應(yīng)用多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器的模擬方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，模擬器包括：底座、底部旋轉(zhuǎn)座、外環(huán)、內(nèi)環(huán)、座椅和控制器；所述內(nèi)環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)于所述外環(huán)的內(nèi)部，所述內(nèi)環(huán)連接有內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)環(huán)在X?Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述座椅固定安裝于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述控制器分別與所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)、所述液壓泵、所述外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和所述內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；其中，X軸和Y軸形成水平面，Z軸為垂直于水平面的軸。具有以下優(yōu)點(diǎn)：可最大范圍的實(shí)現(xiàn)參與者操控自身，并通過模擬器的運(yùn)動(dòng)軌跡，來獲得現(xiàn)實(shí)環(huán)境中最佳的自身感知，既具有較強(qiáng)的實(shí)用性和安全性，也明顯提高了參與者的真實(shí)體驗(yàn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于虛擬現(xiàn)實(shí)
，具體涉及一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法。
技術(shù)介紹
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（簡(jiǎn)稱VR）起源于20世紀(jì)60年代，是指借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及傳感器技術(shù)生成三維環(huán)境，創(chuàng)造出一種嶄新的人機(jī)交互方式，通過調(diào)動(dòng)用戶各種感官（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等）來享受更加真實(shí)的、身臨其境的體驗(yàn)。隨著硬件性能的提升和成本的大幅度降低，近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品獲得了廣泛發(fā)展。在短短的兩三年間，VR成為科技圈中最為熱門的詞匯之一。虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)技術(shù)密集型行業(yè)，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體系分為感知、建模、呈現(xiàn)和交互四個(gè)方面。2016年被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)（簡(jiǎn)稱“VR”）元年，這一年，虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)政策利好不斷，就大眾了解什么是虛擬現(xiàn)實(shí)來說，2016年將會(huì)是重要的一年。此次文化部下發(fā)的《文化部關(guān)于推動(dòng)文化娛樂行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的意見》已經(jīng)不是第一次國(guó)家推動(dòng)VR產(chǎn)業(yè)的相關(guān)政策法規(guī)。縱觀整個(gè)2016年，早在兩會(huì)期間，“十三五規(guī)劃”綱要中就把VR產(chǎn)業(yè)視為新興前沿創(chuàng)新的六大領(lǐng)域而大力推進(jìn)。隨后，四月份，工信部電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》，呼吁國(guó)家盡快啟動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)研究，建立標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》的發(fā)布，體現(xiàn)出國(guó)家對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重視，同時(shí)也預(yù)示這行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)進(jìn)程加快，這將助力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高，并推動(dòng)行業(yè)規(guī)范迅速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借其“人機(jī)交互性”以及近乎現(xiàn)實(shí)的“沉浸感”，出現(xiàn)之后迅速引爆了市場(chǎng)，甚至出現(xiàn)了“VR/AR+”的熱潮，然而“虛擬現(xiàn)實(shí)+”遠(yuǎn)沒有想象的美好。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用了VR技術(shù)，大體在觀影、房地產(chǎn)虛擬環(huán)境展示、旅游及游戲娛樂等行業(yè)都有較為成熟的應(yīng)用。在目前的虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中，通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為的虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三度空間，然而，通過多種傳感設(shè)備使參與者“投入”到該虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)參與者與虛擬環(huán)境直接進(jìn)行自然交互，從而使得參與者在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。然而，在虛擬環(huán)境中，參與者與現(xiàn)實(shí)環(huán)境幾乎隔離，一方面，對(duì)參與者帶來一定安全上的隱患；另一方面，參與者的體驗(yàn)效果有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本專利技術(shù)提供一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，可有效解決上述問題。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：本專利技術(shù)提供一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，包括：底座、底部旋轉(zhuǎn)座、外環(huán)、內(nèi)環(huán)、座椅和控制器；所述底座固定于水平地面上；所述底部旋轉(zhuǎn)座可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于所述底座的上面，所述底部旋轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接有底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動(dòng)；所述外環(huán)設(shè)置于所述底部旋轉(zhuǎn)座的上方，在所述外環(huán)和所述底部旋轉(zhuǎn)座之間分布安裝有n個(gè)液壓桿，n為自然數(shù)；每個(gè)所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座鉸接，每個(gè)所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)鉸接；每個(gè)所述液壓桿連接有一臺(tái)液壓泵；通過各個(gè)所述液壓泵，驅(qū)動(dòng)各個(gè)所述液壓桿進(jìn)行伸縮動(dòng)作，進(jìn)而控制所述外環(huán)在X向的傾斜角度和/或在Y向的水平移動(dòng)；此外，所述外環(huán)連接有外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述外環(huán)在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述內(nèi)環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)于所述外環(huán)的內(nèi)部，所述內(nèi)環(huán)連接有內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)環(huán)在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述座椅固定安裝于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述控制器分別與所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)、所述液壓泵、所述外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和所述內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；其中，X軸和Y軸形成水平面，Z軸為垂直于水平面的軸。優(yōu)選的，所述底座通過膨脹螺栓固定于水平地面上；所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)之間還安裝有內(nèi)環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)；所述內(nèi)環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)用于使所述內(nèi)環(huán)與所述外環(huán)固定形成整體，禁止所述內(nèi)環(huán)相對(duì)于所述外環(huán)旋轉(zhuǎn)；所述外環(huán)還安裝有外環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)，所述外環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)用于限制所述外環(huán)旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，每個(gè)所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座通過底部萬(wàn)向軸鉸接；每個(gè)所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)通過頂部萬(wàn)向軸鉸接。優(yōu)選的，所述液壓桿的設(shè)置數(shù)量為4個(gè)，包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿。優(yōu)選的，所述座椅配置有操作面板及踏板，所述座椅可伸開成直立模式；所述座椅采用7點(diǎn)固定方式固定于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述操作面板通過可伸縮的延長(zhǎng)桿固定于所述座椅上；當(dāng)不需要所述操作面板時(shí)，縮短所述延長(zhǎng)桿，使所述操作面板緊貼所述座椅的椅面。優(yōu)選的，所述座椅還安裝有腿部傳感器和手部傳感器；所述腿部傳感器和所述手部傳感器均連接到所述操作面板的輸入端；所述操作面板的輸出端與所述控制器連接。優(yōu)選的，所述腿部傳感器包括腳底位移傳感器、雙腿外側(cè)傳感器和雙腿內(nèi)側(cè)傳感器。本專利技術(shù)還提供一種應(yīng)用上述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器的模擬方法，包括以下步驟：步驟1，操作面板通過腿部傳感器和手部傳感器實(shí)時(shí)采集到參與者腿部姿態(tài)信息以及手部姿態(tài)信息；步驟2，操作面板根據(jù)預(yù)存儲(chǔ)的腿部姿態(tài)信息、手部姿態(tài)信息與虛擬操控指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取到對(duì)應(yīng)的虛擬操控指令；或者，操作面板直接接收參與者輸入的對(duì)虛擬環(huán)境的虛擬操控指令；步驟3，操作面板根據(jù)步驟2得到的所述虛擬操控指令，一方面，對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行控制；另一方面，對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行控制，即：對(duì)底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和/或內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，從而控制座椅的姿態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)參與者自身姿態(tài)的控制。優(yōu)選的，步驟3中，控制器對(duì)底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和/或內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，具體包括：控制器控制底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)動(dòng)作，底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)座椅在X-Y平面中轉(zhuǎn)動(dòng)；和/或控制器控制液壓泵動(dòng)作；其中，所述液壓泵包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿；（1）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿同步等長(zhǎng)伸長(zhǎng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)外環(huán)進(jìn)行上升動(dòng)作，進(jìn)而帶動(dòng)座椅沿Z軸上升；（2）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿同步等長(zhǎng)縮短時(shí)，驅(qū)動(dòng)外環(huán)進(jìn)行下降動(dòng)作，進(jìn)而帶動(dòng)座椅沿Z軸下降；（3）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和右前液壓桿同步伸長(zhǎng)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，同時(shí)，控制左后液壓桿和右后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，驅(qū)動(dòng)外環(huán)沿Y軸向前水平移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)座椅沿Y軸向前水平移動(dòng)；（4）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和右前液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，同時(shí)，控制左后液壓桿和右后液壓桿同步伸長(zhǎng)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，驅(qū)動(dòng)外環(huán)沿Y軸向后水平移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)座椅沿Y軸向后水平移動(dòng)；（5）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和左后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，同時(shí)，控制右前液壓桿和右后液壓桿同步伸長(zhǎng)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，驅(qū)動(dòng)外環(huán)向左傾斜預(yù)設(shè)角度，進(jìn)而帶動(dòng)座椅向左傾斜預(yù)設(shè)角度；（6）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和左后液壓桿同步伸長(zhǎng)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，同時(shí)，控制右前液壓桿和右后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，驅(qū)動(dòng)外環(huán)向右傾斜預(yù)設(shè)角度，進(jìn)而帶動(dòng)座椅向右傾斜預(yù)設(shè)角度；和/或控制器控制外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)外環(huán)在在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)座椅在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和/或控制器控制內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)環(huán)在在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)座椅在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。本專利技術(shù)提供的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)提供一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，可最大范圍的實(shí)現(xiàn)參與者操控自身，并通過模擬本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，包括：底座、底部旋轉(zhuǎn)座、外環(huán)、內(nèi)環(huán)、座椅和控制器；所述底座固定于水平地面上；所述底部旋轉(zhuǎn)座可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于所述底座的上面，所述底部旋轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接有底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述底部旋轉(zhuǎn)座在X?Y平面中轉(zhuǎn)動(dòng)；所述外環(huán)設(shè)置于所述底部旋轉(zhuǎn)座的上方，在所述外環(huán)和所述底部旋轉(zhuǎn)座之間分布安裝有n個(gè)液壓桿，n為自然數(shù)；每個(gè)所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座鉸接，每個(gè)所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)鉸接；每個(gè)所述液壓桿連接有一臺(tái)液壓泵；通過各個(gè)所述液壓泵，驅(qū)動(dòng)各個(gè)所述液壓桿進(jìn)行伸縮動(dòng)作，進(jìn)而控制所述外環(huán)在X向的傾斜角度和/或在Y向的水平移動(dòng)；此外，所述外環(huán)連接有外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述外環(huán)在Y?Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述內(nèi)環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)于所述外環(huán)的內(nèi)部，所述內(nèi)環(huán)連接有內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)環(huán)在X?Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述座椅固定安裝于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述控制器分別與所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)、所述液壓泵、所述外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和所述內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；其中，X軸和Y軸形成水平面，Z軸為垂直于水平面的軸。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，包括：底座、底部旋轉(zhuǎn)座、外環(huán)、內(nèi)環(huán)、座椅和控制器；所述底座固定于水平地面上；所述底部旋轉(zhuǎn)座可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于所述底座的上面，所述底部旋轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接有底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動(dòng)；所述外環(huán)設(shè)置于所述底部旋轉(zhuǎn)座的上方，在所述外環(huán)和所述底部旋轉(zhuǎn)座之間分布安裝有n個(gè)液壓桿，n為自然數(shù)；每個(gè)所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座鉸接，每個(gè)所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)鉸接；每個(gè)所述液壓桿連接有一臺(tái)液壓泵；通過各個(gè)所述液壓泵，驅(qū)動(dòng)各個(gè)所述液壓桿進(jìn)行伸縮動(dòng)作，進(jìn)而控制所述外環(huán)在X向的傾斜角度和/或在Y向的水平移動(dòng)；此外，所述外環(huán)連接有外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述外環(huán)在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述內(nèi)環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)于所述外環(huán)的內(nèi)部，所述內(nèi)環(huán)連接有內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)環(huán)在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述座椅固定安裝于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述控制器分別與所述底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)、所述液壓泵、所述外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和所述內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；其中，X軸和Y軸形成水平面，Z軸為垂直于水平面的軸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，所述底座通過膨脹螺栓固定于水平地面上；所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)之間還安裝有內(nèi)環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)；所述內(nèi)環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)用于使所述內(nèi)環(huán)與所述外環(huán)固定形成整體，禁止所述內(nèi)環(huán)相對(duì)于所述外環(huán)旋轉(zhuǎn)；所述外環(huán)還安裝有外環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)，所述外環(huán)鎖死機(jī)構(gòu)用于限制所述外環(huán)旋轉(zhuǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，每個(gè)所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座通過底部萬(wàn)向軸鉸接；每個(gè)所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)通過頂部萬(wàn)向軸鉸接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，所述液壓桿的設(shè)置數(shù)量為4個(gè)，包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，所述座椅配置有操作面板及踏板，所述座椅可伸開成直立模式；所述座椅采用7點(diǎn)固定方式固定于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述操作面板通過可伸縮的延長(zhǎng)桿固定于所述座椅上；當(dāng)不需要所述操作面板時(shí)，縮短所述延長(zhǎng)桿，使所述操作面板緊貼所述座椅的椅面。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，所述座椅還安裝有腿部傳感器和手部傳感器；所述腿部傳感器和所述手部傳感器均連接到所述操作面板的輸入端；所述操作面板的輸出端與所述控制器連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多功能VR人機(jī)交互及外部環(huán)境的模擬器，其特征在于，所述腿部傳感器包括腳底...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：覃偉，胡昱祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：覃偉，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：安徽;34