一种全向跑步机及其虚拟现实实现方法技术

本发明专利技术公开了一种全向跑步机及其虚拟现实实现方法，全向跑步机包括跑步机主体、手持电子仿真枪、虚拟现实头盔、计算机、高清摄像头，高清摄像头固定在虚拟现实头盔上，高清摄像头与虚拟现实头盔有线连接，高清摄像头、手持电子仿真枪、跑步机主体都与计算机无线连接，虚拟现实头盔与计算机有线连接，手持电子仿真枪、虚拟现实头盔都与跑步机主体相配合，本发明专利技术大大提高了用户在虚拟现实场景下的游戏体感度，不仅达到可以让用户得到身体的锻炼，还可以在游戏中得到锻炼的目的。

An omni-directional treadmill and its virtual reality implementation method

【技术实现步骤摘要】
一种全向跑步机及其虚拟现实实现方法
本专利技术涉及一种全向跑步机及其虚拟现实实现方法。
技术介绍
虚拟现实(VirtualReality：VR)是近年来出现的高新技术，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、没有限制地观察三维空间内的事物。虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术、广角或宽视野立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉、力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。近年来，虚拟现实在军事、娱乐、医疗、甚至房地产开发等方面有了比较大的应用。尤其在娱乐方面，丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高，故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。如Chicago芝加哥开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的VR游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“LegealQust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度VR产品奖。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。综合目前市场上应用的虚拟现实游戏设备，主要集中在视觉感知这方面，反应在产品上，以头盔和VR眼镜为主。比较典型的比如Oculus公司的OculusRift，这是一款3D虚拟游戏眼镜，内置高分辨率显示屏可以给用户提供1280x800分辨率的高清画面，水平可视角度为90°，垂直可视角度为110°，9自由度的姿态与运动传感器以1000Hz的频率追踪头部运动轨迹，同时可通过DVI、HDMI、microUSB接口连接PC电脑或家用主机以全方位的视频和音效为使用者虚拟一个身临其境的游戏体验。尽管目前VR头盔或3D眼镜非常流行，但是反映到未来的游戏设备中，坐在椅子上按着某个按键，来推动游戏中的主角运动，已越来越不能满足消费者的用户体验了，自然的运动才能让用户感觉身临其境，通过自然的运动，让玩家在游戏时进行适当的运动，即娱乐又健身。OculusRift的3D虚拟眼镜虽然让玩家有很好的用户体验，但它不能让玩家运动起来，自然也无法满足消费者对下一代游戏设备“自然运动+虚拟现实+身临其境”的要求。因此将3D眼镜和跑步机结合起来，研发新一代全向跑步机是市场的迫切需求。2013年，美国Virtuix公司首次推出了一款全向跑步机VirtuixOmni，它首次将3D眼镜、游戏软件、虚拟现实和跑步机结合起来，让玩家真正投入到虚拟现实中，实现完美逼真的用户体验：不仅精神上投入到了虚拟现实中，身体也投入到了虚拟现实中。Omni的全向跑步机是被动全向跑步机，机身本身没有运动部件，其基座像一个光滑有沟槽的大碗，玩家是在全向跑步机上做滑行运动，这就需要每个玩家向他们购买一双适合自己尺寸的低摩擦力的鞋子。Omni全向跑步机当前只能通过传感器感应脚的运动，如果要玩游戏，需要再和微软的Kinect体感外设相结合，或者如上述与OculusRift的3D虚拟游戏眼镜相结合，以感应玩家上身的运动。微软的Kinect体感外设通过摄像机将人的肢体运动捕获并识别，然后控制游戏主角的运动，但它不能捕获人体的移动，和Omni全向跑步机结合后，让玩家在游戏中更能轻松的控制游戏主角的移动。Omni全向跑步机是世界上第一款基于虚拟现实场景设计的跑步机，但是存在一些缺陷，主要是：1、Omni全向跑步机是一款被动的全向跑步机，由于机身没有驱动性设备，使得在结构上玩家只能做平面性运动，而无法做一些立体感很强的游戏动作，大大限制了当前面对VR场景开发游戏软件的应用，同时也降低了玩家的体感度。2、Omni全向跑步机目前感知人体的运动速度和频率是通过一双定制的低摩擦力的跑鞋上的传感器来感知平面运动，只能获取双脚的运动速度、频率，而无法精确定位双脚在跑步机上的坐标，导致在游戏软件中的反映结果误差很大，只能做一些精确度要求不高的运动控制，也降低了玩家的体感度；Omni全向跑步机实际是一款集成的游戏设备，玩家的空间运动姿态需要通过外扩的微软Kinect设备来采集和提取，3D场景头盔是通过集成Oculus公司的OculusRift3D眼镜来完成虚拟现实场景的获取和播放，因此从集成化程度比较低，反应在数据处理速度、设备统一性和协议一致性方面，都无法满足消费者对下一代运动虚拟现实游戏设备的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种全向跑步机及其虚拟现实实现方法。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种全向跑步机，包括跑步机主体、手持电子仿真枪、虚拟现实头盔、计算机、高清摄像头，高清摄像头固定在虚拟现实头盔上，高清摄像头与虚拟现实头盔有线连接，高清摄像头、手持电子仿真枪、跑步机主体都与计算机无线连接，虚拟现实头盔与计算机有线连接，手持电子仿真枪、虚拟现实头盔都与跑步机主体相配合，跑步机主体包括底盘、底盘固定座、腰间固定装置、固定支杆，底盘安装在底盘固定座上，腰间固定装置通过固定支杆固定在底盘固定座上，计算机用于播放3D的视频游戏软件。作为优选，底盘呈圆形。作为优选，底盘包括转轮、滑动丝杆、伺服电机、跑步机驱动器、若干个阻值传感器模块、转盘，转盘设有通孔，伺服电机与跑步机驱动器电性连接，伺服电机连接滑动丝杆的一端，滑动丝杆的另一端插穿过通孔，转轮安装在转盘上，若干个阻值传感器模块安装在转盘底部。作为优选，跑步机驱动器包括处理器、运动加速度传感器、三轴陀螺仪传感器组C、无线WIFI模块、伺服电机驱动器、电子罗盘传感器D，伺服电机驱动器与伺服电机电性连接，运动加速度传感器、三轴陀螺仪传感器组C、伺服电机驱动器、无线WIFI模块、电子罗盘传感器D都与处理器电性连接，无线WIFI模块与计算机无线连接。作为优选，手持电子仿真枪包括仿真枪外壳、三轴陀螺仪传感器组A、扳机按钮、无线通信模块、锂电池、电子罗盘传感器E、重力加速度传感器，三轴陀螺仪传感器组A、电子罗盘传感器E、重力加速度传感器都通过无线通信模块与计算机无线连接，三轴陀螺仪传感器组A、无线通信模块都与锂电池电性连接，扳机按钮安装在仿真枪外壳上。作为优选，虚拟现实头盔包括显示屏、功放耳机、视频传输线、三轴陀螺仪传感器组B、头套固定装置，显示屏与高清摄像头有线连接，显示屏通过视频传输线与计算机有线连接，三轴陀螺仪传感器组B与计算机无线连接，功放耳机安装在头套固定装置的两端，三轴陀螺仪传感器组B安装在头套固定装置上。所述腰间固定装置包括上腰间固定圆盘、下腰间固定圆盘、固定带，所述上腰间固定圆盘通过固定带与下腰间固定圆盘固定连接。全向跑步机的虚拟现实实现方法，包括如下步骤：步骤1、计算机播放3D的视频游戏软件，然后计算机通过视频传输线投映到显示屏上；步骤2、用户观察显示屏上的视频图像，根据情节需要，在全向跑步机上做跑步运动，跑步机驱动器根据用户跑步的幅度、加速度以及移动位置来驱动底盘开始转动，同时确定用户在底盘上的位移坐标；步骤3、跑步机驱动器通过运动加速度传感器来获取底盘的角加速度，同时跑步机驱动器通过三轴陀螺仪传感器组C、电子罗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全向跑步机，其特征在于，包括跑步机主体(1)、手持电子仿真枪(7)、虚拟现实头盔(8)、计算机(13)、高清摄像头(31)，所述高清摄像头(31)固定在虚拟现实头盔(8)上，所述高清摄像头(31)与虚拟现实头盔(8)有线连接，所述高清摄像头(31)、手持电子仿真枪(7)、跑步机主体(1)都与计算机(13)无线连接，所述虚拟现实头盔(8)与计算机(13)有线连接，所述手持电子仿真枪(7)、虚拟现实头盔(8)都与跑步机主体(1)相配合，所述跑步机主体(1)包括底盘(2)、底盘固定座(3)、腰间固定装置(4)、固定支杆(5)，所述底盘(2)安装在底盘固定座(3)上，所述腰间固定装置(4)通过固定支杆(5)固定在底盘固定座(3)上，所述计算机(13)用于播放3D的视频游戏软件。

【技术特征摘要】
1.一种全向跑步机，其特征在于，包括跑步机主体(1)、手持电子仿真枪(7)、虚拟现实头盔(8)、计算机(13)、高清摄像头(31)，所述高清摄像头(31)固定在虚拟现实头盔(8)上，所述高清摄像头(31)与虚拟现实头盔(8)有线连接，所述高清摄像头(31)、手持电子仿真枪(7)、跑步机主体(1)都与计算机(13)无线连接，所述虚拟现实头盔(8)与计算机(13)有线连接，所述手持电子仿真枪(7)、虚拟现实头盔(8)都与跑步机主体(1)相配合，所述跑步机主体(1)包括底盘(2)、底盘固定座(3)、腰间固定装置(4)、固定支杆(5)，所述底盘(2)安装在底盘固定座(3)上，所述腰间固定装置(4)通过固定支杆(5)固定在底盘固定座(3)上，所述计算机(13)用于播放3D的视频游戏软件。2.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述底盘(2)呈圆形。3.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述底盘(2)包括转轮(20)、滑动丝杆(12)、伺服电机(15)、跑步机驱动器(18)、若干个阻值传感器模块(19)、转盘(14)，所述转盘(14)设有通孔(121)，所述伺服电机(15)与跑步机驱动器(18)电性连接，所述伺服电机(15)连接滑动丝杆(12)的一端，所述滑动丝杆(12)的另一端插穿过通孔(121)，所述转轮(20)安装在转盘(14)上，所述若干个阻值传感器模块(19)安装在转盘(14)的底部。4.根据权利要求3所述全向跑步机，其特征在于，所述跑步机驱动器(18)包括处理器(181)、运动加速度传感器(182)、三轴陀螺仪传感器组C(183)、无线WIFI模块(184)、伺服电机驱动器(185)、电子罗盘传感器D(186)，所述伺服电机驱动器(185)与伺服电机(15)电性连接，所述运动加速度传感器(182)、三轴陀螺仪传感器组C(183)、伺服电机驱动器(185)、无线WIFI模块(184)、电子罗盘传感器D(186)都与处理器电性连接，所述无线WIFI模块(184)与计算机(13)无线连接。5.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述手持电子仿真枪(7)包括仿真枪外壳(16)、三轴陀螺仪传感器组A(21)、扳机按钮(22)、无线通信模块(23)、锂电池(24)、电子罗盘传感器E(71)、重力加速度传感器(72)，所述三轴陀螺仪传感器组A(21)、电子罗盘传感器E(71)、重力加速度传感器(72)都通过无线通信模块(23)与计算机(13)无线连接，所述三轴陀螺仪传感器组A(21)、无线通信模块(23)都与锂电池(24)电性连接，所述扳机按钮(22)安装在仿真枪外壳(16)上。6.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述虚拟现实头盔(8)包括显示屏(25)、功放耳机(27)、视频传输线(28)、三轴陀螺仪传感器组B(30)、头套固定装置(33)，所述显示屏(25)与高清摄像头(31)有线连接，所述显示屏(25)通过视频传输线(28)与计算机(13)有线连接，所述三轴陀螺仪传感器组B(30)与计算机(13)无线连接，所述功放耳机(27)安装在头套固定装置(33)的两端，所述三轴陀螺仪传感器组B(30)安装在头套固定装置(33)上。7.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述腰间固定装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵中伟，
申请(专利权)人：杭州硕数物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33