专利名称：星球称重仿真装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及虚拟仿真装置，尤其涉及星球称重仿真装置。
背景技术：
近几年在全世界掀起一股太空热。在中国，随着“神州四号”飞船的发射成功，人们更是急切的盼望着中国首艘载人飞船“神州五号”的年底发射。人们不断在想着什么时候人们可以到月球旅游、甚至火星定居，看到宇航员在太空的行走和失重状态，人们也在想那是一种什么样的感觉，虽然物理老师不只一次的告诉人们将要发生的情况，但人们还是想亲自体验一下，看看自己在那种情况下是否重量也发生了变化。当然这种想法在目前来说普遍实现是较难的。
发明内容
本实用新型是为了解决现有上太空难的问题，而提供的一种在科技馆或其他场合中由游客亲自参与的星球称重仿真装置，该装置将给游客一种简单的体验，并仿真自己在其他星球上的形态，显示重量。
本实用新型采取的技术措施是星球称重仿真装置，其特点是设在半封闭的虚拟太空场景内，其包括设在场内的一压力传感器、一图像处理单元、一摄像头、一视频分配器、一大屏幕电视、以及一设在场外的小电视，还包括至少一组可调灯光和至少一灯片播放机；所述的压力传感器的输出信号及摄像头的输出信号分别与图像处理单元的信号输入端和视频输入端连接；所述的图像处理单元的视频输出端通过视频分配器分别与大屏幕电视机和场外的小电视机的视频输入端连接；所述的可调灯光适时照耀在地面、四周和顶部的背景上；所述的灯片播放机播放的图片与大屏幕电视机播放的图像相吻合。
上述星球称重仿真装置，其中所述的图像处理单元包括一电子称重接口模块、一图像处理模块、一姿态合成模块、一图像显示模块，一灯光控制模块以及一VCD接口模块；所述的电子称重接口模块的输出端与图像显示模块连接；所述的图像处理模块的输出端分别与图像显示模块和姿态合成模块连接；所述的姿态合成模块的输出端与图像显示模块连接；所述的灯光控制模块的输出端与图像显示模块连接；所述的图像显示模块显示选择的图像，其输出端并与VCD接口模块连接。
上述星球称重仿真装置，其中还包括一蓝色的背景，遮盖在场景的四周和顶部。
上述星球称重仿真装置，其中还包括一组调光灯，设在场景内适当位置。
由于本实用新型采取了以上的技术方案，通过蓝背景抠像的方式将游客置身于太空中，通过有趣的旅游到其他星球上，得到自己在其它星球上的重量。游客在参与游戏的同时可以更好的了解太空知识，增加对太空的兴趣。并且通过体验自己在不同星球上的重量以及在不同星球上跳起的高度，加深引力是因星球而异的概念。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型的系统结构示意图。
图2是本实用新型的图像处理单元的电方框图。
图3是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
请参阅图1。本实用新型星球称重仿真装置设在半封闭的虚拟太空场景内，其包括设在场内的一压力传感器2、一图像处理单元3、一摄像头4、一视频分配器5、一大屏幕电视6、以及一设在场外的小电视7；所述的压力传感器的输出信号及摄像头的输出信号分别与图像处理单元的信号输入端和视频输入端连接；所述的图像处理单元的视频输出端通过视频分配器分别与大屏幕电视机和场外的小电视机的视频输入端连接。还包括至少一组可调灯光和至少一灯片播放机(未图示)，所述的可调灯光适时照耀在地面、四周和顶部的背景上；所述的灯片播放机播放的图片与大屏幕电视机播放的图像相吻合。
实际制作时，本实用新型星球称重运用了图像处理、姿态识别、蓝背景抠像等技术。首先构建一个半封闭的环境，其中蓝背景前方、上方要有舞台灯光充分均匀的照到蓝背景上，该蓝背景设置在场景内的地面、四周和顶部；紧挨着蓝背景的前边是一个压力传感装置，人可以站在上面，可以根据需要将压力传感装置高出地平面或者与地平面水平，也可以根据需要将压力传感装置喷上蓝色，与蓝背景融为一体；正对蓝背景的前方3-4m处是一台大屏幕电视，播放展示太空的动画等；在整个游戏场所的外边悬挂小电视，供其他游客看游戏过程。通过摄像头和图像卡将视频信息捕捉到电脑中，并进行蓝背景抠像和图像合成处理，这样游客就会感觉好像真的驾驶飞船在太空旅游。根据语音提示站好，压力传感器也将数据采集出来，在旅游过程中游客选择一个星球进行称重，并语音游客在该星球的重量。为了增加形象感，游客可以轻轻跳起，在不同的星球上将会跳起不同的高度。游客在整个游戏的参与过程中，增长对星球的了解。
本实用新型的硬件环境p4-1.7G，40G硬盘，256M内存，显示卡Radeon 7000；开发平台WIN2000；开发工具Vc++6.0。
请参阅图2。在软件的设计方面，总体采用了面向对象的软件分析，设计方法。在代码重用和构件复用方面也得到了很好的应用，保持了系统的灵活，易于扩展性。
所述的图像处理单元3的程序使用VC 6.0++开发，分为几个功能模块，包括一电子称重接口模块31，一图像处理模块32，一姿态合成模块33，一图像显示模块34，一灯光控制模块35以及一VCD接口模块36。其中所述的电子称重接口模块、用于实现压力传感器输出信号和图像显示模块的结合；实现电子称重仪的改装及电子称重数据处理，并设计与电子称重接口。
所述的图像处理模块用于图像的采集和蓝背景的抠像，并将该图像信号传输到图像显示模块和姿态合成模块；主要是通过图像采集卡和摄像头对图像进行快速采集，为了达到实时图像叠加效果，帧存直接存取软件操作及显示回放，以实现姿态合成控制功能，这里需要采用高档的图像处理卡及相应的开发包来完成。
根据蓝背景抠像合成效果要求，处于蓝背景前的拍摄的实体应距离蓝背景1.5m左右，这样拍摄图像参与抠像效果最佳。至于蓝背景应选择不反光材料或进行不反光处理。由于科技城展区场地的限制，蓝背景与实体间的距离在1.5m左右的要求难以得到满足，因此我们在布置该展项设备时仍遵循科技城原规划设计。
本实施例中蓝背景的实现主要由图像处理卡FlashBus MV来完成。本实施例中选择的一款卡为FlashBus MV，该图像卡提供了高速、高性能、低成本的图像捕捉，可以适时的捕捉图像到系统内存或者VGA显卡的内存。FlashBusMV是基于PCI总线的图像卡，可以与CPU、系统内存和VGA卡有机的结合，它提供的Off-Screen Capture(即将图像捕捉到系统内存中)和On-ScreenCapture(即将图像捕捉到显卡内存中)的效果完全一样。由于它的速度快，因此就会有足够的时间进行蓝背景抠像处理，而一般的图像卡速度慢，根本无法满足蓝背景抠像的计算。
所述的姿态合成模块用于实现姿态变化的控制，并将该控制的姿态图像传输到图像显示模块；其采用DirectX技术，实现图形及图像的叠加合成、视频图像的缩放、移动等功能，以实现星球失重演示功能。DirectX并不是一种高级图形应用程序接口，而是一种软件接口，他能够直接操作显示设备。DirectX技术的优越性主要体现在两个方面1.对显示硬件的直接操作和仿真；2.设备独立性；DirectX以不依赖于设备的方式对显示硬件的直接操作，从而大大提高了应用程序的运行速度和图形质量，DirectX能够充分的利用显示硬件的硬件加速功能。由于采用了DirectX技术，可快速处理实现软件背景抠像及抠像调整功能。并使动画的显示非常逼真、生动，图像没有任何抖动的感觉；并提供了对显存、硬件blitter和表面翻转等的直接操作手段，以及对设备性能的查询手段，
所述的图像显示模块用于显示选择的星球并提供游客的交互接口；这里显示是指将视频信号通过视频分配器引到大屏幕背投电视实现图像的显示等。
所述的VCD接口模块用于将游客的参与过程压缩刻录下来，将整个游客的参与过程录制成VCD，提供给游客留做纪念。
灯光控制模块包括两个部分，一部分是用于抠像的蓝背景灯光，一部分是用于衬托环境效果的灯光控制部分。
本实用新型还包括星球浏览系统和游戏互动系统星球浏览系统利用参与者的身体移动控制飞船在太空中的飞行，利用这种太空游览的方式，选择所到的星球。当到达一个目标星球后，出现该星球的地面场景，并进行星球称重及失重演示。
游戏互动系统用于提供游戏和外设或者其他方式的交互功能。
系统要求参与者不穿戴任何的VR设备，如头盔，手套及眼睛等，只有通过摄像机的输入，来感知参与者的交互动作。主要由视频姿态控制VR技术(VGC)完成。Mandala VGC系列产品是加拿大的Vivid Group公司早在1986年就开发的产品，将该技术加入到预先由3D设计师制作好的虚拟世界中，使参与者得到身临其境的真实感觉。视频的叠加是通过被称为蓝背景视频抠象合成技术来实现的。这种视频图像的合成技术被广泛地应用于视频叠加的应用中。由于这种技术已是成熟技术，故不祥述。
请参阅图3。本实用新型的工作流程是启动星球称重系统→开始星球称重→蓝背景抠像及图像合成→选择星球→星球称重→在星球上跳起→结束星球称重→或重新开始星球称重→或关闭系统。
下面结合实例介绍由游客亲自体验称重的过程首先游客来到太空称重的地方，看到外边的小电视正在播放有关太空知识的动画或者一个游客正在称重的画面，可以通过工作人员或者旁边的指示牌了解展项的参与过程。这里可以设计不同的游戏规则，如一个人只能称一次重或者在设定的多个星球上称重。游客开始参与，站在蓝背景前，脚下是地球环境(由灯片播放机配合答屏幕电视机的图像播放相应的图片，例如地球的外貌)，游客开始称重和跳跃，屏幕显示相应的重量和跳跃的高度，然后通过虚拟技术，使游客置身于宇宙中，如太阳系，漫游装置带领游客漫游太阳系，请观众选择星球，如土星。场景变化为该星球并简单介绍该星球资料。屏幕中飞出电子称，提醒游客站到称上，进行星球称重实验和跳高，同时，环境灯光变化，焦点于所选择的星球。显示称重结果跳高高度，并演示在该星球上的行走形态，直观地演示失重画面，然后系统提示是否要到下一个星球，如果是，则回到太阳系统，继续漫游，如果不是，则游戏结束。也可以设定一个游戏时间，到设定的游戏时间，自动结束游戏。
游客通过这个展项了解了一些太空知识，也比较形象的体验了在太空感受。
权利要求1.星球称重仿真装置，其特征在于设在半封闭的虚拟太空场景内，其包括设在场内的一压力传感器、一图像处理单元、一摄像头、一视频分配器、一大屏幕电视、以及一设在场外的小电视，还包括至少一组可调灯光和至少一灯片播放机；所述的压力传感器的输出信号及摄像头的输出信号分别与图像处理单元的信号输入端和视频输入端连接；所述的图像处理单元的视频输出端通过视频分配器分别与大屏幕电视机和场外的小电视机的视频输入端连接；所述的可调灯光适时照耀在地面、四周和顶部的背景上；所述的灯片播放机播放的图片与大屏幕电视机播放的图像相吻合。
2.根据权利要求1所述的星球称重仿真装置，其特征在于所述的图像处理单元包括一电子称重接口模块、一图像处理模块、一姿态合成模块、一图像显示模块，一灯光控制模块以及一VCD接口模块；其中所述的电子称重接口模块的输出端与图像显示模块连接；所述的图像处理模块的输出端分别与图像显示模块和姿态合成模块连接；所述的姿态合成模块的输出端与图像显示模块连接；所述的灯光控制模块的输出端与图像显示模块连接；所述的图像显示模块显示选择的图像，其输出端并与VCD接口模块连接。
3.根据权利要求1所述的星球称重仿真装置，其特征在于还包括一蓝色的背景，遮盖在场景的四周和顶部。
4.根据权利要求1所述的星球称重仿真装置，其特征在于还包括一组调光灯，设在场景内适当位置。
专利摘要本实用新型星球称重仿真装置，其特点是设在半封闭的虚拟太空场景内，其包括设在场内的一压力传感器、一图像处理单元、一摄像头、一视频分配器、一大屏幕电视、以及一设在场外的小电视；压力传感器的输出信号及摄像头的输出信号分别与图像处理单元的信号输入端和视频输入端连接；图像处理单元的视频输出端通过视频分配器分别与大屏幕电视机和场外的小电视机的视频输入端连接。通过蓝背景抠像的方式将游客置身于太空中，并通过有趣的旅游到其他星球上，得到自己在其它星球上的重量。游客在参与游戏的同时可以更好的了解太空知识，增加对太空的兴趣。并且通过体验自己在不同星球上的重量以及在不同星球上跳起的高度，加深引力是因星球而异的概念。
文档编号G01G19/00GK2679658SQ0325530
公开日2005年2月16日 申请日期2003年7月7日 优先权日2003年7月7日
发明者胡学增, 梁兆正, 许永顺, 吴忠义, 肖建敏 申请人:上海科技馆