基于虚拟现实机器人遥操作技术的鸟类控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟现实机器人遥操作技术的鸟类控制系统及方法。在不伤害飞鸟身体，最大限度不影响飞鸟自身生活习性的情况下，控制飞鸟的飞行方向和路线，工作持久、稳定，并且可以反复多次使用，可用于自然科学研究、灾情救援、环保、军事等诸多领域，完成侦测地理数据，绘制3D立体图形等任务。

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域。

背景技术

虚拟现实是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供 使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境 一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。虚拟现实技术 完全可以应用于高等动物，一些鸟类的视觉、听觉类似于人类，完全 可以接受数据显示技术和数字播放技术，并且其易于受指挥，可以在 不伤害它们的前提下，控制其行为。而现有的控制鸟类等生物行为的 实验、应用，均会不同程度的对其造成伤害，并且无法持久、稳定的 进行控制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于虚拟现实机器人 遥操作技术的鸟类控制系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于虚拟现实机器人遥操作技术的鸟类控制系统，包括地 面站和头戴式显示模块。

地面站，用于通过无线通讯技术接收传送回来的卫星定位数据 及实时视频数据，同时将控制信号发送出去。

头戴式显示模块，固定在飞鸟的头部，包括电源模块、核心处 理模块、无线收发模块、头部运动追踪器、扬声器、振动器、3D立 体显示设备、卫星定位模块和摄像头，无线收发模块接收地面站发送 出来的控制信号，经核心处理模块处理，构建合成相应的虚拟场景， 再将虚拟场景显示在3D立体显示设备上，同时扬声器配合发出相应 声音，振动器配合实现模拟效果，头部运动追踪器实时追踪飞鸟头部 的转动，反馈给核心处理模块，核心处理模块相应的调整3D立体显 示设备显示的虚拟场景的视角，卫星定位模块获取飞鸟的卫星定位数 据，摄像头采集视频数据，经核心处理模块处理后，卫星定位数据和 视频数据通过无线收发模块传送回地面站。

进一步，所述摄像头包括左摄像头和右摄像头，收到相应的切 换控制信号后，经核心处理模块处理，可以将左摄像头和右摄像头采 集的视频数据实时显示在3D立体显示设备上。

进一步，所述无线收发模块与地面站之间通过3G、4G或卫星通 讯信号连接。

进一步，所述头部运动追踪器包括陀螺仪和加速度计。

进一步，所述卫星定位模块为北斗卫星定位模块或者GPS卫星 定位模块。

进一步，所述电源模块包括高密度锂电池。

一种基于上述系统的鸟类控制方法，地面站根据需要发送控制 信号，该控制信号包含有用于构建场景的构建参数，被头戴式显示模 块的无线收发模块所接收，经核心处理模块处理后，核心处理模块构 建合成一个虚拟洞穴场景，该虚拟洞穴延伸往飞鸟飞行前进的目标方 向，并且该目标方向设置有引诱飞鸟飞过去的亮光，将该虚拟场景通 过3D立体显示设备显示，并且核心处理模块根据头部运动追踪器反 馈的信号实时调整视角，当卫星定位模块检测到飞鸟偏离航道时，在 核心处理模块的控制下，3D立体显示设备显示碰撞的场景，同时扬 声器发出碰撞的声音，振动器模拟碰撞的效果，促使飞鸟回到设定好 的航道上；当需要解除对飞鸟飞行的控制时，地面站发出切换的控制 信号，被头戴式显示模块的无线收发模块所接收，在核心处理模块的 控制下将摄像头采集的视频数据实时显示在3D立体显示设备上。

进一步，所述虚拟场景根据需要设置成蜿蜒或者平直延伸的环 境单一的洞穴场景，虚拟场景中的亮光设置在距离基本保持不变的前 方。

进一步，摄像头采集的视频数据，经核心处理模块处理后，通 过无线收发模块实时传送回地面站，以让控制人员超视距实时的控 制、调整飞鸟的飞行方向。

本发明的有益效果是：在不伤害飞鸟身体，最大限度不影响飞鸟 自身生活习性的情况下，控制飞鸟的飞行方向和路线，工作持久、稳 定，并且可以反复多次使用，可用于自然科学研究、灾情救援、环保、 军事等诸多领域，完成侦测地理数据，绘制3D立体图形等任务。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的头戴式显示模块的佩戴效果图；

图2是本发明的结构原理图。

具体实施方式

本技术方案的基本原理是：设想一只飞鸟在洞穴之中，朝着洞 口飞出，洞穴直径比较小，飞鸟依靠视觉不会碰到洞壁，如果洞穴向 左延伸，飞鸟会在洞中向左飞；如果洞穴向右延伸，飞鸟会在洞中向 右飞。

现在我们要给这只飞鸟穿戴一种设备，比如给飞鸟用的3D立体 显示设备，让飞鸟看到的场景是计算机合成的非常逼真的虚拟场景。 虚拟场景可以是向左转、向右转、向上转，或向下转的洞穴中的情景。

这样，当这只戴上设备的飞鸟在天空中时，如果我们希望它向 左飞，只需让计算机合成的虚拟洞穴向左转弯。向右、向上、向下几 个方向道理一样。虽然真实情况是在空旷的天空中飞行，但是飞鸟感 觉自己是在一个不断拐弯的洞穴中向着洞口飞行。

除了视觉欺骗外，我们还可以给飞鸟以听觉和触觉配合。在飞 鸟身上设置振动器和扬声器，如果飞鸟没有顺着虚拟视频中的洞穴转 弯，碰着虚拟洞壁，我们可以让振动器模拟碰撞效果，并通过扬声器 播放合成的碰撞声音。振动器和扬声器根据给飞鸟接受视觉欺骗后的 反馈，修正飞鸟的行为。这种反馈在初始训练期有助于飞鸟形成我们 想要的视觉条件反射。

同时，飞鸟身上还配备双目摄像头，用于向地面站控制人员传 回飞鸟第一人称视觉的实时立体视频，以让控制人员超视距控制飞鸟 飞行方向。当地面站控制人员释放对飞鸟的控制权时，该双目摄像头 还可以用于将前方真实的立体视频直接通过3D立体显示器显示给飞 鸟，让飞鸟自由飞翔。

根据上述原理，同时参照图1和图2，本发明的一种基于虚拟 现实机器人遥操作技术的鸟类控制系统，包括地面站和头戴式显示模 块。

地面站，用于通过无线通讯技术接收传送回来的卫星定位数据 及实时视频数据，同时将控制信号发送出去，该控制信号包含负责控 制生成虚拟场景的构建参数，如延伸方向等。

头戴式显示模块，固定在飞鸟的头部，包括电源模块、核心处 理模块、无线收发模块、头部运动追踪器、扬声器、振动器、3D立 体显示设备、卫星定位模块和摄像头。所述电源模块包括重量更轻的 高密度锂电池，用于供给整个头戴式显示模块所需的电量。所述无线 收发模块与地面站之间通过3G、4G或卫星通讯信号连接，无线收发 模块接收地面站发送出来的控制信号，经核心处理模块处理，构建合 成相应的虚拟场景，再将虚拟场景显示在3D立体显示设备上，同时 扬声器配合发出相应声音，振动器配合实现模拟效果。头部运动追踪 器包括陀螺仪和加速度计，实时追踪飞鸟头部的转动，反馈给核心处 理模块，核心处理模块相应的调整3D立体显示设备显示的虚拟场景 的视角。卫星定位模块为北斗卫星定位模块或者GPS卫星定位模块， 获取飞鸟的卫星定位数据，摄像头采集视频数据，经核心处理模块处 理后，卫星定位数据和视频数据通过无线收发模块传送回地面站。

进一步，所述摄像头包括左摄像头和右摄像头，用于实时采集飞 鸟双目位置的立体视觉数据。收到相应的切换控制信号后，经核心处 理模块处理，可以将左摄像头和右摄像头采集的视频数据实时显示在 3D立体显示设备上，同时，双摄像头的设置可以形成物像的深度信 息，并减少视线盲区，或者方便实现绘制3D立体图纸等操作。

一种基于上述系统的鸟类控制方法，地面站根据需要发送控制 信号，该控制信号包含有用于构建场景的构建参数，被头戴式显示模 块的无线收发模块所接收，经核心处理模块处理后，核心处理模块构 建合成一个虚拟洞穴场景，该虚拟洞穴延伸往飞鸟飞行前进的目标方 向，并且该目标方向设置有引诱飞鸟飞过去的亮光，为了防止分散飞 鸟的注意力，同时降低虚拟场景的建模数据量，所述虚拟场景根据需 要设置成蜿蜒或者平直延伸的环境单一的洞穴场景，虚拟场景中的亮 光设置在距离基本保持不变的前方。将该虚拟场景通过3D立体显示 设备显示，并且核心处理模块根据头部运动追踪器反馈的信号实时调 整视角，当卫星定位模块检测到飞鸟偏离航道，没有顺着虚拟场景中 的洞穴飞行时，在核心处理模块的控制下，3D立体显示设备显示碰 撞的场景，同时扬声器发出碰撞的声音，振动器模拟碰撞的效果，促 使飞鸟回到设定好的航道上；当需要解除对飞鸟飞行的控制时，地面 站发出切换的控制信号，被头戴式显示模块的无线收发模块所接收， 在核心处理模块的控制下将摄像头采集的视频数据实时显示在3D立 体显示设备上，让飞鸟看到真实视界而解脱人工控制自由飞翔。

进一步，摄像头采集的视频数据，经核心处理模块处理后，通过 无线收发模块实时传送回地面站，以让控制人员超视距实时的控制、 调整飞鸟的飞行方向。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对 其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，但本领 域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者 等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围内。