CN107608522B - 利用移动设备定制虚拟运动场景的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用移动设备定制虚拟运动场景的方法和系统，用户通过移动终端，在应用中进行操作，搭建自己所需的运动场景并添加音效形成视频数据，视频数据被上传至服务器，用户携带移动设备到还原设备现场后，利用移动设备向还原设备的控制主机授权，控制主机便获得权限以下载视频数据，控制主机对视频数据进行处理和分析，分理出音视频数据并得到体感装置的控制参数，随后可以呈现出虚拟运动场景中的图像和声音以及控制体感装置同步运动，从而模拟出逼真的运动感受。该方法具有很高的自主操作性和个性化程度，满足不同用户的个性化娱乐需求，提高运动模拟系统的耐玩性和趣味性。

Description

利用移动设备定制虚拟运动场景的方法和系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，更具体地说，它涉及一种利用移动设备定制虚拟运动场景的方法和系统。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality)或简称3D技术逐渐地应用于视频、电影、医学、拟真训练或者是游戏等领域中。通过3D影像与姿势感测器并搭配电子计算机设备可产生三度空间的虚拟现实世界。

目前，虚拟现实技术中的场景呈现一般是采用VR头盔与体感装置结合的方式。这种呈现方式由于结合了视听和体感，用户除了产生视听感受外还能感受到身体的运动，因此能更加沉浸到虚拟场景中，这一种呈现方式模拟的逼真度高且能给用户带来更丰富的体验。因此，基于VR和体感装置的运动模拟系统受到越来越多的用户的青睐。

但是，现有的运动模拟系统，其虚拟的运动场景都是事先由专门的设计人员设计好的，用户只能在预先设定的虚拟场景中体验模拟运动，用户并不能根据自己的爱好来自行定制虚拟运动场景，这就导致用户多次体验同一虚拟运动场景后就会对该场景丧失兴趣，使运动模拟系统的耐玩性和趣味性受到限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，利用该方法可以实现用户在移动设备端定制自己所需的虚拟运动场景并在实现对定制的场景真实还原，该方法具有很高的自主操作性和个性化程度，满足不同用户的个性化娱乐需求，提高运动模拟系统的耐玩性和趣味性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，包括以下步骤：

S1.打开安装在移动设备上的应用，注册账号；

S2.在应用中，以时间戳为基准搭建基本帧的场景画面和环境音效，搭建一段时间的画面帧和音频流生成该时间段的视频数据；

S3.将视频数据上传至服务器；

S4.利用移动设备向场景还原设备的控制主机授权；

S5.获得授权的控制主机从服务器中下载该账号上传的视频数据；

S6.控制主机对下载的视频数据进行处理，从视频数据中分离出图像数据、声音数据并计算得出体感装置的实时控制参数；

S7.通过图像呈现设备和声音还原设备分别展现图像和声音，并将所述实时控制参数同步发送至体感装置的控制器以控制体感装置同步执行相应动作。

采用上述方案，用户通过移动终端，在应用中进行操作，搭建自己所需的运动场景并添加音效形成视频数据，视频数据被上传至服务器，用户携带移动设备到还原设备现场后，利用移动设备向还原设备的控制主机授权，控制主机便获得权限以下载视频数据，控制主机对视频数据进行处理和分析，分理出音视频数据并得到体感装置的控制参数，随后可以呈现出虚拟运动场景中的图像和声音以及控制体感装置同步运动，从而模拟出逼真的运动感受。

作为优选方案：所述实时控制参数是根据相邻基本帧画面中的参照物的位置变化计算得出的。

采用上述方案，计算出的实时控制参数可以使体感装置的动作被控制得与虚拟场景中的画面变化高度同步，保证模拟的逼真度。

作为优选方案：所述参照物的位置变化是以三维坐标系为基准，通过三维坐标值的变化得出运动向量，所述实时控制参数包括将运动向量与相邻基本帧的时间间隔相除得到的速度控制参数。

采用上述方案，可以使计算出的实时控制参数具有很高的准确度，保证对体感装置的动作控制的准确度。

作为优选方案：所述移动设备向所述控制主机授权的方式为扫描二维码。

采用上述方案，通过扫描二维码的方式给控制主机授权，可以免去到现场后再在控制主机上登入账户，方便快捷，还能保证账户的安全。

作为优选方案：所述场景画面中包含地貌模型、建筑模型、环境模型和天气模型。

采用上述方案，可是使虚拟场景中包含丰富的内容和细节，提高画面的真实度。

作为优选方案：在应用中，搭建基本帧的场景画面和环境音效是通过触摸和拖拽的方式来操作的。

采用上述方案，相比于采用外设输入的方式，通过触摸和拖拽的操作方式来搭建场景画面和音效，具有更高的操作效率，学习成本低，上手快，方便快捷。

作为优选方案：所述服务器为物理服务器或云服务器。

本发明的另一个目的在于提供一种系统，利用该系统可以实现用户在移动设备端定制虚拟运动场景并在现场对定制的场景进行还原，满足不同用户的个性化娱乐需求。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种利用移动设备定制虚拟运动场景的系统，包括：

移动设备，其包括触摸屏和摄像头，并搭载有支持所述应用的操作系统，其安装有所述应用；

服务器，提供存储空间和下载渠道；

控制主机，与服务器通信，下载服务器中的视频数据并对数据进行处理得到图像数据、声音数据并计算得出实时控制参数；

控制器，与控制主机通信连接，接收发送自控制主机的实时控制参数并根据实时控制参数对体感装置的运动进行控制；

体感装置，受控于所述控制器，其具有多个运动维度，用于固定人体，带动人体运动；

VR头盔，与控制主机通信连接，用于接收并还原所述图像数据和声音数据。

作为优选方案：所述移动设备包括手机和平板电脑。

作为优选方案：所述体感装置包括体感座椅和机械臂。

与现有技术相比，本发明的优点是：用户通过移动终端，在应用中进行操作，搭建自己所需的运动场景并添加音效形成视频数据，视频数据被上传至服务器，用户携带移动设备到还原设备现场后，利用移动设备向还原设备的控制主机授权，控制主机便获得权限以下载视频数据，控制主机对视频数据进行处理和分析，分理出音视频数据并得到体感装置的控制参数，随后可以呈现出虚拟运动场景中的图像和声音以及控制体感装置同步运动，从而模拟出逼真的运动感受。该方法具有很高的自主操作性和个性化程度，满足不同用户的个性化娱乐需求，提高运动模拟系统的耐玩性和趣味性。

附图说明

图1为该方法的流程框图；

图2为该系统的拓扑图。

具体实施方式

实施例一：

参照图1，一种利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，包括以下步骤：

S1.打开安装在移动设备上的应用，注册账号；

用户需要配备移动终端，移动终端搭载对应用兼容的操作系统并提供硬件支持。用户先要在移动设备上安装专用的移动端应用，打开应用后进行账号注册，应用端通过移动终端与后方服务器通信，服务器里面的数据表记录用户提交的账号信息，服务器向该账号分配对应的存储空间。

S2.在应用中，以时间戳为基准搭建基本帧的场景画面和环境音效，搭建一段时间的画面帧和音频流生成该时间段的视频数据；

账号注册成功后，用户可以在应用中选择“搭建场景”，应用进入场景搭建界面，在场景搭建界面中有素材库，素材库中包含有场景画面的各种构成因素，例如地貌模型、环境模型、建筑模型和天气模型。整个地貌模型包括平原、山脉和河流；环境模型包括植物模型、动物模型、石头模型、人造器具模型和音效模型等；建筑模型包括住宅模型、厂房模型、大厦模型、公园模型和游乐场模型等；天气模型包括降雨模型、刮风模型、闪电模型、降雪模型、沙尘模型等。

地貌模型搭建场景的第一步就是在展开的素材库中点击“地貌模型”，从“地貌模型”栏中选择自己所需的地貌模型，将选中的地貌模块拖拽至场景画面编辑的主界面，整个地貌模型是建立在三维坐标系内的；随后采用点击、拖拽的方式可以向主界面的地貌模型中添加所需的建筑模型、环境模型和天气模型，添加至地貌模型中的建筑模型、环境模型，其在地貌模型中均是以一个三维坐标存在于三维坐标系中的，这样地貌模型总的建筑模型和环境模型的位置就能被唯一确定，如此便形成了一个基本帧的画面，点击保存该帧画面。

在编辑下一个基本帧的画面中，以上一个基本帧为基础，用户可以通过触摸、拖拽的方式调节画面中的地貌模型在三维坐标系内的方位，地貌模型上附带的各个建筑模型和环境模型的方位也随之同步变化，方位调节好后，用户可以在地貌模型新出现的视野范围内再次添加新的建筑模型和环境模型，添加完成后便形成了新的基本帧画面，在新的基本帧画面中，地貌模型的中心点的坐标以及其在上一个画面中附带建筑模型和环境模型的坐标均发生变化，点击保存该帧画面。

用户保存足够的基本帧画面后，可以选择添加天气模型和音效模型，保存即可得到视频数据。

S3.将视频数据上传至服务器；

用户在应用的操作界面中点击“上传视频数据”，则应用通过移动终端将该视频数据上传至服务器。这里的服务器可以是物理服务器和云服务器。

S4.利用移动设备向场景还原设备的控制主机授权；

用户携带移动终端到达场景还原现场，需要打开应用，点击“扫描二维码”，此时应用调用移动终端的摄像头拍摄场景还原现场的二维码，应用成功识别二维码后弹出授权操作页面，点击“授权”，此时控制主机获得账号的授权。

S5.获得授权的控制主机从服务器中下载该账号上传的视频数据；

授权成功后控制主机从服务器中下载该账号上传至服务器中的视频数据。

S6.控制主机对下载的视频数据进行处理，从视频数据中分离出图像数据、声音数据并计算得出体感装置的实时控制参数；

控制主机安装有进行还原操作的软件，控制主机从视频数据中分离出图像数据和声音数据，并分别向现场的图像呈现设备和声音还原设备发送图像信号和音频信号；与此同时，控制主机选取图像数据中的相邻两个基本帧画面，在两个基本帧画面中选取同一个参照物——即同一个模型，读取该参照物在两个画面中的坐标，例如在前一个基本帧画面中该参照物的坐标为（X1,Y1,Z1）,在后一个基本帧画面中该参照物的坐标为（X2，Y2，Z2），则该参照物的运动向量为（X2-X1，Y2-Y1，Z2-Z1），两个基本帧画面的间隔时间为t（t的值取决于基本帧画面播放的快慢），则以运动向量除以间隔时间t即可得到体感装置在三维方向上的运动速度，三维方向的运动速度即为体感装置的实时控制参数。

S7.通过图像呈现设备和声音还原设备分别展现图像和声音，并将所述实时控制参数同步发送至体感装置的控制器以控制体感装置同步执行相应动作。

图像呈现设备对控制主机发出的图像信号进行显示，声音还原设备对控制主机发出的声音信号进行还原，从而让用户在还原现场能够产生视听感受，与此同时，控制主机将计算得出的实时控制参数发送至控制器，控制器对体感装置的运动进行控制，使体感装置的运动与图像画面中的模型的方位变化同步，从而营造出逼真的模拟运动感受。

实施例二：

参照图2，一种利用移动设备定制虚拟运动场景的系统，包括：

移动设备，可以是手机或平板电脑，其包括触摸屏、基带处理器、摄像头、存储，模块和通信模块，并搭载有支持所述应用的操作系统，其安装有所述应用；

服务器，提供存储空间和下载渠道；

控制主机，其为现场控制计算机，其与服务器通信，其安装有还原软件，获其得授权后下载服务器中的视频数据并对数据进行处理得到图像数据、声音数据并计算得出实时控制参数；

控制器，采用PLC控制器，其与控制主机通信连接，接收发送自控制主机的实时控制参数并根据实时控制参数对体感装置的运动进行控制；

体感装置，受控于所述控制器，其具有多个运动维度，用于固定人体，带动人体运动，体感装置可以是体感座椅或机械臂；

VR头盔，与控制主机通信连接，用于接收并还原所述图像数据和声音数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，其特征是，包括以下步骤：

S1.打开安装在移动设备上的应用，注册账号；

S2.在应用中，以时间戳为基准搭建基本帧的场景画面和环境音效，搭建一段时间的画面帧和音频流生成时间段的视频数据；所述场景画面中包含地貌模型、建筑模型、环境模型和天气模型；

S3.将视频数据上传至服务器；

S4.利用移动设备向场景还原设备的控制主机授权；

S5.获得授权的控制主机从服务器中下载该账号上传的视频数据；

S6.控制主机对下载的视频数据进行处理，从视频数据中分离出图像数据、声音数据并计算得出体感装置的实时控制参数；所述实时控制参数是根据相邻基本帧画面中的参照物的位置变化计算得出的；所述参照物的位置变化是以三维坐标系为基准，通过三维坐标值的变化得出运动向量，所述实时控制参数包括将运动向量与相邻基本帧的时间间隔相除得到的速度控制参数；控制主机安装有进行还原操作的软件，控制主机从视频数据中分离出图像数据和声音数据，并分别向现场的图像呈现设备和声音还原设备发送图像信号和音频信号；与此同时，控制主机选取图像数据中的相邻两个基本帧画面，在两个基本帧画面中选取同一个参照物——即同一个模型，读取该参照物在两个画面中的坐标，在前一个基本帧画面中该参照物的坐标为（X1,Y1,Z1）,在后一个基本帧画面中该参照物的坐标为（X2，Y2，Z2），则该参照物的运动向量为（X2-X1，Y2-Y1，Z2-Z1），两个基本帧画面的间隔时间为t（t的值取决于基本帧画面播放的快慢），则以运动向量除以间隔时间t即可得到体感装置在三维方向上的运动速度，三维方向的运动速度即为体感装置的实时控制参数；

S7.通过图像呈现设备和声音还原设备分别展现图像和声音，并将所述实时控制参数同步发送至体感装置的控制器以控制体感装置同步执行相应动作。

2.根据权利要求1所述的利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，其特征是：所述移动设备向所述控制主机授权的方式为扫描二维码。

3.根据权利要求1所述的利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，其特征是：在应用中，搭建基本帧的场景画面和环境音效是通过触摸和拖拽的方式来操作的。

4.根据权利要求1所述的利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，其特征是：所述服务器为物理服务器或云服务器。

5.一种利用移动设备定制虚拟运动场景的系统，其特征是，其用于实现权利要求1-4所述的利用移动设备定制虚拟运动场景的方法，

包括：

移动设备，其包括触摸屏和摄像头，并搭载有支持应用的操作系统，其安装有所述应用；

服务器，提供存储空间和下载渠道；

控制主机，与服务器通信，下载服务器中的视频数据并对数据进行处理得到图像数据、声音数据并计算得出实时控制参数；

控制器，与控制主机通信连接，接收发送自控制主机的实时控制参数并根据实时控制参数对体感装置的运动进行控制；

体感装置，受控于所述控制器，其具有多个运动维度，用于固定人体，带动人体运动；

VR头盔，与控制主机通信连接，用于接收并还原所述图像数据和声音数据。

6.根据权利要求5所述的利用移动设备定制虚拟运动场景的系统，其特征是：所述移动设备包括手机和平板电脑。

7.根据权利要求5所述的利用移动设备定制虚拟运动场景的系统，其特征是：所述体感装置包括体感座椅和机械臂。

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