一种沉浸式模拟飞行观光系统的制作方法

1.本发明涉及旋翼无人机、3d摄像机、vr头显、5g通讯和体验装置，构建一种沉浸式模拟飞行观光系统，应用于旅游行业。


背景技术：

2.当前，旅游业是当今快速发展的行业，但地势险要或位置偏僻的观光区的安全性和地理局限性需要通过新技术来解决。将5g技术、无人机技术、3d技术、vr技术等新技术与旅游业结合，可以使游客视觉到达从前常人无法到达的观光位置和角度，身临其境地欣赏从前无法看到的景色。
3.基于上述原因，本发明集成旋翼无人机、3d摄像机、vr头显、体验装置，通过5g通讯和vr头显将游客的视野延伸到任意观光区的旋翼无人机的3d摄像机的视野，无人机通过5g网络与体验装置的拟飞设备同步响应游客飞行动作生成的信号，使游客身体姿态与无人机姿态保持一致，构造一种沉浸式飞行观光系统。
4.沉浸式模拟飞行观光系统所涉及的设备和装置都是已有成熟技术和常规机电设备，没有技术实现障碍。


技术实现要素：

5.本发明构造了一种沉浸式模拟飞行观光系统，本发明是已有成熟技术和常规设备的集成，通过创新的系统设计获得经济、安全、全新的沉浸式观光体验。
6.系统构成如下：
7.(1)3d景像获取部分：景象获取部分包括旋翼无人机、3d摄像机及其云台，无人机挂载3d摄像机及云台飞行。3d摄像机获取3d景像数据，实时回传到无人机控制站。摄像机云台通过无人机控制站和5g通讯网络接收游客头部转动信号，完成转向动作。无人机通过无人机控制站和5g通讯网络接收游客模拟飞行信号，完成飞行动作响应。
8.(2)无人机控制站：无人机控制站具有数据处理和转发功能。控制站将3d景象数据上传到5g通讯网络，转发到游客体验装置的vr头显并复现3d景像；控制站接收摄像机云台姿态反馈信号和无人机姿态及位置反馈信号，处理通过5g通讯网络传送来的游客模拟飞行信号和头部转动信号，向无人机和云台发送控制指令，完成摄像机云台控制和无人机飞行控制。
9.(3)5g通讯网络：利用公用5g通讯网络实时传送信号与影像数据。
10.(4)体验装置：体验装置由外到内分别为支撑框架、拟飞设备、人体固定设备、飞行动作传感器、头部转动传感器、观光vr头显。支撑框架是体验装置的基本支撑架构，为常见钢架结构。拟飞设备是两个转动环，外环安装在支撑框架上，可以绕水平轴转动，由安装在支撑框架上的伺服电机驱动。内环安装在外环上，可以绕外环转动轴的垂直方向转动，由安装在外环上的伺服电机驱动。人体固定设备安装在内环上，实现人体支撑和固定。飞行动作传感器是一对模拟翅膀和关联传感器，安装在人体固定设备上。头部转动传感器和vr头显
连接到人体固定设备，但不固定。游客模仿飞行时关联传感器产生信号并发送到体验装置控制站。拟飞设备根据模仿飞行动作信号带动游客万向旋转，使游客产生沉浸式的感受。同时，模仿飞行动作信号通过5g通讯发送到观光区无人机，控制无人机实现姿态同步。头部动作信号生成部分是方向传感器，代表视觉方向，信号发送至体验装置控制站，并通过5g通讯网络传送到3d摄像机云台，控制云台实现相应转动。体验装置的vr头显单向接收通过5g通讯传送来的3d摄像机的3d影象实时数据，并复现为3d景象。
11.(5)体验装置控制站：具有数据转发和控制两部分功能。体验装置控制站接收头部转动信号，经过5g通讯转发到远方3d摄像机云台。体验装置控制站接收模拟飞行信号，一路信号经过5g通讯转发到远方无人机，完成游客飞行动作响应；同时，另一路信号经过控制器处理，驱动拟飞设备伺服电机，带动游客实现模拟飞行。
12.系统工作原理如下：
13.以一个沉浸式模拟飞行观光系统的工作流程为例说明系统工作原理如下：
14.(1)观光区无人机挂载的3d摄像机的影像数据通过观光区无人机控制站、5g通讯网、体验装置控制站，传送到游客体验装置的vr头显并复现3g景象，使游客看到观光区的实时3d景象。
15.(2)游客操控翅膀模仿飞行，飞行动作传感器生成模拟飞行信号，并传送到体验装置控制站。一路模拟飞行信号通过5g通讯网络传送到观光区无人机控制站，由观光区无人机控制站完成对无人机的姿态和飞行控制；另一路模拟飞行信号由体验装置控制站处理并驱动拟飞设备完成飞行动作信号的响应，使拟飞设备带动的游客身体姿态与观光区无人机飞行姿态同步变化并保持一致，使游客获得沉浸式感受。
16.(3)游客头部转动，关联传感器生成转动信号，即视觉方向信号，发送到体验装置控制站。视觉方向信号通过5g通讯网络传送到观光区无人机控制站，并由无人机控制站向3d摄像机云台发送控制指令，完成云台转动控制。这样就实现了3d摄像机云台对游客头部转动的实时响应，使3d摄像机方向与游客视觉方向保持一致。
17.(4)无人机响应游客飞行动作信号，按指令飞行。机载3d摄像机获取的3d影像随无人机飞行和云台转动而实时变化，3d影像数据实时传送到游客的vr头显并实时复现3d影像。
18.(5)通过人体姿态和无人机姿态对游客模拟飞行信号的实时同步响应并保持姿态一致，通过随着模拟飞行而实时变化的3d视野，使游客得到沉浸式的飞行观光体验。
附图说明
19.图1是本发明的总体结构与原理图。
20.图2是本发明的无人机与控制站系统示意图。
21.图3是本发明的体验装置与控制站系统示意图。
22.图4是本发明的沉浸式模拟飞行观光系统实现过程示意图。
具体实施方式
23.本发明使用3d摄像机、旋翼无人机、由常规机电设备和常规传感器构成的体验装置、vr头显、5g通讯等已有技术和设备进行创新性的系统设计与集成，构造一种沉浸式的模
拟飞行观光系统。如图1。
24.观光区3d景象获取和传送由旋翼无人机、摄像机云台、3d摄像机、无人机控制站完成。无人机控制站与三种设备通过无线通讯完成数据和指令传送。摄像机云台由旋翼无人机挂载，3d摄像机安装在云台上。无人机通过无线通讯获取无人机控制站的飞行指令，暨通过5g通讯网络传送来的游客飞行动作信号，并执行飞行指令，同时无人机的飞行位置和姿态信号通过无线通讯回传无人机控制站。摄像机云台通过无线通讯获取无人机控制站的转动指令，暨通过5g通讯网传送来的游客头部转动信号，并完成转动动作，同时云台的姿态信号通过无线通讯回传无人机控制站。3d摄像机的影像数据通过无人机控制站和5g通讯网络传送到游客vr头显，vr头显实时处理3d影像数据并将3d影像实时呈现给游客。如图2。
25.游客获得沉浸式飞行观光体验由游客控制站和体验装置完成。游客被安全固定在人体固定设备上，随拟飞设备万向转动。模拟翅膀的摆动由游客双臂操控并产生飞行动作信号。vr头显和转动传感器佩戴在游客头部，接收3d影像的同时也产生头部转动信号。体验装置既是游客飞行动作信号和头部转动信号的产生装置，也是飞行动作信号的响应装置。飞行动作响应由两个实现万向转动的支撑圆环暨拟飞设备实现，拟飞设备与无人机对游客飞行动作信号同步响应，游客身体姿态与无人机姿态同步变化且保持一致。头部转动信号则是单向传送给3d摄像机云台，使其随游客头部同步转动，使3d视觉方向与游客视觉方向保持一致。如图3。
26.沉浸式模拟飞行观光系统的实现过程如下：
27.(1)游客进入人体固定设备并安全固定，佩戴vr头显且头部联结转动传感器，双臂联结模拟翅膀。
28.(2)游客准备就绪后，景区无人机在待出发位置升空悬停，等待游客指令。
29.(3)游客操控模拟翅膀模仿飞行，产生飞行动作信号；游客头部转动并改变视觉方向，产生头部转动信号；飞行动作信号、头部转动信号传送到游客控制站。
30.(4)头部转动信号通过5g通讯网络传送到无人机控制站并生成3d摄像机云台控制指令，控制云台随游客头部同步转动；模拟飞行信号传送到无人机控制站并生成无人机飞行控制指令，完成无人机的飞行控制；同时，游客控制站处理飞行动作信号，驱动拟飞设备，使游客身体与无人机保持姿态一致，使游客获得无人机的飞行姿态与感受。
31.(5)3d摄像机视角随无人机和云台的运动而实时变化，获得的3d景象通过5g通讯网络传送到游客vr头显，使游客看到实时3d景象，配合游客身体获得的飞行感受，获得沉浸式的飞行观光体验。
32.系统实现过程示意图如图4。
33.效果说明：
34.首先，从系统原理图可以看出，本发明能使游客的视角到达从前难以到达的空中视角，看到从前难以实时观赏的3d景象，配合游客从体验装置获得的飞行感受，使游客获得沉浸式的飞行观光体验。同时，5g通讯带来的设备控制延伸，从而衍生出的视觉延伸可以使游客安全地欣赏险、远景区的美丽风光。
35.其次，从系统原理图也可以看出，本发明具有良好的安全性。游客不需要为险远的观光体验而涉险，通过游客体验装置就可以获得5g通讯网络叠加无人机通讯范围所能覆盖的任何地区的临空视角的3d景观。
36.本发明是传统旅游观光的有益补充和延伸，本发明有突出优点，也有不足。
37.优点：
38.1、将5g技术、无人机技术、3d技术和旅游产业有效结合，开辟新的旅游方式和领域。
39.2、突破传统旅游方式的险、远景观的地理限制。
40.3、创新性系统设计，使游客获得沉浸式的、全新的飞行观光体验。
41.不足：
42.1、本发明是跨行业、跨领域的新型系统，需要全新的系统集成，同时需要复杂的系统实施协调。