CN107102725A - 一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法及系统，涉及虚拟现实技术领域。该控制方法包括：定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴；根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动；当判定需要进行移动时，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移。本发明能摆脱传统鼠标键盘控制的差异感，沉浸感强；使用者学习成本低，交互体验好；且无需借助大型设备，使用成本低、控制效果好。

Description

一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体来讲是一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法及系统。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术；是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。近年来，VR虚拟现实技术不断被人们提及，伴随着这项技术的不断发展，其应用范围也越来越广泛，已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域。
虚拟现实之所以吸引使用者，主要依靠其逼真的沉浸性和丰富的构想性，以及灵活的互动性。使用者希望沉浸到虚拟环境中，控制虚拟人物实现移动等交互操作。现有的虚拟现实移动方法主要通过以下几种方式实现控制：
1)通过方向按键控制：类似使用键盘操作，使用者接触体感手柄控制前后左右的移动，通过双击或者长按实现走跑切换；这种方式没有摆脱传统鼠标键盘控制的差异感，使用者不能很好的沉浸于虚拟环境中。
2)通过手势控制：采用Leap Motion等体感传感器，使用往前抬起、放下手臂等动作触发移动及停止命令；这种方式增加了使用者的学习成本，而且单一手势操作也不能带来良好的交互体验。
3)通过全向跑步机实现：借助固定在双脚的传感器测量脚步的移动，实现虚拟人物的移动；这种方式要借助大型设备，增加了设备成本，而且实际的使用中不能很好的控制移动的方向和平衡。
因此，需要一种新的方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法及系统，能摆脱传统鼠标键盘控制的差异感，沉浸感强；使用者学习成本低，交互体验好；且无需借助大型设备，使用成本低、控制效果好。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：提供一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，该方法包括以下步骤：
定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴；
根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动；
当判定需要进行移动时，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移。
在上述技术方案的基础上，所述根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向的具体流程为：若检测到体感手柄的扳机未被扣动，确定移动方向为向前移动；若检测到体感手柄的扳机只扣动了左扳机，确定移动方向为向左移动；若检测到体感手柄的扳机只扣动了右扳机，确定移动方向为向右移动；若检测到体感手柄的扳机既扣动了左扳机又扣动了右扳机，确定移动方向为向后移动。
在上述技术方案的基础上，所述根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动时，具体包括以下流程：
步骤1：记录体感手柄空间位置在平面坐标系上的Y轴投影坐标Yn与时间信息Tn，转入步骤2；
步骤2：判断是否满足|Yn|>|Yn-1|且|Yn-1|<|Yn-2|，若满足，说明完成了一个移动周期，则转入步骤3；否则，返回步骤2，重新进行判断检测；
步骤3：提取时间信息Tn-1，并将时间信息Tn-1存入预设的一个完成周期序列Tm中，所述完成周期序列Tm为一个时间序列，记录了每次完成一次往复摆动运动的对应时间，转入步骤4；
步骤4：根据ΔT＝Tm-Tm-1，得到当前移动周期ΔT；判断当前移动周期ΔT是否满足预设的移动周期上限值T上限及移动周期下限值T下限的要求，即T下限＜ΔT＜T上限，若满足，则说明当前移动周期ΔT满足合理运动时间，判定为需要进行移动；否则，判定为不需要进行移动，返回步骤4。
在上述技术方案的基础上，所述预设的移动周期上限值T上限为0.3S～0.5S；所述预设的移动周期下限值T下限为1S～2S。
在上述技术方案的基础上，所述预设的移动周期上限值T上限为0.5S；所述预设的移动周期下限值T下限为2S。
本发明还提供一种应用上述控制方法的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，该控制系统包括包括初始化定义模块、移动判定模块和虚拟移动操作模块；
所述初始化定义模块用于：定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴；向移动判定模块发送判定信号；
所述移动判定模块用于：收到判定信号后，根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动；并在判定需要进行移动时，向虚拟移动操作模块发送移动操作信号；
所述虚拟移动操作模块用于：收到移动操作信号后，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移。
在上述技术方案的基础上，所述移动判定模块确定移动方向的具体工作流程为：若检测到体感手柄的扳机未被扣动，确定移动方向为向前移动；若检测到体感手柄的扳机只扣动了左扳机，确定移动方向为向左移动；若检测到体感手柄的扳机只扣动了右扳机，确定移动方向为向右移动；若检测到体感手柄的扳机既扣动了左扳机又扣动了右扳机，确定移动方向为向后移动。
在上述技术方案的基础上，所述移动判定模块判断是否需要进行移动的具体工作流程为：记录体感手柄空间位置在平面坐标系上的Y轴投影坐标Yn与时间信息Tn，判断是否满足|Yn|>|Yn-1|且|Yn-1|<|Yn-2|；
若不满足，则重新进行判断检测；
若满足，说明完成了一个移动周期，则提取时间信息Tn-1，并将时间信息Tn-1存入预设的一个完成周期序列Tm中，所述完成周期序列Tm为一个时间序列，记录了每次完成一次往复摆动运动的对应时间；根据ΔT＝Tm-Tm-1，得到当前移动周期ΔT；判断当前移动周期ΔT是否满足预设的移动周期上限值T上限及移动周期下限值T下限的要求，即T下限＜ΔT＜T上限，若满足，则说明当前移动周期ΔT满足合理运动时间，判定为需要进行移动；否则，判定为不需要进行移动。
本发明的有益效果在于：
本发明通过周期检测方式，定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期；并根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动，根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；当判定需要进行移动时，则根据确定的移动方向进行左、右或前、后的平移。
与现有技术中通过方向按键控制相比，本发明基于体感手柄来进行控制，摆脱了传统鼠标键盘控制的差异感，令使用者能很好的沉浸于虚拟环境中，沉浸感强；与现有技术中通过手势控制相比，本发明通过模拟正常行走跑步时的手臂摆动，控制虚拟人物移动，无需增加使用者的学习成本，且交互体验好；与现有技术中通过全向跑步机控制相比，本发明无需借助大型设备，使用成本低、控制效果好。
附图说明
图1为本发明实施例中基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中确定移动方向的具体流程图；
图3为本发明实施例中判断是否需要进行移动的具体流程图；
图4为本发明实施例中基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、初始化定义：定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴。
步骤S2、移动判定：根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动。
进一步地，如图2所示，步骤S2中根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向，具体包括以下流程：
步骤S201a：检测体感手柄的扳机是否被扣动，若是，转入步骤S201b；若否，确定移动方向为向前移动。
步骤S201b：判断体感手柄被扣动的是左扳机还是右扳机，若是左扳机，转入步骤S201c；若是右扳机，转入步骤S201d。
步骤S201c：判断体感手柄的右扳机是否被扣动，若是，则确定移动方向为向后移动；若否，则确定移动方向为向左移动。
步骤S201d：判断体感手柄的左扳机是否被扣动，若是，则确定移动方向为向后移动；若否，则确定移动方向为向右移动。
更进一步地，如图3所示，步骤S2中根据完成一个移动周期是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动时，具体包括以下流程：
步骤S202a：记录体感手柄空间位置在平面坐标系上的Y轴投影坐标Yn与时间信息Tn，转入步骤S202b。
步骤S202b：判断是否满足|Yn|>|Yn-1|且|Yn-1|<|Yn-2|，若满足，说明完成了一次往复摆动运动，即完成了一个移动周期，则转入步骤S202c；若不满足，说明未完成一次往复摆动运动(可能是人物的误操作等情况)，则返回步骤S202b，重新进行判断检测。
步骤S202c：提取时间信息Tn-1，并将时间信息Tn-1存入预设的一个完成周期序列Tm中，所述完成周期序列Tm为一个时间序列，记录了每次完成一次往复摆动运动(即完成一个移动周期)的对应时间，转入步骤S202d。
步骤S202d：根据ΔT＝Tm-Tm-1，得到当前移动周期ΔT；判断当前移动周期ΔT是否满足预设的移动周期上限值T上限及移动周期下限值T下限的要求，即T下限＜ΔT＜T上限，若满足，则说明当前移动周期ΔT满足合理运动时间，判定为需要进行移动；否则，判定为不需要进行移动，返回步骤S202d。
步骤S3、虚拟移动操作：当判定需要进行移动时，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移，结束。
本实施例中，预设的移动周期上限值T上限可为0.3S～0.5S，优选为0.5S；预设的移动周期下限值T下限可为1S～2S，优选为2S，既能满足人们的正常行走舒适度的要求，又能达到准确判定的目的。
参见图4所示，本发明还提供了一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，该系统包括初始化定义模块、移动判定模块和虚拟移动操作模块。
其中，初始化定义模块用于：定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴；向移动判定模块发送判定信号。
移动判定模块用于：收到判定信号后，根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动；并在判定需要进行移动时，向虚拟移动操作模块发送移动操作信号。
虚拟移动操作模块用于：收到移动操作信号后，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移。
需要说明的是：上述实施例提供的系统在进行虚拟现实移动的控制时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可根据需要将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴；
根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动；
当判定需要进行移动时，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移。
2.如权利要求1所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，其特征在于：所述根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向的具体流程为：
若检测到体感手柄的扳机未被扣动，确定移动方向为向前移动；
若检测到体感手柄的扳机只扣动了左扳机，确定移动方向为向左移动；
若检测到体感手柄的扳机只扣动了右扳机，确定移动方向为向右移动；
若检测到体感手柄的扳机既扣动了左扳机又扣动了右扳机，确定移动方向为向后移动。
3.如权利要求1所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，其特征在于：所述根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动时，具体包括以下流程：
步骤1：记录体感手柄空间位置在平面坐标系上的Y轴投影坐标Yn与时间信息Tn，转入步骤2；
步骤2：判断是否满足|Yn|>|Yn-1|且|Yn-1|<|Yn-2|，若满足，说明完成了一个移动周期，则转入步骤3；否则，返回步骤2，重新进行判断检测；
步骤3：提取时间信息Tn-1，并将时间信息Tn-1存入预设的一个完成周期序列Tm中，所述完成周期序列Tm为一个时间序列，记录了每次完成一次往复摆动运动的对应时间，转入步骤4；
步骤4：根据ΔT＝Tm-Tm-1，得到当前移动周期ΔT；判断当前移动周期ΔT是否满足预设的移动周期上限值T上限及移动周期下限值T下限的要求，即T下限＜ΔT＜T上限，若满足，则说明当前移动周期ΔT满足合理运动时间，判定为需要进行移动；否则，判定为不需要进行移动，返回步骤4。
4.如权利要求1至3中任一项所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，其特征在于：所述预设的移动周期上限值T上限为0.3S～0.5S；所述预设的移动周期下限值T下限为1S～2S。
5.如权利要求4所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制方法，其特征在于：所述预设的移动周期上限值T上限为0.5S；所述预设的移动周期下限值T下限为2S。
6.一种应用权利要求1所述控制方法的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，其特征在于：该系统包括初始化定义模块、移动判定模块和虚拟移动操作模块；
所述初始化定义模块用于：定义一次双手交替往复摆动为一个移动周期，记为ΔT；以人物站立水平面建立平面坐标系，以佩戴的VR头盔为基准，定义人物左右方向为X轴、前后方向为Y轴；向移动判定模块发送判定信号；
所述移动判定模块用于：收到判定信号后，根据体感手柄的扳机扣动状态，确定移动方向；根据完成一个移动周期ΔT是否满足合理运动时间，判断是否需要进行移动；并在判定需要进行移动时，向虚拟移动操作模块发送移动操作信号；
所述虚拟移动操作模块用于：收到移动操作信号后，根据确定的移动方向沿X轴或Y轴进行左、右或前、后的平移。
7.如权利要求6所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，其特征在于：所述移动判定模块确定移动方向的具体工作流程为：若检测到体感手柄的扳机未被扣动，确定移动方向为向前移动；若检测到体感手柄的扳机只扣动了左扳机，确定移动方向为向左移动；若检测到体感手柄的扳机只扣动了右扳机，确定移动方向为向右移动；若检测到体感手柄的扳机既扣动了左扳机又扣动了右扳机，确定移动方向为向后移动。
8.如权利要求6所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，其特征在于：所述移动判定模块判断是否需要进行移动的具体工作流程为：记录体感手柄空间位置在平面坐标系上的Y轴投影坐标Yn与时间信息Tn，判断是否满足|Yn|>|Yn-1|且|Yn-1|<|Yn-2|；
若不满足，则重新进行判断检测；
若满足，说明完成了一个移动周期，则提取时间信息Tn-1，并将时间信息Tn-1存入预设的一个完成周期序列Tm中，所述完成周期序列Tm为一个时间序列，记录了每次完成一次往复摆动运动的对应时间；根据ΔT＝Tm-Tm-1，得到当前移动周期ΔT；判断当前移动周期ΔT是否满足预设的移动周期上限值T上限及移动周期下限值T下限的要求，即T下限＜ΔT＜T上限，若满足，则说明当前移动周期ΔT满足合理运动时间，判定为需要进行移动；否则，判定为不需要进行移动。
9.如权利要求6至8中任一项所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，其特征在于：所述预设的移动周期上限值T上限为0.3S～0.5S；所述预设的移动周期下限值T下限为1S～2S。
10.如权利要求9所述的基于体感手柄进行虚拟现实移动的控制系统，其特征在于：所述预设的移动周期上限值T上限为0.5S；所述预设的移动周期下限值T下限为2S。
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