CN109949644A - 一种基于虚拟现实技术的沉浸悬空方法和装置 - Google Patents

Abstract

现代战争随着科技的提升，单兵作战能力在持续增加，伞兵部队在应对反恐等突发事件时就显得更加重要，而一些军事跳伞地面训练方法具有受伤率较高、耗费时间较多、成本投入较大、组织保障较困难、仿真程度不高等特点，本发明的初衷就是使用虚拟现实技术为训练伞兵或跳伞爱好者提供一种更加真实的地面训练环境，以较大幅度提高地面训练的效果和水平，并且本发明也可用于模拟飞行、悬空、或下坠类的沉浸游戏或体验。

Description

一种基于虚拟现实技术的沉浸悬空方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，尤其是虚拟现实、仿真技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的跳伞模拟系统。

背景技术

跳伞是具有一定危险性的活动，如出现特殊情况，或没有遵循正确程序，跳伞人员受伤或死亡事故时有发生。为提高训练效率，减少危险与事故的发生，地面训练在国内外伞兵训练中都起到了重要作用。而虚拟现实技术目前已经广泛应用在娱乐、教育、军事、医疗等诸多领域，本发明志在通过虚拟现实技术更加逼真的呈现和模拟出跳伞悬空，开伞，控制方向和降落的过程，以达到更加逼真的娱乐、教育等目的。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于虚拟现实技术的悬空方法和装置，能够让人沉浸在空气中，以实现对悬空或坠落状态较逼真的模拟，可以用于伞兵训练、或其他类型的坠落沉浸体验。

根据本公开的一个方面，提供一种虚拟现实技术以提供悬空沉浸体验的场景，包括：风机，出风口，围栏，风道（可选），安全绳支架等设备。

优选地，根据需求来选择普通出风口模式或大型出风口模式，普通出风口模式下一个出风口对应一个风机，此时风机可以布置在出风口下，可以参照图1示意图。

优选地，当风机布置在出风口的正下方时，风机的直径应该尽量大于出风口的直径，以保证出风口边缘也有足够的风力。

优选地，如果风机在风口下面的情况，风口要略小于风机的尺寸，以保证出风口边缘也有足够的风力；风机也可以布置在其他位置，通过风道将风机输出的风引导到出风口；可以通过布置多风机和风道以实现将风集中到一个较大出风口来实现多人同时在一个出风口上交互、接触和体验。

优选地，需要布置大型出风口以满足多人同场景体验时，将多个风机通过风道将空气输出到大型出风口，以保证出风口的风速，可以参照图2示意图。

优选地，风口处的围栏成一个圆梯形的向外散的形状（参照图1或图2），并且外散的角度可调节，具体调节方式是通过调节支架来调节支架支撑的较透明材质组成的围栏，较透明的围栏材质平铺起来是扇形，这么做是为了一定程度上增加气压在离出风口越远的地方的气压下降速度，气压下降的越快就越不容易出现将人吹飞到天花板的情况，并且可以减弱可能出现的人忽上忽下的颤动，当然即便是拥有这种围栏，也需要在围栏上增加网，以应对突发事件，多层次保证安全。

优选地，每个体验人员都有一个专用的安全绳支架，用于固定安全绳，并且有导轨之类能够让安全绳在必要的时候快速滑动脱落的装置。

可选地，为了模拟高空较缺氧状态，可以对场景进行封闭，并在空气中添加非氧气类气体来降低氧气比例，此时应添加氧气报警装置或配备氧气面罩，以免出现缺氧。

优选地，手带和腿带可以是相连的，并且增加风阻带，风阻带可以在背包上固定以达到更好的效果。

根据本公开的一个方面，提供一种基于虚拟现实技术以提供更逼真沉浸悬空体验的装备，包括：背包是一直拴在安全绳上固定在空中的，体验者首先穿上手带和腿带，进入到体验区的出风口上，穿上背包，戴上眼镜、耳机、头盔之后开启风机，当体验者通过正面倒下或正面向前跃起离开地面之后，会进入漂浮状态，此时收短安全绳，并将安全绳再次固定在着陆模拟传感器上。

优选地，头盔、手带和腿带是指定样式，以方便计算机视觉识别。

可选地，在最初阶段，可以根据风机输出风速结合虚拟现实3D世界提示可以跳了，此时参与者正面朝下卧倒或正面向前跳跃，可以飞起来。

优选地，背包上带有一个传感器开关，用以发送开伞的信号，可以在被体验者拉开的时候将开伞信号传递给虚拟现实模拟计算机，虚拟现实模拟计算机会关闭或大幅减小风机功率，并在合适的时间修改虚拟现实眼镜中的视频和音频以配合开降落伞体验。

可选地，着陆模拟传感器中固定安全绳的部分可以是钩子或其他类型的开关，在着陆模拟传感器收到信号时松开安全绳，之后体验者会着地，从而模拟真实跳伞着地。

可选地，可以根据成本和需求选择无线或有线眼镜，以及一体机，如果是一体机的实施方案可以将一体机放置在背包中。

根据本公开的一个方面，提供一种基于虚拟现实技术的悬空方法，以结合如上所述让人悬空的装置，包括：通过软硬件结合来将越出舱、在空中飘、开伞、开伞之后的滑翔以及降落的过程都可以尽可能的模拟出来。

可选地，在参与者进入体验区之前，可以通过摄像头收集此人的迎风面，根据固定距离的迎风面积大小和体重，能够计算出所需要的风机功率，可以实现设定在风机达到此功率时，在虚拟现实世界中给出跳伞提示，体验者做跃起的动作，由于围栏的形状会一定程度上增加出风口上气压下降的速度，最终体验者会较平稳的漂浮在空中。

优选地，在漂浮过程中，布置在顶上的摄像头会通过计算机视觉识别出四肢的位置，根据事先准备的经验库可以知道此动作带来的偏移和速度，将这些信息传递给虚拟现实计算机以修改体验者看到的画面和音频。

可选地，在成本允许的情况下，布置在顶部的摄像头还可以根据体验者的头盔识别出体验者的大约高度，以微调风机的输出功率，来控制体验者在最优的体验高度。

优选地，模拟降落伞开伞时，体验者可以拉背包上的开伞传感器，传感器将信号传递到虚拟现实计算机，计算机会通知风机停止或大幅降低转速，并在合适的时机修改眼镜看到的画面和音频，玩家会感受到一种向上的拖拽感，较符合真实开伞的现实。

优选地，开伞之后背包中会坠下两个拉力传感器，体验者可以左右手拉拽来模拟开伞后的飘移，拉力传感器可以将信号发送给虚拟现实计算机，计算机会根据事先准备的经验数据来决定画面的移动情况。

优选地，在达到某种条件时，会触发降落模拟过程，具体的实施特征是着陆模拟传感器会放开之前固定住的一部分安全绳，并将信号发送至虚拟现实计算机，计算机按照着陆流程来处理视频和音频输出，之后体验者也会真的落在地面（出风口上的网格型罩），此时完全关闭风机（如果之前没有完全关闭的话）。

可选地，可以在大型出风口中进行多人一起体验同时跳伞，并且在空中有交互，包括但不限于身体和语音上的交互，布置在顶部的计算机会将识别出的每个人的位置、朝向、四肢样子等信息广播给每个参与者的虚拟现实计算机，以达到让体验者互相看到对方的目的。

可选地，也可以通过互联网来让处在不同出风口的若干体验者同时体验跳落过程，然后通过网络连接来同步必要数据，此种实施方案的优点是可能会比大型出风口方案减少了风机数量和成本，缺点是同时体验的体验者由于不在一个出风口中，所以无法进行肢体上的真实感受的交流。

优选地，可以在较大型出风口上进行多人同时训练、游戏、花式跳伞的演练等，此种模式下可以根据计算机硬件环境来选择每个体验者一台虚拟现实计算机，之后将这些虚拟现实计算机联网来交换数据的方法，也可选择多人连接到同一台虚拟现实计算机的方法。

可选地，安装在顶部的摄像头还可以根据人员佩戴的头盔的大小来算出高度，可以根据这个高度来微调风机的输出。

优选地，要在围栏上布设软网来防止人员被吹出围栏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：风机、风口和围栏的一种布局示意图，侧视图。

图2：一种多个风机制作大型风口的布局示意图，侧视图。

以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种为基于虚拟现实技术以提供悬空体验的场景，其特征在于，包括：风机，出风口，围栏，风道（可选），安全绳支架等设备；

所述风机是一组或多组鼓风设备，能够将空气送入出风口喷出，并能够根据信号调节输出功率；

所述出风口是将风机送入的空气喷出的地方，有网格型罩住以免人整体掉进去；

所述围栏是在出风口上围成一个扩散圆柱梯形的装置，材质可透明，可使用软性材质，尽量不透气，支撑架可调整角度，除了保护体验者以外，还可以一定程度上影响气压下降的速度；

所述风道（可选）是引导风机输出的气体流向的设备，主要用于多风机时输送气体，也可用于风机不在出风口正下方时向出风口输送气体；

所述安全绳支架是用来将安全绳索固定在高处以防止体验者重重的摔在地面的装置上。

2.一种基于虚拟现实技术以提供更逼真沉浸悬空体验的装备，其特征在于，包括：背包、头盔、手带、腿带；

所述背包是人可以背在后背的背包，背包上连接的较细缆绳用以作为安全绳或模拟降落伞连接绳，并带有必要传感器；

所述手带是穿着在手臂上增加风阻或标识的穿戴装备；

所述腿带是穿着在腿上增加风阻或标识的穿戴装备；

所述手带和腿带可以是一体的，以增加风阻，在负重训练的情况下可能腿带和手带都需要是一体的，中间的连接部分可以在背包上固定以降低噪音或增加稳定性；

头盔是对头具有一定保护作用、并具有一定标识特征、且不影响眼镜和耳机佩戴的装备。

3.一种基于虚拟现实技术以提供悬空体验的方法，其特征在于，包括：

步骤一：体验者穿戴上手带、腿带、头盔，进入场地、穿戴上背包、佩戴眼镜、带上耳机；

步骤二：打开风机，让人升起来，之后通过将安全绳末端再次固定以减少背包上的安全绳的指定长度（例如半米左右）；

步骤三：体验者在悬空状态下可以做各种动作，如果产生实际位移最终会被背包上的安全绳拽住而不会碰到围栏，围栏顶上布置的相机会根据人的动作进行识别，根据经验库获得动作的响应信息，将信息发送给虚拟现实环境模拟计算机来更新体验者所处的虚拟现实沉浸环境的影像和声音；

步骤四：体验者在必要时拉背包上的降落伞开关传感器来模拟打开降落伞，传感器会将指令发送给虚拟现实计算机，经虚拟现实计算机处理后，信号会被转发给风机，风机停转或大幅降低转速，体验者落下，被背包上的安全绳拉住，身体状态也变成操作降落伞时的状态了，由于在“步骤二”中安全绳被拉短了一部分，并且固定住，所以此时体验者的双脚仍是离开地面的；

步骤五：体验者操作降落伞拉绳模拟装置来模拟真实操作降落伞的过程，左右手拉绳传感器将拉力信号发送给虚拟现实计算机来完成对虚拟现实环境的视频和音频的影响，更新后的信号通过眼镜和耳机表达出来；

步骤六：可以结合虚拟现实环境中的虚拟落地来模拟真实降落伞的落地过程，将落地信号传递给安全绳固定装置，安全绳固定装置将“步骤二”中固定的安全绳松开，这样会将人放下来，通过将悬空的人落地来模拟真实降落伞降落地面时的地面冲击。

4.根据权利要求3所述的“步骤一”，其特征在于，体验者穿戴上手带、腿带、头盔，进入场地、穿戴上背包、佩戴眼镜、带上耳机，包括：

所述手带就是穿在手臂上的用来增加风阻或标识的特定穿戴装备；

所述腿带就是穿在腿上的用来增加风阻或标识的特定穿戴装备；

所述手带和腿带可以是一体的，也可以是分开的；

所述头盔是对头具有一定保护作用、并具有一定特征标识，并且不影响眼镜佩戴的装备；

所述背包是人可以穿在后背的背包，背包上连接的较细缆绳用以作为安全绳，以及模拟降落伞连接绳，背包可以用来容纳部分必要装备，例如对于个别使用一体机的实施方案中，可以将一体机放置在背包中；

所述眼镜可以是有线，也可以是无线，有线时也可以直接连接一体机或电脑以获得流畅的图像；

所述耳机是播放音频的设备，在成本允许的情况下也可以省去耳机，而是使用环绕立体声音响（有线或无线音箱）来提供更真实的体验。

5.根据权利要求3所述的“步骤二”，其特征在于，打开风机，让人升起来，之后通过将安全绳末端再次固定以减少背包上的安全绳的指定长度（例如半米左右），包括：

体验者戴上眼镜之时，首先眼镜可以显示默认过场画面以避免显示黑屏而影响体验；

打开风机后，体验者会飞起来（或可以正面朝下跳起到空中漂浮），之后缩短安全绳的长度并固定在着陆模拟传感开关上，以备未来模拟着陆的过程和相关冲击；

如果预算满足，可以增加根据人的体重，和正面拍照来估算大约的受风面积，并通过计算机经验库计算来初始风速和风机初始功率；

作为一种可选的实施方式，所述估算大约受风面积的装置可以是一个带摄像头的电子设备，人站在指定距离拍照后，根据照片中人像来计算出受风面积，再根据重量等因素从经验库决定风机的大致功率。

6.根据权利要求3所述的“步骤三”，其特征在于，体验者在悬空状态下可以做各种动作，如果产生实际位移最终会被背包上的安全绳拽住而不会碰到围栏，围栏顶上布置的相机会根据人的动作进行识别，根据经验库获得动作的响应信息，将信息发送给虚拟现实环境模拟计算机来更新体验者所处的虚拟现实沉浸环境的影像和声音，包括：

安装在顶部的相机会捕捉体验者的图像帧，通过计算机视觉来识别出头和四肢的朝向和姿势，根据事先准备的经验库来判断具体的动作，并且根据经验库模拟在实际坠落的过程中的位移，将信号发送至虚拟现实计算机，以修改虚拟现实3D世界中此体验者的相机视角位置或朝向等信息，从而完成模拟在天空的滑翔等动作的过程；

由于本发明较逼真，所以体验者在空中做动作的时候，有一些动作会引起体验者发生实际位移，此时背包上的安全绳会拽住体验者，以免体验者重重的撞到围栏等。

7.根据权利要求3所述的“步骤四”，其特征在于，体验者在必要时拉背包上的降落伞开关传感器来模拟打开降落伞，传感器会将指令发送给虚拟现实计算机，经虚拟现实计算机处理后，信号会被转发给风机，风机停转或大幅降低转速，体验者落下，被背包上的安全绳拉住，身体状态也变成操作降落伞时的状态了，由于在“步骤二”中安全绳被拉短了一部分，并且固定住，所以此时体验者的双脚仍是离开地面的，包括：

根据成本需求，可以选择较快速停止的风机和相对自然停止的风机，以满足足够的体验需求；

由于此时上升推力消失，体验者下降过程中会被背包拽住，会有明显的拖拽感，较符合真实开伞时的感受；

可以在这一环节增加模拟打开降落伞失败，或者降落伞缠绕身体的各种状态，根据现有环境尽量模拟以训练或体验应急事件。

8.根据权利要求3所述的“步骤五”，其特征在于，体验者操作降落伞拉绳模拟装置来模拟真实操作降落伞的过程，左右手拉绳传感器将拉力信号发送给虚拟现实计算机来完成对虚拟现实环境的视频和音频的影响，更新后的信号通过眼镜和耳机表达出来，包括：

拉力传感器通过网络将拉力信号发送给负责虚拟现实成像的计算机或直接发送给无线眼镜或其连接的相关设备来影响开伞阶段的虚拟现实环境体验。

9.根据权利要求3所述的“步骤六”，其特征在于，可以结合虚拟现实环境中的虚拟落地来模拟真实降落伞的落地过程，将落地信号传递给安全绳固定装置，安全绳固定装置将“步骤二”中固定的安全绳松开，这样会将人放下来，通过将悬空的人落地来模拟真实降落伞降落地面时的地面冲击，包括：

在需要较逼真模拟落地的场景中，可以对绑安全绳以暂时缩短的装置增加开关控制器，在适当的时候松开固定住的安全绳让人着陆地面，开关控制器可以接收负责虚拟现实3D表现的计算机的控制信息，来执行松开安全绳的动作。

10.一套存储在计算机可读写介质中的计算机视觉人工智能软件系统，可以识别出头盔、手带和腿带，并且能够判断体验者的高度，可以给风机发送微调信号。

11.一种计算机可读写介质，其上存储有计算机程序和相关数据，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现本发明的虚拟现实模拟相关功能和内容。

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

一个或多个显卡；

存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本发明的相关功能，并将结果通过显卡来得到视频输出。

13.一种传感器，其特征在于，包括：

将操作在某种情况下转换成电子信号，并能够通过有线或无线联网将信号传递给相应处理模块。

14.一种可遥控的开关，其特征在于，包括：

可以固定安全绳之类的装备，并且能够在收到电子信号之后较迅速打开以释放安全绳。

15.一种可根据参与者在指定距离的正面拍照和体重信息来决定风机功率的设备，其特征在于，包括：

一个或多个摄像头；

一个或多个处理器；

计算机视觉经验库及存储介质；

对外输出结果或信号的装置。