一種基於虛擬實境的健身交互系統及方法與流程

2023-10-05 18:15:39

本發明涉及虛擬實境技術及設備控制領域，具體涉及一種基於虛擬實境的健身交互系統及方法。

背景技術：

隨著社會的快速發展和工作生活壓力的增加，人們越來越重視健身運動，對健身器材的用戶體驗度要求越來越高。健身單車(健身車)是一種常見的室內健身設備，隨著其不斷的更新換代，健身單車也越來越智能環保，如可以在健身車顯示面板上顯示出時間、速度、熱量、心率等信息，還可以選擇一些內置騎行程序，單車的使用人群也在不斷增加。但是目前健身單車訓練相對比較單一，運動環境比較枯燥乏味，而不能結合實際娛樂參與到運動中，不能滿足用戶越來越高的健身要求。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種基於虛擬實境的健身交互系統及方法，通過該系統及方法為能夠為單車健身者提供更豐富的虛實結合的運動體驗。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：

一種基於虛擬實境的健身交互系統，包括健身單車，還包括用於支撐健身單車並調節健身單車狀態的支撐調節設備，健身單車上還設有單車狀態信息測量設備和變頻發電阻力裝置；所述系統還包括控制子系統和虛擬實境設備，所述虛擬實境設備、支撐調節設備、單車狀態信息測量設備和變頻發電阻力裝置分別與控制子系統連接；其中：

單車狀態信息測量設備，用於測量健身單車的狀態信息並發送到控制子系統；

虛擬實境設備，用於產生與所述健身單車對應的虛擬健身場景，並將虛擬健身場景的虛擬場景參數發送到控制子系統；

所述控制子系統，用於根據所述狀態信息和虛擬場景參數計算健身單車的阻力，並控制所述變頻發電阻力裝置產生相應的阻力，還用於根據所述虛擬場景參數控制支撐調節設備動作；

所述變頻發電阻力裝置，用於根據控制子系統的指令產生阻力並作用於健身單車；

所述支撐調節設備，用於根據控制子系統的指令產生動作，使單車的現實場景參數與所述虛擬場景參數相匹配。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述虛擬場景參數包括健身單車的顛簸狀態、傾斜狀態和上下坡的坡度；所述支撐調節設備包括震動設備和傾斜度調節設備。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述虛擬場景參數包括風速，所述系統還包括與控制子系統連接的模擬風速設備；

控制子系統還用於根據虛擬場景參數中的風速控制模擬風速設備產生相應的風速，使現實場景中的風速與虛擬場景中的風速相同。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述控制子系統包括顯示設備和用戶交互設備；

所述顯示設備，用於顯示所述虛擬健身場景和虛擬場景參數；

所述用戶交互設備，用於為單車健身者提供用戶交互界面，接收單車健身者的虛擬場景參數修改指令並根據該指令對所述虛擬場景參數進行修改。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述單車狀態信息測量設備包括用於測量單車健身者重量的重量傳感器和用於測量健身單車車速的速度傳感器。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述變頻發電阻力裝置包括發電機、變頻電路和電能存儲設備，變頻電路和電能存儲設備分別與發電機連接，發電機與健身單車連接；

所述發電機，用於將健身單車的動能轉化為電能為變頻電路供電；

變頻電路，用於根據控制子系統的控制指令產生相應的阻力並作用於健身單車；

電能存儲設備用於存儲發電機產生的電能。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述電能存儲設備還用於為虛擬實境設備、支撐調節設備、單車狀態信息測量設備和控制子系統中的至少一個設備供電。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互系統，所述虛擬實境設備通過有線和/或無線方式與控制子系統通信連接。

本發明還提供了一種基於虛擬實境的健身交互方法，包括以下步驟：

控制子系統獲取虛擬實境設備的虛擬場景參數和健身單車的當前狀態信息，並根據虛擬場景參數和健身單車的當前狀態信息計算健身單車的阻力；

控制子系統根據計算出的阻力控制變頻發電阻力裝置產生相應的阻力並作用於健身單車，並根據所述虛擬場景參數控制支撐調節設備動作以使單車的現實場景參數與虛擬場景參數相匹配。

進一步，如上所述的一種基於虛擬實境的健身交互方法，該方法還包括：

控制子系統根據虛擬場景參數中的風速控制模擬風速設備產生相應的風速，以使現實場景中的風速與虛擬場景中的風速相同。

本發明的有益效果在於：本發明所提供的基於虛擬實境的健身交互系統及方法，對目前單一枯燥的健身單車器材進行了視覺與體驗的豐富與改進，控制子系統通過虛擬設備中的虛擬環境參數與傳感器測試出的單車的狀態參數計算阻力，並通過控制變頻發電阻力裝置產生與計算結果相同的阻力，從而使單車健身者視覺體驗的騎車效果與自身的騎車力度相匹配，通過虛實交互達到戶外運動的體驗效果，給單車健身者帶來沉浸式的良好體驗。

附圖說明

圖1為本發明具體實施方式中一種基於虛擬實境的健身交互系統的結構框圖；

圖2為本發明具體實施方式中一種基於虛擬實境的健身交互方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖與具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。

圖1示出了本發明具體實施方式中提供的一種基於虛擬實境的健身交互系統的結構框圖，由圖中可以看出，該系統包括健身單車、虛擬實境設備、和控制子系統。所述健身單車安裝在支撐調節設備上，支撐調節設備在支撐健身單車的同時還能夠控制調節單車的狀態，健身單車上還設有單車狀態信息測量設備和變頻發電阻力裝置。其中，所述虛擬實境設備、支撐調節設備、單車狀態信息測量設備和變頻發電阻力裝置分別與控制子系統連接。

本實施方式中，所述單車狀態信息測量設備用於測量健身單車的狀態信息並發送到控制子系統；所述單車狀態信息測量設備包括但不限於用於測量單車健身者重量的重量傳感器和用於測量健身單車車速的速度傳感器，相應的，所述狀態信息包括但不限於騎車單車健身者的重量和單車的車速等。

虛擬實境設備供單車健身者佩戴，用於產生與所述健身單車相應的虛擬健身場景，並將虛擬健身場景的虛擬場景參數發送到控制子系統；所述虛擬健身場景在虛擬實境射中產生，為提前預設的場景，在實際應用中，可以根據用戶實際所在的健身環境作為虛擬健身場景的參考，來預設虛擬健身場景，虛擬實境設備包括但不限於VR眼鏡、VR頭盔等3D設備；所述虛擬場景參數包括健身單車的顛簸狀態、傾斜狀態和上下坡的坡度；

所述控制子系統用於根據所述狀態信息和虛擬場景參數計算健身單車的阻力，並控制所述變頻發電阻力裝置產生相應的阻力；還用於根據所述虛擬場景參數控制支撐調節設備動作；

所述變頻發電阻力裝置，用於根據控制子系統的指令產生阻力並作用於健身單車；

所述支撐調節設備，用於根據控制子系統的指令產生動作，使單車的現實場景參數與所述虛擬場景參數相匹配。

本實施方式中，所述支撐調節設備用於根據所述虛擬場景參數調節健身單車的當前狀態，例如，當所述虛擬場景參數包括虛擬場景中健身單車的顛簸狀態、傾斜狀態和上下坡的坡度時，所述支撐調節設備包括震動設備和傾斜度調節設備等，震動設備通過震動模擬單車顛簸狀態，傾斜度調節設備可以對單車的傾斜狀態和上下坡度等進行調節。

本實施方式所提供的上述基於虛擬實境的健身交互系統，通過虛擬實境設備產生虛擬健身場景，並將虛擬健身場景與健身單車的真實狀態信息相結合計算出單車的阻力，從而使騎車單車健身者的在虛擬健身場景中的視覺體驗的騎車效果與自身現實中的騎車力度相匹配，通過虛實交互使單車健身者體驗到戶外運動的效果，給單車健身者帶來更豐富且與現實接近的運動視覺體驗。

本發明另一實施例中，所述虛擬場景參數還可以包括風速，此時，所述系統還包括與控制子系統連接的模擬風速設備，控制子系統還用於根據虛擬場景參數中的風速控制模擬風速設備產生相應的風速，使現實場景中的風速與虛擬場景中的風速相同。即所述模擬風速設備用於根據控制子系統的控制指令產生風，風速與虛擬場景中的風速相同，以使單車健身者在現實中體驗到的風速與虛擬場景中的風速一致。

為了給單車健身者更好的健身體驗，本發明所述控制子系統除包括主控裝置(工控機、微控制單元MCU、計算機等設備)外，還可以包括顯示設備和用戶交互設備，通過所述顯示設備可以顯示出主控制裝置接收到的信息，包括但不限於所述虛擬健身場景和虛擬場景參數，所述用戶交互設備用於為單車健身者提供用戶交互界面，接收單車健身者的修改指令並根據修改指令對所述虛擬場景參數進行修改。單車健身者可以根據自身需求通過用戶交互設備對虛擬場景參數進行調節。其中，所述用戶交互設備可以是鍵盤、滑鼠等實體設備外，也可以是顯示設備上的觸摸式用戶交互界面等。

對於所述變頻發電阻力裝置，可以根據實際需要選用不同的阻力產生設備，本實施方式中，該裝置包括但不限於發電機、變頻電路和電能存儲設備等，變頻電路和電能存儲設備分別與發電機連接。其中，

發電機與健身單車連接，將健身單車的動能轉化為電能為變頻電路供電；

變頻電路用於根據控制子系統的控制指令產生相應的阻力並作用於健身單車；電能存儲設備用於存儲發電機產生的電能。

單車健身者在騎單車的過程中，單車帶動發電機轉動，轉動過程中產生電流，通過變頻電路可產生阻力，用戶克服阻力做功，即可將機械能轉化為電能儲存起來，可以為系統中的其它設備供電，從而節約外部供電。即所述電能存儲設備還可以為虛擬實境設備、支撐調節設備、單車狀態信息測量設備、模擬風速設備和控制子系統中的至少一個設備供電。

所述虛擬實境設備和系統的其它部分均可以通過有線和/或無線方式與控制子系統連接。在實際應用中，虛擬實境設備與控制子系統之間優選通過無線通信方式，其它部分優選硬線通信方式。

與圖1中所示的系統相對應，本發明還提供了一種基於所述健身交互系統的基於虛擬實境的健身交互方法，如圖2所示，該方法可以包括以下步驟：

控制子系統獲取虛擬實境設備的虛擬場景參數和健身單車的當前狀態信息，並根據虛擬場景參數和健身單車的當前狀態信息計算健身單車的阻力；

控制子系統根據計算出的阻力控制變頻發電阻力裝置產生相應的阻力並作用於健身單車，並根據所述虛擬場景參數控制支撐調節設備動作使單車的現實場景參數與虛擬場景參數相匹配。

本發明另一實施例中，所述控制子系統還可以根據虛擬場景參數中的風速控制模擬風速設備產生相應的風速，以使現實場景中的風速與虛擬場景中的風速相同。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其同等技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。