CN110688007A - 一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于虚拟现实VR、增强现实AR、混合现实MR等技术的沉浸式交互应用领域，具体地，是一种基于平行轨道结构的多通道、大通量、多人的引导和防护系统，适用于博物馆、展览展示、主题公园等场所的沉浸式交互体验中。该系统的组成主要包括：多人体验通道、系统主机、平行结构轨道、轨道台车、跟随台车、牵引绳、穿戴式背包、定位传感器。系统可以实现实时的定位跟随、通道切换、引导和防护作用，可以满足多通道沉浸式交互体验场景中大通量、多用户、大空间、安全、稳定、深度沉浸感的沉浸式交互体验需求，提供重要的引导和防护作用。

Description

一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统

技术领域

本发明涉及基于虚拟现实VR(Virtural Reality)、增强现实AR(AugmentedReality)、混合现实MR(Mixed Reality)等技术的沉浸式交互应用领域，具体地，是一种基于平行轨道结构的多通道、大通量、多人的引导和防护系统，可以被广泛应用于博物馆、展览展示、主题公园等场所的沉浸式交互体验中。

背景技术

大空间沉浸式体验可以被广泛应用于博物馆、展览展示、主题公园等场所，为用户体验者带来丰富内容、深层次的用户体验。近年来，随着大空间沉浸式体验的大范围推广，如何保证高通量用户体验的需求，同时保证提供规范化、安全性、强沉浸感的用户体验，成为了一项急需解决的难题。

高通量的需求，需要确保多位用户在同一大范围空间中同时进行有差异的规范化体验；强沉浸感的体验要求，需要确保多位用户可以在大范围空间中较自由地行走；安全性的体验要求，需要确保多用户在体验时避免发生碰撞、超出边界、踩踏等现象，这就要求遇到特殊情况时及时响应处理，比如：用户长时间滞留、用户申请辅助指引、用户接近体验通道边界、当前用户出现紧急跌倒、多用户距离过近等情形。然而，现有的大空间沉浸式体验系统，在高通量、规范化、安全性、强沉浸感的用户体验方面，并未做到太多考虑，也并未做到满足以上全部要求的实现。

本发明通过设计一种基于平行轨道结构的引导防护系统，实现了实时定位跟踪功能，邻近通道切换功能，特殊情况的引导和防护功能，进而满足了多通道沉浸式交互体验场景中的大通量、多用户、大空间、安全、稳定、深度沉浸感的沉浸式交互体验需求。

发明内容

本发明目的就在于为解决上述问题而提供的一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统。

下面结合附图对本发明的发明内容作进一步说明：

1.一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统，该系统的组成主要包括：多人体验通道10，运动结构20，系统主机30以及用户40共4个结构组件。其中，

系统主机30：用于实时采集各个传感器的定位数据，实时获取沉浸式定位交互系统的用户数据，结合内容题材体验系统，实现系统逻辑控制。

2.进一步地，上述结构组件中，运动结构20可以在多人体验通道10上运行。所述运动结构20包括：轨道台车21，跟随台车22，牵引绳23，穿戴式背包24，无线定位传感器25，平行结构轨道26共6个组件，其中：

跟随台车22：每一位体验者配备一台跟随台车，带动体验者在体验空间内的运动；

平行结构轨道26：每一台跟随台车配备一台平行结构轨道，跟随台车可以在平行结构轨道上沿横向(X方向)运动；

轨道台车21：用于带动所述运动结构20沿Y方向的运动，每个运动结构20配备两个轨道台车，两个轨道台车在相互平行的两条轨道上同步运动，从而带动所诉运动结构20在Y方向运动；

牵引绳23：可以通过收缩限制用户的运动范围；

穿戴式背包24：用于装配系统主机及电源；

无线定位传感器25：用于采集运动数据。

3.进一步地，为了实现系统控制，系统主机30上运行有系统控制程序。控制程序包括主控制模块、定位模块、切换通道控制模块、引导防护机制控制模块。其中，

主控制模块，用于实现系统的逻辑控制；

定位模块，用于获取轨道台车和跟随台车的实时位置信息；

切换通道控制模块，用于实现轨道台车21在相邻通道之间的切换；

引导防护机制控制模块，用于处理特殊情况，包括：用户长时间滞留、用户申请辅助指引、用户接近体验通道边界、当前用户出现紧急跌倒、多用户距离过近。

4.进一步地，为了实时掌握用户及设备的运动状态和位置信息，系统设计了无线定位传感器25。无线定位传感器25安装于轨道台车21和跟随台车22中，可以实时获取轨道台车21和跟随台车22的实时位置信息并上传至系统主机30，系统主机30中的定位模块可以通过计算获取沉浸式体验空间中轨道台车21和跟随台车22的位置信息，主控制模块根据这些位置信息，结合体验内容发送控制信号实现系统控制。

具体而言：

Y纵向上，每一个平行轨道20借助于两个轨道台车21，可以在Y纵向自由运动。轨道台车21上安装有无线定位传感器25(如红外激光、雷达、计数器等)，向系统主机30实时传输数据，从而计算确定各个平行轨道20的Y纵向位置信息。

X横向上，每一辆跟随台车22可以在所属平行轨道20内部自由运动，平行轨道20内部和跟随台车22外部安装的无线定位传感器25，向系统主机30实时传输数据，计算确定各个跟随台车22的X横向位置信息。

控制流程如下：

4.1无线定位传感器采集轨道台车和跟随台车的实时运动数据并上传至系统主机；

4.2系统主机中通过计算获得全部跟随台车的实时位置信息；

4.3系统主机根据场景地图、体验的虚拟现实内容、是否有特殊情况等进行计算，获得全部硬件结构的运动控制量，包括轨道台车、跟随台车和牵引绳。

4.4系统主机输出控制信号，轨道台车、跟随台车和牵引绳做出控制响应。

5.进一步地，为了方便用户背负VR背包主机和电源，系统提供了穿戴式背包24。

6.进一步地，为了可以实时控制用户的运动，对用户在沉浸式体验空间虚中的活动起到保护、指引作用，系统提供了牵引绳23。该组件一端固定在用户的穿戴式背包24上，另一端固定在跟随台车22上，三个组件组成相互连接相互制约的一个结构体，通过穿戴式背包控制用户40的运动。

牵引绳23受系统主机30上引导防护机制控制模块控制，做收缩运动从而限制用户40的运动，对用户体验中的特殊情况起到引导和防护的作用，特殊情况包括：用户长时间滞留、用户申请辅助指引、用户接近体验通道边界、当前用户出现紧急跌倒、多用户距离过近。具体而言：

当用户在场地中长时间滞留或用户申请辅助指引时，触发所述系统主机30上的引导防护机制控制模块，控制相应跟随台车22朝目标方向运动，控制连接的牵引绳23收缩，指引用户朝向目标方向运动；

当前用户出现紧急跌倒时，触发系统主机30上的引导防护机制控制模块，控制相应跟随台车22紧急制动，控制连接的牵引绳23收缩，限制用户的运动，指引用户朝向安全方向运动。

当多用户距离过近或者当用户接近体验通道边界时，触发系统主机30上的引导防护机制控制模块，控制相应跟随台车22紧急制动或者直接朝用户运动的反方向运动，控制连接的牵引绳23收缩，限制用户的运动，指引用户朝向安全方向运动。

7.进一步地，为了丰富用户在沉浸式体验空间中的体验内容，扩展用户的轨迹范围，系统做了多通道的设计，具体地：

在近千平米的场地内，布置有若干个体验通道10，体验通道10间由可以自由组合拼装的分割墙壁11结构隔离开，每一个体验通道10可以为单独用户40提供不同的体验内容题材。

相邻的两个体验通道10间存在分支通道12，在隔壁通道10处于空闲状态时，可以配合体验内容，打开或关闭门式的分支通道12。

8.进一步地，系统还提供切换通道的功能。系统主机30上运行有切换通道控制模块，可以基于分支通道实现通道切换功能。

举例说明：当相邻通道10为空闲可进入状态时，每一辆跟随台车22可以在用户40的自主控制下，进入通过分支通道12进入到邻近通道10，即跟随台车22从本通道10的平行轨道20进入到相邻通道10的平行轨道20中。

本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：

该系统可以满足多通道沉浸式交互体验场景中的大通量、多用户、安全、稳定、深度沉浸感的沉浸式交互体验需求，起到重要的引导和防护作用。

附图说明

图1是本发明所述一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统的正面投影图；

图2是本发明所述一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统的侧面投影图；

图3是本发明所述一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统的分支通道和通道切换功能示意图；

图4是本发明所述一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统的定位控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1至3所示，本发明所述一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统的系统。

多通道10，通过分隔墙壁11分割开来，并布设有分支通道12，用户可以通过分支通道12进入相邻轨道。系统可以控制分支通道12开放与关闭状态。

运动结构20，是穿戴在用户身上可以在平行轨道上移动的整个结构体，由2台轨道台车21，跟随台车22，牵引绳23，穿戴式背包24，无线定位传感器25，平行结构轨道26共6个组件组成。其中，2台轨道台车21完全同步运动，带动整个运动结构在Y纵向上(也就是前后方向)运动；平行结构轨道26是跟随台车22的运行轨道，用于实现用户在x纵向上(也就是左右方向)的运动；牵引绳23与跟随台车22和穿戴式背包24相连，可以通过牵引绳的伸缩来控制用户的活动范围和方向等；穿戴式背包24则是穿戴在用户身上，用于装配VR背包主机和电源；无线定位传感器25固定于轨道台车21和跟随台车22上，用于采集轨道台车21及跟随台车22的运动数据，并上传至系统主机30中进行计算。

系统主机30，用于实现整个系统的控制，上面运行有系统控制程序，控制程序包括主控制模块、定位模块、切换通道控制模块、引导防护机制控制模块。其中，主控制模块用于实现整个系统的逻辑控制；定位模块用于实现传感器数据的采集与计算处理；切换通道控制模块用于实现相邻轨道之间的切换功能；引导防护机制控制模块用于实现特殊情况的处理。特殊情况包括

处理方式如下：

当无特殊事件发生时，由定位模块计算出轨道台车、跟随台车的位置信息传递给主控制模块，主控制模块计算出全部轨道台车21、跟随台车22的运动控制量；

当发生切换通道事件时，由切换通道控制模块计算出全部轨道台车21、跟随台车22、牵引绳23的运动控制量；

当发生诸如用户40长时间滞留、用户40申请辅助指引、用户40接近体验通道边界11、当前用户40出现紧急跌倒、多用户40距离过近等的需要引导防护的特殊事件时，由引导防护机制控制某块计算出全部轨道台车21、跟随台车22、牵引绳23的运动控制量，进行相应的引导和防护。

用户40，即是沉浸式体验空间的体验者。

如图4所示，是本发明一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统的定位控制流程图。定位控制功能实现流程如下：

无线定位传感器采集轨道台车和跟随台车的实时运动数据并上传至系统主机；

系统主机通过计算获得全部跟随台车和轨道台车的实时位置信息；

系统主机根据所述位置信息、场景地图、体验的虚拟现实内容、是否有特殊情况等进行计算，获得全部硬件结构的运动控制量，包括轨道台车、跟随台车和牵引绳。

系统主机30通过输出端口，输出控制信号，控制整体系统执行相应的控制，轨道台车、跟随台车和牵引绳做出控制响应。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (8)

1.一种基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统，包括：多人体验通道、运动结构、系统主机、用户4个组件。

2.根据权利要求1所述的基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统，其特征在于，所述运动结构可以在所述多人体验通道上运行，所述运动结构包括：平行结构轨道、轨道台车、跟随台车、牵引绳、穿戴式背包、无线定位传感器共6个组件。

3.根据权利要求1所述的基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统，其特征在于，系统主机可以收集各个传感器的定位数据，实时获取沉浸式体验定位系统的用户数据，结合体验内容，通过系统控制程序实现系统逻辑控制，所述系统控制程序包括：

主控制程序，用于实现整个系统的逻辑控制；

定位模块，用于接收和处理无线定位传感器采集的轨道台车以及跟随台车的运动信息，通过计算获取轨道台车和跟随台车的实时位置信息：

切换通道控制模块，用于实现轨道台车在相邻通道之间的切换；

引导防护机制控制模块，用于处理特殊情况，包括：用户长时间滞留、用户申请辅助指引、用户接近体验通道边界、当前用户出现紧急跌倒、多用户距离过近。

4.根据权利要求1所述的基于平行轨道结构的多通道大通量多人引导防护系统，其特征在于，该系统具有多通道的特点，具体而言：

在虚拟现实场地内，布置有若干个通道，通道间由可以自由组合拼装的墙壁结构隔开，每一条独立通道为用户提供一种虚拟现实体验内容；

相邻的两个通道间存在分支通道，在隔壁通道处于空闲状态时，可以配合沉浸式体验内容，在所述切换通道控制模块控制下，通过分支通道切换至隔壁通道。

5.根据权利要求2，所述穿戴式背包组件用于装配系统主机及电源，且与牵引绳相连接。

6.根据权利要求2，所述牵引绳组件，一端固定于所述跟随台车的正下方，另一端固定于用户的穿戴式背包组件上；牵引绳受系统主机控制，做收缩运动，限制用户的运动，从而对用户体验中的特殊情况起到直接的引导和防护的作用。

7.根据权利要求3，所述的定位模块，可实现跟随台车以及轨道台车在用户体验时的实时定位功能，具体而言：

Y纵向上，每一个所述运动结构借助于两个轨道台车，可以在Y纵向上自由运动，所述轨道台车上安装有无线定位传感器，向所述系统主机实时传输数据，从而获取轨道台车在平行轨道的Y纵向位置信息；

X横向上，每一辆跟随台车可以在所属平行结构轨道内自由运动，跟随台车安装有无线定位传感器，向所述系统主机实时传输数据，从而获取跟随台车的X横向位置信息。

8.根据权利要求3，所述的引导防护机制控制模块，用于控制所述牵引绳的伸缩，从而处理特殊情况，包括：用户长时间滞留、用户申请辅助指引、用户接近体验通道边界、当前用户出现紧急跌倒、多用户距离过近，具体而言：

当用户在场地中长时间滞留或用户申请辅助指引时，触发所述系统主机上的引导防护机制控制模块，控制相应跟随台车朝目标方向运动，控制连接的牵引绳收缩，指引用户朝向目标方向运动；

当用户接近体验通道边界或当前用户出现紧急跌倒或多用户距离过近时，触发系统主机上的引导防护机制控制模块，控制相应跟随台车紧急制动或朝用户运动的反方向运动，控制连接的牵引绳收缩，限制用户的运动，指引用户朝向安全方向运动。

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