Способ погружения пользователя в виртуальную реальность и устройство для его реализации

 

Способ погружения пользователя в виртуальную реальность заключается в том, что формируют виртуальное пространство, объекты которого возникают, перемещаются и исчезают заданным и случайным образом. Отображают сформированное виртуальное пространство пользователю, осуществляют преобразование виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями пользователя в реальном пространстве с учетом взаимодействия с объектами в виртуальном пространстве. Помещают пользователя на площадку в начальную точку отсчета так, чтобы он мог при взаимодействии с объектами виртуального пространства совершать требуемое количество шагов по этой площадке в любую сторону. Определяют количество, величину и направление шагов, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, и компенсируют передвижения ного пользователя так, чтобы пользователь оставался на площадке во время взаимодействия с виртуальным пространством. В соответствии с количеством, величиной и направлением шагов, совершенных пользователем, дополнительно осуществляют преобразование виртуального пространства и отображение его пользователю. 3 с и 15 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к компьютерным играм, космическим, спортивным, военным тренажерам, а более точно к способу погружения пользователя в виртуальную реальность и устройству для его реализации.

Изобретение может использоваться для развлечения детей и взрослых. Устройства для компьютерных игр могут быть установлены в помещении, во дворе, в залах для игровых автоматов. Устройство может быть использовано для обучения и тренинга военных, спортсменов и при обучении различным специальностям, например, полицейских. Устройство может быть полезно для исследовательских целей при изучении поведения человека в компьютерном виртуальном пространстве.

Виртуальная реальность - это совокупность средств, позволяющих создать у человека иллюзию, что он находится в искусственно созданном мире, путем подмены обычного восприятия окружающей действительности с помощью органов чувств информацией, генерируемой компьютером. Это достигается использованием трехмерной графики и специальных устройств вывода информации, имитирующих привычную связь человека с окружающим миром. В настоящее время виртуальная реальность представляет собой вполне самостоятельное направление компьютерной технологии.

Виртуальная реальность - это то, что позволяет перемещаться в трехмерном мире с шестью степенями свободы и обозревать его в реальном времени. Это означает, что программа задает, а аппаратура распознает шесть видов движения: вперед-назад, вверх-вниз, налево-направо, наклон вверх-вниз, крен налево-направо и вращение налево-направо. Виртуальная реальность - это искусственная среда, генерируемая компьютером, которая может быть имитацией физической реальности или быть совершенно необычной и фантастической средой.

Виртуальная реальность предоставляет пользователю редкую возможность почти по-настоящему ощутить свое присутствие в ином мире. В нем они могут увидеть друг друга, разговаривать и взаимодействовать, различая цвета, формы и звуки. Такое полное погружение создает впечатляющий эффект присутствия. Это достигается за счет используемого оборудования - шлема со встроенными наушниками и джойстика, чувствительного к пространственному передвижению.

В самом простом варианте системы виртуальной реальности контакт с виртуальным миром осуществляется через обычный монитор персонального компьютера, служащий окном в этот мир. Дополнительные средства, такие как информационная перчатка, используемая для манипуляции объектами в виртуальной среде, и визуальный интерфейс в виде шлема-дисплея, позволяют видеть кругом только виртуальное пространство, картина которого будет меняться при манипуляции джойстиком, что обостряет ощущения и позволяет полнее погрузиться в это пространство.

Средства, формирующие виртуальную реальность, содержат быстродействующий компьютер, обычно включающий акселератор трехмерной графики от просто персонального компьютера до супер-ЭВМ и программные средства виртуальной реальности, например, такие как VIRTUS VR, VIRTUS WALKTHROUGH PRO, SUPERSC APE VRT, VRCREATOR и др.

Средства отображения виртуальной реальности, т.е. средства аудио-визуализации, представляют собой мониторы всевозможных типов, шлемы-дисплеи HMD (Head Maunted Display) или CAVE (Cave Automatic Virtual Environment).

Средства для интерактивного взаимодействия с виртуальной реальностью - традиционные и нетрадиционные устройства ввода-вывода, специальные трехмерные мыши, перчатки, джойстики и следящие устройства. Например, перчатка CyberGlove фирмы Virtual Technologies отслеживает почти любое движение, на которое способна рука.

Следящие устройства позволяют определять положение рук, ног и туловища пользователя и ориентацию в реальном мире и отображать их в мире виртуальном. Следящие системы различаются по принципу обнаружения движения - с ртутными балансирами, радиоволновые, ультразвуковые, лазерные и др.

Известен простейший набор средств для формирования виртуальной реальности, который был доступен 7-8 лет назад (см., например, игру DOOM фирмы ID Software, "Энциклопедия компьютерных игр", Санкт-Петербург, 1995, с. 119 - 122). Этот набор содержит стационарный компьютер, цветной монитор, открывающий "окно" в виртуальный мир, который представляется лежащим по другую сторону экрана. Устройство-манипулятор типа мышь, джойстик или клавиатура дают возможность управлять передвижением, поворотом, обзором в любом горизонтальном направлении виртуального пространства.

В указанной игре полного погружения в виртуальную реальность не происходит, так как виртуальное пространство видно через "окно", ограниченное границами экрана кинескопа. Передвижение управляется посредством манипулятора рукой. Система не отражает интерактивно физических движений пользователя в виртуальном пространстве.

Возросшая мощность компьютеров и появившиеся более развитые средства аудио-визуализации привели к созданию устройства для отображения виртуальной реальности типа стереоскопического монитора или проектора, которые человек надевает на голову как шлем или очки и получает возможность видеть объемное изображение (см., например, журнал "Мир ПК", N 1, 1995, c. 164 - 175).

В указанном устройстве виртуальный мир становится полноразмерным, выходит за рамки экрана и окружает человека. Появляется полная свобода передвижения в виртуальном пространстве, возможность кроме горизонтального обзора посмотреть под некоторым углом вверх-вниз. Манипуляторы типа трехмерной мыши, "перчатки" позволяют взаимодействовать с объектами. Они либо отвечают на это предсказуемой реакцией, либо деформируются. Такой уровень средств позволяет полнее погрузиться в виртуальное пространство, ощутить себя внутри этого виртуального пространства и взаимодействовать с объектами.

Однако управление объектами и передвижением происходит с помощью манипуляторов и не позволяет идентифицировать полностью движения в виртуальном пространстве и в реальном пространстве.

Последние разработки в области виртуальной реальности обеспечивают почти полное погружение человека в виртуальное пространство.

Известен способ формирования виртуального пространства, заключающийся в том, что формируют виртуальное пространство, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом, отображают сформированное виртуальное пространство пользователю, осуществляют непрерывное преобразование виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями руки, ноги, головы, туловища и глаз человека в реальном пространстве с учетом взаимодействия с объектами в виртуальном пространстве.

Известно также устройство для погружения в виртуальную реальность, содержащее средство формирования виртуального пространства, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом, к которому подключены средство отображения виртуального пространства пользователю и блок преобразования 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 (см., например, журнал PC Magazine/Russian Edition, N 6, 1995, c. 60 - 79).

В указанном устройстве для погружения в виртуальную реальность в качестве средств отображения виртуального пространства используется современный шлем, позволяющий отслеживать положение головы. Эта информация передается на компьютер - на средство формирования виртуального пространства, который вычисляет соответствующее этому пространству изображение на экране. Если пользователь смотрит вверх, видит виртуальное небо, если вниз - виртуальную землю, т. е. возможен обзор любого направления виртуального пространства. Повысились возможности взаимодействия человека с виртуальными объектами. Можно схватить трехмерный объект виртуальной реальности и отбросить его или взять трехмерный объект и деформировать его.

Но и в этом мире достаточно развитых аппаратных и программных средств, человек вынужден имитировать свое передвижение в "бесконечном виртуальном пространстве" с помощью манипуляторов. Не происходит полного погружения человека-пользователя в виртуальную реальность, поскольку, взаимодействуя с указанным устройством, человек не имеет возможности с надетым на голову шлемом свободно передвигаться в реальном пространстве. Реальное пространство, окружающее пользователя во время игры или тренировки, обычно ограничено небольшой областью, где человек не может свободно передвигаться в любую сторону на достаточное расстояние.

В основу изобретения поставлена задача создания способа погружения пользователя в виртуальную реальность, в котором преобразование виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями пользователя на сформированном реальном ограниченном пространстве позволит пользователю передвигаться в ограниченном реальном пространстве шагами в любую сторону без ограничений и совместить при этом движения в реальном пространстве с движениями в виртуальном пространстве, т.е. обеспечить более полное погружение в виртуальную реальность.

В основу изобретения поставлена также задача создания устройства для погружения в виртуальную реальность, в котором использование площадки для формирования реального ограниченного пространства, элементы которой могут перемещаться в плоскости вдоль осей x и y, компенсируя перемещение пользователя в любом направлении, и использование блока преобразования виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями пользователя позволит обеспечить более полное погружение пользователя в виртуальную реальность.

В основу изобретения поставлена также задача создания устройства для погружения в виртуальную реальность, в котором использование приспособлений, закрепленных на ногах пользователя, обеспечивающих проскальзывание ног по поверхности, и корсета, закрепленного на опоре, для поддерживания пользователя при его скольжении в реальном пространстве, а также использование блока преобразования виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями пользователя, позволит обеспечить более полное погружение пользователя в виртуальную реальность.

Задача решается тем, что в способе погружения пользователя в виртуальную реальность, заключающемся в том, что формируют виртуальное пространство, объекты которого возникают, перемещаются и исчезают заданным и случайным образом, отображают сформированное виртуальное пространство пользователю, осуществляют преобразование виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями пользователя в реальном пространстве с учетом взаимодействия с объектами в виртуальном пространстве согласно изобретению, до формирования виртуального пространства помещают пользователя на площадку в начальную точку отсчета так, чтобы он мог при взаимодействии с объектами виртуального пространства совершать требуемое количество шагов по этой площадке в любую сторону, определяют количество, величину и направление шагов, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, компенсируют передвижения ног пользователя так, чтобы пользователь оставался на площадке во время взаимодействия с объектами виртуального пространства, в соответствии с количеством, величиной и направлением шагов, совершенных пользователем, дополнительно осуществляют преобразование виртуального пространства и отображение его пользователю.

Целесообразно, чтобы для компенсации перемещения пользователя перемещали элементы площадки в направлении, обратном направлению шагов пользователя.

Полезно, чтобы для компенсации передвижения ног пользователя закрепляли пользователя на опоре, обеспечивающей поворот пользователя в любую сторону, размещали на ногах пользователя средство, обеспечивающее возможность скольжения ног пользователя по площадке.

Задача решается также тем, что устройство для погружения в виртуальную реальность, содержащее средство формирования виртуального пространства, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом, к которому подключены средство отображения виртуального пространства пользователю и блок преобразования 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, согласно изобретению содержит площадку для перемещения по ней пользователя в любом направлении на любое количество шагов при взаимодействии с объектами виртуального пространства, датчик определения количества, величины и направления шагов, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, размещенный в непосредственной близости от пользователя,
блок управления, который соединен со средством формирования виртуального пространства и к входу которого подключен датчик определения количества, величины и направления шагов, и
средство для компенсации перемещения пользователя по площадке от исходной точки, связанное с блоком управления.

Целесообразно, чтобы средство для компенсации перемещения пользователя по площадке от исходной точки содержало транспортер, лента которого была образована множеством элементов, закрепленных с возможностью вращения вокруг своей оси на множестве бесконечных замкнутых элементов, которые размещены параллельно друг другу и соединены между собой посредством соединительных элементов, так что расстояние между ними приблизительно равно осевому размеру элементов; привод транспортера, подключенный к блоку управления; средство для вращения элементов транспортера в направлении, перпендикулярном его продольной оси для возвращения пользователя в исходную точку, подключенное к блоку управления.

Полезно, чтобы в качестве элементов, образующих ленту транспортера, были использованы цилиндры.

Выгодно, чтобы на боковой поверхности цилиндров были выполнены насечки для сцепления со средством вращения элементов в направлении, перпендикулярном продольной оси транспортера.

Целесообразно, чтобы в качестве бесконечных замкнутых элементов, на которых размещены цилиндры, были использованы тросы, а в качестве соединительных элементов были использованы скобы.

Полезно, чтобы средство для вращения элементов транспортера в направлении, перпендикулярном его продольной оси, было выполнено в виде бесконечной замкнутой ленты, которая контактирует с элементами транспортера, на которых находится пользователь, для его перемещения в исходную точку.

Выгодно, чтобы на бесконечной замкнутой ленте были выполнены насечки для сцепления с насечками на боковой поверхности цилиндров.

Задача решается также тем, что устройство для формирования виртуальной реальности, содержащее средство формирования виртуального пространства, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом, к которому подключены средство отображения виртуального пространства пользователю и блок преобразования 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, согласно изобретению содержит
площадку для скольжения, предназначенную для совершения пользователем шагательных движений в любом направлении при взаимодействии с объектами виртуального пространства,
датчик определения количества, величины и направления шагательных движений, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, размещенный в непосредственной близости от пользователя,
блок управления, который соединен со средством формирования виртуального пространства и к входу которого подключен датчик определения количества, величины и направления шагов, и
средство для компенсации движений ног пользователя по площадке вблизи от исходной точки, связанное с блоком управления.

Целесообразно, чтобы средство для компенсации движений ног пользователя по площадке вблизи от исходной точки содержало приспособления для обеспечения проскальзывания ног пользователя по площадке и корсет, жестко закрепленный на опоре с возможностью вращения вокруг своей оси, который размещался бы на пользователе при отображении ему виртуального пространства.

Полезно, чтобы в качестве приспособления для проскальзывания ног пользователя по площадке были использованы шариковые или роликовые коньки.

Выгодно, чтобы в качестве приспособления для проскальзывания ног пользователя по площадке был использован материал с малым коэффициентом трения - тефлон.

Удобно, чтобы площадка для перемещения пользователя имела вогнутую форму.

Целесообразно, чтобы опора была шарнирно закреплена на штанге, посредством которой жестко связаны две стойки, установленные в распор между полом и потолком помещения.

Полезно, чтобы опора была шарнирно закреплена в вершине пирамиды, образованной тремя штангами, жестко связанными между собой в вершине.

Удобно, чтобы устройство содержало дополнительную опору для закрепления вспомогательных приспособлений для формирования виртуальной реальности.

Предлагаемый способ погружения пользователя в виртуальную реальность позволяет пользователю передвигаться в ограниченном реальном пространстве шагами в любую сторону без ограничений и совместить при этом движения в реальном пространстве с движениями в виртуальном пространстве, т.е. обеспечивает более полное погружение в виртуальную реальность.

Предлагаемое устройство для погружения в виртуальную реальность позволит обеспечить более полное погружение пользователя в виртуальную реальность.

Предлагаемый способ позволяет пользователю при подключении к компьютерным сетям перемещаться в трехмерном пространстве, описанном на языке моделирования виртуальной реальности VRML, также естественно, как пользователь перемещается по земле. Возможно погружение в одно виртуальное пространство нескольких пользователей, находящихся физически в разных точках земли, и их взаимодействие в этом пространстве.

Предлагаемый способ погружения пользователя в виртуальную реальность рождает новый класс программного обеспечения и ведет к появлению нового сектора рынка, связанного с компьютерным обучением, моделированием и развлечением. В новом программном обеспечении будут использованы возможности погружения без ограничений естественных движений пользователя.

На фиг. 1 показано схематично устройство для погружения пользователя в виртуальную реальность, выполненное в виде площадки, которая содержит элементы, позволяющие компенсировать перемещение пользователя в любую сторону по площадке, согласно изобретению;
на фиг. 2 - участок площадки, вид сверху;
на фиг. 3 - разрез III-III на фиг. 1;
на фиг. 4 - лента основного конвейера и дополнительного конвейера (частичный вырыв);
на фиг. 5 - схематично второй вариант выполнения устройства для погружения в виртуальную реальность в виде корсета, закрепленного на опоре и удерживающего пользователя, на ногах которого закреплено приспособление для скольжения ног;
на фиг. 6 - вариант выполнения приспособления, обеспечивающего скольжение ног пользователя;
на фиг. 7 - вариант выполнения опоры для закрепления корсета;
на фиг. 8 - другой вариант выполнения опоры;
Устройство для погружения пользователя в виртуальную реальность содержит средство 1 (фиг. 1) формирования виртуального пространства, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом. В качестве средства 1 формирования виртуального пространства обычно используется компьютер с акселератором трехмерной графики.

К средству 1 подключено средство 2 отображения виртуального пространства пользователю 3. В качестве средства 2 отображения в описываемом варианте использован шлем, надетый на голову пользователя 3 и содержащий два экрана на жидких кристаллах для передачи изображения пользователю, и наушники для передачи звука.

Устройство содержит площадку, которая предназначена для перемещения по ней пользователя 3 в любом направлении на любое количество шагов при взаимодействии с объектами виртуального пространства.

Устройство содержит также средство 4 для компенсации перемещения пользователя по площадке в сторону от исходной точки таким образом, что, взаимодействуя с элементами площадки, возвращает пользователя 3 в исходную точку "0" при его перемещении вдоль координат X и Y или под углом к ним.

Площадка представляет собой транспортер 5. Приблизительный размер транспортирующей поверхности составляет 2 х 2 м².

Лента транспортера 5 (фиг. 2) выполнена в виде набора элементов 6, взаимосвязанных между собой. В описываемом варианте в качестве элементов 6 использованы цилиндры, размещенные с возможностью вращения вокруг своей оси на бесконечных замкнутых элементах, в качестве которых использованы гибкие тросы 7, с зазором относительно друг друга. Тросы 7 параллельны друг другу и продольной оси X транспортера 5. Расстояние между соседними тросами 7 (фиг. 3) приблизительно равно радиусу цилиндров 6, при этом расстояние между каждыми двумя четными тросами и каждыми двумя нечетными тросами равно приблизительно диаметру цилиндров 6. Цилиндры 6, находящиеся на одном тросе 7, располагаются в зазорах между цилиндрами, находящимися на соседнем тросе 7. Тросы 7 проходят через соединительные элементы - скобы 8, которые устанавливаются между каждыми двумя соседними цилиндрами 6, расположенными вдоль оси X. Транспортер 5 приводится в движение посредством привода 9, который связан с блоком управления 10. На боковой поверхности цилиндров 6 выполнены насечки 11 (фиг. 4).

Средство 4 для компенсации перемещения пользователя по площадке от исходной точки содержит средство 12 для вращения элементов транспортера в направлении, перпендикулярном продольной оси транспортера, которое выполнено в виде бесконечной замкнутой ленты 13.

Указанное средство 12 размещено между верхней и нижней частями ленты транспортера 5. Лента 13 (фиг.1) закреплена на валу 14, установленном на опорах 15 и связанном с приводом 16. На ленте 13 выполнены насечки 17, которые контактируют с насечками 11 на цилиндрах 6 ленты транспортера 5, на которой находится пользователь 3. Нижняя и боковая части ленты транспортера 5, как правило, не контактируют с лентой 13.

Устройство содержит также датчик 18 определения величины и направления шагов пользователя 3 относительно начальной точки "0" отсчета, размещенный в непосредственной близости от пользователя 3 и подключенный к блоку 1 преобразования виртуального пространства и блоку 10 управления. В качестве датчика 18 в описываемом варианте использован датчик, определяющий величину и направление перемещения пользователя относительно площадки на инфракрасном излучении, и приемник сигналов, посылаемых датчиком.

Датчик 18 определяет величину и направление перемещения пользователя в соответствии с реальными физическими движениями руки, ноги, головы, туловища и глаз пользователя в реальном пространстве с учетом взаимодействия с объектами в виртуальном пространстве. Для этого на пользователе 3 установлен ряд датчиков 19 - 23, определяющих положение рук, головы, туловища, ног и глаз человека соответственно. При этом датчик 23 положения глаз размещен на шлеме 2.

Манипулятор 24 обычно размещается в руке пользователя 3 и подключается к средству 1.

Возможен другой вариант выполнения устройства для погружения пользователя в виртуальную реальность, которое содержит площадку 25 (фиг. 5) для скольжения, предназначенную для совершения пользователем 3 шагательных движений в любом направлении при взаимодействии с объектами виртуального пространства. В этом случае площадка 25 представляет собой гладкую поверхность.

Устройство содержит также средство 26 для компенсации движения ног пользователя по площадке вблизи от исходной точки. В описываемом варианте в качестве такого средства 26 использованы шариковые коньки (фиг.6), которые надеваются на ноги пользователя 3. Возможен вариант, когда в качестве такого средства использованы роликовые коньки (на фиг.6 не показаны) или обувь, имеющая низкий коэффициент трения подошвы, например тефлон.

Средство 26 (фиг. 5) содержит также корсет 27, который надевается на пользователя 3 во время сеанса погружения в виртуальную реальность. Корсет 27 жестко закреплен на опоре 28 с возможностью вращения вокруг своей оси. Опора 28 является подвижной, т.е. она прикреплена на цилиндрическом шарнире 29 к потолку 30 для обеспечения поворотов пользователя вокруг оси Z. В качестве корсета 27 может быть использован любой тип корсета.

Устройство содержит также датчик 31 определения количества, величины и направления шагательных движений, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, размещенный в непосредственной близости от пользователя 3. В описываемом варианте указанный датчик аналогичен датчику 18. Выход датчика 31 подключен к блоку 32 управления, который соединен со средством 33 формирования виртуального пространства. Выход средства 33 подключен к средству 2 отображения виртуального пространства пользователю 3.

Целесообразно, чтобы площадка 25 для перемещения пользователя имела вогнутую форму (на фиг. 5 не показано).

Возможен также вариант выполнения опоры, когда она содержит две стойки 34 (фиг. 7), установленные в распор между полом 25 и потолком 30, которые соединены между собой посредством штанги 35. К штанге 35 прикреплен цилиндрический шарнир 29.

Возможен еще один вариант выполнения опоры, когда она содержит три штанги 36 (фиг. 8), одни концы которых жестко связаны между собой с образованием пирамиды, а другие концы могут быть установлены непосредственно на земле, к вершине которых прикрепляется цилиндрический шарнир 29.

На цилиндрическом шарнире 29 (фиг. 5) может быть закреплена дополнительная опора, например манипулятор 37, предназначенный для размещения на нем вспомогательных приспособлений для формирования виртуальной реальности и взаимодействия с пользователем 3.

Работа устройства для погружения в виртуальную реальность осуществляется следующим образом.

Посредством компьютера формируют виртуальное пространство, в котором объекты, например стены домов, деревья, машины, животные, люди, облака и т.д., возникают и перемещаются заданным и случайным образом.

Отображают сформированное виртуальное пространство на экраны шлема 2 (фиг. 1) пользователю 3, причем пользователь видит объемное изображение виртуального мира.

Осуществляют непрерывное преобразование виртуального пространства согласно заложенной программе. Поскольку пользователь 3 не видит границ экрана благодаря совершенной конструкции шлема 2, у него возникает иллюзия полного присутствия в виртуальном трехмерном пространстве. У него появляется желание активно взаимодействовать с объектами этого виртуального пространства, например потрогать руками деревья, подойти ближе к объекту, взять его в руки, потанцевать с виртуальным партнером, полетать в самолете и т.д.

В соответствии с изменением положения объектов в виртуальном пространстве пользователь 3 реальными физическими движениями рук, ног, головы, туловища и глаз изменяет свое положение в реальном и виртуальном пространстве.

Пользователь 3, делая реальные шаги по площадке, перемещается относительно объектов виртуального пространства. При этом он смещается относительно центра O площадки. Датчик 18 определяет величину и направление перемещения пользователя 3 относительно центра и передает эту информацию в блок 1 и в блок 10 управления приводами транспортера 5 и средства 12. По сигналу с блока 10 включается либо транспортер 5, либо транспортер 5 и средство 12 одновременно.

В случае, если пользователь 3 переместился только вдоль оси X, включается только транспортер 5, который перемещает пользователя назад в точку O. Если пользователь переместился только вдоль оси Y, включается только средство 12, лента которого будет вращаться и вращать цилиндры ленты транспортера 5, перемещая пользователя вдоль оси Y в центр O.

Если пользователь переместился под углом к оси X, тогда включаются оба привода 9 и 15. При этом вся лента транспортера 5, состоящая из цилиндров, будет перемещаться и перемещать пользователя вдоль оси X, а лента 13 будет одновременно вращать каждый из контактирующих с ней движущихся цилиндров 6, которые переместят пользователя 3, находящегося на них, одновременно вдоль оси Y. Результирующее перемещение произойдет под углом к оси X.

Если пользователь 3 отклоняется от центра O на величину, не превышающую заданных пределов, например 0,5 м, приводы не включаются.

При использовании второго варианта выполнения устройства работа осуществляется следующим образом.

На ноги пользователя 3 (фиг. 5) надевают обувь, которая обеспечивает проскальзывание ног пользователя относительно площадки 25. Устанавливают пользователя 3 в исходную точку на площадке 25 и надевают на пояс пользователя корсет 27, чтобы пользователь 3 не падал и мог переместиться относительно исходной точки. Когда пользователь 3 делает шагательные движения по площадке, корсет 27 удерживает его в исходной точке, при этом ноги проскальзывают относительно площадки 25. Таким образом пользователь 3 может сделать неограниченное количество шагов в любом направлении, оставаясь постоянно в одном и том же месте физического пространства.

При этом количество и направление шагов определяют датчиками 31 и в соответствии с этой информацией блок 32 пересчитывает новое положение пользователя 3 в виртуальном пространстве и отображает его пользователю 3, что дает возможность формирования ощущения свободного перемещения в виртуальном пространстве.

Для полноты тактильных ощущений при взаимодействии с объектами виртуального мира используется манипулятор 24.

Поскольку функцию перемещения в виртуальном пространстве, ранее выполняемую рукой при помощи манипулятора, выполняет пользователь 3 сам при ходьбе, у него появляются большие возможности для управления объектами руками и посредством манипуляторов.

Формула изобретения

1. Способ погружения пользователя в виртуальную реальность, заключающийся в том, что формируют виртуальное пространство, объекты которого возникают, перемещаются и исчезают заданным и случайным образом, отображают сформированное виртуальное пространство пользователю, осуществляют преобразование виртуального пространства в соответствии с реальными физическими движениями пользователя в реальном пространстве с учетом взаимодействия с объектами в виртуальном пространстве, отличающийся тем, что до формирования виртуального пространства помещают пользователя на площадку в начальную точку отсчета так, чтобы он мог при взаимодействии с объектами виртуального пространства совершать требуемое количество шагов по этой площадке в любую сторону, определяют количество, величину и направление шагов, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, и компенсируют передвижения ног пользователя так, чтобы пользователь оставался на площадке во время взаимодействия с виртуальным пространством в соответствии с количеством, величиной и направлением шагов, совершенных пользователем, дополнительно осуществляют преобразование виртуального пространства и отображение его пользователю.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для компенсации перемещения пользователя перемещают элементы площадки в направлении, обратном направлению шагов пользователя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для компенсация передвижения ног пользователя закрепляют пользователя на опоре, обеспечивающей поворот пользователя в любую сторону, размещают на ногах пользователя средство, обеспечивающее возможность скольжения ног пользователя по площадке.

4. Устройство для погружения в виртуальную реальность, содержащее средство формирования виртуального пространства, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом, к которому подключены средство отображения виртуального пространства пользователю и блок преображения 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, отличающееся тем, что содержит площадку для перемещения по ней пользователя в любом направлении на любое количество шагов при взаимодействии с объектами виртуального пространства, датчик определения количества, величины и направления шагов, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, размещенный в непосредственной близости от пользователя, блок управления, который соединен со средством формирования виртуального пространства и к входу которого подключен датчик определения количества, величины и направления шагов, средство для компенсации перемещения пользователя по площадке от исходной точки, связанное с блоком управления.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство для компенсации перемещения пользователя по площадке от исходной точки содержит транспортер, лента которого образована множеством элементов, закрепленных с возможностью вращения вокруг своей оси на множестве бесконечных замкнутых элементов, которые размещены параллельно друг к другу и соединены между собой посредством соединительных элементов, так что расстояние между ними приблизительно равно осевому размеру элементов, привод транспортера, подключенный к блоку управления, средство для вращения элементов транспортера в направлении, перпендикулярном его продольной оси для возвращения пользователя в исходную точку, подключенное к блоку управления.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве элементов, образующих ленту транспортера, использованы цилиндры.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на боковой поверхности цилиндров выполнены насечки для сцепления со средством вращения элементов в направлении, перпендикулярном продольной оси транспортера.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что в качестве бесконечных замкнутых элементов, на которых размещены цилиндры, использованы тросы, а в качестве соединительных элементов использованы скобы.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство для вращения элементов транспортера в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнено в виде бесконечной замкнутой ленты, которая контактирует с элементами транспортера, на которых находится пользователь, для его перемещения в исходную точку.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что на бесконечной замкнутой ленте выполнены насечки для сцепления с насечками на боковой поверхности цилиндров.

11. Устройство для погружения в виртуальную реальность, содержащее средство формирования виртуального пространства, в котором объекты возникают и перемещаются заданным и случайным образом, к которому подключены средство отображения виртуального пространства пользователю и блок преобразования 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, отличающееся тем, что содержит площадку для скольжения, предназначенную для совершения пользователем шагательных движений в любом направлении при взаимодействии с объектами виртуального пространства, датчик определения количества, величины и направления шагательных движений, совершенных пользователем по площадке относительно начальной точки отсчета, размещенный в непосредственной близости от пользователя, блок управления, который соединен со средством формирования виртуального пространства и к входу которого подключен датчик определения количества, величины и направления шагов, и средство для компенсации движений ног пользователя по площадке вблизи от исходной точки, связанное с блоком управления.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что средство для компенсации движений ног пользователя по площадке вблизи от исходной точки содержит приспособления для обеспечения проскальзывания ног пользователя по площадке и корсет, жестко закрепленный на опоре с возможностью вращения вокруг своей оси, который размещается на пользователе при отображении ему виртуального пространства.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве приспособления для проскальзывания ног пользователя по площадке использованы шариковые или роликовые коньки.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве приспособления для проскальзывания ног пользователя по площадке использован материал с малым коэффициентом трения - тефлон.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что площадка для перемещения пользователя имеет вогнутую форму.

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что опора шарнирно закреплена на штанге, посредством которой жестко связаны две стойки, установленные в распор между ними полом и потолком помещения.

17. Устройство по п.12, отличающееся тем, что опора шарнирно закреплена в вершине пирамиды, образованной тремя штангами, жестко связанными между собой в вершине.

18. Устройство по п.4 или 11, отличающееся тем, что содержит дополнительную опору для закрепления вспомогательных приспособлений для формирования виртуальной реальности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8