CN106139519A - 一种混合现实万向跑步机及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合现实万向跑步机，万向跑步机顶端设置有支架，支架上固定腰托；固定腰托设有动作捕捉传感器；旋转臂以垂直方向固定在支架的中心部位支架和旋转臂上设置有若干个照明灯；拍摄杆固定在旋转臂末端，拍摄杆的中间设置有摄像头，万向跑步机、照明灯、旋转臂和摄像头连接到VR主机，VR主连接云端。本发明还公开了一种混合现实万向跑步机的应用方法。本发明的优点体现在：通过配置的旋转拍摄杆和在万向跑步机周围布置的封闭式幕布仓，模仿实际场景中人与人所处方位的观察角度，将参与用户的真实身体影像，经过视频抠图和合成之后，实时呈现在VR***中，增加VR***的沉浸感和真实感。

Description

一种混合现实万向跑步机及其应用方法
技术领域
本发明涉及VR领域，具体涉及一种混合现实万向跑步机及其应用方法。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality)是近年来比较火热的技术，是利用计算机生成一种交互式的三维动态视景和实体行为的***仿真，能够提供身临其境的沉浸式体验，可以更加真实地还原三维世界。为了让普通消费者对VR有更直观的感受，快速了解VR世界，HTC在2016年6月展示了通过绿幕技术拍摄混合现实视频的制作方法，用户佩戴HTC Vive在绿幕背景下进行游戏，然后绿幕背景会被置换为虚拟现实场景，这些影像都录下来，并制成混合现实视频，普通消费者通过观看此类视频，可以了解用户是怎样体验VR的同时自身也体验到VR的沉浸感。
在VR外设中，万向跑步机作为解决在VR游戏中的“模拟晕动症”等用途的设备，近年来取得广泛发展，用户可在万向跑步机上，实现有限空间里的无限移动，身体的移动和眼前看到的VR场景相匹配，用身体的实际移动来代替键盘或鼠标的移动指令，从而解决晕动症，提高沉浸感。如：
OMNI万向跑步机，和人体的接触采用圆环式固定结构，使用者站在圆环中间，底部为一个中间低四周高的凹面跑步台，用户穿着特制的鞋子在跑步台上滑行，模仿游戏中的行走动作。
KAT walk，原理基本和omni类似，同样是碗状结构的跑步台，但kat walk选择了摩擦力高的材料并在脚底的鞋子上加了几个轮子，同时支架也被改成了悬吊的结构，避免了打手，不能蹲跳等问题。
infinadeck跑步机，infinadeck万向跑步机独特的X和Y轴两个方向的传输带设计，允许用户穿普通的鞋子在跑步机上任意方向行走。
但此类万向跑步机，目前只能实现单个用户在虚拟游戏中的使用，在联机游戏中，是虚拟角色，看到的队友只能是虚拟角色的身体影像，无法实时看到参与游戏的伙伴的真实身体影像，从而会影响真实感，因此有改进的必要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种混合现实万向跑步机，主要目的在于通过配置的旋转拍摄杆和在万向跑步机周围布置的封闭式幕布仓，模仿实际场景中人与人所处方位的观察角度，将用户的真实影像，经过视频抠图和合成之后，实时呈现在VR***中，增加VR***的沉浸感和真实感。
本发明的再一目的，是提供一种混合现实万向跑步机的应用方法。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种混合现实万向跑步机，包括万向跑步机、支架、固定腰托、照明灯、VR主机、VR头显、旋转臂、拍摄杆和摄像头：
万向跑步机顶端设置有支架，支架上设有用于固定用户身体的固定腰托；固定腰托在用户腰部和腿部设有动作捕捉传感器；
旋转臂以垂直方向固定在支架的中心部位，为套筒结构，内部设置有云台电机，在云台电机的作用下，旋转臂在一定范围内水平旋转于该云台，支架和旋转臂上设置有若干个照明灯；
拍摄杆固定在旋转臂末端，拍摄杆的中间设置有摄像头，摄像头设有云台，在云台的作用下，摄像头在一定范围内水平或垂直旋转于该云台；
万向跑步机、照明灯、旋转臂和摄像头连接到VR主机，由VR主机统一控制，VR主机连接云端。
进一步的，万向跑步机为infinadeck跑步机。
进一步的，VR设备为HTC VIVE。
进一步的，围绕万向跑步机，在四周及上下两面设置了封闭式的纯色幕布仓，VR主机、万向跑步机、万向跑步机的传输带、VR头显、支架均为纯色。
进一步的，所述幕布仓为立方体或正圆柱体的结构形态。
进一步的，摄像头为双目VR摄像头，设有音频MIC孔。
进一步的，在万向跑步机的前后左右设置4个固定的拍摄杆，拍摄杆的顶端、中间、底部各配置有1个摄像头，顶端的摄像头向下45°拍摄，底部的摄像头向上45°拍摄，中间的摄像头的高度在一定范围内上下活动于拍摄杆。
本发明还公开了一种混合现实万向跑步机的应用方法，由A、B两名用户操作各自的混合现实万向跑步机，A用户在万向跑步机上佩戴VR头显并开启VR主机，照明灯开启，拍摄杆上的摄像头开始工作，主控***将摄像头拍摄的视频经视频抠图处理后，实施合成到VR背景中，经云端再呈现给同在该场景的其他用户；而其他用户也按照此流程，将自己的身体影像实时拍摄和抠图，再和VR背景合成之后，经云端传输给在线的其他用户。
进一步的，摄像头工作时，A用户摄像头的拍摄角度和高度，由B用户在虚拟空间的方位决定，A用户的摄像头按照B用户的移动幅度和方位做相应的转动幅度，B用户摄像头的拍摄角度和高度，由A用户在虚拟空间的方位决定，B用户的VR头显中的陀螺仪将B用户的动作方位、幅度传输给A用户所在的摄像头，控制摄像头通过云台同步做出对应的方向上的转动。
进一步的，***预先将用户的头像进行3D建模，VR主机通过软件算法，将用户头戴显示器的图像过滤和模拟为不戴头戴显示器的面部图形。
本发明公开的一种混合现实万向跑步机及其应用方法，具有以下有益效果：
通过配置的旋转拍摄杆和在万向跑步机周围布置的封闭式幕布仓，模仿实际场景中人与人所处方位的观察角度，将参与用户的真实身体影像，经过视频抠图和合成之后，实时呈现在VR***中，增加VR***的沉浸感和真实感，尤其适用于VR视频聊天、视频会议和VR购物等应用场景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
图2是本发明的工作流程图，
其中：
101万向跑步机 102支架 103固定腰托 104照明灯
201VR主机 202VR头显
301旋转臂 302拍摄杆 303摄像头
4幕布仓
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
见图1。
一种混合现实万向跑步机，包括万向跑步机101、支架102、固定腰托103、照明灯104、VR主机201、VR头显202、旋转臂301、拍摄杆302和摄像头303：
万向跑步机101顶端设置有支架102，支架102上设有用于固定用户身体的固定腰托103；固定腰托103在用户腰部和腿部设有动作捕捉传感器；
旋转臂301以垂直方向固定在支架102的中心部位，为套筒结构，旋转臂301可做最大360°的顺时针或逆时针方向旋转，旋转臂103以万向跑步机101的中心为旋转半径，可围绕位于中心的用户进行实时的视频拍摄，旋转臂301内部设置有云台电机，在云台电机的作用下，旋转臂301在一定范围内水平旋转于该云台，支架102和旋转臂301上设置有若干个照明灯104；
拍摄杆302固定在旋转臂301末端，拍摄杆302的中间设置有摄像头303，摄像头303设有云台，在云台的作用下，摄像头303在一定范围内水平或垂直旋转于该云台；摄像头303可围绕万向跑步机101上的用户，进行俯视、平视、仰视全方位的拍摄，以模仿用户的扭头、抬头、低头等观看动作。使参与联机的其他用户，不管处于在虚拟空间的任何方位，都可以模仿现实生活的实际观察角度，观看到使用该***的用户实际影像。
万向跑步机101、照明灯104、旋转臂301和摄像头303连接到VR主机201，由VR主机201统一控制，VR主机201连接云端。
作为一种具体实施例，万向跑步机101为infinadeck跑步机，infinadeck万向跑步机独特的X和Y轴两个方向的传输带设计，允许用户穿普通的鞋子在跑步机上任意方向行走。
作为一种具体实施例，VR设备为HTC VIVE。
作为一种具体实施例，围绕万向跑步机101，在四周及上下两面设置了封闭式的纯色幕布仓4，VR主机201、万向跑步机101、万向跑步机的传输带、VR头显202、支架102均为纯色，便于视频抠图。跑步机主体和跑步机支架、数据线、VR头显等部件的外表颜色和幕布颜色保持一致。
作为一种具体实施例，所述幕布仓4为立方体或正圆柱体的结构形态，将万向跑步机101包裹在内。
作为一种具体实施例，摄像头303为双目VR摄像头，为VR头显提供配套的3D显示内容，设有音频MIC孔，可同步采集声音，其拍摄高度可以根据万向跑步机101上的用户身高和游戏场景在一定范围内自动调节。
作为一种具体实施例，在万向跑步机101的前后左右设置4个固定的拍摄杆，拍摄杆的顶端、中间、底部各配置有1个摄像头，顶端的摄像头向下45°拍摄，底部的摄像头向上45°拍摄，中间的摄像头的高度在一定范围内上下活动于拍摄杆。这种设计方案，可以对跑步机中间的用户进行全方位视角的拍摄，在同一个虚拟空间的其他用户，无论在该用户的哪个方位(平视、俯视、仰视三个视角的前后左右)都能看到对应的摄像头拍摄的、该角度的用户身影。
见图2，一种混合现实万向跑步机的应用方法，由A、B两名用户操作各自的混合现实万向跑步机，A用户在万向跑步机101上佩戴VR头显202并开启VR主机201，照明灯104开启，拍摄杆302上的摄像头303开始工作，主控***将摄像头303拍摄的视频经视频抠图处理后，实施合成到VR背景中，经云端再呈现给同在该场景的其他用户；而其他用户也按照此流程，将自己的身体影像实时拍摄和抠图，再和VR背景合成之后，经云端传输给在线的其他用户。
作为一种具体实施例，摄像头303工作时，A用户摄像头的拍摄角度和高度，由B用户在虚拟空间的方位决定，A用户的摄像头按照B用户的移动幅度和方位做相应的转动幅度，B用户摄像头的拍摄角度和高度，由A用户在虚拟空间的方位决定，B用户的VR头显中的陀螺仪将B用户的动作方位、幅度传输给A用户所在的摄像头，控制摄像头通过云台同步做出对应的方向上的转动。例如，A用户和B用户同在一个虚拟的房间内，A和B面对面对视，此时双方所在的摄像头均移动至A和B的正前方进行拍摄，并将影像经抠图后实时呈现给对方，若此时B围绕A移动至A的左侧，B所在的跑步机通过动作捕捉传感器等装置，将B的移动幅度和距离等参数传输给A所在的跑步机上的摄像头，摄像头按照B的移动幅度和方位做相应的转动幅度，以模仿移动中的观察角度，识别用户的移动幅度和方位是万向跑步机的现有成熟技术。如果B在观看过程中抬头，VR头显的陀螺仪将B的抬头幅度传输给A所在的摄像头，控制摄像头同步做出对应的向上垂直旋转角度，同理，若A在观看B的过程中向左扭头，B所在的摄像头也应同步向左旋转，模仿实际的观察角度和场景。即：A和B在观察视角，是根据各自的方位决定的，随着A和B方位的实时移动，万向跑步机101传输带会实时做反向移动，摄像头303也会根据各自的方位移动到模拟方位的拍摄视角，让用户在获得和现实生活中一样的走路和观察体验，并观看到对方的真实身体影像，从而增加真实感和沉浸感。
作为一种具体实施例，***预先将用户的头像进行3D建模，VR主机201通过软件算法，将用户头戴显示器的图像过滤和模拟为不戴头戴显示器的面部图形，让A和B用户看到的是各自接近真实的面部表情，而非是戴着VR显示器的画面，从而更加增强真实感。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种混合现实万向跑步机，其特征在于，包括万向跑步机、支架、固定腰托、照明灯、VR主机、VR头显、旋转臂、拍摄杆和摄像头：
万向跑步机顶端设置有支架，支架上设有用于固定用户身体的固定腰托；固定腰托在用户腰部和腿部设有动作捕捉传感器；
旋转臂以垂直方向固定在支架的中心部位，为套筒结构，内部设置有云台电机，在云台电机的作用下，旋转臂在一定范围内水平旋转于该云台，支架和旋转臂上设置有若干个照明灯；
拍摄杆固定在旋转臂末端，拍摄杆的中间设置有摄像头，摄像头设有云台，在云台的作用下，摄像头在一定范围内水平或垂直旋转于该云台；
万向跑步机、照明灯、旋转臂和摄像头连接到VR主机，由VR主机统一控制，VR主机连接云端。
2.根据权利要求1所述的一种混合现实万向跑步机，其特征在于，万向跑步机为infinadeck跑步机。
3.根据权利要求1所述的一种混合现实万向跑步机，其特征在于，VR设备为HTC VIVE。
4.根据权利要求1所述的一种混合现实万向跑步机，其特征在于，围绕万向跑步机，在四周及上下两面设置了封闭式的纯色幕布仓，VR主机、万向跑步机、万向跑步机的传输带、VR头显、支架均为纯色。
5.根据权利要求1所述的一种混合现实万向跑步机，其特征在于，所述幕布仓为立方体或正圆柱体的结构形态。
6.根据权利要求5所述的一种混合现实万向跑步机，其特征在于，摄像头为双目VR摄像头，设有音频MIC孔。
7.根据权利要求6所述的一种混合现实万向跑步机，其特征在于，在万向跑步机的前后左右设置4个固定的拍摄杆，拍摄杆的顶端、中间、底部各配置有1个摄像头，顶端的摄像头向下45°拍摄，底部的摄像头向上45°拍摄，中间的摄像头的高度在一定范围内上下活动于拍摄杆。
8.一种混合现实万向跑步机的应用方法，其特征在于，由A、B两名用户操作各自的混合现实万向跑步机，A用户在万向跑步机上佩戴VR头显并开启VR主机，照明灯开启，拍摄杆上的摄像头开始工作，主控***将摄像头拍摄的视频经视频抠图处理后，实施合成到VR背景中，经云端再呈现给同在该场景的其他用户；而其他用户也按照此流程，将自己的身体影像实时拍摄和抠图，再和VR背景合成之后，经云端传输给在线的其他用户。
9.根据权利要求8所述的一种混合现实万向跑步机的应用方法，其特征在于，摄像头工作时，A用户摄像头的拍摄角度和高度，由B用户在虚拟空间的方位决定，A用户的摄像头按照B用户的移动幅度和方位做相应的转动幅度，B用户摄像头的拍摄角度和高度，由A用户在虚拟空间的方位决定，B用户的VR头显中的陀螺仪将B用户的动作方位、幅度传输给A用户所在的摄像头，控制摄像头通过云台同步做出对应的方向上的转动。
10.根据权利要求8所述的一种混合现实万向跑步机的应用方法，其特征在于，***预先将用户的头像进行3D建模，VR主机通过软件算法，将用户头戴显示器的图像过滤和模拟为不戴头戴显示器的面部图形。
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