CN108236782B - 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统 - Google Patents

外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108236782B
CN108236782B CN201711435613.8A CN201711435613A CN108236782B CN 108236782 B CN108236782 B CN 108236782B CN 201711435613 A CN201711435613 A CN 201711435613A CN 108236782 B CN108236782 B CN 108236782B
Authority
CN
China
Prior art keywords
information
ultrasonic
distance information
virtual reality
position information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711435613.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108236782A (zh
Inventor
付寅飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Xiaoniao Kankan Technology Co Ltd
Original Assignee
Qingdao Xiaoniao Kankan Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Xiaoniao Kankan Technology Co Ltd filed Critical Qingdao Xiaoniao Kankan Technology Co Ltd
Priority to CN201711435613.8A priority Critical patent/CN108236782B/zh
Publication of CN108236782A publication Critical patent/CN108236782A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108236782B publication Critical patent/CN108236782B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/20—Input arrangements for video game devices
    • A63F13/21—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/186—Determination of attitude
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F2300/00—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
    • A63F2300/10—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by input arrangements for converting player-generated signals into game device control signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F2300/00—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
    • A63F2300/80—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game specially adapted for executing a specific type of game
    • A63F2300/8082—Virtual reality

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统，所述外接设备设置有超声波发射器，所述虚拟现实设备设置有超声波接收器，或者，所述虚拟现实设备设置有超声波发射器，所述外接设备设置有超声波接收器，所述方法包括：根据所述超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息；根据所述第二距离信息，确定所述外接设备的第一位置信息。根据本发明的一个实施例，提高了通过超声波发射器与超声波接收器的距离值确定的外接设备的位置精确度，并且使得外接设备的运动轨迹变得更加平滑。

Description

外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，更具体地，涉及一种虚拟现实设备的外接设备的定位方法、一种虚拟现实设备的外接设备的定位装置、一种虚拟现实设备以及一种虚拟现实系统。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality)，简称VR技术，是利用虚拟现实设备模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
现在开发人员越来越看重在虚拟现实环境中用户沉浸式体验的模拟。该沉浸式体验可以为手部游戏的体验，还可为脚部游戏的体验。例如，可以将虚拟现实头戴设备与外部设备的配合使用完成沉浸式体验。对于该沉浸式体验而言，需要确定穿戴有外接设备的手部或者脚部的位置信息。
相关技术中，通过超声波定位方式，可确定外接设备的位置信息。例如，虚拟现实头戴设备和外接设备均设置有超声波传感器，通过超声波传感器测量得到的虚拟现实头戴设备和外接设备的距离，可确定外接设备的位置。但是，由于超声波易受到无线杂波干扰，以及超声波信号的多径反射的影响，导致超声波传感器测量得到的距离值抖动较大，进而导致通过该距离值确定的外接设备的位置精确度差，以及外接设备的运动轨迹不平滑。
另外，超声波传感器的数据更新频率较低，这样，使得得到的外接设备的位置连贯性较差，降低用户体验度。
因此，需要提供一种新的技术方法，针对上述现有技术中的问题进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种外接设备的定位方法的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种虚拟现实设备外接设备的定位方法，所述外接设备设置有超声波发射器，所述虚拟现实设备设置有超声波接收器，或者，所述虚拟现实设备设置有超声波发射器，所述外接设备设置有超声波接收器，所述方法包括：
根据所述超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；
对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息；
根据所述第二距离信息，确定所述外接设备的第一位置信息。
可选地，对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息，包括：
对所述第一距离信息进行加权滑动平均滤波处理，得到第二距离信息；或者，
对所述第一距离信息进行指数滤波处理，得到第二距离信息。
可选地，在根据所述第二距离信息，确定所述外接设备的第一位置信息之后，所述方法还包括：
获取所述外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据所述参数得到所述外接设备的第二位置信息和第一姿态信息；
对所述第二距离信息、所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第一姿态信息进行卡尔曼滤波融合处理，得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息。
可选地，对所述第二距离信息、所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第一姿态信息进行卡尔曼滤波融合处理，得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息，包括：
确定卡尔曼滤波增益参数；
根据所述卡尔曼增益参数、所述第二距离信息、所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第一姿态信息，确定偏差修正量；
利用所述偏差修正量，对所述第二位置信息和所述第一状态信息进行修正，得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息。
可选地，在得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息之后，所述方法还包括：
对所述外接设备的第三位置信息进行滤波处理，得到所述外接设备的第四位置信息。
可选地，在根据所述超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息之前，所述方法还包括：
判断所述超声波接收器是否接收到超声波信号信息，得到判断结果；
在所述判断结果为是的情况下，根据所述超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；
在所述判断结果为否的情况下，获取所述外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据所述惯性测量单元测量得到的参数，确定所述外接设备的位置信息和姿态信息。
根据本发明的第二方面，提供了一种虚拟现实设备外接设备的定位装置，所述外接设备设置有超声波发射器，所述虚拟现实设备设置有超声波接收器，或者，所述虚拟现实设备设置有超声波发射器，所述外接设备设置有超声波接收器，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与各超声波接收器的距离；
滤波处理模块，用于对所述超声波发射器与各超声波接收器的距离进行滤波处理，得到处理后的距离；
第二确定模块，用于根据所述处理后的距离，确定所述外接设备的第一位置信息。
可选地，所述装置还包括：
判断模块，用于判断所述超声波接收器是否接收到超声波信号信息，得到判断结果；
第三确定模块，用于在所述判断结果为否的情况下，获取所述外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据所述惯性测量单元测量得到的参数，确定所述外接设备的位置信息和姿态信息。
根据本发明的第三方面，提供了一种虚拟现实设备外接设备的定位装置，包括：存储器和处理器，其中，所述存储器存储可执行指令，所述可执行指令控制所述处理器进行操作以执行根据上述任何一项所述的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种虚拟现实设备，包括如上述任一所述的虚拟现实设备外接设备的定位装置。
根据本发明的第五方面，提供了一种虚拟现实系统，包括如上述所述虚拟现实设备和与所述虚拟现实设备连接的外接设备。
本发明实施提供的虚拟现实设备外接设备的定位方法，通过对第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息，使得得到的超声波发射器与超声波接收器的距离值抖动变小，提高了通过超声波发射器与超声波接收器的距离值确定的外接设备的位置精确度，并且使得外接设备的运动轨迹变得更加平滑。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的定位方法的处理流程图。
图2示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的定位方法的另一种处理流程图。
图3示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的定位装置的结构示意图。
图4示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的定位装置的另一种结构示意图。
图5示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的位置的确定装置的硬件结构框图。
图6示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备的结构示意图。
图7示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实系统的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明的一个实施例提供了一种虚拟现实设备外接设备的定位方法。其中，外接设备设置有超声波发射器，虚拟现实设备设置有超声波接收器。或者，虚拟现实设备设置有超声波发射器，外接设备设置有超声波接收器。
图1示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的定位方法的处理流程图。参见图1，该方法至少包括步骤S101至步骤S103。
步骤S101，根据超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定超声波发射器与超声波接收器的第一距离信息。
超声波信号信息可为超声波接收器接收超声波信号所需的时间。
以虚拟现实设备设置有三个超声波发射器，外接设备设置有超声波接收器为例，对如何确定出上述步骤S101中的第一距离信息进行说明。该三个超声波发射器以固定时间间隔依次发出超声波信号。超声波发射器发射超声波信号时，可通过射频信号通知超声波接收器开始计时。当超声波接收器接收到超声波信号时，超声波接收器结束计时。通过超声波接收器的计时结果，确定超声波接收器接收各超声波发射器发射的超声波信号所需的时间。根据超声波的传播速度和超声波接收器接收各超声波发射器发射的超声波信号所需的时间，计算得到超声波接收器到各超声波发射器的距离，并将超声波接收器到各超声波发射器的距离作为第一距离信息。
以外接设备设置有超声波发射器，以虚拟现实设备设置有三个超声波接收器为例，对如何确定出上述步骤S101中的第一距离信息进行说明。超声波发射超声波信号时，向各超声波接收器发送射频信号。各超声波接收器在接收到射频信号时，开始计时。当各超声波接收器接收到超声波信号时，各超声波接收器结束计时。通过各超声波接收器的计时结果，确定各超声波接收器接收超声波发射器发射的超声波信号所需的时间。根据超声波的传播速度和各超声波接收器接收超声波发射器发射的超声波信号所需的时间，计算得到各超声波接收器到超声波发射器的距离，并将各超声波接收器到超声波发射器的距离作为第一距离信息。
步骤S102，对第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息。
本发明的一个实施例中，对第一距离信息进行加权滑动平均滤波处理，得到第二距离信息。具体地，基于以下计算式(1a)，对第一距离信息进行加权滑动平均滤波处理，得到第二距离信息。
Figure BDA0001525766410000061
其中，
Figure BDA0001525766410000062
为当前时刻k对应的第二距离信息，j＝1，2，3，N代表滑动平均窗口长度，ωi为加权系数，dj(k-i)为在滑动平均窗口中k-i时刻对应的距离值。其中，i＝0时，dj(k)为当前时刻k对应的距离值(即第一距离信息)，即上述步骤S101确定出的超声波接收器到超声波发射器的距离值。
本发明的一个实施例中，对第一距离信息进行指数滤波处理，得到第二距离信息。具体地，基于以下计算式(1b)，对第一距离信息进行指数滤波处理，得到第二距离信息。
Figure BDA0001525766410000063
其中，
Figure BDA0001525766410000064
为当前时刻k对应的第二距离信息，j＝1，2，3，α1为加权系数，dj(k)为当前时刻k对应的距离值(即第一距离信息)，
Figure BDA0001525766410000065
为k-1时刻对应的第二距离信息。
步骤S103，根据第二距离信息，确定外接设备的第一位置信息。
以虚拟现实设备设置有三个超声波发射器，外接设备设置有超声波接收器为例，该三个超声波发射器在虚拟现实设备本体坐标系的位置表示为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)。将三个超声波发射器的位置坐标和上述第二距离信息代入两点间距离计算公式，得到三个一次方程，该三个一次方程如下，
Figure BDA0001525766410000071
Figure BDA0001525766410000072
Figure BDA0001525766410000073
其中，d1、d2、d3为第二距离信息。根据上述三个一次方程，可计算得到超声波接收器在虚拟现实设备本体坐标系下的位置信息。将超声波接收器在虚拟现实设备本体坐标系下的位置信息转化为世界坐标系下的位置信息，并将超声波接收器在世界坐标系下的位置信息作为外接设备的第一位置信息。
以外接设备设置有超声波发射器，以虚拟现实设备设置有三个超声波接收器为例，该三个超声波接收器在虚拟现实设备本体坐标系的位置表示为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)。将三个超声波接收器的位置坐标和上述第二距离信息代入两点间距离计算公式，得到三个一次方程，该三个一次方程如下，
Figure BDA0001525766410000074
Figure BDA0001525766410000075
Figure BDA0001525766410000076
其中，d1、d2、d3为第二距离信息。根据上述三个一次方程，可计算得到超声波发射器在虚拟现实设备本体坐标系下的位置信息。将超声波发射器在虚拟现实设备本体坐标系下的位置信息转化为世界坐标系下的位置，并将超声波发射器在世界坐标系下的位置信息作为外接设备的第一位置信息。
本发明实施提供的虚拟现实设备外接设备的定位方法，通过对第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息，使得得到的超声波发射器与超声波接收器的距离值抖动变小，提高了通过超声波发射器与超声波接收器的距离值确定的外接设备的位置精确度，并且使得外接设备的运动轨迹变得更加平滑。
本发明的一个实施例中，参见图2，在步骤S103根据第二距离信息，确定外接设备的第一位置信息之后，该方法还包括：步骤S104，获取外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据参数得到外接设备的第二位置信息和第一姿态信息；步骤S105，对第二距离信息、第一位置信息、第二位置信息和第一姿态信息进行卡尔曼滤波融合处理，得到外接设备的第三位置信息和第二姿态信息。本发明实施例中，将第二距离信息和根据惯性测量单元测量得到的参数确定的第二位置信息和第一姿态信息进行卡尔曼滤波处理，提高了外接设备的空间位置信息的准确度。
惯性测量单元至少包括三轴加速度计和陀螺仪。惯性测量单元测量得到的参数至少包括三轴加速度计的测量值a和陀螺仪的测量值ω。
本发明的一个实施例中，基于以下计算式(2)和计算式(3)，得到外接设备的第二位置信息p，
v＝v0+(R*a-g)*dt—计算式(2)，
Figure BDA0001525766410000081
其中，v为当前时刻外接设备沿着世界坐标系的三个坐标轴的速度值，v为3*1的矩阵，v0为上一时刻外接设备沿着世界坐标系的三个坐标轴的速度值，v0为3*1的矩阵，R为从惯性测量单元本体坐标系到世界坐标系的3*3的旋转矩阵，a为当前时刻三轴加速度计的测量值，a为3*1的矩阵，g为重力加速度沿着世界坐标系的三个坐标轴的重力分量，g为3*1的矩阵，p0为上一时刻外接设备的位置信息，p0为3*1的矩阵。
本发明的一个实施例中，外接设备的姿态信息可利用四元数q表示，其中，四元数q为4*1的矩阵。基于以下计算式(4)，得到外接设备的第一姿态信息，
Figure BDA0001525766410000082
其中，q为外接设备的第一姿态信息，q0为上一时刻外接设备的姿态信息，q{ω*dt}为由陀螺仪的测量值ω产生的增量。
本发明的一个实施例中，上述步骤S105可具体为，首先，确定卡尔曼滤波增益参数，接着，根据卡尔曼增益参数、第二距离信息、第一位置信息、第二位置信息和第一姿态信息，确定偏差修正量，然后，利用偏差修正量，对第二位置信息和第一状态信息进行修正，得到外接设备的第三位置信息和第二姿态信息。
卡尔曼增益参数K可基于以下计算式(5)计算得到，
K＝P×HT×(H×P×HT+V)-1—计算式(5)，
其中，P为状态协方差矩阵，H为观测矩阵，V为测量噪声协方差矩阵。
状态协方差矩阵P可以基于以下计算式(6)得到，
P＝Fx*P0*Fx T+0.5*dt*(Qw+Fx*Qw*Fx T)-1—计算式(6)，其中，
Figure BDA0001525766410000091
I为3*3的单位矩阵，R为从惯性测量单元本体坐标系到世界坐标系的3*3的旋转矩阵，a为当前时刻三轴加速度计的测量值，a为3*1的矩阵，[R*a]x为对R*a进行倾斜运算(skew)，P0为上一时刻状态协方差矩阵，Qw为状态变量的噪声方差矩阵。
观测矩阵H的表达式为
Figure BDA0001525766410000092
其中，I为3*3的单位矩阵，Hm为dj方程的雅克比矩阵。其中，dj方程的方程式如下：
Figure BDA0001525766410000093
其中，以虚拟现实设备设置有三个超声波发射器，外接设备设置有超声波接收器为例，(xj，yj，zj)为设置在虚拟现实设备的超声波发射器的位置信息，(px，py，pz)为设置在外接设备的超声波接收器的位置信息。以外接设备设置有超声波发射器，以虚拟现实设备设置有三个超声波接收器为例，(xj，yj，zj)为设置在虚拟现实设备的超声波接收器的位置信息，(px，py，pz)为设置在外接设备的超声波发射器的位置信息。
测量噪声协方差矩阵V的表达式为：
Figure BDA0001525766410000101
其中，
Figure BDA0001525766410000102
为dj的噪声方差，
Figure BDA0001525766410000103
为(px，py，pz)的噪声协方差矩阵。本发明的一个实施例中，将设置在虚拟现实设备的超声波接收器或者设置在外接设备的超声波接收器的超声波信号接收范围区域(即FOV区域)划分成多个子区域，在每个子区域中，测量得到上述测量噪声协方差矩阵V，并将各个子区域对应的测量噪声协方差矩阵V预存在虚拟现实设备中。当外接设备的位置发生变化时，根据外接设备的当前位置所在的子区域，得到相应的测量噪声协方差矩阵V。
本发明的一个实施例中，基于以下计算式(7)，确定所述偏差修正量δx，
δx＝K×[u-h(xk))]—计算式(7)，
其中，K为卡尔曼滤波增益参数，u为利用第二距离信息和第一位置信息生成的参数，h(xk)为利用第三距离信息和第二位置信息生成的参数，其中，第三距离信息是将第二位置信息代入上述三个一次方程中得到的一组距离信息，其中，u＝[d1 d2 d3 x1 y1 z1]，
Figure BDA0001525766410000104
其中，d1、d2、d3为第二距离信息，
Figure BDA0001525766410000105
为将第三距离信息，x1、y1、z1为第一位置信息对应的三维坐标值，x2、y2、z2为第二位置信息对应的三维坐标值。
本发明的一个实施例中，基于以下计算式(8)，利用偏差修正量δx，对第二位置信息和第一状态信息进行修正，得到外接设备的第三位置信息和第二姿态信息，
Figure BDA0001525766410000106
其中，xk0为第二位置信息和第一状态信息，xk0的表达式为xk0＝[p v q ba bg]，其中，p、v、q分别为基于上述计算式(2)、(3)、(4)得到，ba为陀螺仪偏差值，bg为加速度计偏差值。
本发明的一个实施例中，在执行上述步骤S101之前，参见图2，该方法还包括步骤S106，判断超声波接收器是否接收到超声波信号信息，得到判断结果。在判断结果为是的情况下，执行上述步骤S101。在判断结果为否的情况下，执行步骤S107，获取外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据惯性测量单元测量得到的参数，确定外接设备的位置信息和姿态信息。其中，可基于上述计算式(2)、(3)、(4)，根据惯性测量单元得到的参数，确定外接设备的位置信息和姿态信息。
本发明的一个实施例中，在得到外接设备的第三位置信息和第二姿态信息之后，参见图2，该方法还包括步骤S108，对外接设备的第三位置信息进行滤波处理，得到外接设备的第四位置信息，并利用外接设备的第四位置信息和第二姿态信息进行定位。例如，可基于以下计算式(9)，对外接设备的第三位置信息进行指数滤波处理，得到外接设备的第四位置信息，
Figure BDA0001525766410000111
其中，
Figure BDA0001525766410000112
为当前时刻k对应的第四位置信息，α2为加权系数，p(k)为当前时刻k对应的第三位置信息，
Figure BDA0001525766410000113
为k-1时刻对应的第四位置信息。
通过对第三位置信息进行滤波处理，得到第四位置信息，使得得到的外接设备的位置信息抖动变小，进而使得外接设备的运动轨迹更加平滑。
由于超声波定位的更新频率较低，使得利用超声波定位数据得到的外接设备的位置信息的连贯性和帧率较低。本发明实施例中，在未产生超声波定位数据时，利用外接设备的惯性测量单元得到的参数，确定外接设备的位置信息，弥补了在未产生超声波定位数据的阶段的外接设备的位置信息的缺失，利于外接设备的位置信息的连贯性和高帧率，提升了用户体验。
基于同一发明构思，本发明的一个实施例提供了一种虚拟现实设备外接设备的定位装置。外接设备设置有超声波发射器，虚拟现实设备设置有超声波接收器，或者，虚拟现实设备设置有超声波发射器，外接设备设置有超声波接收器。
图3示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的定位装置的结构示意图。参见图3，该装置至少包括：第一确定模块310，用于根据超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定超声波发射器与各超声波接收器的距离；滤波处理模块320，用于对超声波发射器与各超声波接收器的距离进行滤波处理，得到处理后的距离；第二确定模块330，用于根据处理后的距离，确定外接设备的第一位置信息。
参见图4，该装置还包括：判断模块340，用于判断超声波接收器是否接收到超声波信号信息，得到判断结果；第三确定模块350，用于在判断结果为否的情况下，获取外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据惯性测量单元测量得到的参数，确定外接设备的位置信息和姿态信息。
图5示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备外接设备的位置的确定装置的硬件结构框图。参见图5，该装置包括：存储器520和处理器510。存储器520存储可执行指令，可执行指令控制处理器510进行操作以执行上述任一实施例提供的虚拟现实设备外接设备的定位方法。
图6示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实设备的结构示意图。参见图6，虚拟现实设备600包括上述任一实施例提供的虚拟现实设备外接设备的定位装置610。
图7示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实系统的结构示意图。参见图7，虚拟现实系统700包括上述实施例提供的虚拟现实设备710和与虚拟现实设备710连接的外接设备720。外接设备720包括但不限于游戏手柄、游戏手套、游戏手环以及脚部设备。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种虚拟现实设备外接设备的定位方法，其特征在于，所述外接设备设置有超声波发射器，所述虚拟现实设备设置有超声波接收器，或者，所述虚拟现实设备设置有超声波发射器，所述外接设备设置有超声波接收器，所述方法包括：
根据所述超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；
对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息；
根据所述第二距离信息，确定所述外接设备的第一位置信息，
其中，对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息，包括：
对所述第一距离信息进行加权滑动平均滤波处理，得到第二距离信息；或者，
对所述第一距离信息进行指数滤波处理，得到第二距离信息，
其中，在根据所述超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息之前，所述方法还包括：
判断所述超声波接收器是否接收到超声波信号信息，得到判断结果；
在所述判断结果为是的情况下，根据所述超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；
在所述判断结果为否的情况下，获取所述外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据所述惯性测量单元测量得到的参数，确定所述外接设备的位置信息和姿态信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述第二距离信息，确定所述外接设备的第一位置信息之后，所述方法还包括：
获取所述外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据所述参数得到所述外接设备的第二位置信息和第一姿态信息；
对所述第二距离信息、所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第一姿态信息进行卡尔曼滤波融合处理，得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第二距离信息、所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第一姿态信息进行卡尔曼滤波融合处理，得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息，包括：
确定卡尔曼滤波增益参数；
根据所述卡尔曼滤波增益参数、所述第二距离信息、所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第一姿态信息，确定偏差修正量；
利用所述偏差修正量，对所述第二位置信息和所述第一姿态信息进行修正，得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在得到所述外接设备的第三位置信息和第二姿态信息之后，所述方法还包括：
对所述外接设备的第三位置信息进行滤波处理，得到所述外接设备的第四位置信息。
5.一种虚拟现实设备外接设备的定位装置，其特征在于，所述外接设备设置有超声波发射器，所述虚拟现实设备设置有超声波接收器，或者，所述虚拟现实设备设置有超声波发射器，所述外接设备设置有超声波接收器，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据所述超声波接收器接收到的超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；
滤波处理模块，用于对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息，
其中，对所述第一距离信息进行滤波处理，得到第二距离信息包括：对所述第一距离信息进行加权滑动平均滤波处理，得到第二距离信息；或者，对所述第一距离信息进行指数滤波处理，得到第二距离信息；
判断模块，用于判断所述超声波接收器是否接收到超声波信号信息，得到判断结果；
第二确定模块，用于在所述判断结果为是的情况下，根据所述超声波信号信息，确定所述超声波发射器与所述超声波接收器的第一距离信息；
在所述判断结果为否的情况下，获取所述外接设备的惯性测量单元测量得到的参数，并根据所述惯性测量单元测量得到的参数，确定所述外接设备的位置信息和姿态信息。
6.一种虚拟现实设备外接设备的定位装置，其特征在于，包括：存储器和处理器，其中，所述存储器存储可执行指令，所述可执行指令控制所述处理器进行操作以执行根据权利要求1-4中的任何一项所述的方法。
7.一种虚拟现实设备，其特征在于，包括如权利要求5或6所述的虚拟现实设备外接设备的定位装置。
8.一种虚拟现实系统，其特征在于，包括如权利要求7所述虚拟现实设备和与所述虚拟现实设备连接的外接设备。
CN201711435613.8A 2017-12-26 2017-12-26 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统 Active CN108236782B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711435613.8A CN108236782B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711435613.8A CN108236782B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108236782A CN108236782A (zh) 2018-07-03
CN108236782B true CN108236782B (zh) 2021-11-12

Family

ID=62700239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711435613.8A Active CN108236782B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108236782B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738860B (zh) * 2018-11-23 2020-09-08 青岛小鸟看看科技有限公司 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实头戴设备及系统
WO2021190421A1 (zh) * 2020-03-27 2021-09-30 海信视像科技股份有限公司 基于虚拟现实的控制器光球追踪方法和虚拟现实设备
CN115184941B (zh) * 2022-07-07 2023-05-02 浙江德清知路导航科技有限公司 一种基于音频的定位寻物方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1719277A (zh) * 2005-07-26 2006-01-11 清华大学 空间位置检测系统及其检测方法
CN101592727A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 日电（中国）有限公司 自治超声波室内定位系统、装置和方法
CN103543439A (zh) * 2013-10-04 2014-01-29 吉林大学 多目标三维超声跟踪定位系统和方法
CN204302486U (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 北京工业大学 一种室内定位系统
US9024810B2 (en) * 2009-01-27 2015-05-05 Xyz Interactive Technologies Inc. Method and apparatus for ranging finding, orienting, and/or positioning of single and/or multiple devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1719277A (zh) * 2005-07-26 2006-01-11 清华大学 空间位置检测系统及其检测方法
CN101592727A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 日电（中国）有限公司 自治超声波室内定位系统、装置和方法
US9024810B2 (en) * 2009-01-27 2015-05-05 Xyz Interactive Technologies Inc. Method and apparatus for ranging finding, orienting, and/or positioning of single and/or multiple devices
CN103543439A (zh) * 2013-10-04 2014-01-29 吉林大学 多目标三维超声跟踪定位系统和方法
CN204302486U (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 北京工业大学 一种室内定位系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108236782A (zh) 2018-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108267715B (zh) 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统
CN110133582B (zh) 补偿电磁跟踪系统中的畸变
EP3000011B1 (en) Body-locked placement of augmented reality objects
CN106840205B (zh) 陀螺仪校准补偿方法及装置、虚拟现实头戴设备
CN108236782B (zh) 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实设备及系统
CN108196258B (zh) 外接设备的位置的确定方法及装置、虚拟现实设备及系统
CN109313417A (zh) 帮助机器人定位
EP3559789B1 (en) Magnetic interference detection and correction
US20170076496A1 (en) Method and apparatus for providing a virtual space with reduced motion sickness
CN110246182A (zh) 基于视觉的全局地图定位方法、装置、存储介质和设备
US20190286252A1 (en) Interactive input controls in a simulated three-dimensional (3d) environment
EP3852065A1 (en) Data processing method and apparatus
CN106708037A (zh) 自主移动式设备定位的方法、装置及自主移动式设备
CN107376341B (zh) 一种用于游戏手柄的数据处理方法、装置及游戏手柄
CN109186596B (zh) Imu测量数据生成方法、系统、计算机装置及可读存储介质
JP2019078560A (ja) ジャイロセンサのオフセット補正装置、オフセット補正プログラム、歩行者自律航法装置
CN112528957A (zh) 人体运动基础信息检测方法、系统及电子设备
US11978232B2 (en) Method for displaying three-dimensional augmented reality
CN107391005B (zh) 控制主机屏幕上光标移动的方法、游戏手柄
WO2020049692A2 (ja) 推定装置、学習装置、推定方法、学習方法及びプログラム
CN107302845B (zh) 利用方向预测的低时延模拟装置、方法及计算机可读介质
CN109738860B (zh) 外接设备的定位方法及装置、虚拟现实头戴设备及系统
CN111382701B (zh) 动作捕捉方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
KR101639351B1 (ko) 웨어러블 입력 시스템 및 모션 인식 방법
CN115727871A (zh) 一种轨迹质量检测方法、装置、电子设备和存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant