【技术实现步骤摘要】
一种虚拟行走的装置及虚拟行走方法
[0001]本专利技术涉及虚拟现实
，特别涉及一种虚拟行走的装置及虚拟行走方法。
技术介绍
[0002]在虚拟现实环境中，使用者需要在虚拟世界中进行移动和漫游，常见的移动控制。方法有以下几种：1、方向控制按键：使用者通过控制手柄、键盘按键等设备上的按键、摇杆等，控制移动方向和速度。这种方式廉价、可靠，但是使用者带上头戴式显示设备后，拥有高度沉浸的视觉体验，在使用按键控制移动和转向时，身体感知运动状态的前庭器官没有感知到对应的移动，视觉感知和身体感知之间的差异，会给使用者带来强烈的晕眩感；2、全向移动平台：使用者站在全向移动平台上，能在原地实现任何方向上的行走跑步动作。这种方式在虚拟现实环境下能大大降低视觉感知和身体感知之间的差异，消除使用者的晕眩感，但是全套设备体积大、造价较高，不适合家用消费娱乐；3、固定环境中的位置捕捉(如申请号为201110430789.0的专利申请所公开的“三维虚拟世界的骨架控制”)：使用者在固定的环境中，周边安装位置跟踪装置，对使用者的位置进行捕捉，使用者在一定空间内的移动动作能映射到虚拟世界中，从而实现一定范围的移动控制。这种方式对环境要求比较高，无法实现在大范围虚拟世界的移动。4、专利公开号为CN109388142A的中国专利公开了一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及系统，该方法主要是通过获取人体的躯干数据进而进行控制虚拟限制的角色，但是对于真实的腿部姿态、行走并没有有效的运用到虚拟现实中，体验感大大的下降。
技术实现思路
>[0003]本专利技术的目的在于，提供一种虚拟行走的装置及虚拟行走方法。本专利技术适配性好，行走时稳定舒适，同时使用惯性传感器和脚部的激光传感器来实现虚拟现实中的真实行走感受，具有更好的贴合感和沉浸度。
[0004]本专利技术的技术方案：一种虚拟行走的装置，包括全向运动机和脚部穿戴设备，所述全向运动机包括底座，底座通过轴承配合设有支撑件，支撑件上设有跑盘，所述轴承侧部通过转动横梁连接有2个背部支撑杆，2个背部支撑杆的上端设有负载单元，负载单元依次连接连接有腰部全向运动模块和束缚腰带；所述底座、支撑件和跑盘同轴设置，所述腰部全向运动模块内设有惯性传感器，所述负载单元包括负载框体，负载框体的侧面设有多列上下排布的连接孔；所述背部支撑杆之间设有安装框，安装框与连接孔经连接件固定连接；所述脚部穿戴设备运行于跑盘上；所述脚部穿戴设备包括包覆体，包覆体的底部后端设有一对滚轮，包覆体的底部前端设有激光传感器。
[0005]上述的虚拟行走的装置，所述滚轮的中部附着有橡胶。
[0006]前述的虚拟行走的装置，所述包覆体的底部设有安装槽，安装槽的两侧分别设有安装条，安装条的外侧连接滚轮。
[0007]前述的虚拟行走的装置，所述安装条之间设有用于锁死滚轮运转的翻转锁定盖。
[0008]前述的虚拟行走装置的行走方法，包括获取人体姿态数据，所述人体姿态数据为通过惯性传感器对人体躯干进行跟踪获得：
[0009]获取左右脚的位移数据，所述位移数据为通过激光传感器对人体脚部进行跟踪获得；
[0010]根据左右脚的位移数据分别获得脚部的虚拟位置和移动速度；
[0011]根据所述脚部虚拟位置，使用IK算法反推得到腿部姿态；
[0012]根据所述人体姿态数据、脚部的移动速度和腿部姿态控制虚拟角色的行走动作。
[0013]前述的基于惯性传感器进行虚拟行走的方法，所述人体姿态数据的获取是利用惯性传感器中陀螺仪获得垂直于地面的方向；
[0014]根据所述陀螺仪测得角加速度值，通过将该角加速度值在时间上积分即可获得角速度值；
[0015]使用磁力计测量地球磁场而获得正北方向，通过加速度感应器获得重力方向；
[0016]将该角速度值与陀螺仪获得的垂直于地面的方向进行比较，同时利用正北方向和重力方向进行融合纠正，测得人体躯干的朝向和姿态角；
[0017]采用梯度下降法对姿态角的误差函数进行迭代计算，不断矫正误差，直到当次迭代过程中的误差值处于设定的范围。
[0018]在时间上求积分时，利用周期性出现的参考点将整个积分过程分为多个段，通过中值滤波法对每个段内的误差进行抑制。
[0019]前述的基于惯性传感器进行虚拟行走的方法，所述脚部的虚拟位置和移动速度是利用激光传感器得到脚部的移动位置坐标以及脚的离地状态，基于移动位置坐标以及脚的离地状态配合骨骼重建算法计算得到移动速度和方向。
[0020]前述的基于惯性传感器进行虚拟行走的方法，所述腿部姿态的获取是将所述脚部虚拟位置作为最后的骨骼点，利用IK算法计算最后的骨骼点到上层骨骼点的长度和方向，判断出上层关节骨骼的位置，以此依次计算各骨骼点之间的长度以及旋转角，从而获得腿部姿态。
[0021]前述的基于惯性传感器进行虚拟行走的方法，所述控制虚拟角色的行走动作包括以人体姿态数据控制虚拟角色的行走方向，以脚部的移动速度控制虚拟角色的行走速度以及以腿部姿态控制虚拟角色的腿部动作。
[0022]与现有技术相比，本专利技术对全向运动机的负载单元的结构进行了优化，通过在负载框体的侧面设置多列上下排布的连接孔，在背部支撑杆之间设有安装框，利用安装框与连接孔进行固定，以此可以使得用户可以在安装的时候，可以根据自己的身高进行安装，同时本专利技术将原先的滑动摩擦调整至滚动和滑动的混合摩擦方案，由滚轮提供了行走时的稳定性及方向性，将滑动摩擦作为辅助达到充分接触底盘的效果，从而可以提供更加舒适的行走感受。此外，本专利技术在滚轮中央附着高强度橡胶，以达到缓冲降噪的效果。本专利技术将翻转锁定盖集成到安装槽内，利用翻转锁定盖来实现锁死滚轮的目的，使用时打开翻转锁定盖，使用后利用翻转锁定盖来实现锁死滚轮的目的，达到了上机的安全性，以及提升了美观程度。
[0023]本专利技术的方法通过对人体躯干进行跟踪获得人体姿态数据，通过激光传感器对人体脚部进行跟踪获得左右脚的位移数据，根据左右脚的位移数据分别获得脚部的虚拟位置
和移动速度；根据所述脚部虚拟位置，使用IK算法反推得到腿部姿态；最后利用所述人体姿态数据、脚部的移动速度和腿部姿态控制虚拟角色的行走动作，从而克服了视觉感知和身体感知之间的差异给使用者带来强烈的晕眩感，同时本专利技术中使用者由于可以通过激光传感器实时的获取左右脚的数据，进而将其使用与结合到虚拟现实中，相比现有的虚拟现实的技术可见带来更好的感受，具有更好的贴合感和沉浸度。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的全向运动机的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术的全向运动机的底座结构示意图；
[0026]图3是本专利技术的脚部穿戴设备的结构示意图；
[0027]图4是本专利技术脚部穿戴设备在翻转锁定盖打开时的结构示意图；
[0028]图5是本专利技术方法的步骤的流程示意图；
[0029]图6是本专利技术的IK算法示意图。
[0030]附图中的标记为：1、底座；2、轴承；3、跑盘；4、负载单元；5本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种虚拟行走的装置，包括全向运动机和脚部穿戴设备，所述全向运动机包括底座(1)，底座(1)通过轴承(2)配合设有支撑件(8)，支撑件上设有跑盘(3)，所述轴承(2)侧部通过转动横梁(5)连接有2个背部支撑杆(6)，2个背部支撑杆(6)的上端设有负载单元(4)，负载单元(4)依次连接连接有腰部全向运动模块(7)和束缚腰带(12)；所述底座(1)、支撑件(2)和跑盘(3)同轴设置，所述腰部全向运动模块(7)内设有惯性传感器，其特征在于：所述负载单元包括负载框体(9)，负载框体(9)的侧面设有多列上下排布的连接孔(13)；所述背部支撑杆(6)之间设有安装框(14)，安装框(14)与连接孔(13)经连接件固定连接；所述脚部穿戴设备运行于跑盘上；所述脚部穿戴设备包括包覆体(15)，包覆体(15)的底部后端设有一对滚轮(16)，包覆体(16)的底部前端设有激光传感器。2.根据权利要求1所述的虚拟行走的装置，其特征在于：所述滚轮(16)的中部附着有橡胶。3.根据权利要求1所述的虚拟行走的装置，其特征在于：所述包覆体(15)的底部设有安装槽(17)，安装槽(17)的两侧分别设有安装条(18)，安装条(18)的外侧连接滚轮(16)。4.根据权利要求3所述的虚拟行走装置，其特征在于：所述安装条(18)之间设有用于锁死滚轮(16)运转的翻转锁定盖(19)。5.根据权利要求1
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4任一项所述的虚拟行走装置的行走方法，其特征在于：包括获取人体姿态数据，所述人体姿态数据为通过惯性传感器对人体躯干进行跟踪获得：获取左右脚的位移数据，所述位移数据为通过激光传感器对人体脚部进行跟踪获得；根据左右脚的位移数据分别获得脚部的虚拟位置和移动速度；根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：王博，
申请(专利权)人：杭州虚现科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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