动感赛车游戏碰撞过程的运动模拟实现方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于动感游戏技术领域，特别是涉及一种动感赛车游戏碰撞过程的运动模 拟实现方法。
【背景技术】
[0002] 传统的赛车游戏是通过虚拟现实技术在计算机上模拟赛车真实的运动场景，能够 让游戏玩家坐在固定座椅上通过键盘和鼠标来控制游戏场景中的虚拟赛车进行前后移动 和左右摆动，这种赛车游戏由于其采用的是固定座椅，无法给予游戏玩家真实的运动感觉， 使得赛车游戏的娱乐度和逼真度大大降低。
[0003] 近年来，为了满足游戏市场对高娱乐度、高逼真度和游戏玩家对真实运动感觉的 需求，人们在具有多自由度运动座椅的结构设计及其运动控制方面做了大量的研究。例如 申请号为CN201120271067. 0的专利提出了一种液压驱动4D动感座椅，该动感座椅是通过 在座椅本体下设置三个液压油缸来实现座椅本体前后、上下、左右三个自由度的灵活、精确 地运动；为克服上述动感座椅可能产生油气泄露污染和摆动自由度较少等缺陷，申请号为 CN201310317335. 1的专利提出了一种电机驱动的娱乐设施通用动感座椅，该通用动感座椅 能够通过游戏手柄或上位机来控制各个电机的转向和转速，实现动感座椅的升高降低、左 右回转、前后摆动和左右摆动的联动，使游戏者或观看者产生身临其境的感觉。
[0004] 但是，在动感赛车游戏技术领域，随着动感赛车游戏市场需求的变化和现代通信 技术、控制技术的发展，仅仅带有运动感觉的动感座椅已经无法满足游戏玩家对赛车游戏 日益增强的娱乐体验感的追求，而能够模拟游戏场景中虚拟赛车碰撞过程的运动状态以及 通过动感座椅给予游戏玩家真实碰撞动感体验的动感赛车游戏运动模拟器及其运动实现 方法正在成为动感赛车游戏今后的一个新发展方向。而这种新型的、能够给予游戏玩家真 实碰撞动感体验的动感赛车游戏需要能够实现运动模拟功能的动感赛车游戏运动模拟器 及其运动实现方法的支持。
[0005] 申请号为201410475532. 0和201510004897. X的专利分别公开了一种电机驱动的 三自由度可拆装的动感赛车游戏运动模拟器及其相关的运动控制装置及方法，由于该动感 赛车游戏运动模拟器采用电机作为动力源、丝杠-连杆作为驱动机构，通过所述控制装置 及方法可以实现动感赛车游戏运动模拟器的俯仰、滚转和侧摆的联动控制，可以满足游戏 玩家对赛车真实碰撞动感体验的需求。因此，本专利申请拟基于此动感赛车游戏运动模拟 器及其控制装置，提出了一种动感赛车游戏碰撞过程的运动模拟实现方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服【背景技术】中存在的不足，研究设计一种动感赛车游戏碰撞过 程的运动模拟实现方法，以便在游戏场景中不同虚拟赛车发生碰撞时，通过ARM处理器中 的PID控制模块对动感赛车游戏运动模拟器的位姿和运动状态进行有效操控，从而实现动 感赛车游戏碰撞过程的运动模拟，有效达到给予不同游戏玩家各异的碰撞动感体验的目 的。
[0007] 考虑到【背景技术】存在的不足，首先提出以下几点假设：
[0008] 假设一：在赛车发生碰撞的整个过程中，由于受到的碰撞力远远大于外界力，因此 将两赛车看成一个封闭的系统，碰撞前后动量及动量矩守f旦；
[0009] 假设二：在赛车发生碰撞的整个过程中，有且仅有一次碰撞，且碰撞前后赛车质量 不发生改变；
[0010] 假设三：赛车碰撞变形相对于整个车体而言较小，因此将赛车视为刚体，忽略由于 变形产生的质心位移以及转动惯量的变化；
[0011] 假设四：在赛车发生碰撞的整个过程中，游戏玩家对赛车不进行任何操作。
[0012] 基于上述四点假设以及【背景技术】存在的不足，本发明公开了一种动感赛车游戏碰 撞过程的运动模拟实现方法，其思想是在申请号为201510004897. X专利的控制装置中所 述的动感赛车游戏软件中集成一碰撞模拟模块，用于实现动感赛车游戏碰撞过程的运动模 拟。
[0013] -种动感赛车游戏碰撞过程的运动模拟实现系统，它包括：
[0014] 碰撞模拟模块，所述碰撞模拟模块包括用于实现：
[0015] 碰撞参数求解算法，通过碰撞参数求解算法求出虚拟赛车发生碰撞后瞬时的位姿 和运动学参数；
[0016] 碰撞参数映射算法，依据虚拟赛车碰撞后瞬时的位姿和运动学参数以及游戏玩家 自身参数建立功能转换原理方程，求出虚拟赛车中游戏玩家所发生运动参数的最大角度， 以及利用各自不同的映射系数将所述运动参数的最大角度映射到动感赛车游戏运动模拟 器中各个运动机构中；
[0017] 以及将动感赛车游戏运动模拟器中各个运动机构的最大运动角度传输给ARM处 理器中的运动参数转换模块，求解出动感赛车游戏运动模拟器中各个运动机构的最大平动 位移和平动线速度，以使ARM处理器中的PID控制模块利用求出的运动学参数对动感赛车 游戏运动模拟器中各个驱动电机的速度和正转或反转进行联动控制。
[0018] -种动感赛车游戏碰撞过程的运动模拟实现方法，它包括：
[0019] i)碰撞参数求解算法：通过碰撞参数求解算法求出虚拟赛车发生碰撞后瞬时的 位姿和运动学参数；
[0020] ii)碰撞参数映射算法：依据虚拟赛车碰撞后瞬时的位姿和运动学参数以及游戏 玩家自身参数建立功能转换原理方程，求出虚拟赛车中游戏玩家所发生运动参数的最大角 度，以及利用各自不同的映射系数将所述运动参数的最大角度映射到动感赛车游戏运动模 拟器中各个运动机构中；
[0021] iii)将动感赛车游戏运动模拟器中各个运动机构的最大运动角度传输给ARM处理 器中的运动参数转换模块，求解出动感赛车游戏运动模拟器中各个运动机构的最大平动位 移和平动线速度，以使ARM处理器中的PID控制模块利用求出的运动学参数对动感赛车游 戏运动模拟器中各个驱动电机的速度和正转或反转进行联动控制。
[0022] 为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
[0023] 根据本发明的一个实施方案，所述碰撞参数求解算法：在游戏场景中的两不同虚 拟赛车发生碰撞时，根据不同虚拟赛车碰撞前瞬时的位姿和运动学参数分别建立碰撞过程 的动量守恒和动量矩守恒方程，并引入切向和法向碰撞恢复系数ex、ey建立了两虚拟赛车 碰撞的动力学模型，用于求出虚拟赛车发生碰撞后瞬时的位姿和运动学参数。
[0024] 根据本发明的另一个实施方案，所述碰撞参数求解算法具体包括：
[0025] 根据动量守丨旦定理有：
[0026]
[0027] 式中，ma、mb分别为本赛车a和相撞车b的质量，v ax、vay、vbx、vby分别为两车碰撞后 速度沿x轴和y轴的分量，v a(]x、va(]y、vMx、vMy分别指本赛车和相撞车碰撞前速度v a。、vb。在 沿X轴和y轴的分量；
[0028] 根据动量矩定理有：
[0029]
[0030] 式中，wa、别为两车碰撞后绕质心的角速度，w a〇、wb。分别为两车碰撞前绕质心 的角速度，ka、kb分别为两车回转半径，（a x，ay)、（bx，by)分别为两赛车质心的坐标；
[0031] 联立两个方程组后，再引入切向碰撞恢复系数ex和法向碰撞恢复系数e y:
[0032]
[0033] 由于两虚拟赛车的碰撞过程为非完全弹性碰撞，所以0〈ex，ey〈l ;根据前人的研究 成果及相关实验数据，建立如下的切向碰撞恢复系数ex和法向碰撞恢复系数e y:
[0034] 乂 ' ayy awy
[0035] 式中，Ra为广义冲量比，其计算式为：
[0036]
[0037] 式中，