一種虛擬現(xiàn)實的游戲裝置及場景實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及游戲領(lǐng)域，特別是指虛擬現(xiàn)實的游戲裝置及場景實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality:VR)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù):利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。近年來，虛擬現(xiàn)實在軍事、娛樂、醫(yī)療、甚至房地產(chǎn)開發(fā)等方面有了比較大的應(yīng)用。尤其在娛樂方面，豐富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具。目前市場上應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實游戲設(shè)備，主要集中在視覺感知這方面，反應(yīng)在產(chǎn)品上，以頭盔和VR眼鏡為主。比較典型的比如Oculus公司的Oculus Rift:這是一款3D虛擬游戲眼鏡，內(nèi)置高分辨率顯示屏可以給用戶提供1280x800分辨率的高清畫面，水平可視角度為90°，垂直可視角度為110°，9自由度的姿態(tài)與運動傳感器以1000Hz的頻率追蹤頭部運動軌跡，同時可通過DV1、HDMI, microUSB接口連接PC電腦或家用主機以全方位的視頻和音效為使用者虛擬一個身臨其境的游戲體驗。盡管目前VR頭盔或3D眼鏡非常流行，但是反映到未來的游戲設(shè)備中，坐在椅子上按著某個按鍵，來推動游戲中的主角運動，已越來越不能滿足消費者的用戶體驗了，自然的運動才能讓用戶感覺身臨其境，通過自然的運動，讓玩家在游戲時進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\動，即娛樂又健身。Oculus Rift的3D虛擬眼鏡雖然讓玩家有很好的用戶體驗，但它不能讓玩家運動起來，自然也無法滿足消費者對下一代游戲設(shè)備“自然運動+虛擬現(xiàn)實+身臨其境”的要求。因此將3D眼鏡和跑步機結(jié)合起來，研發(fā)新一代跑步機是市場的迫切需求。2013年，美國Virtuix公司首次推出了一款跑步機Virtuix Omni，它首次將3D眼鏡、游戲軟件、虛擬現(xiàn)實和跑步機結(jié)合起來，讓玩家真正投入到虛擬現(xiàn)實中，實現(xiàn)完美逼真的用戶體驗:不僅精神上投入到了虛擬現(xiàn)實中，身體也投入到了虛擬現(xiàn)實中。
[0003]Omni的跑步機是被動跑步機，機身本身沒有運動部件，其基座像一個光滑有溝槽的大碗，玩家是在跑步機上做滑行運動，這就需要每個玩家向他們購買一雙適合自己尺寸的低摩擦力的鞋子。Omni跑步機當(dāng)前只能通過傳感器感應(yīng)腳的運動，如果要玩游戲，需要再和微軟的Kinect體感外設(shè)相結(jié)合，或者如上述與Oculus Rift的3D虛擬游戲眼鏡相結(jié)合，以感應(yīng)玩家上身的運動。微軟的Kinect體感外設(shè)通過攝像機將人的肢體運動捕獲并識另IJ，然后控制游戲主角的運動，但它不能捕獲人體的移動，和Omni跑步機結(jié)合后，讓玩家在游戲中更能輕松的控制游戲主角的移動。
[0004]但是Omni跑步機只是一款被動的跑步機，由于機身沒有驅(qū)動性設(shè)備，使得在結(jié)構(gòu)上玩家只能做平面性運動，而無法做一些立體感很強的游戲動作，大大限制了當(dāng)前面對VR場景開發(fā)游戲軟件的應(yīng)用，同時也降低了玩家的體感度；另外，Omni跑步機目前感知人體的運動速度和頻率是通過一雙定制的低摩擦力的跑鞋上的傳感器來感知平面運動，只能獲取雙腳的運動速度、頻率，而無法精確定位雙腳在跑步機上的坐標(biāo)，導(dǎo)致在游戲軟件中的反映結(jié)果誤差很大，只能做一些精確度要求不高的運動控制，也降低了玩家的體感度；還有，Omni跑步機實際作為一款集成的游戲設(shè)備，玩家的空間運動姿態(tài)需要通過外擴的微軟Kinect設(shè)備來采集和提取，3D場景頭藍(lán)是通過集成Oculus公司的Oculus Rift 3D眼鏡來完成虛擬現(xiàn)實場景的獲取和播放，因此從集成化程度比較低，反應(yīng)在數(shù)據(jù)處理速度、設(shè)備統(tǒng)一性和協(xié)議一致性方面，都無法滿足消費者對下一代運動虛擬現(xiàn)實游戲設(shè)備的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述的問題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)全向立體運動，準(zhǔn)確模擬運動狀態(tài)和場景的新型的虛擬現(xiàn)實的游戲裝置。虛擬現(xiàn)實的游戲裝置包括:包括頭盔、攝像頭、計算機、跑步機，所述攝像頭采集用戶運動姿態(tài)及頭部動作，傳送給所述計算機，所述跑步機包括跑步機驅(qū)動器、垂直平面運動機構(gòu)、底盤，所述跑步機驅(qū)動器根據(jù)用戶跑步狀態(tài)確定所述底盤的運動速度、運動方向以及用戶在所述底盤上的位移坐標(biāo)，構(gòu)成用戶跑步運動向量，傳送給所述計算機并集成到游戲軟件中，所述游戲軟件產(chǎn)生游戲情景傳送給所述頭盔，所述頭盔顯示3D視頻場景，所述跑步機驅(qū)動器接收計算機指令驅(qū)動所述垂直平面運動機構(gòu)控制垂直平面的運動。
[0006]作為優(yōu)選，所述跑步機驅(qū)動器包括驅(qū)動器處理器、三軸陀螺儀傳感器、電子羅盤傳感器、加速度傳感器、W1-Fi傳輸模塊，加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器、電子羅盤傳感器確定所述底盤的運動狀態(tài)，通過所述W1-Fi傳輸模塊傳送給計算機，所述驅(qū)動器處理器包括嵌入式處理器和DSP處理器，所述DSP處理器進(jìn)行實時的運動算法計算和處理，所述嵌入式處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、指令解析和無線網(wǎng)絡(luò)通信工作。
[0007]作為優(yōu)選，所述垂直平面運動機構(gòu)包括伺服電機、滑動絲桿，所述跑步機驅(qū)動器接收計算機指令，驅(qū)動所述伺服電機驅(qū)動所述滑動絲桿調(diào)節(jié)垂直平面的位置。
[0008]進(jìn)一步，所述計算機指令是指圍繞垂直平面的加速度、位移要求、時間要求形成一個關(guān)于垂直平面的動作控制向量，所述跑步機驅(qū)動器接受這個動作控制向量來控制垂直平面運動。
[0009]作為優(yōu)選，所述底盤由多個小盤組成，所述各小盤裝配不同阻值的阻值傳感器，所述阻值傳感器感應(yīng)用戶跑步位置，并將信號發(fā)送給所述跑步機驅(qū)動器。這樣可以確定跑鞋在底盤上的平面坐標(biāo)，并且通過極坐標(biāo)形式發(fā)送給計算機，由計算機集成到游戲軟件中。
[0010]作為優(yōu)選，所述3D視頻場景儀是一個頭盔，包含顯示屏、耳麥、攝像頭、頭盔傳感器、視頻傳輸線、無線模塊以及頭盔處理器，所述攝像頭采集眼球的轉(zhuǎn)動，然后將圖像傳輸給頭盔處理器；所述頭盔處理器驅(qū)動所述無線模塊將圖像傳輸給計算機；所述頭盔傳感器用于采集頭盔的轉(zhuǎn)動角加速度、轉(zhuǎn)動方向及空間位移并傳送給計算機；計算機播放的游戲軟件視頻圖像通過所述視頻傳輸線傳送到所述顯示屏；所述耳麥用來使用戶傾聽聲音；所述顯示屏是一個3D顯示屏，顯示計算機傳送過來的3D視頻信號。
[0011]進(jìn)一步，所述頭盔傳感器由三軸陀螺儀、電子羅盤傳感器、加速度傳感器組成，用于采集頭盔在空間的轉(zhuǎn)動角加速度、轉(zhuǎn)動方向及空間位移。
[0012]作為優(yōu)選，所述跑步機包含電子仿真槍，包括仿真槍處理器、三軸陀螺儀傳感器、電子羅盤傳感器、加速度傳感器、按鈕及鋰電池組成，所述三軸陀螺儀傳感器、電子羅盤傳感器及加速度傳感器用于采集運動狀態(tài)和空間位移，通過所述仿真槍處理器傳送給計算機。
[0013]作為優(yōu)選，所述跑步機還包括底盤固定座、帶輪，所述底盤固定座用來固定所述底盤，受所述跑步機驅(qū)動器驅(qū)動的帶輪帶動所述底盤轉(zhuǎn)動。
[0014]作為優(yōu)選，所述游戲裝置還包括一個腰間固定裝置，所述腰間固定裝置包括腰間固定圓盤及配套固定帶、固定支桿、感應(yīng)傳感器，所述腰間固定圓盤及配套固定帶用來固定用戶身體，所述固定支桿用來支撐，所述感應(yīng)傳感器將用戶是否接觸所述腰間固定裝置的信號傳送給計算機。
[0015]基于上述一種能夠?qū)崿F(xiàn)全向立體運動，準(zhǔn)確模擬運動狀態(tài)和場景的新型的虛擬現(xiàn)實的游戲裝置，本發(fā)明提供了一種虛擬現(xiàn)實的游戲場景實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
SOl:播放游戲場景用戶參與游戲；S02:采集并集成用戶運動姿態(tài)及頭部動作到游戲軟件；S03:采集并集成跑步機底盤的運動速度、運動方向以及用戶在底盤上的位移坐標(biāo)到游戲軟件；S04:基于游戲移動垂直平面；S05:輸出用戶實時游戲情景。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明通過提高運動姿態(tài)提取精度，從而提高了游戲的體感度，而且可以全向立體運動，是一種集成化程度很高的游戲設(shè)備及實現(xiàn)方法。
【附圖說明】
[0017]圖1是所述跑步機整體外觀不意圖；圖2是所述跑步機底盤結(jié)構(gòu)不意圖；圖3是所述跑步機腰間固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是所述電子仿真槍結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是所述頭盔外觀示意圖；圖6是所述游戲裝置各個部件實現(xiàn)連接的原理框圖；圖7是用游戲裝置實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實運動游戲的邏輯流程圖；圖8是虛擬現(xiàn)實的游戲場景實現(xiàn)方法的流程圖。
[0018]1、跑步機；2、底盤；3、底盤固定座；4、腰間固定圓盤及配套固定帶；5、固定支桿；7、電子仿真槍；8、頭盔；9、跑鞋；12、滑動絲桿；15、伺服電機；18、跑步機驅(qū)動器；19、阻值傳感器；20、帶輪；21、三軸陀螺儀傳感器；22、按鈕；23、無線通信模塊；24、電池；27、耳麥；28、視頻傳輸線；29、電源線；30、三軸陀螺儀傳感器組；31、攝像頭；33、頭套固定裝置。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明:
如圖1、2、4、5所示，所述游戲裝置由一個跑步機1、一個電子仿真槍7和一個虛擬現(xiàn)實頭盔8組成。
[0020]如圖1所示，跑步機I由一個凹形圓形底盤2、一個底盤固定座3、2個腰間固定圓盤及配套固定帶4、三個底盤和腰間固定支桿5組成。
[0021]如圖2所示跑步機的凹形圓形底盤2和底盤固定座3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。整個底盤結(jié)構(gòu)由一個凹形圓形底盤2、一個底盤固定座3、一個底盤轉(zhuǎn)動帶輪20、三根滑動絲桿12、三個伺服電機15，一個跑步機驅(qū)動器18、一個底盤下側(cè)的阻值傳感器19組成。
[0022]如圖3所示，人站在跑步機上虛擬現(xiàn)實運動場景示意圖。當(dāng)人站在跑步機I上的時候，手里拿著電子仿真槍7，頭上帶著虛擬現(xiàn)實頭盔8，穿著跑鞋9，結(jié)合跑步機1，用戶觀察顯示屏上的視頻圖像，根據(jù)情節(jié)需要，在所述跑步機I上做跑步運動，跑步機驅(qū)動器18根據(jù)用戶跑步的幅度