ВИРТУАЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Настоящее изобретение относится к системам всенаправленной локомоции и к устройствам, которые могут использоваться в сочетании с системами виртуальной реальности, а более конкретно - к комплексам программных и аппаратных средств всенаправленной системы локомоции и связанных с ней компонентов.

Изобретение, представляет собой сочетание программных и аппаратных средств, позволяющих человеку взаимодействовать с виртуальной средой с помощью привычных, интуитивно понятных и естественных навыков и посредством этого взаимодействия получать опыт, удовольствие, новые впечатления и навыки.

К данной области техники относятся как программно-аппаратные комплексы визуализации, звукового, тактильного обонятельного и кинестетического оформления самой виртуальной среды, так и программно- аппаратные, либо аппаратные средства, позволяющие осуществить обратную связь пользователя с виртуальной средой, а также максимально приблизить ощущения пользователя от такого взаимодействия к привычным, либо ожидаемым.

Изобретение представляет собой устройство, позволяющее пользователю имитировать привычное перемещение в любом направлении, физически находясь при этом на одном месте. Не являясь непосредственно устройством захвата движений, изобретение позволяет достаточно естественно двигаться для перенесения направления и скорости передвижения, с помощью устройств захвата движений в виртуальную среду, например, НТС Vive Tracker, сенсорный игровой контроллер Kinect бренда Microsoft, либо любые другие аналогичные устройства, с функциями захвата положения тела, отдельных частей тела и/или предметов экипировки. Данное изобретение может применяться для симуляции движения в виртуальном пространстве, в том числе - в играх, а также в спортивных целях, в качестве тренажера с использованием виртуальной, либо дополненной среды.

Известный уровень техники

Известно устройство по патенту N° CN206304349 (U), содержащее круглую вогнутую платформу со стальными шариками со встроенными датчиками положения и давления [1]. Недостатками данного устройства являются: невыраженная направленность возможных движений, приводящая к эффекту скольжения по льду; недостаточная естественность ощущений пользователя при прыжках, вызванная чрезмерной жесткостью конструкции фиксации пользователя; излишнее усложнение конструкции за счет добавления технологии считывания движений пользователя, дублирующей имеющиеся в комплектах трекеров производителей гарнитур виртуальной реальности; недостаточная реалистичность и естественность движений пользователя, вызванная особенностями конструкции. Устройство [1] не позволяет осуществлять резкие повороты и смену направления движения, что приводит к нарушению восприятия естественности движения. Данное устройство [1], в котором вся верхняя поверхность состоит из шариков, не обеспечивает имитации естественного направленного движения ног, позволяя ноге свободно скользить в любом направлении, в том числе в сторону.

Известно также устройство по заявке N° SE538296 [2], представляющее собой круглую центральную платформу, окруженную трапецеидальными конвейерами из роликов, приводимых в движение моторами. Недостатками данного устройства являются: необходимость постоянного контроля положения пользователя для предотвращения его случайных падений, вызванных несоответствием реакции платформы ожиданиям пользователя; чрезмерная сложность и, следовательно, дороговизна конструкции; наличие в центре платформы стационарной площадки, касание которой в процессе эксплуатации не только разрушает эффект естественного движения, но и способно привести к травме пользователя; не реалистичность моментов начала и окончания движения, особенно фазы бега, а также вызываемые этим ощущения неправильности; необходимость частых проверок технического состояния устройства и его узлов; необходимость в дополнительной электроэнергии и связанные с этим дополнительные риски по безопасности и расходы; большая площадь, необходимая для этого устройства, что резко снижает его привлекательность как для коммерческого, так и для домашнего использования. Устройство [2] не позволяет осуществлять безопасные прыжки, использовать устройство без дополнительного стороннего контроля безопасности пользователей.

Известно устройство в соответствии с международной патентной заявкой WO2017019884 (А1) [3], представляющее собой платформу в виде правильного многоугольника с радиальными направляющими. Конструкция устройства требует использования специальной обуви, обеспечивающей скольжение по платформе. Дополнительно к платформе крепится устройство поддержки, поворота и обеспечения безопасности пользователя, состоящее из трех изогнутых направляющих, удерживающих элементы поддержки на круговом поворотном кольце. Недостатками данного устройства являются: существенные физические ограничения на объем тела пользователя, налагаемые особенностями конструкции; слабовыраженные отличия ощущений радиально-направленных движений от прочих; необходимость специальной обуви и неудобства, связанные с переобуванием в специальную обувь; необходимость частой чистки поверхности платформы. Устройство [3] не позволяет осуществлять прыжки и приседания, осуществлять резкие повороты и смену направления движения, что приводит к нарушению восприятия естественности движения.

Известно устройство по патентной заявке N° CN204965327 (U [4], представляющие собой секторально-вогнутую платформу в виде правильного многоугольника, с прикрепленным к платформе устройством поддержки и обеспечения безопасности пользователя, состоящее из кронштейна с амортизирующим кривоколенным подвесом с обвязочной системой. Конструкция устройства требует использования специальной обуви (или специальных накладок на обувь), обеспечивающей скольжение по платформе. Недостатками данного устройства являются: необходимость использования специальной обуви; существенные ограничения на минимальную высоту потолков в местах установки; существенные ограничения на максимальный рост пользователя; повышенные текущие расходы, при использовании в качестве аттракциона, на периодическую замену большого размерного ряда специальной обуви, ввиду естественного изнашивания; неудобства, связанные с переобуванием в специальную обувь; неудобства, связанные с достаточно жесткой двухточечной фиксацией пользователя в вертикальной плоскости. Устройство [4] не позволяет осуществить простой и естественный наклон пользователя.

Наиболее близким к заявленному устройству по конструкции, является устройство по патентной заявке N° CN206304349 (U) [5], представляющее собой круглую вогнутую платформу с вращающимися шариками, при этом дополненное механизмом для поддержки и обеспечения безопасности пользователя. Основным недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает имитацию естественного направленного движения ног. Ноги пользователя свободно скользят в произвольном направлении по платформе, аналогично скольжению по льду.

Данное устройство принято за прототип заявляемого изобретения.

Цель и сущность изобретения

Изобретение представляет собой устройство, позволяющее пользователю имитировать перемещение в любом направлении, не перемещаясь при этом в пространстве. Предлагаемое устройство включает платформу (1), имеющую U- образную, либо V— образную, либо плоскую форму верхней поверхности, либо форму в любой комбинации из выше перечисленных типов. Центральная часть (2) верхней поверхности платформы (1) имеет форму круга, либо правильного многоугольника и состоит из вращающихся шариков (3). Остальная часть верхней поверхности платформы (1) выполнена в виде радиально расположенных вращающихся роликов (4). Дополнительно устройство может быть снабжено механизмом (5) для поддержки и обеспечения безопасности пользователя (6). Такой дополнительный механизм (5) помогает пользователю (6) сохранять преимущественно вертикальное положение тела и не покидать случайно пределы платформы (1).

Предлагаемое изобретение представляет собой устройство, позволяющее пользователю (6) стоять, либо имитировать перемещение в любом направлении и с любой скоростью, физически оставаясь в пределах платформы, в том числе осуществлять прыжки и приседания, наклоны туловища в произвольном направлении и с произвольной амплитудой, осуществлять резкие повороты и смену направления движения. Данное устройство обеспечивает так же возможность пользователю (6) выполнить простой и естественный наклон, а также имитацию естественного направленного движения ног. Техническим результатом настоящего изобретения является эффект свободного и естественного движения в любом выбранном направлении, а также естественной смены направления движения. Данный эффект достигается за счет разницы между силой трения качения по направлению естественного движения и останавливающей силой трения скольжения по всем остальным направлениям. При этом, под действием силы тяжести, пользователь (6) при движении, либо остановке на роликах (4) наклонной части верхней поверхности платформы (1), постоянно смещается к центральной части (2) верхней поверхности платформы (1), расположенной ниже. Пользователь (6) использует для перемещения всю верхнюю поверхность платформы (1), в том числе центральную часть (2), без применения дополнительных источников движения (как например, беговая дорожка или принудительно вращаемые ролики) и специальной обуви, что достигается благодаря вращающимся шарикам (3) из которых состоит центральная часть (2) верхней поверхности платформы (1).

При эксплуатации рекомендуется использование совместно с механизмом (5) поддержки и безопасности (рис. 1) пользователя (6).

Система безопасности может быть выполнена, например, аналогично используемым в устройстве [4] или [5] .

Дополнительно устройство может комплектоваться средствами обратной связи, например, источником вибраций, соответствующих действиям пользователя в виртуальной среде. Передача вибрации может осуществляться через платформу (1) или механизм поддержки и безопасности (5).

Применение предлагаемого устройства позволяет пользователю (6) естественно двигаться в виртуальном пространстве, тем самым достигнуть эффекта полного погружения в виртуальную реальность, за счет объединения визуальных, вестибулярных, кинестетических и тактильных ощущений. Путем соответствующей настройки механизма (5) поддержки и безопасности пользователя (6), данное изобретение применимо для всех возрастных групп. Изобретение рекомендуется для массового применения, поскольку оно кардинально изменяет двигательную активность всех пользователей виртуальных игр. Также устройство может рекомендоваться для повышения физической активности, реалистичности и зрелищности киберспорта и популяризации совмещения хобби со здоровым образом жизни.

Краткое описание чертежей

На рис. 1 показано предлагаемое устройство с механизмом (5) для поддержки и обеспечения безопасности в процессе его применения пользователем (6), который использует очки или гарнитуру виртуальной реальности и трекер- имитатор оружия.

На рис. 2 показан вариант конструкционного исполнения платформы (1) на регулируемых опорах (7).

Обозначения на рисунках: (1) платформа, (2) центральная часть платформы, (3) вращающиеся шарики, (4) вращающиеся ролики, (5) механизм поддержки и безопасности пользователя, (6) пользователь, (7) регулируемые опоры. Подробное описание изобретения

Устройство, позволяющее находящемуся на нем пользователю (6) имитировать перемещение в любом направлении, включает в себя платформу (1), с возможностью прикрепления к ней механизма поддержки и безопасности (5) пользователя (6). При этом платформа (1) имеет регулируемые опоры (7), с возможностью регулировки по расположению и высоте (рис.2). Центральная часть (2) верхней поверхности платформы (1), предназначенной для движения пользователя (6) выполнена в виде вращающихся шариков (3), с расстоянием между шариками (3) не более 50 мм, лучше в пределах от 1 мм до 20 мм, таким образом, обеспечивая эффект ровной поверхности, идеальной для движения в любую сторону. Размер центральной части (2) верхней поверхности платформы (1 ) может варьироваться в широких пределах, но предпочтительнее от 100 мм до 500 мм. Верхняя поверхность платформы (1), за исключением центральной части (2), имеет плоскую или U-образную, илиУ-образную форму, либо любое их сочетание, и выполнена из роликов (4) произвольной ширины, где в качестве роликов (4) могут быть использованы пруты, стержни, профили, трубы, кольцевые проволоки, подшипники качения. Угол наклона верхней поверхности платформы (1) находится в диапазоне от 0 до 90 градусов, где оптимальным будет диапазон от 10 до 40 градусов.

Пример использования устройства.

1 пример:

Перед началом работы с устройством пользователю необходимо запустить программу имитации виртуальной реальности, закрепить механизм поддержки и безопасности (5) на теле пользователя (6), затем встать на платформу (1), одеть очки виртуальной реальности и далее двигаться в виртуальном пространстве (рис.1). Устройство позволяет пользователю (6) двигаться шагом, бегом, во весь рост, согнувшись, либо на корточках, подпрыгивать, осуществлять резкие повороты на месте и во время движения, а также приседать, наклоняться и вставать на колено(-и). Имитация ползания может осуществляться комбинацией программно-аппаратных методов.

2 пример:

Перед началом работы с устройством пользователю необходимо запустить программу имитации виртуальной реальности, закрепить механизм поддержки и безопасности (5) на теле пользователя (6), затем встать на платформу (1), прикрепить, либо взять трекеры, необходимые для захвата движений и действий программной средой, одеть очки виртуальной реальности и далее двигаться в виртуальном пространстве. Устройство позволяет пользователю (6) двигаться шагом, бегом, во весь рост, согнувшись, либо на корточках, подпрыгивать, осуществлять резкие повороты на месте и во время движения, а также приседать, наклоняться и вставать на колено(-и). Имитация ползания может осуществляться комбинацией программно-аппаратных методов.

Для программного захвата и полноты имитации должны использоваться доступные на сегодняшний момент трекеры рук, ног и тела, как надеваемые, например, входящие в комплект устройства бренда НТС Vive Tracker так и дистанционные, например, бесконтактный сенсорный игровой контроллер Kinect бренда Microsoft, либо любые другие аналогичные устройства, с функциями захвата положения тела, отдельных частей тела и/или предметов экипировки.