CN106890436B - 高尔夫球杆及高尔夫vr模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的高尔夫球杆及高尔夫VR模拟系统，高尔夫球杆，包括杆头、杆身及设置在杆身上的手持部，还包括设置在杆身上的第一追踪器，第一追踪器用于获取高尔夫球杆的位置信息和角度信息。该高尔夫球杆能够通过设置在高尔夫球杆上的追踪器获取高尔夫球杆的位置信息和角度信息，实现高尔夫球杆的定位。本发明提供的高尔夫VR模拟系统结合了VR技术，对真球真杆进行定位，使得使用者戴上VR眼镜可以在观看现场的同时精确打击高尔夫球，提高客户的沉浸感，使客户使用时达到身临其境的效果，解决了现有的高尔夫模拟系统在虚拟现实领域没有用上真球真杆模拟打球的问题。

Description

高尔夫球杆及高尔夫VR模拟系统
技术领域
本发明属于VR技术领域，具体涉及高尔夫球杆及高尔夫VR模拟系统。
背景技术
虚拟现实(VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。由于VR具有以下优点：1、多感知性，指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。2、存在感,指用户感到作为主角存在丁模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。3、交互性，指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。4、自主性，指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。所以VR在各个领域中应用广泛。
现有的高尔夫模拟器系统设有回收高尔夫球的屏幕，当使用者将高尔夫球打到回收的屏幕上后，通过投影仪把球的飞行轨迹投影到屏幕上，实现高尔夫模拟的效果。这种系统仅仅是实现打完一杆球再看屏幕的模拟数据和轨迹，使用者难以达到身临其境的效果，沉浸感较差。或者是通过游戏手柄来模拟高尔夫球杆，通过挥动游戏手柄来模拟实现高尔夫球的挥杆、击球等操作，根据挥动手柄速度的快慢以及游戏场景中杆头与球碰撞的位置来模拟计算球的飞行速度、旋转、偏角等信息。这种VR高尔夫游戏并不是使用真球真杆来打，杆和球都是虚拟的，并不能起到练习高尔夫挥杆的作用，沉浸感较差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供高尔夫球杆及高尔夫VR模拟系统，将高尔夫与VR技术相结合，提高客户的沉浸感，使客户使用时达到身临其境的效果。
高尔夫球杆，包括杆头、杆身及设置在杆身上的手持部，还包括设置在杆身上的第一追踪器，第一追踪器用于获取高尔夫球杆的位置信息和角度信息。
优选地，所述第一追踪器设置在杆身上距离杆头10～70厘米的位置处。
高尔夫VR模拟系统，包括VR眼镜、分析模块、3D球场模块、高尔夫球、球定位模块、高尔夫球发球装置、杆定位模块以及上述的高尔夫球杆；
高尔夫球发球装置用于自动将高尔夫球放置在指定的发球点；
3D球场模块采用三维图像处理技术还原球场环境；设有多种场景，并显示虚拟高尔夫球的运动轨迹，根据虚拟高尔夫球的运动轨迹生成落球点，用户瞬移至落球点位置继续击球；
球定位模块包括第二追踪器和测速器，第二追踪器靠近发球点位置，用于获取高尔夫球的位置信息；测速器用于获取高尔夫球被击打时的初始速度、旋转速度、偏转角度信息；
杆定位模块用于根据第一追踪器获取的位置信息和角度信息，对高尔夫球杆的杆头进行定位；
分析模块用于获取高尔夫球被击打时的初始速度、旋转速度、偏转角度信息，并根据获取数据生成虚拟高尔夫球的运动轨迹，传输给3D球场模块。
优选地，所述第二追踪器设置在距离发球点20～400厘米的位置处。
优选地，还包括安全站立范围确定模块，用于读取所述高尔夫球的位置信息，并根据读取数据确定使用者安全站立半径，并定义以高尔夫球杆的杆头为圆点，以安全站立半径为半径的圆形区域为安全站立范围。
优选地，还包括球网和安全击打范围确定模块；安全击打范围确定模块用于读取所述高尔夫球的位置信息和球网的位置信息，根据读取数据确定安全击打方向及安全击打角度，并定义以高尔夫球为圆点，以安全击打角度为圆心角，朝向安全击打方向的扇形区域为安全击打范围；所述安全击打方向为从高尔夫球到球网的方向。
优选地，所述3D球场模块生成落球点后，读取所述球定位模块中高尔夫球的位置信息，并将高尔夫球的位置信息定位到落球点位置，将人定位在靠近落球点的位置，切换至落球点所在的场景；还用于读取所述安全站立范围确定模块中安全站立范围并显示；获取安全击打范围确定模块中的安全击打范围并显示。
优选地，还包括练球记录模块，练球记录模块用于存储每次击球过程中的发球点、运动轨迹和落球点，并按照单次练球过程中所有击球过程的时间先后顺序，根据所有击球过程对应的发球点、运动轨迹和落球点生成视频；还支持该视频的存储和回放。
优选地，所述练球记录模块还用于将包含同一练球路径的多次练球过程的数据进行对比；练球记录模块将单次练球过程中所有击球过程的运动轨迹关联形成完整的路径并显示，其中每个击球过程形成一个击球段，每个击球段显示本次击球过程中的发球点、运动轨迹、落球点、击球速度和击球角度。
优选地，还包括场景练习模块，供使用者自定义场景练习路径，场景练习路径包括起始点和终点；使用者根据选取的场景练习路径实现一次完整的练球过程；还用于将同一场景练习路径下的多个练球过程进行对比。
由上述技术方案可知，本发明提供的高尔夫球杆能够通过设置在高尔夫球杆上的追踪器获取高尔夫球杆的位置信息和角度信息，实现高尔夫球杆的定位。本发明提供的高尔夫VR模拟系统结合了VR技术，对真球真杆进行定位，使得使用者戴上VR眼镜可以在观看现场的同时精确打击高尔夫球，提高客户的沉浸感，使客户使用时达到身临其境的效果，解决了现有的高尔夫模拟系统在虚拟现实领域没有用上真球真杆模拟打球的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为高尔夫VR模拟系统的示意图。
图2为确定高尔夫VR模拟系统中安全站立范围的示意图。
图3为确定高尔夫VR模拟系统中安全击打范围的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例：
高尔夫球杆1，包括杆头、杆身及设置在杆身上的手持部，还包括设置在杆身上的第一追踪器6，第一追踪器6用于获取高尔夫球杆1的位置信息和角度信息。该高尔夫球杆能够通过设置在高尔夫球杆上的追踪器获取高尔夫球杆的位置信息和角度信息，实现高尔夫球杆在真实环境中位置的追踪，再将位置信息同步到虚拟环境中的球杆，实现球杆在真实和虚拟中的同步。具体实施时，追踪器采用基于Lighthouse开发的追踪器(目前使用的是HTC VIVE Tracker追踪器)。
由于不同的高尔夫球杆长度不同，所以为了实现对不同尺寸高尔夫球杆的定位，所述第一追踪器设置在杆身上距离杆头10～70厘米的位置处，第一追踪器统一安装在距离杆头的同一位置处，当激光基站扫描整个现实空间时会求出第一追踪器的位置，进而反求出球杆杆头的位置，由于球杆模型和现实中球杆尺寸是接近1：1匹配，所以可以实现虚拟球杆和现实球杆位置匹配。10～70厘米适用于大多数的高尔夫球杆，且能够保证在击球时不会损坏到第一追踪器。
高尔夫VR模拟系统，如图1所示，包括VR眼镜、分析模块、3D球场模块、高尔夫球2、球定位模块、高尔夫球发球装置、杆定位模块以及上述的高尔夫球杆1；
高尔夫球发球装置用于自动将高尔夫球放置在指定的发球点；这样保证了每次发球时，第二追踪器与真实球的距离保持不变，能够通过第二追踪器的位置信息对球进行定位。
3D球场模块采用三维图像处理技术还原球场环境；设有多种场景，并显示虚拟高尔夫球的运动轨迹，根据虚拟高尔夫球的运动轨迹生成落球点，用户瞬移至落球点位置继续击球；即用户切换至虚拟环境中落球点位置；具体实施时，3D球场模块通过采用卫星地图、航拍等技术手段，多层次、全方位地获取真实球场的形状、位置、尺寸等数据，使用最新的三维图像处理技术，1:1还原真实球场环境，同时距离、弹道、滚动长草沙坑的阻力等与真实球场一致，这样更加贴近真实球场的模拟体验，达到身临其境的全息实打感受，给使用者提供高还原度的击球场景。
球定位模块包括第二追踪器3和测速器，第二追踪器3靠近发球点设置，用于获取高尔夫球的位置信息；测速器用于获取高尔夫球的速度信息；测速器始终与发球点保持相同的距离，确保能够准确地获取高尔夫球被击打时的初始速度、旋转速度、偏转角度信息。
杆定位模块用于根据第一追踪器获取的位置信息和角度信息，对高尔夫球杆的杆头进行定位；
分析模块用于获取高尔夫球被击打时的初始速度、旋转速度、偏转角度信息，并根据获取数据生成虚拟高尔夫球的运动轨迹，传输给3D球场模块。
该高尔夫VR模拟系统使用时，使用者带上VR眼镜，由于第一追踪器和第二追踪器对球杆和球进行定位，将球杆和球在真实环境中位置信息同步到虚拟环境中的球杆和球中，实现球杆和球在真实和虚拟中的同步。这样，使用者带上VR眼镜后，可以在虚拟环境中看到虚拟的球和球杆的距离。当使用者挥杆击打球时，测速器测出球飞行时初始速度、旋转速度和偏转角度信息，并根据这些信息生成虚拟高尔夫球的运动轨迹并显示，这样，使用者能够实现真实击球的动作，同时在虚拟环境中也可以看到球被击打出去的运动轨迹，结合了VR技术，对真球真杆进行定位，使得使用者戴上VR眼镜可以在观看现场的同时精确打击高尔夫球，提高客户的沉浸感，使客户使用时达到身临其境的效果，解决了现有的高尔夫模拟系统在虚拟现实领域没有用上真球真杆模拟打球的问题。
为了防止高尔夫球杆在击打高尔夫球时，第二追踪器被误击打，第二追踪器的位置不能太靠近球的位置，所述第二追踪器设置在距离发球点20～400厘米的位置处，第二追踪器与高尔夫球保持相同的距离，使得可以通过第二追踪器的位置来定位高尔夫球的位置。第二追踪器安装的位置可以根据具体的室内环境来确定，如果室内空间较小，安装距离小些。距离越远，击球时，不容易击打到第二追踪器。20～400厘米适用于大部分的室内环境，且能够保证在击球时不会损坏到第二追踪器。
如图2所示，还包括安全站立范围确定模块，用于读取所述高尔夫球的位置信息，并根据读取数据确定使用者安全站立半径，并定义以高尔夫球杆的杆头为圆点，以安全站立半径为半径的圆形区域为安全站立范围。这样戴上VR眼镜后，安全站立范围确定模块根据第二追踪器的位置来识别划分人应该站立的安全站立范围4，图2中圆形区域即为用户安全站立范围。当高尔夫球击打出去后，当前这个球被球网回收，高尔夫球发球装置会往发球点重新送一个球作为(虚拟)球飞行落地后的状态，方便使用者再次击打。具体实施时，可以在虚拟场景中显示安全站立范围，方便使用者调整起站立的位置，起到了安全击球的站立位置的提醒功能。
如图3所示，还包括球网和安全击打范围确定模块；安全击打范围确定模块用于读取所述高尔夫球的位置信息和球网的位置信息，根据读取数据确定安全击打方向及安全击打角度，并定义以高尔夫球为圆点，以安全击打角度为圆心角，朝向安全击打方向的扇形区域为安全击打范围5；所述安全击打方向为从高尔夫球到球网的方向。安全击打范围确定模块根据球的位置和球网的位置分析出安全击打方向。如图3所示，安全击打方向为具有特定圆心角的扇形区域，戴上VR眼镜后使用者可以看到在虚拟场景中看到安全击打方向，起到了安全击打范围的提醒功能。安全击打范围用于辅助使用者击球，使用者击球时，只要保证球飞出的方向在安全击打范围5内时，都能够打到球网上，防止球随意飞出后，破坏室内设备。
所述3D球场模块生成落球点后，读取所述球定位模块中高尔夫球的位置信息，并将高尔夫球的位置信息定位到落球点位置，将人定位在靠近落球点的位置，切换至落球点所在的场景；还用于读取所述安全站立范围确定模块中安全站立范围并显示；获取安全击打范围确定模块中的安全击打范围并显示。这样，每一次击球飞出后，根据球飞出的速度和角度得到虚拟环境中的落球点，当虚拟环境中虚拟球落地时，将虚拟环境中的人定位到落球点附近，系统自动匹配安全站立范围和安全击球范围，方便使用者再次击球。每一杆落球点不同，场景切换后周围的环境也不同，提高了客户的沉浸感。虽然真实的人和发球的位置是固定的，但是通过上述方法，一方面实现了真实击球的动作，另一方面实现了每一次击球完成后，虚拟环境中的人马上移动到下一次击球点的附近，，使客户使用时达到身临其境的效果。
该系统还提供练球记录功能，还包括练球记录模块，练球记录模块用于存储每次击球过程中的发球点、运动轨迹和落球点，并按照单次练球过程中所有击球过程的时间先后顺序，根据所有击球过程对应的发球点、运动轨迹和落球点生成视频；还支持该视频的存储和回放。假如，使用者不能在一次击球过程中将球打入球洞中，那么一次练球过程可能会出现多次击球过程，一次练球过程为包含从起始点到终点的练球路径中出现的所有击球过程。击球过程的主要信息包括发球点、运动轨迹和落球点。该练球记录模块按照时间的先后顺序将击球过程整合，生成完整的练球过程的视频，方便使用者后期调取观看，并根据以往的模拟情况来提升使用者自己的运动能力。
该练球记录模块还具有对比以往多个练球过程中数据的功能。所述练球记录模块还用于将包含同一练球路径的多次练球过程的数据进行对比；练球记录模块将单次练球过程中所有击球过程的运动轨迹关联形成完整的路径并显示，其中每个击球过程形成一个击球段，每个击球段显示本次击球过程中的发球点、运动轨迹、落球点、击球速度和击球角度。进行数据对比时，为了提高对比的准确度，由于不同练球路径的练球数据没有对比性，所以只将同一练球路径的多次练球过程的数据进行对比。该模块即能显示完整的练球路径，也能够显示该完整的练球路径中多有击球段的发球点、运动轨迹、落球点、击球速度和击球角度，使得使用者能够直观地查看以往模拟情况，并及时地调整下次练球过程中击球的速度和方向。
还包括场景练习模块，供使用者自定义场景练习路径，场景练习路径包括起始点和终点；使用者根据选取的场景练习路径实现一次完整的练球过程；还用于将同一场景练习路径下的多个练球过程进行对比。该场景练习模块提供对单个场景进行多次单独练习的功能，例如可以提供沙坑、长草、树下救球等练习，通过对单个场景重复进行击球练习，达到各个击破的功能。当使用者选定某一场景练习路径时，获取场景练习路径的起始点和终点，从起始点开始击球，直至球落入终点的球洞完成一次完整的练球过程。该模块还提供对同一练习路径下的多个练球过程进行对比的功能。
还包括多人比赛模块，多人比赛模块用于供多人组团参加比赛，在单次比赛中，所有参赛人员选用同样的比赛路径，即同一个起始点和同一个终点；当进入某参赛人员的击球过程时，虚拟环境中显示该参赛人员的位置信息以及对应的虚拟高尔夫球的位置；参赛人员的位置信息即高尔夫球杆的位置信息；
该多人比赛模块每一个参赛人员均设有单独的VR眼镜、高尔夫球、球定位模块、高尔夫球发球装置、杆定位模块以及高尔夫球杆；不同参赛人员的真实发球点不同，但是定位到虚拟环境中的起始发球点是相同的，所以需要单独的高尔夫球发球装置专门将球放在对应的发球点上。这样使用者在比赛过程中，不需要移动到对应的发球点上，真实环境中参赛人员始终站立在其对应的发球点的附近，也防止了参赛人员在移动时碰撞到室内设备。由于每个参赛人员都需要自己的一套高尔夫球和高尔夫球杆，自然也就需要对应的球定位模块、杆定位模块对球和球杆进行定位。
当多人比赛模块切换至另一个参赛人员的击球过程时，调取该参赛人员上一次击球后的落球点位置，如果是首次击球，则调取起始点位置；读取该参赛人员对应的球定位模块中高尔夫球的位置信息，并将高尔夫球的位置信息定位到落球点位置，将该参赛人员定位在靠近该落球点的位置，切换至该落球点所在的场景；当处于某参赛人员的击球过程时，全部的参赛人员均切换至该参赛人员所处的场景；这样可以在其他参赛人员的击球过程中，以该参赛人员的视角观看该参赛人员的击球过程，方便参赛人员之间进行切磋。
当多人比赛模块进入某参赛人员的击球过程时，由于不需要对参赛人员的球和球杆进行定位，所以该参赛人员对应的球定位模块和杆定位模块工作，其他参赛人员对应的球定位模块和杆定位模块不工作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.高尔夫VR模拟系统，其特征在于，包括VR眼镜、分析模块、3D球场模块、高尔夫球、球定位模块、高尔夫球发球装置、杆定位模块以及高尔夫球杆；
所述高尔夫球杆包括杆头、杆身及设置在杆身上的手持部，还包括设置在杆身上的第一追踪器，第一追踪器用于获取高尔夫球杆的位置信息和角度信息；
高尔夫球发球装置用于自动将高尔夫球放置在指定的发球点；
3D球场模块采用三维图像处理技术还原球场环境；设有多种场景，并显示虚拟高尔夫球的运动轨迹，根据虚拟高尔夫球的运动轨迹生成落球点，用户瞬移至落球点位置继续击球；
球定位模块包括第二追踪器和测速器，第二追踪器靠近发球点位置，用于获取高尔夫球的位置信息；测速器用于获取高尔夫球被击打时的初始速度、旋转速度、偏转角度信息；
杆定位模块用于根据第一追踪器获取的位置信息和角度信息，对高尔夫球杆的杆头进行定位；
分析模块用于获取高尔夫球被击打时的初始速度、旋转速度、偏转角度信息，并根据获取数据生成虚拟高尔夫球的运动轨迹，传输给3D球场模块
所述VR眼镜供使用者佩戴，使得使用者在虚拟环境中看到虚拟高尔夫球的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，所述第二追踪器设置在距离发球点20～400厘米的位置处。
3.根据权利要求1所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，还包括安全站立范围确定模块，用于读取所述高尔夫球的位置信息，并根据读取数据确定使用者安全站立半径，并定义以高尔夫球杆的杆头为圆点，以安全站立半径为半径的圆形区域为安全站立范围。
4.根据权利要求3所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，还包括球网和安全击打范围确定模块；安全击打范围确定模块用于读取所述高尔夫球的位置信息和球网的位置信息，根据读取数据确定安全击打方向及安全击打角度，并定义以高尔夫球为圆点，以安全击打角度为圆心角，朝向安全击打方向的扇形区域为安全击打范围；所述安全击打方向为从高尔夫球到球网的方向。
5.根据权利要求4所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，所述3D球场模块生成落球点后，读取所述球定位模块中高尔夫球的位置信息，并将高尔夫球的位置信息定位到落球点位置，将人定位在靠近落球点的位置，切换至落球点所在的场景；还用于读取所述安全站立范围确定模块中安全站立范围并显示；获取安全击打范围确定模块中的安全击打范围并显示。
6.根据权利要求1所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，还包括练球记录模块，练球记录模块用于存储每次击球过程中的发球点、运动轨迹和落球点，并按照单次练球过程中所有击球过程的时间先后顺序，根据所有击球过程对应的发球点、运动轨迹和落球点生成视频；还支持该视频的存储和回放。
7.根据权利要求6所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，所述练球记录模块还用于将包含同一练球路径的多次练球过程的数据进行对比；练球记录模块将单次练球过程中所有击球过程的运动轨迹关联形成完整的路径并显示，其中每个击球过程形成一个击球段，每个击球段显示本次击球过程中的发球点、运动轨迹、落球点、击球速度和击球角度。
8.根据权利要求7所述的高尔夫VR模拟系统，其特征在于，还包括场景练习模块，供使用者自定义场景练习路径，场景练习路径包括起始点和终点；使用者根据选取的场景练习路径实现一次完整的练球过程；还用于将同一场景练习路径下的多个练球过程进行对比。
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