CN106693334A - 一种虚拟现实攀岩机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种在室内可以根据个人喜好选择攀岩场景的虚拟现实攀岩机，包含攀岩机物理结构和控制系统，所述的攀岩机物理结构包括主电机，链带，链板，安装孔，攀岩支点，稳定支撑结构，缓降结构；攀岩机物理结构上设有控制系统。本发明将虚拟现实技术引和实时人体骨骼捕捉技术入到攀岩健身运动之中，用户可以自主选择世界各地的风景作为虚拟现实攀岩的场景，用户可以选择教学、游戏、联网竞赛等多种游戏模式，虚拟现实带来的沉浸式攀岩体验会让用户的攀岩过程充满乐趣和刺激感。

Description

一种虚拟现实攀岩机

技术领域

本发明涉及一种虚拟现实健身设备，具体地涉及一种可在不同场景攀岩的虚拟现实攀岩机。

背景技术

随着我国经济、科技实力的逐步增强以及人们的工作压力不断增高，人们户外运动量急剧减少，为了提高生活质量，提高身体的健康状况，室内运动逐步成为多数职业人的选择，同时健康，易趣的高质量生活日益成为人们的追求目标，同时，受外部环境的限制，某些室外进行的运动也逐渐搬到了室内，室内攀岩就是其中之一。

户外攀岩固然好，比如，自然攀岩，在自然环境中攀岩，需要附近拥有适合攀岩的自然环境，需要专用的工具，攀岩环境固定，同时有一定风险性；人造攀岩，占地比较大，建设成本贵，投资较高，攀岩的环境固定，相对户外自然攀岩风险性较小。

传统攀岩机在链板上安装攀岩支点，链板安装在椭圆形链带之上，使用电机或者人体自身的重力带动链带循环往复滚动，一般安装在室内环境中，环境固定，风险性很小，简单式的机械重复运动和单调的环境会给用户带来乏味、无聊的感觉，缺乏室外自然攀岩和人工攀岩的高度所带来的刺激性和乐趣。

这些问题都会导致在用户在健身时，无法感受到相应的反馈，体验感差。

发明内容

本发明的目的是提供一种在室内可以根据个人喜好选择攀岩场景同时能最大程度避免用户在使用过程中产生晕动现象和其它不适感觉的虚拟现实攀岩机。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种虚拟现实攀岩机，所述的虚拟现实攀岩机包含攀岩机物理结构和控制系统，所述的攀岩机物理结构包括主电机，链带，链板，安装孔，攀岩支点，稳定支撑结构，缓降结构；所述的主电机位于稳定支撑结构上，控制链带结构的循环往复；所述的链板安装在可循环往复滚动的链带结构上，链板上有若干个安装孔，攀岩支点安装在安装孔上，所述的缓降结构包括稳定支撑结构上的缓降保护电机，固定在稳定支撑结构上的软梯或者悬挂装置以及人体穿戴保护装置，所述的缓降保护电机安装在稳定支撑结构底部；所述的缓降保护电机为带刹车系统的双电机，所述攀岩机物理结构上设有控制系统。

进一步地，所述的控制系统包括智能主机和控制传感系统，所述的智能主机为安装有智能操作系统的主机，所述的智能操作系统包含但不限于Android、IOS、Windows，所述的控制传感系统主要包含控制系统主板，所述的控制系统主板为安装在攀岩机上的控制板，其上有无线芯片，使用无线或者有线方式连接智能主机和VR设备，控制系统主板连接控制主电机、缓降结构、姿态捕捉系统、攀岩支点定位系统、以及其它设备。

进一步地，所述的姿态捕捉系统主要由姿态捕捉设备组成，包括体感摄像头以及姿态捕捉手套，用于捕捉获取用户位置信息、用户身体骨胳、用户攀岩动作、用户身体重心的高度等信息，并将信号传输给智能主机和控制系统主板。

进一步的，所述的攀岩支点定位系统通过智能主机系统预先渲染攀岩支点的位置，攀岩过程中智能主机系统实时渲染虚拟场景的角色位置，与真实场景中用户的位置完全吻合，当角色高度达到预设的高点时，系统启动主电机将角色的高度旋转至预设的低点，以保障用户可以正常的攀岩，攀岩机上的攀岩支点和虚拟场景中的攀岩支点完全一致。

更进一步地，所述的智能主机包含PC电脑，手机，VR一体机；所述的VR设备呈现通过智能主机系统渲染的内容给用户，VR显示设备包括但不限于VR一体机，VR手机盒子，VR眼镜；VR设备与智能主机通过有线或者无线的方式连接。

所述攀岩机的攀岩运行包括以下过程：

攀岩开始前，所述的控制传感系统根据用户的站立位置，提示用户移动到可检测区域，当系统捕捉到用户位置时渲染开始界面，接受用户的选择，选择攀岩的场景，根据用户选择的场景获取到该场景所有攀岩支点的位置和高度，启动主电机，调整虚拟现实攀岩机的链板和固定在链板上的攀岩支点的位置，将位置和高度调整与虚拟现实场景中的攀岩节点完全一致，调节完毕之后，在虚拟现实显示设备中提示用户设备已就绪，攀岩可以开始；

攀岩开始后，系统实时渲染游戏场景、游戏场景中的攀岩支点和虚拟人物在虚拟现实显示设备中，同时，姿态捕捉系统读取用户的攀岩动作，将用户攀岩姿态实时渲染成虚拟人物的攀岩动作，控制传感系统根据用户的重心位置，实时控制主电机的旋转，每当达到临界高点时，主电机启动并带动链带和攀附在链带链板上的攀岩支点的用户旋转，以实现实时高度调整，确保攀岩连续进行；

攀岩结束后，系统自动启动缓降系统，提示用户可以双手悬挂在悬挂装置、或者攀爬在软梯上，系统启动缓降电机降落至地面，与此同时，系统在VR显示设备中渲染蹦极、跳伞或者滑翔降落的场景；

用户降落地面后，系统提示用户攀岩结束，用户解除虚拟现实显示设备和缓降保护系统之后，所述逻辑控制主电机和缓降保护系统回位。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1，本发明将虚拟现实技术引和实时人体骨骼捕捉技术入到攀岩健身运动之中，用户可以自主选择世界各地的风景作为虚拟现实攀岩的场景，用户可以选择教学、游戏、联网竞赛等多种游戏模式，虚拟现实带来的沉浸式攀岩体验会让用户的攀岩过程充满乐趣和刺激感。

2，本发明使用带刹车系统的双电机缓降保护结构作为用户缓降保护结构，安全系数非常高，配合虚拟现实场景缓降系统（悬挂装置）在降落的过程中可让用户感受到从高空跳伞及滑绳速降的独特体验。

3，本发明使用高精度体感摄像头实时捕捉用户的攀岩动作，还可以使用姿态捕捉手套以进一步提高动作捕捉的精度，用户现实中的动作和虚拟现实场景中角色的动作完全一致，用户在虚拟现实中感官状态和真实状态完全一致，最大程度的避免了用户在使用过程中的晕动现象和其它不适感觉。

4，本发明可兼容多种虚拟现实显示设备，包括但不局限于电脑端虚拟现实眼镜，虚拟现实一体机，虚拟现实手机盒子等。

5，和人工攀岩设备相比，本发明的造价较低，占用空间小。

附图说明

图1为攀岩机的正面结构示意图；

图2为攀岩机的控制系统示意图；

图3为攀岩机的启动系统示意图；

图4为攀岩机的系统运行示意图；

图5为缓降保护系统运行示意图；

其中，1，主电机；2，链带；3，链板；4，安装孔；5，攀岩支点；6，稳定支撑结构；7，缓降结构；8，缓降保护电机；9，软梯或者悬挂装置；10，控制系统主板；11，无线芯片；12，VR设备；13，姿态捕捉系统；14，攀岩支点定位系统；15，其它设备。

具体实施方式

下面结合附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的部分实施方式，而不是全部，不能理解为对本发明内容的限制。

本发明提供的一种技术方案为：

一种虚拟现实攀岩机，虚拟现实攀岩机包含攀岩机物理结构和控制系统，攀岩机物理结构如图1所示，包括主电机1，链带2，链板3，安装孔4，攀岩支点5，稳定支撑结构6，缓降结构7；主电机1位于稳定支撑结构6上，控制链带2结构的循环往复；链板3安装在可循环往复滚动的链带2结构上，链板3上有若干个安装孔4，攀岩支点5安装在安装孔4上，缓降结构7包括稳定支撑结构6上的缓降保护电机8，固定在稳定支撑结构6上的软梯或者悬挂装置9以及人体穿戴保护装置，缓降保护电机8安装在稳定支撑结构6底部；缓降保护电机为带刹车系统的双电机，攀岩机物理结构上设有控制系统；

如图2所示，控制传感系统主要包含控制系统主板10，控制系统主板10上的无线芯片11，可以通讯连接VR设备12，控制系统主板连接主电机1、缓降结构7、姿态捕捉系统13、攀岩支点定位系统14、以及其它设备15；控制传感系统控制整个攀岩机物理结构。

下面结合流程图就本发明各系统和机械结构之间的连接配合关系。在一些实施例中，系统启动逻辑如图3所示，用户佩戴好虚拟现实眼镜，穿戴好保护装置和姿态捕捉设备之后，站立在攀岩机之前，所述启动逻辑启动姿态捕捉系统获取用户位置，如所述逻辑未捕捉到用户的位置，系统将提示用户移动到可检测区域。其后，系统继续使用姿态捕捉获取用户的位置。如所述逻辑已捕捉到用户的位置，根据用户的位置和体感摄像头捕捉到用户身体骨骼和姿态捕捉手套捕捉到用户手部骨骼融合渲染至虚拟现实显示设备。其后，在虚拟现实显示设备中渲染开始界面，接受用户的选择，选择攀岩的场景。其后，根据用户选择的场景生成该场景所有攀岩支点的位置和高度，启动主电机，调整虚拟现实攀岩机的链板和固定在链板上的攀岩支点的位置，将位置和高度调整与虚拟现实场景中的攀岩节点完全一致，调节完毕之后，在虚拟现实显示设备中提示用户设备已就绪，可以开始攀岩。

图4为开始攀岩后的运行逻辑，用户开始攀岩之后系统实时渲染游戏场景、游戏场景中的攀岩支点和虚拟人物在虚拟现实显示设备中。与此同时，姿态捕捉系统读取用户的攀岩动作，将用户攀岩姿态实时渲染成虚拟人物的攀岩动作。其后，系统响应攀岩是否结束的消息，如未接受到攀岩结束的消息，系统继续读取和渲染用户的攀岩动作，如接受到攀岩结束的消息，系统启动缓降保护系统。其后，姿态捕捉系统实时读取用户身体重心的高度。判断，用户身体重心的高度是否高于攀岩机预设的临界高点。如达到临界高点，系统启动主电机，旋转链带使攀岩支点和攀岩支点上的用户向下移动，当移动至临界低点时停止主电机。如未达到临界高点，系统继续读取和渲染用户的攀岩动作。

图5为缓降保护系统的运行逻辑，缓降保护系统启动之后，系统在虚拟现实场景中提示用户登上缓降软梯或者悬挂装置，其后，姿态捕捉系统实时读取用户的位置，直到用户登上软梯或悬挂装置。如用户已登上软梯，系统启动缓降电机开始缓降。与此同时，系统根据用户选择的场景渲染速降、跳伞或滑翔的场景在虚拟现实显示设备中。当用户降落到地面后，提示用户攀岩结束，用户解除虚拟现实显示设备和缓降保护系统之后，所述逻辑控制主电机和缓降保护系统回位。

上述技术方案仅体现了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明准许范围的限制，凡根据本发明做出的变形和改进，均属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种虚拟现实攀岩机，其特征在于所述的虚拟现实攀岩机包含攀岩机物理结构和控制系统，所述的攀岩机物理结构包括主电机，链带，链板，安装孔，攀岩支点，稳定支撑结构，缓降结构；所述的主电机位于稳定支撑结构上，控制链带结构的循环往复；所述的链板安装在可循环往复滚动的链带结构上，链板上有若干个安装孔，攀岩支点安装在安装孔上，所述的缓降结构包括稳定支撑结构上的缓降保护电机，固定在稳定支撑结构上的软梯或者悬挂装置以及人体穿戴保护装置，所述的缓降保护电机安装在稳定支撑结构底部；所述的缓降保护电机为带刹车系统的双电机，所述攀岩机物理结构上设有控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实攀岩机，其特征在于：所述的控制系统包括智能主机和控制传感系统，所述的智能主机为安装有智能操作系统的主机，所述的智能操作系统包含但不限于Android、IOS、Windows，所述的控制传感系统主要包含控制系统主板，所述的控制系统主板为安装在攀岩机上的控制板，其上有无线芯片，使用无线或者有线方式连接智能主机和VR设备，控制系统主板连接控制主电机、缓降结构、姿态捕捉系统、攀岩支点定位系统、以及其它设备。

3.根据权利要求2所述的一种虚拟现实攀岩机，其特征在于：所述的姿态捕捉系统主要由姿态捕捉设备组成，包括体感摄像头以及姿态捕捉手套，用于捕捉获取用户位置信息、用户身体骨胳、用户攀岩动作、用户身体重心的高度等信息，并将信号传输给智能主机和控制系统主板。

4.根据权利要求2所述的一种虚拟现实攀岩机，其特征在于：所述的攀岩支点定位系统通过智能主机系统预先渲染攀岩支点的位置，攀岩过程中智能主机系统实时渲染虚拟场景的角色位置，与真实场景中用户的位置完全吻合，当角色高度达到预设的高点时，系统启动主电机将角色的高度旋转至预设的低点，以保障用户可以正常的攀岩，攀岩机上的攀岩支点和虚拟场景中的攀岩支点完全一致。

5.根据权利要求4所述的一种虚拟现实攀岩机，其特征在于：所述的智能主机系统和控制传感系统接收姿态捕捉系统捕获到的用户实时信息，分析用户实时信息并提示用户运动，或者接收用户指令，选择相应场景，渲染显示在VR设备中配合攀岩支点定位系统完成整个攀岩运动。

6.根据权利要求2所述的一种虚拟现实攀岩机，其特征在于：所述的智能主机包含PC电脑，手机，VR一体机；所述的VR设备呈现通过智能主机系统渲染的内容给用户，VR显示设备包括但不限于VR一体机，VR手机盒子，VR眼镜；VR设备与智能主机通过有线或者无线的方式连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种虚拟现实攀岩机，其特征在于：所述攀岩机的攀岩运行包括以下过程：

攀岩开始前，所述的控制传感系统根据用户的站立位置，提示用户移动到可检测区域，当系统捕捉到用户位置时渲染开始界面，接受用户的选择，选择攀岩的场景，根据用户选择的场景获取到该场景所有攀岩支点的位置和高度，启动主电机，调整虚拟现实攀岩机的链板和固定在链板上的攀岩支点的位置，将位置和高度调整与虚拟现实场景中的攀岩节点完全一致，调节完毕之后，在虚拟现实显示设备中提示用户设备已就绪，攀岩可以开始；

攀岩开始后，系统实时渲染游戏场景、游戏场景中的攀岩支点和虚拟人物在虚拟现实显示设备中，同时，姿态捕捉系统读取用户的攀岩动作，将用户攀岩姿态实时渲染成虚拟人物的攀岩动作，控制传感系统根据用户的重心位置，实时控制主电机的旋转，每当达到临界高点时，主电机启动并带动链带和攀附在链带链板上的攀岩支点的用户旋转，以实现实时高度调整，确保攀岩连续进行；

攀岩结束后，系统自动启动缓降系统，提示用户可以双手悬挂在悬挂装置、或者攀爬在软梯上，系统启动缓降电机降落至地面，与此同时，系统在VR显示设备中渲染蹦极、跳伞或者滑翔降落的场景；

用户降落地面后，系统提示用户攀岩结束，用户解除虚拟现实显示设备和缓降保护系统之后，所述逻辑控制主电机和缓降保护系统回位。