CN111450480A - 一种基于vr的踏步机运动平台 - Google Patents

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Abstract

本发明基于VR的踏步机运动平台，蓝牙单片机接收踏步运动传感器和心率血氧传感器传来的踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据；蓝牙数据读取模块读取传感器数据；踏步运动控制模块将踏板倾角姿态数据和踏板角速度转化为人体前进转向数据，控制虚拟环境中人体的运动；虚拟场景仿真模块将人体三维模型置于虚拟场景中并控制其姿态和运动状态；体能消耗分析模块根据心率变化分析运动强度，指导受训者在虚拟场景中的运动距离和运动时间；显示控制模块基于VR眼镜进行显示控制置于虚拟场景中的人体三维模型的姿态和运动状态；远程互联通信模块用于实现与远程用户的数据交互，使不同终端的虚拟对象显示在同一环境中。

Description

一种基于VR的踏步机运动平台
技术领域
本发明涉及运动器材技术领域，特别是涉及一种基于VR的踏步机运动平台。
背景技术
现有的踏步机运动平台便携实用，但长时间训练比较枯燥，且训练效果不能精确量化。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的基于VR的踏步机运动平台。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种基于VR的踏步机运动平台，其特点在于，其包括踏步机平台、移动终端和VR眼镜，所述踏步机平台包括踏步运动传感器、心率血氧传感器和蓝牙单片机，所述踏步运动传感器置于踏步机的踏板上，所述心率血氧传感器置于踏步机把手上，所述蓝牙单片机置于踏步机上，所述移动终端包括蓝牙数据读取模块、踏步运动控制模块、虚拟场景仿真模块、体能消耗分析模块、远程互联通信模块和显示控制模块；
所述踏步运动传感器用于利用六轴或九轴传感器读取感应踏板倾角姿态数据和踏板角速度，所述心率血氧传感器用于感应踏步时人体的心率、血氧数据；所述蓝牙单片机用于接收踏步运动传感器和心率血氧传感器传来的踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据，并经滤波后无线传输至移动终端；
所述蓝牙数据读取模块用于读取踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据；
所述踏步运动控制模块用于将获取的踏板倾角姿态数据和踏板角速度转化为人体前进转向数据，控制虚拟环境中人体的运动；
所述虚拟场景仿真模块用于利用Unity的GameObject对象创建模块和Component功能组件模块建立虚拟场景、人体三维模型和控制脚本，将人体三维模型置于虚拟场景中并控制其姿态和运动状态；
所述体能消耗分析模块用于实时显示心率、血氧数据，并根据心率变化分析运动强度，指导受训者在虚拟场景中的运动距离和运动时间；
所述显示控制模块用于基于VR眼镜进行显示控制置于虚拟场景中的人体三维模型的姿态和运动状态；
所述远程互联通信模块用于采用支持Unity平台的网络引擎实现与远程用户的数据交互，使不同终端的虚拟对象显示在同一环境中。
较佳地，将移动终端置于VR眼镜中，所述显示控制模块用于利用Unity双通道相机模拟人左右眼观察，并通过移动终端内的加速度传感器、陀螺仪采集受训者头部运动姿态，并以此控制相机视角，实现带头部跟踪的VR眼镜的3D立体显示。
较佳地，将移动终端置于踏步机支架上，所述显示控制模块用于提供固定视角的单通道画面模式，实现直接观察式环境体验。
较佳地，所述踏步运动传感器利用六轴或九轴传感器。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明在现有踏步机的基础上增加VR虚拟现实模块和人体生理数据采集分析模块，相比传统踏步机，该平台能够增加训练兴趣，提高训练的科学性，同时也能为虚拟现实软件系统提供人体运动的控制平台。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的基于VR的踏步机运动平台(将移动终端置于VR眼镜中)的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例的基于VR的踏步机运动平台(将移动终端置于踏步机支架上)的结构示意图。
图3为本发明较佳实施例的踏步机平台的结构框图。
图4为本发明较佳实施例的控制原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本实施例提供一种基于VR的踏步机运动平台，包括踏步机平台10、移动终端20(手机或平板电脑)和VR眼镜30，所述踏步机平台10包括踏步运动传感器11、心率血氧传感器12和低功耗蓝牙单片机13，所述踏步运动传感器11置于踏步机的踏板上，所述心率血氧传感器12置于踏步机把手上，所述蓝牙单片机13置于踏步机上，所述移动终端20包括蓝牙数据读取模块21、踏步运动控制模块22、虚拟场景仿真模块23、体能消耗分析模块24、远程互联通信模块25和显示控制模块26。
所述踏步运动传感器11用于利用六轴或九轴传感器读取感应踏板倾角姿态数据和踏板角速度，所述心率血氧传感器12用于感应踏步时人体的心率、血氧数据；所述蓝牙单片机13用于接收踏步运动传感器和心率血氧传感器传来的踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据，并经滤波后无线传输至移动终端20。
所述蓝牙数据读取模块21用于读取踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据；
所述踏步运动控制模块22用于将获取的踏板倾角姿态数据和踏板角速度转化为人体前进转向数据，控制虚拟环境中人体的运动；
所述虚拟场景仿真模块23用于利用Unity的GameObject对象创建模块和Component功能组件模块建立虚拟场景、人体三维模型和控制脚本，将人体三维模型置于虚拟场景中并控制其姿态和运动状态；
所述体能消耗分析模块24用于实时显示心率、血氧数据，并根据心率变化分析运动强度，指导受训者在虚拟场景中的运动距离和运动时间；
所述显示控制模块26用于基于VR眼镜30进行显示控制置于虚拟场景中的人体三维模型的姿态和运动状态；
所述远程互联通信模块25用于采用支持Unity平台的UNET网络引擎实现与远程用户的数据交互，使不同终端的虚拟对象显示在同一环境中。
如图1所示，将移动终端20置于VR眼镜30中，所述显示控制模块26用于利用Unity双通道相机模拟人左右眼观察，并通过移动终端内的加速度传感器、陀螺仪采集受训者头部运动姿态，并以此控制相机视角，实现带头部跟踪的VR眼镜的3D立体显示。
如图2所示，将移动终端20置于踏步机支架上，所述显示控制模块26用于提供固定视角的单通道画面模式，实现直接观察式环境体验。
用户移动终端由装有VR应用程序的手机(或平板电脑)和VR眼镜组成，主要用于用户VR环境体验和体能监测分析，可采用两种方式：一种是将装有VR应用程序的手机置于VR眼镜中，实现基于头部跟踪的3D沉浸式环境体验；另一种是将手机(或平板电脑)置于踏步机支架上，实现直接观察式环境体验。其中VR应用程序是系统的核心，采用Unity软件编写，实现基于Android或iOS系统的互动式VR场景仿真。
1、本发明采用踏步机作为运动平台，占地小、节省运动空间；同时通过采集踏步机的踏步频率、幅度，控制虚拟场景中人物运动，实现VR虚拟漫游训练，增加了训练趣味性。
2、本发明用六轴或九轴传感器测量踏步机踏板倾角的姿态数据和角速度，踏步机踏板角速度用于控制虚拟场景中的人体前进速度，并规定踏板达到最大或最小倾角超过一定阈值时间(通常设为0.5秒)进行虚拟场景人体转向控制，从而实现了虚拟场景中人体的全方向运动。
3、本发明可根据受训者习惯，采用不同虚拟场景的显示方式：一种是将手机置于VR眼镜当中，利用手机中的加速度、陀螺仪传感器实现基于头部跟踪的三维立体显示，这种方式能增加环境沉浸感，但不同人群会产生眩晕；另一种方式是将手机置于踏步机固定平台上，手机屏幕显示单通道三维场景，这种方式能够减少眩晕。
4、本发明提供城市、山区、海岸多种虚拟场景，受训者在踏步训练过程中可通过VR眼镜从全方位视角感受虚拟场景带来的视觉美感和视觉冲击力，从而提高训练兴趣。
5、本发明将心率血氧传感器安装于踏步机手握把上，人体运动时采集食指指尖的心率血氧值，该数值可显示于手机屏幕中，并可作为运动任务(运动距离和时间)设置的参考因子，从而提高训练的科学性。
6、本发明采用蓝牙BLE无线通信协议，通过蓝牙单片机将采集到的人体运动和心率数据以无线方式传输到手机当中。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于VR的踏步机运动平台，其特征在于，其包括踏步机平台、移动终端和VR眼镜，所述踏步机平台包括踏步运动传感器、心率血氧传感器和蓝牙单片机，所述踏步运动传感器置于踏步机的踏板上，所述心率血氧传感器置于踏步机把手上，所述蓝牙单片机置于踏步机上，所述移动终端包括蓝牙数据读取模块、踏步运动控制模块、虚拟场景仿真模块、体能消耗分析模块、远程互联通信模块和显示控制模块；
所述踏步运动传感器用于感应踏板倾角姿态数据和踏板角速度，所述心率血氧传感器用于感应踏步时人体的心率、血氧数据；所述蓝牙单片机用于接收踏步运动传感器和心率血氧传感器传来的踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据，并经无线蓝牙传输至移动终端；
所述蓝牙数据读取模块用于读取踏板倾角姿态数据、踏板角速度、人体的心率、血氧数据；
所述踏步运动控制模块用于将获取的踏板倾角姿态数据和踏板角速度转化为人体前进转向数据，控制虚拟环境中人体的运动；
所述虚拟场景仿真模块用于利用Unity的GameObject对象创建模块和Component功能组件模块建立虚拟场景、人体三维模型和控制脚本，将人体三维模型置于虚拟场景中并控制其姿态和运动状态；
所述体能消耗分析模块用于实时显示心率、血氧数据，并根据心率变化分析运动强度，指导受训者在虚拟场景中的运动距离和运动时间；
所述显示控制模块用于基于VR眼镜进行显示控制置于虚拟场景中的人体三维模型的姿态和运动状态；
所述远程互联通信模块用于采用支持Unity平台的UNET网络引擎实现与远程用户的数据交互，使不同终端的虚拟对象显示在同一环境中。
2.如权利要求1所述的基于VR的踏步机运动平台，其特征在于，将移动终端置于VR眼镜中，所述显示控制模块用于利用Unity双通道相机模拟人左右眼观察，并通过移动终端内的加速度传感器、陀螺仪采集受训者头部运动姿态，并以此控制相机视角，实现带头部跟踪的VR眼镜的3D立体显示。
3.如权利要求1所述的基于VR的踏步机运动平台，其特征在于，将移动终端置于踏步机支架上，所述显示控制模块用于提供固定视角的单通道画面模式，实现直接观察式环境体验。
4.如权利要求1所述的基于VR的踏步机运动平台，其特征在于，所述踏步运动传感器利用六轴或九轴传感器。
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Granted publication date: 20220111

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