[发明专利]一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法

说明书

一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法，根据牛顿第二定律，通过对骑手的受力分析，考虑影响骑手体能及骑速的因素，如环境温湿度、骑行距离、骑手排名等，提出各种不同的模型，综合以上模型，得出虚拟自行车骑手骑速的计算方法，将骑手与实际场景相结合，在计算机中完成对虚拟骑手的速度计算，可以应用于虚拟骑行系统的虚拟骑手速度计算，为虚拟骑手的骑行速度提供一定参考，使骑行更符合真实的情况。

技术领域

本发明涉及一种基于模型的自行车骑手骑速的计算方法，该方法适用于模拟自行车骑手在不同环境下的骑速计算。

背景技术

自行车运动在世界各地具有极为广泛的群众基础，参与者的年龄从青少年到老年，其活动类型包括休闲、旅行和体育比赛等。自行车运动员的比赛成绩受到主客观多种因素的影响。虚拟现实技术与人机交互技术，使得体育运动可以在计算机上开展。因此，用虚拟现实技术解决目前人们生活方式缺少运动的弊端显得很有意义。

虚拟骑行系统的设计可以使人们在室内进行自行车骑行运动，因此，室内骑行台应运而生，一款不受场地、天气条件和时间约束，同时又不缺失骑行乐趣的骑行设备逐步发展起来。目前市场上有多款不同的虚拟骑行系统，功能丰富，亦可进行多人联机骑行比赛。骑行系统也提供了单人训练的模式，为了解决单人训练时枯燥乏味的困难，各款骑行系统也会添加虚拟对手作为单人的竞争选手，可以让人在不进行多人联机比赛的情况下也能体验到骑行比赛的乐趣。因此，如何更好的设计虚拟骑手使虚拟骑手的行为更符合真实具有非常重大的意义。

发明内容

为了使虚拟骑手的骑行更符合真实的情况，本发明提出一种基于模拟的虚拟自行车骑手骑速的计算方法，为虚拟骑手的骑行提供参考，设计了一种虚拟自行车骑手模型，基于自行车运动员的虚拟模型，考虑了多种影响虚拟骑手的骑行因素，例如天气因素对体能消耗及恢复的影响，体能的剩余量以及虚拟骑手的排名、骑行距离等对骑行速度的影响。

本发明为了解决上述技术问题提供的技术方案为：一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法，利用虚拟骑手模型，对虚拟骑手进行受力分析，并分析影响骑手骑行动力的各个因素，结合牛顿第二定律计算加速度，计算虚拟骑手的骑行速度，其中，所述的受力分析包括以下步骤：

(1.1)风阻的计算公式为：

其中，C代表空气阻力系数，ρ为空气密度，S为物体迎风面积，V为物体与空气的相对速度；(1.2)根据骑行的赛道，滚动摩擦力的计算公式为：

F_g＝μ(m+M)g

其中，μ代表滚动摩擦系数，m和M分别为运动员和车的质量，g为重力加速度；

(1.3)爬坡阻力的公式为：

F_d＝(m+M)g sinθ

其中，θ为坡面角度；

(1.4)计算虚拟骑手骑行时受到的总阻力之和：

F_S＝F_W+F_g+F_d

所述影响骑手骑行动力的各个因素包括以下步骤：

(2.1)给定一个比例函数来根据骑行距离的不同而调整骑手的骑行作用力：

其中，x为骑行距离，l为赛道总长度，α为一个常数，用来调节作用力的影响大小；

(2.2)选排名的影响函数：

其中，n为骑手当前排名，N为骑行总人数，β为一个常数，用来调节作用力的影响大小；