[發(fā)明專利]一種基于三維搖桿的VR下肢控制器及其控制方法

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• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN113332708A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉玉寧
• 申請（專利權(quán)）人: 葉玉寧
• 主分類號: A63F13/245
• 分類號: A63F13/245;A63F13/218
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種基于三維搖桿的VR下肢控制器及其控制方法，VR下肢控制器包括有底座，位于底座上方的三維搖桿電位器，復(fù)位模塊，傳感模塊，位于三維搖桿上方的踏板，其特征在于：所述踏板通過第一轉(zhuǎn)動軸與三維搖桿相連，所述踏板四周被擋板包圍，側(cè)方擋板間連接有松緊帶。本發(fā)明不僅可實現(xiàn)坐姿下VR游戲角色髖關(guān)節(jié)三個自由度和膝關(guān)節(jié)一個自由度的間接控制，還通過特定步驟解決全空間移動輸入的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種VR游戲外設(shè)裝置，屬于游戲娛樂設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于三維搖桿的VR下肢控制器及其控制方法。

背景技術(shù)

VR游戲以其真實的沉浸式體驗吸引著眾多玩家。在現(xiàn)有的VR游戲設(shè)備中，對于人體上半身肢體的動作捕捉技術(shù)較為完善；雖然也有用于下半身動作捕捉的技術(shù)，比如htc開發(fā)的vive tracker，但是一方面在游戲中站立或跑動過久容易導(dǎo)致疲勞，另一方面受到空間限制，與之伴隨的全空間移動輸入問題并沒有得到實質(zhì)性解決；體力和空間兩方面大大限制了家用VR的體驗舒適性和普及。

目前看來，想要在家舒適并且長時間游玩VR，最好的姿勢還是坐姿，但是現(xiàn)在很少有在坐姿下控制腿部姿態(tài)的技術(shù)，使得坐姿下玩家對角色的操控少了些自由和樂趣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷與不足，提供一種基于三維搖桿的VR下肢控制器及其控制方法，不僅可實現(xiàn)VR游戲角色髖關(guān)節(jié)三個自由度和膝關(guān)節(jié)一個自由度的間接控制，還通過特定步驟解決全空間移動輸入的問題。

要讓玩家采用坐姿玩VR時控制腿部姿勢，并不是簡單地控制各個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角，而是要盡量保證操縱的邏輯與真實情況相同；因為在現(xiàn)實中，我們通常是先想著我們的腳要踩到哪里，進(jìn)而自然而然地控制自己的下肢各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角，而不是先想著自己要把關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)多少度，來讓腳踩到那里，這有些類似于機(jī)器人控制中的逆運動學(xué)。

本發(fā)明的好處是對下肢的操縱符合人的邏輯思維順序，保留了一定真實性的同時，操縱更為舒適，且所需空間極小，不會出現(xiàn)電線纏繞問題，更適合在家長時間玩VR時使用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按照以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種基于三維搖桿的VR下肢控制器，包括有底座，位于底座上方的三維搖桿電位器，復(fù)位模塊，傳感模塊，位于三維搖桿上方的踏板；所述踏板通過第一轉(zhuǎn)動軸與三維搖桿相連，所述踏板四周被擋板包圍，側(cè)方擋板間連接有松緊帶。

進(jìn)一步，所述傳感模塊至少包括一個壓力傳感器。

進(jìn)一步，所述復(fù)位模塊至少包括一個彈簧。

進(jìn)一步，三維搖桿側(cè)方有凹槽，凹槽中裝有滑塊，上下槽面中至少有一側(cè)裝有傳感模塊，復(fù)位模塊位于傳感模塊和滑塊之間；所述踏板下方前側(cè)裝有第二轉(zhuǎn)動軸，并通過連桿連接滑塊和踏板。

為了解決上述技術(shù)問題，以下還提供了一種VR下肢控制器的控制方法，包括以下步驟。

將人體下半身視為由下軀干，左右大腿，左右小腿和左右腳的多剛體結(jié)構(gòu)，其中將人體下軀干的隨動坐標(biāo)系視為人體中心系，將小腿和腳部視為一整個體系，其隨動坐標(biāo)系簡稱小腿系，腳踝、膝蓋以及對應(yīng)的髖關(guān)節(jié)作為定位點，大腿位姿根據(jù)膝蓋和髖關(guān)節(jié)定位點的位置即可確定；其他部位的動作輸入都視為相對人體中心系的變化。

上位機(jī)接收左右腿下肢控制器的輸入數(shù)據(jù)。

判斷腿是否處于約束狀態(tài)。

若為非約束狀態(tài)：根據(jù)平移輸入數(shù)值進(jìn)行小腿系平移；小腿系徑向修正，x軸修正，膝蓋定位點修正；根據(jù)旋轉(zhuǎn)輸入數(shù)值進(jìn)行小腿系繞軸旋轉(zhuǎn)；小腿系繞軸修正；確定大腿位姿。

若為約束態(tài)： 根據(jù)平移和旋轉(zhuǎn)輸入數(shù)值，人體中心進(jìn)行反向平移和旋轉(zhuǎn)；人體中心徑向修正；小腿系原點平移至原本位置；小腿系x軸修正，下蓋定位點修正，繞軸修正，腳掌位姿修正；確定大腿位姿。