CN112755458B - 用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一实施方式的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统包括旋转感测单元、处理单元、存储单元、内容生成单元和头戴式显示器，其中，旋转感测单元附接到室内运动器材的部分装置上以检测装置的旋转，处理单元配置成基于每小时检测到的旋转数来计算装置的旋转速度，存储单元用于存储运动记录数据和虚拟现实内容，内容生成单元配置成生成与室内运动器材相关联并且反映出装置的旋转速度的虚拟现实内容，并且头戴式显示器用于向用户提供虚拟现实内容。根据实施方式，运动器材与虚拟现实之间的实时联动通过如下方式实现：即，通过附接到固定式自行车等的室内运动器材上的传感器检测踏板或轮子的旋转，并且由此计算旋转速度并将计算出的旋转速度反映到在虚拟现实空间中行驶的自行车的速度上。通过这种方式，用户可利用室内运动器材来体验到犹如在户外运动的感觉，因此能够更加愉快地进行运动。

Description

用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统和方法，更详细地，涉及使用附接到如固定式自行车的室内运动器材上的传感器来计算踏板的旋转速度并且提供实时地反映所述旋转速度的虚拟现实内容的联动系统和方法。
背景技术
由于相比于忙碌的生活而言较为匮乏的运动以及与过去相比过度摄取的营养，导致了现代人的肥胖率逐渐增加。慢跑和骑自行车等的户外运动不仅能够改善身体机能，而且是能够通过降低体脂肪来解决肥胖问题的很好的运动方法，然而容易受到天气或环境等的外部因素的影响，而且在作为现代人的居住环境的城市中心也没有太合适的活动场所，因此难以坚持进行运动。
室内固定式自行车作为在健身房或室内配置成固定在地板上并且仅使轮胎旋转以用于锻炼的自行车型运动器材，其可通过在原地旋转踏板来增强腿部肌肉和耐力。固定式自行车不仅能够在狭小的空间中骑行，而且也不会受到天气或外部环境的影响，因此是一种能够安全稳定地使用的运动器材。此外，因为能够通过调节速度和阻力来决定运动量，因此相比于在户外骑行的情况，适合于以用户期望的运动强度来进行。
尽管具有这些优点，但是由于室内自行车只能够在有限的空间中独自进行运动，因此用户会容易感到无聊。近年来，为了克服这种缺点，虽然引入了将固定式自行车与根据音乐编排的舞蹈等结合的新型锻炼方法，但是在这种情况下，许多人会专注于编排的舞蹈等的其它动作，而不是自行车的蹬踏。
另外，在最近的娱乐领域中，利用虚拟现实技术的体验型程序受到瞩目。虚拟现实(Virtual Reality)是指在电脑上实现特定环境或情景来使得用户能够犹如与实际周围情景和环境彼此互动一般地进行虚拟体验的人机界面。通过利用虚拟显示技术，用户能够克服空间性、地理性限制以在任意场所或状况下均能够容易地进行体验。
近年来，这种虚拟现实技术与体育领域相结合的屏幕高尔夫、屏幕棒球等变得越来越流行，并且当用户在有限的现实空间中运动(挥动)时，能够在呈现于电脑上的虚拟场地上反映出执行结果(例如，反映出挥动速度或球的打击点并且使球在虚拟空间中飞行)。考虑到缺乏时间和不具备合适的运动空间的现代人的需求，如上所述的混合型模拟游戏产业正值迅速发展。
用于身临其境的体验的沉浸式虚拟现实通常使用头戴式显示器(Head-MountedDisplay；HMD)等的可穿戴装置来实现。HMD是能够如现实世界般立体地观看数字化影像的穿戴式显示装置，并且与现有的屏幕不同，其通过分别向左眼和右眼输出不同的影像来使得人们能够感受到立体感。与现有的屏幕相比，当使用HMD时，能够体验身临其境的虚拟现实，并且因为装置内设置有IMU传感器以随着用户的头的方向来输出对应的影像，因此能够提供更深层的沉浸感。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国注册专利公报第10-1878201号
发明内容
要解决的技术问题
对此，提出本发明的目的在于，使如固定式自行车的室内运动器材与虚拟现实(VR)联动以在室内也能够体验到犹如在户外环境中进行运动一般的感觉，从而能够获得更加愉快的运动效果。
解决问题的手段
根据本发明的一实施方式的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统包括旋转感测单元、处理单元、存储单元、内容生成单元和头戴式显示器，其中，旋转感测单元附接到室内运动器材的部分装置上以检测所述装置的旋转，处理单元配置成基于每小时检测到的旋转数来计算所述装置的旋转速度，存储单元用于存储运动记录数据和虚拟现实内容，内容生成单元配置成生成与所述室内运动器材相关联并且反映出所述装置的旋转速度的虚拟现实内容，并且头戴式显示器用于将所述虚拟现实内容提供给用户。
在一实施方式中，所述室内运动器材可为室内固定式自行车，所述旋转感测单元可附接到所述固定式自行车的踏板或轮子，并且所述处理单元可计算所述踏板或所述轮子的每分钟旋转数(RPM)。
在一实施方式中，所述虚拟现实内容可构成为以基于所述每分钟旋转数的行驶速度沿着预先存储的虚拟自行车路线骑行的模拟影像。
在一实施方式中，所述虚拟自行车路线可包括下坡倾斜地段或上坡倾斜地段，并且所述自行车速度可基于所述倾斜地段的地面倾斜度来进行调节。
在一实施方式中，在所述倾斜地段中的自行车速度还可基于预先输入的用户的体重来进行调节。
在一实施方式中，所述处理单元可配置成基于所述自行车速度来计算卡路里消耗量，并且所计算出的卡路里消耗量可作为运动记录数据存储在所述存储单元中。
在一实施方式中，所述系统还可包括用于检测用户的生物信号的生物信号感测单元，并且所述处理单元可配置成基于检测到的生物信号来生成实时生物信息，并且所述实时生物信息可作为运动记录数据存储在所述存储单元中。
在一实施方式中，所述生物信号可包括心率、血氧饱和度或肌电信号，并且所述运动记录数据可表示心率或血氧饱和度随时间的变化量或者表示基于肌电信号的各个肌肉的激活程度。
在一实施方式中，所述运动记录数据可包括在所述虚拟现实内容中并与所述虚拟现实内容一起显示在头戴式显示器上，或者可单独地显示在另外的终端装置的屏幕上。
在一实施方式中，所述头戴式显示器的内部可包括有惯性测量单元IMU传感器，并且在所述虚拟现实内容中自行车的行进方向可基于由所述IMU传感器测量到的旋转、加速度或角速度来改变。
在一实施方式中，所述系统还可包括能够供用户进行操作的操作单元，并且能够根据所述操作单元的输入在所述虚拟现实内容中执行附加动作。
在一实施方式中，所述内容生成单元可配置成生成与所述室内运动器材相关联并且反映出所述装置的旋转速度的增强现实内容，并且所述头戴式显示器可配置成提供增强现实内容。
根据一实施方式的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的方法包括以下步骤：使用附接到室内运动器材的部分装置上的感测单元来检测所述装置的旋转；由处理单元基于每小时检测到的旋转来计算所述装置的旋转速度；由内容生成单元生成与所述室内运动器材相关联并且反映出所述装置的旋转速度的虚拟现实内容；以及通过头戴式显示器将所述虚拟现实内容提供给用户。
在一实施方式中，还可包括以下步骤：由处理单元计算运动记录数据并存储到存储单元中；以及显示所存储的运动记录数据。
可提供存储有用于执行根据实施方式的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
发明效果
根据本发明的实施方式，运动器材与虚拟现实之间的实时联动通过以下方式实现，即通过附接到固定式自行车等的室内运动器材上的传感器来检测装置(自行车的踏板或轮子)的旋转，并且由此计算旋转速度并将计算出的旋转速度反映到沿着虚拟现实空间中的自行车行驶路线行驶的运动器材的速度上。换言之，用户可利用室内运动器材来间接地体验犹如在户外进行运动的感觉，因此能够更加愉快地进行运动。
传统的虚拟现实与运动器材的联动系统将屏幕输出到一般的屏幕或TV上，而根据实施方式，通过与头戴式显示器(HMD)联动来提高了沉浸感，并且传统的系统大部分与室内运动器材构成为一体，因此设备的采购和安装成本相对高昂。相反，本系统由可附接的小型传感器和HMD构成，因此易于移动和安装并且能够直接使用现有的室内运动器材，进而可具有广泛的用途。
附图说明
图1是示出根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统的配置的视图。
图2是示出由根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统实现的虚拟现实屏幕的视图。
图3是示出由根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统实现的运动记录数据的输出屏幕的视图。
图4是示出根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动方法的顺序图。
具体实施方式
虽然本说明书中使用的措辞在考虑功能的同时选择了当前最广泛使用的一般措辞，但是这些措辞可根据本发明所属技术领域的技术人员的意图或惯例或者新技术的出现等变化。此外，在特定的情况下也会存在申请人随机选定的措辞，并且在这种情况下将在对应说明书的描述部分中记载其含义。因此，应明确，本说明书中所使用的措辞应当用该措辞所具有的实际含义以及本说明书的整体内容为基础进行解释，而不是单纯地以措辞的名称来进行解释。
此外，本说明书中记载的实施方式可具有完全为硬件、部分为硬件且部分为软件、或者完全为软件的方面。在本说明书中，“单元(unit)”、“模块(module)”、“装置(device)”、“服务器(server)”或“系统(system)”等是指硬件、硬件与软件的组合、或者软件等计算机相关的实体(entity)。例如，单元、模块、装置、服务器或系统可指示构成平台(platform)的一部分或全部的硬件和/或用于驱动所述硬件的应用(application)等的软件。
本发明的优选实施方式参照图中所提及的顺序图进行了说明。为了简单地说明，所述方法用一系列框图进行了示出和说明，然而本发明并不限定于所述框图的顺序，并且若干框图可以与其它框图和本说明书中示出并记载的顺序不同的顺序进行或者同时进行，并且可以实现相同或相似结果的多种其它分支、流程路径和框图的顺序来实现。此外，也可能不需要为了实现在本说明书中记载的方法而示出的所有框图。进一步地，根据本发明的一实施方式的方法也可实现为用于执行一系列过程的计算机程序的形态，并且所述计算机程序也可记录在由计算机可读的介质中。
在下文中，参照附图和附图中记载的内容对实施方式进行详细说明，而所要求保护的范围不受这些实施方式的限制或限定。
图1示出根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统的配置的视图。
参照图1，根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统可包括旋转感测单元10、头戴式显示器20、处理单元30、存储单元40和内容生成单元40，并且选择性地，可包括生物信号感测单元11、手势识别单元等的附加构成元件。
在下文中，将对构成本系统的各个构成元件的功能和结合关系进行说明。这种构成元件并不必须意味着个别的软件或硬件，并且各个构成元件可在一个或多个处理器或一个或多个装置上被独立地实现或者与其它装置结合而实现。
旋转感测单元10配置成附接到室内运动器材1的部分装置上以检测相应装置的旋转。作为一实例，室内运动器材1为室内固定式自行车，并且旋转感测单元10结合到所述固定式自行车的踏板或轮子等的装置上并且每次在踏板或轮子进行旋转时对其进行感测并进行计数。
例如，旋转感测单元10的原理在于，在将电磁传感器固定到自行车的轮轴或踏板轴上的状态下，感测设置在运动的轮子或踏板上的磁体每次经过所述传感器时所产生的脉冲，从而识别1次旋转(例如，MEGANE公司的Gemini 210骑行传感器)。然而，这仅为一个实例，并且可使用例如由红外激光收发器(固定)和反射器(移动)构成并且以在红外线每次被反射回来时识别1次旋转的方式操作的多种形态的传感器。
生物信号感测单元11用于检测用户的生物信号并生成附加的运动记录数据。在一实施方式中，生物信号感测单元11可为能够穿戴于用户的手腕、手臂、脖子等的身体部位上的可穿戴装置形态，并且利用内置的传感器来测量与心率、血氧饱和度、肌电信号等用户的身体状态相关的数据。经测量的生物信号数据被传输到处理单元30，并且用于生成心率、血氧饱和度随时间的变化量、基于肌电信号的每个肌肉的激活程度等的运动记录数据，并且经生成的数据可被存储在存储单元40中或者传输到服务器DB中以供日后使用。在又一实施方式中，也可以最大心率(简单地，在220中也可用减去用户的年龄后的值来进行计算)为基准来算出运动强度，并且也可由用户设置目标心率来设置运动的强度。
头戴式显示器(Head Mounted Display；HMD)作为向用户提供经生成的虚拟现实内容的构成元件，其由用于穿戴到头部的固定部(带或结合装置)和靠近用户的双眼以输出画面的显示部构成。与现有的屏幕不同，HMD的特征在于将左右影像不同地显示以使用户感受到影像的距离感，并且通过这种方式来使用户感受到立体感。
从前的HMD使用于军事、训练等的特殊目的，而近年来，随着显示器技术的发展而被小型化和轻量化，低价的HMD处于被商用化的趋势。这种低价的HMD直到最近为止主要用于观看3D电影等用途，但是随着能够提供高度沉浸感的技术特性倍增，其作为虚拟现实、增强现实的视觉化装置的利用率逐渐提高。
根据一实施方式的头戴式显示器20可在内部设置有惯性测量单元(IMU；InertialMeasurement Unit)传感器，即，惯性测量装置，而用户在穿戴HMD的状态下左右地运动头部时，可基于由所述IMU传感器测量到的旋转、加速度或角速度来改变内容。
例如，在用户穿戴HMD的状态下向右转动头部时，显示在HMD中的虚拟现实内容也会匹配用户的右侧视点来显示。由此，用户并不是以固定的视点观看内容，而是使其能够感受到在虚拟现实环境中身临其境的感觉，从而能够增加沉浸感。
作为又一实例，也可基于由IMU传感器测量的旋转、加速度或角速度在虚拟现实内容中改变自行车的行进方向。一般的固定式自行车的把手是固定的，并且无法变更行进方向，而在使用本实例的配置时，用户可在虚拟现实中按照自己的需求进行控制以改变自行车的行进方向。
头戴式显示器20也可与待后述的处理单元30、存储单元40、内容生成单元50等计算机相关的构成元件直接结合以构成一个装置，并且也可配置成与这种构成元件系统性地分离以单纯地将从计算机或智能电话等装置输出的影像显示在画面上。
处理单元30配置成基于在所述旋转感测单元10每小时检测到的旋转数来计算装置(踏板、轮子等)的旋转速度。在实施方式中，处理单元30意味着如CPU的配置成综合电气电子器件构成的硬件与由其实现任意处理的软件的集合，并且包括在PC、智能电话、平板电脑等的分开的装置中，或者如上所述地可与头戴式显示器20一体地构成。
例如，在处理单元30中当附接到固定式自行车的踏板或轮子上的传感器检测到旋转时，基于每分钟旋转数(RPM)来计算踏板/轮子的旋转速度。计算出的旋转速度用于决定虚拟现实内容中的自行车的移动速度。例如，自行车轮子的圆周(2xπx R)乘以每小时的旋转数，可计算出自行车的行驶速度。此外，将位移(起点到目的地的直线距离)除以时间，可计算出平均速度。
除此之外，处理单元30配置成处理与运动相关的多种数据以生成运动记录数据。例如，使用预先存储在服务器或数据库中的固定式自行车骑行的每小时卡路里消耗量信息来计算用户开始运动之后消耗的总卡路里消耗量(可从摄氧量、体重和运动时间信息计算出消耗热量)，或者在计算所述移动速度和卡路里消耗量时，可通过反映出虚拟现实空间的倾斜度来对其进行调节。此外，可使用从生物信号感测单元11接收到的心率、血氧饱和度、肌电信号等的生物信号信息来显示心率或血氧饱和度随时间的变化量，或者可计算出基于肌电信号的每个肌肉的激活程度等的生物相关数据。
在一实施方式中，处理单元30基于所述肌电信号的RMS值来计算所述身体部位的生物信息，并且将计算出的结果显示为数值或者在所述人物画像(avatar)上以颜色或图案来呈现出，而所述生物信息包括根据所述身体部位的动作的卡路里消耗量，并且所述卡路里消耗量可以图表显示在虚拟空间中。由此，用户可从在虚拟现实中本人的人物画像的肌肉部位上所显示的颜色或图案直观地知晓本人的实际肌肉中哪个部位受到多少刺激。
通过这种方式生成的运动记录数据存储在存储单元40中。在实施方式中，存储单元40中不仅存储有运动记录数据，而且可存储有运行与自行车行驶相关的虚拟现实内容和系统所需的程序、运动记录相关数据库、运动器材的用户或其它用户的相关信息等(ID、年龄、运动记录等)。存储单元40以内存的形态与其它构成元件一同包括在一个装置中，或者也可与通过网络连接的外部服务器或外部装置独立地存在。
存储在存储单元40中的运动记录数据可传输到处理单元30以用于生成附加运动信息，并且将其反映到虚拟现实内容上的自行车的动作上，或者也可传输到内容生成单元40以用于生成数据直接显示在画面上的影像内容。
内容生成单元50配置成生成与室内运动器材1相关联并且反映出装置(踏板/轮子)的旋转速度的虚拟现实内容。在本说明书中，虚拟现实(Virtual Reality)是指用计算机实现特定环境或情景以使得用户能够犹如实际与周围情景和环境彼此作用一般体验的人机界面。
根据一实施方式的虚拟现实内容是能够使用户间接地体验沿着虚拟自行车路径骑行的影像内容，且配置成以骑行自行车的第一人称视点沿着路线来观察周边背景对象(道路、树木、动植物等)。
图2是示出由根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统实现的虚拟现实画面的视图。如图2中所示，画面上输出有在自行车道路上骑行的用户的第一人称视点，而在下端处显示的是自行车把手对象100，并且在前方显示道路和树木等的对象200。
在一实施方式中，虚拟现实内容的自行车路线可基于实际存在的行驶道路或自然环境来制作(例如，北汉山自行车道)。由此，即使是在室内，用户也能够感受到犹如在户外沿着自行车路线骑行一般的感觉，因此能够更加愉快地进行运动。用户可对HMD或者与其连接的计算机装置进行操作以从存储在存储单元或服务器DB中的多种行驶路线目录中选择期望的路径并享受内容。
在一实施方式中，虚拟现实内容还可包括影像等视觉内容、与周边对象相互作用的声音等听觉内容、或者根据虚拟行驶路线的路面状态、自行车的速度的振动等触觉内容。为此，可设置有用于提供听觉内容的扬声器、用于提供触觉内容的振动器等的附加构成元件。
在一实施方式中，手势识别单元(未示出)可配置成设置在室内运动器材1的一部分(例如，固定式自行车的把手中心部分)上以识别用户的手势动作。与实际自行车不同，在固定式自行车的情况下，因为其固定在原地，因此即使用户不抓住把手，也是比较安全的。因此，用户在骑行固定式自行车的同时可自由地移动双手，而在VR内容中可使用手势动作来执行多种虚拟的动作。在一实施方式中，手势识别单元可设置在头戴式显示器20装置的下端处以识别在HMD下方进行的手势动作。
如上所述，头戴式显示器20可在内部设置有IMU传感器，而在用户穿戴HMD的状态下上下左右移动头部时，可基于由所述IMU传感器测量的旋转、加速度或角速度来改变内容。例如，在使用者穿戴HMD并且观察情景的状态下，如图2中所示，显示出以正面为基准的VR内容，并且在用户左右移动头部时，如实际左右转动头部观察一样显示出以左右视点为基准的VR内容。由此，用户可感受到犹如在现实世界中骑行自行车一般的感觉。
在一实施方式中，使用HMD装置的全球定位追踪数据，可通过用户移动头部在内容中实现在虚拟现实中回避障碍物等的动态互动元素。VR相机与动态互动元素之间的冲突处理可实现为基于委托的事件形式。除了HMD的位置数据以外，可在内容中实现能够使用角(Angular)追踪数据通过摇头等的动作来解决的问题。
在持续地使用通过HMD的VR内容的情况下，可能会引发用户头晕的问题。根据本发明的实施方式，采用了最大限度地减少在急速的画面转换或场所移动时因与现实的违和感而发生的头晕。所实现的控制功能着重于解决用户的移动和VR内容的移动方式中发生的违和感，可通过融合固定式自行车与VR自行车速度传感器来实现以脚踏踏板骑行的方式，并且可通过脚踏踏板的动作减少现实与内容之间的违和感和头晕。此外，可实现通过避免过快的移动或急速的旋转来最大限度地减少头晕的虚拟现实路线和内容。
根据一实施方式，可实现VR模式与平面屏幕模式的切换功能，以消除在穿戴HMD的状态下进行运动时因流汗而导致不适的因素。由此，通过实现画面渲染转换功能，用户可实时地转换目标装置(HMD、智能电话和PC等)。
在一实施方式中，对于所述处理单元30而言，在虚拟现实中行驶的自行车的速度可基于计算出的装置(踏板/轮子)的旋转速度来决定。因此，随着用户脚踏作为室内运动器材的固定式自行车的踏板的速度越快，虚拟现实内容的自行车速度也会越快，并且用户脚踏踏板的速度越慢，虚拟现实内的自行车的移动也会变慢，从而以此方式来实现联运动器材与虚拟现实，并且在使用这种方式时，可实现多种运动/娱乐内容。
虚拟现实内容优选为与室内运动器材相关联的内容(例如，当运动器材为固定式自行车时，虚拟现实内容为自行车行驶模拟游戏等)，然而并不限定于此，并且可结合多种内容(例如，能够随着固定式自行车的旋转速度来控制速度的车辆模拟游戏等)。在传统的行驶模拟游戏(例如，使用控制台游戏机的自行车、赛车游戏等)中可单纯地使用游戏杆来调节车辆的速度，而使用实施方式的系统，因为虚拟现实在的车辆速度是根据用户的运动量来调节的，因此可同时实现用户的运动能力提升和娱乐效果。
根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统还可包括可供用户进行操作的操作部(未示出)。在虚拟现实内容中，可随着所操作部的输入来执行附加动作。例如，操作部可为游戏杆等的输入硬件，并且可使用游戏杆可执行在一般固定式自行车中无法实现的方向的转换或在虚拟现实中的附加动作(发射导弹、使用道具等)。当使用如上所述的附加装置或程序时，能够以更加有趣的方式享受运动和VR内容。
此外，一实施方式的虚拟现实内容可通过服务器提供与其它用户实时地同时骑行，而不是独自沿着虚拟自行车路线骑行。为此，系统还可包括通信部(未示出)，处理单元30可通过通信部从服务器接收使用相同的程序的其它用户的实时行驶信息来进行处理，并且内容生成单元50可生成并提供实时地反映出其它用户角色的骑行的VR内容。由此，能够与其它用户进行竞争或协作骑行，因此能够更加愉快地进行运动并且能够赋予运动的动力。
在实施方式的虚拟现实内容中，虚拟自行车路线可包括下坡或上坡倾斜地点，并且所述自行车速度可基于所述倾斜地点的地面倾斜度来进行调节。例如，虚拟现实中的自行车路线中不仅可实现平地，而且还可实现下坡路或上坡路，在实际骑行自行车时，如果以相同的速度进行，则在上坡路上会消耗比平地更多的体力，而在下坡路上会消耗比平地更少的体力。近年来，室内自行车中实现有能够调节用户施加到踏板上的阻力以调节如上所述的运动效果的功能，但是由于这需要用户手动地进行控制，因此并不优选地适用到如本发明的虚拟现实内容中。
根据本发明的实施方式，通过与虚拟自行车路线的上坡或下坡点联动地自动增加或降低自行车踏板的阻力，可提供更加身临其境的骑行体验。为此，系统中还可包括刹车片，而刹车片设置在踏板或轮子上以根据从处理单元输入的信号来增加或降低阻力。
在又一实施方式中，可通过根据倾斜度调节在各个倾斜地点中的虚拟自行车行驶速度来实现相似的效果，而不是通过物理阻力来对自行车的速度进行加速或减速。例如，可编程为在上坡路地点对虚拟自行车的速度进行减速，由此即使用户实际上以相同的速度脚踏踏板，也能够使自行车在虚拟现实中行驶得缓慢，从而获得犹如在爬上坡路一般的运动效果，而相反，在下坡路地点中对速度进行加速，由此即使用户实际上以相同的速度脚踏踏板，也能够使自行车在虚拟现实中行驶得更快。在如上所述的配置的情况下，即使在没有与系统联动的刹车片等的附加装置的情况下，也能够获得身临其境的行驶效果，因此能够实现较高的经济效益。
为了在行驶内容地图(虚拟现实路线)上具有倾斜度的地形时增加现实感，可对用户与地面之间的垂直方向矢量进行测量并且利用内积公式来求得两个矢量之间的内积，并且可利用相对于以内积公式求得的地面的倾斜度使用倾斜阻力公式在上坡路或下坡路中的加速值和减速值上应用权重值。
根据一实施方式，倾斜地点中的自行车速度可进一步考虑预先输入的用户的体重来进行调节。在实际自行车行驶时，假设用相同程度的力来脚踏踏板，则随着骑乘者的体重越重，行驶速度会变慢，而随着体重越轻，行驶速度会越快。然而，室内固定式自行车不会实际行驶在路面上，因此旋转速度不会受到用户体重的摩擦阻力的影响。在VR内容中通过网络服务器与其它用户进行竞争的模式等中，这种非现实的设置也可能会妨碍到用户的动力。
因此，在实施方式中，基于预先输入的用户的体重来调节虚拟现实中的自行车的速度，以使得体重与行驶速度成反比例，从而提高现实感和沉浸感。例如，倾斜高度等于水平距离和Tan倾斜角的乘积，并且倾斜阻力可从体重(经输入的用户体重)和Sin倾斜角的乘积大致地求出。计算出的倾斜阻力(梯度阻力)用于调节速度。
根据一实施方式，可考虑根据用户的当前速度和路径曲率的动态角速度变化。利用用户的速度和旋转时角速度的比例关系公式，在固定的角速度上加上根据用户的当前速度的权重值。即使使用根据路径的曲线的曲率增加了权重值的用户角速度，也会出现在超出一定曲率以上(60至90％)时由于加速度和离心力而脱离路径的现象，而为了解决这种现象，求出根据速度的权重值和根据路径曲率的附加权重值并加上这些权重值。
在一实施方式中，运动记录数据可一同显示在输出到头戴式显示器上的虚拟现实屏幕的一部分处(参照图2的300)，或者可单独地显示在另外的终端装置(智能电话、PC、平板电脑等)上(参照图3的400)。例如，运动记录数据可包括当前速度、平均速度、行驶时间、总路线距离、当前行驶距离、剩余行驶距离、根据各期间的总行驶距离(按天/周/月为单位合算行驶距离的数据)、每小时的卡路里消耗量等的与装置的动作相关的信息、以及心率、血氧饱和度、肌肉激活信息等对附加生物信号感测单元所感测到的数据进行处理而得的身体相关的信息，并且还可包括虚拟环境行驶路线上的倾斜度、倾斜阻力(梯度阻力)等行驶辅助信息等。
参照图2，用户所看到的虚拟显示屏幕的右上端处实时地显示行驶时间、行驶距离、当前速度、平均速度等的运动记录数据。如上所述，当前速度和平均速度由处理单元基于在旋转感测单元中检测到的旋转来计算出，并且行驶距离是通过将自行车轮子的圆周长度与速度相乘而计算出的。行驶时间是从用户脚踏踏板或行驶路线所开始的时间点开始测量的。
在一般的室内固定式自行车中也可通过额外的显示器输出如上所述的信息，然而在穿戴完全遮挡用户视野的头戴式显示器的情况下，因为无法观察这种信息，因此在屏幕上端同时输出实时运动记录数据以流畅地进行运动。运动记录数据300可与根据行驶的虚拟自行车路线的变化无关地固定在某个位置处并持续地进行显示。
图3是示出由根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动系统实现的运动记录数据的输出屏幕的视图。如图所示，运动记录数据400可根据用户的请求而显示在终端装置(智能电话、PC、平板电脑等)的显示器上。即使在运动中或运动结束之后，用户也可通过记录的运动记录数据(存储在终端装置的存储单元中或者另外存储在外部服务器中)来进行确认，从而了解运动记录提升与否或者身体技能提升与否。
在一实施方式中，内容生成单元50配置成生成与所述室内运动器材1相关联并且反映出所述装置的旋转速度的增强现实内容，并且所述头戴式显示器20可配置成提供增强现实内容。
增强现实(Augmented Reality)实现为在现实世界上结合虚拟影像的形态，并且向用户同时提供普通现实世界和实际上在该位置处不存在的虚拟影像信息，因此可提供新形态的视觉效果。例如，可以将增强现实中所查看的现实世界中的对象的具体信息以虚拟影像形式一起提供，并且也可将虚拟物体布置在现实世界中。
在增强现实内容的情况下，与虚拟现实内容不同，相比于提供自行车路线等的虚拟环境自身，可通过使图2的运动记录数据300或图3的运动记录数据400显示在实际视野的一部分中，执行辅助运动的作用。在这种情况下，头戴式显示器20并不是通过完全遮挡视野的情况下直接输出影像的结构，而是可配置成通过包括透明的显示器在不妨碍用户的视野的情况下输出影像。这种透明的显示器是使用透明氧化物半导体膜实现的，并且用户可在观察位于装置后侧的后面背景的同时获得必要的信息。根据实施方式，也可同时提供虚拟现实内容和增强现实内容。
在下文中参照图4对根据一实施方式的虚拟现实与室内运动器材的联动方法进行说明。根据实施方式的方法可由包括附接到运动器材上的传感器、处理器和存储器的计算机装置、头戴式显示器实现，并且附加地可通过由网络连接的服务器实现。
首先，执行使用附接到室内运动器材的部分装置上的传感器来检测装置的旋转的步骤(S10)。例如，传感器与如固定式自行车的室内运动器材的踏板或轮子结合，以在踏板或轮子每次旋转时对其进行感测并进行计数。
接着，执行基于每小时检测到的旋转来计算装置的旋转速度的步骤(S20)。例如，在附接到固定式自行车的踏板或轮子上的传感器检测到旋转时，基于每分钟旋转数(RPM)来计算踏板/轮子的旋转速度。计算出的旋转速度用于决定虚拟现实内容中的自行车的移动速度。
接着，执行生成与室内运动器材相关联并且反映出装置的旋转速度的虚拟现实内容的步骤(S30)。根据一实施方式的虚拟现实内容作为供用户沿着虚拟自行车路线行驶的虚拟行驶内容，其可配置成能够以骑行自行车的第一人称视角沿着路线观察周边背景对象(道路、树木、动植物等)。在实施方式中，在虚拟现实中行驶的自行车的速度可基于计算出的装置(踏板/轮子)的旋转速度来确定，即，用户脚踏作为室内运动器材的固定式自行车的踏板的速度越快，虚拟现实内容的自行车速度也会越快，并且用户脚踏踏板的速度越慢，虚拟现实内的自行车也会移动得变慢，由此可以实现运动器材与虚拟现实之间的实时联动。
接着，执行在头戴式显示器(HMD)上向用户提供虚拟现实内容的步骤(S40)。HMD由用于穿戴到头部的固定部(带或结合部)和靠近用户的双眼以输出画面的显示部构成，并且向两眼输出彼此不同的影像，以使得用户感受到立体感。如上所述，在用户穿戴HMD的状态下上下左右移动头部时，可基于由所述IMU传感器测量的旋转、加速度或角速度来改变内容。
如上所述，在通过HMD向用户提供身临其境的虚拟现实影像的同时，将用户所操作的室内运动器材的旋转速度实时地反映到在虚拟现实中行驶的自行车上，从而能够使用户感受到犹如在现实世界中骑行自行车的感觉。可通过这种方式实现多种运动/娱乐内容，并且可使用户尽情享受运动而不会觉得乏味无聊。
附加地，还可执行计算并存储用户的运动记录数据的步骤(S50)、以及显示所存储的运动记录数据的步骤(S60)。在步骤(S50)中，处理器计算出根据运动器材的旋转的当前速度、平均速度、行驶距离等的运动信息或者从感测到的生物信号计算出心率、血氧饱和度、肌肉活性等的生物信息并将其存储在存储器装置或外部服务器DB中。所存储的运动记录数据可根据用户的请求而一并显示在虚拟现实影像的一部分中或者可显示在单独的终端装置(智能电话、PC、平板电脑等)。
根据实施方式的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的方法可实现为应用程序或者可通过多种计算机组成元件执行的程序指令形态，从而记录在计算机可读记录介质中。所述计算机可读记录介质可单独地包括程序指令、数据文件、数据结构等，或者可包括它们的组合。
作为计算机可读记录介质的实例，可包括诸如硬盘、软盘和磁带的磁性介质、诸如CD-ROM、DVD的光学记录介质、如光磁软盘(floptical disk)的磁光介质、以及ROM、RAM、闪存等的特别地配置成存储程序指令并执行的硬件装置。
作为程序指令的实例，不仅包括如由编译器制成的机器代码，而且还包括使用解译器等可由计算机执行的高级语言代码。所述硬件装置可配置成操作为一个或多个软件模块以执行根据本发明的处理。
根据上文中说明的实施方式，运动器材与虚拟现实之间的实时联动可以通过以下方式实现，即通过附接到固定式自行车等的室内运动器材上的传感器检测装置(自行车踏板)的旋转，并且由此计算旋转速度并将计算出的旋转速度反映到沿着虚拟现实空间中的自行车行驶路线行驶的运动器材的速度上。即，用户可利用室内运动器材来间接地体验到犹如在户外运动一般的感觉，因此能够更加愉快地进行运动。
传统的虚拟现实与运动器材的联动系统将画面输出到一般的屏幕或TV上，而根据实施方式，通过与头戴式显示器(HMD)联动来提高了沉浸感，并且传统的系统大部分与室内运动器材构成为一体，因此设备的采购和安装成本相对高昂，而本系统由可附接的小型传感器和HMD构成，因此易于移动和安装并且能够直接使用现有的室内运动器材，进而具有广泛的用途。
虽然在上文中参照实施方式进行了说明，但是应理解，本发明所属技术领域的普通技术人员能够在不背离如随附的权利要求书中记载的本发明的思想和精神的范围内对本发明进行多种修改和变型。
附图标记说明
1：室内运动器材
10：旋转感测单元
11：生物信号感测单元
20：头戴式显示器
30：处理单元
40：存储单元
50：内容生成单元
100、200：虚拟现实对象
300、400：运动记录数据

Claims (15)

1.用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，包括：
旋转感测单元，所述旋转感测单元附接到室内运动器材的部分装置上以检测所述装置的旋转；
处理单元，所述处理单元配置成基于每小时检测到的旋转数来计算所述装置的旋转速度；
存储单元，所述存储单元用于存储运动记录数据和虚拟现实内容；
内容生成单元，所述内容生成单元配置成生成与所述室内运动器材相关联并且反映出所述装置的旋转速度的虚拟现实内容；以及
头戴式显示器，所述头戴式显示器用于将所述虚拟现实内容提供给用户，
其中，所述虚拟现实内容实时地反映所述室内运动器材的旋转速度，其中，对于临界值以上的速度的变化或旋转角度的变化减少反映程度，以最小化因虚拟现实内容而引起的眩晕。
2.如权利要求1所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述室内运动器材为室内固定式自行车，所述旋转感测单元附接到所述固定式自行车的踏板或轮子，并且所述处理单元计算所述踏板或所述轮子的每分钟旋转数(RPM)。
3.如权利要求2所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述虚拟现实内容构成为以基于所述每分钟旋转数的行驶速度沿着预先存储的虚拟自行车路线骑行的模拟影像。
4.如权利要求3所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述虚拟自行车路线包括下坡倾斜地段或上坡倾斜地段，并且所述自行车速度基于所述倾斜地段的地面倾斜度来进行调节。
5.如权利要求4所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，在所述倾斜地段中的自行车速度还基于预先输入的用户的体重来进行调节。
6.如权利要求5所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述处理单元配置成基于所述自行车速度来计算卡路里消耗量，并且所计算出的卡路里消耗量作为运动记录数据存储在所述存储单元中。
7.如权利要求1所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，还包括：
生物信号感测单元，所述生物信号感测单元用于检测用户的生物信号，
其中，所述处理单元配置成基于检测到的生物信号来生成实时生物信息，并且所述实时生物信息作为运动记录数据存储在所述存储单元中。
8.如权利要求7所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述生物信号包括心率、血氧饱和度或肌电信号，并且所述运动记录数据表示心率或血氧饱和度随时间的变化量或者表示基于肌电信号的各个肌肉的激活程度。
9.如权利要求6或7所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述运动记录数据包括在所述虚拟现实内容中并与所述虚拟现实内容一起显示在头戴式显示器上，或者单独地显示在终端装置的屏幕上。
10.如权利要求2所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述头戴式显示器的内部包括有惯性测量单元IMU传感器，并且在所述虚拟现实内容中自行车的行进方向基于由所述IMU传感器测量到的旋转、加速度或角速度来改变。
11.如权利要求2所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，还包括：
操作单元，所述操作单元能够供用户进行操作，
其中，能够根据所述操作单元的输入在所述虚拟现实内容中执行附加动作。
12.如权利要求1所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的系统，其中，所述内容生成单元配置成生成与所述室内运动器材相关联并且反映出所述装置的旋转速度的增强现实内容，以及
所述头戴式显示器配置成提供所述增强现实内容。
13.用于使虚拟现实与室内运动器材联动的方法，包括以下步骤：
使用附接到室内运动器材的部分装置上的感测单元来检测所述装置的旋转；
由处理单元基于每小时检测到的旋转来计算所述装置的旋转速度；
由内容生成单元生成与所述室内运动器材相关联并且反映出所述装置的旋转速度的虚拟现实内容；以及
通过头戴式显示器将所述虚拟现实内容提供给用户，
其中，所述虚拟现实内容实时地反映所述室内运动器材的旋转速度，其中，对于临界值以上的速度的变化或旋转角度的变化减少反映程度，以最小化因虚拟现实内容而引起的眩晕。
14.如权利要求13所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的方法，其中，还包括以下步骤：
由处理单元计算运动记录数据并存储到存储单元中；以及
显示所存储的运动记录数据。
15.计算机可读记录介质，所述计算机可读记录介质中存储有用于执行根据权利要求13或14所述的用于使虚拟现实与室内运动器材联动的方法的计算机程序。
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