[发明专利]一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法

权利要求书

1.一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一、基于力反馈与动作捕捉技术建立冰壶投掷动作与冰壶球运动初始状态之间的模型；

步骤二、根据步骤一得到的冰壶球运动初始状态，在虚拟空间将冰壶球比赛场地分为自由滑行区、擦冰区和营垒区，基于不同区域的摩擦力模型估计与显示冰壶球的实时运动状态；

步骤三、基于多体碰撞模型预测冰壶球位置分布，最后通过虚拟现实眼镜平台交互显示冰壶比赛过程，实时给出比赛得分，实现冰壶运动虚拟现实比赛对抗。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤一中，搭建冰壶运动虚拟现实硬件平台，所述硬件平台包括带有力反馈装置的起蹬器、可穿戴体感设备和虚拟现实眼镜；通过脚蹬带有力反馈装置的起蹬器触发开始虚拟现实冰壶投掷环境，并获取实时反推力和脚踏离开时间；通过可穿戴体感设备获取下蹲动作触发开始虚拟滑行，以脚踏离开时间作为滑行时间，同时根据手部的可穿戴体感设备获取虚拟握柄时间、手臂偏航角和手腕转动角速度；虚拟现实眼镜通过加载虚拟现实冰壶馆场地和设施、数字冰壶运动员和仿真引擎观察整个冰壶球投掷和运动过程。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤一中，获取投掷冰壶球时的人体动作信息：定义脚蹬踏板与地面接触平面中心为坐标系原点，人体登出脚蹬踏板的方向为x轴正向，垂直地面向上的方面为y轴正向，z轴方向与x-y平面垂直并满足右手螺旋定则；首先通过脚蹬踏板的力反馈装置触发虚拟投掷，并获取实时反推力F_x(t)和脚踏离开时刻t₁，估计滑行时间；再通过可穿戴体感设备获取人体蹬出后手握虚拟球柄时间t₂，手臂偏航角和手腕转动角速度ω₁。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在步骤一中，估计投掷出手时冰壶球运动初始状态：设虚拟冰面的摩擦系数为μ₀，冰壶球质量为m，重力加速度为g，估计投掷出手时冰壶球运动初始状态包括：初始速度v₀、初始角速度ω₀和初始中心线偏移量s₀；估计计算公式为：

ω₀＝ω₁ (2)

其中，M为可预先设定的人体质量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤二中，估计自由滑行区冰壶球运动状态：定义冰壶场地两条前掷线之间的前半程区域为冰壶球的自由滑行区，在自由滑行区时冰壶球的前半球在摩擦系数μ₁的粗糙冰面滑行，后半球在摩擦系数μ₂的光滑冰面滑行，冰壶球在μ₁和μ₂共同产生的摩擦力作用下沿着直线运动。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤二中，估计擦冰区冰壶球运动状态：定义冰壶场地两条前掷线之间的后半程区域为冰壶球的擦冰区，通过可穿戴体感设备获取人体手臂做出擦冰动作的频率f，擦冰动作产生z轴方向的摩擦力F_z，频率f与摩擦力F_z成正比，冰壶球在摩擦力F_z作用下沿着抛物线运动。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：估计营垒区冰壶球的运动状态：定义冰壶球通过第两条掷线之后的区域为营垒区，通过基于卷积神经网络的深度学习算法建立冰壶球落点位置预测模型，以初始速度v₀、初始角速度ω₀、初始中心线偏移量s₀和擦冰动作频率f作为输入，估计冰壶球的落点位置和运行轨迹。