一种虚拟现实系统的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种虚拟现实系统。

背景技术：

虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。虚拟现实技术综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种虚拟现实系统。

本实用新型实施例提供的虚拟现实系统包括：

至少一个用于所述虚拟现实的车辆，包括车体和至少一个动作捕捉装置，每一个动作捕捉装置均包括多个光学标记物，所述至少一个动作捕捉装置中的第一动作捕捉装置设置于所述车体上，所述第一动作捕捉装置中的所述多个光学标记物反射或发送与所述第一动作捕捉装置的空间位置和空间姿态相关的光学信息；

至少一个动作捕捉相机，置于所述车辆在所述虚拟现实系统中运动场地的四周，接收所述光学信息，并输出所接收到的光学信息；

服务器，接收所述至少一个动作捕捉相机输出的光学信息，以确定所述车辆的空间位置和空间姿态，并输出所述车辆的空间位置和空间姿态信息；

数据处理设备，接收所述服务器输出的所述车辆的空间位置和空间姿态信息，将所接收的空间位置和空间姿态信息应用于对应的虚拟形象，并输出所述虚拟形象的信息；

头显，接收所述虚拟形象的信息，显示所述虚拟形象。

可选地，所述每一个动作捕捉装置还包括：惯性测量单元，采集相应的动作捕捉装置的动作信息，以使所述虚拟现实系统确定所述车体的空间姿态。

可选地，所述光学标记物为反光器件或发光光源。

可选地，所述惯性测量单元包括：三轴MEMS微加速度计，测量所述惯性测量单元的加速度；以及三轴MEMS微陀螺仪，测量所述惯性测量单元的角速度；和/或三轴MEMS磁力计，测量地磁方向。

可选地，所述车辆还包括：固定支架，设置于所述车体内，稳固承载与所述固定支架相连接的数据处理设备。

可选地，所述固定支架包括防震缓冲层和支架体；所述支架体形成承载所述数据处理设备的空间，所述防震缓冲层置于所述支架体内侧。

可选地，所述固定支架还包括：位置检测装置，设置于所述固定支架上，检测所述数据处理设备相对于所述固定支架的位置，并将检测到的位置数据发送给所述服务器；

所述服务器检测到所述位置数据超出阈值时发出报警信号。

可选地，所述车辆还包括：变电装置，所述变电装置的一端连接至所述车辆的电源以接收直流电压，并将所接收的直流电压转变为交流电压以输出所述交流电压。

可选地，所述系统还包括：桁架置于所述车辆在所述虚拟现实系统中动作场地的四周；所述动作捕捉相机根据预设设置于所述桁架上。

可选地，所述系统还包括：显示装置，接收并显示所述虚拟形象的空间位置和空间姿态信息。

可选地，所述数据处理设备与所述头显集成为一体。

可选地，所述车辆包括方向盘，所述至少一组动作捕捉装置中的第二动作捕捉装置设置于所述方向盘上。

可选地，所述至少一组动作捕捉装置中的第三动作捕捉装置设置于所述头显上。

可选地，所述车辆包括碰碰车、平衡车、滑板车、独轮车、水上碰撞船、有轨车。

可选地，所述车辆为轮滑鞋。

本实用新型实施例提供的虚拟现实系统，通过设置于车辆车体上的动作捕捉装置中的多个光学标记物，将动作捕捉装置的空间位置和空间姿态相关的光学信息反射或者发送到虚拟现实系统的动作捕捉相机，再输出到服务器进行处理，得到车辆的空间位置信息和空间姿态信息，进而发送给数据处理设备，处理得到车辆在虚拟现实中的虚拟形象的信息，通过头显呈现给用户。本实施例的车辆系统，在虚拟现实中能准确反映用户在现实中对车辆的操作，使得用户在现实的车辆中的驾乘感受与观看到的虚拟现实场景同步吻合，极大增强用户在虚拟现实场景中的体感。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例提供的虚拟现实系统的示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的动作捕捉装置的结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供的车辆的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供的设备固定支架的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例提供的头显的结构示意图；

图6为本实用新型一个实施例提供的动作捕捉相机和桁架的结构示意图；

图7为本实用新型一个实施例提供的车辆的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型实施例的技术方案以及优点表达的更清楚，下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本实用新型一个实施例提供的虚拟现实系统的示意图；如图1所示，该虚拟现实系统包括：至少一个用于所述虚拟现实的车辆100、至少一个动作捕捉相机200、服务器300、数据处理设备2和头戴式可视设备(简称为头显)5。

数据处理设备2和头显5安装与车辆100上；服务器300与数据处理设备2无线连接；至少一个动作捕捉相机200置于车辆100在系统中的运动场地的四周，与服务器300之间有线或无线连接。

至少一个用于所述虚拟现实的车辆100，包括车体1和至少一个动作捕捉装置4。

动作捕捉装置4的具体结构可以如图2所示。结合图1和图2所示，每一个动作捕捉装置4均包括多个光学标记物42，至少有一个动作捕捉装置4设置于车体1上。光学标记物42反射或者发送与该动作捕捉装置4的空间位置和空间姿态相关的光学信息。

在动作捕捉装置4中，光学标记物42的位置在设定好之后即是固定的，以保证动作捕捉装置4和车体1的相对位置和姿态信息是固定不变的。固定好的动作捕捉装置4和车体1的相对位置和姿态信息存储在服务器4中。

本实施例给提供了一种动作捕捉装置4的具体实现方式，其结构如图2所示。动作捕捉装置4包括定位支架41和所述光学标记物42，光学标记物42可安装于定位支架41的顶端。定位支架41为刚体支架，其形状根据光学标记物42的需求安装位置而设置，需求安装位置可以通过定位算法计算获得。通过采用刚体支架来安装光学标记物42，保证在车辆运动中和受力作用后，各个光学标记物42之间、光学标记物42与车体1之间的相对位置不变。

动作捕捉相机200，接收光学标记物42反射或者发送的光学信息，并输出给服务器300。服务器300接收动作捕捉相机200输出的光学信息，以确定车辆100的空间位置和空间姿态，并输出车辆100的空间位置和空间姿态信息。数据处理设备2接收服务器300输出的车辆100的空间位置和空间姿态信息，将所接收的空间位置和空间姿态信息应用于对应的虚拟形象，并输出虚拟形象的信息给头显5，通过头显5对虚拟形象进行显示。

具体的，数据处理设备2内存储有虚拟现实的场景数据，在运行时，数据处理设备2将接收到的车辆100的空间位置和空间姿态的信息与场景数据进行实时处理生成包括有虚拟形象的虚拟现实显示数据流，并发送给头显5进行同步播放，使得用户使用头显5即可浸入虚拟现实中。

数据处理设备2可以具体为具有处理和通信功能的装置，比如计算机主机、平板电脑、笔记本电脑等，也可以是定制的数据处理模块。

光学标记物42可以为反光器件或者发光器件，下面对两种情况分别进行说明。

第一种情况，光学标记物42为反光器件。

反光器件对动作捕捉相机200发射出的光进行反射，再由动作捕捉相机200接收反光器件反射的反射光，从而得到与动作捕捉装置4的空间位置和空间姿态相关的光学信息。出射光和反射光可以为红外光，也可以是其他波长范围的光。动作捕捉相机200将光学信息发送给服务器300，服务器300根据光学信息确定动作捕捉装置4的位置信息和姿态信息，进而基于预设的动作捕捉装置4和车体1的相对位置和姿态的信息，以及已确定出的动作捕捉装置4的位置信息和姿态信息，来确定车辆100的空间位置和空间姿态信息。车辆100的空间位置和空间姿态信息被发送到数据处理设备2并被映射为虚拟现实中的虚拟影像。虚拟形象由数据处理设备2传送给头显5，并通过头显5进行显示。

在本例中，反光器件可以是小型刚体，也可以是由多个小型刚体组成的大型刚体。本实用新型中，每个动作捕捉装置4均包括多个光学标记物42，虽然图2中示出动作捕捉装置4包含有5个光学标记物42，但本实用新型对光学标记物42的数量为多个即可，具体数量不做限定，其设置位置和角度均可以根据实际需求确定。

第二种情况，光学标记物42为发光器件。

发光器件发射出可以被动作捕捉相机200接收到的光。动作捕捉相机200接收到发光器件发出的光，从而得到与动作捕捉装置4的空间位置和空间姿态相关的光学信息。发光器件发射出的光可以为红外光、可见光或其他波长范围的光。

动作捕捉相机200将得到的光学信息发送给系统中的服务器300，服务器300根据光学信息确定动作捕捉装置4的位置信息和姿态信息，进而基于预设的动作捕捉装置4和车体1的相对位置和姿态的信息，以及已确定出的动作捕捉装置4的位置信息和姿态信息，来确定车辆100的空间位置和空间姿态信息。车辆100的空间位置和空间姿态信息被发送到数据处理设备2并被映射为虚拟现实中的虚拟影像。虚拟形象由数据处理设备2传送给头显5，然后通过头显5进行显示。

在本例中，发光器件可以具体为红外发光二级管，或者为其他类型的光源。在采用本方案时，需要从车辆本身所具有的电源(例如电瓶)上接出符合所用光源输入标准的电源。可以根据具体情况选择使用逆变器或变压器等电压转换器件进行电压转换后对光源供电，也有可能采用无线空间传输电力的技术实现光源供电。

此外，光学标记物还可为光敏传感器。在这种情况下，虚拟现实系统中可以不配置动作捕捉相机，而仅需配置相应的光源即可，例如配置激光发射器。光敏传感器可以具体为激光接收传感器。

光敏传感器接收激光发射器发射出的光信号，将接收到的光信号转换为电信号输出给与光敏传感器相连接的计算单元，得到与光敏传感器自身空间位置和空间姿态相关的信息，再将空间位置和空间姿态相关的信息发送给服务器。服务器根据该信息确定动作捕捉装置的位置信息和姿态信息，进而基于预设的动作捕捉装置和车体的相对位置和姿态的信息，以及已确定出的动作捕捉装置的位置信息和姿态信息，来确定车体的空间位置和空间姿态信息。车辆100的空间位置和空间姿态信息被发送到数据处理设备2并被映射为虚拟现实中的虚拟影像。虚拟形象由数据处理设备2传送给头显5，然后通过头显5进行显示。

进一步地，一个动作捕捉装置4中所包括的光学标记物42的数量，为两个或两个以上。

一个动作捕捉装置4中包括2个光学标记物42的情况下，需要在服务器300中预先输入车辆100运行的场地信息，比如地面的凹陷、斜坡等，由此在服务器300中构建车辆运行的场地信息。服务器可依据该场地信息，结合上述的基于预设的动作捕捉装置4和车体1的相对位置和姿态的信息，以及已确定出的动作捕捉装置4的位置信息和姿态信息，来确定车辆100的空间位置和空间姿态。

例如，一个动作捕捉装置4中包括的2个光学标记物42的情况下，如果车辆为碰碰车，碰碰车延基本平面运行，因此在服务器中设置为碰碰车延平面运行。

当一个动作捕捉装置4中所包括的光学标记物42的数量为三个或三个以上时，则可以不在服务器中预先输入车辆运行的场地信息，由三个或三个以上的光学标记物42反射或发送的光学信息即可确定车辆100的空间位置和空间姿态。

动作捕捉装置4在车体1上的安装位置可以为车头前方的车盖、车身侧面、车尾部等等，只要满足不易被遮挡，能够实现对光信号的反射、发送或捕捉即可。例如，在图1给出的附图中，动作捕捉装置4安装在车体1的车头前方。

本实用新型实施例提供的虚拟现实系统，通过设置于车辆车体上的动作捕捉装置中的多个光学标记物，将动作捕捉装置的空间位置和空间姿态相关的光学信息反射或者发送到虚拟现实系统的动作捕捉相机。动作捕捉相机将接收到的信息再输出到服务器。服务器对接收到的信息进行处理，得到车辆的空间位置信息和空间姿态信息，将得到的车辆的空间位置信息和空间姿态信息发送给数据处理设备。数据处理设备对所接收的车辆在虚拟现实中的虚拟形象的信息进行处理，并将处理后得到的信息发送个给头显，通过头显呈现给用户。本实施例的车辆系统，在虚拟现实中能准确反映用户在现实中对车辆的操作，使得用户在现实的车辆中的驾乘感受与观看到的虚拟现实场景同步吻合，并且现实中的加速、转弯等与虚拟现实中的加速、转弯同步，防止现有技术中由于现实和虚拟现实中加速和转弯不同步而产生的眩晕感，并且在虚拟场景中还可以为游戏增加各种效果，极大增强用户的体验。

在可选地实施例中，结合图1、图2所示，动作捕捉装置4中还包括有惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)6。

IMU 6对其所在的动作捕捉装置4的动作信息进行采集，使得虚拟现实系统确定车体1的空间姿态。

IMU 6可以具体包括：三轴MEMS微加速度计和三轴MEMS微陀螺仪。IMU6还可以包括三轴MEMS磁力计。三轴MEMS微加速度计用于测量惯性测量单元的加速度；三轴MEMS微陀螺仪用于测量惯性测量单元的角速度；三轴MEMS磁力计用于测量地磁方向。

当IMU 6仅包括三轴MEMS微加速度计和三轴MEMS微陀螺仪时，构成六轴惯性传感器；当IMU 6包括三轴MEMS微加速度计、三轴MEMS微陀螺仪以及三轴MEMS磁力计时，则构成九轴惯性传感器。

如果采用六轴惯性传感器的方案，则获取的动作信息中包括IMU 6的角速度和加速度；如果采用九轴惯性传感器的方案，则除了获取角速度和加速度之外，还可获取地磁方向信息。

IMU 6将被捕获的动作信息传送给服务器300，服务器300根据前述所述的光学信息，并进一步结合IMU 6传送的动作信息，确定车辆100的空间位置和空间姿态信息。

在车辆100的运行过程中，即使光学标记物42被遮挡，通过IMU 6仍可获得车辆的位置信息和姿态信息，弥补了光学标记物42被遮挡时系统无法获取动作捕捉装置4的位置信息和姿态信息的缺陷。

例如，如果动作捕捉装置4包括的光学标记物42仅有一个未被遮挡，则系统通过该未被遮挡的一个光学标记物42无法获取该动作捕捉装置4的姿态信息。但在动作捕捉装置4还设置有IMU 6的情况下，虚拟现实系统可以通过IMU 6捕获的动作捕捉装置4的动作信息来确定动作捕捉装置4的空间姿态信息。

在虚拟现实系统中包括有多个车辆100的情况下，服务器300会根据每辆车上的动作捕捉装置4提供的位置和姿态信息而得到各个车辆100的空间位置和空间姿态信息。

为了在虚拟现实中能准确反映用户在现实中对车辆的操作，本实施例可选地还在车辆的方向盘15上设置有动作捕捉装置4，如图3所示。通过动作捕捉装置4对方向盘15在实际空间中的三轴旋转角度进行检测，并映射到虚拟现实场景中，使用户在虚拟现实场景中能看到或感受到与在现实中对方向盘15进行的相同操作。

例如，如图3所示，通过动作捕捉装置4对方向盘15在实际空间中的三轴旋转角度进行检测，并映射到虚拟现实场景中，使用户在虚拟现实场景中能看到或感受到与在现实中对方向盘15进行的相同操作。

例如，如图1所示，车体1上还可包括射击装置16(例如玩具枪)。射击装置16上可设置动作捕捉装置4，以使得虚拟现实系统可以获得射击装置16的空间位置和空间姿态。

在实际的应用中，还可以使用角度传感器等替代全部或部分的IMU。

IMU 6的供电可以根据具体情况选择使用独立电源，如锂电池等进行供电，或者从车辆本身所具有的电源19上，通过电压转换器件接出符合所用IMU6输入标准的电源，此外也有可能采用无线空间传输电力的技术实现供电。

设置于车辆100上的数据处理设备2同样也可由车辆100进行供电。数据处理设备2的电源输入可以来自于车辆本身的电源19，如电瓶。为了实现对数据处理设备2的供电，在车辆1中加装变电装置17，如图1所示。

在一种具体的实现方式中，变电装置17为逆变器，变电装置17的一端连接至车辆100的电源19以接收直流电压，并将所接收的直流电压进行DC/AC逆变以输出交流电压。变电装置17的另一端与数据处理设备2自带的适配器的输入端相接，通过适配器将交流电压转换为数据处理设备2所需的直流工作电压，输入到数据处理设备2。

在另一种具体的实现方式中，变电装置17为变压器，变电装置17的一端连接至车辆100的电源19以接收直流电压，另一端直接接到数据处理设备2。变电装置17可以将所接收的直流电压转变为数据处理设备2所需的工作电压。

相应地，本实用新型的一个实施例的车体1上还设置有固定支架3，用于稳固承载数据处理设备2。数据处理设备2与固定支架3之间采用可拆卸的连接方式，便于对数据处理设备2进行装卸、检修、数据更新维护等。

固定支架3的结构可以具体如图4所示，包括防震缓冲层31和支架体32。结合图1、图4所示，支架体32与车体1固定连接，由支架体32形成承载数据处理设备2的空间，防震缓冲层31置于支架体32内侧。

防震缓冲层31可以具体由海绵或其他减震材料制成。车辆100运行过程中产生的震动通过防震缓冲层31进行缓冲，从而在传导到数据处理设备2时被减弱。这也可以有效的保护了数据处理设备2的安全性，极大降低了因为车辆运行过程中的震动而造成数据处理设备2损坏的可能性。

在本实用新型的一个实施方式中，固定支架3还包括有一个位置检测装置(图中未示出)。位置检测装置设置于固定支架3上，检测数据处理设备2相对于固定支架3的位置。

当数据处理设备2的部分或全部由固定支架3中的预设位置或位置区域脱出时，位置检测装置产生告警检测信号，并将告警检测信号发送到服务器300或者发送给安装在车体1上的告警装置(图中未示出)。服务器300或告警装置根据接收到的告警检测信号发出数据处理设备掉落提示。

作为一种选择，当数据处理设备2的部分或全部由固定支架3中的预设位置或位置区域脱出时，位置检测装置可直接发出告警信号，提示数据处理设备2的位置发生了偏离。

数据处理设备2的位置变化可能是由碰撞造成的，也可能是固定支架3松动或者位置检测装置与固定支架3之间的连接松动造成的。通过位置检测装置的检测，能够及时发现数据处理设备2在固定支架3中的位置变化或者固定支架3的松动，使工作人员能够及时进行维护，从而防止因数据处理设备2掉落影响车辆正常工作。

在本实用新型的一个实施方式中，如图3所示，车体1上还设置有用于放置头显5的头显存储区7，用于头显5在车辆上的取用和存放。头显存储区7的具体形式包括但不限于存储盒、挂钩。头显存储区7的位置可以根据操作的便捷性和使用需要设置于车体1上。

本实用新型实施例中的头显5可以具体为VR眼镜，在图5中给出了一种具体结构示意图。

头显5包括镜框51、VR镜片52和第一头带53；VR镜片52置于镜框51内，第一头带53的两端分别与镜框51的两端相接；第一头带53上具有长度调节装置，能够适应不同用户不同头围尺寸的佩戴需求。

为了避免车辆100震动造成头显5的松动或脱落，影响用户使用，在本实施例提供的结构中还包括第二头带54，其一端与镜框51的中部边缘相连接，另一端与第一头带53的中部相连接，从而增加头带与用户头部的接触面积，结构上也更加稳固。第二头带54上同样也具有长度调节装置。

此外，为具有更好的佩戴舒适性，在镜框51与用户面部相接触的一侧，还装有海绵垫55，能够减轻头显5对用户面部的压力。

头显5上还具有有线或无线的数据传输接口(图中未示出)，通过数据传输接口实现VR镜片52与数据处理设备之间的数据传输。从而能够将虚拟现实显示数据流发送到头显5进行播放。

在本实用新型的一个实施方式中，还可以在头显5上也加装有动作捕捉装置4，从而实现对用户的空间位置和空间姿态的捕捉。

作为一种选择，数据处理设备可以与头显为两个单独的设备，也可以集成为一体。

在本实用新型的一个实施方式中，该系统还可包括有显示装置(图中未示出)。例如，该系统可包括设置在车辆运行场地上方或外部的显示器，接收服务器300发送的虚拟形象的空间位置和空间姿态信息，并进行显示。

在本实用新型的一个实施方式中，可以在车辆在虚拟现实系统中运动场地的四周设置桁架400，如图6所示。动作捕捉相机200根据预设位置设置于桁架400上。

图7为本实用新型一个实施例提供的车辆的结构示意图。上述实施方式中的车辆可以替换为图7中所示的车辆。作为一种选择，本实用新型实施例中所述的车辆100为在限定场地范围内运行的车辆。例如，本实用新型实施例中所述的车辆100可以包括所述车辆包括碰碰车、平衡车、滑板车、独轮车、水上碰撞船、有轨车，例如为碰碰车、测试车辆、场地赛车、过山车、轨道车、平衡车、滑板车、独轮车、水上碰撞船、有轨车等其中的一种或多种。作为一种选择，本实用新型实施例中所述的车辆100可以是轮滑鞋。

本实用新型实施例提供的虚拟现实系统，通过设置于车辆车体上的动作捕捉装置中的多个光学标记物，将动作捕捉装置的空间位置和空间姿态相关的光学信息反射或者发送到虚拟现实系统的动作捕捉相机，再输出到服务器进行处理，得到车辆的空间位置信息和空间姿态信息，进而发送给数据处理设备，处理得到车辆在虚拟现实中的虚拟形象的信息，通过头显呈现给用户。本实施例的车辆系统，在虚拟现实中能准确反映用户在现实中对车辆的操作，使得用户在现实的车辆中的驾乘感受与观看到的虚拟现实场景同步吻合，并且现实中的加速、转弯等与虚拟现实中的加速、转弯同步，防止现有技术中由于现实和虚拟现实中加速和转弯不同步而产生的眩晕感，并且在虚拟场景中还可以为游戏增加各种效果，极大增强用户的体验。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。