CN114176534B - 一种用于元宇宙的智能穿戴系统 - Google Patents
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Abstract
本公开属于智能可穿戴系统技术领域,提供了一种用于元宇宙的智能穿戴系统,旨在解决现有技术中元宇宙设备体验差的问题。一种用于元宇宙的智能穿戴系统,包括VR设备和穿戴设备,所述VR设备与所述穿戴设备通讯,所述穿戴设备根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述穿戴设备反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。一方面可以实现触觉、嗅觉、冷感、热感、风吹感等方面的感觉交互,另一方面可以将人体运动姿态和部分生理参数,如体温、血压、心率、心电等,同步到VR设备中,增强人对于元宇宙感受的真实度。
Description
技术领域
本公开属于智能可穿戴系统技术领域,具体涉及一种用于元宇宙的智能穿戴系统。
背景技术
元宇宙(Metaverse)是一个平行于现实世界运行的人造虚拟空间。在这个空间里,用户拥有自己的虚拟身份和数字资产,可以在虚拟世界里尽情互动,从事生产经营活动并创造价值。2021年3月Roblox以元宇宙的概念在纽交所上市,同年9月份Facebook宣传进军元宇宙领域,国内也有腾讯、字节跳动等知名公司开始布局元宇宙,无不意味着元宇宙的时代正在加速到来。元宇宙的发展不是单纯的虚拟世界或者互联网技术的自我迭代,更需要可穿戴智能设备以及物联网等实体技术的同步或者领先发展。
目前元宇宙的主要硬件载体是各类AR/VR设备,主要还是通过视觉(各类显示屏)与听觉(扬声器)让用户体验元宇宙(如各类VR/AR游戏等),除了AR/VR设备外,极度缺乏其他可以拓展元宇宙体验维度的智能设备。AR/VR设备这类设备,一般只提供了视觉和听觉维度,对于诸如触觉、嗅觉、冷热感觉等感觉无法实现。比如当用户来到元宇宙中的寒冷或炎热环境,紧靠VR/AR设备无法感受到冷与热。环境与食物等相关的气味也无法通过现有的VR/AR设备感受到,毫无疑问真实度会大大降低。同时人体本身的一些诸如姿态和生理参数也无法同步到元宇宙中,进一步影响元宇宙体验,进而限制元宇宙的发展。
发明内容
本公开提供了一种用于元宇宙的智能穿戴系统,旨在解决现有技术中元宇宙设备体验差的问题。
为了解决上述技术问题,本公开所采用的技术方案为:
一种用于元宇宙的智能穿戴系统,包括VR设备和穿戴设备,所述VR设备与所述穿戴设备通讯,所述穿戴设备根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述穿戴设备反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
进一步改进的方案:所述穿戴设备包括外套,所述外套包括环境模拟单元一和人体参数采集单元一,所述环境模拟单元一和所述人体参数采集单元一均与所述VR设备通讯,所述外套根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述外套反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
进一步改进的方案:所述环境模拟单元一包括热感模拟器一、冷感模拟器一、风感模拟器一、和控制器一,所述热感模拟器一、冷感模拟器一、风感模拟器一均与所述控制器一通讯。
进一步改进的方案:所述人体参数采集单元一包括运动感知器一,所述运动感知器一与所述控制器一通讯,所述控制器一与所述VR设备通讯。
进一步改进的方案:所述热感模拟器一包括发热布一,所述外套上对应人体的上臂处设置有发热布一,所述外套上对应人体的前胸处分别设置有发热布一,所述外套上对应人体的后背处设置有发热布一。
进一步改进的方案:所述冷感模拟器一包括半导体制冷片一,所述外套上对应人体的下臂处设置有半导体制冷片一,所述外套上对应人体的前胸处的发热布一下方设置有半导体制冷片一,所述外套上对应人体后背处的发热布一下方设置有半导体制冷片一。
进一步改进的方案:所述风感模拟器一包括直流风扇一,所述外套上对应人体的下臂且位于半导体制冷片一下方设置有直流风扇一,所述外套上对应人体的前胸处的半导体制冷片一下方设置有直流风扇一,所述外套上对应人体后背处的半导体制冷片一下方设置有直流风扇一。
进一步改进的方案:所述穿戴设备包括裤子,所述裤子包括环模拟单元二和人体参数采集单元二,所述环境模拟单元二和所述人体参数采集单元二均与所述VR设备通讯,所述裤子根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述裤子反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
进一步改进的方案:所述环境模拟单元二包括热感模拟器二、冷感模拟器二、风感模拟器二和控制器二,所述热感模拟器二、冷感模拟器二、风感模拟器二均与所述控制器二通讯。
进一步改进的方案:所述人体参数采集单元二包括运动感知器二,所述运动感知器二与所述控制器二通讯。
所述控制器二与所述VR设备通讯。
进一步改进的方案:所述热感模拟器二包括发热布二,所述发热布二设置于所述裤子上对应人体的大腿处。
进一步改进的方案:所述冷感模拟器二包括半导体制冷片二,所述半导体制冷片二位于所述裤子上对应人体的小腿处。
进一步改进的方案:所述风感模拟器二包括直流风扇二,所述直流风扇二设置于所述裤上对应人体的小腿处,并且,所述直流风扇二位于所述半导体制冷片二的下方。
进一步改进的方案:所述穿戴设备包括气味播放器,所述气味播放器包括气味播放模块、控制器三、温湿度传感器、运动传感器一,所述气味播放模块、温湿度传感器、运动传感器一均与所述控制器三通讯,所述控制器三与所述VR设备通讯,所述气味播放器根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述气味播放器反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
进一步改进的方案:所述穿戴设备包括智能手环,所述智能手环与所述VR设备通讯,所述VR设备接收所述智能手环反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
进一步改进的方案:所述智能手环包括控制器四、生理参数监测电路、运动传感器二和用户交互电路,所述生理参数监测电路、运动传感器二和用户交互电路均与所述控制器四通讯。
进一步改进的方案:所述控制器四与所述VR设备通讯。
进一步改进的方案:所述穿戴设备还包括手套,所述手套包括环模拟单元三和人体参数采集单元三,所述环境模拟单元三和所述人体参数采集单元三均与所述VR设备通讯,所述手套根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述手套反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
进一步改进的方案:所述环境模拟单元三包括控制器五、热感模拟器三、冷感模拟器三和触感模拟器,所述热感模拟器三、冷感模拟器三、触感模拟器均与所述控制器五通讯。
进一步改进的方案:所述人体参数采集单元三包括运动传感器三,所述运动传感器三与所述控制器五通讯。
进一步改进的方案:所述控制器五与所述VR设备通讯。
本公开的有益效果为:
一种用于元宇宙的智能穿戴系统,包括VR设备和穿戴设备,所述VR设备与所述穿戴设备通讯,所述穿戴设备根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述穿戴设备反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
1、本方案一方面可以实现触觉、嗅觉、冷感、热感、风吹感等方面的感觉交互,另一方面可以将人体运动姿态和部分生理参数,如体温、血压、心率、心电等,同步到VR设备中,增强人对于元宇宙感受的真实度。
2、VR设备具有通过无线或有线方式连接包括但不限于智能服装、智能手环等可穿戴设备的能力,可以极大扩展用户在元宇宙中的感知维度,包括但不限于触觉、嗅觉、冷感、热感、风吹感,并将用户在现实世界中的数据同步到元宇宙,提升元宇宙的真实感。
3、可穿戴设备均支持MESH组网功能,可通过BLE SIGMESH或2.4G私有MESH网络等来实现几百甚至几千个不同功能设备同时连接到VR设备,以便将更多感知维度或用户数据同步到元宇宙中。
4、直流风扇一位于半导体制冷片一的下方,直流风扇二位于半导体制冷片二的下方,直流风扇的风能可以均匀分散半导体制冷片以及发热布散发温度,提升了穿戴设备的冷感、热感模拟能力。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍,应当理解,以下附图仅示出了本公开的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术使用者来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关附图。
图1是本公开的结构框图。
图2是外套以及裤子示意图。
图3是VR设备的电路示意图。
图4是外套的电路示意图。
图5是气味播放器的电路示意图。
图6是智能手环的电路示意图。
图7是手套的电路示意图。
图8是手套的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中附图,对本公开实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开,并不用于限定本公开。基于本公开的实施例,本领域技术使用者在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开的保护范围。
实施例一:
参阅图1至图8,一种用于元宇宙的智能穿戴系统,包括VR设备和穿戴设备,所述VR设备与所述穿戴设备通讯,所述穿戴设备根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述穿戴设备反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
实施例二:
在实施例一的基础上:所述穿戴设备包括外套,所述外套包括环境模拟单元一和人体参数采集单元一,所述环境模拟单元一和所述人体参数采集单元一均与所述VR设备通讯,所述外套根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述外套反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述环境模拟单元一包括热感模拟器一、冷感模拟器一、风感模拟器一、和控制器一,所述热感模拟器一、冷感模拟器一、风感模拟器一均与所述控制器一通讯。
所述人体参数采集单元一包括运动感知器一,所述运动感知器一与所述控制器一通讯,所述控制器一与所述VR设备通讯。
所述热感模拟器一包括发热布一,所述外套上对应人体的上臂处设置有发热布一,所述外套上对应人体的前胸处分别设置有发热布一,所述外套上对应人体的后背处设置有发热布一。
所述冷感模拟器一包括半导体制冷片一,所述外套上对应人体的下臂处设置有半导体制冷片一,所述外套上对应人体的前胸处的发热布一下方设置有半导体制冷片一,所述外套上对应人体后背处的发热布一下方设置有半导体制冷片一。
所述风感模拟器一包括直流风扇一,所述外套上对应人体的下臂且位于半导体制冷片一下方设置有直流风扇一,所述外套上对应人体的前胸处的半导体制冷片一下方设置有直流风扇一,所述外套上对应人体后背处的半导体制冷片一下方设置有直流风扇一。
实施例二:
在上述实施例的基础上:所述穿戴设备包括裤子,所述裤子包括环模拟单元二和人体参数采集单元二,所述环境模拟单元二和所述人体参数采集单元二均与所述VR设备通讯,所述裤子根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述裤子反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述环境模拟单元二包括热感模拟器二、冷感模拟器二、风感模拟器二和控制器二,所述热感模拟器二、冷感模拟器二、风感模拟器二均与所述控制器二通讯。
所述人体参数采集单元二包括运动感知器二,所述运动感知器二与所述控制器二通讯。
所述控制器二与所述VR设备通讯。
所述热感模拟器二包括发热布二,所述发热布二设置于所述裤子上对应人体的大腿处;
所述冷感模拟器二包括半导体制冷片二,所述半导体制冷片二位于所述裤子上对应人体的小腿处。
所述风感模拟器二包括直流风扇二,所述直流风扇二设置于所述裤上对应人体的小腿处,并且,所述直流风扇二位于所述半导体制冷片二的下方。
实施例三:
在上述实施例的基础上:所述穿戴设备包括气味播放器,所述气味播放器包括气味播放模块、控制器三、温湿度传感器、运动传感器一,所述气味播放模块、温湿度传感器、运动传感器一均与所述控制器三通讯,所述控制器三与所述VR设备通讯,所述气味播放器根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述气味播放器反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
实施例四:
在上述实施例的基础上:所述穿戴设备包括智能手环,所述智能手环与所述VR设备通讯,所述VR设备接收所述智能手环反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
所述智能手环包括控制器四、生理参数监测电路、运动传感器二和用户交互电路,所述生理参数监测电路、运动传感器二和用户交互电路均与所述控制器四通讯。
所述控制器四与所述VR设备通讯。
实施例五:
在上述实施例的基础上:所述穿戴设备还包括手套,所述手套包括环模拟单元三和人体参数采集单元三,所述环境模拟单元三和所述人体参数采集单元三均与所述VR设备通讯,所述手套根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述手套反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
所述环境模拟单元三包括控制器五、热感模拟器三、冷感模拟器三和触感模拟器,所述热感模拟器三、冷感模拟器三、触感模拟器均与所述控制器五通讯。
所述人体参数采集单元三包括运动传感器三,所述运动传感器三与所述控制器五通讯。
所述控制器五与所述VR设备通讯。
下面进一步介绍本公开的技术方案,VR设备即VR/AR设备是整个系统的核心部件,通过有线和无线方式连接到不同类型的智能可穿戴设备。智能可穿戴设备通过有线总线来共享信息,以及实现和VR/AR设备之间实现更可靠、低延时的通讯。不同类型的智能可穿戴设备,能够提供不同的感知能力,包括冷感、热感、触感、嗅觉等。
系统主要设备及其实现原理:
VR设备(VR/AR设备):
传统的VR/AR设备一般只有和上位机通讯的有线/无线接口用以实现串流,本公开中的VR/AR设备增加了和智能穿戴设备通讯的接口,一般分为无线方式和有线方式两种。
无线方式:包括但不限于BLE和2.4G私有协议,BLE和2.4G两种通信方式均支持常见的星形网络(主从一体式)或网状网(MESH型)。在智能穿戴设备不多的情况下采用星形网(主从一体式)可以降低开发复杂度,更快地部署系统。而在可穿戴设备数量较多时,也可以采用MESH组网方式以扩大网络容量。
有线方式:包括但不限于RS-485,CAN总线等。有线连接在网络稳定性和可靠性上具有一定优势,可以作为无线连接方式的补充。
外套(智能外套):
智能外套是将电子控制系统嵌入到传统服装上,以实现如下的几种功能:
产生热感,利用加热电路以及配套的发热材料实现,比较常见的包括碳基热材料如石墨烯、碳纤维、碳纳米管等;产生冷感,利用制冷电路以及配套的制冷材料实现,目前常见的技术实现路径包括半导体制冷片;产生风吹感,利用小型吹风设备如直流风扇等;运动感知,利用系统搭载的运动传感器,如常见的9轴运动传感系统来监测人体的运动状态,并将数据通过无线或有线方式传送到VR/AR设备;
与VR/AR设备进行通信。智能外套的电子控制系统核心是一类无线微控制器,包括但不限于蓝牙SoC芯片,支持MESH组网。可以采用无线或有线方式和VR/AR设备进行通信。
智能外套的用电系统由内置电池或者外接移动电源进行供电,并提供状态指示灯以便随时获知设备运行状态。
智能外套在整个可穿戴设备群中还起到数据集中器的角色,因为距离AR/VR设备更近,且其有足够空间集成更多电子部件,因此其他可穿戴设备必要时可通过有线连接将数据集中到智能外套控制系统后再转发至VR/AR设备,而无须直接有线连接到VR/AR设备。
裤子(智能裤子):智能裤子的基本原理和主要功能和智能外套相同,主要区别点在于其和VR/AR设备之间使用无线通信,而和智能外套之间保存有线连接,具体原因上述已进行说明。
气味播放器:
智能气味播放器,主要用来混合并释放特定的气味,来给用户提供嗅觉,增强在元宇宙中的体验真实度。控制系统基本原理如下:供电单元一般采用内置锂电池;核心处理器为无线型微控制器,包括但不限于蓝牙(BLE)SoC芯片,支持MESH组网;气味播放控制电路,用于数字气味编码合成并释放;温湿度传感器,考虑到气味的扩散速度与周围环境温湿度相关性很大,因此采用该传感器进行播放控制修正;通信电路,包括用于和VR/AR设备进行通信的无线电路,以及和智能外套进行通信的有线电路;运动传感器,主要是为了侦测气味播放器设备的运行状态,一旦发生撞击或者跌落等异常情况可以及时的进行系统保护;状态指示电路,用于指示设备的运行状态。
智能手环:
智能手环最主要作用是监测用户的部分生理参数,诸如血氧、心率、体温等,并将该数据同步到元宇宙中,以实现更好的用户体验。包括:供电单元一般采用内置锂电池;核心处理器为无线型微控制器,包括但不限于蓝牙(BLE)SoC芯片,支持MESH组网;生理参数监测电路,内置一系列监测传感器,包括体温传感器、心电传感器、心率传感器、血氧传感器等,提供包括提问、心率、心电、血氧饱和度等在内的生理参数数据;无线通信电路,使用BLE或2.4G等无线频段和VR/AR设备进行交互;运动传感器,主要是为了监测设备的运行状态,一旦发生撞击或者跌落等异常情况可以及时的进行系统保护;用户交互电路,包括按钮和状态指示灯,按钮用于设置部分参数,状态指示灯用于指示系统运行状态。
手套(智能手套):智能手套最主要给用户提供热感、冷感和触感,系统原理:热感和冷感电路原理和智能外套相同,不再详述;供电单元,运动传感器,状态指示电路,以及无线和有线连接功能和智能手环或气味播放器原理类似,不再详述;触感模拟单元,可以用来模拟触感,比如物体的材料属性、力的大小等。
本公开还可以扩展更多可穿戴设备,只要其控制系统所用微控制器具有无线通信和MES组网能力即可。
本公开不局限于上述可选实施方式,在互不抵触的前提下,各方案之间可任意组合;任何人在本公开的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是落入本公开权利要求界定范围内的技术方案,均落在本公开的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于元宇宙的智能穿戴系统,其特征在于:包括VR设备和穿戴设备,所述VR设备与所述穿戴设备通讯,所述穿戴设备根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述穿戴设备反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述穿戴设备包括外套,所述外套包括环境模拟单元一和人体参数采集单元一,所述环境模拟单元一和所述人体参数采集单元一均与所述VR设备通讯,所述外套根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述外套反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述环境模拟单元一包括热感模拟器一、冷感模拟器一、风感模拟器一、和控制器一,所述热感模拟器一、冷感模拟器一、风感模拟器一均与所述控制器一通讯;
所述人体参数采集单元一包括运动感知器一,所述运动感知器一与所述控制器一通讯,所述控制器一与所述VR设备通讯;
所述热感模拟器一包括发热布一,所述外套上对应人体的上臂处设置有发热布一,所述外套上对应人体的前胸处分别设置有发热布一,所述外套上对应人体的后背处设置有发热布一;
所述冷感模拟器一包括半导体制冷片一,所述外套上对应人体的下臂处设置有半导体制冷片一,所述外套上对应人体的前胸处的发热布一下方设置有半导体制冷片一,所述外套上对应人体后背处的发热布一下方设置有半导体制冷片一;
所述风感模拟器一包括直流风扇一,所述外套上对应人体的下臂且位于半导体制冷片一下方设置有直流风扇一,所述外套上对应人体的前胸处的半导体制冷片一下方设置有直流风扇一,所述外套上对应人体后背处的半导体制冷片一下方设置有直流风扇一;
所述穿戴设备包括裤子,所述裤子包括环模拟单元二和人体参数采集单元二,所述环境模拟单元二和所述人体参数采集单元二均与所述VR设备通讯,所述裤子根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述裤子反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述环境模拟单元二包括热感模拟器二、冷感模拟器二、风感模拟器二和控制器二,所述热感模拟器二、冷感模拟器二、风感模拟器二均与所述控制器二通讯;
所述人体参数采集单元二包括运动感知器二,所述运动感知器二与所述控制器二通讯;
所述控制器二与所述VR设备通讯;
所述热感模拟器二包括发热布二,所述发热布二设置于所述裤子上对应人体的大腿处;
所述冷感模拟器二包括半导体制冷片二,所述半导体制冷片二位于所述裤子上对应人体的小腿处;
所述风感模拟器二包括直流风扇二,所述直流风扇二设置于所述裤上对应人体的小腿处,并且,所述直流风扇二位于所述半导体制冷片二的下方;
所述穿戴设备包括气味播放器,所述气味播放器包括气味播放模块、控制器三、温湿度传感器、运动传感器一,所述气味播放模块、温湿度传感器、运动传感器一均与所述控制器三通讯,所述控制器三与所述VR设备通讯,所述气味播放器根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述气味播放器反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于元宇宙的智能穿戴系统,其特征在于:所述穿戴设备包括智能手环,所述智能手环与所述VR设备通讯,所述VR设备接收所述智能手环反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述智能手环包括控制器四、生理参数监测电路、运动传感器二和用户交互电路,所述生理参数监测电路、运动传感器二和用户交互电路均与所述控制器四通讯;
所述控制器四与所述VR设备通讯。
3.根据权利要求1所述的一种用于元宇宙的智能穿戴系统,其特征在于:所述穿戴设备还包括手套,所述手套包括环模拟单元三和人体参数采集单元三,所述环境模拟单元三和所述人体参数采集单元三均与所述VR设备通讯,所述手套根据所述VR设备提供的虚拟环境参数对人体模拟相应的环境状态,所述VR设备接收所述手套反馈的人体参数并在虚拟环境中模拟出相应的虚拟人体状态;
所述环境模拟单元三包括控制器五、热感模拟器三、冷感模拟器三和触感模拟器,所述热感模拟器三、冷感模拟器三、触感模拟器均与所述控制器五通讯;
所述人体参数采集单元三包括运动传感器三,所述运动传感器三与所述控制器五通讯;
所述控制器五与所述VR设备通讯。
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