[发明专利]基于等心率步行速度换算在被动式漫游控制模块中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实漫游系统的设计，具体提出采用等心率步行速度换算在虚拟现实漫游系统的被动式漫游控制模块中的应用。

背景技术

虚拟现实技术（Virtual Reality technologies）随着其自身的不断发展，特别是其沉浸感的不断增强，正在被应用到越来越多的训练类、体验类、研究类领域，比如：针对特定空间场景的消防虚拟演练、复原历史空间场景以提供跨时空的体验、对建筑设计的不同方案进行互动体验评价、对城市街道尺度进行比较研究。在这些应用中，该技术的场景内容可定制与互动方式可控的优势被充分的发挥了出来。然而，对于其中的一大部分与步行漫游行为相关的应用，却因为目前的虚拟现实技术在方向感与距离感上提供的体验缺陷，受到了很大的局限。

由于人的方向感是由视觉、体觉、内耳前庭系统共同作用形成的，所以对那些通过键盘、鼠标、游戏杆、姿势感知设备等间接控制漫游的虚拟系统而言，操纵者看到的左右转动的画面与其静止的身体所带来的体觉、内耳前庭感受是相互矛盾的。所以，常有操纵者使用后出现头晕恶心的症状。对于因感知渠道不同所造成的方向判断差异也已经被发现。

同时，由于步行者对于距离的感受除了依靠立体视觉外，对于那些无法一目看尽的环境，往往需要他通过综合步行的速度感与时间感来获得。而上述间接性的漫游控制设备再次将这种时空感受加以隔绝。即在操作者用手指操控漫游的过程中，其由心肺荷载带来的速度感与由虚拟画面变化所带来的速度感毫无关系。研究已发现，这种速度感上的错位，可以直接引发距离感知的缺陷（虚拟环境下所感受到的距离比真实环境偏小）。

面对上述问题，有研究发现如果先让操作者在与虚拟环境局部所对应的真实空间中进行一段时间的体验，再进行完整的虚拟漫游，就可以增强虚拟环境中的上述两项感受。然而，这与虚拟现实技术空间可定制的优势相违背；又有研究提出了“幂函数的指数”方法来对虚拟场景中所感受的尺度进行换算，以估计出相对应的真实世界的尺度；而更直接的方法是让操作者在一个巨大的、空旷的、平坦的真实空间中佩戴头戴显示设备与定位装置展开步行体验。但这对实验的可行性提出了巨大的挑战。因此，又有研究提出了“动作压缩技术(motion compression techniques)”，即以一定的算法来增加迈步与转身的虚拟效果，从而缩小实际需要的真实空间。但显然如果方法涉及到了折算计算，那就会带来难以预测的误差。

目前的被动式模块的系统技术组成，一般都由：与脚掌特殊鞋底配合的光滑踏面、运动方向侦测设备、操作者重心限制机构组成。正是由于这样的系统组成，迫使操作者的腿部轨迹与日常生活中有所区别，在步幅与运动疲劳感上的区别就尤为明显，所以，目前的被动式模块都必须对采集到的操作者腿部运动速度（“采集速度”）进行换算，得到所对应的日常步行速度（日常速度），来驱动漫游视点的移动，以达到真切的虚拟漫游效果。目前的换算采用定比例线性缩放的方法（如Wizdish就采用碗内采集速度乘以2.5的经验值来换算）。

发明内容

本发明提出了“等心率速度换算函数”在被动式漫游控制模块中的应用，来解决采集速度与日常速度的换算问题，以实现提高模块沉浸感真实度以及达到更为真切的虚拟漫游效果的目的。

为此，本发明给出的技术方案表征为：

一种基于等心率步行速度换算在被动式漫游控制模块中的应用方法，其特征在于，被动式控制模块对采集到的操作者腿部运动速度（“采集速度”）通过等心率感受作为依据进行换算，以换算得到所对应的日常步行速度（“日常速度”）来驱动漫游视点的移动。“采集速度”与“日常速度”之间通过等心率感受来作为换算依据，构建该“等心率步行速度换算函数”的方法包括三个步骤：

步骤一，记录操作者在被动模块中进行各种速率的步行时所对应的心率。

实验的第一阶段：实验员从被试样本中随机让同比例男女在模块中先后以最休闲的漫步速和最快的跑步速进行运动，分别记录其“采集速率”。以测得数据的最小值与最大值为界，建立“采集速率”的测量值域，并将其均分得到若干N个“采集速度”测量点。

实验的第二阶段：实验员请样本被试操作者佩戴红外心率监测设备在被动式控制模块中，从低到高分别以所述N个测量点速度进行步行，记录其对应的心率。每位被试将被记录最多N对数据。

将记录到的数据画出“采集速率”与心率散点图，再分别按线性拟合出趋势方程,如下: