[发明专利]多用户沉浸式全互动虚拟现实工程培训系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多用户虚拟工程培训系统，特别是一种多用户沉浸式全互动虚拟现实工程培训系统。

背景技术

虚拟现实，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划及地理信息系统、医学生物等领域中显示出巨大的经济、军事和社会效益。

现有的虚拟现实培训系统偏重于软件内容和场景的开发设计，局限于使用显示器(或投影仪)、键盘、鼠标、游戏手柄等传统设备作为人机交互设备，忽略了人机交互体验，沉浸感和参与感不足。一些领域的虚拟现实培训系统通过开发定制类似真实仪器的操作面板来提高真实感和交互体验，但是无法解决工种的配合问题，与整体生产环境脱节，只是单一的设备或者仪器的仿真培训。

工程领域的现场实验、实践教学和安全培训实施困难、成本高昂，且多数具有危险性。

游戏娱乐产业一直走在虚拟现实科技的前列，市场上针对游戏娱乐产业出现了很多新型的交互设备、技术和概念，如头戴式显示器，体感设备，3D鼠标等。这些设备在工程培训领域并没有得到充分的利用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种多用户沉浸式全互动虚拟现实工程培训系统，解决现场实验、实践教学和安全培训实施困难、成本高昂，且多数具有危险性的问题。

本发明的目的是这样实现的：该培训系统的参与人员被赋予虚拟系统中特定的角色，通过人机交互设备实现与虚拟场景的交互；各分机通过网络与主机相连，实现与主机和分机的通讯；主机操作人员通过主机显示设备、人机交互设备实现对虚拟场景及角色监控、评估和指导；其中：

参与人员带着头戴式显示器站在万向滑动平台上运动，通过体感设备采集的运动信息驱动虚拟角色在虚拟场景中的运动和视角，虚拟角色的第一人称视野输出到对应参与人员的头戴式显示器予以显示；

参与人员通过手持输入设备实现触发虚拟系统的菜单命令、对虚拟场景的操作以及对虚拟场景中设备的操作；

分机通过网络模块与主机相连，分机将参与人员的位置信息、操作信息发送到主机，主机收到信息后更新虚拟场景，主机通过网络模块将收到的信息分发到网络中的各个分机；

主机操作人员可通过主机显示设备观看和监视虚拟场景中的信息变化和角色操作，可发送指导和评估信息至各分机。

所述的每个参与人员对应虚拟环境中一个角色，角色拥有对应的用户名和身份，并在虚拟环境中予以显示；角色的位置、操作受对应的参与人员控制，角色可与虚拟环境中的设备和其他角色互动。

所述的人机交互设备包括头戴式显示器、体感设备、手持输入设备和万向滑动平台，通过有线或者无线与对应分机连接。

所述的运动信息为参与者肢体的动作，包括走动、跑动、跳动、转身，以及头部的转动和俯仰；其中，走动、跑动、跳动用来控制参与者在虚拟场景中的位置；转身、头部的转动、俯仰用来控制虚拟场景中视角的方位。

所述的主机显示设备是头戴式显示器、液晶显示器或投影仪；主机操作人员将显示的场景切换为任意角色的视角或全局视角，通过人机交互设备移动、旋转虚拟场景中的全局视角虚拟摄像机，切换到场景中指定的位置。

所述的虚拟摄像机是指3D虚拟仿真软件、语言中使用的摄像机模块，该摄像机模块将电脑仿真的3D虚拟环境按照设定的视野参数输出到实际的显示设备中予以显示；软件启动后，虚拟摄像机拍摄输出的场景与对应虚拟角色所看到的场景一致，实时输出到显示设备予以显示，为第一人称视野，虚拟摄像机的位置跟随虚拟角色移动而移动，虚拟摄像机的方位与角色的头部视野方位一致；参与人员通过手持输入设备，实现对虚拟场景中的虚拟摄像机进行视角切换，移动和旋转虚拟摄像机，切换虚拟摄像机在虚拟场景中的位置，以改变场景的显示。

进一步的，当参与人员对应的角色接近虚拟设备、其他角色以及特定位置时，手持设备上的菜单按钮触发并显示菜单，参与人员通过手持设备选择菜单上的命令进入相应的操作模式，实现与虚拟场景的交互，操控虚拟场景中的设备，进行设备的生产任务仿真；当参与人员对应的角色接近虚拟场景中的交通工具时，通过菜单选择乘坐或者驾驶，并通过手持设备实现对交通工具的操作。