【技术实现步骤摘要】
一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法及系统
[0001]本专利技术属于雪车雪橇运动感官
，更具体地，涉及一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法及系统。
技术介绍
[0002]近年来，越来越多人参与到冰雪运动中，雪车雪橇这项紧张刺激的运动也走入大众视野。但目前雪车雪橇极大的受到了场地和设备的限制，为雪车雪橇运动员训练和普通用户体验雪车雪橇运动均产生一定困难。
[0003]现有技术中，已经有一些针对雪车雪橇运动的模拟仿真装置来供大众体验或供专业运动员训练使用，然而先前的各种基于传感器的仿真体验设备，其模拟感官较为单一，大多只是视觉和触觉的体验，体验感并不真实；另外，还存在用户与虚拟模型的实时交互性不强的问题；再者，现有的雪车雪橇模拟仿真装置存在用户体验路线固定、不同用户体验感受相同等缺陷，并不能让用户体验到真实的雪车雪橇运动。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法及系统，其目的在于增强用户的沉浸式体验感，提升交互的实时性，并提升用户参与的真实度。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法，包括雪车雪橇，在所述雪车雪橇的底部设置有振动台，用于模拟高速滑行过程中用户的体感变化，所述仿真方法包括：
[0006]S1、对雪车雪橇赛道进行三维重构，对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户；
[0007]S2、构建与所述雪车雪橇对应的孪生模型；>[0008]S3、根据用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数；
[0009]S4、基于所述控制函数生成包含当前时刻所述孪生模型滑行方向和速度的变化矩阵，基于所述变化矩阵和上一时刻的pose矩阵确定当前时刻的pose矩阵，用当前时刻的pose矩阵改变孪生模型在赛道中的位置信息。
[0010]进一步地，所述S3中，得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数的过程包括：
[0011]将用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力进行矢量合成，得到所述孪生模型所受的合力；
[0012]基于所述合力，得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数。
[0013]进一步地，所述控制函数a(F
合力
)为：
[0014][0015]其中，F
合力
为所述孪生模型所受的合力，m为所述孪生模预设的重力。
[0016]进一步地，所述S3中，所述体感信息包括用户身体的前倾角度和侧斜角度；
[0017]基于所述用户身体的前倾角度和侧斜角度，用重心偏移计算法得到用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力。
[0018]进一步地，所述S1中，对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户，包括：
[0019]对赛道外部的立体视觉环境建模和渲染，并通过VR头盔传递给用户；
[0020]对赛道外部的立体声环境建模，并通过立体环绕音响传递给用户；
[0021]对赛场中基于滑行速度的风速模拟，并通过布置变频风机传递给用户。
[0022]进一步地，在所述孪生模型下滑的过程中，还包括：
[0023]将所述孪生模型在三维方向上的速度、加速度、角速度及角加速度的变化分别同时传递给VR头盔及振动台，以实现立体视觉环境与振动台的耦合；
[0024]将所述孪生模型的速度与方向的变化分别同时传递给VR头盔、变频风机的变频器及立体环绕音响，以实现立体视觉环境、立体声环境与风速的耦合。
[0025]进一步地，在所述孪生模型下滑的过程中，还包括：通过改变用户的体感信息传递给孪生模型输入力的大小和方向实现孪生模型的加速、减速或过弯。
[0026]进一步地，还包括：在所述孪生模型和赛道的边界处设置碰撞模型，当所述孪生模型所受的合力使得所述孪生模型和赛道的边界发生碰撞时，产生碰撞效果。
[0027]进一步地，还包括：设置用户的操作灵敏度，所述孪生模型所受的合力F
合力
为：
[0028]F
合力
＝(1
‑
θ)F0+θF1[0029]其中，F0表示所述预设力和所述摩擦力之和，F1表示用户的体感信息传递给孪生模型的输入力，θ表示灵敏度。
[0030]按照本专利技术的第二方面，提供了一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真系统，包括：
[0031]雪车雪橇、振动台、三维重构模块、立体视听环境仿真模块、孪生模型构建模块、控制函数生成模块及位置信息改变模块；
[0032]所述振动台设置在所述雪车雪橇的底部，用于模拟高速滑行过程中用户的体感变化；
[0033]所述三维重构模块用于对雪车雪橇赛道进行三维重构；
[0034]所述立体视听环境仿真模块用于对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户；
[0035]所述孪生模型构建模块用于构建与所述雪车雪橇对应的孪生模型；
[0036]所述控制函数生成模块用于根据用户的体感信息传递给孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数；
[0037]所述位置信息改变模块用于基于所述控制函数生成包含当前时刻所述孪生模型滑行方向和速度的变化矩阵，基于所述变化矩阵和上一时刻的pose矩阵确定当前时刻的pose矩阵，用当前时刻的pose矩阵改变孪生模型在赛道中的位置信息。
[0038]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0039](1)本专利技术的可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法和系统，通过构建与雪车雪橇对应的孪生模型，根据用户的体感信息传递给孪生模型的输入力、孪生模型在预设轨道中所受的预设力和孪生模型在赛道上的摩擦力得到孪生模型滑行方向和速度的控制函数，基于该控制函数得到当前时刻的位姿矩阵，进而改变孪生模型在赛道中的位置信息。相比现有的基于动画的方式，本专利技术的仿真方法和系统基于物理力学实现孪生模型在整个赛道的下滑过程，控制过程更加精准；同时，本专利技术中，用户的体感信息作为孪生模型运动轨迹的控制要素之一，针对不同的用户以及针对相同用户的不同体感信息的输入，用户体验路线不同，并且用户的体感变化均不同。且用户通过改变输入给孪生模型的体感信息，实现了用户与孪生模型的实时交互。
[0040](2)进一步地，本专利技术对赛道内外的立体视听环境进行仿真，能够实现立体视觉环境与振动台的耦合，以及立体视觉环境、立体声环境与风速的耦合，能够提供给用户的多感官耦合体验，增强仿真设备的沉浸体验感。
[0041](3)相比现有技术中的模拟仓，本专利技术通过在雪车雪橇的底部设置振动台，用振动台模拟高速滑行过程中用户的体感变化，能够实时等比还原运动的整个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法，其特征在于，包括雪车雪橇，在所述雪车雪橇的底部设置有振动台，用于模拟高速滑行过程中用户的体感变化，所述仿真方法包括：S1、对雪车雪橇赛道进行三维重构，对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户；S2、构建与所述雪车雪橇对应的孪生模型；S3、根据用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数；S4、基于所述控制函数生成包含当前时刻所述孪生模型滑行方向和速度的变化矩阵，基于所述变化矩阵和上一时刻的pose矩阵确定当前时刻的pose矩阵，用当前时刻的pose矩阵改变孪生模型在赛道中的位置信息。2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述S3中，得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数的过程包括：将用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力进行矢量合成，得到所述孪生模型所受的合力；基于所述合力，得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数。3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，所述控制函数a(F
合力
)为：其中，F
合力
为所述孪生模型所受的合力，m为所述孪生模预设的重力。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的仿真方法，其特征在于，所述S3中，所述体感信息包括用户身体的前倾角度和侧斜角度；基于所述用户身体的前倾角度和侧斜角度，用重心偏移计算法得到用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力。5.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述S1中，对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户，包括：对赛道外部的立体视觉环境建模和渲染，并通过VR头盔传递给用户；对赛道外部的立体声环境建模，并通过立体环绕音响传递给用户；对赛场中基于滑行速度的风速模拟，并通过布置变频风机传递给用户。6.根据权利要求5所述的仿真方法，其特征在于，在所述孪生模型下滑的过程中，还包括：将所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈维亚，蔡建华，赵璐，陈富强，丁烈云，
申请(专利权)人：中交武汉智行国际工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：
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