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基本信息
- 項目名稱：
- 幻境漫步者--基于體態(tài)感知和3D顯示的趣味健步系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 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，背上一個背包，即可進入一個夢幻般的虛擬世界，并且在這個虛擬世界里走動，或者四處觀察，完全由用戶的現(xiàn)實動作來控制，使其在享受幻境漫步的同時，又通過不停地走動鍛煉了身體，一舉多得。
- 詳細(xì)介紹：
- 趣味健步系統(tǒng)是一個基于體態(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)的背包就可以隨時隨地享受幻境漫步的樂趣。系統(tǒng)運行的功能效果體現(xiàn)在以下幾個方面： 首先，漫步者通過數(shù)字頭盔能夠看到三維場景的立體顯示效果。 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作行為，將人體姿態(tài)變化的數(shù)據(jù)信號傳遞到漫游器中，虛擬場景的視角環(huán)境也就隨之發(fā)生變化，以實現(xiàn)人機交互的功能。 最后，由于漫游者頭戴頭盔視線被遮擋，在現(xiàn)實環(huán)境中健步運動時有可能碰到桌子、墻，因此系統(tǒng)還需要設(shè)有監(jiān)視保護跟蹤等功能，不僅能提示漫游者避開現(xiàn)實環(huán)境的障礙物而且可以隨時跟蹤漫游者在虛擬場景中的方位坐標(biāo)。 針對以上功能設(shè)計的要求，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，三是三維場景模型的構(gòu)建模塊，四是虛擬漫游的監(jiān)視跟蹤保護模塊，五是場景的實時立體顯示模塊。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1． 作品設(shè)計、發(fā)明的目的：針對人們對健康的需求和健身場地有限的矛盾，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)境中一樣進行運動漫步和游戲互動，達到趣味健身的目的。 2． 基本思路：通過擴展相應(yīng)的接口和配置豐富的傳感器，利用3DMax進行場景建模，借助三維圖形引擎OpenSceneGraph編程，實現(xiàn)感知人的身體姿態(tài)，并同步在虛擬場景中進行交互的漫游控制。 3． 創(chuàng)新點：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)計的虛擬場景，我們開發(fā)的趣味健步系統(tǒng)具備很強的沉浸感，使用者能在運動健身的同時享受到幻境漫游的無限樂趣。b.整個系統(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)實中的障礙，實現(xiàn)了一定程度的監(jiān)視功能。 4． 技術(shù)關(guān)鍵：1對人的身體姿態(tài)感知的準(zhǔn)確性和靈敏度2對傳感器數(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視覺在各個方向的角度3在運動和靜止?fàn)顟B(tài)下虛擬場景隨人體姿態(tài)改變的響應(yīng)速度4畫面幀數(shù)
科學(xué)性、先進性
- 與當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)有的一些虛擬漫游系統(tǒng)相比，本作品的最大特點是借助多個傳感器，較為精確地檢測了用戶的身體姿態(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)進行漫游控制和場景交互，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)——用戶需要坐在一個固定屏幕面前，使用鍵盤鼠標(biāo)等設(shè)備來控制漫游。本作品采取的這種控制方式優(yōu)點是沉浸感更強，更能體現(xiàn)出虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點。同時本系統(tǒng)為便攜式設(shè)計，僅有一個背包和一個頭盔，并使用電池供電脫離了以往虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)只能在固定場地使用的限制，可以在多種場合使用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011.4于西安交通大學(xué)舉行的“騰飛杯”校內(nèi)學(xué)生科技競賽中獲特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示，圖片，錄像，樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 作品的特點和優(yōu)勢在于充分利用了嵌入式開發(fā)平臺的系統(tǒng)資源，完成了預(yù)期的目標(biāo)，實現(xiàn)了三維場景建模與渲染、體態(tài)感知漫游、立體顯示和監(jiān)視跟蹤保護四大功能，并且開發(fā)了多種類型的娛樂、健身方式。 經(jīng)過多角度全方位的系統(tǒng)測試，無論是三維場景的渲染速度、體態(tài)感知的靈敏性、監(jiān)視保護的有效性還是人機交互的友好度都取得了令人滿意的效果。與此同時，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證。這套系統(tǒng)方案的設(shè)計實現(xiàn)是適當(dāng)可行的。 雖然現(xiàn)在此類產(chǎn)品仍處于實驗室階段，一些虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)備也因其相對高昂的價格讓普通用戶望而卻步，但是隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷進步，基于體態(tài)感知的人機交互方式會得到更為廣泛有效的應(yīng)用。于此同時，在人民生活水平日益提高的今天，用于健身方面的消費也在不斷增加，而類似的健步系統(tǒng)或者說產(chǎn)品在國內(nèi)市場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，“幻境漫步者”作為一款時尚居家健身的代表產(chǎn)品將會走進千家萬戶。
同類課題研究水平概述
- 虛擬漫游(Virtual Roaming)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種代表性成果。通過計算機對現(xiàn)實世界的三維模擬，用戶可以通過一定的方式對虛擬場景進行全方位的瀏覽，并可在其中漫游，從而達到了解實體、欣賞景觀、與之互動的目的的。它的主要功能是實現(xiàn)用戶與虛擬場景的交互。 目前國外虛擬漫游技術(shù)非常發(fā)達和領(lǐng)先。美國有許多研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實驗室和公司。如：北卡羅來納大學(xué)（UNC）的建筑設(shè)計實驗室的Walk through虛擬建筑漫游系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)用戶可以在虛擬的UNC計算機系大樓里自由漫游，以及美國NASA的虛擬現(xiàn)實實驗室(Virtual Wind Tunnel系統(tǒng))、IBM公司(Ocean Graphic Data Exploration系統(tǒng))等等，甚至美國軍方都使用虛擬漫游系統(tǒng)進行單兵作戰(zhàn)訓(xùn)練。當(dāng)然這需要更高的交互性以及沉浸感。 國內(nèi)虛擬漫游技術(shù)雖然起步較晚，但近年來也取得了非常快速的發(fā)展，特別是隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，利用VR技術(shù)進行復(fù)雜場景的虛擬漫游現(xiàn)也已成為可能。一些真實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，目前國內(nèi)的虛擬漫游技術(shù)大多還是在“漫游”這個階段，就是以觀察虛擬場景的內(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，但著眼點在于漫步健身，可以讓用戶在虛擬場景中漫游、游戲娛樂的同時達到鍛煉的目的。本作品交互性主要表現(xiàn)在利用用戶自然的身體姿態(tài)來進行漫游控制。
