專利名稱：一種基于紅外識(shí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及交互方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實(shí)的電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于紅外識(shí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及交互方法。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(shí)，是近年來出現(xiàn)的高科技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(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，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。隨著近年來用大屏幕來放映三維影像，然后再結(jié)合實(shí)際情況，而形成的三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，越來越受航天航海、汽車駕駛、工業(yè)制造、國防等需要模擬操作的行業(yè)的重視。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以提供一個(gè)模擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景，讓駕駛員模擬駕駛飛機(jī)、船只、汽車，也可以讓裝配工人在模擬的車間環(huán)境中進(jìn)行模擬工業(yè)裝配的操作訓(xùn)練，還可以讓采礦工人在模擬礦井環(huán)境中發(fā)生災(zāi)難時(shí)候怎么處理自救等等，還有很多需要用到虛擬實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的行業(yè)和企業(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)，很好地解決了人類對(duì)某些現(xiàn)實(shí)情況的未知/已知事情的認(rèn)識(shí)，為很多工作的開展提供了可參考的理據(jù)。目前虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互技術(shù)，就僅限于特制的手套等具有傳感功能的工具，但這些傳感工具通用性不足，某些傳感工具只適用于某些特定的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，當(dāng)這些傳感工具不適用某些虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景時(shí)，就要采用其他的傳感工具，這樣一來，就會(huì)造成成本的上升和設(shè)備的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于紅外識(shí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及交互方法，既能節(jié)省成本，又能減少設(shè)備的浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種基于紅外識(shí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，包括順次連接的三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分；
所述三維影像部分包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運(yùn)算和控制輸出的信號(hào)處理單元；
所述終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個(gè)參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定；
所述紅外感應(yīng)部分包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元；其中所述紅外線收發(fā)室是空間對(duì)稱體。本發(fā)明是利用紅外管的直線傳輸，紅外管分為發(fā)射端和接收端，中間沒有物體阻隔它的傳輸，接收端就是正常工作的狀態(tài)，接收端就會(huì)發(fā)出工作正常的信號(hào)，當(dāng)有物體在兩端之間時(shí)，接收端接收不到發(fā)射端的信號(hào)，就處于異常的狀態(tài)，并發(fā)出工作異常的信號(hào)。在使用的時(shí)候，保證紅外管的發(fā)射端和接收端正常工作狀態(tài)，用戶進(jìn)入到紅外線收發(fā)室，紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元根據(jù)接收端接收到的正常/異常信號(hào)計(jì)算出用戶的具體位置，并通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元，信號(hào)處理單元對(duì)其做圖像運(yùn)算，將用戶的位置虛擬在屏幕上的三維影像中，同時(shí)將其虛擬結(jié)合效果反饋給終端控制部分。屏幕安放在用戶的可視范圍內(nèi)。布設(shè)在紅外線收發(fā)室上的紅外管是均勻的，在其發(fā)射密度固定時(shí)，能夠通過終端控制部分的軟件界面適當(dāng)?shù)乜刂萍t外線發(fā)射端的發(fā)射密度。還能通過終端控制部分的軟件界面按需要來轉(zhuǎn)換屏幕的顯示畫片。紅外線收發(fā)室是空間對(duì)稱體，是指紅外收發(fā)室是一個(gè)軸對(duì)稱的立體空間或一個(gè)長方體，并不限于圓柱形或鼓狀或長方體。一種基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)的交互方法，用戶進(jìn)入紅外線收發(fā)室，紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元計(jì)算出用戶在該室的位置A，通過終端控制部分將位置A傳輸?shù)饺S影像部分的信號(hào)處理單元，得到用戶的三維影像，通過判斷用戶的三維影像來判斷位置A是否為適合位置；當(dāng)該位置A為適合位置時(shí)，則終端控制部分將位置A設(shè)為起始位置；否則用戶調(diào)整到適合位置；
在用戶有動(dòng)作或移動(dòng)時(shí)，紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)，通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元，信號(hào)處理單元通過對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)分析和計(jì)算，判定用戶是操作，從而通過屏幕輸出其相應(yīng)的物理狀態(tài)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案在實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)，對(duì)虛擬的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景要求低，無需因?yàn)樘摂M場(chǎng)景的改變而更換傳感工具。用戶只需將所需的虛擬場(chǎng)景在本系統(tǒng)的屏幕中放映，并用戶進(jìn)入到本系統(tǒng)中根據(jù)指示操作即可，在節(jié)省成本的同時(shí)又減少了設(shè)備的浪費(fèi)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的紅外管工作原理圖。圖3是本發(fā)明的紅外管分布圖。圖4是本發(fā)明的紅外矩形立體空間的立體圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明下本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。請(qǐng)參見圖1，圖中是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
見圖1，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖?？煞譃槿糠秩S影像部分，包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運(yùn)算和控制輸出的信號(hào)處理單元；紅外感應(yīng)部分，也可稱人機(jī)交互部分，包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元；其中紅外線收發(fā)室是空間對(duì)稱體。終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個(gè)參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定。三個(gè)部分可以通過有線和/或無線方式連接，進(jìn)行信號(hào)的交互；在本實(shí)施例中，采用無線方式連接。如圖2，紅外管是直線傳輸?shù)?，分為發(fā)射端和接收端，中間沒有物體阻隔它的傳輸，接收端就是正常工作的狀態(tài)，接收端就會(huì)發(fā)出工作正常的信號(hào)，當(dāng)有東西在兩端之間時(shí)，接收端接收不到發(fā)射端的信號(hào)，就處于異常的狀態(tài)，并發(fā)出工作異常的信號(hào)?；趫D2的原理，如圖3，把紅外線收發(fā)空間搭建成為一個(gè)由紅外管的發(fā)射端和接收端一對(duì)一的密布而成的長方體，上端面和左端面為發(fā)射端，下端面和右端面為接收端，前后兩端面為空的，紅外管分布的距離間隔越小越好，紅外管的密度越密，其數(shù)據(jù)就越精確。圖4為長方體的寬度，其寬度可根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)的方案而定，建議是2至3米，這個(gè)寬度能適合大多數(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)方案。三維影像部分和紅外感應(yīng)部分必須呈水平直線放置，長方體的前后兩端面平行對(duì)著屏幕。長方體的長寬高根據(jù)方案的要求，可以適當(dāng)增減。基于圖2的原理，把紅外線收發(fā)空間搭建成為一個(gè)由紅外管的發(fā)射端和接收端一對(duì)一的密布而成的長方體，發(fā)射端安放在長方體的上端面、下端面、左端面或右端面中的一個(gè)或多個(gè)端面上，在發(fā)射端安放位置的對(duì)稱位置安放有接收端，所述三維影像區(qū)的屏幕與長方體的前后端面平行，屏幕安放在矩形立體空間外?；趫D2的原理，還可以把紅外線收發(fā)空間搭建成為一個(gè)由紅外管的發(fā)射端和接收端一對(duì)一的密布而成的柱狀或鼓狀，所述紅外管的發(fā)射端和接收端一對(duì)一對(duì)稱布設(shè)在柱體或鼓體上，三維影像區(qū)的屏幕與兩個(gè)柱面或兩個(gè)鼓面平行，屏幕安放在紅外線收發(fā)室外。如圖4，由于有了紅外管搭建的這個(gè)長方體的紅外網(wǎng)，只要使用者進(jìn)入這個(gè)長方體空間，通過紅外的接收端發(fā)出的信號(hào)，即可得知使用者的在該空間的相對(duì)立體坐標(biāo)A。然后通過終端控制單元，設(shè)定坐標(biāo)A為起始坐標(biāo)。如果坐標(biāo)A不是適合的位置，可以讓使用者站在適合的位置上再設(shè)定為起始坐標(biāo)。所謂的適合位置，是以屏幕看到的三維影像為參考，在該位置上，通過手、腳或身體的動(dòng)作或移動(dòng)，可以與三維圖像實(shí)現(xiàn)設(shè)想中交互，就是適合位置。通過終端控制單元，在紅外管密度固定的情況下，可以根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)方案的需要，適當(dāng)?shù)乜刂萍t外線發(fā)射端的發(fā)射密度。例如虛擬現(xiàn)實(shí)方案A，需要使用者在大動(dòng)作時(shí)才實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，輕微的人體抖動(dòng)不起作用，而矩形立體空間上面部分著200*400的紅外管，因應(yīng)該案例，可以通過終端控制關(guān)閉一部分的紅外發(fā)射端和接收端，使正在工作的紅外管減少為100*200，或者其它數(shù)值。其中設(shè)想中的交互，主要的實(shí)現(xiàn)原理是使用者站在密布紅外管的長方體空間的適合位置上，面向著播放三維影像的屏幕，并且移動(dòng)身體/肢體來改變眼前三維影像的形狀和物理特性等，其實(shí)質(zhì)上是使用者阻隔了相應(yīng)位置的紅外線網(wǎng)的接收，相應(yīng)的紅外管就會(huì)發(fā)出工作異常的信號(hào)，傳輸?shù)郊t外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元，該紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元通過對(duì)全部紅外接收的正常/異常信號(hào)的分析，計(jì)算出使用者的身體/肢體移動(dòng)的軌跡坐標(biāo)，通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元的信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元通過對(duì)軌跡坐標(biāo)的分析和計(jì)算，判定使用者是在對(duì)哪個(gè)三維影像中的事物進(jìn)行操作，從而通過屏幕輸出該事物相應(yīng)的物理狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于紅外識(shí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，其特征在于包括順次連接的三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分； 所述三維影像部分包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運(yùn)算和控制輸出的信號(hào)處理單元； 所述終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個(gè)參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定； 所述紅外感應(yīng)部分包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元；其中所述紅外線收發(fā)室是空間對(duì)稱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)空間中的紅外管包括紅外管發(fā)射端和紅外管接收端，所述紅外管發(fā)射端和紅外管接收端一對(duì)一對(duì)稱布設(shè)在紅外線收發(fā)室上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)室為長方體，紅外管發(fā)射端安放在長方體的上端面、下端面、左端面或右端面中的一個(gè)或多個(gè)端面上，在紅外管發(fā)射端安放位置的對(duì)稱位置安放有紅外管接收端，所述三維影像區(qū)的屏幕與長方體的前后端面平行，屏幕安放在矩形立體空間外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外管發(fā)射端安放在長方體上端面和左端面，紅外管接收端安放在下端面和右端面的對(duì)稱位置，所述三維影像區(qū)的屏幕與長方體的前后端面平行，屏幕安放在長方體外。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)室為柱狀或鼓狀，所述紅外管發(fā)射端和紅外管接收端一對(duì)一對(duì)稱布設(shè)在柱體或鼓體上，三維影像區(qū)的屏幕與兩個(gè)柱面或兩個(gè)鼓面平行，屏幕安放在紅外線收發(fā)室外。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線收發(fā)室的寬度為2-3米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)，其特征在于所述三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分三個(gè)部分的連接方式為有線連接和/或無線連接。
8.—種權(quán)利要求1至7所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)的交互方法，其特征在于 用戶進(jìn)入紅外線收發(fā)室，紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元計(jì)算出用戶在該室的位置A，通過終端控制部分將位置A傳輸?shù)饺S影像部分的信號(hào)處理單元，得到用戶的三維影像，通過判斷用戶的三維影像來判斷位置A是否為適合位置；當(dāng)該位置A為適合位置時(shí)，則終端控制部分將位置A設(shè)為起始位置；否則用戶調(diào)整到適合位置； 在用戶有動(dòng)作或移動(dòng)時(shí)，紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)，通過終端控制部分傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元，信號(hào)處理單元通過對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)分析和計(jì)算，判定用戶是操作，從而通過屏幕輸出其相應(yīng)的物理狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于紅外識(shí)別的虛擬顯示系統(tǒng)的交互方法，其特征在于所述適合位置是以屏幕看到的三維影像為參考，在該位置上，通過動(dòng)作或移動(dòng)，能與三維圖像實(shí)現(xiàn)設(shè)想中的交互。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于紅外識(shí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及交互方法，其系統(tǒng)包括順次連接的三維影像部分、終端控制部分和紅外感應(yīng)部分；三維影像部分包括用于顯示三維影像的屏幕和用于圖像運(yùn)算和控制輸出的信號(hào)處理單元；終端控制部分是三維影像部分的數(shù)據(jù)和紅外感應(yīng)部分的數(shù)據(jù)的中間交互單元，通過軟件界面作各個(gè)參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)定；紅外感應(yīng)部分包括由紅外管均勻布設(shè)搭建而成的紅外線收發(fā)室和紅外數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元；其中紅外線收發(fā)室是空間對(duì)稱體。采用本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)，對(duì)虛擬的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景要求低，無需因虛擬場(chǎng)景的改變而更換傳感工具。用戶只需將虛擬場(chǎng)景在屏幕中放映，并用戶進(jìn)入到本系統(tǒng)中根據(jù)指示操作即可，在節(jié)省成本的同時(shí)又減少了設(shè)備的浪費(fèi)。
文檔編號(hào)G06F3/01GK102999165SQ20121053104
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者施楊 申請(qǐng)人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司