Всенаправленная дорожка для виртуальной реальности Российский патент 2022 года по МПК A63B21/00 A63B23/00 

Изобретение относится к системам моделирования движения человека в виртуальной реальности под игровые, спортивные, военные, исследовательские и туристические сценарии.

Игровая сфера в таких жанрах как: шутеры, ритм игры, ММО РПГ и прочее; спортивная сфера – беговые тренировки, футбол, лыжи, теннис, бокс и прочее; туристическая сфера – виртуальное посещение и прохождение реально существующих локаций: пляжей, музеев, достопримечательностей; военная сфера – симуляция и отработка боевых действий, созданная посредством виртуального мира; космос – симулятор лунной программы для отработки ситуаций, которые могут происходить в рамках данной программы; промышленность – симулятор и отработка действий при обучении работе на оборудовании или действий во внештатных ситуациях, при которых необходимо движение.

Известен многофункциональный спортивный тренажер, содержащий рабочее место пользователя, рамную конструкцию с силовыми опорными стойками, на которых закреплен персональный компьютер, установленный с возможностью перемещения по вертикали и отображения сформированного виртуального пространства с непрерывным преобразованием виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями руки, ноги, головы, туловища и глаз пользователя в реальном пространстве с учетом взаимодействия с объектами в виртуальном пространстве, отличающийся тем, что рабочее место пользователя выполнено в виде неподвижной платформы, на которой с возможностью углового поворота в обе стороны и изменения угла наклона смонтирована подвижная платформа с подвижными площадками для ног пользователя, установленными с возможностью перемещения по выполненным в верхнем торце подвижной платформы направляющим прорезям для обеспечения имитации на мониторе компьютера движения пользователя вперед-назад, вертикального подъема ног пользователя с возможностью отображения имитации на мониторе компьютера подъема пользователя по лестнице и отображения на мониторе компьютера движения пользователя по пересеченной местности при комбинации упомянутых перемещений пользователя (RU 109979 U1, A63B 21/00, 10.11.2011 г.).

Основным недостатком указанного технического решения является только прямолинейное движение пользователя вперед-назад, тем самым свободное перемещение в виртуальном мире ограничивается, также невозможны прыжки за счет жесткой фиксации пользователя на поверхности платформы. При этом в данном решении полностью отсутствует какая-либо система безопасности пользователя.

Известно устройство для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью, характеризующееся тем, что оно содержит плоскую круглую платформу с вогнутой поверхностью, в середине которой находится круглая ровная небольшого диаметра площадка, покрытая роликами, направленными и вращающимися только по направлению к центру, а на наклонной плоскости размещены узкие беговые дорожки, также вращающиеся по направлению к центру, одну телескопическую штангу, нижний конец которой прикреплен к обручу, вращающемуся вокруг платформы, а к верхнему концу прикреплен страховочный ремень, помогающий пользователю сохранять равновесие. Внутри платформы, под каждой узкой беговой дорожкой, внутри обруча, вращающегося вокруг платформы, и на верхнем конце телескопической штанги размещены датчики, подающие сигнал на принимающее устройство (например, ПК), которое с помощью них определяет направление и скорость перемещений пользователя, направление вращательных движений его тела и положение его тела по вертикали, по направлениям вверх и вниз (RU 2632758 С1, A63B 23/00, 09.10.2017).

Основным недостатком указанного технического решения является сложная система считывания движения пользователя посредством секционных узких пассивных дорожек: данное решение не только усложняет процесс снятия информации о движении пользователя, но также данный конструктив делает невозможным фиксировать движения назад пользователя. Также возникают практические случаи, когда ведущая нога попадает между узкими дорожками, тем самым движение пользователя не считывается в виртуальном пространстве, что ограничивает практическое применение данного изделия.

Кроме того, недостатками известных технических решений являются ограниченное движение пользователя: прыжки и приседания, что влияет на степень возможности взаимодействия и перемещения внутри виртуального мира.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание всенаправленной дорожки с отдельным комплексом визуализации виртуальной реальности (очки виртуальной реальности), свободное перемещение пользователя по которой может осуществляться, не ограничиваясь габаритами помещения, в котором установлена дорожка.

Техническим результатом заявленного изобретения является возможность моделирования процесса спортивных тренировок, симуляций боевых действий, научно-исследовательских процессов на всенаправленной дорожке за счет создания симуляций любой локации и события, обеспечивая при этом эффект полного погружения пользователя в виртуальный мир в условиях ограниченного пространства имеющегося помещения для проведения симуляций, где в процессе реализации виртуальной модели, пользователь может свободно выбирать направление движения, скорость своего движения, а также осуществлять прыжки и приседания

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что всенаправленная беговая дорожка для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью, характеризующаяся тем, что содержит систему всенаправленного перемещения, представляющую собой крестовину, на которой установлено основание подложки круглой формы, на котором установлена скользящая подложка из фторопласта, выполненная плоской формы или в виде чаши с возможностью перемещения пользователя на 360 градусов на ней, три вертикальные стальные стойки с дугами, закрепленные с крестовиной, каждая из которых содержит механизм вертикального положения, состоящий из направляющей, с одной стороны которой установлена каретка с возможностью вертикального перемещения, а с другой – противовес, связанные между собой алюминиевым тросом, проходящим через ролик, расположенный сверху направляющей, при этом механизм изменения вертикального положения закрыт гофрой, систему фиксации и поворота пользователя на дорожке в виде алюминиевого кольца опоры, состоящего из внешнего усилителя кольца с проушинами, в котором установлены два кольца с выемками для подшипников, обеспечивающих вращение, малого кольца, на котором закреплены карабины шнуровки для фиксирования пояса пользователя, большого кольца, которое примыкает к внешнему усилителю кольца, и закрывающей накладки, и установленного на упомянутых каретках посредством труб, закрепленных в упомянутых проушинах, и систему позиционирования, включающую датчики, один из которых выполнен с возможностью съемного крепления, по меньшей мере, к ноге пользователя, расположенной на подложке системы всенаправленной перемещения, а другие - с возможностью съемного крепления, по меньшей мере, к руке пользователя и к голове, причем механизм изменения вертикального положения выполнен с возможностью фиксации, подъема и опускания алюминиевого кольца опоры.

Кроме того, три вертикальные стойки содержат светодиодную подсветку.

Данная задача решается за счет того, что заявленное изобретение позволяет пользователю с использованием специальной обуви, осуществлять движение на месте, при этом сила трения ног с поверхностью дорожки уменьшается за счет специальной обуви и материала полотна на основе фторопласта, а также система позиционирования может быть построена на основе использования различных сенсоров и каналов обратной связи.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг. 1 - конструкция всенаправленной дорожки;

фиг. 2 - механизм вертикального изменения положения пользователя;

фиг. 3 - узел системы фиксации и поворота пользователя на дорожке;

фиг. 4 - принципиальная схема сборки всенаправленной дорожки;

фиг. 5 - расположение пользователя на всенаправленной дорожке.

Всенаправленная беговая дорожка для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью содержит систему всенаправленного перемещения, показанную на фиг. 1 и представляющую собой крестовину (1), на которой установлено круглой формы основание подложки (2) из покрашенного листа ДСП, на которую, в свою очередь, установлена скользкая подложка (3), выполненная из фторопласта. Скользкая подложка (3) выполнена плоской формы или в виде чаши с возможностью перемещения пользователя на 360 градусов на ней. Вокруг центральной конструкции крепятся три вертикальных стойки (4) из профильной стали, включающие в себя каретки для установки кольца опоры (5), выполненного из алюминия, на котором закреплены карабины шнуровки (6), необходимые для жесткого фиксирования пояса, который надет на пользователя.

Механизм изменения вертикального положения для подъема и опускания кольца опоры на вертикальных стойках закрывается гофрой (7), также для более интересного визуального оформления дорожки используется светодиодная подсветка (8), питающаяся от розетки в 220В.

Устройство вертикальных стоек показано на фиг. 2, которое выполняет 2 функции: фиксацию кольца опоры (5), посредством установки его на 3 независимые друг от друга каретки (9); плавное изменение вертикального положения кольца опоры.

В основе механизма изменения вертикального положения лежит блочная система: с одной стороны установлена каретка (9), а с другой – противовес (10), основой блока является направляющая (11), выполненная из профильной стали, сверху которой установлен ролик (12). Для удержания каретки (9) и противовеса (10) используется алюминиевый трос (13).

Важным элементом данной системы является правильная развесовка и балансировка противовеса: он должен иметь такую массу, чтобы при установке, т.е. полном сборе устройства, кольцо опоры (5) всегда находилось в покое и не двигалось на любой высоте – «система лифта», таким образом достигается минимальное сопротивление кольца опоры (5) на пользователя, оно не пытается его утянуть ни вверх, ни вниз. Данное свойство еще необходимо, чтобы при приседаниях или прыжках, пользователь не чувствовал никакой посторонней нагрузки, и симуляция была максимально правдоподобной.

Однако, например, для симуляции гравитации на Луне, возможно разбалансировать систему так, чтобы пользователь ощущал более плавный возврат на полотно после прыжка.

Механизм изменения вертикального положения закрывается гофрой (7), чтобы скрыть механизм от пользователя, чтобы предотвратить случайное повреждение и засорение механизма.

Устройство кольца опоры (5), на котором фиксируется пользователь всенаправленной дорожки показано на фиг. 3, которое фиксируется с помощью алюминиевых труб Ф30 (14), которые выполняют функцию направляющих и крепятся к вертикальным стойкам к кареткам (9) фиг. 2.

Само кольцо опоры (5) состоит из внешнего усилителя кольца (15) с проушинами, в котором есть 2 кольца с выемками для подшипников (20) для плавного вращения – большое кольцо (16), которое примыкает к усилителю кольца, и малое кольцо (17), к которому с помощью карабинов подключается и фиксируется пользователь через карабины (19).

Вся конструкция закрывается накладкой на обруч (18), выполненной из ПВХ.

Принципиальная схема сборки всенаправленной дорожки и этапы сборки изображены на фиг. 4:

1. Установить алюминиевые трубы (14) в проушины (21) кольца опоры (5);

2. Выставить на полу вертикально стойки (4);

3. Уложить в центре стоек крестовину (1);

4. По очереди установить каждую алюминиевую трубу (14) в гнездо каретки (9) каждой из стоек, при этом также поочередно установить тюбинги (22) крестовины (1);

5. Установить и затянуть болты в отверстия дуг стоек (4);

6. Установить основание подложки (2) и зафиксировать винтами (не показаны);

7. Установить скользящую подложку (3) на штифты (не показаны).

Всенаправленная беговая дорожка для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью работает следующим образом.

Как показано на фиг. 5, пользователь, находясь на полотне всенаправленной дорожки, надевает специальную обувь, уменьшающую трение (23) по полотну, а также сенсоры позиционирования внутри виртуального пространства (24); выбирает нужную симуляцию, используя функции интерфейса очков (25) виртуальной реальности и контроллеров (26) очков виртуальной реальности. Запустив симуляцию, пользователь свободно перемещается по виртуальному окружению, взаимодействуя с ним с помощью контроллеров (26) виртуальной реальности, симулирующие работу рук пользователя.

Движения пользователя обеспечивается жесткой фиксацией и упором на кольцо опоры (5), которое обеспечивает свободное вращение пользователя в пространстве, а также уменьшенной силы трения об полотно дорожки для поступательных движений пользователя в четырех направлениях: вперед и назад, приставной шаг влево и вправо. При приседаниях и прыжках, кольцо опоры двигается вместе с пользователем с помощью балансировочного механизма изменения вертикального положения вертикальной опоры (9, 10, 11, 12, 13).

Таким образом, происходит эффект полного погружения пользователя в виртуальный мир в условиях ограниченного пространства имеющегося помещения для проведения симуляций.

Изобретение относится к системам моделирования движения человека в виртуальной реальности под игровые, спортивные, военные, исследовательские и туристические сценарии. Всенаправленная беговая дорожка для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью содержит систему всенаправленного перемещения, три вертикальные стойки, систему фиксации и поворота пользователя и систему позиционирования. Система всенаправленного перемещения представляет собой крестовину, на которой установлено основание подложки круглой формы, на котором установлена скользкая подложка из фторопласта, выполненная плоской формы или в виде чаши с возможностью перемещения пользователя на 360 градусов по ней. Три вертикальные стальные стойки с дугами закреплены с крестовиной. Каждая из стоек содержит механизм изменения вертикального положения, состоящий из направляющей, с одной стороны которой установлена каретка с возможностью вертикального перемещения, а с другой – противовес, связанные между собой алюминиевым тросом, проходящим через ролик, расположенный сверху направляющей, при этом механизм вертикального положения закрыт гофрой. Система фиксации и поворота пользователя на дорожке выполнена в виде алюминиевого кольца опоры, состоящего из внешнего усилителя кольца с проушинами, в котором установлены два кольца с выемками для подшипников, обеспечивающих вращение, малого кольца на котором закреплены карабины шнуровки для фиксирования пояса пользователя, большого кольца, которое примыкает к внешнему усилителю кольца, и закрывающей накладки и установленного на упомянутых каретках посредством труб, закрепленных в упомянутых проушинах. Система позиционирования, включающая датчики, один из которых выполнен с возможностью съемного крепления по меньшей мере к ноге пользователя, расположенной на подложке системы всенаправленной перемещения, а другие - с возможностью съемного крепления по меньшей мере к руке пользователя и к голове. Механизм вертикального положения выполнен с возможностью фиксации, подъема и опускания алюминиевого кольца опоры. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Всенаправленная беговая дорожка для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью, характеризующаяся тем, что содержит систему всенаправленного перемещения, представляющую собой крестовину, на которой установлено основание подложки круглой формы, на котором установлена скользкая подложка из фторопласта, выполненная плоской формы или в виде чаши с возможностью перемещения пользователя на 360 градусов на ней, три вертикальные стальные стойки с дугами, закрепленные с крестовиной, каждая из которых содержит механизм вертикального положения, состоящий из направляющей, с одной стороны которой установлена каретка с возможностью вертикального перемещения, а с другой – противовес, связанные между собой алюминиевым тросом, проходящим через ролик, расположенный сверху направляющей, при этом механизм изменения вертикального положения закрыт гофрой, систему фиксации и поворота пользователя на дорожке в виде алюминиевого кольца опоры, состоящего из внешнего усилителя кольца с проушинами, в котором установлены два кольца с выемками для подшипников, обеспечивающих вращение, малого кольца, на котором закреплены карабины шнуровки для фиксирования пояса пользователя, большого кольца, которое примыкает к внешнему усилителю кольца, и закрывающей накладки, и установленного на упомянутых каретках посредством труб, закрепленных в упомянутых проушинах, и систему позиционирования, включающую датчики, один из которых выполнен с возможностью съемного крепления, по меньшей мере, к ноге пользователя, расположенной на подложке системы всенаправленной перемещения, а другие - с возможностью съемного крепления, по меньшей мере, к руке пользователя и к голове, причем механизм изменения вертикального положения выполнен с возможностью фиксации, подъема и опускания алюминиевого кольца опоры.

2. Всенаправленная беговая дорожка по п.1, характеризующаяся тем, что три вертикальные стойки содержат светодиодную подсветку.