自行車運動虛擬環(huán)境的研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人機交互技術(shù)，使得體育運動可以在計算機上開展?；谶@類技術(shù)的自行車運動互動系統(tǒng)，可以將自行車運動從室外搬到室內(nèi)，并將其過程用計算機來模擬，其應用范圍包括：訓練、醫(yī)療、娛樂等。近年來，國內(nèi)外有很多大學開展了對自行車模擬器的研究。本文研究的用于自行車運動的虛擬環(huán)境和設(shè)備，著重對其中的力反饋，動力學模擬，與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合等問題進行了探討，分析了對系統(tǒng)性能有關(guān)的指標，提出了一些解決的方案。研究工作大體如下：
　　 從自

2、行車運動環(huán)境虛擬化的應用需求出發(fā)，首先分析了場景建模中IBR 技術(shù)與傳統(tǒng)幾何信息的建模方式的優(yōu)缺點，然后給出了軟件渲染的實現(xiàn)。建立了自行車的簡化模型，自行車連體基，在三個正交方向上分析了自行車的運動。著重介紹在行進方向上的運動、力反饋、保持平衡的模擬計算，并在軟件上得到了實施。
　　 同時人機交互的性能對系統(tǒng)的整體性能有較大影響，人的觸覺靈敏度高于視覺靈敏度，用戶的操作需要快速響應。本文中考慮到系統(tǒng)更新與伺服頻率的要求，提出了對

3、于力反饋系統(tǒng)的性能指標。采用伺服電機作為力執(zhí)行器，用微處理器產(chǎn)生PWM信號驅(qū)動主電路，將力的感覺輸出。微處理器的控制信號采用慣性模擬算法獲得，使得力矩輸出符合自行車慣性、風阻等力學特點。傳感器則主要考慮穩(wěn)定性和精度的要求，針對于自行車運動的應用，采用編碼器作為角度與速度傳感器，并給出了檢測方法。
　　 最后在系統(tǒng)集成階段，介紹了外界的輸入輸出設(shè)備與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的結(jié)合。建立用戶輸入信息上行通信信道，和計算機輸出下行通信信道，實現(xiàn)信