, wobei die Hand und/oder die Körperbewegung des Spielers zum Steuern einer Spielfigur/eines Spielobjekts verwendet werden. Das vorherige Erfassen von Bewegungsdaten ermöglicht eine größere Genauigkeit in der Ermittlung, welche Bewegungen der Spieler gerade tatsächlich mit der Steuereinheit ausführt.
  • Infolgedessen ist die vorliegende Erfindung auf eine einzige, in der Hand zu haltende Steuereinheit 14 ausgerichtet, die es ermöglicht, dass ein Spieler Ziele auf dem Videobildschirm 12 anschießt und/oder anschlägt und/oder diese in der ganzen Spielumgebung bewegt, indem die Steuereinheit 14 einfach mit den natürlichen Hand-/Körperbewegungen bewegt wird. Daher ist nur eine einzige in der Hand zu haltende Gerätschaft (Steuereinheit 14) erforderlich, um das Videospiel voll und ganz steuern zu können. Demzufolge können in der vorliegenden Erfindung die Spielcharaktere in der Spielumgebung alle Wege verfolgen anstatt auf vordefinierten Spielpfaden eingeschränkt zu sein. Die vorliegende Erfindung lässt zu, dass eine Spielfigur beispielsweise überall in der Spielumgebung herumgehen und gleichzeitig schießen kann. Zusätzlich oder als Alternative erlaubt die vorliegende Erfindung, dass eine Spielfigur beispielsweise überall in der Spielumgebung herumgehen, anhalten und dann auf ein Ziel schießen kann. Wenn somit am oberen Rand der Bildschirmanzeige 12 der Spielteilnehmer ein Ziel anvisieren soll, um auf dieses zu schießen, muss die Spielfigur nicht extra rückwärts gehen. In dieser Ausführungsform verwendet der Spieler einen Schalter (oder eine Taste) 17, um zwischen dem Schießmodus und dem Bewegungsmodus hin- und herzuschalten, wie dieser in 3 abgebildet ist. Für diesen Betriebsvorgang schaltet der Spieler den Schalter 17 in den Bewegungsmodus, um eine Spielfigur durch die Spielumgebung zu navigieren. Wenn daraufhin der Spieler ein Ziel zum Anschießen findet, wird der Schalter 17 in den Schießmodus umgeschaltet, so dass der Spieler auf das Ziel schießen kann, wobei der Lichtsensor zum Einsatz kommt, wie vorstehend beschrieben wurde. Das Hin- und Herschalten zwischen dem Schießmodus und dem Bewegungsmodus deaktiviert jeweils den Beschleunigungsmesser oder den Lichtsensor. In einer anderen Ausführungsform weist der Schalter 17 drei Einstellmoden auf: den Schießmodus, den Bewegungsmodus und den Bewegungs-/Schießmodus. Der Bewegungs-/Schießmodus erlaubt dem Spieler, eine Spielfigur in der ganzen Spielumgebung zu navigieren, während sie in der Lage ist, gleichzeitig auf Ziele zu schießen. Daher bleiben in diesem Betriebsmodus sowohl der Beschleunigungsmesser als auch der Lichtsensor aktiviert.
  • Des Weiteren können drei oder mehrere Beschleunigungsmesser zum Erfassen der Beschleunigung in drei oder mehreren Achsen zum Einsatz kommen. Folglich kann mit dieser einzigen, in der Hand zu haltenden Steuereinheit 14 der Spieler genau steuern, wohin die Spielfigur in einer dreidimensionalen Spielumgebung zu gehen hat.
  • Das Hinzufügen von einem oder von mehreren Beschleunigungsmessern in einer Steuereinheit kann aufgrund der kleinen Abmessung und des geringen Gewichts der Beschleunigungsmesser dezent ausgeführt werden. Die Beschleunigungsmesser zum Beispiel, die hierzu verwendet werden können, weisen einen. Umfang von 3/8 in. × 3/8 in. × 3/16 in. (1 in. = 2,54 mm) auf und fügen zur Steuereinheit ein Gewicht von weniger als eine Unze (= 28,34952 g) hinzu.
  • Die Steuereinheit 14 gemäß der vorliegenden Erfindung kann sowohl in Heimvideospielen als auch in münzbetriebenen Videospielen zur Anwendung kommen.
  • Die Steuereinheit 14, die in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung dargestellt und erläutert wird, weist die Form einer Pistole auf. Jedoch wie in Bezug auf die Steuereinheit 14 die vorstehende Auflistung von Alternativen aufzeigt, können auch andere Formen für die Steuereinheit 14 in Betracht gezogen werden. Die Fachleute auch dem Gebiet werden deshalb positiv bewerten, dass die Steuereinheit 14 in den verschiedensten alternativen Konfigurationen, Formgebungen und Abmessungen ausgearbeitet werden kann.

Claims (20)

  1. Videospiel-System mit: einer Spiel-Steuerung (15), einer in der Hand zu haltenden Steuereinheit (14), die mit der Spiel-Steuerung gekoppelt ist und einen Beschleunigungsmesser (18) enthält, wobei der Beschleunigungsmesser (18) ein Kippen der Steuereinheit (14) in bezug auf eine Achse erkennt, wobei der Beschleunigungsmesser (18) ein Beschleunigungssignal erzeugt, das das Kippen der Steuereinheit in bezug auf die Achse angibt, wobei die Spiel-Steuerung (15) das Beschleunigungssignal verarbeitet, um die Bewegung einer Spielfigur auf einem Videobildschirm, der mit der Spiel-Steuerung verbunden ist, steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Hand zu haltende Steuereinheit des Weiteren einen Lichtsensor enthält, der Lichtsensor ein oder mehrere Lichtpixel (24) von dem Videobildschirm (12) ermittelt, wobei der Lichtsensor ein Zielsignal für die Spiel-Steuerung (15) erzeugt, wobei die Spiel-Steuerung aus dem Zielsignal die Lichtpixel von dem Videobildschirm, die von dem Lichtsensor ermittelt wurden, bestimmt, die Steuereinheit (14) mit dem Beschleunigungsmesser-Signal und dem Zielsignal gekoppelt ist und ein Videosignal erzeugt, das die Bewegung der Spielfigur repräsentiert, die unabhängig ist von der Zielrichtung der Steuereinheit (14).
  2. Videospiel-System nach Anspruch 1, wobei der Beschleunigungsmesser (18) ein Zweiachsen-Beschleunigungsmesser ist.
  3. Videospiel-System nach Anspruch 1, wobei die Achse eine erste Achse ist und das Beschleunigungssignal ein erstes Signal ist, wobei der Beschleunigungsmesser (18) das Kippen der Steuereinheit (14) in Bezug auf die erste Achse und eine zweite Achse erkennt, wobei der Beschleunigungsmesser (18) das erste Signal und ein zweites Signal für die Spiel-Steuerung erzeugt, wobei das erste Signal das Kippen der Steuereinheit (14) in bezug auf die erste Achse angibt, das zweite Signal das Kippen der Steuereinheit (14) in bezug auf die zweite Achse angibt, wobei die Spiel- Steuerung (15) das erste und das zweite Signal verarbeitet, um die Bewegung einer Spielfigur (2) auf einem Videobildschirm, der mit der Spiel-Steuerung gekoppelt ist, zu steuern.
  4. Videospiel-System nach Anspruch 3, wobei der Beschleunigungsmesser (18) ein mit einer Mikromaschine hergestelltes Gehäuse (51), eine Masse (52) und ein Paar Halteelemente (54, 56) aufweist, wobei die Masse (52) an den jeweiligen Enden des Paars von Halteelementen befestigt ist, wobei jedes Halteelement an den jeweiligen Enden an den Innenflächen des mit einer Mikromaschine hergestellten Gehäuses befestigt ist.
  5. Videospiel-System nach Anspruch 4, wobei der Beschleunigungsmesser (18) einen Metallfinger (58) aufweist, der sich von einer Seite der Masse (52) erstreckt, zwei im Allgemeinen parallele Metallplatten (62, 64), die sich von einer Innenfläche des mit einer Mikromaschine hergestellten Gehäuses (51) und im Allgemeinen rechtwinklig dazu erstrecken, wobei zwischen dem Finger und einer der Platten eine Kapazität erzeugt wird.
  6. Videospiel-System nach Anspruch 3, wobei das Kippen des Beschleunigungsmessers (18) um die erste Achse eine Veränderung der Kapazität bewirkt.
  7. Videospiel-System nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Beschleunigungsmesser (18) ein kapazitiver Beschleunigungsmesser ist.
  8. Videospiel-System nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Videobildschirm (12) eine Vielzahl einzelner Pixel (24), eines nach dem anderen, entlang horizontaler Zeilen verfolgt.
  9. Videospiel-System nach Anspruch 8, wobei jedes Pixel (24) eine horizontale und eine vertikale Koordinate aufweist.
  10. Videospiel-System nach Anspruch 9, wobei die Spiel-Steuerung (15) nach Empfang des Zielsignals die horizontalen und vertikalen Koordinaten der auf den Videobildschirm (12) gerichteten Pixel (24) speichert.
  11. Videospiel-System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Form eines Gewehrs hat.
  12. Verfahren zum Steuern einer Figur in einem Videospiel-System, wobei das System eine Spiel-Steuerung, eine in der Hand zu haltende Steuereinheit und einen Videobildschirm aufweist, wobei die Spiel-Steuerung mit der Steuereinheit und dem Videobildschirm gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit einen Beschleunigungsmesser und einen Lichtsensor enthält, wobei der Beschleunigungsmesser das Kippen der Steuereinheit in bezug auf eine Achse erkennt, wobei der Lichtsensor in der Steuereinheit untergebracht ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Verwenden des Beschleunigungsmessers in der Steuereinheit, um ein Beschleunigungssignal zu erzeugen, das das Kippen der Steuereinheit in bezug auf die Achse angibt; Übertragen des Beschleunigungssignals an die Spiel-Steuerung; Verarbeiten des Beschleunigungssignals mit der Spiel-Steuerung, um die Bewegung der Figur auf dem Videobildschirm zu steuern; Verwenden des Lichtsensors in der Steuereinheit, um ein oder mehrere Lichtpixel von dem Videobildschirm zu ermitteln und dadurch ein Zielsignal zu erzeugen; Übertragen des Zielsignals an die Spielsteuerung; Bestimmen der durch den Lichtsensor von dem Videobildschirm ermittelten Lichtpixel aus dem Zielsignal; Erzeugen eines Videosignals, das die Bewegung der Spielfigur repräsentiert, die unabhängig ist von der Zielrichtung der Steuereinheit; und Bestimmen, ob ein Ziel auf dem Videobildschirm getroffen worden ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Beschleunigungsmesser ein mit einer Mikromaschine hergestelltes Gehäuse und eine Masse aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Kippen des Beschleunigungsmessers um die Achse; und Erzeugen einer Änderung der Kapazität.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit die Form eines Gewehrs hat.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: Verfolgen einer Vielzahl einzelner Pixel auf dem Videobildschirm, eines nach dem anderen, entlang horizontaler Zeilen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren den Schritt des Zuordnen einer horizontalen und vertikalen Koordinate zu jedem Pixel umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren den Schritt des Speicherns der horizontalen und vertikalen Koordinaten der auf dem Videobildschirm angezielten Pixel im Ansprechen auf den Empfang des Zielsignals an der Spiel-Steuerung umfasst.
  19. Videospiel-System nach Anspruch 1, wobei die in der Hand zu haltende Steuereinheit (14) gekennzeichnet ist durch einen Schalter (17) mit wenigstens zweit Auswahlmöglichkeiten zum Schalten zwischen dem Betrieb des Beschleunigungsmessers (18) und des Lichtsensors (20).
  20. In der Hand zu haltende Steuereinheit (14) nach Anspruch 19, wobei der Schalter (17) eine erste Schalterauswahlmöglichkeit aufweist, die den Betrieb des Beschleunigungssensors (18) aktiviert, eine zweite Schalterauswahlmöglichkeit, die den Betrieb des Lichtsensors (20) aktiviert, und eine dritte Schalterauswahlmöglichkeit, die den Betrieb sowohl des Lichtsensors als auch des Beschleunigungsmessers aktiviert.
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