CN206282359U - 一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备，通过一个设备可以让体验者舒适、方便在实际原地走动，将行进距离和行进方向都映射到虚拟场景中，以实现虚拟场景内大范围全方向走动体验。设备上有一个步行板，采用滚动摩擦，可通过人力或非人力驱动自转；设备上有一个可固定虚拟现实感应设备的装置，感应设备的朝向与体验者的正面朝向始终保持同向，两者朝向通过空间定位设备实时捕捉，传回到虚拟现实主机中，通过设计算法，实现体验者朝向与虚拟场景中主角的朝向始终保持一致，体验者走动时，只要给虚拟现实主机一个行进的信号，就可以将体验者的走动动作映射到虚拟场景中，体验不同的位置和视角感受。

Description

一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备

技术领域

本实用新型涉及一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备。

背景技术

虚拟现实技术通过3D显示技术把体验者带人虚拟场景，使体验者看到的场景像真实环境一样，虚拟现实已逐步进入百姓生活，未来的需求量会是爆炸性的增长。目前虚拟现实设备也日益成熟，虚拟现实主机通过空间定位设备（如基站或天线之类，下同）能够捕捉虚拟现实感应设备（如手柄之类，下同）的位置与方向，映射到虚拟场景，与其中的内容进行互动。

虚拟现实讲究的是沉浸感、带入感，其中又以第一人物视角的场景沉浸感最强烈、最逼真，现有虚拟现实技术中，体验者靠输入设备（如手柄）控制虚拟场景中的主角向前走1米，通过软件算法实现场景主角的视野向前移动1米，但是实际上体验者没有动，场景变化或晃动剧烈时，就会晕，就像我们做过山车一样，视觉器官看到的在动，而感知器官感知身体没有动，两者冲突，即晕动症。解决晕动症的最好办法，就是体验者向前走动1米，虚拟场景主角的视野也向前移动1米，其他方向亦是如此。那么问题来了，你有这么大的真实空间来1：1地“感受”虚拟场景吗，目前虚拟现实场景都以瞬间移动或将体验者在几平方米之内（真实活动空间有限）的运动通过空间定位设备映射到虚拟场景来解决晕动症，但同时也把虚拟场景的可体验活动范围固定在了几平方米之内，甚至只能是原地360度的摇头来“欣赏”虚拟场景，严重影响了虚拟现实的沉浸感。怎样使人以最贴近真实步行（包括走和跑，下同）的方式映射到虚拟现实中，做到虚拟场景中大范围全方向走动，充分体现场景中的每一个位置和视角，是一个巨大的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决目前市面上没有让体验者舒适、方便地在实际原地走动，却将走（或跑）的行进距离和行进方向都映射到虚拟场景中，以实现虚拟场景内大范围全方向走动的方案，本实用新型通过先后解决3个技术问题：

1.舒适的方便的原地走动

2.平面全方向的原地走动

3.把体验者的面朝向实时地映射到虚拟场景中

提供了不占用很大的实际空间，让体验者真实感觉到置身于虚拟场景中，想走到哪就走到哪，体验不同位置和视角的技术方案。

技术方案

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备。

首先说一下原地走动，目前市面上的跑步机已经可以实现原地走动了，但是经过作者研究发现，跑步机两头辊筒，中间跑板的实现方式，其实是两头滚动摩擦，中间很大一块面积是滑动摩擦，摩擦力很大，机械跑步机行进困难，电动跑步机解决了行进困难，但是以高能耗、高返修率和高磨损（滑动摩擦）为代价。作者设计了全部是滚动摩擦的步行板，步行板由多个圆轴、边框和履带构成，各圆轴上分别放置数个专业的摩擦力非常小的轴承或者一个辊筒，轴两头分别插入边框的孔中，边框之间的所有轴用履带包着。体验者直接踩上履带，前行时履带通过与轴承或者辊筒的滚动摩擦，向后移动，速度与体验者的前行速度相同，摩擦力小，行进舒适，不用脱鞋或穿上什么特制的鞋或装备，这样就可以很舒适，很方便的原地走动了。

作者的设计思路来源于“人可以朝任意方向走，但是某一个时刻只能朝一个方向走，改变方向是下一时刻的事”的理念。在步行板边框下部连接一块板，板上部不碰到履带，板底部中心位置连接可以旋转的中轴，旋转是通过轴承原理，具体实现方式可以是深沟球轴承或者是推力球轴承等等，都是成熟的技术，本方案不限定，转轴固定底座，以实现步行板上面的体验者的自转，进而实现了走动——改变方向——走动的循环（现实情况也是如此）。自转的驱动方式可以是人力或者非人力，本方案不限定。人力就是用身体的某个部位推动一个不随步行板自转的固定的驱动点，以达到自转效果；非人力就是按键或者感应驱动转动电机就可以了。但是有一点需要指出的是，体验者戴上虚拟现实头显（虚拟现实主机的显示部分）之后，现实环境就看不见了，保险起见，步行需要一个扶手，这个扶手不管人力驱动或非人力驱动，都少不了，作者设计了通过与底座连接固定的绕着体验者上半身（不接触）的助推支撑圆环，起到了360度的驱动点和扶手的双重作用，所以本方案推荐的是节能环保、低返修率，兼顾娱乐健身的人力驱动自转方式。助推支撑圆环高度建议位于人自然状态下手肘下一点，可供体验者用手肘以下、手掌以上的部位助推和支撑，解放了握住虚拟现实感应设备的双手。

在步行板边框连接一个圆形硬板，板面与步行板面齐平，板面的任意位置（在虚拟现实主机空间定位设备扫描范围内），放置一个可固定虚拟现实感应设备的装置，固定摆放感应设备的朝向与体验者的正面朝向相同，这样体验者、步行板、面板、感应设备作为一个整体，不管体验者自转到什么角度，感应设备的朝向始终与体验者的正面朝向保持同向。体验者的朝向和感应设备的朝向可以时刻通过空间定位设备的捕捉，传回到虚拟现实主机中，通过虚拟现实内容设计算法，实现体验者朝向与虚拟场景中的主角的朝向始终保持一致，体验者走动时，只要给虚拟现实主机一个行进的信号就可以了，按键触发或者感应触发之类，都是成熟的技术，本方案不限定。只要设定好虚拟场景中的行进速度，就可以1比1的将体验者的走动动作映射到虚拟场景中，体验不同的位置和视角感受，且不会晕。综上所述，本实用新型采用以下方案：

一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备，其特征在于：所述设备包括面板、步行板和能够固定虚拟现实感应设备朝向的装置；其中，所述步行板围绕其垂直方向中心轴自转，在能随该步行板自转的面板上设置所述能够固定虚拟现实感应设备的装置，所述虚拟现实感应设备能够被虚拟现实主机感应到其空间位置和朝向；所述步行板由滚动摩擦传动装置、边框和履带组成；滚动摩擦传动装置为在多根圆轴上分别套入数个轴承或者一个辊筒，圆轴两头分别露出一部分，插入所述边框；所述边框之间的数列轴承或辊筒用履带包着。

有益效果

本实用新型的有益效果是，体验者以不占用很大实际空间的舒适的，方便的原地走动，最大范围的体验了虚拟场景中的任意不同位置和视角带来的新鲜感受和视角冲击力，而且高还原度的现实与虚拟的映射避免了晕动症，整个过程低碳环保、兼顾了娱乐和健身。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型俯视图；

图2为本实用新型侧面图；

图3为沿着图2中步行板E-E线的没有履带的剖面图形式1；

图4为沿着图2中步行板E-E线的没有履带的剖面图形式2；

图中1.助推支撑圆环，2.面板，3.步行板，4.支撑板，5.旋转中轴，6.底座，7.辊筒，8.圆钢条，9.边框，10.轴承，11.装置

具体实施方式

【实施例1】

以下所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实验新型的专利范围，任何利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构或等效原理变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均属于在本实用新型的专利保护范围。

实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备主要包括助推支撑圆环1、面板2、步行板3、支撑板4、旋转中轴5、底座6。圆形的面板1中间空出一个矩形，用于焊接步行板3的边框上沿，两个边框的下沿焊接支撑板4，两个边框各打10个位置对应的洞，把一根圆钢条8同时穿入两个边框对应位置的洞，两头用螺帽固定，每根钢条每隔一个固定距离打两个卡簧槽，两个卡簧槽之间放入一个轴承10，轴承两端用卡簧嵌入卡簧槽固定，或是每根钢条套入一个辊筒7。然后用一个履带包住边框之间的所有圆钢条。

支撑板4上部不能碰到履带，底部焊接旋转中轴5，旋转中轴5用的是内壁有上下两个台阶的套筒，两个深沟球轴承分别放置套筒上下两端，并且同时套在一根圆柱上，圆柱在下面的那个轴承之下的部分比在轴承和台阶里的部分稍粗，以此实现重量支撑和旋转。旋转中轴5焊接固定底座6。底座6边缘两端分别焊接一个竖杆（不接触到面板2），两个竖杆分别焊接助推支撑圆环1的边缘两端，用于体验者的助推旋转和看不见现实环境下的扶手支撑。助推支撑圆环1的高度建议位于人自然状态下手肘下一点，可供体验者用手肘以下、手掌以上的部位助推和支撑，解放了握住虚拟现实感应设备的双手。

步行板3边框焊接一个圆形面板2，面板2面与步行板3面齐平，面板2朝上的面的任意位置固定一个可固定虚拟现实感应设备的装置11，装置11上固定摆放感应设备的朝向与体验者的正面朝向相同，这样体验者、步行板3、面板2、感应设备作为一个整体，不管体验者自转到什么角度，感应设备的朝向始终与体验者的正面朝向保持同向。体验者的朝向感应设备的朝向可以时刻通过空间定位设备的捕捉，传回到虚拟现实主机中，通过虚拟现实内容设计算法，实现体验者朝向与虚拟场景中主角的朝向始终保持一致，体验者走动时，只要给虚拟现实主机一个行进的信号就可以了，按键触发或者感应触发之类，都是成熟的技术，本方案不限定。只要设定好虚拟场景中的行进速度，就可以1比1的将体验者的走动动作映射到虚拟场景中，体验不同的位置和视角感受了。

Claims (3)

1.一种实现虚拟场景内大范围全方向走动体验的设备，其特征在于：所述设备包括面板、步行板和能够固定虚拟现实感应设备朝向的装置；其中，所述步行板围绕其垂直方向中心轴自转，在能随该步行板自转的面板上设置所述能够固定虚拟现实感应设备的装置，所述虚拟现实感应设备能够被虚拟现实主机感应到其空间位置和朝向；所述步行板由滚动摩擦传动装置、边框和履带组成；滚动摩擦传动装置为在多根圆轴上分别套入数个轴承或者一个辊筒，圆轴两头分别露出一部分，插入所述边框；所述边框之间的数列轴承或辊筒用履带包着。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述步行板靠人力或者非人力的方式驱动其绕垂直方向中心轴自转。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于： 所述设备还包括不随所述步行板自转的底座以及助推支撑圆环，所述助推支撑圆环与底座固定连接，绕着体验者的上半身，但不接触上半身，起到360度的驱动点和扶手的作用。