一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，包括步行模擬器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備以及數(shù)據(jù)背包設(shè)備；其中，模擬步行器用于模擬人的行走和限制人的移動(dòng)，并且進(jìn)行步行數(shù)據(jù)的采集和反饋；身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備用于對(duì)虛擬環(huán)境中的虛擬人體進(jìn)行互動(dòng)控制，通過慣性傳感器、陀螺儀采集現(xiàn)實(shí)中人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，控制虛擬身體并且反作用于身體；移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備用于集成音視頻輸出、數(shù)據(jù)處理及空間點(diǎn)定位，實(shí)現(xiàn)圖像、音頻的仿真輸出；數(shù)據(jù)背包設(shè)備用于接收模擬步行器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行綜合處理，并且反饋到各設(shè)備上。
【專利說明】一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，更具體地，涉及一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality, VR)技術(shù)是當(dāng)今世界前沿科學(xué)之一，21世紀(jì)以來，在游戲、軍事、勘探等領(lǐng)域已經(jīng)有類似應(yīng)用設(shè)備，但這些設(shè)備都面臨造價(jià)昂貴、體積龐大和重量較重的問題。
[0003]傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)視聽設(shè)備多以投影系統(tǒng)，或是超高分辨率大屏幕顯示系統(tǒng)外置音響設(shè)備為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)處理更是依托大型計(jì)算機(jī)甚至機(jī)群實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用與一些大型項(xiàng)目，成本高，占地廣，不適合個(gè)人應(yīng)用。
[0004]其中，Oculus公司以可以接受的價(jià)格將廣角、低延遲的沉浸體驗(yàn)帶給大眾,oculus是一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)的里程碑、是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)個(gè)人虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備。但其只有視頻輸出，不能獨(dú)立采集和處理數(shù)據(jù)，也不能獨(dú)立接駁其他應(yīng)用接口。類似的設(shè)備還有集成音頻和游戲控制功能的蟻視等，而這類設(shè)備只能作為臺(tái)式系統(tǒng)外設(shè)存在。
[0005]目前是市場(chǎng)上的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備有:0culus Rift、谷歌Cardboard、三星Gear VR、微軟F0VE、ZEISS VR 0ne、Dexta Robot ics Dexmo、索尼Morpheus、Cybertith Virtualizer>Omn1、Leap Mot1n、Percept1n Neuron、蟲義視、暴風(fēng)魔鏡、Sixense STEM、Reactive Grip、Trinity MAGNUM等等大致可分為以下類別。
[0006]頭戴顯示設(shè)備:這類大多擁有頭盔外形，作用為:圖像顯示和捕捉頭部旋轉(zhuǎn)信息。Oculus Rift、微軟F0VE、索尼Morpheus、蟻視都屬于這類。
[0007]手機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)外殼:這是種簡易裝置，可以將手機(jī)等設(shè)備放入并固定。從而實(shí)現(xiàn)類似頭戴設(shè)備的效果。谷歌Cardboard、三星Gear VR, ZEISS VR One、暴風(fēng)魔鏡都屬于這類。
[0008]全身動(dòng)作捕捉:多個(gè)傳感器遍布全身捕捉全身動(dòng)作數(shù)據(jù)。如Percept1n Neuron。
[0009]局部動(dòng)作捕捉:萬向跑步機(jī)可捕捉腳部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，如Cybertith Virtualizer>Omni ;手指動(dòng)作捕捉，如:Dexta Robotics Dexmo> Leap Mot1n。
[0010]游戲控制器:特殊的輸入設(shè)備，模擬虛擬世界中的道具，如打槍舞劍等。SixenseSTEM、Reactive Grip、Trinity MAGNUM 都是屬于此類。
[0011]目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品都由歐美廠商設(shè)計(jì)，根本不考慮亞洲人的審美感受。目前其他產(chǎn)品硬件分為普通電腦和移動(dòng)設(shè)備，前者性能好但笨重，后者輕便但效果明顯簡陋。當(dāng)前的產(chǎn)品由于不是完整的解決方案，所以必須讓用戶逐個(gè)使用，安裝設(shè)置，非常麻煩。設(shè)備功能單一，設(shè)計(jì)之初都是相互獨(dú)立的。一旦用戶將它們組合到一起，必然會(huì)出問題，導(dǎo)致無法正常使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，包括步行模擬器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備以及數(shù)據(jù)背包設(shè)備；其中，模擬步行器用于模擬人的行走和限制人的移動(dòng)，并且進(jìn)行步行數(shù)據(jù)的采集和反饋；身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備用于對(duì)虛擬環(huán)境中的虛擬人體進(jìn)行互動(dòng)控制，通過慣性傳感器、陀螺儀采集現(xiàn)實(shí)中人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，控制虛擬身體并且反作用于身體；移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備用于集成音視頻輸出、數(shù)據(jù)處理及空間點(diǎn)定位，實(shí)現(xiàn)圖像、音頻的仿真輸出；數(shù)據(jù)背包設(shè)備用于接收模擬步行器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行綜合處理，并且反饋到各設(shè)備上。
[0014]本發(fā)明的交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了亞洲式的細(xì)膩同時(shí)兼顧了簡約的主流風(fēng)格，使用定制的平臺(tái)，不但輕便可輕松穿戴同時(shí)性能強(qiáng)勁。其服裝采用一體化服裝設(shè)計(jì)，將所有傳感器整合于服裝中，不經(jīng)穿戴方便且對(duì)用戶造成的活動(dòng)限制為同類產(chǎn)品中最小。以集成音視頻輸出、數(shù)據(jù)處理能力及空間點(diǎn)定位功能的VRGate-brain為核心,接收、處理、反饋相關(guān)數(shù)據(jù)來完成整套系統(tǒng)的運(yùn)行。VRGate-brain的視頻輸出組件把視頻信號(hào)形成的圖像通過特殊的光學(xué)系統(tǒng)投射到人眼，配以音頻輸出組件來完成系統(tǒng)音視頻方面的仿真輸出?？臻g坐標(biāo)定位依靠UWD和差分GPS技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)。
[0015]系統(tǒng)對(duì)虛擬環(huán)境中的虛擬身體的互動(dòng)控制是依靠VRGate-body這個(gè)部件實(shí)現(xiàn)的。VRGate-body通過慣性傳感器、陀螺儀等來采集現(xiàn)實(shí)中人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)核心VRGate-brain來達(dá)到控制虛擬身體的功能。VRGate-body部件同時(shí)集成靜電反饋裝置,通過接收識(shí)別核心傳輸來的反饋數(shù)據(jù)作用于人體，達(dá)到讓人體感受到觸摸、拍打、撞擊等感覺的功能。
[0016]人的模擬行走和限制移動(dòng)功能通過VRGate-Walker來實(shí)現(xiàn)。VRGate-Walker是一種模擬步行數(shù)據(jù)的采集與反饋輸出的設(shè)備，其通過皮帶機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)腳下無限延展面的功能，使人在原地模擬行走中獲得腳下的無限延展面。另外VRGate-Walker集成多個(gè)超聲定位傳感器，形成空間矩陣，對(duì)腳步動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采樣回傳給核心，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腳步位置及速度功能，通過核心的數(shù)據(jù)處理后使腳與傳動(dòng)裝置配合，獲得更好的仿真行走感受。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的布置示意圖；
[0018]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為根據(jù)本發(fā)明的模擬步行器的示意圖；
[0020]圖4為根據(jù)本發(fā)明的身體數(shù)據(jù)采集反饋的設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一種移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的布置示意圖；
[0022]為了能明確實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，在圖中標(biāo)注了特定的尺寸、結(jié)構(gòu)和器件，但這僅為示意需要，并非意圖將本發(fā)明限定在該特定尺寸、結(jié)構(gòu)、器件和環(huán)境中，根據(jù)具體需要，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以將這些器件和環(huán)境進(jìn)行調(diào)整或者修改，所進(jìn)行的調(diào)整或者修改仍然包括在后附的權(quán)利要求的范圍中。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024]在以下的描述中，將描述本發(fā)明的多個(gè)不同的方面，然而，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，可以僅僅利用本發(fā)明的一些或者全部結(jié)構(gòu)或者流程來實(shí)施本發(fā)明。為了解釋的明確性而言，闡述了特定的數(shù)目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，為了不混淆本發(fā)明，對(duì)于一些眾所周知的特征將不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0025]如本文所使用的，術(shù)語“部件”可指代、包含于、或包含專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享、專用或組)和/或存儲(chǔ)器(共享、專用或組)、組合邏輯電路和/或提供所描述的功能性的其它合適的部件。
[0026]如圖1和圖2所示，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括模擬步行器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備以及數(shù)據(jù)背包設(shè)備。其中，模擬步行器用于模擬人的行走和限制人的移動(dòng)，并且進(jìn)行步行數(shù)據(jù)的采集和反饋；身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備用于對(duì)虛擬環(huán)境中的虛擬人體進(jìn)行互動(dòng)控制，通過慣性傳感器、陀螺儀采集現(xiàn)實(shí)中人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，控制虛擬身體并且反作用于身體；移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備用于集成音視頻輸出、數(shù)據(jù)處理及空間點(diǎn)定位，實(shí)現(xiàn)圖像、音頻的仿真輸出；數(shù)據(jù)背包設(shè)備用于接收模擬步行器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行綜合處理，并且反饋到各設(shè)備上。
[0027]其中，如圖3所示，模擬步行器(VRGate-Walker)具備模擬行走數(shù)據(jù)采集和限制人體位置移動(dòng)兩個(gè)功能，并且可以消除由于視神經(jīng)和人體感知神經(jīng)不同步所造成的眩暈。
[0028]其中,VRGate-Walker也是一種360度全方位的步行模擬器,使用同步皮帶接觸的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式模擬行走，代替了摩擦和滾輪接觸模擬行走方式。由于采用面接觸，大大提高了模擬步行的擬真度。數(shù)據(jù)采集方面，應(yīng)用多個(gè)非接觸式的超聲定位傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，保證了步行數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性，也為未來更多的應(yīng)用方向奠定了基礎(chǔ)。
[0029]其中，本申請(qǐng)的步行模擬器包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和模擬面板，模擬面板布置在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于同步模擬面板上的運(yùn)動(dòng)軌跡，和模擬面板的行進(jìn)進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；模擬面板用于采樣面板上腳步的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括位置、速度、方位、姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0030]其中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括同步皮帶和滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)，同步皮帶布置在滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)上，皮帶和滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)包括沿皮帶方向的滾軸和垂直于皮帶方向的豎向旋轉(zhuǎn)軸，以使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以360度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)模擬面板進(jìn)行360旋轉(zhuǎn)，從而保證模擬步行器在方向上的全面模擬程度。
[0031]其中，模擬面板上包括多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)布設(shè)多個(gè)超聲定位傳感器，面向面板中心，圍繞整個(gè)面板，形成超聲探測(cè)空間矩陣，對(duì)腳步動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采樣。通過采用非接觸式的超聲定位傳感器，可以不限制用戶使用何種腳步穿著。
[0032]其中，如圖4所示，身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備(RGate-Body)，包括身體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和力反饋數(shù)據(jù)輸出模塊，其中，身體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊包括慣性傳感器、UWB超寬帶測(cè)距子模塊和無線網(wǎng)絡(luò)子模塊，用于實(shí)時(shí)采集身體姿態(tài)數(shù)據(jù)信息和采集點(diǎn)相對(duì)位置信息，通過無線方式傳輸給計(jì)算機(jī)。其中，力反饋數(shù)據(jù)輸出模塊包括電脈沖反饋裝置，用于無線接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的力反饋信號(hào)，通過接收識(shí)別核心傳輸來的反饋數(shù)據(jù)作用于相應(yīng)的身體部位，讓人體感受到觸摸、拍打、撞擊等感覺，達(dá)到游戲擬真，物理按摩等效果。
[0033]其中，該身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備用于采集體驗(yàn)者人體姿態(tài)，將體驗(yàn)者肢體及全身反饋信號(hào)與中樞處理器有效融合，以達(dá)到控制虛擬環(huán)境下虛擬身體和讓現(xiàn)實(shí)環(huán)境下人體感受到觸摸、拍打、撞擊等感覺，達(dá)到游戲擬真，物理按摩等效果。
[0034]其中，身體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊包括布置在全身肢體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位的傳感器，其中，傳感器包括9自由度傳感器，該9自由度傳感器包括3軸陀螺儀、3軸羅盤和3軸加速度計(jì)。其中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位包括手足肢端節(jié)點(diǎn)、踝腕關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)、膝肘關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)、肩跨關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)、及頭、頸、軀干節(jié)點(diǎn)等必要節(jié)點(diǎn)及其他可臨時(shí)配置的擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。
[0035]其中，所有節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器組成星型網(wǎng)絡(luò)，該多個(gè)節(jié)點(diǎn)處于星形網(wǎng)絡(luò)的末端。其中，底層布置處理器，用于進(jìn)行初步的卡爾曼濾波等基礎(chǔ)容錯(cuò)過濾操作。其中，該傳感器獨(dú)立電池供電，自成一體，可隨時(shí)增減節(jié)點(diǎn)數(shù)量，減少現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)環(huán)節(jié)的穿戴復(fù)雜程度。
[0036]其中，各個(gè)獨(dú)立傳感器的無線通訊網(wǎng)絡(luò)(ZIGBEE網(wǎng)絡(luò))包含特征地址信息及自組網(wǎng)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上電后由協(xié)調(diào)器配置組網(wǎng)，形成已協(xié)調(diào)器為中心的星型網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)傳感器互不干擾的將數(shù)據(jù)傳送至姿態(tài)信息整合單元，該姿態(tài)信息整合單元是一個(gè)包含協(xié)調(diào)器的控制中心。
[0037]其中，姿態(tài)信息整合單元用于將節(jié)點(diǎn)傳感器上傳的數(shù)據(jù)(包括加速度、方向角、角加速度)融合，輔以肢體骨絡(luò)算法融合技術(shù)，計(jì)算出人體肢體節(jié)點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等數(shù)據(jù)后，傳輸給中樞控制器平臺(tái)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)景與人體模型節(jié)點(diǎn)的貼合。
[0038]其中，力反饋數(shù)據(jù)輸出模塊用于接收來自中樞控制器平臺(tái)的反饋觸發(fā)信號(hào)(如被擊打、接觸等)，以控制佩戴在體驗(yàn)者身上的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生電流脈沖或震動(dòng)作，讓現(xiàn)實(shí)環(huán)境下人體感受到觸摸、拍打、撞擊等感覺，達(dá)到游戲擬真、物理按摩等效果。
[0039]其中，如圖5所示，移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備(VRGate-Brain)是一種集成視頻、音頻、以及移動(dòng)數(shù)據(jù)處理功能的移動(dòng)式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備。該設(shè)備包括控制器、頭部姿態(tài)捕捉模塊、空間點(diǎn)定位模塊、超短焦光學(xué)模塊和視頻顯示模塊，其中，處理器用于接收頭部姿態(tài)信號(hào)、空間信號(hào)進(jìn)行位置判斷和頭部姿態(tài)判斷，并且生成顯示內(nèi)容控制發(fā)送到超短焦光學(xué)設(shè)備和視頻顯示模塊進(jìn)行顯示。
[0040]其中，該設(shè)備還包括音頻處理模塊，用于通過自帶高品質(zhì)凈噪環(huán)繞音響系統(tǒng)，采用解碼芯片和MAX9723功放芯片，基于低噪聲電荷泵600kHz的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于音頻范圍，不僅不會(huì)干擾音頻信號(hào)，從而使MAX9723能夠獲得99dB的SNR。
[0041]其中，該設(shè)備采用小尺寸2K或2k以上分辨率液晶面板和強(qiáng)光可見投影及強(qiáng)光可見透屏，點(diǎn)距布置高達(dá)490ppi以上，配合X86平臺(tái)高性能數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能提供絕大部分應(yīng)用接口的接入，成為了第一個(gè)個(gè)人應(yīng)用級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備。
[0042]其中，處理器為X86數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，兼容各種應(yīng)用接口和操作系統(tǒng)。
[0043]其中，空間點(diǎn)定位模塊具有相對(duì)定位子模塊和絕對(duì)定位子模塊，其中，相對(duì)定位子模塊通過路線規(guī)劃、前進(jìn)方向和頭部姿態(tài)導(dǎo)向，基于內(nèi)置地圖確定相對(duì)位置；絕對(duì)定位子模塊，基于GPS模塊，采用偽距差分原理和載波相位差分原理，獲取厘米級(jí)定位精度。
[0044]其中，頭部姿態(tài)捕捉模塊包括布置在設(shè)備上的多個(gè)三維姿態(tài)傳感器，用于測(cè)量頭部的三維運(yùn)動(dòng)，并且基于加速度傳感器來獲取設(shè)備即頭部的相對(duì)于水平面的傾斜角度，通過分析動(dòng)態(tài)加速度，確定出設(shè)備移動(dòng)的方式。
[0045]其中，視頻顯示模塊包括顯示子模塊和視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換子模塊，其中，顯示子模塊采用高分辨面板和強(qiáng)光可見投影設(shè)備；視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換子模塊包括將4K超高清視頻流無損、無壓縮地從HDMI轉(zhuǎn)換至MIP1-DSI的橋接芯片。
[0046]最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對(duì)本技術(shù)方法進(jìn)行限制，本發(fā)明在應(yīng)用上可以延伸為其他的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，并且因此認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，包括步行模擬器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備以及數(shù)據(jù)背包設(shè)備；其中，模擬步行器用于模擬人的行走和限制人的移動(dòng)，并且進(jìn)行步行數(shù)據(jù)的采集和反饋；身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備用于對(duì)虛擬環(huán)境中的虛擬人體進(jìn)行互動(dòng)控制，通過慣性傳感器、陀螺儀采集現(xiàn)實(shí)中人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，控制虛擬身體并且反作用于身體；移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備用于集成音視頻輸出、數(shù)據(jù)處理及空間點(diǎn)定位，實(shí)現(xiàn)圖像、音頻的仿真輸出；數(shù)據(jù)背包設(shè)備用于接收模擬步行器、身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備、移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行綜合處理，并且反饋到各設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，所述步行模擬器包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和模擬面板，其中，所述模擬面板布置在所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于同步模擬面板上的運(yùn)動(dòng)軌跡，和模擬面板的行進(jìn)進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述模擬面板用于采樣面板上腳步的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括位置、速度、方位、姿態(tài)數(shù)據(jù)，反饋給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括同步皮帶和滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)，同步皮帶布置在滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)上，皮帶和滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，所述滾軸機(jī)械結(jié)構(gòu)包括沿皮帶方向的滾軸和垂直于皮帶方向的豎向旋轉(zhuǎn)軸，以使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)360度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)模擬面板進(jìn)行360旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，模擬面板布置多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)布設(shè)多個(gè)超聲定位傳感器，面向面板中心，圍繞整個(gè)面板，形成超聲探測(cè)空間矩陣，用于分別對(duì)腳步動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采樣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備包括:身體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和力反饋數(shù)據(jù)輸出模塊，其中，身體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊包括慣性傳感器、UWB超寬帶測(cè)距子模塊和無線網(wǎng)絡(luò)子模塊，用于實(shí)時(shí)采集身體姿態(tài)數(shù)據(jù)信息和采集點(diǎn)相對(duì)位置信息，通過無線方式傳輸給中樞控制器；其中，力反饋數(shù)據(jù)輸出模塊包括電脈沖反饋裝置，用于無線接收中樞控制器發(fā)送的力反饋信號(hào)，通過接收識(shí)別核心傳輸來的反饋數(shù)據(jù)作用于相應(yīng)的身體部位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，該身體數(shù)據(jù)采集反饋設(shè)備用于采集體驗(yàn)者人體姿態(tài)，將體驗(yàn)者肢體及全身反饋信號(hào)與中樞處理器有效融合，以達(dá)到控制虛擬環(huán)境下虛擬身體和讓現(xiàn)實(shí)環(huán)境下人體感受到觸摸、拍打、撞擊感覺。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，身體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊包括布置在全身肢體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位的傳感器，其中，傳感器包括9自由度傳感器，該9自由度傳感器包括3軸陀螺儀、3軸羅盤和3軸加速度計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位包括手足肢端節(jié)點(diǎn)、踝腕關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)、膝肘關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)、肩跨關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)、及頭、頸、軀干節(jié)點(diǎn)的必要節(jié)點(diǎn)及其他可臨時(shí)配置的擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)；其中，各個(gè)獨(dú)立傳感器的無線通訊網(wǎng)絡(luò)包含特征地址信息及自組網(wǎng)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上電后由協(xié)調(diào)器配置組網(wǎng)，形成以協(xié)調(diào)器為中心的星型網(wǎng)絡(luò)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，各節(jié)點(diǎn)傳感器互不干擾的將數(shù)據(jù)傳送至姿態(tài)信息整合單元，該姿態(tài)信息整合單元是一個(gè)包含協(xié)調(diào)器的控制中心。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，姿態(tài)信息整合單元用于將節(jié)點(diǎn)傳感器上傳的包括加速度、方向角、角加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，輔以肢體骨絡(luò)算法融合技術(shù)，計(jì)算出人體肢體位置及運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等數(shù)據(jù)后，傳輸給中樞控制器平臺(tái)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，移動(dòng)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備包括控制器、頭部姿態(tài)捕捉模塊、空間點(diǎn)定位模塊、超短焦光學(xué)模塊和視頻顯示模塊，其中，處理器用于接收頭部姿態(tài)信號(hào)、空間信號(hào)進(jìn)行位置判斷和頭部姿態(tài)判斷，并且生成顯示內(nèi)容控制發(fā)送到超短焦光學(xué)設(shè)備和視頻顯示模塊進(jìn)行適應(yīng)性顯示。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，該設(shè)備還包括音頻處理模塊，自帶高品質(zhì)凈噪環(huán)繞音響系統(tǒng)，采用解碼芯片和MAX9723功放芯片，基于低噪聲電荷泵600kHz開關(guān)頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，空間點(diǎn)定位模塊具有相對(duì)定位子模塊和絕對(duì)定位子模塊，其中，相對(duì)定位子模塊通過路線規(guī)劃、前進(jìn)方向和頭部姿態(tài)導(dǎo)向，基于內(nèi)置地圖確定相對(duì)位置；絕對(duì)定位子模塊，基于GPS模塊，采用偽距差分原理和載波相位差分原理，獲取厘米級(jí)定位精度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的面向個(gè)人的集群化虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，其中，頭部姿態(tài)捕捉模塊包括布置在設(shè)備上的多個(gè)三維姿態(tài)傳感器，用于測(cè)量頭部的三維運(yùn)動(dòng)，并且基于加速度傳感器來獲取設(shè)備即頭部的相對(duì)于水平面的傾斜角度，通過分析動(dòng)態(tài)加速度，確定出設(shè)備移動(dòng)的方式。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK104407701SQ201410693380
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】田效禹, 金成博 申請(qǐng)人:曦煌科技(北京)有限公司