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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 幻境漫步者--基于體態(tài)感知和3D顯示的趣味健步系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一套基于立體顯示和體態(tài)感知的虛擬漫游系統(tǒng)。當(dāng)用戶帶上頭盔顯示器，背上一個(gè)背包，即可進(jìn)入一個(gè)夢(mèng)幻般的虛擬世界，并且在這個(gè)虛擬世界里走動(dòng)，或者四處觀察，完全由用戶的現(xiàn)實(shí)動(dòng)作來(lái)控制，使其在享受幻境漫步的同時(shí)，又通過(guò)不停地走動(dòng)鍛煉了身體，一舉多得。
- 詳細(xì)介紹：
- 趣味健步系統(tǒng)是一個(gè)基于體態(tài)感知和3D立體顯示的虛擬漫游系統(tǒng)，漫游者戴上數(shù)字頭盔，背上封裝系統(tǒng)的背包就可以隨時(shí)隨地享受幻境漫步的樂(lè)趣。系統(tǒng)運(yùn)行的功能效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 首先，漫步者通過(guò)數(shù)字頭盔能夠看到三維場(chǎng)景的立體顯示效果。 其次，連接在漫游者頭部、肩部及腰部的傳感器能夠感知人體的動(dòng)作行為，將人體姿態(tài)變化的數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞到漫游器中，虛擬場(chǎng)景的視角環(huán)境也就隨之發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能。 最后，由于漫游者頭戴頭盔視線被遮擋，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中健步運(yùn)動(dòng)時(shí)有可能碰到桌子、墻，因此系統(tǒng)還需要設(shè)有監(jiān)視保護(hù)跟蹤等功能，不僅能提示漫游者避開現(xiàn)實(shí)環(huán)境的障礙物而且可以隨時(shí)跟蹤漫游者在虛擬場(chǎng)景中的方位坐標(biāo)。 針對(duì)以上功能設(shè)計(jì)的要求，趣味健步系統(tǒng)的開發(fā)主要分為五大模塊，一是基于體態(tài)感知的漫游器設(shè)計(jì)模塊，二是體感游戲和體感健身程序的開發(fā)模塊，三是三維場(chǎng)景模型的構(gòu)建模塊，四是虛擬漫游的監(jiān)視跟蹤保護(hù)模塊，五是場(chǎng)景的實(shí)時(shí)立體顯示模塊。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1． 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：針對(duì)人們對(duì)健康的需求和健身場(chǎng)地有限的矛盾，旨在使人們配備本作品即可以如同在優(yōu)美的室內(nèi)外環(huán)境中一樣進(jìn)行運(yùn)動(dòng)漫步和游戲互動(dòng)，達(dá)到趣味健身的目的。 2． 基本思路：通過(guò)擴(kuò)展相應(yīng)的接口和配置豐富的傳感器，利用3DMax進(jìn)行場(chǎng)景建模，借助三維圖形引擎OpenSceneGraph編程，實(shí)現(xiàn)感知人的身體姿態(tài)，并同步在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行交互的漫游控制。 3． 創(chuàng)新點(diǎn)：a.借助VR技術(shù)，并配合頭盔顯示器的使用，結(jié)合自主設(shè)計(jì)的虛擬場(chǎng)景，我們開發(fā)的趣味健步系統(tǒng)具備很強(qiáng)的沉浸感，使用者能在運(yùn)動(dòng)健身的同時(shí)享受到幻境漫游的無(wú)限樂(lè)趣。b.整個(gè)系統(tǒng)封裝在背包中，采用電池供電，非常便攜。c.采用了豐富的傳感器感知人的體態(tài)，開發(fā)了比較豐富的人機(jī)交互方式。d.接近開關(guān)和GPS的使用確保了使用者避開現(xiàn)實(shí)中的障礙，實(shí)現(xiàn)了一定程度的監(jiān)視功能。 4． 技術(shù)關(guān)鍵：1對(duì)人的身體姿態(tài)感知的準(zhǔn)確性和靈敏度2對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的濾波3虛擬圖像的流暢度4系統(tǒng)操作的便捷和穩(wěn)定。 5． 技術(shù)指標(biāo)：1人體姿態(tài)感知的準(zhǔn)確性2視覺在各個(gè)方向的角度3在運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)下虛擬場(chǎng)景隨人體姿態(tài)改變的響應(yīng)速度4畫面幀數(shù)
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與當(dāng)前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的一些虛擬漫游系統(tǒng)相比，本作品的最大特點(diǎn)是借助多個(gè)傳感器，較為精確地檢測(cè)了用戶的身體姿態(tài)（主要是頭部姿態(tài)和身體朝向），并利用這些體態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行漫游控制和場(chǎng)景交互，使用戶獲得身臨其境之感；而不是像傳統(tǒng)的桌面型虛擬漫游系統(tǒng)——用戶需要坐在一個(gè)固定屏幕面前，使用鍵盤鼠標(biāo)等設(shè)備來(lái)控制漫游。本作品采取的這種控制方式優(yōu)點(diǎn)是沉浸感更強(qiáng)，更能體現(xiàn)出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)。同時(shí)本系統(tǒng)為便攜式設(shè)計(jì)，僅有一個(gè)背包和一個(gè)頭盔，并使用電池供電脫離了以往虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)只能在固定場(chǎng)地使用的限制，可以在多種場(chǎng)合使用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011.4于西安交通大學(xué)舉行的“騰飛杯”校內(nèi)學(xué)生科技競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，錄像，樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于充分利用了嵌入式開發(fā)平臺(tái)的系統(tǒng)資源，完成了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景建模與渲染、體態(tài)感知漫游、立體顯示和監(jiān)視跟蹤保護(hù)四大功能，并且開發(fā)了多種類型的娛樂(lè)、健身方式。 經(jīng)過(guò)多角度全方位的系統(tǒng)測(cè)試，無(wú)論是三維場(chǎng)景的渲染速度、體態(tài)感知的靈敏性、監(jiān)視保護(hù)的有效性還是人機(jī)交互的友好度都取得了令人滿意的效果。與此同時(shí)，操作系統(tǒng)、渲染引擎、開發(fā)幻境和顯卡、數(shù)字頭盔、傳感器等硬件設(shè)備以及嵌入式開發(fā)板的兼容性也得到了良好的驗(yàn)證。這套系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是適當(dāng)可行的。 雖然現(xiàn)在此類產(chǎn)品仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，一些虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的設(shè)備也因其相對(duì)高昂的價(jià)格讓普通用戶望而卻步，但是隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于體態(tài)感知的人機(jī)交互方式會(huì)得到更為廣泛有效的應(yīng)用。于此同時(shí)，在人民生活水平日益提高的今天，用于健身方面的消費(fèi)也在不斷增加，而類似的健步系統(tǒng)或者說(shuō)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上幾乎處于空白的狀態(tài)。因此，我們有理由相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，“幻境漫步者”作為一款時(shí)尚居家健身的代表產(chǎn)品將會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。
同類課題研究水平概述
- 虛擬漫游(Virtual Roaming)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種代表性成果。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的三維模擬，用戶可以通過(guò)一定的方式對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行全方位的瀏覽，并可在其中漫游，從而達(dá)到了解實(shí)體、欣賞景觀、與之互動(dòng)的目的的。它的主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬場(chǎng)景的交互。 目前國(guó)外虛擬漫游技術(shù)非常發(fā)達(dá)和領(lǐng)先。美國(guó)有許多研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室和公司。如：北卡羅來(lái)納大學(xué)（UNC）的建筑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的Walk through虛擬建筑漫游系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)用戶可以在虛擬的UNC計(jì)算機(jī)系大樓里自由漫游，以及美國(guó)NASA的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室(Virtual Wind Tunnel系統(tǒng))、IBM公司(Ocean Graphic Data Exploration系統(tǒng))等等，甚至美國(guó)軍方都使用虛擬漫游系統(tǒng)進(jìn)行單兵作戰(zhàn)訓(xùn)練。當(dāng)然這需要更高的交互性以及沉浸感。 國(guó)內(nèi)虛擬漫游技術(shù)雖然起步較晚，但近年來(lái)也取得了非常快速的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，利用VR技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜場(chǎng)景的虛擬漫游現(xiàn)也已成為可能。一些真實(shí)景觀的虛擬觀光旅游可以使游客足不出戶地游歷世界名勝風(fēng)光，具有代表性的有敦煌莫高窟博物館參觀系統(tǒng)，IBM公司與故宮博物院合作的“超越時(shí)空的紫禁城”，以及西湖風(fēng)光虛擬游覽系統(tǒng)。另外，虛擬漫游技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練和駕駛員訓(xùn)練、建筑設(shè)計(jì)和虛擬房地產(chǎn)展示、電腦游戲等領(lǐng)域。部分高校還開發(fā)了屬于自己的校園虛擬漫游系統(tǒng)。 然而，目前國(guó)內(nèi)的虛擬漫游技術(shù)大多還是在“漫游”這個(gè)階段，就是以觀察虛擬場(chǎng)景的內(nèi)容為主，而且有些漫游系統(tǒng)采用固定漫游路徑，難以體現(xiàn)足夠的沉浸感和交互性。本作品也是以“漫游”為主，但著眼點(diǎn)在于漫步健身，可以讓用戶在虛擬場(chǎng)景中漫游、游戲娛樂(lè)的同時(shí)達(dá)到鍛煉的目的。本作品交互性主要表現(xiàn)在利用用戶自然的身體姿態(tài)來(lái)進(jìn)行漫游控制。
