专利名称：一种基于红外识别的虚拟现实系统及交互方法
技术领域：
本发明属于虚拟现实的电子技术领域，特别涉及一种基于红外识别的虚拟现实系统及交互方法。
背景技术：
虚拟现实，是近年来出现的高科技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。随着近年来用大屏幕来放映三维影像，然后再结合实际情况，而形成的三维虚拟现实系统，越来越受航天航海、汽车驾驶、工业制造、国防等需要模拟操作的行业的重视。虚拟现实系统可以提供一个模拟现实的场景，让驾驶员模拟驾驶飞机、船只、汽车，也可以让装配工人在模拟的车间环境中进行模拟工业装配的操作训练，还可以让采矿工人在模拟矿井环境中发生灾难时候怎么处理自救等等，还有很多需要用到虚拟实现系统的行业和企业。虚拟现实的出现，很好地解决了人类对某些现实情况的未知/已知事情的认识，为很多工作的开展提供了可参考的理据。目前虚拟现实的人机交互技术，就仅限于特制的手套等具有传感功能的工具，但这些传感工具通用性不足，某些传感工具只适用于某些特定的虚拟现实场景，当这些传感工具不适用某些虚拟现实场景时，就要采用其他的传感工具，这样一来，就会造成成本的上升和设备的浪费。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于红外识别的虚拟现实系统及交互方法，既能节省成本，又能减少设备的浪费。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下
一种基于红外识别的虚拟现实系统，包括顺次连接的三维影像部分、终端控制部分和红外感应部分；
所述三维影像部分包括用于显示三维影像的屏幕和用于图像运算和控制输出的信号处理单元；
所述终端控制部分是三维影像部分的数据和红外感应部分的数据的中间交互单元，通过软件界面作各个参数和状态的设定；
所述红外感应部分包括由红外管均匀布设搭建而成的红外线收发室和红外数据运算处理单元；其中所述红外线收发室是空间对称体。本发明是利用红外管的直线传输，红外管分为发射端和接收端，中间没有物体阻隔它的传输，接收端就是正常工作的状态，接收端就会发出工作正常的信号，当有物体在两端之间时，接收端接收不到发射端的信号，就处于异常的状态，并发出工作异常的信号。在使用的时候，保证红外管的发射端和接收端正常工作状态，用户进入到红外线收发室，红外数据运算处理单元根据接收端接收到的正常/异常信号计算出用户的具体位置，并通过终端控制部分传输到信号处理单元，信号处理单元对其做图像运算，将用户的位置虚拟在屏幕上的三维影像中，同时将其虚拟结合效果反馈给终端控制部分。屏幕安放在用户的可视范围内。布设在红外线收发室上的红外管是均匀的，在其发射密度固定时，能够通过终端控制部分的软件界面适当地控制红外线发射端的发射密度。还能通过终端控制部分的软件界面按需要来转换屏幕的显示画片。红外线收发室是空间对称体，是指红外收发室是一个轴对称的立体空间或一个长方体，并不限于圆柱形或鼓状或长方体。一种基于红外识别的虚拟显示系统的交互方法，用户进入红外线收发室，红外数据运算处理单元计算出用户在该室的位置A，通过终端控制部分将位置A传输到三维影像部分的信号处理单元，得到用户的三维影像，通过判断用户的三维影像来判断位置A是否为适合位置；当该位置A为适合位置时，则终端控制部分将位置A设为起始位置；否则用户调整到适合位置；
在用户有动作或移动时，红外数据运算处理单元计算出运动轨迹坐标，通过终端控制部分传输到信号处理单元，信号处理单元通过对运动轨迹坐标分析和计算，判定用户是操作，从而通过屏幕输出其相应的物理状态。采用本发明的技术方案在实现虚拟现实时，对虚拟的现实场景要求低，无需因为虚拟场景的改变而更换传感工具。用户只需将所需的虚拟场景在本系统的屏幕中放映，并用户进入到本系统中根据指示操作即可，在节省成本的同时又减少了设备的浪费。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的红外管工作原理图。图3是本发明的红外管分布图。图4是本发明的红外矩形立体空间的立体图。
具体实施例方式实施例一
下面结合附图详细说明下本发明的具体实施方式
。请参见图1，图中是本发明的结构示意图
见图1，本发明的结构示意图。可分为三部分三维影像部分，包括用于显示三维影像的屏幕和用于图像运算和控制输出的信号处理单元；红外感应部分，也可称人机交互部分，包括由红外管均匀布设搭建而成的红外线收发室和红外数据运算处理单元；其中红外线收发室是空间对称体。终端控制部分是三维影像部分的数据和红外感应部分的数据的中间交互单元，通过软件界面作各个参数和状态的设定。三个部分可以通过有线和/或无线方式连接，进行信号的交互；在本实施例中，采用无线方式连接。如图2，红外管是直线传输的，分为发射端和接收端，中间没有物体阻隔它的传输，接收端就是正常工作的状态，接收端就会发出工作正常的信号，当有东西在两端之间时，接收端接收不到发射端的信号，就处于异常的状态，并发出工作异常的信号。基于图2的原理，如图3，把红外线收发空间搭建成为一个由红外管的发射端和接收端一对一的密布而成的长方体，上端面和左端面为发射端，下端面和右端面为接收端，前后两端面为空的，红外管分布的距离间隔越小越好，红外管的密度越密，其数据就越精确。图4为长方体的宽度，其宽度可根据虚拟现实的方案而定，建议是2至3米，这个宽度能适合大多数的虚拟现实方案。三维影像部分和红外感应部分必须呈水平直线放置，长方体的前后两端面平行对着屏幕。长方体的长宽高根据方案的要求，可以适当增减。基于图2的原理，把红外线收发空间搭建成为一个由红外管的发射端和接收端一对一的密布而成的长方体，发射端安放在长方体的上端面、下端面、左端面或右端面中的一个或多个端面上，在发射端安放位置的对称位置安放有接收端，所述三维影像区的屏幕与长方体的前后端面平行，屏幕安放在矩形立体空间外。基于图2的原理，还可以把红外线收发空间搭建成为一个由红外管的发射端和接收端一对一的密布而成的柱状或鼓状，所述红外管的发射端和接收端一对一对称布设在柱体或鼓体上，三维影像区的屏幕与两个柱面或两个鼓面平行，屏幕安放在红外线收发室外。如图4，由于有了红外管搭建的这个长方体的红外网，只要使用者进入这个长方体空间，通过红外的接收端发出的信号，即可得知使用者的在该空间的相对立体坐标A。然后通过终端控制单元，设定坐标A为起始坐标。如果坐标A不是适合的位置，可以让使用者站在适合的位置上再设定为起始坐标。所谓的适合位置，是以屏幕看到的三维影像为参考，在该位置上，通过手、脚或身体的动作或移动，可以与三维图像实现设想中交互，就是适合位置。通过终端控制单元，在红外管密度固定的情况下，可以根据虚拟现实方案的需要，适当地控制红外线发射端的发射密度。例如虚拟现实方案A，需要使用者在大动作时才实现人机交互，轻微的人体抖动不起作用，而矩形立体空间上面部分着200*400的红外管，因应该案例，可以通过终端控制关闭一部分的红外发射端和接收端，使正在工作的红外管减少为100*200，或者其它数值。其中设想中的交互，主要的实现原理是使用者站在密布红外管的长方体空间的适合位置上，面向着播放三维影像的屏幕，并且移动身体/肢体来改变眼前三维影像的形状和物理特性等，其实质上是使用者阻隔了相应位置的红外线网的接收，相应的红外管就会发出工作异常的信号，传输到红外数据运算处理单元，该红外数据运算处理单元通过对全部红外接收的正常/异常信号的分析，计算出使用者的身体/肢体移动的轨迹坐标，通过终端控制部分传输到信号处理单元的信号处理单元，信号处理单元通过对轨迹坐标的分析和计算，判定使用者是在对哪个三维影像中的事物进行操作，从而通过屏幕输出该事物相应的物理状态。
权利要求
1.一种基于红外识别的虚拟现实系统，其特征在于包括顺次连接的三维影像部分、终端控制部分和红外感应部分； 所述三维影像部分包括用于显示三维影像的屏幕和用于图像运算和控制输出的信号处理单元； 所述终端控制部分是三维影像部分的数据和红外感应部分的数据的中间交互单元，通过软件界面作各个参数和状态的设定； 所述红外感应部分包括由红外管均匀布设搭建而成的红外线收发室和红外数据运算处理单元；其中所述红外线收发室是空间对称体。
2.根据权利要求1所述的基于红外识别的虚拟显示系统，其特征在于所述红外线收发空间中的红外管包括红外管发射端和红外管接收端，所述红外管发射端和红外管接收端一对一对称布设在红外线收发室上。
3.根据权利要求2所述的基于红外识别的虚拟显示系统，其特征在于所述红外线收发室为长方体，红外管发射端安放在长方体的上端面、下端面、左端面或右端面中的一个或多个端面上，在红外管发射端安放位置的对称位置安放有红外管接收端，所述三维影像区的屏幕与长方体的前后端面平行，屏幕安放在矩形立体空间外。
4.根据权利要求3所述的基于红外识别的虚拟显示系统，其特征在于所述红外管发射端安放在长方体上端面和左端面，红外管接收端安放在下端面和右端面的对称位置，所述三维影像区的屏幕与长方体的前后端面平行，屏幕安放在长方体外。
5.根据权利要求2所述的基于红外识别的虚拟显示系统，其特征在于所述红外线收发室为柱状或鼓状，所述红外管发射端和红外管接收端一对一对称布设在柱体或鼓体上，三维影像区的屏幕与两个柱面或两个鼓面平行，屏幕安放在红外线收发室外。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于红外识别的虚拟显示系统，其特征在于所述红外线收发室的宽度为2-3米。
7.根据权利要求1所述的基于红外识别的虚拟显示系统，其特征在于所述三维影像部分、终端控制部分和红外感应部分三个部分的连接方式为有线连接和/或无线连接。
8.—种权利要求1至7所述的基于红外识别的虚拟显示系统的交互方法，其特征在于 用户进入红外线收发室，红外数据运算处理单元计算出用户在该室的位置A，通过终端控制部分将位置A传输到三维影像部分的信号处理单元，得到用户的三维影像，通过判断用户的三维影像来判断位置A是否为适合位置；当该位置A为适合位置时，则终端控制部分将位置A设为起始位置；否则用户调整到适合位置； 在用户有动作或移动时，红外数据运算处理单元计算出运动轨迹坐标，通过终端控制部分传输到信号处理单元，信号处理单元通过对运动轨迹坐标分析和计算，判定用户是操作，从而通过屏幕输出其相应的物理状态。
9.根据权利要求8所述的基于红外识别的虚拟显示系统的交互方法，其特征在于所述适合位置是以屏幕看到的三维影像为参考，在该位置上，通过动作或移动，能与三维图像实现设想中的交互。
全文摘要
本发明公开一种基于红外识别的虚拟现实系统及交互方法，其系统包括顺次连接的三维影像部分、终端控制部分和红外感应部分；三维影像部分包括用于显示三维影像的屏幕和用于图像运算和控制输出的信号处理单元；终端控制部分是三维影像部分的数据和红外感应部分的数据的中间交互单元，通过软件界面作各个参数和状态的设定；红外感应部分包括由红外管均匀布设搭建而成的红外线收发室和红外数据运算处理单元；其中红外线收发室是空间对称体。采用本发明在实现虚拟现实时，对虚拟的现实场景要求低，无需因虚拟场景的改变而更换传感工具。用户只需将虚拟场景在屏幕中放映，并用户进入到本系统中根据指示操作即可，在节省成本的同时又减少了设备的浪费。
文档编号G06F3/01GK102999165SQ20121053104
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者施杨 申请人:广东威创视讯科技股份有限公司