CN107024995A - 多人虚拟现实交互系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多人虚拟现实交互系统及其控制方法。交互系统包括环绕场景布设的摄像头和服务器、1个以上用户子系统，用户子系统包括有线连接的头显和渲染计算机。还包括虚拟用户子系统，虚拟用户子系统包括音频采集装置、1个以上的头显一体机和渲染存储服务器；各头显一体机共用渲染存储服务器。控制方法包括场景视频采集、用户位置信息解算、用户子系统的全景视频渲染、虚拟人用户子系统的全景视频渲染步骤。本发明使用方便，降低了设备成本，突破了使用人数限制，并且支持录播功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种虚拟现实交互系统及其控制方法，尤其涉及一种多人虚拟现实交互系统及其控制方法，属于视频处理技术领域。
背景技术
虚拟现实技术（VR）是一种由计算机系统仿真创建虚拟世界的技术。它利用计算机生成三维动态虚拟场景，提供实体与虚拟环境行为交互的机制，具有极强的真实性和交互性，能够使用户沉浸到该环境中。通过虚拟现实技术，用户能够获得与在实景现场的其他用户几乎相同的环境体验。虚拟现实技术既丰富了用户获取的场景、环境信息，又大大提高了用户的体验。多人虚拟现实交互技术，是虚拟现实技术的高级应用，可以实现多人、同场景、协同操作和交互。在娱乐、教育培训、军事训练、工业仿真、等项目中具有广泛的应用。
目前的多人虚拟现实交互技术的实现方式如图1所示，每个用户携带一套场景定位装置、佩戴一套带空间定位装置的头显，头显与高性能渲染计算机有线连接。环绕场景布设的一组摄像头用于实时采集场景视频，场景视频含有各用户的场景定位装置内容。各摄像头均与服务器连接。服务器从场景视频中解算各用户在场景中的位置，并将位置信息下发到相应用户的渲染计算机。渲染计算机同时还接收用户头显的空间定位装置采集的用户姿态信息，为相应用户渲染特定视角下的全景画面。头显的空间定位装置可以基于光学、电磁、或惯性的定位原理实现。多人虚拟现实交互技术使每个用户拥有自己的虚拟空间位置，画面效果好。
然而，它的缺点也非常明显：首先，受限于场地面积和用户间的互相遮挡，系统只能允许少数人进行虚拟交互，不能满足诸如教学、培训等高密度人群的应用场景需求；其次，使用人数增加需要增加相应的空间定位装置和高性能渲染计算机，成本高昂；另外，现有的虚拟现实应用机制，仅生成用户的视角信息，不能保存下整个场景信息，不利于后期的使用。
因此，一种支持无限级联的超多人交互、全景内容直播和录制的虚拟现实应用方法和系统是迫切需要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多人虚拟现实交互系统及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
技术方案一：
一种多人虚拟现实交互系统，其特征在于：包括摄像头1-摄像头N、服务器、用户子系统1-用户子系统M和虚拟人用户子系统；虚拟人用户子系统包括音频采集装置、渲染存储计算机和头显一体机1-头显一体机P；M、N和P为大于或等于1的整数；所述摄像头1-摄像头N环绕场景布设，所采集的场景视频传输至服务器；所述各用户子系统结构相同，均由带空间定位装置的头显、手柄、刚体标记球组、渲染计算机组成；所述手柄用于用户与虚拟场景交互；所述各用户的渲染计算机与服务器通过局域网连接；所述刚体标记球组包括1个以上刚体标记球；所述场景视频包含各用户的刚体标记球组，所述服务器基于场景视频中各用户的刚体标记球组中的刚体标记球坐标解算相应用户的位置信息，并将各用户的位置信息下发到相应用户的渲染计算机；渲染计算机与头显双向有线连接，接收头显中空间定位装置采集的用户姿态信息，根据用户位置信息和姿态信息渲染相应视角的视频，并将相应视角的视频传送至头显；所述各头显一体机与渲染存储计算机有线双向连接；虚拟人用户的位置信息由主控用户在服务器上设定；所述服务器将虚拟人用户的位置信息传输至渲染存储计算机；渲染存储计算机根据虚拟人用户的位置信息渲染全景视频并保存；所述渲染存储计算机将其渲染的全景视频传输至各头显一体机；所述各头显一体机带空间定位装置；各头显一体机采集的相应虚拟用户的姿态信息，根据姿态信息渲染相应视角的视频；所述音频采集装置用于录制场景音频，并将其传输至渲染存储服务器存储。
所述渲染存储计算机与各头显一体机采用HDMI协议双向有线连接。
所述刚体标记球组包括两个刚体标记球分组，分别安装在头显和手柄上。
技术方案二：
一种多人虚拟现实交互系统的控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1：场景视频采集：服务器接收各摄像头采集的场景视频，所述场景视频包含各用户的刚体标记球组；
步骤2：用户位置信息解算：由以下具体步骤组成：
步骤2-1：服务器提取场景视频中各用户的刚体标记球组中各刚体标记球的坐标；
步骤2-2：服务器根据各刚体标记球的坐标解算各用户的头和手柄的位置信息和姿态信息；
步骤3：用户子系统的用户视角视频渲染：由以下具体步骤组成：
步骤3-1：服务器发送的所有用户的位置信息和姿态信息至各渲染计算机；
步骤3-2：各渲染计算机根据相应用户的头的位置信息和姿态信息，渲染视频，将其发送到相应头显；所述视频中包括与其他用户对应的虚拟对象；所述各虚拟对象的位置和姿态由相应子用户的头和手柄的位置信息和姿态信息决定；
步骤4：虚拟人用户子系统的全景视频渲染：包括以下具体步骤：
步骤4-1：主控用户在服务器上设定虚拟用户的位置信息；
步骤4-2：服务器将虚拟用户的位置信息发送到渲染存储计算机；
步骤4-2：渲染存储计算机根据虚拟用户的位置信息渲染对应的全景视频并存储；
步骤4-3：音频采集装置录制场景音频，并将其传输至渲染存储服务器存储；
步骤4-4：渲染存储计算机使用HDMI协议将全景视频和场景音频发送到各头显一体机；
步骤4-5：各头显一体机根据其采集的姿态信息，渲染相应视角的视频播放。
所述的多人虚拟现实交互系统的控制方法中，所述步骤4中存储计算机渲染存储的全景视频是3D全景视频。
采用上述技术方案所取得的技术效果在于：
1、本发明采用有线传输方式，稳定且满足超大分辨率（4K）图像的传输；可方便和实时接入任意设备进行观看体验；可方便的实现统一管理与控制；
2、本发明使用更低的成本，实现更多人的同时虚拟现实效果的体验；
3、本发明让更多的人同时以沉浸感方式接受课堂教育；
4、本发明存储了虚拟人用户的全景视频，支持录播回放。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术的多人虚拟交互系统的原理框图；
图2是本发明的多人虚拟交互系统的原理框图；
图3是本发明的多人虚拟交互方法的流程图。
具体实施方式
实施例1：
一种多人虚拟现实交互系统，其特征在于：包括摄像头1-摄像头N、服务器、用户子系统1-用户子系统M和虚拟人用户子系统；虚拟人用户子系统包括音频采集装置、渲染存储计算机和头显一体机1-头显一体机P；M、N和P为大于或等于1的整数；所述摄像头1-摄像头N环绕场景布设，所采集的场景视频传输至服务器；所述各用户子系统结构相同，均由带空间定位装置的头显、手柄、刚体标记球组、渲染计算机组成；所述手柄用于用户与虚拟场景交互；所述各用户的渲染计算机与服务器通过局域网连接；所述刚体标记球组包括1个以上刚体标记球；所述场景视频包含各用户的刚体标记球组，所述服务器基于场景视频中各用户的刚体标记球组中的刚体标记球坐标解算相应用户的位置信息，并将各用户的位置信息下发到相应用户的渲染计算机；渲染计算机与头显双向有线连接，接收头显中空间定位装置采集的用户姿态信息，根据用户位置信息和姿态信息渲染相应视角的视频，并将相应视角的视频传送至头显；所述各头显一体机与渲染存储计算机有线双向连接；虚拟人用户的位置信息由主控用户在服务器上设定；所述服务器将虚拟人用户的位置信息传输至渲染存储计算机；渲染存储计算机根据虚拟人用户的位置信息渲染全景视频并保存；所述渲染存储计算机将其渲染的全景视频传输至各头显一体机；所述各头显一体机带空间定位装置；各头显一体机采集的相应虚拟用户的姿态信息，根据姿态信息渲染相应视角的视频；所述音频采集装置用于录制场景音频，并将其传输至渲染存储服务器存储。
所述渲染存储计算机与各头显一体机采用HDMI协议双向有线连接。
所述刚体标记球组包括两个刚体标记球分组，分别安装在头显和手柄上。
实施例2：
一种多人虚拟现实交互系统的控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1：场景视频采集：服务器接收各摄像头采集的场景视频，所述场景视频包含各用户的刚体标记球组；
步骤2：用户位置信息解算：由以下具体步骤组成：
步骤2-1：服务器提取场景视频中各用户的刚体标记球组中各刚体标记球的坐标；
步骤2-2：服务器根据各刚体标记球的坐标解算各用户的头和手柄的位置信息和姿态信息；
步骤3：用户子系统的用户视角视频渲染：由以下具体步骤组成：
步骤3-1：服务器发送的所有用户的位置信息和姿态信息至各渲染计算机；
步骤3-2：各渲染计算机根据相应用户的头的位置信息和姿态信息，渲染视频，将其发送到相应头显；所述视频中包括与其他用户对应的虚拟对象；所述各虚拟对象的位置和姿态由相应子用户的头和手柄的位置信息和姿态信息决定；
步骤4：虚拟人用户子系统的全景视频渲染：包括以下具体步骤：
步骤4-1：主控用户在服务器上设定虚拟用户的位置信息；
步骤4-2：服务器将虚拟用户的位置信息发送到渲染存储计算机；
步骤4-2：渲染存储计算机根据虚拟用户的位置信息渲染对应的全景视频并存储；
步骤4-3：音频采集装置录制场景音频，并将其传输至渲染存储服务器存储；
步骤4-4：渲染存储计算机使用HDMI协议将全景视频和场景音频发送到各头显一体机；
步骤4-5：各头显一体机根据其采集的姿态信息，渲染相应视角的视频播放。
所述的多人虚拟现实交互系统的控制方法中，所述步骤4中存储计算机渲染存储的全景视频是3D全景视频。
Claims (5)
1.一种多人虚拟现实交互系统，其特征在于：包括摄像头1-摄像头N、服务器、用户子系统1-用户子系统M和虚拟人用户子系统；虚拟人用户子系统包括音频采集装置、渲染存储计算机和头显一体机1-头显一体机P；M、N和P为大于或等于1的整数；所述摄像头1-摄像头N环绕场景布设，所采集的场景视频传输至服务器；所述各用户子系统结构相同，均由带空间定位装置的头显、手柄、刚体标记球组、渲染计算机组成；所述手柄用于用户与虚拟场景交互；所述各用户的渲染计算机与服务器通过局域网连接；所述刚体标记球组包括1个以上刚体标记球；所述场景视频包含各用户的刚体标记球组，所述服务器基于场景视频中各用户的刚体标记球组中的刚体标记球坐标解算相应用户的位置信息，并将各用户的位置信息下发到相应用户的渲染计算机；渲染计算机与头显双向有线连接，接收头显中空间定位装置采集的用户姿态信息，根据用户位置信息和姿态信息渲染相应视角的视频，并将相应视角的视频传送至头显；所述各头显一体机与渲染存储计算机有线双向连接；虚拟人用户的位置信息由主控用户在服务器上设定；所述服务器将虚拟人用户的位置信息传输至渲染存储计算机；渲染存储计算机根据虚拟人用户的位置信息渲染全景视频并保存；所述渲染存储计算机将其渲染的全景视频传输至各头显一体机；所述各头显一体机带空间定位装置；各头显一体机采集的相应虚拟用户的姿态信息，根据姿态信息渲染相应视角的视频；所述音频采集装置用于录制场景音频，并将其传输至渲染存储服务器存储。
2.根据权利要求1所述的多人虚拟现实交互系统，其特征在于：所述渲染存储计算机与各头显一体机采用HDMI协议双向有线连接。
3.根据权利要求1所述的多人虚拟现实交互系统，其特征在于：所述刚体标记球组包括两个刚体标记球分组，分别安装在头显和手柄上。
4.一种用于权利要求1或2所述的多人虚拟现实交互系统的控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1：场景视频采集：服务器接收各摄像头采集的场景视频，所述场景视频包含各用户的刚体标记球组；
步骤2：用户位置信息解算：由以下具体步骤组成：
步骤2-1：服务器提取场景视频中各用户的刚体标记球组中各刚体标记球的坐标；
步骤2-2：服务器根据各刚体标记球的坐标解算各用户的头和手柄的位置信息和姿态信息；
步骤3：用户子系统的用户视角视频渲染：由以下具体步骤组成：
步骤3-1：服务器发送的所有用户的位置信息和姿态信息至各渲染计算机；
步骤3-2：各渲染计算机根据相应用户的头的位置信息和姿态信息，渲染视频，将其发送到相应头显；所述视频中包括与其他用户对应的虚拟对象；所述各虚拟对象的位置和姿态由相应子用户的头和手柄的位置信息和姿态信息决定；
步骤4：虚拟人用户子系统的全景视频渲染：包括以下具体步骤：
步骤4-1：主控用户在服务器上设定虚拟用户的位置信息；
步骤4-2：服务器将虚拟用户的位置信息发送到渲染存储计算机；
步骤4-2：渲染存储计算机根据虚拟用户的位置信息渲染对应的全景视频并存储；
步骤4-3：音频采集装置录制场景音频，并将其传输至渲染存储服务器存储；
步骤4-4：渲染存储计算机使用HDMI协议将全景视频和场景音频发送到各头显一体机；
步骤4-5：各头显一体机根据其采集的姿态信息，渲染相应视角的视频播放。
5.根据权利要求4所述的多人虚拟现实交互系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4中存储计算机渲染存储的全景视频是3D全景视频。
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