CN1737731A

CN1737731A - 虚拟空间运动感应装置

Info

Publication number: CN1737731A
Application number: CN 200510057237
Authority: CN
Inventors: 刘昕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2006-02-22

Abstract

本发明涉及一种虚拟空间运动感应装置，其特征是：若干个运动感应器按照一定的顺序排列在一个基座上，在基座上形成一个感应区域；每个运动感应器都包含活动感应球体和一组感应部件，若干个感应部件与电脑相连；感应部件产生的与活动感应球体运动相一致的信号传送到电脑，通过电脑的整理分析将使用者在基座上的运动转化为使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。本发明由于所述结构而让使用者能够在有限的现实空间内实现对虚拟空间的无限探索。能够获得逼真虚拟空间探索体验，具有很强的趣味性。

Description

虚拟空间运动感应装置

技术领域：

本发明涉及一种通过一组带有活动感应球体的运动感应器阵列将使用者的运动转化为虚拟空间中的运动情况和位置变化。

技术背景：

随着电脑处理器运算速度的增加和显示设备品质的提升，更真实地在虚拟空间中反映人的肢体运动在各个领域都开始受到重视。比如，在电子游戏业中，以感应人体肢体活动的体感游戏正在成为其中一个不可忽视的重要组成部分。这种发展预示了这样一个现实：单纯依靠传统手柄控制游戏的时代已经过去，支持肢体运动的游戏将成为未来游戏发展的关键。

最为人熟知的肢体运动感应游戏可能就是“跳舞毯”。这个游戏在一块感应毯上设置几个格子来表示几个不同的方向，使用者通过踩其中的一个或者几个格子来完成游戏屏幕上指示的动作。诚然，这种“跳舞毯”能够感应使用者脚的位置，并且在屏幕上反映出来。但是其一个主要的缺陷是这种感应方式只能够分散地，间断地感应使用这脚步位置的变化，缺乏连贯性。

虚拟游戏已经开始风靡世界，传统的操控方式已经不能够跟上游戏的发展。事实上，很多商业游戏(特别是射击，运动类游戏)已经从手柄控制转向了更为真实的体感操控。

发明内容：

本发明的目的是提供一种虚拟空间运动感应装置，它通过多个带有活动感应球体的运动感应器来连续地感应使用者在基座上的行走运动，然后通过电脑运算在虚拟空间中产生相应的运动效果，确定使用者的位置，使得使用者能够在有限的现实空间内实现对虚拟空间的无限探索。并且，在本发明中，可以根据不同的虚拟场景来改变活动球体的摩擦力，调节整个装置的倾斜度，从而迎合各种虚拟场景的需要。

为了达到上述目的，本发明解决技术问题的技术方案是：

在一个基座上按照一定顺序排列若干个运动感应器，构成一个感应区；每一个运动感应器包括一个活动感应球体和一组感应部件；当活动感应球体被触动的时候，运动感应器的感应部件会产生与活动感应球体活动相应的信号，信号通过与电脑相连的一组电路传到电脑进行处理。当使用者在基座的感应区内行走触动活动感应球体时，运动感应器的感应部件会不断产生信号通过电路传到电脑，通过电脑的处理，来反映使用者的运动并确定使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。

本发明由于所述结构而让使用者能够在有限的现实空间内实现对虚拟空间的无限探索。能够获得逼真虚拟空间探索体验，具有很强的趣味性。

附图说明：

下面结合附图给出的非限定性的实施例对本发明作进一步说明。

图1是虚拟空间运动感应装置实施例的整体透视图；

图2是运动感应器实施例的示意图；

图3是虚拟空间运动感应装置实施例的原理示意图；

图4是身体支撑件的一种可选择模式；

图5是摩擦力调节装置的原理示意图；

图6是运动基座的原理示意图；

图7是运动感应器的一种可选择模式的详细解剖图。

具体实施方式

如图1和图2所示，虚拟空间运动感应装置包括一个基座10，使用者的运动基本都在这个基座10上进行。基座10上还包括若干个运动感应器20，，以及必要的支撑件50。若干个运动感应器20按一定顺序分布在基座10上，形成一个感应区域。

如图2所示，每一个运动感应器20都包含一个活动感应球体22和一个感应部件24。感应部件24和电脑相连。当活动感应球体22被使用者触动时，感应部件24就会产生与活动感应球体22运动相应的信号，传送到电脑将活动感应球体22的活动转化为使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。

在如图2所示的实施例中，感应部件24为一个压力感应器241。压力感应器241位于活动感应球体22的下方。所述压力感应器241可以采用索尼公司的PS2游戏机手柄按键所采用的压力传感器。

当使用者踏上基座10在感应区域内运动时，被踩到的若干个活动感应球体22受到来自使用者的压力并将压力传给压力感应器241，压力感应器241就会产生相应的信号传到电脑，当使用者的脚步移动时，又会有另外若干活动感应球体22和压力感应器241被踩到并产生相应的信号传到电脑，而原来被踩到的活动感应球体22和压力感应器241就会被释放，被释放的信号传到电脑。电脑通过整理计算来自各个压力感应器241的信号，就会计算出使用者的脚步在基座10上的运动情况，并转化为使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。

如图7所示，本发明的运动感应器20还有另外的一种可选择模式。在这种可选择模式里，若干个运动感应器20按照一定的顺序分布在基座上10，基座10上有与各个运动感应器20相对应的凹槽。运功感应器20包含一个活动感应球体22”和一个感应部件24”，感应部件24”的信号输出端与电脑相连。当活动感应球体22”在凹槽内转动时，感应部件24”会产生与活动感应球体22”转动相应的信号传到电脑，通过电脑的整理和计算，把使用者在基座10上的运动转化为使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。

具体来说，上述实施例的结构和传统光学鼠标的原理相同，感应部件24”包括一个横向滚轴241”和一个纵向滚轴242”分别按纵横方向安装在活动滚动球体22”旁边，并且紧贴活动感应球体22”。横向滚轴241”和纵向滚轴242”上都安装有一个光栅轮2451”，在光栅轮2451”的两边对应安装有发光元件2452”和光敏元件2453”。当活动感应球体22”开始转动时，横向滚轴241”和纵向滚轴242”在摩擦力的作用下开始滚动，安装在两条滚轴上的光栅轮2451”也开始转动，光敏元件2453”在接收发光元件2452”发出的光时被光栅轮2451”间断的阻挡，产生与活动感应球体22”转动相应的信号，信号传到电脑。为了保证横向滚轴241”和纵向滚轴242”和活动感应球体22”充分接触，两条滚轴旁还安装有一个小弹簧25”，使滚轴紧贴活动感应球体22”。

当使用者在基座10上运动时，使若干个活动感应球体22”转动，相应的感应部件24”产生与活动感应球体22”转动情况相一致的信号传到电脑，通过电脑整理分析，就能够转化为使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。

当然，上述感应部件24也可以采用光学感应器，如微软公司的TrackballExplorer中所采用的光学感应器来感应球体的转动。

如图1所示实施例中，为了给使用者更好的包围感，本发明还包含一个和电脑相连的头戴式显示器40。当运动感应器20的信号传到电脑后，电脑接受这些信号后，通过整理计算，将使用者在基座上的运动情况转化为虚拟空间中的运动和位置变化的视频信号，然后将视频信号传到头戴式显示器40，展现在使用者面前，从而模拟使用者在虚拟空间中的运动情况。在实施例中所述头戴式显示器40可以采用丽台公司的XEYE型头戴式显示器。

头戴式显示器40也可用一组相联的屏幕来代替，适用与不同的情况。

如图1所示，为了使使用者在基座10上运动保持平衡和给予使用者足够的支撑，本发明还包括一组支撑部件50，附加在基座10上。当使用者沉浸在虚拟空间中时，支撑部件50会给予使用者刚性支撑。在本实施例中，支撑部件50是一种扶手的形式，当然，支撑部件还可以以其他的形式出现，比如一种支撑护腰的形式，如图4所示。

如图1，图2，图7所示，基座10还可以包括一个盖板11。盖板上有若干个洞111，分别与基座10上的若干个运动感应球体22相对应，使得活动感应球体22的上部分露出来。这样活动感应球体22就能被稳定地限制在一个范围内，使用者在基座10上运动时也会更稳定。

如图6所示，基座10还可以包括一个可调节基座10倾斜角度的装置12(以下简称：可调装置)。可调装置12由一组与电脑相连的液压升降装置121提供动力，例如采用液压升降装置中的活塞部分在不同方位支撑基座的底部，通过调节液压升降装置121的升降值，可以使基座10与地面在不同方向形成角度的倾斜。电脑可以根据虚拟环境中的地形的变化情况，自动调节基座10的倾斜角度，最大限度地模拟虚拟空间中的地形环境，比如上坡下坡等等的情况。

如图3所示，本发明还可以包含一些和电脑相连的娱乐装置60来增强其娱乐功能。在本发明的实施例中，还可以包括一组和电脑相连的震动马达61来提供震动，电脑可以根据虚拟空间的情况来调节震动马达61震动的强度和方式，最大限度地模拟虚拟空间地表状况。

如图3所示，本发明的娱乐装置中还包含一套和电脑相连的立体声系统62，这套立体声系统62可以安装在基座10上，也可以安装在头戴式显示器上40，为使用者提供和虚拟环境相符的逼真音效。

如图5所示，本发明还包含一套和电脑相连的摩擦力调节装置70。摩擦力调节装置70安装在基座10上，用于调节活动感应球体22的摩擦力。通过调节活动感应球体22来模拟虚拟空间中不同的地表状况，增加使用者运动的稳定性。

具体来说，这套摩擦力调节装置70由管状摩擦力调节器71和一个压力调节器72组成，压力调节器72和电脑相连。管状摩擦力调节器71由富有弹性的材料制成。管状摩擦力调节器71包围在活动感应球体22周围，并且管状摩擦力调节器71内装有一定量的流体，对活动感应球体22产生一定的压力。压力调节器72施加的压力越大，活动感应球体22转动时的摩擦力也就越大，反之，压力越小，活动感应球体22转动时的摩擦力也就越小。通过改变活动感应球体22转动时的摩擦力，可以更真实的模拟虚拟环境的地面状况。

摩擦力调节系统还可以包括一组和电脑控制端相连的电磁铁。这一组电磁铁位于若干个活动感应球体的22下方，并且若干个活动感应球体22中包含磁性金属材料。接通电源后，电脑可以通过控制电流的强弱来控制电磁铁磁性的强弱。电流越强，电磁铁的磁性就越强，对活动感应球体22受到的向下的吸引力就越大，活动感应球体22转动时受到的摩擦力就越大。反之，电流越弱，电磁铁的磁性就越弱，对活动感应球体22的向下的吸引力就越小，活动感应球体22转动时受到的摩擦力就越小。通过改变活动感应球体22转动时的摩擦力，可以更真实的模拟虚拟环境的地面状况。

纵上所述，相关领域的技术人员能够通过以上的描述和图示完全了解本发明的原理和实施方法，并且实现本发明所要达到的目的。

Claims

1.一种虚拟空间运动感应装置，其特征是：若干个运动感应器按照一定的顺序排列在一个基座上，在基座上形成一个感应区域；每个运动感应器都包含活动感应球体和一组感应部件，若干个感应部件与电脑相连；感应部件产生的与活动感应球体运动相一致的信号传送到电脑，通过电脑的整理分析将使用者在基座上的运动转化为使用者在虚拟空间中的运动和位置变化。

2.如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：感应部件为位于活动感应球体的下方的压力感应器或光学传感器。

3.如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还包含一个和电脑现连的头戴式显示器，电脑将处理后的视频信号传到头戴式显示器上。

4.如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还包括一个身体支撑部件位于基座的附近或与基座连接。

5.如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置的基座还可以包括一个盖板，盖板上有若干个洞，分别与基座上的若干个运动感应器的活动感应球体相对应。

6、如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还包含一套摩擦力调节装置，摩擦力调节装置安装在基座上，用于调节活动感应球体的摩擦力；摩擦力调节装置由管状摩擦力调节器和一个压力调节器组成，压力调节器和电脑相连；管状摩擦力调节器由富有弹性的材料制成；管状摩擦力调节器包围在活动感应球体周围，并且管状摩擦力调节器内装有一定量的流体，对活动感应球体产生一定的压力。

7、如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还可以包括一组和电脑相连的电磁铁，这一组电磁铁位于若干个活动感应球体的下方，并且若干个活动感应球体中包含磁性金属材料。

8、如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还可以包括一个可调节基座的倾斜角度的装置，所述可调装置由一组与电脑相连的液压升降装置安装在基座的下方构成。

9、如权利要求1所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还可以包括一组和电脑相连的安装在基座上的震动马达。

10、如权利要求1或3所述的虚拟空间运动感应装置，其特征是：虚拟空间运动感应装置还包含一套和电脑相连的扬声器，这套扬声器可以安装在基座上，也可以安装在头戴式显示器上。