本发明涉及虚拟现实领域，具体为一种基于虚拟现实交互的展厅系统及其使用方法。
背景技术：
目前，常见的虚拟现实交互需要手柄配合虚拟现实头盔使用，由头盔获取手柄的位置并在头盔内形成虚拟现实交互手柄的定位映射，头盔直接以获取到的手柄定位及运动姿态控制相应的操作对象，因此现有技术中的虚拟现实交互手柄无法脱离头盔使用，而头盔中显示的内容信息只能由戴头盔的体验者一人看到，使得现有的虚拟现实交互手柄只能适用于单人体验使用，当虚拟现实信息在大空间多人共享体验时，非操作主体的体验者难以观察到操作主体对操作对象的控制路径，导致体验者难以得到直观的体验，且目前的虚拟现实交互手柄大多使用摇杆控制操作对象的方向动作，摇杆操作感欠佳，摇杆易损坏，影响正常的操作。鉴于此，我们提出一种基于虚拟现实交互的展厅系统及其使用方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实交互的展厅系统及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的目前的虚拟现实不能多人共享体验和手柄操作感不好的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于虚拟现实交互的展厅系统，包括手柄和控制终端，所述控制终端电性连接有显示装置，所述手柄包括壳体，所述壳体外表呈流线型圆弧状，呈所述壳体表面设置有电源键，所述电源键上方设置有返回键，所述返回键上方设置有可点击式触摸板，所述可点击式触摸板下方设置有扳机键，所述壳体侧壁设置有音量键，所述壳体内部设置有电池仓，所述壳体表面靠近下端处的位置设有状态指示灯。
优选的，所述手柄内部包括操作信号发射件、标记信号发射件和无线网络模块；
所述操作信号发射件用于发射件向操作对象发射操作信号；
所述标记信号发射件用于向外部显示装置发射定位标记光点；
所述无线网络模块用于数据交互。
优选的，所述显示装置内部安装有智能系统，所述智能系统包括传感器模块、按键模块、单片机模块、vr模型、显示模块和电源模块，
所述传感器模块用于实时监测和采集信号数据；
所述按键模块用于操作控制数据画面；
所述单片机模块用于处理分析采集的信号数据；
所述vr模型用于显示模块显示数据画面；
所述电源模块用于为电路供电，确保电路正常运行。
优选的，所述传感器模块包括可见性传感器、平面传感器、球面传感器、临近传感器、接触传感器和时间传感器。
优选的，所述vr模型包括2d绘图、3d模型、纹理贴图、数据模型和信息采集模块。
优选的，所述可点击式触摸板用于控制操作对象的方向动作，所述可点击式触摸板包括两层表膜，两层表膜之间设置有两层ito膜，两层所述ito膜之间设置有连接块和垫片。
优选的，所述手柄通过无线网络模块与所述控制终端实现数据交互。
另一方面，本发明还提供一种基于虚拟现实交互的展厅系统的使用方法，包括所述的基于虚拟现实交互的展厅系统，使用方法如下：
s1、操作：将3d模型传送到所述显示装置，打开所述显示装置，手握住所述手柄，按动所述手柄上的所述电源键，所述手柄的标记信号发射件发射出定位标记光点，所述显示装置内的智能系统捕捉所述手柄发出的定位标记光点以确定所述手柄的位置，操作者可操作所述可点击式触摸板，并以拇指放在所述可点击式触摸板的表膜上按压，使ito膜底部接触垫片上下电极导通，带动展厅原地旋转，按下所述音量键，操作信号发射件将信号传输到所述控制终端在所述显示装置上调节音量，按下所述返回键，操作信号发射件将信号传输到所述控制终端在所述显示装置上表现为虚拟世界的操作主体发出示意射线，返回初始界面；
s2、信号处理：通过传感器模块用于实时监测和采集信号数据，通过按键模块用于操作控制数据画面，通过单片机模块用于处理分析采集的信号数据，通过vr模型用于显示模块显示数据画面，通过电源模块用于为电路供电，确保电路正常运行；
s3、数据交互：标记信号发射件向所述显示装置发射出定位标记光点，标记信号发射件的运动传感器获取到虚拟现实交互手柄的运动姿态后以无线网络模块发送至所述控制终端，所述控制终端将运动姿态与标记光点结合定位虚拟现实交互手柄，操作信号发射件发出的操作信号在所述显示装置上表现为虚拟世界的操作主体发出示意射线，标记信号发射件向所述显示装置发射出定位标记光点指向门,可以切换到展馆外的地方，定位标记光点出现在场景中的箭头上的时候,按下所述手柄上的所述扳机键,可以进行场景跳转的交互。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该基于虚拟现实交互的展厅系统及其使用方法，通过设置壳点击式触摸板，拇指放在所述可点击式触摸板的表膜上按压，使ito膜底部接触垫片上下电极导通，带动展厅原地旋转，操作简单，避免使用摇杆操作不便。
2、该基于虚拟现实交互的展厅系统及其使用方法，通过传感器模块用于实时监测和采集信号数据，通过按键模块用于操作控制数据画面，通过单片机模块用于处理分析采集的信号数据，通过vr模型用于显示模块显示数据画面，通过电源模块用于为电路供电，确保电路正常运行。
3、该基于虚拟现实交互的展厅系统及其使用方法，通过设置手柄，标记信号发射件向所述显示装置发射出定位标记光点，标记信号发射件的运动传感器获取到虚拟现实交互手柄的运动姿态后以无线网络模块发送至所述控制终端，所述控制终端将运动姿态与标记光点结合定位虚拟现实交互手柄，操作信号发射件发出的操作信号在所述显示装置上表现为虚拟世界的操作主体发出示意射线，可以多人共享观看。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的手柄结构正面示意图；
图3为本发明的手柄结构侧面示意图；
图4为本发明的控制终端结构示意图；
图5为本发明的手柄模块示意图；
图6为本发明的智能系统工作框图；
图7为本发明的vr模型工作框图；
图8为本发明的传感器模块工作框图；
图9为本发明的运动轨迹示意图；
图10为本发明的工作原理图；
图11为本发明的操作发射器电路图；
图12为本发明的标记信号发射件电路图；
图13为本发明的无线接收件电路图；
图14为本发明的运动传感器电路图；
图15为本发明的可点击式触摸板结构剖视图；
图16为本发明的可点击式触摸板电路图。
图中：1、手柄；11、壳体；12、电源键；13、返回键；14、可点击式触摸板；141、上表膜；142、ito膜；143、连接块；144、垫片；15、状态指示灯；16、扳机键；17、音量键；18、电池仓；2、控制终端；21、显示装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一方面，本发明提供一种基于虚拟现实交互的展厅系统，如图1-图4所示，包括基于虚拟现实交互的展厅系统，包括手柄1和控制终端2，控制终端2电性连接有显示装置21，手柄1包括壳体11，壳体11外表呈流线型圆弧状，呈壳体11表面设置有电源键12，电源键12上方设置有返回键13，返回键13上方设置有可点击式触摸板14，可点击式触摸板14下方设置有扳机键16，壳体11侧壁设置有音量键17，壳体11内部设置有电池仓8，壳体11表面靠近下端处的位置设有状态指示灯15。
进一步的，状态指示灯15与手柄1内部的主控板电性连接，状态显示灯15用于显示虚拟现实交互手柄的电池电量状态、操作状态及连接状态。
本实施例中，由显示装置21为一种tf82-tk800型号的投影仪，其配套电源和控制开关也可由厂家提供，除此之外，本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进，把展厅全景投影到墙面上
进一步的，控制终端2基于型号为at89c51单片机设计，采用单片机最小系统作为信号的处理电路，来自取样和整形输出电路的脉冲电平输入单片机at89c51的/into脚，控制终端2将运动姿态与标记光点结合定位手柄1，操作主体发出的示意射线。
实施例2
作为本发明的第二种实施例，为了便于多人共享虚拟现实，本发明人员设置手柄1，作为一种优选实施例，如图5-图14所示，手柄1内部包括操作信号发射件、标记信号发射件和无线网络模块；
操作信号发射件用于发射件向操作对象发射操作信号；
标记信号发射件用于向外部显示装置发射定位标记光点；
无线网络模块用于数据交互。
本实施例中，操作信号发射件采用遥控载波的频率为38khz(占空比为1:3)，当某个按键按下时，系统首先发射一个完整的全码，然后经延时再发射一系列简码，直到按键松开即停止发射，简码重复延时108ms,每两个引导脉冲上升沿之间的间隔都是108ms，其中，引导高电平4.5ms，低电平4.5ms，系统码8位，数据码8位，共32位，数据0用高电平0.5625ms+低电平0.5625ms表示，数据1用高电平0.5625ms+低电平1.6875ms表示，一个简码引导码+系统码位0的反码+结束位(05625ms)高电平，各部分码的作用，引导码用来通知接收器其后为遥控数据，系统码用来区分是哪一机型的数据，接收端
依此来判断后续的数据是否为须执行的指令，数据码用来区分是哪一个键被按下，接收端根据数据码做出应该执行什么动作的判断，简码是在持续按键时发送的码，它告知接收端,某键是在被连续地按着，遥控数据传输系统的关键是数据传输的可靠性，为了提高编码的可靠性，系统码、数据码后分别接着传送一个同样的码或者反码，供误码校验用。
进一步的，显示装置21内部安装有智能系统，智能系统包括传感器模块、按键模块、单片机模块、vr模型、显示模块和电源模块，
传感器模块用于实时监测和采集信号数据；
按键模块用于操作控制数据画面；
单片机模块用于处理分析采集的信号数据；
vr模型用于显示模块显示数据画面；
电源模块用于为电路供电，确保电路正常运行。
传感器模块包括可见性传感器、平面传感器、球面传感器、临近传感器、接触传感器和时间传感器，vr模型包括2d绘图、3d模型、纹理贴图、数据模型和信息采集模块。
数据转换流程如图1所示，其中2d绘图采用gis的分层原理对虚拟环境进行建筑分类，在添加高程数据后自动生成3d模型,并可添加传感器，类型主要有接触传感器、平面传感器、球面传感器、邻近传感器、可见性传感器和时间传感器等，这些传感器为虚拟环境交互模型提供了人机交互接口。
所有图层的空间信息和属性信息都保存在shapefile文件中，shapefile是一种矢量存储结构，用来存储点、线、面的空间信息和属性信息，shapefile表中每一行记录中的shape项表示图元的空间数据，比如点、折线、多边形等，以长二进制数据来存储，其余各项表示图元的属性信息。
建筑的纹理贴图采用薄长方体表面贴图，将薄长方体紧贴到建筑的某一表面上，这种薄长方体又称为贴图载体，在vrml中默认生成box长方体的中心位于原点处，令贴图载体超薄的那个面位于yz平面，并将中心点移到原点正上方距离原点为贴图载体高度的一半，是建筑的正投影，其中一条边与y轴的夹角是α角，白色的贴图载体绕z轴顺时针转α角，然后将贴图载体移动到建筑对应的那条边上，使得贴图载体与建筑正投影边所对应的墙面在z轴方向上的中心线重合,并根据建筑距离地面的高度以及贴图载体在墙面的相对位置，将贴图载体移动到正确位置。
贴图旋转角度α角按如下方法求得：
已知建筑-墙面底部两端点坐标为pl(x,y),p2(x,y)。
如果pl.y＝p2.y，则α＝0
如果pl.x＝p2.x，则α＝π/2
否则，
如果(p2.y-p1.y/p2.x-p1.x)＞0
则α＝θ否则α＝π-θ
vtn模型是一种人机交互过程的一种运动模型，主要用于解决在虚拟现实中的匀速运动问题。
从起点pl导航到p4，理想情况下是保持匀速前进，但实际上，在vrml虚拟现实中，速度是以每间隔时间前进的步长作为度量单位，若保持匀速，每秒前进的步长l是个固定值，从p1运行到接近拐点p2时，下一秒前进步长l可能将偏离轨道，需要在p2点停止前进，并将视角旋转到p2指向p3的方向，然后再前进，由于在p2点拐弯，最后一次没有前进步长l，直接停在p2位置上，在视觉感官上，将造成速度的突变，影响虚拟现实中运动的逼真性。这就是线性速
度突变(linearpacemutation,lpm)问题。
在vrtool中设计的视角跟踪导航模型能够避免lpm情况的发生，算法如下：
已知一条导航线路，从起点p1，沿着p2，p3到终点p4，前进时间为t(不包括在拐点旋转时间)。
三维中人物沿导航线路前进必须保证视线和导航线路一致，在运动中必须调整视线方向，因此，导航过程可以拆分为两部分运动前进和在转弯处原地旋转以保证视线与导航线路一致。
s12，s23，s34分别为p1和p2，p2和p3，p3和p4的距离：
平均每秒步长v＝s12+s23+s34t
为消除在拐点附近速度骤变，引入修正每秒步长的偏差
变量δv，
t12＝s12/v
(v+δv12)*[t12]＝s12
同理可求得在p2到p3，p3到p4线段的速度偏差分别为：
δv23和δv34
令p1到p2的运动步数为n12，
t12-[t12]≥0.5，则n12＝[t12]+1，否则n12＝[t12]
同理可得n23和n34。
求视角旋转角度，在基于vrml虚拟现实中,视点包括2个参数position[3]和orientation[4]数组,数组position[3]存储视点位置的三维坐标，数组orientation[4]的前3个元素是视线的旋转轴，最后一个元素是视线的旋转角度，虚拟现实中漫游式视线旋转角度的一个重要特性是当前视点的视线角度是和上一次视线角度相关联的，每一条线段的视线角度θ定义为以线段起点为原点并沿x轴正方向与线段的夹角，视线角度θ也可作为每一个节点的属性，最后一个节点的θ值默认为和前一个节点的θ一样。
若p2y＝p1y，且p2χ＜p1χ，则θ12＝π
若p2χ≥p1χ，则θ12＝θ
若p2χ＜p1χ，则
同理可得θ23和θ34
定义函数f(v，δv，n，θ1，θ2，m)，v为单位步长，δv为步长偏差变量，n为步数，θ1为起始点的视线角度，θ2为终点的视线角度，m为旋转频数。
循环n次：
人物position[0]+＝v+δv
人物position[2]+＝v+δv
若循环结束，则：
循环m次，
人物orientation[3]+＝(θ2-θ1)/m
具体的，标记信号发射件包括运动传感器，运动传感器获取虚拟现实交互手柄的运动姿态，运动传感器为九轴运动传感器如图10，九轴运动传感器包括三轴角速度计、三轴加速度计的和三轴磁力计并集成为一个运动传感芯片，运动传感器作为一个整体，其空间坐标系比三种传感器分散安装具备更高的重合度，能够精确捕捉到虚拟现实交互手柄的运动姿态。
进一步的，操作信号发射采用市面上技术成熟pt2262编码遥控器,此种遥控器为12位三态，编码芯片pt2262及无线载频集成可以组合提供531441个不同的地址码。电磁转换，效率高、发射功率大、功耗低，采用声表器件(saw)稳频，6.5g超高频三极管。
值得说明的，无线网络模块的信号接收采用nfr24l01专用集成芯片，和单片机实现传输数据，传输距离能够到达60m左右，nfr24l01是专用的无线通信模块,nrf24l01芯片工作于2.4gh全球，开放ism，传输速率为2mbps，能够实现语音，数据的传输，通过单片机能与计算机接口实现通信，并且其体积小，能够做成很小的rf模块，能够及时方便的建立起无线通讯系统。
实施例3
作为本发明的第三种实施例，为了便于操作方便，本发明人员设置可点击触摸板14，作为一种优选实施例，如图15和图16所示，可点击式触摸板14用于控制操作对象的方向动作，可点击式触摸板14包括两层表膜141，两层表膜141之间设置有两层ito膜142，两层ito膜142之间设置有连接块143和垫片144。
手柄1通过无线网络模块与控制终端2实现数据交互
本实施例中，操作者可操作可点击式触摸板14，并以拇指放在可点击式触摸板14的表膜141上按压，使ito膜142底部接触垫片144上下电极导通，带动展厅原地旋转。
值得说明的，可点击式触摸板14采用电阻式触控面板，主要由上下两组ito导电层叠合而成，使用时利用压力使上下电极导通，经由控制器测知面板电压变化而计算出接触点位置进行输入，四线电阻式其多元脂表面的传导层及玻璃底层的感应器被许多微小的spacer分隔，在it0glass、itofilm以x、y轴布线，外界对，上布施以一均勻电压至表层，再由表层压下接触到底层，使_上下电流接流产生电位差控制器从四边读出相对的电压及计算出触控相对位置与坐标的位置与轨迹。
另一方面，本发明还提供一种基于虚拟现实交互的展厅系统的使用方法，使用方法如下：
s1、操作：将3d模型传送到显示装置21，打开显示装置21，手握住手柄1，按动手柄1上的电源键12，手柄1的标记信号发射件发射出定位标记光点，显示装置21内的智能系统捕捉手柄1发出的定位标记光点以确定手柄1的位置，操作者可操作可点击式触摸板14，并以拇指放在可点击式触摸板14的表膜141上按压，使ito膜142底部接触垫片144上下电极导通，带动展厅原地旋转，按下音量键17，操作信号发射件将信号传输到控制终端2在显示装置21上调节音量，按下返回键13，操作信号发射件将信号传输到控制终端2在显示装置21上表现为虚拟世界的操作主体发出示意射线，返回初始界面；
s2、信号处理：通过传感器模块用于实时监测和采集信号数据，通过按键模块用于操作控制数据画面，通过单片机模块用于处理分析采集的信号数据，通过vr模型用于显示模块显示数据画面，通过电源模块用于为电路供电，确保电路正常运行；
s3、数据交互：标记信号发射件向显示装置21发射出定位标记光点，标记信号发射件的运动传感器获取到虚拟现实交互手柄的运动姿态后以无线网络模块发送至控制终端2，控制终端2将运动姿态与标记光点结合定位虚拟现实交互手柄，操作信号发射件发出的操作信号在显示装置21上表现为虚拟世界的操作主体发出示意射线，标记信号发射件向显示装置21发射出定位标记光点指向门,可以切换到展馆外的地方，定位标记光点出现在场景中的箭头上的时候,按下手柄1上的扳机键16,可以进行场景跳转的交互
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。