本实用新型涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种可穿戴设备及VR人机交互系统。
背景技术：
虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术是一种计算机仿真系统。其可以生成一种模拟环境，通过三维动态视景、实体行为交互等方式，向用户提供一种沉浸式的应用体验。
随着VR技术的不断发展，大量的VR设备不断涌现。但大体上，VR设备由人体动作捕捉器、VR显示器等组成。在VR设备运行过程中，人体动作捕捉器将捕捉到的人体动作数据输入VR设备中，并最终通过VR显示器进行显示。
但是，现有技术中的VR设备中的人体动作捕捉设备大多结构复杂，质量较重，不便于用户穿戴使用，且其成本极为高昂，因此，现有技术中缺少一种结构简单、质量轻、成本低廉的具有动作监测功能的可穿戴设备及应用其的VR人机交互系统。
技术实现要素：
鉴于上述问题，提出了本实用新型，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的可穿戴设备及VR人机交互系统。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种可穿戴设备，其包括：监测服饰和信号处理模块；其中，
监测服饰穿戴于人体上，监测服饰进一步包括：监测服饰本体和设置于监测服饰本体上的至少一个感应部件；其中，至少一个感应部件用于将人体动作作用在至少一个感应部件上的压力转换为压力电信号输出；
信号处理模块与至少一个感应部件相连，用于对至少一个感应部件输出的压力电信号进行处理，并将处理后的压力电信号发送至VR设备。
可选地，至少一个感应部件以编织的方式与监测服饰本体形成一体结构；
和/或，至少一个感应部件设置于监测服饰本体的表面上；
和/或，至少一个感应部件设置于监测服饰本体的夹层中。
可选地，至少一个感应部件包括：摩擦发电机、压电发电机、基于摩擦发电机和/或压电发电机的压力感应电缆、和/或压电与摩擦电混合发电机。
可选地，摩擦发电机为三层结构、四层结构、五层居间薄膜结构或五层居间电极结构的摩擦发电机，摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对的表面，摩擦发电机具有电信号输出端；
压电发电机为氧化锌发电机、压电陶瓷发电机、聚偏氟乙烯发电机、多孔聚丙烯发电机和多孔聚四氟乙烯发电机中的任一种。
可选地，信号处理模块进一步包括：信号预处理模块和无线收发模块；其中，
信号预处理模块与至少一个感应部件相连，用于对至少一个感应部件输出的压力电信号进行预处理；
无线收发模块与信号预处理模块相连，用于将信号预处理模块输出的压力电信号发送至VR设备。
可选地，信号预处理模块进一步包括：整流模块、放大模块和滤波模块；其中，
整流模块与至少一个感应部件相连，用于对至少一个感应部件输出的压力电信号进行整流处理；
放大模块与整流模块相连，用于对整流模块输出的压力电信号进行放大处理；
滤波模块与放大模块相连，用于对放大模块输出的压力电信号进行滤波处理，并将滤波处理之后的压力电信号输出至无线收发模块。
可选地，信号处理模块进一步包括：信号预处理模块、微控制模块和无线收发模块；其中，
信号预处理模块与至少一个感应部件相连，用于对至少一个感应部件输出的压力电信号进行预处理；
微控制模块与信号预处理模块相连，用于将在预设电压阈值范围内的信号预处理模块输出的压力电信号输出至无线收发模块；
无线收发模块与微控制模块相连，用于将微控制模块输出的压力电信号发送至VR设备。
可选地，信号预处理模块进一步包括：整流模块、放大模块和滤波模块；其中，
整流模块与至少一个感应部件相连，用于对至少一个感应部件输出的压力电信号进行整流处理；
放大模块与整流模块相连，用于对整流模块输出的压力电信号进行放大处理；
滤波模块与放大模块相连，用于对放大模块输出的压力电信号进行滤波处理，并将滤波处理之后的压力电信号输出至微控制模块。
可选地，监测服饰包括监测衣、监测手套、和/或监测鞋。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种VR人机交互系统，其包括：上述的可穿戴设备，以及VR设备；
VR设备用于根据可穿戴设备中的信号处理模块发送的压力电信号识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。
可选地，VR设备进一步用于将在预设电压阈值范围内的可穿戴设备中的信号处理模块发送的压力电信号与预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，根据对比结果识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。
可选地，VR设备进一步用于将可穿戴设备中的信号处理模块发送的压力电信号与预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，根据对比结果识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。
根据本实用新型提供的可穿戴设备及VR人机交互系统，首先通过设置于监测服饰本体上的至少一个感应部件将人体动作产生的压力转换为压力电信号输出，其次通过VR设备分析判断上述压力电信号，从而识别出人体动作，最后VR设备依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。本实用新型提供的可穿戴设备及VR人机交互系统可实现对人体动作的捕捉，具有结构及制作工艺简单、质量轻、体感舒适度高、成本低廉等特点，适合大规模工业化生产。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
图1示出了本实用新型提供的可穿戴设备的实施例一的一结构示意图；
图2示出了一种监测服饰本体与至少一个感应部件的设置方式的示意图；
图3示出了本实用新型提供的可穿戴设备的实施例一的另一结构示意图；
图4a和图4b分别示出了一种监测衣的主视图和后视图；
图5a和图5b分别示出了一种监测手套的主视图和后视图；
图6示出了一种监测鞋的鞋底的结构示意图；
图7示出了本实用新型提供的可穿戴设备的实施例二的结构示意图；
图8示出了本实用新型提供的VR人机交互系统的实施例一的结构示意图；
图9示出了本实用新型提供的VR人机交互系统的实施例二的结构示意图；
图10示出了本实用新型提供的VR人机交互系统的实施例三的结构示意图；
图11a示出了一种监测衣的结构示意图；
图11b示出了一种监测手套的结构示意图；
图11c示出了一种监测鞋的鞋底的结构示意图；
图11d示出了一种人体跑步状态的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
图1示出了本实用新型提供的可穿戴设备的实施例一的一结构示意图。如图1所示，该可穿戴设备包括：监测服饰11和信号处理模块12。其中，监测服饰11穿戴于人体上，监测服饰11进一步包括：监测服饰本体111和设置于监测服饰本体111上的至少一个感应部件112；至少一个感应部件112用于将人体动作作用在至少一个感应部件112上的压力转换为压力电信号输出；信号处理模块12与至少一个感应部件112相连，用于对至少一个感应部件112输出的压力电信号进行处理，并将处理后的压力电信号发送至VR设备(图中未示出)。
监测服饰11可包括监测衣、监测手套、监测鞋中的一种或多种，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。对于监测服饰11包括的监测衣、监测手套以及监测鞋将在后续进行详细的描述，此处不再赘述。
至少一个感应部件112可设置于监测服饰本体111能够感测人体动作的待监测区域上，如指关节处，肩胛骨处等，从而形成监测服饰11的监测区域，本领域的技术人员可以根据实际需要选取合适的待监测区域，此处不作限定。
其中，至少一个感应部件112可以直接设置于监测服饰本体111能够感测人体动作的待监测区域的表面上，这种设置方式可以简化至少一个感应部件112设置于监测服饰本体111上的制作工艺，降低制作成本；至少一个感应部件112也可以设置于监测服饰本体111能够感测人体动作的待监测区域的夹层中，这种设置方式可以使至少一个感应部件112的设置更为隐蔽，减少外界环境对至少一个感应部件112的损坏，延长至少一个感应部件112的使用寿命；至少一个感应部件112还可以以编织的方式与监测服饰本体111形成一体结构，从而形成监测服饰本体111能够感测人体动作的待监测区域，这种设置方式不仅可以使监测服饰本体111与至少一个感应部件112的结合更为牢固，还可以使人体动作产生的压力更为直接地作用在至少一个感应部件112上，提高至少一个感应部件112的灵敏度和准确性。此外，至少一个感应部件112还可以将上述三种设置方式中的任两种或三种设置方式结合使用，本领域的技术人员可以根据实际需要选择至少一个感应部件112的设置方式，此处不作限定。
应当注意的是，可采用经纬编织的方式将至少一个感应部件112编织于监测服饰本体111能够感测人体动作的待监测区域上，从而形成监测服饰11的监测区域，但是，本实用新型对具体的编织方式不作限定，本领域的技术人员可以根据实际需要选择合适的编织方式。
可选地，感应部件112可采用摩擦发电机、压电发电机、基于摩擦发电机和/或压电发电机的压力感应电缆、和/或压电与摩擦电混合发电机等。其中，摩擦发电机可以为三层结构、四层结构、五层居间薄膜结构或五层居间电极结构的摩擦发电机，上述摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对的表面，且摩擦发电机具有电信号输出端；压电发电机可以为氧化锌发电机、压电陶瓷发电机、聚偏氟乙烯发电机、多孔聚丙烯发电机和多孔聚四氟乙烯发电机中的任一种。本领域的技术人员可以根据实际需要选择感应部件112的种类，本实用新型对此不作限定。
为提升人体的体感舒适度，感应部件112优选采用柔性摩擦发电机、压电发电机、基于摩擦发电机和/或压力发电机的压力感应电缆、和/或压电和摩擦电混合发电机。
为了避免外界环境中的电磁干扰，影响感应部件112的正常工作，本实施例中优选采用外部设置有屏蔽层的摩擦发电机、压电发电机、基于摩擦发电和/或压力发电的压力感应电缆、和/或压电和摩擦电混合发电机，从而保证感应部件112的正常工作。
为了避免外界环境因素(如温度、湿度和/或灰尘等)影响感应部件112的正常工作，感应部件112优选采用外部设置有保护层的摩擦发电机、压电发电机、基于摩擦发电和/或压力发电的压力感应电缆、和/或压电和摩擦电混合发电机；或者，感应部件112优选采用外部依次设置有屏蔽层和保护层的摩擦发电机、压电发电机、基于摩擦发电和/或压力发电的压力感应电缆、和/或压电和摩擦电混合发电机。
此外，在监测服饰本体111的一个待监测区域上，可以设置一个感应部件112，也可以设置多个感应部件112，当在监测服饰本体111的一个待监测区域上设置多个感应部件112时，多个感应部件112之间通过导线串联和/或并联连接。本领域的技术人员可以根据实际需要选择设置感应部件112的数量及连接方式，此处不作限定。
在本实施例中，信号处理模块12可通过有线通信方式和/或无线通信方式将经过处理后的压力电信号发送至VR设备，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。然而，由于无线通信方式具有传输容量高，线路连接简单、空间障碍制约小等特点，因此，在本实施例中信号处理模块12优选采用无线通信方式将经过处理后的压力电信号发送至VR设备。
在一种可选的实施方式中，如图3所示，信号处理模块12进一步包括：信号预处理模块121和无线收发模块122。其中，信号预处理模块121与至少一个感应部件112相连，用于对至少一个感应部件112输出的压力电信号进行预处理；无线收发模块122与信号预处理模块121相连，用于将信号预处理模块121输出的压力电信号发送至VR设备(图中未示出)。
可选地，如图3所示，信号预处理模块121进一步包括：整流模块1211、放大模块1212、和滤波模块1213。其中，整流模块1211与至少一个感应部件112相连，用于对至少一个感应部件112输出的压力电信号进行整流处理；放大模块1212与整流模块1211相连，用于对整流模块1211输出的压力电信号进行放大处理；滤波模块1213与放大模块1212相连，用于对放大模块1212输出的压力电信号进行滤波处理，并将滤波处理之后的压力电信号输出至无线收发模块122。应当注意的是，上述模块(即：整流模块1211、放大模块1212、和滤波模块1213)可以根据本领域的技术人员的实际需要进行选择，此处不作限定。例如，若至少一个感应部件112输出的压力电信号无需进行整流处理，则可以省去整流模块1211。
下面分别详细介绍监测服饰11包括的监测衣、监测手套以及监测鞋。
在第一种可选的实施方式中，如图4a和图4b所示，监测服饰11为监测衣，该监测衣包括监测衣本体111(即监测服饰本体111)和至少一个感应部件112。其中，监测衣本体111穿戴于人体上，其可采用现有技术中的连体衣，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定；至少一个感应部件112设置于监测衣本体111的待监测区域上，形成监测衣的监测区域，用于将人体动作作用在其上的压力转换为压力电信号输出。
在该种可选的实施方式中，至少一个感应部件112设置于监测衣本体111能够感测人体运动的待监测区域处，本领域的技术人员可以根据实际需要选择至少一个感应部件112的设置区域，此处不作限定。具体地，如图4a和图4b所示，至少一个感应部件112设置于人穿上监测衣本体111后对应的人体的颈部、肩部、腋下部、胸部、腹部、手肘部、手腕部、腰部、背部、臀部、腹股沟部、膝盖部以及脚腕部等待监测区域处，从而形成监测衣的监测区域。
在第二种可选的实施方式中，如图5a和图5b所示，监测服饰11为监测手套，该监测手套包括监测手套本体111(即监测服饰本体111)和至少一个感应部件112。其中，监测手套本体111穿戴于人体手部上，其可采用现有技术中的手套，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定；至少一个感应部件112设置于监测手套本体111的待监测区域上，形成监测手套的监测区域，用于将人体手部动作作用在其上的压力转换为压力电信号输出。
在该种可选的实施方式中，至少一个感应部件112设置于监测手套本体111能够感测人体手部运动的待监测区域处，本领域的技术人员可以根据实际需要选择至少一个感应部件112的设置区域，此处不作限定。具体地，如图5a和图5b所示，至少一个感应部件112设置于人戴上监测手套本体111后对应的人体手部的指骨间关节、掌指关节、掌骨间关节、腕关节以及手掌部等待监测区域处，从而形成监测手套的监测区域。
在第三种可选的实施方式中，如图6所示，监测服饰11为监测鞋，该监测鞋包括监测鞋本体111(即监测服饰本体111)和至少一个感应部件112。其中，监测鞋本体111穿戴于人体脚部上，其可采用现有技术中的鞋子，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定；至少一个感应部件112设置于监测鞋本体111的待监测区域上，形成监测鞋的监测区域，用于将人体脚部动作作用在其上的压力转换为压力电信号输出。
在该种可选的实施方式中，至少一个感应部件112设置于监测鞋本体111能够感测人体脚部运动的待监测区域处，本领域的技术人员可以根据实际需要选择至少一个感应部件112的设置区域，此处不作限定。具体地，如图6所示，至少一个感应部件112设置于人穿上监测鞋本体111后对应的人体脚部的前脚掌以及后脚掌等待监测区域处，从而形成监测鞋的监测区域。
在此，本领域的技术人员应当理解的是，本实用新型中的监测服饰11包括但不限于图4a、图4b、图5a、图5b及图6所示的监测衣、监测手套、监测鞋中的一种或多种。例如，监测服饰11还可以为监测袜、监测头套等，本实用新型对监测服饰11的具体呈现形式不作限定，本领域的技术人员可以根据实际需要选择监测服饰11的呈现形式。
图7示出了本实用新型提供的可穿戴设备的实施例二的结构示意图。如图7所示，实施例二所示的可穿戴设备与实施例一所示的可穿戴设备的不同之处在于，信号处理模块12进一步包括：信号预处理模块121、无线收发模块122和微控制模块123。其中，信号预处理模块121与至少一个感应部件112相连，用于对至少一个感应部件112输出的压力电信号进行预处理；微控制模块123与信号预处理模块121相连，用于将在预设电压阈值范围内的信号预处理模块121输出的压力电信号输出至无线收发模块122；无线收发模块122与微控制模块123相连，用于将微控制模块123输出的压力电信号发送至VR设备(图中未示出)。
可选地，信号预处理模块121进一步包括：整流模块1211、放大模块1212、和滤波模块1213。其中，整流模块1211与至少一个感应部件112相连，用于对至少一个感应部件112输出的压力电信号进行整流处理；放大模块1212与整流模块1211相连，用于对整流模块1211输出的压力电信号进行放大处理；滤波模块1213与放大模块1212相连，用于对放大模块输出的压力电信号进行滤波处理，并将滤波处理之后的压力电信号输出至微控制模块123。应当注意的是，上述模块(即：整流模块1211、放大模块1212、和滤波模块1213)可以根据本领域的技术人员的实际需要进行选择，此处不作限定。例如，若至少一个感应部件112输出的压力电信号无需进行整流处理，则可以省去整流模块1211。
其中，预设电压阈值范围可以是一个点值，也可以是一个范围值，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。具体地，若预设电压阈值范围为一个点值(如3V)时，当信号预处理模块121输出的压力电信号的电压值的大小大于或者等于3V时，微控制模块123将该压力电信号输出至无线收发模块122，当信号预处理模块121输出的压力电信号的电压值的大小小于3V时，微控制模块123将该压力电信号视为无效信号(即忽略该压力电信号)，不输出至无线收发模块122，继续下一次判断；若预设电压阈值范围为一个范围值(如3V至10V)时，当信号预处理模块121输出的压力电信号的电压值的大小在3V至10V范围时，微控制模块123将该压力电信号输出至无线收发模块122，当信号预处理模块121输出的压力电信号的电压值的大小小于3V或大于10V时，微控制模块123将该压力电信号视为无效信号(即忽略该压力电信号)，不输出至无线收发模块122，继续下一次判断。
实施例二所示的可穿戴设备除上述描述不同之外，其它描述均与实施例一的可穿戴设备的描述相同，具体可参照实施例一的可穿戴设备的描述，此处不作限定。
本实用新型提供的可穿戴设备可实现对人体动作的捕捉，具有结构及制作工艺简单、质量轻、体感舒适度高、成本低廉等特点，适合大规模工业化生产。
图8示出了本实用新型提供的VR人机交互系统的实施例一的结构示意图。如图8所示，VR人机交互系统包括上述图1所示的可穿戴设备1，以及VR设备2。其中，VR设备2与可穿戴设备1中的信号处理模块12相连，用于根据可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。
图9示出了本实用新型提供的VR人机交互系统的实施例二的结构示意图。如图9所示，VR人机交互系统包括上述图3所示的可穿戴设备1，以及VR设备2。其中，VR设备2与可穿戴设备1中的信号处理模块12相连，用于将在预设电压阈值范围内的可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号与预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，根据对比结果识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。
其中，预设电压阈值范围可以是一个点值，也可以是一个范围值，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。具体地，若预设电压阈值范围为一个点值(如3V)时，当可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号的电压值的大小大于或者等于3V时，VR设备2将该压力电信号与预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，根据对比结果识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像，当可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号的电压值的大小小于3V时，VR设备2将该压力电信号视为无效信号(即忽略该压力电信号)，继续下一次判断；若预设电压阈值范围为一个范围值(如3V至10V)时，当可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号的电压值的大小在3V至10V范围时，VR设备2将该压力电信号与预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，根据对比结果识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像，当可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号的电压值的大小小于3V或大于10V时，VR设备2将该压力电信号视为无效信号(即忽略该压力电信号)，继续下一次判断。
图10示出了本实用新型提供的VR人机交互系统的实施例三的结构示意图。如图10所示，VR人机交互系统包括上述图7所示的可穿戴设备1，以及VR设备2。其中，VR设备2与可穿戴设备1中的信号处理模块12相连，用于将可穿戴设备1中的信号处理模块12发送的压力电信号与预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，根据对比结果识别人体动作，并依据识别出的人体动作进行三维视觉成像。
为进一步说明本实用新型提供的VR人机交互系统的工作原理，下面将通过图11a、图11b、图11c及图11d的具体阐述来阐明VR人机交互系统的工作过程。
如图11a所示，人体处于双臂竖直下垂手掌自然张开的直立动作，监测衣中设置有感应部件A-J，如图11b所示，在监测手套上设置有感应部件K和L，如图11c所示，在监测鞋上设置有感应部件M-P，但是，本领域的技术人员应当理解，根据具体需要可选择至少一个感应部件的设置位置及数量，此处不作限定。当人体由如图11a所示的直立动作变化为图11d所示的跑步动作时，VR人机交互系统的工作过程如下所述：
人体穿戴具有动作监测功能的可穿戴设备后，处于双臂竖直下垂手掌自然张开的直立动作时，感应部件A、B、C、D、G、H、I、J、K和L均不受到力的作用，且无对应的压力电信号输出，而感应部件E、F、M、N、O和P会产生对应的压力电信号，并将感应部件E、F、M、N、O和P对应产生的压力电信号发送至VR设备2；VR设备2在接收到感应部件E、F、M、N、O和P对应产生的压力电信号后，会与其内部预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，从而判断出人体处于双臂竖直下垂手掌自然张开的直立动作，并根据人体动作进行三维视觉成像。
在人体保持双臂竖直下垂手掌自然张开的直立动作后，感应部件A、B、C、D、G、H、I、J、K和L均不受到力的作用，且无对应的压力电信号输出；而感应部件E、F、M、N、O和P虽均受到力的作用，但由于受到的力没有变化，感应部件E、F、M、N、O和P也无对应的压力电信号产生，此时，由于VR设备2未接收到任何压力电信号，VR设备2判断人体仍在保持双臂竖直下垂手掌自然张开的直立动作，并根据人体动作进行三维视觉成像。
在人体由双臂竖直下垂手掌自然张开的直立动作变化为图11d所示的跑步动作时，感应部件H、J、N、O和P均不受到力的作用，且无对应的压力电信号输出，而感应部件A、B、C、D、E、F、G、I、K、L和M均受到力的作用，且产生对应的压力电信号，并将感应部件A、B、C、D、E、F、G、I、K、L和M对应产生的压力电信号发送至VR设备2；VR设备2在接收到感应部件A、B、C、D、E、F、G、I、K、L和M对应产生的压力电信号后，会与其内部预先存储的人体动作压力电信号分布数据进行对比，从而判断出人体处于图11d所示的跑步动作。
本实用新型提供的VR人机交互系统可实现对人体动作的捕捉，具有结构及制作工艺简单、质量轻、体感舒适度高、成本低廉等特点，适合大规模工业化生产。
由此可见，本实用新型提供的可穿戴设备及VR人机交互系统可实现对人体动作的捕捉，具有结构及制作工艺简单、质量轻、体感舒适度高、成本低廉等特点，适合大规模工业化生产。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。