专利名称：一种健身车和一种健身车与时实场景播放互动的方法
技术领域：
本发明涉及一种健身器械，尤其是指一种健身车。
本发明还涉及一种互动方法，尤其是指一种健身车与时实场景播放互动的方法。
背景技术：
随着人们物质生活水平的不断提高及对个人健康意识的增强，社会对健身车的需求日益增加。现有健身车种类繁多，如普通健身车，其阻力设置通常为多级，手动调节。无特定输出信号不能与其它设备相连接更不能控制时实场景的播放，同时也不能得到程序反馈的信号来调节健身车的阻力。因此是一个孤立的器械，人们只能利用相应健身车进行枯燥无味悄无声息的锻炼。即使有的健身场所放一些背景音乐，但也是操作者在被动的听，无法达到互动的模拟真实环境的效果。
现有仿真类游戏机，如仿真摩托。它可以由操作者简单的控制其方向及速度大小，产生类似于真实的感觉。但它完全是一种纯娱乐类的游戏，没有任何的健身锻炼效果。同时由于其高昂的价格更不可能进入广大普通家庭。
伴随显示技术的发展，质量更高、功能更加强大而价格相对低廉的显示器材及设备广泛的为普通消费者所接受，以及家用电脑的普及都为实现健身车和仿真类游戏机的结合提供了良好的软硬件环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种健身车，能够使操作者在健身的同时融入虚拟环境，感受实时场景。
本发明的另一个目的是提供一种健身车与时实场景播放互动的方法，使健身车的运动和虚拟实时场景播放互相影响，真实模拟室外运动状况。
为实现上述目的，本发明提供的一种健身车，其包含接收显示单元，用以显示图象，与数据计算处理单元相连接，单向接受由数据计算处理单元处理后的数据；数据计算处理单元，用以数据接收、数据发送、数据存储、控制显示和数据计算处理，该数据计算处理单元与数据计算处理接口单元相连接，并交互传递数据；其包括非易失性存储器，存储着场景影象的三维模型和控制三维模型转化为可视对象的程序；微处理器，承担数据处理计算的工作；临时存储器，读取非易失性存储器中的各种数据并运行；帧存贮器将可视图象输出到接收显示单元上；上述微处理器，临时存储器，非易失性存储器和帧存贮器互相连接；数据计算处理接口单元，用以数据接收、数据发送；与健身车接口单元和数据计算处理单元相连接并与它们进行数据交换；与健身车接口单元的连接传输方式为有线方式或无线方式；健身车接口单元，用以数据接收、数据发送；与健身车单元相连接并与它们进行数据交换；健身车单元是普通健身车在脚踏板的转轴处安装有脉冲发生和电磁控装置，采集脚踏板转轴的转动速度信息和控制转轴转动；还包括数字模拟转换模块。
所述的健身车，其特征在于脉冲发生和电磁控装置是由电磁铁和与其连接的可调节电压组成。
所述的健身车，还包括跑步车。
为实现上述发明目的本发明提供的一种健身车与时实场景播放互动的方法，有如下步骤(a)由安装在健身车的脚踏板的转轴处的脉冲发生和电磁控装置，设置一个基本阻力，该阻力对应于模拟场景的一般路面行使，阻力设为V；(b)对应上述的阻力V，不同路段上程序预先设定不同的阻力值，进入爬坡路段阻力值会加大，大于v而在下坡的路段阻力值会减小，小于v或变为负值；(c)当一定力量施加于健身车使运动装置达到某一速度时，由脉冲发生和电磁控装置引发模拟信号产生，并采集该脚踏板转轴的转动速度的模拟信息；(d)该模拟信号通过I/O板，将该模拟信号转换为数字信号；(e)该数字信号通过健身车的接口单元以无线或有线方式发送给数据计算处理接口单元；(f)数据计算处理单元中将场景影象的三维模型和控制三维模型转化为可视对象的程序存入非易失性存储器；临时存储器读取非易失性存储器中的各种数据，和微处理器一起运行，将三维模型转化成的一系列连续的可视图象复制到帧存贮器；帧存贮器将可视图象输出到接收显示单元上；(g)随着模拟场景的变换，出现不同路段，数据计算处理单元分析场景变化与之对应的阻力值，分析数字信号；(h)该数字信号通过接口单元传递给I/O板；(i)I/O板将数字信号变为模拟信号传递给脉冲发生和电磁控装置；(j)脉冲发生和电磁控装置产生相应的阻力，影响脚踏板的转轴的转动；(k)返回步骤(c)，继续采集运动模拟信号，循环上述步骤。
所述的健身车与时实场景播放互动的方法，图像输出方式为跳跃式。
本发明的优点本发明的健身车是一种带即时场景播放的健身车，使健身者在娱乐中健身，科学健身，达到身心的全方位锻炼。本发明健身车与时实场景播放互动的方法，可将操作者踏动健身车的快慢与显示器中视觉场景的变化时实、紧密、合理的结合在一起，同时还可以在三维模型中设定路面倾斜、地面材质等数据，也使其成为控制场景生成的判断依据。此健身车的大屏幕显示装置显示仿真模拟的室外各种场景的道路，如海滨、城市、乡村、山区等。同时配有各种特色的背景音乐。用户在操作健身车锻炼的同时会看到显示终端显示的模拟场景随着健身者蹬踏健身车的速度大小真实地快慢从身边经过。同时在屏幕上会显示出操作者目前的行进速度、里程等数据。使健身者真实的感受到自己行进在不同的路段、路况、场景下。可以使人们真正达到在健身中娱乐，在娱乐中科学健身的目的。
图1是本发明健身车示意图；图2是本发明健身车单元电磁控装置示意图；图3是本发明计算处理单元数据处理的结构图；图4是本发明健身车单元脉冲发生和电磁控装置示意图；图5是本发明健身车与时实场景播放互动的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的一种健身车，是在普通健身车的运动部件增加了脉冲发生和电磁控装置，并增加了数字模拟转换装置和信号收发接口，并与外部显示设备和音箱连接，通过数据计算处理单元，控制时实场景和音乐的播放同时该运动部件接收时实场景程序反馈的阻力信号。
如图4所示，健身车的脉冲发生和电磁控装置包括安装在转轴3处的电磁铁1和连接的可调节电压2。
如图1和图3所示，是本发明健身车由健身车单元、健身车接口单元、数据计算处理接口单元、数据计算处理单元和接收显示单元所组成，其中数据计算处理单元由临时存储器、帧存贮器、非易失性存储器和微处理器组成。其中接收显示单元101，用以显示图象。与数据计算处理单元102相连接，单向接受由数据计算处理单元102处理后的数据。
数据计算处理单元102，用以数据接收、数据发送、数据存储、控制显示和数据计算处理。与接收显示单元101、数据计算处理接口单元103相连接，与数据计算处理接口单元103交互传递数据并单向发送数据给接收显示单元101。
数据计算处理接口单元103，用以数据接收、数据发送。与健身车接口单元104和数据计算处理单元102相连接并与它们进行数据交换。
传输方式106为有线方式或无线方式。
健身车接口单元104，用以数据接收、数据发送。与数据计算处理接口单元103和健身车单元105相连接并与它们进行数据交换。
健身车单元105是普通健身车在脚踏板的转轴处安装有脉冲发生和电磁控装置202，采集脚踏板转轴的转动速度信息和控制转轴转动。还装有数字模拟转换模块203，与健身车接口单元104并与之进行数据交换。
图1中 ——表示数据单向传输。
——表示数据双向传输。
图2是本发明健身车单元电磁控装置示意图。
操作者使用健身车健身时，登动脚蹬使脉冲发生和电磁控装置202产生磁脉冲。登动脚蹬速度的快慢决定脉冲周期的变化。所产生的磁脉冲信号是控制三维场景变化的初始数据。脉冲发生和电磁控装置202也可以通过调节磁力的大小并作用于脚蹬装置的转动环节，使操作者感受到阻力的变化。
I/O板203是数据转换装置，可将模拟信号与数字信号互相转换。在本实施例中脉冲发生和电磁控装置202将脉冲信号发送到I/O板203，I/O板203将脉冲信号转换相应的数字信号。健身车脚蹬装置也可接收到场景程序传来的阻力值。由I/O电路将其转化为模拟信号，控制电磁控装置中的电压变换以改变电磁铁的磁力大小。磁力作用于健身车与脚蹬装置连接的轮盘，阻碍其转动。健身器接口单元104与I/O板203和数据处理计算接口103相连接，负责数据传递。
为最优实现本发明的目的，本发明健身车的数据计算处理单元的具体结构如图3所述图3中虚线所示为数据计算处理单元102，由临时存储器303、帧存贮器305、非易失性存储器304和微处理器302组成。数据计算处理单元102与数据计算处理接口103、接收显示单元连接。
非易失性存储器304中存储着场景影象的三维模型和控制三维模型转化为可视对象的例如C++编程的语言的对象。场景影象显示在接收显示单元101上，三维模型包含大量的图象数据。如场景是一条公路，公路两旁有草原、路标线、标志牌，远方有山脉云彩等远景。那么在三维模型中就会定义场景的框架、路程的长短、各景物的参照位置、移动路径、物体材质、色彩及光线明暗等资料和数据。编程的语言的对象是基于Direct3d、Opengl、Opengvs等显示技术所编写的程序。它通过程序接口与三维模型和Direct3d等底层支持图象显示的程序相连接，并依据外部传来的操作信息和三维模型内设定的图象数据来控制三维模型转化为可视对象；上述的数据处理工作是由微处理器302和临时存储器303完成的。其中302微处理器承担数据处理计算的工作，临时存储器303读取非易失性存储器304中的各种数据并运行。
临时存储器303将三维模型转化成的一系列连续的可视图象复制到305帧存贮器。
帧存贮器305将可视图象输出到接收显示单元101上。
上述数据计算处理接口单元103，微处理器302，临时存储器303，非易失性存储器304，帧存贮器305，可以由微机替代。参见图5，本发明实施例发明健身车与时实场景播放互动的方法的工作流程如下(a)由安装在健身车的脚踏板的转轴处的脉冲发生和电磁控装置202，设置一个基本阻力，该阻力对应于模拟场景的一般路面行使，阻力设为V；(b)对应上述的阻力V，不同路段上程序预先设定不同的阻力值，进入爬坡路段阻力值会加大，大于v而在下坡的路段阻力值会减小，小于v或变为负值。所谓“负值”就是在某种情况下，如较大的下坡路段，操作者不蹬动健身车场景仍会向前推进；(c)操作者操作健身车时，将一定力量施加于健身车使运动装置达到某一速度。此时由脉冲发生和电磁控装置202引发模拟信号(如电压、电流、频率、脉冲)产生，并采集该脚踏板转轴的转动速度的模拟信息；(d)该模拟信号通过I/O板203，将该模拟信号转换为数字信号；(e)该数字信号通过健身车105的接口单元104以无线或有线方式106发送给数据计算处理接口单元103；(f)数据计算处理单元102从数据计算处理接口单元103获取数据信息，与正在运行的场景模拟程序中设定的不同材质地面的阻力和地面坡度的相应系数等路况因素做综合分析处理，然后由场景模拟程序中控制将三维模型转化为一幅幅连续的图象，提供给显示单元101。在处理器的控制下场景模拟程序所生成的图象被临时存储器填充到帧存贮器中，再由帧存贮器输出一幅幅图象数据到显示设备。所形成的场景运动的效果是通过显示一系列位映像产生的模拟动作，它可以形成速度、方向等形式的印象；(g)随着模拟场景的变换，出现不同路段，与之对应的阻力值通过接口单元103、104传递给脉冲发生和电磁控装置202，脉冲发生和电磁控装置202产生相应的阻力，影响脚踏板的转轴的转动。
所述的健身车与时实场景播放互动的方法其中的场景模拟程序包括例如C++编程的语言的对象和用三维技术搭建的三维模型。结合由外部输入的数字信号所生成的指令，在C++编程的语言的对象控制下依据三维模型已设定的场景生成一幅幅连续的图象，输出到显示设备。
所述的健身车与时实场景播放互动的方法其中的路况因素包括程序中设定的不同材质地面的阻力和地面坡度的相应数据等，数据是根据不同的行进场景即时调用的。
下面以操作者变速踏动健身车为例说明如何控制时实场景的播放开始时操作者以一恒定速度踏动健身车。此时脉冲发生和电磁控装置202所产生的脉冲频率为“x1周/秒”，I/O板203所对应产生的数字信号为“y1”。突然操作者加快踏动健身车，脉冲发生装置所产生的脉冲频率为“x2周/秒”，(203)I/O板所对应产生的数字信号由“y1”变为“y2”。“y1”和“y2”两个数据先后连续的通过数据接口传送到如图1(102)数据计算处理单元。
假设三维模型所描述的场景是一条公路长度为“m”，生成的场景是以第一人称视角从A1移动到An。我们将这一路程分为均匀的“n”等份，每一段依次为“A1、A2、A3、A4.......An”。
当操作者以一恒定速度踏动健身车，I/O板输出信号为“y1”时，程序控制三维模型在单位时间内以“A1、A2、A3....An”的序列依次渲染，形成一恒定速度的视觉感受。
操作者加快踏动健身车达到一个更快的速度，本发明采用跳跃式的图像输出方式。具体的讲如果脉冲发生装置产生更快的脉冲频率为“x2周/秒”，I/O板相应的输出信号变为“y2”。这时程序控制三维模型在单位时间内以“A1、A3、A5、A7....An”的序列依次渲染，形成了相对于I/O板输出信号为“y1”时更快速的视觉感受。
形成加速视觉感受的方案也可以采用在单位时间内，增加生成路段的数量。但是此方法会造成一定程度失真的感觉。
操作者减慢踏动健身车达到一个低速时，采用在单位时间内，减少生成路段的数量。
本发明中所称的健身车还包括健身用的其他运动器材，比如跑步车等。跑步车上的脉冲发生和电磁控装置安装在转轴上。
权利要求
1.一种健身车，其特征在于其包含接收显示单元，用以显示图象，与数据计算处理单元相连接，单向接受由数据计算处理单元处理后的数据；数据计算处理单元，用以数据接收、数据发送、数据存储、控制显示和数据计算处理，该数据计算处理单元与数据计算处理接口单元相连接，并交互传递数据；其包括非易失性存储器，存储着场景影象的三维模型和控制三维模型转化为可视对象的程序；微处理器，承担数据处理计算的工作；临时存储器，读取非易失性存储器中的各种数据并运行；帧存贮器将可视图象输出到接收显示单元上；上述微处理器，临时存储器，非易失性存储器和帧存贮器互相连接；数据计算处理接口单元，用以数据接收、数据发送；与健身车接口单元和数据计算处理单元相连接并与它们进行数据交换；与健身车接口单元的连接传输方式为有线方式或无线方式；健身车接口单元，用以数据接收、数据发送；与健身车单元相连接并与它们进行数据交换；健身车单元是普通健身车在脚踏板的转轴处安装有脉冲发生和电磁控装置，采集脚踏板转轴的转动速度信息和控制转轴转动；还包括数字模拟转换模块。
2.根据权利要求1所述的健身车，其特征在于脉冲发生和电磁控装置是由电磁铁和与其连接的可调节电压组成。
3.根据权利要求1所述的健身车，其特征在于所述的健身车还包括跑步车。
4.一种健身车与时实场景播放互动的方法，其特征在于有如下步骤(a)由安装在健身车的脚踏板的转轴处的脉冲发生和电磁控装置，设置一个基本阻力，该阻力对应于模拟场景的一般路面行使，阻力设为V；(b)对应上述的阻力V，不同路段上程序预先设定不同的阻力值，进入爬坡路段阻力值会加大，大于v而在下坡的路段阻力值会减小，小于v或变为负值；(c)当一定力量施加于健身车使运动装置达到某一速度时，由脉冲发生和电磁控装置引发模拟信号产生，并采集该脚踏板转轴的转动速度的模拟信息；(d)该模拟信号通过I/O板，将该模拟信号转换为数字信号；(e)该数字信号通过健身车的接口单元以无线或有线方式发送给数据计算处理接口单元；(f)数据计算处理单元中将场景影象的三维模型和控制三维模型转化为可视对象的程序存入非易失性存储器；临时存储器读取非易失性存储器中的各种数据，和微处理器一起运行，将三维模型转化成的一系列连续的可视图象复制到帧存贮器；帧存贮器将可视图象输出到接收显示单元上；(g)随着模拟场景的变换，出现不同路段，数据计算处理单元分析场景变化与之对应的阻力值，分析数字信号；(h)该数字信号通过接口单元传递给I/O板；(i)I/O板将数字信号变为模拟信号传递给脉冲发生和电磁控装置；(j)脉冲发生和电磁控装置产生相应的阻力，影响脚踏板的转轴的转动；(k)返回步骤(c)，继续采集运动模拟信号，循环上述步骤。
5.根据权利要求4所述的健身车与时实场景播放互动的方法，其特征在于图像输出方式为跳跃式。
全文摘要
本发明提供一种健身车，由接收显示单元，数据计算处理单元，数据计算处理接口单元，健身车接口单元，健身车单元组成。本发明还提供一种健身车与时实场景播放互动的方法，有如下步骤由安装在健身车的脚踏板的转轴处的脉冲发生和电磁控装置，设置一个基本阻力，并采集该脚踏板转轴的转动速度的模拟信息；转换为数字信号后发送给数据计算处理接口单元进行数据计算处理将可视图象输出到接收显示单元上；随着模拟场景的变换，出现不同路段，数据计算处理单元分析场景变化与之对应的阻力值，反馈给脉冲发生和电磁控装置，产生相应的阻力，影响脚踏板的转轴的转动。健身者使用本发明在娱乐中健身，科学健身，达到身心的全方位锻炼。
文档编号G06F19/00GK1485782SQ0214444
公开日2004年3月31日 申请日期2002年9月28日 优先权日2002年9月28日
发明者刘峥, 孟闯, 李明, 刘 峥 申请人:联想(北京)有限公司