一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟系统和方法技术方案

一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟系统和方法属于计算机仿真技术领域，是一种利用计算机图形学来数字虚拟化现代冰壶运动，并允许用户通过体感交互技术进行虚拟现代冰壶运动的方法。由于任何对冰壶运动感兴趣的大众都可以在相对自由区域进行体验，从而大大降低了这项运动的门槛。解决了现实中现代冰壶运动体验的：场地环境要求较高、使用真实冰壶和冰刷的不便、资源消费较多的问题。有利于这项冰雪运动的推广。本发明专利技术结合体感交互技术，解决了因体验人员自身技能水平不足造成的体验效果差的问题。用户通过简单的交互，就可以专注于体验完整的现代冰壶运动，而无需为自身技能或比赛规则等问题过于苦恼，从而增加了体验的互动性和趣味性。体验的互动性和趣味性。体验的互动性和趣味性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟系统和方法


[0001]本专利技术属于计算机仿真
，涉及计算机图形学、人机交互学和虚拟仿真技术，另外涉及到现代冰壶运动，是一种利用计算机图形学来数字虚拟化现代冰壶运动，并允许用户通过体感交互技术进行虚拟现代冰壶运动的方法。

技术介绍

[0002]冬季奥林匹克运动会(Winter Olympic Games),简称为冬奥会。冰壶(Curling)是冬奥会中一项以队为单位的冰上投掷竞技比赛项目。但是，由于现代冰壶运动通常需要在冰壶场馆中比赛，且需要冰壶、冰刷等设备，因此其相对严格的场地和装备要求使得大众参与其中的门槛很高。这些问题严重限制了现代冰壶运动的体验。
[0003]目前除在正式的冰壶场馆体验外，还存在“陆地冰壶”的体验方式。“陆地冰壶”是以冬奥会冰壶项目为基础，同样以队为单位的，在陆地上进行并更适合大众广泛开展的体育运动项目。“陆地冰壶”虽然能够达到一定的体验效果，但由于非冰面场地和设备的简易性等问题无法真实还原实际冰壶运动的效果，更无法起到冰壶运动的训练和比赛模拟功能。另外，目前也缺少利用虚拟现实体感交互技术来模拟现代冰壶运动的实际优质产品或技术方法。

技术实现思路

[0004]针对目前进行现代冰壶运动体验所存在的各类局限与不足之处，本专利技术提供了一种虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟系统和方法，用户能够通过简单的肢体动作交互冰壶和冰刷，在虚拟环境中完成冰壶手持移动、旋转、投掷、释放、使用冰刷扫冰的一系列动作，以提供良好的现代冰壶运动交互体验。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟系统，借助计算机、体感传感器、显示设备和虚拟仿真软件实现。
[0007]它以个人计算机、显示设备、体感输入设备为硬件基础，通过个人计算机运行本专利中的软件来进行虚拟现实的模拟，再利用显示设备将结果提供给用户和观览者。
[0008]该系统的硬件部分包括个人计算机，持握式体感交互控制器和显示设备。其中：
[0009]1.个人计算机：用于运行本系统中的软件。它必须是一台能够流畅运行本系统软件的个人电脑，与本系统中的其他硬件具有良好的兼容性。作用是流畅运行本系统的软件，接收来自体感交互控制器的输入信息并将其发送给软件，软件再根据内置功能将交互结果通过显示设备进行输出。
[0010]2.持握式体感交互控制器：用户可以使用两个体感交互控制器与本系统的软件进行交互。控制器必须在本系统中与软件和个人计算机兼容(例如HTC公司生产的Vive操控手柄)。作用是接收用户的体感动作输入信息，并将它们通过个人计算机上的接口传给软件。
[0011]3.显示设备：用于显示本系统中的视觉信息，为用户和其他观览者展示虚拟现实
内容。
[0012]软件部分为基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟软件,包括体感交互输入模块、逻辑判断模块和视觉显示模块。其中：
[0013]1.体感交互输入模块用于收集与处理用户的动作输入信息，信息可被逻辑判断模块随时进行调用。它能够接收体感控制器传入的用户动作数据，并将这种动作状态与细节传达给逻辑判断模块。
[0014]2.逻辑判断模块用于控制系统的整体逻辑，接收来自体感交互输入模块提供的用户输入信息，并进行逻辑运算以调用指定的功能，再通过视觉显示模块将交互结果反馈给用户。逻辑判断模块中包含了本虚拟现实交互系统中所有的功能逻辑，是本系统的核心。它还管理当前运行时所处的功能模块，可以根据用户的输入信息切换当前运行的功能模块，以实现不同的功能和运算。
[0015]3.视觉显示模块用于运算处理视觉信息，并将结果通过显示屏进行输出。当逻辑判断模块调用视觉显示模块时，该模块将显示相应的视觉信息，以及接收来自逻辑判断模块传输的命令，加载不同的资源，在显示设备上显示交互结果。本虚拟现实交互系统着重对现代冰壶运动进行模拟，显示模块将根据逻辑判断模块的数据，模拟冰刷的移动以及冰壶的移动、行进路线和预测轨迹信息。
[0016]一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟方法，包括以下步骤：
[0017]1.使用持握式体感控制器移动冰壶的步骤。
[0018]①
用户以站姿将两个持握式体感控制器分别握在双手中，系统将持握式体感控制器的位置映射到虚拟环境中。在虚拟环境中将会出现虚拟的“手”，其位置即由控制器所映射。另外，虚拟环境的地面上会出现虚拟冰壶赛道和一个虚拟冰壶。
[0019]②
用户在双手持握体感控制器的前提下，由站姿转变为准备投掷冰壶的蹲姿。此时用户的右手应位于身体前方，左手自然下垂于一侧。用户将右侧体感控制器所控制的“手”移动到虚拟场景中的冰壶手柄上后，按下体感控制器上的按键(如可设定为右手柄下方的扳机键)，虚拟的“手”会自动握住虚拟的冰壶；若用户松开按键，则虚拟的“手”将松开冰壶，将回到
①
的状态。
[0020]③
在上一步的基础上，若用户在按住右体感控制器按键不松开的前提下移动右手位置，则虚拟冰壶会同虚拟的“手”随用户的该行为而移动(不会在竖直方向上移动)。
[0021]2.使用持握式体感控制器投掷与释放冰壶的步骤。
[0022]①
在使用持握式体感控制器移动冰壶的基础上，若用户通过改变身体重心等方式，持握体感控制器使其沿身体前向移动并使得移动距离超出设定阈值后，系统则会判定虚拟冰壶被投掷出去。此时虚拟的“手”会和冰壶一起移动，移动的速度向量与超出阈值时体感控制器的速度向量一致。
[0023]②
冰壶被投掷后，用户无法再次改变虚拟冰壶的速度，但能够在不松开按键的前提下，以垂直地面方向的轴旋转右体感控制器，从而改变虚拟的“手”和冰壶的旋转角度(以虚拟场景的“上方向”为轴)。
[0024]③
当用户决定释放冰壶时，可松开右体感控制器的按键。之后虚拟的“手”松开冰壶，冰壶则会以之前的线速度和释放时的角速度移动和旋转，从而完成冰壶的释放。
[0025]④
在虚拟赛道上另设置了“交付线”，它是一条垂直于冰壶释放方向的横线。虚拟
冰壶超过了“交付线”时，若用户仍没有松开按键，则冰壶会被强制脱离控制而释放出去。这一设定是为了匹配现代冰壶运动的一条比赛规则，即必须在“交付线”前释放冰壶。
[0026]⑤
冰壶被释放后，其移动的具体方式由逻辑判断模块所控制。逻辑判断模块还会预测冰壶的行进路线，并将数据输入给视觉显示模块，后者则会对冰壶的已运动轨迹和预测的行进路线进行渲染工作，以提供给用户更良好的体验。但若冰壶超出了虚拟赛道范围，则会立即停止移动。
[0027]3.使用持握式体感控制器扫冰的步骤。
[0028]①
虚拟冰壶在场景出现后，同时会在其右侧生成虚拟的冰刷，并等待冰壶的释放。一旦冰壶被释放出去，冰刷便会迅速移动到“交付线”前方，并位于虚拟冰壶的行进轨迹上。
[0029]②<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟系统，它以个人计算机、显示设备、体感输入设备为硬件基础，通过个人计算机运行本专利中的软件来进行虚拟现实的模拟，再利用显示设备将结果提供给用户和观览者；该系统硬件部分包括个人计算机，持握式体感交互控制器和显示设备；其特征在于：a.个人计算机：用于运行本系统中的软件；接收来自体感交互控制器的输入信息并将其发送给软件，软件再根据内置功能将交互结果通过显示设备进行输出；b.持握式体感交互控制器：用户可以使用两个体感交互控制器与本系统的软件进行交互；控制器必须在本系统中与软件和个人计算机兼容，接收用户的体感动作输入信息，并将他们通过个人计算机上的接口传给软件；c.显示设备：用于显示本系统中的视觉信息，为用户和其他观览者展示虚拟现实内容；软件部分为基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟软件,包括体感交互输入模块、逻辑判断模块和视觉显示模块；其中：a.体感交互输入模块用于收集与处理用户的动作输入信息，信息可被逻辑判断模块随时进行调用；它能够接收体感控制器传入的用户动作数据，并将这种动作状态与细节传达给逻辑判断模块；b.逻辑判断模块用于控制系统的整体逻辑，接收来自体感交互输入模块提供的用户输入信息，并进行逻辑运算以调用指定的功能，再通过视觉显示模块将交互结果反馈给用户；逻辑判断模块中包含了本虚拟现实交互系统中所有的功能逻辑，是本系统的核心；它还管理当前运行时所处的功能模块，可以根据用户的输入信息切换当前运行的功能模块，以实现不同的功能和运算；c.视觉显示模块用于运算处理视觉信息，并将结果通过显示屏进行输出；当逻辑判断模块调用视觉显示模块时，该模块将显示相应的视觉信息，以及接收来自逻辑判断模块传输的命令，加载不同的资源，在显示设备上显示交互结果；本虚拟现实交互系统着重对现代冰壶运动进行模拟，显示模块将根据逻辑判断模块的数据，模拟冰刷的移动以及冰壶的移动、行进路线和预测轨迹信息。2.一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟方法，其特征在于包括以下步骤：使用持握式体感控制器移动冰壶的步骤；使用持握式体感控制器投掷与释放冰壶的步骤；使用持握式体感控制器扫冰的步骤。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟方法，其特征在于，移动冰壶的方法包括以下内容：
①
用户以站姿将两个持握式体感控制器分别握在双手中，系统将持握式体感控制器的位置映射到虚拟环境中；在虚拟环境中将会出现虚拟的“手”，其位置即由控制器所映射；另外，虚拟环境的地面上会出现虚拟冰壶赛道和一个虚拟冰壶；
②
用户在双手持握体感控制器的前提下，由站姿转变为准备投掷冰壶的蹲姿；此时用户的右手应位于身体前方，左手自然下垂于一侧；用户将右侧体感控制器所控制的“手”移动到虚拟场景中的冰壶手柄上后，按下体感控制器上的按键，虚拟的“手”会自动握住虚拟的冰壶；若用户松开按键，则虚拟的“手”将松开冰壶，将回到
①
的状态；
③
在上一步的基础上，若用户在按住右体感控制器按键不松开的前提下移动右手位
置，则虚拟冰壶会同虚拟的“手”随用户的该行为而移动。4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实体感交互的现代冰壶运动模拟方法，其特征在于，投掷与释放冰壶的方法包括以下内容：
①
在使用持握式体感控制器移动冰壶的基础上，若用户通过改变身体重心等方式，持握体感控制器使其沿身体前向移动并使得移动距离超出设定阈值后，系统则会判定虚拟冰壶被投掷出去；此时虚拟的“手”会和冰壶一起移动，移动的速度向量与超出阈值时体感控制器的速度向量一致；对于阈值的设置，可通过现实世界中用户的控制器纵向移动范围来确定：即测量出用户在手臂放松下垂情况下的控制器位置与手臂伸直时能移动到的沿身体前向的最远位置之间的距离，以此范围作为阈值，使控制器在此范围内移动时使冰壶跟随移动，否则冰壶认定被交付出去；本专利所设的阈值为0.4m且可以根据用户的不同而调整；
②
冰壶被投掷后，用户无法再此改变虚拟冰壶的速度，但能够在不松开按键的前提下，以垂直地面方向为轴旋转右体感控制器，从而改变虚拟的“手”和冰壶的旋转角度，以虚拟场景的“上方向”为轴；
③
当用户决定释放冰壶时，可松开右体感控制器的按键；之后虚拟的“手”松开冰壶，冰壶则会以之前的线速度和释放时的角速度移动和旋转，从而完成冰壶的释放；
④
在虚拟赛道上另设置了“交付线”，它是一条垂直于冰壶释放方向的横线；虚拟冰壶超过了“交付线”时，若用户仍没有松开按键，则冰壶会被强制脱离控制而释放出去；这一设定是为了匹配现代冰壶运动的一条比赛规则，即必须在“交付线”前释放冰壶；
⑤
冰壶被释放后，其移动的具体方式由逻辑判断模块所控制；逻辑判断模块还会预测冰壶的行进路线，并将数据输入给视觉显示模块，后者则会对冰壶的已运动轨迹和预测的行进路线进行渲染工作，以提供给用户更良好的体验；但若冰壶超出的了虚拟赛道范围，则会立即停止移动；其中，冰壶的移动和路线预测的方法以下文算法所述进行：首先，在冰壶运动的某一时刻，设其线速度为角速度为av(规定逆时针转动为正值)、与移动方向相反的摩擦力为垂直移动方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蔚然，刘千琪，肖瑶，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：