CN117078894A - 实现空间站r-vr-r体验的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现空间站R‑VR‑R体验的方法，包括：在空间站体验设施中设置具有舱内活动区和舱外活动区的环形空间站体验区，舱内活动区具有与真实空间站舱相同的装饰，并且与舱外活动区首尾相接；通过在环形空间站体验区设置空间站环境生成部件，在舱内活动区和舱外活动区营造使体验者感受太空漂浮运动的太空漂浮仿真环境；体验者通过佩戴VR头盔，展示空间站舱内活动和空间站舱外活动的空间站虚拟现实场景；在进入舱内活动区的体验者佩戴好VR头盔之后，空间站环境生成部件执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境。

Description

实现空间站R-VR-R体验的方法

技术领域

本发明涉及一种空间站体验方法，特别是一种实现空间站R-VR-R体验的方法。

背景技术

空间站是一种在近地轨道长时间运行、可供航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。目前只有极少数人能够进入空间站，体验空间站的生活和工作环境。

人们可以通过建造仿真空间站，使航天爱好者体验空间站的生活和工作环境。但是目前的仿真空间站还仅仅使类似玩具的模型，不能真正实现空间站的生活和工作体验。

虚拟现实VR(Virtual Reality)具有超越现实的虚拟性。是一种利用多媒体技术发展起来的计算机新技术，它利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户需要佩戴VR眼镜或者头盔显示器(以下简称VR头盔)进入虚拟环境中。

虚拟现实VR通过VR头盔将全景图像展现给用户，使用户沉浸的一种虚拟的且又真实的环境中。

如果能够建造能够仿真空间漂浮环境的空间站体验设施，并将太空漂浮仿真环境与空间站虚拟现实环境结合，将会给人们带来全方位的空间站体验。

但是目前还没有将空间站漂浮仿真环境与空间站虚拟现实场景完美结合的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现全方位空间站体验的方法，用于在体验者进入空间站虚拟现实环境的同时进入空间站漂浮仿真环境。

本发明另一个目的是提供一种实现空间站R-VR-R(现实Reality到虚拟现实Virtual Reality再回到现实Reality)体验的方法，使体验者在空间站体验过程中，完全沉浸在空间站中，而没有空间站虚拟实现与实现的仿真空间站脱节的感觉。

本发明所提供的一种实现空间站R-VR-R体验的方法包括：

在空间站体验设施中设置具有用于体验空间站舱内活动的舱内活动区和用于体验空间站舱外活动的舱外活动区的环形空间站体验区，舱内活动区具有与真实空间站舱相同的装饰，并且与舱外活动区首尾相接；

通过在环形空间站体验区设置空间站环境生成部件，在舱内活动区和舱外活动区营造使体验者感受太空漂浮运动的太空漂浮仿真环境；

通过体验者佩戴VR头盔，展示空间站舱内活动和空间站舱外活动的空间站虚拟现实场景；

在进入舱内活动区的体验者佩戴好VR头盔之后，空间站环境生成部件执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境；

当太空漂浮仿真组件从舱内活动区进入到舱外活动区再返回到舱内活动区之后，摘下VR头盔的体验者从虚拟现实的空间站环境又回到现实仿真空间站舱环境中。

优选地，空间站环境生成部件包括VR头盔；空间站环境生成部件为体验者提供太空漂浮仿真环境和空间站虚拟实现环境包括：在确定进入舱内活动区的体验者佩戴好VR头盔时，太空漂浮仿真组件执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境。

优选地，空间站环境生成部件还包括：安装在环形空间站体验区的舱内顶部的环形轨道；沿环形轨道上移动的太空漂浮仿真组件，用于在舱内活动区和舱外活动区执行太空漂浮仿真动作，使体验者进入太空漂浮仿真环境。

优选地，空间站环境生成部件包括：安装在环形轨道上的进行小车，用于在中控室的控制下在环形轨道上移动；由行进小车牵引的悬挂体验者的悬挂机构，用于在中控室的控制下，执行太空漂浮仿真动作；当体验者进入舱内活动区并吊挂在悬挂机构并佩戴VR头盔时，悬挂机构同步地执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作。

优选地，悬挂机构包括：具有旋转电机和减速器的旋转机构；由旋转机构驱动的旋转板；安装在旋转板下端的升降卷扬机和俯仰卷扬机。

优选地，当VR头盔展示宇航员在空间站舱内漂浮活动的场景时，升降卷扬机通过绳索带动悬空的体验者上下运动。

优选地，当VR头盔展示宇航员在空间站舱内或舱外进行俯仰活动场景时，俯仰卷扬机通过绳索带动悬空的体验者进行俯仰运动。

优选地，当VR头盔展示宇航员在空间站舱外活动的场景时，旋转机构带动升降卷扬机和俯仰卷扬机旋转，营造出与VR头盔展示的宇航员面向空间站的环境。

优选地，中控室控制VR头盔展现空间站虚拟现实场景，具体包括：中控室的VR视频播放器将VR视频传送给VR头盔；VR视频包括对应于空间站活动场景开始和结束的关键标记。

优选地中控室还设有处理器，处理器中的关键标记检测模块实时检测RV视频中的关键标记，处理器根据检测到的关键标记，向行进小车和悬挂机构发出相应的控制指令，使行进小车和悬挂机构执行对应于VR头盔展示的空间站虚拟实现活动场景的太空漂浮仿真动作。

本发明能够将空间站的现实仿真环境与虚拟现实环境完美结合，使体验者完全沉浸在空间站环境中。

附图说明

图1是本发明的空间站体验设施的俯视图；

图2是设置在图1所示空间站体验设施中的太空漂浮组件第一实施例的示意图；

图3是设置在图1所示空间站体验设施中的太空漂浮组件第二实施例的示意图；

图4a和图4b分别是本发明的太空漂浮组件第一和第二实施例的悬挂机构的示意图；

图5是太空漂浮组件第一和第二实施例的行进小车的示意图；

图6是设置在图1所示空间站体验设施中的太空漂浮组件第三实施例的示意图；

图7是本发明的太空漂浮组件第三实施例的悬挂机构的示意图；

图8是本发明的电气原理图；

图9是本发明的一种实现空间站R-VR-R体验的方法的示意图。

具体实施方式

图1显示了本发明的一种空间站体验设施，包括用于体验空间站舱内活动的舱内活动区10和用于体验空间站舱外活动的舱外活动区11。舱内活动区10和舱外活动区11首尾相接，构成一个环形空间站体验区。舱内活动区10具有与真实空间站舱相同的装饰，给人一种进入真实空间站的感觉。本发明的舱内活动区10和舱外活动区11均为具有两个侧壁、顶部和底部的通道。

环形空间站体验区的顶部固定有环形轨道1。环形轨道1上装有太空漂浮仿真组件100。太空漂浮仿真组件100包括行进小车2和悬挂机构6。环形空间站体验区还设有用于监视的摄像机17。

本发明的空间站体验设施还包括用于采集体验者图像的数据采集区12、用于体验者换上太空服的太空服穿衣区13以及用于体验者脱去太空服的太空服脱衣区14。太空服穿衣区13位于数据采集区12出口与舱内活动区10进口之间，太空服脱衣区14位于舱内活动区10出口与空间站体验设施出口之间。

本发明的体验流程为，1)体验者进入太空服穿衣区13，穿上仿真太空服；2)穿上仿真太空服的体验者进入舱内活动区10，将太空漂浮仿真组件100上的绳索挂在仿真太空服上，并系上安全带；体验者佩戴VR头盔；在确认体验者佩戴好VR头盔之后，VR头盔展现空间站的虚拟现实场景，太空漂浮仿真组件100使体验者离开地面进入太空漂浮仿真环境中，并执行与体验者佩戴的VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作；3)太空漂浮仿真组件100将体验者带入到舱外活动区11后，VR头盔展现空间站舱外环境；4)从舱外活动区11返回到舱内活动区10，太空漂浮仿真组件100将体验者放到地面，体验者摘下VR头盔后，再次回到了空间站仿真现实环境；5)体验者从舱内活动区10进入太空服脱衣区，脱掉太空服，从而结束空间站体验活动。

参见图9，本发明的一种实现空间站R-VR-R体验的方法包括：

在空间站体验设施中设置具有用于体验空间站舱内活动的舱内活动区和用于体验空间站舱外活动的舱外活动区的环形空间站体验区，舱内活动区具有与真实空间站舱相同的装饰，并且与舱外活动区首尾相接；

通过在环形空间站体验区设置空间站环境生成部件，在舱内活动区和舱外活动区营造使体验者感受太空漂浮运动的太空漂浮仿真环境；

通过体验者佩戴VR头盔，展示空间站舱内活动和空间站舱外活动的空间站虚拟现实场景；

在进入舱内活动区的体验者佩戴好VR头盔之后，空间站环境生成部件执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境；

当太空漂浮仿真组件从舱内活动区进入到舱外活动区再返回到舱内活动区之后，摘下VR头盔的体验者从虚拟现实的空间站环境又回到现实仿真空间站舱环境中。

在本发明的上述方法中，空间站环境生成部件包括VR头盔；空间站环境生成部件为体验者提供太空漂浮仿真环境和空间站虚拟实现环境包括：

在确定进入舱内活动区的体验者佩戴好VR头盔时，太空漂浮仿真组件执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境。

在本发明的上述方法中，空间站环境生成部件还包括：安装在环形空间站体验区的舱内顶部的环形轨道；沿环形轨道上移动的太空漂浮仿真组件，用于在舱内活动区和舱外活动区执行太空漂浮仿真动作，使体验者进入太空漂浮仿真环境。

在本发明的上述方法中，空间站环境生成部件包括：安装在环形轨道上的进行小车，用于在中控室的控制下在环形轨道上移动；由行进小车牵引的悬挂体验者的悬挂机构，用于在中控室的控制下，执行太空漂浮仿真动作；当体验者进入舱内活动区并吊挂在悬挂机构并佩戴VR头盔时，悬挂机构同步地执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作。

在本发明的上述方法中，悬挂机构包括：具有旋转电机和减速器的旋转机构；由旋转机构驱动的旋转板；安装在旋转板下端的升降卷扬机和俯仰卷扬机。

在本发明的上述方法中，当VR头盔展示宇航员在空间站舱内漂浮活动的场景时，升降卷扬机通过绳索带动悬空的体验者上下运动。

在本发明的上述方法中，当VR头盔展示宇航员在空间站舱内或舱外进行俯仰活动场景时，俯仰卷扬机通过绳索带动悬空的体验者进行俯仰运动。

在本发明的上述方法中，当VR头盔展示宇航员在空间站舱外活动的场景时，旋转机构带动升降卷扬机和俯仰卷扬机旋转，营造出与VR头盔展示的宇航员面向空间站的环境。

在本发明的上述方法中，中控室控制VR头盔展现空间站虚拟现实场景，具体包括：中控室的VR视频播放器将VR视频传送给VR头盔；VR视频包括对应于空间站活动场景开始和结束的关键标记。

在本发明的上述方法中，中控室还设有处理器，处理器中的关键标记检测模块实时检测RV视频中的关键标记，处理器根据检测到的关键标记，向行进小车和悬挂机构发出相应的控制指令，使行进小车和悬挂机构执行对应于VR头盔展示的空间站虚拟实现活动场景的太空漂浮仿真动作。

下面结合图1-图8对实现空间站R-VR-R体验的方法的装置及原理进行详细说明。

本发明的一种实现空间站R-VR-R体验的方法包括：具有用于体验空间站舱内活动的舱内活动区10和用于体验空间站舱外活动的舱外活动区11的环形空间站体验区，舱内活动区10具有与真实空间站舱相同的装饰，并且与舱外活动区11首尾相接，参见图1；设置在环形空间站体验区内的空间站环境生成部件100，用于在环形空间站体验区为体验者提供太空漂浮仿真环境和空间站虚拟实现环境，参见图2和图6；用于控制空间站环境生成部件执行相应操作的中控室，参见图8。

本发明的空间站环境生成部件100包括：安装在环形空间站体验区的舱内顶部的环形轨道1；沿环形轨道上移动的太空漂浮仿真组件2和6，用于在舱内活动区和舱外活动区执行太空漂浮仿真动作，使体验者进入太空漂浮仿真环境；佩戴在体验者头部的VR头盔，用于展示空间站舱内活动和空间站舱外活动的空间站虚拟现实场景。

本发明在体验者进入舱内活动区10佩戴VR头盔之后，太空漂浮仿真组件执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境；并且沿环形轨道上移动的太空漂浮仿真组件从舱内活动区10进入到舱外活动区11再返回到舱内活动区10，使体验者在进入空间站舱内活动区10佩戴VR直到摘下VR头盔的体验过程中，始终沉浸在现实和虚拟现实的空间站环境中。

如图2和图3所示，本发明的太空漂浮仿真组件包括：安装在环形轨道上的进行小车2，用于在中控室的控制下在环形轨道1上移动；由行进小车2牵引的悬挂体验者的悬挂机构6，用于在中控室的控制下，执行太空漂浮仿真动作。本发明在体验者进入舱内活动区并吊挂在悬挂机构6之后，佩戴在体验者头部的VR头盔与悬挂机构6同步地执行空间站虚拟现实场景和太空漂浮仿真动作。具体地说，佩戴在体验者头部的VR显示空间站舱内活动和空间站舱外活动的空间站虚拟现实场景，使体验者进入空间站虚拟现实环境中；悬挂机构同时执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相对应的各种太空漂浮仿真动作，使体验者在进入空间站虚拟现实环境的同时进入太空漂浮仿真环境。

如图2和图3所示，环形轨道1的上表面固定连接有若干个吊梁3，吊梁3在使用时能够起到良好的支撑和固定的效果。吊梁3的上表面焊接有调距杆4，调距杆4在使用时能够依据安装的需要调节环形轨道1的安装高度。调距杆4的顶端焊接有安装板5，安装板5的表面开设有若干个安装孔，安装板5能够将轨道1直接固定到环形空间站体验区的顶部上。环形轨道1的下表面开设有滑槽81，滑槽81内滑动连接有若干个滑块8，滑槽81能够保持对滑块8稳定的滑动效果，若干个滑块8的下表面与同一个供电线缆的表面卡接，滑槽81与滑块8均呈T形，使滑动更为稳定，并具备良好的防脱效果。另外，环形轨道1的下表面固定连接有齿条7，齿轮26的表面与齿条8相啮合，以使行进小车2沿着环形轨道1移动。

图5显示了图2和图3所示的行进小车2，行进小车2包括连接板21，连接板21的上表面通过两个轴承27与两个支架22的底端活动连接，使行进小车2在移动至环形轨道1的弯曲位置时，两个支架22通过轴承27保持很好的角度变化，使其保持连接板21能够稳定的进行弯道移动。支架22内壁的正面和背面均活动连接有承重轮23，支架22内壁的上表面设置有两个定位轮24。连接板21的上表面固定连接有减速器25，减速器25的输入端传动连接有电机，减速器25的输出端卡接有齿轮26，在齿轮26与齿条7的配合下，行进小车2可沿着环形轨道1移动。

图4a显示了执行图2所示的悬挂作业的悬挂机构6的结构，包括：固定在行走小车上的包括电机和减速器的旋转机构61；连接旋转驱动机构输出轴62的旋转板63；固定在旋转板63下端的用于同步地执行上下升降作业的卷扬机64和65，卷扬机64和65通过同步地驱动绳索上下运动，营造出太空漂浮动作，使体验者置身于太空的失重环境中。

图4b显示了执行图3所示的悬挂作业的悬挂机构6的结构，包括：固定在行走小车上的包括电机和减速器的旋转机构61；连接旋转驱动机构输出轴62的旋转板63；固定在旋转板63下端的用于同步地执行上下升降作业的卷扬机64和65，卷扬机64和65通过同步地驱动绳索上下运动，营造出太空漂浮动作，使体验者置身于太空的失重环境中；以及固定在旋转板63下端的用于执行俯仰作业的卷扬机67，卷扬机67通过驱动悬吊体验者的绳索，使体验者进行俯仰运动。

作为选择，也可以用一个卷扬机替换同步地执行上下升降作业的卷扬机64和65。在用一个卷扬机执行上下升降作业时，绳索的一端被固定在旋转板63上，绳索的另一端由卷扬机驱动。绳索穿过至少两个具有挂钩的滑轮，两个滑轮通过挂钩挂在体验者的太空服的悬挂部位，驱动体验者在空中进行上下运动。

图6显示了本发明的太空漂浮仿真组件另一个实例，环形轨道1为工字型轨道，进行小车2和悬挂机构6(未显示机箱)分别安装在工字型轨道1上，并且悬挂机构6在行进小车2的牵引或者推动下行走。

图7显示了图6所示的悬挂机构6的结构，包括安装在工字型轨道上的机箱60；安装在机箱60内的包括电机和减速器的旋转机构61；连接旋转驱动机构输出轴62的旋转板63；固定在旋转板63下端的用于同步地执行上下升降作业的卷扬机64和65，卷扬机64和65通过同步地驱动绳索上下运动，营造出太空漂浮动作，使体验者置身于太空的失重环境中；以及固定在旋转板63下端的用于执行俯仰作业的卷扬机67，卷扬机67通过驱动悬吊体验者的绳索，使体验者进行俯仰运动。

参见图8，中控室设有接收设置在环形空间站体验区的摄像机17输出的视频图像的监视器，用于根据摄像机拍摄的图像判断机舱内的体验者是否佩戴VR头盔，当判断机舱内所有体验者都佩戴VR头盔时，控制VR头盔展现空间站虚拟现实场景。

具体地说，控制VR头盔展现空间站虚拟现实场景包括：中控室设有的VR视频播放器将VR视频传送给VR头盔；VR视频包括对应于空间站活动场景开始和结束的关键标记。

参见图8，本发明的中控室还设有处理器，处理器中的关键标记检测模块(图中未显示)实时检测RV视频中的关键标记，处理器根据检测到的关键标记，向行进小车和悬挂机构发出相应的控制指令，使行进小车和悬挂机构执行对应于VR头盔展示的空间站虚拟实现活动场景的太空漂浮仿真动作。

为了使悬挂机构6执行的操作与VR头盔展示的虚拟现实场景更好地同步执行，本发明的中控室还设有延时传输模块，用于延时传输VR视频，也就是在将相应的控制指令发送给行进小车和悬挂机构执之后，再将VR视频发送给VR眼镜或者头盔显示器。

本发明的行进小车和悬挂机构分别具有控制器，用于接收中控室的处理器发出的控制指令，并根据控制指令控制行进小车行走和控制悬挂机构执行太空漂浮仿真动作。

综上所述，本发明的实现空间站R-VR-R体验的方法能够使体验者体验空间站环境的同时，将空间站的现实仿真环境与虚拟现实环境完美结合，使体验者完全沉浸在空间站环境中。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现空间站R-VR-R体验的方法，包括：

在空间站体验设施中设置具有用于体验空间站舱内活动的舱内活动区和用于体验空间站舱外活动的舱外活动区的环形空间站体验区，所述舱内活动区具有与真实空间站舱相同的装饰，并且与舱外活动区首尾相接；

通过在所述环形空间站体验区设置空间站环境生成部件，在所述舱内活动区和舱外活动区营造使所述体验者感受太空漂浮运动的太空漂浮仿真环境；

通过体验者佩戴VR头盔，展示空间站舱内活动和空间站舱外活动的空间站虚拟现实场景；

在进入舱内活动区的体验者佩戴好VR头盔之后，所述空间站环境生成部件执行与所述VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使所述体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境；

当太空漂浮仿真组件从所述舱内活动区进入到舱外活动区再返回到所述舱内活动区之后，摘下VR头盔的所述体验者从虚拟现实的空间站环境又回到现实仿真空间站舱环境中；

其中，所述R-VR-R是指，现实到虚拟现实再回到现实。

2.根据权利要求1所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，空间站环境生成部件包括VR头盔；空间站环境生成部件为体验者提供太空漂浮仿真环境和空间站虚拟实现环境包括：

在确定进入舱内活动区的所述体验者佩戴好VR头盔时，所述太空漂浮仿真组件执行与所述VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作，使所述体验者进入空间站虚拟现实环境和太空漂浮仿真环境。

3.根据权利要求2所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，所述空间站环境生成部件还包括：

安装在所述环形空间站体验区的舱内顶部的环形轨道；

沿所述环形轨道上移动的太空漂浮仿真组件，用于在所述舱内活动区和舱外活动区执行太空漂浮仿真动作，使所述体验者进入太空漂浮仿真环境。

4.根据权利要求2或3所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，所述空间站环境生成部件包括：安装在所述环形轨道上的进行小车，用于在中控室的控制下在环形轨道上移动；由所述行进小车牵引的悬挂体验者的悬挂机构，用于在所述中控室的控制下，执行太空漂浮仿真动作；

其中，当所述体验者进入舱内活动区并吊挂在所述悬挂机构并佩戴VR头盔时，所述悬挂机构同步地执行与VR头盔展示的空间站虚拟现实场景相应的太空漂浮仿真动作。

5.根据权利要求4所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，所述悬挂机构包括：具有旋转电机和减速器的旋转机构；由所述旋转机构驱动的旋转板；安装在所述旋转板下端的升降卷扬机和俯仰卷扬机。

6.根据权利要求5所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，当所述VR头盔展示宇航员在空间站舱内漂浮活动的场景时，所述升降卷扬机通过绳索带动悬空的体验者上下运动。

7.根据权利要求5所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，当所述VR头盔展示宇航员在空间站舱内或舱外进行俯仰活动场景时，所述俯仰卷扬机通过绳索带动悬空的体验者进行俯仰运动。

8.根据权利要求5所述的实现空间站R-VR-R体验的方法，其中，当所述VR头盔展示宇航员在空间站舱外活动的场景时，所述旋转机构带动升降卷扬机和俯仰卷扬机旋转，营造出与VR头盔展示的宇航员面向空间站的环境。

9.根据权利要求7所述的实现R-VR-R空间站体验的方法，其中，中控室控制所述VR头盔展现空间站虚拟现实场景，具体包括：中控室的VR视频播放器将VR视频传送给所述VR头盔；所述VR视频包括对应于空间站活动场景开始和结束的关键标记。

10.根据权利要求9所述的实现R-VR-R空间站体验的方法，其中，所述中控室还设有处理器，所述处理器中的关键标记检测模块实时检测RV视频中的关键标记，处理器根据检测到的所述关键标记，向所述行进小车和所述悬挂机构发出相应的控制指令，使所述行进小车和所述悬挂机构执行对应于VR头盔展示的空间站虚拟实现活动场景的太空漂浮仿真动作。