CN204695231U - 移动式头盔沉浸系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动式头盔沉浸系统，其包括：头盔显示器、便携式计算机、立体耳机、身体姿势追踪器、电池、交互设备。利用本实用新型能够封闭用户的听觉、视觉、动作等感官给用户完全沉浸的操作体验，使用户置身于虚拟世界之中，提高模拟的真实感和效率，适合教育训练、虚拟设计与制造，虚拟装配，模拟，虚拟演示，虚拟生物医学工程，地质、矿产、石油，航空航天、科学可视化，军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗，地形地貌、地理信息系统(GIS)，建筑视景与城市规划，地震及消防演练仿真等场合。

Description

移动式头盔沉浸系统

技术领域

本实用新型涉及一种移动式头盔沉浸系统。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又叫灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)丰要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户的五官。目前虚拟现实技术广泛的应用于军事、航天、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域。

增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器溶合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。AR系统具有三个突出的特点：①真实世界和虚拟世界的信息集成；②具有实时交互性；③是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。AR技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域。

目前应用比较广泛的为CAVE沉浸系统，CAVE以VR-Platform CAVE虚拟现实显示系统为代表。CAVE是一种基于投影的沉浸式虚拟现实显示系统，其特点是分辨率高，沉浸感强，交互性好。CAVE沉浸式虚拟现实显示系统的原理比较复杂，它是以计算机图形学为基础，把高分辨率的立体投影显示技术、多通道视景同步技术、音响技术、传感器技术等完美地融合在一起，从而产生一个被三维立体投影画面包围的供多人使用的完全沉浸式的虚拟环境。但是游戏系统的结构原因，对于超近距离的沉浸体验不好，另外该系统必须要有固定的场地及专业的安装调试人员，导致成本昂贵，部署复杂，灵活性差。因此具有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种移动式头盔沉浸系统，通过封闭用户的视觉、听觉、运动感、甚至是触觉、味觉等，给予玩家完全的沉浸感，另外再加上整体设备的小型化的集成，让背负成为可能，可以不受场地限制，随时都可以使用。

为达到本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：一种移动式头盔沉浸系统，其包括：佩戴在用户头部上并向用户提供虚拟画面的头盔显示器、佩戴在用户耳朵上并向用户提供听觉的立体耳机、佩戴在用户身体上并根据用户的身体姿势进行反馈信号的身体姿势追踪器、设置在用户身体上并给予用户感官上反馈的交互设备、以及分别与头盔显示器、立体耳机、身体姿势追踪器、交互设备均相连的便携式计算机。

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

所述头盔显示器为双目头戴式显示器并至少部分遮盖用户的眼睛，所述便携式计算机为高性能背负式小型计算机，所述立体耳机为多声道耳机。

所述头盔显示器至少包括两个目镜。

所述身体姿势追踪器包括设置在人体关节部分的多个传感器组成。

所述交互设备为按键、传感器、陀螺仪、电磁螺线管或电磁发声线圈驱动的机械振动、压电晶体、形状记忆合金驱动的探针阵列、气动系统或以上的组合体。

所述传感器为多轴传感器，为三轴陀螺仪、三轴加速传感器、三轴磁感应传感器、或者以上的组合。

还包括向便携式计算机提供电力的电池。

本实用新型优点是：

本实用新型能够将用户最大程度的带入到虚拟世界中，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察、交互三维空间内的事物。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的正面示意图。

图2为本实用新型的背面示意图。

具体实施方式

实施例：如图1-2所示，本实用新型提供一种移动式头盔沉浸系统的具体实施例，其包括：佩戴在用户头部上并向用户提供虚拟画面的头盔显示器1(HMD，Head Mounted Display)、佩戴在用户耳朵上并向用户提供听觉的立体耳机2、佩戴在用户身体上并根据用户的身体姿势进行反馈信号的身体姿势追踪器3、设置在用户身体上并给予用户感官上反馈的交互设备4、分别与头盔显示器1、立体耳机2、身体姿势追踪器3、交互设备4均相连的便携式计算机5、以及向便携式计算机5提供电力的电池6。

头盔显示器1为双目头戴式显示器，给用户提供沉浸的虚拟画面。立体耳机2为多声道耳机，给予用户逼真的听觉感受，能够区分多个方向的声音。身体姿势追踪器3用来跟踪人体全姿态或者部分姿态状态，并带入到系统里面。交互设备4为一种或者多种人机交互设备，能够实现用户对环境中的虚拟物体的操控或者虚拟世界的事情给予用户感官上的反馈。便携式计算机5为高性能的小型计算机，体积和重量足够小，满足用户背负需要，提供高性能的图形、计算、数据交换能力，模拟出三维世界。电池6为高能量、便携式电池，为相关的设备提供持续、可移动电力支持。由此整体实现用户在虚拟世界中完全的自主操作，和现实世界一样。下面对此展开进一步的说明。

在本实用新型中，便携式计算机用于展示场景，以及渲染大数据量的三维模型，对生成的虚拟现实场景并进行高逼真度仿真及渲染。在本实用新型的一个实施例中，本便携式计算机5优选的是GIGABYTE BXi5G-760Brix超迷你PC，它能提供高速的计算能力和高性能的图形渲染能力，且体积足够小，满足便携需要，它分别与头盔显示器1、身体姿势追踪器3、立体耳机2、电池6、交互设备4相连接，是所有数据、信号的处理中心，通过身体姿态追踪器3实时采集用户的全身姿态，并带入到虚拟世界中的虚拟人物做出和用户完全一致的动作。对于虚拟世界中的声音等通过立体耳机2反馈给用户。高性能的电池6给便携式计算机5提供可移动的电源支持。对于虚拟世界的显示通过头盔显示器1显示给用户。获取交互设备4提供的按键输入信息，对应到虚拟世界中的开枪动作。

在本实用新型中，头盔显示器1，它与便携式计算机5相连接，用于给用户展示虚拟世界，给玩家视觉上的反馈，使得用户有身临其境的感受，使用方式为头戴式。在本实用新型的一个实施例中，本头盔显示器优选的是Oculus Rift V2，它将虚拟现实接入游戏中，使得用户能够身临其境，沉浸感大幅提升。具有两个目镜，双眼的视觉合并之后拥有1920×1080的高清分辨率图像显示，内置陀螺仪、加速计用于检测用户头部的转动，可以让用户和真实世界一样，转动头部，观看虚拟世界的全部情况。它通过HDMI和便携式计算机连接，能够给用户以极低延时的画面输出，基本无晕眩感。

在本实用新型中，电池6具有电量高，体积小，重量轻的特点，能够给便携式计算机提供长时间的电力，不受电源线的限制。在本实用新型的一个实施例中，本电池优选的是迷你便携型UPS交流移动电源，输出为220V。能够给便携主机在高负荷下提供近3小时持续电力。

在本实用新型中，身体姿势追踪器3由多个陀螺仪、加速计组成，能够实时的提供用户当前的身体姿态。在本实用新型的一个实施例中，本身体姿势追踪器由9个传感器组成，分别对应人体四肢的8个关节处，另一个在身体的胯部。通过每个传感器的加速度和角速度计算出对应的欧拉角，再将欧拉角对应到相应的虚拟人物的关节上去，这样就可以实现真实的动作影射到虚拟人物上面去。

在本实用新型中，立体耳机2为高保真，物理5.1声道的耳机，比虚拟多声道耳机在声音的表现上更加的真实，声音的细腻程度也有着显著的提升，可以很好的满足用户聆听高品质声音和每一个细节的需求。在本实用新型的一个实施例中，本立体耳机优选的是硕美科游戏耳机，它于便携式计算机相连，将虚拟世界的声音高质量的传递给用户。

在本实用新型中，交互设备4为一种或者多种人机交互设备，能够实现用户对环境中的虚拟物体的操控或者虚拟世界的事情给予用户感官上的反馈。在本实用新型的一个实施例中，本交互设备为Razer Hydra九头灵蛇，是世界上首个PC的体感控制器，它可以让你的肢体动作如实地反应在游戏中。通过USB和便携式计算机相连，实时捕捉4个反应灵敏的按键的状态，并将按键操作对应到虚拟世界中人物的射击动作。

利用本实用新型提供的移动式头盔沉浸系统，能够直观、形象地显示模拟的操作和环境，具有极强沉浸感并解决了目前CAVE沉浸系统存在的一些缺点，能达到比CAVE系统更好的效果，是一个全新的沉浸系统，从而便于应用于各个行业、领域。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

其中可变的范围至少包括以下内容：

1：传感器的数量是可以变化的，根据具体的需要来改变数量，比如只检测手臂，只要两个就可以了。

2：便携式计算机和电池，可以改为不是背负的。

3：便携式计算机根据技术发展，可以取消，由无线形式传输图形。

4：头盔显示器，现在的画面是有主机传输的，后面可以变为用嵌入式形式自己有图形功能，比如放手机在头盔里面，看手机的画面。

Claims (7)

1.一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于其包括：佩戴在用户头部上并向用户提供虚拟画面的头盔显示器、佩戴在用户耳朵上并向用户提供听觉的立体耳机、佩戴在用户身体上并根据用户的身体姿势进行反馈信号的身体姿势追踪器、设置在用户身体上并给予用户感官上反馈的交互设备、以及分别与头盔显示器、立体耳机、身体姿势追踪器、交互设备均相连的便携式计算机。

2.根据权利要求1所述的一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于：所述头盔显示器为双目头戴式显示器并至少部分遮盖用户的眼睛，所述便携式计算机为高性能背负式小型计算机，所述立体耳机为多声道耳机。

3.根据权利要求2所述的一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于：所述头盔显示器至少包括两个目镜。

4.根据权利要求1所述的一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于：所述身体姿势追踪器包括设置在人体关节部分的多个传感器组成。

5.根据权利要求1所述的一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于：所述交互设备为按键、传感器、陀螺仪、电磁螺线管或电磁发声线圈驱动的机械振动、压电晶体、形状记忆合金驱动的探针阵列、气动系统或以上的组合体。

6.根据权利要求4或5所述的一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于：所述传感器为多轴传感器，为三轴陀螺仪、三轴加速传感器、三轴磁感应传感器、或者以上的组合。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种移动式头盔沉浸系统，其特征在于还包括向便携式计算机提供电力的电池。