一种沉浸式虚拟仿真实验平台及方法与流程

本发明涉及虚拟仿真，特别涉及一种沉浸式虚拟仿真实验平台及方法。

背景技术：

1、随着科技的不断进步，虚拟现实技术已经逐渐渗透到教育培训领域，特别是在安全教育方面展现出巨大的潜力。虚拟仿真培训通过创建一个沉浸式的学习环境，让参与者能够在没有任何实际风险的情况下，体验各种刺激活动，教育活动等。

2、传统的虚拟仿真通过搭建虚拟三维实验环境，使用头戴式vr眼镜参与虚拟环境实验，使用vr定位与手柄进行实验交互，实现了虚拟仿真，但以上方式存在以下问题：

3、1.用户穿戴虚拟仿真设备有严重的眩晕和恶心等副作用的可能性；

4、2.用户移动不自然；

5、3.不能更好的感知自己的身体；

6、4.用户需要长时间佩戴重量较重的头戴设备，有使用的负担。

7、因此，本发明提供一种沉浸式虚拟仿真实验平台及方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种沉浸式虚拟仿真实验平台及方法，用以解决背景技术中提出的问题。

2、一种沉浸式虚拟仿真实验平台，包括：

3、投影搭建模块，用于基于多通道视景同步技术和立体显示技术，对投影显示简易房间进行投影搭建，得到沉浸式虚拟投影房间；

4、光学动捕模块，用于对沉浸式虚拟投影房间的用户进行关键部位标记，利用光学动捕相机对标记点进行监测，根据监测结果还原用户的动作姿态；

5、场景搭建模块，用于基于虚拟仿真任务，结合真实环境，进行三维建模，将三维模型导入沉浸式虚拟投影房间中，得到虚拟环境；

6、辅助仿真模块，用于基于3d输入设备，空间位置追踪器和声音设备对虚拟环境进行辅助仿真。

7、优选的，所述投影搭建模块，包括：

8、测量单元，用于对投影显示简易房间进行测量和计算，确定投影显示简易房间的三维数据特征；

9、参数确定单元，用于基于投影显示简易房间的三维数据特征，确定对多台立体投影机的放置位置和投影参数；

10、投影单元，用于按照多台立体投影机的放置位置和投影参数，对投影显示简易房间进行投影搭建，得到沉浸式虚拟投影房间。

11、优选的，所述参数确定单元，包括：

12、相对关系确定单元，用于从投影显示简易房间中获取每个投影几何面的尺寸数据，并获取所有投影几何面之间的相对位置关系；

13、位置确定单元，用于为每个投影几何面配置一台立体投影机，并确定立体投影机的放置位置区域范围，基于立体投影机的传感器尺寸和焦距从放置位置区域范围中选取最佳位置作为对应立体投影机的放置位置；

14、初始参数确定单元，用于确定立体投影机的放置位置与对应投影几何面的相对距离和相对方位，并基于相对距离和相对方位，结合投影图像质量要求，确定立体投影机的初始投射参数；

15、特征确定单元，用于按照所述初始投射参数对投影几何面进行投影，得到每个投影几何面对应的投影图像特征，并基于所有投影几何面之间的相对位置关系，确定相邻两个投影几何面之间的图像衔接特征；

16、坐标确定单元，用于建立对所有投影几何面的三维空间坐标系，并确定图像衔接特征在三维空间坐标系的坐标参数；

17、约束关系确定单元，用于基于预设投影图像要求，确定图像衔接特征之间的位置约束关系，从坐标参数中提取与验证预设投影图像要求相关的目标坐标参数，并判断所述目标坐标参数是否满足位置约束关系；

18、若是，表示按照所述初始投射参数对投影几何面进行投影的投影结果满足预设投影图像要求，将初始投射参数作为对多台立体投影机最终的投影参数；

19、否则，表示按照所述初始投射参数对投影几何面进行投影的投影结果不满足预设投影图像要求，需要对初始投射参数进行调整。

20、优选的，所述投影单元，包括：

21、放置单元，用于按照放置位置对多台立体投影机进行放置，放置完成后基于投影参数对投影显示简易房间进行投影，得到投影显示简易房间每个投影几何面的显示特征；

22、显示单元，用于基于投影几何面的显示特征，在对应的投影几何面进行相应显示。

23、优选的，所述光学动捕模块，包括：

24、穿戴标记单元，用于获取进入沉浸式虚拟投影房间的用户的穿戴特征，基于所述穿戴特征，对用户进行基于穿戴设备的关键部位标记，得到穿戴标记点；

25、结构标记单元，用于获取进入沉浸式虚拟投影房间的用户的人体结构特征，基于所述人体结构特征，对用于进行基于人体结构的关键部位标记，得到结构标记点；

26、数据获取单元，用于建立穿戴标记点和结构标记点与光学动捕相机之间的连接，根据连接结果对穿戴标记点和结构标记点进行监测，得到标记点数据；

27、姿态确定单元，用于基于标记点数据，还原用户的动作姿态。

28、优选的，所述姿态确定单元，包括：

29、数据分析单元，用于从标记点数据中获取穿戴标记数据和结构标记数据，基于穿戴标记数据确定视觉特征，基于结构标记数据确定动作特征；

30、算法分析单元，用于将所述视觉特征和动作特征按照预设算法确定出用户的具体空间坐标，方向和运动轨迹，作为用户的动作姿态。

31、优选的，所述数据分析单元，包括：

32、视觉分析单元，用于基于穿戴标记数据确定用户在沉浸式虚拟投影房间中的位置和朝向，结合沉浸式虚拟投影房间的空间特征，确定用户的视觉特征；

33、动作分析单元，用于从结构标记数据中在同一位置标记点的数据序列，基于结构标记点全部的数据序列确定用户的动态特征。

34、优选的，所述场景搭建模块，包括：

35、数据预处理单元，用于从虚拟仿真任务中获取真实环境数据，对所述真实环境数据进行预处理，得到适用于虚拟仿真实验平台的标准真实环境数据；

36、精度确定单元，用于从虚拟仿真任务中获取虚拟环境显示参数要求，并基于虚拟环境显示参数要求，确定对标准真实环境数据的建模精度；

37、建模单元，用于按照所述建模精度，对标准真实环境数据进行三维建模，得到三维模型，并确定三维模型中的环境特征的三维坐标数据；

38、配准单元，用于获取浸式虚拟投影空间的基准三维坐标数据，将所述三维坐标数据与基准三维坐标数据进行配准，得到配准结果；

39、降维单元，用于获取浸式虚拟投影空间中每个投影几何面的基准二维坐标数据，结合配准结果，将所述三维坐标数据向对应的投影几何面进行投影，得到投影后的目标二维数据；

40、重合单元，用于将所述基准二维坐标数据与目标二维数据进行重合，得到虚拟环境。

41、优选的，所述辅助仿真模块，包括：

42、输入设备单元，用于将多自由度和多导航设置键的3d鼠标导入至虚拟环境中，基于虚拟仿真需求，对虚拟环境中的虚拟物体进行操作；

43、位置追踪单元，用于将空间位置追踪器设置于用户佩戴的定位眼镜中，将用户在虚拟环境中的位置和朝向，以及观察位置发送至显示控制系统中；

44、声音采集单元，用于对虚拟环境中的声音进程采集，并将采集结果发送至播放系统中进行播放。

45、一种沉浸式虚拟仿真实验方法，包括：

46、s1：基于多通道视景同步技术和立体显示技术，对投影显示简易房间进行投影搭建，得到沉浸式虚拟投影房间；

47、s2：对沉浸式虚拟投影房间的用户进行关键部位标记，利用光学动捕相机对标记点进行监测，根据监测结果还原用户的动作姿态；

48、s3：基于虚拟仿真任务，结合真实环境，进行三维建模，将三维模型导入沉浸式虚拟投影房间中，得到虚拟环境；

49、s4：基于3d输入设备，空间位置追踪器和声音设备对虚拟环境进行辅助仿真。

50、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

51、过基于多通道视景同步技术和立体显示技术，对投影显示简易房间进行投影搭建，得到沉浸式虚拟投影房间，为虚拟环境的模拟提供基础，通过对沉浸式虚拟投影房间的用户进行关键部位标记，利用光学动捕相机对标记点进行监测，根据监测结果还原用户的动作姿态，为用户提供更好的视觉效果，通过基于虚拟仿真任务，结合真实环境，进行三维建模，将三维模型导入沉浸式虚拟投影房间中，得到虚拟环境，使得用户可以更好的感知自己的身体，更自然地做动作，保证完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像的交互感受，并且只需佩戴眼镜等轻便设备，减少用户的身体负担，给用户带来更好地体验。

52、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在本技术文件中所特别指出的结构来实现和获得。

53、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。