一种水下定位装置、水下VR系统的制作方法

本发明创造涉及虚拟现实技术领域，特别涉及一种水下定位装置、水下VR系统。

背景技术：

随着科技水平的提高，水下虚拟现实体验发展迅速，其通过虚拟现实技术可以让人们在同一个地点就能模拟出不同的水下场景，给人多种虚拟体验，受到潜水爱好者的追捧。而水下虚拟现实一个关系性技术点在于水下定位，一方面水下虚拟现实体验需要根据体验者在水下的X、Y、Z坐标来改变虚拟影像的内容；另一方面水下环境复杂多变，体验者在水下体验虚拟现实时由于看不到外面的真实情况，应变能力大大减弱，需要对体验者的水下位置进行定位以保障其安全。现有的水下定位装置采用GPS定位来检测体验者的水平位置，深度测量仪来检测体验者的下潜深度，但深度测量仪价格十分昂贵，不利于水下虚拟现实体验的大量推广。

技术实现要素：

本发明创造的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种生产成本较小的水下定位装置、水下VR系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

提供一种水下定位装置，包括能够佩戴至定位对象的卷绕装置和卷绕于所述卷绕装置的线缆，所述卷绕装置包括回卷机构，所述线缆一端连接所述回卷机构和长度测量装置，以使所述线缆在没有外力的情况下能够被完全的卷绕至卷绕装置，另一端设置有漂浮定位装置，所述漂浮定位装置在水中的浮力大于回卷机构对线缆的回卷力，从而使得该水下定位装置在进入水下后漂浮定位装置仍然漂浮于水面且线缆处于绷紧状态，所述长度测量装置监测所述回卷机构的回卷动作以测量所述回卷机构释放的线缆的长度，所述漂浮定位装置上设置有卫星定位装置。

其中，所述回卷机构包括回卷辊和对回卷辊施加回卷力的扭力机构。

其中，所述长度测量装置包括用于检测所述回卷辊转动圈数和转动方向的转动监测装置。

本发明创造通过卫星定位装置的漂浮定位装置实时定位体验者的水平位置，通过长度测量装置监测回卷机构的回卷动作以测量所述回卷机构释放的线缆的长度，从而定位体验者的下潜深度。与现有技术相比，本发明创造不需要使用价格昂贵的深度测量仪，成本较低。

还提供一种水下VR系统，包括防护主体，所述防护主体包括虚拟现实装置，所述虚拟现实装置包括显示模块、定位模块和陀螺仪模块，所述定位模块是上述的水下定位装置，所述虚拟现实装置根据所述定位模块的定位信号和陀螺仪模块的陀螺仪信号来调整显示内容。

其中，所述防护主体是潜水头盔或者潜水镜，所述防护主体设置有观察视窗，虚拟现实装置启动时，所述显示模块将所述观察视窗替换为用于显示虚拟影像的虚拟显示视窗。

其中，所述防护主体是潜水镜，所述显示模块与所述潜水镜铰接，所述显示模块可被翻动至覆盖所述观察视窗并朝向人眼投影。

其中，所述显示模块包括的边缘设置有锁扣件，所述显示模块被翻动至覆盖所述观察视窗时，所述锁扣能够锁紧显示模块和潜水镜。

其中，所述防护主体是潜水镜，所述潜水镜设置有滑轨，所述显示模块固定于所述滑轨并能够沿所述滑轨滑动至覆盖所述观察视窗。

其中，所述防护主体是潜水头盔，所述潜水头盔的观察视窗由变色玻璃制成，显示装置成像时，将所述观察视窗由透明变为非透明，并将待成像的图像投影至所述变色玻璃上。

其中，所述防护主体设置有通讯接口，所述虚拟现实装置与所述通讯接口通讯连接。

本发明创造的虚拟现实装置根据定位模块实时定位体验者的水平位置和下潜深度，以及陀螺仪模块的陀螺仪信号，实现调整显示模块的显示内容，给予体验者更好地水下虚拟现实体验，且成本较低。

附图说明

利用附图对本发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明创造实施例1的使用示意图。

图2为本发明创造实施例1的水下示意图。

图3为本发明创造实施例1的结构示意图。

图4为本发明创造实施例2的结构示意图。

图5为本发明创造的一种水下定位装置的转动监测装置的剖面示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明创造作进一步描述。

实施例1

如图2所述，本发明创造的一种水下定位装置，包括能够被定位对象佩戴的卷绕装置41和卷绕于卷绕装置41上的线缆42，其中卷绕装置41包括回卷机构，该回卷机构设有回卷辊411和对回卷辊411施加回卷力的扭力机构，线缆42一端连接于回卷辊411，在扭力机构实时对回卷辊411施加回卷力的作用下，线缆42在没有外力的情况下能够被完全的卷绕至卷绕装置41，线缆42另一端设置有漂浮在水面的漂浮定位装置43，通过增大漂浮定位装置43与水面的接触面积，使漂浮定位装置43在水中的浮力稍大于回卷机构对线缆42的回卷力，以使得该水下定位装置在进入水下后漂浮定位装置43仍然漂浮于水面且线缆42处于绷紧状态。漂浮定位装置43上设置有与岸上/水池边的控制平台进行有线数据通信的卫星定位装置，该卫星定位装置由GPRS感应器构成，GPRS感应器实时定位体验者的水平位置传输给控制平台。

卷绕装置41还设有与岸上/水池边的控制平台进行有线数据通信的长度测量装置，该长度测量装置包括用于检测所述回卷辊411转动圈数和转动方向的转动监测装置。具体地，参考图5，转动监测装置包括发光二极管412和光电耦合器413，其中发光二极管412设置在回卷辊411轴面上，并光电耦合器413位于在回卷辊411右上方，且光电耦合器413对准回卷辊411轴面上的发光二极管412。由于光电耦合器413受光照亮度越强输出电压越高，而发光源离光电耦合器413越近光电耦合器413受光照亮度强，所以回卷辊411没转动一圈，发光源离光电耦合器413得距离均会有远-近-远的变化，其输出电压由低变高再变低。因此转动监测装置通过比较每个周期中光电耦合器413的输出电压变高的时间和变低的时间，就能获得回卷辊411转动方向，具体地，转动监测装置通过判断光电耦合器413输出电压为上升趋势的时间会是否比其输出电压为下降趋势的时间短，若是则回卷辊411为逆时针旋转，若否则回卷辊411为正时针旋转；同时，转动监测装置计算光电耦合器413输出电压变高或变低的次数则为获得回卷辊411转动圈数。长度测量装置实时监测所述回卷机构的回卷动作(回卷动作即回卷辊411的转动圈数和转动方向)，以测量得所述回卷机构释放的线缆42的长度，从而定位体验者的下潜深度，并传输至控制平台。

本发明创造通过卫星定位装置的漂浮定位装置43实时定位体验者的水平位置，通过长度测量装置监测回卷机构的回卷动作以测量所述回卷机构释放的线缆42的长度，从而定位体验者的下潜深度。与现有技术相比，本发明创造不需要使用价格昂贵的深度测量仪，成本较低。

如图1和3所示，本发明创造的一种水下VR系统，包括潜水镜，潜水镜上设有供人眼观察外界的透明视窗1，透明视窗1采用高韧性透明塑料制成，其中塑料的位置对应人眼位置进行设置。潜水镜还设有由显示模块21、陀螺仪模块和所述水下定位装置(简称定位模块)共同组成而成的虚拟现实装置2，其中，显示模块21、陀螺仪模块位于透明视窗1上方。虚拟现实装置2与设于潜水镜上的通讯接口7通讯连接，显示模块21、定位模块和陀螺仪模块通过通讯接口7与设于岸上/水池边的控制平台进行有线数据通信，具体地，定位模块和陀螺仪模块的输出端分别连接控制平台输入端，控制平台输出端连接显示模块21输入端。其中，与透明视窗1铰接的显示模块21是由显示屏和设于显示屏表面的光学器件构成，光学器件将显示屏的显示图像传递至人眼，从而在人眼中形成3D图像。另外显示模块21的边缘设置有锁扣件3，显示模块21被翻动至覆盖透明视窗1后，操作锁扣件3将显示模块21和潜水镜锁紧固定。

进行水下游动时，GPRS感应器实时定位体验者的水平位置(下文简称定位信号)并发给控制平台，陀螺仪模块实时检测体验者的头部倾斜情况(下文简称陀螺仪信号)并发给控制平台，同时长度测量装置实时定位体验者的下潜深度(下文简称水深信号)并发给控制平台。控制平台根据水深信号计算出体验者的潜水深度后，根据水深信号、定位信号和陀螺仪信号的不同实时调整显示模块21的显示内容。

体验过程中，体验者在潜水前先将显示模块21上翻，此时体验者通过透明视窗1能够观察到现实中的场景，从而使得体验者能够自主的安全下潜；待体验者安全的下潜到预定的位置和深度后，体验者不在需要观察现实中的图像，而是需要体验虚拟图像时，则将显示模块下翻，显示模块21即遮挡住透明视窗并朝向人眼投影以在人眼中形成图像，体验者也就无法观察到现实中的场景，取而代之的是观察到显示模块21中的虚拟图像，体验者也就能够在不受显示场景的干扰下充分的体验虚拟的图像，并且结合真实的水下感受，从而获得更加真实的水下体验。需要说明的是，本实施例中显示模块21与潜水镜的铰接位置处于潜水镜的上部并裸露于潜水镜的外部，因此显示模块21使用时只能上下翻，并且显示模块具备较优的防水结构，以具备良好的防水性能。但本领域技术人员可以根据实际需要，将显示模块21与潜水镜的铰接位置处于潜水镜设置与潜水镜的侧面，以实现侧翻；又或者潜水镜的内部空间足够大时，可以将显示模块21设置与潜水镜的内部，这样就无需对显示模块21做特殊的防水处理。

还设有耳骨耳机5，该耳骨耳机5设于潜水镜与体验者的人耳中间，并通过通讯接口7与设于岸上/水池边的控制平台进行有线数据通信。在体验者水下游动的过程中，控制平台将音频信号通过耳骨耳机5播放出来。

在潜水镜外壁上还设有与控制平台电连接的紧急呼救装置6，体验者在紧急情况下按下紧急呼救装置6以向控制平台发送呼救信息。此外，潜水镜与体验者的太阳穴之间还设有与控制平台电连接的心律监测装置8，该心律监测装置8实时监测体验者的心律，在心律异常时自动发送呼救信息。

在水池上方还设有横向走道和纵向走道，横向走道和纵向走道将水池分割成多个潜水区，每个潜水区上方设置有一个牵引缆，牵引缆中有通信线缆42，具体地，通信线缆42外面包裹牵引缆。牵引缆与设于潜水服上面的接口环连接，牵引缆里面的通信线缆42则通过接口环与潜水镜的通讯接口7可插拔地电连接，从而实现通讯接口7与控制平台的数据通信。岸上/水池边设有牵引机，牵引机与牵引缆连接，在控制平台在接收到呼救信息后，控制平台控制牵引机拉起牵引缆从而将体验者拉出水面。控制平台还与云端连接，从而方便客户在云端选择或者上传体验的视频、查看体验过程中的数据。

实施例2

参考图4，在实施例1的基础上，将显示模块21翻动的方式改为滑动，具体地，在潜水镜的透明视窗1外表面上设置滑轨9，显示模块21安装于滑轨9的一端，显示模块21能够被推动使其沿滑轨9滑动至覆盖所述透明视窗1从而阻断透明视窗1的图像进入人眼视线，显示模块21还朝向人眼投影以在人眼中形成图像。

实施例3

本实施例的一种水下定位装置与实施例1中的一种水下定位装置结构上、功能上完全一致，这里不再赘述。

本发明创造的一种水下VR系统，包括潜水头盔，潜水头盔上设有供人眼观察外界的透明视窗1，透明视窗1采用高韧性变色玻璃制成，其中变色玻璃的位置对应人眼位置进行设置。潜水头盔还设有设有由显示模块21、陀螺仪模块和所述水下定位装置(简称定位模块)组合而成的虚拟现实装置2，虚拟现实装置2与设于潜水头盔上的通讯接口7通讯连接，显示模块21、定位模块和陀螺仪模块通过通讯接口7与设于岸上/水池边的控制平台进行有线数据通信，具体地，定位模块和陀螺仪模块的输出端分别连接控制平台输入端，控制平台输出端连接显示模块21输入端。

体验者在潜水体验前，变色玻璃仍然处于透明状态，体验者可以良好的观察现实场景，从而能够自主、安全地进行下潜，当下潜到足够的深度时，启动显示模块21，显示模块21发出激发光以使透明视窗1由透明状态变为非透明状态，这样体验者就不再观察到现实中的图像，不会受现实中的光源影响，并且显示模块21将待成像的图像投影至变色玻璃上，从而在使体验者获得虚拟的图像。同时，GPRS感应器实时定位体验者的水平位置(下文简称定位信号)并发给控制平台，陀螺仪模块实时检测体验者的头部倾斜情况(下文简称陀螺仪信号)并发给控制平台，同时长度测量装置实时定位体验者的下潜深度(下文简称水深信号)并发给控制平台。控制平台根据水深信号计算出体验者的潜水深度后，根据潜水深度、定位信号和陀螺仪信号的不同实时调整显示模块21的投影内容。

还设有耳骨耳机5，该耳骨耳机5设于潜水头盔与体验者的人耳中间，并通过通讯接口7与设于岸上/水池边的控制平台进行有线数据通信。在体验者水下游动的过程中，控制平台将音频信号通过耳骨耳机5播放出来。

在潜水头盔外壁上还设有与控制平台电连接的紧急呼救装置6，体验者在紧急情况下按下紧急呼救装置6以向控制平台发送呼救信息。此外，潜水头盔还设有紧贴体验者的太阳穴并与控制平台电连接的心律监测装置8，该心律监测装置8实时监测体验者的心律，在心律异常时自动发送呼救信息。

在水池上方还设有横向走道和纵向走道，横向走道和纵向走道将水池分割成多个潜水区，每个潜水区上方设置有一个牵引缆，牵引缆中有通信线缆42，通信线缆42中有供氧管道，具体地，供氧管道外面包裹通信线缆42，通信线缆42外面包裹牵引缆。牵引缆与设于潜水服上面的接口环连接，牵引缆里面的通信线缆42则通过接口环与潜水头盔的通讯接口7可插拔地电连接，从而实现通讯接口7与控制平台的数据通信，供氧管道伸入到潜水头盔内部，给潜水头盔内部供氧。岸上/水池边设有牵引机，牵引机与牵引缆连接，在控制平台在接收到呼救信息后，控制平台控制牵引机拉起牵引缆从而将体验者拉出水面。控制平台还与云端连接，从而方便客户在云端选择或者上传体验的视频、查看体验过程中的数据。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。