动感单车虚拟现实系统研发

摘要

在健身房里，人们骑着普通的动感单车锻炼身体，总觉得枯燥乏味、兴趣全无，实在是弃之可惜，食之无味。科学健身的理念日渐深入人心，锻炼者更加注重骑车的健身质量和效果，希望在轻松愉快的环境中骑车锻炼身体，能够实时了解自己的运动状况，实时调整运动强度，达到最佳的运动效果。由于没有运动数据采集装置，普通动感单车是一个孤立的运动器械，不能与虚拟场景相连，使得锻炼者的骑车健身缺乏娱乐性。由于没有运动数据采集装置，普通动感单车不能获取锻炼者的运动数据，不能反馈锻炼者的运动状况，使得锻炼者处于盲目健身状态，健身效果不佳。
　　本文的主要内容如下:
　　第一章:对动感单车运动锻炼促进消除亚健康进行简单的论述，如何在动感单车锻炼的同时增加科学性和交互性成为了一个重要的问题。提出了虚拟现实技术在这一研究问题中的关键作用，对国内外的专家学者在该问题上所做的研究进行了介绍。明确了本文所采用的研究目标和研究内容。
　　第二章:首先对本文所使用的动感单车数据采集方式进行分析介绍，开展了基于51单片机的动感单车数据采集的控制系统研发，使用Altium Designer软件进行控制电路板的设计工作，实现了动感单车数据采集的硬件总体集成。
　　第三章:对动感单车的运动数据进行软件设计，搭建了运动数据处理的软件框架，使用keil软件编写控制程序，实现运动数据的处理和传输。为了验证本文所使用光电传感器、霍尔传感器和手握心率传感器采集数据的准确性，通过与自行车码表测速、迈欧心率手环检测心率进行数据对比分析。
　　第四章:介绍了心肺耐力的含义和动感单车运动锻炼对心肺耐力的作用。分析了最大摄氧量可以作为心肺耐力的评价指标，进行了基于动感单车的心肺耐力实验，验证了通过动感单车运动可以提高人体心肺耐力水平。
　　第五章:制作了基于Unity3D的虚拟场景，本文将动感单车速度数据用于驱动虚拟场景漫游。同时，开展了数据采集装置与Android手机通信的工作，也对运动数据驱动实拍视频场景进行了介绍，实现了数据采集装置的交互性。
　　第六章:总结与展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 虚拟现实技术

1．3 国内外虚拟现实动感单车的研究现状

1．4 论文的研究目标

1．5 论文的主要内容

第二章 动感单车运动数据采集的硬件设计

2．1 引言

2．2 动感单车的光电测速方法

2．3 动感单车的霍尔测速方法

2．4 实时心率检测方法

2．5 控制电路整体方案设计

2．5．1 电源模块

2．5．2 单片机模块

2．5．3 蓝牙串口模块

2．5．4 各模块之间的电路连接

2．6 Altium Designer单片机最小系统电路板的设计

2．7 动感单车运动数据采集的硬件总体集成

2．8 本章小结

第三章 动感单车运动数据的软件设计及验证

3．1 引言

3．2 动感单车运动数据的软件总体框架

3．3 光电传感器采集速度计算函数

3．4 霍尔传感器采集速度计算函数

3．5 手握心率模块计算函数

3．6 动感单车骑行锻炼实验及数据分析

3．6．1 动感单车数据采集装置的准确性验证

3．6．2 手握心率模块的准确性验证

3．7 本章小结

第四章 动感单车运动对人体心肺耐力的研究

4．1 引言

4．2 心肺耐力的含义

4．3 动感单车运动对心肺耐力的作用

4．4 心肺耐力的评估指标

4．5 最大摄氧量测量方法

4．6 基于动感单车的心肺耐力测试方法

4．7 基于动感单车的心肺耐力测试实验

4．8 本章小结

第五章 动感单车的系统集成

5．1 引言

5．2 基于Unity 3D的虚拟场景漫游

5．3 Unity 3D虚拟辫景发布到Android手机通信

5．4 基于实拍视频场景的漫游驱动

5．5 与不同虚拟场景交互效果图展示

5．6 在虚拟场景中骑行体验汇总

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目和成果

致谢