CN107203267B - 基于视野判断的虚拟世界探索方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于视野判断的虚拟世界探索方法及装置，其中方法包括步骤，根据当前虚拟场景中的视野范围，划分位于视野中的物体及位于视野外的物体，在需要进行转向时，调整位于视野外的部分物体坐标。解决用户体验更大的虚拟空间的问题。

Description

基于视野判断的虚拟世界探索方法及装置

技术领域

本发明涉及虚拟现实交互领域，尤其涉及一种基于视野判断的虚拟世界大范围探索方法及装置。

背景技术

虚拟实境(英语：virtual reality，缩写为VR)，简称虚拟技术，也称虚拟环境，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身历其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。该技术集成了计算机图形、计算机仿真、人工智能、感应、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

现有常用的虚拟现实技术，用户只能够在有限的空间内进行体验，为了能够体验大于现实空间的内容，角色在虚拟场景中的位移通常由电脑自动完成，即与用户的实际位移并不相关，这样带来的后果就是牺牲掉了用户体验的真实感。

发明内容

为此，需要提供一种新的虚拟世界探索方法，解决用户体验更大的虚拟空间的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种基于视野判断的虚拟世界探索方法，根据当前虚拟场景中的视野范围，划分位于视野中的物体及位于视野外的物体，在需要进行转向时，调整位于视野外的部分物体坐标。

进一步地，还包括步骤，获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向、根据障碍物方位信息判断向何处进行转向。

具体地，还包括步骤，通过现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息确定视野外部分物体的坐标移动参数。

一种基于视野判断的虚拟世界探索装置，包括如下模块，物体划分模块、坐标调整模块；

所述物体划分模块用于根据当前虚拟场景中的视野范围，划分位于视野中的物体及位于视野外的物体，所述坐标调整模块用于在需要进行转向时，调整位于视野外的部分物体坐标。

进一步地，还包括障碍物检测模块、判断模块，

所述障碍物检测模块用于获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；所述判断模块用于根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向、根据障碍物方位信息判断向何处进行转向。

具体地，还包括参数确定模块，所述参数确定模块用于通过现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息确定视野外部分物体的坐标移动参数。

区别于现有技术，上述技术方案通过对视野外的场景物体坐标进行变换，使得用户在视角转向原视野外场景物体后，沿着变化后的角度在现实空间中行进，从而避开障碍物，重复上述方法能够使得用户在有限的现实空间中体验无限的虚拟世界。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所述的基于视野判断的虚拟世界探索方法流程图；

图2为本发明具体实施方式所述的用户行走路径示意图；

图3为本发明具体实施方式所述的简化虚拟场景示意图；

图4为本发明具体实施方式所述的基于视野变换的最佳参照物选取方法流程图；

图5为本发明具体实施方式所述的虚拟现实交互体验方法流程图；

图6为本发明具体实施方式所述的基于视野判断的虚拟世界探索装置模块图；

图7为本发明具体实施方式所述的基于视野变换的最佳参照物选取装置模块图；

图8为本发明具体实施方式所述的虚拟现实交互体验装置模块图。

附图标记说明：

600、物体划分模块；

602、坐标调整模块；

604、障碍物检测模块；

606、判断模块；

608、参数确定模块；

700、类群划分模块；

702、类群信息模块；

704、最佳选取模块；

706、赋值计算模块；

708、类群判断模块；

710、比例变换模块；

800、获取模块；

802、判断模块；

804、类群信息模块；

806、赋值计算模块；

808、方位角变换模块。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

这里请看图1，我们的方法可以开始于步骤，S103判断当前角色的视野范围，将场景内的物体划分为视野内物体或视野外物体，S104将视野外的物体进行坐标变换。最后将坐标变换了的物体显示在视野中。在我们的实施例中，现实空间(以下称房间)范围内通常具有一定的障碍物，如墙壁等等，人们(以下称用户)身处房间内，避免其与障碍物如墙壁进行碰撞是首要任务，以免造成危险。如果虚拟空间(以下称场景)中的人物(以下称角色)的行动与用户行为挂钩，则人物在虚拟空间中的探索区域始终无法超过房间的大小。人们在探索世界时的动作行为需要寻找参照物，有传言认为，让人在雪地、森林等地走直线，最终都会变成绕一个大圈。我们的方法原理，是通过将场景内的参照物的坐标位置进行不被人注意到的改动，从而引导用户进行改变行进的方向。

在图2所示的实施例中，清楚地说明了这种方法可能带来的结果，用户在每个线段中是直线行走，场景中角色亦然，在每次改变了行进方向之后，用户实际上在现实空间中绕行了一个八边形，而其始终以为自己正在行进的是一条直线，则其在虚拟空间中探索了远长于房间边长的路径，达到了探索更广阔的虚拟空间的效果。通过上述方式进行的工作中，也许每次转过45°的方位角也会带来很大的不真实感或眩晕，但是在极端一些的实施例中，例如房间规模更大、允许用户转向的空间更多的时候，如每次仅改变10度左右的方位角，方位角也可以根据实际的需要自行设定，则用户则能够在不感到眩晕的前提下确确实实地完成了更大空间的探索。

在一些具体的实施例中，方法还包括步骤，S101接收用户现实位置信息，判断现实空间中障碍物的方位、距离，S102根据障碍物的方位、距离判断是否需要进行转向，当判断需要进行转向时，再进行障碍物的方位、距离判断是否需要转向、如何转向，例如当角色处于所示位置时，可以探测其左侧、右侧、前方与障碍物的距离，探测的方法不论，只需能够得到现实空间墙壁与当前用户所在位置关系即可。例如在图2中当探测得到前方障碍物已经比较接近，同时其左侧障碍物距离小于右侧障碍物的距离。系统判断可以引导用户向右侧转向。那么可以进行将是野外的参照物坐标向右侧偏移，使得用户在视野变回到参照物后，则沿变化后的角度继续前进。

在一个简化了的实施例中，我们可以想象这样一个虚拟场景：场景物体只有纯色的地面、地上大致排列成直线的箱子与天上的太阳，如图3所示，外围的方块代表了角色的当前视野，视野中仅有两个箱子、地面天空和太阳。当用户控制角色低头检查箱子A的时候，其专注于眼前的事物，其余箱子与太阳全部处于视野外。此时系统偷偷将其余箱子与太阳的位置坐标向右偏移10°。在角色检查完箱子再回头注视太阳及朝箱子B走去的时候，用户实际上在现实空间中已经向右转了10°，并毫不怀疑自己仍然是在走直线。从而用户在现实空间中避开了障碍物，当然，其在虚拟场景中探索的也同样是一条直线上的内容，如果重复上述过程，用户不自知地在现实空间中的小范围内不断转向，而我们成功地将远长于现实空间边长的内容展现给了用户。基于上述原理，本专利的实施者可以提供不同的游戏/活动规则引导用户在什么时候看什么地方(例如内容不光是开箱子更可以是采蘑菇打飞机看流星有怪兽等等)。这不是本专利想讨论的内容，我们仅需要对视野内外的物体进行区分，最后对视野外的全部或部分参照物进行坐标变动，就能够完成诱导用户在现实空间中绕圈的效果。

在进一步的实施例中，场景中可能有多个参照物体，如果仅单一或部分地对某个参照物进行坐标变换，就很难做到不易察觉，并且最佳参照物的选择也是个问题。为了解决这个问题，本发明还提出一种变换参照物坐标的优化方法，如图4所示，针对场景中存在的若干参照物，先进行步骤S401对虚拟场景中视野外的参照物划分类群，针对不同的群，进行步骤S402获取不同参照物类群的大小信息、方位信息、距离信息等。这里大小信息指的是参照物群在视野中的大小，即参照物在视界中所占的角面积。方位信息指的是在视野外的参照物体与视野边界的水平方位的角距离，以平视视野为例，一般视野宽度为140°左右，则位于顺时针70°——290°的参照物位于视界外，与视界边界的角距离即为方位角度的差值。距离信息指的是参照物坐标与当前角色的距离，也可以理解为景深，通常作为场景背景的物体具有最远的距离，也就具有最深的景深。

随后在划分完参照物类群后，就可以选择本方法中最优的参照物，步骤S403根据参照物类群的大小信息、方位信息或距离信息选取最佳参照物。

在某些实施例中，可以选取大小参数最大的参照物类群，参照物类群越大，则选取该类群为最佳参照物的可能性越高，如某些场景中有月亮、树林和房子，虽然单颗树木的大小小于房子，但是在类群划分后，具有同样特征的树木组合的树林类群具有最大的视野角面积，我们的发明人在实践中发现，在视野变换后人们习惯于选取视野中大范围的物体作为自己的参照，选取大小参数最大的参照物类群作为最佳参照物，能够最小化用户在体验视野变换的虚拟世界探索时的违和感，增强用户的使用体验。

在另一些实施例中，可以根据上述方位信息选取最佳参照物，通过方位信息选择最佳参照物有两个条件，该类群中所有物体需要在视野外，且类群与当前视野的距离最小。这样做的原因可以归结为，首先视野变动一般不会太大，选取与当前视野距离过大的参照物进行变动没有意义，另外在当前视野的最小的参照物进行变动也能够使用户关注点更为集中，减小用户的违和感，同时也能够增强用户的使用体验。

为了更好地解决用户的使用体验问题，作为一些优选地实施例，可以选择距离信息最远的参照物作为最佳参照物，在简化的实施例中，作为背景的太阳在角色移动过程中的位置几乎不变，可以认为太阳的景深近似+∞，因此太阳的距离信息最远，选取其为最佳参照物，对其在视野外的时候进行方位角的变换，能够使用户最难察觉其中的变动，当然此时的方位角的变换只有其水平方向上的分量参数才有实际意义。相比于远在天边的背景，用户对身边的物品有更深的记忆，那么这样的处理就能够更好地隐藏，不知不觉影响了用户的方位取向。更好地达到了在小空间内体验大空间游玩的效果。

在一些更为复杂的实施例中，最佳参照物的选择还可以根据大小信息、方位信息、距离信息加权赋值计算获得，作为一个优选的方案，分别对大小信息、方位信息、距离信息设置0.2、0.2、0.6的权重，并且在方位信息中在视野范围外10°-60°的区间内的参照物进行限制，对视野外30°的物体赋予最高的分值。通过上述优化调整，能够使得最佳参照物的选择优化地最好。

另一些方案中，还包括步骤，S404判断视野外0°至90°间存在的参照物类群数是否大于预设值，若判断为是，则进行步骤，S405对最佳参照物外的其他参照物类群，均根据加权赋值得分与最佳参照物赋值得分的比例进行方位角变换。

以预设值取3，最佳参照物变换角度为10.25°为例，倘若视野范围外0°-90°内的参照物类群大于3个，则对不仅要对最佳参照物进行10.25°的方位角变换，对于其他参照物，均根据加权赋值得分与最佳参照物的比例乘上10.25°进行方位角变换。因此在优选的实施例中，方位角变换公式为：

方位角变换＝(参照物类群加权得分/最佳参照物加权得分)*10.25°

因为当类群数量增多后，只进行单个参照物的变换反而更显突兀，一并都进行方位角优化才能够减少违和感，进一步地增强用户的使用体验。

在一些综合应用的实施例中，如图5所示，为一种虚拟现实交互体验方法流程图，包括如下步骤，S501获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；S502根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向；S503当判断为是时，对虚拟场景中视野外的参照物划分类群，获取不同参照物类群的大小信息、方位信息、距离信息；S504对所述大小信息、方位信息、距离信息分别赋予分值，并加权计算，S505选取计算得分最高的参照物作为最佳参照物并进行方位角变换；S506对最佳参照物外的其他参照物类群，均根据加权赋值得分与最佳参照物赋值得分的比例进行方位角变换；方位角变换方向为障碍物方位信息的对向。上述技术方案通过对虚拟场景中视野外的参照物进行方位角的变换，能够引导用户在调整视野之后变化自身的朝向，从而达到避开障碍物的效果，对于视野外的参照物还根据不同参数属性进行了适应优化，重复应用本发明方法用户也不会感到不适、眩晕，具有很高的实用性。

进一步地优选，本方法还包括如下步骤，对大小信息分值、方位信息分值、距离信息分值加权的权重分别为0.2、0.2、0.6。对距离信息赋予最大的权重能够更好地满足人脑搜索参照物的思维习惯，解决减少本方法应用的不适感的问题

优选的其他一些实施例中，所述方位角变换公式为：

方位角变换＝(参照物类群加权得分/最佳参照物加权得分)*10.25°通过对所有参照物的方位角进行适应性变换，能够完成大场景多物体的视野参照物角度变动，更好地解决虚拟现实交互体验的问题。

在图6所示的一些实施例中，本发明还包括一种基于视野判断的虚拟世界探索装置，包括如下模块，物体划分模块600、坐标调整模块602；

所述物体划分模块600用于根据当前虚拟场景中的视野范围，划分位于视野中的物体及位于视野外的物体，所述坐标调整模块6002用于在需要进行转向时，调整位于视野外的部分物体坐标。

进一步地，还包括障碍物检测模块604、判断模块606，

所述障碍物检测模块604用于获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；所述判断模块606用于根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向、根据障碍物方位信息判断向何处进行转向。

具体地，还包括参数确定模块608，所述参数确定模块608用于通过现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息确定视野外部分物体的坐标移动参数。

上述装置模块通过对视野外的场景物体坐标进行变换，使得用户在视角转向原视野外场景物体后，沿着变化后的角度在现实空间中行进，从而避开障碍物，重复上述方法能够使得用户在有限的现实空间中体验无限的虚拟世界。

在图7所示的一些实施例中，还公开了一种基于视野变换的最佳参照物选取装置，包括类群划分模块700、类群信息模块702、最佳选取模块704；所述类群划分模块用于对虚拟场景中视野外的参照物划分类群，所述类群信息模块用于获取不同参照物类群的大小信息、方位信息、距离信息；所述最佳选取模块用于根据参照物类群的大小信息、方位信息或距离信息选取最佳参照物。

进一步地，还包括赋值计算模块706，所述赋值计算模块用于对所述大小信息、方位信息、距离信息分别赋予分值，并加权计算，所述最佳选取模块还用于选取计算得分最高的参照物作为最佳参照物。

具体地，对大小信息分值、方位信息分值、距离信息分值加权的权重分别为0.2、0.2、0.6。

具体地，还包括类群判断模块708，比例变换模块710；所述类群判断模块用于判断视野外0°至90°间存在的参照物类群数是否大于预设值，所述比例变换模块用于在上述判断为是时，对最佳参照物外的其他参照物类群，均根据加权赋值得分与最佳参照物赋值得分的比例进行方位角变换。

优选地，方位角变换公式为：

方位角变换＝(参照物类群加权得分/最佳参照物加权得分)*10.25°

上述装置在场景中存在多个物体时能够筛选出更容易被用户注意到的物体，对该物体的坐标改变也能够更好地对用户起到引导作用，同时用户因此产生的不适感低，眩晕程度小。

在图8所示的实施例中，为一种虚拟现实交互体验装置，包括如下模块，获取模块800、判断模块802、类群信息模块804、赋值计算模块806、方位角变换模块808；

所述获取模块800用于获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；

所述判断模块802用于根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向；

所述类群信息模块804用于在判断为是时对虚拟场景中视野外的参照物划分类群，获取不同参照物类群的大小信息、方位信息、距离信息；

所述赋值计算模块806用于对所述大小信息、方位信息、距离信息分别赋予分值，并加权计算；

所述方位角变换模块808用于选取计算得分最高的参照物作为最佳参照物并进行方位角变换；对最佳参照物外的其他参照物类群，均根据加权赋值得分与最佳参照物赋值得分的比例进行方位角变换；方位角变换方向为障碍物方位信息的对向。

优选地，所述赋值计算模块对大小信息分值、方位信息分值、距离信息分值加权的权重分别为0.2、0.2、0.6。

优选地，所述方位角变换公式为：

方位角变换＝(参照物类群加权得分/最佳参照物加权得分)*10.25°

上述装置模块通过对虚拟场景中视野外的参照物进行方位角的变换，能够引导用户在调整视野之后变化自身的朝向，从而达到避开障碍物的效果，对于视野外的参照物还根据不同参数属性进行了适应优化，重复应用本发明方法用户也不会感到不适、眩晕，具有很好的应用前景。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于视野判断的虚拟世界探索方法，其特征在于，包括如下步骤，根据当前虚拟场景中的视野范围，划分位于视野中的物体及位于视野外的物体，在需要进行转向时，调整位于视野外的部分物体位置坐标，所述调整包括变换该物体水平方位角，

还包括步骤，获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向、根据障碍物方位信息判断向何处进行转向。

2.根据权利要求1所述的基于视野判断的虚拟世界探索方法，其特征在于，还包括步骤，通过现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息确定视野外部分物体的坐标移动参数。

3.一种基于视野判断的虚拟世界探索装置，其特征在于，包括如下模块，物体划分模块、坐标调整模块；

所述物体划分模块用于根据当前虚拟场景中的视野范围，划分位于视野中的物体及位于视野外的物体，所述坐标调整模块用于在需要进行转向时，调整位于视野外的部分物体位置坐标，所述调整包括变换该物体水平方位角，

还包括障碍物检测模块、判断模块，

所述障碍物检测模块用于获取现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息；所述判断模块用于根据现实空间位置与障碍物的距离信息判断是否需要进行转向、根据障碍物方位信息判断向何处进行转向。

4.根据权利要求3所述的基于视野判断的虚拟世界探索装置，其特征在于，还包括参数确定模块，所述参数确定模块用于通过现实空间位置与障碍物的距离信息，障碍物方位信息确定视野外部分物体的坐标移动参数。