[发明专利]结合式平移和旋转运动模拟器

说明书

本发明涉及一种通用平移和旋转运动模拟器，其包括：第一设备，用于使用户在第一线性方向上平移；第二设备，用于使用户在第二线性方向上平移；第三设备，用于使用户在第三线性方向上平移；设置在第三设备上的第四设备，用于支承用户通过第一、第二和第三线性平移；万向节组件，其设置在第四设备上并且包括用于跟踪用户头部位置的位置跟踪传感器和/或基准装置；虚拟现实装置，用于在用户的脑海里创建虚拟现实场景；声音系统，用于在用户的脑海里产生听觉；微电子器件；和可编程控制器，该模拟器可操作以使用户同时在第一、第二和第三线性方向以及第一、第二和第三旋转方向上向前和向后平移。

与其它申请和专利的关系

本申请要求2016年3月30日提交的、系列号为No.62/315,111的待决美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本公开总体上涉及虚拟现实；更具体地，本公开涉及一种用于产生并组合模拟器用户的现实平移和旋转运动以及模拟器用户感知到的虚拟场景的一体化系统。

背景技术

与移动人的设备——包括过山车和其它游乐设施——有关的现有技术在特定重力作用下执行沿特定方向的加速度和速度，以在用户体内产生令人兴奋和欢快的感觉。诸如电梯的其它移动人的工具具有将人们从一个位置竖直地运输到另一个位置的唯一目的。用于训练的运动模拟器还可以让人移动从而为危险的现实世界任务做准备。

这些系统中的一部分利用线性推进或线性提升系统来产生这种加速度。这些线性运动系统可以结合各种设备，包括但不限于带滑轮和钢缆的旋转马达、液压马达、线性感应马达、线性同步马达或任何其它合适的线性致动器。

娱乐业对虚拟现实(VR)技术的最新进步有着大幅提高的兴趣。已经开发了大量的运动系统来呼应这种新的兴趣浪潮。这些现实运动系统中的大多数是小型的并且通常利用液压马达和/或气缸以通过产生较小的加速度来引起运动感。

将VR用于真实过山车的乘坐者是一个相对较新的想法。Six Flags已经在多个公园实施了自己的VR过山车体验，乘坐者在乘坐时佩戴VR头盔。现在或不久后将可以在世界各地的游乐园中获得额外的VR体验。

能够为人们提供享受和分享的新体验将始终是一个令人感兴趣的并且有价值的行业。虚拟现实头盔已经能够提供所谓的“存在感”，即感知到物理地存在于非物理世界中。当今虚拟现实的问题在于，开发涉及用户运动的体验是非常困难的。目前正在开发的大部分VR内容包括就坐或站立体验或仅在有限空间内行走。由于VR技术已经有了很大的改进，因此运动模拟器需要赶上，以便维持用户在运动期间的存在感。常规运动模拟器缺乏用户维持存在感所需的保真度，并且虚拟运动与现实运动之间的断开混淆了身体的前庭系统，从而导致恶心。运动模拟器使现实加速度与虚拟加速度(保持在生物公差内)匹配得越接近，体验就越令人满意。虽然常规木制或钢制过山车可能是有用的并且对某些应用是有利的，但它有几个缺点。常规过山车可以定义为由具有许多急弯和陡坡的固定轨道组成的游乐园景点，人们在小型快速车辆中乘坐于所述固定轨道上。

一个缺点是乘坐装置在其机械构造上是静态的。换句话说，这种常规过山车的路径是恒定的，因为它需要将极难制造的部件进行解构。另外，乘坐装置的路径上没有使得乘坐者在两次乘坐中可以体验到不同加速度的地点。当然，这忽略了在不同乘坐之间由于乘客车的重量差异而引起的天气和摩擦的影响。

另一个缺点是设计过程需要大量规划。设计过山车可能需要长达1500小时，加上2到6周安装和测试它的时间，然后才能向公众开放。

另一个缺点是制造技术非常耗时且昂贵。在制造过山车的过程中，将直钢片加热，然后永久地形成为所需形状。所制造的轨道形状需要精确到其设计形状的十分之一毫米以内，并且该过程可能导致显著的金属疲劳。