基于背投幕投影的益智游戏装置、控制方法、介质及应用与流程

1.本发明属于互动投影技术领域，尤其涉及一种基于背投幕投影的益智游戏装置、控制方法、介质及应用。


背景技术：

2.目前，随着游戏领域的飞速发展，各式各类的游戏层出不穷，人们对游戏的要求越来越高。然而传统游戏装置交互方式单一，缺少实体交互体验，游戏设计细节不够完善，导致游戏的沉浸感不足，也容易让参与者产生疑惑。现有的游戏装置多以电子屏幕作为主要展示面，且装置的操作过于局限，导致参与者游戏体验不友好，同时也容易造成参与者兴趣缺失。此外，常见的投影游戏装置是以桌面为投影载体，长时间容易造成使用者颈椎不适。大多游戏装置旨在刺激好玩，并没有学习意义。因此，亟需一种新的智能游戏装置。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)游戏装置交互方式单一，缺少实体交互体验，游戏设计细节不够完善。
5.(2)游戏装置多以电子屏幕作为主要展示面，装置的操作过于局限。
6.(3)常见的投影游戏装置是以桌面为投影载体，容易造成使用者颈椎不适；大多游戏装置旨在刺激好玩，并没有学习意义。
7.解决以上问题及缺陷的意义为：将互动投影的游戏装置进行改良，将背投幕作为投影载体。以一个保护动物的故事作为背景推动游戏剧情，结合实体道具使玩家产生沉浸感，在游戏过程中感受到更大的乐趣的同时，增强动物保护意识。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于背投幕投影的益智游戏装置、控制方法、介质及应用。
9.本发明是这样实现的，一种基于背投幕投影的益智游戏装置，所述基于背投幕投影的益智游戏装置，设置有：
10.背投幕；
11.所述背投幕前方安装有摄像头，所述背投幕后方安装有投影仪，所述投影仪及摄像头连接控制主机；
12.机械装置中包含微处理器，所述微处理器通过数据线连接蓝牙模块及电机马达，所述微处理连接电源驱动模块。
13.进一步，所述微处理器为arduino mega2560，所述蓝牙模块为hc-05d，所述电机马达为dc3v-6v。
14.进一步，所述背投幕采用pvc。
15.进一步，所述基于背投幕投影的益智游戏装置，还设置有机械杯子装置和泡沫积木；其中，所述机械杯子装置包括微处理器，与微处理器连接的蓝牙模块，与微处理器连接的电机马达，与电机马达相连的转盘，与微处理器连接的电源驱动模块。
16.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于背投幕投影的益智游戏装置的基于背投幕投影的益智游戏装置的控制方法，所述基于背投幕投影的益智游戏装置的控制方法的实现包括以下步骤：
17.步骤一，将主控计算机与投影仪相连，通过电源或利用ac/dc转换器连接市电为微处理器供电；
18.步骤二，机械底座装置和机械杯子装置与主控计算机进行蓝牙通信，将从机械装置的微处理器中的得到图片数据结果发送至主控计算机。该蓝牙通信具体为：hc-06蓝牙模块与主控计算机之间以9600波特率的进行字符串数据传输，并使用python语言进行编译；
19.步骤三，主控计算机利用图像识别技术进行分析，具体分析方法为：首先，对图像进行灰度值转化并使用hsv色域表示；其次，设定颜色的阈值上限为(35，50，100)，设定颜色阈值的下限为(77，255，255)；其次，设定掩膜取值范围、使用双边滤波消除图片噪声并进行边缘识别；最后，进行使用霍夫圆检测算法识别图形，如果识别成功，则再获取图形的坐标和半径信息，再将结果通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎；
20.步骤四，微处理器依据从主控计算机处传输的数据信息操控电机马达的转动；通过unity3d游戏引擎，利用.net的多线程串口通信技术和ai状态机技术实现主控计算机对投影场景的控制，该场景控制的实现方法为：使用loadlevel函数进行场景加载，使用loadleveladditiveasync实现场景的无缝融合，使用预制体实现新场景的加载；
21.步骤五，经过主控计算机处理对投影场景产生实时改变，通过投影仪将主控计算机中构建的场景实时地投影到背投幕上。
22.所述步骤三主控计算机利用图像识别技术进行分析包括：
23.(1)对图像进行灰度值转化并使用hsv色域表示；
24.(2)设定颜色的阈值上限为(35，50，100)，设定颜色阈值的下限为(77，255，255)；
25.(3)设定掩膜取值范围、使用双边滤波消除图片噪声并进行边缘识别：
[0026][0027][0028]
在上述双滤波公式中，像素权重为gr，空间距离权重为gs。
[0029]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
[0030]
将主控计算机与投影仪相连，通过电源或利用ac/dc转换器连接市电为微处理器供电；机械底座装置和机械杯子装置与主控计算机进行蓝牙通信，将从机械装置的微处理器中的得到图片数据结果发送至主控计算机；主控计算机利用图像识别技术进行分析，将分析数据结果通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎；
[0031]
微处理器依据从主控计算机处传输的数据信息操控电机马达的转动；通过
unity3d游戏引擎，利用.net的多线程串口通信技术和ai状态机技术实现主控计算机对投影场景的控制；经过主控计算机处理对投影场景产生实时改变，通过投影仪将主控计算机中构建的场景实时地投影到背投幕上。
[0032]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
[0033]
将主控计算机与投影仪相连，通过电源或利用ac/dc转换器连接市电为微处理器供电；机械底座装置和机械杯子装置与主控计算机进行蓝牙通信，将从机械装置的微处理器中的得到图片数据结果发送至主控计算机；主控计算机利用图像识别技术进行分析，将分析数据结果通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎；
[0034]
微处理器依据从主控计算机处传输的数据信息操控电机马达的转动；通过unity3d游戏引擎，利用.net的多线程串口通信技术和ai状态机技术实现主控计算机对投影场景的控制；经过主控计算机处理对投影场景产生实时改变，通过投影仪将主控计算机中构建的场景实时地投影到背投幕上。
[0035]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的基于背投幕投影的益智游戏装置。
[0036]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的基于背投幕投影的益智游戏装置。
[0037]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
[0038]
本发明采用机械装置作为主要游戏道具，通过蓝牙技术进行数据传输，，让使用者能够更加真实的进行实时实体交互。
[0039]
本发明采用pvc背投幕作为主要展示平面，pvc背投幕可将投影仪与参与者隔开，参与者在背投幕前操作不会影响到投影仪的投影效果，因此更能产生沉浸感，同时相对于白色反光桌面或者led电子屏更能保护视力。用户使用感受结论如实验中图5所示。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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。
[0041]
图1是本发明实施例提供的基于背投幕投影的益智游戏装置的控制方法流程图。
[0042]
图2是本发明实施例提供的基于背投幕投影的益智游戏装置的结构示意图；
[0043]
图中：1、背投幕；2、投影仪；3、控制主机；4、摄像头；5、机械底座装置；6、机械杯子装置；7、泡沫积木。
[0044]
图3和图4是本发明实施例提供的机械装置的结构示意图；
[0045]
图中：1、微处理器arduino mega2560；2、蓝牙模块hc-05d；3、电机马达dc3v-6v；4、电源驱动模块。
[0046]
图5是进行实验得出的问题一的评分柱状图；
[0047]
图6是进行实验得出的问题二的评分柱状图；
具体实施方式
[0048]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0049]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于背投幕投影的益智游戏装置及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0050]
如图1所示，本发明实施例提供的基于背投幕投影的益智游戏装置的控制方法包括以下步骤：
[0051]
s101，将主控计算机与投影仪相连，通过电源或利用ac/dc转换器连接市电为微处理器供电；
[0052]
s102，机械底座装置和机械杯子装置与主控计算机进行蓝牙通信，将从机械装置的微处理器中的得到图片数据结果发送至主控计算机；
[0053]
s103，主控计算机利用图像识别技术进行分析，将分析数据结果通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎；
[0054]
s104，微处理器依据从主控计算机处传输的数据信息操控电机马达的转动；通过unity3d游戏引擎，利用.net的多线程串口通信技术和ai状态机技术实现主控计算机对投影场景的控制；
[0055]
s105，经过主控计算机处理对投影场景产生实时改变，通过投影仪将主控计算机中构建的场景实时地投影到背投幕上。
[0056]
步骤s102中，蓝牙通信包括：hc-06蓝牙模块与主控计算机之间以9600波特率的进行字符串数据传输，并使用python语言进行编译。
[0057]
所述步骤s103中主控计算机利用图像识别技术进行分析包括：
[0058]
(1)对图像进行灰度值转化并使用hsv色域表示；
[0059]
(2)设定颜色的阈值上限为(35，50，100)，设定颜色阈值的下限为(77，255，255)；
[0060]
(3)设定掩膜取值范围、使用双边滤波消除图片噪声并进行边缘识别；
[0061][0062][0063]
在上述双滤波公式中，像素权重为gr，空间距离权重为gs[0064]
(4)进行使用霍夫圆检测算法识别图形，如果识别成功，则再获取图形的坐标和半径信息，再将结果通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎。
[0065]
步骤s104场景控制的实现方法包括：使用loadlevel函数进行场景加载，使用loadleveladditiveasync实现场景的无缝融合，使用预制体实现新场景的加载。
[0066]
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
[0067]
本发明提出的一种基于背投幕投影的益智游戏装置是以动物保护故事为游戏背景结合投影技术设计的益智类游戏装置，嵌入有微处理器及相关硬件模块的机械装置是游
戏的主要道具，目的是想让参与者能够更加真实的进行实体交互。参与者可通过使用两种机械装置来体验游戏的乐趣，更有游戏代入感。
[0068]
如图2所示，本发明实施例提供的基于背投幕的投影益智游戏装置，包括背投幕1，投影仪2和主控计算机3，摄像头4，装置还包括：机械底座装置5、机械杯子装置6和泡沫积木7。其中投影仪1与主控计算机连接，摄像头4与主控计算机3连接。
[0069]
其中机械底座装置5和机械杯子装置6的机械装置结构图如图3和图4所示。
[0070]
如图3所示，在机械底座装置中，包括微处理器1，与微处理器1连接的蓝牙模块2，与微处理器1连接的电机马达3，与微处理器1连接的电源驱动模块4。微处理器1优先采用电池(直流电源)供电。但为了避免电池供电不足影响续航性的情况，微处理器1也可以使用电源供电，通过ac/dc转换器连接市电。一个微处理器1控制复数x个电机马达，微处理器1连接一个蓝牙模块2和一个电源驱动模块3。复数x为一个可变数，可根据游戏关卡的需求而对应改变。
[0071]
如图4所示，在机械杯子装置中，包括微处理器1，与微处理器1连接的蓝牙模块2，与微处理器1连接的电机马达3，与电机马达3相连的转盘5，与微处理器1连接的电源驱动模块4。微处理器1优先采用电池(直流电源)供电。但为了避免电池供电不足影响续航性的情况，微处理器1也可以使用电源供电，通过ac/dc转换器连接市电。一个微处理器控制1个电机马达，微处理器1连接一个蓝牙模块2和一个电源驱动模块3。
[0072]
主控计算机3对投影场景的控制可采用现有技术中的unity3d游戏引擎来实现，利用.net的多线程串口通信技术、ai状态机(finite state machine)技术。本装置中所设置的一台投影仪2，为xgimi h1，其系统自带的1080p分辨率和900流明可以提供最佳的视觉观赏效果。投影仪2的作用是将主控计算机3中构建的场景实时地投影到背投幕1上。主控计算机3与投影仪2相连，机械底座装置5和机械杯子装置6与主控计算机3进行蓝牙通信，从机械装置中的微处理器1中的得到的数据信息输入主控计算机3中，经过主控计算机3处理对投影场景产生实时改变，然后将改变后的场景输出到投影仪1投出到投影背投幕1上。
[0073]
投影背投幕1为pvc，是本发明投影的主要展示平面，pvc背投幕底色为灰色，具有粗糙的质感。同时相对于白色平面或者led电子屏更能保护视力。
[0074]
本发明中，一种具体的实施方式：采用内嵌有微控制器的机械道具，进行益智交互游戏。游戏分为两个关卡模式。
[0075]
关卡1需要参与者在机械底座装置上的圆盘处搭建泡沫积木，所搭建积木轮廓需和投影画面中的提示保持一致，在规定时间内搭建完成后，摄像头将采集参与者的积木搭建情况，将图片数据结果通过蓝牙通信发送至主控计算机，主控计算机利用图像识别技术进行分析，将分析数据结果通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎。其中，微处理器将依据从主控计算机处传输的数据信息操控电机马达的转动，unity3d引擎依据从主控计算机处传输的数据信息改变投影画面。
[0076]
关卡2需要参与者使用机械杯子装置，摄像头将机械杯子装置的实时画面传输至主控计算机，主控计算机识别机械杯子装置的位置信息，并将其与unity3d中的投影位置进行比对，最后将结果数据通过蓝牙通信传送至微处理器，同时利用socket通信传输至unity3d游戏引擎。其中，微处理器将依据从主控计算机处传输的数据信息操控电机马达的转动，unity3d引擎依据从主控计算机处传输的数据信息改变投影画面。
[0077]
为了验证本发明是否有助于改善参与者的游玩体验，我们设计并实施了一次实验。总共邀请了十八名参与者进行了三轮实验，每轮实验六名参与者。参与者不分年龄和性别。将参与者随机分成三个组：a组、b组和c组，每组两个人。
[0078]
实验提前准备三组游戏：基于计算机的游戏、基于桌面投影的游戏、基于背投幕的游戏，三种游戏的内容和玩法一致，仅游玩平台不同。开始实验后，让a组成员使用计算机进行游戏，b组成员使用桌面投影装置进行游戏，c组成员使用背投幕游戏装置进行游戏。三组成员同时开始游戏，体验20分钟后结束。游戏体验结束后，向每组成员派发问卷。问卷问题一(记为问题一)：询问参与者眼部和颈部是否有不适，并对不适程度打分(1分为无任何不适，5分为极度不适)；问卷问题二(记为问题二)：询问游戏游玩模式是否有趣，并打分(1分为极度无趣，5分为非常有趣)。
[0079]
三轮实验后，统计数据，得到了结论。
[0080]
三次重复实验后，共计六名a组成员对问题一评分的平均值为3.83，对问题二评分的平均值为1.67；共计六名b组成员对问题一评分的平均值为2.67，对问题二评分的平均值为2.17；共计六名c组成员对问题一评分的平均值为2，对问题二评分的平均值为3.17.(图5，图6)。
[0081]
根据结果来看，使用本发明装置进行游玩的c组成员在游玩20分钟后出现的眼部和颈部不适症状相较于其他两组更轻微，并且认为游戏更具趣味性和吸引力。
[0082]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0083]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0084]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。