[发明专利]基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是沉浸式虚拟现实技术，仿真技术，嵌入式技术和人工智能技术。

(二)背景技术

摩托艇运动是用摩托艇作为运动工具而进行的一种水上竞技活动。它不仅能丰富群众文化娱乐生活，同时还可以锻炼人们的体质和勇于同大自然搏斗的顽强意志。摩托艇运动是一种极富刺激性和冒险性的水上运动，参赛者在运动中不仅要克服各种困难，还必须具有一往直前的勇气。摩托艇运动是一项水上综合性的技术活动，要求运动员熟悉并适应水上生活，具有航海知识，驾驶船艇和使用小型高速发动机的技术。

摩托艇运动符合了现代社会人们的精神需求方向，人们在工作压力之余，可以在这项运动中找到属于自己的一片天地，释怀自然。惊险、刺激，摩托艇运动把人类追求水上飞行的理想化为现实，成为年轻人进行户外健身、休闲的新的时尚。

但是由于摩托艇运动要在大面积水域实现，而我国的大部分地区为陆地区域，同时很多人没有受过训练或不会游泳，因此不能够亲身参与这项运动或休闲。但是随着CAVE系统的发展，这种限制正在消失，越来越多的人可以从沉浸式虚拟环境中实现梦想。

CAVE(Cave Automatic Virtual Environment)系统是一种沉浸式的虚拟现实系统，它由围绕观察者的多个投影面围成封闭空间。通过投影构造一个虚幻的环境，观察者戴上立体眼镜，同时佩戴视点获取设备(以便将观察者的视点位置实时反馈到计算机系统)融合到虚拟环境中，体验身临其境的感觉。

CAVE是世界上第一个虚拟现实系统，它把高分辨率的立体投影技术、三维计算机图形技术和音响技术等有机地结合在一起，产生一个完全沉浸式的虚拟环境。CAVE系统需要大型图形工作站、动作跟踪设备等，成本高，难以普及。本发明简化了CAVE的贵重设备，采用并行PC计算机集群来代替图形工作站，结合相应的算法，实现了大型工作站的图形绘制功能，成本降低了几十倍。

虽然关于虚拟仿真技术的公开报道较多，例如中国专利公开(公告)号：CN101201983的专利文件中公开的“列车模拟驾驶系统”；CN101251958的专利文件中公开的“面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法”等技术方案。但还没有关于摩托艇驾驶仿真技术的公开报道。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以训练专业运动员，同时也可以作为娱乐工具的基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统。

本发明的目的是这样实现的：

由控制系统、运动系统和场景系统构成；其中控制系统包括控制主机、控制单片机系统、3D音响系统、海风生成系统和海面/地面生成系统，开关、按钮、油门、转向、仪表、震动电机均与控制单片机相连接，控制单片机系统与控制主机互连，控制主机控制海风生成系统、3D音响系统、海面/地面生成系统；运动系统包括运动控制机、摆动平台、升降平台、摩托艇支架、摩托艇外壳，运动控制机与控制主机连接，运动控制机控制摆动平台、升降平台，摆动平台和升降平台与摩托艇支架相连，摩托艇外壳与摩托艇支架相连；场景系统包括PC计算机集群和与每台PC计算机相连的投影仪，PC计算机集群与控制主机相连。

本发明还可以包括：

1、所述的控制系统的控制单片机系统是51系列单片机，开关、按钮与控制单片机的P0口连接，油门、转向线性输入通过A/D转换与控制单片机的P1口连接，仪表模拟信号输出器件通过D/A转换与控制单片机的P2口连接，震动电机与控制单片机的P2口连接，控制单片机系统通过串口与控制主机连接；海风生成器包括海风控制机、风力发生器、配风器、温湿味控制器，海风控制机为一套51系列单片机系统，与控制主机通过并口连接，风力发生器、配风器、温湿味控制器通过驱动电路连接到相应的管脚上，海风控制机接收控制主机发送的摩托艇速度、气象、温度、环境信号，将指令送到相应的管脚，驱动设备进行工作，风力发生器接收到控制信号后，产生一定流量的风，送到配风器，配风器对送来的风进行风力、风向和湍流调制，然后送入温湿味控制器进行温度、湿度和气味的调制，完成后直接送入CAVE封闭环境模拟海风；3D音响系统包括一组音响，音响通过音频线与控制主机的声卡连接。