本發(fā)明涉及游戲娛樂(lè)，尤其涉及一種動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)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(tái)被廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)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(duì)于運(yùn)動(dòng)的感知主要依靠前庭器官，動(dòng)感平臺(tái)通過(guò)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(guò)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(jué)。然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于體感模擬系統(tǒng)的研究很多，對(duì)于體感模擬效果的評(píng)價(jià)方法研究的卻比較少。目前的主要方法是基于主觀評(píng)價(jià)的方式，以多個(gè)評(píng)審專(zhuān)家的主觀評(píng)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(píng)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(jiǎn)單、有效的評(píng)估體感模擬效果的逼真度，但是由于本質(zhì)上是主觀評(píng)價(jià)、導(dǎo)致整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果具有不確定性，不同的專(zhuān)家組得出的最終評(píng)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(píng)價(jià)方法，對(duì)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(tái)體感模擬逼真度評(píng)估裝置，通過(guò)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(tái)的體感模擬逼真度。

本發(fā)明提供的一種動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)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(tái)(6)、模型人(7)以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中的動(dòng)感平臺(tái)逼真度評(píng)估軟件組成。

所述的慣性傳感器(1)通過(guò)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(guò)繃帶固定在模型人(7)的前庭位置上；

所述的模型人(7)通過(guò)安全帶固定在動(dòng)感平臺(tái)(6)上；

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

所述的慣性傳感器(1)通過(guò)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(guò)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(tái)(6)與計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

一種動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)估裝置通過(guò)以下步驟進(jìn)行動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)估：

S1、準(zhǔn)備工作：將模型人通過(guò)安全帶固定于動(dòng)感平臺(tái)座椅，將慣性傳感器通過(guò)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(tái)的基坐標(biāo)系重合。體感模擬逼真度評(píng)估軟件與慣性傳感器以及動(dòng)感平臺(tái)之間建立通訊連接。

S2、數(shù)據(jù)采集：運(yùn)行動(dòng)感平臺(tái)，體感模擬逼真度評(píng)估軟件采集慣性傳感器檢測(cè)到的動(dòng)感平臺(tái)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(tái)運(yùn)動(dòng)指令數(shù)據(jù)，對(duì)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(duì)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(duì)另一組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值得到對(duì)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(duì)齊。

S4、特征提取：對(duì)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(duì)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(duì)的逼真度：

對(duì)于每一對(duì)峰值對(duì)，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(duì)峰值對(duì)逼真度；

S6.2根據(jù)峰值逼真度，計(jì)算折線逼真度：

對(duì)于每一對(duì)折線圖，逼真度計(jì)算公式為：

其中：

s_i為每一對(duì)峰值對(duì)的逼真度；

n為每一對(duì)折線圖匹配的峰值對(duì)數(shù)目；

S為每一對(duì)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(duì)逼真度的權(quán)重影響及其折線逼真度計(jì)算動(dòng)感平臺(tái)綜合評(píng)價(jià)逼真度：

動(dòng)感平臺(tái)綜合評(píng)價(jià)逼真度計(jì)算公式如下：

其中：

w_a為加速度對(duì)逼真度影響權(quán)重系數(shù)；

w_w為角速度對(duì)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(tái)體感模擬效果綜合評(píng)價(jià)逼真；

一種動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)估裝置其有益效益在于，通過(guò)對(duì)比動(dòng)感模擬系統(tǒng)的輸入與輸出，對(duì)體感模擬效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，該裝置與動(dòng)感平臺(tái)的機(jī)械或模擬場(chǎng)景無(wú)關(guān)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。該方法可以用來(lái)指導(dǎo)動(dòng)感平臺(tái)洗出算法的參數(shù)調(diào)節(jié)，提升體感模擬效果。

附圖說(shuō)明

圖1是動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)估裝置

圖2是動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

參照?qǐng)D1所示，一種動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)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(tái)(6)、模型人(7)以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中的動(dòng)感平臺(tái)逼真度評(píng)估軟件組成。

慣性傳感器(1)通過(guò)螺釘固定于傳感器固定裝置(3)上；

傳感器固定裝置(3)通過(guò)繃帶固定在模型人(7)的前庭位置上；

模型人(7)通過(guò)安全帶固定在動(dòng)感平臺(tái)(6)上；

慣性傳感器(1)通過(guò)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(tái)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(guò)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(lái)的動(dòng)感平臺(tái)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(tái)(6)與計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)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(tái)。

參照?qǐng)D2所示，一種動(dòng)感平臺(tái)體感模擬逼真度評(píng)估裝置通過(guò)采集慣性傳感器采集到的動(dòng)感平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模擬數(shù)據(jù)與來(lái)自動(dòng)感平臺(tái)游戲客戶(hù)端的運(yùn)動(dòng)指令數(shù)據(jù)，計(jì)算體感模擬逼真度。

參照?qǐng)D3慣性傳感器的一側(cè)開(kāi)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?qǐng)D4傳感器固定裝置包括上繃帶、側(cè)繃帶、前端固定平臺(tái)三部分組成。通過(guò)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(tái)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?qǐng)D1：

將模型人(7)通過(guò)安全帶固定于動(dòng)感平臺(tái)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(guò)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(tái)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(kāi)慣性傳感器(1)；

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

通過(guò)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(tái)，慣性傳感器實(shí)時(shí)采集動(dòng)感平臺(tái)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(guò)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(píng)估軟件；

S2.2同時(shí)，將動(dòng)感平臺(tái)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(guò)wifi發(fā)送給體感模擬逼真度評(píng)估軟件；

S2.3體感模擬逼真度評(píng)估軟件對(duì)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(duì)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(duì)本組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值得到對(duì)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(duì)齊。

S4、特征提?。?/p>

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(guò)峰值匹配算法，找到峰值與峰值之間的一一對(duì)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(duì)的逼真度：

對(duì)于每一對(duì)峰值對(duì)，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(duì)峰值對(duì)逼真度；

S6.2根據(jù)峰值逼真度，計(jì)算折線逼真度：

對(duì)于每一對(duì)折線圖，逼真度計(jì)算公式為：

其中：

s_i為每一對(duì)峰值對(duì)的逼真度；

n為每一對(duì)折線圖匹配的峰值對(duì)數(shù)目；

S為每一對(duì)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(duì)逼真度的權(quán)重影響及其折線逼真度計(jì)算動(dòng)感平臺(tái)綜合評(píng)價(jià)逼真度：

動(dòng)感平臺(tái)綜合評(píng)價(jià)逼真度計(jì)算公式如下：

其中：

w_a為加速度對(duì)逼真度影響權(quán)重系數(shù)；

w_w為角速度對(duì)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(tái)體感模擬效果綜合評(píng)價(jià)逼真度。