CN104035376B - 虚拟场景还原系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控领域，具体而言，涉及基于虚拟世界增强现实感体验的虚拟场景还原系统及虚拟化身同感系统。其中，虚拟场景还原系统包括：数据采集单元、数控单元及虚拟场景还原机；虚拟化身同感系统包括感受采集单元、数控单元及同感服。虚拟场景还原系统，通过数据采集单元采集终端提供的虚拟场景中的相关数据，并通过数控单元控制虚拟场景还原机进行相应场景的还原动作，满足了人们需要在个人终端进行虚拟场景体验的个性化需求。虚拟化身同感系统，通过感受采集单元采集终端提供的虚拟化身的感受数据，并通过数控单元控制同感服进行相应感受的还原动作，满足了人们需要在个人终端进行同感体验的个性化需求。

Description

虚拟场景还原系统

技术领域

本发明涉及数控领域，具体而言，涉及基于虚拟世界增强现实感体验的虚拟场景还原系统。

背景技术

所谓5D，就是能让观众从视觉，听觉，嗅觉，触觉，动感五个方面融入到虚拟世界中，以使观众感受到强大的逼真感和带入感的技术。现有的5D技术一般应用于5D影院中，主要用于还原电影中的虚拟场景以及为观众提供动感体验。

在虚拟场景还原方面，5D影院一般可提供多种物效，如风，雨，雷电，烟雾，雪花，泡泡等，顺着影片内容变化，观众可以实时感受到置身“闪电，烟雾，雪花”等场景中的感觉，如“火焰”前的灼热感，“海浪铺面”的“湿”身等等。

在动感体验方面，在5D影院中，观众的触感与动感体验一般是通过椅子的转弯、升降、后退、前进、坠落、震动、漂移、俯冲等配合电影画面剧情，来加强观众的感受。

随着人们个性化需求的增加，人们已不能满足仅在影院中体验5D提供的虚拟场景体验及动感体验，需要一种能在个人终端进行虚拟场景(如游戏场景)体验及同感体验的技术，来满足人们个性化的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚拟场景还原系统及虚拟化身同感系统，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种虚拟场景还原系统，包括：数据采集单元、数控单元及虚拟场景还原机；数据采集单元，用于采集终端提供的虚拟场景的相关数据，并将采集的相关数据与预设数据库中的相应场景数据进行匹配，根据匹配的结果生成场景还原指令；其中，虚拟场景至少包括游戏场景；相关数据至少包括虚拟场景中关于风、雨、泡泡及味道数据中的一种；数控单元，用于获取场景还原指令，并对场景还原指令进行模数转换，生成数字控制信号，以控制虚拟场景还原机进行相应场景的还原动作。

进一步，虚拟场景还原机包括：伺服驱动控制装置及渲染液喷洒装置；伺服驱动控制装置包括位置控制单元、速度控制单元及伺服电动机；渲染液喷洒装置包括主转轮、电动抽液泵及具有多个喷孔的电动喷口；主转轮包括多个用于装载渲染液的装载孔；电动喷口内设有风扇；渲染液包括味道液、清水液及泡沫剂；位置控制单元及速度控制单元，用于通过伺服电动机控制主转轮转动的位置及速度，以使所要还原的相应场景的渲染液旋转至电动喷口位置；电动抽液泵，用于抽取处于电动喷口位置的渲染液，并通过风扇进行渲染液的喷洒动作。

进一步，渲染液喷洒装置还包括：渲染液进换装置及与渲染液储存库；渲染液储存库与渲染液进换装置连接；渲染液进换装置与主转轮及数控单元连接，用于将渲染液储存库中的渲染液进换至主转轮的装载孔中。

进一步，渲染液喷洒装置还包括：位置检测装置，位置检测装置与主转轮及数控单元连接，用于检测主转轮转动的位置是否正确，如果不正确，发送反馈信号至数控单元。

进一步，电动喷口还设有喷孔调节装置，喷孔调节装置与数控单元电连接，用于调节喷孔的大小。

进一步，虚拟场景还原机还包括：鼓风装置，鼓风装置与数控单元电连接，用于进行鼓风动作。

本发明实施例提供的虚拟场景还原系统，通过数据采集单元采集(个人)终端提供的虚拟场景(如游戏场景)中的相关数据，并通过数控单元控制虚拟场景还原机进行相应场景的还原动作，满足了人们需要在个人终端进行虚拟场景体验的个性化需求。

在本发明的实施例中还提供了一种虚拟化身同感系统，包括感受采集单元、数控单元及同感服；感受采集单元，用于采集终端提供的虚拟化身的感受数据，并将采集的感受数据与预设数据库中的相应感受数据进行匹配，生成感受还原指令；其中，虚拟化身至少包括游戏中的虚拟化身；感受数据至少包括触觉感受、发热感受及衣着感受数据中的一种；数控单元，用于获取感受还原指令，并对感受还原指令进行处理，生成数字控制信号，以控制同感服进行相应感受的还原动作。

进一步，同感服设有同感处理装置；同感处理装置至少包括振动马达、发热丝及松紧调节装置中的一种；同感处理装置，分散设置于同感服内的不同部位；设置于同感服内不同部位的同感处理装置获取数控单元的数字控制信号，独立进行相应的振动、发热及松紧调节动作，为用户提供触觉感受、发热感受及衣着感受。

进一步，同感服的外表面，与同感处理装置相对应的部位，设有用于跟随所述同感处理装置的启、闭而启、闭的荧光灯。

进一步，数控单元包括第一控制器、第一存储器，第二控制器、第二存储器，第一控制器输出数字控制信号至第二控制器，第二控制器根据数字控制信号控制振动马达、发热丝及松紧调节装置独立进行相应感受的还原动作。

本发明实施例提供的虚拟化身同感系统，通过感受采集单元采集(个人)终端提供的虚拟(游戏)化身的感受数据，并通过数控单元控制同感服进行相应感受的还原动作，满足了人们需要在个人终端进行同感体验的个性化需求。

附图说明

图1示出了本发明虚拟场景还原系统第一实施例的结构框图；

图2示出了本发明虚拟场景还原系统第二实施例的结构框图；

图3示出了本发明虚拟场景还原系统主转轮的切面结构示意图；

图4示出了本发明虚拟化身同感系统第一实施例的结构框图；

图5示出了本发明虚拟化身同感系统第二实施例的结构框图；

图6示出了本发明虚拟化身同感系统松紧调节装置的结构示意图；

图7示出了本发明虚拟化身同感系统多微处理结构的示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见图1所示，图1示出了本发明虚拟场景还原系统第一实施例的结构框图，该虚拟场景还原系统，包括软件部分和硬件部分，软件可设置在个人终端(PC机)上，硬件部分与终端连接。终端提供游戏虚拟场景及用户的虚拟化身，并各自配置有自己的5D数据库及数控系统，通过与它们各自的硬件装置连接后，通过数控系统的控制信息，将虚拟的场景数据通过硬件装置还原到实际用户身上，让用户在现实中也能体验到虚拟化身所处的虚拟场景环境，虚拟事件影响等效果感受，其效果包括各种虚拟世界中的味道还原，传递虚拟“嗅觉”体验，还包括“雨水湿身”“泡泡”“风吹”等身处体验效果。

该虚拟场景还原系统具体包括：

数据采集单元12、数控单元14及虚拟场景还原机16；数据采集单元12，通过用户虚拟化身在虚拟世界里的交互事件及交互动作，获取(采集)虚拟化身所在虚拟场景中的相关数据(虚拟环境数据)。并将采集的相关数据与预设数据库中的相应场景数据进行匹配，根据匹配的结果生成场景还原指令；数控单元14，用于获取场景还原指令，并对场景还原指令进行模数转换，生成数字控制信号，以控制虚拟场景还原机16进行相应场景的还原动作。

上述终端不仅可以是个人PC机，还可以是商业广告播放终端、电影播放终端等可以提供虚拟场景的终端，虚拟场景除了虚拟游戏场景外还可以是其他虚拟场景，如广告视频、电影场景等。采集的相关数据可以是虚拟场景中风、雨、泡泡、味道等的相关数据。如刮风、下雨、海浪、泡泡飞舞、场景味道(如清新泥土和树林味道、火山灰的味道、百花香的味道等)的数据。

虚拟场景还原程序(场景还原指令)按照虚拟化身在场景中的交互动作顺序，通过数控单元14的数控信号，指挥虚拟场景还原机16对用户实际的感受环境进行运作加工处理，还原各自虚拟场景，包括刮风、下雨、海浪、泡泡飞舞、各种场景味道等。

数控单元14由输入/输出模块、控制器、运算器和存储器等部分组成。输入/输出模块将场景还原指令的数控代码变为相应的电脉冲信号，存入存储器内，虚拟场景还原机16的相关信息也可以通过输入/输出模块输出。数控单元14对存储的脉冲信号进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制虚拟场景还原机16，按规定进行有序的动作。

本实施例通过数据采集单元采集(个人)终端提供的虚拟场景(如游戏场景)中的相关数据，并通过数控单元控制虚拟场景还原机进行相应场景的还原动作，满足了人们需要在个人终端进行虚拟场景体验的个性化需求。

参见图2及图3所示，图2示出了本发明虚拟场景还原系统第二实施例的结构框图；图3示出了本发明虚拟场景还原系统主转轮的切面结构示意图。

该实施例提供的虚拟场景还原机16具体包括：

伺服驱动控制装置及渲染液喷洒装置；

伺服驱动控制装置包括位置控制单元1611、速度控制单元1612及伺服电动机1613；

渲染液喷洒装置包括主转轮1621、电动抽液泵1622及具有多个喷孔的电动喷口1623；主转轮1621采取类似左轮手枪的独特设计，通过主轮选取移动合适地渲染液进行喷散，主转轮1621包括多个用于装载渲染液的装载孔1624，主转轮1621的一轮可插入一套预装管，提供多种环境渲染特效；电动喷口1623内设有风扇；渲染液包括味道液、清水液及泡沫剂；

位置控制单元1611及速度控制单元1612与伺服电动机1613电连接；伺服电动机1613与主转轮1621连接；主转轮1621与电动抽液泵1622连接；电动抽液泵1622与电动喷口1623连接；

位置控制单元1611、速度控制单元1612、伺服电动机1613、电动抽液泵1622及风扇均与数控单元14电连接；位置控制单元1611及速度控制单元1612，按照数控单元14发出的位置控制命令和速度控制命令，正确控制驱动伺服电动机1613带动主转轮1621转动的位置及速度，以使所要还原的相应场景的渲染液旋转至电动喷口1623位置；电动抽液泵1622，用于抽取处于电动喷口1623位置的渲染液，并通过风扇进行渲染液的喷洒动作，对虚拟场景进行还原。装载孔1624里内可以装载各种场景的“味道液”，它们可以根据不同的游戏需要更换不同的组合，该“味道液”在打造不同游戏时就被准备好相应的配套组合，用户只需将该组合的封装液装置插入主转轮1621的装载孔1624中虚拟场景还原机16就会根据场景变换，将相应的味道和效果喷散出来供用户感受，如“热带雨林”场景时会有“清新泥土和树林味道”“火山”场景时会有“火山灰的味道”“花鸟丛”中时会有“百花香”味等等，还包含制造泡泡等的试剂，根据游戏场景的需要只需将相应的“场景味道”液转至电动喷口1623进行喷散即可。

为了适应各虚拟场景的不同渲染需求，本实施例的电动喷口1623还设有喷孔调节装置1628，喷孔调节装置1628与数控单元14电连接，用于调节喷孔的大小。

为了提供更多的渲染液供用户随意循环更替使用，本实施例的渲染液喷洒装置还可以设置渲染液进换装置1625及与渲染液储存库1626；渲染液储存库1626与渲染液进换装置1625连接；渲染液进换装置1625与主转轮1621及数控单元14连接，用于接收数控单元14发送的数字控制信号，将渲染液储存库1626中的渲染液进换至主转轮1621的装载孔1624中。用户只需将备好的针对这款虚拟(游戏)软件做出的渲染液组合套装放入渲染液储存库1626，数控单元14识别并进行选择对应的渲染液组合进换入装载孔1624内，供主转轮1621旋转移动，并将该虚拟场景对应的渲染液对准电动喷口1623喷出。通过设置渲染液进换装置1625及与渲染液储存库1626，虚拟场景的渲染液不只针对一个虚拟游戏或软件，而是可以顺应各种软件及虚拟场景，只需用户把相应的渲染液放入渲染液储存库1626内，数控单元14就会按该软件或虚拟场景预设的数控变化来处理渲染液的喷出和用户实际环境的处理变化。

在本实施例中，数控单元14将数控动作程序(数字控制信号)按两类控制量来进行控制和输出：一类是连续控制量，对所读入的运作程序(场景还原指令)，进行译码、编码等信息处理后，进行相应的虚拟场景的渲染液的插换运算，把渲染液储存库1626的渲染组合按要求进换至主转轮1621的装载孔1624中，并通过位置控制单元1611及速度控制单元1612控制各个坐标的渲染液的转动位移，选择合适的渲染液到电动喷口1623进行喷出；另一类是离散的开关控制量，用于实现场景渲染加工运行过程中的时序逻辑控制，这部分任务主要由数控单元14的内装型的可编程控制器(PLC)来完成，它根据场景还原过程中的各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判断，控制虚拟场景还原机16各个部件有条不紊地按序工作。另外，数控单元14还负责发出主转轮1621的转速、转向和启/停指令、渲染液组合的选择和装替指令、电动抽液泵1622的启/停指令，喷孔调节装置1628的调整指令，渲染液组合与主转轮1621间的松开、夹紧指令。过载等监控检测信号及开关信号也由数控单元14进行处理。

在本实施例中，渲染液喷洒装置还设置有位置检测装置1627，位置检测装置1627与主转轮1621及数控单元14连接，用于检测主转轮1621转动的位置是否正确，如果不正确，发送反馈信号至数控单元14。利用位置检测装置1627，间接或直接测量执行目标渲染液的实际进给位移，与数控单元14发出的指令位移进行比较后，控制执行目标渲染液的进给运动准确无误。

本实施例提供的虚拟场景还原机16还设置有鼓风装置1631，鼓风装置1631与数控单元14电连接，用于进行鼓风动作，还原刮风场景。鼓风装置1631可采用风扇，风扇通过接收数控单元14发出的风扇的转速，风扇的摆向和启/停指令，完成相应动作，还原用户的虚拟化身在虚拟世界里的迎风感受。

通过该虚拟场景还原系统，用户不但可以看到，听到，甚至可以“嗅到”“亲身融入”到场景当中，会被雨水，海浪打湿身体，会看到泡泡飞舞，会闻到场景的各种味道。实现了用户在家中就能全身心全方位的融入到虚拟世界当中。

本发明的虚拟场景还原系统，体积较小，时尚美观，可以放置于电脑显示器前，平板电脑或电视前，不受空间位置的束缚，将虚拟场景的体验缩小到了个人较小的空间及个人的感受体验，是能够把5D效果体验普及至用户家中，并可以针对各种不同虚拟世界做出多变、丰富的5D体验效果系统，满足了人们的个性化需求。

另外，通过虚拟网络互联，还可以实现用户5D体验的互动交流；每个用户拥有自己的5D感受系统，互不干扰影响，与影院5D体验相比，大大增强了用户的现实感受效果；同时，该虚拟场景还原系统的成本与5D影院体验设备相比也降低了很多，对电能及使用空间的要求也下降了许多。

为了满足人们在虚拟游戏中体验动感及触感，获得与虚拟化身具有相同感受的个性化需求，本发明还提供了一种虚拟化身同感系统。

参图4所示，图4示出了本发明虚拟化身同感系统第一实施例的结构框图，该虚拟化身同感系统，包括：感受采集单元42、数控单元44及同感服46；

感受采集单元42，采集终端提供的虚拟化身在虚拟世界中的身体各部分感受数据，并将采集的感受数据与预设数据库中的相应感受数据进行匹配，生成感受还原指令；其中，虚拟化身至少包括游戏中的虚拟化身；感受数据一般包括触觉感受、发热感受及衣着感受数据中的一种；数控单元44，用于获取感受还原指令，并对感受还原指令进行处理，生成数字控制信号，以控制同感服46进行相应感受的还原动作。数控虚拟化身同感程序(数字控制信号)按照虚拟化身在虚拟世界中的感受顺序，指挥同感服46顺序进行相应的加工运作，把虚拟化身的感受加工给用户实际体验，如触觉感受、发热感受及衣着感受。

本实施例通过感受采集单元42采集(个人)终端提供的虚拟(游戏)化身的感受数据，并通过数控单元44控制同感服46进行相应感受的还原动作，满足了人们需要在个人终端进行同感体验的个性化需求。

参图5所示，图5示出了本发明虚拟化身同感系统第二实施例的结构框图。

本实施例提供的同感服46设有同感处理装置；同感处理装置设置有振动马达4611、发热丝4612及松紧调节装置4613；该同感处理装置，分散设置于同感服46内的不同部位；设置于同感服内不同部位的同感处理装置获取数控单元44的数字控制信号，独立进行相应的振动、发热及松紧调节动作，为用户提供触觉感受、发热感受及衣着感受。

在本实施例中，同感服46的外表面，与同感处理装置相对应的部位，设有用于跟随所述同感处理装置的启、闭而启、闭的荧光灯4614。荧光灯4614接收数控单元44发出的某一段或数段荧光灯4614的启/停数控信号，实现同感服外表面不同部位的荧光灯4614不同的显现效果。

本实施例提供的数控单元44具体负责发送振动马达4611的启/停、振动大小、振动方式，发热丝4612的启/停、发热量的大小转换，松紧调节装置4613的松紧方向和松紧启、停等数字控制信号，控制同感服46的同感处理装置做出相应的运作。同感处理装置由振动马达4611、发热丝4612及松紧调节装置4613组成，把感受做给用户去实际体验。同感处理装置分散分布于同感服46的四肢，两肩、前腹、后背等部位。每个部位的同感处理装置由数个振动马达4611，发热丝4612和松紧调节装置4613构成，每个振动马达4611，发热丝4612和松紧调节装置4613管辖其一小部分作用处理单元，每个处理作用单元完成自己独自的单元任务，通过控制同感服46上不同部位的细小振动马达4611的振动运动，实现用户与虚拟化身同样感受的千变万化、多种形式的感受效果；通过控制同感服46上不同部位的细小发热丝4612的发热运作，实现多种感觉的发热感受体验；通过控制同感服46不同部位的松紧调节装置4613的松紧运动，实现用户与虚拟化身同样的衣着体验感受效果，参图6所示，图6示出了本发明虚拟化身同感系统松紧调节装置的结构示意图，松紧调节装置4613，通过调节松紧调节轮向前或后转动，带动松紧活动带产生松紧的效果(类似皮带的作用原理)。

为了能很好地完成数控任务，数控单元44采用多微处理结构。参图7所示，图7示出了本发明虚拟化身同感系统多微处理结构的示意图。

在本实施例中，该数控单元44包括第一控制器、第一存储器，第二控制器、第二存储器，第一控制器输出数字控制信号至第二控制器，第二控制器根据数字控制信号控制振动马达、发热丝及松紧调节装置独立进行相应感受的还原动作。

在本实施例中，该数控单元44采用主从结构，第一控制器、第二控制器可采用CPU，第一控制器作为主控制器(CPU)，第二控制器作为从控制器(CPU)；第一存储器作为主存储器711，第二存储器作为从存储器721。主CPU712设置一个(可设置在同感服外)，每个振动马达、发热丝及松紧调节装置各设置一个从CPU722，分布于同感服内的四肢，前腹、后背、两肩等部位，构成多个子系统，接受主CPU712的控制。每个子系统分别承担不同的子任务，各个系统间协调动作，共同完成整个数控任务。主CPU712、从CPU722配以相应的接口，只有主CPU712能控制总线741(如STD总线)，访问总线741上的资源，并通过该总线对从CPU722进行监控，协调整个多微处理结构的操作；从CPU722只能被动地执行主CPU712的控制命令，完成自己特定的功能，不与主CPU一起进行系统的决策和规划工作，也不能访问总线741上的资源。该主从结构还分别设有用于通讯的主I/O713及从I/O723接口，每个子系统分别通过I/O接口731与总线741进行通信。

为了在虚拟世界中获得全面的现实体验，可将本发明的虚拟场景还原系统及虚拟化身同感系统组成一个虚拟世界现实体验系统，运用该虚拟世界现实体验系统不仅可获得身临其境的场景体验，而且可与场景中的虚拟化身获得同感体验，使用户坐在家里即可获得全方位的感受。

本实施例提供的虚拟场景还原系统及虚拟化身同感系统，采用增强现实感的实现技术方法，能够针对不同的虚拟场景(如电影，视频，游戏等)，做出与之相应的感受数据库，并附加在软件上，然后通过虚拟场景还原机及同感服得到增强现实感的效果，使原本的3D体验的变为5D体验，2D体验变为4D体验等，不断提升用户的家庭体验。

本发明提供的虚拟场景还原系统及虚拟化身同感系统，不仅实现了用户在个人虚拟场景中的超真实逼真体验，而且能使用户更加真实地体会到自己化身于虚拟世界中的感受，该感受是虚拟与真实的各种感受自然地融汇而成的结合感受，是虚拟世界带给用户的前所未有的超真实体验，通过该虚拟场景还原系统及虚拟化身同感系统，用户个性化的需求得到了满足。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种虚拟场景还原系统，其特征在于，包括：数据采集单元、数控单元及虚拟场景还原机；

所述数据采集单元，用于采集终端提供的虚拟场景的相关数据，并将采集的所述相关数据与预设数据库中的相应场景数据进行匹配，根据匹配的结果生成场景还原指令；

所述数控单元，用于获取所述场景还原指令，并对所述场景还原指令进行模数转换，生成数字控制信号，以控制所述虚拟场景还原机进行相应场景的还原动作；

所述虚拟场景还原机包括：伺服驱动控制装置及渲染液喷洒装置；

所述伺服驱动控制装置包括位置控制单元、速度控制单元及伺服电动机；所述渲染液喷洒装置包括主转轮、电动抽液泵及具有多个喷孔的电动喷口；所述主转轮包括多个用于装载渲染液的装载孔；所述电动喷口内设有风扇；所述渲染液包括味道液、清水液及泡沫剂；

所述位置控制单元及速度控制单元，用于通过所述伺服电动机控制所述主转轮转动的位置及速度，以使所要还原的相应场景的渲染液旋转至所述电动喷口位置；

所述电动抽液泵，用于抽取处于所述电动喷口位置的渲染液，并通过所述风扇进行渲染液的喷洒动作。

2.根据权利要求1所述的虚拟场景还原系统，其特征在于，所述渲染液喷洒装置还包括：渲染液进换装置及与渲染液储存库；所述渲染液储存库与所述渲染液进换装置连接；所述渲染液进换装置与所述主转轮及所述数控单元连接，用于将所述渲染液储存库中的渲染液进换至所述主转轮的所述装载孔中。

3.根据权利要求2所述的虚拟场景还原系统，其特征在于，所述渲染液喷洒装置还包括：位置检测装置，所述位置检测装置与所述主转轮及数控单元连接，用于检测所述主转轮转动的位置是否正确，如果不正确，发送反馈信号至所述数控单元。

4.根据权利要求3所述的虚拟场景还原系统，其特征在于，所述电动喷口还设有喷孔调节装置，所述喷孔调节装置与所述数控单元电连接，用于调节所述喷孔的大小。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的虚拟场景还原系统，其特征在于，

所述虚拟场景还原机还包括：鼓风装置，所述鼓风装置与所述数控单元电连接，用于进行鼓风动作。