CN106415448A - 指导交互面上的目标物体产生响应的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了指导一个或者多个物体在被置于交互面上或附近时产生输出的系统和方法。所述系统包括：多个物体，每个物体都嵌有唯一识别码和输出装置；交互面，配置为识别置于所述交互面上或者附近的物体的唯一识别码和位置信息；处理器，有效连接到所述交互面，配置为运行以关于所述物体的用户定义的规则编码的计算机程序；其中，当多个所述物体被置于所述交互面上或者附近时，所述处理器被配置为指导第一物体的所述输出装置基于所述用户定义的规则产生输出。

Description

指导交互面上的目标物体产生响应的系统和方法

对相关申请的交叉引用。

本申请是标题为“在交互面上指导移动物体的系统和方法”、提交于2014年8月15日的国际专利申请PCT/CN2014/084498的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/084498是标题为“使用实体物件运行计算机程序的系统及方法”、提交于2014年6月13日的国际专利申请PCT/CN2014/079891的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/079891是标题为“识别物体身份和相对于互动表面的位置的系统及方法”、提交于2014年3月6日的国际专利申请PCT/CN2014/072961的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/072961是标题为“识别物体身份和相对于互动表面的位置的系统及方法”、提交于2014年1月30日的国际专利申请PCT/CN2014/071850的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/071850是标题为“互动板的系统及方法”、提交于2013年3月12日的国际专利申请PCT/CN2013/072481的部分继续申请。本申请又是标题为“识别物体身份、朝向和相对于互动表面的位置的系统及方法”、提交于2014年6月23日的国际专利申请PCT/CN2014/080495的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/080495是标题为“识别物体身份和相对于互动表面的位置的系统及方法”、提交于2014年6月13日的国际专利申请PCT/CN2014/079892的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/079892是标题为“识别物体身份和相对于互动表面的位置的系统及方法”、提交于2014年3月6日的国际专利申请PCT/CN2014/072961的继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/072961是标题为“识别物体身份和相对于互动表面的位置的系统及方法”、提交于2014年1月30日的国际专利申请PCT/CN2014/071850的部分继续申请；国际专利申请PCT/CN2014/071850是标题为“互动板的系统及方法”、提交于2013年3月12日的国际专利申请PCT/CN2013/072481的部分继续申请。

上述每件申请的全部公开内容以引用方式纳入。

技术领域

本发明涉及教育和娱乐设备，更具体地，涉及检测置于界面上方或者附近的特定物体的位置和身份的交互面。

背景技术

通过允许用户和设备之间高水平的互动，廉价的计算机处理器的涌现对娱乐和教育游戏产生了非常大的影响。例如，已经开发的许多计算机游戏，使真人玩家与计算机对手来对阵。典型地，这样的电脑游戏通过电子显示系统创建动态的交互式多媒体环境，来提供游戏活动的可视化显示。不幸的是，这种显示缺乏传统板为基础的游戏固有的允许物理互动的立体性。此外，几乎所有的计算机游戏都是基于屏幕的，并要求玩家与电子屏幕互动，不管是手提计算机，还是智能手机，或平板电脑。因此，当用户使用计算机交互系统用于娱乐或者教育目的时，他们从很小的年龄就越来越多地暴露在屏幕之下。

另一方面，传统的交互系统可以使用一个或多个可移动的物体，让用户（尤其是年轻用户）感觉更加“自然”也更易于互动。例如，棋子可触及和操作的传统棋牌游戏所提供的快乐和感觉，无疑是有利的。但是，他们往往缺乏电脑游戏可以提供的音频和/或视频互动或其他形式的复杂反馈。

因此，可结合计算机技术和物体游戏的方法通过使玩家的物理操作被计算机系统解释，以诸如视频和/或者音频输出的多种感官配件形式向玩家提供实时的反馈，可以有效地增强玩家的体验。

根据本发明的实例，系统包括多种物体，比如卡片，积木或者微型塑像，可以通过比如LED灯，扬声器或者振动器等不同的反馈媒介与用户互动。这样的系统最好不包含屏幕，而是利用与置于界面上的物体无线通信的交互面，以便充分利用从计算机得到的交互能力。

事实上，本发明通过为比如卡片和玩具积木等传统玩具增加互动的维度，提供了可以有效增强它们的系统和方法。玩具可以与计算机系统无线连接，也可以连接到网络/服务器。

发明内容

本发明披露了指导一个或者多个装置在其被置于交互面上或者附近时产生响应的系统和方法。

根据本发明的实施例，所述系统包括：多个物体，交互面，有效连接到所述交互面的处理器和射频天线。交互面可以在物体被置于交互面上时识别物体的位置和唯一识别码。本发明的物体每个都嵌有射频天线，包含所述物体的唯一识别码的微计算机单元，向用户提供反馈的输出装置，以及为所述物体的电子电路供电的电源模块。

上述实施例的方法包括以下步骤：1.在所述交互面上或者附近放置一个或者多个物体；2.所述交互面检测置于所述交互面上或者附近的物体的位置和唯一识别码；3.计算机程序选择置于所述交互面上或者附近的一个或者多个物体的唯一识别码为目标；4.通过定向到置于所述交互面上或者附近的目标物的所述交互面的计算机射频天线，处理器传输包含关于输出指令数据的射频信号；5.通过所述射频天线接收所述目标物的射频传输；6.所述物体的微计算机单元处理数据；7.所述微计算机单元向所述物体的输出装置发送输出指令说明；8.通过所述输出装置向用户提供反馈。

本发明的另一实施例提供一种语言拼写游戏，使用多张印有符号的卡片。本实施例包括交互面，能够检测置于界面上方或者附近的卡片的存在和唯一识别码。所述交互面还包括：连接到处理器的计算机程序，电源，射频天线和音频系统。所述交互面被配置为扫描置于界面上方或者附近的卡片。此外，所述交互面的所述计算机程序还包括或者可以访问单词数据库。

上述实施例的每张卡片还可以包括：微计算机单元，射频天线，电源和一个或者多个LED灯。

印在每张游戏卡片上的符号可以是字母表中的字母。此外，连接到所述处理器的数据库为每个卡片符号分配一个唯一识别码。

上述实施例的方法如下。所述计算机程序通过所述交互面的音频系统播放关于字母、音节或者单词的问题，用户需要通过选择置于所述交互面上方或者附近的特定卡片来回答。比如，广播可以由如下问题组成：“你能告诉我单词apple的首字母是什么吗？”，“你能告诉我如何拼写bed吗？”或者“你知道如何拼写red吗？”音频输出提示用户选择一些卡片并将它们放在所述交互面的上方。随即，所述交互面检测置于其界面上方或者附近的任何卡片的存在和唯一识别码，并将该信息转给所述处理器。鉴于每一个唯一识别码都被分配给一个语言相关的符号，所述处理器通过访问数据库还确定用户已经放在所述交互面上的字母的类型（或者其他语言相关的字符）。所述处理器的计算机程序进一步分析用户是否将正确的卡片或者卡片集置于所述交互面上方。

在确定用户的输入是否正确后，所述计算机程序可以向每张置于广播区内的卡片发送指令，以点亮所述物体LED灯的形式提供输出。

本发明的其他实施例将在下面详细描述。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例说明包含置于交互面上方的塑像的系统示意图。

图2是根据本发明的一个实施例说明交互面的基本组成的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例说明游戏塑像的基本组成的示意图。

图4是根据本发明的一个实施例说明包含印有字母表字母的卡片的系统示意图。

图5是根据本发明的一个实施例说明卡片设计的示意图。

图6是根据本发明的一个实施例说明包含置于薄片和交互面上方的卡片，以便于玩数学游戏数独的系统示意图。

图7是根据本发明的一个实施例说明系统流程的示意图。

具体实施方式

参考附图将会在本发明的多个实施例中详细描述，在附图中对例子进行说明。虽然本发明将结合具体的实施例来描述，但本发明并不打算限定本发明的范围于这些特定实施例。本发明意图在本发明的精神和范畴内，覆盖所有替代，修改和等同的内容，这在权利要求中进行定义。

此外，在本发明的详细描述中对具体细节进行阐述，以便彻底理解本发明。然而，显而易见的是，在本领域的普通技术人员可以实践本发明而无须了解具体细节。在其他实施例中，公知的方法，过程，部件和电路没有详细描述，以避免不必要地模糊对本发明的清晰理解。

通过参考附图，对于本领域技术人员来说，本发明可以得到更好的理解，它的许多目的和优点将变得明显。

本发明的实施例提供了指导一个或者多个目标物在其被置于交互面上方或者附近时产生输出的系统和方法。图1是根据本发明的一个实施例说明包含置于交互面上方的塑像的系统示意图。

如图1所示，所述系统包括交互面101和一些塑像102。交互面101还包括操作界面区域103，附有一个或者一组传感器，可以检测置于区域内的塑像102的位置和唯一识别码。交互面101还附有音频系统104。

为了便于说明，图1描述的系统和方法都使用了用来创建描述流行的“海盗岛”主题的三维环境的交互面101，其中游戏塑像102可以与游戏面交互。游戏面包括一系列彼此相交的路径。玩家从岛上的码头开始，轮流掷骰子顺着路径走，目的是第一个发现宝藏湾（在每次新游戏开始时随机改变位置）。在游戏过程中，为了前进，玩家的塑像102将面临很多挑战。至关重要地，塑像102对它们处在的区域有响应。比如，将塑像102（比如海盗船长）置于指定的区域附近（比如宝藏的位置）可以引起塑像102或者交互面101通过嵌入在塑像或者交互面的多种感官装置向玩家提供实时反馈，比如音频系统104。例如，游戏塑像102可以嵌有震动模块，这样当塑像102被置于指定区域内时，塑像102将开始震动来提示玩家，此位置对于这个塑像102极其重要。

图2是根据本发明的一个实施例说明图1所述的交互面的基本组成的示意图。应当注意的是，图2描述的电子元件的形状和尺寸指示仅仅为了说明的目的，不是真正的大小。

如图2所示，交互面201包括：计算机系统202（包括处理器单元和存储器单元）；有效连接到计算机系统202的射频天线203；有效连接到计算机系统202的一个或者一组传感器204；为计算机系统202供电的中央电源205，以及交互面201的其他部分的其他电路。

图3是说明图1所述的游戏塑像的基本组成的示意图。同样，应当注意的是，图3描述的电子元件的形状和尺寸仅仅为了说明的目的，不是真正的大小。

游戏塑像301包括嵌入其中的电子模块302。电子模块302包括：含有塑像301的唯一识别码的微计算机单元303；有效连接到微计算机单元303的射频天线304；有效连接到微计算机单元303的电源305；以及同样有效连接到微计算机单元303的输出装置306，307，308。输出装置可以包含多个不同的装置，比如在这一特定实施例中的两个LED灯（一个绿色LED306，一个红色LED307）和震动模块308。

除了电池，供给游戏塑像301的电子模块302的电能可以通过使用第二射频天线和嵌入在电子模块302内的射频-直流能量收集装置来提供。在这一实施例中，交互面通过射频波为塑像301供电，其中电子模块302的第二射频天线采集并向射频-直流能量收集装置传输，为模块和/或它的电池供电。

图1、2和3描述的实施例操作如下。当游戏塑像102，301被置于交互面101，201上时，交互面101，201检测塑像102，301的识别码以及它们相对于交互面101，201的位置，并将信息传输给计算机系统202。计算机系统202的处理器依据有效连接到处理器的计算机程序的指令处理信息。计算机程序根据游戏规则定义并对塑像102，301相对于操作界面区域103的移动产生响应。根据特定塑像102，301的位置（以及其他潜在变量，比如时间），计算机程序可以通过交互面201的射频天线203与嵌入在塑像102，301的射频天线304之间的射频通信，激活目标塑像102，301的输出装置，指导塑像102，301向玩家发出反馈。比如，玩家的塑像102，301置于游戏板上的十字路口。计算机程序问玩家一个谜语，他们必须回答正确才能前进。玩家向两个方向中的一个方向（即，从两个道路分支选择一个）移动他的塑像102，301来选择答案。交互面检测塑像102，301的新位置，并将这些信息返给计算机系统202。如果选择了正确的路径，计算机程序指导塑像102，301，使它的绿色LED灯306闪烁，向用户表明回答正确。另一方面，如果选择了错误的路径，计算机程序指导相同塑像102，301，使它的红色LED灯307闪烁（并且，一个处罚通常随之而来，比如返回几步）。塑像102，301向用户提供直接反馈的另一个例子是让塑像的震动模块308在其靠近宝藏的位置时震动更强烈。

图4是根据本发明的一个实施例说明包含印有字母表字母的卡片的系统示意图。

图4描述的实施例说明了拼写游戏的设计。交互面401包括：处理器（连接到存储器）；有效连接到处理器的射频天线；以及为交互面401供电的中央电源。交互面401还包括操作界面区域402，附有一个或者一组传感器，可以由处理器检测置于操作界面区域402上的卡片403的位置和唯一识别码。交互面401还附有音频系统404，向用户提供输入和反馈。

如上所述的拼写游戏的实施例的系统还可以访问单词数据库（即电子词典），并且向用户提问与拼写相关的问题。

图5是根据本发明的一个实施例说明图4描述的拼写游戏实施例中卡片设计的示意图。应当注意的是，图5描述的电子元件的形状和尺寸仅仅为了说明的目的，不是真正的大小。

图5的左侧图说明了一张裸眼所看到的卡片501。可以看到字母A印在其表面上。图5的右侧图说明卡片502嵌有的特定电路。

卡片501包括：含有卡片501的唯一识别码的微计算机单元503；有效连接到微计算机单元503的射频天线504；有效连接到微计算机单元503的电源505；两个有效连接到微计算机单元503的LED灯506（一个绿色的LED 507和一个红色的LED 508）。此外，在这一实施例中，交互面401的计算机程序对每张卡片唯一识别码匹配一个字母。

图4和图5描述的实施例方法包括配置计算机程序向用户通过交互面401的音频系统404播放与拼写相关的问题。例如，这些问题可以是“你知道单词apple的首字母是什么吗？”或者“你知道如何拼写dog吗？”等等。这些广播将会提示用户选择一些卡片403并将它们放在交互面401的操作区域402上方。在这一特定实施例中，计算机程序运行计时器，用户必须在时间耗尽之前放置所有与正确答案相关的卡片403。当时间耗尽时，计算机程序确定是否正确的卡片403被放在了交互面401上（通过确定每张置于操作界面区域402的卡片403的唯一识别码）。随后，通过交互面501的射频天线与卡片503的射频天线间的无线射频通信，计算机程序指导所有正确卡片激活他们的绿色LED 507（指示正确答案），所有错误卡片激活他们的红色LED 508（指示错误答案）。

与上述实施例相类似，还有向用户反馈的其他方式，包括让嵌入在卡片403的LED灯506按顺序点亮。在通常的设计中，每张卡片/唯一识别码只需要一个LED灯。这一设计在帮助用户理解语言符号之间的相互顺序特别有用。比如，计算机程序通过扬声器系统404播放音频录音，向用户提问“如何拼写单词bed”。这会提示用户在操作界面区域402上放置三张印有字母b，e和d的卡片。在这一特定实施例中，计算机程序指导交互面的射频天线向三张卡片403传输包含单独指令的射频数据，在不同的时刻点亮它们的LED灯。首先，计算机程序指导带有字母b的卡片403点亮（最好伴有提供字母发音的音频，通过交互面401的音频系统404），然后分别依次点亮e字母卡片和d字母卡片403。在这种方式下，向用户视觉展示了单词内每个字母的正确顺序。

上述特定实施例为孩子们提供了一种互动游戏，孩子们可以在指定区域内玩字母卡片。这样的游戏让孩子们用字母卡片实验，并在有趣的环境中学习拼写，有明显的教育价值。

尽管上述实施例利用语言相关符号，还有很多其他选择可在本发明实施。比如，几乎任何语言，无论是基于字母表还是非字母表的，都可以用在卡片上。

另一实施例提供了使用阿拉伯数字（或者其他比如中国或者拉丁语数字）作为符号印在卡片表面的数学游戏。

另一个实施例使用音符作为印在每张卡片表面的符号。

其他卡片设计包括用图片代替符号。经常用在闪光卡片上面的图片，比如动物，专家，车辆等等都是可行的选择。

图6是根据本发明的一个实施例说明包含置于薄片和交互面上方的卡片，以便于玩数学游戏数独的系统示意图。

在这个实施例中，系统包括交互面601，可移动的薄片606，多张卡片609。每张卡片609都在其表面印有1-9的数字，可移动的薄片606包含用户必须完成的数独谜题。

图6所描述的实施例的系统包括带有操作界面区域602的交互面601，和基本单元607。正如前图描述的实施例，操作界面区域602包含传感器系统，可以检测置于其上的一个或者多个卡片的存在、身份和朝向，以及置于其操作界面区域602上的薄片606的身份。如前述实施例那样，操作界面区域602的传感器系统电子连接到计算机系统603，计算机系统603包括处理器604和存储单元605。与所有其他实施例相同，计算机系统603的处理器运行计算机程序。在这个实施例中，计算机程序与数独游戏相关。

图6的实施例还包括一张印有典型9x9数独网格的薄片606。如同所有数独游戏，网格中的一些格子已经填好了数字，其他为空白。需要注意的是，孔洞608是为了网格中空白的格子设计的。卡片609，每张都印有阿拉伯数字，是这个实施例的最后组成部分。这些卡片609用来放入薄片606的孔洞608中，这样他们可以与交互面601的操作界面区域602直接互动。

卡片609的设计与图5所示的卡片相似，电子元件相同，而且输出装置包括两个LED灯（一个绿色，另一个红色）。

本实施例的整体方法如下。用户将薄片606放置在交互面601的操作界面区域602的上面。计算机系统603，通过操作界面区域602的传感器，检测薄片606的存在，处理器识别它的识别码（数独游戏在那时正在进行）。需要注意的是，由于游戏可以从交互面601四侧中的任意一侧玩，薄片的朝向不重要。随后，特定的数独网格的相应计算机程序被加载，用户继续解决谜题。

在游戏中，用户通过薄片606的孔洞放置多张卡片609来解决谜题。当用户将卡片609放置在操作界面区域602上时，计算机系统603通过操作界面区域602的传感器检测卡片609的位置以及它的唯一识别码。计算机程序随后从卡片609的身份信息得到卡片609上分配的阿拉伯数字，确定卡片相对于特定的数独网格是否被正确放置。游戏的玩法有很多方式，但是一种简洁的设计是要求用户在时间耗尽之前在薄片606的所有孔洞608都放好卡片609。

一旦谜题完成后，计算机程序指导所有正确的卡片609激活他们的绿色LED（指示正确答案），所有错误卡片激活他们的红色LED（指示错误答案）。从而，在谜题完成后，卡片609本身向用户提供直接反馈。

图7是根据本发明的一个实施例说明系统流程的示意图。

如图7所示，所述方法包括以下步骤：

步骤701：在交互面上方或者附近放置多个物体，每个物体都嵌有唯一识别码和输出装置。每个物体还包括一个电源。

步骤702：识别置于交互面上方或者附近的多个物体的唯一识别码和位置信息。交互面包括可以识别置于交互面上方的物体的唯一识别码和位置信息的传感器。

步骤703：运行以用户定义的规则编码的计算机程序。计算机程序可以本地运行，也可远程运行，而用户定义的规则是典型的游戏规则，比如“海盗岛”游戏的规则。

步骤704：基于多个物体在交互面上的位置信息和用户定义的规则确定响应。基于交互面上的物体和用户定义的规则，计算机程序选择恰当的响应。

步骤705：指导第一物体的输出装置在预定的时间产生输出。预定的时间可以是，比如，在拼写游戏中用户回答问题需要的时间。

根据本发明的实施例，向诸如卡片，积木和塑像等传统玩具加入了一个互动的维度，这样用户可以通过多种反馈媒介，比如LED灯，扬声器或者振动器，与它们互动。

Claims (22)

1.一种指导交互面上的物体产生响应的系统，其特征在于，包括：

多个物体，每个物体都嵌有唯一识别码和输出装置；

交互面，配置为识别置于所述交互面上或者附近的物体的唯一识别码和位置信息；

处理器，有效连接到所述交互面，配置为执行以关于所述物体的用户定义的规则编码的计算机程序；

其中，当多个所述物体被置于所述交互面上或者附近时，所述处理器被配置为指导第一物体的所述输出装置基于所述用户定义的规则产生输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一物体嵌有第一射频天线和有效连接到所述第一物体的所述第一射频天线和所述输出装置的微计算机单元。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为，通过所述交互面与所述第一射频天线之间的射频通信，指导嵌入所述第一物体的所述输出装置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一物体嵌有电源。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电源是电池。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电源是无线电源模块，包括用来收集射频能量的第二射频天线和用来将射频能量转换为直流能量的电子电路。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出装置从以下群组中选出：灯，听觉装置和震动装置。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一物体从以下群组中选出：芯片，按钮，令牌，卡片，小塑像和积木。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机程序是远程运行的。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为指导第一物体的所述输出装置在预定的时间产生输出。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为指导第一物体的所述输出装置基于在所述交互面上的多个所述物体的位置产生输出。

12. 一种指导交互面上的物体产生响应的方法，其特征在于，包括：

将多个物体放置在交互面上或者附近，每个物体都嵌有唯一识别码和输出装置；

识别置于所述交互面上或者附近的多个所述物体的唯一识别码和位置信息；

执行以用户定义的规则编码的计算机程序；

根据所述用户定义的规则决定响应；并且

指导第一物体的所述输出装置产生输出。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，第一物体嵌有第一射频天线和有效连接到所述第一物体的所述第一射频天线和所述输出装置的微计算机单元。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括通过所述交互面与所述第一射频天线之间的射频通信，指导嵌入所述第一物体内的所述输出装置。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一物体嵌有电源。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电源是电池。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电源是无线电源模块，包括用来收集射频能量的第二射频天线和用来将射频能量转换为直流能量的电子电路。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述输出装置从以下群组中选出来：灯，听觉装置和震动装置。

19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一物体从以下群组中选出来：芯片，按钮，令牌，卡片，小塑像和积木。

20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：远程运行以所述用户定义的规则编码的所述计算机程序。

21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：指导第一物体的所述输出装置在预定的时间产生输出。

22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：基于多个所述物体在所述交互面上的位置信息决定响应。