基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法，其包括一绝对定位装置，至少一携带装置，以及一系统服务器，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元。使用时，定位数据处理单元获取用户的第二位姿数据及第一位姿数据，并通过校正算法获取准确的位姿数据；定位数据处理单元将准确的位姿数据发送给系统服务器；图像分析处理单元获取用户自己准确的位姿数据，同时从系统服务器获取其它用户的位姿数据，并生成VR体验数据，经VR体验模块转换为VR体验信息进而呈现给用户。本发明专利技术能够满足VR系统针对多个用户在大面积长时间场景下的精确定位要求。

Virtual reality anti vertigo system and method based on spatial positioning

The invention discloses an anti dizzy system and method based on virtual reality space positioning, which comprises an absolute positioning device, at least one portable device, and a system server, the carrying device comprises an angle positioning module, a data processing module, a VR module experience, the data processing module further includes a data processing unit and an image processing unit. When in use, the positioning data processing unit to obtain the user's data and a second position pose data, and obtain accurate data through pose correction algorithm; data processing unit will pose data accurately to the server system; image processing unit acquires the user's own accurate pose data, pose data acquired at the same time other users from the server system, and generate VR experience data by VR module experience into VR information and then presented to the user experience. The invention can meet the requirements of VR system for the precise positioning of a plurality of users in a large area and long time scene.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种虚拟现实系统，特别涉及一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法。
技术介绍
虚拟现实(VirtualReality,下文简称VR)技术是以智能计算设备为核心，结合传感技术生成逼真的虚拟环境，通过多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。VR的沉浸式体验分为两种，一种是角度定位式的沉浸体验，其只包括360°的视野旋转，可以通过自由旋转身体或者头部来观察，比如GearVR的手机盒子；另外一种是空间定位式的沉浸体验不仅可以实现360°的视野旋转还可以在场地里自由移动，譬如HTCVive、PSVR(PlayStationVR)等。相比之下，只有空间定位式沉浸体验才能产生身临其境的感受。虚拟现实刮起的风暴如今已经愈演愈烈，从形形色色的头盔和眼镜，到各种奇思妙想的交互设备，再到内容制作和建立体验馆的尝试。VR体验馆的构建最重要的一环，就是廉价且灵活准确的定位方案。这里所说的定位，为了要实时更新空间定位式沉浸体验所要显示的虚拟环境信息，需要使用位置跟踪设备跟踪人体的运动姿态和位置等信息，确定体验馆中的参与者在较大面积的场馆空间中的绝对空间位置，并反馈到游戏服务器上，同时所有参与游戏的玩家的数据之间还要进行互动，进而才能执行群体游戏所必需的各种游戏逻辑。对于VR场馆的虚拟现实系统定位设备而言，应满足如下几点要求，首先，要解决虚拟现实系统最严重的技术缺陷——延时，因延时会造成视觉景观存在不连续或者失真，进而会导致视觉景观与自身实际运动不匹配，长时间使用存在这种缺陷的设备可能会使参与者产生晕动症；其次，能够在大面积的VR场馆中实现精准的定位；再者，经过较长的使用时间仍旧能够维持精确的定位；另外，能够满足多个参与者在同一空间内同时定位，并能将定位数据进行交互共享；此外，应尽可能降低系统整体的成本。现有技术中用于实现位置跟踪的设备所采用的技术大致有如下几类：惯性定位、光学定位、Lighthouse、视觉惯性测距(Visual-inertialOdometry，简称VIO)、飞行时间测距(TimeofFlight，简称TOF)。这些技术应用于VR场馆场景存在如下问题：惯性定位通过加速度计、陀螺仪、磁力计进行位置跟踪。由于位置姿态是通过角速度计、陀螺仪配合磁力计完成测定，而磁力计极易受到周围磁性材料(如建筑建材，尤其是部分VR场馆选址在地下室)的影响，以及诸如手机等设备发射的电磁波的干扰，从而导致磁力计测定初始数据产生误差和漂移，因此，在越大面积或越长时间的使用场景下，惯性定位越容易造成定位信息更大的偏差。而偏差将导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。光学定位设备通过透视结果计算出对象相对于采集设备的旋转和位移，能够准确的测量对象定位信息。但是，光学定位通过标记点来测定对象的位置存在局限性，因为多个标记点不可能无限组合下去，且两组标记点靠得过近的话(例如背靠背作战的两位玩家)，也很容易发生误测或者无法识别的情形。另外，过于复杂的场馆环境也会让标记点更容易被障碍物遮挡，从而发生漏测问题。此外，光学测量设备的刷新频率较低，容易造成位置信息延时，导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。Lighthouse技术由于自身扫描周期排他性的限制，导致无法实现大面积覆盖，并且不能有过多的遮挡物导致接收不到信号，难以兼容场馆多参与者同一空间共同使用的要求。VIO技术启动时需要附加复杂的运算设备来确认其起始位置，同时，长距离和长时间的使用，会产生累计误差导致数据漂移进而影像定位准确度，由此产生的数据偏差将导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。此外，VIO技术所采用的视觉传感器单个价格昂贵，采样数据信息量较大，造成较大的运算负载，对图像处理设备的性能要求较高。TOF技术从发射器发射的脉冲是扇形区域，所以多个运动对象互相拥挤着在一起时，互相会有遮蔽，后方对象处在前方对象的“阴影区”中，导致探测不到，从而产生的数据偏差。而且脉冲测量不能识别不同对象，不满足场馆多参与者同一空间共同使用的要求。此外，如果是通过光脉冲进行测量，对元器件要求高，工作条件限制又比较苛刻，而且扫描频率越高，探测距离越远价格也就越贵；如果是通过声脉、电磁脉冲冲进行测量，则容易受到周围环境的干扰，从而产生的数据偏差将导致视觉景观失真。
技术实现思路
有鉴于现有技术存在前述不足，本专利技术旨在提供一种低成本、高性能、实用性强的解决方案，能够降低位置跟踪延迟，减少用户在大面积、长时间的场景下使用时造成的眩晕，同时能够满足多个参与者在同一空间内同时定位，并能将定位数据在参与者之间进行交互共享的虚拟现实设备。本专利技术提供一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，包含：一绝对定位装置，包含有一控制器，至少一定位器，该控制器与所述定位器相连；至少一携带装置，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元；该定位数据处理单元与该绝对定位装置的控制器相连获取该携带装置的一第一位置姿态数据，该定位数据处理单元与该携带装置的角度定位模块相连获取该携带装置的第二位置姿态数据；该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取该携带装置的一准确位置姿态数据；该定位数据处理单元与该图像分析处理单元相连，并将该携带装置的该准确位置姿态数据发送给该图像分析处理单元，生成一VR体验数据，该图像分析处理单元与该VR体验模块相连，该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，并经该VR体验模块转换为一VR体验信息进行呈现。优选的，所述基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其具有多个携带装置，且进一步包含一系统服务器，每一携带装置的定位数据处理单元分别与系统服务器相连，用于将每一携带装置的准确位置姿态数据分别发送给系统服务器，该系统服务器分别与每一携带装置的图像分析处理单元相连，每一携带装置的图像分析处理单元能够从该系统服务器获取其它携带装置的准确位置姿态数据，用于在该VR体验数据中添加其它携带装置的位置信息。所述基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其中，所述定位器为多个，所述定位器设置在一VR场景区的顶部空间，所述定位器包含有多个广角镜头定位器和多个窄角镜头定位器，所述窄角镜头定位器放置在该VR场景区的边缘、角落、靠近障碍物等视野受限的位置，广角镜头定位器设置在该VR场景的中央等视野较为开阔的位置。所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其中，校正算法包括如下内容：一携带装置的定位数据处理单元通过所述定位器获取该携带装置的该第一位置姿态数据，同时通过该角度定位模块获取该携带装置的该第二位置姿态数据；该定位数据处理单元依据该第一位置姿态数据对该初始第二位置姿态数据进行归零校正，即通过取得的该第二位置姿态数据中的一初始旋转角度与该第一位置姿态数据中的另一初始旋转角度的偏差，计算出一初始补偿值，使用该初始补偿值更新现有的补偿值；该定位数据处理单元调取该现有的补偿值，对获取的该第二位置姿态数据进行校正，进而获取该携带装置的一准确位置姿态数据，并将经校正的该准确位置姿态数据进行输出；此后，当获取到新的第二位置姿态数据时，判断此时所述定位器是否有新的第一位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，包含：一绝对定位装置，包含有一控制器、至少一定位器，该控制器与所述定位器相连；至少一携带装置，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元；该定位数据处理单元与该绝对定位装置的控制器相连获取该携带装置的一第一位置姿态数据，该定位数据处理单元与该携带装置的角度定位模块相连获取该携带装置的一第二位置姿态数据；该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取该携带装置的一准确位置姿态数据；该定位数据处理单元与该图像分析处理单元相连，并将该携带装置的该准确位置姿态数据发送给该图像分析处理单元，生成一VR体验数据，该图像分析处理单元与该VR体验模块相连，该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，并经该VR体验模块转换为一VR体验信息进行呈现。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，包含：一绝对定位装置，包含有一控制器、至少一定位器，该控制器与所述定位器相连；至少一携带装置，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元；该定位数据处理单元与该绝对定位装置的控制器相连获取该携带装置的一第一位置姿态数据，该定位数据处理单元与该携带装置的角度定位模块相连获取该携带装置的一第二位置姿态数据；该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取该携带装置的一准确位置姿态数据；该定位数据处理单元与该图像分析处理单元相连，并将该携带装置的该准确位置姿态数据发送给该图像分析处理单元，生成一VR体验数据，该图像分析处理单元与该VR体验模块相连，该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，并经该VR体验模块转换为一VR体验信息进行呈现。2.根据权利要求1所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，其具有多个携带装置，且进一步包含一系统服务器，每一携带装置的定位数据处理单元分别与该系统服务器相连，用于将每一携带装置的准确位置姿态数据分别发送给系统服务器，该系统服务器分别与每一携带装置的图像分析处理单元相连，每一携带装置的图像分析处理单元能够从该系统服务器获取其它携带装置的准确位置姿态数据，用于在该VR体验数据中添加其它携带装置的位置信息。3.根据权利要求2所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，每一携带装置的定位数据处理单元将降低刷新频率后的一准确位置姿态数据发送给该系统服务器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述每一定位器为一光学追踪器。5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述角度定位模块为一九轴感测器。6.根据权利要求5所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该角度定位模块还包括一卡尔曼滤波器，该角度定位模块获取的该第二位置姿态数据通过该卡尔曼滤波器进行滤波后，由该定位数据处理单元获取。7.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述定位器为多个，所述定位器设置在一VR场景区的顶部空间，所述定位器包含有多个广角镜头定位器和多个窄角镜头定位器，所述窄角镜头定位器放置在该VR场景区的边缘、角落、靠近障碍物等视野受限的位置，所述广角镜头定位器设置在该VR场景区的中央等视野较为开阔的位置。8.根据权利要求7所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该VR场景区可划分为多个子区间，所述定位器设置在所述子区间的边缘线上，在每一子区间每一角落的一组侧边上靠近该角落一侧设置至少对称设置一对窄角镜头定位器。9.根据权利要求7所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该VR场景区可划分为多个子区间，所述定位器设置在所述子区间的边...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：北京当红齐天国际文化发展集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11