УСТРОЙСТВО ИГРЫ-ГОЛОВОЛОМКИ
PUZZLE GAME DEVICE

Изобретение относится к области игр-головоломок. Может быть использовано в качестве игры для развития комбинаторных и математических способностей, а также для иллюстрации математических разделов, связанных с алгебраической теорией групп и теорией графов.
Известны аналогичные головоломки, в которых путем преобразований, допускаемых механизмом игры, меняется внешняя расцветка некоторой фигуры, переходя из одного допустимого состояния в другое допустимое состояние. Цель таких игр заключается в восстановлении заданного, фиксированного цвета фигуры.
Близким к данному устройству игры является построение известной игры "Кубик Рубика", изобретенный Эрно Рубиком (см. HU 170062 В, 28.03.1977).
Выделим два пункта в построении игры головоломки "Кубик Рубика", которые характеризуют игру.
1. Имеется каркас в виде большого куба, состоящий из 26 блоков в виде кубиков меньшего размера, раскрашенных в один из шести цветов, как правило, расположенных парами друг напротив друга: белый-желтый, синий-зеленый, красный-оранжевый, и задано расположение блоков, обеспечивающее определенную, исходную внешнюю расцветку граней каркаса, т.е. большого куба. Обычно исходная внешняя расцветка каркаса приводится к такому виду, когда каждая грань каркаса имеет один цвет.
2. Задаются некоторые преобразования, изменяющие внешнюю расцветку каркаса. Преобразования заключаются в поворотах граней каркаса вместе с присоединенными блоками. Повороты граней каркаса позволяют переупорядочить цвет граней множеством различных способов. Задача игрока заключается в том, чтобы, после перевода внешней расцветки каркаса в некоторое неопределенное состояние, вернуть его в заданное, исходное состояние, поворачивая грани каркаса («собрать Кубик Рубика»).
К недостаткам этой и аналогичных игр можно отнести:
- жесткость конструкции и невозможность легко варьировать степень сложности игры;
- механизм изменения цветов на каркасе сложен и довольно быстро изнашивается;
- после получения опыта или подсказки по нахождению последовательности действий для изменения цвета граней игра становится менее интересной.
Задачей изобретения является расширение арсенала игр-головоломок.
Технический результат предлагаемой игры-головоломки заключается в том, что устройство может иметь множество модификаций - от самых простых до весьма сложных; в удобстве и простоте эксплуатации, поскольку предложенная конструкция не жесткая и прост механизм изменения цветов.
Специальное соединение стержнеобразных элементов игры в цепи и их преобразование по описанным в заявке правилам приводят к появлению новых форм цепей на каркасе устройства. Вновь образовавшиеся цепи допускают преобразования по тем же однажды принятым правилам.
Технический результат достигается тем, что игра-головоломка содержит соединительные элементы первого, второго типа и стержнеобразные элементы третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого типов, из которых строится каркас, для чего соединительные элементы выполнены с возможностью соединения со стержнеобразными элементами третьего, четвертого и пятого типов и в каркасе соединительные элементы первого типа присоединяются к одному стержнеобразному элементу третьего, четвертого или пятого типов, а соединительные элементы второго типа присоединяются к трем стержнеобразным элементам, а именно третьего, четвертого и пятого типов, при этом стержнеобразные элементы шестого, седьмого и восьмого типов выполнены с возможностью соединения со стержнеобразными элементами третьего, четвертого и пятого типов, причем в исходном положении стержнеобразные элементы шестого типа соединены со стержнеобразными элементами четвертого и пятого типов, стержнеобразные элементы седьмого типа соединены со стержнеобразными элементами третьего и четвертого типов, а стержнеобразные элементы восьмого типа соединены со стержнеобразными элементами третьего и пятого типов.
На фиг.1 изображен пример простейшего устройства, каркас которого состоит из 3-х стержнеобразных элементов третьего, четвертого и пятого типов.
На фиг.2 проведены подсоединения стержнеобразных элементов шестого, седьмого и восьмого типов к стержнеобразным элементам первых трех типов для каркаса, изображенного на фиг.1.
На фиг.3 изображен пример устройства, каркас которого состоит из 10-ти стержнеобразных элементов третьего, четвертого и пятого типов.
На фиг.4 приведены подсоединения стержнеобразных элементов шестого, седьмого и восьмого типов к стержнеобразным элементам первых трех типов для каркаса, изображенного на фиг.3.
Игра-головоломка содержит два типа соединительных элементов (на фиг.1-8 они изображены в виде кружков с цифрами 1 и 2 внутри) и шесть типов стержнеобразных элементов (на фиг.1-6 они отмечены цифрами 3, 4, 5, 6, 7, 8).
Построение устройства начинается с изготовления каркаса, для чего соединительные элементы выполнены с возможностью соединения со стержнеобразными элементами третьего, четвертого и пятого типов и в каркасе соединительные элементы первого типа присоединяются к одному стержнеобразному элементу третьего, четвертого или пятого типов, а соединительные элементы второго типа присоединяются к трем стержнеобразным элементам, а именно третьего, четвертого и пятого типов (см. фиг.1 и 3).
Стержнеобразные элементы шестого, седьмого и восьмого типов (например, красного типа, синего типа и зеленого типа) выполнены с возможностью соединения со стержнеобразными элементами третьего, четвертого и пятого типов.
В исходном положении стержнеобразные элементы шестого типа соединяются со стержнеобразными элементами четвертого и пятого типов, стержнеобразные элементы седьмого типа соединяются со стержнеобразными элементами третьего и четвертого типов, а стержнеобразные элементы восьмого типа соединяются со стержнеобразными элементами третьего и пятого типов (см. фиг.2 и 4).
В результате на каркасе появляются цепи, состоящие из стержнеобразных элементов четвертого, пятого и шестого типов. На фиг.2 и 4 можно видеть цепи шестого (красного), седьмого (синего) и восьмого (зеленого) типа. Назовем их цепями соответственно шестого, седьмого и восьмого типов.
Рядом с цепями шестого типа появляются сопутствующие цепи, состоящие поочередно из стержнеобразных элементов седьмого и восьмого типов. Рядом с цепями седьмого типа появляются сопутствующие цепи, состоящие поочередно из стержнеобразных элементов шестого и восьмого типов, а рядом с цепями восьмого типа - сопутствующие цепи, состоящие поочередно из стержнеобразных элементов шестого и седьмого типов.
Изменение формы цепей достигается следующим образом.
На созданных указанным образом сопутствующих цепях выполняют следующие преобразования: выбрав некоторую сопутствующую цепь (например, для седьмой цепи (синего цвета) на фиг.2 сопутствующая цепь будет состоять из стержнеобразных элементов шестого и восьмого типов), переставляют входящие в нее стержнеобразные элементы. В результате изменяются формы и тип некоторых цепей. После ряда преобразований возникает задача восстановления первоначальной формы цепей.
Описанное выше построение устройства позволяет посредством механизма преобразования, переставляющего стержнеобразные элементы в сопутствующих цепях, изменять тип и форму цепей шестого, седьмого и восьмого типов и переходить к другому виду цепей на каркасе. Очень важно то, что указанное построение устройства позволяет продолжить игру, осуществляя преобразования по тем же правилам, а именно переставляя стержнеобразные элементы во вновь образовавшихся сопутствующих цепях.
Цель игры - возвращение формы цепей к исходному варианту.
Подчеркнем свойство предлагаемого устройства игры-головоломки, которое, по нашему мнению, дает игре преимущество перед аналогом ("Кубик Рубика").
Роль граней в игре "Кубик Рубика" аналогична роли цепей в заявленной игре. Точно так же, как в игре "Кубик Рубика", можно изменять цвета граней не произвольно, а только поворачивая их на 90 градусов (правило преобразования), в заявленной игре можно изменять форму цепей, переставляя звенья только в сопутствующих цепях вдоль цепей красного, синего и зеленого типов. Однако, если в аналоге форма куба неизменна, то в предлагаемой заявке каркас устройства может иметь самый разнообразный вид, позволяющий легко модифицировать игру, не меняя правил преобразования.
В качестве примера реализации для каркаса, изображенного на фиг.3, приведена игра-головоломка. В устройстве вдоль сопутствующих цепей шестого, седьмого и восьмого типов (красного, синего и зеленого типа) переставляются стержнеобразные элементы. На фиг.5-8 приведены формы видоизмененных цепей типа 4 и 6 (красного и зеленого типа) для игры, фотография которой приведена на фиг.9. Исходная позиция игры показана в правом верхнем углу фиг.9. Она эквивалентна форме цепей на фигуре 5. Измененный вид цепей, эквивалентный форме цепей на фигуре 8, изображен на основном каркасе.
В исходном варианте игры содержатся две цепи синего типа и две сопутствующие им цепи. Проводя преобразования поочередно в первой сопутствующей цепи, а потом - во второй, изменяют цепи 6 и 8 (красного и зеленого типа) так, как это показано на фиг.6-8. Поскольку в примере зафиксированы цепи, имеющие тип 5 (синий), то можно при преобразованиях следить только за цепями типа 6, 8 (красного и зеленого типа), которые отличаются от зафиксированной цепи. Как видно, преобразования приводят к возникновению множества вариантов форм цепей. Возникает задача возвращения форм цепей к исходному варианту (например, форм цепей, показанных на фигуре 8, к исходному варианту (фиг.5)).
Возможны другие более совершенные устройства игры, в которых перестановка звеньев производится автоматически по описанному в заявке правилу. Были построены на компьютере модели таких устройств, однако ясно, что подобные устройства могут быть построены также с применением ПЛИС'ов (логических интегральных схем), которые недороги и органично встраиваются в конструкцию устройства игры головоломки. Изготовлены видеоклипы с демонстрацией хода игры на таких устройствах.
Игра явилась результатом рассмотрения одного из предположений о моделях, близких к строению особей биологического вида. Предполагалось, что модель вида имеет определенную генную структуру в форме каркаса и стержнеобразных элементов третьего, четвертого и пятого типов, а мутации в цепях каркаса приводят к появлению разнообразных особей благодаря изменению формы цепей.