基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統的制作方法

本發明涉及虛擬現實技術領域，具體涉及一種基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統。

背景技術：

隨著生活節奏的逐漸加快，人們的在業余生活方面也有了更多的需求。同時，隨著相關技術的提高和軟硬件設備成本的降低，各式各樣的娛樂設備越來越多地進入人們的視野。體感游戲作為一種新穎的娛樂方式，越來越多的被各個年齡段的人所接納。

虛擬現實技術(Virtual Reality)作為近年來出現的高新技術之一，該技術主要通過電腦模擬技術，產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，帶給使用者身臨其境的體驗。

體感游戲作為是電子游戲的類型之一，與傳統的電子游戲有較大區別。體感游戲一般并不使用鼠標，鍵盤等傳統的輸入外設，取代的是利用功能繁多的輸入設備來捕獲用戶的肢體動作。通過將用戶的肢體動作作為游戲的輸入信號，從而來達到利用肢體控制游戲的目的。相對普通游戲而言，體感游戲能帶給用戶更好的代入感。此外，輸入方式的改變也使得游戲本身更增添了獨特的樂趣。

相比普通的電子游戲而言，體感游戲在一般要求使用者使用全身或身體的一部分來操縱游戲，這一特點使得體感游戲與個人健身塑形有密不可分的聯系。作為一個輔助用戶運動，促進用戶鍛煉的新型方式，體感游戲將運動健身融合在有趣的游戲內容中。在幫助用戶健身的同時，也有助于用戶緩解心里壓力。因此設計一種娛樂與健身緊密聯系的健身系統，對于綠色生活，健康生活，促進鍛煉，減壓方面具有重大意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統，促進用戶鍛煉的新型方式，將運動健身融合在有趣的游戲內容中。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統，包括運動數據采集單元、軟件處理單元、無線傳輸單元和立體顯示單元，其中

所述運動數據采集單元包括霍爾傳感器、Arduino控制器和無線發送模塊，所述霍爾傳感器用于采集人體運動數據，所述Arduino控制器不斷從霍爾傳感器的輸出端獲取人體運動數據，所述無線發送模塊用于將數據發送給無線傳輸單元；

所述無線傳輸單元用于將接收到的數據傳輸給軟件處理單元；

所述軟件處理單元包括Unity模塊，該模塊用于虛擬現實場景的搭建，同時根據采集單元的數據進行虛擬場景的邏輯設計；

所述立體顯示單元包括虛擬現實眼鏡，用于立體顯示同步的虛擬場景，且通過自帶的陀螺儀檢測用戶頭部的轉動。

與現有技術相比，本發明的顯著優點為：

(1)本發明的室內騎行健身系統，通過Arduino控制器與霍爾傳感結合采集有關運動的數據，Unity軟件平臺搭建虛擬三維場景，再結合采集的運動數據，控制虛擬現實場景的變化，最終通過虛擬現實眼鏡Oculus Rift來同步顯示；(2)本發明提出了一種輔助用戶運動，促進用戶鍛煉的新型方式，將運動健身融合在有趣的游戲內容中，改變了傳統的室內健身感受，對于促進鍛煉、綠色生活以及減壓方面具有重要意義；(3)本發明可打包集成于室內騎行健身器材上，具有很高的經濟效益前景。

附圖說明

圖1為本發明基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統的原理框圖。

圖2為運動數據采集單元的結構示意圖。

圖3為Unity虛擬場景的邏輯架構設計原理框圖。

具體實施方式

結合圖1，一種基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統，包括運動數據采集單元、軟件處理單元、無線傳輸單元和立體顯示單元，其中

所述運動數據采集單元包括霍爾傳感器、Arduino控制器和無線發送模塊，所述霍爾傳感器用于采集人體運動數據，所述Arduino控制器不斷從霍爾傳感器的輸出端獲取人體運動數據，所述無線發送模塊用于將數據發送給無線傳輸單元；

所述無線傳輸單元用于將接收到的數據傳輸給軟件處理單元；

所述軟件處理單元包括Unity模塊，該模塊用于虛擬現實場景的搭建，同時根據采集單元的數據進行虛擬場景的邏輯設計；

所述立體顯示單元包括虛擬現實眼鏡，用于立體顯示同步的虛擬場景，且通過自帶的陀螺儀檢測用戶頭部的轉動。

進一步的，所述霍爾傳感器與磁鋼配套使用，用于檢測用戶運動速度；霍爾傳感器安裝在用戶鞋子的后跟處，磁鋼放置在霍爾傳感器的正下方所在的有效檢測位置；

當霍爾傳感器與磁鋼相對時，產生脈沖輸出給Arduino控制器，通過脈沖數測出用戶的運動速度。

進一步的，所述人體運動數據是指用戶的運動速度，自行車轉速根據脈沖計數進行測量，霍爾傳感器輸出的脈沖信號頻率與自行車轉速成正比，脈沖信號與自行車轉速有以下關系：

式中，n為自行車轉速，P為自行車車輪轉動一圈的脈沖數，T為輸出方波信號的周期；

根據式(1)計算出自行車的車速，測取左右腳運動的速度，然后取平均值，再把此數據通過無線模塊傳送給軟件處理單元。

進一步的，所述軟件處理單元利用Unity的三維引擎和物理引擎進行道路的碰撞檢測，與用戶的輸入共同控制游戲角色運用，且用第一人稱人物進行控制。

進一步的，所述虛擬現實場景的搭建過程具體為：擬定三維場景的大概草圖，包括整體環境、天氣和視野；利用插件TerrainComposer創建地形，并完善場景；將文件拖入Unity3d對應項目的子目錄中，完成模型的導入。

進一步的，所述Unity虛擬場景的邏輯架構設計過程為：

用戶需要先選擇一個終點，終點代表目標位置；

用戶從特定的目標起點出發，在到達目標位置之前，平臺持續檢測用戶的動作，如果檢測到用戶的移動，那么在虛擬場景中，游戲角色也會按照用戶的移動方向移動，否則，游戲角色保持不動；

當場景中游戲角色到達終點時，游戲結束，并給出運動時間和用戶運動速度的統計量。

進一步的，所述立體顯示單元使用視頻線復制顯示電腦的輸出，且能夠左右眼分屏查看。

進一步的，所述虛擬現實眼鏡采用Oculus Rift。

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。

實施例

如圖1所示，本發明涉及的一種基于虛擬現實眼鏡的室內騎行健身系統，包括運動數據采集單元、無線傳輸單元、軟件處理單元和立體顯示單元，其中

所述運動數據采集單元包括霍爾傳感器、Arduino控制器以及無線模塊，所述Arduino控制器不斷從霍爾傳感器的輸出端獲取人體運動數據，然后再將數據經過處理后通過無線發送模塊發送給無線傳輸單元；

所述無線傳輸單元用于將接收到的數據傳輸給軟件處理單元；

所述軟件處理單元包括Unity模塊，該軟件平臺用于虛擬現實場景的搭建，同時根據采集單元的數據實現游戲邏輯場景的設計；

所述立體顯示單元包括虛擬現實眼鏡Oculus Rift，用于立體顯示同步的虛擬場景，且通過Oculus Rift自帶的陀螺儀可以檢測用戶頭部的轉動。

運動數據采集單元如圖2所示，所述霍爾傳感器需要與磁鋼配套使用，用于檢測用戶運動速度，霍爾傳感器安裝在用戶鞋子的后跟處，磁鋼放置在霍爾傳感器的正下方所在的有效檢測位置，且當霍爾傳感器與磁鋼相對時，會有脈沖輸出給Arduino控制器，因此通過脈沖數可以測出用戶的運動速度，通過數據可以判斷用戶是否開始運動以及可以計算運動速度。例如在利用Arduino實現的運動檢測設備里，1和0被用來傳遞當前用戶的雙腳的踏步信息，1表示腳在騎行踏板的最低點，0表示腳踏板離開最低點。1和0交替的出現代表用戶的跑步動作，而持續的1表示用戶的靜止。

自行車轉速主要根據脈沖計數來進行測量，霍爾元件輸出的脈沖信號頻率與轉速成正比，脈沖信號與轉速有以下關系：

式中：n為自行車轉速，P為自行車車輪轉動一圈的脈沖數，T為輸出方波信號的周期，根據式(1)即可計算出自行車的車速，本發明測取左右腳運動的速度，然后取平均值，再把此數據通過發送給軟件處理單元。

所述軟件處理單元利用Unity的三維引擎和物理引擎實現道路的碰撞檢測包括上坡和下坡，在其限制下與用戶的輸入一起共同控制游戲角色運用，且用第一人稱人物實現控制。第一人稱人物控制即游戲展示的視角正是在模擬用戶真實雙眼看到的視角，和第三人稱不同，第一人稱下用戶不可能看到自己控制的角色的后背，因為場景中相機的位置始終綁定在游戲角色眼鏡的位置。

所述三維場景的搭建步驟為：

首先，在制作三維場景之前，先擬定三維場景的大概草圖，包括整體環境，天氣，視野，本平臺采取天氣晴朗視野相對遼闊的戶外綠色山坡作為場景；

然后是創建地形。在Unity提供的Asset Store中購買并下載地形生成插件TerrainComposer，利用該插件用于創建地形。在有了地形之后，進一步加入一些模型完善整個場景，例如可以在場景中路邊加入民房，或著加入路人；模型通過使用三維建模軟件生成。

最后，在生成了模型文件之后，將文件拖入Unity3d對應項目的子目錄中即可完成模型的導入。

所述Unity虛擬場景的邏輯架構設計如圖3所述：首先，用戶需要先選擇一個終點，終點代表目標位置；然后，用戶從特定的目標起點出發，在到達目標位置之前，平臺持續檢測用戶的動作，如果檢測到用戶的移動，那么在虛擬場景中，游戲角色也會按照用戶的移動方向移動，否則，游戲角色保持不動；當場景中游戲角色到達終點時，游戲結束，并給出運動時間和用戶運動速度統計量。

所述立體顯示單元使用HDMI線等視頻線來直接復制顯示電腦的輸出，且能夠左右眼分屏查看。

本實施例的室內騎行健身系統的具體實施方式為：運動數據采集單元把采集的用戶運動信息通過無線傳輸單元發送給軟件處理單元，利用Unity模塊根據運動信息控制三維虛實場景的變化，再通過Oculus Rift立體顯示眼鏡進行同步顯示。