基本信息
- 项目名称：
- 幻境漫步者--基于体态感知和3D显示的趣味健步系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一套基于立体显示和体态感知的虚拟漫游系统。当用户带上头盔显示器，背上一个背包，即可进入一个梦幻般的虚拟世界，并且在这个虚拟世界里走动，或者四处观察，完全由用户的现实动作来控制，使其在享受幻境漫步的同时，又通过不停地走动锻炼了身体，一举多得。
- 详细介绍：
- 趣味健步系统是一个基于体态感知和3D立体显示的虚拟漫游系统，漫游者戴上数字头盔，背上封装系统的背包就可以随时随地享受幻境漫步的乐趣。系统运行的功能效果体现在以下几个方面： 首先，漫步者通过数字头盔能够看到三维场景的立体显示效果。 其次，连接在漫游者头部、肩部及腰部的传感器能够感知人体的动作行为，将人体姿态变化的数据信号传递到漫游器中，虚拟场景的视角环境也就随之发生变化，以实现人机交互的功能。 最后，由于漫游者头戴头盔视线被遮挡，在现实环境中健步运动时有可能碰到桌子、墙，因此系统还需要设有监视保护跟踪等功能，不仅能提示漫游者避开现实环境的障碍物而且可以随时跟踪漫游者在虚拟场景中的方位坐标。 针对以上功能设计的要求，趣味健步系统的开发主要分为五大模块，一是基于体态感知的漫游器设计模块，二是体感游戏和体感健身程序的开发模块，三是三维场景模型的构建模块，四是虚拟漫游的监视跟踪保护模块，五是场景的实时立体显示模块。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1． 作品设计、发明的目的：针对人们对健康的需求和健身场地有限的矛盾，旨在使人们配备本作品即可以如同在优美的室内外环境中一样进行运动漫步和游戏互动，达到趣味健身的目的。 2． 基本思路：通过扩展相应的接口和配置丰富的传感器，利用3DMax进行场景建模，借助三维图形引擎OpenSceneGraph编程，实现感知人的身体姿态，并同步在虚拟场景中进行交互的漫游控制。 3． 创新点：a.借助VR技术，并配合头盔显示器的使用，结合自主设计的虚拟场景，我们开发的趣味健步系统具备很强的沉浸感，使用者能在运动健身的同时享受到幻境漫游的无限乐趣。b.整个系统封装在背包中，采用电池供电，非常便携。c.采用了丰富的传感器感知人的体态，开发了比较丰富的人机交互方式。d.接近开关和GPS的使用确保了使用者避开现实中的障碍，实现了一定程度的监视功能。 4． 技术关键：1对人的身体姿态感知的准确性和灵敏度2对传感器数据的滤波3虚拟图像的流畅度4系统操作的便捷和稳定。 5． 技术指标：1人体姿态感知的准确性2视觉在各个方向的角度3在运动和静止状态下虚拟场景随人体姿态改变的响应速度4画面帧数
科学性、先进性
- 与当前国内现有的一些虚拟漫游系统相比，本作品的最大特点是借助多个传感器，较为精确地检测了用户的身体姿态（主要是头部姿态和身体朝向），并利用这些体态数据进行漫游控制和场景交互，使用户获得身临其境之感；而不是像传统的桌面型虚拟漫游系统——用户需要坐在一个固定屏幕面前，使用键盘鼠标等设备来控制漫游。本作品采取的这种控制方式优点是沉浸感更强，更能体现出虚拟现实技术的特点。同时本系统为便携式设计，仅有一个背包和一个头盔，并使用电池供电脱离了以往虚拟现实系统只能在固定场地使用的限制，可以在多种场合使用。
获奖情况及鉴定结果
- 2011.4于西安交通大学举行的“腾飞杯”校内学生科技竞赛中获特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 现场演示，图片，录像，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品的特点和优势在于充分利用了嵌入式开发平台的系统资源，完成了预期的目标，实现了三维场景建模与渲染、体态感知漫游、立体显示和监视跟踪保护四大功能，并且开发了多种类型的娱乐、健身方式。 经过多角度全方位的系统测试，无论是三维场景的渲染速度、体态感知的灵敏性、监视保护的有效性还是人机交互的友好度都取得了令人满意的效果。与此同时，操作系统、渲染引擎、开发幻境和显卡、数字头盔、传感器等硬件设备以及嵌入式开发板的兼容性也得到了良好的验证。这套系统方案的设计实现是适当可行的。 虽然现在此类产品仍处于实验室阶段，一些虚拟现实技术的设备也因其相对高昂的价格让普通用户望而却步，但是随着虚拟现实技术的不断进步，基于体态感知的人机交互方式会得到更为广泛有效的应用。于此同时，在人民生活水平日益提高的今天，用于健身方面的消费也在不断增加，而类似的健步系统或者说产品在国内市场上几乎处于空白的状态。因此，我们有理由相信在不远的将来，“幻境漫步者”作为一款时尚居家健身的代表产品将会走进千家万户。
同类课题研究水平概述
- 虚拟漫游(Virtual Roaming)是虚拟现实技术的一种代表性成果。通过计算机对现实世界的三维模拟，用户可以通过一定的方式对虚拟场景进行全方位的浏览，并可在其中漫游，从而达到了解实体、欣赏景观、与之互动的目的的。它的主要功能是实现用户与虚拟场景的交互。 目前国外虚拟漫游技术非常发达和领先。美国有许多研究虚拟现实技术的实验室和公司。如：北卡罗来纳大学（UNC）的建筑设计实验室的Walk through虚拟建筑漫游系统，通过该系统用户可以在虚拟的UNC计算机系大楼里自由漫游，以及美国NASA的虚拟现实实验室(Virtual Wind Tunnel系统)、IBM公司(Ocean Graphic Data Exploration系统)等等，甚至美国军方都使用虚拟漫游系统进行单兵作战训练。当然这需要更高的交互性以及沉浸感。 国内虚拟漫游技术虽然起步较晚，但近年来也取得了非常快速的发展，特别是随着计算机软硬件技术的发展，利用VR技术进行复杂场景的虚拟漫游现也已成为可能。一些真实景观的虚拟观光旅游可以使游客足不出户地游历世界名胜风光，具有代表性的有敦煌莫高窟博物馆参观系统，IBM公司与故宫博物院合作的“超越时空的紫禁城”，以及西湖风光虚拟游览系统。另外，虚拟漫游技术还被广泛应用于作战模拟训练和驾驶员训练、建筑设计和虚拟房地产展示、电脑游戏等领域。部分高校还开发了属于自己的校园虚拟漫游系统。 然而，目前国内的虚拟漫游技术大多还是在“漫游”这个阶段，就是以观察虚拟场景的内容为主，而且有些漫游系统采用固定漫游路径，难以体现足够的沉浸感和交互性。本作品也是以“漫游”为主，但着眼点在于漫步健身，可以让用户在虚拟场景中漫游、游戏娱乐的同时达到锻炼的目的。本作品交互性主要表现在利用用户自然的身体姿态来进行漫游控制。
