基于虚拟现实的潜水体验系统的制作方法

本发明创造涉及水下虚拟现实技术领域，特别涉及一种基于虚拟现实的潜水体验系统。

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。然而现有的虚拟现实的显示装置设置在潜水池的内壁，体验者进入水下后从池壁观察虚拟图像，这种方式存在一定缺陷：一方面由于体验者观察到的影像会较大幅度的收到现实中的光照、水里环境等因素的影响，体验效果差；再者，采用该技术，同一潜水池中所有的体验者都只能体验到同一虚拟影像，体验者难以根据个性需要来获得个性化的潜水体验。

另一方面，需要在潜水区旁边设里救援人员时刻看护以保障水下人员的人身安全，造成人力成本高昂，且在发生溺水事件时，救援人员从下水到游至溺水者旁边需要时间，这段时间对于溺水者而言是十分宝贵的，若这段时间过长，很可能就耽误了救援时机，造成悲剧发生。

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体验好、安全系数高、人力成本低的基于虚拟现实的潜水体验系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

提供一种基于虚拟现实的潜水体验系统，包括潜水池、主服务器和头部防护装置，潜水池上方跨设有横向栏和纵向栏，所述横向栏和所述纵向栏将水池划分成多个潜水区，对应每个潜水区上方设置有连接线缆，该连接线缆一端连至位于潜水池周边的牵引机，另一端连接头部防护装置，所述连接线缆内置有通信线缆，所述通信线缆一端连至位于岸上的服务器组，另一端连接头部防护装置的处理器，所述头部防护装置包括防护主体和虚拟现实装置，所述防护主体对应人眼视线设置有透明视窗，所述虚拟现实装置包括处理器、通讯接口、显示模块、定位模块和陀螺仪模块，所述处理器经通讯接口从服务器组获取影像信息，并根据所述影像信息、所述定位模块的定位信号和所述陀螺仪模块的陀螺仪信号来生成用于显示模块的显示内容，所述显示模块能够阻断透明视窗的图像进入人眼视线并在人眼中形成图像。

其中，水池设置有监控摄像装置，所述监控摄像装置实时将监控影像传送至服务器组的监控服务器。

其中，每个潜水区均设置有呼救按钮，所述呼救按钮连接至服务器组的呼救服务器，所述呼救服务器接收到呼救信号时启动牵引机牵拉对应的潜水区中的连接线缆。

其中，所述连接线缆包括外缆和设置于外缆内腔中的内缆，所述外缆是强度足以承载体验者的牵引线缆，内缆包括通信线缆，所述内缆的前端连接头部防护装置，从而使通信线缆连接头部防护装置的通讯接口，所述牵引线缆的前端用于连接至潜水服的接口环。

其中，所述内缆还包括供氧管道，所述供氧管道的前端连接至头部防护装置的供氧口。

其中，所述通信线缆内部中空以形成所述供氧管道。

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透明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透明视窗时，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透明视窗。

其中，所述定位模块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和长度测量装置，所述线缆一端连接所述回卷机构，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，从而使得该定位模块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。

本发明创造的显示模块根据定位模块和陀螺仪模块的输出数据实时改变要显示的虚拟景象，并将虚拟景象直接投射到体验者眼中，从而避免投影的传播经过水这一环节，以屏蔽现实中的光照、水里环境等因素的影响，智能高、体验好，同时，在水池上方跨设横向栏和纵向栏以将水池分割成多个潜水区，每个潜水区上方对应设置有能够与体验者的头部防护装置连接的连接线缆，连接线缆另一端与设于水池周边的牵引机连接，哪个潜水区有溺水事件发生则牵引机拉动该潜水区中的连接线缆将溺水者拉出水面，保证溺水者及时得到救援，安全系数高，且因为不用另外设立救援人员看护，所以人力成本降低。

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为本发明创造的基于虚拟现实的潜水体验系统的使用示意图。

图2为本发明创造的连接线缆的剖面图。

图3为本发明创造的实施例1的使用示意图。

图4为本发明创造在实施例1中的虚拟现实装置的结构示意图

图5为本发明创造的虚拟现实装置的系统框图。

图5为本发明创造在实施例2中的虚拟现实装置的结构示意图。

图6为本发明创造的基于虚拟现实的潜水体验系统的实施例2的结构示意图。

图7为本发明创造在实施例1中的一种水下示意图。

图8为本发明创造的转动监测装置的剖面示意图。

附图标记：1——连接线缆、11——供氧管道、12——通信线缆、13——牵引线缆、2——牵引机、3——监控摄像装置、4——呼救按钮、5——服务器组、6——虚拟现实装置、61——处理器、62——定位模块、63——陀螺仪模块、64——显示模块、65——心律监测装置、66——耳骨耳机、67——通讯接口、68——锁扣件、71——漂浮定位装置、72——卷绕装置、721——回卷辊、722——发光二极管、723——光电耦合器、8——滑轨。

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

一种基于虚拟现实的潜水体验系统，如图1所示，在水池上方设有横向栏和纵向栏，横向栏和纵向栏将水池分割成编号为A-I的9个潜水区，第E个潜水区上方连接有连接线缆1(当然，其他潜水区也有同样功能、结构的连接线缆，为简单起见，附图1中仅在第E个潜水区上画出连接线缆，而其他潜水区的连接线缆没有画出)，参考图2，连接线缆1包括外缆和设置于外缆内腔中的内缆，其中外缆是强度足以承载体验者的牵引线缆13，内缆包括通信线缆12，通信线缆12内部中空从而形成供氧管道11，供氧管道11被通信线缆12包裹，通信线缆12被牵引线缆13包裹。牵引线缆13与设于体验者穿戴的潜水服上面的接口环连接，牵引线缆13里面的通信线缆12则通过接口环与头部防护装置的通讯接口67可插拔地电连接，从而实现通讯接口67(见图3)与设于岸上/水池边的服务器组5的数据通信，供氧管道11的前端连接至体验者所穿戴的头部防护装置的供氧口。岸上/水池边设有牵引机2，牵引机2与牵引线缆13连接。通过分层设置，内层用以传输电信号，外层则是保障体验者安全的安全线，一根线缆实现多种需求，使得设备下水连接简单便捷，具有较高的实用性，同时避免多根线在体验者游动时缠到体验者的肢体，造成意外。

如图3和图4所示，体验者所穿戴的头部防护装置包括潜水镜，潜水镜上设有供人眼观察外界的透明视窗，透明视窗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。参考图5，透明视窗上方有由处理器61、显示模块64、定位模块62和陀螺仪模块63组合而成的虚拟现实装置6，显示模块64、定位模块62和陀螺仪模块63分别与处理器61通讯连接，处理器61与通讯接口67通讯连接，通讯接口67与设置于岸上/水池边的服务器组5进行有线数据通信，具体地，定位模块62和陀螺仪模块63将数据发送给处理器61，处理器61通过通讯接口67将数据上传给服务器组5后，服务器组5根据收到的数据实时调整要显示的影像信息，并将影像信息经通讯接口67发送至处理器61，再由处理器61发送给显示模块64进行显示。其中，显示模块64与透明视窗铰接。体验过程中，体验者在潜水前先将显示模块64上翻，此时体验者通过透明视窗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64下翻，显示模块64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64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64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64使用时只能上下翻，并且显示模块64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64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；又或者若潜水镜的内部空间足够大，可以将显示模块64设置与潜水镜的内部，这样就无需对显示模块64做特殊的防水处理。

进一步地，参考图4，显示模块64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64的边缘设置有锁扣件68，显示模块64被翻动至覆盖透明视窗后，操作锁扣件68将显示模块64和潜水镜锁紧固定。

进一步地，参考图1，水池的池壁上还设置有监控摄像装置3，所述监控摄像装置3实时将监控影像传送至服务器组5中的监控服务器。同时，被横向栏和纵向栏分割成的每个潜水区底部均设置有呼救按钮4，其中呼救按钮4连接至服务器组5中的呼救服务器，呼救服务器接收到呼救按钮4发送的呼救信号时启动牵引机2牵拉对应的潜水区中的连接线缆1，从而将潜水区中的人拉出水面。需要说明的是，一、体验者在各自的潜水区潜水时受横 向栏和纵向栏阻拦而无法游过界，这样就避免了体验者游动的过程将多个连接线缆1缠绕在一起，造成牵引机2拉起困难。二、所述监控摄像装置3也可以设置在水池的池底或者水池的其他地方，同理，呼救按钮4也可设置在潜水区的四周。

进一步地，参考图7，定位模块62包括能被定位对象佩戴的卷绕装置72和卷绕于卷绕装置72上的线缆，其中卷绕装置72包括回卷机构，该回卷机构设有回卷辊721和对回卷辊721施加回卷力的扭力机构，线缆一端连接于回卷辊721，在扭力机构实时对回卷辊721施加回卷力的作用下，线缆在没有外力的情况下能够被完全的卷绕至卷绕装置72，线缆另一端设置有漂浮在水面的漂浮定位装置71，通过增大漂浮定位装置71与水面的接触面积，使漂浮定位装置71在水中的浮力稍大于回卷机构对线缆的回卷力，以使得该定位模块在进入水下后漂浮定位装置71仍然漂浮于水面且线缆处于绷紧状态。漂浮定位装置71上设置有与岸上/水池边的服务器组5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服务器组5。

卷绕装置72还设有与岸上/水池边的服务器组5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721转动圈数和转动方向的转动监测装置。具体地，参考图8，转动监测装置包括发光二极管722和光电耦合器723，其中发光二极管722设置在回卷辊721轴面上，并光电耦合器723位于在回卷辊721右上方，且光电耦合器723对准回卷辊721轴面上的发光二极管722。由于光电耦合器723受光照亮度越强输出电压越高，而发光源离光电耦合器723越近光电耦合器723受光照亮度强，所以回卷辊721没转动一圈，发光源离光电耦合器723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723的输出电压变高的时间和变低的时间，就能获得回卷辊721转动方向，具体地，转动监测装置通过判断光电耦合器723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721为逆时针旋转，若否则回卷辊721为正时针旋转；同时，转动监测装置计算光电耦合器723输出电压变高或变低的次数则为获得回卷辊721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721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的长度，从而定位体验者的下潜深度，并传输至服务器组5。通过卫星定位装置的漂浮定位装置71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，与以往相比，因为不需要使用价格昂贵的深度测量仪，所以成本较低。

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 给服务器组5，陀螺仪模块63实时检测体验者的头部倾斜情况(下文简称陀螺仪信号)并发给服务器组5，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)并发给服务器组5。服务器组5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64的显示内容。

本系统还设有耳骨耳机66，该耳骨耳机66设于潜水镜与体验者的人耳中间，并通过通讯接口67与设于岸上/水池边的服务器组5进行有线数据通信。在体验者水下游动的过程中，服务器组5将音频信号通过耳骨耳机66播放出来。

此外，潜水镜与体验者的太阳穴之间还设有与服务器组5电连接的心律监测装置65，该心律监测装置65实时监测体验者的心律，在心律异常时自动发送呼救信息。

此外，服务器组5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。

进一步地，本系统也可选择性地在通讯接口67与服务器组5的传输之间加入位于岸上的多个岸上处理器，每个头部防护装置对应设置一个岸上处理器，处理器61经岸上处理器从服务器组5上获取数据，具体地，岸上处理器从服务器组5获取相应的影像信息并传送至处理器61，处理器61根据岸上处理器传输的数据来生成用于虚拟现实装置6的显示数据。通过设有岸上处理器，每台岸上处理器单独负责一个头部防护装置，避免多台头部防护装置同时运行时服务器组5的计算机资源不够(运行不过来)的问题，同时，将实时要求高的数据处理工作给岸上处理器负责，将处理器61从庞大的数据处理任务中解放出来，实现头部防护装置1的反应速度提高，大大提高了头部防护装置的灵敏度，给人以更好地水下虚拟现实体验。

实施例2

参考图6，在实施例1的基础上，将显示模块64翻动的方式改为滑动，具体地，在潜水镜的透明视窗外表面上设置滑轨8，显示模块64安装于滑轨8的一端，显示模块64能够被推动使其沿滑轨8滑动至覆盖所述透明视窗从而阻断透明视窗的图像进入人眼视线，显示模块64还朝向人眼投影以在人眼中形成图像。

实施例3

另一种基于虚拟现实的潜水体验系统，在实施例1的基础上，将潜水镜改为潜水头盔，具体地，体验者所穿戴的头部防护装置包括潜水头盔，潜水头盔上设有供人眼观察外界的透明视窗，透明视窗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。参考图4，潜水头盔内部设有由处理器61、显示模块64、定位模块62和陀螺仪模块 63组合而成的虚拟现实装置6，显示模块64、定位模块62和陀螺仪模块63分别与处理器61通讯连接，处理器61与通讯接口67通讯连接，通讯接口67与设置于岸上/水池边的服务器组5进行有线数据通信，具体地，定位模块62和陀螺仪模块63将数据发送给处理器61，处理器61通过通讯接口67将数据上传给服务器组5后，服务器组5根据收到的数据实时调整要显示的影像信息，并将影像信息经通讯接口67发送至处理器61，再由处理器61发送给显示模块64进行显示。

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64，显示模块64发出激发光以使透明视窗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64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。

还设有耳骨耳机66，该耳骨耳机66设于潜水头盔与体验者的人耳中间，并通过通讯接口67与设于岸上/水池边的服务器组5进行有线数据通信。在体验者水下游动的过程中，服务器组5将音频信号通过耳骨耳机66播放出来。此外，潜水头盔还设有紧贴体验者的太阳穴并与服务器组5电连接的心律监测装置65，该心律监测装置65实时监测体验者的心律，在心律异常时自动发送呼救信息。

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。