摘 要

目前经济的繁荣使大部分国民开始倾向于满足各自的发展需求。极限运动也逐渐被许多人追捧，攀岩是其中的代表。户外攀岩危险性大，一般人不会去尝试；室内攀岩壁少，价格高。虚拟现实技术是最近几年流行起来的多种技术的结合，虚拟现实能够模拟真实环境并提供沉浸感体验。所以基于虚拟现实的室内攀岩可以满足大部分人的需求。

本文用三维CAD软件Solid works设计了室内攀岩机的机械部分：

1. 链条传动机构，实现无限攀岩。
2. 导轨滑块机构，提供不同的攀岩角度
3. 外框架结构，支撑全部重量。
4. 内框架结构，装饰和保护。
5. 轴和平键的力学分析。

本文利用Unity游戏设计软件设计了虚拟攀岩场景地形，用3DsMAX建模软件设计了岩石模型，借助UI组件设计了攀岩场景的交互系统界面，利用SteamVR插件实现HTC vive眼镜的交互。

关键词：虚拟现实；室内攀岩机；Unity3D；运动

Abstract

As the current economic booms, more and more people began to seek for their pastime. Extreme sports are gradually sought after by many people, rock climbing is one of them. Outdoor rock climbing is risky and requires good physical constitution. However, the cost for indoor climbing wall is high. Virtual reality technology，which has been popular in recent years，is a combination of a variety of technologies, and virtual reality can simulate the real environment and provide immersive experience. So that virtual reality technology based on indoor rock climbing can satisfy the needs of most people.

In this thesis, three-dimensional CAD software Solid works is used to design the mechanical part of the indoor rock climbing machine:

1) Chain transmission mechanism, provide unlimited climbing.

2) Rail and slider mechanism, provide different climbing angle

3) Outer frame structure, supports all weight.

4) Inner frame structure, decoration and protection.

5) Mechanics analysis of shaft and flat keys

In this thesis, the virtual climbing scene is designed through Unity game design software. The rock model is designed with 3DsMAX modeling software. The interactive system interface of rock climbing scene is made by UI component, and the interaction of HTC vive glasses is realized by SteamVR plugin.

Key words: virtual reality; indoor treadwall; Unity3D; sport

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.1.1我国目前攀岩运动的现状 1

1.1.2虚拟现实在攀岩运动中的优势 1

1.2 国内外研究现状及分析 3

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外虚拟现实技术的研究现状 4

1.2.3国内外研究综述的简析 4

1.3 研究基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 研究目标 5

1.3.3研究方案及措施 5

1.4 论文结构框架 5

第2章 攀岩机设计 7

2.1 Solid works软件介绍 7

2.2 整体结构 7

2.3 框架设计 8

2.3.1 外框架设计 8

2.3.2 内框架设计 9

2.4 传动机构设计 10

2.4.1 支撑轴及轴上零件的设计 10

2.4.2 链条设计 12

2.5 导轨滑块机构设计 13

2.6 总装配 14

2.7 力学分析 15

2.8 本章小结 17

第3章 虚拟场景设计 18

3.1 Unity3D引擎介绍 18

3.2 实景位置选取及地形设计 18

3.2.1 初选攀岩实景及问题 18

3.2.2 改进后选择的攀岩实景 21

3.2.3 虚拟攀岩场景的设计 22

3.3 岩石模型的设计 26

3.4 其他模型设计 27

3.5 本章小结 30

第4章 交互系统开发 31

4.1 开始界面的设计 31

4.2 虚拟场景的漫游 33

4.3 VR眼镜的交互 35

4.3.1 VR眼镜简介 35

4.3.2 软件操作与交互实现 37

4.4 本章小结 39

第5章 环境影响及经济性分析 40

5.1 环境影响分析 40

5.2 经济性分析 40

第6章 总结与展望 41

6.1 总结 41

6.2 展望 41

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.1.1 我国目前攀岩运动的现状

攀岩是一种新兴且时尚的体育运动项目[^[1]]。攀岩运动以其独有的征服感吸引了无数爱好者[^[2]],被为之付出了大量的时间和金钱。攀岩运动不但要求参与者拥有顽强的意志和坚持不懈的精神，而且也需要良好的身体素质和技巧，这样参与者才能在凹凸不平陡峭的岩壁上完成各种惊险的动作。由于登山对于城市人口来说是几乎接触不到的运动，而攀登悬崖峭壁相对来说有更高的实现可能，并且比登山更加刺激、更具挑战性，所以攀岩运动得以在全球范围内风靡。

户外攀岩是极少数人涉及的极限运动。攀登者依靠少量的保护措施甚至有些无保护去攀登自然的岩壁，因为天然岩壁上没有任何规划好的着手点和路线，期间需要攀登者自主选择攀登路线。这需要攀登者冷静的思考、足够的体力和娴熟的攀岩技巧，但这对于普通人来说太过危险和困难，无法成为每个想尝试攀岩运动的人的选择。