CN106597664A - 一种虚拟现实头盔及提高虚拟现实头盔显示效果的方法 - Google Patents

一种虚拟现实头盔及提高虚拟现实头盔显示效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种虚拟现实头盔及一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法，该方法包括：获取虚拟现实头盔中陀螺仪的校正基数；对实时获取到的陀螺仪的每一个原始角速度数据，利用校正基数进行校正，得到陀螺仪的校正角速度数据；将校正角速度数据依次输入姿态运算库，利用姿态运算库将校正角速度数据变换为角度数据；将角度数据依次输入虚拟现实头盔的图像偏移控制单元，由图像偏移控制单元控制虚拟现实头盔图像的显示变化。该方法根据校正基数校正原始角速度数据，利用校正后的数据融合出角度数据，提高了头部姿态追踪算法数据来源的准确性，降低了对算法本身的依赖，避免了图像的漂移和抖动等异常，提高了虚拟现实头盔的显示效果。

Description

一种虚拟现实头盔及提高虚拟现实头盔显示效果的方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实头盔及一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法。
背景技术
对头部位置姿态的实时跟踪技术是虚拟现实领域的关键技术之一，陀螺仪传感器是不可缺少的部分。陀螺仪自身不可避免的存在一些缺陷，如噪声、温漂、数据突变、以及固有的环境干扰等，使得在虚拟现实头盔上，获取到的陀螺仪数据存在严重缺陷，增加了头部姿态追踪算法的难度，同时容易使虚拟现实头盔显示的图像产生某些异常，如抖动、位置漂移，甚至对使用者产生惊吓等。想要获取比较好的头部姿态追踪算法以提高虚拟现实头盔的显示效果时，往往会产生算法的授权费用，增加产品的成本。
发明内容
本发明提供了一种虚拟现实头盔及一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法，通过对姿态追踪算法的数据来源之一，即陀螺仪数据，进行校正，降低对头部姿态追踪算法的依赖，增加对头部位置姿态实时跟踪的准确性，提高虚拟现实头盔的显示效果。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种虚拟现实头盔，包括陀螺仪、校正基数获取单元、数据校正单元、姿态运算库和图像偏移控制单元；
所述校正基数获取单元，用于获取虚拟现实头盔中所述陀螺仪的校正基数；
所述数据校正单元，用于对实时获取的所述陀螺仪的每一个原始角速度数据，利用所述校正基数进行校正，并将得到的校正角速度数据依次输入到所述姿态运算库；
所述姿态运算库，用于将输入的校正角速度数据变换为角度数据，并将角度数据依次输入到所述图像偏移控制单元；
所述图像偏移控制单元，用于根据输入的角度数据控制虚拟现实头盔图像的显示变化。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法，包括：
获取虚拟现实头盔中陀螺仪的校正基数；
对实时获取的陀螺仪的每一个原始角速度数据，利用所述校正基数进行校正，得到陀螺仪的校正角速度数据；
将校正角速度数据依次输入姿态运算库，利用所述姿态运算库将校正角速度数据变换为角度数据；
将角度数据依次输入所述虚拟现实头盔的图像偏移控制单元，由所述图像偏移控制单元控制虚拟现实头盔图像的显示变化。
本发明的有益效果是：本发明实施例根据校正基数对陀螺仪的原始角速度数据进行校正，利用校正后的角速度数据融合出控制图像变换所需要的角度数据，提高了头部姿态追踪算法数据来源的准确性，降低了对算法本身的依赖，避免了图像的漂移和抖动等异常，提高了虚拟现实头盔的显示效果。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的一种虚拟现实头盔的功能框图；
图2是本发明一个实施例提供的一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法的流程图；
图3是本发明一个实施例中获取陀螺仪校正基数的流程图；
图4是本发明一个实施例提供的一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法的具体流程图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：陀螺仪由于自身的缺陷和环境干扰等因素，使得在虚拟现实头盔上获取到的陀螺仪数据存在严重缺陷，增加了头部姿态追踪算法的难度，同时容易使图像产生异常。针对这种情况，本发明利用校准基数对陀螺仪数据进行校正，提高头部姿态追踪算法数据来源的准确性，降低对头部姿态追踪算法本身的依赖，增强对头部位置姿态实时跟踪的准确性，从而避免图像的漂移和抖动等异常，提高了虚拟现实头盔的显示效果。
实施例一
图1是本发明一个实施例提供的一种虚拟现实头盔的功能框图，如图1所示，本实施例提供的虚拟现实头盔包括：陀螺仪110、校正基数获取单元120、数据校正单元130、姿态运算库140和图像偏移控制单元150。
校正基数获取单元120用于获取虚拟现实头盔中陀螺仪的校正基数；数据校正单元130对实时获取到的陀螺仪110的每一个原始角速度数据，利用校正基数获取单元120获取到的校正基数进行校正，提高头部姿态追踪算法数据来源的准确性，之后将得到的校正角速度数据依次输入到姿态运算库140；姿态运算库140中内置有头部姿态追踪算法，用于将输入的校正角速度数据变换为角度数据，并将角度数据依次输入到图像偏移控制单元150；图像偏移控制单元150根据输入的角度数据控制虚拟现实头盔图像的显示变化，从而避免图像的漂移和抖动等异常，提高了虚拟现实头盔的显示效果。
优选地，在虚拟现实头盔静置时，校正基数获取单元120获取虚拟现实头盔在静止状态下陀螺仪的原始角速度数据，当获取到的原始角速度数据达到预先设定的数量时，计算所有的原始角速度数据的平均值作为校正基数。
优选地，对获取到的每一个原始角速度数据，数据校正单元130计算原始角速度数据与校正基数的差值，作为与该原始角速度数据对应的校正角速度数据。
为了提高系统的稳定性，本实施例提供的虚拟现实头盔还包括PID控制单元，PID控制单元从数据校正单元130获取校正角速度数据，利用内置的PID算法对校正角速度数据进行处理，并将处理后的数据输入到姿态运算库140。姿态运算库140在将变换得到的角度数据输入到图像偏移控制单元150的同时，还将变换得到的角度数据反馈到PID控制单元，以便于PID算法进行反馈控制
实施例二
图2是本发明一个实施例提供的一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法的流程图，如图2所示，本实施例提供的提高虚拟现实头盔显示效果的方法包括：
步骤S210：获取虚拟现实头盔中陀螺仪的校正基数。该校正基数可以在用户使用虚拟现实之前通过计算或实验的方式获取，也可以在用户使用虚拟现实头盔的过程中实时获取并更新。
步骤S220：对实时获取到的陀螺仪的每一个原始角速度数据，利用步骤S210中获取到的校正基数进行校正，得到陀螺仪的校正角速度数据，以提高头部姿态追踪算法数据来源的准确性，降低对算法本身的依赖。
步骤S230：将校正角速度数据依次输入姿态运算库，利用姿态运算库将校正角速度数据变换为角度数据，由于已经对数据来源进行了校正，因此使用现有的普通姿态运算库就可以获得较为准确的姿态数据。
步骤S240：将角度数据依次输入到虚拟现实头盔的图像偏移控制单元，由图像偏移控制单元控制虚拟现实头盔图像的显示变化。
图3是本发明一个实施例中获取陀螺仪校正基数的流程图，如图3所示，本实施例中，步骤S210具体包括：
步骤S310：将虚拟现实头盔静置，获取虚拟现实头盔在静止状态下陀螺仪的原始角速度数据。在虚拟现实头盔处于静止状态时，虚拟现实头盔没有转动，虚拟现实头盔内的陀螺仪采集到的角速度值应当为0，但是受到温度、噪声等环境因素的影响，陀螺仪实际采集到的原始角速度值不为0，这些非0的数据就是误差，可以用来计算陀螺仪的校正基数。
步骤S320：累加获取到的原始角速度数据，获得累加值sum。本实施例通过对多次获取的陀螺仪的原始角速度数据求平均值来计算校正基数，因此每当获取到一个静止状态时的原始角速度数据后，就将其与之前的数据进行累加，获得累加值sum，以便于求平均值。
步骤S330：判断采集到的原始角速度数据的个数是否小于预设的数量n，优选地，n＝1000；若是，说明采集的数据量不足，若利用这些数据计算校正基数可能会产生较大的误差，因此返回步骤S310继续采集下一个原始角速度数据；否则，说明已经获取了足够多的数据，可以利用这些数据计算校正基数，因此继续执行步骤S340。
步骤S340：计算累加值sum的平均值，即计算所有的原始角速度数据的平均值，作为校正基数offset，offset＝sum/n。
通过以上步骤获取到校正基数offset之后，开始进行陀螺仪数据的校正并控制图像的显示变化，具体过程如图4所示，包括：
步骤S410：实时获取陀螺仪的原始角速度数据。
步骤S420：将获取到的每一个原始角速度数据减去校正基数offset作为与原始角速度数据对应的校正角速度数据data0。
步骤S430：将校正角速度数据data0输入到PID控制单元，进行PID算法处理。PID(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分)算法可以根据历史数据和差别的出现率来调整头部姿态追踪算法的输入值，使系统更加准确，更加稳定。
步骤S440：将经过PID控制单元处理后的角速度数据输入姿态运算库，由于已经对姿态运算库的数据来源，即陀螺仪的角速度数据，进行了校正，提高了头部姿态追踪算法数据来源的准确性，因此在该步骤中利用现有的普通姿态运算库就可以获得较为准确的姿态数据，降低了对头部姿态追踪算法本身的依赖，不需要再通过支付授权费用获取更精确的姿态运算库。
步骤S450：利用姿态运算库将校正角速度数据data0变换为角度数据data1。在进行头部姿态追踪的过程中需要角度数据，例如虚拟现实头盔从时刻time1到时刻time2转动的角度，根据该角度进行图像的变换。但是陀螺仪仅能采集到某一时刻的角速度，因此需要将校正角速度数据data0通过姿态运算库变换为角度数据data1。
步骤S460：将角度数据data1输入图像偏移控制单元，由图像偏移控制单元控制图像的显示变化，避免了图像出现漂移和抖动，改善了图像生硬、跳跃的问题，提升了虚拟现实头盔的显示效果，使图像的变换相对柔和舒适。
步骤S470：将角度数据data1反馈到PID控制单元。PID算法是一个反馈控制回路，因此需要将变换出的角度数据data1反馈回PID控制单元，以进行反馈控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是：
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
本发明的虚拟现实头盔传统上包括处理器和以存储器形式的计算机程序产品或者计算机可读介质。存储器可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为便携式或者固定存储单元。该存储单元可以类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元包括用于执行根据本发明的方法步骤的计算机可读代码，即可以由例如处理器读取的代码，这些代码被运行时，导致该虚拟现实头盔执行上面所描述的方法中的各个步骤。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。

Claims (10)

1.一种虚拟现实头盔，其特征在于，包括陀螺仪、校正基数获取单元、数据校正单元、姿态运算库和图像偏移控制单元；
所述校正基数获取单元，用于获取虚拟现实头盔中所述陀螺仪的校正基数；
所述数据校正单元，用于对实时获取到的所述陀螺仪的每一个原始角速度数据，利用所述校正基数进行校正，并将得到的校正角速度数据依次输入到所述姿态运算库；
所述姿态运算库，用于将输入的校正角速度数据变换为角度数据，并将角度数据依次输入到所述图像偏移控制单元；
所述图像偏移控制单元，用于根据输入的角度数据控制虚拟现实头盔图像的显示变化。
2.如权利要求1所述的虚拟现实头盔，其特征在于，所述校正基数获取单元具体用于：
在所述虚拟现实头盔静置时，获取所述虚拟现实头盔在静止状态下所述陀螺仪的原始角速度数据；
当获取到的原始角速度数据达到预先设定的数量时，计算所有的原始角速度数据的平均值作为所述校正基数。
3.如权利要求2所述的虚拟现实头盔，其特征在于，所述数据校正单元具体用于：
对获取到的每一个原始角速度数据，计算所述原始角速度数据与所述校正基数的差值，作为与该原始角速度数据对应的校正角速度数据。
4.如权利要求1所述的虚拟现实头盔，其特征在于，还包括PID控制单元；
所述PID控制单元，用于从所述数据校正单元获取校正角速度数据，利用内置的PID算法对校正角速度数据进行处理，并将处理后的数据输入到所述姿态运算库。
5.如权利要求4所述的虚拟现实头盔，其特征在于，所述姿态运算库还用于，将变换得到的角度数据反馈到所述PID控制单元。
6.一种提高虚拟现实头盔显示效果的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取虚拟现实头盔中陀螺仪的校正基数；
对实时获取到的陀螺仪的每一个原始角速度数据，利用所述校正基数进行校正，得到陀螺仪的校正角速度数据；
将校正角速度数据依次输入姿态运算库，利用所述姿态运算库将校正角速度数据变换为角度数据；
将角度数据依次输入所述虚拟现实头盔的图像偏移控制单元，由所述图像偏移控制单元控制虚拟现实头盔图像的显示变化。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取虚拟现实头盔中陀螺仪的校正基数，具体包括：
将所述虚拟现实头盔静置，获取所述虚拟现实头盔在静止状态下所述陀螺仪的原始角速度数据；
当获取到的原始角速度数据达到预先设定的数量时，计算所有的原始角速度数据的平均值作为所述校正基数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用所述校正基数对每一个原始角速度数据进行校正，得到陀螺仪的校正角速度数据，具体包括：
对获取到的每一个原始角速度数据，将所述原始角速度数据减去所述校正基数的差值作为与该原始角速度数据对应的校正角速度数据。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在将校正角速度数据依次输入姿态运算库之前，所述方法还包括：
将校正角速度数据输入到PID控制单元，利用所述PID控制单元内置的PID算法对校正角速度数据进行处理。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将利用姿态运算库变换得到的角度数据反馈到所述PID控制单元。
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