[发明专利]一种VR人机交互全能运动与万向跑步机

说明书

本发明公开了一种VR人机交互全能运动与万向跑步机，这是一种让人类使用者可实现在物理空间中原地万向跑步与多种肢体运动，与计算机、VR眼镜及VR外设(如VR手柄手套)等设备配套使用后可实现在虚拟空间中自由行走、全能运动和各种操作的智能化VR人机交互装置。包括五大子系统：回转式跑台、步态自适应跑步机、人体运动定位悬臂、襁褓护甲、控制系统(含算法)。以及其他不属于本项发明，但是紧密关联的还有VR眼镜与计算机系统。本发明天生具有将健身运动和VR游戏高度融合的基因，为爱玩游戏不爱运动的人群提供了一个根本性改善身体健康和生活品质的两全其美路径。从而为社会解决一大群隐患问题。

技术领域

本发明涉及VR(虚拟现实)人机交互技术，特别涉及一种VR人机交互全能运动与万向跑步机。

背景技术

现有各类VR(虚拟现实)人机交互技术、模式、产品与方案均存在各种缺陷与不足，以下按照人机交互模式分类阐述和分析：

(一)VR眼镜单独使用时存在的缺陷和不足

VR眼镜单独使用是指不依赖与身体运动交互有关的设备(例如万向跑步机)，仅用VR眼镜(或加VR手柄)来与VR空间和角色进行交互和控制的方式。这是VR眼镜最基本和普遍的使用方式，简便易行成本低，但是存在很多的缺陷和不足：

1)人体运动受到很大限制。通常只能在小范围物理空间中进行小幅度肢体动作，身体位移被严格限制以确保安全。这反映到虚拟空间中意味着用户无法以人体自然动作来操作虚拟空间、角色和物体(比如说最典型的由于无法以现实中人体的行走来实现虚拟空间中的连续移动和自由行走而采用“手柄操作”、“瞬间移动”等非自然方式来补偿)，从而使得VR(虚拟现实)的体验在根本上大打折扣；

2)安全性难以保障。即使没有身体真实位移，只考虑原地动作，单独使用VR眼镜也难以保证安全。其根本原因在于，人类的两足直立是一个天然动不平衡状态，需要不断对身体姿态进行动态微调以保平衡，对于正常人来说视觉系统是实现这一平衡机制的核心系统(盲人需要大量肌肉练习和借助拐杖辅助获得“触地”感知才能在行走和转向时不致跌倒)，在佩戴VR眼镜之后视觉系统难以参与平衡微调，从而在身体移动和转向时(即使在原地)容易失去平衡发生碰撞和摔倒事故；

3)容易诱发VR晕动症。VR晕动症是使用者眼睛“看”到的自身运动和身体“感觉”到的自身运动不一致而引起的生理应激反应。解决之道是让现实空间的身体与虚拟空间中的身体运动保持相对一致，尤其是转向和行进，例如万向跑步机。而单独使用VR眼镜时完全无法做到这一点；

(二)VR机舱模式解决方案存在的缺陷和不足

VR机舱模式是以“驾驶舱”、“座舱”来限制使用者相对周边的位移的一种设定(具体产品表现为VR驾驶舱或VR座椅/蛋椅)，身体在现实和虚拟空间中都不发生移动，代之以身体搭乘的载具的移动，并允许上肢做出更准确的动作来操作虚拟载具和物体，例如驾驶飞机、汽车等(其他载具操作大同小异)。相比单独使用VR眼镜，VR机舱更安全，并能很好模拟操作类游戏和应用。但是其缺陷和不足也很明显：

1)VR世界的代入感较弱。VR机舱的设定，本质是对虚拟空间中的“物”而非“我”进行操作，更类似于人类在现实中对计算机及其映射的虚拟载具进行操控的一种模式(现实中可供参考的应用是广泛使用的遥控无人机)，而不是人类本身在虚拟空间的“映射”与“存在”。这导致VR世界的代入感根本性削弱，并使得以“人体”(含人形机器)为映射对象的游戏和应用难以实现和表达；

2)游戏与应用类型局限大。VR机舱适用于操作类的游戏和应用，无法作为基础和定常的VR人机交互解决方案——人类需要和现实世界一样能够自由行走的VR 世界；

3)仍然存在诱发VR运动症的可能性，其原理类似于晕车。

(三)滑动复位万向跑步机存在的缺陷和不足