VR热环境仿真系统技术方案

VR热环境仿真系统，包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，VR座椅位于密闭舱室内部，VR座椅下设有静压箱和震动系统，制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，VR座椅头顶设有送风系统，密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，VR座椅前方设有VR显示屏。本发明专利技术基于人体热舒适理论，从热环境与热感觉专业理论的基础出发，营造全面和局部结合的精确虚拟热环境，并与VR技术结合，提供出更先进的新型VR热环境设备，为体验者提供精准和适宜的VR热环境体验。

VR thermal environment simulation system

VR thermal environment simulation system includes airtight cabin, VR seat, refrigeration cycle system I, refrigeration cycle system II and liquid nitrogen system. VR seat is located in the inner part of the airtight cabin. There are static pressure box and vibration system under the VR seat. Refrigeration cycle system I is located in the static pressure box. There are feet perceptible entry terminal under the foot of the VR seat, air supply system on the head of the VR seat, and airtight cabin interior. Surrounded by the front radiation wall, the rear radiation wall, the left radiation wall, the right radiation wall, the upper radiation wall and the lower radiation wall, the wall is connected with the refrigeration cycle system II and liquid nitrogen system, and the front of the VR seat has a VR display screen. Based on the thermal comfort theory of human body and the theory of thermal environment and thermal sensation, the invention creates a comprehensive and local combination of precise virtual thermal environment, and combines with VR technology to provide more advanced new VR thermal environment equipment, providing precise and suitable VR thermal environment experience for experiencers.

【技术实现步骤摘要】
VR热环境仿真系统
本专利技术涉及一种VR热环境仿真系统。
技术介绍
随着生活水平的不断提高，大众对文化娱乐水平的要求也越来越高，并且随着科技的进步，数字化与智能化越来越普及，人们不再仅仅满足于死板的视听感觉，而是追求更加真实的临场体验。现有的AR与VR电影技术已经在传统的视听基础上增加了模拟现实的环节，比如摇晃、震动等效果，以求增加观感体验。然而，这些技术并没有考虑基于人体热平衡与热舒适理论精确控制热环境。关于VR技术：VR是VirtualReality的缩写，意思是虚拟现实，具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，它能最大限度接近现实，为体验者提供接近现实的感受。当前VR虚拟现实技术大部分为3D、4D，以视觉和机械运动为主，先进的VR技术已粗略考虑了风、雨、雷、电、泡泡、烟雾、火焰、雪花、扫腿、捅背、震动等效果。然而，现有的VR技术并没有深入考虑人体热感觉（热舒适研究领域），大都采用造雪机、喷水（雾）机、风机等粗略模拟自然界的风、雨、雪现象，而无法对环境温度进行精确控制，因而无法实时营造相应季节的热感觉。例如，当影片主人公从北半球来到热带，现有VR技术无法实时营造出相应的炎热感觉。关于VR设备：VR设备在航空航天领域等工业领域已有数十年的应用，典型的飞行模拟器或者宇航员训练仓都是这类设备的顶级代表。宇航员训练仓一般属于机密设备，现已能非常完善地模拟失重、缺氧及包括热感觉在内的各种状态，但是这类设备设计的基础是高端宇航、军事或飞行应用，没有适合娱乐用途的应用，因此需要开发针对民用娱乐用途的专项设备。现阶段民用VR技术常用到的硬件设备，大致可以分为四类：1、建模设备（如3D扫描仪）；2、三维视觉显示设备（如3D展示系统、大型投影系统（如CAVE）、头显（头戴式立体显示器等）；3、声音设备（如三维的声音系统以及非传统意义的立体声）；4、交互设备（包括位置追踪仪、数据手套、3D输入设备（三维鼠标）、动作捕捉设备、眼动仪、力反馈设备以及其他交互设备）。可以看出，民用娱乐VR设备中，现已能粗略实现视觉影像、声音、力学感觉等效果，并能与人体实现信息交互。然而，这些设备并不能实时精确地控制VR热环境，无法瞬时改变环境温度，对热感觉影响的考虑也不够深入。关于人体热感觉与热舒适理论：人体皮肤内存在着温度感受器，根据感受器对外界刺激的反应特性，可将其分为热感受器和冷感受器两种。热感觉对外界温度的刺激具有一定的适应性，当受到外界一定量的刺激时，冷热感受器的反应逐渐减弱，直至停止。一般条件下的室内热环境评价指标，现在常采用预测平均投票值PMV（PredictedMeanVote）与人群中不满足率PPD评价。PMV值与热感觉分级及不满足率之间的关系如下表。PMV值+3+2+10-1-2-3冷热感非常热热稍热中性稍冷冷非常冷PPD99%75%25%5%25%75%99%可以看出，人体对冷热刺激具有一定的适应性，因此VR设备中要实现瞬时的冷热环境仿真必须具有瞬间使PMV、PPD跳出适宜范围的能力，即瞬间可达到过冷、过热的环境温度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、易于实现的VR热环境仿真系统，为体验者提供精准和适宜的VR热环境体验。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种VR热环境仿真系统，包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，所述VR座椅位于密闭舱室内部，所述VR座椅下设有静压箱和震动系统，所述制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，所述VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，所述VR座椅头顶设有送风系统，所述送风系统与制冷循环系统Ⅱ相连，所述密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，所述VR座椅前方设有VR显示屏。进一步，所述制冷循环系统Ⅰ包括压缩机Ⅰ、蒸发器Ⅰ、膨胀阀Ⅰ、冷凝器Ⅰ、第一换向阀Ⅰ、第二换向阀Ⅰ、第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ、座垫冷/热盘管、靠背冷/热盘管、扶手冷/热盘管和脚部末端冷/热盘管；所述座垫冷/热盘管位于VR座椅座垫下，包括座垫冷盘管和座垫热盘管，所述座垫冷盘管上设有座垫冷盘管调节阀，所述座垫热盘管上设有座垫热盘管调节阀；所述靠背冷/热盘管位于VR座椅靠背中，包括靠背冷盘管、靠背热盘管和VR头盔接入口，所述靠背冷盘管上设有靠背冷盘管调节阀，所述靠背热盘管上设有靠背热盘管调节阀，所述VR头盔接入口为两个，分别设在靠背冷盘管、靠背热盘管上；所述扶手冷/热盘管位于VR座椅扶手中，包括扶手冷盘管、扶手热盘管和VR手套接入口，所述扶手冷盘管上设有扶手冷盘管调节阀，所述扶手热盘管设有扶手热盘管调节阀，所述VR手套接入口为两个，分别设在扶手冷盘管、扶手热盘管上；所述脚部末端冷/热盘管位于脚部可感知进入式末端中，包括脚部冷盘管和脚部热盘管，所述脚部冷盘管上设有脚部冷盘管，所述脚部热盘管上设有脚部热盘管调节阀；所述压缩机Ⅰ通过第一换向阀Ⅰ及管路分别与座垫热盘管调节阀、靠背热盘管调节阀、扶手热盘管调节阀、脚部热盘管调节阀相连，所述座垫热盘管、靠背热盘管、扶手热盘管、脚部热盘管通过第二换向阀Ⅰ与冷凝器Ⅰ相连，所述冷凝器Ⅰ与膨胀阀Ⅰ相连，所述膨胀阀Ⅰ通过第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ与蒸发器Ⅰ相连，所述蒸发器Ⅰ与压缩机Ⅰ相连；所述第一换向阀Ⅰ通过管路与第二换向阀Ⅰ相连，所述第三换向阀Ⅰ通过管路分别与座垫冷盘管、靠背冷盘管、扶手冷盘管、脚部冷盘管相连，所述脚部冷盘管、扶手冷盘管调节阀、靠背冷盘管调节阀、座垫冷盘管调节阀通过管路与第四换向阀Ⅰ相连。进一步，所述制冷循环系统Ⅱ包括压缩机Ⅱ、蒸发器Ⅱ、膨胀阀Ⅱ、冷凝器Ⅱ、第一换向阀Ⅱ、第二换向阀Ⅱ、第三换向阀Ⅱ、第四换向阀Ⅱ、风系统冷盘管、风系统热盘管、前壁面冷盘管、前壁面热盘管、后壁面冷盘管、后壁面热盘管、左壁面冷盘管、左壁面热盘管、右壁面冷盘管、右壁面热盘管、上壁面冷盘管、上壁面热盘管、下壁面冷盘管和下壁面热盘管；所述风系统冷盘管上设有风系统冷盘管调节阀，所述风系统热盘管上设有风系统热盘管调节阀，所述风系统冷盘管和风系统热盘管安装在送风系统里；所述前壁面冷盘管上设有前壁面冷盘管调节阀，所述前壁面热盘管上设有前壁面热盘管调节阀，所述前壁面冷盘管和前壁面热盘管安装在前辐射壁面内；所述后壁面冷盘管上设有后壁面冷盘管调节阀，所述后壁面热盘管上设有后壁面热盘管调节阀，所述后壁面冷盘管和后壁面热盘管安装在后辐射壁面内；所述左壁面冷盘管上设有左壁面冷盘管调节阀，所述左壁面热盘管上设有左壁面热盘管调节阀，所述左壁面冷盘管和左壁面热盘管安装在左辐射壁面内；所述右壁面冷盘管上设有右壁面冷盘管调节阀，所述右壁面热盘管上设有右壁面热盘管调节阀，所述右壁面冷盘管和右壁面热盘管安装在右辐射壁面内；所述上壁面冷盘管上设有上壁面冷盘管调节阀，所述上壁面热盘管上设于上壁面热盘管调节阀，所述上壁面冷盘管和上壁面热盘管安装在上辐射壁面内；所述下壁面冷盘管上设有下壁面冷盘管调节阀，所述下壁面热盘管上设有下壁面热盘管调节阀，所述下壁面冷盘管和下壁面热盘管安装在下辐射壁面内；所述压缩机Ⅱ通过第一换向阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.VR热环境仿真系统，其特征在于：包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，所述VR座椅位于密闭舱室内部，所述VR座椅下设有静压箱和震动系统，所述制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，所述VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，所述VR座椅头顶设有送风系统，所述送风系统与制冷循环系统Ⅱ相连，所述密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，所述VR座椅前方设有VR显示屏。

【技术特征摘要】
1.VR热环境仿真系统，其特征在于：包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，所述VR座椅位于密闭舱室内部，所述VR座椅下设有静压箱和震动系统，所述制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，所述VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，所述VR座椅头顶设有送风系统，所述送风系统与制冷循环系统Ⅱ相连，所述密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，所述VR座椅前方设有VR显示屏。2.根据权利要求1所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：所述制冷循环系统Ⅰ包括压缩机Ⅰ、蒸发器Ⅰ、膨胀阀Ⅰ、冷凝器Ⅰ、第一换向阀Ⅰ、第二换向阀Ⅰ、第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ、座垫冷/热盘管、靠背冷/热盘管、扶手冷/热盘管和脚部末端冷/热盘管；所述座垫冷/热盘管位于VR座椅座垫下，包括座垫冷盘管和座垫热盘管，所述座垫冷盘管上设有座垫冷盘管调节阀，所述座垫热盘管上设有座垫热盘管调节阀；所述靠背冷/热盘管位于VR座椅靠背中，包括靠背冷盘管、靠背热盘管和VR头盔接入口，所述靠背冷盘管上设有靠背冷盘管调节阀，所述靠背热盘管上设有靠背热盘管调节阀，所述VR头盔接入口为两个，分别设在靠背冷盘管、靠背热盘管上；所述扶手冷/热盘管位于VR座椅扶手中，包括扶手冷盘管、扶手热盘管和VR手套接入口，所述扶手冷盘管上设有扶手冷盘管调节阀，所述扶手热盘管设有扶手热盘管调节阀，所述VR手套接入口为两个，分别设在扶手冷盘管、扶手热盘管上；所述脚部末端冷/热盘管位于脚部可感知进入式末端中，包括脚部冷盘管和脚部热盘管，所述脚部冷盘管上设有脚部冷盘管，所述脚部热盘管上设有脚部热盘管调节阀；所述压缩机Ⅰ通过第一换向阀Ⅰ及管路分别与座垫热盘管调节阀、靠背热盘管调节阀、扶手热盘管调节阀、脚部热盘管调节阀相连，所述座垫热盘管、靠背热盘管、扶手热盘管、脚部热盘管通过第二换向阀Ⅰ与冷凝器Ⅰ相连，所述冷凝器Ⅰ与膨胀阀Ⅰ相连，所述膨胀阀Ⅰ通过第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ与蒸发器Ⅰ相连，所述蒸发器Ⅰ与压缩机Ⅰ相连；所述第一换向阀Ⅰ通过管路与第二换向阀Ⅰ相连，所述第三换向阀Ⅰ通过管路分别与座垫冷盘管、靠背冷盘管、扶手冷盘管、脚部冷盘管相连，所述脚部冷盘管、扶手冷盘管调节阀、靠背冷盘管调节阀、座垫冷盘管调节阀通过管路与第四换向阀Ⅰ相连。3.根据权利要求2所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：所述制冷循环系统Ⅱ包括压缩机Ⅱ、蒸发器Ⅱ、膨胀阀Ⅱ、冷凝器Ⅱ、第一换向阀Ⅱ、第二换向阀Ⅱ、第三换向阀Ⅱ、第四换向阀Ⅱ、风系统冷盘管、风系统热盘管、前壁面冷盘管、前壁面热盘管、后壁面冷盘管、后壁面热盘管、左壁面冷盘管、左壁面热盘管、右壁面冷盘管、右壁面热盘管、上壁面冷盘管、上壁面热盘管、下壁面冷盘管和下壁面热盘管；所述风系统冷盘管上设有风系统冷盘管调节阀，所述风系统热盘管上设有风系统热盘管调节阀，所述风系统冷盘管和风系统热盘管安装在送风系统里；所述前壁面冷盘管上设有前壁面冷盘管调节阀，所述前壁面热盘管上设有前壁面热盘管调节阀，所述前壁面冷盘管和前壁面热盘管安装在前辐射壁面内；所述后壁面冷盘管上设有后壁面冷盘管调节阀，所述后壁面热盘管上设有后壁面热盘管调节阀，所述后壁面冷盘管和后壁面热盘管安装在后辐射壁面内；所述左壁面冷盘管上设有左壁面冷盘管调节阀，所述左壁面热盘管上设有左壁面热盘管调节阀，所述左壁面冷盘管和左壁面热盘管安装在左辐射壁面内；所述右壁面冷盘管上设有右壁面冷盘管调节阀，所述右壁面热盘管上设有右壁面热盘管调节阀，所述右壁面冷盘管和右壁面热盘管安装在右辐射壁面内；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李念平，王春磊，王宽，彭晋卿，石利燕，方宏伟，赵克逊，王蒙，何颖东，周淋萱，贾纪康，闫辉，董小华，
申请(专利权)人：湖南大学，中铁建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43