Brevet FR2990625A1 — publié le 20131122

- 1 - Cette invention concerne un puzzle ou jeu de patience et de réflexion formé par différentes pièces qui sont assemblées les unes avec les autres pour former une image, un motif ou une figure géométrique. Il s'agit d'un jeu éducatif favorisant le développement de la perception de l'espace et il peut être réalisé avec différents niveaux de difficulté. Les pièces des puzzles traditionnels ont une forme adaptée à la réalisation d'un assemblage stable, avec des zones de connexion du type « queue d'aronde » ou mâle / femelle qui empêchent la séparation des pièces par une simple traction suivant la surface du puzzle. Pour défaire un puzzle il est nécessaire d'exercer des efforts selon une composante normale à cette surface. Usuellement le puzzle forme une image. Pour assembler le puzzle le joueur s'appuie sur la forme géométrique de pièces, qui sont essentiellement surfaciques (l'épaisseur est faible par rapport à la largeur et à la longueur de la pièce), et sur l'image de la surface extérieure principale de celles-ci. Dans ces puzzles il n'y a pas d'ordre privilégié d'assemblage des pièces. Il est possible de joindre deux pièces adjacentes et d'ajouter cet ensemble de deux pièces à tout autre ensemble préformé. Il est toujours possible de poser la dernière pièce du puzzle et cette dernière pièce peut potentiellement se trouver à n'importe quelle position du puzzle. La découpe des pièces habituelles des puzzles est sensiblement perpendiculaire à la surface principale de la pièce, qui est sensiblement plane. Les pièces de la majorité des puzzles ont une épaisseur très faible par rapport aux autres dimensions. Certains puzzles, comme celui décrit dans le brevet US 6.517.071 de 2003 sont constitués de pièces ayant une épaisseur considérable. Dans ce brevet la découpe des pièces est perpendiculaire a sa surface principale. Les brevets US 5.251.900 de 1993 et US 6.086.067 de 2000 montrent des puzzles tridimensionnels dans lesquels les découpes des pièces sont aussi sensiblement perpendiculaires à leurs surfaces principales. Le brevet US 5.230.508 de 1993 montre un jeu puzzle conçu pour avoir une séquence de montage. Le jeu est découpé en zones qui sont découpées à leur tour dans d'autres zones. Les découpes sont perpendiculaires à la surface du puzzle et la seule façon d'associer les pièces est avec un déplacement perpendiculaire à la surface du puzzle, comme c'est spécifié dans la revendication 1. Mais même si la forme de découpe des pièces du jeu peut rendre plus facile le montage dans plusieurs zones, il est toujours possible de réaliser l'assemblage du puzzle dans un ordre quelconque. - 2 - Le brevet US 4.805.918 de 1989 montre un jeu constitué par des pièces qui peuvent être séparées avec un impact. Bien que les pièces aient une découpe qui n'est pas sensiblement perpendiculaire à la surface du plateau, cette découpe ne présente pas un angle clairement défini qui impose un assemblage séquentiel et logique de l'ensemble du jeu. L'objectif du puzzle de l'invention est d'ajouter une dimension complémentaire au puzzle : l'ordre d'assemblage des pièces. Cela augmente le niveau de difficulté de réalisation du puzzle et apporte un nouveau challenge et intérêt. La surface extérieure principale P du puzzle est celle qui est la plus visible quand le puzzle est formé et qui comporte l'image, le motif ou la forme caractéristique du puzzle. Cette surface est habituellement plane. De façon générale nous allons considérer un système de référence trièdre orthogonal (x,y,z) avec le plan xy le plus proche possible de ladite surface P. Le plan xy es celui qui minimise la somme des distances du plan à la surface P. La forme des pièces du puzzle sur la surface principale est définie par des lignes Li. La géométrie des pièces du puzzle est obtenue par la découpe virtuelle ou réelle de la forme initiale par des surfaces de découpe Si, obtenues par le balayage d'une ligne Li selon une droite génératrice Di d'orientation yi(Cii, ni) ; yi étant l'angle aigu formé avec l'axe z par la génératrice Di; ai étant l'angle formé avec l'axe z par la projection de la droite Di sur le plan xz ; et pi étant l'angle formé avec l'axe z par la projection de la droite Di sur le plan yz ; Nous entendons par « balayage » (le terme utilisée habituellement en anglais est le « sweep ») l'obtention d'une surface par translation sans rotation d'une ligne tout au long d'une autre ligne ou « chemin » dans l'espace. Les génératrices droites Di présentent un angle yi non nul, préférentiellement entre 3 degrés et 80 degrés. Des angles inférieurs à 3° donneront lieu à des puzzles proches 30 des puzzles traditionnels et des angles trop importants feront que la coupe soit trop proche de la surface extérieure P. Pour que l'ordre de montage du puzzle soit affecté par l'inclinaison des surfaces Si, il est nécessaire que certains angles des génératrices Di, yeti, 61), soient différents entre eux. Au moins deux droites Di ne seront pas parallèles entre elles. 35 Il est avantageux de donner des angles entre 7 degrés et 65 degrés pour éloigner d'avantage la surface Si de la normale à P et de cette surface P. - 3 - Il est intéressant de disposer d'un nombre relativement important de surfaces Si « inclinées » et des angles plus marqués et réalistes pour que l'assemblage du puzzle soit fortement conditionné par cette caractéristique des surfaces Si. Avantageusement 30% au moins des génératrices Di des surfaces Si présentent un angle yi compris entre 7 degrés et 65 degrés. Encore plus préférentiellement, plus de 50% des surfaces Si présentent une telle caractéristique. Si le pourcentage des directions Di différentes entre elles augmente, l'impact sur l'ordre de montage du puzzle augmente, incrémentant ainsi la complexité de réalisation de celui-ci. Le ratio entre le nombre de directions Di ayant des valeurs des angles (ai, I3i) 10 différents et le nombre total des directions Di est avantageusement supérieur à 1/3. Par exemple, si les directions sont D1(5,0), D2(5,2), 03(5,0), D4(0,5) et D5(5,5), alors le ratio de directions différentes est de 4/5. Une pièce peut avoir un nombre C quelconque de sommets et de côtés reliant lesdits sommets. Sont particulièrement intéressantes les pièces avec trois, quatre et six 15 côtés, car elles permettent de réaliser un pavage homogène avec des pièces ayant le même nombre de côtés. Les surfaces de chaque côté de la pièce peuvent avoir des angles a et/ou [3 différents. Les lignes Li qui génèrent les surfaces de découpe Si peuvent être courbes avec par exemple les formes typiques male/femelle des puzzles traditionnels destinées à 20 réaliser un assemblage stable desdites pièces. Les bords extérieurs du puzzle sont des bords des pièces et peuvent être considérés de la même façon décrite précédemment, avec une découpe selon une direction formant un certain angle avec z. L'épaisseur des pièces du puzzle, selon l'axe z, ne doit pas être négligeable par 25 rapport aux dimensions dans le plan xy des pièces. La taille moyenne des pièces peut être définie comme Tm = '1,Syl avec S étant la surface du puzzle et R le nombre de pièces. Cette épaisseur sera au minimum du 4 % de Tm et préférentiellement supérieur à 8% de Tm. Il est particulièrement intéressant de réaliser les pièces du puzzle dans une 30 matière transparente, ce qui permettra que les surfaces de découpe soient visibles quand le puzzle sera formé. Des matériaux comme du verre, du méthacrylate de méthyle (PMMA), du polystyrène ou du polycarbonate peuvent être avantageusement utilisés. Bien évidemment le puzzle pourra être réalisé dans d'autres matières comme du bois, du métal (par exemple l'aluminium ou l'acier inoxydable), des plastiques non transparentes 35 (polyéthylène, ABS, polypropylène ...) etc. -4- Le puzzle de l'invention peut être réalisé avec différents procédés : Selon une première variante de réalisation, en partant d'un objet, par exemple une plaque de PMMA, d'un autre plastique, de métal, de bois ou d'un autre matériel adapté, se réalisent les découpes décrites en divisant l'objet en parties qui sont à son tour divisées à nouveau. La découpe se fait avec des outils tels qu'un rayon laser, un jet d'eau à haute pression, une scie à ruban ou un fil chaud, en fonction des caractéristiques du matériau choisi. Les différentes directions de découpe Di sont pilotées par le système de découpe conformément à la définition de la géométrie du puzzle. Selon une deuxième variante de réalisation, la géométrie des pièces est conçue de forme virtuelle à l'aide de systèmes de Conception Assistée par Ordinateur et suivant un processus analogue à celui décrit précédemment. Les pièces ainsi définies peuvent être réalisées avec des moyens bien connus comme : - le moulage dans un moule ayant l'empreinte adaptée ou - l'utilisation de moyens u d'impression tridimensionnelle » comme la stéréolithographie ou le frittage de poudre. Il est particulièrement intéressant d'utiliser la couleur pour former des images sur le puzzle. Certains procédés de stéréolithographie permettent une impression en couleur, ce qui permettra facilement la réalisation de puzzles personnalisés. Les pièces obtenues avec cette deuxième variante peuvent être évidées de façon à diminuer la quantité de matière utilisée pour fabriquer le puzzle. L'épaisseur e de la paroi de la pièce peut être entre 0.5 et 4 mm et plus avantageusement entre I et 2 mm.. Avantageusement le puzzle peut être réalisé par injection d'un matériau thermoplastique dans un moule adapté à la réalisation de pièces évidées. Le motif de la surface principale à reconstituer par assemblage du puzzle, traditionnellement une image, peut être réalisé en relief. Le relief peut être positif (vers l'extérieur du puzzle) ou négatif (vers l'intérieur du puzzle) et peut être obtenu par enlèvement de matière (laser par exemple) ou par moulage ou impression tridimensionnelle. Pour que la manipulation des pièces du puzzle soit facile, lors de l'assemblage ou du desassemblage de celui-ci, il est intéressant de laisser un espace entre lesdites pièces. Cet espace peut être défini dans la conception du puzzle. La géométrie 3D du puzzle intègre cet espacement qui sera reproduit dans les moules ou dans l'impression 3D. Dans le cas de l'obtention du puzzle par découpe, l'espace sera crée par l'outil coupant (laser, jet d'eau, fil chaud, scie etc.). - 5 - Il est intéressant du point de vue du design que cet espacement soit constant tout au long des découpes. Il est avantageux qu'il soit compris entre 0.05 et 0.6 mm, et plus particulièrement entre 0.1 et 0.3 mm. En général, il est avantageusement compris entre 0.3% de Tm et 1 % de Tm. Un procédé de conception d'un puzzle ou jeu de patience selon l'invention peut être décrit avec les étapes suivantes : Partant de l'ensemble total du puzzle Z11 avant toute découpe réelle ou virtuelle : réaliser une première découpe réelle ou virtuelle par une surface S1 avec comme génératrice le segment D1 pour partager le puzzle en deux zones séparées Z211 et Z212; découper la zone Z211 par une surface Sl, avec comme génératrice le segment D1 1 pour partager ladite zone Z211 en deux zones séparées Z3ii, et 3 112, découper la zone Z212 par une surface S12 avec comme génératrice le segment D12 pour partager ladite zone Z212 en deux zones séparées Z3121 et .Z3122 ; poursuivre les découpes jusqu'à obtenir les pièces unitaires isolées qui composent le puzzle final. Une voie de solution pour assembler le puzzle consiste à assembler les pièces de façon à créer les différentes parties intermédiaires obtenues dans le processus précédemment décrit. Le montage peut être réalisé en suivant l'ordre inverse du processus de conception. Un puzzle particulièrement intéressant, car il est plus facile pour l'utilisateur de 25 comprendre la logique nécessaire pour l'assemblage, est celui formée par m files et n colonnes, ayant une partie des m+1 surfaces qui délimitent les files et/ou une partie des n+1 surfaces qui délimitent les colonnes du type Si comme définies précédemment par leurs angles (en, 131). Si le puzzle est conçu pour être assemblé par files, une ou plusieurs files consécutives seront délimitées par deux découpes de type Si. Le joueur pourra 30 assembler séparément ces files ou ensembles de files et il pourra assembler le puzzle en assemblant celles-ci. Un raisonnement analogue peut être fait pour un puzzle conçu pour être assemblé par colonnes. Trois cas remarquables sont les suivants : a) Toutes les files sont séparées par des découpes de type Si. 35 b) Toutes les colonnes sont séparées par des découpes de type Si. c) Toutes les files et toutes les colonnes sont séparées par des découpes de type Si. - 6 - L'invention qui vient d'être exposée sera aisément comprise à l'aide des dessins annexés qui ne représentent que des modes particuliers de réalisation et qui ne sauraient être considérés comme limitatifs. - La figure 1 montre un exemple de puzzle selon l'état de l'art avec les pièces éclatées ; - La figure 2 montre un exemple de puzzle selon l'invention avec les pièces éclatées ; - La figure 3 montre le même puzzle de la figure 2 avec les pièces assemblées ; - La figure 4 représente un premier pas virtuel pour générer la pièce 1 d'un puzzle suivant l'invention. - La figure 5 représente un zoom sur la direction normale de référence N et de la direction 31 pour générer la surface de découpe qui forme les angles (al, [31) par rapport à N. - La figure 6 représente la génération de la surface de découpe 21, obtenue par balayage de la ligne 11 selon la droite génératrice 31. - La figure 7 représente la découpe de la pièce 1 par la surface 21. - La figure 8 représente la génération de la surface 24 par la ligne 14 et la droite 34. - La figure 9 représente la découpe de la pièce 1 par la surface 24. - La figure 10 représente la pièce 1 découpée par les surfaces 22 et 23 obtenues de forme analogue aux surfaces 21 et 24. - La figure 11.a représente la même pièce 1 ombrée pour une meilleure compréhension de son volume. - La figure 11.b représente cette même pièce 1 évidée pour limiter la quantité de matière utilisée. - La figure 12 représente un exemple de trois pièces présentant des angles (al, 0) et (a2, 0) - La figure 13 illustre l'assemblage des trois pièces suivant les directions Dl et D2. - La figure 14 montre des exemples de pièces avec 3, 4 et 6 côtés. - La figure 15 montre la première phase de découpe d'un puzzle, générant deux sous-parties ; - La figure 16 montre la deuxième phase, divisant une des parties obtenues dans la première phase en deux sous-parties ; - La figure 17 montre une troisième phase du même principe ; -7- - La figure 18 montre une phase qui génère deux pièces finales. - La figure 19 montre les pièces obtenues dans la phase précédente écartées. - La figure 20 montre un puzzle de m files et n colonnes, concrètement de 12 files et 3 colonnes. - La figure 21 montre le détail de l'espacement entre pièces. La figure 1 montre un exemple de puzzle plat selon l'état de l'art avec les pièces éclatées. Les découpes sont perpendiculaires au plan de la surface du puzzle et apparaissent dans le dessin (en vue perpendiculaire a cette surface) comme une ligne. La figure 2 montre un exemple de puzzle selon l'invention avec les pièces éclatées montrant les surfaces de la découpe, qui sont inclinées par rapport à la direction normale à la surface principale du puzzle. La figure 3 montre le même puzzle de la figure 2 avec les pièces assemblées. Les lignes cachées en pointillé montrent la découpe inclinée. Les figures 4 à 11 présentent une séquence de conception d'une pièce selon l'invention. La figure 4 représente un premier pas virtuel pour générer la pièce 1 du puzzle selon l'invention à partir d'une plaque 2, d'une certaine épaisseur, pas négligeable. Dans le puzzle final la pièce 1 sera limitée sur sa surface principale par les lignes 11, 12, 13 et 14. Ces lignes montrent des agencements male / femelle, comme habituellement utilisés dans les puzzles de l'état de l'art. Un système de référence x,y,z est représenté, avec la référence normale N suivant z. La direction 31, ligne AB, génératrice de la découpe est définie avec des angles yl , al et f31 formées respectivement par 31 avec z, par la projection de 31 sur le plan xz 25 avec z et par la projection de 31 sur le plan yz avec z. La figure 5 représente un zoom sur la direction normale de référence N et de la direction 31 pour générer la surface de découpe qui forme les angles (ai, 131) par rapport à N. La figure 6 représente la génération de la surface de découpe 21, obtenue comme 30 balayage de la ligne 11 selon la droite 31. La figure 7 représente la découpe de la pièce 1 par la surface 21. La figure 8 représente la génération de la surface de découpe 24 obtenue par balayage de la ligne 14 selon la droite 34. La droite 34, A'B', forme des angles a4 et 64 par rapport à N. 35 La figure 9 représente la découpe de la pièce 1 par la surface 24. La figure 10 représente la pièce 1 découpée par les surfaces 22 et 23 obtenues de - 8 - forme analogue aux surfaces 21 et 24. La figure 11.a représente cette même pièce 1 ombrée pour donner une meilleure compréhension de son volume. La figure 11.b représente cette même pièce 1 évidée pour limiter la quantité de matière utilisée, avec e étant l'épaisseur de la paroi de la pièce. La figure 12 représente un exemple de trois pièces selon l'invention présentant des angles (al, 0) et (a2, 0) La figure 13 illustre l'assemblage des trois pièces de la figure 12 qui doit être réalisé par un mouvement de translation suivant les directions D1 et D2 formant les 10 angles (al, 0) et (a2, 0) respectivement. La figure 14 montre des exemples de pièces 63, 64 et 66, avec 3, 4 et 6 sommets (notés de a à m) et 3, 4 et 6 côtés (lignes qui lient les 3,4 et 6 sommets de chaque pièce). Dans le puzzle de l'invention sur chaque « côté » s'appuie une surface de coupe définie comme expliqué précédemment. 15 Les figues 15 à 18 montrent la génération virtuelle du puzzle de l'invention par découpes successives. La surface principale (extérieure) du puzzle est représentée ombrée. La figure 15 montre un exemple de première phase de découpe de la zone initiale totale Z11 du puzzle selon l'invention. Cette découpe est réalisée par la surface Si basée 20 sur la ligne 71 et génère deux zones séparées Z211 et Z212, La figure 16 montre une deuxième phase de découpe : la zone Z212 est découpée par une surface S12, générée par la ligne 72, et elle est ainsi partagée en deux zones séparées Z3121 - et - Z3122 La figure 17 montre une troisième phase de découpe : la zone Z3121 est découpée 25 par une surface 5121 générée par la ligne 73, et elle est ainsi partagée en deux zones séparées Z41211 et Z41212. La figure 18 montre une quatrième phase de découpe : la zone Éi212 st découpée par une surface S1212 9 générée par la ligne 74, et elle est ainsi partagée e gée n pa e co deux zones séparées Z5 - 12121 et Z5121. 30 La figure 19 montre les zones Z5 Ces zones correspondent 12121 et Z512122 écartées. à des pièces finales du puzzle. Les autres zones de niveaux 2, 3 et 4 seront découpées selon le même principe jusqu'à former les 24 (6x4) pièces du puzzle de l'exemple. L'assemblage du puzzle peut se faire dans l'ordre inverse de la démarche de conception décrite. 35 La séquence décrite de découpe du puzzle peut être exprimée de forme générale : une zone Zkp 1 p2 p3 pk est découpé par une surface Sfyl p2 p3 pk la partageant en deux - 9 - zones séparées Zk+lpi p2 p3 pk 1 et Zk+ip1 p2 p3. ,.pk 2, avec pl ...pk pouvant prendre les valeurs 1 ou 2, jusqu'à la découpe des pièces finales du puzzle. La figure 20 montre un puzzle de m files et n colonnes, concrètement de 12 files et 3 colonnes. Les angles (ai, re sont constants pour chaque découpe délimitant une file ou 5 une colonne sur un côté. Si les surfaces antérieure et postérieure du puzzle sont parallèles, alors la trace de la découpe sur la surface postérieure est identique (avec un petit ajustement en principe et fin de la même pour s'adapter au bord du puzzle) à celle de la face antérieure. Cela est clairement visible dans la figure 20 sur une vue perpendiculaire à la surface du puzzle les découpes postérieures sont les mêmes que 10 les découpes antérieures mais translatées (avec un ajustement au bord du puzzle au début et à la fin de la découpe). La figure 21 montre le détail de l'espacement entre pièces qui est crée dans la conception du puzzle ou lors de la découpe du puzzle et qui permet une manipulation aisée des pièces lors de l'assemblage ou du desassemblage du puzzle. 15 REVENDICATIONS1) Puzzle ou jeu de patience et de réflexion formé par différentes pièces qui sont assemblées les unes avec les autres pour former une image, un motif ou une figure 5 géométrique, ayant une surface extérieure principale P comportant l'image, le motif ou la forme caractéristique du puzzle, la forme des pièces du puzzle sur cette surface principale étant définie par des lignes Li, caractérisé en ce que, en considérant un système de référence trièdre orthogonal (x,y,z) avec le plan xy le plus proche possible de ladite surface P, la géométrie des pièces du puzzle est obtenue par la découpe virtuelle ou ro réelle de la forme initiale par des surfaces de découpe Si, obtenues par le balayage d'une ligne Li selon une droite génératrice Di d'orientation yi(ai, pi) ; yi étant l'angle aigu formé avec l'axe z par la génératrice Di; ai étant l'angle formé avec l'axe z par la projection de la droite Di sur le plan xz ; et 15 pi étant l'angle formé avec l'axe z par la projection de la droite Di sur le plan yz ; en ce qu'au moins deux des génératrices Di présentent un angle yi compris entre 3 degrés et 80 degrés ; et en ce que ces génératrices Di ne sont pas toutes parallèles. 20 2) Puzzle ou jeu de patience selon la revendication 1, dans lequel 30% au moins des génératrices Di des surfaces Si présentent un angle yi compris entre 7 degrés et 65 degrés. 3) Puzzle ou jeu de patience selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le ratio entre le nombre de directions Di ayant des valeurs des angles (ai, pi) différents et le 25 nombre total des directions Di est supérieur à 1/3. 4) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une partie des lignes Li présente des formes de type male / femelle. ) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'épaisseur des pièces du puzzle, selon l'axe z, est supérieure à 4 % de Tm et 30 préférentiellement supérieur à 8% de Tm, avec Tm = S étant la surface du puzzle et R le nombre de pièces. 6) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, tel qu'il est formé par m files et n colonnes de pièces, avec une partie des m+1 surfaces qui délimitent les files et/ou une partie des n+1 surfaces qui délimitent les colonnes du type Si 35 selon les définitions précédentes.) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, tel que les pièces sont réalisées dans un matériau transparent, avantageusement choisi dans le groupe du verre, du méthacrylate de méthyle (PMMA), du polystyrène ou du polycarbonate. 8) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 tel que les pièces sont découpées par rayon laser, par jet d'eau sous haute pression ou par fil chaud. 9) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, tel que les pièces sont moulées en matière plastique. 10) Puzzle ou jeu de patience selon l'a revendication 9, tel que les pièces sont évidées avec une épaisseur de paroi comprise entre 0.5 et 4 mm. 11) Puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, tel que le motif de la surface principale est réalisé en relief, positif (vers l'extérieur du puzzle) ou négatif (vers l'intérieur du puzzle). 12) Procédé de conception d'un puzzle ou jeu de patience selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes : considérer l'ensemble total du puzzle Z11 avant toute découpe réelle ou virtuelle ; réaliser une première découpe réelle ou virtuelle par une surface S1 avec comme génératrice le segment D1 pour partager le puzzle en deux zones séparées Z211 et Z212; découper la zone Z211 par une surface S11 avec comme génératrice le segment D1 1 pour partager ladite zone Z211 en deux zones séparées Z311, et Z3112 ; découper la zone Z212 par une surface Si2 avec comme génératrice le segment D12 pour partager ladite zone Z212 en deux zones séparées Z3121 et Z3122 ; poursuivre les découpes jusqu'à obtenir les pièces unitaires isolées qui composent le puzzle final.30