基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法技术

本发明专利技术公开了一种基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法，包括以下步骤：初始化空间数据可视化窗口，启动摄像头，眼睛依次注视空间数据可视化窗口的四个顶点，标定眼球视线焦点在摄像头采集到的图像中的位置。位置标定完成后，开始空间数据可视化交互，通过摄像头采集人脸图像，计算眼球视线焦点位置，根据视线焦点位置推算出空间数据可视化窗口新的中心点地理坐标，然后更新空间数据可视化窗口中的图像。本发明专利技术方法解决了传统空间数据交互方式中需要依赖于手的缺陷，可让用户所有注意力全部沉浸到空间数据可视化窗口中，增强了空间数据可视化交互体验，尤其适用于上肢残障人群。

Spatial data immersion interactive method based on eye tracking

The invention discloses a spatial data immersive interaction based on eye tracking method, which comprises the following steps: initialization of spatial data visualization window, start the camera, eyes were watching four vertices of the spatial data visualization window, focus on eye calibration camera image acquisition to the position in the. Position calibration is completed, to interactive visualization of spatial data, collected through the camera face image, calculate the eye focus position, according to the focus position to calculate the spatial data visualization window center new geographical coordinates, and then update the image window in spatial data visualization. The method of the invention solves the defects of traditional spatial data need to rely on hand in interactive mode, which allows the user to all the attention all immersed in the spatial data visualization window, enhance the spatial data visualization interactive experience, especially suitable for the upper limb disabled people.

【技术实现步骤摘要】
基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法
本专利技术涉及地理信息系统技术，尤其是一种基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法。
技术介绍
空间数据沉浸式交互方法是地理信息系统中需要解决的重要问题之一，目前空间数据的交互方式主要是通过鼠标、键盘、触摸板等交互设备实现，也可以基于手势识别技术，通过手的动作来进行空间数据交互。上述交互方法在用户使用眼睛注视空间数据时，均需要同时使用手来进行设备操作，完成空间数据的交互过程。使得用户需要将一部分注意力放在手的控制上，降低了用户体验，而且无法适用于上肢残障人群。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法，利用便携式笔记本的前置摄像头、USB外置摄像头以及其它带有摄像头的硬件设备，通过追踪眼球位置的变化来自动完成空间数据的可视化交互，解决传统交互方式需要手参与的缺陷，增强用户体验。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法，其包括以下步骤：步骤1)初始化空间数据可视化窗口，计算空间数据可视化窗口中心点O’的坐标值(xo1,yo1)，计算空间数据可视化窗口的四个顶点B’(xb1,yb1)、A’(xa1,ya1)、C’(xc1,yc1)、D’(xd1,yd1)的坐标值，设置操作类型为“位置标定”；步骤2)启动摄像头设备，判断操作类型，如果操作类型是“位置标定”，转步骤3)，如果是“可视化交互”，转步骤8)；步骤3)提示用户保持身体不动，头部向左上角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的左上角B’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点(即两个眼球连线的中点)的坐标值，设其为点B，坐标为(xb,yb)；步骤4)提示用户保持身体不动，头部向左下角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的左下角D’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点D，坐标为(xd,yd)；步骤5)提示用户保持身体不动，头部向右上角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的右上角A’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点A，坐标为(xa,ya)；步骤6)提示用户保持身体不动，头部向右下角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的右下角C’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点C，坐标为(xc,yc)；步骤7)计算视线焦点在X和Y方向上移动1个像素相当于空间数据在X和Y方向上移动的空间坐标距离，设其分别为px和py，坐标标定结束。关闭摄像头，设置操作类型为可视化交互，转步骤2)。步骤8)提示用户保持身体不动，根据用户的交互需求，移动头部并用眼睛注视空间数据可视化窗口的相应位置；步骤9)采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点坐标，判断该位置是否在坐标标定的四个点构成的四边形范围ABDC内，如果是，转步骤10)，如果否，则转步骤12)；步骤10)计算眼球视线焦点相对于四边形范围ABDC中点O(xo,yo)在X和Y方向上的偏移量，判断X和Y方向偏移量是否小于指定阈值T，如果X和Y方向的偏移量均小于T，转8)，如果否，则转11)；步骤11)根据眼球视线焦点的偏移量计算出新的空间数据可视化窗口的中心点坐标值，更新空间数据可视化窗口中的图像数据，更新中心点O’的坐标值(xo1,yo1)，转步骤8)进行下一次交互；步骤12)关闭摄像头，结束。本专利技术的有益效果是能够通过摄像头采集到的人脸图像，自动追踪眼球的位置变化，并推算出新的空间数据可视化范围中心点，同步更新空间数据可视化窗口中的图像数据，解决传统空间数据交互方式中需要依赖于手的缺陷，让用户所有注意力全部沉浸到空间数据的可视化窗口中，增强空间数据可视化交互体验，尤其适用于上肢残障人群。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术摄像头采集图像中标定的视线焦点与空间数据可视化窗口四个顶点的映射关系图；图3是本专利技术实施例使用的空间数据示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，图1是本专利技术提供的基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法流程图，所述方法包括以下步骤：步骤1)初始化空间数据可视化窗口，宽度为W像素，高度为H像素，设空间数据的原始地理坐标范围为[(xmin,xmax),(ymin,ymax)]，根据公式(1)-(2)计算空间数据可视化窗口中心点O’的坐标值(xo1,yo1)，根据公式(3)-(10)计算空间数据可视化窗口的四个顶点B’(xb1,yb1)、A’(xa1,ya1)、C’(xc1,yc1)、D’(xd1,yd1)的坐标值，四个顶点与摄像头采集图像中的眼球视线焦点的对应关系如图2所示。设置操作类型为“位置标定”。xo1＝xmin+max(xmax-xmin,ymax-ymin)/max(W,H)*W/2公式(1)yo1＝ymin+max(xmax-xmin,ymax-ymin)/max(W,H)*H/2公式(2)xb1＝xmin公式(3)yb1＝ymin+max(xmax-xmin,ymax-ymin)/max(W,H)*H公式(4)xa1＝xmin+max(xmax-xmin,ymax-ymin)/max(W,H)*W公式(5)ya1＝ymin+max(xmax-xmin,ymax-ymin)/max(W,H)*H公式(6)xc1＝xmin+max(xmax-xmin,ymax-ymin)/max(W,H)*W公式(7)yc1＝ymin公式(8)xd1＝xmin公式(9)yd1＝ymin公式(10)步骤2)启动摄像头设备，判断操作类型，如果操作类型是“位置标定”，转步骤3)，如果是“可视化交互”，转步骤8)。步骤3)提示用户保持身体不动，头部向左上角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的左上角B’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，设左眼眼球中心点的坐标为(xl,yl)，右眼眼球中心点的坐标为(xr,yr)，依据公式(11)-(12)计算眼球视线焦点(即两个眼球连线的中点)的坐标值(xcur,ycur)，设其为点B，坐标为(xb,yb)。xcur＝(xl+xr)/2公式(11)ycur＝(yl+yr)/2公式(12)步骤4)提示用户保持身体不动，头部向左下角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的左下角D’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，与步骤3)中B点坐标的计算方法相同，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点D，坐标为(xd,yd)。步骤5)提示用户保持身体不动，头部向右上角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的右上角A’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，与步骤3)中B点坐标的计算方法相同，设其为点A，坐标为(xa,ya)。步骤6)提示用户保持身体不动，头部向右下角移动，眼球注视空间数据可视化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1)初始化空间数据可视化窗口，计算空间数据可视化窗口中心点O’的坐标值(x

【技术特征摘要】
1.一种基于眼球追踪的空间数据沉浸式交互方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1)初始化空间数据可视化窗口，计算空间数据可视化窗口中心点O’的坐标值(xo1,yo1)，计算空间数据可视化窗口的四个顶点B’(xb1,yb1)、A’(xa1,ya1)、C’(xc1,yc1)、D’(xd1,yd1)的坐标值，设置操作类型为“位置标定”；步骤2)启动摄像头设备，判断操作类型，如果操作类型是“位置标定”，转步骤3)，如果是“可视化交互”，转步骤8)；步骤3)提示用户保持身体不动，头部向左上角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的左上角B’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点B，坐标为(xb,yb)；步骤4)提示用户保持身体不动，头部向左下角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的左下角D’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点D，坐标为(xd,yd)；步骤5)提示用户保持身体不动，头部向右上角移动，眼球注视空间数据可视化窗口的右上角A’，采集图像数据，提取图像数据中左眼和右眼的眼球位置信息，计算眼球视线焦点的坐标值，设其为点A，坐标为(xa,ya)；步骤6)提示用户保持身体不动，头部向右下角移动，眼球注视空间数...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明强，黄颖，刘袁缘，谢忠，吴亮，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42