本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種VR步行系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建虛擬世界并讓用戶能夠體驗虛擬世界的一種計算機仿真技術(shù)，它利用計算機生成一種多元信息融合的交互式的三維動態(tài)模擬環(huán)境，用戶置身該環(huán)境中時，會產(chǎn)生身臨其境的沉浸感。

現(xiàn)有技術(shù)中，采用VR技術(shù)制作的VR眼鏡已經(jīng)逐漸問世并取得了廣大用戶的青睞，用戶可通過佩戴VR眼鏡感受虛擬環(huán)境中的場景。然而，通過佩戴VR眼鏡僅會使虛擬世界中的物體立體可視化，目前并未有一種VR步行系統(tǒng)可以將用戶的運動與VR眼鏡中的虛擬世界相結(jié)合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種VR步行系統(tǒng)，以使用戶可以在不離開該VR步行系統(tǒng)的情況下進行步行，并獲得身臨其境的沉浸感。

本發(fā)明實施例提供一種VR步行系統(tǒng)，包括：

虛擬步行裝置，包括虛擬步行裝置本體、設(shè)置于所述虛擬步行裝置本體內(nèi)的多個陣列排布的支撐組件以及與所述支撐組件一一對應(yīng)設(shè)置的多個壓力傳感器，所述支撐組件可沿其行方向或列方向做直線往復(fù)運動；

VR頭戴顯示裝置，用于更換不同的顯示畫面；

控制裝置，分別與所述多個壓力傳感器以及所述VR頭戴顯示裝置連接，用于獲取初始受力的支撐組件的初始位置信息以及當(dāng)前受力的支撐組件的位置信息，當(dāng)所述多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，控制所述當(dāng)前受力的支撐組件運動至初始位置處。

在本發(fā)明實施例中，用戶可佩帶VR頭戴顯示裝置并站立于虛擬步行裝置上，在一次步行周期中，以用戶在步行時前進的方向為列方向并先邁左腳為例，用戶左腳先沿列方向運動，右腳依然停留在初始受力的支撐組件上，隨后，右腳脫離初始位置處的支撐組件向前邁進，此時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，控制裝置控制位于左腳下方的支撐組件運動至初始位置，至此，完成一次步行周期的運動，用戶重復(fù)上述運動即可實現(xiàn)在虛擬步行裝置上的步行。在該實施例中，用戶在步行的過程中，VR頭戴顯示裝置可實時更新虛擬景色，因而用戶可在不離開虛擬步行裝置的情況下進行步行，并獲得身臨其境的沉浸感。

優(yōu)選的，當(dāng)所述多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，所述控制裝置還用于控制位于初始位置的支撐組件復(fù)位。

基于上述實施例，在完成一個周期的步行后，用戶再次抬起左腳向前邁進時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，此時，控制裝置控制位于初始位置的支撐組件(即左腳抬起前位于左腳下方的支撐組件)復(fù)位。采用這樣的設(shè)計，可以避免出現(xiàn)用戶再次向前邁進時，腳下無支撐組件的情況出現(xiàn)，進一步可以提高用戶散步時身臨其境的沉浸感。

優(yōu)選的，所述支撐組件為可升降支撐組件，當(dāng)VR頭戴顯示裝置顯示畫面為虛擬階梯時，所述控制裝置還用于獲取所述初始位置與最近的虛擬階梯之間的距離，以及根據(jù)所述初始位置與所述最近的虛擬階梯之間的距離，確定目標支撐組件的位置信息，并控制所述目標支撐組件上升至所述最近的虛擬階梯的高度。

優(yōu)選的，當(dāng)所述多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，所述控制裝置用于控制所述目標支撐組件恢復(fù)至初始高度以及控制所述目標支撐組件運動至初始位置處。

在階梯運動的一個周期過程中，目標支撐組件上升至最近的虛擬階梯的高度后，用戶的左腳踏上升高的目標支撐組件，隨后，用戶的右腳脫離位于初始位置的支撐組件向前邁進時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，此時，控制裝置控制左腳下方的支撐組件恢復(fù)至初始高度且運動至初始位置處，至此，完成一個周期的階梯運動。

更優(yōu)的，當(dāng)所述多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，所述控制裝置還用于控制位于初始位置的支撐組件復(fù)位。

基于上述實施例，在完成一個周期的階梯運動后，用戶再次抬起左腳向前邁進時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，此時，控制裝置控制位于初始位置的支撐組件(即左腳抬起前位于左腳下方的支撐組件)復(fù)位。采用這樣的設(shè)計，可以避免出現(xiàn)用戶再次向前邁進時，腳下無支撐組件的情況出現(xiàn)，進一步可以提高用戶散步時身臨其境的沉浸感。

優(yōu)選的，所述控制裝置還用于根據(jù)所述壓力傳感器檢測的壓力峰值，控制所述支撐組件的復(fù)位速度。

采用這樣的設(shè)計，可以極大地避免用戶加速步行導(dǎo)致支撐組件來不及復(fù)位的情況出現(xiàn)，進一步可以提高用戶在虛擬步行裝置上步行的沉浸感。

優(yōu)選的，所述支撐組件包括支撐桿、固定于所述支撐桿底部的滑輪以及固定于所述支撐桿頂部的踏板，所述壓力傳感器設(shè)置于所述踏板表面。

優(yōu)選的，所述虛擬步行裝置本體內(nèi)設(shè)置有沿行方向或者列方向的軌道，所述支撐組件還包括設(shè)置于所述支撐桿上的滑軌，所述滑軌可沿所述軌道在行方向或者列方向上做直線往復(fù)運動。

優(yōu)選的，所述虛擬步行裝置還包括與所述控制裝置連接的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置用于驅(qū)動所述滑軌沿所述軌道滑動。

優(yōu)選的，其特征在于，所述支撐桿的底部的兩側(cè)分別設(shè)置有限位擋塊，所述限位擋塊用于限制所述支撐桿沿行方向或者列方向做直線往復(fù)運動。

優(yōu)選的，所述支撐桿為液壓缸，所述液壓缸與所述滑輪之間設(shè)置有固定板，所述固定板上設(shè)置有與所述液壓缸連接的電磁閥，所述電磁閥與所述控制裝置連接，所述液壓缸能夠在電磁閥的作用下對踏板做功，控制所述踏板做升降運動。

優(yōu)選的，所述虛擬步行裝置還包括高度小于所述虛擬步行裝置本體的階梯部。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例VR步行裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例VR步行裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例用戶雙腳站立于初始位置時的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中當(dāng)前受力支撐組件向初始位置運動的示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中當(dāng)前受力支撐組件向初始位置運動以及位于初始位置處的支撐組件復(fù)位的示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例當(dāng)前受力支撐組件運動至初始位置后的示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例中設(shè)定用戶在一個2×2的支撐組件陣列中步行的示意圖；

圖8為當(dāng)VR頭戴顯示裝置中顯示虛擬階梯的示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例用戶做階梯運動時的示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例用戶做階梯運動時的另一示意圖；

圖11本發(fā)明實施例虛擬步行裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：

10-虛擬步行裝置

11-支撐組件

12-壓力傳感器

13-踏板

141-滑軌

142-軌道

15-滑輪

16-支撐桿

17-固定板

18-電磁閥

19-限位擋塊

100-虛擬步行裝置本體

20-VR頭戴顯示裝置

30-控制裝置

40-階梯部

50-虛擬階梯

61-左腳

62-右腳

具體實施方式

為了使用戶可以在不離開該VR步行系統(tǒng)的情況下進行步行，并獲得身臨其境的沉浸感，本發(fā)明實施例提供了一種VR步行系統(tǒng)。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，以下附圖中，凡是出現(xiàn)箭頭的，均是代表支撐組件的運動方向示意，因此，以下涉及到相關(guān)附圖時，將不再對箭頭的示意作一一具體說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種VR步行系統(tǒng)，包括：

虛擬步行裝置10，包括虛擬步行裝置本體100、設(shè)置于虛擬步行裝置本體100內(nèi)的多個陣列排布的支撐組件11以及與支撐組件一一對應(yīng)設(shè)置的多個壓力傳感器12，支撐組件11可沿其行方向或列方向做直線往復(fù)運動；

VR頭戴顯示裝置，用于更換不同的顯示畫面；

控制裝置30，分別與多個壓力傳感器12以及VR頭戴顯示裝置連接，用于獲取初始受力的支撐組件的初始位置信息以及當(dāng)前受力的支撐組件的位置信息，當(dāng)多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，控制當(dāng)前受力的支撐組件運動至初始位置處。

需要說明的是，壓力傳感器與支撐組件一一對應(yīng)設(shè)置指的是，每個支撐組件上均設(shè)置有一個壓力傳感器，且每個壓力傳感器均可以檢測出其所處的支撐組件所受到的壓力值。具體的，壓力傳感器可以設(shè)置于支撐組件表面，當(dāng)用戶雙腳踩踏于支撐組件時，壓力傳感器直接與用戶的雙腳接觸；壓力傳感器還可以設(shè)置于支撐組件的底部，當(dāng)用戶雙腳踩踏于支撐組件時，支撐組件可將其所受到的壓力傳遞給壓力傳感器，進而壓力傳感器可以實現(xiàn)對支撐組件所承受壓力的測量?；谏鲜雒枋隹芍瑝毫鞲衅鞯木唧w設(shè)置位置并不局限于此，只要其可以實現(xiàn)對與其一一對應(yīng)設(shè)置的支撐組件所承受的壓力值的測量即可，因此壓力傳感器的其它設(shè)置位置此處將不再一一舉例說明。

其中，壓力傳感器檢測的信號數(shù)量的設(shè)定值的具體數(shù)值不限，可以為一個具體值，也可以為一個范圍值。通常情況下，可以根據(jù)用戶雙腳的大小，確定用戶雙腳覆蓋的支撐組件的數(shù)量，每一個支撐組件對應(yīng)設(shè)置有一個壓力傳感器，因此，用戶雙腳覆蓋的支撐組件的數(shù)量即為壓力傳感器檢測的壓力信號的數(shù)量，在具體實施時，可以根據(jù)用戶群體雙腳的平均大小，確定壓力傳感器檢測的壓力信號數(shù)量的設(shè)定值。

其中，可參考圖3所示，在初始情況下，用戶雙腳所站立的支撐組件的位置即為初始位置(圖中虛線處)，具體應(yīng)用時，通常設(shè)定初始位置為多個支撐組件的中心位置，當(dāng)用戶初始站立的支撐組件的位置不在多個支撐組件的中心位置處時，控制裝置可控制用戶站立的支撐組件運動至多個支撐組件的中心位置處。

在本發(fā)明實施例中，用戶可佩帶VR頭戴顯示裝置并站立于虛擬步行裝置上，在一次步行周期中，以用戶在步行時前進的方向為列方向且先邁左腳為例。請參考圖3～圖6所示，圖中左邊的虛線框代表左腳61，右邊的虛線框代表右腳62，用戶左腳先沿列方向運動，右腳依然停留在初始受力的支撐組件上，隨后，右腳脫離初始位置處的支撐組件向前邁進，此時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，控制裝置控制位于左腳下方的支撐組件運動至初始位置(如圖4所示)，至此，完成一次步行周期的運動，用戶重復(fù)上述運動即可實現(xiàn)在虛擬步行裝置上的步行。在該實施例中，用戶在步行的過程中，VR頭戴顯示裝置可實時更新虛擬景色，因而用戶可在不離開虛擬步行裝置的情況下進行步行，并獲得身臨其境的沉浸感。

上述過程描述的僅為用戶前進的過程，具體應(yīng)用時，用戶的運動并不局限于前進，用戶后退的過程也與上述原理類似，因而此處不再贅述。

基于上述實施例，當(dāng)多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，控制裝置還用于控制位于初始位置的支撐組件復(fù)位。

在該實施例中，在完成一個周期的步行后，用戶再次抬起左腳向前邁進時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，此時，如圖5和圖6所示，控制裝置控制位于初始位置的支撐組件(即左腳抬起前位于左腳下方的支撐組件)復(fù)位，并且右腳下方的支撐組件會向初始位置處運動。采用這樣的設(shè)計，可以避免出現(xiàn)用戶再次向前邁進時，腳下無支撐組件的情況出現(xiàn)，進一步可以提高用戶散步時身臨其境的沉浸感。

具體的，請參照圖7所示，設(shè)定用戶在一個2×2的支撐組件陣列上步行，其中A、B為初始位置，以用戶先邁左腳為例，當(dāng)用戶的左腳由A邁到C后，用戶的右腳依然位于B處，此時，A、B、C以及D處的支撐組件均不發(fā)生運動；隨后，用戶的右腳從B上抬起，此時，壓力傳感器檢測的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，則控制裝置控制C處的支撐組件向A處運動，可以理解的，A處的支撐組件相應(yīng)的也向背離C的方向運動，當(dāng)用戶的右腳落在D上的支撐組件時，用戶完成一個周期的步行運動。在進行下一個周期運動時，用戶在左腳抬起的過程中，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，則控制裝置控制位于D處的支撐組件向B處運動，并且控制此時位于A處的支撐組件復(fù)位(即運動到C處)，以使用戶在進行下一個周期的運動過程時，用戶前方可以避免出現(xiàn)沒有支撐組件的情況發(fā)生。

在上述實施例中，當(dāng)用戶的雙腳均位于支撐組件上，即壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量不小于設(shè)定值的情況下，支撐組件不發(fā)生任何運動，采用這樣的設(shè)計，用戶在步行時不會感覺到支撐組件的補償運動，從而有利于進一步增強用戶的沉浸感。

進一步的，用戶的運動還可以為階梯運動。如圖8～圖10所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，支撐組件11為可升降支撐組件，當(dāng)VR頭戴顯示裝置20顯示畫面為虛擬階梯50時，控制裝置30還用于獲取初始位置與最近的虛擬階梯之間的距離，以及根據(jù)初始位置與最近的虛擬階梯之間的距離，確定目標支撐組件的位置信息，并控制目標支撐組件上升至最近的虛擬階梯的高度。

當(dāng)多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，控制裝置用于控制目標支撐組件恢復(fù)至初始高度以及控制目標支撐組件運動至初始位置處。

在階梯運動的一個周期過程中，請參考圖9所示，目標支撐組件上升至最近的虛擬階梯的高度后，用戶的左腳踏上升高的目標支撐組件，隨后，用戶的右腳脫離位于初始位置的支撐組件向前邁進時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，此時，控制裝置控制左腳下方的支撐組件恢復(fù)至初始高度且運動至初始位置處，右腳位于升高的支撐組件上，至此，完成一個周期的階梯運動。

當(dāng)多個壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值時，控制裝置還用于控制位于初始位置的支撐組件復(fù)位。

基于上述實施例，在完成一個周期的階梯運動后，用戶再次抬起左腳向前邁進時，壓力傳感器檢測到的壓力信號數(shù)量小于設(shè)定值，此時，控制裝置控制位于初始位置的支撐組件(即左腳抬起前位于左腳下方的支撐組件)復(fù)位。采用這樣的設(shè)計，可以避免出現(xiàn)用戶再次向前邁進時，腳下無支撐組件的情況出現(xiàn)，進一步可以提高用戶散步時身臨其境的沉浸感。

較優(yōu)的，控制裝置還用于根據(jù)壓力傳感器檢測的壓力峰值，控制支撐組件的復(fù)位速度。具體的，根據(jù)壓力傳感器檢測的壓力峰值，可以確定用戶步行的加速度，進而可以根據(jù)用戶步行的加速度以及用戶的步長，確定支撐組件的復(fù)位速度。采用這樣的設(shè)計，可以極大地避免用戶加速步行導(dǎo)致支撐組件來不及復(fù)位或者用戶減速步行導(dǎo)致支撐組件復(fù)位過快的情況出現(xiàn)，進一步可以提高用戶在虛擬步行裝置上步行的沉浸感。

具體的，根據(jù)F＝ma，其中F為壓力傳感器檢測的壓力峰值，m為用戶的質(zhì)量，a為用戶運動的加速度，由此可知，可以根據(jù)壓力傳感器檢測的壓力峰值以及用戶的質(zhì)量確定用戶運動的加速度；進一步，s＝1/2at²,其中，s為用戶的步長，a為用戶運動的加速度，t為支撐組件復(fù)位需要的時間，由此可知，可以根據(jù)用戶的步長以及用戶運動的加速度確定支撐組件復(fù)位需要的時間；更進一步的，v＝s1/t，其中，v為支撐組件的復(fù)位速度，s1為當(dāng)前受力的支撐組件距離初始位置的位移，t為支撐組件復(fù)位需要的時間，由此可知，可以根據(jù)當(dāng)前受力的支撐組件距離初始位置的位移以及支撐組件復(fù)位的時間，確定支撐組件的復(fù)位速度。

如圖11所示，在本發(fā)明的一個具體實施例中，支撐組件11包括支撐桿16、固定于支撐桿16底部的滑輪15以及固定于支撐桿16頂部的踏板13，壓力傳感器12設(shè)置于踏板13表面。

虛擬步行裝置的虛擬步行裝置本體100內(nèi)設(shè)置有沿行方向或者列方向的軌道142，支撐組件11還包括設(shè)置于支撐桿16上的滑軌141，滑軌141可沿軌道142在行方向或者列方向上做直線往復(fù)運動。在該實施例中，虛擬步行裝置還包括與控制裝置連接的驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置用于驅(qū)動滑軌沿軌道滑動。

支撐桿16的底部的兩側(cè)分別設(shè)置有限位擋塊19，限位擋塊19用于限制支撐桿16沿行方向或者列方向做直線往復(fù)運動。

優(yōu)選的，支撐桿16為液壓缸，支撐桿16與滑輪15之間設(shè)置有固定板17，固定板17上設(shè)置有與液壓缸連接的電磁閥18，電磁閥18與控制裝置30連接，液壓缸能夠在電磁閥18的作用下對踏板13做功，控制踏板13做升降運動。在該實施例下，用戶可以體驗階梯運動。

考慮到虛擬步行裝置的虛擬步行裝置本體100通常需要具備一定的高度，為了方便用戶踏上支撐組件11，可以在虛擬步行裝置本體100的外側(cè)設(shè)置高度小于虛擬步行裝置本體的階梯部40。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。