CN109254671A - 在ar/vr应用中操控物体姿态的交互方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法、装置及设备。该方法包括：获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。该交互方法利用基于四元数的三维算法，以更加直观、便捷的方式操控物体的姿态，提高了体验者的感官体验。

Description

在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法、装置及设备
技术领域
本公开一般涉及人机交互领域，具体涉及在AR/VR应用中操控物体姿态的技术，尤其涉及一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法、装置及设备。
背景技术
AR(Virtual Reality，虚拟现实)/VR(Augmented Reality，增强现实)技术在生活中的应用越来越广泛。VR技术让用户产生视觉上的“沉浸感”，进而影响人体的其他感官也一并认同虚拟事物具有真实存在感。AR技术是把原本在现实世界的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
目前AR、VR的产品都是依靠移动的头部穿戴设备，传统的鼠标和键盘虽然可以通过USB以及无线、蓝牙等通讯方式进行连接使用，但无法满足用户移动的情景下使用，而且AR、VR技术大部分都为三维渲染场景，鼠标这种二维操作无法提供操纵三维坐标轴的姿态的方法，不够直观、便捷，使体验者的体验感大大降低。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提供一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法、装置及设备，其能够更加直观便捷地操控物体的姿态。
根据本发明的第一方面，提供了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法，所述方法包括：获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；如果一致，则将操控设备的所述姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
进一步地，如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
进一步地，所述将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
根据本发明的第二方面，提供了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互装置，所述装置包括：获取单元，用于获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；计算单元，其与所述获取单元连接，用于将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据，并判断所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致，如果是，则将操控设备的所述姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
进一步地，如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则所述计算单元先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
进一步地，所述计算单元将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
根据本发明的第三方面，提供了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互设备，包括处理器、存储器和显示器，其中，所述存储器包含由所述处理器执行的指令以使得所述处理器执行：获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
进一步地，所述存储器包含由所述处理器执行的指令以使得所述处理器还执行：如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
进一步地，所述将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于：获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态；如果不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
本发明中在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法，利用基于四元数的三维算法，以更加直观、便捷的方式操控物体的姿态，提高了体验者的感官体验。
附图说明
从权利要求以及下述基于附图的优选实施方案的描述中，本发明进一步的优点、特征和细节将变得显而易见。其中：
图1示出了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的应用场景；
图2为根据本发明实施例一的在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法的流程框图；
图3为根据本发明实施例二的在AR/VR应用中操控物体姿态的交互装置的示意框图。
具体实施方式
以下以更详细的方式针对本发明的实施例的可视化提醒装置的讨论，本质上仅为示例性的，并不旨在限制本发明或其应用或用途。
实施例一
图1示出了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的应用场景。如图1所示，操控装置10为现有技术中佩戴于手指上的一种指环，通过佩戴在用户的手指上来操控三维渲染场景中的物体20(例如，图1所示的飞机)的姿态，例如，翻转、放大、旋转等操作。指环包括：指纹识别器和按键，用于识别用户的指纹信息；运动传感器，用于采集手部运动姿态；无线通信模块用于与主机设备进行无线通信，将按键信息、指纹信息、手部运动姿态信号发送至主机设备，使主机设备进行响应于该操作的动作，从而操控三维渲染场景中物体的姿态。需要说明的是，操控装置10不局限为图1所示的指环，还可以为配置为其它结构形式，此处不做限制。
在三维图形学中，三维姿态数据最常用的表示方法便是四元数和欧拉角，四元数在描述三维空间目标的坐标旋转时，不涉及三角函数计算，运算速度快、模型表达严密，比起矩阵来具有节省存储空间和方便插值的优点。因此，本发明实施例将采用基于四元数的三维算法，提供一种操纵三维坐标轴的姿态的方法。
图2为根据本发明实施例一的在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法的流程框图。如图2所示，在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法100包括如下步骤：
步骤S1，获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；
仍以图1为例，操控装置10为指环，其内置的运动传感器可以用于采集手部运动姿态数据，并通过无线通信模块以字节流的方式发送至主机设备，并将手部运动姿态数据转换为姿态四元数数据，再通过归一化的方法将姿态四元数数据转换为姿态单位四元数。
步骤S2，将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；
步骤S3，判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；
步骤S4，如果一致，则将操控设备的所述姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
步骤S4’，如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再返回步骤S4。
在步骤S4’中，所述将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：
步骤S4’1：对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；
步骤S4’2：将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；
步骤S4’3：根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐。
例如，图1中，操控设备10的姿态欧拉角所围绕的坐标系为x-y-z，物体20的姿态欧拉角所围绕的坐标系为z’-y’-x’，二者坐标系不一致，对比可知，操控设备10的坐标系需要绕坐标轴y轴顺时针旋转90°才能对齐。将操控设备10的姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据,根据获取的操控设备10需要绕之旋转的坐标轴y轴及旋转的角度值90°，将操控设备10的单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐。
坐标对齐后，将操控设备10的姿态单位四元数数据赋值给物体20的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
实施例二
图3为根据本发明实施例二的在AR/VR应用中操控物体姿态的交互装置的示意框图。如图3所示，一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互装置200包括：获取单元201，用于获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；计算单元202，其与获取单元201连接，用于将获取的操控设备的姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据，并判断姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致，如果是，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
进一步地，如果操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则计算单元202先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
进一步地，计算单元202将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
另外，本发明还提供了一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互设备，包括处理器、存储器和显示器，其中，存储器包含由处理器执行的指令以使得所述处理器执行：获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
进一步地，存储器包含由所述处理器执行的指令以使得所述处理器还执行：如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
进一步地，将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
另外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序用于：
获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；
将获取的操控设备的姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；
判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；
如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态；
如果不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考图2描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行图2的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、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、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码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。也应当注意，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，两个接连地表示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操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。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的公式输入方法。
前面的讨论仅仅公开和描述了本发明示例性的实施例。本领域的技术人员将容易从这样的讨论以及附图和权利要求中认识到，在其中做出的各种变化、修改和变形并不偏离如所附权利要求所限定的本发明的范围和精神。

Claims (10)

1.一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互方法，其特征在于，所述方法包括：
获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；
将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；
判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；
如果一致，则将操控设备的所述姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
2.根据权利要求1所述的交互方法，其特征在于，如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：
对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；
将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；
根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
4.一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；
计算单元，其与所述获取单元连接，用于将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据，并判断所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致，如果是，则将操控设备的所述姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
5.根据权利要求4所述的交互装置，其特征在于，如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则所述计算单元先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
6.根据权利要求5所述的交互装置，其特征在于，所述计算单元将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：
对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；
将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；
根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
7.一种在AR/VR应用中操控物体姿态的交互设备，包括处理器、存储器和显示器，其特征在于：
所述存储器包含由所述处理器执行的指令以使得所述处理器执行：
获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；
将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；
判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；
如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态。
8.根据权利要求7所述的交互设备，其特征在于，所述处理器还执行：
如果操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
9.根据权利要求8所述的交互设备，其特征在于，所述将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，具体包括：
对比操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系的不同，获得操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值；
将操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为单位旋转矩阵数据；
根据获取的操控设备需要绕之旋转的坐标轴及旋转的角度值，将操控设备的所述单位旋转矩阵数据转换为与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系一致。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于：
获取操控设备的姿态单位四元数数据信息；
将获取的操控设备的所述姿态单位四元数数据转换为姿态欧拉角数据；
判断操控设备的所述姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系是否一致；
如果一致，则将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据，以使操控设备实时准确地操控物体的姿态；如果不一致，则先将操控设备的姿态欧拉角所围绕的坐标系与物体的姿态欧拉角所围绕的坐标系对齐，再将操控设备的姿态单位四元数数据赋值给物体的单位四元数数据。
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