專利名稱：一種基于紅外識別的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及交互方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實的電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于紅外識別的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及交互方法。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實，是近年來出現(xiàn)的高科技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。隨著近年來用大屏幕來放映三維影像，然后再結(jié)合實際情況，而形成的三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，越來越受航天航海、汽車駕駛、工業(yè)制造、國防等需要模擬操作的行業(yè)的重視。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以提供一個模擬現(xiàn)實的場景，讓駕駛員模擬駕駛飛機、船只、汽車，也可以讓裝配工人在模擬的車間環(huán)境中進行模擬工業(yè)裝配的操作訓(xùn)練，還可以讓采礦工人在模擬礦井環(huán)境中發(fā)生災(zāi)難時候怎么處理自救等等，還有很多需要用到虛擬實現(xiàn)系統(tǒng)的行業(yè)和企業(yè)。虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)，很好地解決了人類對某些現(xiàn)實情況的未知/已知事情的認識，為很多工作的開展提供了可參考的理據(jù)。目前虛擬現(xiàn)實的人機交互技術(shù)，就僅限于特制的手套等具有傳感功能的工具，但這些傳感工具通用性不足，某些傳感工具只適用于某些特定的虛擬現(xiàn)實場景，當這些傳感工具不適用某些虛擬現(xiàn)實場景時，就要采用其他的傳感工具，這樣一來，就會造成成本的上升和設(shè)備的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于紅外識別的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及交互方法，既能節(jié)省成本，又能減少設(shè)備的浪費。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種基于紅外識別的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，包括順次連接的三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分；
所述三維影像部分包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運算和控制輸出的信號處理單元；
所述終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定；
所述紅外感應(yīng)部分包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運算處理單元；其中所述紅外線收發(fā)室是空間對稱體。本發(fā)明是利用紅外管的直線傳輸，紅外管分為發(fā)射端和接收端，中間沒有物體阻隔它的傳輸，接收端就是正常工作的狀態(tài)，接收端就會發(fā)出工作正常的信號，當有物體在兩端之間時，接收端接收不到發(fā)射端的信號，就處于異常的狀態(tài)，并發(fā)出工作異常的信號。在使用的時候，保證紅外管的發(fā)射端和接收端正常工作狀態(tài)，用戶進入到紅外線收發(fā)室，紅外數(shù)據(jù)運算處理單元根據(jù)接收端接收到的正常/異常信號計算出用戶的具體位置，并通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧?，信號處理單元對其做圖像運算，將用戶的位置虛擬在屏幕上的三維影像中，同時將其虛擬結(jié)合效果反饋給終端控制部分。屏幕安放在用戶的可視范圍內(nèi)。布設(shè)在紅外線收發(fā)室上的紅外管是均勻的，在其發(fā)射密度固定時，能夠通過終端控制部分的軟件界面適當?shù)乜刂萍t外線發(fā)射端的發(fā)射密度。還能通過終端控制部分的軟件界面按需要來轉(zhuǎn)換屏幕的顯示畫片。紅外線收發(fā)室是空間對稱體，是指紅外收發(fā)室是一個軸對稱的立體空間或一個長方體，并不限于圓柱形或鼓狀或長方體。一種基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)的交互方法，用戶進入紅外線收發(fā)室，紅外數(shù)據(jù)運算處理單元計算出用戶在該室的位置A，通過終端控制部分將位置A傳輸?shù)饺S影像部分的信號處理單元，得到用戶的三維影像，通過判斷用戶的三維影像來判斷位置A是否為適合位置；當該位置A為適合位置時，則終端控制部分將位置A設(shè)為起始位置；否則用戶調(diào)整到適合位置；
在用戶有動作或移動時，紅外數(shù)據(jù)運算處理單元計算出運動軌跡坐標，通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧?，信號處理單元通過對運動軌跡坐標分析和計算，判定用戶是操作，從而通過屏幕輸出其相應(yīng)的物理狀態(tài)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案在實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實時，對虛擬的現(xiàn)實場景要求低，無需因為虛擬場景的改變而更換傳感工具。用戶只需將所需的虛擬場景在本系統(tǒng)的屏幕中放映，并用戶進入到本系統(tǒng)中根據(jù)指示操作即可，在節(jié)省成本的同時又減少了設(shè)備的浪費。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的紅外管工作原理圖。圖3是本發(fā)明的紅外管分布圖。圖4是本發(fā)明的紅外矩形立體空間的立體圖。
具體實施例方式實施例一
下面結(jié)合附圖詳細說明下本發(fā)明的具體實施方式
。請參見圖1，圖中是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
見圖1，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖?？煞譃槿糠秩S影像部分，包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運算和控制輸出的信號處理單元；紅外感應(yīng)部分，也可稱人機交互部分，包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運算處理單元；其中紅外線收發(fā)室是空間對稱體。終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定。三個部分可以通過有線和/或無線方式連接，進行信號的交互；在本實施例中，采用無線方式連接。如圖2，紅外管是直線傳輸?shù)?，分為發(fā)射端和接收端，中間沒有物體阻隔它的傳輸，接收端就是正常工作的狀態(tài)，接收端就會發(fā)出工作正常的信號，當有東西在兩端之間時，接收端接收不到發(fā)射端的信號，就處于異常的狀態(tài)，并發(fā)出工作異常的信號?；趫D2的原理，如圖3，把紅外線收發(fā)空間搭建成為一個由紅外管的發(fā)射端和接收端一對一的密布而成的長方體，上端面和左端面為發(fā)射端，下端面和右端面為接收端，前后兩端面為空的，紅外管分布的距離間隔越小越好，紅外管的密度越密，其數(shù)據(jù)就越精確。圖4為長方體的寬度，其寬度可根據(jù)虛擬現(xiàn)實的方案而定，建議是2至3米，這個寬度能適合大多數(shù)的虛擬現(xiàn)實方案。三維影像部分和紅外感應(yīng)部分必須呈水平直線放置，長方體的前后兩端面平行對著屏幕。長方體的長寬高根據(jù)方案的要求，可以適當增減?；趫D2的原理，把紅外線收發(fā)空間搭建成為一個由紅外管的發(fā)射端和接收端一對一的密布而成的長方體，發(fā)射端安放在長方體的上端面、下端面、左端面或右端面中的一個或多個端面上，在發(fā)射端安放位置的對稱位置安放有接收端，所述三維影像區(qū)的屏幕與長方體的前后端面平行，屏幕安放在矩形立體空間外?；趫D2的原理，還可以把紅外線收發(fā)空間搭建成為一個由紅外管的發(fā)射端和接收端一對一的密布而成的柱狀或鼓狀，所述紅外管的發(fā)射端和接收端一對一對稱布設(shè)在柱體或鼓體上，三維影像區(qū)的屏幕與兩個柱面或兩個鼓面平行，屏幕安放在紅外線收發(fā)室外。如圖4，由于有了紅外管搭建的這個長方體的紅外網(wǎng)，只要使用者進入這個長方體空間，通過紅外的接收端發(fā)出的信號，即可得知使用者的在該空間的相對立體坐標A。然后通過終端控制單元，設(shè)定坐標A為起始坐標。如果坐標A不是適合的位置，可以讓使用者站在適合的位置上再設(shè)定為起始坐標。所謂的適合位置，是以屏幕看到的三維影像為參考，在該位置上，通過手、腳或身體的動作或移動，可以與三維圖像實現(xiàn)設(shè)想中交互，就是適合位置。通過終端控制單元，在紅外管密度固定的情況下，可以根據(jù)虛擬現(xiàn)實方案的需要，適當?shù)乜刂萍t外線發(fā)射端的發(fā)射密度。例如虛擬現(xiàn)實方案A，需要使用者在大動作時才實現(xiàn)人機交互，輕微的人體抖動不起作用，而矩形立體空間上面部分著200*400的紅外管，因應(yīng)該案例，可以通過終端控制關(guān)閉一部分的紅外發(fā)射端和接收端，使正在工作的紅外管減少為100*200，或者其它數(shù)值。其中設(shè)想中的交互，主要的實現(xiàn)原理是使用者站在密布紅外管的長方體空間的適合位置上，面向著播放三維影像的屏幕，并且移動身體/肢體來改變眼前三維影像的形狀和物理特性等，其實質(zhì)上是使用者阻隔了相應(yīng)位置的紅外線網(wǎng)的接收，相應(yīng)的紅外管就會發(fā)出工作異常的信號，傳輸?shù)郊t外數(shù)據(jù)運算處理單元，該紅外數(shù)據(jù)運算處理單元通過對全部紅外接收的正常/異常信號的分析，計算出使用者的身體/肢體移動的軌跡坐標，通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧男盘柼幚韱卧?，信號處理單元通過對軌跡坐標的分析和計算，判定使用者是在對哪個三維影像中的事物進行操作，從而通過屏幕輸出該事物相應(yīng)的物理狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于紅外識別的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于包括順次連接的三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分； 所述三維影像部分包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運算和控制輸出的信號處理單元； 所述終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定； 所述紅外感應(yīng)部分包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運算處理單元；其中所述紅外線收發(fā)室是空間對稱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)空間中的紅外管包括紅外管發(fā)射端和紅外管接收端，所述紅外管發(fā)射端和紅外管接收端一對一對稱布設(shè)在紅外線收發(fā)室上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)室為長方體，紅外管發(fā)射端安放在長方體的上端面、下端面、左端面或右端面中的一個或多個端面上，在紅外管發(fā)射端安放位置的對稱位置安放有紅外管接收端，所述三維影像區(qū)的屏幕與長方體的前后端面平行，屏幕安放在矩形立體空間外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外管發(fā)射端安放在長方體上端面和左端面，紅外管接收端安放在下端面和右端面的對稱位置，所述三維影像區(qū)的屏幕與長方體的前后端面平行，屏幕安放在長方體外。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)室為柱狀或鼓狀，所述紅外管發(fā)射端和紅外管接收端一對一對稱布設(shè)在柱體或鼓體上，三維影像區(qū)的屏幕與兩個柱面或兩個鼓面平行，屏幕安放在紅外線收發(fā)室外。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)室的寬度為2-3米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分三個部分的連接方式為有線連接和/或無線連接。
8.—種權(quán)利要求1至7所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)的交互方法，其特征在于 用戶進入紅外線收發(fā)室，紅外數(shù)據(jù)運算處理單元計算出用戶在該室的位置A，通過終端控制部分將位置A傳輸?shù)饺S影像部分的信號處理單元，得到用戶的三維影像，通過判斷用戶的三維影像來判斷位置A是否為適合位置；當該位置A為適合位置時，則終端控制部分將位置A設(shè)為起始位置；否則用戶調(diào)整到適合位置； 在用戶有動作或移動時，紅外數(shù)據(jù)運算處理單元計算出運動軌跡坐標，通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧盘柼幚韱卧ㄟ^對運動軌跡坐標分析和計算，判定用戶是操作，從而通過屏幕輸出其相應(yīng)的物理狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于紅外識別的虛擬顯示系統(tǒng)的交互方法，其特征在于所述適合位置是以屏幕看到的三維影像為參考，在該位置上，通過動作或移動，能與三維圖像實現(xiàn)設(shè)想中的交互。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于紅外識別的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及交互方法，其系統(tǒng)包括順次連接的三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分；三維影像部分包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運算和控制輸出的信號處理單元；終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定；紅外感應(yīng)部分包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運算處理單元；其中紅外線收發(fā)室是空間對稱體。采用本發(fā)明在實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實時，對虛擬的現(xiàn)實場景要求低，無需因虛擬場景的改變而更換傳感工具。用戶只需將虛擬場景在屏幕中放映，并用戶進入到本系統(tǒng)中根據(jù)指示操作即可，在節(jié)省成本的同時又減少了設(shè)備的浪費。
文檔編號G06F3/01GK102999165SQ20121053104
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者施楊 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司