本發(fā)明涉及游戲娛樂，尤其涉及一種動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置。

背景技術(shù)：

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和體感模擬裝置的發(fā)展和應(yīng)用，動(dòng)感平臺被廣泛的應(yīng)用于汽車駕駛模擬器、飛行模擬器、游戲體感模擬器等眾多領(lǐng)域。人對于運(yùn)動(dòng)的感知主要依靠前庭器官，動(dòng)感平臺通過坐標(biāo)變換，將真實(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換到人的前庭器官位置，通過洗出算法，在有限的工作空間內(nèi)盡量模擬真實(shí)的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到欺騙前庭器官的目的，讓人有身臨其境的感覺。然而，目前國內(nèi)外對于體感模擬系統(tǒng)的研究很多，對于體感模擬效果的評價(jià)方法研究的卻比較少。目前的主要方法是基于主觀評價(jià)的方式，以多個(gè)評審專家的主觀評價(jià)結(jié)果為依據(jù)，確定影響逼真度各個(gè)因素的權(quán)重值并建立評價(jià)矩陣，然后采用模糊運(yùn)算的加權(quán)平均模型計(jì)算出體感模擬系統(tǒng)的逼真度。該方法能夠簡單、有效的評估體感模擬效果的逼真度，但是由于本質(zhì)上是主觀評價(jià)、導(dǎo)致整個(gè)評價(jià)結(jié)果具有不確定性，不同的專家組得出的最終評價(jià)結(jié)果不能完全一致，因此建立準(zhǔn)確有效的體感模擬效果客觀評價(jià)方法，對于指導(dǎo)洗出算法參數(shù)調(diào)節(jié)，提升體感模擬效果將有巨大幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置，通過一系列算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終計(jì)算出動(dòng)感平臺的體感模擬逼真度。

本發(fā)明提供的一種動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置，由慣性傳感器(1)、通訊模塊發(fā)送端(2)、傳感器固定裝置(3)、計(jì)算機(jī)(4)、通訊模塊接收端(5)、動(dòng)感平臺(6)、模型人(7)以及存儲在計(jì)算機(jī)當(dāng)中的動(dòng)感平臺逼真度評估軟件組成。

所述的慣性傳感器(1)通過螺釘固定于傳感器固定裝置(3)上；

所述的傳感器固定裝置(3)通過繃帶固定在模型人(7)的前庭位置上；

所述的模型人(7)通過安全帶固定在動(dòng)感平臺(6)上；

所述的動(dòng)感平臺(6)是3個(gè)以上的自由度的并聯(lián)或串聯(lián)模擬平臺，可以提供座椅；

所述的慣性傳感器(1)通過串口與通訊模塊發(fā)送端(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；

所述的通訊模塊接收端(5)通過串口與計(jì)算機(jī)(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；所述的動(dòng)感平臺(6)與計(jì)算機(jī)(4)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

一種動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置通過以下步驟進(jìn)行動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估：

S1、準(zhǔn)備工作：將模型人通過安全帶固定于動(dòng)感平臺座椅，將慣性傳感器通過傳感器固定裝置固定于模型人頭部，并使慣性傳感器的坐標(biāo)系與動(dòng)感平臺的基坐標(biāo)系重合。體感模擬逼真度評估軟件與慣性傳感器以及動(dòng)感平臺之間建立通訊連接。

S2、數(shù)據(jù)采集：運(yùn)行動(dòng)感平臺，體感模擬逼真度評估軟件采集慣性傳感器檢測到的動(dòng)感平臺X、Y、Z三個(gè)方向的加速度和角速度數(shù)據(jù)及動(dòng)感平臺運(yùn)動(dòng)指令數(shù)據(jù)，對每一幀數(shù)據(jù)添加時(shí)間標(biāo)記并保存。

S3、數(shù)據(jù)預(yù)處理：對兩組數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)量大的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，以數(shù)據(jù)量小的一組數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)記為標(biāo)準(zhǔn)，對另一組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值得到對應(yīng)時(shí)間標(biāo)記上的值，確保兩組數(shù)據(jù)按時(shí)間標(biāo)記對齊。

S4、特征提取：對兩組數(shù)據(jù)分別繪制折線圖，以折線圖的波峰和波谷作為特征，提取所有波峰(波谷)特征。采用最大熵方法確定可以作為波峰(波谷)的閾值，以波峰(波谷)的峰值(谷值)、峰值時(shí)間作為特征的屬性。

S5、峰值匹配：采用基于時(shí)間最近鄰策略的峰值匹配算法，找到兩組數(shù)據(jù)峰值與峰值之間的一一對應(yīng)關(guān)系。

S6、逼真度計(jì)算：采用多因素權(quán)重綜合計(jì)算方法計(jì)算逼真度。

S6.1計(jì)算折線上的每一峰值對的逼真度：

對于每一對峰值對，逼真度計(jì)算公式為：

其中：

w_p為峰值影響權(quán)重系數(shù)；

w_t為時(shí)間影響權(quán)重系數(shù)；

p_i為原始數(shù)據(jù)折線圖峰值；

p_o為模擬數(shù)據(jù)折線圖峰值；

t_i為原始數(shù)據(jù)折線圖峰值時(shí)間；

t₀為模擬數(shù)據(jù)折線圖峰值時(shí)間；

s為一對峰值對逼真度；

S6.2根據(jù)峰值逼真度，計(jì)算折線逼真度：

對于每一對折線圖，逼真度計(jì)算公式為：

其中：

s_i為每一對峰值對的逼真度；

n為每一對折線圖匹配的峰值對數(shù)目；

S為每一對折線圖的逼真度，此處分別為S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz，分別代表X、Y、Z方向的加速度、角速度模擬逼真度；

S6.3根據(jù)加速度、角速度對逼真度的權(quán)重影響及其折線逼真度計(jì)算動(dòng)感平臺綜合評價(jià)逼真度：

動(dòng)感平臺綜合評價(jià)逼真度計(jì)算公式如下：

其中：

w_a為加速度對逼真度影響權(quán)重系數(shù)；

w_w為角速度對逼真度影響權(quán)重系數(shù)；

S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz分別為X、Y、Z方向的加速度、角速度模擬逼真度；

S_c為動(dòng)感平臺體感模擬效果綜合評價(jià)逼真；

一種動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置其有益效益在于，通過對比動(dòng)感模擬系統(tǒng)的輸入與輸出，對體感模擬效果進(jìn)行客觀評價(jià)，該裝置與動(dòng)感平臺的機(jī)械或模擬場景無關(guān)，應(yīng)用場景廣泛。該方法可以用來指導(dǎo)動(dòng)感平臺洗出算法的參數(shù)調(diào)節(jié)，提升體感模擬效果。

附圖說明

圖1是動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置

圖2是動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估方法原理圖

圖3是慣性傳感器

圖4是傳感器固定裝置

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

參照圖1所示，一種動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置，由慣性傳感器(1)、通訊模塊發(fā)送端(2)、傳感器固定裝置(3)、計(jì)算機(jī)(4)、通訊模塊接收端(5)、動(dòng)感平臺(6)、模型人(7)以及存儲在計(jì)算機(jī)當(dāng)中的動(dòng)感平臺逼真度評估軟件組成。

慣性傳感器(1)通過螺釘固定于傳感器固定裝置(3)上；

傳感器固定裝置(3)通過繃帶固定在模型人(7)的前庭位置上；

模型人(7)通過安全帶固定在動(dòng)感平臺(6)上；

慣性傳感器(1)通過串口與通訊模塊發(fā)送端(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，慣性傳感器(1)將采集到的動(dòng)感平臺的運(yùn)動(dòng)模擬數(shù)據(jù)傳輸給通訊模塊發(fā)送端(2)；

通訊模塊接收端(5)通過串口與計(jì)算機(jī)(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊模塊接收端(5)將接受到的通訊模塊發(fā)送端(2)發(fā)來的動(dòng)感平臺的運(yùn)動(dòng)模擬數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)(4)；

動(dòng)感平臺(6)與計(jì)算機(jī)(4)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，計(jì)算機(jī)(4) 將運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給動(dòng)感平臺。

參照圖2所示，一種動(dòng)感平臺體感模擬逼真度評估裝置通過采集慣性傳感器采集到的動(dòng)感平臺的運(yùn)動(dòng)模擬數(shù)據(jù)與來自動(dòng)感平臺游戲客戶端的運(yùn)動(dòng)指令數(shù)據(jù)，計(jì)算體感模擬逼真度。

參照圖3慣性傳感器的一側(cè)開有USB接口，慣性傳感器的坐標(biāo)系原點(diǎn)位于質(zhì)心位置，X軸和Y軸方向如圖所示，Z軸方向根據(jù)右手定則判定。

參照圖4傳感器固定裝置包括上繃帶、側(cè)繃帶、前端固定平臺三部分組成。通過側(cè)繃帶和上繃帶，將傳感器固定裝置固定于模型人頭部前庭位置。在前端固定平臺中心位置有兩個(gè)螺紋孔，用以固定慣性傳感器。

具體實(shí)施方式如下：

S1、準(zhǔn)備工作

S1.1設(shè)備連接，參照圖1：

將模型人(7)通過安全帶固定于動(dòng)感平臺座椅；

將慣性傳感器固定裝置(3)固定于模型人頭部；

將慣性傳感器(1)通過螺釘固定于傳感器固定裝置(3)頂部，并使慣性傳感器的坐標(biāo)系與動(dòng)感平臺的基坐標(biāo)系重合。

S1.2建立通訊連接：

啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、打開慣性傳感器(1)；

運(yùn)行逼真度評估軟件，軟件開啟接收數(shù)據(jù)任務(wù)，等待數(shù)據(jù)接收；

通過通訊模塊發(fā)送端(2)與接收端(5)建立慣性傳感器與計(jì)算機(jī)之間的藍(lán)牙通訊連接。

S2、數(shù)據(jù)采集

S2.1運(yùn)行動(dòng)感平臺，慣性傳感器實(shí)時(shí)采集動(dòng)感平臺X、Y、Z三個(gè)方向的加速度和角速度，并將采集到的數(shù)據(jù)通過通訊模塊發(fā)送給運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的體感模擬逼真度評估軟件；

S2.2同時(shí)，將動(dòng)感平臺的X、Y、Z三個(gè)方向的加速度、角速度原始運(yùn)動(dòng)指令通過wifi發(fā)送給體感模擬逼真度評估軟件；

S2.3體感模擬逼真度評估軟件對接收到的每一幀數(shù)據(jù)添加接收時(shí)間標(biāo)記并記錄。

S3、數(shù)據(jù)預(yù)處理：對兩組數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)量大的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，方法是依照另外一組數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)記，對本組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值得到對應(yīng)時(shí)間標(biāo)記上的值，保證兩組數(shù)據(jù)能夠按時(shí)間標(biāo)記對齊。

S4、特征提取：

S4.1繪制兩組數(shù)據(jù)的折線圖；

S4.2采用最大熵方法確定可以作為波峰(波谷)的閾值，以折線圖的波峰和波谷作為特征；

S4.3以波峰(波谷)的峰值(谷值)、峰值時(shí)間作為特征的屬性，提取所有波峰(波谷)特征。

S5、峰值匹配：采用基于時(shí)間最近鄰策略，通過峰值匹配算法，找到峰值與峰值之間的一一對應(yīng)關(guān)系。

S6、逼真度計(jì)算：采用多因素權(quán)重綜合計(jì)算方法計(jì)算逼真度。

S6.1計(jì)算折線上的每一峰值對的逼真度：

對于每一對峰值對，逼真度計(jì)算公式為：

其中：

w_p為峰值影響權(quán)重系數(shù)；

w_t為時(shí)間影響權(quán)重系數(shù)；

p_i為原始數(shù)據(jù)折線圖峰值；

p_o為模擬數(shù)據(jù)折線圖峰值；

t_i為原始數(shù)據(jù)折線圖峰值時(shí)間；

t₀為模擬數(shù)據(jù)折線圖峰值時(shí)間；

s為一對峰值對逼真度；

S6.2根據(jù)峰值逼真度，計(jì)算折線逼真度：

對于每一對折線圖，逼真度計(jì)算公式為：

其中：

s_i為每一對峰值對的逼真度；

n為每一對折線圖匹配的峰值對數(shù)目；

S為每一對折線圖的逼真度，此處分別為S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz，分別代表X、Y、Z方向的加速度、角速度模擬逼真度；

S6.3根據(jù)加速度、角速度對逼真度的權(quán)重影響及其折線逼真度計(jì)算動(dòng)感平臺綜合評價(jià)逼真度：

動(dòng)感平臺綜合評價(jià)逼真度計(jì)算公式如下：

其中：

w_a為加速度對逼真度影響權(quán)重系數(shù)；

w_w為角速度對逼真度影響權(quán)重系數(shù)；

S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz分別為X、Y、Z方向的加速度、角速度模擬逼真度；

S_c為動(dòng)感平臺體感模擬效果綜合評價(jià)逼真度。