SISTEMA Y MÉTODO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CONTROL DE OBJETOS EN UN ESPACIO DELIMITADO Y USO EN LA CREACIÓN DE VIDEOJUEGOS HÍBRIDOS.

Sistema y método para la identificación y control de objetos en un espacio delimitado y uso en la creación de videojuegos híbridos.

Sistema y método para la identificación y control de objetos (6, 26, 36) en un espacio delimitado horizontalmente (1, 21, 31) que comprende un espacio horizontal (1, 21, 31) de área variable y configurable sobre la que quedan dispuestos una pluralidad de objetos (6, 26, 36); una unidad de control con al menos un procesador (5, 25, 35); y medios configurados para enviar y recibir señales infrarrojas que comprenden una pluralidad de emisores en el espectro infrarrojo (4a, 24a, 34a) y una cámara de visión infrarroja (4b, 24b, 34b); y donde cada uno de dichos objetos (6, 26, 36) lleva adherido un dispositivo (100) identificador de tal forma que un único dispositivo (100) identifica a un único objeto (6, 26, 36).

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CONTROL DE OBJETOS EN UN ESPACIO DELIMITADO Y USO EN LA CREACIÓN DE VIDEOJUEGOS HÍBRIDOS

El objeto de la presente invención es un método o técnica basada en la detección visual de objetos soportada por al menos un marcador, de especial aplicación en la creación de videojuegos híbridos para ordenador o videoconsola y controlados mediante unos objetos cualesquiera, como juguetes convencionales de cualquier tipo y que soportan tanto la detección de cambios de estado del objeto por la propia manipulación del usuario (que en el caso de los juguetes suele ser un niño), como el cambio autónomo del estado del objeto por el propio sistema informático que ejecuta la invención.

Estado de la técnica

Tradicionalmente los niños juegan, solos o en grupo, manipulando físicamente juguetes en el suelo o en una mesa. Asimismo, los niños también encuentran atractivos los juegos de ordenador, y su flexibilidad les hace muy útiles en aplicaciones educativas. Juntar ambos mundos (en adelante videojuegos híbridos: juegos de ordenador que se jueguen de la misma forma que un juego basado en manipulación física de objetos, enriqueciéndolo con contenido digital: imagen y sonido), es aunar los beneficios pedagógicos de ambas formas de juego.

Actualmente existen diversos métodos para combinar juguetes físicos y videojuegos en videojuegos híbridos. Algunos de ellos se basan en embeber dispositivos electrónicos en el juguete (p.ej. chips RFID) que pueden ser detectados e identificados por un sensor conectado al sistema informático (sensores RFID):

http://www.skylanders.com

http://www.piernot.com/proi/zowie/

Estos sistemas solo permiten la identificación del juguete cuando éste está próximo (a muy pocos centímetros) de un sensor. Aunque un chip RFID tiene muy bajo coste, los sensores no lo son tanto, por lo que identificar el juguete en distintas posiciones requiere la conexión de múltiples sensores al sistema informático, elevando su coste y complejidad del juguete.

Otras soluciones embeben en el juguete diversos actuadores y sensores electrónicos

comunicados con el sistema informático que ejecuta el videojuego a través de tecnologías inalámbricas (BLUETOOTH o WIFI).

Wappy Dog® de Nintendo®: http://www.voutube.com/watch?v=cfWerkDHC2A

Lego Mindstorms® de LEGO®: http://mindstorms.leao.com/en-us/Default.aspx

Este sistema permite interacciones más complejas con el juguete (tanto como complejos sean los sensores embebidos en el juguete capaces de detectar las manipulaciones de los niños), y además permite que el propio sistema informático cambie el estado del juguete (embebiendo actuadores electrónico: motores, luces, sonido). Sin embargo, dichos sensores y actuadores miniaturizados son costosos y frágiles, al igual que el control inalámbrico del juguete. Además, resulta muy complejo y costoso adaptar un juguete convencional no tecnológico para ser usado en este sistema.

Otros se basan en el uso de un sensor visual (cámara digital) conectado al sistema informático que ejecuta el videojuego, y de algoritmos ejecutados en el procesador del sistema que identifican visualmente cada juguete (generalmente facilitado por la inclusión de marcadores impresos en el juguete): http://es.plavstation.com/evepet/

Este sistema es de muy bajo coste, solo requiere una cámara digital convencional. Los marcadores pueden ser impresos en papel convencional. Actualmente estas técnicas se están utilizando para controlar aplicaciones informáticas mediante la colocación y movimiento de objetos sobre una superficie horizontal (mesa o tabletop): www.reactable.com

Este sistema permite la creación de videojuegos híbridos con muy bajo coste: http://webdiis.unizar.es/~imarco/7paqe id=10&lanq=es

Sin embargo, la interacción en el videojuego se limita a mover los juguetes en la superficie de juego. Los juguetes actúan, por tanto, de forma pasiva en el juego solo son manipulados por el jugador); además nunca cambian de estado, bien por efecto de las manipulaciones de

los niños, bien por efecto del propio sistema informático.

En la solicitud W002095517 se describe esencialmente un método para controlar un robot, en donde dicho robot incluye medios de detección para detectar un objeto en una primera zona de una serie de zonas predeterminadas, en relación con el robot; y para generar una señal de detección de la identificación de la primera zona, y medios de procesamiento para seleccionar y realizar una acción predeterminada de una serie de acciones en respuesta a dicha señal de detección. Este documento es el más próximo conceptualmente al objeto de la invención, ya que permite detectar cambios de estado en el robot, por manipulaciones o colisiones con el entorno y ejecutar cambios desde el sistema, como cambiar de dirección, pero todo muy orientado a la robótica, y sobre todo a la comunicación de un robot con otro para poder coordinar "equipos de robots". Menciona técnicas como la radiofrecuencia para conocer distancias entre robot, y giroscopios y sensores magnéticos para conocer su orientación. La principal diferencia respecto a la invención radica en la adición de un sensor de imagen infrarroja (cámara), para solucionar de forma robusta y barata la localización (posición y orientación) de un número prácticamente ilimitado de objetos, sin necesidad de sensores electrónicos adicionales, ya que sólo es necesario añadir un marcador impreso en papel o plástico convencional.

El documento JP 2003-019344 si que emplea sensores y emisores en el espectro infrarrojo para el control de juguetes, pero siempre sobre una máquina. No obstante, la diferenciación entre distintos juguetes se hace por la forma geométrica del emisor infrarrojo (cuadrado, triangulo, circulo), limita la identificación y la hace poco fiable. Por otro lado, no se detecta la orientación. La propuesta japonesa solo habla de posición, para nada de cambios de estado en el juguete. Además tampoco permite o indica cómo combinar el empleo de dicha comunicación IR con otros sistemas, por ejemplo, el de la patente W002095517.

El documento EP1033882B1 no propone una técnica para integrar cualquier juguete en un videojuego híbrido, si no que propone un control en sí (una varita mágica), que detecta los gestos del jugador con respecto a una pantalla o monitor donde se muestra el juego. Se utiliza un sensor infrarrojo (cámara) conectado al sistema para saber donde apunta la varita con respecto al monitor de imagen del juego, como si fuera una pistola.

Finalmente, el documento EP1937380B1 tampoco describe una técnica para adaptar cualquier juguete en un videojuego, aunque sí propone varios juguetes distintos que se

pueden usar como controles en videojuegos. Eso sí, cada juguete aplica una técnica distinta (basada en LEDs infrarrojos y LEDs de luz visible con distintos colores), y por tanto no general aplicable para cualquier interacción pasiva con los juguetes como es nuestro caso. Tampoco propone técnicas para juguetes activos. El sensor (cámara) infrarrojo y los LEDs infrarrojos se utilizan para que el sistema calcule la posición del juguete en un volumen tridimensional en frente del monitor o pantalla de juego. Las manipulaciones pasivas de los juguetes se transmiten al sistema mediantes LEDs de colores, por tanto, la cámara debe ver en luz visible, no infrarroja.

Descripción de la invención

El problema técnico que resuelve la presente invención es un sistema y método que detecte los cambios de estado de un objeto cualquiera de forma bidireccional desde el objeto a un sistema informático de control (esencialmente una CPU) y del sistema informático al objeto. En un uso preferido de la invención ésta se emplea para la creación de videojuegos híbridos, es decir, para el empleo de juguetes convencionales (los objetos) dentro de un sistema informático (el procesador o CPU) e interaccionar entre ambos.

La invención propone el uso de emisores y receptores (sensores/cámaras) en el espectro infrarrojo de forma robusta y barata, ya que son sensores y emisores de un precio mucho más asequible que otros utilizados en el estado de la técnica para la localización (posición y orientación) de un número prácticamente ilimitado de objetos sin necesidad de sensores electrónicos adicionales, ya que bastaría solamente con añadir un marcador impreso en papel o plástico convencional.

Gracias a su especial diseño e implementación, el sistema aquí preconizado otorga la posibilidad a los usuarios de integrar juguetes convencionales como controladores de videojuegos, así mismo el cambio autónomo del estado del propio juguete por el propio sistema informático...

1. Dispositivo (100) identificador infrarrojo que comprende unos emisores infrarrojos (104);

unos sensores infrarrojos (106); unos conectores para sensores (105); y unos conectores para actuadores (107); caracterizado por que comprende

un cuerpo rectangular plano (101) que a su vez contiene en uno de sus lados un espacio hueco rectangular (102)

- un array de LED (102a) emisores en el espectro infrarrojo situados en los frontales de dicho espacio hueco rectangular (102); de tal forma que dicho array de LED (102a) retroilumina un marcador visual (103) alojado en dicho espacio rectangular (102) y donde dicho marcador visual (103) es un elemento plano con una combinación variable de áreas opacas y transparentes a la luz en el espectro infrarrojo.

2. Dispositivo (100) de acuerdo con la reivindicación 1 donde los emisores infrarrojos comprenden un array de diodos LED infrarrojos (104) alineados y asociados con un array de conectores (105), al menos uno por LED y donde a su vez cada conector (105) está conectado con un sensor electrónico propio de un objeto (6,26,36) de tal forma que con un sensor electrónico activado se activa un LED infrarrojo (104).

3. Dispositivo (100) de acuerdo con la reivindicación 2 donde los LED emiten en el espectro de los 850 nm.

4. Dispositivo (100) de acuerdo con la reivindicación 1 a 3 donde los sensores infrarrojos comprenden un sensor de luz infrarroja (106) configurado para detectar una pluralidad de pulsos de luz infrarroja.

5. Dispositivo (100) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4 donde el sensor de luz infrarroja (106) detecta en el espectro de los 780 nm.

6. Dispositivo (100) de acuerdo con las reivindicaciones 1-5 que comprende un array de conectores (107) al menos un conector por actuador del objeto (6,26,36).

7. Un sistema para la identificación y control de objetos (6,26,36) en un espacio delimitado horizontalmente (1,21,31) que comprende

un espacio horizontal (1,21,31) de área variable y configurable,

sobre la que quedan dispuestos una pluralidad de objetos (6,26,36);

una unidad de control con al menos un procesador (5,25,35);

medios configurados para enviar y recibir señales infrarrojas que comprende

- una pluralidad de emisores en el espectro infrarrojo (4a,24a,34a); y una cámara de visión infrarroja (4b,24b,34b);

y donde cada uno de dichos objetos (6,26,36) lleva adherido un dispositivo (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, de tal forma que un único dispositivo (100) identifica a un único objeto (6,26,36); caracterizado por que el dispositivo (100) está configurado para

- identificar el objeto (6,26,36) con el que está asociado;

- indicar el estado del objeto (6,26,36) a través de unos emisores infrarrojos (104);

ejecutar las instrucciones procedentes del procesador (5,25,35) y recibidas como pulsos de señal infrarroja a una frecuencia determinada a través del sensor de infrarrojos (106); y donde dicho procesador (5,25,35) está configurado para

analizar una imagen de video capturada por la cámara infrarroja (4b,24b,34b);

identificar a cada objeto (6,26,36) de forma independiente a través de la captura de la imagen de un marcador visual (103) del dispositivo (100) asociado con dicho objeto;

- calcular la posición, orientación y estado dentro del área (1,21,31) de cada objeto (6,26,36) de forma independiente a través de la captura de la imagen de un marcador visual (103) del dispositivo (100) asociado con dicho objeto; y

- ejecutar uno o más programas almacenados en una o más memorias para el control de cada uno de los objetos (6,26,36) a través del dispositivo (100) asociado con dicho objeto a través de la captura de la imagen de la señal de los emisores (104) que representan el estado del objeto

(6,26,36), estando dichas señales de control emitidas mediante pulsos en

el espectro infrarrojo (4a,24a,34a).

8. Sistema de acuerdo con la reivindicación 7 donde los emisores en el espectro infrarrojo (4a,24a,34a) son emisores LED de pulsos de alta intensidad de luz infrarroja en el espectro de los 780 nm.

9. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8 donde la cámara de visión infrarroja (4b,24b,34b) es una cámara de video con un filtro de luz infrarroja en el espectro de los 850 nm, donde dicha cámara además es de óptica intercambiable y/o de óptica focal variable y adaptable al área (1,21,31) de tal forma que su ángulo de visión cubra dicho área (1,21,31) completamente.

10. Método para la identificación y control de objetos (6,26,36) en un espacio delimitado horizontalmente (1,21,31) implementado en el sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 que comprende las etapas de

proporcionar un marcador visual (103) único en el espectro infrarrojo a un dispositivo identificador (100);

unir un dispositivo identificador (100) a un único objeto cualquiera (6,26,36) dentro de un espacio horizontal (1,21,31) de área variable y configurable;

capturar una imagen de video por la cámara infrarroja (4b,24b,34b) e identificar a cada objeto (6,26,36) de forma independiente a través de la captura de la imagen de un marcador visual (103) del dispositivo (100) asociado con dicho objeto;

calcular la posición y orientación en el área (1,21,31) de cada objeto (6,26,36) de forma independiente a través de la captura de la imagen de un marcador visual (103) del dispositivo (100) asociado con dicho objeto; y

ejecutar uno o más programas almacenados en una o más memorias para el control de cada uno de los objetos (6,26,36) a través del dispositivo (100) asociado con dicho objeto, estando dichas señales de control emitidas mediante pulsos en el espectro infrarrojo (4a,24a,34a).

11. Un producto de programa informático con instrucciones configuradas para su ejecución por un procesador (5,25,35) que, cuando son ejecutadas por un sistema de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 9 hacen que éste lleve a cabo el procedimiento según la reivindicación 10.

12. Uso del sistema según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 para la creación de videojuegos híbridos.