[发明专利]一种基于沉浸式虚拟现实设备的数字曾侯乙编钟交互系统

说明书

本发明公开了一种基于沉浸式虚拟现实设备的数字曾侯乙编钟交互系统，本系统借助头戴式显示器、立体声耳机、无线操控手柄、激光定位器、计算机及配套的虚拟现实软件实现。立体声耳机与头戴式显示器连接，配套的虚拟现实软件安装在计算机中，无线操控手柄和激光定位器与头戴式显示器进行交互。头戴式显示器可以使参观者直接以自己的第一人称视角观察编钟，沉浸感更强；配合激光定位器参观者还可以在虚拟场景中自由走动，从任意位置角度观察编钟，观察方式更加自然。通过无线操控手柄与激光定位器的配合，参观者可以在虚拟场景中与编钟进行交互，交互方式简单自然。

技术领域

本涉及涉及沉浸式虚拟现实技术、计算机图形学、人机交互学技术领域。尤其涉及一种利用沉浸式虚拟现实交互设备，对数字曾侯乙编钟进行参观与演奏的系统与方法，尤其涉及沉浸式虚拟现实技术的应用领域。

背景技术

曾侯乙编钟是我国古代一种大型打击乐器，属战国早期文物。整套编钟重达5吨，长约7.48米，宽约3.35米，高约2.73米。其庞大的体积和重量对该文物的展出造成了诸多不便(如搬运困难、存放环境要求高)。即使使用赝品，也有造价高、搬运难等问题。由于以上原因，一般参观者很难有机会近距离参观，更没有机会体验敲击和演奏编钟。

现有的基于多媒体技术的文物展示主要通过显示器或投影仪来展示文物的三维模型，利用触摸屏或鼠标键盘来进行交互。这些方式虽然能达到一定展示效果，但受设备的局限，给参观者带来的互动感十分有限。另外，在已有专利中，有通过体感交互技术，让参观者使用手柄或手势进行敲击演奏的互动。但其数字编钟的图像依然是通过显示器呈现给参观者，给参观者带来的沉浸感有限，无法提供更具真实感的体验。

沉浸式虚拟现实技术通过头戴式显示器和立体声耳机将用户的视觉和听觉封闭，利用计算机模拟生成的虚拟场景为用户提供视觉和听觉模拟，并通过交互设备让用户与虚拟场景进行互动，使其置身于虚拟场景中，可以实时、没有限制地对虚拟场景的物体进行观察与互动。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明设计一种基于沉浸式虚拟现实设备的交互系统，来为曾侯乙编钟的参观者提供更加真实的互动体验。通过使用虚拟现实设备，参观者可以完全沉浸在展示曾侯乙编钟的虚拟场景中，并通过无线操控手柄和自然地走动等方式在虚拟场景中自由地观察编钟，并敲击演奏编钟。以此来让参观者更身临其境地体验曾侯乙编钟的历史文化魅力。

一种基于沉浸式虚拟现实设备的数字曾侯乙编钟交互系统，本系统借助头戴式显示器、立体声耳机、无线操控手柄、激光定位器、计算机及配套的虚拟现实软件实现。立体声耳机与头戴式显示器连接，配套的虚拟现实软件安装在计算机中，无线操控手柄和激光定位器与头戴式显示器进行交互。

头戴式显示器和立体声耳机将参观者的视觉和听觉完全封闭，并为其提供虚拟现实软件生成的虚拟场景的视觉和听觉模拟；无线操控手柄和激光定位器将现实中的部分动作和交互操作映射到的虚拟场景中，配套的虚拟现实软件根据映射的动作和操作给出相应视觉和听觉反馈。

头戴式显示器是该系统的视觉输出设备，由外壳、显示屏和光学透镜等部件组成。显示屏和光学透镜安装在外壳上，外壳用以覆盖参观者的眼睛，使显示屏贴近眼睛，通过光学透镜调整焦距让显示屏在近距离向眼睛投射画面。通过这种方法将参观者的视觉从真实世界隔离，使其只能看到显示屏中的虚拟场景，由此让参观者获得沉浸式的视觉体验。

立体声耳机是该系统的听觉输出设备，用来将听觉从真实世界进行隔离，使其只听到虚拟场景中的声音，以获得沉浸式的听觉体验。

无线操控手柄是该系统的输入设备，通过挥动手柄与虚拟场景中的编钟进行交互。通过挥动无线操控手柄来敲响并演奏编钟。

激光定位器也是该系统的输入设备，用来定位头戴式显示器和无线操控手柄在活动空间中的实时位置。将两个激光定位器成对角安放，在两个激光定位器之间形成一个长方形区域，该长方形区域为参观者在使用该系统时能够自由走动的范围，即活动空间。