一种动感平台体感模拟逼真度的评估装置.pdf

本发明涉及游戏娱乐领域，尤其涉及一种动感平台体感模拟逼真度评估装置。动感平台体感模拟逼真度评估装置包括：惯性传感器、通讯模块发送端、通讯模块接收端、计算机、模型人、待测动感平台。通过该装置可以采集动感平台的原始运动指令数据和最终运动模拟效果数据。通过计算对比两组数据，可以得到动感平台体感模拟逼真度，从而使动感平台的体感模拟效果得已量化评估。

1.一种动感平台体感模拟逼真度评估装置，其特征在于，包括：
惯性传感器(1)、通讯模块发送端(2)、传感器固定装置(3)、计算机(4)、通讯模块接收
端(5)、动感平台(6)、模型人(7)以及存储在计算机当中的动感平台逼真度评估软件组成。
所述的惯性传感器(1)通过螺钉固定于传感器固定装置(3)上；
所述的传感器固定装置(3)通过绷带固定在模型人(7)的前庭位置上；
所述的模型人(7)通过安全带固定在动感平台(6)上；
所述的惯性传感器(1)通过串口与通讯模块发送端(2)进行数据通讯；
所述的通讯模块接收端(5)通过串口与计算机(4)进行数据通讯；所述的动感平台(6)
与计算机(4)通过网络进行数据通讯。
2.根据权利要求1所述的一种动感平台体感模拟逼真度评估装置，其特征在于：
通过对比惯性传感器采集到的动感平台的运动模拟数据与动感平台的运动指令数据，
计算体感模拟逼真度。包括以下步骤：
S1、准备工作：将模型人(7)固定在动感平台(6)座椅，传感器固定装置(3)固定于模型
人(7)上，惯性传感器(2)固定于传感器固定装置(3)上，建立体感模拟逼真度评估软件与惯
性传感器、动感平台之间的通讯连接。
S2、数据采集：运行动感平台，采集动感平台X、Y、Z三个方向的加速度和角速度，同时保
存动感平台运动指令数据。
S3、数据预处理：对两组数据中数据量大的一组数据进行重采样。
S4、特征提取：分别对两组数据绘制折线图，提取折线图的波峰和波谷作为特征。
S5、峰值匹配：通过峰值匹配算法，找到峰值与峰值之间的一一对应关系。
S6、逼真度计算：采用多因素权重综合计算方法计算逼真度。
S6.1计算折线上的每一峰值对的逼真度；
S6.2根据峰值逼真度，计算折线对逼真度；
S6.3根据加速度、角速度对逼真度的权重影响及其折线逼真度计算动感平台综合评价
逼真度。
3.根据权利要求2所述的一种动感平台体感模拟逼真度评估装置，其特征在于：
所述的步骤S1要求惯性传感器坐标系与动感平台坐标系平行；
所述的步骤S2采集到的动感平台X、Y、Z三个方向的加速度和角速度数据与动感平台运
动指令数据都带有时间标记；
所述的步骤S3以数据量小的那组数据时间标记为标准，对另一组数据进行线性插值处
理，使两组数据按照时间标记对齐。
所述的步骤S4采用最大熵方法确定波峰(波谷)的阈值，以波峰(波谷)的峰值(谷值)、
峰值时间作为特征的属性。
所述的步骤S5采用基于时间最近邻匹配策略，进行峰值匹配。
所述的步骤S6：
S6.1峰值对逼真度
对于每一对峰值对，逼真度计算公式为：

其中：
w_p为峰值影响权重系数；
w_t为时间影响权重系数；
p_i为原始数据折线图峰值；
p_o为模拟数据折线图峰值；
t_i为原始数据折线图峰值时间；
t₀为模拟数据折线图峰值时间；
s为一对峰值对逼真度；
S6.2折线对逼真度
对于每一对折线图，逼真度计算公式为：

其中：
s_i为每一对峰值对的逼真度；
n为每一对折线图匹配的峰值对数目；
S为每一对折线图的逼真度，此处分别为S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz，分别代表X、Y、Z方向的
加速度、角速度模拟逼真度；
S6.3动感平台综合评价逼真度
动感平台综合评价逼真度计算公式如下：

其中：
w_a为加速度对逼真度影响权重系数；
w_w为角速度对逼真度影响权重系数；
S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz分别为X、Y、Z方向的加速度、角速度模拟逼真度；
S_c为动感平台体感模拟效果综合评价逼真度。
4.根据权利要求1所述的动感平台，其特征在于：
所述的动感平台(6)是3个以上的自由度的并联或串联模拟平台，可以提供座椅。

一种动感平台体感模拟逼真度的评估装置

技术领域

本发明涉及游戏娱乐，尤其涉及一种动感平台体感模拟逼真度评估装置。

背景技术

随着虚拟现实技术和体感模拟装置的发展和应用，动感平台被广泛的应用于汽车
驾驶模拟器、飞行模拟器、游戏体感模拟器等众多领域。人对于运动的感知主要依靠前庭器
官，动感平台通过坐标变换，将真实的运动参数转换到人的前庭器官位置，通过洗出算法，
在有限的工作空间内尽量模拟真实的运动，从而达到欺骗前庭器官的目的，让人有身临其
境的感觉。然而，目前国内外对于体感模拟系统的研究很多，对于体感模拟效果的评价方法
研究的却比较少。目前的主要方法是基于主观评价的方式，以多个评审专家的主观评价结
果为依据，确定影响逼真度各个因素的权重值并建立评价矩阵，然后采用模糊运算的加权
平均模型计算出体感模拟系统的逼真度。该方法能够简单、有效的评估体感模拟效果的逼
真度，但是由于本质上是主观评价、导致整个评价结果具有不确定性，不同的专家组得出的
最终评价结果不能完全一致，因此建立准确有效的体感模拟效果客观评价方法，对于指导
洗出算法参数调节，提升体感模拟效果将有巨大帮助。

发明内容

本发明的目的是提供动感平台体感模拟逼真度评估装置，通过一系列算法进行数
据处理，最终计算出动感平台的体感模拟逼真度。

本发明提供的一种动感平台体感模拟逼真度评估装置，由惯性传感器(1)、通讯模
块发送端(2)、传感器固定装置(3)、计算机(4)、通讯模块接收端(5)、动感平台(6)、模型人
(7)以及存储在计算机当中的动感平台逼真度评估软件组成。

所述的惯性传感器(1)通过螺钉固定于传感器固定装置(3)上；

所述的传感器固定装置(3)通过绷带固定在模型人(7)的前庭位置上；

所述的模型人(7)通过安全带固定在动感平台(6)上；

所述的动感平台(6)是3个以上的自由度的并联或串联模拟平台，可以提供座椅；

所述的惯性传感器(1)通过串口与通讯模块发送端(2)进行数据通讯；

所述的通讯模块接收端(5)通过串口与计算机(4)进行数据通讯；所述的动感平台
(6)与计算机(4)通过网络进行数据通讯。

一种动感平台体感模拟逼真度评估装置通过以下步骤进行动感平台体感模拟逼
真度评估：

S1、准备工作：将模型人通过安全带固定于动感平台座椅，将惯性传感器通过传感
器固定装置固定于模型人头部，并使惯性传感器的坐标系与动感平台的基坐标系重合。体
感模拟逼真度评估软件与惯性传感器以及动感平台之间建立通讯连接。

S2、数据采集：运行动感平台，体感模拟逼真度评估软件采集惯性传感器检测到的
动感平台X、Y、Z三个方向的加速度和角速度数据及动感平台运动指令数据，对每一帧数据
添加时间标记并保存。

S3、数据预处理：对两组数据中数据量大的一组数据进行重采样，以数据量小的一
组数据的时间标记为标准，对另一组数据进行线性插值得到对应时间标记上的值，确保两
组数据按时间标记对齐。

S4、特征提取：对两组数据分别绘制折线图，以折线图的波峰和波谷作为特征，提
取所有波峰(波谷)特征。采用最大熵方法确定可以作为波峰(波谷)的阈值，以波峰(波谷)
的峰值(谷值)、峰值时间作为特征的属性。

S5、峰值匹配：采用基于时间最近邻策略的峰值匹配算法，找到两组数据峰值与峰
值之间的一一对应关系。

S6、逼真度计算：采用多因素权重综合计算方法计算逼真度。

S6.1计算折线上的每一峰值对的逼真度：

对于每一对峰值对，逼真度计算公式为：

其中：

w_p为峰值影响权重系数；

w_t为时间影响权重系数；

p_i为原始数据折线图峰值；

p_o为模拟数据折线图峰值；

t_i为原始数据折线图峰值时间；

t₀为模拟数据折线图峰值时间；

s为一对峰值对逼真度；

S6.2根据峰值逼真度，计算折线逼真度：

对于每一对折线图，逼真度计算公式为：

其中：

s_i为每一对峰值对的逼真度；

n为每一对折线图匹配的峰值对数目；

S为每一对折线图的逼真度，此处分别为S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz，分别代表X、Y、Z方
向的加速度、角速度模拟逼真度；

S6.3根据加速度、角速度对逼真度的权重影响及其折线逼真度计算动感平台综合
评价逼真度：

动感平台综合评价逼真度计算公式如下：

其中：

w_a为加速度对逼真度影响权重系数；

w_w为角速度对逼真度影响权重系数；

S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz分别为X、Y、Z方向的加速度、角速度模拟逼真度；

S_c为动感平台体感模拟效果综合评价逼真；

一种动感平台体感模拟逼真度评估装置其有益效益在于，通过对比动感模拟系统
的输入与输出，对体感模拟效果进行客观评价，该装置与动感平台的机械或模拟场景无关，
应用场景广泛。该方法可以用来指导动感平台洗出算法的参数调节，提升体感模拟效果。

附图说明

图1是动感平台体感模拟逼真度评估装置

图2是动感平台体感模拟逼真度评估方法原理图

图3是惯性传感器

图4是传感器固定装置

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参照图1所示，一种动感平台体感模拟逼真度评估装置，由惯性传感器(1)、通讯模
块发送端(2)、传感器固定装置(3)、计算机(4)、通讯模块接收端(5)、动感平台(6)、模型人
(7)以及存储在计算机当中的动感平台逼真度评估软件组成。

惯性传感器(1)通过螺钉固定于传感器固定装置(3)上；

传感器固定装置(3)通过绷带固定在模型人(7)的前庭位置上；

模型人(7)通过安全带固定在动感平台(6)上；

惯性传感器(1)通过串口与通讯模块发送端(2)进行数据通讯，惯性传感器(1)将
采集到的动感平台的运动模拟数据传输给通讯模块发送端(2)；

通讯模块接收端(5)通过串口与计算机(4)进行数据通讯，通讯模块接收端(5)将
接受到的通讯模块发送端(2)发来的动感平台的运动模拟数据传输至计算机(4)；

动感平台(6)与计算机(4)通过网络进行数据通讯，计算机(4) 将运动控制指令发
送给动感平台。

参照图2所示，一种动感平台体感模拟逼真度评估装置通过采集惯性传感器采集
到的动感平台的运动模拟数据与来自动感平台游戏客户端的运动指令数据，计算体感模拟
逼真度。

参照图3惯性传感器的一侧开有USB接口，惯性传感器的坐标系原点位于质心位
置，X轴和Y轴方向如图所示，Z轴方向根据右手定则判定。

参照图4传感器固定装置包括上绷带、侧绷带、前端固定平台三部分组成。通过侧
绷带和上绷带，将传感器固定装置固定于模型人头部前庭位置。在前端固定平台中心位置
有两个螺纹孔，用以固定惯性传感器。

具体实施方式如下：

S1、准备工作

S1.1设备连接，参照图1：

将模型人(7)通过安全带固定于动感平台座椅；

将惯性传感器固定装置(3)固定于模型人头部；

将惯性传感器(1)通过螺钉固定于传感器固定装置(3)顶部，并使惯性传感器的坐
标系与动感平台的基坐标系重合。

S1.2建立通讯连接：

启动计算机、打开惯性传感器(1)；

运行逼真度评估软件，软件开启接收数据任务，等待数据接收；

通过通讯模块发送端(2)与接收端(5)建立惯性传感器与计算机之间的蓝牙通讯
连接。

S2、数据采集

S2.1运行动感平台，惯性传感器实时采集动感平台X、Y、Z三个方向的加速度和角
速度，并将采集到的数据通过通讯模块发送给运行在计算机上的体感模拟逼真度评估软
件；

S2.2同时，将动感平台的X、Y、Z三个方向的加速度、角速度原始运动指令通过wifi
发送给体感模拟逼真度评估软件；

S2.3体感模拟逼真度评估软件对接收到的每一帧数据添加接收时间标记并记录。

S3、数据预处理：对两组数据中数据量大的一组数据进行重采样，方法是依照另外
一组数据的时间标记，对本组数据进行线性插值得到对应时间标记上的值，保证两组数据
能够按时间标记对齐。

S4、特征提取：

S4.1绘制两组数据的折线图；

S4.2采用最大熵方法确定可以作为波峰(波谷)的阈值，以折线图的波峰和波谷作
为特征；

S4.3以波峰(波谷)的峰值(谷值)、峰值时间作为特征的属性，提取所有波峰(波
谷)特征。

S5、峰值匹配：采用基于时间最近邻策略，通过峰值匹配算法，找到峰值与峰值之
间的一一对应关系。

S6、逼真度计算：采用多因素权重综合计算方法计算逼真度。

S6.1计算折线上的每一峰值对的逼真度：

对于每一对峰值对，逼真度计算公式为：

其中：

w_p为峰值影响权重系数；

w_t为时间影响权重系数；

p_i为原始数据折线图峰值；

p_o为模拟数据折线图峰值；

t_i为原始数据折线图峰值时间；

t₀为模拟数据折线图峰值时间；

s为一对峰值对逼真度；

S6.2根据峰值逼真度，计算折线逼真度：

对于每一对折线图，逼真度计算公式为：

其中：

s_i为每一对峰值对的逼真度；

n为每一对折线图匹配的峰值对数目；

S为每一对折线图的逼真度，此处分别为S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz，分别代表X、Y、Z方
向的加速度、角速度模拟逼真度；

S6.3根据加速度、角速度对逼真度的权重影响及其折线逼真度计算动感平台综合
评价逼真度：

动感平台综合评价逼真度计算公式如下：

其中：

w_a为加速度对逼真度影响权重系数；

w_w为角速度对逼真度影响权重系数；

S_ax，S_ay，S_az，S_wx，S_wy，S_wz分别为X、Y、Z方向的加速度、角速度模拟逼真度；

S_c为动感平台体感模拟效果综合评价逼真度。