CN106405495A - Vr设备定位系统及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种VR设备定位系统，包括至少一个VR设备、天线阵列、蓝牙数据采集模块、以及数据处理服务端；所述VR设备每一个均带有一个唯一的电子标签，并以蓝牙方式广播自身的电子标签信息；所述天线阵列用于接收电子标签信息，并确定对应电子标签到达天线阵列的角度信息，然后打包发送给蓝牙数据采集模块；所述蓝牙数据采集模块用于接收来自天线阵列的数据信息，并将数据信息转换后发送给数据处理服务端；所述数据处理服务端用于接收来自蓝牙数据采集模块的数据信息，解析后计算出每一个VR设备的具体位置坐标值，并反馈给相应的VR设备。本发明还提供了相应的定位方法。本发明提供的定位系统及定位方法，可在大空间环境内对移动中的VR设备进行精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟显示技术领域，具体地说，是挂机与一种VR设备定位系统及其定位方法。
背景技术
目前VR设备(虚拟现实设备)在室内无法移动，而室内移动的一个根本突破点就是要进行大范围区域内的精准室内定位技术，现有的室内定位方法主要有激光定位法和红外定位法，这两种室内定位方法具有以下缺点：
1)激光定位法：通过墙上的两颗激光传感器识别佩戴者佩戴的机身上的位置追踪传感器，从而获得位置和方向信息。由于激光的扫射面积有限，因此其定位空间受到激光射程的限制，一般在5*5*2m范围左右，这就使得激光定位技术做大空间的应用难度非常高，使用受限。
2)红外定位法：被定位物体上布满标记点，利用红外发光装置发射出红外光线照射在标记点上，该种标记点表面为反光材料，增强其对照明近红外光的反射能力，从而达到图像中标记球与周围环境明显区分的目的。近红外摄像机捕捉到目标物上标记点所反射的红外光后，将多台摄像机从不同角度采集到的图像传输到计算机中，再通过视觉算法过滤掉无用的信息，从而获得标记点的位置。该定位法需要多个CCD对目标进行跟踪定位，需要至少两幅以上的具有相同标记点的图像进行亚像素提取、匹配操作计算出目标物的空间位置。被动式红外光学定位系统对摄像头要求非常高，造价也就非常昂贵，而且要采用多视角光学系统就需要很多这样的摄像头，直接导致整个定位系统的成本居高不下。所以该类系统的应用场景主要还是在影视制作、动画录制等商用方向，而对于其它行业和家庭娱乐领域就显得遥不可及。另外，这种定位方法的应用范围非常局限，不利于部署更大空间的室内环境。
另外，激光定位法和红外定位法的共同的缺点在于无法进行设备之间的识别和关联。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在大空间环境内对移动中的VR设备进行定位，且实现成本低的VR设备定位系统及其定位方法。
本发明的第一个方面，提供了一种VR设备定位系统，包括至少一个VR设备、天线阵列、蓝牙数据采集模块、以及数据处理服务端；其中：
所述VR设备每一个均带有一个唯一的电子标签，并以蓝牙方式广播自身的电子标签信息；
所述天线阵列用于接收电子标签信息，并确定对应的电子标签到达天线阵列的角度信息，然后打包后发送给蓝牙数据采集模块；
所述蓝牙数据采集模块用于接收来自天线阵列的数据信息，并将数据信息转换后发送给数据处理服务端；
所述数据处理服务端用于接收来自蓝牙数据采集模块的数据信息，解析后计算出对应的VR设备的具体位置坐标值，并反馈给相应的VR设备。
根据本发明，所述VR设备内置有WIFI模块和蓝牙通信模块，其中，所述WIFI模块用于与数据处理服务端进行通信，所述蓝牙通信模块则用于发送自身的电子标签信息，以便于天线阵列能够接收并确定其到达天线的角度。优选的，所述电子标签为射频识别(RFID)标签。
根据本发明，所述天线阵列由多个用于接收蓝牙信号的定向天线构成，各定向天线分别接到蓝牙数据采集模块的天线接口，便于将接收到的VR设备的电子标签信息和到达天线的角度信息打包发送给蓝牙数据采集模块。
根据一个具体实施例，所述多个定向天线采用平均间隔设置的分布方式设置，以便于在不同的位置接收VR设备的电子标签信息和到达天线的角度信息。
根据另一个可替代的实施例，所述多个定向天线采用立体空间轴向分布的方式设置。
具体的，所述天线阵列设有一个顶部节点及多个平向节点，各个平向节点围绕顶部节点均匀间隔分布，分别构成X轴、Y轴和Z轴，以便于根据VR设备在X轴、Y轴和Z轴上的位置来精确确定所处的坐标。优选的，所述算法可以是现有已知的AOA算法。
根据本发明，所述顶部节点及各个平向节点各布设有一个或多个定向天线，显然，定向天线数量越多，定位越精确。
根据本发明，所述蓝牙数据采集模块对于来自天线阵列的数据信息的转换是将数据信息转换成json格式数据。
本发明的第二个方面，提供了一种基于所述的VR设备定位系统的定位方法，包括以下步骤：
A、为每个VR设备设定一个唯一的电子标签，每个VR设备以蓝牙通信方式广播自身的电子标签信息；
B、定向天线接收VR设备广播的电子标签信息，并得到对应的VR设备到达天线的角度信息，然后将角度信息和电子标签信息打包发送给蓝牙数据采集模块；
C、蓝牙数据采集模块接收来自定向天线的数据信息，并将该信息转换成json格式数据发送给数据处理服务端；
D、数据处理服务端根据蓝牙模块上报的json数据进行解析，并计算出对应VR设备的具体位置坐标值，并将该位置信息反馈给对应的VR设备上。
根据本发明的优选实施例，所述步骤C中蓝牙数据采集模块在收到来自定向天线的数据信息后，先对数据进行过滤，以去除其中跳动比较大的数据，从而确保数据的有效性，提升计算结果的可靠性。
根据本发明，所述步骤D中的计算方法为AOA算法。
根据本发明的优选实施例，所述定位方法还包括所述蓝牙数据采集模块与其他VR设备的蓝牙通信模块进行交互，以实现VR设备之间的自我识别。
根据本发明，所述蓝牙数据采集模块与其他VR设备的蓝牙通信模块进行交互包括蓝牙自带的搜索和扫描。
本发明提供的VR设备定位系统及其定位方法，利用蓝牙结合天线阵列定位技术，在VR设备中加入蓝牙通信模块，并通过特定的天线阵列检查蓝牙信号，并计算出相应的VR设备的具体位置，以便VR设备根据坐标值的变化做出相应的策略调整，能在大空间环境内对移动中的VR设备进行定位，且实现成本低，并且不同VR设备之间也可以通过蓝牙通信模块进行身份识别的操作。
附图说明
图1是本发明实施例的VR设备定位系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的VR设备定位系统中的天线阵列的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例对本发明的VR设备定位系统及基于所述定位系统的定位方法作进一步详细描述，应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例的一种VR设备定位系统，包括至少一个VR设备、天线阵列、蓝牙数据采集模块、以及数据处理服务端；其中：
所述VR设备每一个均带有一个唯一的电子标签，并以蓝牙方式广播自身的电子标签信息；
所述天线阵列用于接收电子标签信息，并确定对应的电子标签到达天线阵列的角度信息，然后打包发送给蓝牙数据采集模块；
所述蓝牙数据采集模块用于接收来自天线阵列的数据信息，并将数据信息转换后发送给数据处理服务端；
所述数据处理服务端用于接收来自蓝牙数据采集模块的数据信息，解析后计算出每一个VR设备的具体位置坐标值，并反馈给相应的VR设备。
本实施例中，所述VR设备内置有WIFI模块和蓝牙通信模块，所述WIFI模块用于与数据处理服务端进行通信，所述蓝牙通信模块则用于发送自身的电子标签信息，以便于天线阵列能够接收并确定其到达天线的角度；优选的，VR设备所携带的电子标签为射频识别(RFID)标签。
所述天线阵列由多个用于接收蓝牙信号的定向天线构成，各定向天线分别接到蓝牙数据采集模块的天线接口，便于将接收到的VR设备的电子标签信息以及到达天线的角度信息发送给蓝牙数据采集模块。
根据本实施例，所述定向天线阵列可采用平均间隔分布的方式，以便于在不同的位置接收VR设备到达天线的角度信息。工作时，定向天线可根据电子标签信息到达天线的角度信息来确定对应的VR设备所在的位置，只要收到电子标签信息的定向天线的数量足够多，例如三个以上，数据处理服务端即可通过计算确定对应的VR设备所处的具体位置信息。理论上，接收到电子标签信息的定向天线的数量越多，定位越精确。
作为一种可替代的方案，所述定向天线也可以采用立体空间轴向分布的方式，具体可采用如图2所示的方式，所述天线阵列设有一个顶部节点P0及多个平向节点P1，其中的顶部节点P0位于目标区域(即VR设备定位区域)的顶部中心点，相当于Z轴，各个平向节点P1围绕顶部节点均匀间隔分布，分别构成X轴和Y轴，顶部节点及各个平向节点各布设有一个或多个定向天线。这样，通过检测电子标签信号到达定向天线的连线与各轴(X轴、Y轴、Z轴)之间的角度，可以通过计算而精确定位目标区域内的VR设备U1具体坐标(位置)。
所述蓝牙数据采集模块以WIFI通信方式连接数据处理服务端；在收到来自天线阵列的VR设备的电子标签信息以及到达天线的角度信息后，优选先对数据信息进行过滤，以去除其中跳动比较大的数据；本实施例中，所述数据信息的转换优选是转换成json数据格式。
所述数据处理服务端计算VR设备的具体位置可以通过计算对应的VR设备到达各天线的角度信息而得出；具体的，来自蓝牙数据采集模块的信息是VR设备(电子标签)到达各定向天线的连线与各轴之间的角度，根据角度计算对应VR设备在三轴(X轴、Y轴、Z轴)立体空间的具体坐标，可以精确确定VR设备所处的位置。
根据本发明，所述算法优选现有已知的AOA算法，当然，现有技术已知的其他类似方法也同样可以使用，这是显而易见的。
虽然以上列举了VR设备与数据处理服务端之间以及蓝牙数据采集模块与数据处理服务端之间的通信方式为WIFI通信方式，但本领域的技术人员容易理解，其它现有技术已知的通信方式也适用于本发明，这是显而易见的。
基于本实施例的VR设备定位系统的定位方法包括以下步骤：
A、为每个VR设备设定一个唯一的电子标签，每个VR设备以蓝牙通信方式广播自身的电子标签信息；
B、定向天线接收VR设备广播的电子标签信息，并得到对应的VR设备到达天线的角度信息，然后将角度信息和标签信息打包发送给蓝牙数据采集模块；
C、蓝牙数据采集模块接收来自定向天线的数据信息，并对该信息转换成json格式数据发送给数据处理服务端；
D、数据处理服务端根据蓝牙模块上报的json数据进行解析，并计算出对应VR设备的具体位置坐标值，并将该位置信息反馈给对应的VR设备上。
进一步的，VR设备用户接收到数据处理服务端反馈的具体位置信息后可以做出相应的调整。
本实施例中，蓝牙数据采集模块除了与定位天线的交互之外，还可以与其他VR设备的蓝牙通信模块进行交互，利用蓝牙自带有搜索和扫描的功能，可以实现VR设备之间的自我识别功能，可广泛应用于游戏和探险等各种场景中。
综上所述，本发明可以在面积较大的室内环境下对移动中的VR设备进行精确定位，定位范围比较广(直径为20m左右范围)，并且蓝牙定位技术具有低功耗、安全、携带方法、价格低廉的优势。定向天线的数量越多，定位精度也越高，通过天线阵列的部署及方向、角度等算法，可以算出VR设备的精确位置信息。
Claims (14)
1.一种VR设备定位系统，其特征在于，包括至少一个VR设备、天线阵列、蓝牙数据采集模块、以及数据处理服务端；其中：
所述VR设备每一个均带有一个唯一的电子标签，并以蓝牙方式广播自身的电子标签信息；
所述天线阵列用于接收电子标签信息，并确定对应的电子标签到达天线阵列的角度信息，然后打包发送给蓝牙数据采集模块；
所述蓝牙数据采集模块用于接收来自天线阵列的数据信息，并将数据信息转换后发送给数据处理服务端；
所述数据处理服务端用于接收来自蓝牙数据采集模块的数据信息，解析后计算出对应的VR设备的具体位置坐标值，并反馈给相应的VR设备。
2.根据权利要求1所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述VR设备内置有WIFI模块和蓝牙通信模块，其中，所述WIFI模块用于与数据处理服务端进行通信，所述蓝牙通信模块则用于发送自身的电子标签信息。
3.根据权利要求2所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述电子标签为射频识别标签。
4.根据权利要求1所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述天线阵列由多个用于接收蓝牙信号的定向天线构成，各定向天线分别接到蓝牙数据采集模块的天线接口。
5.根据权利要求4所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述多个定向天线采用平均间隔设置的分布方式设置。
6.根据权利要求4所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述多个定向天线采用立体空间轴向分布的方式设置。
7.根据权利要求6所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述天线阵列设有一个顶部节点及多个平向节点，各个平向节点围绕顶部节点均匀间隔分布，分别构成X轴、Y轴和Z轴。
8.根据权利要求7所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述顶部节点及各个平向节点各布设有一个或多个定向天线。
9.根据权利要求1所述的VR设备定位系统，其特征在于：所述蓝牙数据采集模块对于来自天线阵列的数据信息的转换是将数据信息转换成json格式数据。
10.一种基于权利要求1～9中任一项所述的VR设备定位系统的定位方法，其特征在于包括以下步骤：
A、为每个VR设备设定一个唯一的电子标签，每个VR设备以蓝牙通信方式广播自身的电子标签信息；
B、定向天线接收VR设备广播的电子标签信息，并得到对应的VR设备到达天线的角度信息，然后将角度信息和标签信息打包发送给蓝牙数据采集模块；
C、蓝牙数据采集模块接收来自定向天线的数据信息，并将该信息封装成json格式数据发送给数据处理服务端；
D、数据处理服务端根据蓝牙模块上报的json数据进行解析，计算出对应VR设备的具体位置坐标值，并将该位置信息反馈给对应的VR设备上。
11.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于：所述步骤C的蓝牙数据采集模块在收到来自定向天线的数据信息后，先对数据进行过滤，以去除其中跳动比较大的数据。
12.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于：所述步骤D中的计算方法为AOA算法。
13.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于：还包括所述蓝牙数据采集模块与其他VR设备的蓝牙通信模块进行交互，以实现VR设备之间的自我识别。
14.根据权利要求13所述的定位方法，其特征在于：所述蓝牙数据采集模块与其他VR设备的蓝牙通信模块进行交互包括蓝牙自带的搜索和扫描。
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