基于二次曲面投影技术的多功能健身系统的制作方法

技术特征：

1.一种基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，利用二次曲面幕投影平台的沉浸感及二次曲面幕自身构成的相对封闭的内部空间，结合健身器材和控制技术，构建出多功能健身系统，该多功能健身系统包括硬件子系统和软件子系统；其中：

硬件子系统：包括投影分系统、健身分系统和外围功能三个分系统；所述投影分系统，用于在二次曲面幕上产生影像，传送出相应音频，提供健身者的视觉和听觉；所述健身分系统，用于满足人体的运动健身需要；所述外围功能分系统，用以完善系统的辅助功能；所述三个分系统经电缆或线路连接，通过软件子系统的软件功能单元建立信号反馈与控制，构成联系与协调，实现整体功能；

软件子系统：包括音视频源文件、投影画面处理、远程通信、综合控制等四个软件功能单元；四个软件功能单元通过计算机语言指令互为联系，音视频源文件软件功能单元为投影分系统提供音视频源文件，视频源文件经投影机和镜头在幕上生成主题影像光学信号，音频源文件经音响设备转换成声音信号；投影画面处理软件功能单元对视频文件进行管理和控制，使二次曲面幕上影像符合人眼观看要求；远程通信软件功能单元通过远程网络访问与连接实现运动状态远程监护和远程医疗指导功能，也可以支持健身者之间的远程交流互动；综合控制软件功能单元完成整个系统的功能协调、过程控制。

2.根据权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，投影分系统，包括基座，二次曲面投影幕，鱼眼投影镜头，投影机，音响设备和计算机主机；其中的二次曲面幕具有框架龙骨，整个幕通过框架龙骨固定于一个基座之上，除去二次曲面幕之外，其它配套的设备、器件、装置，均布置于二次曲面投影幕的框架龙骨上，或处于该幕与基座所围成的空间内，音响设备可置于基座内部并在其周围开设透声孔，健身者健身时处于该幕与基座所围成的空间内；

所述二次曲面幕可用方程：

F(x，y，z)＝a₁₁x²+a₂₂y²+a₃₃z²+a₁₂xy+a₂₃yz+a₁₃xz+a₁x+a₂y+a₃z＝0来描述，根据系数的不同，可以定义多种二次曲面形式，具体地，可以是球幕、柱面幕、椭球面幕、椭圆柱面幕、抛物柱面幕，以及双曲柱面幕，所述二次曲面投影幕垂直高度至少1.8米，水平宽度至少1.6米，根据投影方式不同，所使用的基材可以是工程塑料、玻璃、玻璃钢或金属材质，其内侧喷涂光学漫反射特性介质涂层或膜层，以控制合理的光学增益，涂层的漫反射亮度系数应控制在0.2～1.0，幕面根据需要开有结构孔槽，用于安装的框架龙骨固定在基座上，便于健身者的进出；所述投影幕上的画面为双机位投影机拼接投影而成；

投影分系统中所述的投影机为各种技术类型的小型标准数字投影机，投影机其光输出不低于3000流明，采用双机位，两投影机分别处于健身者肩部两侧对称位置，或处于健身者头上两侧对称位置，或均处于二次曲面幕对称中心点附近；采用双机位能够降低对投影机性能的要求，双机位安装位置遵从以下四原则：a.健身者身体不能阻挡投影光路；b.投影机所投射光束能覆盖二次曲面幕总面积的50％～90％，且该总面积不包含幕上的结构孔槽面积；c.在最大化投影机光输出利用率的前提下，保障幕上各区域的影像画面有足够的光亮度和光亮度的一致性；d.保障幕上各区域影像画面完整且有足够的清晰度，双机位方案需要进行画面融合处理；

投影分系统中所述的鱼眼投影镜头，为非标准化关键部件，该鱼眼投影镜头遵从非相似成像原理，含有畸变，畸变规律和二次曲面投影幕的方程、投影机相对投影幕的位置关系、影像画面在投影幕上所覆盖的面积、健身者相对投影幕所处的位置要求，鱼眼投影镜头的性能满足所使用的数字投影机的光学、机械匹配要求；在双机位的投影中，鱼眼投影镜头全视场像高应略小于或等于投影机芯片的长边长。

3.根据权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，健身分系统包括N自由度运动平台单元和控制单元；所述N自由度运动平台单元根据功能的不同，为骑行模拟平台、跑步模拟平台、划船模拟平台，计算机主机通过控制单元对N自由度运动平台单元进行控制；

其中控制单元，由控制器模块、传感器模块和控制面板；控制器模块输入端与计算机主机连接，输出端接N自由度运动平台单元的输入端，传感器模块接收N自由度运动平台单元提供的信号，并将信号发送到控制器模块，所述控制面板与投影分系统、健身分系统、外围功能分系统通过软件子系统电性连接，健身者通过操作控制面板完成对整个系统的控制，将内部信息或接收到的外部信息通过投影分系统投射出去，可以控制系统输出的音频内容，也可根据具体需要控制″人机交互″内容，以实现最佳视听效果与诸多特定功能，其控制方式包括有线控制和无线控制，所述控制面板与计算机主机有线连接或无线通信连接。

所述传感器模块，由位置传感器、角度传感器、速度传感器、体征参数传感器的其中一种或几种组合；所述控制器模块的输入端与计算机主机连接对N自由度运动平台单元进行控制；所述传感器模块接收N自由度运动平台单元提供的信号，并将信号发送到控制器，控制器模块根据接收到的信号，发出调节指令给N自由度运动平台单元改变运行参数，从而实现闭环控制，同时将处理信息传送给计算机主机。

4.根据权利要求3所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征是，所述的控制面板的控制功能还可通过控制手柄方式实现。

5.如权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征在于，外围功能分系统，包括环境模拟模块，路由器，发电模块，互动模块；环境模拟模块可以模拟，风、霜、雨、雪、日照、气味自然现象，使人体的感官得到逼真感受；路由器可以将健身信息分享至外网，与朋友或家人互动，或将健康数据传至医疗保健医师，得到实时的健康指导方案；发电模块由小型发电机和储能设备构成，可以将健身运动产生的动能转化为电能并存储至储能设备，或作为环境模拟装置的辅助电源使用，互动模块实现健身者，投影内容，运动平台之间的互动，具体可以是健身者或预设程序对运动平台、投影内容发出指令，平台和投影内容做出相应变化，同时环境模拟模块根据投影内容模拟环境天气现象。

6.如权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征在于，软件子系统中音视频源文件功能单元中的视频源文件由电脑制作，可以是实地场景拍摄，经过预置变形处理，把正常的原始矩形图像的像素排列方式按特定畸变规律进行二维坐标转换，使二次曲面幕上能显示符合人眼观看习惯的图像，如所输入的视频文件原始图像像素坐标系为直角坐标系，其中横轴为x轴，纵轴为y轴，直角坐标系上某个点的坐标为(x，y)，转换后的坐标系为极坐标系ρ(半径坐标)和θ(极角)，ρ坐标表示与极点的距离，θ坐标表示按逆时针方向坐标距离0°极轴的角度，极轴就是在平面直角坐标系中的x轴正方向，片源的制作应考虑鱼眼投影镜头畸变所带来的影响，θ不同的点所对应的畸变因子τ_θ也不尽相同，两个坐标系之间的关系应为：ρ＝x²+y²，x＝τ_θρcosθ，y＝τ_θρsinθ；而音视频源文件功能单元中的音频源文件为与视频展示情节相关的音乐、自然界声音等音频信息；

软件子系统中，投影画面处理软件功能单元，功能是对视频源文件的图像像素进行处理，处理针对两个通道视频源文件，包括两个通道幕上画面融合边界的确认与两个通道幕上画面的锐度、色度、对比度的调整，若前期视频源文件制作过程中未经过预置形变处理，也可在该软件功能单元内实现视频源文件像素的坐标变换；

软件子系统中，远程通信软件功能单元用于健身者与外界的信息交互，包括与家人、朋友之间的视频，语音通信、获得专业运动及医护人员的健康指导、远程控制其它联网设备。

软件子系统中，综合控制软件功能单元，用于协调和控制整个系统的运行，实现投影分系统、健身分系统和外围功能分系统的功能，具体包括：控制投影主题内容或场景变化、控制健身分系统的运动过程和状态、控制外围功能分系统的诸多功能的实现及状态。

7.如权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征在于，所有软件子系统中的文件及软件，安装于计算机主机硬盘内，操作指令输入经由控制面板上呈现出的综合控制主程序操作界面完成，该控制面板安装在健身分系统中，处于健身者的面前；健身者输入的指令选项，包括，投影内容或运动背景选择、运动量设置和限定、运动强度，各种生理指标浏览，运动数据及生理指标存储及共享选择、是否远程网络指导获取。

8.如权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征在于，所述健身分系统可实现自动控制健身者的最佳有氧健身运动强度，实现自动调整机械运动部分的阻尼负荷，从而使室内健身运动户外化，也可用于运动员训练的仿真模拟运动使用。

9.如权利要求1所述的基于二次曲面投影技术的多功能健身系统，其特征在于，所述二次曲面投影幕，可以为二次曲面LED屏、二次曲面LCD屏，或其它二次曲面显示设备。