專利名稱：自行車(chē)騎行三維仿真裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及和顯示設(shè)備協(xié)同操作的攝影、放映或觀看用的裝置或設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)生成的、給人多重感官體驗(yàn)的虛擬環(huán)境，是一種高級(jí)的人機(jī)交互系統(tǒng)。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)讓使用者在與虛擬環(huán)境產(chǎn)生交互行為時(shí)的感受與真實(shí)環(huán)境中的感受完全一樣，但是，現(xiàn)有的漫游系統(tǒng)大多采用二維交互界面，即采用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)等線性輸入設(shè)備作為交互設(shè)備，遵循“窗口 -圖標(biāo)-菜單-指定”(即 windows-icon-menu-pointer,簡(jiǎn)稱wimp)的操作范式,交互方式不自然，互動(dòng)感和逼真感都較低。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種互動(dòng)感強(qiáng)、虛擬效果逼真、適用范圍廣的三維虛擬設(shè)備，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置。本實(shí)用新型通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置，包括自行車(chē)和控制裝置，控制裝置包括滾輪組、驅(qū)動(dòng)桿和伺服電機(jī)，自行車(chē)架設(shè)在控制裝置的滾輪組上，控制裝置的驅(qū)動(dòng)桿分別連接自行車(chē)的車(chē)架和控制裝置的伺服電機(jī)，其特征是還包括角度傳感器、速度傳感器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和投影終端，角度傳感器設(shè)于自行車(chē)的車(chē)架上，速度傳感器設(shè)于自行車(chē)的車(chē)輪上，角度傳感器和速度傳感器都通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接微處理器；投影終端包括內(nèi)存儲(chǔ)器、夕卜存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、投影機(jī)和中央處理器，內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和投影機(jī)都通過(guò)信號(hào)線連接中央處理器，投影終端內(nèi)存儲(chǔ)有三維環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)；投影終端的中央處理器通過(guò)信號(hào)線分別連接控制裝置的伺服電機(jī)和微處理器。所述的自行車(chē)騎行三維仿真裝置，其特征是微處理器選用單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，微處理器和投影終端的連接接口選用RS-232接口或USB接口。本實(shí)用新型使用時(shí)，首先采集素材，在確定場(chǎng)景范圍后，在現(xiàn)場(chǎng)取景，將建筑、場(chǎng)景、環(huán)境等采集后制作成仿真場(chǎng)景中的靜態(tài)圖片及動(dòng)態(tài)視頻的素材；接著處理素材，將采集獲得的素材根據(jù)相關(guān)建筑、場(chǎng)景、環(huán)境等資料處理成可供后續(xù)計(jì)算機(jī)使用的素材文件；然后制作三維模型，根據(jù)素材文件并參考相關(guān)航拍圖、規(guī)劃圖、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)等資料，將素材文件轉(zhuǎn)化成三維模型文件；再整合三維引擎，將整個(gè)系統(tǒng)的建筑、場(chǎng)景、環(huán)境等各方面制作成一個(gè)完整的統(tǒng)一的三維環(huán)境系統(tǒng)；最后功能制作，在三維引擎的框架內(nèi)，對(duì)整合后的三維環(huán)境進(jìn)行最后的加工，制作出個(gè)性化的定制功能，完善整個(gè)系統(tǒng)并存儲(chǔ)在投影終端內(nèi)。投影終端將場(chǎng)景通過(guò)投影機(jī)投影至屏幕上，當(dāng)使用者騎行自行車(chē)時(shí)，角度傳感器和速度傳感器實(shí)時(shí)地將自行車(chē)的狀態(tài)信息輸入微處理器，微處理器將狀態(tài)信息處理后輸入投影終端，投影終端的中央處理器根據(jù)自行車(chē)的速度和所處位置，分析出場(chǎng)景的變化和自行車(chē)狀態(tài)的改變，中央處理器將實(shí)現(xiàn)這些變化的控制信息分別發(fā)送至投影機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置，場(chǎng)景的變化將通過(guò)投影機(jī)投影至屏幕，自行車(chē)狀態(tài)的改變通過(guò)控制裝置的伺服電極帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿實(shí)現(xiàn)，從而使使用者能身臨其境地感受到場(chǎng)景的變化。本實(shí)用新型是虛擬現(xiàn)實(shí)即時(shí)生成技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)典型應(yīng)用方向，融合了最先進(jìn)的數(shù)字圖象處理，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，多媒體技術(shù)，自動(dòng)化控制以及各類(lèi)傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)。使參與者從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及技術(shù)評(píng)估等方面都能感到真實(shí)的駕駛效果。整個(gè)系統(tǒng)用制作好的三維虛擬場(chǎng)景及動(dòng)態(tài)環(huán)境特效通過(guò)圖形工作站實(shí)時(shí)渲染出高質(zhì)量的三維立體的場(chǎng)景，通過(guò)立體成像技術(shù)，使瀏覽者看到的場(chǎng)景是具備強(qiáng)烈景深感的畫(huà)面，使參與者能體會(huì)到身臨其境之感。在這個(gè)平臺(tái)上，通過(guò)不同的仿真操作程序，實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互，在一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真程序上能模擬出各類(lèi)實(shí)際交通路況，爬坡，下坡，夜間行車(chē)，雨雪天行車(chē)等環(huán)境模擬，使瀏覽者完全沉浸在逼真的駕駛環(huán)境中。本實(shí)用新型以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，以健身自行車(chē)作為人機(jī)交互的工具，綜合運(yùn) 用了傳感器技術(shù)、DSP控制技術(shù)，采用了多線程、非阻塞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信技術(shù)，并通過(guò)立體顯示等多通道交互技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。讓參與者置身在虛擬環(huán)境中進(jìn)行漫游。當(dāng)參與者進(jìn)行體驗(yàn)時(shí)，自行車(chē)的速度、方向、車(chē)把移動(dòng)的時(shí)間和力度以及騎車(chē)人自身重量等數(shù)據(jù)，都通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集，然后經(jīng)由微處理器控制電路傳送到上位機(jī)即投影終端中，經(jīng)過(guò)分析處理，使其在屏幕的虛擬場(chǎng)景得到仿真和展示，在虛擬場(chǎng)景里達(dá)到表演的效果；同時(shí)，當(dāng)屏幕中的場(chǎng)景變化時(shí)，如上坡、下坡等，也可以通過(guò)控制軟件反饋到控制裝置上，產(chǎn)生阻尼或驅(qū)動(dòng)力，使參與者有上述場(chǎng)景產(chǎn)生的上、下坡的真實(shí)體驗(yàn)感。本實(shí)用新型的有益效果是互動(dòng)感強(qiáng)，人機(jī)對(duì)話友好，效果逼真，適用范圍廣。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。實(shí)施例I一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置，包括自行車(chē)I、控制裝置2、角度傳感器31、速度傳感器32、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器33、微處理器4和投影終端5，如圖I所示，具體結(jié)構(gòu)是控制裝置2包括滾輪組、驅(qū)動(dòng)桿和伺服電機(jī)，自行車(chē)I架設(shè)在控制裝置2的滾輪組上，控制裝置2的驅(qū)動(dòng)桿分別連接自行車(chē)I的車(chē)架和控制裝置2的伺服電機(jī)；角度傳感器31設(shè)于自行車(chē)I的車(chē)架上，速度傳感器32設(shè)于自行車(chē)I的車(chē)輪上，角度傳感器31和速度傳感器32都通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器33連接微處理器4 ;投影終端5包括內(nèi)存儲(chǔ)器51、外存儲(chǔ)器52、輸入設(shè)備53、投影機(jī)54和中央處理器55，內(nèi)存儲(chǔ)器51、外存儲(chǔ)器52、輸入設(shè)備53和投影機(jī)54都通過(guò)信號(hào)線連接中央處理器55，投影終端5內(nèi)存儲(chǔ)有三維環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)；投影終端5的中央處理器55通過(guò)信號(hào)線分別連接控制裝置2的伺服電機(jī)和微處理器4。微處理器4選用單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，微處理器4和投影終端5的連接接口選用RS-232接口或USB接口。本實(shí)施例中，微處理器4選用單片機(jī)，微處理器4和投影終端5的連接接口選用RS-232接口。[0017]本實(shí)施例中，微處理器4選用美國(guó)silabs公司出品的c8051f410芯片，該芯片的核心資源如下32kb 程序 flash ；2048kb+256kb 的 ram ;時(shí)鐘最高 50mhz,即最高 50mips 執(zhí)行速度；24路12位ad轉(zhuǎn)換通道；2路12位da (電流型)轉(zhuǎn)換通道；spi、iic、uart串行總線，2個(gè)模擬比較器；4個(gè)通用16位定時(shí)器,6路pea (6路pwm輸出)；片上rtc時(shí)鐘； 寬電壓范圍2V 5. 25V，片上Ido ;24io 引腳，lqfp32 封裝；-40°C 85°C度工業(yè)級(jí)溫度范圍。角度傳感器31選用阻值為2ΚΩ歐姆的精密電位器，精密電位器也叫精密可調(diào)電位器，是一種能以較高精度調(diào)節(jié)自身電阻的可變電阻器。精密電位器除了具有線繞電位器的相同特點(diǎn)外，還具有線性特性優(yōu)良、能進(jìn)行精細(xì)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。速度傳感器32選用了歐姆龍E6B2-CWZ6C型，該傳感器的性能參數(shù)如下對(duì)應(yīng)電源電壓DC5V 24V (集電極開(kāi)路輸出型)；外徑40mm，備有2000/R的分辨率；具備使Z相對(duì)簡(jiǎn)單化的原點(diǎn)位置顯示功能；軸負(fù)重徑向30N、推力向20N ；附有逆接、負(fù)荷短路保護(hù)回路，改善了可靠性(也備有線性驅(qū)動(dòng)輸出)。本實(shí)用新型使用時(shí)，首先采集素材，在確定場(chǎng)景范圍后，在現(xiàn)場(chǎng)取景，將建筑、場(chǎng)景、環(huán)境等采集后制作成仿真場(chǎng)景中的靜態(tài)圖片及動(dòng)態(tài)視頻的素材；接著處理素材，將采集獲得的素材根據(jù)相關(guān)建筑、場(chǎng)景、環(huán)境等資料處理成可供后續(xù)計(jì)算機(jī)使用的素材文件；然后制作三維模型，根據(jù)素材文件并參考相關(guān)航拍圖、規(guī)劃圖、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)等資料，將素材文件轉(zhuǎn)化成三維模型文件；再整合三維引擎，將整個(gè)系統(tǒng)的建筑、場(chǎng)景、環(huán)境等各方面制作成一個(gè)完整的統(tǒng)一的三維環(huán)境系統(tǒng)；最后功能制作，在三維引擎的框架內(nèi)，對(duì)整合后的三維環(huán)境進(jìn)行最后的加工，制作出個(gè)性化的定制功能，完善整個(gè)系統(tǒng)并存儲(chǔ)在投影終端內(nèi)。投影終端5將場(chǎng)景通過(guò)投影機(jī)54投影至屏幕上，當(dāng)使用者騎行自行車(chē)I時(shí)，角度傳感器31和速度傳感器32實(shí)時(shí)地將自行車(chē)I的狀態(tài)信息輸入微處理器4,微處理器4將狀態(tài)信息處理后輸入投影終端5，投影終端5的中央處理器55根據(jù)自行車(chē)I的速度和所處位置，分析出場(chǎng)景的變化和自行車(chē)I狀態(tài)的改變，中央處理器55將實(shí)現(xiàn)這些變化的控制信息分別發(fā)送至投影機(jī)54和驅(qū)動(dòng)裝置2，場(chǎng)景的變化將通過(guò)投影機(jī)54投影至屏幕，自行車(chē)I狀態(tài)的改變通過(guò)控制裝置2的伺服電極帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿實(shí)現(xiàn)，從而使使用者能身臨其境地感受到場(chǎng)景的變化。
權(quán)利要求1.一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置，包括自行車(chē)(I)和控制裝置(2)，控制裝置(2)包括滾輪組、驅(qū)動(dòng)桿和伺服電機(jī)，自行車(chē)(I)架設(shè)在控制裝置(2)的滾輪組上，控制裝置(2)的驅(qū)動(dòng)桿分別連接自行車(chē)(I)的車(chē)架和控制裝置(2)的伺服電機(jī)，其特征是還包括角度傳感器(31)、速度傳感器(32)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(33)、微處理器(4)和投影終端(5)， 角度傳感器(31)設(shè)于自行車(chē)(I)的車(chē)架上，速度傳感器(32)設(shè)于自行車(chē)(I)的車(chē)輪上，角度傳感器(31)和速度傳感器(32)都通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(33)連接微處理器(4)； 投影終端(5)包括內(nèi)存儲(chǔ)器(51)、外存儲(chǔ)器(52)、輸入設(shè)備(53)、投影機(jī)(54)和中央處理器(55)，內(nèi)存儲(chǔ)器(51)、外存儲(chǔ)器(52)、輸入設(shè)備(53)和投影機(jī)(54)都通過(guò)信號(hào)線連接中央處理器(55)，投影終端(5)內(nèi)存儲(chǔ)有三維環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)； 投影終端(5)的中央處理器(55)通過(guò)信號(hào)線分別連接控制裝置(2)的伺服電機(jī)和微處理器⑷。
2.如權(quán)利要求I所述的自行車(chē)騎行三維仿真裝置，其特征是微處理器(4)選用單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，微處理器(4)和投影終端(5)的連接接口選用RS-232接口或USB接□。
專利摘要本實(shí)用新型涉及和顯示設(shè)備協(xié)同操作的攝影、放映或觀看用的裝置或設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置。一種自行車(chē)騎行三維仿真裝置，包括自行車(chē)(1)和控制裝置(2)，其特征是還包括角度傳感器(31)、速度傳感器(32)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(33)、微處理器(4)和投影終端(5)，角度傳感器(31)和速度傳感器(32)都通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(33)連接微處理器(4)；投影終端(5)的中央處理器(55)通過(guò)信號(hào)線分別連接控制裝置(2)的伺服電機(jī)和微處理器(4)。本實(shí)用新型互動(dòng)感強(qiáng)，人機(jī)對(duì)話友好，效果逼真，適用范圍廣。
文檔編號(hào)G09B9/00GK202694615SQ20122035702
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者黎振興, 廖銳祿, 林晨, 童東付 申請(qǐng)人:上海風(fēng)語(yǔ)筑展覽有限公司