[发明专利]一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法

权利要求书

1.一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将一条已构建的三维曲线作为过山车路线，然后再分别构建与过山车路线相重合的路线封闭曲线和轨道封闭曲线，并在轨道封闭曲线上进行贴图形成过山车轨道；

2)最后进行运动计算，实时计算过山车的加速度和速度，使过山车在过山车轨道上运动；

所述的步骤2)具体采用以下方式进行运动计算：

1)过山车在过山车轨道上运动，通过以下公式计算过山车在轨道上任意位置点的加速度：

其中，a_牵引为过山车启动时动力系统给出的牵引加速度，在动力去除后自由运行时等于零，g为当地重力加速度，θ为过山车所在轨道位置点处曲线的切线与水平面间的夹角，f为轨道与过山车之间的动摩擦系数，v为过山车所在轨道位置点处的速度，r为过山车所在轨道位置点处的曲率半径；

2)通过以下公式计算过山车在轨道上任意位置点的速度：

v＝v₀+a₀Δt(2)

其中，v₀为过山车在场景动画上一帧时所在轨道上位置点处的速度，a₀为过山车在场景动画上一帧时所在轨道上位置点处的加速度，Δt为场景动画相邻帧之间的间隔时间。

2.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述步骤1)中的路线封闭曲线和轨道封闭曲线均为贝塞尔曲线。

3.根据权利要求2所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述步骤1)中的路线封闭曲线采用以下方式建立：

1)采用Unity 3D中的Curvy插件工具，在已有过山车场景中过山车路线曲率大的地方新建关键控制点，曲率大是指曲率半径小于20m；

2)将各个关键控制点依次连接，并将第一个关键控制点和最后一个关键控制点设置为闭合，形成封闭曲线；

3)将上述封闭曲线各关键控制点之间的的连接方式设置为贝塞尔曲线连接，并调整各关键控制点的位置、法线方向和斜率，使该封闭曲线与已构建的三维曲线相吻合，形成路线封闭曲线。

4.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述步骤1)中的轨道封闭曲线采用以下方式建立并贴图：

1)采用Unity 3D中的Spline Blend插件工具，在已有过山车场景中过山车路线曲率大的地方新建曲线标记点，曲率大是指曲率半径小于20m；

2)设置各个曲线标记点之间的连接方式为贝塞尔曲线，构成一条与过山车路线完全重合的轨道封闭曲线；

3)将已绘制的轨道图片沿着轨道封闭曲线进行轨道贴图，得到过山车轨道。

5.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述的过山车所在轨道位置点处曲线的切线与水平面的夹角θ取值采用以下方式：在上坡时θ为-90度～0度，在下坡时θ为0度～90度。

6.根据权利要求5所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述的过山车是上坡还是下坡的状态根据过山车在场景动画当前帧位置点与上一帧位置点的场景z轴坐标变化进行判断。

7.根据权利要求5所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述的过山车所在轨道位置点处曲线的曲率半径r指向场景z轴正方向时为正，指向场景z轴负方向时为负。

8.根据权利要求5～7任一所述的一种用于虚拟现实过山车场景的轨道构建和运动计算方法，其特征在于：所述的过山车所在轨道位置点为过山车质心位于路线封闭曲线上的点。