CN106908765B - 一种基于超声波信号的空间定位方法、系统及vr设备 - Google Patents
一种基于超声波信号的空间定位方法、系统及vr设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于超声波信号的空间定位方法、系统及VR设备，方法包括：接收设置于定位空间多个发射装置同步发射的信号信息；以接收某个发射装置的同步信号的第一接收时间点和接收某个发射装置的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得接收时延，根据多个发射装置获得多个接收时延；分析某个超声波信号，获得其对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率；根据多个时延和多个频率，以VR设备当前位置为原点及结合多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备物理位置变化量和速度矢量。用于精确定位VR设备的空间位置，提高用户沉浸式体验感；安装简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术领域，具体涉及一种基于超声波信号的空间定位方法、系统及VR设备。
背景技术
VR技术集成计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、网络并行处理等技术，是在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术，其中，在计算机中生成的、可交互的三维环境称之为虚拟环境(Virtual Environment，简称VE)。基于VR技术的设备(如头戴式VR设备)能够提供各种VR应用，在VR应用中输出给以用户沉浸式体验的虚拟环境。
目前，一些VR应用中需要追踪用户在真实环境中的具体位置，并将用户的具体位置作为虚拟环境中虚拟角色运动的控制输入，特别是在演示外科手术等对精确度要求较高的游戏时，需要精确检测用户操作手柄的动作以及手柄与头戴式VR设备之间的距离来控制虚拟角色，如果定位不准确，容易导致游戏中相应操作产生飘忽感，影响到用户的沉浸式体验。
发明内容
本发明实施例公开了一种基于超声波信号的空间定位方法、系统及VR设备，用于精确定位VR设备的空间位置，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且系统安装简单，成本较低。
本发明第一方面公开了一种基于超声波信号的空间定位方法，应用于虚拟现实VR设备，所述方法包括：
所述VR设备接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，所述信号信息包括同步信号和超声波信号，所述同步信号携带有时间信息，所述时间信息用于指示所述VR设备与所述发射装置之间时间同步；
所述VR设备以接收到某个发射装置发射的所述同步信号的第一接收时间点和接收到所述某个发射装置发射的所述超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据所述多个发射装置获得多个所述接收时延，所述接收时延与所述发射装置一一对应；以及
所述VR设备分析某个超声波信号，获得所述某个超声波信号对应的频率，根据所述多个发射装置获得多个所述频率，所述频率与所述发射装置一一对应；
所述VR设备根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；
所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，所述上一次建立的空间位置关系模型是以所述VR设备上一次所在位置为原点以及结合所述多个发射装置建立得到。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述VR设备根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型，包括：
所述VR设备从所述多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据所述目标发射装置对应的时延和频率，并以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述目标发射装置，建立所述当前空间位置关系模型。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量，包括：
所述VR设备根据所述当前空间位置关系模型，获得所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息；
所述VR设备根据所述目标发射装置在所述上一次建立的空间位置关系模型中的位置坐标信息、以及所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
所述VR设备根据所述物理位置变化量以及所述物理位置变化量对应的时间间隔，获得所述VR设备的速度矢量。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量，包括：
所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
所述VR设备根据多普勒效应公式，获得所述VR设备的速度矢量。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述VR设备接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息之前，所述方法还包括：
在所述VR设备处于静止状态过程中，且已确定出所述VR设备在所述静止状态时与所述发射装置的相对空间距离后，所述VR设备在所述定位空间内向所述多个发射装置发射同步广播信号，所述同步广播信号携带所述VR设备发射所述同步广播信号的发射时间点，以使所述发射装置在接收到所述同步广播信号后，根据与所述VR设备的所述相对空间距离计算所述同步广播信号的传输时间，并根据所述传输时间和所述发射时间点，同步所有所述发射装置与所述VR设备的时间。
本发明第二方面公开了一种虚拟现实VR设备，可包括：
收发单元，用于接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，所述信号信息包括同步信号和超声波信号，所述同步信号携带有时间信息，所述时间信息用于指示所述VR设备与所述发射装置之间时间同步；
第一处理单元，用于以接收到某个发射装置发射的所述同步信号的第一接收时间点和接收到所述某个发射装置发射的所述超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据所述多个发射装置获得多个所述接收时延，所述接收时延与所述发射装置一一对应；以及
第二处理单元，用于分析某个超声波信号，获得所述某个超声波信号对应的频率，根据所述多个发射装置获得多个所述频率，所述频率与所述发射装置一一对应；
建立单元，用于根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；
第三处理单元，用于以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，所述上一次建立的空间位置关系模型是以所述VR设备上一次所在位置为原点以及结合所述多个发射装置建立得到。
作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述建立单元用于根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型的方式具体为：
所述建立单元用于，从所述多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据所述目标发射装置对应的时延和频率，并以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述目标发射装置，建立所述当前空间位置关系模型。
作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述第三处理单元具体包括：
第一坐标获取单元，用于根据所述当前空间位置关系模型，获得所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息；
第一位置获取单元，用于根据所述目标发射装置在所述上一次建立的空间位置关系模型中的位置坐标信息、以及所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
第一速度获取单元，用于根据所述物理位置变化量以及所述物理位置变化量对应的时间间隔，获得所述VR设备的速度矢量。
作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述第三处理单元具体包括：
第二位置获取单元，以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
第二速度获取单元，用于根据多普勒效应公式，获得所述VR设备的速度矢量。
作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述VR设备还包括：
时间同步单元，用于在所述收发单元接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息之前，在所述VR设备处于静止状态过程中，且已确定出所述VR设备在所述静止状态时与所述发射装置的相对空间距离后，在所述定位空间内向所述多个发射装置发射同步广播信号，所述同步广播信号携带所述VR设备发射所述同步广播信号的发射时间点，以使所述发射装置在接收到所述同步广播信号后，根据与所述VR设备的所述相对空间距离计算所述同步广播信号的传输时间，并根据所述传输时间和所述发射时间点，同步所有所述发射装置与所述VR设备的时间。
本发明第三方面公开了一种基于超声波信号的空间定位系统，可包括：
虚拟现实VR设备和设置于定位空间内的多个发射装置；
其中，所述VR设备为权利要求6～10任一项所述的VR设备；
所述多个发射装置用于同步向所述VR设备发射信号信息，所述信号信息包括同步信号和超声波信号，所述同步信号携带有时间信息，所述时间信息用于指示所述VR设备与所述发射装置之间时间同步。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
在本发明实施例中，设置于定位空间的多个发射装置同步向VR设备发射信号信息，该信号信息包括同步信号和超声波信号，该同步信号携带有时间信息，该时间信息用于指示VR设备与发射装置之间时间同步。VR设备在接收到发射装置发射的信号信息后，以接收到某个发射装置发射的同步信号的第一接收时间点和接收到某个发射装置发射的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延(第一接收时间点与第二接收时间点差值的绝对值)，根据多个发射装置获得多个接收时延，该接收时延与发射装置一一对应，以及VR设备分析某个超声波信号，获得某个超声波信号对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率，该频率与发射装置一一对应，VR设备根据多个时延和多个频率，以VR设备的当前位置为原点以及结合多个发射装置，建立当前空间位置关系模型，最后以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量和速度矢量。可以看出，实施本发明实施例，能够减小定位空间中盲区存在的可能性，精确获取VR设备的空间位置变化量和速度矢量以作为虚拟环境的控制输入，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且整个系统安装简单，成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的基于超声波信号的空间定位方法的流程示意图；
图2为本发明一些实施例提供的基于超声波信号的空间定位系统的应用示意图；
图3为本发明实施例公开的基于超声波信号的空间定位方法的另一流程示意图；
图4为本发明实施例公开的VR设备的结构示意图；
图5为本发明实施例公开的VR设备的另一结构示意图；
图6为本发明实施例公开的VR设备的另一结构示意图；
图7为本发明实施例公开的VR设备的另一结构示意图；
图8为本发明实施例公开的基于超声波信号的空间定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于超声波信号的空间定位方法，用于精确定位VR设备的空间位置，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且系统安装简单，成本较低。本发明实施例还相应地公开了一种基于超声波信号的空间定位系统，以及一种VR设备。
本发明实施例涉及的VR设备可以是穿戴VR设备(头戴式VR设备、VR头盔等)、手柄等。下面将结合具体实施例，对本发明技术方案进行详细介绍。
实施例一
请参阅图1，图1为本发明实施例公开的基于超声波信号的空间定位方法的流程示意图；如图1所示，一种基于超声波信号的空间定位方法可包括：
101、VR设备接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，信号信息包括同步信号和超声波信号，同步信号携带有时间信息，时间信息用于指示VR设备与发射装置之间时间同步；
在定位空间中，设置有多个发射装置。需要说明的是，发射装置的数量以能够建立三维空间为准，至少设置三个及三个以上数量的发射装置。发射装置与VR设备之间可以优选通过无线方式相连接，可进行数据交互。
请参阅图2，图2为本发明一些实施例公开的基于超声波信号的空间定位系统的应用示意图；可以理解，图2仅为本发明一些实施例提供的基于超声波信号的空间定位系统的应用示意图，其它在图2基础上进行优化或者变形得到的可以实现本发明技术方案的应用示意图，均属于本发明保护范围。
在图2中，图2仅以六个发射装置为例进行说明，VR设备中设置有接收装置，该接收装置中包括一个麦克风(比如全指向型麦克风)，用于接收信号信息，无线收发模块，用于收发无线信号，比如，该实施例中的信号信息、以及后续的同步广播信号等。
发射装置包括一个无线收发模块、一个探头；无线收发模块用于收发无线信号，比如该实施例中的信号信息、以及后续的同步广播信号等。探头用于发射超声波信号。
具体地，在步骤102中，各个发射装置利用无线收发模块向VR设备同步发射同步信号，而且每一个发射装置在发射同步信号的同时，还利用探头向VR设备发射超声波信号。
在步骤101之前，VR设备先同步各个发射装置与VR设备之间的时间，确保各发射装置能够有一个统一的信号信息的发射时间，从而实现各个发射装置的同步发射，时间单位可以精确到微秒。
作为一种可选的实施方式，VR设备同步多个发射装置与其之间的时间的具体实现方式为：
在VR设备处于静止状态过程中，且已确定出VR设备在静止状态时与发射装置的相对空间距离后，VR设备在定位空间内向多个发射装置发射同步广播信号，同步广播信号携带VR设备发射同步广播信号的发射时间点，以使发射装置在接收到同步广播信号后，根据与VR设备的相对空间距离计算同步广播信号的传输时间，并根据传输时间和发射时间点，同步发射装置与VR设备的时间。
具体地，某一个发射装置根据与VR设备的相对空间距离，计算出同步广播信号的传输时间ΔT；将发射时间点T1加上传输时间ΔT，得到时间点T2，该T2是以VR设备的时间为准进行计算的。假设某一个发射装置接收到同步广播信号的时间点为T3，对比T2与T3，如果T2和T3不一致，根据T2和T3的差值的绝对值，调整发射装置自身的时间，从而同步发射装置与VR设备之间的时间，能够确保所有发射装置发射信号信息的时间能够同步。如果T2和T3一致，可以不用再作任何处理。
通过上述实施方式，在VR设备与各个发射装置的位置固定下来后，测量出VR设备与每一个发射装置之间的相对空间距离，然后VR设备在定位空间中广播同步广播信号，用于同步各个发射装置与VR设备之间的时间，也就达到实现同步发射装置发射信号信息的发射时间。
102、VR设备以接收到某个发射装置发射的同步信号的第一接收时间点和接收到某个发射装置发射的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据多个发射装置获得多个接收时延，接收时延与发射装置一一对应；
其中，对于某一个发射装置，VR设备通过无线收发模块接收其(发射装置中的无线收发模块)发射的同步信号，并记录下接收到该同步信号的第一接收时间点，VR设备还通过麦克风接收其(发射装置的探头)发射的超声波信号，并记录下接收到超声波信号的第二接收时间点，由于同步信号和超声波信号的速度不一样，因此到达VR设备的第一接收时间点和第二接收时间点也是不一样的，而同步信号的速度要大于超声波信号的速度，从而根据第一接收时间点和第二接收时间点，得到超声波信号相对于同步信号的时延。依照上述方式，得到对应每一个发射装置的时延。
103、VR设备分析某个超声波信号，获得某个超声波信号对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率，频率与发射装置一一对应；
需要说明的是，步骤102和步骤103可以同时执行；或者先执行步骤102，后执行步骤103；或者先执行步骤103，后执行步骤102；在本发明实施例中不对步骤102和103的执行顺序作具体限定。
VR设备通过麦克风接收某一个发射装置的超声波信号，然后分析其超声波信号，得到频率。具体地，VR设备利用傅里叶变换将超声波信号分解成谐波分量，获得该超声波信号的频率。分别对所有发射装置的超声波信号进行频谱分析，得到每一个发射装置对应的频率。
104、VR设备根据多个时延和多个频率，以VR设备的当前位置为原点以及结合多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；
根据时延和频率，以VR设备的当前位置为原点，建立当前空间位置关系模型。
105、VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，上一次建立的空间位置关系模型是以VR设备上一次所在位置为原点以及结合多个发射装置建立得到。
在本发明实施例中，设置于定位空间的多个发射装置同步向VR设备发射信号信息，该信号信息包括同步信号和超声波信号，该同步信号携带有时间信息，该时间信息用于指示VR设备与发射装置之间时间同步。VR设备在接收到发射装置发射的信号信息后，以接收到某个发射装置发射的同步信号的第一接收时间点和接收到某个发射装置发射的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延(第一接收时间点与第二接收时间点差值的绝对值)，根据多个发射装置获得多个接收时延，该接收时延与发射装置一一对应，以及VR设备分析某个超声波信号，获得某个超声波信号对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率，该频率与发射装置一一对应，VR设备根据多个时延和多个频率，以VR设备的当前位置为原点以及结合多个发射装置，建立当前空间位置关系模型，最后以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量和速度矢量。可以看出，实施本发明实施例，能够减小定位空间中盲区存在的可能性，精确获取VR设备的空间位置变化量和速度矢量以作为虚拟环境的控制输入，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且整个系统安装简单，成本较低。
实施例二
请参阅图3，图3为本发明实施例公开的基于超声波信号的空间定位方法的另一流程示意图；如图3所示，一种基于超声波信号的空间定位方法可包括：
301、VR设备接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，信号信息包括同步信号和超声波信号，同步信号携带有时间信息，时间信息用于指示VR设备与发射装置之间时间同步；
302、VR设备以接收到某个发射装置发射的同步信号的第一接收时间点和接收到某个发射装置发射的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据多个发射装置获得多个接收时延，接收时延与发射装置一一对应；
303、VR设备分析某个超声波信号，获得某个超声波信号对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率，频率与发射装置一一对应；
304、VR设备从多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据目标发射装置对应的时延和频率，并以VR设备的当前位置为原点以及结合目标发射装置，建立当前空间位置关系模型；
305、VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，上一次建立的空间位置关系模型是以VR设备上一次所在位置为原点以及结合多个发射装置建立得到。
作为一种可选的实施方式，步骤305具体实现方式包括：VR设备根据当前空间位置关系模型，获得目标发射装置在当前空间位置关系模型中的位置坐标信息；VR设备根据目标发射装置在上一次建立的空间位置关系模型中的位置坐标信息、以及目标发射装置在当前空间位置关系模型中的位置坐标信息，获得VR设备的物理位置变化量；以及VR设备根据物理位置变化量以及物理位置变化量对应的时间间隔，获得VR设备的速度矢量。
进一步地，以三个发射装置作为一组，在定位空间中可以设置多组发射装置，每一组发射装置作为目标发射装置，根据目标发射装置的时延和频率，建立当前空间位置关系模型，根据当前空间位置关系模型计算得到VR设备与每一个发射装置之间的相对距离，根据计算得到的相对距离与上一次计算得到的相对距离得到VR设备的物理位置变化量，进一步可以根据多组发射装置计算出来的物理位置变化量求解平均值，VR设备的速度矢量由物理位置变化量与时间间隔计算得到。
作为一种可选的实施方式，步骤305具体实现方式包括：VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量；以及VR设备根据多普勒效应公式，获得VR设备的速度矢量。
其中，多普勒效应公式为：
F观察＝(V介质+V观察)/(V介质-V波源)*F信号 公式1
由上述公式1转换得到，V观察＝F观察/F信号*(V介质-V波源)-V介质；
其中，V观察用于表示VR设备的速度矢量，F观察为VR设备接受到的频率，F信号为超声波信号接受到的频率，V介质为超声波信号在介质中的传播速度；V波源为超声波信号的速度。
采用多普勒效应公式计算VR设备的速度矢量，比采用物理位置变化量计算得到的速度矢量的精确度更高。
在本发明实施例中，VR设备在接收到发射装置发射的信号信息后，以接收到某个发射装置发射的同步信号的第一接收时间点和接收到某个发射装置发射的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延(第一接收时间点与第二接收时间点差值的绝对值)，根据多个发射装置获得多个接收时延，该接收时延与发射装置一一对应，以及VR设备分析某个超声波信号，获得某个超声波信号对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率，该频率与发射装置一一对应。VR设备从多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据目标发射装置对应的时延和频率，然后以VR设备的当前位置为原点以及结合目标发射装置，建立当前空间位置关系模型，最后以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量和速度矢量。可以看出，实施本发明实施例，能够减小定位空间中盲区存在的可能性，精确获取VR设备的空间位置变化量和速度矢量以作为虚拟环境的控制输入，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且整个系统安装简单，成本较低。
实施例三
请参阅图4，图4为本发明实施例公开的VR设备的结构示意图；如图4所示，一种VR设备可包括：
收发单元410，用于接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，信号信息包括同步信号和超声波信号，同步信号携带有时间信息，时间信息用于指示VR设备与发射装置之间时间同步；
第一处理单元420，用于以接收到某个发射装置发射的同步信号的第一接收时间点和接收到某个发射装置发射的超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据多个发射装置获得多个接收时延，接收时延与发射装置一一对应；以及
第二处理单元430，用于分析某个超声波信号，获得某个超声波信号对应的频率，根据多个发射装置获得多个频率，频率与发射装置一一对应；
建立单元440，用于根据多个时延和多个频率，以VR设备的当前位置为原点以及结合多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；
第三处理单元450，用于以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，上一次建立的空间位置关系模型是以VR设备上一次所在位置为原点以及结合多个发射装置建立得到。
可以看出，实施本发明实施例，能够减小定位空间中盲区存在的可能性，精确获取VR设备的空间位置变化量和速度矢量以作为虚拟环境的控制输入，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且整个系统安装简单，成本较低。
作为一种可选的实施方式，上述建立单元440用于根据多个时延和多个频率，以VR设备的当前位置为原点以及结合多个发射装置，建立当前空间位置关系模型的方式具体为：
该建立单元440用于，从多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据目标发射装置对应的时延和频率，并以VR设备的当前位置为原点以及结合目标发射装置，建立当前空间位置关系模型。
其中，本发明实施例公开的收发单元410包括图2所示的无线收发单元和麦克风，无线收发单元用于接收同步信号，麦克风用于接收超声波信号，具体可以参阅方法实施例中的说明，在此不再赘述。
实施例四
请参阅图5，图5为本发明实施例公开的VR设备的另一结构示意图；图5所示的VR设备是在图4所示的VR设备的基础上进行优化得到的，在图5所示的VR设备中，该第三处理单元450具体包括：
第一坐标获取单元510，用于根据当前空间位置关系模型，获得目标发射装置在当前空间位置关系模型中的位置坐标信息；
第一位置获取单元520，用于根据目标发射装置在上一次建立的空间位置关系模型中的位置坐标信息、以及目标发射装置在当前空间位置关系模型中的位置坐标信息，获得VR设备的物理位置变化量；
第一速度获取单元530，用于根据物理位置变化量以及物理位置变化量对应的时间间隔，获得VR设备的速度矢量。
实施例五
请参阅图6，图6为本发明实施例公开的VR设备的另一结构示意图；图6所示的VR设备是在图4所示的VR设备的基础上进行优化得到的，在图6所示的VR设备中，该第三处理单元450具体包括：
第二位置获取单元610，以上一次建立的空间位置关系模型与当前空间位置关系模型为依据，获得VR设备的物理位置变化量；以及
第二速度获取单元620，用于根据多普勒效应公式，获得VR设备的速度矢量。
实施例六
请参阅图7，图7为本发明实施例公开的VR设备的另一结构示意图；图7所示的VR设备是在图4所示的VR设备的基础上进行优化得到的，在图7所示的VR设备还包括：
时间同步单元710，用于在收发单元410接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息之前，在VR设备处于静止状态过程中，且已确定出VR设备在静止状态时与发射装置的相对空间距离后，在定位空间内向多个发射装置发射同步广播信号，同步广播信号携带VR设备发射同步广播信号的发射时间点，以使发射装置在接收到同步广播信号后，根据与VR设备的相对空间距离计算同步广播信号的传输时间，并根据传输时间和发射时间点，同步所有发射装置与VR设备的时间。
在VR设备处于静止状态过程中，且已确定出VR设备在静止状态时与发射装置的相对空间距离后，时间同步单元710在定位空间内向多个发射装置发射同步广播信号，同步广播信号携带VR设备发射同步广播信号的发射时间点，以使发射装置在接收到同步广播信号后，根据与VR设备的相对空间距离计算同步广播信号的传输时间，并根据传输时间和发射时间点，同步发射装置与VR设备的时间。
具体地，某一个发射装置根据与VR设备的相对空间距离，计算出同步广播信号的传输时间ΔT；将发射时间点T1加上传输时间ΔT，得到时间点T2，该T2是以VR设备的时间为准进行计算的。假设某一个发射装置接收到同步广播信号的时间点为T3，对比T2与T3，如果T2和T3不一致，根据T2和T3的差值的绝对值，调整发射装置自身的时间，从而同步发射装置与VR设备之间的时间，能够确保所有发射装置发射信号信息的时间能够同步。如果T2和T3一致，可以不用再作任何处理。
通过上述实施方式，在VR设备与各个发射装置的位置固定下来后，测量出VR设备与每一个发射装置之间的相对空间距离，然后时间同步单元710在定位空间中广播同步广播信号，用于同步各个发射装置与VR设备之间的时间，也就达到实现同步发射装置发射信号信息的发射时间。
实施例七
请参阅图8，图8为本发明实施例公开的基于超声波信号的空间定位系统的结构示意图；如图8所示，一种基于超声波信号的空间定位系统可包括：
VR设备810和设置于定位空间内的多个发射装置820；
其中，有关VR设备810和发射装置820的具体说明，可以参阅上述方法实施例和装置实施例中的具体说明，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
在本发明实施例中，能够减小定位空间中盲区存在的可能性，精确获取VR设备的空间位置变化量和速度矢量以作为虚拟环境的控制输入，满足用户对VR设备操作精度的要求，提高用户在虚拟环境中的沉浸式体验感，且整个系统安装简单，成本较低。
以上对本发明实施例公开的一种基于超声波信号的空间定位方法、系统及VR设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种基于超声波信号的空间定位方法，其特征在于，应用于虚拟现实VR设备，所述方法包括：
所述VR设备接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，所述信号信息包括同步信号和超声波信号，所述同步信号携带有时间信息，所述时间信息用于指示所述VR设备与所述发射装置之间时间同步；
所述VR设备以接收到某个发射装置发射的所述同步信号的第一接收时间点和接收到所述某个发射装置发射的所述超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据所述多个发射装置获得多个所述接收时延，所述接收时延与所述发射装置一一对应；以及
所述VR设备分析某个超声波信号，获得所述某个超声波信号对应的频率，根据所述多个发射装置获得多个所述频率，所述频率与所述发射装置一一对应；
所述VR设备根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；
所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，所述上一次建立的空间位置关系模型是以所述VR设备上一次所在位置为原点以及结合所述多个发射装置建立得到；
所述VR设备根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型，包括：
所述VR设备从所述多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据所述目标发射装置对应的时延和频率，并以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述目标发射装置，建立所述当前空间位置关系模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量，包括：
所述VR设备根据所述当前空间位置关系模型，获得所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息；
所述VR设备根据所述目标发射装置在所述上一次建立的空间位置关系模型中的位置坐标信息、以及所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
所述VR设备根据所述物理位置变化量以及所述物理位置变化量对应的时间间隔，获得所述VR设备的速度矢量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量，包括：
所述VR设备以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
所述VR设备根据多普勒效应公式，获得所述VR设备的速度矢量。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述VR设备接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息之前，所述方法还包括：
在所述VR设备处于静止状态过程中，且已确定出所述VR设备在所述静止状态时与所述发射装置的相对空间距离后，所述VR设备在所述定位空间内向所述多个发射装置发射同步广播信号，所述同步广播信号携带所述VR设备发射所述同步广播信号的发射时间点，以使所述发射装置在接收到所述同步广播信号后，根据与所述VR设备的所述相对空间距离计算所述同步广播信号的传输时间，并根据所述传输时间和所述发射时间点，同步所有所述发射装置与所述VR设备的时间。
5.一种虚拟现实VR设备，其特征在于，包括：
收发单元，用于接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息，所述信号信息包括同步信号和超声波信号，所述同步信号携带有时间信息，所述时间信息用于指示所述VR设备与所述发射装置之间时间同步；
第一处理单元，用于以接收到某个发射装置发射的所述同步信号的第一接收时间点和接收到所述某个发射装置发射的所述超声波信号的第二接收时间点为依据，获得一个接收时延，根据所述多个发射装置获得多个所述接收时延，所述接收时延与所述发射装置一一对应；以及
第二处理单元，用于分析某个超声波信号，获得所述某个超声波信号对应的频率，根据所述多个发射装置获得多个所述频率，所述频率与所述发射装置一一对应；
建立单元，用于根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型；
第三处理单元，用于以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量和速度矢量；其中，所述上一次建立的空间位置关系模型是以所述VR设备上一次所在位置为原点以及结合所述多个发射装置建立得到；
所述建立单元用于根据所述多个时延和所述多个频率，以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述多个发射装置，建立当前空间位置关系模型的方式具体为：
所述建立单元用于，从所述多个发射装置中确定出三个目标发射装置，根据所述目标发射装置对应的时延和频率，并以所述VR设备的当前位置为原点以及结合所述目标发射装置，建立所述当前空间位置关系模型。
6.根据权利要求5所述的VR设备，其特征在于，
所述第三处理单元具体包括：
第一坐标获取单元，用于根据所述当前空间位置关系模型，获得所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息；
第一位置获取单元，用于根据所述目标发射装置在所述上一次建立的空间位置关系模型中的位置坐标信息、以及所述目标发射装置在所述当前空间位置关系模型中的位置坐标信息，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
第一速度获取单元，用于根据所述物理位置变化量以及所述物理位置变化量对应的时间间隔，获得所述VR设备的速度矢量。
7.根据权利要求5所述的VR设备，其特征在于，
所述第三处理单元具体包括：
第二位置获取单元，以上一次建立的空间位置关系模型与所述当前空间位置关系模型为依据，获得所述VR设备的物理位置变化量；以及
第二速度获取单元，用于根据多普勒效应公式，获得所述VR设备的速度矢量。
8.根据权利要求5～7任一项所述VR设备，其特征在于，
所述VR设备还包括：
时间同步单元，用于在所述收发单元接收设置于定位空间的多个发射装置同步发射的信号信息之前，在所述VR设备处于静止状态过程中，且已确定出所述VR设备在所述静止状态时与所述发射装置的相对空间距离后，在所述定位空间内向所述多个发射装置发射同步广播信号，所述同步广播信号携带所述VR设备发射所述同步广播信号的发射时间点，以使所述发射装置在接收到所述同步广播信号后，根据与所述VR设备的所述相对空间距离计算所述同步广播信号的传输时间，并根据所述传输时间和所述发射时间点，同步所有所述发射装置与所述VR设备的时间。
9.一种基于超声波信号的空间定位系统，其特征在于，包括：
虚拟现实VR设备和设置于定位空间内的多个发射装置；
其中，所述VR设备为权利要求5～8任一项所述的VR设备；
所述多个发射装置用于同步向所述VR设备发射信号信息，所述信号信息包括同步信号和超声波信号，所述同步信号携带有时间信息，所述时间信息用于指示所述VR设备与所述发射装置之间时间同步。
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