配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统及方法与流程

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统及方法。

背景技术：

随着社会的发展，各个行业的进步都为生活质量的提高做出了卓越贡献。其中，虚拟现实(virtualreality，vr)技术的出现极大地丰富了人们的生活，虚拟现实技术通过计算机生成一种模拟环境，并结合采集的图像信息实现交互式的三维视景和行为，从而使用户沉浸到模拟环境中，实现人与虚拟现实环境的交互，达到身临奇境的体验。

目前，包括vr眼镜在内的各类头戴式虚拟现实设备是市面上最常见的虚拟现实设备，用户通过配戴头戴式虚拟现实设备将对外界的视觉、听觉封闭，头戴式虚拟现实设备在对应左右眼的屏幕上分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉，通过头戴式虚拟现实设备显示不同的图像能够模拟出各种各样的场景与环境，从而将虚拟技术应用各种各样的场景之中。

近年来，滑雪运动已成为一项非常受欢迎的冬季体育项目，滑雪时滑雪运动员穿着专业的滑雪橇通过滑动滑雪杆在被雪覆盖的面上进行滑动，对于场地、器材、以及天气的要求非常高，普通人必须要在合适的天气下携带滑雪器材前往专业的滑雪场地才能体验到滑雪的乐趣，受制于此，人们进行滑雪训练机会非常有限，对滑雪运动的普及带来了障碍。

目前，为了使更多的人体验到滑雪运动，市面上已经出现了一些滑雪模拟设备，但由于滑雪运动的复杂性，现有的这些设备带给用户的体验与真实滑雪差距很大，用户很难体会到真实滑雪的感受，也无法通过这些设备进行滑雪训练。因此，需要提供一种真实感更佳的滑雪训练系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，能够提高虚拟现实滑雪的真实性和趣味性，提升用户体验。

本发明的目的在于一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练方法，能够提高虚拟现实滑雪的真实性和趣味性，提升用户体验。

为实现上述目的，本发明提供了一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，包括：滑雪模拟机、六轴传感器、中央处理器、以及头戴式vr显示装置；

所述六轴传感器与所述中央处理器通讯连接，包括：两分别用于采集滑雪者的双手动作数据的第一六轴传感器、两分别用于采集滑雪者的双脚动作数据的第二六轴传感器、两分别用于采集滑雪者的腰部动作数据的第三六轴传感器、两分别用于采集滑雪者的两上臂动作数据的第四六轴传感器、一用于采集滑雪者的头部动作数据的第五六轴传感器、两分别用于采集滑雪者的两大腿部动作数据的第六六轴传感器、及两分别用于采集滑雪者的臀部两侧动作数据的第七六轴传感器；

所述中央处理器设于所述滑雪模拟机上或集成在所述头戴式vr显示装置中，所述头戴式vr显示装置与所述中央处理器通讯连接，所述中央处理器根据六轴传感器采集到的滑雪者的双手动作数据、双脚动作数据、腰部动作数据、两上臂动作数据、头部动作数据、两大腿动作数据、及臀部动作数据还原滑雪者的双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作，并根据滑雪者双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作控制头戴式vr显示装置显示相应的情景；

所述滑雪模拟机包括：底座、固定于所述底座上的两间隔排列的弧形滑轨、设于所述两弧形滑轨上的可沿两弧形滑轨滑动的脚踏板载台、设于所述脚踏板载台上的可相对所述脚踏板载台前后滑动和左右摆动的两脚踏板、连接所述脚踏板载台与所述脚踏板的脚踏板连接机构、设于所述底座上的安全护栏、与所述安全护栏相连的安全带、以及与所述脚踏板载台和底座相连的两弹性拉力器；

所述两弧形滑轨相对于水平面倾斜，且其中一个弧形导轨距离水平面的高度低于所述另一个弧形导轨距离水平面的高度。

所述两第一六轴传感器分设于所述滑雪者使用的两滑雪杖的顶部或滑雪者的两手腕处，所述两第二六轴传感器分设于两脚踏板的底部或滑雪者的两脚踝处，所述两第三六轴传感器分设于所述滑雪者腰部的两侧，所述两第四六轴传感器分设于所述滑雪者两上臂处，所述第五六轴传感器设于所述滑雪者的头部，所述两第六六轴传感器分设于所述滑雪者的两大腿上，所述两第七六轴传感器分设于所述滑雪者臀部的两侧。

所述脚踏板连接机构包括：对应设于每一个脚踏板下方的滑动轴、套于所述滑动轴上并与该滑动轴对应的脚踏板固定连接的滑动轴承、分设于所述滑动轴的两端的两摆动连接件、以及套设于所述滑动轴上且位于所述滑动轴承与所述摆动连接件之间弹性件；

所述滑动轴承周向固定于所述滑动轴上并可沿所述滑动轴轴向滑动，所述摆动连接件与滑动轴固定连接，所述摆动连接件与所述脚踏板载台相连并可相对所述脚踏板载台左右摆动。

所述脚踏板载台与所述每一个弧形滑轨通过两个间隔分布的滑轮机构相连，每一个滑轮机构均包括设于所述弧形滑轨上下两侧的两第一滑轮、以及设于所述弧形滑轨左侧或右侧的一第二滑轮。

所述两弹性拉力器中的一个的一端与所述脚踏板载台的一侧相连，另一端与所述底座相连；所述两个弹性拉力器中的另一个的一端与所述脚踏板载台的另一侧相连，另一端与所述底座相连。

本发明还提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练方法，包括如下步骤：

步骤s1、提供一配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，包括：滑雪模拟机、六轴传感器、中央处理器、以及头戴式vr显示装置；

所述六轴传感器与所述中央处理器通讯连接，包括：两第一六轴传感器、两第二六轴传感器、一第三六轴传感器、两第四六轴传感器、一第五六轴传感器、两第六六轴传感器和两第七六轴传感器；

所述中央处理器设于所述滑雪模拟机上或集成在所述头戴式vr显示装置中，所述头戴式vr显示装置与所述中央处理器通讯连接；

所述滑雪模拟机包括：底座、固定于所述底座上的两间隔排列的弧形滑轨、设于所述两弧形滑轨上的可沿两弧形滑轨滑动的脚踏板载台、设于所述脚踏板载台上的可相对所述脚踏板载台前后滑动和左右摆动的两脚踏板、连接所述脚踏板载台与所述脚踏板的脚踏板连接机构、设于所述上的安全护栏、与所述安全护栏相连的安全带、以及与所述脚踏板载台和底座相连的两弹性拉力器；

所述两弧形滑轨相对于水平面倾斜，且其中一个弧形导轨距离水平面的高度低于所述另一个弧形导轨距离水平面的高度；

步骤s2、滑雪者双脚分别站立到两脚踏板上，并绑定安全带，同时布置好六轴传感器，并佩戴头戴式vr显示装置；

步骤s3、头戴式vr显示装置显示初始的滑雪场景，滑雪者进行滑雪动作，所述六轴传感器采集到的滑雪者的双手动作数据、双脚动作数据、腰部动作数据、两上臂动作数据、头部动作数据、两大腿动作数据、及臀部动作数据，所述中央处理器根据六轴传感器采集到的滑雪者的双手动作数据、双脚动作数据、腰部动作数据、两上臂动作数据、头部动作数据、两大腿动作数据、及臀部动作数据还原滑雪者的双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作，并根据滑雪者双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作控制头戴式vr显示装置变化显示的滑雪情景。

所述步骤s2中两第一六轴传感器佩戴于所述滑雪者使用的两滑雪杖的顶部或滑雪者的两手腕处，所述两第二六轴传感器佩戴于两脚踏板的底部或滑雪者的两脚踝处，所述两第三六轴传感器分设于所述滑雪者腰部的两侧，所述两第四六轴传感器分设于所述滑雪者两上臂处，所述第五六轴传感器设于所述滑雪者的头部，所述两第六六轴传感器分设于所述滑雪者的两大腿上，所述两第七六轴传感器分设于所述滑雪者臀部的两侧。

所述步骤s1中脚踏板连接机构包括：对应设于每一个脚踏板下方的滑动轴、套于所述滑动轴上并与该滑动轴对应的脚踏板固定连接的滑动轴承、分设于所述滑动轴的两端的两摆动连接件、以及套设于所述滑动轴上且位于所述滑动轴承与所述摆动连接件之间弹性件；

所述滑动轴承周向固定于所述滑动轴上并可沿所述滑动轴轴向滑动，所述摆动连接件与滑动轴固定连接，所述摆动连接件与所述脚踏板载台相连并可相对所述脚踏板载台左右摆动。

所述步骤s1中脚踏板载台与所述每一个弧形滑轨通过两个间隔分布的滑轮机构相连，每一个滑轮机构均包括设于所述弧形滑轨上下两侧的两第一滑轮、以及设于所述弧形滑轨左侧或右侧的一第二滑轮。

所述步骤s1中所述两弹性拉力器中的一个的一端与所述脚踏板载台的一侧相连，另一端与所述底座相连；所述两个弹性拉力器中的另一个的一端与所述脚踏板载台的另一侧相连，另一端与所述底座相连。

本发明的有益效果：本发明提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，包括滑雪模拟机、六轴传感器、中央处理器、以及头戴式vr显示装置，滑雪者通过滑雪模拟机模拟进行滑雪动作，通过六轴传感器和中央处理器追踪并还原滑雪者的滑雪动作，通过头戴式vr显示装置显示虚拟建模形成的滑雪情景并根据中央处理器还原出的滑雪者的滑雪动作进行实时变化，能够提高虚拟现实滑雪的真实性和趣味性，提升用户体验。本发明提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练方法，能够提高虚拟现实滑雪的真实性和趣味性，提升用户体验。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

图1至图3为本发明的配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统的滑雪模拟机的结构示意图；

图4为本发明的配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统的六轴传感器、中央处理器、以及头戴式vr显示装置的连接示意图；

图5为本发明的配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统的六轴传感器和头戴式vr显示装置佩戴位置示意图；

图6为本发明的配合传感器的虚拟现实滑雪训练方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图1至图5，本发明提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，包括：滑雪模拟机1、六轴传感器2、中央处理器3、以及头戴式vr显示装置4。

所述六轴传感器2与所述中央处理器3通讯连接，包括：两分别用于采集滑雪者的双手动作数据的第一六轴传感器21、两分别用于采集滑雪者的双脚动作数据的第二六轴传感器22、两分别用于采集滑雪者的腰部动作数据的第三六轴传感器23、两分别用于采集滑雪者的两上臂动作数据的第四六轴传感器24、一用于采集滑雪者的头部动作数据的第五六轴传感器25、两分别用于采集滑雪者的两大腿部动作数据的第六六轴传感器26、及两分别用于采集滑雪者的臀部两侧动作数据的第七六轴传感器27；

具体地，所述两第一六轴传感器21可以分设于所述滑雪者使用的两滑雪杖的顶部，或者将所述两第一六轴传感器21做成手环分设于所述滑雪者的两手腕处，所述两第二六轴传感器22可以分设于两脚踏板14的底部，或者将两第二六轴传感器22做成脚环分设于所述滑雪者的两脚踝处，所述两第三六轴传感器23分设于所述滑雪者腰部的两侧，所述两第四六轴传感器24分设于所述滑雪者两上臂处，所述第五六轴传感器25设于所述滑雪者的头部，所述两第六六轴传感器26分设于所述滑雪者的两大腿上，所述两第七六轴传感器27分设于所述滑雪者臀部的两侧。

进一步地，所述第三六轴传感器23、第四六轴传感器24、第五六轴传感器25、第六六轴传感器26可以分别做成腰带、臂环、腿环、及头带的形式佩戴与滑雪者的腰部、上臂、大腿、及头部。

所述头戴式vr显示装置4与所述中央处理器3通讯连接，所述中央处理器3根据六轴传感器2采集到的滑雪者的双手动作数据、双脚动作数据、腰部动作数据、两上臂动作数据、头部动作数据、两大腿动作数据、及臀部动作数据还原滑雪者的双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作，并根据滑雪者双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作控制头戴式vr显示装置4显示相应的情景。

可选地，所述中央处理器3可以为设于所述滑雪模拟机1上(如设有x86架构处理器的电脑)或集成在所述头戴式vr显示装置4中(如采用集成有arm架构处理器的一体式vr显示装置)。

具体地，所述六轴传感器2能够采集滑雪者双手、双脚、腰部、两上臂、头部、两大腿、及臀部的三轴(空间坐标系中x、y、及z轴)加速度、角速度、以及角度等实时数据，并传输给中央处理器3，所述中央处理器3根据变加速曲线运动的位移公式s(t)＝∫∫a(t)(dt)²得出滑雪者位移与时间的关系，其中，s为滑雪者的位移、a为六轴传感器2感应到加速度、t为时间，即滑雪者位移与时间的关系可由加速度积分求得速度与时间的关系后再积分求得，将经过算法还原的位移数值导入头戴式vr显示装置4中，头戴式vr显示装置4根据中央处理器提供的位移数值确定在相对时刻t滑雪者的滑雪动作显示对应的的滑雪情景，例如匀速前进、加速前进、减速前进、及转向等。

优选地，所述六轴传感器2通过蓝牙传输与所述中央处理器3通讯连接，传输频率为2.4ghz。

具体地，所述滑雪模拟机1包括：底座11、固定于所述底座11上的两间隔排列的弧形滑轨12、设于所述两弧形滑轨12上的可沿两弧形滑轨12滑动的脚踏板载台13、设于所述脚踏板载台13上的可相对所述脚踏板载台13前后滑动和左右摆动的两脚踏板14、连接所述脚踏板载台13与所述脚踏板14的脚踏板连接机构15、设于所述底座11上的安全护栏110、与所述安全护栏110相连的安全带19、以及与所述脚踏板载台13和底座11相连的两弹性拉力器18。

具体地，所述脚踏板连接机构15包括：对应设于每一个脚踏板14下方的滑动轴151、套于所述滑动轴151上并与该滑动轴151对应的脚踏板14固定连接的滑动轴承152、分设于所述滑动轴151的两端的两摆动连接件153、以及套设于所述滑动轴151上且位于所述滑动轴承152与所述摆动连接件153之间弹性件154。

进一步地，所述滑动轴承152周向固定于所述滑动轴151上并可沿所述滑动轴151轴向滑动，所述摆动连接件153与滑动轴151固定连接，所述摆动连接件153与所述脚踏板载台13相连并可相对所述脚踏板载台13左右摆动，从而通过所述滑动轴承152带动所述脚踏板14沿所述滑动轴151轴向滑动并通过弹性件154模拟摩擦阻力使得体验更加真实，通过所述摆动连接件153带动所述滑动轴151、滑动轴承152、以及脚踏板14整体进行摆动。

优选地，每一个脚踏板14下方设有两平行间隔分布的滑动轴151，每一个滑动轴151上设有两滑动轴承152，所述弹性件154为弹簧，所述摆动连接件153与所述脚踏板载台13通过摆动轴承相连。

具体地，所述脚踏板载台13与所述每一个弧形滑轨12通过两个间隔分布的滑轮机构16相连，每一个滑轮机构均包括设于所述弧形滑轨12上下两侧的两第一滑轮161、以及设于所述弧形滑轨12左侧或右侧的一第二滑轮162，通过设置三个滑轮带动脚踏板载台13沿所述弧线滑轨12进行滑动，能够使得滑动过程更加流程和稳定。

具体地，所述两弹性拉力器18中的一个的一端与所述脚踏板载台13的一侧相连，另一端与所述底座11相连；所述两个弹性拉力器18中的另一个的一端与所述脚踏板载台13的另一侧相连，另一端与所述底座11相连，每一个弹性拉力器18的中间均设有一转轴17，所述弹性拉力器18绕过所述转轴17与所述脚踏板载台13以及底座11相连，通过所述弹性拉力器18为所述脚踏板载台13提供拉力模拟滑雪时的摩擦力，使得用户感受更加真实。

值得强调的是，本发明的提供的滑雪模拟机1还有多处使得滑雪者进行模拟滑雪时的体验更贴近真实的滑雪体验的细节设计，具体包括：所述两弧形滑轨12相对于水平面倾斜，且其中一个弧形导轨12距离水平面的高度低于所述另一个弧形导轨12距离水平面的高度，从而使得滑雪者进行模拟滑雪时身体为前倾状态与真实滑雪一致；滑雪者通过绑定安全带19来保证安全防止跌倒，无需使用双手扶靠栏杆等其他安全设备，解放后的双手可以操作滑雪杖进行滑雪动作，体验更加真实丰富。

详细地，所述配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统的整体工作过程为：滑雪者佩戴上头戴式vr显示装置4，站到滑雪模拟机1的脚踏板上，绑好安全带19，建立中央处理器3与六轴传感器2的通讯连接，布置好六轴传感器2，完成上述准备工作之后，头戴式vr显示装置4显示滑雪场景给滑雪者，滑雪者进行滑雪动作，六轴传感器2和中央处理器3追踪并还原滑雪者的动作，头戴式vr显示装置4配合滑雪者的动作进行情景的变化，实现与真实滑雪相同的滑雪体验。

请参阅图6，基于上述的配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，本发明还提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练方法，包括如下步骤：

步骤s1、提供一上述的配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统；

步骤s2、滑雪者双脚分别站立到两脚踏板13上，并绑定安全带19，同时布置好六轴传感器2，并佩戴头戴式vr显示装置4；

步骤s3、头戴式vr显示装置4显示初始的滑雪场景，滑雪者进行滑雪动作，所述六轴传感器2采集到的滑雪者的双手动作数据、双脚动作数据、腰部动作数据、两上臂动作数据、头部动作数据、两大腿动作数据、及臀部动作数据，所述中央处理器3根据六轴传感器2采集到的滑雪者的双手动作数据、双脚动作数据、腰部动作数据、两上臂动作数据、头部动作数据、两大腿动作数据、及臀部动作数据还原滑雪者的双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作，并根据滑雪者双手动作、双脚动作、腰部动作、两上臂动作、头部动作、两大腿动作、及臀部动作控制头戴式vr显示装置4变化显示的滑雪情景。

综上所述，本发明提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练系统，包括滑雪模拟机、六轴传感器、中央处理器、以及头戴式vr显示装置，滑雪者通过滑雪模拟机模拟进行滑雪动作，通过六轴传感器和中央处理器追踪并还原滑雪者的滑雪动作，通过头戴式vr显示装置显示虚拟建模形成的滑雪情景并根据中央处理器还原出的滑雪者的滑雪动作进行实时变化，能够提高虚拟现实滑雪的真实性和趣味性，提升用户体验。本发明提供一种配合传感器的虚拟现实滑雪训练方法，能够提高虚拟现实滑雪的真实性和趣味性，提升用户体验。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。