[發(fā)明專利]一種全方位行走跟蹤裝置及基于該裝置的虛擬交互系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210005125.4
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102542873A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 楊戰(zhàn)軍;于宏濤;莊新軍;郭正東;曹兆元;徐建峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍92995部隊;楊戰(zhàn)軍
• 主分類號: G09B19/00
• 分類號: G09B19/00;A63F13/02;G06F3/01
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實人機交互技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種全方位行走跟蹤裝置及基于該裝置的虛擬交互系統(tǒng)。

背景技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用非常廣泛，在虛擬裝配、虛擬維修、虛擬戰(zhàn)場訓練、三維游戲等領(lǐng)域應用很普遍。如虛擬裝配系統(tǒng)，它是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)的典型應用，它利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立一個具有聽覺、視覺、觸覺的多模式虛擬環(huán)境，借助于虛擬現(xiàn)實的輸入輸出設備，設計者在虛擬環(huán)境中人機交互式地進行裝配和拆卸操作，檢驗和評價產(chǎn)品的裝配性能，從而生成經(jīng)濟、合理、實用的裝配方案。虛擬裝配對優(yōu)化產(chǎn)品設計、避免或減少物理模型制作、縮短裝配周期、降低裝配成本，提高裝配操作人員的培訓速度、提高裝配質(zhì)量和效率具有重要意義。該設備可應用在學校的虛擬仿真實驗室、軍事虛擬訓練和全沉浸式游戲中，應用范圍很廣。

但是對人在一個平面內(nèi)全方位行走的方向和速度的捕捉問題一直是個難點，長久以來沒有一個好的解決辦法，市面上也沒有相關(guān)的虛擬交互設備可供使用。運用位置跟蹤器也只能在一個很有限的空間內(nèi)實現(xiàn)對人的位置跟蹤，無法完成大場景的漫游任務。為了解決這個問題，英國Warwick?大學研制了一種新型的虛擬裝配環(huán)境——Cybersphere。采用半透明的球體作為顯示裝置，放置在可以自由旋轉(zhuǎn)的支架上，操作者處于球體內(nèi)部，直接與球內(nèi)表面接觸，完成自由行走的功能。這種設備雖然兼顧了三維場景顯示和行走跟蹤兩大功能，但這種設計存在幾個明顯弊端。

1、人在球內(nèi)，進出很不方便，而且操作者隨身所帶的交互設備必須是無線通信的，無法用電纜與外部相連，而現(xiàn)有的數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字頭盔基本都是有線的，所以很難使用。

2、這種設計將球體同時作為球形顯示設備，采用特殊材料的半透明球體，造價極其昂貴，而且顯示效果還很難保證，維護成本相當高，很難得到普及。

由上可知，現(xiàn)有技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實人機交互設備還存在不完善之處，不能完全滿足用戶的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種簡單實用的全方位行走跟蹤裝置及基于該裝置的虛擬交互系統(tǒng)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種全方位行走跟蹤裝置，包括腰部固定裝置、工作臺、滾動球、制動裝置、萬向滾珠、測速裝置、可升降支撐架和萬向滾珠固定環(huán)，

所述工作臺設置在地面上，工作臺的上方固連高度可調(diào)節(jié)的腰部固定裝置，該工作臺的上方還設置通孔，通孔位于腰部固定裝置的下方，滾動球設置在可升降支撐架上并可在該支架上滾動，該滾動球的上端位于工作臺的通孔處，滾動球上套有兩個以上萬向滾珠固定環(huán)，每個萬向滾珠固定環(huán)上均設置若干萬向滾珠。?

優(yōu)選的工作臺的側(cè)面設置梯子，所述腰部固定裝置包括腰部固定環(huán)和支撐座，所述支撐座與腰部固定環(huán)相連，其固定在工作臺的上方，所述萬向滾珠固定環(huán)的個數(shù)為3個，該三個萬向滾珠固定環(huán)的平面相互平行，所述三個萬向滾珠固定環(huán)分別位于滾動球的上部、中部和下部，每個萬向滾珠固定環(huán)上設置三個以上萬向滾珠。位于滾動球上部和下部的萬向滾珠固定環(huán)上分別設置八個萬向滾珠，位于滾動球中部的萬向滾珠固定環(huán)上設置四個萬向滾珠。所述測速裝置的數(shù)量為偶數(shù)個，其數(shù)量大于等于2，位于套在滾動球中部或下部的萬向滾珠固定環(huán)上。所述滾動球為表面粗糙的硬質(zhì)圓球。所述滾動球為表面成磨砂狀的塑料球，所述制動裝置的數(shù)量為3，該3個制動裝置均勻分布在上部的萬向滾珠固定環(huán)的三等分點位置處。本發(fā)明中所述的制動裝置為摩擦式制動器，靠制動件與滾動球之間的摩擦力制動，其中制動件可以為外抱塊式制動器、內(nèi)張?zhí)闶街苿悠鳌街苿悠鳌⒈P式制動器等。

一種全方位行走跟蹤裝置的虛擬交互系統(tǒng)，包括全方位行走跟蹤裝置、操控計算機、虛擬交互設備、圖形工作站、投影儀和投影幕，所述操控計算機、虛擬交互設備均位于全方位行走跟蹤裝置的工作臺上，圖形工作站位于全方位行走跟蹤裝置的工作臺下地面上或者地面上合適位置，投影儀設置在房間的觀摩區(qū)，投影幕設置在投影儀的投影方向前端，所述全方位行走跟蹤裝置、操控計算機、虛擬交互設備、投影儀均與圖形工作站相連接。