、加速度以及移动位置等，驱动凹形圆形底盘2开始转动，当用户6的跑鞋9在跑步机底盘2上每次踩下，都会触发相应位置的底盘2的阻值传感器19信号，不同位置不同阻值的传感器阻值使得整个圆形底盘I以转动带轮20为中心构成了一个唯一的XY平面极坐标，这些XY平面极坐标数据、底盘I的转动角速度、转动方向等数据构成一个用户6跑步运动向量通过驱动器W1-Fi发送给计算机，计算机将坐标位置集成到游戏软件中完成实时解析。同时计算机运行的游戏软件根据情节需要，会将垂直平面的升降动作指令发送给跑步机驱动器18，这些指令主要是围绕Z垂直平面的加速度、位移要求、时间要求形成一个关于Z平面的动作控制向量，跑步机驱动器18接受到这个动作控制向量，就会驱动伺服电机15按照一定时间内的加速度要求驱动丝杆12到相应的Z平面位置；用户观察显示屏上播放的视频图像，通过电子仿真枪7，参与到视频游戏中去，根据游戏情节，作出枪7的转向、抬高、下压、瞄准、射击等动作，这些动作都会被处理器通过传感器采集后发送给计算机，计算机会在游戏软件中作出相应的结果反馈；如图4所示，电子仿真枪7主要由仿真枪外壳、一个三轴陀螺仪传感器组21、按钮22、无线通信模块23、电池24等组成，主要是采集玩家根据游戏情节的需要发送的控制指令，然后发送给计算机，计算机将控制指令集成到游戏软件中。
[0023]如图5所示，虚拟现实头盔整体8由一个显示屏、一个透视镜、一个立体声功放及耳机27、一个视频传输线28、一个电源线29、一个三轴陀螺仪传感器组30、一个高清摄像头31、一个头套固定装置33组成。
[0024]如图6所示，跑步机驱动器18由嵌入式处理器+DSP处理器联合构建而成，DSP处理器主要做实时的运动算法计算和处理，嵌入式处理器主要负责数据的存储、指令解析和无线网络通信工作，驱动器18同时由一个运动加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、无线W1-Fi模块、三个伺服电机驱动器等模块联合组成。
[0025]基于上述一种能够实现全向立体运动，准确模拟运动状态和场景的新型的虚拟现实的游戏装置，本发明提供了一种虚拟现实的游戏场景实现方法，如以下实施例:
如图7所示，通过以下步骤实现:(I)计算机播放3D的视频游戏软件，通过视频传输线投映到头盔显示屏上；(2)玩家观察显示屏上的视频图像，根据情节需要，在所述跑步机I上做跑步运动，跑步机驱动器18根据用户跑步的幅度、加速度以及移动位置等，驱动凹形圆形底盘2开始转动，同时确定用户在底盘I上的位移坐标；(3)跑步机驱动器18同时实时采集底盘I的角加速度、电子罗盘传感器确定底盘I的运动速度和运动方向，形成一个闭合的耦合控制系统，控制底盘的转动速度和转动方向，底盘I的转动速度和转动方向将由用户在凹形底盘I上不断跑步控制，而用户跑步是根据观察显示屏上的游戏软件情节，因此这样就形成了一个由游戏情节通过用户观察来控制跑步最终控制跑步机驱动器18 ; (4)当用户的跑鞋9在跑步机I上每次踩下，都会触发相应位置的底盘的阻值传感器19信号，不同位置不同阻值的传感器阻值使得整个圆形底盘I以原点为中心构成了一个唯一的XY平面极坐标，这些XY平面极坐标数据、底盘I的转动角速度、转动方向等数据构成一个用户跑步运动向量通过驱动器W1-Fi发送给计算机；(5)计算机接收到这些数据，然后将这些数据通过一个运动向量转置参数变换矩阵，将其变换为游戏软件能够接受的API键盘数据，游戏软件接受到这些键盘数据就会相应的在游戏软件中反应出来；(6)计算机运行的游戏软件根据情节需要，会将Z平面的升降动作指令发送给跑步机驱动器18，这些指令主要是围绕Z平面的加速度、位移要求、时间要求形成一个关于Z平面的动作控制向量，跑步机驱动器18接受到这个动作控制向量，就会驱动伺服电机15按照一定时间内的加速度要求驱动丝杆12到相应的Z平面位置；(7)当用户在跑步机I上根据情节需要跑步、转向等运动的时候，计算机通过高清摄像头实时拍摄用户的运动姿态，通过一个空间姿态提取算法程序，将空间姿态实时转换为人体空间运动趋势向量矩阵，这个向量矩阵坐标包括人体关键特征点矩阵、特征点矩阵相关的运动趋势及速度、特征点矩阵相关的位移坐标，上述向量矩阵可以基本确定人体运动的空间姿态，将这个空间姿态拟合到游戏软件中，作出相应的反馈动作结果；综合(I)?(8)，所述游戏装置建了一个完备的虚拟现实场景实现方法，通过该方法，使得用户在使用游戏装置的时候，结合游戏视频软件，仿佛置身于真实的游戏场景中，犹如身临其境一般，不仅达到可以让用户得到身体的锻炼，还可以在游戏中得到锻炼的目的。
[0026]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种虚拟现实的游戏装置，其特征在于:包括头盔(8)、摄像头(31)、计算机、跑步机(1)，所述摄像头(31)采集用户运动姿态及头部动作，传送给所述计算机，所述跑步机(I)包括跑步机驱动器(18)、垂直平面运动机构、底盘(2)，所述跑步机驱动器(18)根据用户跑步状态确定所述底盘(2)的运动速度、运动方向以及用户在所述底盘(2)上的位移坐标，构成用户跑步运动向量，传送给所述计算机并集成到游戏软件中，所述游戏软件产生游戏情景传送给所述头盔(8)，所述头盔(8)显示3D视频场景，所述跑步机驱动器(18)接收计算机指令驱动所述垂直平面运动机构控制垂直平面的运动。
2.据权利要求1所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:所述垂直平面运动机构包括伺服电机(15)、滑动丝杆(12)，所述跑步机驱动器(18)接收计算机指令，驱动所述伺服电机(15)驱动所述滑动丝杆(12)调节垂直平面的位置。
3.据权利要求2所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:所述计算机指令是指围绕垂直平面的加速度、位移要求、时间要求形成一个关于垂直平面的动作控制向量，所述跑步机驱动器(18)接受这个动作控制向量来控制垂直平面运动。
4.据权利要求1所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:所述底盘(2)由多个小盘组成，所述各小盘装配不同阻值的阻值传感器(19)，所述阻值传感器(19)感应用户跑步位置，并将信号发送给所述跑步机驱动器(18)。
5.据权利要求1所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:所述3D视频场景仪是一个头盔(8)，包含显示屏、耳麦(27)、摄像头(31)、头盔传感器、视频传输线、无线模块以及头盔处理器，所述摄像头(31)采集眼球的转动，然后将图像传输给头盔处理器；所述头盔处理器驱动所述无线模块将图像传输给计算机；所述头盔传感器用于采集头盔(8)的转动角加速度、转动方向及空间位移并传送给计算机；计算机播放的游戏软件视频图像通过所述视频传输线传送到所述显示屏；所述耳麦(27)用来使用户倾听声音；所述显示屏是一个3D显示屏，显示计算机传送过来的3D视频信号。
6.据权利要求1所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:所述跑步机(I)包含电子仿真枪(7)，包括仿真枪处理器、三轴陀螺仪传感器(21)、电子罗盘传感器、加速度传感器、按钮(22 )及电池(24 )组成，所述三轴陀螺仪传感器(21)、电子罗盘传感器及加速度传感器用于采集运动状态和空间位移，通过所述仿真枪处理器传送给计算机。
7.据权利要求1所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:还包括一个腰间固定装置，所述腰间固定装置包括腰间固定圆盘及配套固定带(4)、固定支杆(5)、感应传感器，所述腰间固定圆盘及配套固定带(4)用来固定用户身体，所述固定支杆(5)用来支撑，所述感应传感器将用户是否接触所述腰间固定装置的信号传送给计算机。
8.据权利要求1所述的虚拟现实的游戏装置，其特征在于:所述跑步机驱动器(18)包括驱动器处理器、三轴陀螺仪传感器(21)、电子罗盘传感器、加速度传感器、W1-Fi传输模块，加速度传感器、三轴陀螺仪传感器(21)、电子罗盘传感器确定所述底盘(2)的运动状态，通过所述W1-Fi传输模块传送给计算机，所述驱动器处理器包括嵌入式处理器和DSP处理器，所述DSP处理器进行实时的运动算法计算和处理，所述嵌入式处理器负责数据的存储、指令解析和无线网络通信工作。
9.一种能够实现全向立体运动，准确模拟运动状态和场景的新型的虚拟现实的游戏装置，本发明提供了一种虚拟现实的游戏场景实现方法，包括以下步骤:S01:播放游戏场景用户参与游戏；S02:采集并集成用户运动姿态及头部动作到游戏软件；S03:采集并集成跑步机底盘的运动速度、运动方向以及用户在底盘上的位移坐标到游戏软件；S04:基于游戏移动垂直平面；S05:输出用户实时游戏情景。
【专利摘要】本发明公开了一种虚拟现实的游戏装置及场景实现方法，其特征在于：包括头盔、摄像头、计算机、跑步机，所述摄像头采集用户运动姿态及头部动作，所述跑步机驱动器根据用户跑步状态确定所述底盘的运动速度、运动方向以及用户在所述底盘上的位移坐标，传送给所述计算机并集成到游戏软件中，所述游戏软件产生游戏情景传送给所述头盔显示3D视频场景，所述跑步机驱动器接收计算机指令驱动所述垂直平面运动机构控制垂直平面的运动。本发明通过提高运动姿态提取精度，从而提高了游戏的体感度，而且可以全向立体运动，是一种集成化程度很高的游戏设备及实现方法。
【IPC分类】A63F13-211, A63F13-52, A63F13-213, A63F13-837, A63F13-25
【公开号】CN104801039
【申请号】CN201510214544
【发明人】赵中伟
【申请人】浙江工商大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月30日