[發(fā)明專利]一種用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710100636.7
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106802718B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅杰;蘇奕銘;鄭聰興;王思涵;楊梓桐;常李文;李波;陶孟侖;陳定方
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06T15/20;G06T19/00
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 劉秋芳;李丹<國際申請>=<國際公布>=

1.一種用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于，包括：

數(shù)據(jù)存儲層，用于存儲三維模型數(shù)據(jù)，所述三維模型數(shù)據(jù)分為Solidworks建模數(shù)據(jù)、Unity3D引擎數(shù)據(jù)和3ds Max建模數(shù)據(jù)，通過調(diào)用三者的模型數(shù)據(jù)以建立虛擬山峰模型；其中Solidworks建模數(shù)據(jù)為攀巖工具模型數(shù)據(jù)，包括攀巖繩索和其他攀巖工具的模型數(shù)據(jù)；Unity3D引擎數(shù)據(jù)包括三維地形地貌數(shù)據(jù)和天空環(huán)境數(shù)據(jù)；3ds Max建模數(shù)據(jù)包括人物建模數(shù)據(jù)，其中人物建模為3ds Max中建立人物整體模型；

邏輯計算層，邏輯計算層是用戶在戴上VR眼鏡后，根據(jù)VR眼鏡在與平臺進行交互過程中的操作行為時，在系統(tǒng)的后臺進行包括物理引擎計算、場景渲染計算和界面算法計算的功能性層級；

功能界面層，用于用戶、系統(tǒng)和管理員之間進行信息交流互通，包括用戶管理單元、攀巖模式選擇單元、攀巖地圖選擇單元和系統(tǒng)設(shè)置單元；

平臺支持層，用于為系統(tǒng)提供必要的硬件與環(huán)境支持；

其中，所述邏輯計算層分為界面層控制模塊、功能性控制模塊和攀巖場景控制模塊三個控制層級；

所述界面層控制模塊，用于用戶登錄控制和界面音效控制；其中用戶登錄控制又分為用戶信息控制單元和用戶權(quán)限管控單元，用戶信息控制單元用于讀取用戶輸入信息并調(diào)用數(shù)據(jù)庫中信息進行賬號密碼匹配，識別登錄用戶是否為系統(tǒng)內(nèi)注冊用戶；用戶權(quán)限管控單元用于將讀取后的用戶信息與權(quán)限庫內(nèi)信息相匹配，識別用戶所屬的用戶等級；界面音效控制通過在Unity3D中設(shè)置相應(yīng)的背景音樂，當(dāng)用戶進入界面層后自動開始循環(huán)播放；

功能性控制模塊，用于實現(xiàn)場景切換、協(xié)同網(wǎng)絡(luò)通訊和攀巖過程中的路徑變更；包括場景切換單元、協(xié)同網(wǎng)絡(luò)通訊單元和路徑變更控制單元；

其中，場景切換單元包括功能界面到攀巖場景的切換和攀巖場景到功能界面的切換；

協(xié)同網(wǎng)絡(luò)通訊單元分為資源地址配置與信息共享設(shè)置，其中資源地址配置用于配置山峰資源下載的地址；信息共享設(shè)置可以設(shè)置是否共享與共享信息的內(nèi)容，給予用戶自由的共享設(shè)置選擇；

路徑變控制單元通過算法控制推拉式電磁鐵的通電時間，以及固定式吸盤電磁鐵的吸附時間，從而實現(xiàn)攀巖機機構(gòu)的路徑變更；

所述攀巖場景控制模塊，包括動態(tài)加載單元、可見性計算單元、實時渲染單元和虛擬山地場景資源優(yōu)化單元；

可見性計算單元，包括模型遮擋可見性計算和山峰遮擋可見性計算，模型遮擋可見性和山峰遮擋可見性均通過光柵化光照來實現(xiàn)模型的遮擋，并減少必須由動態(tài)遮擋系統(tǒng)進行處理的圖元數(shù)目，以節(jié)省渲染線程時間；

實時渲染單元，用于網(wǎng)格渲染和陰影渲染，采用在Unity3D引擎中創(chuàng)建一個新相機的方法進行場景錄制后，以每秒100幀的形式來完成實時渲染，并根據(jù)攀巖者攀巖速度和攀巖高度因素采用腳本控制每秒幀數(shù)，模擬攀巖用戶在不同情況下身邊的場景變化狀況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于，所述攀巖模式選擇單元分為單人模式和競賽模式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于，所述攀巖地圖選擇單元包括山峰選擇和路徑選擇，山峰選擇即用戶觀察通過VR眼鏡內(nèi)所呈現(xiàn)的各個山峰的圖像以及數(shù)據(jù)信息，來控制VR手套選擇自己所想要攀爬的山峰；路徑選擇即為用戶選擇完畢山峰后通過閱讀該山峰各條路徑的數(shù)據(jù)以及推薦難度來確定適合自己的攀巖路徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲層還存儲有虛擬攀巖系統(tǒng)中的用戶信息數(shù)據(jù)和操作日志數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬攀巖山峰建模包括3ds Max多邊形建模、Unity3d的Terrain工具地形建模和Photoshop的貼圖繪制，通過Terrain地形編輯器進行山峰地形的初步建模、利用筆刷工具進行美術(shù)修改，利用多邊形建模技術(shù)進行細致巖石的制作，利用Photoshop進行貼圖繪制，將巖石模型與山峰地形相契合，得到最終的虛擬攀巖山峰模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)攀巖機的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于，路徑變更控制單元通過路徑變更算法完成，根據(jù)實際控制需要，需將攀巖點空間位置數(shù)據(jù)變換成攀巖機上的平面位置數(shù)據(jù)和變幅角度數(shù)據(jù)；之后沿算法流程圖運作：完成坐標(biāo)變換后，遍歷變換后的坐標(biāo)，判斷所輸入的值，其若為0、1、2，則左側(cè)推拉式電磁鐵將抓手推出；若為3、4，則右側(cè)推拉式電磁鐵將抓手推出；若為不合法的數(shù)據(jù)點，則返回錯誤；根據(jù)排布要求，第一個攀巖點的空間位置數(shù)據(jù)必須位于攀巖機攀巖平面坐標(biāo)的點（0,0）位置，即初始點的輸入值為，，以此作為開始標(biāo)志；最后一個攀巖點的空間位置數(shù)據(jù)必須在x方向偏離第一個攀巖點，即變換的x坐標(biāo)為-1，以此特殊的不合法數(shù)據(jù)點作為結(jié)束標(biāo)志。