基于二次曲面投影技术的多功能健身系统技术方案

本发明专利技术公开了基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，利用二次曲面幕投影平台的沉浸感及二次曲面幕自身构成的相对封闭的内部空间，结合健身器材和控制技术，构建出多功能健身系统，该多功能健身系统包括硬件子系统和软件子系统；硬件子系统为投影分系统、健身分系统、外围功能分系统；软件子系统为音视提高健身乐趣。频源文件、投影画面处理、远程通信、综合控制四个软件功能单元。因此，健身者在运动过程中可足不出户地在模拟的画面前与投影内容互动进行健身活动。另外可选择气象条件，由外围功能分系统来对应环境的改变。利用二次曲面投影方式所特有的强烈沉浸感特征，使健身者产生身临其境的感觉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种投影健身系统，特别涉及了一种基于二次曲面投影技术的多功能健身系统。
技术介绍
现代高强度的生活和工作压力使人们的健康指数不断下降，而人们生活水平在不断提高的同时，对生活品质和健康状态也有了越来越高的追求，健身运动随之兴起。但伴随着我国工业化程度的提高，随之而来的高耗能，高污染，雾霾天数所占比例竟达到50％以上，这样的户外环境下，健身运动反而会对人体造成伤害，如此恶劣的空气质量使我们想在清新舒适的户外环境下健身的愿望在很长一段时间内会是一种奢望。越来越多的人退而选择室内健身方式，但室内健身枯燥无味，身体得到锻炼，心情却没有愉悦，健身者达不到理想的健身效果。目前，市面上出现一些室内虚拟场景旅游系统，如专利申请号01141309.3中描述的一种可用于虚拟旅游的系统和方法，它由运动平台、计算机组成，计算机安装有可用于虚拟旅游的程序，虚拟旅游过程中计算机显示的可以为实景拍摄的图像画面。研究显示，只有人眼视角超过90°时，才会有较明显的沉浸感，普通显示屏幕无法实现这种沉浸效果，对健身者而言，只是在健身的同时看看屏幕内容，没有身临其境的感受。另外一种方式是佩戴特殊的头盔式或眼镜式显示器，这种方式的弊端是，头盔或眼镜显示器有一定的重量，对人的头部产生束缚，人体跑跳等运动时，显示器会受重力影响下坠，体验感很差，难以满足多数健身者的要求。
技术实现思路
鉴于上述现有健身产品的技术现状，本专利技术提供了一种基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，该健身系统可模拟室外场景，使室内健身和虚拟室外环境结合，利用二次曲面投影显示方式所具有的强烈沉浸感特征，使健身者产生身临其境、置身自然的感受，提高健身运动的乐趣，健身者在健身的同时，还可以实时观察自己的健康状态信息，获得在线的健康指导。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，使用二次曲面幕投影平台的沉浸感及二次曲面幕自身构成的相对封闭的内部空间，结合健身器材和控制技术，构建出多功能健身系统，该多功能健身系统包括硬件子系统和软件子系统；其中：硬件子系统：包括投影、健身和外围功能三个分系统；所述投影分系统，用于在二次曲面幕上产生影像，并传送出相应音频，服务于健身者的视觉和听觉；所述健身分系统，满足人体的运动健身需要；所述外围功能分系统，用以完善系统的辅助功能；所述三个分系统经电缆或线路连接，通过软件子系统的软件功能单元建立信号反馈与控制，构成联系与协调，实现整体功能；软件子系统：包括音视频源文件、投影画面处理、远程通信、综合控制四个软件功能单元；所述四个软件功能单元通过计算机语言指令互为联系，音视频源文件软件功能单元为投影分系统提供音视频源文件，视频源文件经投影机和镜头在幕上生成主题影像光学信号，音频源文件经音响设备转换成声音信号；投影画面处理软件功能单元对视频文件进行管理和控制，使二次曲面幕上影像符合人眼观看要求；远程通信软件功能单元通过远程网络访问与连接实现运动状态远程监护和远程医疗指导功能，也可以支持健身者之间的远程交流互动；综合控制软件功能单元完成整个系统的功能协调、过程控制，确保整个系统功能的实现和平稳运行。本专利技术中，所涉及的投影分系统，包括基座，二次曲面投影幕，鱼眼投影镜头，投影机，音响设备和计算机主机；其中的二次曲面幕具有框架龙骨，整个幕通过框架龙骨固定于一个基座之上，除去二次曲面幕之外，其它具有的设备、器件、装置，均布置于二次曲面投影幕的框架龙骨上，或处于该幕与基座所围成的空间内，音响设备可置于基座内部并在其周围开设透声孔，健身者健身时处于该幕与基座所围成的空间内。所述二次曲面投影幕可用方程：F(x，y，z)＝a11x2+a22y2+a33z2+a12xy+a23yz+a13xz+a1x+a2y+a3z＝0来描述，根据系数的不同，可以定义多种二次曲面形式，具体地，可以是球幕、柱面幕、椭球面幕、椭圆柱面幕、抛物柱面幕，以及双曲柱面幕，所述二次曲面投影幕垂直高度至少1.8米，水平宽度至少1.6米，根据投影方式不同，所使用的基材可以是工程塑料、玻璃、玻璃钢或金属材质，其内侧喷涂光学漫反射特性介质涂层或膜层，以控制合理的光学增益，涂层的漫反射亮度系数应控制在0.2～1.0，幕面根据需要开结构孔槽，以便利于加框架龙骨、利于在基座上的固定安装、便于健身者的进出；所述投影幕上的画面为双机位投影机拼接投影而成。本专利技术中，投影分系统中所指的投影机为常见的各种技术类型的小型标准数字投影机，投影机其光输出不低于3000流明，采用双机位方案，两投影机分别处于健身者肩部两侧对称位置，或处于健身者头上两侧对称位置，或均处于二次曲面幕对称中心点附近；采用双机位方案能够降低对投影机性能的要求，双机位安装位置遵从以下四原则：a.健身者身体不能阻挡投影光路；b.投影机所投射光束能覆盖二次曲面幕总面积的50％～90％，且该总面积不包含幕上的结构孔槽面积；c.在最大化投影机光输出利用率的前提下，保障幕上各区域的影像画面有足够的光亮度和光亮度的一致性；d.保障幕上各区域影像画面完整且有足够的清晰度，双机位方案需要进行画面融合处理；本专利技术中，投影分系统中所涉及的鱼眼投影镜头，为非标准化关键部件，需要进行针对性设计，该鱼眼投影镜头遵从非相似成像原理，含有畸变，畸变规律和二次曲面投影幕的方程、投影机相对投影幕的位置关系、影像画面在投影幕上所覆盖的面积、健身者相对投影幕所处的位置等因素有关，鱼眼投影镜头的其他性能要求应满足所使用的数字投影机的光学、机械匹配要求；在双机位的投影方案中，鱼眼投影镜头全视场像高应略小于或等于投影机芯片的长边长。本专利技术中，投影分系统中所涉及的其他硬件设施，均可采用标准化产品，安装位置，以不阻挡投影机投射光束、不阻挡健身者观影和不阻碍健身动作为原则。本专利技术中，健身分系统由N自由度运动平台单元和控制单元；所述N自由度运动平台单元根据功能的不同，为骑行模拟平台、跑步模拟平台、划船模拟平台，计算机主机通过控制单元对N自由度运动平台单元进行控制。所述控制单元，包括控制器模块、传感器模块和控制面板；控制器模块输入端与计算机主机连接，输出端接N自由度运动平台单元的输入端，传感器模块接收N自由度运动平台单元提供的信号，并将信号发送到控制器模块，所述控制面板与投影分系统、健身分系统、外围功能分系统通过软件子系统电性连接，健身者通过操作控制面板完成对整个系统的控制，将内部信息或接收到的外部信息通过投影分系统投射出去，而且还可以控制系统输出的音频内容，也可根据具体需要控制″人机交互″，以实现最佳视听效果与诸多特定功能，其控制方式包括有线控制和无线控制，所述控制面板与计算机主机有线连接或无线通信连接。所述传感器模块，包括位置传感器、角度传感器、速度传感器、体征参数传感器的其中一种或几种组合；所述控制器模块的输入端与计算机主机连接对N自由度运动平台单元进行控制；所述传感器模块接收N自由度运动平台单元提供的信号，并将信号发送到控制器，控制器模块根据接收到的信号，发出调节指令给N自由度运动平台单元改变运行参数，从而实现闭环控制，同时将处理信息传送给计算机主机。本专利技术中，所述的控制面板的控制功能还可通过控制手柄方式实现。本专利技术中，所述健身分系统可自动控制健身者的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，利用二次曲面幕投影平台的沉浸感及二次曲面幕自身构成的相对封闭的内部空间，结合健身器材和控制技术，构建出多功能健身系统，该多功能健身系统包括硬件子系统和软件子系统；其中：硬件子系统：包括投影分系统、健身分系统和外围功能三个分系统；所述投影分系统，用于在二次曲面幕上产生影像，传送出相应音频，提供健身者的视觉和听觉；所述健身分系统，用于满足人体的运动健身需要；所述外围功能分系统，用以完善系统的辅助功能；所述三个分系统经电缆或线路连接，通过软件子系统的软件功能单元建立信号反馈与控制，构成联系与协调，实现整体功能；软件子系统：包括音视频源文件、投影画面处理、远程通信、综合控制等四个软件功能单元；四个软件功能单元通过计算机语言指令互为联系，音视频源文件软件功能单元为投影分系统提供音视频源文件，视频源文件经投影机和镜头在幕上生成主题影像光学信号，音频源文件经音响设备转换成声音信号；投影画面处理软件功能单元对视频文件进行管理和控制，使二次曲面幕上影像符合人眼观看要求；远程通信软件功能单元通过远程网络访问与连接实现运动状态远程监护和远程医疗指导功能，也可以支持健身者之间的远程交流互动；综合控制软件功能单元完成整个系统的功能协调、过程控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，利用二次曲面幕投影平台的沉浸感及二次曲面幕自身构成的相对封闭的内部空间，结合健身器材和控制技术，构建出多功能健身系统，该多功能健身系统包括硬件子系统和软件子系统；其中：硬件子系统：包括投影分系统、健身分系统和外围功能三个分系统；所述投影分系统，用于在二次曲面幕上产生影像，传送出相应音频，提供健身者的视觉和听觉；所述健身分系统，用于满足人体的运动健身需要；所述外围功能分系统，用以完善系统的辅助功能；所述三个分系统经电缆或线路连接，通过软件子系统的软件功能单元建立信号反馈与控制，构成联系与协调，实现整体功能；软件子系统：包括音视频源文件、投影画面处理、远程通信、综合控制等四个软件功能单元；四个软件功能单元通过计算机语言指令互为联系，音视频源文件软件功能单元为投影分系统提供音视频源文件，视频源文件经投影机和镜头在幕上生成主题影像光学信号，音频源文件经音响设备转换成声音信号；投影画面处理软件功能单元对视频文件进行管理和控制，使二次曲面幕上影像符合人眼观看要求；远程通信软件功能单元通过远程网络访问与连接实现运动状态远程监护和远程医疗指导功能，也可以支持健身者之间的远程交流互动；综合控制软件功能单元完成整个系统的功能协调、过程控制。2.根据权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，投影分系统，包括基座，二次曲面投影幕，鱼眼投影镜头，投影机，音响设备和计算机主机；其中的二次曲面幕具有框架龙骨，整个幕通过框架龙骨固定于一个基座之上，除去二次曲面幕之外，其它配套的设备、器件、装置，均布置于二次曲面投影幕的框架龙骨上，或处于该幕与基座所围成的空间内，音响设备可置于基座内部并在其周围开设透声孔，健身者健身时处于该幕与基座所围成的空间内；所述二次曲面幕可用方程：F(x，y，z)＝a11x2+a22y2+a33z2+a12xy+a23yz+a13xz+a1x+a2y+a3z＝0来描述，根据系数的不同，可以定义多种二次曲面形式，具体地，可以是球幕、柱面幕、椭球面幕、椭圆柱面幕、抛物柱面幕，以及双曲柱面幕，所述二次曲面投影幕垂直高度至少1.8米，水平宽度至少1.6米，根据投影方式不同，所使用的基材可以是工程塑料、玻璃、玻璃钢或金属材质，其内侧喷涂光学漫反射特性介质涂层或膜层，以控制合理的光学增益，涂层的漫反射亮度系数应控制在0.2～1.0，幕面根据需要开有结构孔槽，用于安装的框架龙骨固定在基座上，便于健身者的进出；所述投影幕上的画面为双机位投影机拼接投影而成；投影分系统中所述的投影机为各种技术类型的小型标准数字投影机，投影机其光输出不低于3000流明，采用双机位，两投影机分别处于健身者肩部两侧对称位置，或处于健身者头上两侧对称位置，或均处于二次曲面幕对称中心点附近；采用双机位能够降低对投影机性能的要求，双机位安装位置遵从以下四原则：a.健身者身体不能阻挡投影光路；b.投影机所投射光束能覆盖二次曲面幕总面积的50％～90％，且该总面积不包含幕上的结构孔槽面积；c.在最大化投影机光输出利用率的前提下，保障幕上各区域的影像画面有足够的光亮度和光亮度的一致性；d.保障幕上各区域影像画面完整且有足够的清晰度，双机位方案需要进行画面融合处理；投影分系统中所述的鱼眼投影镜头，为非标准化关键部件，该鱼眼投影镜头遵从非相似成像原理，含有畸变，畸变规律和二次曲面投影幕的方程、投影机相对投影幕的位置关系、影像画面在投影幕上所覆盖的面积、健身者相对投影幕所处的位置要求，鱼眼投影镜头的性能满足所使用的数字投影机的光学、机械匹配要求；在双机位的投影中，鱼眼投影镜头全视场像高应略小于或等于投影机芯片的长边长。3.根据权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，健身分系统包括N自由度运动平台单元和控制单元；所述N自由度运动平台单元根据功能的不同，为骑行模拟平台、跑步模拟平台、划船模拟平台，计算机主机通过控制单元对N自由度运动平台单元进行控制；其中控制单元，由控制器模块、传感器模块和控制面板；控制器模块输入端与计算机主机连接，输出端接N自由度运动平台单元的输入端，传感器模块接收N自由度运动平台单元提供的信号，并将信号发送到控制器模块，所述控制面板与投影分系统、健身分系统、外围功能分系统通过软件子系统电性连接，健身者通过操作控...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琛，刘红军，李维善，刘宵婵，黄金兰，赵明宇，杨刚，
申请(专利权)人：秦皇岛视听机械研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13