Brevet FR2848870A1 — publié le 20040625

La présente invention concerne d'une façon générale les dispositifs d'entrée pour simulateurs et jeux électroniques, connus en particulier sous la dénomination de " manettes de jeu ". Les manettes de jeux actuellement connues possèdent un cordon de liaison électrique vers un connecteur d'entrée d'une console de jeu, ou encore d'un ordinateur, et nécessitent, pour déplacer un personnage ou objet mobile affiché sur l'écran dans le cadre de l'exécution 10 du jeu, l'appui par l'utilisateur sur un ou plusieurs boutons suivant la direction voulue. Ce procédé exige un certain apprentissage de la part de l'utilisateur car le déplacement de l'objet n'est pas intuitif En effet, lorsqu'on observe un débutant (enfant 15 ou adulte) effectuant de telles manipulations, on observe une certaine maladresse à faire correspondre les actions du ou des doigts au déplacement voulu. La présente invention vise à remédier à ce problème, et à proposer un dispositif d'entrée qui soit capable de 20 provoquer des déplacements d'un objet ou personnage virtuel mobile sur l'écran de visualisation d'une manière particulièrement intuitive, et donc facile à commander. Notamment, un objet de l'invention est de permettre le déplacement d'un objet virtuel affiché sur un écran, 25 que ce dernier soit placé horizontalement ou verticalement, dans une direction correspondant au déplacement de la manette par rapport à l'écran. Un autre objet encore de l'invention est de permettre d'utiliser des boutons de déplacement 30 directionnel en soi conventionnels, mais dont l'action dépend de l'orientation de la manette par rapport à l'écran. Elle propose à cet effet selon un premier aspect un système de jeu électronique, comprenant une unité centrale de traitement, un dispositif d'affichage et au moins un actionneur d'entrée déplaçable tel qu'une 5 manette, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission/réception de signaux entre une partie fixe du système et ledit actionneur, des moyens de traitement aptes à dériver desdits signaux au moins une information de position et/ou d'orientation de l'actionneur, et des 10 moyens de commande aptes à appliquer la ou les informations de position et/ou d'orientation à l'unité de traitement pour agir sur le déplacement d'objets virtuels affichés sur le dispositif d'affichage. L'information de position et/ou d'orientation peut 15 être absolue ou relative. Un tel système est avantageusement utilisé avec des manettes ayant les fonctions classiques des manettes de jeux spécialisées, telles que manche à balai, volant pour pilotage, etc. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce système sont les suivants: les moyens de traitement sont aptes à déterminer des données de temps de parcours des signaux transmis pour élaborer la ou les informations de position et/ou 25 d'orientation. le système comprend une pluralité d'émetteurs sur la partie fixe et une pluralité de récepteurs sur l'actionneur. le système comprend une pluralité de récepteurs 30 sur la partie fixe et une pluralité d'émetteurs sur l'actionneur. au moins un émetteur est apte à émettre en outre vers l'unité centrale via au moins un récepteur une information d'identification d'actionneur. au moins un émetteur est apte à émettre en outre 5 vers l'unité centrale via au moins un récepteur une information d'actionnement déterminée à partir d'un élément actionnable prévu sur l'actionneur. les moyens de traitement sont aptes à déterminer les variations de position de l'actionneur selon cinq 10 degrés de liberté. les moyens de traitement sont aptes à déterminer les variations de position de l'actionneur selon six degrés de liberté. l'actionneur comprend trois émetteurs (E 1-E 3) ou 15 récepteurs non alignés. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un actionneur déplaçable, tel qu'une manette de jeu, pour appliquer des signaux de commande à un système de jeu électronique comprenant une unité centrale de traitement 20 et un dispositif d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission de signaux par transmission sans fil à partir d'au moins deux émetteurs situés à distance l'un de l'autre sur l'actionneur, lesdits émetteurs émettant des signaux distincts aptes à 25 permettre une détermination de la position et/ou de l'orientation de l'actionneur à partir d'au moins deux récepteurs fixes. Dans une forme de réalisation, l'actionneur comprend une partie de commande de déplacement se déplaçant par 30 rapport à une autre partie, les émetteurs sont fixés sur la partie de commande de déplacement, et au moins un récepteur est fixé sur ladite autre partie. L'invention propose également un actionneur déplaçable, tel qu'une manette de jeu, pour appliquer des signaux de commande à un système de jeu électronique comprenant une unité centrale de traitement et un dispositif 5 d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réception de signaux par transmission sans fil au niveau d'au moins un récepteur, le récepteur étant apte à recevoir des signaux distincts émis par au moins deux émetteurs fixes pour permettre une détermination de la 10 position et/ou de l'orientation de l'actionneur. Dans une forme de réalisation, l'actionneur comprend une partie de commande de déplacement se déplaçant par rapport à une autre partie, en ce que le ou chaque récepteur est fixés sur la partie de commande de 15 déplacement, et en ce qu'au moins un émetteur est fixé sur ladite autre partie. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante des formes de réalisation 20 préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: Les figures la et lb sont des schémas en perspectives illustrant deux exemples de mise en oeuvre de 25 l'invention, Les figures 2 a et 2 b sont des schémas en perspective illustrant deux exemples de réalisation d'une manette selon l'invention, La figure 3 est une vue d'ensemble en perspective 30 schématique d'une plateforme électronique de jeu et d'un ensemble de manettes, La figure 4 est une vue analogue à la figure 3 avec une manette supplémentaire, les manettes étant pourvues de boutons de commande directionnelle, La figure 5 est un schéma fonctionnel d'une partie électronique d'une manette de jeu selon l'invention, La figure 6 est un schéma fonctionnel d'une partie de l'électronique d'une plateforme de jeu apte à coopérer avec une telle manette, La figure 7 est un schéma fonctionnel plus détaillé 10 de cette partie de l'électronique, La figure 8 illustre schématiquement l'application de la présente invention à un dispositif d'entrée du type volant de pilotage virtuel, et La figure 9 illustre schématiquement l'application 15 de l'invention à un dispositif d'entrée du type manche à balai. On notera à titre préliminaire que l'invention s'applique en particulier à une plateforme électronique de jeu telle que décrite dans le document WO 02 20110 A 20 au nom de la Demanderesse, mais qu'elle s'applique aussi tout à fait bien à des systèmes de jeu électronique à écran vertical. En référence tout d'abord à la figure la, on a représenté schématiquement la partie écran d'affichage D 25 d'un système électronique pour jeux, tels que jeux d'action, jeux de société, etc, l'écran étant ici orienté verticalement sensiblement face à un jour. Ce système comprend, de préférence autour de l'écran D, en l'espèce quatre émetteurs EA à ED de signaux 30 (signaux radiofréquence, infrarouges, ondes ultrasoniques, etc) capables de se propager à une vitesse déterminée jusqu'à une manette M En l'espèce, ces émetteurs sont disposés dans la région des quatre coins de l'écran D, mais de nombreux autres agencements sont possibles. La manette de jeu M possède ici deux récepteurs R 1 5 et R 2 aptes à recevoir les signaux émis respectivement par les quatre émetteurs, ces récepteurs étant ici situés dans la région des côtés opposés de la manette, symétriquement par rapport à un plan axial de celle-ci. La figure lb illustre le fait que le même système 10 peut être mis en oeuvre avec un écran d'affichage D placé à l'horizontale, comme décrit dans le document WO 02 20110 A précité. Les émetteurs EA à ED fournissent quatre signaux distincts, qui sont écoutés par les récepteurs R 1 et R 2. On sait que le temps qui s'écoule entre l'émission d'un signal donné par l'un des émetteurs et la réception du même signal par l'un des récepteur est proportionnel à la distance séparant l'émetteur et le récepteur considéré Par traitement de signal basé sur des instants 20 de réception d'un même signal émis par les différents récepteurs, le système est donc capable de déterminer la distance précitée Et le recours à plusieurs émetteurs et à plusieurs récepteurs, et à une pluralité de distances mesurées associées, permet d'en déduire la position et/ou 25 l'orientation de la manette M prise dans sa globalité par rapport aux émetteurs EA à ED et donc par rapport à l'écran Afin de ne pas alourdir inutilement la description, on ne décrira pas ici les différents calculs qui permettent d'obtenir les données de position et/ou 30 d'orientation de la manette; de tels calculs, faisant appel à la géométrie classique, sont en effet à la portée de l'homme du métier. Si de telles mesures sont effectuées à fréquence élevée, par exemple de 10 à 100 fois par seconde, le système détermine la variation dynamique des distances et en déduit les mouvements de la manette M exercés par l'utilisateur par rapport à l'écran D. Dans une première forme de réalisation, les calculs de position et/ou d'orientation de la manette M sont effectués dans une unité de traitement située dans la manette ellemême. Dans une seconde forme de réalisation, la manette se borne à transmettre au système de jeu, par liaison filaire ou sans fil, les données temporelles représentatives des instants auxquels sont reçus, par les récepteurs respectifs R 1 et R 2, les signaux émis par les 15 émetteurs respectifs EA à ED. On notera ici que le recours à deux récepteurs R 1 et R 2 disposés sur des côtés opposés et à au moins trois émetteurs permet de calculer la position et l'orientation de la manette suivant cinq degrés de liberté, comme l'illustre la figure 2 a des dessins, à savoir une translation suivant trois axes orthogonaux x, y et z (z étant la verticale, x la direction latérale et y la direction avant/arrière par rapport à l'utilisateur), et une rotation autour des axes y et z, seule la rotation 25 autour de l'axe x, parallèle à la droite rejoignant les deux récepteurs, ne pouvant pas être prise en compte. Selon une variante, et maintenant en référence à la figure 2 b, on peut déterminer les translations/rotations selon les six degrés de liberté possibles en prévoyant 30 sur la manette M un troisième récepteur R 3, pour autant qu'il soit décalé des récepteurs R 1 et R 2 suivant l'axe y et/ou suivant l'axe z En l'occurrence, alors que les récepteurs R 1 et R 2 sont situés latéralement à gauche et à droite au niveau de la face " avant " de la manette (la plus éloignée de l'utilisateur), le récepteur R 3 se trouve au milieu de sa face opposée ou arrière. Avantageusement, la manette M comprend également un ou plusieurs boutons (voir Bl et B 2 sur la manette M 5 sur la figure 4), à savoir des boutons traditionnels (boutons directionnels, manche à balai, touches d'action, etc) et/ou des boutons destinés à influer sur le processus de 10 détermination de la position initiale et de l'orientation de la manette M. On peut en particulier prévoir un bouton permettant d'activer/désactiver la détermination de la position de la manette selon le processus décrit ci-dessus. Comme on l'a indiqué plus haut, une liaison de préférence sans fil permet à la manette M de fournir au système électronique de jeu (plateforme, console dédiée ou encore ordinateur personnel) les informations sur sa position selon tout ou partie des six degrés de liberté 20 par rapport aux émetteurs et donc à l'écran, ainsi que les actions ou informations nécessaires au fonctionnement du système. Avantageusement, et maintenant en référence à la figure 3, le système permet l'utilisation d'une pluralité 25 de manettes, ici quatre manettes M 1 à M 4. On prévoit dans ce cas que la communication de chaque manette avec le système est différenciée (elle l'est naturellement avec une liaison filaire, elle l'est par exemple par simple adjonction d'un identificateur 30 dans les messages transmis) Ainsi les données de position ou données temporelles transmises par chaque manette au système central sont bien respectivement affectées aux différentes manettes. Les actions de déplacement d'un objet mobile virtuel affiché sur l'écran D en fonction des mouvements en 5 translation et/ou en rotation de la manette peuvent être très variés. On peut ainsi prévoir les affectations suivantes: Mouvement manette Mouvement objet Rotation /z diriger gauche droite Translation /y accélérer/freiner Rotation /x monter/descendre Translation /x pas de côté etc. Comme on l'a indiqué, il peut être souhaitable de conserver une commande classique par boutons directionnels (B 1 sur la figure 4) sur la manette en coopération avec un écran disposé horizontalement Dans 20 ce cas, on peut prévoir de positionner la manette de jeu dans une direction prédéfinie Puis, par une action sur un bouton déterminé, on mémorise cette position horizontale afin que les actions sur les boutons directionnels agissent dans des directions qui tiennent 25 compte de la position mémorisée de la manette. Par exemple, dans le cas de la figure 4, supposons qu'un cinquième joueur doté d'une manette M 5 vienne s'adjoindre à un groupe de quatre joueurs utilisant respectivement les manettes M 1 à M 4, sur le même côté de 30 la plateforme électronique que le joueur ayant la manette M 4. La détermination de la position de la manette M 5 par rapport au système permet de faire en sorte que, lorsque ce cinquième joueur utilise les boutons directionnels avant/arrière/gauche/droite de sa manette, les mouvements 5 correspondants de l'objet mobile sur l'écran D se produisent suivant les mêmes directions par rapport au point d'observation o se trouve ledit joueur. Selon une variante de réalisation, on peut prévoir que les émetteurs de signaux se trouvent sur les 10 manettes, et que les récepteurs correspondants soient fixes, et de préférence proches de l'écran Ainsi, comme l'illustre la figure 5, la manette M est ici dotée de trois émetteurs E 1 à E 3 respectivement reliées à trois générateurs de signaux G 51 à G 53. De manière à différentier les signaux qui pourraient être émis par plusieurs manettes, on prévoit que chaque manette envoie des signaux différents. La figure 6 illustre quant à elle la région de l'écran d'affichage D, entourée par quatre récepteurs RA 20 à RD situés dans la région de ses quatre coins A chaque récepteur est associé un circuit décodeur, seul le circuit DCA associé au récepteur RA étant représenté sur la figure Chaque circuit décodeur est relié à une unité de traitement des manettes UTM qui reçoit les signaux des 25 circuits décodeurs est engendre des données de position/orientation des manettes respectives, utilisées comme données d'entrée dans le programme de jeu associé. A partir des composantes temporelles contenues dans les signaux reçus, l'unité de traitement UTM calcule 30 dynamiquement la distance entre chaque émetteur et chaque récepteur, et à partir de ces distances les mouvements opérés par l'utilisateur, pour engendrer des données l 1 d'entrée vers l'application de jeu exécutée par le système. Dans cette approche, les émetteurs situés sur les manettes sont également avantageusement utilisés pour 5 transmettre d'autres informations tels que des évènements de manipulation de boutons, de manche à balai, etc, ici encore à destination de l'application de jeu. Comme on l'a dit, la mesure de distance peut se faire par différentes techniques de transmission en 10 utilisant notamment de signaux infrarouges, ultrasonores, radiofréquence, etc. Préférentiellement, dans le cas o les émetteurs sont situés sur les manettes M, chaque émetteur envoie un train d'impulsions sur une porteuse de fréquence 15 différente, ce train d'impulsions formant un code spécifique identifiant la manette de façon unique. Ainsi la porteuse identifie l'émetteur considéré parmi la pluralité d'émetteurs, tandis que les impulsions identifient la manette. Côté récepteur, et maintenant en référence à la figure 7, chaque récepteur comprend un capteur CPT choisi en fonction de la technologie considérée, et un décodeur de porteuse DP permet de séparer les différentes porteuses provenant de chacun des deux émetteurs ou 25 davantage. Il est prévu en outre autant d'unités de traitement d'émetteurs, en l'occurrence au nombre de trois et désignés par UTE 1, UTE 2 et UTE 3, qui sont aptes chacune à calculer la distance entre l'émetteur associé et le 30 récepteur considéré. Maintenant en référence à la figure 8, on a représenté un dispositif d'entrée 10 du type volant pour pilotage virtuel, avec une base 12 et un volant rotatif 14 Le volant porte deux récepteurs Ri et R 2 et la base porte deux émetteurs Ea et Eb Un calcul périodique basés sur le temps de parcours de signaux entre les émetteurs 5 et les récepteurs permet, par des calculs mathématiques à la portée de l'homme du métier, de déterminer l'évolution de l'angle de rotation e du volant 14 par rapport à la base 12 Les signaux électriques représentatifs de cette évolution sont appliqués aux programme de jeu ou de 10 simulateur de conduite pour diriger le véhicule virtuel. La figure 9 illustre un autre dispositif d'entrée 10, avec une base 12 et un manche à balai 16 susceptible de pivoter autour d'une articulation située à sa base, dans une direction x et dans une direction y Le manche à 15 balai possède à distance de son point d'articulation un récepteur Ri, tandis que la base porte trois émetteurs EA, EB et EC Ici encore, l'évolution des temps de parcours des signaux entre les trois émetteurs et le récepteur permet de déterminer la position du manche à 20 balai et ses évolutions. Bien entendu, dans ces formes de réalisation également, on peut inverser les émetteurs et les récepteurs. De nombreuses variantes et modifications peuvent 25 être apportées à l'invention. Notamment, dans le cas d'une console de jeu dédiée dont l'écran d'affichage est un téléviseur ordinaire, les émetteurs ou récepteurs fixes et l'électronique de traitement associée sont préférentiellement situés au 30 niveau de la console elle-même, ou sous forme d'un élément fixe séparé de ladite console et relié à elle. REVENDICATIONS 1 Système de jeu électronique, comprenant une unité centrale de traitement, un dispositif d'affichage (D) et 5 au moins un actionneur d'entrée déplaçable (M; 14; 16) tel qu'une manette, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission/réception (Ex Ri; Ei, Rx) de signaux entre une partie fixe (D; 12) du système et ledit actionneur (M), des moyens de traitement aptes à dériver 10 desdits signaux au moins une information de position et/ou d'orientation de l'actionneur, et des moyens de commande aptes à appliquer la ou les informations de position et/ou d'orientation à l'unité de traitement pour agir sur le déplacement d'objets virtuels affichés sur le 15 dispositif d'affichage. 2 Système de jeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont aptes à déterminer des données de temps de parcours des signaux 20 transmis pour élaborer la ou les informations de position et/ou d'orientation. 3 Système de jeu selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'émetteurs (Ex) sur 25 la partie fixe et une pluralité de récepteurs (Ri) sur l'actionneur. 4 Système de jeu selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de récepteurs (Rx) sur 30 la partie fixe et une pluralité d'émetteurs (Ei) sur l'actionneur. Système de jeu selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un émetteur (Ei) est apte à émettre en outre vers l'unité centrale via au moins un récepteur une information d'identification d'actionneur. 6 Système de jeu selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'au moins un émetteur (Ei) est apte à émettre en outre vers l'unité centrale via au moins un récepteur une information d'actionnement 10 déterminée à partir d'un élément actionnable prévu sur l'actionneur. 7 Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont 15 aptes à déterminer les variations de position de l'actionneur selon cinq degrés de liberté. 8 Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont 20 aptes à déterminer les variations de position de l'actionneur selon six degrés de liberté. 9 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'actionneur comprend trois émetteurs (El-E 3) ou 25 récepteurs non alignés. Actionneur déplaçable (M; 14; 16), tel qu'une manette de jeu, pour appliquer des signaux de commande à un système de jeu électronique comprenant une unité 30 centrale de traitement et un dispositif d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission de signaux par transmission sans fil à partir d'au moins deux émetteurs (E 1E 3) situés à distance l'un de l'autre sur l'actionneur, lesdits émetteurs émettant des signaux distincts aptes à permettre une détermination de la position et/ou de l'orientation de l'actionneur à partir d'au moins deux récepteurs fixes (Rx). 11 Actionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins un émetteur (El-E 3) est apte à émettre en outre une information d'identification d'actionneur. 12 Actionneur selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'au moins un émetteur (E 1-E 3) est apte à émettre en outre une information d'actionnement déterminée à partir d'un élément actionnable prévu sur 15 l'actionneur. 13 Actionneur selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'actionneur comprend une partie de commande de déplacement se déplaçant par rapport à une 20 autre partie, en ce que les émetteurs sont fixés sur la partie de commande de déplacement, et en ce qu'au moins un récepteur est fixé sur ladite autre partie. 14 Actionneur déplaçable (M; 14; 16), tel qu'une 25 manette de jeu, pour appliquer des signaux de commande à un système de jeu électronique comprenant une unité centrale de traitement et un dispositif d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réception de signaux par transmission sans fil au niveau d'au moins 30 un récepteur (Ri), le récepteur étant apte à recevoir des signaux distincts émis par au moins deux émetteurs fixes (Ex) pour permettre une détermination de la position et/ou de l'orientation de l'actionneur. Actionneur selon la revendication 14, caractérisé en 5 ce que l'actionneur comprend une partie de commande de déplacement se déplaçant par rapport à une autre partie, en ce que le ou chaque récepteur est fixés sur la partie de commande de déplacement, et en ce qu'au moins un émetteur est fixé sur ladite autre partie.