一種基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法，屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)內(nèi)外目前的虛擬現(xiàn)實(shí)研究主要集中在視覺虛擬上，主要的方法就是通過電子顯 示裝置，將三維空間投影到兩個(gè)不同的平面上，并通過光學(xué)透鏡系統(tǒng)投射到雙眼內(nèi)。電子顯 示裝置內(nèi)的加速度計(jì)、地磁傳感器和紅外光學(xué)傳感器等傳感裝置將頭部運(yùn)動(dòng)復(fù)原到三維空 間內(nèi)的兩個(gè)投影平面上，從而讓使用者產(chǎn)生在計(jì)算機(jī)虛擬三維空間內(nèi)活動(dòng)的錯(cuò)覺。也有通 過手套等力反饋裝置將計(jì)算機(jī)虛擬空間物品產(chǎn)生的觸覺信號(hào)反饋到手上的觸覺虛擬系統(tǒng)。 而聽覺虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，普通耳機(jī)通過特定算法可以達(dá)到幾乎與現(xiàn)實(shí)世界相 同的效果。嗅覺、和味覺的研究相對(duì)較少，目前還處于實(shí)驗(yàn)階段。
[0003] 目前虛擬現(xiàn)實(shí)難以解決的問題主要存在兩個(gè)方面，一個(gè)是內(nèi)耳平衡傳感與虛擬三 維空間的聯(lián)動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)，另外就是觸覺反饋主要集中在手掌觸覺神經(jīng)末梢較為集中的地 方，其他軀干和四肢并沒有。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供一種基于現(xiàn)有成熟技術(shù)體系基礎(chǔ)上 的低成本虛擬現(xiàn)實(shí)觸覺反饋系統(tǒng)的基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來完成的，一種基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí) 實(shí)現(xiàn)方法，它主要包括電子顯示裝置，虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)，短距離低功耗通信系統(tǒng) 以及電動(dòng)按摩器械，其中電子顯示裝置包含加速度、地磁傳感器，或還包含紅外或特定波長(zhǎng) 可見光的模式識(shí)別定位系統(tǒng)，
[0006] 所述的虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)先生成虛擬三維空間，并通過電子顯示裝置將 虛擬三維空間投影發(fā)送到左右眼，當(dāng)虛擬三維空間的物體與使用者在虛擬三維空間內(nèi)的替 身發(fā)生碰撞作用時(shí)，通過沖量計(jì)算，將作用力歸一化后編碼輸出到短距離低功耗通信系統(tǒng)， 電動(dòng)按摩器械上的處理芯片根據(jù)編碼動(dòng)作相應(yīng)的電機(jī)或電磁閥，從而在使用者軀干上重現(xiàn) 虛擬三維空間內(nèi)的作用力，從而完成觸覺反饋，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。
[0007] 作為優(yōu)選：所述的虛擬三維空間包含虛擬三維環(huán)境、互動(dòng)物體和使用者替身；
[0008] 當(dāng)使用者替身與虛擬三維環(huán)境中互動(dòng)物體發(fā)生物理互動(dòng)、即碰撞作用時(shí)，將碰撞 的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行沖量計(jì)算并歸一化，編碼輸出到物理層，即包含藍(lán)牙在內(nèi)的短距離低功耗 通信系統(tǒng)；
[0009] 所述碰撞的沖量算法如下：
[0010] 先將物體運(yùn)動(dòng)分為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)部分，其中：平動(dòng)部分是，
[0012] 轉(zhuǎn)動(dòng)部分是，
[0013] 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I= /mr，力矩T:=:I角動(dòng)量f吁
[0014] 虛擬物體速度和角速度變化：
[0019] 設(shè)定彈性系數(shù)為e可以推導(dǎo)出j的大小如下：
[0023] 所述編碼算法如下：
[0024] OUT= [Xx]；
[0025] 根據(jù)編碼內(nèi)容通過1ms寬的脈沖控制晶閘管打開，通過永磁電機(jī)模擬碰撞力量。
[0026] 本發(fā)明是基于現(xiàn)有成熟技術(shù)體系基礎(chǔ)上的虛擬現(xiàn)實(shí)觸覺反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，具有 結(jié)構(gòu)組成合理，實(shí)現(xiàn)方式可靠，低成本，能夠在使用者軀干上重現(xiàn)虛擬三維空間內(nèi)的作用 力，從而完成觸覺反饋，方便現(xiàn)有電動(dòng)按摩器的實(shí)現(xiàn)，不會(huì)或者很難對(duì)使用者產(chǎn)生傷害，能 提高使用者安全性等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)方法的原理框圖。
[0028] 圖2是本發(fā)明虛擬物體碰撞后的計(jì)算所用矢量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹：本發(fā)明所述的一種基于電動(dòng)按 摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法，它主要包括電子顯示裝置，虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)，短距 離低功耗通信系統(tǒng)以及電動(dòng)按摩器械，其中電子顯示裝置包含加速度、地磁傳感器，或還包 含紅外或特定波長(zhǎng)可見光的模式識(shí)別定位系統(tǒng)，
[0030] 圖1所示，所述的虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)先生成虛擬三維空間1，并通過電子 顯示裝置將虛擬三維空間投影發(fā)送到左右眼2,當(dāng)虛擬三維空間的物體與使用者在虛擬三 維空間內(nèi)的替身發(fā)生碰撞3作用時(shí)，通過沖量計(jì)算4,將作用力歸一化后編碼5輸出到短距 離低功耗通信系統(tǒng)6,電動(dòng)按摩器械上的處理芯片根據(jù)編碼動(dòng)作相應(yīng)的電機(jī)或電磁閥7,從 而在使用者軀干上重現(xiàn)虛擬三維空間內(nèi)的作用力，從而完成觸覺反饋，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。
[0031] 作為優(yōu)選：所述的虛擬三維空間包含虛擬三維環(huán)境、互動(dòng)物體和使用者替身；
[0032] 當(dāng)使用者替身與虛擬三維環(huán)境中互動(dòng)物體發(fā)生物理互動(dòng)、即碰撞作用時(shí)，將碰撞 的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行沖量計(jì)算并歸一化，編碼輸出到物理層，即包含藍(lán)牙在內(nèi)的短距離低功耗 通信系統(tǒng)；
[0033] 所述碰撞的沖量算法如下：
[0034] 圖2所示，先將物體運(yùn)動(dòng)分為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)部分，其中：平動(dòng)部分是，
[0036] 轉(zhuǎn)動(dòng)部分是，
[0038] 虛擬物體速度和角速度變化：
[0041] 虛擬物體在的速度：
[0043] 設(shè)定彈性系數(shù)為e可以推導(dǎo)出j的大小如下：
[0047] 所述編碼算法如下：
[0048] OUT= [Xx]；
[0049] 根據(jù)編碼內(nèi)容通過1ms寬的脈沖控制晶閘管打開，通過永磁電機(jī)模擬碰撞力量。
[0050] 實(shí)施例1 :本發(fā)明主要包括：包含加速度、地磁傳感器，也可以包含紅外或特定波 長(zhǎng)可見光的模式識(shí)別定位系統(tǒng)的電子顯示裝置（如智能手機(jī)），三維虛擬空間生成計(jì)算系 統(tǒng)，短距離低功耗通信系統(tǒng)（藍(lán)牙），電動(dòng)按摩器械組成。
[0051] 以下用普通按摩肩帶為例介紹具體的實(shí)現(xiàn)方法：
[0052] 1.通過計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建虛擬三維空間，包含虛擬三維環(huán)境、互動(dòng)物體和使用者替身。
[0053] 2.當(dāng)使用者替身與虛擬三維環(huán)境中互動(dòng)物體發(fā)生物理互動(dòng)時(shí)，將碰撞的物理數(shù)據(jù) 分析并歸一化，編碼輸出到物理層（短距離低功耗通信系統(tǒng)）。
[0054] 3.碰撞算法如下：
[0055] 先將物體運(yùn)動(dòng)分為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)部分，
[0056] 平動(dòng)部分
[0058] 轉(zhuǎn)動(dòng)部分
[0060] 虛擬物體速度和角速度變化
[0063] 虛擬物體在的速度
[0065] 設(shè)定彈性系數(shù)為e可以推導(dǎo)出j的大小如下：
[0070] 5.編碼算法如下：
[0071] OUT= [Xx]
[0072] 6.根據(jù)編碼內(nèi)容通過1ms寬的脈沖控制晶閘管打開，通過永磁電機(jī)模擬碰撞力 量。
[0073] 實(shí)施例2 :本發(fā)明所述電子顯示裝置和虛擬三維空間生成計(jì)算裝置為蘋果公司生 產(chǎn)的iPhone6智能手機(jī)，電子顯示裝置外殼為google公司生產(chǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)Cardboard2,電 動(dòng)按摩器械為榮泰公司RT-2021肩部按摩器，藍(lán)牙芯片為德州儀器公司的TI2541藍(lán)牙芯 片。
[0074] iPhone6智能手機(jī)通過計(jì)算地磁和加速度傳感器的數(shù)據(jù)在虛擬三維空間確定替身 頭部的位置和朝向，然后將三維空間在雙眼位置的投影傳輸?shù)绞謾C(jī)屏幕上，并通過google 公司的Cardb〇ard2上的透鏡將投影信息傳輸?shù)讲僮髡叩难劬?nèi)。當(dāng)操作者與虛擬三維空 間內(nèi)物體互動(dòng)時(shí)，碰撞的動(dòng)量通過碰撞算法計(jì)算出，并通過藍(lán)牙輸出到榮泰公司RT-2021 肩部按摩器，達(dá)到互動(dòng)效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法，它主要包括電子顯示裝置，虛擬三維 空間生成計(jì)算系統(tǒng)，短距離低功耗通信系統(tǒng)以及電動(dòng)按摩器械，其中電子顯示裝置包含加 速度、地磁傳感器，或還包含紅外或特定波長(zhǎng)可見光的模式識(shí)別定位系統(tǒng)，其特征在于： 所述的虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)先生成虛擬三維空間，并通過電子顯示裝置將虛擬 三維空間投影發(fā)送到左右眼，當(dāng)虛擬三維空間的物體與使用者在虛擬三維空間內(nèi)的替身發(fā) 生碰撞作用時(shí)，通過沖量計(jì)算，將作用力歸一化后編碼輸出到短距離低功耗通信系統(tǒng)，電動(dòng) 按摩器械上的處理芯片根據(jù)編碼動(dòng)作相應(yīng)的電機(jī)或電磁閥，從而在使用者軀干上重現(xiàn)虛擬 三維空間內(nèi)的作用力，從而完成觸覺反饋，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述的 虛擬三維空間包含虛擬三維環(huán)境、互動(dòng)物體和使用者替身； 當(dāng)使用者替身與虛擬三維環(huán)境中互動(dòng)物體發(fā)生物理互動(dòng)、即碰撞作用時(shí)，將碰撞的物 理數(shù)據(jù)通過沖量計(jì)算并歸一化，編碼輸出到物理層，即包含藍(lán)牙在內(nèi)的短距離低功耗通信 系統(tǒng)； 所述碰撞的沖量算法如下： 先將物體運(yùn)動(dòng)分為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)部分，其中：平動(dòng)部分是， 動(dòng)量f5沖量?.=j,動(dòng)量定理透多.? 轉(zhuǎn)動(dòng)部分是， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.=毛力矩角動(dòng)量1:.? 虛擬物體速度和角速度變化：虛擬物體在的速度： ν 4 ω X f 設(shè)定彈性系數(shù)為e可以推導(dǎo)出j的大小如下：所述歸一化算法如下：所述編碼算法如下： OUT= [Xx]； 根據(jù)編碼內(nèi)容通過lms寬的脈沖控制晶閘管打開，通過永磁電機(jī)模擬碰撞力量。
【專利摘要】一種基于電動(dòng)按摩器械的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方法，它主要包括電子顯示裝置，虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)，短距離低功耗通信系統(tǒng)以及電動(dòng)按摩器械，其中電子顯示裝置包含加速度、地磁傳感器，或還包含紅外或特定波長(zhǎng)可見光的模式識(shí)別定位系統(tǒng)，所述的虛擬三維空間生成計(jì)算系統(tǒng)先生成虛擬三維空間，并通過電子顯示裝置將虛擬三維空間投影發(fā)送到左右眼，當(dāng)虛擬三維空間的物體與使用者在虛擬三維空間內(nèi)的替身發(fā)生碰撞作用時(shí)，通過沖量計(jì)算，將作用力歸一化后編碼輸出到短距離低功耗通信系統(tǒng)，電動(dòng)按摩器械上的處理芯片根據(jù)編碼動(dòng)作相應(yīng)的電機(jī)或電磁閥，從而在使用者軀干上重現(xiàn)虛擬三維空間內(nèi)的作用力，從而完成觸覺反饋，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。
【IPC分類】A61H23/02
【公開號(hào)】CN105250130
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510552226
【發(fā)明人】程平, 范超
【申請(qǐng)人】杭州喵隱科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日