环境效果模拟系统和方法与流程

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别是涉及一种环境效果模拟系统和方法。

背景技术：

在电影或游戏中，为了提高用户体验，经常采用一些环境特效，例如在用户的座椅上安装喷水口和喷气口，以模拟自然环境中的下雨、刮风等效果。然而随着用户要求的提交，越来越多的用户希望自己不再被禁锢在座椅上，而是向往更大的活动空间。在这种情况下，如何实现环境效果的模拟成为需要考虑的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种环境效果模拟系统和方法，能够使用户具有较大的活动空间并能体验到虚拟现实场景中的环境特效。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种环境效果模拟系统。

本发明的环境效果模拟系统，设置在长方体形状的房间内，该系统包括环境特效系统、位置检测系统、计算显示系统，其中：所述环境特效系统中包含控制器和多个喷水口和喷气口，所述喷水口以矩阵形式布置在所述房间的天花板上，所述喷气口以矩阵的形式布置在所述房间的天花板上，并且间隔地布置在所述房间的地板四周；所述控制器与所述计算显示系统连接，用于根据所述计算显示系统发来的特效指令来控制该特效指令所指定的喷水口和/或喷气口的动作；所述位置检测系统与所述计算显示系统连接，用于得出所述房间里用户的位置检测信息然后将用户位置检测信息发送给所述计算显示系统；所述计算显示系统中包含计算处理装置和穿戴式显示设备；所述计算处理装置用于根据所述用户的位置和预先设置的环境效果控制策略向所述控制器发送所述特效指令；该穿戴式显示设备用于显示具有所述环境效果的虚拟现实视场。

可选地，所述位置检测系统中包含两个以上红外摄像头，在所述房间的屋顶的一条对角线的两端各设置有一个所述红外摄像头；所述红外摄像头用于采集所述房间的场景图像以及将该场景图像发送给所述计算显示系统；所述计算显示系统还用于根据所述场景图像确定所述房间里用户的位置。

可选地，所述位置检测系统中包含两个以上激光扫描装置，以及一个激光反射装置，在所述房间的屋顶的一条对角线的两端各设置有一个所述激光扫描装置，在所述显示装置外表面设置有所述激光反射装置；所述计算显示系统还用于根据所述激光扫描装置提供的所述激光反射装置的坐标确定所述房间里用户的位置。

可选地，所述环境特效系统中还包含加热装置，用于对所述喷水口和喷气口内的介质进行加热。

可选地，所述房间内的地面上设置有跑步装置。

可选地，所述跑步装置包括支架和多个滚轴，所述多个滚轴平行紧密地安装在所述支架上。

可选地，所述跑步装置包括皮带轮系统，该皮带轮系统中设置有测速传感器，与所述计算显示系统连接，用于将所述皮带轮系统中的皮带的线速度信息发送给所述计算显示系统。

根据本发明的另一方面，提供了一种环境效果模拟方法。

本发明的环境效果模拟方法，应用于本发明的环境效果模拟系统，该方法包括：所述计算显示系统根据所述位置检测系统提供的用户位置检测信息确定用户在房间内的位置，然后根据用户在房间内的位置实时确定用户在虚拟现实场景中的位置；所述计算显示系统根据预先设置的触发事件与虚拟现实场景中的位置之间的对应关系，判断所述用户在虚拟现实场景中的位置是否需要触发事件，若需要触发，则向所述环境特效系统发送控制信号，从而使所述房间内靠近所述用户的环境特效设备执行触发事件。

可选地，还包括：所述计算显示系统接收所述用户的场景切换指令，然后根据该场景切换指令所指定的切换距离，将虚拟现实场景中用户的位置从当前位置向前移动该切换距离，所述穿戴式显示设备显示虚拟现实场景中用户的位置进行该移动之后的场景。

可选地，还包括：计算显示系统根据用户在房间内的位置和跑步装置在房间内的位置，在虚拟现实场景中标示一个区域，使用户在虚拟现实场景中进入该区域后，在房间内即踏上跑步装置；当用户在跑步装置上跑步时，计算显示系统根据用户实际速度和设定的速度比率得出用户在虚拟现实场景中的速度，再按得出的该速度进行虚拟现实场景的显示。

可选地，在所述穿戴式显示设备播放影片的情况下，在播放到在影片中预先设置的交互时间区间时，若收到由用户操作所述穿戴式显示设备而发出的交互指令，则进入交互模式，在该交互模式下，所述计算显示系统根据用户的位置变化来改变所述穿戴式显示设备呈现的影片场景虚拟现实视场，以及根据该影片场景虚拟现实视场的环境来触发所述环境特效系统。

根据本发明的技术方案，采用房间作为提供特效的主体，在其中布置环境特效系统，用户可以房间内自由活动，从而扩大了用户的活动范围。通过在房间中设置跑步装置，可以使用户感受到更大的移动范围。本技术方案不仅可以应用于游戏，还可以在影片中设置交互时间区间，使用户能在虚拟现实场景中在影片的情境中发生运动，提高了用户体验。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明实施方式的环境效果模拟系统的主要组成部分的示意图；

图2是根据本发明实施方式的环境效果模拟方法的主要步骤的示意图。

具体实施方式

本发明实施方式中，采用可穿戴式显示设备来显示虚拟现实视场，并允许用户在一个特制的房间内自由活动，从而使用户有更大的活动空间并身处虚拟现实中。图1是根据本发明实施方式的环境效果模拟系统的主要组成部分的示意图。如图1所示，本发明实施方式的环境效果模拟系统设置在长方体形状的房间1内，该系统包括环境特效系统、位置检测系统、计算显示系统。

环境特效系统中包含控制器和多个喷水口和喷气口，以及气泵和连接气泵与各喷水口、喷气口的管道。图1中示意性地示出了一些喷水口和喷气口，而控制器和气泵、管道等可以设置在地下，或者设置在地上并由墙壁隔开，图中未示出，另外为了示意清晰，图中省略了与喷水口以及喷气口连接的管道。图1中的小正方形表示喷气口，例如喷气口31；喷气口以矩阵的形式布置在房间1的天花板上，并且间隔地布置在房间1的地板四周。图1中小圆圈表示喷水口，例如喷水口41。喷水口以矩阵形式布置在房间1的天花板上。

计算显示系统中包含计算处理装置和穿戴式显示设备。计算处理装置可采用个人计算机，例如图1中示出的计算机51。穿戴式显示设备由用户戴在头上，并与计算处理装置以无线的方式连接。如图中用户6戴有穿戴式显示设备52(常见的有vr头盔或vr眼镜)。计算处理装置51用于根据用户6的位置和预先设置的环境效果控制策略向控制器发送特效指令；该穿戴式显示设备用于显示具有上述环境效果的虚拟现实视场。具体的控制方式在下文中进一步说明。

上述的环境特效系统中的控制器与计算显示系统中的计算机51连接，用于根据计算显示系统发来的特效指令来控制该特效指令所指定的喷水口和/或喷气口的动作。这里的控制器可以采用现有的各种工业控制器件来实现。

上述的位置检测系统与计算显示系统连接，用于得出房间1里用户的位置检测信息然后将用户位置检测信息发送给计算显示系统。位置检测系统可以是包含有红外摄像头或者激光扫描及反射装置。如采用红外摄像头，则其拍摄的场景图像会作为用户位置检测信息发送给计算机51，后者进行图像分析后确定用户位置。如采用激光扫描及反射装置，则需在用户身上安装多个激光反射点，并且激光扫描装置将扫描到的激光反射点的坐标发送给计算机51，该坐标是以激光扫描装置为原点的极坐标系中的坐标，计算机51收到之后换算为直角坐标系中的直角坐标。在该直角坐标系中，房间内的各个喷水口或者喷气口也具有坐标，从而可以确定距离用户比较近的是哪个喷水口或者喷气口。

上述的红外摄像头或者激光扫描装置需要至少布置2个，例如图1中，可以是两个红外摄像头21、22；也可以是两个激光扫描装置21、22。可以设置更多的红外摄像头或者激光扫描装置，在这种情况下计算机51可以得到多个用户位置检测信息，并相应得到多个用户位置，取其平均值即可。

为使用户有比较好的感受，可以在环境特效系统中设置加热装置，例如是裹在喷水口或喷气口的管道上的电热装置，对喷水口和喷气口内的介质(通常即为水或空气)进行加热。

为使用户感受到更大的移动范围，可以在房间内设置跑步装置，例如平行的多个滚轴，紧密地安装在支架上，支架上另设扶手。也可以是类似于跑步机式的皮带轮系统，并添加测速传感器，将速度信息发送给计算机51。计算显示系统可以在皮带轮系统中的皮带的线速度大于零的情况下，根据预设的比例和皮带的线速度调整用户在虚拟现实场景中的前进速度。该比例可以是1:1.5，即用户实际速度是10km/h，其在虚拟现实场景中的速度为15km/h。也可以是其他比例，但需注意不能设置得过大，否则虚拟现实场景的视场变化会使用户感到眩晕。

本发明实施方式中，由计算显示系统来控制环境效果的模拟。图2是根据本发明实施方式的环境效果模拟方法的主要步骤的示意图。在用户进行游戏时，可以采用下述的步骤。

步骤s21：计算显示系统接收位置检测系统提供的用户位置检测信息。如上文所述，用户位置检测信息红外摄像头提供的场景图像，或者是激光扫描装置提供的坐标。

步骤s22：计算显示系统根据用户在房间内的位置实时确定用户在虚拟现实场景中的位置。在本步骤中，计算显示系统根据初始化的信息进行确定，例如初始化之后视场内确定了坐标原点，对应于上述房间的一个角，然后在视场内和房间内分别建立直角坐标系，这两个坐标系中的坐标一一对应。这样就可以直接根据用户在房间内的坐标确定其在虚拟现实场景中的坐标。

步骤s23：计算显示系统根据预先设置的触发事件与虚拟现实场景中的位置之间的对应关系，判断用户在虚拟现实场景中的位置是否需要触发事件。上述的对应关系，例如，在虚拟现实场景中有一处喷泉，该喷泉周边的几处预先设定的位置即对应喷水事件。喷水事件是触发事件的一种。另外也可以是一片区域，例如在虚拟场景中，从室内走到刮风的室外，这样就有一片区域需要触发喷气事件。

本步骤中的判断结果若为“是”，则进入步骤s24；否则返回步骤s21。

步骤s24：计算显示系统向环境特效系统发送控制信号。环境特效系统在收到该控制信号之后，即操纵环境特效设备执行步骤s23中的触发事件。

在有些游戏中，可能涉及到比较广阔的虚拟现实场景，而用户实际身处于面积有限的房间中，如果要感受到大范围的运动，房间本身难以提供用户的活动空间。在这种情况下，本发明实施方式中，采用两种方式使用户感受到大范围的身体位移。

一种方式是进行场景切换。例如用户在虚拟现实场景中，需要从一棵树下跑到几百米之外的另一棵树下，此时用户可以通过操作穿戴式显示设备或者手中的游戏手柄向计算显示系统发出场景切换指令，该场景切换指令中包含默认的切换距离或用户在操作时指定的切换距离，计算显示系统将虚拟现实场景中用户的位置从当前位置向前移动该切换距离，相应地，穿戴式显示设备显示虚拟现实场景中用户的位置进行该移动之后的场景。

另一种方式是利用上文中提及的跑步装置。用户需要在虚拟现实场景中做大范围运动时，计算显示系统根据用户在房间内的位置和跑步装置在房间内的位置，在虚拟现实场景中标示一个区域，使用户在虚拟现实场景中进入该区域后，在房间内即踏上跑步装置。然后当用户在跑步装置上跑步时，计算显示系统根据用户实际速度和设定的速度比率得出用户在虚拟现实场景中的速度，再按得出的该速度进行虚拟现实场景的显示。

本发明实施方式中的环境效果模拟系统除了应用于游戏，还可以应用于影片播放。在影片中预先设置一个或几个交互时间区间，当播放到在影片中预先设置的交互时间区间时，用户可以选择是否进入交互模式。在交互模式下，用户可以在房间内走动，此时计算显示系统根据用户的位置变化来改变所述穿戴式显示设备呈现的影片场景虚拟现实视场。例如，影片中的人物身处于掩体后面，用户可以通过自身的运动，能够从掩体内外各角度观察该掩体的状态。另可根据用户的位置触发环境特效系统。例如在虚拟现实视场中，用户从掩体内走到掩体外，并且影片是下雨的场景，那么此时可以触发喷水事件。

根据本发明实施方式的技术方案，采用房间作为提供特效的主体，在其中布置环境特效系统，用户可以房间内自由活动，从而扩大了用户的活动范围。通过在房间中设置跑步装置，可以使用户感受到更大的移动范围。本技术方案不仅可以应用于游戏，还可以在影片中设置交互时间区间，使用户能在虚拟现实场景中在影片的情境中发生运动，提高了用户体验。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。