[发明专利]一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法及系统

权利要求书

1.一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真方法，其特征在于，包括雪车雪橇，在所述雪车雪橇的底部设置有振动台，用于模拟高速滑行过程中用户的体感变化，所述仿真方法包括：

S1、对雪车雪橇赛道进行三维重构，对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户；

S2、构建与所述雪车雪橇对应的孪生模型；

S3、根据用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数；

S4、基于所述控制函数生成包含当前时刻所述孪生模型滑行方向和速度的变化矩阵，基于所述变化矩阵和上一时刻的pose矩阵确定当前时刻的pose矩阵，用当前时刻的pose矩阵改变孪生模型在赛道中的位置信息。

2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述S3中，得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数的过程包括：

将用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力进行矢量合成，得到所述孪生模型所受的合力；

基于所述合力，得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数。

3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，所述控制函数a(F_合力)为：

其中，F_合力为所述孪生模型所受的合力，m为所述孪生模预设的重力。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的仿真方法，其特征在于，所述S3中，所述体感信息包括用户身体的前倾角度和侧斜角度；

基于所述用户身体的前倾角度和侧斜角度，用重心偏移计算法得到用户的体感信息传递给所述孪生模型的输入力。

5.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述S1中，对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户，包括：

对赛道外部的立体视觉环境建模和渲染，并通过VR头盔传递给用户；

对赛道外部的立体声环境建模，并通过立体环绕音响传递给用户；

对赛场中基于滑行速度的风速模拟，并通过布置变频风机传递给用户。

6.根据权利要求5所述的仿真方法，其特征在于，在所述孪生模型下滑的过程中，还包括：

将所述孪生模型在三维方向上的速度、加速度、角速度及角加速度的变化分别同时传递给VR头盔及振动台，以实现立体视觉环境与振动台的耦合；

将所述孪生模型的速度与方向的变化分别同时传递给VR头盔、变频风机的变频器及立体环绕音响，以实现立体视觉环境、立体声环境与风速的耦合。

7.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，在所述孪生模型下滑的过程中，还包括：通过改变用户的体感信息传递给孪生模型输入力的大小和方向实现孪生模型的加速、减速或过弯。

8.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，还包括：在所述孪生模型和赛道的边界处设置碰撞模型，当所述孪生模型所受的合力使得所述孪生模型和赛道的边界发生碰撞时，产生碰撞效果。

9.根据权利要求2或3所述的仿真方法，其特征在于，还包括：设置用户的操作灵敏度，所述孪生模型所受的合力F_合力为：

F_合力＝(1-θ)F₀+θF₁

其中，F₀表示所述预设力和所述摩擦力之和，F₁表示用户的体感信息传递给孪生模型的输入力，θ表示灵敏度。

10.一种可交互多感官耦合雪车雪橇仿真系统，其特征在于，包括：

雪车雪橇、振动台、三维重构模块、立体视听环境仿真模块、孪生模型构建模块、控制函数生成模块及位置信息改变模块；

所述振动台设置在所述雪车雪橇的底部，用于模拟高速滑行过程中用户的体感变化；

所述三维重构模块用于对雪车雪橇赛道进行三维重构；

所述立体视听环境仿真模块用于对赛道内外的立体视听环境进行仿真并传递给用户；

所述孪生模型构建模块用于构建与所述雪车雪橇对应的孪生模型；

所述控制函数生成模块用于根据用户的体感信息传递给孪生模型的输入力、所述孪生模型在预设轨道中所受的预设力及所述孪生模型在赛道上的摩擦力得到所述孪生模型滑行方向和速度的控制函数；

所述位置信息改变模块用于基于所述控制函数生成包含当前时刻所述孪生模型滑行方向和速度的变化矩阵，基于所述变化矩阵和上一时刻的pose矩阵确定当前时刻的pose矩阵，用当前时刻的pose矩阵改变孪生模型在赛道中的位置信息。