[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

本發明公開了一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真方法及系統，屬于雪車雪橇運動感官技領域。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及所述孿生模型在賽道上所受的力得到所述孿生模型滑行方向和速度的控制函數；S4、基于控制函數生成包含當前時刻孿生模型滑行方向和速度的變化矩陣，基于所述變化矩陣確定當前時刻的pose矩陣，進而改變孿生模型在賽道中的位置。在雪車雪橇的底部設置有振動臺，用于模擬滑行過程中用戶的體感變化。本發明能夠增強用戶的沉浸式體驗感，提升交互的實時性，并提升用戶參與的真實度。

技術領域

本發明屬于雪車雪橇運動感官技術領域，更具體地，涉及一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真方法及系統。

背景技術

近年來，越來越多人參與到冰雪運動中，雪車雪橇這項緊張刺激的運動也走入大眾視野。但目前雪車雪橇極大的受到了場地和設備的限制，為雪車雪橇運動員訓練和普通用戶體驗雪車雪橇運動均產生一定困難。

現有技術中，已經有一些針對雪車雪橇運動的模擬仿真裝置來供大眾體驗或供專業運動員訓練使用，然而先前的各種基于傳感器的仿真體驗設備，其模擬感官較為單一，大多只是視覺和觸覺的體驗，體驗感并不真實；另外，還存在用戶與虛擬模型的實時交互性不強的問題；再者，現有的雪車雪橇模擬仿真裝置存在用戶體驗路線固定、不同用戶體驗感受相同等缺陷，并不能讓用戶體驗到真實的雪車雪橇運動。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真方法及系統，其目的在于增強用戶的沉浸式體驗感，提升交互的實時性，并提升用戶參與的真實度。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種可交互多感官耦合雪車雪橇仿真方法，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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；