[发明专利]一种数字曾侯乙编钟虚拟现实体感交互系统与方法

权利要求书

1.一种数字曾侯乙编钟虚拟现实体感交互系统，借助计算机、体感传感器、显示设备、音响设备和虚拟仿真软件实现；个人计算机运行系统软件，并分别输出视频与音频信号至显示和音响设备；体感交互控制器将用户的体感动作信息输入至计算机，实现体感交互；显示设备将计算机输出的视频信号转换成图像，展示曾侯乙编钟；音响设备将计算机输出的虚拟现实的音频信号转换成声音；其特征在于，该系统还包括：体感交互输入模块，逻辑交互模块，虚拟现实视觉显示模块和虚拟现实音频输出模块；其中：

体感交互输入模块，用于接收体感控制器输入的动作数据，根据一段时间内的动作数据和预制的动作数据判断目前的动作内容，并将动作状态与细节送至逻辑交互模块；

逻辑交互模块，接收来自体感交互输入模块的输入数据，根据接收数据的特征和细节调用指定的功能，并根据指定的功能调用虚拟现实视觉显示模块和虚拟现实音频输出模块，向用户输出不同的交互结果；它还管理当前运行时所处的功能模块，根据输入切换当前运行的功能模块，加载不同的资源，以实现不同的功能和运算；功能模块能够根据需求进行增减，以方便扩大本系统的需求；

虚拟现实视觉显示模块，用于处理虚拟现实中的视觉信息，包括：三维渲染模块，数字曾侯乙编钟三维实体，用户界面显示和管理模块；其中，

三维渲染模块，用于向逻辑交互模块提供三维渲染接口；当逻辑交互模块根据指定逻辑调用渲染模块时，三维渲染模块执行指定的渲染任务；

数字曾侯乙编钟实体，是根据编钟原物进行精确数字复原，利用三维建模技术、三维雕刻技术以及计算机图形学技术得到的编钟的数字化三维素材，所有的纹理细节，材质细节均来自实物；

用户界面显示和管理模块，用于提供UI的显示刷新接口，当逻辑交互模块调用用户界面显示和管理模块时，该模块显示相应的UI信息；

虚拟现实音频输出模块，用于处理虚拟现实中的音频信息，包含曾侯乙编钟的原音音轨和每个功能模块所包含的UI交互音频声音；

所述体感交互输入模块还包括：输入数据接口，预制动作识别库，和动作判断模块；其中：

输入数据接口，用于接收体感控制器的旋转姿态、空间坐标，以及固定式体感控制器捕捉的用户骨骼动作信息输入数据，并将它们转换成与预制动作识别库相匹配的数据结构；

预制动作识别库，是一套事先设定好的动作特征库，当软件输入数据接口将数据传输到动作判断模块时，动作判断模块将当前数据的特征与预制动作识别库中的动作特征进行比对，以判断当前用户的动作是否与预先设置的动作吻合；

动作判断模块，用于判断输入数据与动作库中的动作是否吻合，并将当前的动作状态与动作细节发送到逻辑交互模块；

实现该系统的交互方法，包括以下步骤，使用持握式体感控制器进行演奏虚拟编钟的步骤；

使用固定式体感控制器和指定动作与虚拟按钮进行交互的步骤。

2.根据权利要求1所述的一种数字曾侯乙编钟虚拟现实体感交互系统，其特征在于，使用持握式体感控制器进行演奏虚拟编钟的方法包括以下内容：

①用户将持握式体感控制器握在手中，系统将持握式体感控制器的位置映射到本系统的虚拟现实环境中，在虚拟现实中将会出现一个虚拟“钟锤”，并通过显示设备反馈给用户；

②用户移动持握式体感控制器，系统根据体感控制器的位置信息自动改变虚拟现实中的“钟锤”位置；

③用户通过移动体感控制器将虚拟“钟锤”移动到虚拟化的曾侯乙编钟实体上，若用户向下挥动手腕，使体感控制器的旋转和位移达到预设水平，则视其为“敲响”了编钟，并进行一系列的交互反馈。

3.根据权利要求1所述的一种数字曾侯乙编钟虚拟现实体感交互系统，其特征在于，使用固定式体感控制器和指定动作与虚拟按钮进行交互的方法包括以下内容：

①用户站在固定式体感控制器的有效感应范围内，抬起左手或右手，或做出其它指定动作，体感控制器感应并捕捉用户的肢体动作；

②系统自动追踪到用户手的位置，并将手的位置映射到系统的虚拟现实环境中，在虚拟现实中出现一个手的指示光标简称虚拟手，并通过显示设备反馈给用户，告知用户虚拟手的位置；

③用户通过移动手的位置改变虚拟现实中手的位置，并将这个虚拟手移动至虚拟现实中的按钮简称虚拟按钮上，视为进行了“进入按钮”操作，并执行与“进入按钮”相应的命令；

④当虚拟手移至虚拟按钮上时，系统开始计时，若虚拟手在虚拟按钮上停留的时间超过了预设值，预设值不固定，能根据需要改变，则视为进行了“点击按钮”操作，执行与“点击按钮”相应的命令；

⑤若停留时间未超过预设值，用户就将虚拟手从虚拟按钮上移开，则视为进行了“移出按钮”操作，执行与“移出按钮”相应的命令。