CN119563201A - 交互式电子设备及与之交互的方法 - Google Patents

Abstract

所声称的技术解决方案涉及电子领域，特别是涉及提供一种新颖的功能性三维格式的交互设备，用于游戏、学习、提供信息、训练不同能力等。技术成果是允许更有效地与交互设备进行交互，通过按压由透明头按钮阵列形成的显示区域，这些按钮允许显示图形信息。所声称的技术成果是通过一种交互式电子设备实现的，包括一个外壳，其中包含至少一个处理器和至少一个存储器，外壳的外表面有一个显示，由按钮阵列形成，每个按钮都有一个透明头，并形成显示器的像素，这些按钮使得用户交互和由处理器生成并输出到透明头按钮的图像的显示成为可能。

Description

交互式电子设备及与之交互的方法

技术领域

本技术方案涉及电子领域，特别是提供一种新颖的功能性三维格式的交互设备，用于游戏、学习、提供信息、训练不同能力等。除了娱乐，该设备还可以用于治疗目的：它可以减少焦虑，缓解紧张，减少过度活跃，作为一种抗压工具。它还可以帮助改善注意力不集中、多动症、自闭症谱系障碍；该设备还发展手部精细运动技能，教授新事物，发展逻辑，帮助应对焦虑，训练反应。该设备发展记忆力，是智能手机游戏的绝佳替代品，因为它对眼睛健康的伤害较小。

背景技术

已知有一种游戏立方体设备(申请号US20190091559 A1，03/28/2019)，该设备包含一个或多个显示器，放置在立方体的面上，从而在用户交互期间形成用于显示信息的图块。

该设备的缺点是其用途有限(仅限于字母和数字游戏)，并且无法通过按压直接控制选定像素的发光，因为该设备没有利用键盘显示。设备仅通过旋转立方体进行控制，没有精确的图像点控制，而完整的图像是由代表足够大的片段的图块组成的，这导致用户在不接触的情况下沿着立方体的边移动这些大块片段，因此，单个像素的移动是不可能的。图像片段的数量极少，不能超过显示屏的总数，例如，对于3x3立方体，只有54个这样的片段，用户只能与这些大块的图像片段进行交互。该设备呈立方体形状。没有发光按钮可供使用。

还已知一种游戏设备(申请号US20080070657 A1，03/20/2008)，该设备是一个立方体，提供图像输出到形成立方体外壳侧面显示区域的图块上。

该设备不创建任何图像，只提供发光点，即设备没有键盘显示。LED隐藏在设备内部，这大大限制了可能的游戏数量。按钮位于一个狭窄的凹室内，大手的人的手指无法伸入该室。控制仅通过按压实现。LED的数量极少，例如，在描述的设备中只有6个。设备只能用于玩LED的亮度。用户无法设置发光的亮度或颜色。

此外，现有设备的另一个缺点是普通屏幕容易损坏。如果显示器损坏，整个设备就完全停止工作。任何普通显示器都是结构复杂的元件，总是使设计复杂化。它无法修复，只需要完全更换为单独的备件。现有技术的问题是普通显示器在操作过程中机械损坏的高概率以及电子故障的高概率。所有这些都导致了生产成本的提高和具有传统显示器的设备的维修成本的增加。

因此，考虑到现有技术解决方案固有的缺点，提出了一种新型设备，它提供了一种新的交互和信息处理原理，由于设备显示以按钮形式呈现，每个按钮都表示一个像素，用于创建图像。

发明内容

本发明允许解决现有技术解决方案中固有的技术问题，即创建一个有效的设备，用于进行各种类型的活动，并有可能直接在设备上显示信息，同时用户可以通过阅读显示上的响应与设备进行交互。

技术成果是允许更有效地与交互设备进行交互，通过按压由透明头按钮阵列形成的显示区域，这些按钮允许显示图形信息。

所声称的设备设计简化，提高了其可靠性和耐用性。

另一个成果是提高了读取用户在显示的各种区域的交互的准确性，以及扩展形成显示的按钮数量的能力。

所声称的技术成果是通过一种交互式电子设备实现的，包括：

一个外壳；

至少一个与存储设备耦合的处理器；

一个显示器，它在外壳的全部外表面上制作，其中显示由一系列紧密间隔的发光按钮形成，每个按钮都包含一个透明头，并形成显示的像素；

按钮可以进行用户交互，并通过处理器显示由发光按钮阵列形成的图像。

在一种特定的实施方式中，按钮包含至少一个LED。

在另一种特定的实施方式中，至少一个LED位于外壳上。

在另一种特定的实施方式中，至少一个LED位于像素内。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个声音模块，设计用于再现音频信号。

在另一种特定的实施方式中，当至少一个形成显示的按钮被按压时，声音模块被激活。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个光传感器。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个加速度计。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个陀螺仪。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个GNSS模块。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个接近传感器。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个霍尔传感器。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个磁力计。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个温度传感器。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个ADC。

在另一种特定的实施方式中，处理器被设计为阻止用户与显示的至少一部分进行交互。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个无线电波收发器。

在另一种特定的实施方式中，设备另外包含一个振动发生器。

所声称的设备具有简单的设计，高可靠性和耐用性，并且没有易碎的显示器，可以被尖锐物体打破或刺穿。一个失败的单个光像素可以单独且廉价地修复，通过更换带有光头的按钮。

所声称的技术成果也是通过一种与交互式电子设备交互的方法实现的，其中交互式电子设备包括：

一个外壳；

至少一个与存储设备耦合的处理器；

一个显示器，它在外壳的全部外表面上制作，其中显示由一系列紧密间隔的发光按钮形成，每个按钮都包含一个透明头，并形成显示的像素；

按钮可以进行用户交互，并通过处理器显示由发光按钮阵列形成的图像；

方法包括以下步骤：

通过处理器读取显示器上的按压来接收用户交互；

处理器激活一个交互式游戏，在该游戏中至少部分显示器上形成图像；

处理器在交互式游戏期间读取与显示器的用户交互；

其中交互式游戏显示在设备的至少部分显示器上，并根据处理器读取的与形成显示的按钮的用户交互进行更改。

与现有技术不同，所声称的技术解决方案没有将屏幕作为单独的内置部分，而是有一个按钮阵列和按钮形成图像。完整的图像由紧密设置的按钮形成，并以不同的颜色发光。使用按钮，可以确定用户在图像上的按压的确切位置并进行控制。区别还在于整个设备表面都覆盖有显示，所有侧面和整个设备表面都显示图像。此外，显示的每个点都对按压敏感，这创造了设备与用户之间的交互反馈。按钮是弹性的，用户在按下按钮时感觉到弹性和机械回馈。

附图说明

图1展示了设备的主要组件的一般方案。

图2A至2C展示了设备外壳的可能实施方式。

图3A至3C显示了在不同形状的外壳上形成显示按钮的示例。

图4A至4C展示了LED的放置示例。

图5A至5B显示了弹性膜的可能使用方式。

图6A至6I展示了具有各种交互程序的设备实施示例。

图7展示了使用设备内部空腔的可能方式。

图8展示了排除设备上的误操作。

具体实施方式

如图1所示，一般来说，交互设备(100)包含实现关键功能所需的基本元素，这些元素是一台或多台处理器(101)、存储器(102)、显示器(103)和电源(104)。设备(100)的元素可以通过标准数据总线或任何其他通信原理连接，以确保信号和数据的传输。

处理器(101)可以是一个或多个微控制器(微处理器)，或另一个计算模块，提供执行程序命令以实现设备功能(100)。处理器(101)使用软件控制设备(100)的所有电子组件，并接收操作设备(100)所需的响应(数据和信号)。

存储器(102)包括RAM和ROM，提供存储由处理器执行的指令，以及长期存储信息。闪存、SSD、HDD等可以用作ROM。

设备由电源(104)供电，通常是电池。

显示器(103)是一个三维键盘显示器，是一个或多个覆盖设备(100)表面的显示器。显示器(103)覆盖了设备的全部表面。

如图2A至2B所示，设备(100)的外壳可以有不同的形状，不仅限于标准几何形状：立方体、球体、曲线形等。外壳的形状可以不同，同时保持在至少一个表面上放置主要组件和显示器(103)的可能性。

显示器(103)从四面覆盖设备，从而确保与每个侧面的交互可能性。

在图3A至3C中详细展示了设备(100)的显示器(103)的形成原理。显示器(103)由一系列紧密放置的发光按钮头(105)形成。由于按钮(106)，显示器(103)可以确定按压的确切位置，这允许控制在整个体积显示器(103)上生成的图像(例如，动画、游戏、应用程序等)。

显示器(103)具有独特的设计，由一系列带有发光透明塑料头(105)的按钮(106)组成，每个按钮都是一个单独的像素，构成显示器(103)上的单个大图像。由于这种按钮(106)的配置，整个显示器对任何点的按压都是敏感的，这允许反馈。

图4A至4B展示了LED(107)的可能放置位置，这些LED提供照亮按钮(106)头(105)的光源。LED(107)可以直接放置在透明头(105)内，或在设备外壳(110)上的按钮(106)旁边(图4B)。LED(107)的数量在头(105)内或按钮(106)旁边可以不同。

图5A至5B展示了设备(100)的一个特定实施方式，其中按钮头(105)可以被弹性膜(108)覆盖，该膜作为防尘和防潮的屏障，但不影响与显示器(103)的按钮(106)的交互。

作为设备(100)的附加传感器或元素，可以使用声音模块、光/照明传感器、加速度计、陀螺仪、GNSS模块、接近传感器、霍尔传感器、磁力计、温度传感器、无线电波收发器、无线通信收发器、振动发生器等。

声音模块可以是扬声器，或与音频输出手段耦合的音频处理器。

光/照明传感器提供对周围空间照明程度的响应，以执行给定的程序场景。

加速度计和陀螺仪可以检测设备(100)在空间中的位置和移动，在其倾斜、旋转和其他类型的位置变化期间。

GNSS模块是接收卫星坐标的标准解决方案，使用GPS、GLONASS、北斗等协议。

接近传感器在设备(100)接近任何物体时提供响应。

霍尔传感器测量磁场，从而允许控制显示器(103)或游戏玩法。上述传感器还改善了地理定位。

磁力计提供对地球磁场的测量。

温度传感器可用于测量环境温度、湿度、空气稀薄度等。

无线电波收发器和/或无线通信收发器可用于接收无线电信号，以及通过通信协议(例如，蓝牙、NFC、Wi-Fi、BLE、RFID等)与外部连接设备进行无线数据交换通道。

振动发生装置可以以振动元件的形式实现，例如，创建振动的振动单元。

ADC也可以在设备(100)中使用，以将传感器的数据转换为数字形式，以传输到处理器(101)。

设备(100)可以通过不同的方式进行操作：接触(按压、倾斜、摇晃或碰撞)和非接触(光、声音或无线电波)。这种影响可以来自用户(按压、声音和移动)，也可以来自外部环境(无线电波、声音、光或振动)。所声称的解决方案不限于上述提及的参与方式。所有影响都被设备传感器检测到，这些传感器提供进入处理器(101)的信号。

来自处理器(101)的数据发送一个单独的控制信号，用于设备(100)表面上的每个按钮(106)，特别是每个按钮(106)的头(105)需要以什么颜色和多强的强度点亮。所有按钮(106)形成一个单一的显示器(103)，由设置在彼此旁边的发光头(105)的按钮(106)组成。因此，处理器(101)在键盘显示器(103)上生成图像。

由于由头(105)的按钮(106)形成的像素数量众多，显示器(103)可以创建各种类型的图像，例如可读的字母、数字、图片、动画或视频。处理器(101)还控制所有附加和基本元素的设备(100)，确保用户和设备(100)之间的持续双向交互。当设备(100)受到冲击时，用户会得到反应。例如，通过按压显示器(103)上的按钮(106)，可以改变游戏的进程，或改变图像，或按压的位置将成为屏幕上对象的新运动方向。实际与设备(100)交互的示例将在这些申请材料中进一步披露。

在设备(100)的被动状态下，它可以处于待机模式，在这种模式下显示器(103)是关闭的或运行屏幕保护程序。通过按压设备(100)的某些点可以实现激活。例如，这些点可以通过摇晃设备(100)短暂点亮。如果这些点在分配的时间内没有被按压，设备(100)将切换回待机模式。

也可以通过声音或其他影响来激活设备(100)。打开设备(100)后，它可以在显示器(103)上以图像的形式显示可用的功能。所需的游戏或功能可以在展示时在屏幕上选择，或者，知道其名称或编号，也可以立即通过声音控制或按压显示器(103)上的按钮(106)切换到指定的游戏或功能。设备(100)具有坚固的外壳，没有任何脆弱的突出或旋转部分，这提供了增加的可靠性和耐用性。外壳可以防尘和防水。

显示器(103)上的按钮的机械反应为用户提供了一种新的良好感觉，与触摸屏显示器相比，提供了一种新的游戏空间格式和一种新的便携式电子数字设备，用于娱乐和教育。在所声称的发明中，使用键盘显示器时，人会得到一种全新的感觉：当按下它时，按钮的物理运动被他或她的手指肌肉感觉到，然后由于内置的弹簧，按钮将手指压回初始水平。因此，按钮的上下运动使用户有机会体验一种新的触觉。而这些通过发光显示器按下的物理感觉，或者说，触觉按钮按压的感觉，是能够显示复杂高质量图像(图片、视频或文本)的多像素显示器的全新解决方案。

此外，在与设备(100)交互时，可以阻止显示器(103)的某一部分，这使得可以排除设备(100)上不参与形成响应过程的那部分(或部分)的误读(按压)。例如，当使用双手在空中握住设备时，与用户手接触的显示器区域(103)将被阻止，只有主动部分或部分的显示器(103)将保持可用于交互。

设备(100)不断监控其在空间中的位置，并且随着任何旋转，监控体积显示器(103)的背面和用户侧面的位置。

已开发出两种方法，使设备(100)避免支撑手的意外按压：

a.可能的非活动区域显示在显示器上，用户可以通过简单地按压其边界上的按钮来选择所需的区域。之后，设备位置传感器迅速检测显示器(116)的背面和用户侧面(115)，并在设备的任何旋转中监控并禁用它。如果用户站立并从上方看(114)设备，那么底部将关闭。如果用户坐着并以角度看(114)，那么相反的部分将以相同的角度关闭。如果用户躺着并在上面握住设备，那么背面将是设备的顶部，它将被关闭(图8)；

b.也可以使用人工智能逻辑来避免支撑手的影响，当设备确定哪些按压是由于支撑设备的事实，哪些是用户控制设备所需的有意行动时。支撑手的误按压被完全忽略。在这个实现中，设备在空间中的位置一点也不重要。

所声称的发明的另一个特点是，设备(100)可以有一个自由的、未占用的内部空间。这允许在其中放置其他完全不同目的的设备或对象，例如：无线耳机、照相机/摄像机、血糖计、脉搏血氧仪、对讲机、报警系统、安全系统、无线电婴儿监视器、登记员、移动电源电池、扬声器、温度计；气压计；酒精测试仪等。

设备(100)可以有可打开的部分(盖子(111,112))以访问内部空间。这样的结构允许使用内部空间来容纳具有不同功能的各种附加内置设备和对象，并分别访问它们。

所有附加设备或对象具有相同的整体尺寸，以适应内部空间。如果需要，它们也可以有一个单独的接触点。任何附加设备都简单地滑入所声称的设备(100)的主体，并通过通用连接器自动连接到电源和处理器。

例如，图7显示了一个内置照相机/摄像机(113)的设备(100)。其中一个盖子(112)内置了视频显示器，当打开镜头盖(111)时，第二个盖子(111)成为镜头的遮阳板。打开镜头盖(111)时，摄像机(113)自动开启。另一个盖子(112)从内部朝向用户，有一个视频触摸屏，可以在其上播放来自摄像机的图像，并在同一个屏幕上显示录制数据，用户可以通过触摸屏显示器控制。开始和停止视频录制以及快门释放的主要功能复制到设备(100)的外部体积显示器(103)上，非常方便，你可以通过打开镜头盖(111)与后盖关闭(112)来录制。录制后，可以在内置的内部显示器上观看带声音的录像。录制是在可移动的闪存卡上进行的。

带有三维显示器(103)的电子设备的工作方式如下：设备内部有一个微处理器、电源和传感器。它们连接到位于设备(103)表面的三维显示器上。微处理器在显示器(103)上生成图像，可以占据整个表面积。如果从四面八方看设备屏幕，这样的三维图像的总体视图就会变得清晰。设备表面有可以形成图像的光元素。用户可以通过一种或多种影响控制设备的函数：

按压、倾斜、摇晃、声音、光、无线电波、在空间中移动等。设备的表面由带有发光头的机械微按钮组成，这些按钮彼此靠近，形成一个连续的平滑的蜂窝表面，这成为一个可以形成像素图像的屏幕。这种电子设备的一个重要特点是其交互性。例如，通过按压设备显示器上的按钮，可以改变游戏的进程或图像，或者这种按压将被视为屏幕上对象按按压方向移动的选定方向。用户可以以类似的方式执行其他操作。设备设计有一个坚固的外壳，没有任何突出或旋转的部分，这提供了增加的可靠性和耐用性。

图6A至6I显示了一些与设备交互的示例。下文将讨论与本发明进行交互的几种情况。

贪吃蛇(游戏)

在显示器(103)上，一个直线移动的光点出现在任何地方。光像素(105)在显示器(103)表面上依次点亮和熄灭，创造出移动效果。在同一个地方，固定的发光点出现在显示器(103)上，需要被移动的蛇“吃掉”，并且它的长度会增加。游戏的目标是尽可能多地收集点数，并且不要穿过你的蛇的尾巴，这将导致游戏结束。显示器(103)上的图像由加载到设备存储器(102)中的程序形成，并由处理器(101)执行。用户在屏幕(101)上看到这幅图像，并通过按钮(106)与像素(105)交互来指导蛇的移动方向。为此，用户需要从蛇需要转弯的一侧按压显示器(103)的表面。按压哪个像素并不重要；唯一重要的是这个像素相对于蛇头的位置。

按压的按钮(106)的信号进入处理器(101)，并给出响应信号让蛇朝那个方向移动。来自处理器(101)的信号被发送到显示器(103)，提供激活LED(107)，突出显示蛇朝正确方向移动。如果蛇穿过自己的尾巴，程序将这种情况识别为游戏结束，并显示(103)得分。

在游戏过程中，设备有多少个侧面并不重要(100)，所有面或侧面都被视为一个单一的三维显示器(103)。图像由处理器(101)立即在整个三维显示器(103)的区域上形成，或者仅在由于避免设备(100)上的误操作的功能而面向用户的部分上形成。

战舰(游戏)

你可以与拥有类似设备(100)的合作伙伴一起玩，然后数字数据通过无线电通道传输，设备(100)的处理器(101)将保持游戏的单一逻辑。

你也可以在同一设备(100)上一起玩。为此，战斗的画面绘制在三维显示器(103)的相对两侧。你也可以一个人玩。然后你的对手将是处理器的逻辑。

在游戏开始时，用户通过按压所需的像素(105)在显示器(103)表面上绘制自己的“船”。与贪吃蛇游戏不同，这款游戏跟踪按压的像素和发光像素的确切比较。只有被按压的按钮(106)的像素(105)被点亮。这种逻辑在任何给定的游戏中都被使用。按钮(106)及其对应的像素(105)成为一个“射击”，然后检查这一点是否有敌船。如果击中，那么这个像素(105)会亮起红色，播放爆炸声，如果没有击中，那么这个像素会闪烁红色，然后熄灭，听到水花声。

俄罗斯方块

这款著名的游戏在这款设备上特别有趣，因为游戏是在三维显示器(103)上进行的，图形需要从四面八方堆叠。图形的移动和旋转可以通过不同的影响同时控制：既可以通过按压显示器，也可以通过倾斜设备。

地球仪(教育程序)

任何形状的设备(100)在其显示器(103)的全部区域上显示世界物理地图。如果设备(100)的形状是球形的(图6H)，那么用户看到的是地球仪。设备(100)调用一个地理对象(大陆、国家、城市、海洋、山脉等)，用户必须在地球仪上按下相应的位置。设备(100)跟踪准确性并评估用户的知识得分。具有此类程序的设备(100)也可以作为教育机构的测试工具。

迷宫(游戏)

设备(100)在三维显示器(103)的全部表面上形成一个任意的迷宫。一个独特的特点是迷宫是无尽的，因为迷宫覆盖了设备(100)的所有侧面，因此，迷宫没有边界和外墙。没有其他已知的设备可以提供类似的游戏场景。你可以通过按压显示器(103)或倾斜设备(100)来控制通过迷宫的通道。游戏的目标是在尽可能短的时间内到达宝藏。多个用户可以在多个相同类型的设备(100)上在同一虚拟场地上游戏，当每个人在自己的设备(100)上游戏，并且每个人都可以在自己的迷宫上看到对手的彩色点。为了执行这一点，所有设备(100)通过无线电通道通信，设备(100)的处理器协调所有玩家在单个游戏场地上的移动。游戏发展了空间思维、策略和直觉。

捉兔子(游戏)

一个明亮的白点在设备(100)的显示器(103)上的所有侧面上随机奔跑。它停下来，跳到设备(100)的另一边，继续奔跑，非线性地改变速度。通过快速旋转设备(100)，用户应该尽快用眼睛跟踪这个点，并通过对它进行按压来赶上兔子。每个新阶段都会使追逐变得更加复杂：兔子的运动速度和随机性增加。游戏训练精细的运动技能、注意力和反应。

Claims (21)

1.一种交互式电子设备，其特征在于，包括：

一个外壳；

至少一个与存储设备耦合的处理器；

一个显示器，它在外壳的全部外表面上制作，其中显示由一系列紧密间隔的发光按钮形成，每个按钮都包含一个透明头，并形成显示器的像素；

按钮可以进行用户交互，并通过处理器显示由发光按钮阵列形成的图像。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中按钮包含至少一个LED。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，其中LED放置在外壳上。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，其中显示器的像素包含至少一个LED。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个声音模块以再现音频信号。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，其中声音模块在至少一个形成显示器的按钮被按压时被激活。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个光传感器。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个加速度计。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个陀螺仪。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个GNSS模块。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个接近传感器。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个霍尔传感器。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个磁力计。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个温度传感器。

15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个ADC。

16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中处理器阻止从显示器的至少一部分读取用户交互。

17.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个无线电波收发器。

18.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个振动发生器。

19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个设备位置传感器以停用显示器的某一部分。

20.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，另外包含一个人工智能以停用显示器的某一部分。

21.根据权利要求1-20中任一项的设备进行交互的方法，其特征在于，包括使用设备中的处理器执行以下步骤：

通过读取显示器上的敲击来获取表征用户交互的数据；

激活一个游戏过程，在该过程中至少部分显示器上形成图像；

在游戏过程中读取与显示器的用户交互；

并根据这些读取结果在设备至少部分显示器上生成游戏过程的变化。