一种VR步行系统的制作方法

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种VR步行系统。

背景技术：

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术是一种可以创建虚拟世界并让用户能够体验虚拟世界的一种计算机仿真技术，它利用计算机生成一种多元信息融合的交互式的三维动态模拟环境，用户置身该环境中时，会产生身临其境的沉浸感。

现有技术中，采用VR技术制作的VR眼镜已经逐渐问世并取得了广大用户的青睐，用户可通过佩戴VR眼镜感受虚拟环境中的场景。然而，通过佩戴VR眼镜仅会使虚拟世界中的物体立体可视化，目前并未有一种VR步行系统可以将用户的运动与VR眼镜中的虚拟世界相结合。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种VR步行系统，以使用户可以在不离开该VR步行系统的情况下进行步行，并获得身临其境的沉浸感。

本发明实施例提供一种VR步行系统，包括：

虚拟步行装置，包括虚拟步行装置本体、设置于所述虚拟步行装置本体内的多个阵列排布的支撑组件以及与所述支撑组件一一对应设置的多个压力传感器，所述支撑组件可沿其行方向或列方向做直线往复运动；

VR头戴显示装置，用于更换不同的显示画面；

控制装置，分别与所述多个压力传感器以及所述VR头戴显示装置连接，用于获取初始受力的支撑组件的初始位置信息以及当前受力的支撑组件的位置信息，当所述多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，控制所述当前受力的支撑组件运动至初始位置处。

在本发明实施例中，用户可佩带VR头戴显示装置并站立于虚拟步行装置上，在一次步行周期中，以用户在步行时前进的方向为列方向并先迈左脚为例，用户左脚先沿列方向运动，右脚依然停留在初始受力的支撑组件上，随后，右脚脱离初始位置处的支撑组件向前迈进，此时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，控制装置控制位于左脚下方的支撑组件运动至初始位置，至此，完成一次步行周期的运动，用户重复上述运动即可实现在虚拟步行装置上的步行。在该实施例中，用户在步行的过程中，VR头戴显示装置可实时更新虚拟景色，因而用户可在不离开虚拟步行装置的情况下进行步行，并获得身临其境的沉浸感。

优选的，当所述多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，所述控制装置还用于控制位于初始位置的支撑组件复位。

基于上述实施例，在完成一个周期的步行后，用户再次抬起左脚向前迈进时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，此时，控制装置控制位于初始位置的支撑组件(即左脚抬起前位于左脚下方的支撑组件)复位。采用这样的设计，可以避免出现用户再次向前迈进时，脚下无支撑组件的情况出现，进一步可以提高用户散步时身临其境的沉浸感。

优选的，所述支撑组件为可升降支撑组件，当VR头戴显示装置显示画面为虚拟阶梯时，所述控制装置还用于获取所述初始位置与最近的虚拟阶梯之间的距离，以及根据所述初始位置与所述最近的虚拟阶梯之间的距离，确定目标支撑组件的位置信息，并控制所述目标支撑组件上升至所述最近的虚拟阶梯的高度。

优选的，当所述多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，所述控制装置用于控制所述目标支撑组件恢复至初始高度以及控制所述目标支撑组件运动至初始位置处。

在阶梯运动的一个周期过程中，目标支撑组件上升至最近的虚拟阶梯的高度后，用户的左脚踏上升高的目标支撑组件，随后，用户的右脚脱离位于初始位置的支撑组件向前迈进时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，此时，控制装置控制左脚下方的支撑组件恢复至初始高度且运动至初始位置处，至此，完成一个周期的阶梯运动。

更优的，当所述多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，所述控制装置还用于控制位于初始位置的支撑组件复位。

基于上述实施例，在完成一个周期的阶梯运动后，用户再次抬起左脚向前迈进时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，此时，控制装置控制位于初始位置的支撑组件(即左脚抬起前位于左脚下方的支撑组件)复位。采用这样的设计，可以避免出现用户再次向前迈进时，脚下无支撑组件的情况出现，进一步可以提高用户散步时身临其境的沉浸感。

优选的，所述控制装置还用于根据所述压力传感器检测的压力峰值，控制所述支撑组件的复位速度。

采用这样的设计，可以极大地避免用户加速步行导致支撑组件来不及复位的情况出现，进一步可以提高用户在虚拟步行装置上步行的沉浸感。

优选的，所述支撑组件包括支撑杆、固定于所述支撑杆底部的滑轮以及固定于所述支撑杆顶部的踏板，所述压力传感器设置于所述踏板表面。

优选的，所述虚拟步行装置本体内设置有沿行方向或者列方向的轨道，所述支撑组件还包括设置于所述支撑杆上的滑轨，所述滑轨可沿所述轨道在行方向或者列方向上做直线往复运动。

优选的，所述虚拟步行装置还包括与所述控制装置连接的驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述滑轨沿所述轨道滑动。

优选的，其特征在于，所述支撑杆的底部的两侧分别设置有限位挡块，所述限位挡块用于限制所述支撑杆沿行方向或者列方向做直线往复运动。

优选的，所述支撑杆为液压缸，所述液压缸与所述滑轮之间设置有固定板，所述固定板上设置有与所述液压缸连接的电磁阀，所述电磁阀与所述控制装置连接，所述液压缸能够在电磁阀的作用下对踏板做功，控制所述踏板做升降运动。

优选的，所述虚拟步行装置还包括高度小于所述虚拟步行装置本体的阶梯部。

附图说明

图1为本发明实施例VR步行装置的结构示意图；

图2为本发明实施例VR步行装置的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例用户双脚站立于初始位置时的示意图；

图4为本发明实施例中当前受力支撑组件向初始位置运动的示意图；

图5为本发明实施例中当前受力支撑组件向初始位置运动以及位于初始位置处的支撑组件复位的示意图；

图6为本发明实施例当前受力支撑组件运动至初始位置后的示意图；

图7为本发明实施例中设定用户在一个2×2的支撑组件阵列中步行的示意图；

图8为当VR头戴显示装置中显示虚拟阶梯的示意图；

图9为本发明实施例用户做阶梯运动时的示意图；

图10为本发明实施例用户做阶梯运动时的另一示意图；

图11本发明实施例虚拟步行装置的截面结构示意图。

附图标记说明：

10-虚拟步行装置

11-支撑组件

12-压力传感器

13-踏板

141-滑轨

142-轨道

15-滑轮

16-支撑杆

17-固定板

18-电磁阀

19-限位挡块

100-虚拟步行装置本体

20-VR头戴显示装置

30-控制装置

40-阶梯部

50-虚拟阶梯

61-左脚

62-右脚

具体实施方式

为了使用户可以在不离开该VR步行系统的情况下进行步行，并获得身临其境的沉浸感，本发明实施例提供了一种VR步行系统。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，以下附图中，凡是出现箭头的，均是代表支撑组件的运动方向示意，因此，以下涉及到相关附图时，将不再对箭头的示意作一一具体说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种VR步行系统，包括：

虚拟步行装置10，包括虚拟步行装置本体100、设置于虚拟步行装置本体100内的多个阵列排布的支撑组件11以及与支撑组件一一对应设置的多个压力传感器12，支撑组件11可沿其行方向或列方向做直线往复运动；

VR头戴显示装置，用于更换不同的显示画面；

控制装置30，分别与多个压力传感器12以及VR头戴显示装置连接，用于获取初始受力的支撑组件的初始位置信息以及当前受力的支撑组件的位置信息，当多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，控制当前受力的支撑组件运动至初始位置处。

需要说明的是，压力传感器与支撑组件一一对应设置指的是，每个支撑组件上均设置有一个压力传感器，且每个压力传感器均可以检测出其所处的支撑组件所受到的压力值。具体的，压力传感器可以设置于支撑组件表面，当用户双脚踩踏于支撑组件时，压力传感器直接与用户的双脚接触；压力传感器还可以设置于支撑组件的底部，当用户双脚踩踏于支撑组件时，支撑组件可将其所受到的压力传递给压力传感器，进而压力传感器可以实现对支撑组件所承受压力的测量。基于上述描述可知，压力传感器的具体设置位置并不局限于此，只要其可以实现对与其一一对应设置的支撑组件所承受的压力值的测量即可，因此压力传感器的其它设置位置此处将不再一一举例说明。

其中，压力传感器检测的信号数量的设定值的具体数值不限，可以为一个具体值，也可以为一个范围值。通常情况下，可以根据用户双脚的大小，确定用户双脚覆盖的支撑组件的数量，每一个支撑组件对应设置有一个压力传感器，因此，用户双脚覆盖的支撑组件的数量即为压力传感器检测的压力信号的数量，在具体实施时，可以根据用户群体双脚的平均大小，确定压力传感器检测的压力信号数量的设定值。

其中，可参考图3所示，在初始情况下，用户双脚所站立的支撑组件的位置即为初始位置(图中虚线处)，具体应用时，通常设定初始位置为多个支撑组件的中心位置，当用户初始站立的支撑组件的位置不在多个支撑组件的中心位置处时，控制装置可控制用户站立的支撑组件运动至多个支撑组件的中心位置处。

在本发明实施例中，用户可佩带VR头戴显示装置并站立于虚拟步行装置上，在一次步行周期中，以用户在步行时前进的方向为列方向且先迈左脚为例。请参考图3～图6所示，图中左边的虚线框代表左脚61，右边的虚线框代表右脚62，用户左脚先沿列方向运动，右脚依然停留在初始受力的支撑组件上，随后，右脚脱离初始位置处的支撑组件向前迈进，此时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，控制装置控制位于左脚下方的支撑组件运动至初始位置(如图4所示)，至此，完成一次步行周期的运动，用户重复上述运动即可实现在虚拟步行装置上的步行。在该实施例中，用户在步行的过程中，VR头戴显示装置可实时更新虚拟景色，因而用户可在不离开虚拟步行装置的情况下进行步行，并获得身临其境的沉浸感。

上述过程描述的仅为用户前进的过程，具体应用时，用户的运动并不局限于前进，用户后退的过程也与上述原理类似，因而此处不再赘述。

基于上述实施例，当多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，控制装置还用于控制位于初始位置的支撑组件复位。

在该实施例中，在完成一个周期的步行后，用户再次抬起左脚向前迈进时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，此时，如图5和图6所示，控制装置控制位于初始位置的支撑组件(即左脚抬起前位于左脚下方的支撑组件)复位，并且右脚下方的支撑组件会向初始位置处运动。采用这样的设计，可以避免出现用户再次向前迈进时，脚下无支撑组件的情况出现，进一步可以提高用户散步时身临其境的沉浸感。

具体的，请参照图7所示，设定用户在一个2×2的支撑组件阵列上步行，其中A、B为初始位置，以用户先迈左脚为例，当用户的左脚由A迈到C后，用户的右脚依然位于B处，此时，A、B、C以及D处的支撑组件均不发生运动；随后，用户的右脚从B上抬起，此时，压力传感器检测的压力信号数量小于设定值，则控制装置控制C处的支撑组件向A处运动，可以理解的，A处的支撑组件相应的也向背离C的方向运动，当用户的右脚落在D上的支撑组件时，用户完成一个周期的步行运动。在进行下一个周期运动时，用户在左脚抬起的过程中，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，则控制装置控制位于D处的支撑组件向B处运动，并且控制此时位于A处的支撑组件复位(即运动到C处)，以使用户在进行下一个周期的运动过程时，用户前方可以避免出现没有支撑组件的情况发生。

在上述实施例中，当用户的双脚均位于支撑组件上，即压力传感器检测到的压力信号数量不小于设定值的情况下，支撑组件不发生任何运动，采用这样的设计，用户在步行时不会感觉到支撑组件的补偿运动，从而有利于进一步增强用户的沉浸感。

进一步的，用户的运动还可以为阶梯运动。如图8～图10所示，在本发明的一个优选实施例中，支撑组件11为可升降支撑组件，当VR头戴显示装置20显示画面为虚拟阶梯50时，控制装置30还用于获取初始位置与最近的虚拟阶梯之间的距离，以及根据初始位置与最近的虚拟阶梯之间的距离，确定目标支撑组件的位置信息，并控制目标支撑组件上升至最近的虚拟阶梯的高度。

当多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，控制装置用于控制目标支撑组件恢复至初始高度以及控制目标支撑组件运动至初始位置处。

在阶梯运动的一个周期过程中，请参考图9所示，目标支撑组件上升至最近的虚拟阶梯的高度后，用户的左脚踏上升高的目标支撑组件，随后，用户的右脚脱离位于初始位置的支撑组件向前迈进时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，此时，控制装置控制左脚下方的支撑组件恢复至初始高度且运动至初始位置处，右脚位于升高的支撑组件上，至此，完成一个周期的阶梯运动。

当多个压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值时，控制装置还用于控制位于初始位置的支撑组件复位。

基于上述实施例，在完成一个周期的阶梯运动后，用户再次抬起左脚向前迈进时，压力传感器检测到的压力信号数量小于设定值，此时，控制装置控制位于初始位置的支撑组件(即左脚抬起前位于左脚下方的支撑组件)复位。采用这样的设计，可以避免出现用户再次向前迈进时，脚下无支撑组件的情况出现，进一步可以提高用户散步时身临其境的沉浸感。

较优的，控制装置还用于根据压力传感器检测的压力峰值，控制支撑组件的复位速度。具体的，根据压力传感器检测的压力峰值，可以确定用户步行的加速度，进而可以根据用户步行的加速度以及用户的步长，确定支撑组件的复位速度。采用这样的设计，可以极大地避免用户加速步行导致支撑组件来不及复位或者用户减速步行导致支撑组件复位过快的情况出现，进一步可以提高用户在虚拟步行装置上步行的沉浸感。

具体的，根据F＝ma，其中F为压力传感器检测的压力峰值，m为用户的质量，a为用户运动的加速度，由此可知，可以根据压力传感器检测的压力峰值以及用户的质量确定用户运动的加速度；进一步，s＝1/2at²,其中，s为用户的步长，a为用户运动的加速度，t为支撑组件复位需要的时间，由此可知，可以根据用户的步长以及用户运动的加速度确定支撑组件复位需要的时间；更进一步的，v＝s1/t，其中，v为支撑组件的复位速度，s1为当前受力的支撑组件距离初始位置的位移，t为支撑组件复位需要的时间，由此可知，可以根据当前受力的支撑组件距离初始位置的位移以及支撑组件复位的时间，确定支撑组件的复位速度。

如图11所示，在本发明的一个具体实施例中，支撑组件11包括支撑杆16、固定于支撑杆16底部的滑轮15以及固定于支撑杆16顶部的踏板13，压力传感器12设置于踏板13表面。

虚拟步行装置的虚拟步行装置本体100内设置有沿行方向或者列方向的轨道142，支撑组件11还包括设置于支撑杆16上的滑轨141，滑轨141可沿轨道142在行方向或者列方向上做直线往复运动。在该实施例中，虚拟步行装置还包括与控制装置连接的驱动装置，驱动装置用于驱动滑轨沿轨道滑动。

支撑杆16的底部的两侧分别设置有限位挡块19，限位挡块19用于限制支撑杆16沿行方向或者列方向做直线往复运动。

优选的，支撑杆16为液压缸，支撑杆16与滑轮15之间设置有固定板17，固定板17上设置有与液压缸连接的电磁阀18，电磁阀18与控制装置30连接，液压缸能够在电磁阀18的作用下对踏板13做功，控制踏板13做升降运动。在该实施例下，用户可以体验阶梯运动。

考虑到虚拟步行装置的虚拟步行装置本体100通常需要具备一定的高度，为了方便用户踏上支撑组件11，可以在虚拟步行装置本体100的外侧设置高度小于虚拟步行装置本体的阶梯部40。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。