CN109992902A - 一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法，其特点是采用VR技术构建三维沉浸式船舶舱室体验系统，将计算机导入预先设定的舱室模型，生成舱室三维场景，体验者通过头戴三维显示设备以任意角度观察舱室三维场景，并用操作手柄与舱室场景交互，进行场景更换、材质替换及物品移动，感受到空气流动、温度、光线和声音的变化。本发明与现有技术相比具有产生沉浸效果，在视觉、心境、感受上营造近似于真实的体验，让用户在虚拟舱室内通过互动选择，完成对舱室设计方案，提高设计质量，缩短设计周期，节约设计成本。

Description

一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法

技术领域

本发明涉及船舶舱室内装设计技术领域，尤其是一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法。

背景技术

船舶内装设计是船舶设计的重要组成部分，传统的内装设计大多数通过图纸和效果图形式表达，不够直观真实，无法动态实时变更设计风格以及设计属性信息，用户体验不高，如果建立实体样板舱，则存在更新迭代快且成本高等缺点。目前，随着虚拟现实技术的发展，船舶装饰设计展示手段日益非富，并由传统的二维图像向三维沉浸式效果拓展。在一般情况下，体验者可以通过桌面的全景技术或头戴式三维沉浸式技术感受设计效果，也可以通过一定的方式进行交互，但更多的停留在单纯的视觉体验上。

现有技术很难使用户在设计前期就真正融入参与到船舶内装设计中，实时获得不同的设计风格，并进行舱室信息属性的可视化表达，用户体验度差。因此，一种基于VR技术的舱室体验系统，在VR三维沉浸式技术的基础上，结合手柄等硬件设备与场景实现交互，同时音响设备、空调、阵列红外灯及阵列风机产生的音、温度、光照以及空气流动效果，为体验者在视觉、心境、感受上营造近似于真实的体验，是船舶舱室装饰设计中重要的发展方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法，采用VR技术的船舶虚拟样舱，结合手柄等硬件设备与场景实现交互，同时音响设备、空调、阵列红外和风机产生的音、温度、光照以及空气流动效果，为体验者在视觉、心境、感受上营造近似于真实的体验，大大提升了用户体验的满意度，结构简单，使用方便，通过互动选择不同风格的方案，完成对方案的实时互动可编辑的功能需求，提高设计质量，缩短设计周期，节约设计成本。

本发明的目的是这样实现的：一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法，其特点是采用VR技术构建三维沉浸式船舶舱室体验系统，将计算机生成的三维舱室场景输入到头戴三维显示设备产生沉浸效果，配合操作手柄营造近似于真实的体验，所述计算机包括：舱室场景导入模块、舱室场景生成模块、光线控制模块、船舶升摇控制模块、摄像机控制模块、位置采集模块、声音采集模块、光线采集模块、手柄控制模块、模型节点控制模块、红外灯控制模块、风力控制模块、空调控制模块和通讯处理模块；所述计算机与头戴三维显示设备、场景摄像机和操作手柄连接后导入预先设定的舱室模型，船舶舱室体验系统立即生成舱室三维场景，并将其输入头戴三维显示设备，体验者通过头戴三维显示设备以任意角度观察舱室三维场景，使用操作手柄与舱室场景交互，进行场景更换、材质替换及物品移动，体验者在操作过程中可以感受到空气流动、温度、光线和声音的变化，具体体验按下述步骤进行：

（一）场景构建

舱室场景导入模块将预先制作的舱室场景模型进行加载，同时光线控制模块对场景中的模拟阳光的直射光光照强度、照射角度进行调整，生成一定光照条件下的三维舱室场景输入摄像机控制模块。

（二）摄像机控制

摄像机控制模块读取头戴三维显示设备的位置及角度信息，得到体验者在场景中的观察位置及观察角度，并赋给场景摄像机，然后将场景摄像机所采集的场景图像传输给头戴三维显示设备，为体验者提供视觉体验，在此过程中，船舶升摇控制模块对摄像机位置、船舶舱室纵模摇中心位置以及需要纵横摇角度进行矢量运算，产生船舶摇晃时舱室里内的视觉效果，具体摇晃幅度大小及周期根据所对船舶具体参数设定。

（三） 位置判断

位置采集模块将摄像机控制模块获取场景摄像机位置，以及场景中对应体验者位置分别输入风力控制模块和空调控制模块，并由通讯处理模块将控制信号发送给空调和阵列风机， 使其产生室外海风流动及开门、窗的空气对流以及温度变化的场景效果，同时将控制信息输入声音采集模块。

（四）声音采集

声音采集模块通过采集监测点与主摄机位置绑定的形式，将获取的听觉音效由通讯处理模块发送给音响，营造海浪、物品碰撞、磨擦或掉落的声音效果，同时输入光线采集模块，所述听觉音效为船舶噪音、海浪声以背景声形式进行播放，舱室场景中门、窗的物品移动所发出的声音以触发形式进行播放。

（五）光线采集

光线采集模块通过采集监测点与主摄机位置绑定的形式，将获取场景中对应体验者位置的光照类型及光照强度接入红外灯控制模块，并由通讯处理模块将控制信号发送给阵列红外灯，使其产生室外阳光照射及室内的透窗照射阳光的光照效果，同时将其输入手柄控制模块。

（六）交互控制

手柄控制模块实时获取手柄位置与按键触发信息映射到舱室场景中，供体验者观察操作，同时通过模型节点控制模块输入风力控制模块和空调控制模块，当场景中为可触发操作的位置时，通过判断体验者在操作手柄上的按键信息，对场景中所对应的场景模型及材质进行替换；当场景中操作手柄的位置物品为可移动物品时，根据手柄控制模块所采集的位置变化与按键触发信息，使对应的模型随之移动或旋转，同时触发预先设定的声音进行播放，产生音效；若判断所移动或旋转的物品为与室外相通的门或窗时，根据门、窗位置及体验者位置，驱动风力控制模块与空调控制模块调节风机风力、风向及空调温度，模拟环境空气流动及温度变化。

本发明与现有技术相比具有产生沉浸效果，配合手柄操作与舱室场景交互，进行场景更换、材质替换和物品移动等操作，实现场景、物品切换及门、窗等活动物器的移动，体验者在操作过程中可以感受到空气流动、温度、光线、声音的变化，为体验者在视觉、心境、感受上营造近似于真实的体验，身临其境虚拟现实的环境中，在舱室内进行自主漫游行走、多视角动态观察舱室内部布局，让用户在虚拟舱室内自己通过互动选择不同风格的方案，完成对舱室设计方案的实时互动和可编辑的功能需求，提高设计质量，缩短设计周期，节约设计成本。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

具体实施方式

参阅附图1，本发明采用计算机21连接头戴三维显示设备11、场景摄像机22和操作手柄23，构建的VR三维沉浸式船舶舱室体验系统，所述计算机21包括：舱室场景导入模块1、舱室场景生成模块2、光线控制模块3、船舶升摇控制模块4、摄像机控制模块5、位置采集模块6、声音采集模块7、光线采集模块8、手柄控制模块9、模型节点控制模块10、红外灯控制模块12、风力控制模块13、空调控制模块14和通讯处理模块15；所述计算机21与头戴三维显示设备11、场景摄像机22和操作手柄23连接后导入预先设定的舱室模型，系统立即生成舱室三维场景，并将其输入头戴三维显示设备11，体验者通过头戴三维显示设备11以任意角度观察舱室三维场景，使用操作手柄23与舱室场景交互，进行场景更换、材质替换及物品移动，体验者在操作过程中可以感受到空气流动、温度、光线和声音的变化，具体体验按下述步骤进行：

（一）场景构建

舱室场景导入模块1将预先制作的舱室场景模型进行加载，同时光线控制模块3对场景中的模拟阳光的直射光光照强度、照射角度进行调整，生成一定光照条件下的三维舱室场景输入摄像机控制模块5。

（二）摄像机控制

摄像机控制模块5读取头戴三维显示设备11的位置及角度信息，得到体验者在场景中的观察位置及观察角度，并赋给场景摄像机22，然后将场景摄像机22所采集到的场景图像传输给头戴三维显示设备11，为体验者提供视觉体验，在此过程中，船舶升摇控制模块4对摄像机位置、船舶舱室纵模摇中心位置以及需要纵横摇角度进行矢量运算，产生船舶摇晃时舱室里内的视觉效果，具体摇晃幅度大小及周期根据所对船舶具体参数设定。

（三） 位置判断

位置采集模块6将摄像机控制模块5获取舱室场景摄机22位置，以及场景中对应体验者位置分别输入风力控制模块13和空调控制模块14并由通讯处理模块15将控制信号发送给空调24和阵列风机27， 产生室外海风流动及开门、窗的空气对流以及温度变化的场景效果，同时将控制信息输入声音采集模块7。

（四）声音采集

声音采集模块7通过采集监测点与主摄机位置绑定的形式，将获取的听觉音效由通讯处理模块15发送给音响25，营造海浪背景声、物品碰撞、磨擦、或掉落等近似于真实的声音效果，同时输入光线采集模块8，所述听觉音效为船舶噪音、海浪声以背景声形式进行播放，舱室场景中门、窗的物品移动所发出的声音以触发形式进行播放。

（五）光线采集

光线采集模块8通过采集监测点与主摄机位置绑定的形式，将获取场景中对应体验者位置的光照类型及光照强度接入红外灯控制模块12，并由通讯处理模块15将控制信号发送给阵列红外灯26进行照射，产生室外阳光照射及室内的透窗照射阳光的光照效果，同时将其输入手柄控制模块9。

（六）交互控制

手柄控制模块9实时获取手柄位置与按键触发信息映射到舱室场景中，供体验者观察操作，同时通过模型节点控制模块10输入风力控制模块13和空调控制模块14。当在场景中位置为可触发操作的位置时，通过判断体验者在手柄上的按键信息，对场景的所对应的场景模型及材质进行替换；当场景中手柄操作位置物品为可移动物品时，根据手柄控制模块9所采集的位置变化与按键触发信息，使对应的模型随之移动或旋转，同时触发预先设定的声音进行播放，产生音效；若判断所移动或旋转的物品为与室外相通的门或窗时，根据门、窗位置及体验者位置，驱动风力控制模块13与空调控制模块14进行风力及空调温度的调节。本发明基于VR技术的舱室体验系统，在VR三维沉浸式技术的基础上，结合操作手柄23等硬件设备与场景实现交互，同时空调24、音响25、阵列红外灯26及阵列风机27产生的音、温度、光照以及空气流动效果，为体验者在视觉、心境、感受上营造近似于真实的体验。

以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种基于虚拟现实的船舶舱室体验系统构建方法，其特征在于采用VR技术构建三维沉浸式船舶舱室体验系统，将计算机生成的三维舱室场景输入到头戴三维显示设备产生沉浸效果，配合操作手柄营造近似于真实的体验，所述计算机包括：舱室场景导入模块、舱室场景生成模块、光线控制模块、船舶升摇控制模块、摄像机控制模块、位置采集模块、声音采集模块、光线采集模块、手柄控制模块、模型节点控制模块、红外灯控制模块、风力控制模块、空调控制模块和通讯处理模块；所述计算机与头戴三维显示设备、场景摄像机和操作手柄连接后导入预先设定的舱室模型，船舶舱室体验系统立即生成舱室三维场景，并将其输入头戴三维显示设备，体验者通过头戴三维显示设备以任意角度观察舱室三维场景，使用操作手柄与舱室场景交互，进行场景更换、材质替换及物品移动，体验者在操作过程中可以感受到空气流动、温度、光线和声音的变化，具体体验按下述步骤进行：

（一）场景构建

舱室场景导入模块将预先制作的舱室场景模型进行加载，同时光线控制模块对场景中的模拟阳光的直射光光照强度、照射角度进行调整，生成一定光照条件下的三维舱室场景输入摄像机控制模块；

（二）摄像机控制

摄像机控制模块读取头戴三维显示设备的位置及角度信息，得到体验者在场景中的观察位置及观察角度，并赋给场景摄像机，然后将场景摄像机所采集的场景图像传输给头戴三维显示设备，为体验者提供视觉体验，在此过程中，船舶升摇控制模块对摄像机位置、船舶舱室纵模摇中心位置以及需要纵横摇角度进行矢量运算，产生船舶摇晃时舱室里内的视觉效果，具体摇晃幅度大小及周期根据所对船舶具体参数设定；

（三） 位置判断

位置采集模块将摄像机控制模块获取场景摄像机位置，以及场景中对应体验者位置分别输入风力控制模块和空调控制模块，并由通讯处理模块将控制信号发送给空调和阵列风机， 使其产生室外海风流动及开门、窗的空气对流以及温度变化的场景效果，同时将控制信息输入声音采集模块；

（四）声音采集

声音采集模块通过采集监测点与主摄机位置绑定的形式，将获取的听觉音效由通讯处理模块发送给音响，营造海浪、物品碰撞、磨擦或掉落的声音效果，同时输入光线采集模块，所述听觉音效为船舶噪音、海浪声以背景声形式进行播放，舱室场景中门、窗的物品移动所发出的声音以触发形式进行播放；

（五）光线采集

光线采集模块通过采集监测点与主摄机位置绑定的形式，将获取场景中对应体验者位置的光照类型及光照强度接入红外灯控制模块，并由通讯处理模块将控制信号发送给阵列红外灯，使其产生室外阳光照射及室内的透窗照射阳光的光照效果，同时将其输入手柄控制模块；

（六）交互控制

手柄控制模块实时获取手柄位置与按键触发信息映射到舱室场景中，供体验者观察操作，同时通过模型节点控制模块输入风力控制模块和空调控制模块，当场景中为可触发操作的位置时，通过判断体验者在操作手柄上的按键信息，对场景中所对应的场景模型及材质进行替换；当场景中操作手柄的位置物品为可移动物品时，根据手柄控制模块所采集的位置变化与按键触发信息，使对应的模型随之移动或旋转，同时触发预先设定的声音进行播放，产生音效；若判断所移动或旋转的物品为与室外相通的门或窗时，根据门、窗位置及体验者位置，驱动风力控制模块与空调控制模块调节风机风力、风向及空调温度，模拟环境空气流动及温度变化。