一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置

1.本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置。

背景技术：

2.虚拟现实(virtual reality)是利用程序模拟产生一个三维空间的虚拟世界，模拟产生视觉、听觉、触觉等感官，这样的情况下使用者可以如同身临其境。一般需要及时、没有限制地观察三度空间内的事物。当使用者进行前后位置移动或者上下左右旋转的设备时，传感器将这些信息传达给计算机，计算机经过快速而复杂的运算后再将精确的三维图像传回产生临场感。因此，一个可以多方位移动的动感体验台就显得非常重要。
3.如申请号为cn201710758676.0的专利公开了一种基于虚拟现实的环境展示方法和系统，所述方法包括：获取基准位置，并根据所述基准位置获取数据包，所述数据包包括所述基准位置及所述基准位置周边环境的初始虚拟现实图像；获取位置变化指令，并根据所述位置变化指令切换至相应的虚拟现实图像；以及若所述基准位置在所述虚拟现实图像之外，则在所述虚拟现实图像的边缘位置对应显示针对所述基准位置的提示点。给用户提供了虚拟现实图像，并根据位置变化切换虚拟现实图像，更好的展示基准位置及其周边的环境。
4.但是这样应用于娱乐或实景展示方面的站立型体验产品，首要重视的就是感觉体验，但真实感不强，真实站立或行走的触感，才能满足多方面的使用需要，因此在体验过程中还需要地形模拟装置，才能使其感官更加真实，而现有技术中没有此类地形模拟产品。

技术实现要素：

5.为解决现有技术中没有地形模拟体验的问题，本发明提供一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，目的是提供一种多方位移动的地形模拟装置，应用于站立型虚拟现实场景，使虚拟现实场景的体验更加真实。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，包括底座、支架和体验仓，所述底座上连接有多个支架，每个支架上端均转动连接有全向轮，多个支架上的全向轮共同支撑体验仓；所述体验仓是中空球状体，体验仓由外向内分为三层，分别是外层、中层和弹性层，外层和中层之间的间隙内沿外层内表面阵列有多个蓄电池，所述中层与弹性层之间的间隙内沿中层的内表面阵列有多个调节组件，调节组件与蓄电池一一相对应；所述调节组件包括连接柱、无线遥控电动推杆和定位板，所述连接柱为带弹性的柱体，连接柱的一端连接中层内表面、另一端连接弹性层外表面，所述连接柱的一侧设有无线遥控电动推杆，所述无线遥控电动推杆的缸体连接中层的内表面，无线遥控电动推杆的活塞端连接有定位板，所述定位板为与体验仓同球心的弧形板体，定位板上设置有贯穿孔，
定位板经贯穿孔滑动套在连接柱外，每个无线遥控电动推杆的导线均贯穿中层连接相对应的蓄电池，无线遥控电动推杆通过活塞伸缩改变定位板与弹性层之间的距离，当无线遥控电动推杆的活塞伸长到极限时，定位板内表面接触弹性层外表面。
7.进一步地，所述体验仓包括仓体和门，所述仓体为带有长方形开口的中空球状体，所述门为设置在仓体的长方形开口内的弧形体，所述仓体和门的层结构一致。
8.进一步地，所述门外周设有边框，仓体的长方形开口内设有门框，门上设置有穿过边框的四个暗锁，门经暗锁与门框连接。
9.进一步地，所述仓体内的多个蓄电池并联，门内的多个蓄电池并联，每相邻两个蓄电池之间有间距，蓄电池朝向中层的一侧面与中层的外表面相接触，所述无线遥控电动推杆的活塞收缩到极限时，定位板内表面与所对的弹性层外表面之间的间距大于等于15cm。
10.进一步地，所述门框和边框上设有开口相对的长方形孔，门内的任意一个蓄电池连接嵌装在边框上的长方形孔内的插头，仓体内的任意一个蓄电池连接嵌装在门框上的长方形孔内的插头。
11.进一步地，进一步地，所述贯穿孔的形状与连接柱的截面形状相配应，贯穿孔内壁上镶嵌有滚珠，所述滚珠与连接柱外壁滚动接触。
12.进一步地，所述定位板与中层之间的连接柱外设有伸缩筒，所述伸缩筒包括外筒、内筒和压缩弹簧，所述外筒外端连接中层内表面、内端与定位板外表面之间有间距，外筒内滑动连接有套在连接柱外周的内筒，所述内筒内端伸出外筒内端、且接触定位板的外表面，中层和内筒之间设有套在连接柱外、位于外筒内的压缩弹簧。
13.进一步地，所述仓体的弹性层的内表面上镶嵌有灯珠，多个所述灯珠共同连接任意一个蓄电池或者每个所述灯珠连接任意一个蓄电池。
14.进一步地，所述仓体和门上都均布有多个透气孔，所述透气孔贯穿外层、中层和弹性层，所述透气孔与蓄电池相错位。
15.进一步地，所述全向轮的转轴贯穿支架并连接第一皮带轮，底座上设有与支架相对应的电机，所述电机连接市电，电机的输出轴上设有第二皮带轮，第一皮带轮与第二皮带轮经皮带连接。
16.通过上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明的体验仓为球状，体验仓在全向轮的支撑下可以在任意方向旋转，人在体验仓内行走或跑动时体验仓进行旋转，因为体验仓可以无限旋转且可以在任意方向旋转，因此人在体验仓内在任意方向行走，弹性层结合调节组件可以变幻出多种地形。
17.本发明在使用时，人在体验仓内行走是正常行走状态，而不是像现有技术一样被设备束缚在某一个固定的地点与设备呈滑动状态，使用本发明，体验更加真实和舒适。
18.本发明可以模拟公路、草地、沙地和沼泽地形，配合现有的虚拟现实体验设备，使人的踩踏触感更加真实，体验性更好。
19.本发明使用电机助力，使体验仓的旋转与体验仓内人的行走速度和行走方向相配合，通过调节电机转速，可以加快全向轮旋转或全向轮减慢旋转速度，形成下坡或上坡的感觉，使人在体验仓的行走时，能够体验到上坡、下坡、平地等不同倾斜角度的地面，公路、草地、沙地和沼泽等不同地形的行走感觉，虽然是在体验仓内行走，但感觉象是走在现实的环境中，相比现有技术中的将人束缚在原地进行体验行走的感觉，本发明十分逼真的还原了
真实度。
附图说明
20.图1是本发明结构示意图；图2是本发明的支架与体验仓连接的结构示意图；图3是本发明的体验仓的剖视左视图；图4是图3的a部放大图；图5是本发明的调节组件的结构示意图；图6是本发明的门的结构示意图；图7是本发明的门与仓体连接的结构示意图；图8是本发明的使用状态图（左视）。
21.附图中标号为：1、底座；2、支架；3、全向轮；4、外层；5、中层；6、弹性层；7、蓄电池；8、支撑杆；9、调节组件；10、连接柱；11、无线遥控电动推杆；12、定位板；13、贯穿孔；14、门；15、暗锁；16、滚珠；17、外筒；18、内筒；19、压缩弹簧；20、灯珠；21、透气孔；22、电机；23、长方形孔；24、插头；25、边框；26、第二柔性段；27、第二刚性段。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：实施例一：如图1～图8所示，一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，包括底座1、支架2和体验仓，所述底座1为正三角形架体，所述底座1上连接有多个支架2，每个所述支架2均为倾斜的杆体，所述支架2有三个，支架2上端倾斜朝向体验仓的球心，每个支架2上端均转动连接有全向轮3，所述全向轮采用成都航发液压工程有限公司生产的qlm系列工业级90度麦克纳姆轮，多个支架2上的全向轮3共同支撑体验仓，所述体验仓与全向轮3滚动接触；所述体验仓是中空球状体，体验仓由外向内分为三层，分别是外层4、中层5和弹性层6，所述外层4和中层5均由玻璃钢制成，所述弹性层6由橡胶制成，外层4、中层5和弹性层6均为中空球状体，外层4、中层5和弹性层6同球心，中层5的外表面与外层4的内表面之间有间距，弹性层6的外表面与中层5的内表面之间有间距，外层4和中层5之间的间隙内沿外层4内表面阵列有多个蓄电池7，所述蓄电池7为块状体，每个蓄电池7的四周均设有支撑杆8，所述支撑杆8为杆状体，支撑杆8的两端分别固定连接外层4内表面与中层5外表面，所述中层5与弹性层6之间的间隙内沿中层5的内表面阵列有多个调节组件9，调节组件9与蓄电池7一一相对应；所述调节组件9包括连接柱10、无线遥控电动推杆11和定位板12，所述连接柱10为带弹性的柱体，连接柱10由硅胶制成，连接柱10具有弹性且在被踩踏时可收缩或弯曲，连接柱10呈内端朝向体验仓的球心的状态设置，连接柱10的一端固定连接中层5内表面、另一端固定连接弹性层6外表面，所述连接柱10的一侧设有无线遥控电动推杆11，所述无线遥控电动推杆11的缸体固定连接中层5的内表面，无线遥控电动推杆11的活塞端固定连接有定位板12，所述定位板12为与体验仓同球心的弧形板体，定位板12凸起朝向中层5的内表面，每相邻两个调节组件9之间有间距，定位板12上设置有贯穿孔13，定位板12经贯穿孔13滑动套
在连接柱10外，定位板12沿连接柱10上下移动，每个无线遥控电动推杆11的导线均贯穿中层5连接相对应的蓄电池7，无线遥控电动推杆11通过活塞伸缩改变定位板12与弹性层6之间的距离，当无线遥控电动推杆11的活塞伸长到极限时，定位板12内表面接触弹性层6外表面。
23.所述体验仓包括仓体和门14，所述仓体为带有长方形开口的中空球状体，所述门14为设置在仓体的长方形开口内的弧形体，所述仓体和门14的层结构一致，即：仓体和门14均包括外层4、中层5和弹性层6，外层4和中层5之间阵列有蓄电池7，所述中层5与弹性层6之间阵列有调节组件9，仓体和门14共同构成中空球状的体验仓。
24.人打开门进入体验仓中后，脚踩踏弹性层6。此时，可利用无线遥控电动推杆11调节弹性层6和定位板12之间的距离，当定位板12内表面与弹性层6外表面接触并支撑弹性层6时，使弹性层6在被踩踏时不变形（弹性层6自身厚度变形忽略不计），此时人的触感反馈给人的感觉是在公路、地板或其它硬质表面上行走；当定位板12内表面与弹性层6外表面之间的间距为2-3cm时，因为定位板12内表面与弹性层6外表面之间有3cm的距离，此时弹性层6被踩踏时会产生向定位板12方向的2-3cm的下沉（主要由连接柱10被踩踏而轴向压缩和弹性层6被踩踏变形形成）直至接触到定位板12，人的触感反馈给人的感觉是在草地或带落叶的林地上行走；当定位板12内表面与弹性层6外表面之间的间距为5-7cm时，弹性层6被踩踏时会产生5-7cm的下沉直至接触到定位板12，人的触感反馈给人的感觉是在沙地上行走；当定位板12内表面与弹性层6外表面之间的间距为10-15cm时，弹性层6被踩踏时会产生10-15cm的下沉（主要由定位板12与弹性层之间的连接柱10被压而挠性弯曲和弹性层6被踩踏变形形成侧滑和向下陷的感觉）直至接触到定位板12，人的触感反馈给人的感觉是在泥泞的沼泽上行走。本发明能够根据无线遥控电动推杆11的活塞伸长长度模拟不同的地形触感，使虚拟现实体验更加真实。
25.实施例二：所述实施例二与实施例一基本相同，实施例二在实施例一在基础上增加了以下结构：如图4～图7所示：所述门14外周设有边框25，所述边框25连接门14的外层4、中层5和弹性层6，仓体的长方形开口内设有门框，所述门框固定连接仓体的外层4、中层5和弹性层6，所述门框和边框25均为刚性材料制成的长方形框体弯曲呈与门14和长方形开口相配应的弧状构成，门14上设置有穿过边框25的四个暗锁15，四个所述暗锁15靠近边框25四角，门14经暗锁15与门框连接，所述暗锁15的锁舌贯穿边框25伸进门框内，暗锁15的钥匙孔与外层4外表面在同一球面上。
26.所述门框包括第一柔性段和第一刚性段，所述第一柔性段和第一刚性段相对连接，第一刚性段连接仓体的外层4和中层5，第一柔性段一端连接第一刚性段、另一端连接仓体的弹性层6，所述边框25包括第二柔性段26和第二刚性段27，所述第二柔性段26和第二刚性段27相对连接，第二刚性段27连接门14的外层4和中层5，第二柔性段26一端连接第二刚性段27、另一端连接门14的弹性层6，使门14与仓体的连接处也能够满足变形需要。
27.所述仓体内的多个蓄电池7并联，门14内的多个蓄电池7并联，每相邻两个蓄电池7之间有间距，蓄电池7朝向中层5的一侧面与中层5的外表面相接触，所述无线遥控电动推杆11的活塞收缩到极限时，定位板12内表面与所对的弹性层6外表面之间的间距大于等于
15cm。
28.所述门框和边框25上设有开口相对的长方形孔23，门14内的任意一个蓄电池7连接嵌装在边框25上的长方形孔23内的插头24，仓体内的任意一个蓄电池7连接嵌装在门框上的长方形孔23内的插头24，在不使用时，将门14打开，插头24插在连接市电的插座上为蓄电池7进行充电。
29.所述贯穿孔13的形状与连接柱10的截面形状相配应，贯穿孔13内壁上镶嵌有滚珠16，所述滚珠16与连接柱10外壁滚动接触，避免因定位板12的运动而摩擦连接柱10，使弹性层6发生变形。
30.所述定位板12与中层5之间的连接柱10外设有伸缩筒，所述伸缩筒包括外筒17、内筒18和压缩弹簧19，所述外筒17外端连接中层5内表面、内端与定位板12外表面之间有间距，外筒17内滑动连接有套在连接柱10外周的内筒18，所述内筒18内端伸出外筒17内端、且接触定位板12的外表面，中层5和内筒18之间设有套在连接柱10外、位于外筒17内的压缩弹簧19，避免定位板12与中层5之间的连接柱10弯曲，在定位板12内表面接触弹性层6外表面时，内筒18一端位于外筒17内、另一端接触定位板12。
31.所述仓体的弹性层6的内表面上镶嵌有灯珠20，多个所述灯珠20共同连接任意一个蓄电池7或者每个所述灯珠20连接任意一个蓄电池7，灯珠20外设置有钢化玻璃制成的保护罩，所述保护罩与弹性层6固定连接，所述保护罩固定连接在弹性层6内，所述保护罩的一个表面为弧形面，所述保护罩的弧形表面与弹性层6内表面在同一球面上，为体验仓内提供照明，提高使用舒适性。
32.所述仓体和门上都均布有多个透气孔21，所述透气孔21贯穿外层4、中层5和弹性层6，所述透气孔21与蓄电池7相错位，一方面利于蓄电池7散热，另一方面为体验仓内通风换气。
33.实施例三：所述实施例三与实施例二基本相同，实施例三在实施例二在基础上增加了以下结构：如图1和图2所示：所述全向轮3的转轴贯穿支架2并连接第一皮带轮，底座1上设有与支架相对应的电机22，所述电机22连接市电，电机22的输出轴上设有第二皮带轮，第一皮带轮与第二皮带轮经皮带连接，电机22可以为体验仓的旋转提供助力，通过控制电机的转速，使体验仓的旋转与体验仓内人的行走速度相配合，可以加快全向轮3旋转速度或减慢全向轮3旋转速度，形成下坡或上坡的感觉，并且配合现有的虚拟现实体验设备，功能更加齐全，体验感更加真实。
34.所述无线遥控电动推杆11和电机22连接机械矩阵控制器，所述机械矩阵控制器（如北京博能拓远科技有限公司研发的bnty机械矩阵控制器 v3.0或mindfqc512矩阵控制器）控制无线遥控电动推杆11的活塞伸长和电机22的旋转。
35.所述无线遥控电动推杆11采用无锡市杰蒂诺自动化设备有限公司生产的fy023型无线遥控电动推杆；所述暗锁15采用高要区金利镇耀之星五金厂生产的消防门通用暗锁。
36.本发明在使用时，体验的人穿戴虚拟现实体验设备（如申请号为cn201810745534.5的一种基于人体质心位移计算算法的虚拟现实系统，获得人的运动状态和运动速度），机械矩阵控制器连接虚拟现实的地形模拟控制系统（如申请号为
cn201710758676.0的一种基于虚拟现实的环境展示系统）在实施例中，当人在体验仓内行走或跑动时，虚拟现实的地形模拟控制系统根据人物移动速度和方向给机械矩阵控制器和虚拟现实的地形模拟控制系统发送信号，机械矩阵控制器控制无线遥控电动推杆11伸缩变形配合电机22的旋转模拟人落脚点附近的地形变化，虚拟现实的地形模拟控制系统模拟地形图像展示在人眼前。
37.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施例，在不违背本发明的精神即公开范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变形。

技术特征：

1.一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，包括底座（1）、支架（2）和体验仓，所述底座（1）上连接有多个支架（2），每个支架（2）上端均转动连接有全向轮（3），多个支架（2）上的全向轮（3）共同支撑体验仓；所述体验仓是中空球状体，体验仓由外向内分为三层，分别是外层（4）、中层（5）和弹性层（6），外层（4）和中层（5）之间的间隙内沿外层（4）内表面阵列有多个蓄电池（7），所述中层（5）与弹性层（6）之间的间隙内沿中层（5）的内表面阵列有多个调节组件（9），调节组件（9）与蓄电池（7）一一相对应；所述调节组件（9）包括连接柱（10）、无线遥控电动推杆（11）和定位板（12），所述连接柱（10）为带弹性的柱体，连接柱（10）的一端连接中层（5）内表面、另一端连接弹性层（6）外表面，所述连接柱（10）的一侧设有无线遥控电动推杆（11），所述无线遥控电动推杆（11）的缸体连接中层（5）的内表面，无线遥控电动推杆（11）的活塞端连接有定位板（12），所述定位板（12）为与体验仓同球心的弧形板体，定位板（12）上设置有贯穿孔（13），定位板（12）经贯穿孔（13）滑动套在连接柱（10）外，每个无线遥控电动推杆（11）的导线均贯穿中层（5）连接相对应的蓄电池（7），无线遥控电动推杆（11）通过活塞伸缩改变定位板（12）与弹性层（6）之间的距离，当无线遥控电动推杆（11）的活塞伸长到极限时，定位板（12）内表面接触弹性层（6）外表面。2.根据权利要求1所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述体验仓包括仓体和门（14），所述仓体为带有长方形开口的中空球状体，所述门（14）为设置在仓体的长方形开口内的弧形体，所述仓体和门（14）的层结构一致。3.根据权利要求2所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述门（14）外周设有边框（25），仓体的长方形开口内设有门框，门（14）上设置有穿过边框（25）的四个暗锁（15），门（14）经暗锁（15）与门框连接。4.根据权利要求2所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述仓体内的多个蓄电池（7）并联，门（14）内的多个蓄电池（7）并联，每相邻两个蓄电池（7）之间有间距，蓄电池（7）朝向中层（5）的一侧面与中层（5）的外表面相接触，所述无线遥控电动推杆（11）的活塞收缩到极限时，定位板（12）内表面与所对的弹性层（6）外表面之间的间距大于等于15cm。5.根据权利要求3所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述门框和边框（25）上设有开口相对的长方形孔（23），门（14）内的任意一个蓄电池（7）连接嵌装在边框（25）上的长方形孔（23）内的插头（24），仓体内的任意一个蓄电池（7）连接嵌装在门框上的长方形孔（23）内的插头（24）。6.根据权利要求1所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述贯穿孔（13）的形状与连接柱（10）的截面形状相配应，贯穿孔（13）内壁上镶嵌有滚珠（16），所述滚珠（16）与连接柱（10）外壁滚动接触。7.根据权利要求1所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述定位板（12）与中层（5）之间的连接柱（10）外设有伸缩筒，所述伸缩筒包括外筒（17）、内筒（18）和压缩弹簧（19），所述外筒（17）外端连接中层（5）内表面、内端与定位板（12）外表面之间有间距，外筒（17）内滑动连接有套在连接柱（10）外周的内筒（18），所述内筒（18）内端伸出外筒（17）内端、且接触定位板（12）的外表面，中层（5）和内筒（18）之间设有套在连接柱
（10）外、位于外筒（17）内的压缩弹簧（19）。8.根据权利要求2所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述仓体的弹性层（6）的内表面上镶嵌有灯珠（20），多个所述灯珠（20）共同连接任意一个蓄电池（7）或者每个所述灯珠（20）连接任意一个蓄电池（7）。9.根据权利要求2所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述仓体和门（14）上都均布有多个透气孔（21），所述透气孔（21）贯穿外层（4）、中层（5）和弹性层（6），所述透气孔（21）与蓄电池（7）相错位。10.根据权利要求1所述的一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，其特征在于，所述全向轮（3）的转轴贯穿支架（2）并连接第一皮带轮，底座（1）上设有与支架（2）相对应的电机（22），所述电机（22）连接市电，电机（22）的输出轴上设有第二皮带轮，第一皮带轮与第二皮带轮经皮带连接。

技术总结

本发明涉及一种站立型虚拟现实场景的地形模拟装置，包括底座、支架和体验仓，多个支架上的全向轮共同支撑体验仓，体验仓包括外层、中层和弹性层，所述外层和中层均为刚性体，所述弹性层带弹性，外层和中层之间阵列有蓄电池，所述中层与弹性层之间阵列有多个调节组件，所述调节组件包括连接柱、无线遥控电动推杆和定位板，在无线遥控电动推杆的活塞伸长到极限时，多个调节组件的定位板内表面贴在弹性层外表面上。本发明是一种多方位移动的地形模拟装置，应用于站立型虚拟现实场景，使虚拟现实场景的体验更加真实。实场景的体验更加真实。实场景的体验更加真实。