CN105056500B - 一种情境模拟训练/游戏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种情境模拟训练/游戏系统，包括在体验者穿戴的全覆盖式头盔上设置视觉标识装置、加速度和角速度传感装置、左、右视野显示装置和第一无线网络传输装置，在场地指定位置设置图像采集装置、情景分析装置和反馈输出装置，通过图像采集装置采集体验者的位置信息，通过加速度和角速度传感装置采集体验者的运动状态信息，利用情景分析装置得到体验者的相对物理位置和运动状态信息，通过反馈输出装置将体验者的信息生成到预置的场景中，同时通过反馈输出装置驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合。本发明具有空间占用小，能够随时修改场景，且场景变化快捷，成本低，以及能够再现更接近真实的场景的特点。

Description

一种情境模拟训练/游戏系统

技术领域

本发明涉及一种情境模拟训练/游戏系统。

背景技术

传统的情境模拟训练/游戏场地，往往是采用固定场景装修的方式，一次成型，无法随时修改，因此对空间的占用很大，而且修改时花费的时间、财力都很大。现有技术的情境模拟训练/游戏场地，对环境的模拟仅仅限于固定物件和建筑，无法再现更接近真实的场景。

在现有技术中，尚没有关于将情境模拟与虚拟场景相结合的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种情境模拟训练/游戏系统，具有空间占用小，能够随时修改场景，且场景变化快捷，成本低，以及能够再现更接近真实的场景的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种情境模拟训练/游戏系统，包括：

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置，以用来提供视觉标识的图像信息；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的第一加速度和角速度传感装置，以用来提供该全覆盖式头盔在场地中的运动状态信息；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的左、右视野显示装置，以用来向体验者提供虚拟场景的图像画面；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的第一无线网络传输装置，以用来实现双向数据传输；

设置在场地指定位置的第一图像采集装置，以用来采集视觉标识装置的视觉标识图像信息；

设置在场地指定位置的情景分析装置，以用来进行情景分析；

设置在场地指定位置的第二无线网络传输装置，用来与第一无线网络传输装置相配合，实现双向数据传输；以及

设置在场地指定位置的反馈输出装置，以用来生成新的场景并驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；

第一图像采集装置的输出接至情景分析装置，第一图像采集装置采集全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置的视觉标识图像信息，并将该第一视觉标识装置的视觉标识图像信息传输给情景分析装置；第一加速度和角速度传感装置与第一无线网络传输装置相连接，第二无线网络传输装置与情景分析装置相连接，情景分析装置的输出接至反馈输出装置，第一加速度和角速度传感装置将全覆盖式头盔的运动状态信息通过无线网络传输给情景分析装置；情景分析装置根据图像采集装置采集到的视觉标识图像信息以及通过无线网络得到的全覆盖式头盔的运动状态信息，分析体验者头部的相对物理位置和运动状态，并将分析得到的信息传输给反馈输出装置，反馈输出装置根据情景分析装置输给的信息以及预置的场景信息将体验者生成为虚拟场景中的虚拟人物，并驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；反馈输出装置还与第二无线网络传输装置相连接，反馈输出装置通过无线网络向左、右视野显示装置输出场景图像。

进一步的，还包括眼球图像捕捉装置，该眼球图像捕捉装置设置在全覆盖式头盔内与所述第一无线网络传输装置相连接或设置在场地指定位置处与所述情景分析装置相连接，该眼球图像捕捉装置用来将眼球实时图像传输给情景分析装置以确定体验者的瞳距、视力视觉参数，并在需要目光瞄准、视觉输入的场景下，还用于计算体验者的目光注视点；瞳距、视力视觉参数还传输给反馈输出装置，反馈输出装置根据瞳距、视力参数调整左右视野显示装置输出的场景图像，以提高3D视觉效果。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的麦克风阵列，该麦克风阵列与所述第一无线网络传输装置相连接，该麦克风阵列用来传输体验者的语音信号，实现体验者的实时互动。

进一步的，在头盔本体内，对应于左右视野显示器，还设置有活动式的镜片安装支架，安装支架中可拆卸地装有适应于不同视力的镜片。通过更换镜片可以实现较短距离观看视野显示器的画面，并且使近视、远视、散光患者佩戴头盔时可以不用佩戴眼镜。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的第一执行机构，第一执行机构与所述第一无线网络传输装置相连接，该第一执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在全覆盖式头盔中产生适配于对应场景所产生的效果。

所述第一执行机构包括：用来模拟体验者在当前场景中全覆盖式头盔被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第一震动输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中所能够闻到气味的第一气味输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中所能够听到声音的扬声器阵列。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的力反馈服装中的第二执行机构，第二执行机构与所述第一无线网络传输装置相连接，该第二执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在力反馈服装中产生适配于对应场景所产生的效果。

所述第二执行机构包括：用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第二震动输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装的气味的第二气味输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装被淋湿产生的效果的第一液体输出装置。

所述力反馈服装上还设有第二视觉标识装置，以用来供图像采集装置采集对应的力反馈服装的视觉标识的图像信息；所述第一图像采集装置还用来采集力反馈服装上的第二视觉标识装置的视觉标识图像信息。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的力反馈靴子中的第三执行机构，第三执行机构与所述第一无线网络传输装置相连接，该第三执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在力反馈靴子中产生适配于对应场景所产生的效果。

所述第三执行机构包括：用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第三震动输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子的气味的第三气味输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子被淋湿产生的效果的第二液体输出装置。

进一步的，还包括用来模拟场景的第四执行机构，该第四执行机构为设置在放置于场地中或者体验者手持的力反馈道具上的第四震动输出装置和第三无线网络传输装置，第四震动输出装置与第三无线网络传输装置相连接，第三无线网络传输装置和第二无线网络传输装置相配合，该第四震动输出装置根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以使力反馈道具产生适配于对应场景所产生的震动效果。

所述力反馈道具上还设有第三视觉标识装置，以用来供图像采集装置采集对应的力反馈道具的视觉标识的图像信息；所述第一图像采集装置还用来采集力反馈道具上的第三视觉标识装置的视觉标识图像信息。

所述力反馈道具上还设有第二加速度和角速度传感装置，第二加速度和角速度传感装置与第四执行机构中的第三无线网络传输装置相连接，以用来向情景分析装置提供该力反馈道具在场地中的运动状态信息。

进一步的，还包括用来模拟场景的第五、第六执行机构，该第五、第六执行机构分别设置在场地中的活动地板、活动天花板处，该第五、第六执行机构分别与所述反馈输出装置相连接，该第五、第六执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在活动地板、活动天花板中分别形成新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合。

所述第五、第六执行机构分别包括升降装置，所述活动地板、活动天花板分别由多个柱形体拼成，所述升降装置为多个，并分别与各柱形体相联动，以在反馈输出装置的指令的控制下，实现活动地板、活动天花板的局部升降。

所述第五、第六执行机构还分别包括用来模拟当前场景中对应柱形体的震动效果的第五震动输出装置和/或用来模拟当前场景中活动地板、活动天花板的气味的第四气味输出装置和/或用来模拟当前场景中的模拟风、冲击波、雨雾效果的气体液体温度控制装置。

所述柱形体中还装有第二图像采集装置，该第二图像采集装置的输出接至情景分析装置，第二图像采集装置用来采集全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置的视觉标识图像信息或力反馈服装上的第二视觉标识装置的视觉标识图像信息或采集力反馈道具上的第三视觉标识装置的视觉标识图像信息。

所述柱形体中还装有排风装置，该排风装置的输入接至反馈输出装置。

所述柱形体中还装有压力传感装置，该压力传感装置的输出接至情景分析装置。

所述柱形体中还装有表面材质更换装置，该表面材质更换装置的输入接至反馈输出装置。

所述柱形体中还装有可控磁性组件，所述力反馈道具上还装有用来与可控磁性组件相配合以模拟力反馈道具的不同质量的铁质组件或磁性组件；该可控磁性组件的输入接至反馈输出装置。

进一步的，还包括设置在全覆盖式头盔、力反馈服装和力反馈道具上的多组摄像头，在场景中设置有多个特定图像，摄像头捕捉特定图像之间的距离，计算图像与摄像头之间的距离和角度，并将这些参数传输给情景分析装置，情景分析装置根据反馈输出装置在该场景中的各特定图像的位置推测出体验者各部位以及道具在虚拟场景中的相对位置和方向。

进一步的，反馈输出装置在生成场景布局时，利用人体感官的精度误差，所生成的场景和虚拟场景可具有低于人体感官精度的误差，以在有限场景中模拟无限虚拟空间。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

由于采用了在体验者穿戴的全覆盖式头盔上设置视觉标识装置，以及在全覆盖式头盔上设置加速度和角速度传感装置、左、右视野显示装置和第一无线网络传输装置，在场地指定位置设置图像采集装置、情景分析装置和反馈输出装置，通过图像采集装置采集体验者的位置信息，通过加速度和角速度传感装置采集体验者的运动状态信息，利用情景分析装置得到体验者的相对物理位置和运动状态信息，通过反馈输出装置将体验者的信息生成到预置的场景中，同时通过反馈输出装置驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；从而能够向体验者再现更接近真实的场景，并且能够方便地进行场景的变换，具有空间占用小，能够随时修改场景，且场景变化快捷，成本低，以及能够再现更接近真实的场景的特点。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种情境模拟训练/游戏系统不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的构成示意图；

图2是本发明的第一执行机构的构成示意图；

图3是本发明的第二执行机构的构成示意图；

图4是本发明的第三执行机构的构成示意图；

图5是本发明的第四执行机构的构成示意图；

图6是本发明的第五执行机构的构成示意图；

图7是本发明的活动地板的局部俯视图；

图8是本发明的活动地板的侧视图；

图9是本发明的活动地板的柱形体的剖视图。

具体实施方式

实施例，

参见图1至图9所示，本发明的一种情境模拟训练/游戏系统，包括：

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔1上的第一视觉标识装置11，以用来提供视觉标识的图像信息；第一视觉标识装置11可以一组或多组，第一视觉标识装置11可以是光线发射装置，也可以是光线反射装置，供场地内设置的多组图像采集装置捕捉头盔的状态和运动；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔1中的第一加速度和角速度传感装置12，以用来提供该全覆盖式头盔在场地中的运动状态信息；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔1中的左、右视野显示装置13，以用来向体验者提供虚拟场景的图像画面；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔1中的第一无线网络传输装置14，以用来实现双向数据传输；

设置在场地指定位置的第一图像采集装置21，以用来采集视觉标识装置的视觉标识图像信息；

设置在场地指定位置的情景分析装置22，以用来进行情景分析；

设置在场地指定位置的第二无线网络传输装置23，用来与第一无线网络传输装置14相配合，实现双向数据传输；以及

设置在场地指定位置的反馈输出装置24，以用来生成新的场景并驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；

第一图像采集装置21的输出接至情景分析装置22，第一图像采集装置21采集全覆盖式头盔1上的第一视觉标识装置11的视觉标识图像信息，并将该第一视觉标识装置11的视觉标识图像信息传输给情景分析装置22；第一加速度和角速度传感装置12与第一无线网络传输装置14相连接，第二无线网络传输装置23与情景分析装置22相连接，情景分析装置22的输出接至反馈输出装置24，第一加速度和角速度传感装置12将全覆盖式头盔1的运动状态信息通过无线网络传输给情景分析装置22；情景分析装置22根据图像采集装置21采集到的视觉标识图像信息以及通过无线网络得到的全覆盖式头盔的运动状态信息，分析体验者头部的相对物理位置和运动状态，并将分析得到的信息传输给反馈输出装置24，反馈输出装置24根据情景分析装置22输给的信息以及预置的场景信息将体验者生成为虚拟场景中的虚拟人物，并驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；反馈输出装置24还与第二无线网络传输装置23相连接，反馈输出装置24通过无线网络向左、右视野显示装置13输出场景图像。

进一步的，还包括眼球图像捕捉装置15，该眼球图像捕捉装置15设置在全覆盖式头盔1内与所述第一无线网络传输装置相连接，当然也可以设置在场地指定位置处与所述情景分析装置相连接，该眼球图像捕捉装置15用来将眼球实时图像传输给情景分析装置22以确定体验者的瞳距、视力视觉参数，并在需要目光瞄准、视觉输入的场景下，还用于计算体验者的目光注视点；瞳距、视力视觉参数还传输给反馈输出装置24，反馈输出装置24根据瞳距、视力参数调整左右视野显示装置13输出的场景图像，以提高3D视觉效果。

情景分析装置22和反馈输出装置24会结合体验者的动作以及道具的位置和状态进行实时计算。例如，举枪(道具)射击时，瞄准的视野和另外一个视野就是显著不同的。而左右视野分别计算输出时，还需考虑佩戴者的双眼瞳距、远近视矫正等效果。以产生清晰、正确的立体视觉。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔1中的麦克风阵列16，该麦克风阵列16与所述第一无线网络传输装置14相连接，该麦克风阵列16用来传输体验者的语音信号，实现体验者的实时互动。

进一步的，在头盔本体内，对应于左右视野显示器，还设置有活动式的镜片安装支架，安装支架中可拆卸地装有适应于不同视力的镜片。通过更换镜片可以实现较短距离观看视野显示器的画面，并且使近视、远视、散光患者佩戴头盔时可以不用佩戴眼镜。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔1中的第一执行机构17，第一执行机构17与所述第一无线网络传输装置14相连接，该第一执行机构17根据接收到的来自于反馈输出装置24的指令，形成对应的动作，以在全覆盖式头盔1中产生适配于对应场景所产生的效果。

所述第一执行机构17包括：用来模拟体验者在当前场景中全覆盖式头盔被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第一震动输出装置171和用来模拟体验者在当前场景中所能够闻到气味的第一气味输出装置172和用来模拟体验者在当前场景中所能够听到声音的扬声器阵列173。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的力反馈服装3中的第二执行机构31，第二执行机构31与所述第一无线网络传输装置14相连接，该第二执行机构31根据接收到的来自于反馈输出装置24的指令，形成对应的动作，以在力反馈服装3中产生适配于对应场景所产生的效果。

所述第二执行机构31包括：用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第二震动输出装置311和用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装的气味的第二气味输出装置312和用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装被淋湿产生的效果的第一液体输出装置313。

所述力反馈服装3上还设有第二视觉标识装置32，以用来供图像采集装置采集对应的力反馈服装的视觉标识的图像信息；所述第一图像采集装置21还用来采集力反馈服装上的第二视觉标识装置32的视觉标识图像信息。

力反馈服装上的多组震动输出装置连接到头盔上的无线网络传输装置，以接受反馈输出装置的输出并实时响应。以模拟多个部分分别或者同时被触碰、撞击、摩擦的效果。力反馈服装上的视觉标识装置用于图像采集装置采集其位置状态。

进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的力反馈靴子4中的第三执行机构41，第三执行机构41与所述第一无线网络传输装置14相连接，该第三执行机构41根据接收到的来自于反馈输出装置24的指令，形成对应的动作，以在力反馈靴子4中产生适配于对应场景所产生的效果。

所述第三执行机构41包括：用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第三震动输出装置411和用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子的气味的第三气味输出装置412和用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子被淋湿产生的效果的第二液体输出装置413。

力反馈靴子的震动输出、气味输出、液体输出接受反馈输出装置经头盔无线网络传输装置传来的反馈以模拟各种状态。

进一步的，还包括用来模拟场景的第四执行机构51，该第四执行机构51为设置在放置于场地中或者体验者手持的力反馈道具5上的第四震动输出装置511和第三无线网络传输装置512，第四震动输出装置511与第三无线网络传输装置512相连接，第三无线网络传输装置512和第二无线网络传输装置23相配合，该第四震动输出装置511根据接收到的来自于反馈输出装置24的指令，形成对应的动作，以使力反馈道具5产生适配于对应场景所产生的震动效果。

所述力反馈道具5上还设有第三视觉标识装置52，以用来供图像采集装置采集对应的力反馈道具的视觉标识的图像信息；所述第一图像采集装置21还用来采集力反馈道具5上的第三视觉标识装置52的视觉标识图像信息。

所述力反馈道具5上还设有第二加速度和角速度传感装置53，第二加速度和角速度传感装置53与第四执行机构中的第三无线网络传输装置512相连接，以用来向情景分析装置24提供该力反馈道具5在场地中的运动状态信息。

力反馈道具上的震动输出装置连通过无线网络传输装置，接受反馈输出装置的输出并实时响应。道具上的视觉标识装置用于图像采集装置采集其位置状态，结合内置的加速度、角速度感应装置疑确定道具的姿态和位置。

进一步的，还包括用来模拟场景的第五执行机构61，该第五执行机构设置在场地中的活动地板6处，该第五执行机构61与所述反馈输出装置24相连接，该第五执行机构61根据接收到的来自于反馈输出装置24的指令，形成对应的动作，以在活动地板6中分别形成新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合。

所述第五执行机构61包括升降装置611，所述活动地板6由多个柱形体62拼成，所述升降装置611为多个，并分别与各柱形体62相联动，以在反馈输出装置24的指令的控制下，实现活动地板6的局部升降。

所述第五执行机构6还分别包括用来模拟当前场景中对应柱形体的震动效果的第五震动输出装置612和用来模拟当前场景中活动地板的气味的第四气味输出装置613和用来模拟当前场景中的模拟风、冲击波、雨雾效果的气体液体温度控制装置614。

所述柱形体62中还装有第二图像采集装置63，该第二图像采集装置63的输出接至情景分析装置22，第二图像采集装置63用来采集全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置11的视觉标识图像信息或力反馈服装上的第二视觉标识装置32的视觉标识图像信息或采集力反馈道具上的第三视觉标识装置52的视觉标识图像信息。

所述柱形体62中还装有排风装置64，该排风装置64的输入接至反馈输出装置24。

在柱形体62的侧面设有孔621，可以作为第二图像采集装置63的采集孔，或者是气体或液体的喷射孔，用来模拟风、冲击波、雨雾效果等。

所述柱形体62中还装有压力传感装置65，该压力传感装置65的输出接至情景分析装置24。

所述柱形体62中还装有表面材质更换装置66，该表面材质更换装置66的输入接至反馈输出装置24。表面材质更换装置66可以采用卷轴622来实现表面材质623更换。

所述柱形体62中还装有可控磁性组件67，所述力反馈道具5上还装有用来与可控磁性组件相配合以模拟力反馈道具的不同质量的铁质组件，当然也可以是磁性组件；该可控磁性组件67的输入接至反馈输出装置24。道具的铁质组件受活动地板上的可控磁性组件的吸引而模拟不同的重量。

活动地板受反馈输出装置的控制分别或者分组升降以模拟不同的地形和墙体、台柱。活动地板按单位面积制作，为内置设备的直方体杆状即柱形体。内置的表面材质更换装置为一组或多组可转动的材质卷，根据反馈输出装置通过左右视野显示器创造的场景，切换到不同材质，确保体验者触摸上去是与在视野显示器中看到的场景相同的材质。活动地板中内置多个微型摄像头，由反馈输出装置根据场景的需要激活不同的摄像头进行图像采集。可控磁性组件产生不同的磁性以在道具上产生重量感。气体液体温度控制装置给气体液体按照反馈输出装置的控制进行加热或者制冷，从不同的喷射口射出以模拟风、冲击波、雨雾等等效果。压力传感装置在地板升起时检测压力，确保不会在和活动天花板闭合时对人造成伤害。排风装置及时排出已无需存在于场景中的对应气味，并配合气体喷射装置产生正确的风感。

进一步的，还包括用来模拟场景的第六执行机构(图中未示出)，该第六执行机构设置在场地中的活动天花板(图中未示出)处，该第六执行机构与所述反馈输出装置相连接，该第六执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在活动天花板中分别形成新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合。

第六执行机构与第五执行机构完全相同，不同之处是，第五执行机构是设置在活动地板处，而第六执行机构是设置在活动天花板处。

活动天花板也是由与活动地板相同的多个柱形体组成，不同之处是，组成活动地板的多个柱形体是处于场地的底部，而组成活动天花板的多个柱形体是处于场地的顶部；且活动天花板的柱形体与活动地板的柱形体是成相互对应关系。

同样的，在活动天花板的柱形体中也装有第二图像采集装置，该第二图像采集装置的输出接至情景分析装置，第二图像采集装置用来采集全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置的视觉标识图像信息或力反馈服装上的第二视觉标识装置的视觉标识图像信息或采集力反馈道具上的第三视觉标识装置的视觉标识图像信息。

在活动天花板的柱形体中也装有排风装置，该排风装置的输入接至反馈输出装置。

在活动天花板的柱形体中也装有压力传感装置，该压力传感装置的输出接至情景分析装置。

在活动天花板的柱形体中也装有表面材质更换装置，该表面材质更换装置的输入接至反馈输出装置。

在活动天花板的柱形体中也装有可控磁性组件，用来与力反馈道具的铁质组件相配合；该可控磁性组件的输入接至反馈输出装置。

进一步的，还包括设置在全覆盖式头盔、力反馈服装和力反馈道具上的多组摄像头，在场景中设置有多个特定图像，摄像头捕捉特定图像之间的距离，计算图像与摄像头之间的距离和角度，并将这些参数传输给情景分析装置，情景分析装置根据反馈输出装置在该场景中的各特定图像的位置推测出体验者各部位以及道具在虚拟场景中的相对位置和方向。

进一步的，反馈输出装置在生成场景布局时，利用人体感官的精度误差，所生成的场景和虚拟场景可具有低于人体感官精度的误差，以在有限场景中模拟无限虚拟空间。

以下具体说明一下体验者的情境模拟训练或游戏过程。

反馈输出装置24中有提前预置的场景，依据场景，利用升降装置升降活动地板和活动天花板构成需模拟场景的框架，通过活动天花板和活动地板的闭合产生墙体或者孔洞、窗体等等。在体验者可以触碰到的范围内确保预置场景和活动地板与活动天花板构成的框架是一致的。活动地板的材质更换装置旋转到对应的材质(只注重触感，不需考虑色彩，色彩通过视觉模拟实现)，体验者步入场景时，活动地板和活动天花板中的图像采集装置以及场地的图像采集装置被激活，图像传输给情景分析装置，情景分析装置识别图像中头盔和道具上的视觉标识装置与场景框架的相对位置，结合头盔和道具上的加速度传感器和角速度传感器，加上对体验者的肢体、姿态的识别，推断出该体验者的身高、动作、姿势，并将这些结论数据传输给反馈输出装置。反馈输出装置在其预制的场景中生成同样身高、动作、姿势的虚拟人物，该人物的衣着、装备与场景需求一致，并根据装备穿戴者的眼睛图像参数，确定该虚拟人物的双眼瞳距、视觉能力(远近视、散光等)眼睛与头部的相对位置等参数，在虚拟人物的双眼位置，设置与眼球同等参数的虚拟摄像机，摄像机的拍摄角度和头部及眼睛的位置一致。并根据装备穿戴者的远近视、散光程度，对该虚拟摄像机拍摄的图像进行修正。这样，虚拟摄像机在反馈输出装置预制场景中看到的景象，就如同体验者站在预制场景中亲眼看到的景象具有高度一致性，由于根据其视力情况进行了修正，因此体验者看到的场景是清晰的。因为虚拟摄像机位于虚拟人物的眼睛位置，因此，虚拟摄像机能够看到虚拟人物的动作，与场景中体验者的实际动作保持一致。反馈输出装置将左右眼虚拟摄像机产生的图像传输给头盔的左右视野显示装置，就让体验者“置身”于虚拟场景中了。由于左右视野显示装置是根据体验者瞳距、视力状况进行虚拟拍摄和调整的，因此产生的立体视觉比普通立体电影更真实。

作为简化方案，对眼球的图像捕捉以确定视觉能力也可以由单独的设备在场外完成。

随着体验者的动作，情景分析装置不断分析其现在动作及下一步的可能行为，将这些分析参数传输给反馈输出装置，不断调整虚拟人物的行为，将产生的视觉图像反馈给左右视觉显示装置，就完成了虚拟场景和现实场景的同步。

反馈输出装置中的场景是动态场景，反馈输出装置采用物理模型和化学模型，对体验者做出的行为进行实时推演，演算出场景的变化和虚拟摄像机所采集到的图像。例如，体验者持有枪支道具，做出射击动作时，依据场景中的风力，计算射击弹道，子弹击中目标后，根据目标的材质，推演子弹的弹射及目标物的被击中状态，例如破裂、破碎及飞溅等。并在反馈输出装置的场景中实时修改场景。场景变化后，反馈输出装置驱动活动天花板和活动地板上的表面材质更换装置更换体验者可能触碰到的位置，例如其跳跃后可触碰到的高度以下的表面材质需更换。而其无法触碰到的空间，仅仅在反馈输出装置中的场景中进行修改，活动地板和活动天花板无需修改。同样，如果在互动过程中有空气和液体的变化，则通过内置于活动天花板和活动地板中的气体和液体喷射口进行模拟。气味的出现和消散则通过气味输出和排风装置实现。

在体验者步入下一个区域之前，反馈输出装置提前调整好相应区域的设置，在行走方向上略有差异，例如，在反馈输出装置中的场景是直行回廊，但是现场的活动地板和活动天花板形成的回廊是略带弧度的，由于体验者戴着全封闭头盔，而头盔显示的画面是直的回廊，因此，体验者行进间将根据视觉调整运动方向，而反馈输出装置将对其左右视野的图像略作修正，使其实际沿着弧形的由活动地板和活动天花板形成的通道前行，但是在其眼睛看到的图像和感知上，是沿着直行通道行进。同样的道理，在道路的高低上也略作修正，使实际行走、攀爬的高度与视觉中的行走和攀爬的高度略有差别，这样，就能在有限空间的场景中，实现无限场景的模拟。同时，工作人员也可以在体验者步入下一个场景之前放置一些无法用活动地板和活动天花板模拟的道具，例如墙上的装饰物、地面的摆设等等，这些道具都安装有视觉标识装置和一定的铁质部件或者电磁组件。视觉标识装置被图像采集装置捕获后由情景分析装置分析图像，以确定道具与体验者的互动。铁质部件与活动地板接触的位置，由可控电磁组件产生的吸力模拟其重量，也可由可控电磁组件产生的斥力模拟爆炸、冲击效果。

作为本方法的简化案例，也可以使用固定场景来替代活动地板和活动天花板，这样，在场景装修时，可以节约大量的美化成本，因为美化的部分可由反馈输出装置在图像上完成。并且看到的场景更加真实。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种情境模拟训练/游戏系统，但本发明并不局限于实施例，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，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (22)

1.一种情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：包括：

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置，以用来提供视觉标识的图像信息；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的第一加速度和角速度传感装置，以用来提供该全覆盖式头盔在场地中的运动状态信息；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的左、右视野显示装置，以用来向体验者提供虚拟场景的图像画面；

设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的第一无线网络传输装置，以用来实现双向数据传输；

设置在场地指定位置的第一图像采集装置，以用来采集视觉标识装置的视觉标识图像信息；

设置在场地指定位置的情景分析装置，以用来进行情景分析；

设置在场地指定位置的第二无线网络传输装置，用来与第一无线网络传输装置相配合，实现双向数据传输；以及

设置在场地指定位置的反馈输出装置，以用来生成新的场景并驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；

第一图像采集装置的输出接至情景分析装置，第一图像采集装置采集全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置的视觉标识图像信息，并将该第一视觉标识装置的视觉标识图像信息传输给情景分析装置；第一加速度和角速度传感装置与第一无线网络传输装置相连接，第二无线网络传输装置与情景分析装置相连接，情景分析装置的输出接至反馈输出装置，第一加速度和角速度传感装置将全覆盖式头盔的运动状态信息通过无线网络传输给情景分析装置；情景分析装置根据图像采集装置采集到的视觉标识图像信息以及通过无线网络得到的全覆盖式头盔的运动状态信息，分析体验者头部的相对物理位置和运动状态，并将分析得到的信息传输给反馈输出装置，反馈输出装置根据情景分析装置输给的信息以及预置的场景信息将体验者生成为虚拟场景中的虚拟人物，并驱动对应的执行机构进行新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合；反馈输出装置还与第二无线网络传输装置相连接，反馈输出装置通过无线网络向左、右视野显示装置输出场景图像；

还包括眼球图像捕捉装置，该眼球图像捕捉装置设置在全覆盖式头盔内与所述第一无线网络传输装置相连接或设置在场地指定位置处与所述情景分析装置相连接，该眼球图像捕捉装置用来将眼球实时图像传输给情景分析装置以确定体验者的瞳距、视力视觉参数，并在需要目光瞄准、视觉输入的场景下，还用于计算体验者的目光注视点；瞳距、视力视觉参数还传输给反馈输出装置，反馈输出装置根据瞳距、视力参数调整左右视野显示装置输出的场景图像，以提高3D视觉效果。

2.根据权利要求1所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的麦克风阵列，该麦克风阵列与所述第一无线网络传输装置相连接，该麦克风阵列用来传输体验者的语音信号，实现体验者的实时互动。

3.根据权利要求1所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的全覆盖式头盔中的第一执行机构，第一执行机构与所述第一无线网络传输装置相连接，该第一执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在全覆盖式头盔中产生适配于对应场景所产生的效果。

4.根据权利要求3所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述第一执行机构包括：用来模拟体验者在当前场景中全覆盖式头盔被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第一震动输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中所能够闻到气味的第一气味输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中所能够听到声音的扬声器阵列。

5.根据权利要求1所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的力反馈服装中的第二执行机构，第二执行机构与所述第一无线网络传输装置相连接，该第二执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在力反馈服装中产生适配于对应场景所产生的效果。

6.根据权利要求5所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述第二执行机构包括：用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第二震动输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装的气味的第二气味输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈服装被淋湿产生的效果的第一液体输出装置。

7.根据权利要求5所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述力反馈服装上还设有第二视觉标识装置，以用来供图像采集装置采集对应的力反馈服装的视觉标识的图像信息；所述第一图像采集装置还用来采集力反馈服装上的第二视觉标识装置的视觉标识图像信息。

8.根据权利要求1所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括设置在用来供进入场地的体验者穿戴的力反馈靴子中的第三执行机构，第三执行机构与所述第一无线网络传输装置相连接，该第三执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在力反馈靴子中产生适配于对应场景所产生的效果。

9.根据权利要求8所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述第三执行机构包括：用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子被触动、碰撞、摩擦或挤压产生的效果的第三震动输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子的气味的第三气味输出装置和/或用来模拟体验者在当前场景中力反馈靴子被淋湿产生的效果的第二液体输出装置。

10.根据权利要求5所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括用来模拟场景的第四执行机构，该第四执行机构为设置在放置于场地中或者体验者手持的力反馈道具上的第四震动输出装置和第三无线网络传输装置，第四震动输出装置与第三无线网络传输装置相连接，第三无线网络传输装置和第二无线网络传输装置相配合，该第四震动输出装置根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以使力反馈道具产生适配于对应场景所产生的震动效果。

11.根据权利要求10所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述力反馈道具上还设有第三视觉标识装置，以用来供图像采集装置采集对应的力反馈道具的视觉标识的图像信息；所述第一图像采集装置还用来采集力反馈道具上的第三视觉标识装置的视觉标识图像信息。

12.根据权利要求10所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述力反馈道具上还设有第二加速度和角速度传感装置，第二加速度和角速度传感装置与第四执行机构中的第三无线网络传输装置相连接，以用来向情景分析装置提供该力反馈道具在场地中的运动状态信息。

13.根据权利要求1所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括用来模拟场景的第五、第六执行机构，该第五、第六执行机构分别设置在场地中的活动地板、活动天花板处，该第五、第六执行机构分别与所述反馈输出装置相连接，该第五、第六执行机构根据接收到的来自于反馈输出装置的指令，形成对应的动作，以在活动地板、活动天花板中分别形成新的场景的布局和对应于场景所产生效果的配合。

14.根据权利要求13所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述第五、第六执行机构分别包括升降装置，所述活动地板、活动天花板分别由多个柱形体拼成，所述升降装置为多个，并分别与各柱形体相联动，以在反馈输出装置的指令的控制下，实现活动地板、活动天花板的局部升降。

15.根据权利要求14所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述第五、第六执行机构还分别包括用来模拟当前场景中对应柱形体的震动效果的第五震动输出装置和/或用来模拟当前场景中活动地板、活动天花板的气味的第四气味输出装置和/或用来模拟当前场景中的模拟风、冲击波、雨雾效果的气体液体温度控制装置。

16.根据权利要求14所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述柱形体中还装有第二图像采集装置，该第二图像采集装置的输出接至情景分析装置，第二图像采集装置用来采集全覆盖式头盔上的第一视觉标识装置的视觉标识图像信息或力反馈服装上的第二视觉标识装置的视觉标识图像信息或采集力反馈道具上的第三视觉标识装置的视觉标识图像信息。

17.根据权利要求14所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述柱形体中还装有排风装置，该排风装置的输入接至反馈输出装置。

18.根据权利要求14所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述柱形体中还装有压力传感装置，该压力传感装置的输出接至情景分析装置。

19.根据权利要求14所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述柱形体中还装有表面材质更换装置，该表面材质更换装置的输入接至反馈输出装置。

20.根据权利要求14所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：所述柱形体中还装有可控磁性组件，所述力反馈道具上还装有用来与可控磁性组件相配合以模拟力反馈道具的不同质量的铁质组件或磁性组件；该可控磁性组件的输入接至反馈输出装置。

21.根据权利要求10所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，还包括设置在全覆盖式头盔、力反馈服装和力反馈道具上的多组摄像头，在场景中设置有多个特定图像，摄像头捕捉特定图像之间的距离，计算图像与摄像头之间的距离和角度，并将这些参数传输给情景分析装置，情景分析装置根据反馈输出装置在该场景中的各特定图像的位置推测出体验者各部位以及道具在虚拟场景中的相对位置和方向。

22.根据权利要求1所述的情境模拟训练/游戏系统，其特征在于：进一步的，反馈输出装置在生成场景布局时，利用人体感官的精度误差，所生成的场景和虚拟场景可具有低于人体感官精度的误差，以在有限场景中模拟无限虚拟空间。