基于虚拟现实的深度沉浸式高铁模拟驾驶器的制作方法

本发明涉及虚拟现实、光载无线通信领域，具体涉及基于虚拟现实的深度沉浸式高铁模拟驾驶器。

背景技术：

虚拟现实(vr)指的是利用三维计算机图形技术生成的逼真的视觉、听觉、触觉等一体化的虚拟环境，用户可以与这种虚拟现实环境中的虚拟对象进行交互。虚拟现实技术在医学，军事，工业等培训演练领域以及室内设计，旅游等视景仿真领域具有非常重要的作用。用户在交互时，需要借助特殊的输入/输出设备，如vr头盔显示器，位置追踪器、控制手柄等，才能实现与虚拟现实的连接。然而，目前无论是有线连接还是无线连接，都需要用户使用vr设备时，与用于计算的pc端保持较为接近的距离，限制了使用者的活动范围，也不利于vr的多点分布式接入。因此亟需一种可长距离传输的方法供用户与虚拟现实进行连接。

vr头显对延时非常严格，合格的vr体验对motiontophotonlatency要求在20ms内，超过这个时间就容易造成眩晕感。

tpcast推出了tpcastair企业版，将pc渲染的vr内容通过wi-fi无线传输显示到oculusgo等vr一体机上。tpcastair通过实时编解码技术(rtcodec和rtcip)，利用现有的pc以及gpu进行渲染及编码压缩计算，维持高画质和低延迟来实现最佳的用户体验。

随着光载无线技术的发展，光纤传输技术因其能够充分利用光子技术的抗电磁干扰，低损耗，高带宽等优势，有望替代现有带宽受限的电子技术来满足远距离传输以及多点接入vr信号的需求。

技术实现要素：

鉴于光载无线技术在信号传输上的优势，为满足vr信号对多个客户终端进行远距离传输的需求。即用户使用vr设备时，不需要与运行程序的pc端保持较为接近的距离，在保持低延时的效果下进行长距离的传输。

因此，本发明提供基于虚拟现实的深度沉浸式高铁模拟驾驶器，具体步骤包括：

步骤1：vr电信号从pc端输出，通过电光调制器eom将电信号转换为光信号；

步骤2：用光耦合器将该光信号复制为多份，分别送到多条单模光纤中进行传输，实现vr信号地多点分布式传输；

步骤3：分别经光电探测器pd进行光电转换，得到vr电信号，经由天线阵列以射频信号的方式发送出去；

步骤4：由vr头显上的信号接收器接收到该信号，用户即可在头显中看到远端pc机上运行的vr视景画面。

优选的，光耦合器将光信号分为多路信号后，分路的信号功率会衰减，为保持原vr电信号的强度，且信号失真达到最小，需要添加功率放大器分别将输出的多路信号放大。光信号在光纤传输之后也需要连接功率放大器将衰减的信号放大，然后再接入光电探测器pd。

优选的，电光调制器采用直调激光器。

本发明取得有益技术效果为：

1、基于光载无线技术，结构简单，具备光子技术的高带宽，低损耗的特性，能够实现长距离信号传输，突破了电子学方案带来的长距离延时限制。

2、电光调制器采用直调激光器，具有成本低，结构简单，优化预失真，放大设计等优势。

3、可以简单地通过光耦合器将一路光载vr信号复制为多路信号，经过功率放大器放大之后，该多路信号可以成为与原信号一致的vr信号，实现多点分布式vr的接入。

附图说明

图1为本发明方法的系统框图。

图2为发送端基带信号处理过程示意图。

图3为接收端电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的详细说明。

基于虚拟现实的深度沉浸式高铁模拟驾驶器，其需要的设备为：pc主机1，电光调制器(eom)3，光耦合器4，多条单模光纤5，多个光电探测器(pd)6，多个vr无线套件10(包括发射端7和头盔接收端9等)(光纤，pd，vr套件的数量与用户数量一致)组成(光纤，pd，vr套件的数量与用户数量一致)。

主要处理步骤为：vr图像的信号从pc端1输出，通过电光调制器(eom)3，将电信号转换为光信号；再用光耦合器4将该光信号复制为多份，分别送到多条单模光纤5中进行传输；然后分别经光电探测器(pd)6进行光电转换，得到vr电信号，经由天线7阵列以射频信号8的方式发送出去；最后由vr头显上的信号接收器9接收到该信号，用户即可在头显10中看到远端pc机上运行的vr画面。

实际执行过程为：将htcvive无线套件的pc发送端中的电路进行改造，将基带信号处理模块11和发送模块(tx)7分开，在基带信号处理模块输出端连接电光调制器。pc机上运行的vr程序的数据，通过基带信号处理模块传输至电光调制器，将vr电信号调制在光载波上来进行传输。电光调制器采用的是直调激光器，直调激光器结构简单，成本较低，易于使用，但其输出功率较小，因此，需要连接一个合适参数的功率放大器来恢复原信号强度。功率放大器之后连接一个多路的n×n光耦合器，光耦合器采用的分光比为1:1:1:……:1，从电光调制器输出的光载vr信号被分成多路具有相同功率衰减的信号，从而实现vr的多点接入，此处的光耦合器只有一个端口输入信号，因此相当于一个功分器，分成n路信号后，每一路的信号功率会衰减为输入信号功率的1/n，需要接入的用户越多，分路的信号功率越低，为尽可能保持原vr信号的强度，且信号失真达到最小，需要选取合适的功率放大器分别将输出的多路信号放大。

将放大后的多路信号分别接入单模光纤进行传输，光纤可以根据需求来确定长度，光纤传输信号的延时很低，传输1000公里的延时可以低于10毫秒，因此，使用光纤传输可以解决电子技术因为传输距离远导致的vr信号传输延时高而使用户的头显中的影像无法正常观看，造成明显的眩晕感的问题，且光纤传输拥有延迟低，抗干扰能力强，低损耗，带宽高等优点，能够很好地实现长距离多点分布式接入vr信号的功能。

由于光纤传输也会造成信号功率衰减，在光纤传输之后也需要连接适合的功率放大器将衰减的信号放大，然后再接入pd(光电探测器)，将光信号再恢复为电信号，从pd中输出的电信号与前面所说的改装的无线vr套件的pc发送端(tx)的发送模块进行连接，使vr信号通过发送模块的天线阵列，以射频信号的方式，发送到空气中。htcvive无线套件的头盔显示器上的信号接收模块(rx)9进行接收，在电信号处理模块12将vr信号进行处理恢复为vr的影像。这样，分别处于不同地方的用户通过头盔显示器即可看到远端pc主机上运行的vr程序的视景画面。

以上所陈述的仅仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明方法和核心装置实质的前提下，在实际实施中可以做出若干更改和润色也应包含在本发明的保护范围以内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了基于虚拟现实的深度沉浸式高铁模拟驾驶器，具体步骤为：VR电信号从PC端输出，通过电光调制器将电信号转换为光信号；再用光耦合器将该光信号复制为多份，分别送到多条单模光纤中进行传输，实现VR信号地多点分布式传输；然后分别经光电探测器进行光电转换，得到VR电信号，经由收发装置，将VR信号发送至头盔显示器中，使用户即可在头显中看到远端PC机上运行的VR画面；本发明的VR信号传输接入方法具有可长距离传输，低时延，高带宽，可多点分布式接入等特点，在下一代虚拟现实信号传输以及硬件设备的研发和应用中具有非常重要的应用。

技术研发人员：邹喜华;赵珩越;熊标;王子豪;谢家琦;谢刚;苗苗
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2019.04.29
技术公布日：2019.08.02