[发明专利]一种用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统

权利要求书

1.一种用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统，其特征在于，包括：

数据存储层，用于存储三维模型数据，所述三维模型数据分为Solidworks建模数据、Unity3D引擎数据和3ds Max建模数据，通过调用三者的模型数据以建立虚拟山峰模型；其中Solidworks建模数据为攀岩工具模型数据，包括攀岩绳索和其他攀岩工具的模型数据；Unity3D引擎数据包括三维地形地貌数据和天空环境数据；3ds Max建模数据包括人物建模数据，其中人物建模为3ds Max中建立人物整体模型；

逻辑计算层，逻辑计算层是用户在戴上VR眼镜后，根据VR眼镜在与平台进行交互过程中的操作行为时，在系统的后台进行包括物理引擎计算、场景渲染计算和界面算法计算的功能性层级；

功能界面层，用于用户、系统和管理员之间进行信息交流互通，包括用户管理单元、攀岩模式选择单元、攀岩地图选择单元和系统设置单元；

平台支持层，用于为系统提供必要的硬件与环境支持；

其中，所述逻辑计算层分为界面层控制模块、功能性控制模块和攀岩场景控制模块三个控制层级；

所述界面层控制模块，用于用户登录控制和界面音效控制；其中用户登录控制又分为用户信息控制单元和用户权限管控单元，用户信息控制单元用于读取用户输入信息并调用数据库中信息进行账号密码匹配，识别登录用户是否为系统内注册用户；用户权限管控单元用于将读取后的用户信息与权限库内信息相匹配，识别用户所属的用户等级；界面音效控制通过在Unity3D中设置相应的背景音乐，当用户进入界面层后自动开始循环播放；

功能性控制模块，用于实现场景切换、协同网络通讯和攀岩过程中的路径变更；包括场景切换单元、协同网络通讯单元和路径变更控制单元；

其中，场景切换单元包括功能界面到攀岩场景的切换和攀岩场景到功能界面的切换；

协同网络通讯单元分为资源地址配置与信息共享设置，其中资源地址配置用于配置山峰资源下载的地址；信息共享设置可以设置是否共享与共享信息的内容，给予用户自由的共享设置选择；

路径变控制单元通过算法控制推拉式电磁铁的通电时间，以及固定式吸盘电磁铁的吸附时间，从而实现攀岩机机构的路径变更；

所述攀岩场景控制模块，包括动态加载单元、可见性计算单元、实时渲染单元和虚拟山地场景资源优化单元；

可见性计算单元，包括模型遮挡可见性计算和山峰遮挡可见性计算，模型遮挡可见性和山峰遮挡可见性均通过光栅化光照来实现模型的遮挡，并减少必须由动态遮挡系统进行处理的图元数目，以节省渲染线程时间；

实时渲染单元，用于网格渲染和阴影渲染，采用在Unity3D引擎中创建一个新相机的方法进行场景录制后，以每秒100帧的形式来完成实时渲染，并根据攀岩者攀岩速度和攀岩高度因素采用脚本控制每秒帧数，模拟攀岩用户在不同情况下身边的场景变化状况。

2.根据权利要求1所述的用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统，其特征在于，所述攀岩模式选择单元分为单人模式和竞赛模式。

3.根据权利要求1所述的用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统，其特征在于，所述攀岩地图选择单元包括山峰选择和路径选择，山峰选择即用户观察通过VR眼镜内所呈现的各个山峰的图像以及数据信息，来控制VR手套选择自己所想要攀爬的山峰；路径选择即为用户选择完毕山峰后通过阅读该山峰各条路径的数据以及推荐难度来确定适合自己的攀岩路径。

4.根据权利要求1所述的用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统，其特征在于，所述数据存储层还存储有虚拟攀岩系统中的用户信息数据和操作日志数据。

5.根据权利要求1所述的用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统，其特征在于，所述虚拟攀岩山峰建模包括3ds Max多边形建模、Unity3d的Terrain工具地形建模和Photoshop的贴图绘制，通过Terrain地形编辑器进行山峰地形的初步建模、利用笔刷工具进行美术修改，利用多边形建模技术进行细致岩石的制作，利用Photoshop进行贴图绘制，将岩石模型与山峰地形相契合，得到最终的虚拟攀岩山峰模型。

6.根据权利要求1所述的用于室内攀岩机的沉浸式虚拟现实系统，其特征在于，路径变更控制单元通过路径变更算法完成，根据实际控制需要，需将攀岩点空间位置数据变换成攀岩机上的平面位置数据和变幅角度数据；之后沿算法流程图运作：完成坐标变换后，遍历变换后的坐标，判断所输入的值，其若为0、1、2，则左侧推拉式电磁铁将抓手推出；若为3、4，则右侧推拉式电磁铁将抓手推出；若为不合法的数据点，则返回错误；根据排布要求，第一个攀岩点的空间位置数据必须位于攀岩机攀岩平面坐标的点（0,0）位置，即初始点的输入值为，，以此作为开始标志；最后一个攀岩点的空间位置数据必须在x方向偏离第一个攀岩点，即变换的x坐标为-1，以此特殊的不合法数据点作为结束标志。