CN106924969B - 一种基于vr技术的室内足球模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VR技术的室内足球模拟系统，所述模拟系统包括用于显示体感游戏界面的屈屏、场地、VR眼罩、支架；所述支架具有一个等边三角形的顶板位于所述场地的正上方，所述顶板通过承重绳与穿戴在运动员身上的背带连接；所述模拟系统还包括存储装置，处理器和摄像装置。本发明通过采用支架与背带的设计，解决了现有的VR技术只能在用户视觉感官上进行体验，无法与实际大肢体运动项目进行结合，进行健身锻炼的问题，所述支架将使用者进行悬空并且将脚触底，能够实现在局限的空间范围内为运动者提供无限场地的感官效果。

Description

一种基于VR技术的室内足球模拟系统

技术领域

本发明涉及体感游戏系统领域，具体的说，是一种基于VR技术的室内足球模拟系统。

背景技术

随着人们生活节奏的不断加快，以及长期处于较高压力和负荷下进行工作，身体亚健康状况已经覆盖了大部分城市上班一族，尤其是从事工作时间长，无规律或者倒班的工作岗位。因此，锻炼身体不再是中老年朋友的项目，也是上班一族的年轻人坚持并热衷于的一件事情；由于繁琐的工作和城市快节奏的生活方式导致了人们通常没有足够的时间外出散步或、跑步或者单独到游泳馆、健身房进行健身，加之专业健身房的价格高昂，其受众人群相对较少。

由于体感游戏同时具有娱乐和健身的作用，且成本低，使用灵活，可利用家里的电视即可实现足不出户体验娱乐和健身带来的双重功效而深受人们的喜爱。体感游戏系统是通过将系统内固有的包含一定动作的视频游戏展示出来，指导人们进行相应动作，实现人机交互，并在人机交互的过程中通过人们的自身动作而达到锻炼目的的系统。

现有的体感游戏系统通常是利用VR设备进行视频感官的游戏互动，涉及人们实际身体动作的运动的相对比较少，尤其是涉及实体足球运动项目，需要进行较大的肢体动作的就更是寥寥无几了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于VR技术的室内足球模拟系统，用于解决背景技术中提到的现有体感游戏系统具有较强的局限性，不能适用于足球运动在室内的局限空间进行的问题；同时本发明还能够根据使用者的运动情况采集使用者的身体信息，估算在运动中消耗的热量，以为运动者提供一个健身强度的参考。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于VR技术的室内足球模拟系统，所述模拟系统包括用于显示体感游戏界面的屈屏，设置在所述屈屏内部的场地，佩戴在运动员身上的VR眼罩，以及用于支撑运动员重量的支架；所述VR眼罩的任意一个镜片为透视镜片，所述支架具有一个等边三角形的顶板位于所述场地的正上方，所述顶板通过承重绳与穿戴在运动员身上的背带连接；所述模拟系统还包括用于存储体感游戏数据包的存储装置，以及分别与所述屈屏和存储装置连接的处理器，以及佩戴在用户身体上用于采集用户运动数据的侦测装置和用于采集用户实时动作状态的摄像装置；所述的侦测装置连接有信号发射模块，所述信号发射模块和与所述处理器连接的信号接收模块通信连接，所述摄像装置与处理器电连接，所述处理器还连接有用于传感用户体温的温度传感器，脉搏传感器，以及提供声音的扬声器。

优选地，所述侦测装置包括内置的三轴陀螺仪和重力传感器；所述屈屏半径大于2.5米，曲率角度大于180°的整屏或者组合屏。

优选地，还包括用于增加、删除或者调用体感游戏数据包的人体学输入设备和数据接口；所述人体学输入设备包括鼠标、键盘和手写板，所述数据接口包括USB、VGA和话筒接口。

优选地，所述背带上还设置有弹性绷带并与顶板连接，所述弹性绷带数量为三条且任意两条弹性绷带在同一水平面之间的距离相同。

优选地，所述场地靠近边缘处设置有多个硅胶柱，相邻两个硅胶柱之间连接有硅胶带，所述硅胶柱与硅胶带围成一个半径为0.8-1.2米的圆。

优选地，所述硅胶柱的高度为25-40厘米。

值得说明的是：当运动员/使用者根据屈屏和VR眼罩提供的视频信息需要进行踢球、带球或者射门时，运动员/使用者无论处于任何转角角度都能触及到硅胶柱或者硅胶带，带来的触感更为真实，避免了现有的VR系统只能在视觉感官上进行立体展现，而不能将实际的触感进行客观呈现的问题。

在视觉感官、肢体触感满足的情况下本发明还将模拟足球数据包的声音，以进一步的提高使用者的感官效果。

优选地，所述场地为上部设置有容纳腔，下部设置有多个支脚的金属板，所述容纳腔内的填充物为沙、碎石、尼龙线及塑料薄片的混合物。

所述基于VR技术的室内足球模拟系统的工作原理具体如下：

用户通过人体学输入设备选择相应的足球运动项目，并发送至处理器；处理器调用存储装置内的项目数据包并同时将视频信号发送至屈屏8，将音频信息发送至扬声器，并通过无线通信的方式与所述VR眼罩进行无线通信。

由于本发明所述的VR眼罩并非现有的VR眼罩或者VR头盔，现有的VR眼罩或者VR头盔都是全封闭视角，用户观看到的所有成像都是虚拟成像，虽然立体的感官很好，但是在足球运动中自身的运动和参与度，以及对于运动的感知较弱。因此，本发明采用了半透视的VR眼罩，及其中一个眼睛看到的是VR眼罩本身虚拟成像的足球，并没有其他对应的足球场地上的信息，另一只眼睛看到的信息是来自于屈屏上显示的关于场地的转换以及自身运动的信息。

为了避免使用较大场地才能实现足球运动的真实性，又克服小场地带来的运动员不能实现较大肢体动作的问题，本发明采用将运动员悬挂的方式解决运动员在小范围内实现肢体动作的问题，结合VR眼罩及屈屏的立体成像，让运动员在原地进行肢体动作，而感受的是立体的奔跑和足球运动。

本发明将所述场地为上部设置有容纳腔，下部设置有多个支脚的金属板，所述容纳腔内的填充物为沙、碎石、尼龙线及塑料薄片的混合物，上述设置既解决了运动员因悬空而失去奔跑过程中离地的感觉，又避免了与实地接触，不能打滑而需要更大的场地的问题。

本发明在保存运动员运动的视频时，会根据安装在运动员身体上的温度传感器、脉搏传感器和摄像装置来获取运动员的实际运动情况及身体的热量消耗情况，并结合处理器内置的算法得到运动员在足球模拟系统中的运动效果。

具体为：佩戴在用户身体上的侦测装置实时采集用户的运动信息并发送至处理器，所述运动信息包括瞬时速度v、加速度a；摄像装置将用户的实时运动图像信息发送至处理器。

处理器将一个时间周期Δt内采集的数据信息通过内置于处理器内的固定积分计算公式获得用户的运动轨迹曲线并对应生成数据包在存储装置中进行自动存储，以供后期计算运动员在上述Δt时间内消耗的理论热量值，供运动员查看和参考。

所述Δt内的轨迹曲线积分计算公式具体为：

从时刻t0到时刻t，连续时间域中位移s(t)，速度v(t)和加速度a(t)的计算公式如下：

令Δt＝t0-t1＝t2-t1＝t3-t2＝……＝tn-tn-1，Δt为时间间隔，则当n大于1时，n时刻的速度

n时刻单轴移动的距离

所述侦测装置内置的三轴陀螺仪在X、Y、Z轴上的瞬时运动速度分别为：

则t时刻侦测装置在三维空间的瞬时运动速度为：

对应t时刻目标物体沿X、Y、Z轴的运动位移分别为：

在t-Δt时间段内，侦测装置在空间运动位移为：

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过采用支架与背带的设计，解决了现有的VR技术只能在用户视觉感官上进行体验，无法与实际大肢体运动项目进行结合，进行健身锻炼的问题，所述支架将使用者进行悬空并且将脚触底，能够实现在局限的空间范围内为运动者提供无限场地的感官效果。

(2)本发明增设有脉搏传感器和温度传感器，能够随时显示用户的心跳和体温变化，让用户掌握健身消耗的热量及劳动强度，能够将健身实现科学管理。

(3)本发明通过精准的三轴陀螺仪采集用户不同部位的运动方向和速度变化，通过公式精确的拟合出用户实际的空间运动轨迹，将准确的视频数据保存到存储装置中以备使用者进行查看。

(4)本发明利用硅胶柱和硅胶带替代真实足球，并实现360°围绕，能够在使用者的任何时刻，任何角度都能保证能够踢球，且给使用者带来真实的触感。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为运动员踢球的实景示意图；

图4为运动员通过VR眼罩的感官示意图；

其中1-支架；2-顶板；3-承重绳；4-弹性绷带；5-背带；6-场地；7-支脚；8-屈屏；9-硅胶柱；10-硅胶带；11-VR眼罩。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1-4所示，一种基于VR技术的室内足球模拟系统，所述模拟系统包括用于显示体感游戏界面的屈屏8，设置在所述屈屏8内部的场地6，佩戴在运动员身上的VR眼罩11，以及用于支撑运动员重量的支架1；所述VR眼罩11的任意一个镜片为透视镜片，所述支架1具有一个等边三角形的顶板2位于所述场地6的正上方，所述顶板2通过承重绳3与穿戴在运动员身上的背带5连接；所述模拟系统还包括用于存储体感游戏数据包的存储装置，以及分别与所述屈屏8和存储装置连接的处理器，以及佩戴在用户身体上用于采集用户运动数据的侦测装置和用于采集用户实时动作状态的摄像装置；所述的侦测装置连接有信号发射模块，所述信号发射模块和与所述处理器连接的信号接收模块通信连接，所述摄像装置与处理器电连接，所述处理器还连接有用于传感用户体温的温度传感器，脉搏传感器，以及提供声音的扬声器。

优选地，所述侦测装置包括内置的三轴陀螺仪和重力传感器；所述屈屏8半径大于2.5米，曲率角度大于180°的整屏或者组合屏。

优选地，还包括用于增加、删除或者调用体感游戏数据包的人体学输入设备和数据接口；所述人体学输入设备包括鼠标、键盘和手写板，所述数据接口包括USB、VGA和话筒接口。

优选地，所述背带5上还设置有弹性绷带4并与顶板2连接，所述弹性绷带4数量为三条且任意两条弹性绷带4在同一水平面之间的距离相同。

优选地，所述场地6靠近边缘处设置有多个硅胶柱9，相邻两个硅胶柱9之间连接有硅胶带10，所述硅胶柱9与硅胶带10围成一个半径为0.8-1.2米的圆。

优选地，所述硅胶柱9的高度为25-40厘米。

值得说明的是：当运动员/使用者根据屈屏8和VR眼罩11提供的视频信息需要进行踢球、带球或者射门时，运动员/使用者无论处于任何转角角度都能触及到硅胶柱9或者硅胶带10，带来的触感更为真实，避免了现有的VR系统只能在视觉感官上进行立体展现，而不能将实际的触感进行客观呈现的问题。

在视觉感官、肢体触感满足的情况下本发明还将模拟足球数据包的声音，以进一步的提高使用者的感官效果。

优选地，所述场地6为上部设置有容纳腔，下部设置有多个支脚7的金属板，所述容纳腔内的填充物为沙、碎石、尼龙线及塑料薄片的混合物。

所述基于VR技术的室内足球模拟系统的工作原理具体如下：

用户通过人体学输入设备选择相应的足球运动项目，并发送至处理器；处理器调用存储装置内的项目数据包并同时将视频信号发送至屈屏8，将音频信息发送至扬声器，并通过无线通信的方式与所述VR眼罩进行无线通信。

由于本发明所述的VR眼罩11并非现有的VR眼罩或者VR头盔，现有的VR眼罩或者VR头盔都是全封闭视角，用户观看到的所有成像都是虚拟成像，虽然立体的感官很好，但是在足球运动中自身的运动和参与度，以及对于运动的感知较弱。因此，本发明采用了半透视的VR眼罩11，及其中一个眼睛看到的是VR眼罩11本身虚拟成像的足球，并没有其他对应的足球场地上的信息，另一只眼睛看到的信息是来自于屈屏8上显示的关于场地的转换以及自身运动的信息。

为了避免使用较大场地才能实现足球运动的真实性，又克服小场地带来的运动员不能实现较大肢体动作的问题，本发明采用将运动员悬挂的方式解决运动员在小范围内实现肢体动作的问题，结合VR眼罩11及屈屏8的立体成像，让运动员在原地进行肢体动作，而感受的是立体的奔跑和足球运动。

本发明将所述场地6为上部设置有容纳腔，下部设置有多个支脚7的金属板，所述容纳腔内的填充物为沙、碎石、尼龙线及塑料薄片的混合物，上述设置既解决了运动员因悬空而失去奔跑过程中离地的感觉，又避免了与实地接触，不能打滑而需要更大的场地的问题。

本发明在保存运动员运动的视频时，会根据安装在运动员身体上的温度传感器、脉搏传感器和摄像装置来获取运动员的实际运动情况及身体的热量消耗情况，并结合处理器内置的算法得到运动员在足球模拟系统中的运动效果。

具体为：佩戴在用户身体上的侦测装置实时采集用户的运动信息并发送至处理器，所述运动信息包括瞬时速度v、加速度a；摄像装置将用户的实时运动图像信息发送至处理器。

处理器将一个时间周期Δt内采集的数据信息通过内置于处理器内的固定积分计算公式获得用户的运动轨迹曲线并对应生成数据包在存储装置中进行自动存储，以供后期计算运动员在上述Δt时间内消耗的理论热量值，供运动员查看和参考。

所述Δt内的轨迹曲线积分计算公式具体为：

从时刻t0到时刻t，连续时间域中位移st，速度vt和加速度at的计算公式如下：

令Δt＝t0-t1＝t2-t1＝t3-t2＝……＝tn-tn-1，Δt为时间间隔，则当n大于1时，n时刻的速度

n时刻单轴移动的距离

所述侦测装置内置的三轴陀螺仪在X、Y、Z轴上的瞬时运动速度分别为：

则t时刻侦测装置在三维空间的瞬时运动速度为：

对应t时刻目标物体沿X、Y、Z轴的运动位移分别为：

在t-Δt时间段内，侦测装置在空间运动位移为：

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明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，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于VR技术的室内足球模拟系统，其特征在于：所述模拟系统包括用于显示体感游戏界面的屈屏（8），设置在所述屈屏（8）内部的场地（6），佩戴在运动员身上的VR眼罩（11），以及用于支撑运动员重量的支架（1）；所述VR眼罩（11）的任意一个镜片为透视镜片，所述支架（1）具有一个等边三角形的顶板（2）位于所述场地（6）的正上方，所述顶板（2）通过承重绳（3）与穿戴在运动员身上的背带（5）连接；所述模拟系统还包括用于存储体感游戏数据包的存储装置，以及分别与所述屈屏（8）和存储装置连接的处理器，以及佩戴在用户身体上用于采集用户运动数据的侦测装置和用于采集用户实时动作状态的摄像装置；所述的侦测装置连接有信号发射模块，所述信号发射模块和与所述处理器连接的信号接收模块通信连接，所述摄像装置与处理器电连接，所述处理器还连接有用于传感用户体温的温度传感器，脉搏传感器，以及提供声音的扬声器；所述背带（5）上还设置有弹性绷带（4）并与顶板（2）连接，所述弹性绷带（4）数量为三条且任意两条弹性绷带（4）在同一水平面之间的距离相同；所述场地（6）靠近边缘处设置有多个硅胶柱（9），相邻两个硅胶柱（9）之间连接有硅胶带（10），所述硅胶柱（9）与硅胶带（10）围成一个半径为0.8-1.2米的圆；当使用者根据屈屏（8）和VR眼罩（11）提供的视频信息需要进行踢球、带球或者射门时，使用者无论处于任何转角角度都能触及到硅胶柱（9）或者硅胶带（10），利用硅胶柱（9）和/或硅胶带（10）代替真实足球；佩戴在用户身体上的侦测装置实时采集用户的运动信息并发送至处理器，所述运动信息包括瞬时速度v、加速度a；摄像装置将用户的实时运动图像信息发送至处理器；处理器将一个时间周期Δt内采集的数据信息通过内置于处理器内的固定积分计算公式获得用户的运动轨迹曲线并对应生成数据包在存储装置中进行自动存储，以供后期计算运动员在上述Δt时间内消耗的理论热量值，供运动员查看和参考；

所述Δt内的轨迹曲线积分计算公式具体为：

从时刻t0到时刻t，连续时间域中位移st，速度vt和加速度at的计算公式如下：

，

令Δt＝t0-t1＝t2-t1＝t3-t2＝……＝tn-tn-1，Δt为时间间隔，则当n大于1时，

n时刻的速度

，

n时刻单轴移动的距离

，

所述侦测装置内置的三轴陀螺仪在X、Y、Z轴上的瞬时运动速度分别为：

，

则t时刻侦测装置在三维空间的瞬时运动速度为：

，

对应t时刻目标物体沿X、Y、Z轴的运动位移分别为：

，

在t-Δt时间段内，侦测装置在空间运动位移为：

。

2.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的室内足球模拟系统，其特征在于：所述侦测装置包括内置的三轴陀螺仪和重力传感器；所述屈屏（8）为半径大于2.5米，曲率角度大于180°的整屏或者组合屏。

3.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的室内足球模拟系统，其特征在于：还包括用于增加、删除或者调用体感游戏数据包的人体学输入设备和数据接口；所述人体学输入设备包括鼠标、键盘和手写板，所述数据接口包括USB、VGA和话筒接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的室内足球模拟系统，其特征在于：所述硅胶柱（9）的高度为25-40厘米。

5.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的室内足球模拟系统，其特征在于：所述场地（6）为上部设置有容纳腔，下部设置有多个支脚（7）的金属板，所述容纳腔内的填充物为沙、碎石、尼龙线及塑料薄片的混合物。

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