[发明专利]一种基于数字地球的登山健身装置

摘要

本发明公开了一种基于数字地球的登山健身装置，涉及健身器械技术领域。由用户选定山地区域，山地区域的三维地形由高程地图表达，由于用户视角固定在水平面上，所以视角旋转变换、梯形视域裁剪和二维投影变换均在二维的高程地图上进行，相对于三角网格等其他三维地形表达方式，计算量大幅降低；显示窗口绘制采用自底向上计算绘制高程方法，实现了近遮远的透视效果，相比网格模型的消隐处理，避免了复杂的法向量计算等处理过程，做到了快速绘制；阻力换挡器通过高程地图中的高程梯度数据控制机械主轮的阻力，用户视觉接近真实地理环境、坡度体感清晰且真实、健身过程具有山地路径的探索性。

主权项

1.一种基于数字地球的登山健身装置，其特征在于，包括计算机、显示屏、接口电路、转向器和健身器，所述计算机具有数字地球数据预处理模块和三维地貌绘制模块，所述数字地球数据预处理模块将用户在运动开始前在互联网提供的数字地球系统上选定的山地区域的相关高程数据和遥感地貌数据转换为登山健身过程中的三维地貌绘制格式，分别形成高程地图和地貌图像两个临时内存文件；所述接口电路包含USB接口电路、模/数转换电路和阻力控制电路；所述转向器安装在所述健身器上方，包括转向操作手柄以及转向检测电路，所述转向检测电路通过光电转换电路获取所述转向操作手柄的转向模拟信号并发送给所述模/数转换电路，所述模/数转换电路将所述转向模拟信号转换为相应的数字信号并通过所述USB接口电路将转换得到的数字信号发送至所述三维地貌绘制模块；所述三维地貌绘制模块接收所述USB接口电路发送的数字信号，根据所述地貌图像绘制用户当前方向上的三维地貌并在所述显示屏上显示，同时从所述高程地图中提取用户当前方向上下一步的高程梯度数据，通过所述USB接口电路将所述高程梯度数据发送至所述阻力控制电路，所述阻力控制电路产生与所述高程梯度数据对应的阻力信号；所述健身器包括机械主轮以及安装在所述机械主轮上的阻力换挡器，用户手部和脚部的运动驱动所述机械主轮转动，所述阻力换挡器根据所述阻力信号产生相应的阻力，控制所述机械主轮的转动；所述三维地貌绘制模块根据用户的当前方向对所述高程地图和地貌图像进行同步的视角变换和投影变换，以当前方向为纵深方向，同步旋转所述高程地图和地貌图像，以用户的当前位置和视角的水平张角从所述高程地图和地貌图像中同步裁剪出各自对应的梯形视域；设所述显示屏的显示窗口f_w(x,y)的宽度和高度分别为W和H，将两个梯形视域按透视关系同步变换为与所述显示窗口同宽度的高程矩形区域h(x,z)和地貌矩形区域f(x,z)，两个矩形区域的高度均为4×H，当所述梯形视域纵深不足时，矩形区域相应数据填充零值，所述显示窗口f_w(x,y)预先以天空背景图像填充；以当前用户双目高程位置设定显示窗口的视平线，该视平线位于所述显示窗口的中间，以透视因子计算所述高程矩形区域各点在所述显示窗口中的绘制高程h_w(x,z)：式中，是透视变换因子，h_p是当前用户所在位置的高程，对所述高程矩形区域从左至右的每一列，自底向上计算每个高程的显示窗口纵向绘制位置y(x,z)：式中，是所述视平线以下的基础高程，取(x,z)位置对应的地貌矩形区域像素绘制到所述显示窗口(x,y(x,z))位置。