CN103592911A - 一种水下环境模拟系统以及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下环境模拟系统以及模拟方法，系统包括模拟空间以及控制模拟空间内环境变量的环境控制系统，其特征在于，还包括检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元；所述环境控制系统包括光影控制单元，声音控制单元，气流控制单元。本发明通过在模拟空间内设置检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元，利用反馈信号自动调整模拟空间内的光影、音效和气流，增加水下环境的真实性。

Description

一种水下环境模拟系统以及模拟方法

技术领域

本发明涉及一种环境模拟实验技术领域，特别涉及一种水下环境模拟系统以及模拟方法。

背景技术

人通过听觉、视觉、嗅觉、触觉来感受世界，这些感官体验被大脑赋予了意义储存在记忆中，这些记忆成为今后人感受世界的背景基础。当人接受外界刺激的时候，就会唤醒记忆中的背景基础，从而想象世界并给出诠释。模拟某段记忆的环境，当人重新进入这些场景或者环境，会有身临其境的感觉，从而帮助人恢复和强化这段记忆，重新体验当时的内心感受；也可以模拟一些人没有经历过的环境和场景，增加人的经历和感受，丰富人的生活。

目前对此类场景的模拟都是通过简单的场景布置实现，仅仅对视觉产生一定的影响，并不能达到身临其境的效果，无法有较好的感官体感。或者是对一些设备或者材料的工作环境的模拟，通过改变环境的温度、湿度、风速等环境变量来测试设备和材料的工作性能。

例如公布号为CN101980002A的专利文献提供一种环境模拟试验装置，其中，该环境模拟试验装置包括试验室、控制室、气氛调节单元、湿度调节单元、温度调节单元和排放单元，所述控制室位于所述试验室外部，所述控制室通过控制系统控制所述气氛调节单元、所述湿度调节单元和所述温度调节单元的运转以调节所述试验室的气氛、湿度和温度，并控制所述排放单元的运转以排放所述试验室中的废气和废水，所述试验室内具有入口和密封该入口的入口密封门，所述试验室内安装有监测单元。该文献还提供一种使用上述装置模拟环境的方法。通过上述技术方案，可以得到符合实际环境的情况的复合的环境，以便对工程结构试验的环境适应性及可靠性试验提供了试验基础。

或者例如公告号为CN202406740U的专利文献公开了一种湿热环境动物实验模拟装置，包括设置有进风口和出风口的箱体、与进风口相连通的热风机和湿度调节器、其检测探头伸入箱体内，用于检测箱体内部温度、湿度指标并调控热风机和湿度调节器的主检测装置、与所述箱体的循环水通道相通，提供恒温循环水的循环水恒温装置。上述装置通过热风机向箱体内输送热风来使箱体内部温度在短期内升高，到达指定温度后进入待机状态，和循环水通道来共同维持箱体内部温度的恒定，通过风暖和水暖的联合使用，将装置内部的温度稳定地控制在恒定范围内，有效地避免了现有技术中因温度变化骤然、分布不均且波动范围大而引起的对相关研究结果的准确性产生影响的问题。

上述的模拟装置通过设备改变空间内整体的环境变量，且仅仅对空间环境的温度、湿度等物理变量进行控制，并且设法尽量达到空间内各个位置的环境变量一致，从而对设备，材料的性能或者生物的生理机能进行测试和实验，但是此类装置无法确保移动生物在不同位置得到相同的环境体验，也无法模拟移动生物对环境的影响，例如水下环境中移动物体对产生的水波纹，即目前并没有针对移动生物的感官体验进行水下环境模拟的设备和方法。

发明内容

本发明提供了一种水下环境模拟系统以及模拟方法，从而解决现有设备和技术没有针对移动的人的感官体验进行水下环境模拟的设备和方法的市场空缺问题。

一种水下环境模拟系统，包括模拟空间以及控制模拟空间内环境变量的环境控制系统，还包括检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元；所述环境控制系统包括光影控制单元，声音控制单元，气流控制单元。

所述检测单元包括检测探头与检测信号的调整电路。中央处理单元根据检测单元的检测结果，向环境控制系统的光影控制单元，声音控制单元，气流控制单元发出指令，对模拟空间内的光影、音效以及空气流动情况进行调节和控制。

光影控制单元可以通过调节灯光颜色以及投影水下环境的影像等方法控制模拟空间内的光影，比如为了模拟水下环境，可以调整灯光为蓝色，影水下环境的影像；声音控制单元可以通过播放与水相关的音频来模拟水下环境；气流控制单元则可以通过控制气流的角度，速度以及温度来模拟人在水下与水的触感。

为了提高水下环境的模拟效果优选的，所述环境控制系统还包括制造水体外形的水面模拟控制单元。所述水面模拟控制单元用于模拟实体水面的效果，从视觉上增加模拟效果。

所述模拟空间具有一定的空间具有一定的活动空间，优选的，所述光影控制单元包括投影设备；模拟空间至少包括用于投影和供给人活动的地面，以及用于安装所述水面模拟控制单元的顶部。所述水面模拟控制单元用于模拟实体水面，人在地面活动，水面模拟控制单元位于人的顶部，使人有在水面下的视觉感受。

为了进一步提高模拟效果，优选的，所述投影设备包括输出影像至地面的投影头，所述投影头的影像内容和投射方向由中央处理单元控制。在投影设备中储存大量不同景象和颜色的水下影像，用于对应在不同的指令下投射出不同的视觉效果。

例如，当模拟空间内无人是，投影具有平静水波纹的水下影像；在有人进入模拟空间内时，根据人的位置变化，投放自人为中点向外散开的水波纹影像；通过不同的影像可以模拟不同的视觉效果。

还可以增加检测单元的检测内容，比如检测人的移动速度，在不同的移动速度下，水波纹散开的速度不同，提高模拟的真实性。

改变气流的方式一般是通过风扇的叶片推动空气流动，优选的，所述气流控制单元包括设置在模拟空间内的风扇，所述风扇输出气流的方向、速度和温度由中央处理单元控制。当检测到人的移动速度较快时，可以增大风扇的风力，提高气流对人冲击力。

为了提高模拟的真实性，还可以调节模拟环境内的湿度，增大模拟环境内的湿度，模拟人与水的触感，还可以释放一些类型的水的味道来模拟这一类型的水下坏境，优选的，所述环境控制系统还包括接收指令改变模拟空间气味和湿度的熏香器和加湿器。

优选的，所述水面模拟控制单元包括水面模拟物和控制水面模拟物模拟水面波动的运动控制器。水面模拟物可以是轻柔的布料或者塑料薄膜等柔软的材料，运动控制器带动水面模拟物波动以模拟水面。

优选的，水面模拟物悬挂在运动控制器下方，运动控制器包括若干运动输出端，所述运动输出端与水面模拟物悬连接且基本覆盖到整个水面模拟物。可以通过控制运动输出端的速度来控制水面模拟物的造型，而对应不同的检测情况。例如，检测到模拟空间内无人时，运动控制器的各个输出端以不同的小速度提拉水面模拟物使其轻柔无序的方式上下运动，模拟平静的水下环境；当检测有人时，根据人的位置坐标，增大人附近的运动输出端的速度，使水面模拟物产生从人的位置向外扩散的涟漪效果。

本发明还提供了一种模拟水下环境的方法，步骤包括：

（1）检测模拟空间内是否有人：

a，检测到没有人，操作步骤（2）；

b，检测有人，则检测人的位置坐标，操作步骤（3）；

（2）同时进行以下操作：

①在模拟空间内投影与检测结果对应的水下影像；

②在模拟空间内播放与检测结果对应的与水相关的声音；

（3）同时进行以下操作：

①根据检测到的位置坐标，在模拟空间内投影水下影像和自位置坐标向四周扩散水波纹的影像；

②播放人拨动水流的声音；

③根据检测到的位置坐标，向位置坐标输送预定速度和温度的气流。

优选的，在步骤（1）中的检测结果b的操作中，同时检测人的移动速度；

在步骤（3）的①操作中，水波纹的扩散速度与检测到的移动速度成正比变化；

在步骤（3）的②操作中，播放的声音大小与检测到的移动速度成正比变化。

优选的，在步骤（2）中，使设置在模拟空间顶部的水面模拟物轻柔无序地波动；在步骤（3）中，使设置在模拟空间顶部的水面模拟物根据人的位置坐标，在表面产生从人的位置向外扩散的涟漪效果。

本发明的有益效果：

本发明的水下环境模拟系统，通过在模拟空间内设置检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元，利用反馈信号自动调整模拟空间内的光影、音效和气流，增加水下环境的真实性；本发明的模拟水下环境的方法，根据人的位置的检测结果来对模拟空间内的光影、音效和气流进行调整，使人进入模拟空间后，在视觉，听觉以及触觉上感受到身在水下，有效提高模拟的真实性，帮助唤醒人的记忆。

附图说明

图1为本发明的水下环境模拟系统结构示意图。

图2为本发明各控制单元和系统的关系框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的水下环境模拟系统包括，具有地面2和顶部1的模拟空间，以及控制模拟空间内环境变量的环境控制系统，环境控制系统包括光影控制单元3，声音控制单元4，气流控制单元5和水面模拟控制单元6；还包括检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元。

本实施例中，光影控制单元3为四个投影机，分别悬挂在顶部1的四个角，投影机的影像内容和投射方向由中央处理单元控制。

声音控制单元4为安装在地面2上相对布置的两个音响设备。

气流控制单元5为安装在地面2上相对布置的两个风扇，水面模拟控制单元6安装在顶部1，风扇输出气流的方向、速度和温度由中央处理单元控制。

水面模拟控制单元6包括水面模拟物61和控制水面模拟物61模拟水面波动的运动控制器62。水面模拟物61可以是轻柔的布料或者塑料薄膜等柔软的材料，运动控制器62带动水面模拟物61波动以模拟水面。

水面模拟物61悬挂在运动控制器62下方，运动控制器62包括九个分散布置的运动输出端63，运动输出端63与水面模拟物悬连接且基本覆盖到整个水面模拟物62。

检测单元包括检测探头与检测信号的调整电路，在测试人位置的同时，测试人的运动速度。

利用上述装置实施本发明方法的过程：

（1）检测单元检测模拟空间内是是否有人：

a，当模拟空间内没有人时，检测单元反馈该信息至中央处理单元操作步骤（2）；

b，检测有人，则检测单元检测人的位置坐标，并将该位置坐标的信息至中央处理单元进行操作（3）；

（2）中央处理单元进行分析并向环境控制系统的光影控制单元3，声音控制单元4，气流控制单元5和水面模拟控制单元6发送指令，根据指令：

①光影控制单元3的投影机在模拟空间内投影具有平静水波纹的水下影像；

②声音控制单元4播放轻缓的水流声；

③气流控制单元5不工作；

④水面模拟控制单元6的运动控制器62的各个输出端63以不同的较小速度提拉水面模拟物61使其轻柔无序的方式上下运动，模拟平静的水面状态。

（3）中央处理单元分析后向环境控制系统的光影控制单元3，声音控制单元4，气流控制单元5和水面模拟控制单元6发送指令，根据指令：

①根据检测到的位置坐标，光影控制单元3的投影机在模拟空间内投影投放自人为中点向外散开的水波纹影像；

②声音控制单元4播放人拨动水流的声音；

③根据检测到的位置坐标，气流控制单元5向该位置坐标输送预定速度和温度的气流；中央处理单元会根据人的位置坐标与风扇的位置关系，调整风扇的角度以及输送气流的大小；

④根据检测到的位置坐标，水面模拟控制单元6会增大人附近的运动输出端63的速度，使水面模拟物61产生从人的位置向外扩散的涟漪效果。

检测单元周期性对模拟空间进行检测，上述工作过程连续进行。

本实施例的水下环境模拟系统，通过在模拟空间内设置检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元，利用反馈信号自动调整模拟空间内的光影、音效和气流，增加水下环境的真实性。

Claims (10)

1.一种水下环境模拟系统，包括模拟空间以及控制模拟空间内环境变量的环境控制系统，其特征在于，还包括检测人在模拟空间中位置的检测单元以及接收和处理检测单元所发出信号并发送指令至环境控制系统的中央处理单元；

所述环境控制系统包括光影控制单元，声音控制单元，气流控制单元。

2.如权利要求1所述的水下环境模拟系统，其特征在于，所述环境控制系统还包括制造水体外形的水面模拟控制单元。

3.如权利要求2所述的水下环境模拟系统，其特征在于，所述光影控制单元包括投影设备；

模拟空间至少包括用于投影和供给人活动的地面，以及用于安装所述水面模拟控制单元的顶部。

4.如权利要求3所述的水下环境模拟系统，其特征在于，所述投影设备包括输出影像至地面的投影头，所述投影头的影像内容和投射方向由中央处理单元控制。

5.如权利要求1所述的水下环境模拟系统，其特征在于，所述气流控制单元包括设置在模拟空间内的风扇，所述风扇输出气流的方向、速度和温度由中央处理单元控制。

6.如权利要求1所述的水下环境模拟系统，其特征在于，所述环境控制系统还包括接收指令改变模拟空间气味和湿度的熏香器和加湿器。

7.如权利要求2所述的水下环境模拟系统，其特征在于，所述水面模拟控制单元包括水面模拟物和控制水面模拟物模拟水面波动的运动控制器。

8.如权利要求3所述的水下环境模拟系统，其特征在于，水面模拟物悬挂在运动控制器下方，运动控制器包括若干运动输出端，所述运动输出端与水面模拟物悬连接且基本覆盖到整个水面模拟物。

9.一种模拟水下环境的方法，其特征在于，步骤包括：

（1）检测模拟空间内是否有人：

a，检测到没有人，操作步骤（2）；

b，检测有人，则检测人的位置坐标，操作步骤（3）；

（2）同时进行以下操作：

①在模拟空间内投影具有平静水波纹的水下影像；

②在模拟空间内播放轻缓的水流声；

（3）同时进行以下操作：

①根据检测到的位置坐标，在模拟空间内投影水下影像和自位置坐标向四周扩散水波纹的影像；

②播放人拨动水流的声音；

③根据检测到的位置坐标，向位置坐标输送预定速度和温度的气流。

10.如权利要求9所述的模拟水下环境的方法，其特征在于，

在步骤（1）中的测试结果b的操作中，同时检测人的移动速度；

在步骤（3）的①操作中，水波纹的扩散速度与检测到的移动速度成正比变化；

在步骤（3）的②操作中，播放的声音大小与检测到的移动速度成正比变化。

Images