[發明專利]一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202211639279.9
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN116050087A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 陳維亞;蔡建華;趙璐;陳富強;丁烈云
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;中交武漢智行國際工程咨詢有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F119/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李曉飛

1.一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真方法，其特征在于，包括雪車雪橇，在所述雪車雪橇的底部設置有振動臺，用于模擬高速滑行過程中用戶的體感變化，所述仿真方法包括：

S1、對雪車雪橇賽道進行三維重構，對賽道內外的立體視聽環境進行仿真并傳遞給用戶；

S2、構建與所述雪車雪橇對應的孿生模型；

S3、根據用戶的體感信息傳遞給所述孿生模型的輸入力、所述孿生模型在預設軌道中所受的預設力及所述孿生模型在賽道上的摩擦力得到所述孿生模型滑行方向和速度的控制函數；

S4、基于所述控制函數生成包含當前時刻所述孿生模型滑行方向和速度的變化矩陣，基于所述變化矩陣和上一時刻的pose矩陣確定當前時刻的pose矩陣，用當前時刻的pose矩陣改變孿生模型在賽道中的位置信息。

2.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述S3中，得到所述孿生模型滑行方向和速度的控制函數的過程包括：

將用戶的體感信息傳遞給所述孿生模型的輸入力、所述孿生模型在預設軌道中所受的預設力及所述孿生模型在賽道上的摩擦力進行矢量合成，得到所述孿生模型所受的合力；

基于所述合力，得到所述孿生模型滑行方向和速度的控制函數。

3.根據權利要求2所述的仿真方法，其特征在于，所述控制函數a(F_合力)為：

其中，F_合力為所述孿生模型所受的合力，m為所述孿生模預設的重力。

4.根據權利要求1-3任意一項所述的仿真方法，其特征在于，所述S3中，所述體感信息包括用戶身體的前傾角度和側斜角度；

基于所述用戶身體的前傾角度和側斜角度，用重心偏移計算法得到用戶的體感信息傳遞給所述孿生模型的輸入力。

5.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述S1中，對賽道內外的立體視聽環境進行仿真并傳遞給用戶，包括：

對賽道外部的立體視覺環境建模和渲染，并通過VR頭盔傳遞給用戶；

對賽道外部的立體聲環境建模，并通過立體環繞音響傳遞給用戶；

對賽場中基于滑行速度的風速模擬，并通過布置變頻風機傳遞給用戶。

6.根據權利要求5所述的仿真方法，其特征在于，在所述孿生模型下滑的過程中，還包括：

將所述孿生模型在三維方向上的速度、加速度、角速度及角加速度的變化分別同時傳遞給VR頭盔及振動臺，以實現立體視覺環境與振動臺的耦合；

將所述孿生模型的速度與方向的變化分別同時傳遞給VR頭盔、變頻風機的變頻器及立體環繞音響，以實現立體視覺環境、立體聲環境與風速的耦合。

7.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，在所述孿生模型下滑的過程中，還包括：通過改變用戶的體感信息傳遞給孿生模型輸入力的大小和方向實現孿生模型的加速、減速或過彎。

8.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，還包括：在所述孿生模型和賽道的邊界處設置碰撞模型，當所述孿生模型所受的合力使得所述孿生模型和賽道的邊界發生碰撞時，產生碰撞效果。

9.根據權利要求2或3所述的仿真方法，其特征在于，還包括：設置用戶的操作靈敏度，所述孿生模型所受的合力F_合力為：

F_合力＝(1-θ)F₀+θF₁

其中，F₀表示所述預設力和所述摩擦力之和，F₁表示用戶的體感信息傳遞給孿生模型的輸入力，θ表示靈敏度。

10.一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真系統，其特征在于，包括：

雪車雪橇、振動臺、三維重構模塊、立體視聽環境仿真模塊、孿生模型構建模塊、控制函數生成模塊及位置信息改變模塊；

所述振動臺設置在所述雪車雪橇的底部，用于模擬高速滑行過程中用戶的體感變化；

所述三維重構模塊用于對雪車雪橇賽道進行三維重構；

所述立體視聽環境仿真模塊用于對賽道內外的立體視聽環境進行仿真并傳遞給用戶；

所述孿生模型構建模塊用于構建與所述雪車雪橇對應的孿生模型；

所述控制函數生成模塊用于根據用戶的體感信息傳遞給孿生模型的輸入力、所述孿生模型在預設軌道中所受的預設力及所述孿生模型在賽道上的摩擦力得到所述孿生模型滑行方向和速度的控制函數；

所述位置信息改變模塊用于基于所述控制函數生成包含當前時刻所述孿生模型滑行方向和速度的變化矩陣，基于所述變化矩陣和上一時刻的pose矩陣確定當前時刻的pose矩陣，用當前時刻的pose矩陣改變孿生模型在賽道中的位置信息。