本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（簡稱VR）起源于20世紀(jì)60年代，是指借助計算機系統(tǒng)及傳感器技術(shù)生成三維環(huán)境，創(chuàng)造出一種嶄新的人機交互方式，通過調(diào)動用戶各種感官（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等）來享受更加真實的、身臨其境的體驗。隨著硬件性能的提升和成本的大幅度降低，近年來，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品獲得了廣泛發(fā)展。

在短短的兩三年間，VR成為科技圈中最為熱門的詞匯之一。虛擬現(xiàn)實是一個技術(shù)密集型行業(yè)，可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)體系分為感知、建模、呈現(xiàn)和交互四個方面。2016年被稱為虛擬現(xiàn)實（簡稱“VR”）元年，這一年，虛擬現(xiàn)實行業(yè)政策利好不斷，就大眾了解什么是虛擬現(xiàn)實來說，2016年將會是重要的一年。此次文化部下發(fā)的《文化部關(guān)于推動文化娛樂行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的意見》已經(jīng)不是第一次國家推動VR產(chǎn)業(yè)的相關(guān)政策法規(guī)?？v觀整個2016年，早在兩會期間，“十三五規(guī)劃”綱要中就把VR產(chǎn)業(yè)視為新興前沿創(chuàng)新的六大領(lǐng)域而大力推進。隨后，四月份，工信部電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》，呼吁國家盡快啟動虛擬現(xiàn)實研究，建立標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范行業(yè)發(fā)展?！短摂M現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》的發(fā)布，體現(xiàn)出國家對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重視，同時也預(yù)示這行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)進程加快，這將助力虛擬現(xiàn)實技術(shù)提高，并推動行業(yè)規(guī)范迅速發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)憑借其“人機交互性”以及近乎現(xiàn)實的“沉浸感”，出現(xiàn)之后迅速引爆了市場，甚至出現(xiàn)了“VR/AR+”的熱潮，然而“虛擬現(xiàn)實+”遠沒有想象的美好。

目前，國內(nèi)已經(jīng)在多個領(lǐng)域應(yīng)用了VR技術(shù)，大體在觀影、房地產(chǎn)虛擬環(huán)境展示、旅游及游戲娛樂等行業(yè)都有較為成熟的應(yīng)用。在目前的虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中，通過計算機產(chǎn)生一種人為的虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境是通過計算機圖形構(gòu)成的三度空間，然而，通過多種傳感設(shè)備使參與者“投入”到該虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)參與者與虛擬環(huán)境直接進行自然交互，從而使得參與者在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。然而，在虛擬環(huán)境中，參與者與現(xiàn)實環(huán)境幾乎隔離，一方面，對參與者帶來一定安全上的隱患；另一方面，參與者的體驗效果有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器，包括：底座、底部旋轉(zhuǎn)座、外環(huán)、內(nèi)環(huán)、座椅和控制器；

所述底座固定于水平地面上；

所述底部旋轉(zhuǎn)座可轉(zhuǎn)動安裝于所述底座的上面，所述底部旋轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)動軸連接有底部旋轉(zhuǎn)電機，所述底部旋轉(zhuǎn)電機用于驅(qū)動所述底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動；

所述外環(huán)設(shè)置于所述底部旋轉(zhuǎn)座的上方，在所述外環(huán)和所述底部旋轉(zhuǎn)座之間分布安裝有n個液壓桿，n為自然數(shù)；每個所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座鉸接，每個所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)鉸接；每個所述液壓桿連接有一臺液壓泵；通過各個所述液壓泵，驅(qū)動各個所述液壓桿進行伸縮動作，進而控制所述外環(huán)在X向的傾斜角度和/或在Y向的水平移動；此外，所述外環(huán)連接有外環(huán)驅(qū)動電機，用于驅(qū)動所述外環(huán)在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；

所述內(nèi)環(huán)可轉(zhuǎn)動套設(shè)于所述外環(huán)的內(nèi)部，所述內(nèi)環(huán)連接有內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機，用于驅(qū)動所述內(nèi)環(huán)在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；

所述座椅固定安裝于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；

所述控制器分別與所述底部旋轉(zhuǎn)電機、所述液壓泵、所述外環(huán)驅(qū)動電機和所述內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機連接；其中，X軸和Y軸形成水平面，Z軸為垂直于水平面的軸。

優(yōu)選的，所述底座通過膨脹螺栓固定于水平地面上；所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)之間還安裝有內(nèi)環(huán)鎖死機構(gòu)；所述內(nèi)環(huán)鎖死機構(gòu)用于使所述內(nèi)環(huán)與所述外環(huán)固定形成整體，禁止所述內(nèi)環(huán)相對于所述外環(huán)旋轉(zhuǎn)；所述外環(huán)還安裝有外環(huán)鎖死機構(gòu)，所述外環(huán)鎖死機構(gòu)用于限制所述外環(huán)旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，每個所述液壓桿的底端與所述底部旋轉(zhuǎn)座通過底部萬向軸鉸接；每個所述液壓桿的頂端與所述外環(huán)通過頂部萬向軸鉸接。

優(yōu)選的，所述液壓桿的設(shè)置數(shù)量為4個，包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿。

優(yōu)選的，所述座椅配置有操作面板及踏板，所述座椅可伸開成直立模式；所述座椅采用7點固定方式固定于所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；所述操作面板通過可伸縮的延長桿固定于所述座椅上；當(dāng)不需要所述操作面板時，縮短所述延長桿，使所述操作面板緊貼所述座椅的椅面。

優(yōu)選的，所述座椅還安裝有腿部傳感器和手部傳感器；所述腿部傳感器和所述手部傳感器均連接到所述操作面板的輸入端；所述操作面板的輸出端與所述控制器連接。

優(yōu)選的，所述腿部傳感器包括腳底位移傳感器、雙腿外側(cè)傳感器和雙腿內(nèi)側(cè)傳感器。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器的模擬方法，包括以下步驟：

步驟1，操作面板通過腿部傳感器和手部傳感器實時采集到參與者腿部姿態(tài)信息以及手部姿態(tài)信息；

步驟2，操作面板根據(jù)預(yù)存儲的腿部姿態(tài)信息、手部姿態(tài)信息與虛擬操控指令的對應(yīng)關(guān)系，獲取到對應(yīng)的虛擬操控指令；或者，操作面板直接接收參與者輸入的對虛擬環(huán)境的虛擬操控指令；

步驟3，操作面板根據(jù)步驟2得到的所述虛擬操控指令，一方面，對虛擬環(huán)境進行控制；另一方面，對現(xiàn)實環(huán)境進行控制，即：對底部旋轉(zhuǎn)電機、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動電機和/或內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機進行控制，從而控制座椅的姿態(tài)，最終實現(xiàn)對參與者自身姿態(tài)的控制。

優(yōu)選的，步驟3中，控制器對底部旋轉(zhuǎn)電機、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動電機和/或內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機進行控制，具體包括：

控制器控制底部旋轉(zhuǎn)電機動作，底部旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動，從而帶動座椅在X-Y平面中轉(zhuǎn)動；

和/或

控制器控制液壓泵動作；其中，所述液壓泵包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿；（1）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿同步等長伸長時，驅(qū)動外環(huán)進行上升動作，進而帶動座椅沿Z軸上升；（2）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿同步等長縮短時，驅(qū)動外環(huán)進行下降動作，進而帶動座椅沿Z軸下降；（3）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和右前液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度，同時，控制左后液壓桿和右后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)沿Y軸向前水平移動，進而帶動座椅沿Y軸向前水平移動；（4）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和右前液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度，同時，控制左后液壓桿和右后液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)沿Y軸向后水平移動，進而帶動座椅沿Y軸向后水平移動；（5）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和左后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度，同時，控制右前液壓桿和右后液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)向左傾斜預(yù)設(shè)角度，進而帶動座椅向左傾斜預(yù)設(shè)角度；（6）當(dāng)所述控制器控制左前液壓桿和左后液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度，同時，控制右前液壓桿和右后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)向右傾斜預(yù)設(shè)角度，進而帶動座椅向右傾斜預(yù)設(shè)角度；

和/或

控制器控制外環(huán)驅(qū)動電機動作，外環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動外環(huán)在在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動座椅在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；

和/或

控制器控制內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機動作，內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動內(nèi)環(huán)在在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動座椅在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提供一種多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，可最大范圍的實現(xiàn)參與者操控自身，并通過模擬器的運動軌跡，來獲得現(xiàn)實環(huán)境中最佳的自身感知，既具有較強的實用性和安全性，也明顯提高了參與者的真實體驗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器的主視圖；

圖2為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器的俯視圖；

圖3為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器的側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器在第1驅(qū)動作用下的動作示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器在第2驅(qū)動作用下的動作示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器在第3驅(qū)動作用下的動作示意圖；

圖7為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器在第4驅(qū)動作用下的動作示意圖；

圖8為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器在第5驅(qū)動作用下的動作示意圖；

圖9為本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器在第6驅(qū)動作用下的動作示意圖；

其中：1-底座；2-底部旋轉(zhuǎn)座；3-外環(huán)；4-內(nèi)環(huán)；5-座椅；6-左前液壓桿；7-右前液壓桿；8-左后液壓桿；9-右后液壓桿；10-萬向軸；11-操作面板；12-延長桿；13-底部旋轉(zhuǎn)電機；14-外環(huán)驅(qū)動電機。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

針對VR體驗者在虛擬環(huán)境中，與現(xiàn)實環(huán)境完全隔離，參與者無法完美操控自身的技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，配合相應(yīng)的虛擬環(huán)境資源，可最大范圍的實現(xiàn)參與者操控自身，并通過模擬器的運動軌跡，來獲得現(xiàn)實環(huán)境中最佳的自身感知，既具有較強的實用性和安全性，也明顯提高了參與者的真實體驗。

參考圖1-圖3，分別為多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器的主視圖、俯視圖和側(cè)視圖，多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器包括：底座、底部旋轉(zhuǎn)座、外環(huán)、內(nèi)環(huán)、座椅和控制器。下面對各部件詳細介紹：

（一）底座

底座固定于水平地面上；例如，底座通過膨脹螺栓固定于水平地面上。底座直徑2400*400mm，金屬結(jié)構(gòu)。底座內(nèi)部安裝供電模塊和控制器。

（二）底部旋轉(zhuǎn)座

底部旋轉(zhuǎn)座可轉(zhuǎn)動安裝于底座的上面，底部旋轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)動軸連接有底部旋轉(zhuǎn)電機，底部旋轉(zhuǎn)電機用于驅(qū)動底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動；底部旋轉(zhuǎn)座的直徑2400*200mm，金屬結(jié)構(gòu)。如圖5所示，為底部旋轉(zhuǎn)電機動作時，驅(qū)動底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動的示意圖。

（三）外環(huán)

外環(huán)設(shè)置于底部旋轉(zhuǎn)座的上方，在外環(huán)和底部旋轉(zhuǎn)座之間分布安裝有n個液壓桿，n為自然數(shù)；每個液壓桿的底端與底部旋轉(zhuǎn)座鉸接，每個液壓桿的頂端與外環(huán)鉸接；每個液壓桿連接有一臺液壓泵；通過各個液壓泵，驅(qū)動各個液壓桿進行伸縮動作，進而控制外環(huán)在X向的傾斜角度和/或在Y向的水平移動。

實際應(yīng)用中，每個液壓桿的底端與底部旋轉(zhuǎn)座通過底部萬向軸鉸接；每個液壓桿的頂端與外環(huán)通過頂部萬向軸鉸接。液壓桿的直徑100mm，伸縮范圍700mm至1300mm，液壓桿的設(shè)置數(shù)量優(yōu)選為4個，包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿。因此，底部萬向軸的數(shù)量為4個，位于底部旋轉(zhuǎn)座四角，方向朝上，用于連接液壓桿。頂部萬向軸的數(shù)量為4個，用于連接外環(huán)和液壓桿，可以傾斜15°。

外環(huán)可采用直徑1700mm、厚度50mm、寬度200mm的圓形管。

此外，外環(huán)連接有外環(huán)驅(qū)動電機，用于驅(qū)動外環(huán)在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；如圖4所示，即為外環(huán)驅(qū)動電機動作時，帶動外環(huán)在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的示意圖。外環(huán)還安裝有外環(huán)鎖死機構(gòu)，外環(huán)鎖死機構(gòu)用于限制外環(huán)旋轉(zhuǎn)。

（四）內(nèi)環(huán)

內(nèi)環(huán)可轉(zhuǎn)動套設(shè)于外環(huán)的內(nèi)部，內(nèi)環(huán)可采用直徑1500mm、厚度50mm、寬度200mm的圓形管。內(nèi)環(huán)連接有內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機，用于驅(qū)動內(nèi)環(huán)在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；如圖6所示，為內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機動作時，帶動座椅在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的示意圖。外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間還安裝有內(nèi)環(huán)鎖死機構(gòu)；內(nèi)環(huán)鎖死機構(gòu)用于使內(nèi)環(huán)與外環(huán)固定形成整體，禁止內(nèi)環(huán)相對于外環(huán)旋轉(zhuǎn)。

（五）座椅

座椅固定安裝于內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；座椅配置有操作面板及踏板，座椅可伸開成直立模式；座椅采用7點固定方式固定于內(nèi)環(huán)的內(nèi)部；操作面板通過可伸縮的延長桿固定于座椅上；當(dāng)不需要操作面板時，縮短延長桿，使操作面板緊貼座椅的椅面，當(dāng)不需要使用操作面板時，不會對操作者造成不利影響。操作面板可選用帶觸摸功能的平板電腦等實現(xiàn)。

座椅還安裝有腿部傳感器和手部傳感器；腿部傳感器包括腳底位移傳感器、雙腿外側(cè)傳感器和雙腿內(nèi)側(cè)傳感器，用于感應(yīng)腿部不同方向位移，腿部傳感器可通過無線藍牙信號反饋給操作面板。通過腿部可觸發(fā)前進、后退、轉(zhuǎn)身、躲閃、蹲下、跳起、趴下等指令。

手部傳感器：座椅預(yù)留手部傳感器接口，實現(xiàn)手部復(fù)雜動作采集。加裝操控面板，可同步操作，通過手部模擬駕駛、射擊、擊打等指令。

腿部傳感器和手部傳感器均連接到操作面板的輸入端；操作面板的輸出端與控制器連接。

（六）控制器

控制器分別與底部旋轉(zhuǎn)電機、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動電機和內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機連接；其中，X軸和Y軸形成水平面，Z軸為垂直于水平面的軸。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器的模擬方法，包括以下步驟：

步驟1，操作面板通過腿部傳感器和手部傳感器實時采集到參與者腿部姿態(tài)信息以及手部姿態(tài)信息；

步驟2，操作面板根據(jù)預(yù)存儲的腿部姿態(tài)信息、手部姿態(tài)信息與虛擬操控指令的對應(yīng)關(guān)系，獲取到對應(yīng)的虛擬操控指令；或者，操作面板直接接收參與者輸入的對虛擬環(huán)境的虛擬操控指令；

步驟3，操作面板根據(jù)步驟2得到的虛擬操控指令，一方面，對虛擬環(huán)境進行控制；另一方面，對現(xiàn)實環(huán)境進行控制，即：對底部旋轉(zhuǎn)電機、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動電機和/或內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機進行控制，從而控制座椅的姿態(tài)，最終實現(xiàn)對參與者自身姿態(tài)的控制。

本步驟中，控制器對底部旋轉(zhuǎn)電機、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動電機和/或內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機進行控制，具體包括：

控制器控制底部旋轉(zhuǎn)電機動作，底部旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動底部旋轉(zhuǎn)座在X-Y平面中轉(zhuǎn)動，從而帶動座椅在X-Y平面中轉(zhuǎn)動；

和/或

控制器控制液壓泵動作；其中，液壓泵包括：左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿；（1）當(dāng)控制器控制左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿同步等長伸長時，驅(qū)動外環(huán)進行上升動作，進而帶動座椅沿Z軸上升；（2）當(dāng)控制器控制左前液壓桿、右前液壓桿、左后液壓桿和右后液壓桿同步等長縮短時，驅(qū)動外環(huán)進行下降動作，進而帶動座椅沿Z軸下降；參考圖8，為帶動座椅沿Z軸進行升降的示意圖；（3）當(dāng)控制器控制左前液壓桿和右前液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度，同時，控制左后液壓桿和右后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)沿Y軸向前水平移動，進而帶動座椅沿Y軸向前水平移動；（4）當(dāng)控制器控制左前液壓桿和右前液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度，同時，控制左后液壓桿和右后液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)沿Y軸向后水平移動，進而帶動座椅沿Y軸向后水平移動；參考圖7，為帶動座椅沿Y軸進行前后水平移動的示意圖；（5）當(dāng)控制器控制左前液壓桿和左后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度，同時，控制右前液壓桿和右后液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)向左傾斜預(yù)設(shè)角度，進而帶動座椅向左傾斜預(yù)設(shè)角度；（6）當(dāng)控制器控制左前液壓桿和左后液壓桿同步伸長預(yù)設(shè)長度，同時，控制右前液壓桿和右后液壓桿同步縮短預(yù)設(shè)長度時，驅(qū)動外環(huán)向右傾斜預(yù)設(shè)角度，進而帶動座椅向右傾斜預(yù)設(shè)角度；參考圖9，為帶動座椅進行左右傾斜的示意圖；

和/或

控制器控制外環(huán)驅(qū)動電機動作，外環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動外環(huán)在在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動座椅在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；如圖4所示，即為外環(huán)驅(qū)動電機動作時，帶動外環(huán)在Y-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的示意圖。

和/或

控制器控制內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機動作，內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動內(nèi)環(huán)在在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動座椅在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。如圖6所示，為內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機動作時，帶動座椅在X-Z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的示意圖。

需要強調(diào)的是，對于本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器，在同一時刻，控制器可對底部旋轉(zhuǎn)電機、液壓泵、外環(huán)驅(qū)動電機和內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機中的任意一個、任意兩個、任意三個或任意四個同時進行控制，從而實現(xiàn)不同位移和旋轉(zhuǎn)組合，模擬各種不同的應(yīng)用場景，例如，游樂場、飛行、汽車駕駛、射擊、搏擊、沖浪、蹦極等各種場景。

本發(fā)明提供的多功能VR人機交互及外部環(huán)境的模擬器以及模擬方法，可應(yīng)用于各種虛擬現(xiàn)實技術(shù)場景中，下面列舉幾個具體的應(yīng)用場景：

（1）大型游樂場

由于本發(fā)明可實現(xiàn)多方向360度旋轉(zhuǎn)及多方位移動，因此，在設(shè)計虛擬游戲時，可自由的設(shè)計出各種游樂場設(shè)備及模擬場景，通過軟件設(shè)計的SDK接口（軟件開發(fā)工具包Software Development Kit）實現(xiàn)同步多方位旋轉(zhuǎn)及移動，給參與者帶來最為真實的模擬效果。

（2）賽車類游戲（車手模擬駕駛訓(xùn)練）

配合專用的駕駛模擬裝置，結(jié)合本發(fā)明的運動軌跡，設(shè)計出各種賽車虛擬環(huán)境，比如，當(dāng)玩家在游戲場景中，通過模擬方向盤進行轉(zhuǎn)向動作，通過腳部觸點模擬踩油門、剎車等動作，傳輸?shù)讲僮髅姘?，操作面板一方面對玩家在虛擬場景中實施控制。另一方面通過SDK接口，對模擬器進行前傾、側(cè)身、顛簸等效果模擬，給玩家?guī)碚鎸嵉捏w驗效果，而且，本發(fā)明支持分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)多人賽車競技比拼。

（3）飛行類游戲（飛行員模擬駕駛訓(xùn)練、宇航員模擬訓(xùn)練）

配合專用的駕駛模擬裝置，根據(jù)飛行駕駛的多方位，多角度側(cè)身、旋轉(zhuǎn)的特點，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計出各種飛行駕駛及空戰(zhàn)類場景，通過SDK接口，實現(xiàn)同步效果，并能讓參與者自由駕駛和實現(xiàn)團體作戰(zhàn)效果。注明，由于自由駕駛的空戰(zhàn)類游戲有很高的設(shè)計難度，此類SDK接口邏輯，將由專業(yè)的飛機專家參與設(shè)計。另外，通過本發(fā)明的外環(huán)裝置，將玩家的肢體模擬呈水平狀，同步實現(xiàn)左右側(cè)身、轉(zhuǎn)向等肢體形態(tài)，來模擬出滑翔類游戲。

（4）射擊及搏擊類游戲

通過腳步動作傳感器來讓玩家在游戲中進行前進、后退、轉(zhuǎn)向、下蹲及趴下甚至翻滾等復(fù)雜動作，配合模擬電子槍及動作捕捉系統(tǒng)，來實現(xiàn)玩家的自由轉(zhuǎn)向和射擊動作，控制器同步模擬玩家的肢體形態(tài)，讓玩家不用進行大范圍位移和大運作量動作，就能完美操作游戲過程。

在搏擊類游戲設(shè)計中，事先通過運動軌跡分析及肢體形態(tài)分析系統(tǒng)，給玩家設(shè)定一些搏擊類動作，通過觸發(fā)式指令，控制玩家在游戲中的動作，同步通過外部模擬器配合完成現(xiàn)實中的肢體形態(tài)，并通過本發(fā)明的前后、側(cè)方向移動及翻轉(zhuǎn)的功能，模擬出作用力和反作用力，實現(xiàn)真實的搏擊效果。

（5）沖浪

在玩家進入游戲后，設(shè)備模擬器自動旋轉(zhuǎn)180度，模擬出玩家的側(cè)身前進形態(tài)，其余操控部分同上。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前剛剛進入快速發(fā)展的階段，隨著技術(shù)的不斷進步，各種現(xiàn)實環(huán)境中的應(yīng)用場景都會逐漸在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)，我們也會通過不斷的技術(shù)研發(fā)革新、改進和升級，逐步完善本項發(fā)明，也會不斷的研發(fā)出更為方便、真實的人機交互式模擬系統(tǒng)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。