[发明专利]一种沉浸式虚拟现实系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种虚拟现实系统和方法，更详细地，本发明涉及一种沉浸式虚拟现实系统和方法。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术是一种先进的、数字化的人机接口技术，，其特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，生成一个以视觉感受为主，包括听觉、触觉的综合感知的人工环境，人们可以通过视觉、听觉、触觉和加速度感等多种感觉通道感知计算机模拟的虚拟世界，也可以通过移动、语音、表情、手势及视线等最自然的方式和虚拟世界交互，从而产生身临其境的体验。虚拟现实技术是计算机技术、传感器技术、人机交互技术、人工智能技术等多种技术的综合发展，目前已经在军事、医学、教育、娱乐、制造业、工程训练等各个方面得到应用，它被认为是当前及将来影响人们生活的重要技术之一。

虚拟现实系统按照沉浸性的程度不同分为沉浸式系统与非沉浸式系统。沉浸式虚拟现实系统是通过一些特殊的外部设备、高性能计算机以及相应的软件来实现的，它使人完全沉浸到计算机创造的图形世界里，犹如感受真实世界。沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，让使用者有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。

沉浸式虚拟现实系统包括洞穴(CAVE)沉浸式虚拟现实系统、大屏幕三维立体沉浸式虚拟现实系统、柱面环幕投影沉浸式虚拟现实系统等，这些沉浸式虚拟现实系统以大幅面甚至是超大幅面的虚拟现实立体投影为显示方式，为参与者提供具有高度临场感的投入型虚拟空间环境，让所要交互的虚拟三维世界高度逼真地浮现于参与者的眼前。然而，这些沉浸式虚拟系统需要固定场所安装大型显示设备才能使用，限制了其使用范围。

可佩带显示器的出现解决了显示设备庞大的问题，这种显示方式体积小，便于携带和运输，最有可能得到广泛的普及。然而，人体部位的跟踪和数据传输的延时是采用可佩带式显示器的沉浸式虚拟现实系统所面临的技术难题。

例如CN97198214.7的空间跟踪系统(Spatial tracking system)提供了人体部位跟踪的解决方案，例如3DSuit动作捕捉产品和Xsens Technologies生产的MVN惯性动作捕捉产品，采用惯性传感器等手段，对人体主要骨骼部位的运动进行实时测量。这类设备的的优点是使使用者全身心地沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备复杂，价格昂贵，难以普及推广。

发明内容

由于本发明人广泛而深入的研究，本发明人提出了根据本发明的技术方案，使得上述问题能够被解决。

本发明提供了一种沉浸式虚拟现实系统，所述系统至少包括：

至少一个可佩带在使用者身体上的显示器，至少一个动作捕捉装置，以及至少一个数据处理装置；

其中，

所述显示器用于向使用者显示图像和声音，并用于捕捉使用者的头部转动动作，并将头部转动动作数据发送至至少一个所述数据处理装置，以及接收至少一个所述数据处理装置发送的数据，并向使用者传递虚拟环境的视频和/或音频；

所述动作捕捉装置捕捉使用者主要节点部位的运动轨迹，并将运动轨迹数据发送至至少一个所述数据处理装置；

所述数据处理装置用于处理从至少一个所述显示器和至少一个所述动作捕捉装置获取并传输至所述数据处理装置的数据，并将处理后的结果发送至至少一个显示器。

根据本发明的沉浸式虚拟现实系统，优选所述显示器包括至少一个角度感应装置。所述角度感应装置至少能捕获围绕z轴的旋转动作，优选所述角度感应装置是电子指南针。还优选所述角度感应装置能感应围绕x、y和z三个轴的旋转动作，更优选所述角度感应装置是三轴陀螺仪。

根据本发明的沉浸式虚拟现实系统，优选所述动作捕获装置包括至少一个红外线发射器和至少一个红外线摄像头。更优选所述动作捕获装置是体感摄影机，最优选所述动作捕获装置是Kinect体感摄影机和/或WAVI Xtion体感摄影机。