生成運動數據的系統和控制多軸運動設備的方法與流程
2023-06-11 18:05:16 1
本發明涉及虛擬實境技術領域,特別是涉及一種生成運動數據的系統和控制多軸運動設備的方法。
背景技術:
在電影或遊戲中,為了提高用戶體驗,將用戶的座椅安裝在可運動的設備上,例如能夠升降和傾斜的平臺。對於電影來說,預先根據影片內容設置平臺的運動方式,包括升降的高度和傾斜的角度。然而隨著用戶的要求越來越高,需要有運動方式更加豐富的設備以及相應的控制方式。
技術實現要素:
本發明的目的是要提供一種生成運動數據的系統和控制多軸運動設備的方法,實現了對本發明提出的一種多軸運動設備的控制,使用戶在觀看電影時能夠得到更豐富的運動形式,從而有更佳的觀影體驗。
為達到上述目的,根據本發明的一個方面,提供了一種生成運動數據的系統。
本發明的生成運動數據的系統包括多軸運動裝置和數據處理系統,其中:所述多軸運動裝置包括底座、第一臂、第二臂、以及第三臂;所述第一臂的第一端豎直地安裝在所述底座上並能夠繞所述第一臂的長度方向的軸線旋轉;所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變;所述第三臂的第一端與所述第二臂的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變;所述數據處理系統包括第一至第三角度傳感裝置,以及數據採集系統;第一角度傳感裝置與所述第一臂連接,用於檢測所述第一臂的旋轉角度;第二角度傳感裝置與所述第二臂連接,用於檢測所述第二臂相對所述第一臂的擺動角度;第三角度傳感裝置與所述第三臂連接,用於檢測所述第三臂相對所述第二臂的擺動角度;所述數據採集系統用於根據所述第一至第三角度傳感裝置檢測到的角度信息得出所述第一臂的旋轉角度以及所述第二臂和第三臂的擺動角度。
可選地,所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端鉸接,鉸接處安裝有復位彈簧,使所述第二臂與所述第一臂的連接夾角發生改變之後能夠恢復到初始夾角;所述第三臂的第一端與所述第二臂的第二端鉸接,鉸接處安裝有復位彈簧,使所述第三臂與所述第二臂的連接夾角發生改變之後能夠恢復到初始夾角。
可選地,所述第一臂的第二端和所述第二臂的第一端套在一個彈性材料的彎管中,從而使所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端活動連接;所述第三臂的第一端和所述第二臂的第二端套在一個彈性材料的彎管中,所述第三臂的第一端通過第三軸與所述第二臂的第二端活動連接。
可選地,所述第一至第三角度傳感裝置是圓盤滑線電阻;所述數據採集系統包括電源和模/數轉換裝置,其中:所述電源用於向所述第一至第三角度傳感裝置以及所述模/數轉換裝置供電;所述模/數轉換裝置用於將所述第一至第三角度傳感裝置上的電壓模擬量轉換為數字量。
根據本發明的另一方面,提供了一種控制多軸運動設備的方法。
在本發明的控制多軸運動設備的方法中,該多軸運動設備包括:底座、第一臂、第二臂、第三臂、以及端頭部;所述第一臂豎直地安裝在所述底座上並能夠繞所述第一臂的長度方向的軸線旋轉,所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端鉸接,所述第三臂的第一端與所述第二臂的第二端鉸接,所述第一臂、第二臂、以及第三臂保持位於同一平面,所述端頭部安裝在所述第三臂的第二端,能夠繞所述第三臂的長度方向的軸線旋轉;所述方法包括如下步驟:在權利要求1至4任一項所述的多軸運動裝置受外力驅動從而在該多軸運動裝置所坐落的承載面上前進時,按預設採樣頻率記錄所述生成運動數據的系統的第二臂的擺動角度系列值和第三臂的擺動角度系列值;所述承載面具有按照指定影片的指定場景中的運動物體的起伏而製作的對應於該處影片場景的崎嶇表面;播放所述指定影片,並且當播放到所述指定場景時,根據記錄的所述第二臂的擺動角度系列值控制所述多軸運動設備的第二臂的擺動,並且根據記錄的所述第三臂的擺動角度系列值控制所述多軸運動設備的第三臂的擺動。
根據本發明的技術方案,利用多軸系統的縮小化模型在設置好的承載面上前進,可以方便快速地得到用於控制多軸系統的運動數據系列。這種多軸系統具有較多的自由度,可以給用戶帶來豐富的運動感受。根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述,本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。
附圖說明
後文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解,這些附圖未必是按比例繪製的。附圖中:
圖1是根據本發明實施方式的多軸機電系統的主要結構的示意圖;
圖2是根據本發明實施方式的一種生成運動數據的系統的基本結構的示意圖。
具體實施方式
圖1是根據本發明實施方式的多軸機電系統的主要結構的示意圖,該多軸機電系統可用來播放電影。如圖1所示,多軸機電系統主要包括多軸運動設備1、控制系統2、以及電影播放裝置3。其中的多軸運動設備1主要包括底座10、第一臂11、第二臂12、第三臂13、以及端頭部14。
第一臂11豎直地安裝在底座10上並能夠繞第一臂的長度方向的軸線A(圖中以點劃線示出)旋轉。第二臂12的第一端與第一臂11鉸接,從而在第一臂11和第二臂12確定的平面(按圖中視圖即為紙面所在平面)內二者能夠互相轉動。第三臂13的第一端與第二臂12的第二端鉸接,從而第二臂12和第三臂13能夠在上述平面內互相轉動。
端頭部14安裝在第三臂13的第二端,能夠繞第三臂13的長度方向的軸線B(圖中點劃線)旋轉;端頭部14設置有座椅141,供觀看電影的用戶乘坐。端頭部14可以具有一個殼體,構成一個能夠容納座椅141的艙體。
該座椅141的設置方式如圖中所示,即用戶背靠座椅141的靠背時,用戶的左右方向(即進入和穿出紙面的方向)是第一臂11的旋轉方向。
控制系統2與多軸運動設備1以及電影播放裝置3連接,用於根據電影播放裝置3所播放的電影進程來控制多軸運動設備1的運動。控制系統2的各個輸出端與第一臂11的操縱機構(控制線路連接在底座10上)、第二臂12的操縱機構、第三臂13的操縱機構、端頭部14的操縱機構連接。這些操縱機構可採用現有的電動機以及相關傳動設備來實現。因為存在這些操縱機構,因此上述各臂的運動是以主動的方式進行運動。控制系統2同樣與電影播放裝置3連接,該電影播放裝置可以是穿戴式顯示設備,也可以是固定在作為一個艙體的端頭部14內部的一個顯示屏。控制系統2可以基於計算機以及相關外圍設備來實現。
從多軸運動設備1的結構可以看出,它使端頭部14具有多個維度的運動自由度,主要包括第一臂帶動下的水平方向的迴環旋轉、第二臂和第三臂帶動下的升降和端頭部不同的俯仰角度(圖中示出了一種仰起的狀態)、以及橫滾(如軸線B上的箭頭所示)。上述結構與現有的平臺式的運動系統相比,運動自由度更豐富,有助於使用戶獲得更好的體驗。
在應用上述的多軸機電系統進行電影播放時,多軸運動設備1應當能夠根據影片內容進行運動。例如在影片內容中包含汽車在崎嶇道路上前進的場景,那麼端頭部應當有升降和/或俯仰的運動;又如影片內容中包含交通工具的翻滾,端頭部也應當進行橫滾。對於後者,開發人員可以直接根據影片內容設置一系列的橫滾角度;對於前者,開發人員難以準確地直接設置第二軸和第三軸的轉角。對於此,本發明實施方式提出了一種生成運動數據的系統,以下結合圖2對此加以說明。
如圖2所示,圖2是根據本發明實施方式的一種生成運動數據的系統的基本結構的示意圖。圖2中的生成運動數據的系統主要包括多軸運動裝置和數據處理系統。該多軸運動裝置基本可以看作是多軸運動設備1的一個縮小化模型,但不包含其中的操縱機構以及其他一些部件。以下具體加以說明。
如圖2所示,多軸運動裝置200主要包括底座20、第一臂21、第二臂22、以及第三臂23。
第一臂21豎直地安裝在底座20上並能夠繞第一臂的長度方向的軸線A(圖中以點劃線示出)旋轉。第二臂22的第一端與第一臂21的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變;第三臂23的第一端與第二臂22的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變。
第二臂22與第一臂21之間、第三臂23與第二臂22之間,可採用鉸接的方式,鉸接處安裝有復位彈簧,使它們之間繞鉸接處旋轉之後能夠自動復位。復位彈簧的安裝使各臂不受外力的情況下具有一個初始姿勢。也可採用兩個彈性材料例如橡膠的彎管,各臂的連接端套入彎管內,可以看出彎管的形狀提供了各臂的初始姿勢。
圖2所示的系統中,還包含一個數據處理系統,該數據處理系統包括第一至第三角度傳感裝置(圖中未示出),以及數據採集系統24(線路連接在底座20上)。第一角度傳感裝置與第一臂21連接,用於檢測第一臂21的旋轉角度;第二角度傳感裝置與第二臂22連接,用於檢測第二臂22相對第一臂21的擺動角度;第三角度傳感裝置與第三臂23連接,用於檢測第三臂23相對第二臂22的擺動角度。上述的第一至第三角度傳感裝置可以是圓盤滑線電阻,按照圓盤滑線電阻的安裝方式固定在各臂之間的鉸接處。
數據採集系統24用於根據第一至第三角度傳感裝置檢測到的角度信息得出第一臂21的旋轉角度以及第二臂和第三臂的擺動角度。數據採集系統24主要包含電源和模/數轉換裝置,該電源用於向上述第一至第三角度傳感裝置以及該模/數轉換裝置供電;該模/數轉換裝置用於將上述第一至第三角度傳感裝置上的電壓模擬量轉換為數字量。
應用圖2所示的系統,可以生成圖1中的多軸機電系統在播放影片時所需的運動數據。以下進行具體說明。
根據影片的場景,需要先準備一個承載面,承載面具有按照指定影片的指定場景中的運動物體的起伏而製作的對應於該處影片場景的崎嶇表面。具體而言,例如影片中有車輛在越野行駛,則可以根據野地的表面形狀製作承載面;又如影片中有船在大浪中行進,根據船隻的起伏製作承載面。然後將圖2中的多軸運動裝置200放置在該承載面上。該多軸運動裝置200的底座20下方可以安裝輪,便於推動或拉動多軸運動裝置200在該承載面上運動。
人員可以用手推動或拉動多軸運動裝置200在該承載面上運動,以模擬影片一個場景中的物體例如交通工具的運動。此時由於慣性的作用,各臂會發生擺動。此時數據採集系統24按照設定的採樣頻率記錄第二角度傳感器和第三角度傳感器發來的擺動角度值,從而得到角度的系列值。在影片播放到上述場景時,調取該角度的系列值,根據該系列值控制多軸運動設備1中的第二臂的擺動以及第三臂的擺動。因為承載面是按照影片場景中的物體運動方式來製作,所以多軸運動裝置200中的各臂的運動近似地對應於多軸運動設備1中的各臂的運動。需要說明的是,在慣性的作用下,作為模型的多軸運動裝置200的第二臂和第三臂的夾角在物體上坡時會增大,但模擬影片中的上坡時,作為實際運動機構的多軸運動設備1中的第二臂和第三臂的夾角應當減小,即上述兩個夾角之間的關係是取負值的關係。為了增大慣性,圖中第三臂的第二端可以安裝一個重物。
按照以上方式得到多軸運動設備1中的各臂的運動數據,只需將作為模型的多軸運動裝置200在承載面上驅動運行一遍即可,操作簡單方便,而且得到的運動數據可使多軸運動設備1的運動比較符合影片場景。
根據本發明實施方式的技術方案,利用多軸系統的縮小化模型在設置好的承載面上前進,可以方便快速地得到用於控制多軸系統的運動數據系列。這種多軸系統具有較多的自由度,可以給用戶帶來豐富的運動感受。
至此,本領域技術人員應認識到,雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例,但是,在不脫離本發明精神和範圍的情況下,仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此,本發明的範圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。