随着全民健身的推动和体育运动社会化进程的开展,身心健康逐渐成为新时代中国人民追求美好生活的重要诉求。VR动感单车作为一种简单高效的健身娱乐方式,不受天气、时间、地点和空气污染等限制,逐渐受到大众的喜爱。然而,目前基于动感单车的虚拟骑行系统仍然存在骑行场景单一、视觉体感不一致、移植性差等问题,针对传统虚拟骑行系统交互性与临场感的缺失,通过虚拟骑行交互性和临场感的研究,本文研发了一种面向人机共融的VR单车骑行系统,核心解决了环境共融、行为共融以及和谐共融的关键问题。本文主要内容包括:虚拟骑行系统的硬件总体设计。进行系统的需求分析并依据分析的结论进行系统的总体设计,分析了各模块的功能。采用光电传感器和手握心率传感器采集用户骑行速度和瞬时心率,并基于STM32F103芯片完成下位机的数据处理与发送。为人机共融的实现提供了可靠的硬件方案。高临场感骑行环境系统的设计。探索骑行环境系统的搭建与驱动方法,完成虚拟场景与实景场景的搭建,分别针对2D实景与360°实景提出相应的实时调速方法,并进行虚拟场景漫游路径的生成,最后,实现了视觉、体感一致的骑行环境的驱动。用户的骑行数据作用到骑行环境,骑行环境依据骑行数据调整驱动速度,给予用户视觉上的反馈,实现了行为共融。虚拟骑行系统的多平台应用开发。虚拟骑行系统为用户提供了多种高沉浸感的显示终端,用户可以依据个人喜好进行显示类型与场景的个性化组合,高沉浸感的显示终端搭配逼真的骑行环境,营造了更为真实的户外骑行体验,实现系统的环境共融。基于VRMS的虚拟骑行系统交互性测试研究。探索个体差异中性别、晕车史与3D游戏使用频率对VRMS疾病程度的影响,并从统计学的角度证实这三个因素可作为VRMS易感性的预测因素。针对显示类型、虚拟骑行环境和虚实运动一致性进行实验评价,证实用户根据个人情况个性化选择交互方式,可以有效降低系统诱发的VRMS疾病程度,实现了和谐共融。虚拟骑行系统速度视差阈值测试。探究人眼视觉的速度感知特性,实验结果可用于界定虚拟现实条件下引发人感觉到场景速度差异的最小速度差,为该领域研究学者提供一个可参考的生理心理学依据。