專利名稱：虛擬飛行系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛擬現(xiàn)實(shí)的娛樂系統(tǒng)及方法，特別涉及一種由計(jì)算機(jī)控制的虛擬飛行系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過20多年的研究探索，于80年代末走出實(shí)驗(yàn)室，開始進(jìn)入實(shí)用化階段。目前，世界上少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家在軍事、航空等領(lǐng)域，已開始廣泛應(yīng)用這種高新技術(shù)，并取得了顯著的綜合效益。據(jù)外刊報(bào)道，美國(guó)陸軍1994年的“路易斯安娜94”作戰(zhàn)演習(xí)，就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的。這次演習(xí)不但試驗(yàn)論證了美國(guó)陸軍制定的條令、戰(zhàn)術(shù)和部隊(duì)編成，使之更加符合21世紀(jì)的作戰(zhàn)要求，還節(jié)約演習(xí)經(jīng)費(fèi)近20億美元。
為釋放工作生活中的越來越多的壓力，現(xiàn)代人更多的希望進(jìn)行一些刺激性的體育活動(dòng)。但某些刺激性的活動(dòng)不僅費(fèi)用昂貴，而且對(duì)專業(yè)能力的需求極高，并帶有很高的危險(xiǎn)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種虛擬飛行系統(tǒng)及方法，可使人真實(shí)體驗(yàn)駕駛飛機(jī)飛行射擊的刺激。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種虛擬飛行系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、與所述計(jì)算機(jī)連接的飛機(jī)模型及用于播放圖像的視頻裝置，所述飛機(jī)模型包括與計(jì)算機(jī)連接、用于收集手柄模擬信號(hào)及控制飛機(jī)模型運(yùn)動(dòng)的控制器，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)控制器收集的模擬信號(hào)控制視頻裝置的圖像輸出及飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)。
上述虛擬飛行系統(tǒng)中，所述控制器包括手柄控制器和平臺(tái)控制器。
上述虛擬飛行系統(tǒng)中，所述手柄包括用于控制飛機(jī)模型虛擬前進(jìn)和后退的左手柄及用于控制飛機(jī)模型虛擬左、右、升、降飛行的右手柄，所述手柄還包括虛擬子彈發(fā)射的按鈕。
上述虛擬飛行系統(tǒng)中，所述平臺(tái)控制器連接有用于檢測(cè)飛機(jī)模型電動(dòng)機(jī)的編碼器和控制電動(dòng)機(jī)的變頻器，所述電動(dòng)機(jī)通過改變運(yùn)動(dòng)頻率從而帶動(dòng)與其連接的飛機(jī)模型做左右擺動(dòng)、前后仰伏，所述手柄控制器連接有控制飛機(jī)模型虛擬飛行的手柄。
上述虛擬飛行系統(tǒng)中，所述手柄控制器還連接有控制飛機(jī)模型頭部上升和下降的升降汽缸及控制飛機(jī)模型振動(dòng)的振動(dòng)汽缸。
上述虛擬飛行系統(tǒng)中，所述投影儀的投射圖像經(jīng)鏡面反射后投射到屏幕上。
本發(fā)明還提供一種虛擬飛行方法，包括以下步驟通過控制手柄使飛機(jī)模型做左右擺動(dòng)、前后仰伏；收集飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)信號(hào)及控制手柄的輸入信號(hào)，并傳輸運(yùn)動(dòng)信號(hào)和輸入信號(hào)至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)信號(hào)控制視頻裝置輸出圖像；視頻裝置將圖像投射到鏡面；反射視頻圖像到屏幕。
上述虛擬飛行系統(tǒng)中，所述屏幕為凹屏。
上述虛擬飛行方法中，還包括計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)模型的模擬信號(hào)，控制視頻裝置的圖像輸出，使屏幕上的圖像與飛機(jī)模型的動(dòng)作協(xié)調(diào)的步驟。
上述虛擬飛行方法中，還包括計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)模型的模擬信號(hào)，控制飛機(jī)模型動(dòng)作的步驟。
本發(fā)明的虛擬飛行系統(tǒng)及方法，可使人足不出戶就體驗(yàn)到駕駛飛機(jī)飛行射擊的刺激，且成本低、無危險(xiǎn)性。


圖1是本發(fā)明虛擬飛行系統(tǒng)的整體布局示意圖。
圖2是圖1中飛行平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明虛擬飛行系統(tǒng)的電氣連接原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明虛擬飛行系統(tǒng)的總體設(shè)備圖。投影屏幕22位于飛機(jī)模型23前方，所述屏幕22為圓形凹面。在飛機(jī)模型23上方為投影儀8，所述投影儀8投射的圖像經(jīng)反射鏡4反射到屏幕22。該系統(tǒng)還包括安裝有游戲軟件的計(jì)算機(jī)(圖中未示出)，用于控制投影儀8的圖像輸出及飛機(jī)模型23的動(dòng)作。
通過飛機(jī)模型23的視窗24可觀看屏幕22上的投影，通過操縱左手柄16和右手柄17，可控制飛機(jī)模型23的飛行方向，并可通過手柄16、17上的按鈕攻擊視頻中的虛擬目標(biāo)。根據(jù)手柄的操作和游戲軟件中的情節(jié)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19做模擬飛行的多種動(dòng)作，凹形屏幕22更烘托出駕駛飛機(jī)的感覺，且可減少圖像失真。屏幕22的視頻是由一組裝置完成的，投影儀8通過吊架6吊裝在天花板上，反射鏡4組件通過鋼絲繩2吊裝在吊鉤1上，吊鉤1直接安裝在天花板上，并距投影儀8一定的距離，投影儀8的視頻圖像首先投射到反射鏡4表面，由反射鏡4反射到屏幕22上，通過鋼絲繩調(diào)節(jié)圈25調(diào)節(jié)反射鏡4組件傾斜的角度，使屏幕22上的圖像位于最佳效果狀態(tài)，增加飛行的真實(shí)感。
圖2是圖1中飛行平臺(tái)19結(jié)構(gòu)示意圖。飛機(jī)模型23模擬在空中的飛行、攻擊等的運(yùn)動(dòng)感覺通過運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19整體安裝在飛機(jī)模型23下面的固定座30上，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19的底座29上安裝二自由度平臺(tái)27，二自由度平臺(tái)27通過連接桿座與艙體預(yù)埋鋼板連接，在二自由度平臺(tái)27的兩側(cè)用銷軸與固定座30鉸接，在二自由度平臺(tái)27的前后分別連接升降汽缸32和振動(dòng)汽缸36的活塞桿，兩個(gè)汽缸32、36的下端通過銷軸連接到固定座30上。計(jì)算機(jī)通過變頻器控制兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)頻率，電機(jī)分別帶動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)，曲柄帶動(dòng)連桿做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)飛機(jī)模型23做左右擺動(dòng)，運(yùn)動(dòng)信息同時(shí)反饋到計(jì)算機(jī)，軟件再控制畫面中飛機(jī)同時(shí)做相應(yīng)的模擬動(dòng)作。汽缸的動(dòng)作由單片機(jī)控制，其還可使艙體23處于水平狀態(tài)或低頭狀態(tài)。
如圖3所示，計(jì)算機(jī)41與飛機(jī)模型23及投影儀8連接，其上安裝有游戲軟件，所述游戲軟件為虛擬飛機(jī)空中射擊的軟件。
飛機(jī)模型23包括手柄控制器44，平臺(tái)控制器45，分別與手柄控制器44連接的音箱43、左手柄16、右手柄17、升降汽缸32、振動(dòng)汽缸36，以及分別與平臺(tái)控制器45連接的編碼器46和變頻器47。手柄控制器44和平臺(tái)控制器45分別通過RS232串口或RS485串口與計(jì)算機(jī)41連接，以控制和檢測(cè)飛機(jī)模型23的運(yùn)動(dòng)。左手柄16控制飛機(jī)模型23的虛擬的前進(jìn)和后退，右手柄17控制飛機(jī)模型23做虛擬的左右偏移及高低偏移。左手柄16包括一個(gè)按鍵，用于發(fā)射虛擬子彈；而右手柄17包括三個(gè)按鍵，用于控制虛擬炮的發(fā)射、切換及目標(biāo)的鎖定。左、右手柄16、17采用電位器檢測(cè)變化模擬量，通過單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)由手柄控制器發(fā)送給計(jì)算機(jī)41。升降汽缸32用于控制飛機(jī)模型23頭部的上升或下降，而振動(dòng)汽缸36則用于控制飛機(jī)模型23的振動(dòng)。變頻器47與左、右電機(jī)連接，其根據(jù)計(jì)算機(jī)41的指令控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以調(diào)節(jié)飛機(jī)模型23的擺動(dòng)。編碼器46用于檢測(cè)左、右電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并將左、右電機(jī)的運(yùn)行狀況通過平臺(tái)控制器45傳送到計(jì)算機(jī)41。行程開關(guān)48用于檢測(cè)飛機(jī)模型23頭部的位置，使飛機(jī)模型23頭部下降到位時(shí)才允許平臺(tái)27運(yùn)動(dòng)。
計(jì)算機(jī)41通過手柄控制器44和平臺(tái)控制器45獲取左右手柄16、17的模擬量，及左右電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀況的模擬量。然后根據(jù)上述模擬量，通過手柄控制器44控制升降汽缸32使飛機(jī)模型23頭部上升或下降，控制振動(dòng)汽缸36使飛機(jī)模型36振動(dòng)；通過平臺(tái)控制器45控制變頻器47使左右電機(jī)變速。同時(shí)，計(jì)算機(jī)41還控制投影儀8的視頻輸出，使屏幕22的畫面與飛機(jī)模型23的動(dòng)作保持一致。
系統(tǒng)啟動(dòng)后，飛機(jī)模型23模仿在空中飛行的動(dòng)作(左右擺動(dòng))，同時(shí)投影儀8將虛擬的地面的圖像投射到屏幕22。通過操縱左右手柄16、17使飛機(jī)模型23模擬飛機(jī)做前進(jìn)、后退、左右偏轉(zhuǎn)、上升或下降的飛行動(dòng)作，通過手柄16、17上的按鍵向屏幕22上的虛擬目標(biāo)射擊。計(jì)算機(jī)41根據(jù)左右手柄16、17操作的模擬量及飛機(jī)模型23的運(yùn)動(dòng)狀況，控制投影儀8的圖像輸出，同時(shí)控制飛機(jī)模型做輸出圖像相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，如升高、下降、偏移和振動(dòng)等，使飛機(jī)模型23具有在空中運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感。
權(quán)利要求
1.一種虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、與所述計(jì)算機(jī)連接的飛機(jī)模型及用于播放圖像的視頻裝置，所述飛機(jī)模型包括與計(jì)算機(jī)連接、用于收集手柄模擬信號(hào)及控制飛機(jī)模型運(yùn)動(dòng)的控制器，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)控制器收集的模擬信號(hào)控制視頻裝置的圖像輸出及飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括手柄控制器和平臺(tái)控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述手柄包括用于控制飛機(jī)模型虛擬前進(jìn)和后退的左手柄及用于控制飛機(jī)模型虛擬左、右、升、降飛行的右手柄，所述手柄還包括虛擬子彈發(fā)射的按鈕。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺(tái)控制器連接有用于檢測(cè)飛機(jī)模型電動(dòng)機(jī)的編碼器和控制電動(dòng)機(jī)的變頻器，所述電動(dòng)機(jī)通過改變運(yùn)動(dòng)頻率從而帶動(dòng)與其連接的飛機(jī)模型做左右擺動(dòng)、前后仰伏，所述手柄控制器連接有控制飛機(jī)模型虛擬飛行的手柄。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述手柄控制器還連接有控制飛機(jī)模型頭部上升和下降的升降汽缸及控制飛機(jī)模型振動(dòng)的振動(dòng)汽缸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述投影儀的投射圖像經(jīng)鏡面反射后投射到屏幕上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述虛擬飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述屏幕為凹屏。
8.一種虛擬飛行方法，其特征在于包括以下步驟通過控制手柄使飛機(jī)模型做左右擺動(dòng)、前后仰伏；收集飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)信號(hào)及控制手柄的輸入信號(hào)，并傳輸運(yùn)動(dòng)信號(hào)和輸入信號(hào)至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)信號(hào)控制視頻裝置輸出圖像；視頻裝置將圖像投射到鏡面；反射視頻圖像到屏幕。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述虛擬飛行方法，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)模型的模擬信號(hào)，控制視頻裝置的圖像輸出，使屏幕上的圖像與飛機(jī)模型的動(dòng)作協(xié)調(diào)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述虛擬飛行方法，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)模型的模擬信號(hào)，控制飛機(jī)模型動(dòng)作的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種虛擬飛行系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、與所述計(jì)算機(jī)連接的飛機(jī)模型及用于播放圖像的視頻裝置，所述飛機(jī)模型包括與計(jì)算機(jī)連接、用于收集手柄模擬信號(hào)及控制飛機(jī)模型運(yùn)動(dòng)的控制器，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)控制器收集的模擬信號(hào)控制視頻裝置的圖像輸出及飛機(jī)模型的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的虛擬飛行系統(tǒng)及方法，可使人真實(shí)體驗(yàn)到駕駛飛機(jī)飛行射擊的刺激，且成本低、無危險(xiǎn)性。
文檔編號(hào)A63F13/00GK1689679SQ20041002695
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者李明, 戎志剛, 高敬義, 劉道強(qiáng), 丁亮 申請(qǐng)人:李明, 戎志剛, 高敬義, 劉道強(qiáng), 丁亮