专利名称：虚拟飞行系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种虚拟现实的娱乐系统及方法，特别涉及一种由计算机控制的虚拟飞行系统及方法。
背景技术：
虚拟现实技术通过20多年的研究探索，于80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段。目前，世界上少数发达国家在军事、航空等领域，已开始广泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。据外刊报道，美国陆军1994年的“路易斯安娜94”作战演习，就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成，使之更加符合21世纪的作战要求，还节约演习经费近20亿美元。
为释放工作生活中的越来越多的压力，现代人更多的希望进行一些刺激性的体育活动。但某些刺激性的活动不仅费用昂贵，而且对专业能力的需求极高，并带有很高的危险性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种虚拟飞行系统及方法，可使人真实体验驾驶飞机飞行射击的刺激。
本发明的技术方案是，提供一种虚拟飞行系统，包括计算机、与所述计算机连接的飞机模型及用于播放图像的视频装置，所述飞机模型包括与计算机连接、用于收集手柄模拟信号及控制飞机模型运动的控制器，所述计算机根据控制器收集的模拟信号控制视频装置的图像输出及飞机模型的运动。
上述虚拟飞行系统中，所述控制器包括手柄控制器和平台控制器。
上述虚拟飞行系统中，所述手柄包括用于控制飞机模型虚拟前进和后退的左手柄及用于控制飞机模型虚拟左、右、升、降飞行的右手柄，所述手柄还包括虚拟子弹发射的按钮。
上述虚拟飞行系统中，所述平台控制器连接有用于检测飞机模型电动机的编码器和控制电动机的变频器，所述电动机通过改变运动频率从而带动与其连接的飞机模型做左右摆动、前后仰伏，所述手柄控制器连接有控制飞机模型虚拟飞行的手柄。
上述虚拟飞行系统中，所述手柄控制器还连接有控制飞机模型头部上升和下降的升降汽缸及控制飞机模型振动的振动汽缸。
上述虚拟飞行系统中，所述投影仪的投射图像经镜面反射后投射到屏幕上。
本发明还提供一种虚拟飞行方法，包括以下步骤通过控制手柄使飞机模型做左右摆动、前后仰伏；收集飞机模型的运动信号及控制手柄的输入信号，并传输运动信号和输入信号至计算机；计算机根据飞机模型的运动信号控制视频装置输出图像；视频装置将图像投射到镜面；反射视频图像到屏幕。
上述虚拟飞行系统中，所述屏幕为凹屏。
上述虚拟飞行方法中，还包括计算机根据飞机模型的模拟信号，控制视频装置的图像输出，使屏幕上的图像与飞机模型的动作协调的步骤。
上述虚拟飞行方法中，还包括计算机根据飞机模型的模拟信号，控制飞机模型动作的步骤。
本发明的虚拟飞行系统及方法，可使人足不出户就体验到驾驶飞机飞行射击的刺激，且成本低、无危险性。
图1是本发明虚拟飞行系统的整体布局示意图。
图2是图1中飞行平台结构示意图。
图3是本发明虚拟飞行系统的电气连接原理示意图。
具体实施例方式
图1是本发明虚拟飞行系统的总体设备图。投影屏幕22位于飞机模型23前方，所述屏幕22为圆形凹面。在飞机模型23上方为投影仪8，所述投影仪8投射的图像经反射镜4反射到屏幕22。该系统还包括安装有游戏软件的计算机(图中未示出)，用于控制投影仪8的图像输出及飞机模型23的动作。
通过飞机模型23的视窗24可观看屏幕22上的投影，通过操纵左手柄16和右手柄17，可控制飞机模型23的飞行方向，并可通过手柄16、17上的按钮攻击视频中的虚拟目标。根据手柄的操作和游戏软件中的情节的发展，计算机控制运动平台19做模拟飞行的多种动作，凹形屏幕22更烘托出驾驶飞机的感觉，且可减少图像失真。屏幕22的视频是由一组装置完成的，投影仪8通过吊架6吊装在天花板上，反射镜4组件通过钢丝绳2吊装在吊钩1上，吊钩1直接安装在天花板上，并距投影仪8一定的距离，投影仪8的视频图像首先投射到反射镜4表面，由反射镜4反射到屏幕22上，通过钢丝绳调节圈25调节反射镜4组件倾斜的角度，使屏幕22上的图像位于最佳效果状态，增加飞行的真实感。
图2是图1中飞行平台19结构示意图。飞机模型23模拟在空中的飞行、攻击等的运动感觉通过运动平台的协调运动来实现。运动平台19整体安装在飞机模型23下面的固定座30上，在运动平台19的底座29上安装二自由度平台27，二自由度平台27通过连接杆座与舱体预埋钢板连接，在二自由度平台27的两侧用销轴与固定座30铰接，在二自由度平台27的前后分别连接升降汽缸32和振动汽缸36的活塞杆，两个汽缸32、36的下端通过销轴连接到固定座30上。计算机通过变频器控制两个电机的运动频率，电机分别带动曲柄运动，曲柄带动连杆做相应运动，从而带动飞机模型23做左右摆动，运动信息同时反馈到计算机，软件再控制画面中飞机同时做相应的模拟动作。汽缸的动作由单片机控制，其还可使舱体23处于水平状态或低头状态。
如图3所示，计算机41与飞机模型23及投影仪8连接，其上安装有游戏软件，所述游戏软件为虚拟飞机空中射击的软件。
飞机模型23包括手柄控制器44，平台控制器45，分别与手柄控制器44连接的音箱43、左手柄16、右手柄17、升降汽缸32、振动汽缸36，以及分别与平台控制器45连接的编码器46和变频器47。手柄控制器44和平台控制器45分别通过RS232串口或RS485串口与计算机41连接，以控制和检测飞机模型23的运动。左手柄16控制飞机模型23的虚拟的前进和后退，右手柄17控制飞机模型23做虚拟的左右偏移及高低偏移。左手柄16包括一个按键，用于发射虚拟子弹；而右手柄17包括三个按键，用于控制虚拟炮的发射、切换及目标的锁定。左、右手柄16、17采用电位器检测变化模拟量，通过单片机进行A/D转换，并将转换结果经由手柄控制器发送给计算机41。升降汽缸32用于控制飞机模型23头部的上升或下降，而振动汽缸36则用于控制飞机模型23的振动。变频器47与左、右电机连接，其根据计算机41的指令控制电机的转动速度，以调节飞机模型23的摆动。编码器46用于检测左、右电机的运转，并将左、右电机的运行状况通过平台控制器45传送到计算机41。行程开关48用于检测飞机模型23头部的位置，使飞机模型23头部下降到位时才允许平台27运动。
计算机41通过手柄控制器44和平台控制器45获取左右手柄16、17的模拟量，及左右电机的转动状况的模拟量。然后根据上述模拟量，通过手柄控制器44控制升降汽缸32使飞机模型23头部上升或下降，控制振动汽缸36使飞机模型36振动；通过平台控制器45控制变频器47使左右电机变速。同时，计算机41还控制投影仪8的视频输出，使屏幕22的画面与飞机模型23的动作保持一致。
系统启动后，飞机模型23模仿在空中飞行的动作(左右摆动)，同时投影仪8将虚拟的地面的图像投射到屏幕22。通过操纵左右手柄16、17使飞机模型23模拟飞机做前进、后退、左右偏转、上升或下降的飞行动作，通过手柄16、17上的按键向屏幕22上的虚拟目标射击。计算机41根据左右手柄16、17操作的模拟量及飞机模型23的运动状况，控制投影仪8的图像输出，同时控制飞机模型做输出图像相对应的动作，如升高、下降、偏移和振动等，使飞机模型23具有在空中运动的真实感。
权利要求
1.一种虚拟飞行系统，其特征在于，包括计算机、与所述计算机连接的飞机模型及用于播放图像的视频装置，所述飞机模型包括与计算机连接、用于收集手柄模拟信号及控制飞机模型运动的控制器，所述计算机根据控制器收集的模拟信号控制视频装置的图像输出及飞机模型的运动。
2.根据权利要求1所述虚拟飞行系统，其特征在于，所述控制器包括手柄控制器和平台控制器。
3.根据权利要求1所述虚拟飞行系统，其特征在于，所述手柄包括用于控制飞机模型虚拟前进和后退的左手柄及用于控制飞机模型虚拟左、右、升、降飞行的右手柄，所述手柄还包括虚拟子弹发射的按钮。
4.根据权利要求2所述虚拟飞行系统，其特征在于，所述平台控制器连接有用于检测飞机模型电动机的编码器和控制电动机的变频器，所述电动机通过改变运动频率从而带动与其连接的飞机模型做左右摆动、前后仰伏，所述手柄控制器连接有控制飞机模型虚拟飞行的手柄。
5.根据权利要求4所述虚拟飞行系统，其特征在于，所述手柄控制器还连接有控制飞机模型头部上升和下降的升降汽缸及控制飞机模型振动的振动汽缸。
6.根据权利要求1-5中任一项所述虚拟飞行系统，其特征在于，所述投影仪的投射图像经镜面反射后投射到屏幕上。
7.根据权利要求6所述虚拟飞行系统，其特征在于，所述屏幕为凹屏。
8.一种虚拟飞行方法，其特征在于包括以下步骤通过控制手柄使飞机模型做左右摆动、前后仰伏；收集飞机模型的运动信号及控制手柄的输入信号，并传输运动信号和输入信号至计算机；计算机根据飞机模型的运动信号控制视频装置输出图像；视频装置将图像投射到镜面；反射视频图像到屏幕。
9.根据权利要求8所述虚拟飞行方法，其特征在于，还包括计算机根据飞机模型的模拟信号，控制视频装置的图像输出，使屏幕上的图像与飞机模型的动作协调的步骤。
10.根据权利要求9所述虚拟飞行方法，其特征在于，还包括计算机根据飞机模型的模拟信号，控制飞机模型动作的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种虚拟飞行系统，包括计算机、与所述计算机连接的飞机模型及用于播放图像的视频装置，所述飞机模型包括与计算机连接、用于收集手柄模拟信号及控制飞机模型运动的控制器，所述计算机根据控制器收集的模拟信号控制视频装置的图像输出及飞机模型的运动。本发明的虚拟飞行系统及方法，可使人真实体验到驾驶飞机飞行射击的刺激，且成本低、无危险性。
文档编号A63F13/00GK1689679SQ20041002695
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月19日 优先权日2004年4月19日
发明者李明, 戎志刚, 高敬义, 刘道强, 丁亮 申请人:李明, 戎志刚, 高敬义, 刘道强, 丁亮