CN105344101A - 一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置及模拟方法 - Google Patents

一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置及模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及游艺设备技术领域，尤其是涉及一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置及模拟方法，所述的赛车装置包括驾驶座椅、运动调整平台、模拟控制方向盘、模拟踏板、虚拟现实头盔、游戏主机和控制电路板，其通过虚拟现实头盔和运动调整平台相互配合，可将游戏中的3D视频画面与驾驶座椅的机械运动进行同步，营造更逼真的视觉效果，其仿真度高，视觉效果逼真，使参与者有更加逼真的、身临其境的、动感刺激的赛车驾驶体验。

Description

一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置及模拟方法
技术领域
本发明涉及游艺设备技术领域，尤其是涉及一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置及模拟方法。
背景技术
赛车模拟游戏,是20世纪90年代以来在世界各地逐步兴起的一种高科技娱乐项目,它是当今虚拟现实技术、机电传动技术及自动控制技术高度发展与结合的产物。赛车模拟游戏的主要奥妙,在于参与者通过适当操纵装置与虚拟环境实时动感交互，“实时动感交互”让参与者有更加逼真的、身临其境的、动感刺激的赛车体验，为玩家营造了逼真的视觉效果并带来了身临其境的感受，游戏可反馈玩家的操作，使游戏者更加刺激地享受游戏乐趣。
现有动感赛车游戏都是通过过显示屏来显示赛道，玩家操作方向盘后，显示屏中的模拟赛车就跟随改变方向，如申请号为201310397659.0的专利提出了一种利用智能手机模拟游戏方向盘的操作方法与系统来控制虚拟赛车，申请号为201320360792.4的专利提出了一种用于控制手机赛车游戏的方向盘结构组成与设计；②通过游戏手柄/方向盘或上位机对动感赛车游戏中动感座椅的各个运动进行联动控制，如申请号为201310317335.1的专利提出了一种通过游戏手柄或上位机对动感座椅中各个运动机构的电机转向和转速进行控制，实现动感座椅的升高降低、左右回转、前后摆动和左右摆动的联动，给予游戏玩家一定的运动感觉。
然而，现有的这种显示方式难以将视频画面与机械运动同步起来，交互性不强，游戏的模拟方式过于单一，降低用户体验，不能使体验者的视野和动感座椅的运动状态保持一致，给予游戏玩家身临其境的感觉，降低了用户体验。因此，有必要提供将画面与机械运动同步的模拟方法和模拟赛车装置，以解决上述问题，满足游戏玩家对动感赛车游戏的高娱乐度和高逼真度的要求。
发明内容
针对以上技术问题，本发明设计开发了一种将画面与机械运动同步的模拟方法和模拟赛车装置，可将3D视频画面与机械运动进行同步，营造更逼真的视觉效果，提升用户体验。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，包括驾驶座椅、运动调整平台、模拟控制方向盘、模拟踏板、虚拟现实头盔、游戏主机和控制电路板，其中：
所述的驾驶座椅的设置在运动调整平台上，为玩家提供逼真的驾驶空间；
所述的运动调整平台对运动场景中赛车的运动状态和位姿进行模拟，通过调整平台中各个运动机构的运动状态的联动控制，使运动调整平台进行机械运动，模拟虚拟赛车的偏向角度、振动、加速和急速运动；
所述的模拟控制方向盘设有方向角度传感器，对方向角度信号进行监控，通过控制电路板将旋转角度传输给游戏主机，并对游戏主机进行控制反馈，实现游戏场景的切换；
所述的模拟踏板设有模拟油门、模拟刹车和模拟档位，对刹车、油门、档位信号进行模拟，通过控制电路板将赛车前进或后退信号传输给游戏主机；
所述的虚拟现实头盔与游戏主机相连，虚拟现实头盔内设有用于向玩家展示虚拟的3D场景的虚拟现实眼镜，给玩家以视觉冲击和增强玩家的体感；
所述的游戏主机包括视角同步处理模块，根据虚拟赛车处于不同运动场景时的位姿，对虚拟现实眼镜的展示画面进行视角调整，并对虚拟赛车各个运动角度的变化量，进行映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量，并将运动调整平台中各个运动机构的角度变化量传输给控制电路板的处理器中的运动参数转换模块；
所述的控制电路板与模拟踏板、模拟控制方向盘、运动调整平台相连，对方向角度信号、对刹车、油门和档位信号进行收集并传输给游戏主机；同时，运动参数转换模块对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
作为优选，进一步，所述的运动调整平台为六自由度调整平台，为座椅提供俯仰、偏航、滚转、升降、纵向和横向平移的六自由度瞬时运动仿真。
作为优选，进一步，所述的虚拟现实头盔还包括眼球识别系统，通过眼球扫描仪对玩家扫描眼球虹膜，获取眼球虹膜信息，并将所述扫描球虹膜信息传输到游戏主机中的眼球识别处理模块，根据眼球虹膜信息，判断眼球运动状态，根据眼球运动状态，调整输出虚拟现实眼镜所显示对应的3D图像信息。
作为优选，进一步，所述的虚拟现实头盔还包括人脸识别系统，通过人脸识别系统对玩家进行身份信息，根据身份信息调用游戏主机的存档数据，从而预读出不同玩家在游戏中的存档。
作为优选，进一步，所述的虚拟现实头盔还包括人脸识别系统，通过人脸识别系统对玩家进行身份信息，根据身份信息调用游戏主机的存档数据，从而预读出不同玩家在游戏中的存档。
为了解决上述的技术问题，本发明进一步提供一种画面与机械运动同步的方法，包括步骤：
1）游戏主机运行基于3D建模的赛车游戏；
2）采集游戏玩家的实时操作信号，控制电路板从方向盘和模拟踏板采集方向盘的旋转角度、刹车、油门和档位动作信号，并将所述动作信号在游戏主机中转换为正在运行的游戏可识别的游戏控制命令；
3）将该游戏控制命令提供给所述正在运行的游戏，对所述赛车游戏在运行过程中产生的游戏画面信息进行全息投影显示，同时，对虚拟赛车在模拟场景中进行位姿采集，模拟出模拟虚拟赛车的位姿，并通过映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量后传输给控制电路板，控制电路板的运动参数转换模块对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
作为优选，在第2）步中，采集游戏玩家的实时操作信号时，还通过虚拟现实头盔内的眼球识别系统对眼球虹膜进行扫描，获取眼球虹膜信息，并将所述扫描球虹膜信息传输到游戏主机中的眼球识别处理模块，根据眼球虹膜信息，判断眼球运动状态，根据眼球运动状态，调整输出虚拟现实眼镜所显示对应的3D图像信息。
作为优选，在第1）步中，游戏主机运行基于3D建模的赛车游戏时，虚拟现实头盔的人脸识别系统，通过对人脸识别对玩家进行身份信息识别，根据身份信息调用游戏主机的存档数据，从而预读出不同玩家在游戏中的存档数据。
本发明的有益效果为：
1、本发明可实现画面与机械运动同步的模拟，仿真度高，视觉效果逼真，使参与者有更加逼真的、身临其境的、动感刺激的赛车驾驶体验。
2、本发明的虚拟眼镜带眼球跟踪虚拟现实成像系统，可监控眼球动作，从而确定眼睛凝视方向，将目标对象进行针对性的自适应处理，使虚拟现实影像根据人眼球的动作方向和轨迹，实时进行调整，从而使人眼球进行任意方向动作时能看到无限趋近真实的虚拟现实影像。
3、基于人脸识别的读档系统，在用户穿戴头盔时，头盔可方便的对用户进行人脸识别，自动进行查询读作，实现快速读档，使客户快速进入自己的游戏记录。
附图说明
图1为本发明的连接结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，包括驾驶座椅、运动调整平台、模拟控制方向盘、模拟踏板、虚拟现实头盔、游戏主机和控制电路板，其中：
所述的驾驶座椅的设置在运动调整平台上，为玩家提供逼真的驾驶空间；
所述的运动调整平台六自由度调整平台，对运动场景中赛车的运动状态和位姿进行模拟，通过调整平台中各个运动机构的运动状态的联动控制，使运动调整平台进行机械运动，模拟虚拟赛车的偏向角度、振动、加速和急速运动，为驾驶座椅提供俯仰、偏航、滚转、升降、纵向和横向平移的六自由度瞬时运动仿真；
所述的模拟控制方向盘设有方向角度传感器，对方向角度信号进行监控，通过控制电路板将旋转角度传输给游戏主机，并对游戏主机进行控制反馈，实现游戏场景的切换；
所述的模拟踏板设有模拟油门、模拟刹车和模拟档位，对刹车、油门、档位信号进行模拟，通过控制电路板将赛车前进或后退信号传输给游戏主机；
所述的虚拟现实头盔与游戏主机相连，虚拟现实头盔内设有用于向玩家展示虚拟的3D场景的虚拟现实眼镜，给玩家以视觉冲击和增强玩家的体感；
所述的游戏主机包括视角同步处理模块，根据虚拟赛车处于不同运动场景时的位姿，对虚拟现实眼镜的展示画面进行视角调整，并对虚拟赛车在采样周期内的各个运动角度的变化量，进行映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量，并将运动调整平台中各个运动机构的角度变化量传输给控制电路板的处理器中的运动参数转换模块；
所述的控制电路板与模拟踏板、模拟控制方向盘、运动调整平台相连，对方向角度信号、对刹车、油门和档位信号进行收集并传输给游戏主机，并通过对运动参数转换模对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
其具体的画面与机械运动同步的方法为：
1）游戏主机运行基于3D建模的赛车游戏；
2）采集游戏玩家的实时操作信号，控制电路板从方向盘和模拟踏板采集方向盘的旋转角度、刹车、油门和档位动作信号，并将所述动作信号在游戏主机中转换为正在运行的游戏可识别的游戏控制命令；
3）将该游戏控制命令提供给所述正在运行的游戏，对所述赛车游戏在运行过程中产生的游戏画面信息进行全息投影显示，同时，对虚拟赛车在模拟场景中进行位姿采集，模拟出模拟虚拟赛车的位姿，并通过映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量后传输给控制电路板，控制电路板的运动参数转换模块对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
实施例2
如图1所示，一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，包括驾驶座椅、运动调整平台、模拟控制方向盘、模拟踏板、虚拟现实头盔、游戏主机和控制电路板，其中：
所述的驾驶座椅的设置在运动调整平台上，为玩家提供逼真的驾驶空间；
所述的运动调整平台对运动场景中赛车的运动状态和位姿进行模拟，通过调整平台中各个运动机构的运动状态的联动控制，使运动调整平台进行机械运动，模拟虚拟赛车的偏向角度、振动、加速和急速运动；
所述的模拟控制方向盘设有方向角度传感器，对方向角度信号进行监控，通过控制电路板将旋转角度传输给游戏主机，并对游戏主机进行控制反馈，实现游戏场景的切换；
所述的模拟踏板设有模拟油门、模拟刹车和模拟档位，对刹车、油门、档位信号进行模拟，通过控制电路板将赛车前进或后退信号传输给游戏主机；
所述的虚拟现实头盔与游戏主机相连，虚拟现实头盔内设有用于向玩家展示虚拟的3D场景的虚拟现实眼镜，给玩家以视觉冲击和增强玩家的体感；
所述的游戏主机包括视角同步处理模块，根据虚拟赛车处于不同运动场景时的位姿，对虚拟现实眼镜的展示画面进行视角调整，并对虚拟赛车在采样周期内的各个运动角度的变化量，进行映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量，并将运动调整平台中各个运动机构的角度变化量传输给控制电路板的处理器中的运动参数转换模块；
所述的控制电路板与模拟踏板、模拟控制方向盘、运动调整平台相连，对方向角度信号、对刹车、油门和档位信号进行收集并传输给游戏主机，并通过对运动参数转换模对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
其具体的画面与机械运动同步的方法为：
1）游戏主机运行基于3D建模的赛车游戏；
2）采集游戏玩家的实时操作信号，控制电路板从方向盘和模拟踏板采集方向盘的旋转角度、刹车、油门和档位动作信号，并将所述动作信号在游戏主机中转换为正在运行的游戏可识别的游戏控制命令；
3）将该游戏控制命令提供给所述正在运行的游戏，对所述赛车游戏在运行过程中产生的游戏画面信息进行全息投影显示，同时，对虚拟赛车在模拟场景中进行位姿采集，模拟出模拟虚拟赛车的位姿，并通过映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量后传输给控制电路板，控制电路板的运动参数转换模块对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
实施例3
如实施例1或2所述的画面与机械运动同步的模拟赛车装置与方法的基础上，所述的虚拟现实头盔还包括眼球识别系统，通过眼球扫描仪对玩家扫描眼球虹膜，获取眼球虹膜信息，并将所述扫描球虹膜信息传输到游戏主机中的眼球识别处理模块，根据眼球虹膜信息，判断眼球运动状态，根据眼球运动状态，调整输出虚拟现实眼镜所显示对应的3D图像信息，具体步骤为：
1）通过眼球扫描仪对玩家扫描眼球虹膜，获取眼球虹膜信息；
2）将扫描眼球虹膜信息传输到游戏主机中的眼球识别处理模块，对数据库中的眼球虹膜信息进行比对分析，判断眼球运动状态；
3）根据眼球运动状态，生成对应的视角调整命令，调整输出虚拟现实眼镜所显示对应的3D图像信息，目标对象进行针对性的自适应处理，使虚拟现实影像根据人眼球的动作方向和轨迹，实时进行调整，从而使人眼球进行任意方向动作时能看到无限趋近真实的虚拟现实影像。
实施例4
如实施例1或2所述的画面与机械运动同步的模拟赛车装置与方法的基础上，所述的虚拟现实头盔还包括人脸识别系统，通过人脸识别系统对玩家进行身份信息，根据身份信息调用游戏主机的存档数据，从而预读出不同玩家在游戏中的存档，在用户穿戴头盔时，头盔可方便的对用户进行人脸识别，自动进行查询读作，实现快速读档，使客户快速进入自己的游戏记录。
本发明可实现画面与机械运动同步的模拟，仿真度高，视觉效果逼真，使参与者有更加逼真的、身临其境的、动感刺激的赛车驾驶体验；同时，本发明的虚拟眼镜带眼球跟踪虚拟现实成像系统，可监控眼球动作，从而确定眼睛凝视方向，将目标对象进行针对性的自适应处理，使虚拟现实影像根据人眼球的动作方向和轨迹，实时进行调整，从而使人眼球进行任意方向动作时能看到无限趋近真实的虚拟现实影像。本发明设有基于人脸识别的读档系统，在用户穿戴头盔时，头盔可方便的对用户进行人脸识别，自动进行查询读作，实现快速读档，使客户快速进入自己的游戏记录。
最终，以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，其特征在于：包括驾驶座椅、运动调整平台、模拟控制方向盘、模拟踏板、虚拟现实头盔、游戏主机和控制电路板，其中：
所述的驾驶座椅的设置在运动调整平台上，为玩家提供逼真的驾驶空间；
所述的运动调整平台对运动场景中赛车的运动状态和位姿进行模拟，通过调整平台中各个运动机构的运动状态的联动控制，使运动调整平台进行机械运动，模拟虚拟赛车的偏向角度、振动、加速和急速运动；
所述的模拟控制方向盘设有方向角度传感器，对方向角度信号进行监控，通过控制电路板将旋转角度传输给游戏主机，并对游戏主机进行控制反馈，实现游戏场景的切换；
所述的模拟踏板设有模拟油门、模拟刹车和模拟档位，对刹车、油门、档位信号进行模拟，通过控制电路板将赛车前进或后退信号传输给游戏主机；
所述的虚拟现实头盔与游戏主机相连，虚拟现实头盔内设有用于向玩家展示虚拟的3D场景的虚拟现实眼镜，给玩家以视觉冲击和增强玩家的体感；
所述的游戏主机包括视角同步处理模块，根据虚拟赛车处于不同运动场景时的位姿，对虚拟现实眼镜的展示画面进行视角调整，并对虚拟赛车在采样周期内的各个运动角度的变化量，进行映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量，并将运动调整平台中各个运动机构的角度变化量传输给控制电路板的处理器中的运动参数转换模块；
所述的控制电路板与模拟踏板、模拟控制方向盘、运动调整平台相连，对方向角度信号、对刹车、油门和档位信号进行收集并传输给游戏主机，并通过对运动参数转换模对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
2.根据权利要求1所述的一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，其特征在于：所述的运动调整平台为六自由度调整平台，为座椅提供俯仰、偏航、滚转、升降、纵向和横向平移的六自由度瞬时运动仿真。
3.根据权利要求1所述的一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，其特征在于：所述的虚拟现实头盔还包括眼球识别系统，通过眼球扫描仪对玩家扫描眼球虹膜，获取眼球虹膜信息，并将所述扫描球虹膜信息传输到游戏主机中的眼球识别处理模块，根据眼球虹膜信息，判断眼球运动状态，根据眼球运动状态，调整输出虚拟现实眼镜所显示对应的3D图像信息。
4.根据权利要求1所述的一种画面与机械运动同步的模拟赛车装置，其特征在于：所述的虚拟现实头盔还包括人脸识别系统，通过人脸识别系统对玩家进行身份信息识别，根据身份信息调用游戏主机的存档数据，从而预读出不同玩家在游戏中的存档。
5.一种画面与机械运动同步的方法，其特征在于，其具体为：
1）游戏主机运行基于3D建模的赛车游戏；
2）采集游戏玩家的实时操作信号，控制电路板从方向盘和模拟踏板采集方向盘的旋转角度、刹车、油门和档位动作信号，并将所述动作信号在游戏主机中转换为正在运行的游戏可识别的游戏控制命令；
3）将该游戏控制命令提供给所述正在运行的游戏，对所述赛车游戏在运行过程中产生的游戏画面信息进行全息投影显示，同时，对虚拟赛车在模拟场景中进行位姿采集，模拟出模拟虚拟赛车的位姿，并通过映射运算得到运动调整平台中各个运动机构的角度变化量后传输给控制电路板，控制电路板的运动参数转换模块对各个运动机构的角度变化量进行转换，得到各个运动机构位移、速度参数后，并对各个运动机构按照位移、速度参数进行联动控制，模拟出模拟虚拟赛车的运动状态和位姿，使虚拟现实头盔中的3D视频画面与运动调整平台的机械运动同步。
6.根据权利要求5所述的一种画面与机械运动同步的方法，其特征在于，在第2）步中，采集游戏玩家的实时操作信号时，还通过虚拟现实头盔内的眼球识别系统对眼球虹膜进行扫描，获取眼球虹膜信息，并将所述扫描球虹膜信息传输到游戏主机中的眼球识别处理模块，根据眼球虹膜信息，判断眼球运动状态，根据眼球运动状态，调整输出虚拟现实眼镜所显示对应的3D图像信息。
7.根据权利要求5所述的一种画面与机械运动同步的方法，其特征在于，在第1）步中，游戏主机运行基于3D建模的赛车游戏时，虚拟现实头盔的人脸识别系统，通过对人脸识别对玩家进行身份信息识别，根据身份信息调用游戏主机的存档数据，从而预读出不同玩家在游戏中的存档数据。
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