CN110347005A - 一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，包括底座、计算机、顶投机构、底投机构和四个侧投机构，侧投机构包括支板、伸缩组件、侧板、侧边框、侧幕布、侧投影灯和四个横杆，底投机构包括底边框、底幕布、玻璃板、磁鞋、电磁铁、底投组件和平移组件，该用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统通过四个侧投机构相互靠近，使得底边框、顶边框和四个侧边框形成一个包围的封闭的虚拟环境，加强用户的沉浸感，不仅如此，在底投机构中，通过电磁铁对磁鞋产生向上的磁力，减轻用户对玻璃板的压力，避免玻璃板碎裂，从而保障系统安全稳定运行，提高了设备的实用性。

Description

一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，特别涉及一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统。

背景技术

CAVE投影系统是一种大型的VR系统，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，可以融合视觉、触觉、声音等，并且可以追踪头部的6个自由度的运动。CAVE沉浸式虚拟显示系统的原理比较复杂，它是以计算机图形学为基础，把高分辨率的立体投影显示技术、多通道视景同步技术、三维计算机图形技术、音响技术、传感器技术等完美地融合在一起，从而产生一个被三维立体投影画面包围的供多人使用的沉浸式虚拟环境。

现有的CAVE投影显示大都为五面显示，除了常规的左、右、前，还加入了上和下两个显示区域，采用这种方式投影显示方式时，由于用户背面缺少投影，用户转身即可离开虚拟世界，导致用户的沉浸感有待加强，不仅如此，为了在幕布上显示完整的图像，通常需要将投影仪放置在与幕布有一定距离的位置处，才能将画面充满整个幕布，但是在CAVE投影系统中，由于需要完全显示底面的图像，往往需要将装置架在高处，同时底面还要供用户站立的承重面，通常会采用玻璃基地来承重，但是当玻璃基地较厚时，通常CAVE投影的玻璃基底，会损耗大量的投影亮度，而玻璃基底较薄时，会降低基底的承重能力，容易发生碎裂，导致系统存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，包括底座、计算机、顶投机构、底投机构和四个侧投机构，所述计算机固定在底座的上方，所述计算机内设有PLC，所述底投机构位于底座的上方，所述顶投机构位于底投机构的上方，四个侧投机构分别设置在底投机构的四侧；

所述侧投机构包括支板、伸缩组件、侧板、侧边框、侧幕布、侧投影灯和四个横杆，所述支板固定在底座的上方，所述侧板位于支板的靠近低头机构的一侧，所述伸缩组件设置在支板上，所述伸缩组件与支板传动连接，所述侧边框位于侧板的靠近底投机构的一侧，所述侧边框的四角分别通过四个横杆与侧板固定连接，所述侧幕布的外周固定在侧边框的内壁上，所述侧投影灯固定在侧板的靠近底投机构的一侧，所述侧投影灯与PLC电连接；

所述底投机构包括底边框、底幕布、玻璃板、磁鞋、电磁铁、底投组件和平移组件，所述底边框固定在底座的上方，所述玻璃板、底幕布、电磁铁和平移组件从上而下一侧设置在底边框的内侧，所述玻璃板的外周和底幕布的外周均固定在底边框的内壁上，所述磁鞋设置在玻璃板的上方，所述平移组件与电磁铁连接，所述电磁铁与PLC电连接，所述底投组件与底边框连接。

作为优选，为了从顶部投像，所述顶投机构包括顶板、顶边框、顶投影灯、顶幕布、四个连接杆和四个竖杆，所述顶板的四侧分别通过四个连接杆与四个侧投机构中的支板固定连接，所述顶投影灯固定在顶板的下方，所述顶边框的四角分别通过四个竖杆固定在顶板的下方，所述顶幕布的外周固定在顶边框的内壁上，所述顶投影灯与PLC电连接。

作为优选，为了加固顶板、支板与连接杆的连接，所述顶板、支板与连接杆为一体成型结构。

作为优选，为了实现侧板的移动，所述伸缩组件包括气缸，所述气缸的的缸体水平固定在支板上，所述气缸的气杆与侧板固定连接，所述气缸与PLC电连接。

作为优选，为了精确控制侧板的移动距离，所述支板上设有距离传感器，所述距离传感器与PLC电连接。

作为优选，为了支撑侧板，所述侧板的下方设有滚轮。

作为优选，为了对底幕布头像，所述底投组件包括反射镜、开口、保护壳和底投影灯，所述反射镜倾斜固定在底边框内，所述反射镜位于电磁铁和底幕布之间，所述开口设置在底边框的反射镜的镜面指向的一侧，所述保护壳固定在底边框的靠近开口的一侧的内壁上，所述底投影灯固定在保护壳的远离开口的一侧的内壁上，所述底投影灯与PLC电连接。

作为优选，为了带动电磁铁移动，所述平移组件包括第一电机、丝杆、轴承、移动块、调节单元、调节块和调节杆，所述第一电机和轴承均固定在底座的上方，所述移动块抵靠在底座的上方，所述第一电机与PLC电连接，所述第一电机与丝杆的一端传动连接，所述丝杆的另一端设置在轴承内，所述移动块套设在丝杆上，所述移动块的与丝杆的连接处设有与丝杆匹配的螺纹，所述调节单元设置在移动块和调节块之间，所述调节块套设在调节杆上，所述电磁铁固定在调节块的上方。

作为优选，为了改变丝杆与调节杆之间的距离，所述调节单元包括第二电机、第一连杆和第二连杆，所述第二电机固定在移动块上，所述第二电机与PLC电连接，所述第二电机与第一连杆传动连接，所述第一连杆通过第二连杆与调节块铰接。

作为优选，为了保证调节杆的稳定移动，所述调节杆的两端均设有滑环和滑轨，所述滑环固定在调节杆上，所述滑轨的形状为U形，所述滑轨的两端固定在底座的上方，所述滑环套设在滑轨上。

本发明的有益效果是，该用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统通过四个侧投机构相互靠近，使得底边框、顶边框和四个侧边框形成一个包围的封闭的虚拟环境，加强用户的沉浸感，不仅如此，在底投机构中，通过电磁铁对磁鞋产生向上的磁力，减轻用户对玻璃板的压力，避免玻璃板碎裂，从而保障系统安全稳定运行，提高了设备的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统的结构示意图；

图2是本发明的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统的侧投机构的结构示意图；

图3是本发明的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统的底投机构的结构示意图；

图4是本发明的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统的平移组件的结构示意图；

图中：1.底座，2.计算机，3.支板，4.侧板，5.侧边框，6.侧幕布，7.侧投影灯，8.横杆，9.底边框，10.底幕布，11.玻璃板，12.磁鞋，13.电磁铁，14.顶板，15.顶边框，16.顶投影灯，17.顶幕布，18.连接杆，19.竖杆，20.气缸，21.距离传感器，22.滚轮，23.反射镜，24.保护壳，25.底投影灯，26.第一电机，27.丝杆，28.轴承，29.移动块，30.调节块，31.调节杆，32.第二电机，33.第一连杆，34.第二连杆，35.滑环，36.滑轨。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，包括底座1、计算机2、顶投机构、底投机构和四个侧投机构，所述计算机2固定在底座1的上方，所述计算机2内设有PLC，所述底投机构位于底座1的上方，所述顶投机构位于底投机构的上方，四个侧投机构分别设置在底投机构的四侧；

PLC，即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，其实质是一种专用于工业控制的计算机2，其硬件结构基本上与微型计算机2相同，一般用于数据的处理以及指令的接收和输出，用于实现中央控制。

该CAVE洞穴式显示系统中，由计算机2显示虚拟显示程序，待体验的用户站在底投机构上后，操作人员控制底投机构从下方投射图像，顶投机构从上方投射图像，同时四个侧投机构相互靠近，形成一个封闭的环境，配合从侧面投射的图像，形成一个封闭的虚拟显示环境，进而加强了用户在该洞穴式显示系统中的沉浸感，改善了用户的体验，提高了设备的实用性。

如图2所示，所述侧投机构包括支板3、伸缩组件、侧板4、侧边框5、侧幕布6、侧投影灯7和四个横杆8，所述支板3固定在底座1的上方，所述侧板4位于支板3的靠近低头机构的一侧，所述伸缩组件设置在支板3上，所述伸缩组件与支板3传动连接，所述侧边框5位于侧板4的靠近底投机构的一侧，所述侧边框5的四角分别通过四个横杆8与侧板4固定连接，所述侧幕布6的外周固定在侧边框5的内壁上，所述侧投影灯7固定在侧板4的靠近底投机构的一侧，所述侧投影灯7与PLC电连接；

侧投机构中，支板3的位置固定，通过伸缩组件可控制侧板4移动，侧板4通过横杆8带动侧边框5靠近或者远离底投机构移动，在用户站在底投机构上后，侧边框5靠近底投机构，利用四个侧投机构中的侧边框5相互抵靠，同时PLC控制侧投影灯7启动，向侧幕布6上投射虚拟显示环境的图像，配合底投机构和顶投机构，形成一个封闭的虚拟现实环境，加强用户的虚拟现实体验的沉浸感，从而提高了设备的实用性。

如图3所示，所述底投机构包括底边框9、底幕布10、玻璃板11、磁鞋12、电磁铁13、底投组件和平移组件，所述底边框9固定在底座1的上方，所述玻璃板11、底幕布10、电磁铁13和平移组件从上而下一侧设置在底边框9的内侧，所述玻璃板11的外周和底幕布10的外周均固定在底边框9的内壁上，所述磁鞋12设置在玻璃板11的上方，所述平移组件与电磁铁13连接，所述电磁铁13与PLC电连接，所述底投组件与底边框9连接。

为了减轻底投机构中玻璃板11上的压力，用户在体验时，需穿上磁鞋12，而后由PLC控制电磁铁13通电，对磁铁产生向上的排斥力，支撑用户，从而减轻用户对玻璃板11的压力，防止玻璃板11承重过大而导致碎裂，同时通过平移组件可带动电磁铁13移动，便于电磁铁13根据用户的活动，使得电磁铁13始终位于磁鞋12的下方，对磁鞋12和用户产生向上的磁力，减轻玻璃板11承受的压力，并通过底投组件向底幕布10投射图像，便于用户沉浸在设备提供的虚拟现实环境中。

如图1所示，所述顶投机构包括顶板14、顶边框15、顶投影灯16、顶幕布17、四个连接杆18和四个竖杆19，所述顶板14的四侧分别通过四个连接杆18与四个侧投机构中的支板3固定连接，所述顶投影灯16固定在顶板14的下方，所述顶边框15的四角分别通过四个竖杆19固定在顶板14的下方，所述顶幕布17的外周固定在顶边框15的内壁上，所述顶投影灯16与PLC电连接。

由四个连接杆18分别连接固定位置的支板3，从而固定了顶板14的位置，顶板14通过四个竖杆19，将顶边框15固定在顶板14的下方，PLC控制顶投影灯16启动，向顶幕布17投射光线，便于形成虚拟现实环境的顶部图像。

作为优选，利用一体成型结构稳固的特点，为了加固顶板14、支板3与连接杆18的连接，所述顶板14、支板3与连接杆18为一体成型结构。

作为优选，为了实现侧板4的移动，所述伸缩组件包括气缸20，所述气缸20的的缸体水平固定在支板3上，所述气缸20的气杆与侧板4固定连接，所述气缸20与PLC电连接。PLC控制气缸20启动，调节气缸20的缸体内的空气量，使得气缸20的气杆移动，进而带动侧板4进行移动。

作为优选，为了精确控制侧板4的移动距离，所述支板3上设有距离传感器21，所述距离传感器21与PLC电连接。利用距离传感器21检测支板3与侧板4的距离，并将距离数据传递给PLC，PLC根据距离数据确定侧板4的位置，控制气缸20启动，从而根据距离数据的变化精确控制侧板4的移动距离。

作为优选，为了支撑侧板4，所述侧板4的下方设有滚轮22。利用滚轮22可对侧板4进行支撑，方便侧板4移动。

如图3所示，所述底投组件包括反射镜23、开口、保护壳24和底投影灯25，所述反射镜23倾斜固定在底边框9内，所述反射镜23位于电磁铁13和底幕布10之间，所述开口设置在底边框9的反射镜23的镜面指向的一侧，所述保护壳24固定在底边框9的靠近开口的一侧的内壁上，所述底投影灯25固定在保护壳24的远离开口的一侧的内壁上，所述底投影灯25与PLC电连接。

底投组件中，通过保护壳24对底投影灯25进行封闭保护，PLC控制底投影灯25启动，通过开口照射光线，光线照射在反射镜23上后向上反射，最终照在底幕布10上，形成图像，在这里通过反射镜23反射光线在底幕布10上形成图像，相比于直接利用底投影灯25从下向上照射，可减小底边框9的高度，方便缩小磁鞋12与电磁铁13之间的距离，便于电磁铁13对磁鞋12提供足够的向上的磁力，进而减小用户对玻璃板11的压力。

如图4所示，所述平移组件包括第一电机26、丝杆27、轴承28、移动块29、调节单元、调节块30和调节杆31，所述第一电机26和轴承28均固定在底座1的上方，所述移动块29抵靠在底座1的上方，所述第一电机26与PLC电连接，所述第一电机26与丝杆27的一端传动连接，所述丝杆27的另一端设置在轴承28内，所述移动块29套设在丝杆27上，所述移动块29的与丝杆27的连接处设有与丝杆27匹配的螺纹，所述调节单元设置在移动块29和调节块30之间，所述调节块30套设在调节杆31上，所述电磁铁13固定在调节块30的上方。

PLC控制第一电机26启动，带动丝杆27在轴承28的支撑作用下旋转，丝杆27通过螺纹作用在移动块29上，使得移动块29通过调节单元和调节块30带动电磁铁13移动，并同控制调节单元的运行，改变调节杆31与丝杆27之间的距离，使得调节块30以垂直于丝杆27的方向移动，进而实现了调节块30的平面移动，便于跟随用户的位置调整电磁铁13位置，使其位于磁鞋12的下方。

作为优选，为了改变丝杆27与调节杆31之间的距离，所述调节单元包括第二电机32、第一连杆33和第二连杆34，所述第二电机32固定在移动块29上，所述第二电机32与PLC电连接，所述第二电机32与第一连杆33传动连接，所述第一连杆33通过第二连杆34与调节块30铰接。PLC控制第二电机32启动，带动第一连杆33转动，第一连杆33通过第二连杆34作用在调节块30上，使得调节块30和调节杆31沿着与丝杆27垂直方向进行移动。

作为优选，为了保证调节杆31的稳定移动，所述调节杆31的两端均设有滑环35和滑轨36，所述滑环35固定在调节杆31上，所述滑轨36的形状为U形，所述滑轨36的两端固定在底座1的上方，所述滑环35套设在滑轨36上。利用固定在底座1上的滑轨36，固定了滑环35的移动方向，使得调节杆31在两个滑轨36之间沿着滑轨36的方向进行稳定的移动。

该洞穴式显示系统使用时，通过伸缩组件控制侧板4移动，利用四个侧边框5相互抵靠在顶边框15和底边框9之间，形成一个封闭的虚拟现实环境，加强用户的沉浸感，不仅如此，在底投机构中，通过平移组件带动电磁铁13移动，利用电磁铁13对磁鞋12产生向上的磁力，从而减轻用户对玻璃板11的压力，避免玻璃板11碎裂，保证系统安全稳定运行，从而提高了设备的实用性。

与现有技术相比，该用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统通过四个侧投机构相互靠近，使得底边框9、顶边框15和四个侧边框5形成一个包围的封闭的虚拟环境，加强用户的沉浸感，不仅如此，在底投机构中，通过电磁铁13对磁鞋12产生向上的磁力，减轻用户对玻璃板11的压力，避免玻璃板11碎裂，从而保障系统安全稳定运行，提高了设备的实用性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，包括底座(1)、计算机(2)、顶投机构、底投机构和四个侧投机构，所述计算机(2)固定在底座(1)的上方，所述计算机(2)内设有PLC，所述底投机构位于底座(1)的上方，所述顶投机构位于底投机构的上方，四个侧投机构分别设置在底投机构的四侧；

所述侧投机构包括支板(3)、伸缩组件、侧板(4)、侧边框(5)、侧幕布(6)、侧投影灯(7)和四个横杆(8)，所述支板(3)固定在底座(1)的上方，所述侧板(4)位于支板(3)的靠近低头机构的一侧，所述伸缩组件设置在支板(3)上，所述伸缩组件与支板(3)传动连接，所述侧边框(5)位于侧板(4)的靠近底投机构的一侧，所述侧边框(5)的四角分别通过四个横杆(8)与侧板(4)固定连接，所述侧幕布(6)的外周固定在侧边框(5)的内壁上，所述侧投影灯(7)固定在侧板(4)的靠近底投机构的一侧，所述侧投影灯(7)与PLC电连接；

所述底投机构包括底边框(9)、底幕布(10)、玻璃板(11)、磁鞋(12)、电磁铁(13)、底投组件和平移组件，所述底边框(9)固定在底座(1)的上方，所述玻璃板(11)、底幕布(10)、电磁铁(13)和平移组件从上而下一侧设置在底边框(9)的内侧，所述玻璃板(11)的外周和底幕布(10)的外周均固定在底边框(9)的内壁上，所述磁鞋(12)设置在玻璃板(11)的上方，所述平移组件与电磁铁(13)连接，所述电磁铁(13)与PLC电连接，所述底投组件与底边框(9)连接。

2.如权利要求1所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述顶投机构包括顶板(14)、顶边框(15)、顶投影灯(16)、顶幕布(17)、四个连接杆(18)和四个竖杆(19)，所述顶板(14)的四侧分别通过四个连接杆(18)与四个侧投机构中的支板(3)固定连接，所述顶投影灯(16)固定在顶板(14)的下方，所述顶边框(15)的四角分别通过四个竖杆(19)固定在顶板(14)的下方，所述顶幕布(17)的外周固定在顶边框(15)的内壁上，所述顶投影灯(16)与PLC电连接。

3.如权利要求2所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述顶板(14)、支板(3)与连接杆(18)为一体成型结构。

4.如权利要求1所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述伸缩组件包括气缸(20)，所述气缸(20)的的缸体水平固定在支板(3)上，所述气缸(20)的气杆与侧板(4)固定连接，所述气缸(20)与PLC电连接。

5.如权利要求1所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述支板(3)上设有距离传感器(21)，所述距离传感器(21)与PLC电连接。

6.如权利要求1所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述侧板(4)的下方设有滚轮(22)。

7.如权利要求1所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述底投组件包括反射镜(23)、开口、保护壳(24)和底投影灯(25)，所述反射镜(23)倾斜固定在底边框(9)内，所述反射镜(23)位于电磁铁(13)和底幕布(10)之间，所述开口设置在底边框(9)的反射镜(23)的镜面指向的一侧，所述保护壳(24)固定在底边框(9)的靠近开口的一侧的内壁上，所述底投影灯(25)固定在保护壳(24)的远离开口的一侧的内壁上，所述底投影灯(25)与PLC电连接。

8.如权利要求1所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述平移组件包括第一电机(26)、丝杆(27)、轴承(28)、移动块(29)、调节单元、调节块(30)和调节杆(31)，所述第一电机(26)和轴承(28)均固定在底座(1)的上方，所述移动块(29)抵靠在底座(1)的上方，所述第一电机(26)与PLC电连接，所述第一电机(26)与丝杆(27)的一端传动连接，所述丝杆(27)的另一端设置在轴承(28)内，所述移动块(29)套设在丝杆(27)上，所述移动块(29)的与丝杆(27)的连接处设有与丝杆(27)匹配的螺纹，所述调节单元设置在移动块(29)和调节块(30)之间，所述调节块(30)套设在调节杆(31)上，所述电磁铁(13)固定在调节块(30)的上方。

9.如权利要求8所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述调节单元包括第二电机(32)、第一连杆(33)和第二连杆(34)，所述第二电机(32)固定在移动块(29)上，所述第二电机(32)与PLC电连接，所述第二电机(32)与第一连杆(33)传动连接，所述第一连杆(33)通过第二连杆(34)与调节块(30)铰接。

10.如权利要求8所述的用于虚拟体验的沉浸感强的洞穴式显示系统，其特征在于，所述调节杆(31)的两端均设有滑环(35)和滑轨(36)，所述滑环(35)固定在调节杆(31)上，所述滑轨(36)的形状为U形，所述滑轨(36)的两端固定在底座(1)的上方，所述滑环(35)套设在滑轨(36)上。