【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于虚拟现实及人机交互领域，尤其涉及一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法。
技术介绍
1、新兴的沉浸式技术，尤其是虚拟现实(vr)，通过将用户带入数字化空间中，超越了传统界面的限制，重新定义了用户体验。这些应用程序的特点是能够产生前所未有的参与感和存在感。除了娱乐之外，它们还广泛应用于不同领域，包括教育、治疗、无障碍等。
2、虽然沉浸式交互显着增强了用户体验，但也带来了新的挑战。最重要的问题之一是用户完全沉浸在虚拟环境中所遇到的潜在物理危险。使用vr头设可能会导致用户无法意识到自己的实际周围环境，从而增加与现实世界物体碰撞、意外绊倒或意外接触墙壁和家具的风险。解决协调物理世界和虚拟世界的根本挑战，特别是它们的不同布局，是vr技术发展的前沿。
3、现实世界的物理空间与虚拟环境的有效集成是沉浸式vr应用开发的核心挑战。人们提出了许多方法来解决物理场景布局与虚拟场景布局之间的冲突，旨在创建无缝且身临其境的用户体验。
4、根据用户是否意识到避障，我们将这些技术大致分为两类：有意识避障和无意识避障。有意识地避障的技术路径中的方法主要关注监护人安全系统，旨在通过通知或安全边界的方式告知用户vr环境中的现实世界障碍。麦吉尔等人进行了开创性的研究，调查vr用户关于旁观者存在的自动通知。随后在旁观者意识系统领域的探索深入研究了各种多模式通知技术。研究工作主要针对视觉解决方案，例如文本通知。此外，还探索了替代方法，包括触觉通知(例如控制器振动)和音频通知(例如音频警报)。真实场景中的物体也被
5、此外，本专利技术采用场景合成的思想来重新排列原始的vr场景。场景合成的研究路线主要依赖于基于规则的方法和程序生成，提供了生成场景的结构化方法。parish和müller提出了一项代表性工作，这是一种基于语法的方法来创建复杂的城市布局，考虑道路网络、建筑物和植被等因素。qi引入了一种基于随机语法的方法，该方法允许在考虑人类居住者的偏好和需求的同时程序化生成室内环境。于等人和handa使用mcmc优化了给定一套家具的房间布局，而talton和yeh考虑使用rjmcmc的开放世界布局。
6、随着深度学习的出现，基于机器学习的方法已在场景合成中占据主导地位。vae和gan等生成模型已被用来创建逼真的3d场景。pix2pix和cyclegan是用于图像到图像转换任务(包括场景合成)的模型示例。金等人介绍了一种使用分层潜在扩散模型(ldm)来生成场景的新颖方法。通过结合潜在变量，该方法增强了场景合成的灵活性和可控性。po和wetzstein将扩散模型的力量与局部调节相结合，逐块生成详细的3d场景。有一些研究侧重于基于场景图或高级描述来生成场景。这些方法旨在创建具有特定对象排列和关系的场景，增强对生成内容的控制。例如，王等人提出利用以对象为中心和以上下文为中心的特征来提高场景图生成的质量。
7、现有的解决方案，例如监护空间和运动系统，在增强用户安全和导航方面取得了显着的进步。然而，它们也有其自身的局限性。监护空间利用通知通过音频、振动和视觉提示等多种方式告知用户现实世界的障碍。它们提供安全保证，但可能会破坏沉浸式体验。与此同时，重定向步行和隐形传态等运动系统虽然在导航方面有效，但可能会引起晕动病并损害现实感。此外，这些解决方案通常需要专用的物理空间或专用硬件，例如跑步机，这对可访问性造成了限制。
技术实现思路
1、为解决虚拟现实应用中现实世界的避障问题，本专利技术提供一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，将虚拟场景划分为多个组件来进行动态重新排列，以确保无碰撞的用户交互。
2、一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，包括以下步骤：
3、s1：将原始虚拟场景划分为多个组件，其中，各组件为立方体结构，且立方体的其中一个面为与用户进行交互的正面；
4、s2：将各组件作为图的节点，任意两个组件正面之间的相对关系作为图的边，完成原始虚拟场景对应的原始图的构建；
5、s3：随机变换原始虚拟场景中的一个组件的位置或者正面方向，得到更新后的当前虚拟场景与当前图；
6、s4：根据用户与真实场景中的障碍物的碰撞风险及交互组件的顺序、用户在当前真实场景下能够实现交互的组件数、原始图与当前图的相似度来评估原始图变换到当前图的总成本；
7、s5：判断是否存在连续多次迭代得到的各总成本之间的绝对变化小于设定阈值，若为是，则当前虚拟场景为完成重布局后的虚拟场景，若为否，则进入步骤s6；
8、s6：根据由总成本获取的接受概率判断当前图是否被接受，若为是，则以当前虚拟场景作为新的原始虚拟场景重复步骤s3～s5，若为否，则直接重复步骤s3～s5。
9、进一步地，所述总成本的评估方法为：
10、ctotal(g)＝λ1cp(sr,t)+λ2ct(sr,t)+λ3cs(t)
11、其中，ctotal(g)为总成本，cp(sr,t)为用于评估用户与真实场景中的障碍物的碰撞风险及交互组件顺序的物理成本，ct(sr,t)为用于评估用户在当前真实场景下能够实现交互的组件数的交互任务成本，cs(t)为用于评估原始图与当前图之间相似度的相似度成本，λ1、λ2、λ3分别为物理成本、交互任务成本、相似度成本对应的权重。
12、进一步地，物理成本cp(sr,t)的计算方法为：
13、cp(sr,t)＝cic(sr,t)+cnc(sr,t)
14、其中，cic(sr,t)为交互碰撞成本，cnc(sr,t)为导航碰撞成本；
15、交互碰撞成本cic(sr,t)的计算方法为：
16、
17、其中，sr为表征真实场景各采样点处的障碍物分布的采样点占用图，t表示用户的交互任务，且t＝{l，i}，l＝{l1,l2,…,l|c|}表示用户在交互任务中的待交互组件li所组成的组件序列，i＝{i1,i2,…,ii…,i|c|}为用户与第i个待交互组件交互时用户的位置ii所组成的位置序列，其中，用户的位置ii从高斯分布中采样100个位置进行平均得到；|c|为用户在交互任务中的待交互组件的数量，i＝1,2,…,|c|，m和n分别为真实场景的地板平面的长度方向和宽度方向上的采样点数，di,r为第i个待交互组件的所在位置与各采样点r之间的距离，r＝1,2,…,m×n；
18、导航碰撞成本cnc(sr,t)的计算方法为：
19、
20、其中，|c|-1为任意两个相邻的待交互组件之间的路径数，j＝1,2,…,|c|-1。
21、进一步地，所述高斯分布的估计方法如下：令用户在一个无障碍物的真实场景中体验原始虚拟场景，当用户与第i个待交互组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，所述总成本的评估方法为：
3.如权利要求2所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，物理成本Cp(SR,T)的计算方法为：
4.如权利要求3所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，所述高斯分布的估计方法如下：令用户在一个无障碍物的真实场景中体验原始虚拟场景，当用户与第i个待交互组件交互时，根据用户访问到的所有真实场景中地面上的点的频率估计出高斯分布。
5.如权利要求2所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，交互任务成本Ct(SR,T)的计算方法为：
6.如权利要求2所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，相似度成本Cs(T)的计算方法为：
7.如权利要求1～6任一权利要求所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，
8.如权利要求1～6任一权利要求所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，表征真实场景各采样点处的障碍物分布的采样点占用图SR的获取方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，所述总成本的评估方法为：
3.如权利要求2所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，物理成本cp(sr,t)的计算方法为：
4.如权利要求3所述的一种提高用户安全性的虚拟现实场景重布局的生成方法，其特征在于，所述高斯分布的估计方法如下：令用户在一个无障碍物的真实场景中体验原始虚拟场景，当用户与第i个待交互组件交互时，根据用户访问到的所有真实场景中地面上的点的频率估计出高斯分布。...
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