CN207126104U - 虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的虚拟现实系统，包括立体眼镜、多台立体投影机、球形投影屏幕、平面运动模拟器以及内置有游戏情景生成软件的计算机，所述球形投影屏幕为具有中空内腔的中空构件，其内壁为投影银幕，多台立体投影机分布在球形投影屏幕中空内腔的中央，各立体投影机分别与所述计算机连接，平面运动模拟器设置在球形投影屏幕底部，平面运动模拟器包括运动装置、重力感应装置和控制器，重力感应装置设置在运动装置下方，以检测玩家在运动装置上运动产生的位置数据，控制器分别与运动装置、重力感应装置、计算机连接，本实用新型为玩家提供一个无束缚、可自由运动的观影空间，具有防眩晕的较佳游戏体验效果。

Description

虚拟现实系统

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，具体涉及虚拟现实系统。

背景技术

现有的技术方案是采用滑步式平面运动模拟器(例如Omni)与VR眼镜结合来体验虚拟现实。

滑步式平面运动模拟器必须通过外部装置将人固定住，再通过VR头戴设备体验虚拟现实，由于体感明显有别于实际走路，身体被机械固定，在头盔中看不到自己的真实身体，头盔笨重、视野受限，所以破坏沉浸感，而且容易产生眩晕。

为此，本发明人经过深入研究，特别提出一种无束缚、防眩晕、游戏和观影体验更佳的虚拟现实系统，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供虚拟现实系统，其为玩家提供一个无束缚、可自由运动的观影空间，且可根据玩家的运动生成相应的游戏情景，3D全景投影视野不受限，不破坏沉浸感，不会产生眩晕。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

虚拟现实系统，包括立体眼镜、多台立体投影机、球形投影屏幕、平面运动模拟器以及内置有游戏情景生成软件的计算机，所述球形投影屏幕为具有中空内腔的中空构件，其内壁为投影银幕，多台立体投影机分布在球形投影屏幕中空内腔的中央，各立体投影机分别与计算机连接，平面运动模拟器设置在球形投影屏幕底部，平面运动模拟器包括运动装置、重力感应装置和控制器，重力感应装置设置在运动装置下方，以检测玩家在运动装置上运动产生的位置数据，控制器分别与运动装置、重力感应装置、计算机连接。

所述运动装置包括全向履带装置、两个横向履带驱动轮、两个横向轮轴、复数个纵向履带驱动轮和复数个连接链条；

全向履带装置包含复数个横向排列的纵向履带，每条纵向履带内部设有复数个纵向排列的纵向履带轮，相邻纵向履带之间的纵向履带轮通过一连接链条串联起来，连接链条可拖动所有纵向履带进行横向运动，任一条纵向履带的纵向运动将带动其它纵向履带的纵向运动；

两个横向轮轴分别平行设置在全向履带装置的左右两侧，横向履带驱动轮设置在横向轮轴上，纵向履带驱动轮固定设置在横向履带驱动轮的轮圈表面且沿横向履带驱动轮的纵向呈一字型排列，一字型排列的纵向履带驱动轮形成纵向履带驱动轮组，纵向履带驱动轮组间隔分别设置在横向履带驱动轮轮圈的周向，各纵向履带驱动轮的轮轴方向与横向轮轴的方向垂直；

纵向履带绕过横向履带驱动轮，且位于全向履带装置两端的纵向履带内表面与纵向驱动轮的外周面接触；

重力感应装置设置在纵向履带的下表面，控制器与横向履带驱动轮及纵向履带驱动轮分别连接。

所述虚拟现实系统还包括一坡度控制模拟器，该坡度控制模拟器包括球面滑动轴承、控制电机、中央坡度控制器和四根活动支撑杆，每根活动支撑杆底部设置一控制电机，在每根活动支撑杆顶部设置一球面滑动轴承，每一横向轮轴的两端分别与两根活动支撑杆顶部的球面滑动轴承连接。

所述虚拟现实系统还包括一水平支撑架，该水平支撑架两端分别与球面滑动轴承连接，水平支撑架具有一供重力感应装置放置的支撑板。

所述多台立体投影机分为朝上组和朝下组，每组立体投影机的数量相同，朝上组和朝下组分别负责球形投影屏幕上半球和下半球的投影，同组的立体投影机在同一水平面上间隔分布，朝上组和朝下组相对于过球形投影屏幕球心的水平面对称分布。

每组立体投影机包括4台立体投影机，立体投影机采用鱼眼镜头，投射范围为上下150度，左右90度，通过球面畸变算法，确保投影范围可以适应球形平面，并且彼此之间不会产生影像重叠与影像间隙。

所述球形投影屏幕顶部安装一吊杆，该吊杆底端处于球形投影屏幕圆心，在吊杆底端安装有多根固定杆，立体投影机安装在固定杆上。

所述虚拟现实系统还包括电子仿真枪，电子仿真枪包括驱动处理器、三轴陀螺仪传感器、电子罗盘传感器、加速度传感器及电池，驱动处理器分别连接三轴陀螺仪传感器、电子罗盘传感器、加速度传感器及电池，所述三轴陀螺仪传感器、电子罗盘传感器及加速度传感器用于采集运动状态和空间位移，经驱动处理器通过wifi或蓝牙传送给计算机并集成到游戏中，驱动器处理器包括嵌入式处理器和DSP处理器，DSP处理器进行实时的运动算法计算和处理，所述嵌入式处理器负责数据的存储、指令解析和无线网络通信工作，计算机游戏根据实时采集到的电子仿真枪位置与指向信息，在屏幕上使用光标提示当前电子仿真枪所指方向，在玩家射击时，所指方向内的目标产生的变化被实时反馈到球形投影屏幕上。

采用上述方案后，本实用新型使用过程如下：

玩家只需佩戴立体眼镜站立在本实用新型的平面运动模拟器上，重力感应装置检测玩家在平面运动模拟器上运动产生的位置数据，并通过控制器进行处理生成运动数据，再由游戏情景生成软件根据运动数据进生成游戏情景，立体投影机将所述游戏情景在球形投影屏幕上投影。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一个完全自由、舒适的观影空间，不再由传统虚拟现实系统的机械束缚，通过平面运动模拟器来获取玩家的运动数据，依据该数据生成适合玩家运动状态的游戏情景以及控制玩家的运动和位置，由于立体投影机不再和玩家的姿态关联，是绝对静止的，观影世界的坐标的反向控制就只与玩家的平面移动有关，而与姿态无关，因此简化了虚拟现实游戏画面控制的复杂性，而且，避免了眩晕感，提升了玩家的游戏和观影体验。

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的整体前视图；

图2是本实用新型的整体俯视图；

图3是图1中A-A处的剖视图；

图4是本实用新型平面运动模拟器的俯视图；

图5是本实用新型平面运动模拟器部分结构示意图。

标号说明

立体投影机1，球形投影屏幕2，中空内腔21，投影银幕22，全向履带装置3，纵向履带31，纵向履带轮311，连接链条312，横向履带驱动轮4，横向轮轴5，纵向履带驱动轮6，重力感应装置7，坡度控制模拟器8，球面滑动轴承81，控制电机82，活动支撑杆83，水平支撑架9，支撑板91，吊杆10，固定杆11，玩家12。

具体实施方式

如图1-5所示，本实用新型提出的虚拟现实系统，包括立体眼镜(图中未示出)、多台立体投影机1、球形投影屏幕2、平面运动模拟器以及内置有游戏情景生成软件的计算机(图中未示出)，所述球形投影屏幕2为具有中空内腔21的中空构件，其内壁为投影银幕22，多台立体投影机1分布在球形投影屏幕2中空内腔21的中央，各立体投影机1分别与计算机连接，平面运动模拟器设置在球形投影屏幕2底部，平面运动模拟器包括运动装置、重力感应装置7和控制器(图中未示出)，运动装置为玩家12提供支撑，重力感应装置7设置在运动装置下方，以检测玩家12在运动装置上运动产生的位置数据，控制器分别与运动装置、重力感应装置7、计算机连接。

需要说明的是，重力感应装置7的表面为可滑动面。

具体的，本实施例的运动装置包括全向履带装置3、两个横向履带驱动轮4、两个横向轮轴5、复数个纵向履带驱动轮6和复数个连接链条312；

全向履带装置3包含复数个横向排列的纵向履带31，每条纵向履带31内部设有复数个纵向排列的纵向履带轮311，相邻纵向履带31之间的纵向履带轮311通过一连接链条312串联起来，连接链条312可拖动所有纵向履带31进行横向运动，任一条纵向履带31的纵向运动将带动其它纵向履带31的纵向运动；

两个横向轮轴5分别平行设置在全向履带装置3的左右两侧，横向履带驱动轮4设置在横向轮轴5上，纵向履带驱动轮6固定设置在横向履带驱动轮4的轮圈表面且沿横向履带驱动轮4的纵向呈一字型排列，一字型排列的纵向履带驱动轮6形成纵向履带驱动轮组，纵向履带驱动轮组间隔分别设置在横向履带驱动轮4轮圈的周向，各纵向履带驱动轮6的轮轴方向与横向轮轴5的方向垂直；

纵向履带31绕过横向履带驱动轮4，且位于全向履带装置3两端的纵向履带31内表面与纵向驱动轮的外周面接触，因此横向履带驱动轮4的转动，会传递带动全向履带装置3的横向运动，同时，纵向履带驱动轮6会带动所接触的纵向履带31运动，并传递带动所有纵向履带31产生纵向联动。

重力感应装置7设置在纵向履带31的下表面，控制器与横向履带驱动轮4及纵向履带驱动轮6分别连接，控制器可采集重力感应装置7检测的玩家12位置数据，并计算位置变化的速度和加速度，控制器依据该速度和加速度分别控制横向履带驱动轮4和纵向履带驱动轮6进行反向同速运动，将玩家12位置移动到运动装置的中心。

所述虚拟现实系统还包括一坡度控制模拟器8，该坡度控制模拟器8包括球面滑动轴承、控制电机、中央坡度控制器(图中未示出)和四根活动支撑杆，每根活动支撑杆底部设置一控制电机，在每根活动支撑杆顶部设置一球面滑动轴承，每一横向轮轴5的两端分别与两根活动支撑杆顶部的球面滑动轴承连接。

为了便于重力感应装置7的安装，所述虚拟现实系统还包括一水平支撑架9，该水平支撑架9两端分别与球面滑动轴承连接，水平支撑架9具有一供重力感应装置7放置的支撑板91。

所述多台立体投影机1分为朝上组和朝下组，每组立体投影机1的数量相同，朝上组和朝下组分别负责上半球和下半球的投影，同组的立体投影机1在同一水平面上间隔分布，朝上组球形投影屏幕2和朝下组相对于过球形投影屏幕2球心的水平面对称分布。

每组立体投影机1包括4台立体投影机1，立体投影机1采用鱼眼镜头，投射范围为上下150度，左右90度角，通过球面畸变算法，确保投影范围可以适应球形平面，并且彼此之间不会产生影像重叠与影像间隙。

所述球形投影屏幕2顶部安装一吊杆10，该吊杆10底端处于球形投影屏幕2圆心，在吊杆10底端安装有多根固定杆11，立体投影机1安装在固定杆11上。

所述虚拟现实系统还包括电子仿真枪，电子仿真枪包括驱动处理器、三轴陀螺仪传感器、电子罗盘传感器、加速度传感器及电池，驱动处理器分别连接三轴陀螺仪传感器、电子罗盘传感器、加速度传感器及电池，所述三轴陀螺仪传感器、电子罗盘传感器及加速度传感器用于采集运动状态和空间位移，经驱动处理器通过wifi或蓝牙传送给计算机并集成到游戏中，驱动器处理器包括嵌入式处理器和DSP处理器，DSP处理器进行实时的运动算法计算和处理，所述嵌入式处理器负责数据的存储、指令解析和无线网络通信工作，计算机游戏根据实时采集到的电子仿真枪位置与指向信息，在屏幕上使用光标提示当前电子仿真枪所指方向，在玩家射击时，所指方向内的目标产生的变化被实时反馈到球形投影屏幕上。

本实用新型使用时，玩家12穿戴立体眼镜站立在平面运动模拟器的运动装置上，玩家12主动运动，纵向履带31下方的重力感应装置7检测到玩家12重力感应数据及位置数据，将该位置数据发送给控制器，控制器处理该位置数据并生成运动数据(速度和加速度)，控制器发送运动数据给计算机，游戏情景生成软件可根据运动数据进生成游戏情景，立体投影机1将所述游戏情景在球形投影屏幕2上投影，同时控制器根据计算的运动数据控制横向履带驱动轮4和纵向履带驱动轮6的转动方向和速度，将玩家12位置移动到运动装置的中心。

需要特别说明的是：以上装置和模块属于现有技术，本实用新型关键在于利用平面运动模拟器让玩家12自由的平面运动，断开了立体投影机1与玩家12的关联，可在无束缚空间内更舒适的观影。

以上仅为本实用新型的具体实施例，并非对本实用新型的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (7)

1.虚拟现实系统，其特征在于：包括立体眼镜、多台立体投影机、球形投影屏幕、平面运动模拟器以及内置有游戏情景生成软件的计算机，所述球形投影屏幕为具有中空内腔的中空构件，其内壁为投影银幕，多台立体投影机分布在球形投影屏幕中空内腔的中央，各立体投影机分别与计算机连接，平面运动模拟器设置在球形投影屏幕底部，平面运动模拟器包括运动装置、重力感应装置和控制器，重力感应装置设置在运动装置下方，以检测玩家在运动装置上运动产生的位置数据，控制器分别与运动装置、重力感应装置、计算机连接。

2.如权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于：所述运动装置包括全向履带装置、两个横向履带驱动轮、两个横向轮轴、复数个纵向履带驱动轮和复数个连接链条；

全向履带装置包含复数个横向排列的纵向履带，每条纵向履带内部设有复数个纵向排列的纵向履带轮，相邻纵向履带之间的纵向履带轮通过一连接链条串联起来，连接链条可拖动所有纵向履带进行横向运动，任一条纵向履带的纵向运动将带动其它纵向履带的纵向运动；

两个横向轮轴分别平行设置在全向履带装置的左右两侧，横向履带驱动轮设置在横向轮轴上，纵向履带驱动轮固定设置在横向履带驱动轮的轮圈表面且沿横向履带驱动轮的纵向呈一字型排列，一字型排列的纵向履带驱动轮形成纵向履带驱动轮组，纵向履带驱动轮组间隔分别设置在横向履带驱动轮轮圈的周向，各纵向履带驱动轮的轮轴方向与横向轮轴的方向垂直；

纵向履带绕过横向履带驱动轮，且位于全向履带装置两端的纵向履带内表面与纵向驱动轮的外周面接触；

重力感应装置设置在纵向履带的下表面，控制器与横向履带驱动轮及纵向履带驱动轮分别连接。

3.如权利要求2所述的虚拟现实系统，其特征在于：所述虚拟现实系统还包括一坡度控制模拟器，该坡度控制模拟器包括球面滑动轴承、控制电机、中央坡度控制器和四根活动支撑杆，每根活动支撑杆底部设置一控制电机，在每根活动支撑杆顶部设置一球面滑动轴承，每一横向轮轴的两端分别与两根活动支撑杆顶部的球面滑动轴承连接。

4.如权利要求3所述的虚拟现实系统，其特征在于：所述虚拟现实系统还包括一水平支撑架，该水平支撑架两端分别与球面滑动轴承连接，水平支撑架具有一供重力感应装置放置的支撑板。

5.如权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于：所述多台立体投影机分为朝上组和朝下组，每组立体投影机的数量相同，朝上组和朝下组分别负责球形投影屏幕上半球和下半球的投影，同组的立体投影机在同一水平面上间隔分布，朝上组和朝下组相对于过球形投影屏幕球心的水平面对称分布。

6.如权利要求5所述的虚拟现实系统，其特征在于：所述每组立体投影机包括4台立体投影机，立体投影机采用鱼眼镜头，投射范围为上下150度，左右90度。

7.如权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于：所述球形投影屏幕顶部安装一吊杆，该吊杆底端处于球形投影屏幕圆心，在吊杆底端安装有多根固定杆，立体投影机安装在固定杆上。