本發(fā)明涉及VR領(lǐng)域，具體涉及一種混合現(xiàn)實萬向跑步機及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)是近年來比較火熱的技術(shù)，是利用計算機生成一種交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，能夠提供身臨其境的沉浸式體驗，可以更加真實地還原三維世界。為了讓普通消費者對VR有更直觀的感受，快速了解VR世界，HTC在2016年6月展示了通過綠幕技術(shù)拍攝混合現(xiàn)實視頻的制作方法，用戶佩戴HTC Vive在綠幕背景下進行游戲，然后綠幕背景會被置換為虛擬現(xiàn)實場景，這些影像都錄下來，并制成混合現(xiàn)實視頻，普通消費者通過觀看此類視頻，可以了解用戶是怎樣體驗VR的同時自身也體驗到VR的沉浸感。

在VR外設(shè)中，萬向跑步機作為解決在VR游戲中的“模擬暈動癥”等用途的設(shè)備，近年來取得廣泛發(fā)展，用戶可在萬向跑步機上，實現(xiàn)有限空間里的無限移動，身體的移動和眼前看到的VR場景相匹配，用身體的實際移動來代替鍵盤或鼠標(biāo)的移動指令，從而解決暈動癥，提高沉浸感。如：

OMNI萬向跑步機，和人體的接觸采用圓環(huán)式固定結(jié)構(gòu)，使用者站在圓環(huán)中間，底部為一個中間低四周高的凹面跑步臺，用戶穿著特制的鞋子在跑步臺上滑行，模仿游戲中的行走動作。

KAT walk，原理基本和omni類似，同樣是碗狀結(jié)構(gòu)的跑步臺，但kat walk選擇了摩擦力高的材料并在腳底的鞋子上加了幾個輪子，同時支架也被改成了懸吊的結(jié)構(gòu)，避免了打手，不能蹲跳等問題。

infinadeck跑步機，infinadeck萬向跑步機獨特的X和Y軸兩個方向的傳輸帶設(shè)計，允許用戶穿普通的鞋子在跑步機上任意方向行走。

但此類萬向跑步機，目前只能實現(xiàn)單個用戶在虛擬游戲中的使用，在聯(lián)機游戲中，是虛擬角色，看到的隊友只能是虛擬角色的身體影像，無法實時看到參與游戲的伙伴的真實身體影像，從而會影響真實感，因此有改進的必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種混合現(xiàn)實萬向跑步機，主要目的在于通過配置的旋轉(zhuǎn)拍攝桿和在萬向跑步機周圍布置的封閉式幕布倉，模仿實際場景中人與人所處方位的觀察角度，將用戶的真實影像，經(jīng)過視頻摳圖和合成之后，實時呈現(xiàn)在VR系統(tǒng)中，增加VR系統(tǒng)的沉浸感和真實感。

本發(fā)明的再一目的，是提供一種混合現(xiàn)實萬向跑步機的應(yīng)用方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

一種混合現(xiàn)實萬向跑步機，包括萬向跑步機、支架、固定腰托、照明燈、VR主機、VR頭顯、旋轉(zhuǎn)臂、拍攝桿和攝像頭：

萬向跑步機頂端設(shè)置有支架，支架上設(shè)有用于固定用戶身體的固定腰托；固定腰托在用戶腰部和腿部設(shè)有動作捕捉傳感器；

旋轉(zhuǎn)臂以垂直方向固定在支架的中心部位，為套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有云臺電機，在云臺電機的作用下，旋轉(zhuǎn)臂在一定范圍內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)于該云臺，支架和旋轉(zhuǎn)臂上設(shè)置有若干個照明燈；

拍攝桿固定在旋轉(zhuǎn)臂末端，拍攝桿的中間設(shè)置有攝像頭，攝像頭設(shè)有云臺，在云臺的作用下，攝像頭在一定范圍內(nèi)水平或垂直旋轉(zhuǎn)于該云臺；

萬向跑步機、照明燈、旋轉(zhuǎn)臂和攝像頭連接到VR主機，由VR主機統(tǒng)一控制，VR主機連接云端。

進一步的，萬向跑步機為infinadeck跑步機。

進一步的，VR設(shè)備為HTC VIVE。

進一步的，圍繞萬向跑步機，在四周及上下兩面設(shè)置了封閉式的純色幕布倉，VR主機、萬向跑步機、萬向跑步機的傳輸帶、VR頭顯、支架均為純色。

進一步的，所述幕布倉為立方體或正圓柱體的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

進一步的，攝像頭為雙目VR攝像頭，設(shè)有音頻MIC孔。

進一步的，在萬向跑步機的前后左右設(shè)置4個固定的拍攝桿，拍攝桿的頂端、中間、底部各配置有1個攝像頭，頂端的攝像頭向下45°拍攝，底部的攝像頭向上45°拍攝，中間的攝像頭的高度在一定范圍內(nèi)上下活動于拍攝桿。

本發(fā)明還公開了一種混合現(xiàn)實萬向跑步機的應(yīng)用方法，由A、B兩名用戶操作各自的混合現(xiàn)實萬向跑步機，A用戶在萬向跑步機上佩戴VR頭顯并開啟VR主機，照明燈開啟，拍攝桿上的攝像頭開始工作，主控系統(tǒng)將攝像頭拍攝的視頻經(jīng)視頻摳圖處理后，實施合成到VR背景中，經(jīng)云端再呈現(xiàn)給同在該場景的其他用戶；而其他用戶也按照此流程，將自己的身體影像實時拍攝和摳圖，再和VR背景合成之后，經(jīng)云端傳輸給在線的其他用戶。

進一步的，攝像頭工作時，A用戶攝像頭的拍攝角度和高度，由B用戶在虛擬空間的方位決定，A用戶的攝像頭按照B用戶的移動幅度和方位做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動幅度，B用戶攝像頭的拍攝角度和高度，由A用戶在虛擬空間的方位決定，B用戶的VR頭顯中的陀螺儀將B用戶的動作方位、幅度傳輸給A用戶所在的攝像頭，控制攝像頭通過云臺同步做出對應(yīng)的方向上的轉(zhuǎn)動。

進一步的，系統(tǒng)預(yù)先將用戶的頭像進行3D建模，VR主機通過軟件算法，將用戶頭戴顯示器的圖像過濾和模擬為不戴頭戴顯示器的面部圖形。

本發(fā)明公開的一種混合現(xiàn)實萬向跑步機及其應(yīng)用方法，具有以下有益效果：

通過配置的旋轉(zhuǎn)拍攝桿和在萬向跑步機周圍布置的封閉式幕布倉，模仿實際場景中人與人所處方位的觀察角度，將參與用戶的真實身體影像，經(jīng)過視頻摳圖和合成之后，實時呈現(xiàn)在VR系統(tǒng)中，增加VR系統(tǒng)的沉浸感和真實感，尤其適用于VR視頻聊天、視頻會議和VR購物等應(yīng)用場景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2是本發(fā)明的工作流程圖，

其中：

101萬向跑步機 102支架 103固定腰托 104照明燈

201VR主機 202VR頭顯

301旋轉(zhuǎn)臂 302拍攝桿 303攝像頭

4幕布倉

具體實施方式

下面結(jié)合實施例并參照附圖對本發(fā)明作進一步描述。

見圖1。

一種混合現(xiàn)實萬向跑步機，包括萬向跑步機101、支架102、固定腰托103、照明燈104、VR主機201、VR頭顯202、旋轉(zhuǎn)臂301、拍攝桿302和攝像頭303：

萬向跑步機101頂端設(shè)置有支架102，支架102上設(shè)有用于固定用戶身體的固定腰托103；固定腰托103在用戶腰部和腿部設(shè)有動作捕捉傳感器；

旋轉(zhuǎn)臂301以垂直方向固定在支架102的中心部位，為套筒結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)臂301可做最大360°的順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)臂103以萬向跑步機101的中心為旋轉(zhuǎn)半徑，可圍繞位于中心的用戶進行實時的視頻拍攝，旋轉(zhuǎn)臂301內(nèi)部設(shè)置有云臺電機，在云臺電機的作用下，旋轉(zhuǎn)臂301在一定范圍內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)于該云臺，支架102和旋轉(zhuǎn)臂301上設(shè)置有若干個照明燈104；

拍攝桿302固定在旋轉(zhuǎn)臂301末端，拍攝桿302的中間設(shè)置有攝像頭303，攝像頭303設(shè)有云臺，在云臺的作用下，攝像頭303在一定范圍內(nèi)水平或垂直旋轉(zhuǎn)于該云臺；攝像頭303可圍繞萬向跑步機101上的用戶，進行俯視、平視、仰視全方位的拍攝，以模仿用戶的扭頭、抬頭、低頭等觀看動作。使參與聯(lián)機的其他用戶，不管處于在虛擬空間的任何方位，都可以模仿現(xiàn)實生活的實際觀察角度，觀看到使用該系統(tǒng)的用戶實際影像。

萬向跑步機101、照明燈104、旋轉(zhuǎn)臂301和攝像頭303連接到VR主機201，由VR主機201統(tǒng)一控制，VR主機201連接云端。

作為一種具體實施例，萬向跑步機101為infinadeck跑步機，infinadeck萬向跑步機獨特的X和Y軸兩個方向的傳輸帶設(shè)計，允許用戶穿普通的鞋子在跑步機上任意方向行走。

作為一種具體實施例，VR設(shè)備為HTC VIVE。

作為一種具體實施例，圍繞萬向跑步機101，在四周及上下兩面設(shè)置了封閉式的純色幕布倉4，VR主機201、萬向跑步機101、萬向跑步機的傳輸帶、VR頭顯202、支架102均為純色，便于視頻摳圖。跑步機主體和跑步機支架、數(shù)據(jù)線、VR頭顯等部件的外表顏色和幕布顏色保持一致。

作為一種具體實施例，所述幕布倉4為立方體或正圓柱體的結(jié)構(gòu)形態(tài)，將萬向跑步機101包裹在內(nèi)。

作為一種具體實施例，攝像頭303為雙目VR攝像頭，為VR頭顯提供配套的3D顯示內(nèi)容，設(shè)有音頻MIC孔，可同步采集聲音，其拍攝高度可以根據(jù)萬向跑步機101上的用戶身高和游戲場景在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。

作為一種具體實施例，在萬向跑步機101的前后左右設(shè)置4個固定的拍攝桿，拍攝桿的頂端、中間、底部各配置有1個攝像頭，頂端的攝像頭向下45°拍攝，底部的攝像頭向上45°拍攝，中間的攝像頭的高度在一定范圍內(nèi)上下活動于拍攝桿。這種設(shè)計方案，可以對跑步機中間的用戶進行全方位視角的拍攝，在同一個虛擬空間的其他用戶，無論在該用戶的哪個方位(平視、俯視、仰視三個視角的前后左右)都能看到對應(yīng)的攝像頭拍攝的、該角度的用戶身影。

見圖2，一種混合現(xiàn)實萬向跑步機的應(yīng)用方法，由A、B兩名用戶操作各自的混合現(xiàn)實萬向跑步機，A用戶在萬向跑步機101上佩戴VR頭顯202并開啟VR主機201，照明燈104開啟，拍攝桿302上的攝像頭303開始工作，主控系統(tǒng)將攝像頭303拍攝的視頻經(jīng)視頻摳圖處理后，實施合成到VR背景中，經(jīng)云端再呈現(xiàn)給同在該場景的其他用戶；而其他用戶也按照此流程，將自己的身體影像實時拍攝和摳圖，再和VR背景合成之后，經(jīng)云端傳輸給在線的其他用戶。

作為一種具體實施例，攝像頭303工作時，A用戶攝像頭的拍攝角度和高度，由B用戶在虛擬空間的方位決定，A用戶的攝像頭按照B用戶的移動幅度和方位做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動幅度，B用戶攝像頭的拍攝角度和高度，由A用戶在虛擬空間的方位決定，B用戶的VR頭顯中的陀螺儀將B用戶的動作方位、幅度傳輸給A用戶所在的攝像頭，控制攝像頭通過云臺同步做出對應(yīng)的方向上的轉(zhuǎn)動。例如，A用戶和B用戶同在一個虛擬的房間內(nèi)，A和B面對面對視，此時雙方所在的攝像頭均移動至A和B的正前方進行拍攝，并將影像經(jīng)摳圖后實時呈現(xiàn)給對方，若此時B圍繞A移動至A的左側(cè)，B所在的跑步機通過動作捕捉傳感器等裝置，將B的移動幅度和距離等參數(shù)傳輸給A所在的跑步機上的攝像頭，攝像頭按照B的移動幅度和方位做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動幅度，以模仿移動中的觀察角度，識別用戶的移動幅度和方位是萬向跑步機的現(xiàn)有成熟技術(shù)。如果B在觀看過程中抬頭，VR頭顯的陀螺儀將B的抬頭幅度傳輸給A所在的攝像頭，控制攝像頭同步做出對應(yīng)的向上垂直旋轉(zhuǎn)角度，同理，若A在觀看B的過程中向左扭頭，B所在的攝像頭也應(yīng)同步向左旋轉(zhuǎn)，模仿實際的觀察角度和場景。即：A和B在觀察視角，是根據(jù)各自的方位決定的，隨著A和B方位的實時移動，萬向跑步機101傳輸帶會實時做反向移動，攝像頭303也會根據(jù)各自的方位移動到模擬方位的拍攝視角，讓用戶在獲得和現(xiàn)實生活中一樣的走路和觀察體驗，并觀看到對方的真實身體影像，從而增加真實感和沉浸感。

作為一種具體實施例，系統(tǒng)預(yù)先將用戶的頭像進行3D建模，VR主機201通過軟件算法，將用戶頭戴顯示器的圖像過濾和模擬為不戴頭戴顯示器的面部圖形，讓A和B用戶看到的是各自接近真實的面部表情，而非是戴著VR顯示器的畫面，從而更加增強真實感。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而非對其限制；應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。