CN104503257B - 视景仿真防晕系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视景仿真防晕系统及方法，其船舶运动状态传感器实时检测船舶运动状态参数，传递信号至主控制计算机；在人机交互界面设定天气、海况、船型等情况，为视景仿真提供外围环境信息；主控制计算机将人机交互界面设定的外围环境信息进行解算，并将解算信号机船舶实时运动状态信号传递给图形工作站和音响控制计算机；图形工作站调取视景生成数据库和模型库中的视景三维模型实时生成船舶的运动视景，传递指令于投影系统；音响控制计算机调取音效生成数据库合成的船舶在水面航行时的声音，传递指令于音效播放系统；投影系统和音效播放系统同时工作，使乘客能感受到所乘船舶的真实运动状态，从而缓解双眼和内耳前庭器对船舶运动感知之间的冲突，进而预防和减轻由此引起的晕船现象。

Description

视景仿真防晕系统及方法

技术领域

本发明涉及测控仪器与技术、视景仿真技术领域，具体地指一种视景仿真防晕系统及方法。

背景技术

现代社会中，船舶作为一种重要的交通工具被广泛应用于各领域。其在水面航行时产生的不规则摇荡，会导致乘客产生晕船现象，轻者出现上腹不适，继有恶心、面色苍白、出冷汗，旋即有眩晕、精神抑郁、唾液分泌增多和呕吐；重者可有血压下降、呼吸深而慢、眼球震颤等症状。

晕车、晕船、晕机等统称为晕动病，它是指乘客搭乘交通、运输设施时，由于设施在前后、左右和上下六个方向上的颠簸，使人体内耳前庭平衡器官受到异常刺激而产生的植物性神经反应的症状和体征，致使人体在受到横轴、纵轴、角加速度、前后方向直线加速度的作用后，呈筛米状左右上下抖动摇晃。与此同时，人脑的半规管内的淋巴由于惯性作用，会向身体活动的反方向流动，冲击腹脊的毛细胞，刺激神经末梢，从而引起兴奋。兴奋冲动传到大脑皮质即产生旋转感觉，严重时会影响高级神经中枢的机能。前庭分析器受到过度刺激，人的脉搏、血压、呼吸频率等都会有所改变，这样就增加了出现恶心、呕吐、冷汗反应的概率，这些都是植物性机能失调的表现。

研究表明，机体因素和环境因素是影响晕船的重要因素。机体因素中，视觉、听觉在人类机体与外界环境的相互作用中起着非常重要的作用。在船上，若长时间注视海浪或其它固定点，就会加重晕船反应。因此应采取各种措施，如分散注意力、拓宽视野等，有效地预防晕船。听觉直接影响前庭器官，引起生理机能的变化。船上各种机器的高速旋转和机舱内各种噪声会使船员的脑皮质抑制失调、植物神经紊乱、感觉功能不正常，这些都会导致船员机体受损，从而更易产生晕船症状。环境因素中，海况是晕船的主要因素。风浪持续时间、海浪和涌高的大小直接影响晕船的发生率。船在航行中受浪和涌的干扰可产生横摇、纵摇、首摇、垂荡、纵荡以及横荡6种运动形式，造成船舶在海浪中产生大幅度摆动、不规则的颠簸，这些运动或它们间的综合运动对人体前庭器官均可造成刺激，当这些刺激超过前庭器官的生理阈值且到达一定的积累时间，身体受到剧烈的摆动刺激时，便会导致神经和内分泌系统失调，引起各种不适，极有可能造成晕船症状。

目前，已经有了一些抗眩晕装置。如公告号为US5647835的专利文献“一种晕动病的预防方法”提供了一种装置和方法用于防止晕船。该装置由一个可固定于头部的支架和一个连接在支架上的眼罩组成。支架固定在人的头部时，眼罩至少有部分位于支架两侧及人眼上方，从而部分地遮挡了能够暗示运动的视觉信息。

如公告号为CN1208658C的专利文献“视觉稳定装置”提出一种带有眼镜的抗晕动病的视觉稳定装置，其特点是眼镜前的支架上有一个使用者可以看见的线条构成的人工地平线，无论眼镜或使用者头部如何摇摆运动，这条人工地平线永远保持在水平位置。因而，这条人工地平线在眼镜内相对于眼镜的倾斜表示了当前的运动状态。

上述专利都是从机体中视觉因素入手，通过外界装置分散使用者注意力，防止了晕船的发生。

上述专利不足在于：忽略了导致晕船的听觉因素。此外，从视觉角度来看，上述专利装置并未进一步减弱实际视觉摄入信号，且对使用者在船只上的活动造成了不便，无法保证使用者在船只上进行活动时还达到防晕效果。而且由于上述专利装置遮住眼睛，使得使用者感到枯燥、单调，有不适感。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种视景仿真防晕系统及方法，该系统使乘客在自然坐姿或其它活动状态下能感受到所乘船舶的真实运动状态，同时为乘客播放视频与音效信号以转移注意力，从而达到预防和减轻晕动病的目的。

本发明的技术方案为：一种视景仿真防晕系统，其特征在于：本发明包括船舶运动状态传感器、局域网、投影系统和音效播放系统，所述局域网包括主控制计算机、路由器、图形工作站和音响控制计算机，所述船舶运动状态传感器输出信号至所述主控制计算机。所述主控制计算机设有为视景仿真提供外围环境信息的人机交互界面，并通过路由器将船舶运动状态传感器输出信号和外围环境信息解算信号传递至图形工作站和音响控制计算机。所述图形工作站包括视景生成数据库、模型库，图形工作站从视景生成数据库和模型库调取信息并传递指令至投影系统；所述音响控制计算机包括音效生成数据库，音响控制计算机从音效生成数据库调取信息并传递指令至音效播放系统。

本发明中：

所述船舶运动状态传感器包括航速传感器、航向传感器、横摇角度传感器、横摇角加速度传感器、升沉传感器、升沉加速度传感器、纵摇角度传感器、纵摇角加速度传感器；所述航速传感器及航向传感器安装在船体驾驶室仪表盘内，所述横摇角度传感器及横摇角加速度传感器安装在船体中线面与甲板面的交线上，所述纵摇角度传感器、纵摇角加速度传感器安装在船体中站面与甲板面的交线上，所述升沉传感器及升沉加速度传感器安装在船体中线面与中站面的交线上。

所述船舶运动状态传感器通过信号处理系统传递信号至主控制计算机，所述信号处理系统包括接受并进行滤波处理船舶运动状态传感器信号的外围滤波电路、将滤波电路输出信号转换为与主控制计算机的数据通讯信号的处理芯片、将处理芯片输出信号传输至主控制计算机的输出接口。

所述图形工作站能够运行于Windows操作系统或Unix操作系统。

所述投影系统包括投影仪、屏幕，所述投影仪通过吊架安装于乘客舱天花板，也可以根据实际情况布设在其它位置，所述屏幕安装在船舱内乘客前方；所述音效播放系统包括依次连接的多通道声卡、多通道混响器、多通道功率放大器和多通道扬声器，所述多通道扬声器可布设在屏幕周围，也可以根据实际情况布设在其它位置。

一种视景仿真防晕方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)、船舶运动状态传感器实时检测船舶运动状态参数，并将信号传递给主控制计算机；

2)、工作人员通过在主控制计算机的人机交互界面上设定天气、海况、船型等信息，主控制计算机将其进行解算成视频、音频信号；

3)、主控制计算机通过路由器将船舶实时运动状态信号及视频、音频等解算信号传递给图形工作站和音响控制计算机；

4)、图形工作站接收视景生成数据库和模型库中的视景三维模型实时生成船舶的运动视景，并传递指令于投影系统；

5)、音响控制计算机接收音效生成数据库合成的船舶在水面航行时产生的声音，并传递指令于音效播放系统；

6)、投影系统和音效播放系统同时工作，以使乘客能感受到所乘船舶的真实运动状态。

本发明使乘客能感受到所乘船舶的真实运动状态，从而缓解双眼和内耳前庭器对船舶运动感知之间的冲突，进而预防和减轻由此引起的晕船现象。

附图说明

图1为本发明的组成示意图；

图2为本发明的船舶运动状态传感器布置图；

图3为本发明的信号处理系统示意图；

图4为本发明的局域网示意图；

图5为本发明的投影系统示意图；

图6为本发明的音效播放系统示意图；

图7为本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例的一种视景仿真防晕系统，可预防或减轻船舱内乘客因为视觉与内耳前庭器感觉冲突引起的晕船，还可用于晕动病的康复治疗。

参考图1，该视景仿真防晕系统包括船舶运动状态传感器1、局域网、投影系统7、音效播放系统8，局域网包括主控制计算机3、路由器4、图形工作站5和音响控制计算机6，船舶运动状态传感器1通过信号处理系统2将输出信号传递至主控制计算机3，主控制计算机3设有为视景仿真提供外围环境信息的人机交互界面3.1，主控制计算机3通过路由器4将信息分别传递至图形工作站5和音响控制计算机6；它还包括视景生成数据库5.2、模型库5.1及音效生成数据库6.1，图形工作站5从视景生成数据库5.2和模型库5.1调取信息并传递指令至投影系统7，音响控制计算机6从音效生成数据库6.1调取信息并传递指令至音效播放系统8。

参考图2，本实施例的船舶运动状态传感器1安装在船体内部，它通过电缆将信号传递给信号处理系统2，所述船舶运动状态传感器1包括航速传感器1.1、航向传感器1.2、横摇角度传感器1.3、横摇角加速度传感器1.4、升沉传感器1.5、升沉加速度传感器1.6、纵摇角度传感器1.7、纵摇角加速度传感器1.8；其中航速传感器1.1及航向传感器1.2安装在船体驾驶室仪表盘内，横摇角度传感器1.3及横摇角加速度传感器1.4安装在船体中线面与甲板面的交线上(即X轴)，纵摇角度传感器1.7、纵摇角加速度传感器1.8安装在船体中站面与甲板面的交线上(即Y轴)，升沉传感器1.5及升沉加速度传感器1.6安装在船体中线面与中站面的交线上(即Z轴)。

参考图3，本实施例的信号处理系统2包括依次连接外围滤波电路2.1、处理芯片2.2及输出接口2.3，其中外围滤波电路2.1接收船舶运动状态传感器1传送过来的信号并对其进行滤波处理，使其转换为可供处理芯片2.2进一步识别的信号；处理芯片2.2主要作用是将外围滤波电路2.1的输出信号进一步转化为能够与主控制计算机3进行数据通信的信号；而输出接口2.3的作用是将经处理芯片2.2转化后的输出信号传输给主控制计算机3。

参考图4，本实施例由主控制计算机3、路由器4、图形工作站5和音响控制计算机6共同组成局域网，主控制计算机3主要接收信号处理系统2传递的船舶运动状态信号，运行主控制计算机3的人机交互界面3.1，设定天气、海况、船型等信息。主控制计算机3完成解算并将船舶运动状态信号以及主控制计算机3输出的解算信号，通过路由器4传送至图形工作站5和音响控制计算机6。人机交互界面3.1是自行开发的软件系统，用户可根据船舶在海上航行时的天气、海况以及船型等情况进行设置，为视景仿真提供外围环境信息。

图形工作站5选择能够运行Windows操作系统或Unix操作系统的产品，同时应与主控制计算机3进行网络通信并运行模型库5.1和视景生成数据库5.2。模型库5.1包含海浪、船舶、气候等三维模型信息，用于视景仿真，为软件系统，以数据形式存放于图形工作站5；视景生成数据库5.2也是软件系统，运行于图形工作站5，主要完成虚拟视景环境的实时渲染，即根据主控制计算机3发送的船舶运动状态信号以及天气、海况等信息实时生成与船舶真实运动相一致的运动状态仿真画面，并根据投影屏幕与摄影机的位置进行视景画面的非线性失真补偿，其场景刷新速度应不低于24帧/秒。

音响控制计算机6主要用于运行音效合成系统6.1及播放程序，并能与主控制计算机3进行网络通信。音效合成系统6为软件系统，运行于音响控制计算机6，主要功能是根据主控制计算机3传输的船舶运动状态信号以及天气、海况等信息实时模拟合成船舶在海上航行时的声音。

参考图5，本实施例的投影系统7包括投影仪7.1、屏幕7.2，投影仪7.1通过吊架装于乘客舱天花板，也可以根据实际情况布设在其它位置。屏幕7.2安装在船舱内乘客前方。投影仪7.1的功能是将视景生成数据库5.2生成的船舶实时运动状态视景效果通过屏幕7.2显示给船舱内的乘客，根据屏幕7.2的大小及所选投影仪的投影范围，可合理选择其数量。

参考图6，本实施例的音效播放系统8包括依次连接的多通道声卡8.1、多通道混响器8.2、多通道功率放大器8.3和多通道扬声器8.4，其中多通道扬声器8.4可以布设于屏幕7.2两侧，也可以根据实际情况布设在其它位置。音效播放系统8通过运行于音响控制计算机6的播放程序驱动多通道声卡8.1、多通道混响器8.2、多通道功率放大器8.3和多通道扬声器8.4等部分共同完成环境音效的播放。

参考图7，本发明的视景仿真防晕系统在使用时，其使用方法为：

1)、船舶运动状态传感器1实时检测船舶运动状态参数，经信号处理系统2传递给主控制计算机3；

2)、工作人员通过在主控制计算机3的人机交互界面3.1上设定天气、海况、船型等信息，主控制计算机3将其进行解算成视频、音频信号，为视景仿真提供外围环境信息

3)、主控制计算机3通过路由器4将船舶的实时运动状态信号及视频、音频等解算信号传递给图形工作站5和音响控制计算机6；

4)、图形工作站5调取视景生成数据库5.2和模型库5.1中的视景三维模型实时生成船舶的运动视景，并传递指令于投影系统7；

5)、音响控制计算机6调取音效生成数据库6.1合成的船舶在水面航行时产生的声音，并传递指令于音效播放系统8；

6)、投影系统7和音效播放系统8同时工作，即可使乘客能感受到所乘船舶的真实运动状态，从而缓解双眼和内耳前庭器对船舶运动感知之间的冲突，进而预防和减轻由此引起的晕船现象。

由于本发明的投影系统7和音效播放系统8设置于船舱中，可供船舱中的多位乘客同时使用，乘客在船只上进行活动时也可以达到防晕效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种视景仿真防晕系统，其特征在于：它包括船舶运动状态传感器(1)、局域网、投影系统(7)和音效播放系统(8)，所述局域网包括主控制计算机(3)、路由器(4)、图形工作站(5)和音响控制计算机(6)，所述船舶运动状态传感器(1)安装在船体内部，它包括航速传感器(1.1)、航向传感器(1.2)、横摇角度传感器(1.3)、横摇角加速度传感器(1.4)、升沉传感器(1.5)、升沉加速度传感器(1.6)、纵摇角度传感器(1.7)、纵摇角加速度传感器(1.8)；所述航速传感器(1.1)及航向传感器(1.2)安装在船体驾驶室仪表盘内，横摇角度传感器(1.3)及横摇角加速度传感器(1.4)安装在船体中线面与甲板面的交线上，纵摇角度传感器(1.7)、纵摇角加速度传感器(1.8)安装在船体中站面与甲板面的交线上，升沉传感器(1.5)及升沉加速度传感器(1.6)安装在船体中线面与中站面的交线上；所述船舶运动状态传感器(1)输出信号至所述主控制计算机(3)，所述主控制计算机(3)设有为视景仿真提供外围环境信息的人机交互界面(3.1)，所述主控制计算机(3)通过路由器(4)将信息分别传递至图形工作站(5)和音响控制计算机(6)；还包括视景生成数据库(5.2)、模型库(5.1)及音效生成数据库(6.1)，所述图形工作站(5)从视景生成数据库(5.2)和模型库(5.1)调取信息并传递指令至投影系统(7)，所述音响控制计算机(6)从音效生成数据库(6.1)从音效生成数据库(6.1)调取信息并传递指令至音效播放系统(8)。

2.根据权利要求1所述的视景仿真防晕系统，其特征在于：所述船舶运动状态传感器(1)通过信号处理系统(2)传递信号至主控制计算机(3)，所述信号处理系统(2)包括依次连接的接受并进行滤波处理船舶运动状态传感器(1)信号的外围滤波电路(2.1)、将外围滤波电路(2.1)处理后的信号转换为可与主控制计算机(3)进行数据通讯的信号的处理芯片(2.2)以及经处理芯片(2.2)转化后的信号传输至主控制计算机(3)的输出接口(2.3)。

3.根据权利要求1所述的视景仿真防晕系统，其特征在于：所述图形工作站(5)为能够运行Windows操作系统或Unix操作系统的产品。

4.根据权利要求1所述的视景仿真防晕系统，其特征在于：所述投影系统(7)包括投影仪(7.1)、屏幕(7.2)，所述投影仪(7.1)通过投影仪吊架安装于乘客舱天花板。

5.基于权利要求1所述的视景仿真防晕系统的防晕方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)、船舶运动状态传感器(1)实时检测船舶运动状态参数，经信号处理系统(2)传递给主控制计算机(3)；

2)、工作人员通过在主控制计算机(3)的人机交互界面(3.1)上设定天气、海况、船型等信息，主控制计算机(3)将其进行解算成视频、音频信号，为视景仿真提供外围环境信息

3)、主控制计算机(3)通过路由器(4)将船舶的实时运动状态信号及视频、音频等解算信号传递给图形工作站(5)和音响控制计算机(6)；

4)、图形工作站(5)调取视景生成数据库(5.2)和模型库(5.1)中的视景三维模型实时生成船舶的运动视景，并传递指令于投影系统(7)；

5)、音响控制计算机(6)调取音效生成数据库(6.1)合成的船舶在水面航行时产生的声音，并传递指令于音效播放系统(8)；

6)、投影系统(7)和音效播放系统(8)同时工作，即可使乘客能感受到所乘船舶的真实运动状态。