ШАРОВОЙ СИМУЛЯТОР ДЛЯ ИМИТАЦИИ ПРИСУТСТВИЯ В ВИРТУАЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Полезная модель относится к области учебно-тренировочного оборудования, дополнительно предложенное решение может быть использовано в индустрии развлечений.
В качестве ближайшего аналога предложенного решения выбрана система для погружения пользователя в виртуальную реальность, известная из патента RU 2120664. Основной этой системы является шаровой симулятор для имитации присутствия в виртуальном пространстве, которой состоит из полой сферы, выполненной с возможностью вращения относительно своего центра, полая сфера опирается на поворотные колесные опоры, закрепленные на опорной раме по ее периметру (в большинстве случаев поворотные колесные опоры будут распределены по окружности), внутренняя полость сферы снабжена средствами формирования аудиовизуальной среды пользователя, соответствующей моделируемой обстановке. Также, в качестве одного из вариантов исполнения в RU 2120664 предложено разместить шаровой симулятор на гироскопической опоре, состоящей из полуосей на которых с возможностью вращения закреплена полая сфера. Таким образом, полая сфера позволит моделировать на ограниченном пространстве различные ситуации и отрабатывать действия пользователя применительно к этим ситуациям. Однако в известном решении моделирование различных ситуаций происходит в первую очередь за счет средств формирования аудиовизуальной среды и дополнительно за счет вращения сферы самим пользователем при его движении внутри сферы, таким образом перечень моделируемых ситуаций достаточно ограничен, в частности с использованием известной системы невозможна отработка действий при в ситуациях с активным внешним воздействии среды (имитации подъема и спуска с горы, отработка ситуаций на морском и речном транспорте, ситуаций при землетрясениях и т.п.), а также ситуаций при не достаточно активном участии в их отработке со стороны пользователя.
Предложенное решение позволит устранить указанные недостатки известной конструкции и обеспечит
- моделирования широкого перечня реально возникающих ситуаций и с моделированием при этом внешних силовых нагрузок приближенных к реальности;
- минимизация травматизма при использовании устройства и снижение физических нагрузок не относящихся к моделируемой ситуации.
Указанный выше технический результат достигается при использовании шарового симулятора для имитации присутствия в виртуальном пространстве, включающий полую сферу, выполненную с возможностью вращения относительно своего центра и опирающуюся на поворотные колесные опоры, закрепленные на опорной раме по ее периметру, и средства формирования аудиовизуальной среды пользователя, соответствующей моделируемой обстановке; согласно предложенному решению полая сфера и опорная рама снабжена центральной поворотной колесной опорой с внешним управляемым силовым приводом. Внешний управляемый силовой привод может включать, как средства вращения колеса опоры, так и средства поворота колеса относительно вертикальной оси. При необходимости полая сфера и опорная рама могут быть механически связаны с охватывающим полую сферу дополнительным внешним поворотным колесом. В оптимальном случае исполнения в качестве внешнего силового привода центральной поворотной колесной опоры и дополнительного внешнего поворотного колеса будет использован электрический асинхронный привод с частотным регулированием, а полая сфера будет выполнена из модульных элементов сотовой конструкции. Средства формирования аудиовизуальной среды выбираются из существующей в настоящее время номенклатуры аудио- и видео- аппаратуры и могут включать средства проецирования изображения на внутреннюю полость сферы или же средства проецирования изображения на внутреннюю полость сферы.
Предложенное решение поясняется чертежами.
Фиг.1 - Структурная схема шарового симулятора на опорной раме.
Фиг.2 - Вид шарового симулятора на опорной раме.
Фиг.3 - Вид шарового симулятора на опорной раме с поворотным колесом.
Основой шарового симулятора для имитации присутствия в виртуальном пространстве является полая сфера 1, выполненная с возможностью вращения относительно своего центра. Одним и наиболее эффективных технологий изготовления будет изготовление полой сферы из модульных элементов сотовой конструкции, например сотового поликарбоната.
Полая сфера 1 опирается на поворотные колесные опоры 4 и 5, закрепленные на опорной раме 2, таким образом, обеспечивается, как подвижность полой сферы 1, так и ее прочное крепление исключающее, например, срыв сферы с подвесной опоры (минимизация травматизма, повышение прочностных свойств). Внутренняя полость сферы оборудована средствами 3 формирования аудиовизуальной среды пользователя, соответствующей моделируемой обстановке. Средства 3 включают необходимый набор проекционного, звуковоспроизводящего оборудования, необходимые программируемые средства, которые обеспечивают моделирование ситуаций, задание сценариев ситуаций и т.п., также эти средства могут быть индивидуальными средствами пользователя, такие как, например, видеошлем. Таким образом, проецирование изображений может быть произведено, как на внутреннюю полость сферы, так и на персональный монитор пользователя. В центральной части опорной рамы 2, например, на ее поперечной перекладине расположена центральная поворотная колесная опора 5 с внешним управляемым силовым приводом (на схеме не показан). Внешний управляемый силовой привод включает средства вращения колеса вокруг своей оси, обеспечивающие постоянное вращение полой сферы 1 в ходе работы симулятора, а также средства, обеспечивающие повороты сферы 1 относительно ее оси, то есть средства вращения рычага на котором закреплено колесо опоры 5 относительно вертикальной оси. Дополнительно полая сфера 1 и опорная рама 2 могут быть механически связаны, с охватывающим полую сферу поворотным колесом 4 с внешним управляемым силовым приводом. Наиболее оптимально использовать в качестве такого привода электрического асинхронного привода с частотным регулированием. При этом очевидно, что в качестве внешнего привода может быть использовано любое внешнее механическое воздействие, начиная от воздействия при помощи мускульной силы, до воздействия с приводом от двигателей внутреннего сгорания, различных гидравлических приводов и т.п.
При работе шарового симулятора пользователь размещается в полой сфере, с помощью средств 3 проецируются необходимые изображения, создается необходимый звуковой фон в полости сферы 1, пользователь выполняет действия в соответствии с заданным сценарием (например, со сценарием тренировок). Управляемый силовой привод обеспечивает повороты центральной колесной опоры 4 и соответственно сферы 1 в соответствии с заданным сценарием (обеспечивается нужный градус наклона опоры, нужная интенсивность поворотов), таким образом, моделируются нагрузки, соответствующие каким-либо реальным ситуациям. Приводы центральной колесной опоры 5, обеспечивающие постоянное вращение полой сферы 1 и обеспечивающие повороты сферы 1 относительно ее оси снижают физические нагрузки на пользователя не относящиеся к моделируемой ситуации. По такому же принципу осуществляется работа симулятора с использованием дополнительного колеса 6. С использованием предложенного симулятора могут быть смоделированы практически любые ситуации с одновременным моделированием нагрузок, приближенных к реальным нагрузкам. Возможность моделирования ситуаций на ограниченных площадях сократит необходимость использования полигонов, спортивных сооружений большой площади, что в частности важно на начальных стадиях обучения. Дополнительно шаровой симулятор может быть использован в индустрии развлечений в качестве аттракциона.
Таким образом, предложен симулятор присутствия в виртуальном пространстве, обеспечивающий приближенное к реальности моделирование ситуаций.