[發明專利]一種數字曾侯乙編鐘虛擬現實體感交互系統與方法

有效

• 申請號: 201310141857.0
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103207677B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 楊宇辰;朱青;李蔚然;車冠岐
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/033
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

1.一種數字曾侯乙編鐘虛擬現實體感交互系統，借助計算機、體感傳感器、顯示設備、音響設備和虛擬仿真軟件實現；個人計算機運行系統軟件，并分別輸出視頻與音頻信號至顯示和音響設備；體感交互控制器將用戶的體感動作信息輸入至計算機，實現體感交互；顯示設備將計算機輸出的視頻信號轉換成圖像，展示曾侯乙編鐘；音響設備將計算機輸出的虛擬現實的音頻信號轉換成聲音；其特征在于，該系統還包括：體感交互輸入模塊，邏輯交互模塊，虛擬現實視覺顯示模塊和虛擬現實音頻輸出模塊；其中：

體感交互輸入模塊，用于接收體感控制器輸入的動作數據，根據一段時間內的動作數據和預制的動作數據判斷目前的動作內容，并將動作狀態與細節送至邏輯交互模塊；

邏輯交互模塊，接收來自體感交互輸入模塊的輸入數據，根據接收數據的特征和細節調用指定的功能，并根據指定的功能調用虛擬現實視覺顯示模塊和虛擬現實音頻輸出模塊，向用戶輸出不同的交互結果；它還管理當前運行時所處的功能模塊，根據輸入切換當前運行的功能模塊，加載不同的資源，以實現不同的功能和運算；功能模塊能夠根據需求進行增減，以方便擴大本系統的需求；

虛擬現實視覺顯示模塊，用于處理虛擬現實中的視覺信息，包括：三維渲染模塊，數字曾侯乙編鐘三維實體，用戶界面顯示和管理模塊；其中，

三維渲染模塊，用于向邏輯交互模塊提供三維渲染接口；當邏輯交互模塊根據指定邏輯調用渲染模塊時，三維渲染模塊執行指定的渲染任務；

數字曾侯乙編鐘實體，是根據編鐘原物進行精確數字復原，利用三維建模技術、三維雕刻技術以及計算機圖形學技術得到的編鐘的數字化三維素材，所有的紋理細節，材質細節均來自實物；

用戶界面顯示和管理模塊，用于提供UI的顯示刷新接口，當邏輯交互模塊調用用戶界面顯示和管理模塊時，該模塊顯示相應的UI信息；

虛擬現實音頻輸出模塊，用于處理虛擬現實中的音頻信息，包含曾侯乙編鐘的原音音軌和每個功能模塊所包含的UI交互音頻聲音；

所述體感交互輸入模塊還包括：輸入數據接口，預制動作識別庫，和動作判斷模塊；其中：

輸入數據接口，用于接收體感控制器的旋轉姿態、空間坐標，以及固定式體感控制器捕捉的用戶骨骼動作信息輸入數據，并將它們轉換成與預制動作識別庫相匹配的數據結構；

預制動作識別庫，是一套事先設定好的動作特征庫，當軟件輸入數據接口將數據傳輸到動作判斷模塊時，動作判斷模塊將當前數據的特征與預制動作識別庫中的動作特征進行比對，以判斷當前用戶的動作是否與預先設置的動作吻合；

動作判斷模塊，用于判斷輸入數據與動作庫中的動作是否吻合，并將當前的動作狀態與動作細節發送到邏輯交互模塊；

實現該系統的交互方法，包括以下步驟，使用持握式體感控制器進行演奏虛擬編鐘的步驟；

使用固定式體感控制器和指定動作與虛擬按鈕進行交互的步驟。

2.根據權利要求1所述的一種數字曾侯乙編鐘虛擬現實體感交互系統，其特征在于，使用持握式體感控制器進行演奏虛擬編鐘的方法包括以下內容：

①用戶將持握式體感控制器握在手中，系統將持握式體感控制器的位置映射到本系統的虛擬現實環境中，在虛擬現實中將會出現一個虛擬“鐘錘”，并通過顯示設備反饋給用戶；

②用戶移動持握式體感控制器，系統根據體感控制器的位置信息自動改變虛擬現實中的“鐘錘”位置；

③用戶通過移動體感控制器將虛擬“鐘錘”移動到虛擬化的曾侯乙編鐘實體上，若用戶向下揮動手腕，使體感控制器的旋轉和位移達到預設水平，則視其為“敲響”了編鐘，并進行一系列的交互反饋。

3.根據權利要求1所述的一種數字曾侯乙編鐘虛擬現實體感交互系統，其特征在于，使用固定式體感控制器和指定動作與虛擬按鈕進行交互的方法包括以下內容：

①用戶站在固定式體感控制器的有效感應范圍內，抬起左手或右手，或做出其它指定動作，體感控制器感應并捕捉用戶的肢體動作；

②系統自動追蹤到用戶手的位置，并將手的位置映射到系統的虛擬現實環境中，在虛擬現實中出現一個手的指示光標簡稱虛擬手，并通過顯示設備反饋給用戶，告知用戶虛擬手的位置；

③用戶通過移動手的位置改變虛擬現實中手的位置，并將這個虛擬手移動至虛擬現實中的按鈕簡稱虛擬按鈕上，視為進行了“進入按鈕”操作，并執行與“進入按鈕”相應的命令；

④當虛擬手移至虛擬按鈕上時，系統開始計時，若虛擬手在虛擬按鈕上停留的時間超過了預設值，預設值不固定，能根據需要改變，則視為進行了“點擊按鈕”操作，執行與“點擊按鈕”相應的命令；

⑤若停留時間未超過預設值，用戶就將虛擬手從虛擬按鈕上移開，則視為進行了“移出按鈕”操作，執行與“移出按鈕”相應的命令。