CN111630476B - 虚拟现实运动装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于虚拟现实环境中的运动模拟的、具有可旋转脚垫的装置及其方法。设备包括：用于支撑两个脚垫的支柱，其中，两个脚垫在穿过支柱的轴线上旋转；多个传感器，检测每个脚垫的旋转；以及控制器，将来自多个传感器的、表示每个脚垫的旋转的信号传输至虚拟现实系统。设备的使用方法包括：使用由运动控制器控制的马达来稳定虚拟现实运动设备的脚垫；通过检测脚垫的旋转的脚垫的传感器检测脚垫在穿过脚垫的轴线上的旋转；以及将脚垫的旋转的数字化表示传输至虚拟现实系统。

Description

虚拟现实运动装置
技术领域
本发明涉及显示系统，具体是涉及用于与显示系统交互的控制器。
背景技术
虚拟现实系统最近越来越成为视觉显示的主导，无论是与电玩游戏或电子游戏一起使用还是与其它类型的视觉媒体一起使用。如今，尤其是随着针对虚拟现实系统的使用不断增长，交互式虚拟现实系统日渐成为居家用品。虚拟现实系统不仅可以用于电玩游戏或电子游戏，而且还可以用于研究和教育目的。
但是，虚拟现实系统领域中依然存在问题。由于虚拟现实系统旨在可视化地模拟环境，因此虚拟现实系统的用户难以与这些系统进行交互并同时还要确保用户在真实场景中的安全。例如，虚拟现实用户使用生成逼真的图像和声音的头戴设备，以模拟用户亲身存在于虚拟或虚构环境；但是，在这些环境中，用户希望与虚拟或虚构环境交互，并且可进行身体移动，以与虚拟或虚构环境交互。通常，根据虚拟或虚构环境移动的用户在现实场景中会遇到障碍，并且目前用于虚拟现实的控制器和装置无法解决现实场景和虚拟现实中的运动。
存在几种装置在用户静止时在虚拟现实系统中模拟行动或运动，其中一种是脚控装置。这方面的一个代表是一种通常称为“3dRudder”的产品。该产品在Bonora等人的第US20170185168号美国专利申请和Bonora等人的第EP20150798185号欧洲专利申请(WO2016042407 A1)中公开。尽管对本领域作出了贡献，但3dRudder等装置的不利之处在于：其要求用户就坐并以不自然的方式(尤其是在控制旋转方面)一起使用用户的腿和脚，这可能导致背痛和筋疲力尽。此外，仅通过虚拟现实中的视觉变化来传达运动感，而没有通过脚、腿、身体或皮肤传达对行进或旋转的感知。尽管3dRudder能够在多个方向上移动，但它只能类似于操纵杆那样指示一系列线性向量中的行进。沿弧线行进、原位旋转、或沿弧线后退行进是不可能的。在虚拟现实环境中进行导航时，视觉与身体之间的不一致运动提示会导致迷失方向和恶心。该产品提供在单个平面上的移动，但根本不提供控制竖直上升/下降的功能或选项。
在Perlin等人的第US2017/0160793号美国专利申请中公开了另一种脚控制装置。这一发明包括垫子，该垫子包括压敏贴片，用户在该压敏贴片上站立并对每只脚各个部分上的重量分配进行操控。分析压力分布“图像”，并可以指示向前、向后和侧向移动。尽管可以训练用户使用垫子，以在虚拟现实系统中实现运动，但是由于多种原因，垫子作为用于运动的虚拟工具是不利的。首先，垫子是均质的表面，其完全不具备脚来控制加速度或方向所依靠的机制所特有的物理属性。其次，除了表面的回推之外，不存在对脚的任何反馈，因此用户只能想象自己的脚正在使工具所特有的控制表面移动。众所周知，当一个人在没有任何其它运动感觉的情况下通过其眼睛感知到运动时，其可能会经受虚拟现实病，并伴有包括头痛、迷失方向、恶心等症状。许多可用于VR运动的装置(包括这一装置)都没有提供运动的主动反馈，以纠正这一问题。第三，对于用户而言，必须根据其重量和脚的大小对解读垫子凹陷的逻辑进行调整。
目前可用的其它类型装置在以下文献中公开：Levasseur等人的第9522324B2号美国专利；O'Heir的第5864333号美国专利；Goo的第4817950号美国专利；Yamazaki等人的第US20080261696号美国专利申请；Lipps等人的第5860861号美国专利；Roston的第5872438号美国专利；Claudel等人的第US20130344926号美国专利申请；Mishra等人的第20090058855号美国专利申请；Williams的第20090111670号美国专利申请；Klein等人的第8979722号美国专利；Tedla的第8398100号美国专利；和Rivard等人的第20110306425号美国专利申请。
所需要的是这样一种装置，其模拟虚拟现实系统中的运动，而用户不进行身体行进或不会遇到障碍或不需要约束(如全向跑步机那样)，并且该装置可以原位旋转，且使用户感觉到就像他在移动。
发明内容
本公开的新颖方面涉及具有用于虚拟现实环境中的运动模拟的、具有可旋转的脚垫的设备及其方法。在第一实施例中，虚拟现实运动设备包括用于支撑两个脚垫的支柱。两个脚垫在穿过支柱的轴上旋转。运动设备还包括检测每个脚垫的旋转的多个传感器。该设备包括控制器，该控制器接收来自所述多个传感器的、代表每个脚垫的旋转的信号并将信号传输到虚拟现实系统。
在第二实施例中，本公开的新颖方面描述了一种用于使用虚拟现实运动设备的虚拟现实运动的方法。该方法包括使用由控制器控制的马达来稳定虚拟现实运动设备的脚垫的步骤。然后，通过脚垫的传感器检测脚垫的旋转。脚垫在穿过脚垫的轴上旋转。然后，将脚垫的旋转的数字表示从传输到虚拟现实系统。利用这些输入，VR系统可以表示角色或工具直线前进，直线后退，沿弧形向前或向后行进，或原位旋转到任何角度。
附图说明
通过结合附图阅读时参考以下对本发明的优选实施例的详细描述，将会更全面地理解本发明，其中：
图1示出了虚拟现实运动设备的示例性实施例。
图2示出了该虚拟现实运动设备的示例性实施例。
图3示出了在可旋转的平台上的该虚拟现实运动设备的示例性实施例的透视图。
图4示出了该虚拟现实运动设备的示例性实施例的透视图和局部剖视图。
图5示出了该虚拟现实运动设备的示例性实施例的示例性实施例的俯视图和局部剖视图。
图6是该虚拟现实运动设备的示例性实施例的透视图。
图7示出了具有环境模拟器的该虚拟现实运动设备的示例性实施例。
图8示出了该虚拟现实运动设备的示例性实施例的组件的框图。
图9是将该虚拟现实移动设备与虚拟现实系统一起使用的方法的流程图。
仅出于说明和描述的目的而提供以上附图，这些附图并不旨在限定对所公开的发明的限制。在多个附图中使用相同的附图标记旨在表示相同或相似的部件。此外，当在本文中使用术语“顶”、“底”、“第一”、“第二”、“上”、“下”、“高度”、“宽度”、“长度”、“端”、“侧”、“水平的”、“竖直的”以及类似术语时，应当理解，这些术语仅有关于图中所示的结构，并且仅用于便于描述具体实施例。在阅读并理解了本发明的以下教导之后，对附图在部件的数量、位置、关系和尺寸方面进行扩展以形成优选实施例就得到了说明或者落入本技术领域的范围内。
具体实施方式
现在参照附图对申请人发明的几个实施例进行描述。除非另有说明，否则在所有附图中，相似的元件将由相同的数字标识。本文中说明性地公开的发明可以在不存在未在本文中具体公开的任何元件的情况下适当地实施。
图1示出了虚拟现实运动设备的示例性实施例。在示例性实施例中，虚拟现实运动设备100连接至虚拟现实系统，并在由该虚拟现实系统生成的虚拟现实环境中模拟运动。虚拟现实运动设备100允许用户通过致动运动设备100的各部件以模拟对虚拟现实运动的控制来控制运动模拟。例如，用户可以以某种模式或朝向来致动运动设备100，以模拟虚拟现实环境中的向左或向右转弯。
为了对运动设备100的示例性实施方式进行操作，用户站立在运动装置设备100的脚垫110上。脚垫110设置在轴130和轴向壳体120上。轴向壳体120包含用于致动运动设备100的部件。用户可以用他的脚来致动脚垫110，并且脚垫110和轴向壳体120在轴130上旋转。脚垫110和相应的轴向壳体120可以彼此独立地旋转。例如，左脚垫可沿与右脚垫的旋转方向的方向相反的方向旋转。脚垫110的不同旋转方向可以模拟虚拟现实系统中的运动方向的变化。
在示例性实施方式中，用户可以通过使一个脚垫向前倾斜并且使另一脚垫向后倾斜来指示虚拟现实环境中的某一向左旋转或向右旋转。例如，为了绕着垂直穿过装置中心的轴线逆时针旋转，用户可以通过使用他左脚的脚跟使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他右脚的跖球部使右脚垫向下倾斜。类似地，为了绕垂直穿过装置中心的轴线顺时针旋转，用户可以通过使用他左脚的跖球部使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他左脚的脚跟使右脚垫向下倾斜。通常，要沿任一方向旋转，用户可以使脚垫110沿不同且相反的方向倾斜，以在虚拟现实环境中获得正确的运动旋转。
此外，用户可以通过使两个脚垫110均在特定方向上倾斜来指示虚拟现实环境中的向前或向后运动或移动。例如，要在虚拟现实环境中向前移动，用户可以通过使用两只脚的跖球部使左脚垫和右脚垫向下倾斜，而要在虚拟现实环境中向后移动，用户可以通过使用两只脚的脚跟使左脚垫和右脚垫向下倾斜。如果用户使一个脚垫比另一个脚垫更加倾斜，则用户在虚拟现实环境中的移动将呈弧形，并且在虚拟现实环境中的用户的身体的前部将在移动的同时旋转，从而使得用户的身体面向所述弧形的切线的向前方向，而无论是向前行进还是向后行进。
在图1的说明性实施方式中，轴130设置在支柱140上，该支柱140用于对轴130进行支撑，因此，当用户站立在运动设备100上时，该支柱140支撑用户的重量。轴130穿过支柱140以及由支柱140支撑的方式由轴130与支柱140之间的连接装置决定。例如，支柱140可包括安装座，轴坐置在该安装座上并且在该安装座上旋转。轴130与支柱140之间的连接可以使用用于连接这两个部件的任何其它当前可用的或以后研制出来的技术。
本示例性实施方式包括设置在脚垫之间的支柱140。然而，在其它实施例中，可以使用多于一个的支柱来支撑用户的重量，并且支柱可以包括任何布置结构以支撑轴130和运动设备100。例如，可以将支柱放置在运动设备100的每一端部上而不是放置在两个脚垫110之间。当用户站在运动设备100上时，这种支柱布置结构可以为设备100提供更多支撑。此外，支柱140可以具有任何形状以适应对轴130和脚垫110的支撑。
在图1的说明性实施方式中，还示出了用于给予运动感觉的轮子150。当用户站在脚垫110上时，这些轮子150还可以用作支柱以对运动设备100进行支撑。
在一个实施方式中，在脚垫的顶侧上设置有条带160，并且这些条带160旨在当用户站立在脚垫上时为用户提供摩擦和稳定性。另一个实施方式将条带160用作传感器，下面将对此进行详细讨论。
运动设备100的操作基于传感器对脚垫110的变化的检测，以及作为响应，马达和环境模拟器进行的致动。这些传感器(未示出)和马达(未示出)可以设置在运动设备内部，即，设置在脚垫110、轴向壳体120、支柱140或轮子150内部。来自传感器和发给马达的信息由也设置在运动设备内部的处理器(未示出)处理，并且I/O控制器对处理器、传感器和马达之间的通信进行管理。处理器和I/O控制器还可以对从运动设备到虚拟现实系统的通信进行管理。下面对与运动设备的这些部件有关的更多细节进行讨论。
图2示出了虚拟现实运动设备的示例性实施例的立体图。在该说明性实施方式中，轮子250用作支柱，其在运动设备200的使用过程中使运动设备200保持静态并支撑用户重量。在本示例性实施方式中，脚垫210和轴向壳体220被设计并且形状被设置从而在中心平面相汇合，该中心平面将运动分为两个对称的半部。类似于图1的实施方式，本示例性实施方式包括穿过轴向壳体220并将两个轮子支柱250连接的轴(未示出)。该轴被设计以连接至轮子支柱250的中心。尽管设置在轴上，脚垫210和轴向壳体220但仍可以独立地旋转。
图3示出了处于平台上的虚拟现实运动设备的示例性实施方式的立体图。在本示例性实施方式中，运动设备300绕固定的点(该固定的点是中心枢轴340)旋转，并且用户能够感觉到运动设备300绕平台370上的该固定的点的移动。由于运动设备300固定于平台370上，因此用户在现实场景中不会遇到任何障碍。在本示例性实施方式中，轮子350用于支撑用户的重量，并且中心枢轴340用于使运动设备300保持连接并附接至平台370。中心枢轴340在垂直于平台370且从平台370的中心穿过的轴线上旋转。脚垫310在特定朝向的旋转致使运动设备300绕中心枢轴340所穿过的轴线旋转。致使运动设备旋转可以包括：在与用户致动脚垫310的朝向相对应的某个朝向致动轮子350。
在示例性实施发生中，对于运动设备300的旋转，用户可以通过使一个脚垫向前倾斜并且使另一个脚垫向后倾斜来指示虚拟现实环境中的某一向左旋转或向右旋转。例如，为了逆时针旋转，用户可以通过使用他左脚的脚跟使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他右脚的跖球部使右脚垫向下倾斜。类似地，为了顺时针旋转，用户可以通过使用他左脚的跖球部使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他左脚的脚跟使右脚垫向下倾斜。通常，为了沿任一方向旋转，用户可以使脚垫310沿着不同且相反的方向倾斜，以在虚拟现实环境中获得正确的运动旋转并致使运动设备300旋转。
本示例性实施方式可用于使用与图1和2的示例性实施方式类似的脚垫朝向来指示向前或向后的运动或移动。例如，要在虚拟现实环境中向前移动，用户可以通过使用两只脚的跖球部使左脚垫和右脚垫向下倾斜，而要在虚拟现实环境中向后移动，用户可以通过使用两只脚的脚跟来使左脚垫和右脚垫向下倾斜。但是，由于本示例性实施方式的运动设备300通过中心枢轴340固定就位，因此用户在现实场景中不能体验或感觉到运动设备300本身的任何向前或向后的运动。虚拟现实环境中的向前和向后的运动或移动仍然可以通过下面讨论的环境模拟器进行模拟。
由于当脚垫310以不同的角度倾斜时设备300可以沿弧线行进，但沿相同的方向(向前或向后)行进。设备300(和用户的身体)的旋转将对应于用户在虚拟环境中“行进”所处的弧线的切线。
在一个实施方式中，通过虚拟现实系统的输出而不是通过设备300响应于脚部移动的自主动作来对用户的旋转进行控制。这实现了对虚拟现实中可能情况的支持，在该可能情况中，在虚拟环境中，因障碍阻挡了“用户的移动”，且应该相应地阻挡了用户的旋转。可以致动短暂的来回运动动作，以模拟撞到障碍。
图4示出了虚拟现实运动设备的示例性实施方式的立体图和局部剖视图。类似于图1的实施方式，轮子450可选地是不起作用的，并且给予用户行动和运动的感觉。用户与脚垫410和脚垫415进行交互，以创建虚拟现实系统中的任何行动或运动，并且在本示例性实施方式中，脚垫410和脚垫415分别由用于脚垫410和脚垫415的弹簧420和弹簧425支撑。用户可以以与图1中的脚垫110类似的方式致动脚垫410和415。例如，要向左转，用户可以通过使用他左脚的脚跟使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他右脚的跖球部使右脚垫向下倾斜。类似地，要向右转，用户可以通过使用他左脚的跖球部使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他左脚的脚跟使右脚垫向下倾斜。脚垫的倾斜产生抵抗弹簧420和弹簧425的竖直向下的力，在弹簧420和弹簧425上设置了脚垫410和脚垫415。
弹簧420和弹簧425上的力可由传感器(未示出)检测。在一个实施方式中，弹簧420和弹簧425本身可以是压电传感器，并且施加在弹簧上的任何力都可以被转换成可以由处理器解读的电信号。在另一个实施方式中，弹簧420和弹簧425位于传感器顶部，该传感器可以是压电传感器，并且传感器检测弹簧420和弹簧425上的竖直向下的力的任何变化，然后将变化发送到处理器以进行解读。
对于脚垫410和脚垫415，可以使用任意数量的弹簧420和弹簧425和由弹簧420和弹簧425组成的任何布置结构。本示例性实施方式包括用于脚垫410的四个弹簧420和用于脚垫415的四个弹簧425。用于脚垫410的弹簧420被定位成靠近脚垫410的四个角落(未示出所有弹簧)，并且用于脚垫415的弹簧425可以被定位成靠近脚垫415的四个角落(未示出所有弹簧)。
在本示例性实施方式中，脚垫410和脚垫415通过轴430连接至轮子450，并且在其它实施方式中，脚垫410和脚垫415通过其它当前可用的或以后存在的用于连接这些部件的机构而连接至轮子。轴将两个轮子450的中心连接，并设置在脚垫410和脚垫415的底侧。轴使两个脚垫稳定，并且在一个实施方式中，脚垫410和脚垫415可以绕由轴430形成的轴线旋转。在一个实施方式中，脚垫410和脚垫415包括位于脚垫410和脚垫415的底侧的端口，轴430穿过该端口，从而允许脚垫410和脚垫415在轴430上旋转。可选地，可以将与图1-3中所示的轴向壳体类似的轴向壳体与脚垫410和脚垫415结合，以容纳轴430。
在另一个实施方式中，每个脚垫410和脚垫415可以由脚垫枢轴(未示出)支撑。这些脚垫枢轴使脚垫410和脚垫415可以在任何方向上倾斜，而同时脚垫410和脚垫415由弹簧521-524和弹簧526-529或任何当前可用的或以后研制出来的支撑脚垫410和脚垫415的装置支撑。这些脚垫枢轴的形状被设置以允许脚垫410和脚垫415倾斜，形状例如为金字塔形、圆锥形或柱形，并且这些脚垫枢轴可以通过球铰机构连接至脚垫410和脚垫415。
图5示出了虚拟现实运动设备的示例性实施方式的俯视图。图5以虚线示出了脚垫510和脚垫515，因此更清楚地限定弹簧521-524和弹簧526-529在脚垫510和脚垫515下方的位置。如关于图4中所示出的示例性实施方式所述，弹簧521-524和弹簧526-529位于脚垫510和脚垫515的角落附近。
连接至弹簧521-524和弹簧526-529的传感器(未示出)检测施加在弹簧521-524和弹簧526-529上的压力或力的任何变化。在示例性实施方式中，传感器可以检测施加在弹簧上的压力或力的变化，并将这些检测到的压力或力的变化传输至虚拟现实系统，虚拟现实系统进而根据以下表1对虚拟现实环境的用户视觉显示产生影响：
虚拟现实环境中的行动 左脚垫510 右脚垫515
逆时针旋转 523+524 526+527
顺时针旋转 521+522 528+529
向前 521+522 526+527
后退/向后 523+524 528+529
上升 522+524 527+529
下降 521+523 526+528
表1
可以使用传感器和/或弹簧的任何组合或布置结构在虚拟现实环境中实现不同的运动和移动，表1和图5提供了示例性实施例方式中的传感器和/或弹簧的组合和布置结构的示例。
图6是虚拟现实运动设备的示例性实施方式的立体图。像图1-3一样，虚拟现实运动设备600的该示例性实施方式包括脚垫610和绕轴630旋转的轴向壳体620。轴630穿过中心支柱640并且通过中心支柱640稳定，可选地，轴630可以通过轮子650来稳定，轮子650可以作为运动设备600的额外支撑。本示例性实施方式包括中央操纵杆680，用户可以使用该操纵杆680对来自虚拟现实系统的视觉显示产生影响。
在一个实施方式中，中央操纵杆680设置在中心支柱640上，并且中央操纵杆680与中心支柱640之间的连接可以包括球铰机构，该球铰机构检测中央操纵杆680的朝向的任何变化。用于操纵杆680的球铰机构允许用户操纵来自虚拟现实系统的用户的视觉显示。
在另一实施方式中，中央操纵杆680穿过中心支柱640并被设置在轴630上，因此中央操纵杆680在轴630上并绕轴630所穿过的轴线旋转。中央操纵杆680的旋转可以模拟用户在虚拟现实环境中的上升和下降，或者可以允许用户操纵来自虚拟现实系统的用户的视觉显示。
虽然本示例性实施方式包括设置在两个脚垫610之间的中央操纵杆680，但是在又一实施例中，运动设备600可以包括多于一个的操纵杆，以供用户使用和操作。操纵杆可以设置在处于运动设备600的端部处的支柱上，并且任意数量的操纵杆可以与运动设备600一起使用。
可以使用用来将中央操纵杆680连接至中心支柱640或连接至轴630的任何当前可用或以后研制出来的机构，并且可以将任何当前可用或以后研制出来的传感器技术用于检测中央操纵杆680的任何运动或移动。此外，图6的本示例性实施方式可以结合与图1-5的示例性实施方式一起使用的任何特征、原理和/或技术。
图7示出了具有环境模拟器的虚拟现实运动设备的示例性实施方式。图7的说明性实施方式与图3的示例性实施方式的相似之处在于，图7示出了通过轮子支柱750固定至平台770的运动设备700。运动设备700的本示例性实施方式并不像图3的运动设备那样在平台770顶上旋转。不同的是，平台770在基座790上旋转，从而用户可以在现实场景中感觉到虚拟现实环境中显示的移动或运动。平台770通过轮子支柱750或任何其它当前可用或以后研制出来的用于将平台770固附到基座790的机构来固定至基座790，从而平台770可以绕过穿过中心枢轴740的轴线旋转。该示例性实施发生包括设置在基座790与平台770之间的辊791。当用户改变脚垫710的朝向时，这些辊791致动。用于使平台770在基座790上旋转的任何当前可用或以后研制出来的机构都可用于该示例性实施方式。
与结合图3所述一样，对于运动设备700的旋转，用户可以通过使一个脚垫向前倾斜和使另一个脚垫向后倾斜来指示虚拟现实环境中的某一向左旋转或向右旋转。例如，要向左转，用户可以通过使用他左脚的脚跟使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他右脚的跖球部使右脚垫向下倾斜。类似地，要向右转，用户可以通过使用他左脚的跖球部使左脚垫向下倾斜，并且可以通过使用他左脚的脚跟使右脚垫向下倾斜。通常，为了沿任何方向转动，用户可以使脚垫710沿着不同和相反的方向倾斜，以在虚拟现实环境中获得正确的运动旋转并致使平台790在基座790上旋转。
此外，本示例性实施方式包括环境模拟器，该环境模拟器支撑在框架792上，框架792设置在平台770上。框架792可以以任何配置成形和定向。在另一个实施方式中，框架792可以设置在基座790上而不是设置在平台770上，并且环境模拟器可以位于围绕用户和平台770的框架上的任何地方，从而通过虚拟机现实系统为用户提供接近全浸式体验。
环境模拟器可以包括为虚拟现实环境的用户提供现实感的风扇794和扬声器796。例如，风扇794可以向用户提供基于触摸的感觉输入：虽然虚拟现实系统不能模拟任何基于触摸的输入，但是风扇794可以致动，以使得用户可以视觉体验到风的影响并且可以感觉到处于对虚拟现实环境的风进行模仿的他的风上的空气循环。类似地，在虚拟现实系统不提供诸如耳机之类的任何音频装置的情况下，本示例性实施方式的扬声器796可以提供基于音频的输入。
图8示出了虚拟现实运动设备的示例性实施方式的部件的框图。在示例性实施方式中，虚拟现实运动身边800可以由连接至存储器810的处理器805控制，该存储器810包括用于处理器805的可读计算机指令。处理器805与I/O(输入/输出)控制器815通信，该控制器815对到达虚拟现实运动设备800的各种输入和输出装置以及控制器的输入和输出信号进行管理。这些输入和输出装置包括马达820、传感器825和环境模拟器830。I/O控制器815还对与通过虚拟现实(VR)系统835之间的通信进行管理，该通信可以通过有线连接或通过无线连接进行。另外，在运动设备800中包括电源850以向各部件供电，并且该电源可以是电池或AC适配器。在示例性实施方式中，虚拟现实运动设备800包含这些部件的子集。例如，如前面公开的那样，处理器805、存储器810、I/O控制器815、马达820、传感器825和环境模拟器830容纳在虚拟现实运动设备800内部。在一些示例性实施方式中，一些环境模拟器830、平台840、电源850和VR系统835是未容纳在运动设备800内部的部件。
处理器805读取来自存储器810的计算机可读指令，并在通过I/O控制器815从VR系统835输入后，通过I/O控制器815将致动信号传输至各输入和输出装置。处理器805通过I/O控制器815对马达820、扬声器825和环境模拟器830进行控制。处理器805接着通过I/O控制器815从传感器825接收信息，然后在处理来自这些装置的信息之后，将信息通过I/O控制器815传输至VR系统835。由I/O控制器815接收的信息可以是有线的或可以是无线的。本领域普通技术人员可以理解如何对处理器805、存储器810和I/O控制器815进行选择、编程和使用，以用于如本文中所公开的运动设备800。
如上所述，马达820由处理器805通过I/O控制器815控制。马达820使虚拟现实运动设备800自动化并使之致动。在一个实施方式中，马达820可以致动运动设备800的轴或脚垫845，以使脚垫845稳定，从而供用户使用。在另一个实施方式中，马达820致使运动设备800在平台840上旋转，诸如图3的运动设备中的那样。马达820可以致动脚垫和/或轴845移动和旋转。在又一个实施方式中，如图7中所示的那样，马达820致动平台790在基座790上旋转，并且脚垫通过弹簧和/或螺线管而被稳定在名义平行状态。运动设备800可以包括任何数量的马达，以致动其各部件。本领域普通技术人员可以理解如何挑选和实现用于运动设备800的马达。
如上所述，传感器检测运动设备800的脚垫的变化，并通过I/O控制器815将信号传输至处理器805。传感器820可以包括陀螺仪、压电传感器和可以用于检测运动设备800的脚垫中的变化的当前可用或者以后研制出来的任何其它类型的传感器。本领域的普通技术人员可以理解如何为运动设备800挑选和实现传感器820。
如上所述，环境模拟器830由处理器控制。环境模拟器830可包括振动器、风扇、扬声器和可用于在现实场景中模拟虚拟现实环境内的动作、声音和环境的任何其它装置。本领域普通技术人员可以知晓并理解如何响应于来自虚拟现实系统835的输入和输出而实现用于运动设备800的环境模拟器830。
图9是用于将虚拟现实运动设备与虚拟现实系统一起使用的方法的流程图。流程图900的步骤可以由诸如图1-8中例示并公开的虚拟现实运动设备的虚拟现实运动设备来实现。
该方法以初始化运动设备开始(步骤910)。用户可以按下电源按钮，该电源按钮将开始初始化运动设备的处理器和其它部件。
一旦运动设备被初始化，则使用运动设备的马达、螺线管或弹簧以使脚垫和平台稳定(步骤920)。用户可以将脚垫放置成与地面或平台成一角度，或者可以将平台旋转离开其在基座上的初始状态。因此，运动设备将脚垫和平台的位置重置为其原始和/或初始的朝向和状态。重置脚垫和平台允许用户更轻松地安装运动设备。
一旦脚垫和平台得到稳定，则用户可以站在运动设备上，并且运动设备检测并分析用户在运动设备上的重量和配重分布(步骤930)。因为每个用户都是不同的，所以运动设备通过检测用户在运动设备的传感器和/或弹簧上的重量和配重分布来检测用户在运动设备上的站立方式。
然后，运动设备根据用户校准脚垫机械结构(步骤940)。使用从步骤930检测并分析出来的用户的重量和平衡分布，运动设备校准脚垫机械结构，以响应用户。脚垫的压力的变化可以不同，因此运动设备针对用户校准运动的变化。
接着，用户可以响应于通过虚拟现实系统提供的视觉显示而使用他们的脚来操作运动设备，并且运动设备检测脚垫的移动(步骤950)。如上所述，运动设备使用传感器来检测脚垫的移动。
运动设备将脚垫的旋转的数字化表示传输至虚拟现实系统(步骤960)，并且该数字化表示可以与在步骤930中由运动设备确定的校准后的平衡相比较。基于来自运动设备的传感器的信号来生成所述数字化表示，并且可以基于与运动设备一起使用的虚拟现实系统来定制所述数字化表示。
然后，运动设备从虚拟现实系统接收指令以致动各部件，并且运动设备响应于来自虚拟现实系统的指令来致动环境模拟器(步骤970)。来自虚拟现实系统的指令可以包括用于致动运动设备的一些环境模拟器的指令，诸如振动器、风扇、扬声器以及可用于在虚拟现实环境中模拟现实场景中的动作和事物的任何其它装置。可以将运动设备实现为与任何当前可用或以后研制出来的虚拟现实系统进行互连。
运动设备的其它实施方式可以用于对需要运动和导航的无人机、机器人或其它类型的装置进行导航。这些实施方式可与增强现实系统一起使用，或与用于查看或模拟环境的任何其它类型的当前可用或以后研制出来的系统一起使用。
在不脱离本发明的精神或关键特征的情况下，本发明可以以其它具体形式实施。因此，本发明的实施方式在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前述描述来确定。因此，旨在将所有落入权利要求书的等同含义和范围内的变化涵盖在权利要求书内。此外，方法步骤的叙述并不表示用于执行所述步骤的特定顺序。因此，除非具体的权利要求另有明确说明，否则这样的方法步骤可以以不同于叙述的顺序执行。
附加说明
提供以下段落作为对所公开的发明的各种实施方式的进一步描述。
在第一实施方式中，本公开的新颖方面描述了一种虚拟现实运动设备，该虚拟现实运动设备包括：用于支撑两个脚垫的支柱，其中，两个脚垫在穿过该支柱的轴线上旋转；多个传感器，其检测每个脚垫的旋转；以及控制器，其将表示每个脚垫的旋转的、来自所述多个传感器的信号传输至虚拟现实系统。
在第一实施方式的另一方面，本公开的新颖方面描述了一种虚拟现实运动设备，该虚拟现实运动设备包括：用于支撑两个脚垫的支柱，其中，两个脚垫在穿过支柱的轴线上旋转；多个传感器，其检测每个脚垫的旋转；以及控制器，其将表示每个脚垫的旋转的、来自所述多个传感器的信号传输至虚拟现实系统，以及从下列中选择一个或多个限制：
其中，系统还包括用于支撑两个脚垫的第二支柱，其中，轴线还穿过第二支柱；
其中，系统还包括附接到支柱的第一端部的虚假的轮子。
其中，系统还包括多个环境模拟器。
其中，至少其中一个环境模拟器包括振动器。
其中，至少其中一个环境模拟器包括风扇。
其中，至少其中一个环境模拟器包括扬声器。
其中，系统还包括中央可旋转立柱，其中，所述多个传感器检测该中央可旋转立柱的旋转，并且控制器将表示该中央可旋转立柱的旋转的信号传输至虚拟现实系统。
其中，控制器从虚拟现实系统接收输出信号，以致动环境模拟器。
其中，系统还包括用于支柱的平台，其中，脚垫的旋转致使支柱在垂直于平台的平台轴线上旋转。
在第二实施方式中，本公开的新颖方面描述了一种用于虚拟现实运动的方法，该方法包括：使用由运动控制器控制的马达来稳定虚拟现实运动设备的脚垫；通过检测脚垫的旋转的脚垫的传感器检测脚垫在穿过脚垫的轴线上的旋转；以及将脚垫的旋转的数字化表示传输至虚拟现实系统。
在第二实施方式的另一方面，本公开的新颖方面描述了一种用于虚拟现实运动的方法，包括：使用由运动控制器控制的马达来稳定虚拟现实运动设备的脚垫；通过检测脚垫的旋转的脚垫的传感器检测脚垫在穿过脚垫的轴线上的旋转；以及将脚垫的旋转的数字化表示传送至虚拟现实系统；以及从以下列选择的一个或多个限制：
其中，方法还包括：校准来自脚垫的传感器的信号。
其中，方法还包括：当用户站在脚垫上时，通过使用传感器检测并分析用户的重量和配重分布；
其中，方法还包括：在接收来自虚拟现实系统的指令后，致动多个环境模拟器。
其中，至少其中一个环境模拟器包括振动器。
其中，至少其中一个环境模拟器包括风扇。
其中，至少其中一个环境模拟器包括扬声器。
其中，虚拟运动设备包括用于支撑两个脚垫的支柱。
其中，方法还包括：响应于脚垫的旋转而使虚拟运动设备在静态平台上旋转。
其中，方法还包括：将中央运动立柱的旋转的数字化表示传输至虚拟现实系统。

Claims (20)

1.一种运动设备，用以指导模拟环境中的运动，包括：
两个分开的脚垫，由支柱支撑，其中两个脚垫相对于至少一个轴线独立地移动，所述至少一个轴线穿过所述支柱，并且独立移动是围绕所述至少一个轴线的；
多个传感器，检测每个脚垫的独立移动；以及
控制器，被配置以接收来自所述多个传感器的信号并将所述信号传输至虚拟现实系统，其中所述信号包括每个脚垫的独立移动的数字化表示，其能够允许在所述模拟环境运动。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括用于支撑所述两个脚垫的第二支柱，其中，所述轴线还穿过所述第二支柱。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括轮子，所述轮子附接至所述支柱的第一端的。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括多个环境模拟器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个环境模拟器中至少一个环境模拟器包括振动器。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个环境模拟器中至少一个环境模拟器包括风扇。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括处理器，其中所述处理器分析所述脚垫的旋转。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括中央可旋转操纵杆，其中，所述多个传感器检测所述中央可旋转操纵杆的旋转，并且所述控制器将表示所述中央可旋转操纵杆的旋转的信号传输至所述虚拟现实系统。
9.根据权利要求4所述的设备，其中，所述控制器接收来自所述虚拟现实系统的输出信号，以致动所述环境模拟器。
10.根据权利要求1所述的设备，还包括用于所述支柱的平台，其中，所述脚垫的旋转致使所述支柱在垂直于所述平台的平台轴线上旋转。
11.一种用于指导模拟环境中的运动的方法，包括：
使用由运动控制器控制的马达来稳定运动设备的两个分开的脚垫，其中所述两个分开的脚垫相对于至少一个轴线独立地移动，并且独立移动是围绕所述至少一个轴线的；
通过对脚垫的独立的旋转的脚垫进行检测的传感器检测脚垫的独立的旋转；和
将来自脚垫的传感器的脚垫的旋转的数字化表示传输至虚拟现实系统，其中信号包括检测到的每个脚垫的移动。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：校准来自脚垫的传感器的信号。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：当用户站在脚垫上时，使用所述传感器来检测和分析所述用户的重量和配重分布。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：在接收来自所述虚拟现实系统的指令之后，致动多个环境模拟器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个环境模拟器中至少一个环境模拟器包括振动器。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个环境模拟器中至少一个环境模拟器包括风扇。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：分析脚垫的旋转。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述虚拟运动设备包括用于支撑两个脚垫的支柱。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括：响应于脚垫的旋转而使所述虚拟运动设备在静态平台上旋转。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：将中央运动操纵杆的旋转的数字化表示传输至所述虚拟现实系统。
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