[发明专利]一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法

说明书

本发明提出一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法。本发明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关系的模型，在虚拟空间基于摩擦力模型实时估计并显示冰壶球运动状态，同时建立擦冰动作与虚拟空间冰刷运动对冰壶球运动状态改变之间的模型，基于多体碰撞模型预测冰壶球的位置分布，最后通过VR眼镜虚拟现实平台交互显示冰壶比赛过程，实现冰壶运动比赛对抗。所述方法通过对冰壶运动建模搭建冰壶比赛虚拟现实系统的软硬件平台，能够实时估计冰壶球运动状态和落点分布，实现虚拟现实环境中多人/人机交互冰壶比赛，为冰壶运动的大众推广提供条件。

技术领域

本发明属于人工智能虚拟现实技术领域，特别是涉及一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法。所述方法通过冰壶运动建模实现多人/人机交互虚拟现实比赛。

背景技术

冰壶运动通常需要大量实践才能掌握冰壶投掷与擦冰技术，由于我国冰壶场馆数量较少，带来了冰壶运动难于普及的问题。基于虚拟现实技术可以实现线上多人/人机交互冰壶比赛，对于冰壶运动的大众推广起到至关重要的作用。在冰壶运动虚拟现实比赛中，冰壶球运动数学模型、碰撞数学模型，冰壶投掷动作与冰壶球运动初始状态估计、擦冰过程数学模型等是核心技术难点。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中的问题，提出了一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法。该方法能够实现多人/人机的冰壶比赛过程，打破大众参加冰壶运动的时空限制，具有较强的娱乐性与普适性。

本发明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关系的模型，在虚拟空间基于摩擦力模型实时估计并显示冰壶球运动状态，同时建立擦冰动作与虚拟空间冰刷运动对冰壶球运动状态改变之间的模型，基于多体碰撞模型预测冰壶球的位置分布，最后通过VR眼镜虚拟现实平台交互显示冰壶比赛过程，实现冰壶运动比赛对抗。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种冰壶运动虚拟现实比赛实现方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：