本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著生活節(jié)奏的逐漸加快，人們的在業(yè)余生活方面也有了更多的需求。同時(shí)，隨著相關(guān)技術(shù)的提高和軟硬件設(shè)備成本的降低，各式各樣的娛樂設(shè)備越來越多地進(jìn)入人們的視野。體感游戲作為一種新穎的娛樂方式，越來越多的被各個(gè)年齡段的人所接納。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality)作為近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)之一，該技術(shù)主要通過電腦模擬技術(shù)，產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，帶給使用者身臨其境的體驗(yàn)。

體感游戲作為是電子游戲的類型之一，與傳統(tǒng)的電子游戲有較大區(qū)別。體感游戲一般并不使用鼠標(biāo)，鍵盤等傳統(tǒng)的輸入外設(shè)，取代的是利用功能繁多的輸入設(shè)備來捕獲用戶的肢體動(dòng)作。通過將用戶的肢體動(dòng)作作為游戲的輸入信號(hào)，從而來達(dá)到利用肢體控制游戲的目的。相對(duì)普通游戲而言，體感游戲能帶給用戶更好的代入感。此外，輸入方式的改變也使得游戲本身更增添了獨(dú)特的樂趣。

相比普通的電子游戲而言，體感游戲在一般要求使用者使用全身或身體的一部分來操縱游戲，這一特點(diǎn)使得體感游戲與個(gè)人健身塑形有密不可分的聯(lián)系。作為一個(gè)輔助用戶運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)用戶鍛煉的新型方式，體感游戲?qū)⑦\(yùn)動(dòng)健身融合在有趣的游戲內(nèi)容中。在幫助用戶健身的同時(shí)，也有助于用戶緩解心里壓力。因此設(shè)計(jì)一種娛樂與健身緊密聯(lián)系的健身系統(tǒng)，對(duì)于綠色生活，健康生活，促進(jìn)鍛煉，減壓方面具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)，促進(jìn)用戶鍛煉的新型方式，將運(yùn)動(dòng)健身融合在有趣的游戲內(nèi)容中。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元、軟件處理單元、無線傳輸單元和立體顯示單元，其中

所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元包括霍爾傳感器、Arduino控制器和無線發(fā)送模塊，所述霍爾傳感器用于采集人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述Arduino控制器不斷從霍爾傳感器的輸出端獲取人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述無線發(fā)送模塊用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳輸單元；

所述無線傳輸單元用于將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給軟件處理單元；

所述軟件處理單元包括Unity模塊，該模塊用于虛擬現(xiàn)實(shí)場景的搭建，同時(shí)根據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬場景的邏輯設(shè)計(jì)；

所述立體顯示單元包括虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，用于立體顯示同步的虛擬場景，且通過自帶的陀螺儀檢測用戶頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：

(1)本發(fā)明的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)，通過Arduino控制器與霍爾傳感結(jié)合采集有關(guān)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，Unity軟件平臺(tái)搭建虛擬三維場景，再結(jié)合采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，控制虛擬現(xiàn)實(shí)場景的變化，最終通過虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡Oculus Rift來同步顯示；(2)本發(fā)明提出了一種輔助用戶運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)用戶鍛煉的新型方式，將運(yùn)動(dòng)健身融合在有趣的游戲內(nèi)容中，改變了傳統(tǒng)的室內(nèi)健身感受，對(duì)于促進(jìn)鍛煉、綠色生活以及減壓方面具有重要意義；(3)本發(fā)明可打包集成于室內(nèi)騎行健身器材上，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)的原理框圖。

圖2為運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為Unity虛擬場景的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)原理框圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1，一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元、軟件處理單元、無線傳輸單元和立體顯示單元，其中

所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元包括霍爾傳感器、Arduino控制器和無線發(fā)送模塊，所述霍爾傳感器用于采集人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述Arduino控制器不斷從霍爾傳感器的輸出端獲取人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述無線發(fā)送模塊用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳輸單元；

所述無線傳輸單元用于將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給軟件處理單元；

所述軟件處理單元包括Unity模塊，該模塊用于虛擬現(xiàn)實(shí)場景的搭建，同時(shí)根據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬場景的邏輯設(shè)計(jì)；

所述立體顯示單元包括虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，用于立體顯示同步的虛擬場景，且通過自帶的陀螺儀檢測用戶頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述霍爾傳感器與磁鋼配套使用，用于檢測用戶運(yùn)動(dòng)速度；霍爾傳感器安裝在用戶鞋子的后跟處，磁鋼放置在霍爾傳感器的正下方所在的有效檢測位置；

當(dāng)霍爾傳感器與磁鋼相對(duì)時(shí)，產(chǎn)生脈沖輸出給Arduino控制器，通過脈沖數(shù)測出用戶的運(yùn)動(dòng)速度。

進(jìn)一步的，所述人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是指用戶的運(yùn)動(dòng)速度，自行車轉(zhuǎn)速根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行測量，霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)頻率與自行車轉(zhuǎn)速成正比，脈沖信號(hào)與自行車轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：

式中，n為自行車轉(zhuǎn)速，P為自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的脈沖數(shù)，T為輸出方波信號(hào)的周期；

根據(jù)式(1)計(jì)算出自行車的車速，測取左右腳運(yùn)動(dòng)的速度，然后取平均值，再把此數(shù)據(jù)通過無線模塊傳送給軟件處理單元。

進(jìn)一步的，所述軟件處理單元利用Unity的三維引擎和物理引擎進(jìn)行道路的碰撞檢測，與用戶的輸入共同控制游戲角色運(yùn)用，且用第一人稱人物進(jìn)行控制。

進(jìn)一步的，所述虛擬現(xiàn)實(shí)場景的搭建過程具體為：擬定三維場景的大概草圖，包括整體環(huán)境、天氣和視野；利用插件TerrainComposer創(chuàng)建地形，并完善場景；將文件拖入U(xiǎn)nity3d對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的子目錄中，完成模型的導(dǎo)入。

進(jìn)一步的，所述Unity虛擬場景的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)過程為：

用戶需要先選擇一個(gè)終點(diǎn)，終點(diǎn)代表目標(biāo)位置；

用戶從特定的目標(biāo)起點(diǎn)出發(fā)，在到達(dá)目標(biāo)位置之前，平臺(tái)持續(xù)檢測用戶的動(dòng)作，如果檢測到用戶的移動(dòng)，那么在虛擬場景中，游戲角色也會(huì)按照用戶的移動(dòng)方向移動(dòng)，否則，游戲角色保持不動(dòng)；

當(dāng)場景中游戲角色到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，游戲結(jié)束，并給出運(yùn)動(dòng)時(shí)間和用戶運(yùn)動(dòng)速度的統(tǒng)計(jì)量。

進(jìn)一步的，所述立體顯示單元使用視頻線復(fù)制顯示電腦的輸出，且能夠左右眼分屏查看。

進(jìn)一步的，所述虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡采用Oculus Rift。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明涉及的一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元、無線傳輸單元、軟件處理單元和立體顯示單元，其中

所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元包括霍爾傳感器、Arduino控制器以及無線模塊，所述Arduino控制器不斷從霍爾傳感器的輸出端獲取人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送給無線傳輸單元；

所述無線傳輸單元用于將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給軟件處理單元；

所述軟件處理單元包括Unity模塊，該軟件平臺(tái)用于虛擬現(xiàn)實(shí)場景的搭建，同時(shí)根據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)游戲邏輯場景的設(shè)計(jì)；

所述立體顯示單元包括虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡Oculus Rift，用于立體顯示同步的虛擬場景，且通過Oculus Rift自帶的陀螺儀可以檢測用戶頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元如圖2所示，所述霍爾傳感器需要與磁鋼配套使用，用于檢測用戶運(yùn)動(dòng)速度，霍爾傳感器安裝在用戶鞋子的后跟處，磁鋼放置在霍爾傳感器的正下方所在的有效檢測位置，且當(dāng)霍爾傳感器與磁鋼相對(duì)時(shí)，會(huì)有脈沖輸出給Arduino控制器，因此通過脈沖數(shù)可以測出用戶的運(yùn)動(dòng)速度，通過數(shù)據(jù)可以判斷用戶是否開始運(yùn)動(dòng)以及可以計(jì)算運(yùn)動(dòng)速度。例如在利用Arduino實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)檢測設(shè)備里，1和0被用來傳遞當(dāng)前用戶的雙腳的踏步信息，1表示腳在騎行踏板的最低點(diǎn)，0表示腳踏板離開最低點(diǎn)。1和0交替的出現(xiàn)代表用戶的跑步動(dòng)作，而持續(xù)的1表示用戶的靜止。

自行車轉(zhuǎn)速主要根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來進(jìn)行測量，霍爾元件輸出的脈沖信號(hào)頻率與轉(zhuǎn)速成正比，脈沖信號(hào)與轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：

式中：n為自行車轉(zhuǎn)速，P為自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的脈沖數(shù)，T為輸出方波信號(hào)的周期，根據(jù)式(1)即可計(jì)算出自行車的車速，本發(fā)明測取左右腳運(yùn)動(dòng)的速度，然后取平均值，再把此數(shù)據(jù)通過發(fā)送給軟件處理單元。

所述軟件處理單元利用Unity的三維引擎和物理引擎實(shí)現(xiàn)道路的碰撞檢測包括上坡和下坡，在其限制下與用戶的輸入一起共同控制游戲角色運(yùn)用，且用第一人稱人物實(shí)現(xiàn)控制。第一人稱人物控制即游戲展示的視角正是在模擬用戶真實(shí)雙眼看到的視角，和第三人稱不同，第一人稱下用戶不可能看到自己控制的角色的后背，因?yàn)閳鼍爸邢鄼C(jī)的位置始終綁定在游戲角色眼鏡的位置。

所述三維場景的搭建步驟為：

首先，在制作三維場景之前，先擬定三維場景的大概草圖，包括整體環(huán)境，天氣，視野，本平臺(tái)采取天氣晴朗視野相對(duì)遼闊的戶外綠色山坡作為場景；

然后是創(chuàng)建地形。在Unity提供的Asset Store中購買并下載地形生成插件TerrainComposer，利用該插件用于創(chuàng)建地形。在有了地形之后，進(jìn)一步加入一些模型完善整個(gè)場景，例如可以在場景中路邊加入民房，或著加入路人；模型通過使用三維建模軟件生成。

最后，在生成了模型文件之后，將文件拖入U(xiǎn)nity3d對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的子目錄中即可完成模型的導(dǎo)入。

所述Unity虛擬場景的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所述：首先，用戶需要先選擇一個(gè)終點(diǎn)，終點(diǎn)代表目標(biāo)位置；然后，用戶從特定的目標(biāo)起點(diǎn)出發(fā)，在到達(dá)目標(biāo)位置之前，平臺(tái)持續(xù)檢測用戶的動(dòng)作，如果檢測到用戶的移動(dòng)，那么在虛擬場景中，游戲角色也會(huì)按照用戶的移動(dòng)方向移動(dòng)，否則，游戲角色保持不動(dòng)；當(dāng)場景中游戲角色到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，游戲結(jié)束，并給出運(yùn)動(dòng)時(shí)間和用戶運(yùn)動(dòng)速度統(tǒng)計(jì)量。

所述立體顯示單元使用HDMI線等視頻線來直接復(fù)制顯示電腦的輸出，且能夠左右眼分屏查看。

本實(shí)施例的室內(nèi)騎行健身系統(tǒng)的具體實(shí)施方式為：運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元把采集的用戶運(yùn)動(dòng)信息通過無線傳輸單元發(fā)送給軟件處理單元，利用Unity模塊根據(jù)運(yùn)動(dòng)信息控制三維虛實(shí)場景的變化，再通過Oculus Rift立體顯示眼鏡進(jìn)行同步顯示。