用于检测玩具的游戏系统和方法
技术领域
本公开涉及一种游戏系统。本公开还涉及一种用于检测玩具的方法，尤其是用于检测由多个玩具构建元件构造的玩具构建模型的方法。
背景技术
用户可以操纵许多玩具以改变玩具的形状。例如，玩具可以包括彼此可移动地相互连接的多个部分，使得使用者可以将这些部分相对于彼此移动。替代地或附加地，玩具可以包括可以可拆卸地彼此连接的多个部分。特别地，玩具可以是由多个玩具构建元件构造的玩具构建模型。
在许多数字物理游戏场景中，期望通过计算机或其他数据处理设备来识别玩具。为此，已经提出了多种技术，包括基于图像识别的技术，或通过为玩具提供带有视觉标记，例如QR码或AR标记。在WO2013/160055和WO2016/075081中描述了这种技术的示例。
视觉标记的缺点是会影响玩具的外观。图像识别需要合适的照明条件，如果在照明不佳的环境中使用，可能会不可靠。此外，基于视觉的检测方法仅允许检测可见特征。
已经提出了基于RFID标签、蓝牙或其他无线通信技术的其他技术，例如，如WO2016/162403或WO2016/037977中所述。但是，这些技术要求将适当的集成电路或其他电子组件包括在玩具中。此外，其中一些技术(例如蓝牙通信)要求玩具中包括电池或其他形式的电源，其他技术(例如基于RFID的系统)要求将玩具放置在读取设备附近，以允许在RFID标签和读取器之间进行数据传输。
因此，期望提供一种对光照条件不敏感并且不需要在玩具与读取设备之间进行数据传输的方法。
还期望提供一种方法，允许以相对便宜的方式构造玩具并且没有干扰正常游戏活动的风险。
发明内容
根据第一方面，本文公开了一种游戏系统的实施例，包括：
一个或多个玩具，包括一个或多个导电部分，所述一个或多个导电部分限定空间图案，所述一个或多个玩具具有可由用户修改的物理构造，所述空间图案取决于所述一个或多个玩具的物理构造，所述一个或多个玩具包括第一玩具；
磁场产生装置，其布置成产生用于在一个或多个导电部分中感应涡流的磁场；
传感器，用于检测感应涡流；和
数据处理器；
其中，第一玩具与磁场产生装置和传感器中的至少一个能够相对彼此移动；
其特征在于，所述传感器被配置为检测在所述第一玩具相对于所述磁场产生装置和所述传感器中的至少一个之间的相对运动期间的感应涡流，以及所述数据处理器被配置为：
a)从传感器接收传感器数据，该传感器数据指示在第一玩具相对于磁场产生装置和传感器中的至少一个之间的相对运动期间检测到的涡流，
b)至少部分地基于接收到的传感器数据来检测导电部分的空间图案，
c)基于检测到的空间图案确定一个或多个玩具的物理构造。
因此，游戏系统的实施例利用了这样的事实，导电材料在变化的磁场中呈现涡流。这些涡流可以由传感器检测，例如，作为产生磁场的磁场产生装置的感应的负载调制，或者通过检测由涡流产生的二次磁场。因此，可以通过产生磁场并通过检测负载调制或通过检测所产生的磁场的变化来检测一个或多个玩具的导电部分。数据处理器可以检测各个导电部分的位置和/或取向和/或形状和/或大小，从而允许检测由一个或多个导电部分限定的空间图案。例如，磁场产生装置可以在空间中扫描产生的磁场，或者以其他方式随着时间和/或在空间中调制产生的磁场，并且，传感器可以检测由调制磁场感应的涡流。处理设备从检测到的空间图案检测物理构造。
因此，游戏系统的实施例允许独立于照明条件并且以安全的方式来检测一个或多个玩具的物理构造。此外，本文公开的游戏系统的实施例允许检测视线受阻或其他不可见的物理构造的各个方面。此外，游戏系统的实施例不需要将任何电源、数据存储或集成电路包括在要检测其物理构造的一个或多个玩具中。因此，一个或多个玩具不需要任何密封电源或电子部件的防水或防潮功能，并且该一个或多个玩具可以经久耐用、成本低廉且对环境友好。此外，这些玩具也不需要包括相对于玩具其余部分可移动的任何部件，并可以简单方式制造。此外，该游戏系统允许在用户与传感器和/或磁场产生装置一定距离的情况下操纵一个或多个玩具(例如在所产生的磁场延伸通过的一定体积的空间中运动)的同时检测一个或多个玩具的物理构造。
传感器检测在第一玩具与磁场产生装置和传感器中的至少一个之间的相对运动期间的感应涡流。在一些实施例中，第一玩具可以相对于传感器和/或相对于磁场产生装置移动。替代地或附加地，传感器和/或磁场产生装置可以相对于第一玩具移动。例如，用户可以使第一玩具在游戏区域周围移动。特别地，第一玩具可以是手持玩具。第一玩具可以在相对于传感器和/或磁场产生装置的至少一定体积的空间内自由地，即不受约束地移动。在其他实施例中，第一玩具相对于传感器和/或相对于磁场产生装置的运动可以被部分地约束，例如，限制在平面上沿着某个方向，在某些边界之内的运动等等。通常，运动可以包括整个玩具或其一个或多个部分的平移运动和/或旋转运动。类似地，在一些实施例中，传感器可以相对于第一玩具和/或相对于磁场产生装置移动。替代地或附加地，磁场产生装置可以相对于第一玩具和/或相对于传感器移动。如结合第一玩具所描述的，传感器和/或磁场产生装置的运动可以是自由的/不受约束的，或者该运动可以受到约束。特别地，在一些实施例中，磁场产生装置和传感器可被约束为仅可一致地移动，例如，因为它们可以容纳在同一外壳中。应当理解，即使在允许系统的一个或多个组件的以其他方式不受约束的运动的实施例中，涡流的检测也可能施加某些限制，例如。玩具、传感器和磁场产生装置之间的相对距离和/或方向。例如，尽管第一玩具可以在空间中自由移动，但是当它位于传感器和磁场产生装置的某个检测范围内时，它只能被传感器检测到。然而，在一些实施例中，传感器被配置为在第一玩具，特别是其一个或多个导电部分与传感器和/或磁场产生装置相距一距离(特别是在检测范围内)时检测感应的涡流，即不需要第一玩具接触传感器和/或磁场产生装置。因此，只要第一玩具位于其中，系统就可以确定一个或多个玩具的物理构造。例如，检测范围可以延伸至距传感器和/或距磁场产生装置至少1cm的距离，例如至少5cm，例如至少10cm。在一些实施例中，检测范围小于2m，例如小于1m，例如小于50cm。因此，游戏系统的实施例允许在各种在游戏活动期间检测玩具，例如当使用者与传感器和/或磁场产生装置保持一定距离的情况下操纵和/或移动玩具时。
涡流的检测和空间构造的确定不限于涉及单个玩具的相对运动。在一些实施例中，传感器可以可操作以在第一玩具和一个或多个其他玩具相对于传感器和磁场产生装置中的至少一个相对运动期间检测涡流，并且处理器可以确定与第一玩具和一个或多个其他玩具中的每个玩具相关联或以其他方式相关的空间构造。
通常，玩具的物理构造可以由玩具的形状来定义，例如，包括玩具的可移动互连部分的相对位置或由可互连玩具构建元件的组装形成的玩具形状模型的形状，该玩具构建模型的形状取决于互连玩具构建元件的类型、数量和相对位置/方向。所述部件可以以不同的方式可移动地互连，使得它们在保持连接的状态下相对于彼此可移动，例如可滑动、可旋转、可枢转、铰接地连接等。备选地或附加地，两个或更多个玩具的物理构造可以由两个或更多个玩具相对于彼此的相对位置来限定。玩具的物理构造可以由用户以多种方式来操纵，例如通过使可移动互连的部件相对于彼此移动或引起其移动，或通过将可拆卸地连接至玩具的其他部件的部件连接和/或分离。使用者还可以通过以下方式来操纵两个或多个玩具的物理构造：通过将一个或多个玩具的可移动互连部分彼此相对移动或引起其运动，通过将可拆卸地连接到一个或多个玩具的其他部分上的部件进行连接和/或分离，通过将玩具相对于彼此移动，等等。
空间图案可以以多种方式取决于物理构造并且因此指示物理构造。在一些实施例中，一个或多个玩具中的至少一个包括相对于彼此可移动地互连的两个或更多个部分，并且每个可移动部分可以包括导电部分。因此，当用户操纵/修改空间构造时，空间图案可以改变。例如，可移动部分相对于彼此的移动改变了导电部分相对于彼此的位置和/或取向，从而改变了由导电部分限定的空间图案。可移动部分可以在保持连接的同时相对于彼此移动，即，在不彼此断开的情况下是可移动的。替代地或另外地，一个或多个玩具中的至少一个可包括两个或更多个彼此可拆卸地附接的部件，以便允许使用者选择性地将两个或更多个可拆卸地可附接的部件彼此附接。两个或更多个可分离地附接的部分中的每个可包括导电部分。因此，该部分的附接和分离改变了由两个或更多个可分离地附接的部分的导电部分限定的空间图案。可移动地相互连接的部件的相对运动和/或部件的附接或拆卸也可以改变一个或多个导电部分的形状和/或尺寸，从而改变由一个或多个导电部分限定的空间图案。通常，空间图案可以由不同导电部分相对于彼此的位置和/或取向来限定。替代地或附加地，空间图案可以由一个或多个导电部分的尺寸和/或形状限定。
在一些实施例中，一个或多个玩具中的至少一个是由玩具构建系统的多个玩具构建元件构造的玩具构建模型。玩具构建系统通常允许从有限的构造中构造出多种不同的玩具构建模型，每个玩具构建模型具有不同的物理构造，如玩具构建模型中的玩具构建元件的空间排列所定义。因此，当要在数字物理游戏体验中使用用户构造的玩具构建模型时，例如作为玩具增强型数字游戏系统的一部分，可能希望提供一种用于部分或完全检测玩具构建模型的物理构造的机制。为此，玩具构建元件中的一些或全部可以是导电的或包括一个或多个相应的导电元件或组件，即玩具构建元件可以是全部或部分导电的。因此，一些或所有玩具构建元件或其部分可以形成玩具构建模型的导电部分，从而允许检测玩具构建模型的物理构造，在一些实施例中甚至包括模型的内部结构。此外，由于可将导电材料或元件嵌入玩具构建元件中，因此可以在不影响用户视觉外观的情况下检测它们。
玩具构建元件可包括构造成与玩具构建系统的其他玩具构建元件的联接构件接合的联接构件，以将玩具构建元件可拆卸地彼此附接。为此，联接构件可利用不同的联接机构，例如，基于联接构件彼此之间的摩擦接合，基于螺钉、插头和插座连接或协作的联接构件的其他形式的配合接合。玩具构建系统可以对玩具构建元件如何彼此附接的自由度施加限制，例如，通过限制它们可以相互连接的可能的相对位置和/或方向。这些限制有助于检测不同的空间图案，因为导电元件的可能产生的空间图案受到玩具构建系统的限制。因此，可能存在离散的(尽管可能很大)数量的可能的空间图案，而不是可能的空间图案的连续体。然而，即使是相对较少数量的导电玩具构建元件也可能足以产生大量不同的空间图案，从而允许将多种空间构造彼此区分开。
玩具构建模型的物理构造可以由彼此附接以形成玩具构建模型的玩具构建元件的形状和尺寸和/或它们的相对位置和取向来限定。构成玩具构建模型的一些或全部玩具构建元件可以是导电的或包括导电部分。因此，将认识到，由导电部分限定的空间图案可以在不同程度上指示物理构造，即，它们可以被用来或多或少地准确地区分不同的构造。这例如取决于包括在模型中的导电玩具构建元件的数量相对于非导电玩具构建元件的数量。大量的导电玩具构建元件可以允许不同构造之间的更细粒度的区分。可以区分不同空间图案的细节水平还可以取决于磁场产生装置和传感器的设计，例如磁场产生线圈和/或检测线圈的数量、相对位置和方向。
玩具的导电部分(例如，玩具构建元件的导电部分)可以是导电涂层，导电涂料或导电材料，其可以另外地施加到玩具的表面上，例如以预定的几何图案。或者，可将导电部分嵌入玩具中(例如嵌入玩具构建元件中)，例如作为单独的构件或作为制造玩具的材料的一部分。导电材料可以形成例如几何图案，例如2D或3D图案。该图案可以识别玩具和/或玩具的一部分，例如玩具构建元件。特别地，该图案可以唯一地标识玩具和/或玩具的一部分，或者该图案可以将玩具和/或其玩具的一部分标识为一组玩具和/或其玩具的成员。例如，当玩具包括多个玩具构建元件时，一些或所有玩具构建元件可以包括以对于玩具构建元件或一类玩具构建元件而言唯一的几何图案布置的导电材料，例如共享一个或多个预定属性的玩具构建元件，例如相同的形状和大小。
在一些实施例中，玩具构建元件由塑料材料制成，例如热塑性聚合物或其他合适的材料。玩具构建元件可以例如是玩具。可以通过注塑工艺或其他合适的制造工艺来制造。
玩具构建元件的实施例可以包括石墨或其他导电材料，例如嵌入非导电的基础材料(例如塑料)中。因此，整个玩具构建元件或其仅一部分可以是导电的，这取决于导电材料在非导电基材内的分布。替代地或附加地，玩具构建元件可以由金属制成，例如铝，或包括金属零件或其他导电材料的零件。仍可替代地或另外地，玩具构建元件可以提供有施加到玩具构建元件的表面上的导电涂料或涂层，例如涂料。通过印刷过程或其他合适的过程。又可替代地或另外地，玩具构建元件可以设置有粘合元件，例如贴纸，其中粘合元件包括导电材料，例如导电涂料、印刷品、墨水、基材或涂层。通常，可以以廉价的方式提供具有导电部分的玩具，并且导电部分通常不会干扰儿童的游戏活动。此外，提供导电部分不需要昂贵的材料或可能涉及儿童安全问题的材料。
通常，在一些实施例中，可以提供一个或多个导电部分，例如导电材料，以限定允许检测方向的几何形状，例如平面几何形状，环形几何形状，细长几何形状等。当导电部分形成为一个或多个薄层(例如，片、涂层、涂料层、层压结构等)时，感应涡流在很大程度上取决于所施加磁场的方向，并且由感应涡流引起的次级磁场也定义了一个主要方向，因此可以检测导电部分相对于参考系统的方向，所述参考系统由磁场产生装置限定。例如，薄层可以是厚度远小于该层在由该层限定的平面中的范围的厚度的层，例如。厚度小于层的平面内层的最小范围的10％，例如小于5％，例如小于1％。
磁场产生装置可以是被配置为产生磁场的任何合适的装置。特别地，磁场产生装置可包括一个或多个磁场产生线，例如，导线、带等的环或线圈。磁场产生装置可以进一步包括驱动电路，该驱动电路被配置为激励一个或多个磁场产生线，从而在磁场产生线周围的环境中产生磁场。当一个或多个玩具足够靠近磁场产生线并且当与导电部分相互作用的磁场改变时，所产生的磁场在一个或多个玩具的导电部分中感应出涡流。涡流又引起次级磁场，该次级磁场导致在一个或多个玩具附近的合成磁场发生变化。
在一些实施例中，磁场产生装置被配置为产生随时间变化的磁场，从而即使一个或多个玩具是静止的，即，当导电部分不相对于产生的磁场移动时，也引起感应涡流。
磁场产生装置可被配置为以随时间改变所产生磁场的空间构造，例如通过选择性地激励位于不同位置的多个磁场产生线中的不同磁场。磁场产生装置可以被配置为在相对于参考坐标系的各个位置处交替产生或以其他方式调制磁场，其中参考坐标系可以由磁场产生装置和/或传感器限定。特别地，磁场产生装置可以被配置为使得所产生的磁场在一定体积的空间上扫描，从而允许检测导电部分的位置和/或取向。替代地或附加地，磁场产生装置可以被配置为选择性地产生相应磁场强度的磁场，例如，以便选择性地检测距磁场产生线不同距离的导电部分的空间图案和/或检测不同空间分辨率的导电部分的空间图案等。
通常，磁场产生装置可包括在不同位置和/或在不同方向上取向的多个磁场产生线，以便于检测导电部分的位置和/或取向。在一些实施例中，磁场产生线布置成使得它们在相应的空间位置处的各自的磁场沿着不同的方向指向，从而有助于更精确地检测空间图案和/或导电部分的取向。特别地，磁场产生线可以布置成相对于彼此以不同角度定向的环或线圈。为此，每个环或线圈可以围绕相应的环或线圈轴线周向地缠绕，并且磁场产生装置可以包括多个环或线圈，这些环或线圈被布置为使得它们的各自的轴线沿不同的方向定向，即不平行于彼此。在一些实施例中，一些轴线可以相对于彼此以45°和90°之间的角度定向，例如60°和90°之间，例如90°。
在一些实施例中，传感器包括一个或多个检测线，例如环或线圈。检测线可以与磁场产生线电磁耦合，以在检测线中感应出指示由感应涡流引起的磁通量变化的电动势(即电压)。传感器可以包括在不同位置和/或在不同方向上取向的多个检测线，以便增加传感器对导电部分的位置和/或取向的敏感性。特别地，检测线可以布置成相对于彼此以不同角度定向的环或线圈。为此，每个环或线圈可围绕相应的环或线圈轴线周向缠绕，并且磁场产生装置可包括多个环或线圈，其布置成使得其各自的轴线沿不同方向定向，即不平行于彼此。在一些实施例中，一些轴可以相对于彼此以45°和90°之间的角度定向，例如60°和90°之间，例如90°。检测线的数量、形状和/或布置可以与磁场产生线的数量、形状和/或布置不同。例如，在一些实施例中，磁场产生装置可包括多个磁场产生线，例如布置在不同位置和/或方向的多个线圈。传感器可以仅包括单个检测线(例如，单个线圈)或多个检测线。
传感器可以包括检测电路，例如信号处理单元，其被配置为检测在检测线上感应出的电动势。
检测线可以与磁场产生线不同。在一些实施例中，检测线可以与磁场产生线相同。例如，多个线可以分别交替地用作磁场产生线和检测线。在一些实施例中，传感器利用磁场产生线，其同时产生磁场。为此，传感器可以检测所感应的涡流对产生磁场的电路的影响，例如通过检测驱动磁场产生所需的负载的变化，磁场产生线的阻抗的变化和/或磁场产生装置的另一个合适的参数。
磁场产生线和/或检测线可以被嵌入在一个或多个垫或板中或上，或者被嵌入在另一合适的支撑结构上，例如在整个支撑结构的网格中。在一些实施例中，一个或多个线圈布置在多个不平行的平面中，例如在不同平面的相应2D网格中。在一些实施例中，游戏系统包括支撑结构，该支撑结构限定了两个或三个相互正交的平面，沿着该平面布置有磁场产生线和/或检测线。例如，支撑结构可以限定箱形空间的两个侧面，所述两个侧面限定了两个侧面相接的公共边缘。在一些实施例中，支撑结构限定了箱形空间的三个侧面，这三个侧面限定了三个侧面相接的公共角。在其他实施例中，支撑结构限定壳体或球体(或其一部分)，在所述壳体或球体上布置有磁场产生线和检测线。通常，支撑结构限定了物理游戏区域，例如，由球形或箱形空间的内部定义，在扫描或检测一个或多个玩具的物理构造时，用户可以在其中操纵一个或多个玩具。
在一些实施例中，磁场产生装置和传感器被实现为包括驱动电路、磁场产生线、检测线和检测电路的单个设备。特别地，传感器和磁场产生装置可以被容纳在单个壳体内。在一些实施例中，传感器和/或磁场产生装置可以被容纳在玩具中，例如，诸如手持玩具的可移动玩具。
在一些实施例中，磁场产生线和/或检测线相对于支撑结构和/或相对于一个或多个玩具和/或相对于彼此可移动地布置。该运动可能是由合适的驱动系统引起的，例如由电动机驱动或由用户手动进行。因此，磁场产生线和/或检测线可以四处移动，以改变磁场的空间构造和/或改变传感器的位置和/或方向灵敏度。因此，可以用少量的磁场产生线来获得改善的空间分辨率。通常，可移动磁场产生装置和/或传感器可以被手动地移动或由适当的致动器或马达驱动。
在一些实施例中，游戏系统包括一个或多个位置传感器，其可操作以检测磁场产生装置的位置(例如，相对于固定坐标系)和/或检测感应的涡流的传感器的位置。一个或多个位置传感器可以采用任何合适的传感器技术来直接或间接地确定位置。例如，位置传感器可以包括磁性传感器，该磁性传感器可操作地检测由磁场产生装置产生的磁场并确定磁场产生装置的位置。磁性传感器可以例如是检测感应涡流的传感器的一部分。替代地或附加地，用于检测感应的涡流的磁场产生装置或传感器可以包括加速度计，基于加速度计可以检测运动并计算位置。因此，当游戏系统被配置为确定磁场产生装置和/或用于检测感应的涡流的传感器的当前位置和/或方向和/或运动时，一个或多个玩具的物理构造可以被确定，不仅相对于磁场产生装置和/或传感器，而且相对于外部坐标系。当磁场产生装置和/或传感器可移动时，例如魔杖手持玩具，这可能特别有用。例如，磁场产生装置和用于检测感应涡流的传感器可以在手持或其他可移动玩具(例如，太空飞船、飞机等)中实现。然后，可移动玩具可被移动到不同的位置(包括导电部分)，并确定它如何接近导电部分，它与导电部分的接近程度等等。
数据处理器可以被配置为接收指示感应电动势的传感器数据和/或指示涡流对产生磁场的磁场产生装置的电路的影响的传感器数据。在一些实施例中，接收到的传感器数据可以被预处理，即，用于确定空间图案的至少一些处理步骤可以由检测电路执行。
数据处理器可以被配置为处理接收到的传感器数据，以便检测导电部分的空间图案和/或所述空间图案的变化，并确定一个或多个玩具的物理构造或物理玩具的变化。基于检测到的空间图案或其变化的配置。
数据处理器可以集成到一个或多个玩具和/或磁场产生装置和/或传感器中。替代地，数据处理器可以与一个或多个玩具和/或磁场产生装置和/或传感器分离。例如，数据处理器可以例如是可以是便携式计算机、平板计算机、膝上型计算机、固定计算机、便携式或固定游戏机、智能手机等。数据处理器、磁场产生装置和/或传感器或其部分可以被包括在同一数据处理设备中。替代地，磁场产生装置和/或传感器或其部分可以通信地连接到包括数据处理器的数据处理设备，例如作为数据处理设备的一个或多个外围设备。在一些实施例中，数据处理器包括在同一物理设备内或分布在多个设备上的多个处理单元。例如，数据处理器可以包括包含在传感器中的信号处理单元和包含在数据处理设备中的数据处理单元。信号处理单元可以执行信号处理的至少一部分，以检测空间图案。
数据处理器可以被配置为响应于所确定的物理构造创建数字游戏内容，例如可在诸如屏幕、眼镜、护目镜等显示设备上显示的可见内容。可替换地或附加地，数据处理器可以创建可听内容，例如通过扬声器和/或其他用户可感知的输出。替代地或附加地，数据处理器可以被配置为将关于所确定的物理构造的信息发送到远程数据处理系统，例如通过合适的计算机网络，例如互联网。
例如，游戏系统可以被配置为在玩具构建模型由用户构建和/或以其他方式操纵(例如，移动、再配置等)时实时扫描玩具构建模型。游戏系统可以允许用户发现包括玩具构建模型的隐藏元件的完整3D结构。为此，数据处理器可以被配置为创建和呈现数字表示，例如，玩具构建模型的数字3D模型，包括所确定的物理构造的表示。
在一些实施例中，数据处理器可以被配置为基于玩具构建模型的导电部分的相应检测到的空间图案，在由玩具构建元件构造的不同玩具构建模型之间进行区分。在一些实施例中，数据处理器可以被配置为从玩具构建元件中区分构造玩具构建模型的构造过程的阶段。再次，基于玩具构建模型的导电部分的相应检测到的空间图案进行区分。在一些实施例中，数据处理器可以被配置为同时检测和识别多个玩具的物理构造。
在一些实施例中，处理器被配置为基于检测到的空间图案来识别第一玩具，即，至少部分地基于接收到的传感器数据来确定指示第一玩具的第一玩具标识符。因此，处理器可以被配置为在游戏系统的多个玩具之间进行区分。为此，不同的玩具可各自包括形成相应空间图案的一个或多个导电部分，其中每个空间图案与相应玩具的身份相关联。应当理解，游戏系统可以包括多个玩具，每个玩具包括一个或多个导电部分，并且处理器可以被配置为基于检测到的传感器数据来识别多个玩具中的每个。在一些实施例中，处理器可以被配置为识别第一玩具的身份并确定第一玩具处于多个可能的不同空间构造中的哪一个。替代地或附加地，处理器可以被配置为识别多个玩具(例如包括第一玩具)中的每个玩具的身份，并确定由多个玩具定义的空间构造。
涡流的检测和玩具的识别不限于涉及单个玩具的相对运动。在一些实施例中，传感器可以可操作以在第一玩具和一个或多个其他玩具相对于传感器和磁场产生装置中的至少一个的相对运动期间检测涡流，并且处理器可以确定第一玩具和所述一个或多个其他玩具的每个的身份。
因此，根据第二方面，一种游戏系统包括：
第一玩具，其包括一个或多个导电部分；
磁场产生装置，其布置成产生用于在一个或多个导电部分中感应涡流的磁场；
传感器，其被配置为检测感应涡流；以及
数据处理器；
其中，第一玩具与磁场产生装置和传感器中的至少一个相对于彼此可移动；
其特征在于，所述传感器被配置为检测在所述第一玩具与所述磁场产生装置和所述传感器中的至少一个之间的相对运动期间的感应涡流；并且其中数据处理器被配置为：
a)从传感器接收传感器数据，该传感器数据指示在第一玩具与磁场产生装置和传感器中的至少一个之间的相对运动期间检测到的涡流；
b)至少部分地基于接收到的传感器数据，确定指示第一玩具的第一玩具标识符。
本公开涉及不同的方面，包括根据上文和下文所述的第一和第二方面的游戏系统，相应的装置、系统、方法和/或产品，每个都产生结合一个或多个其他方面所述的一个或多个益处和优点，并且每个具有与一个或多个其他方面描述的和/或在所附权利要求中公开的实施例相对应的一个或多个实施例。
特别地，本文描述了一种检测可由用户操纵的一个或多个玩具的物理构造的计算机实现的方法的实施例，该一个或多个玩具包括一个或多个导电部分，一个或多个导电部分定义空间图案，所述一个或多个玩具具有可由用户修改的物理构造，所述空间图案取决于所述一个或多个玩具的物理构造，所述一个或多个玩具包括第一玩具；该方法包括：
a)从传感器接收传感器数据，该传感器数据指示由磁场产生装置产生的磁场在一个或多个导电部分中感应出的检测到的涡流，所述涡流是在第一玩具与磁场产生装置和传感器中的至少一个之间的相对运动期间检测到的；
b)至少部分地基于接收到的传感器数据来检测导电部分的空间图案，
c)基于检测到的空间图案确定一个或多个玩具的物理构造。
根据另一方面，一种识别第一玩具的计算机实现的方法，该第一玩具包括一个或多个导电部分，该方法包括：
a)从传感器接收传感器数据，该传感器数据指示由磁场产生装置产生的磁场在一个或多个导电部分中感应出的检测到的涡流，所述涡流是在第一玩具与磁场产生装置和传感器中的至少一个之间的相对运动期间检测到；和
b)至少部分地基于接收到的传感器数据，确定指示第一玩具的第一玩具标识符。
根据一个方面，数据处理器被配置为执行本文公开的任何方法的实施例的步骤。特别地，数据处理器可以在其上存储计算机程序，该计算机程序包括计算机可执行指令，该计算机可执行指令在由数据处理系统执行时使数据处理系统执行本文描述的过程的实施例。在一些实施例中，某些或全部步骤是由硬件实现的，例如通过专用集成电路。数据处理器可包括适当编程的固定或便携式计算机的中央处理单元，例如膝上型计算机、手持式计算机，例如便携式计算机、平板电脑或智能手机。
根据又一方面，一种计算机程序产品包括计算机程序，当由一个或多个数据处理器执行该计算机程序时，该计算机程序使数据处理器执行本文描述的过程的实施例。特别地，该计算机程序包括适于在由处理设备执行时使该处理设备执行本文所述的一种或多种方法的程序代码。计算机程序产品可以体现为有形的计算机可读介质，例如存储有计算机程序的CD-ROM、DVD、光盘、存储卡、闪存、磁存储设备、软盘、硬盘等。在其他实施例中，计算机程序产品可以被提供为可下载的软件包，例如，在Web服务器上可以通过Internet或其他计算机或通信网络下载，也可以作为应用程序从App Store下载到移动设备。
根据又一方面，本文公开了一种套件，其包括：
-玩具构建系统的多个玩具构建元件，包括至少一个玩具构建元件的子集，每个子集至少包括各自的导电部分；
-磁场产生装置；
-传感器；和
-本文所公开的计算机程序产品或用于检索这种计算机程序的指令，例如从AppStore或网络服务器。所述指令可包括例如指向下述各项的指针：可以从中检索计算机程序的地址、数据存储、Web服务或其他位置的地址。
通过参考附图进行的以下实施例的详细描述，其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
将结合附图更详细地描述本文公开的各个方面的实施例，其中：
图1示出了游戏系统的示例的示意图。
图2示出了用于检测玩具的物理构造的过程的示例的示意性流程图。
图3示出了游戏系统的另一示例的示意图。
具体实施方式
图1示出了游戏系统的示例的示意图。该游戏系统包括数据处理设备101、玩具构建模型115、磁场产生装置和传感器。
数据处理设备101可以是适当编程的固定或便携式计算机，例如膝上型计算机、手持式计算机，例如平板电脑或智能手机。数据处理设备包括处理单元102(例如中央处理单元(CPU))、存储器103和用户接口104，两者均可操作地连接到处理单元。存储器可以是任何合适的存储器，用于在执行如本文所述的方法时存储由处理单元使用的计算机程序和/或数据。处理单元102可以适于执行存储在存储器103中的程序。用户接口104可以包括显示器、音频输出设备或用于生成用户可感知的输出的其他合适的电路或设备。用户接口104可以进一步包括键盘、计算机鼠标、触摸屏和/或用于接收用户输入的其他设备或电路。数据处理设备101还包括一个或多个接口117，用于将磁场产生装置和传感器通信地耦合到计算机。所述一个或多个接口117可以是有线或无线接口，例如USB接口、蓝牙接口或使用其他合适的数据通信技术的接口。
玩具构建模型115由多个玩具构建元件构成。在此示例中，玩具构建元件是名称为LEGO的可获得类型。然而，在其他实施例中，玩具构建模型可以由其他类型的玩具构建元件制成，或者，所述游戏系统可以包括可由用户操纵的不同类型的玩具。
在该示例中，玩具构建模型115包括由诸如塑料的非导电材料制成的玩具构建元件。玩具构建模型115还包括一些玩具构建元件，这些玩具构建元件包括导电部分116或完全由导电材料制成。导电部分116形成由它们相对于彼此的相对位置(例如，它们彼此之间的相应距离和/或它们相对于彼此的相应方向)限定的空间图案。在其他实施例中，玩具构建模型的所有玩具构建元件都是导电的或包括导电部分。
玩具构建模型可以具有相对于彼此可移动的部分，以改变玩具构建模型的物理构造。例如，玩具构建模型可以包括主体和多个附件，所述多个附件附接到主体以使它们可以相对于主体移动。玩具构建模型115的物理构造还可以通过添加另外的玩具构建元件和/或通过移除玩具构建元件来改变，例如通过拆卸玩具构建元件并将其重新安装在其他位置和/或方向上。
磁场产生装置包括驱动器电路105和分别安装在板106和107上的磁场产生线圈108和109。板106和107相对于彼此成直角布置。更具体地，它们限定了箱形体积的两侧。每个板分别包括多个磁场产生线圈108和109。在图1的示例中，每个板上描绘了四个线圈。每个板上的线圈排列在规则的网格上。然而，应当理解，其他实施例可以包括不同数量和/或不同线圈分布/布置。
每个磁场产生线圈108、109可电连接到驱动器电路105。驱动器电路被配置为以随时间变化的方式使线圈通电，例如，通过选择性地激励线圈，例如，以预定的复发顺序进行，或者以其他方式随时间调制所生成的磁场。在一些实施例中，驱动器电路被配置为同时为多个线圈通电，例如，通过周期性地调制流过每个线圈的电流，例如从而使通过不同线圈的电流以相应的频率和/或相位进行调制。在任何情况下，当线圈通电时，即当电流流过线圈的绕组时，线圈会产生磁场，该磁场从板向外延伸并进入板所限定的箱形体积。
板106上的线圈108产生磁场，该磁场在被线圈围绕的区域中沿主要垂直于板106的平面的方向从板106中伸出。类似地，板107上的线圈109产生磁场，该磁场在由线圈围绕的区域中沿主要垂直于板107的平面的方向从板107中伸出。因此，磁场从线圈108的内部伸出的方向通常垂直于磁场从线圈109的内部伸出的方向。因此，由各个线圈108和109产生的磁场延伸到由板106和107限定的箱形体积中。
当玩具构建模型115在由板106和107限定的箱形体积内移动时，例如当玩具构建模型由用户握持和操纵并在箱形体积内四处移动时，导电部分116与由各个磁场产生线圈产生的磁场相互作用。当相应的导电部分116处的磁场改变时，磁场因此在导电部分中感应出涡流。涡流取决于导电部分在箱形体积内的位置和方向，以及玩具构建模型的操纵方式。涡流还取决于各个导电部分的位置处的磁场如何随时间变化。特别地，当磁场不均匀时，由于导电部分相对于线圈108、109的运动(例如，当用户操纵玩具构建模型时)，在导电部分处的磁场可能变化。替代地或另外地，响应于线圈108、109的随时间变化的通电，导电部分116所经历的磁场可以由于磁场的变化而变化。在任何情况下，所感应的涡流产生次级磁场，也就是说，它们会影响箱形体积中的总磁场。
感应涡流的影响可由传感器检测，即，传感器可从涡流对整个磁场的影响中检测出涡流。为此，传感器包括信号处理单元110或其他检测电路，以及磁场检测线圈113和114。检测线圈分别安装在相应的板111和112上，并且它们分别电连接到信号处理单元110。板111和112分别平行于板106、107布置，使得它们限定了箱形体积的两侧，磁场产生装置在该箱型体积中产生了磁场。板111和112中的每一个分别包括多个检测线圈113和114。在图1的示例中，每个板上描绘了四个线圈。每个板上的线圈排列在规则的网格上。然而，将理解，其他实施例可以包括不同数量和/或不同分布/布置的检测线圈。在一些实施例中，磁场产生线圈和检测线圈可以布置在相同的板上。在一些实施例中，一些或所有线圈甚至可以用作检测线圈和磁场产生线圈二者。例如，线圈可以交替地用作检测线圈和磁场产生线圈，例如作为顺序激活周期的一部分。在一些实施例中，一些或所有线圈甚至可以同时用作磁场产生线圈和检测线圈，例如，当信号处理单元被配置为检测感应的涡流对磁场产生线圈本身的影响时。
在任何情况下，箱形体积内的磁场的变化被检测为在检测线圈113和114中感应电动势的变化。相应地，信号处理单元110检测这些变化并将相应的传感器信号转发给数据处理设备101。数据处理设备101被编程为处理检测到的电动势的变化并确定导电部分116的位置以及该位置的变化。从检测到的位置，计算机可以识别玩具构建模型和/或跟踪玩具构建模型在箱形体积内的运动和/或跟踪玩具构建模型的其他操纵。例如，当这样的运动导致由导电部分116形成的空间图案的改变时，数据处理设备可以跟踪玩具构建模型的各部分相对于彼此的相对运动。在一些实施例中，计算机可被配置为检测添加和/或移除的导电部分，例如，当其他玩具构建元件添加到玩具构建模型或从玩具构建模型中删除时。在一些实施例中，数据处理设备甚至可以被配置为检测导电部分116中的各个导电部分的形状和/或大小和/或取向。空间图案的识别和不同空间图案与相应玩具构建模型和/或玩具构建模型的特定操作的关联可以基于已知空间图案和空间图案的已知修改的数据库。数据库可以将不同的空间图案与相应的玩具标识符相关联，每个玩具标识符标识玩具构建模型。数据库可以进一步存储表示玩具构建模型的各个空间构造的构造标识符。因此，数据库可以将不同的空间图案与相应的玩具标识符和相应的构造标识符相关联，从而将每个空间图案与玩具构建模型以及所述模型的空间构造相关联。例如，这样的数据库可以被存储在数据处理设备的存储器104中，或者可以被数据处理设备访问。应当理解，检测到的电动势的变化中的至少一些处理可以由信号处理单元110而不是数据处理装置来执行。
数据处理设备101可以被配置为响应于对玩具构建模型115的物理构造的检测来实现各种形式的数字游戏。例如，数据处理设备可以在显示器上创建玩具构建模型115的数字表示，例如包括检测到的运动或玩具构建模型的其他操作的表示。数字游戏的其他示例可以包括关于如何构造、修改或以其他方式操纵玩具构建模型的指导的呈现。
在一些实施例中，驱动器电路105和信号处理单元110被集成到单个控制模块中。将理解的是，在一些实施例中，数据处理设备101和磁场产生装置和/或传感器可以被集成到单个设备中。在其他实施例中，磁场产生装置和/或传感器可以是彼此通信耦合的分开的装置。在一些实施例中，磁场产生线圈108、109和/或检测线圈113、114可以由其他形式的磁场产生线和/或检测线代替，例如，由单个绕组、通过导体的弯曲图案等代替。此外，可以将磁场产生线圈或线布置在两个以上的平面中，例如，在三个相互正交的平面中，以提供改进的空间分辨率。然而，更简单和紧凑的实现方式可以实现为单个板或垫，或者甚至实现为手持设备。在又一替代实施例中，磁场产生线圈和/或检测线圈可以布置在其他空间构造中，例如布置在球体或其他表面上。
图2示出了用于检测一个或多个玩具的物理构造的过程的示例的示意性流程图。例如，图2的过程可以由图1的游戏系统的数据处理设备101(其可选地与信号处理单元110协作)执行，或通过本文公开的游戏系统的另一实施例来执行。在步骤S1中，该过程接收指示检测到的涡流的传感器数据，在玩具在传感器和/或磁场产生装置的检测范围内移动和/或操纵时，所述涡流由磁场在玩具的导电部分中感应出。特别地，传感器数据可以指示涡流对磁场的影响。可以通过一组检测线圈或其他磁场检测设备来检测该影响。在步骤S2中，该方法处理接收到的传感器数据，以便检测导电部分的空间图案。例如，可以基于已知空间图案的已知磁性签名来执行检测。已知的磁性签名可以例如是在训练阶段已被建立。在一些实施例中，可以通过自适应数学模型来检测图案，所述模型例如神经网络或其他合适的模型。训练图案可以例如包括在不同位置和/或方向的已知空间图案的磁性响应。
应当理解，在一些实施例中，可以对接收到的传感器数据进行预处理，即，可能已经执行了用于检测空间图案的一些步骤，例如，通过检测涡流影响的传感器。在步骤S3中，该过程根据检测到的空间图案和/或对物理构造的改变来确定玩具的物理构造。例如，物理构造可以包括玩具的可移动部件的相对位置或构成玩具的部件的相对位置。
在步骤S4中，该过程响应于检测到的物理构造来创建游戏内容。例如，该过程可以呈现检测到的玩具的物理构造的虚拟表示，或者以其他方式响应于检测到的物理构造来创建游戏内容。
例如，物理玩具可以由多个玩具构建元件组装而成，其中至少一些包括导电材料的各个元件特定的空间图案(“磁性签名”)。因此，该过程可以通过分析系统中的每个传感器的传感器数据来检测来自不同玩具构建元件的相应感应涡流，例如从不同的角度。利用例如三角剖分，该过程然后可以识别各个空间图案在3D空间中的位置和旋转。通过处理模型中每个可检测的玩具构建元件的空间图案，该过程可以使用关于每个玩具构建元件的已知信息来重建模型的数字版本。例如，对于每个可检测的玩具构建元件，系统可能已经存储了完整的3D网格或其他3D表示，其中所有的连接器(玩具构建元件可以通过其连接到系统的其他玩具构建元件)都放置在网格上且其中放置有空间图案。使用该信息，可以在迭代过程中计算出与接收到的传感器数据一致的最可能的模型，在该过程中扫描结果中可能存在的不规则性得到了解决。这可以通过检测3D空间中每个可检测玩具构建元件的各自位置和方向，并通过计算不同元件的连接器如何相互连接并确保这些元件的网格不碰撞来完成。
本文描述的游戏系统的实施例可以以多种方式来使用，例如如下所述：
在一些实施例中，游戏系统可以允许用户在数字体验中将玩具用作控制器。例如，当用户相对于传感器移动玩具时，游戏系统可以使用检测到的移动来在虚拟环境中控制玩具的相应虚拟版本。
在一些实施例中，游戏系统被配置为检测模块化模型的组成并创建可以在数字体验中使用的对应虚拟模型。
在一些实施例中，游戏系统可以检测两个或更多个玩具相对于彼此的位置和/或方向。例如，游戏系统可以检测物理雕像是否放置在外壳的内部或外部，例如，房子的玩具模型。两个或更多个玩具可以彼此分离，即彼此不连接。特别地，它们可以相对于彼此移动，例如彼此可自由移动和/或彼此间隔一定距离地可移动。根据相对位置，游戏系统可以触发数字体验中的相应事件，例如，游戏声音、显示内容等
图3示出了游戏系统的另一示例的示意图。游戏系统包括可移动玩具300和多个另外的玩具115。在图3的示例中，可移动玩具300是手持玩具，其包括类似于飞机的主体。然而，将理解的是，可移动玩具的其他示例可以具有不同的形状，例如，类似于其他类型的车辆或生物等。类似地，可移动玩具的其他示例不必一定是手持的。可移动玩具300包括处理单元101、磁场产生装置和设置在主体内的传感器。
数据处理单元101可以被适当地编程或以其他方式配置成执行本文描述的方法的实施例。数据处理单元可以包括用于存储计算机程序和/或数据的存储器，该计算机程序和/或数据在执行如下方法时由处理单元使用。数据处理单元101还包括用于将磁场产生装置和传感器通信地耦合到处理单元101的一个或多个接口。处理单元可以包括用于提供用户可感知的输出的一个或多个用户接口和/或通信接口，用于将处理单元通信地耦合到外部数据处理设备。该通信接口可以是有线或无线接口，例如，USB接口、蓝牙接口或使用其他合适的数据通信技术的接口。
一个或多个另外的玩具115可以是相应的玩具构建模型，每个玩具构建模型都由多个玩具构建元件构成，例如，如结合图1的玩具构建模型所描述的那样。每个玩具构建模型115包括一些玩具构建元件，其包括导电部分116或者全部由导电材料制成，所有这些都如结合图1所描述的那样。导电部分限定取决于玩具构建模型115的物理构造，即取决于玩具构建模型相对于彼此的相对位置和方向和/或取决于各个玩具构建模型的物理构造的空间图案。
可移动玩具300的磁场产生装置包括驱动器电路105和布置在可移动玩具300的主体内的磁场产生线圈108和109。磁场产生线圈可以布置在主体的相应侧面或表面上，例如使得不同的线圈相对于彼此以不同的角度定向。每个磁场产生线圈108、109可电连接到驱动器电路105。驱动器电路被配置为以随时间变化的方式对线圈通电，使得它们每个都产生磁场，所有这些都如结合图1所描述的那样。
当可移动玩具300被定位在一个或多个玩具构建模型115附近时，例如当由使用者握住并操纵可移动玩具300时，例如，在玩具构建模型115附近四处移动时，导电部分116与由各个磁场产生线圈产生的磁场相互作用。当相应的导电部分116处的磁场改变时，磁场因此在导电部分中感应出涡流。涡流取决于可移动玩具300相对于导电部分116的位置和取向。涡流还取决于各个导电部分的位置处的磁场如何随时间变化。特别地，当磁场不均匀时，由于导电部分相对于线圈180、109的运动(例如，当用户操纵可移动玩具时)，在导电部分处的磁场可能变化。替代地或另外地，响应于线圈108、109的随时间变化的通电，导电部分116所经历的磁场可以由于磁场的变化而变化。在任何情况下，感应的涡流产生次级磁场，也就是说，它们会影响可移动玩具300附近的总合成磁场。
感应涡流的影响可由可移动玩具300的传感器检测到，即，传感器可以根据涡流对总磁场的影响来检测涡流。为此，传感器包括信号处理单元110或其他检测电路，以及磁场检测线圈113和114。检测线圈布置在可移动玩具300的主体内，并且它们分别电连接到信号处理单元110。磁场检测线圈可以被布置为使得它们相对于彼此以不同的角度定向，所有这些都如结合图1所描述的那样。
在任何情况下，可移动玩具300附近的磁场的变化被检测为在检测线圈113和114中感应出的电动势的变化。因此，信号处理单元110检测这些变化并转发相应的传感器信号至数据处理单元101。数据处理单元101被编程为处理检测到的电动势的变化，并确定导电部分116相对于可移动玩具300和/或彼此的位置，并且确定相对位置的变化。根据检测到的位置，处理单元101可以识别玩具构建模型115和/或可移动玩具300相对于玩具构建模型115的运动和/或跟踪玩具构建模型115相对于彼此的运动。在一些实施例中，数据处理单元可以被配置为检测增加和/或移除的导电部分，例如当进一步的玩具构建模型被添加/移除或玩具构建元件被添加到玩具构建模型或从玩具构建模型中移除时。在一些实施例中，数据处理单元甚至可以被配置为检测导电部分116中的各个导电部分116的形状和/或大小和/或取向。空间图案的识别以及不同空间图案与相应玩具构造和/或玩具构建模型的特定操作的关联可以基于已知空间图案和空间图案的已知修改的数据库。例如，这样的数据库可以存储在数据处理单元的存储器104中，或者以其他方式可被数据处理单元访问。应当理解，检测到的电动势的变化中的至少一些处理可以由信号处理单元110代替数据处理单元和/或由与数据处理单元通信连接的外部数据处理设备来执行。
数据处理单元101可以被配置为响应于对玩具构建模型115的物理构造的检测而实现各种形式的数字游戏，和/或将关于检测到的玩具构建模型和/或相对位置的信息传达给外部数据处理。该设备可以被配置为响应于所传达的信息来实现游戏模式。
尽管已经参考某些特定实施例描述了本发明，但是在不脱离如所附权利要求所概述的本发明的精神和范围的情况下，其各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。
