[发明专利]基于认知交互技术的虚拟海洋漫游系统及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟海洋漫游技术领域。涉及一种基于认知交互技术的虚拟海洋漫游系统及其操作方法，应用领域是虚拟生命试验及教学。

背景技术

目前流行的虚拟现实环境系统可分为以下几类：桌面式、头盔式、CAVE式、Cybersphere式，这几种设备在不同的领域得到应用，但也存在设备昂贵、易损坏、缺乏实时交互功能的缺点。

桌面式系统使用普通计算机或低端工作站的显示器屏幕作为用户观察虚拟场景的窗口，这种形式成本较低，由于显示设备仅是相对比较小的计算机屏幕，因此沉浸感较差。

头盔式系统利用头盔显示器把用户的视觉、听觉封闭起来，虽然沉浸感比较强，但存在着约束感较强、分辨率偏低、失真较大等问题。

CAVE式其主体是一个房间，房间的每一面墙、天花板、地板均由大屏幕组成，高分辨率的投影仪将图像投影到这些屏幕上。CAVE式实现了大视角、全景、立体且支持多人共享的一个虚拟环境，但参与者仍被限制在一个有限的狭小空间中，受现实世界中墙的限制，不能大距离行走。

以上几种形式存在的共同的问题是参与者或者被限制在原地不动，或者只能在有限的空间内行走，而在现实世界中，人应该能够在更广阔的空间内活动，在一些大型场景的应用中，当需要真人参与进入虚拟环境中发生交互行为时，这一问题更加突出，也制约了虚拟现实技术的应用。

为了克服这方面问题，英国的Warwick大学和一些英国公司合作，研制了一种虚拟环境系统—cyber sphere系统。cyber sphere系统采用一个较大的中空半透明球体作为显示装置，球体放置在支架上可以自由旋转，操作者处在球内部，直接与球内表面接触，完成自由行走的功能。计算机根据操作者的肢体动作产生不断变化的图像，并通过投影仪投影在球体表面，处在球体内部的操作者通过佩戴的立体眼镜即可以看到立体图像。这种形式实现了操作者无距离限制的自由行走，但由于球体完全封闭，所以操作者与外界的联系(主要是交互设备)必须通过无线连接的方式，而这种设备在市场上还不能直接得到，需单独开发；操作者要背负如电源之类的设备，增加了负担；由于球体要承受人的重量并且要在一个支架上不断旋转，而且需要在上面投影，材料强度、光学性能要求比较高，所以球体制作难度比较大

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于认知交互技术的虚拟海洋漫游系统及其操作方法，实现了低成本、易操作。

本发明的系统包括数据控制服务器18、模拟划水器、水平控制台。整套系统安装橡胶地板21上，左侧安装的是数据控制服务器18，地板右侧安装的是虚拟现实服务器22，服务器的显示器和鼠标键盘安装在左侧的控制台20上，球冠形三维运动仪13通过稳定支架17安装在铝塑板上面，三维运动仪内有垂直运动轨道15和水平运动轨道14，与轨道直接相连的是一块带有加强龙骨的不锈钢板12，通过垂直运动轨道和水平运动轨道上的伺服电机11，16可以带动不锈钢板垂直水平运动。模拟划水器安装在钢板的一侧，水平控制台安装在钢板中部，球冠形三维投影屏8和三维投影仪9安装在钢板的另一侧。

模拟划水器，由左右两个滑水架1，4和与之相连的左右活塞滑杆3，6左右滑杆套筒7，23和位于活塞下部的压力传感器24，25构成。

水平控制台，由挡板5、上下两层不锈钢板26，28和位于钢板之间的5个压力传感器27和弹簧29构成。

水平控制台传感器的数据线和安装在手臂的三维传感器2控制线穿过水平控制台的电缆套管30同数据控制服务器相连，模拟划水器的传感器数据线直接同数据服务器连接。三维投影仪的数据电缆同虚拟现实服务器直接连接。三位运动仪的水平运动和垂直运动伺服电机11，16的控制电缆穿过铝塑板19与数据控制服务器18连接。

数据控制服务器的操作系统软件选用windows2000server，数据库软件采用orical9i，针对虚拟现实设备的控制软件全部使用c语言编写。虚拟现实服务器的操作系统选用windows2000server，针对虚拟现实显示设备的控制采用c++.Net语言平台编写，三维图形的渲染使用OGRE三维引擎。

本发明的运行过程如下：开启位于控制台20上的系统电源开关，启动数据控制服务器18和虚拟现实服务器22，按顺序启动球冠投影屏9和三维投影屏8，启动滑水器压力传感器24，25，启动水平控制台压力传感器27，启动手臂三维传感器2，启动三维运动仪伺服电机11，16操作者登上模拟潜水装置的水平控制台。