CN109490832A - 一种基于声场定位的现实模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于声场定位的现实模拟方法，声场由设置在空间周围的多个扬声器共同构建；受体通过没置不同的传感器分别侦测声场中的声波信号，从而模拟出一个特定的虚拟声源，并确定虚拟声源的方位；通过算法进行映射，在受体上确定一个与虚拟声源的方位相对应的反馈位置；再在反馈位置对受体执行相应的反馈动作。采用以上技术方案的基于声场定位的现实模拟方法，对声场中的声波信号进行解析和逆向拟合，通过反向声学成像技术确定虚拟声源及其方位，并针对虚拟声源的方位在相应的反馈位置执行反馈动作，对受体进行刺激，从而增加现实代入感。

Description

一种基于声场定位的现实模拟方法
技术领域
本发明涉及显示模拟与反馈的方法，特别涉及一种基于声场定位的现实模拟方法。
背景技术
声学成像(acoustic imaging)是基于传声器阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布，即取得空间声场分布云图－声像图，其中以图像的颜色和亮度代表声音的强弱。
声成像的研究开始于20世纪20年代末期。最早使用的方法是液面形变法。随后，很多种声成像方法相继出现，至70年代已形成一些较为成熟的方法，并有了大量的商品化产品。声成像方法可分为主动声成像、扫描声成像和声全息。
由于很多声检测器均能记录声波的幅度和相位，并将其转换成相应的电信号，记录换能器阵列各单元接收信号的幅度和相位，即可重现物体声像。
目前随着虚拟现实技术的发展，出现了很多智能的穿戴设备。通过投影眼镜或者显示屏可以将虚拟的物体投射于现实的影像中。但是这些装置一般缺少相应的反馈动作，佩戴者的代入感不强，难以形成较好的沉浸式虚拟现实体验。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声场定位的现实模拟方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于声场定位的现实模拟方法，声场由设置在空间周围的多个扬声器共同构建；
受体通过没置不同的传感器分别侦测声场中的声波信号，从而模拟出一个特定的虚拟声源，并确定虚拟声源的方位；
通过算法进行映射，在受体上确定一个与虚拟声源的方位相对应的反馈位置；
再在反馈位置对受体执行相应的反馈动作。
在一些实施方式中，多个传感器构成一个三维传感器阵列。
优选地，三维传感器阵列包括至少三组分别没置在不同的维度上的传感器组，每个传感器组均由两个间隔一定距离的传感器组成。
最优地，每一组的两个传感器之间的距离为14～22cm。14～22cm大约是3000-5000Hz声波波长的一半，能够形成较大的相位差，由此传感器组能够对3000-5000Hz的声波进行很好的定位。
在一些实施方式中，，传感器组分别输出与声波信号在相应的维度上的声强差、时间差以及波形相位差相对应的传感信号至一个中央处理器，中央处理器对三组传感器组输出的传感信号进行比较和反向拟合，进而通过声学成像技术确定虚拟声源与受体相对应的相对坐标。
进一步地，中央处理器将三组传感器组中每组两个传感器之间的中轴线进行向反向延长，再拟合为一个点，作为受体坐标点。
再进一步地，通过虚拟声源的相对坐标以及受体坐标点获得虚拟声源的坐标点。
在一些实施方式中，受体通过多个动作执行装置组成的反馈阵列执行相应的反馈动作。
进一步地，受体表面具有反馈层，反馈阵列沿反馈层分布。
进一步地，受体的坐标点与虚拟声源的坐标点之间连线与反馈层之间的交点即为与虚拟声源相对应的反馈位置。
优选地，动作执行装置包括振动电机、微流高压电极组、风扇、灯光装置和可充气气囊中的一种或多种。
采用以上技术方案的基于声场定位的现实模拟方法，对声场中的声波信号进行解析和逆向拟合，通过反向声学成像技术确定虚拟声源及其方位，并针对虚拟声源的方位在相应的反馈位置执行反馈动作，对受体进行刺激，从而增加现实代入感。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的基于声场定位的现实模拟方法的声场的布置结构示意图。
图2为传感器阵列的结构示意图。
图3为传感器阵列和反馈阵列与中央处理器之间的连接关系图。
图4为反馈位置的确定过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1至图4示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种基于声场定位的现实模拟方法。
如图1所示，声场由设置在空间周围的多个扬声器1共同构建。
受体2通过没置不同的传感器311分别侦测声场中的声波信号，从而模拟出一个特定的虚拟声源4，并确定虚拟声源4的方位；
通过算法进行映射，在受体2上确定一个与虚拟声源4的方位相对应的反馈位置C；
再在反馈位置C对受体2执行相应的反馈动作。
在本实施例中，受体2为穿戴有可穿戴式智能装备的人体。
多个传感器311构成一个三维传感器阵列3。
如图2所示，三维传感器阵列3包括至少三组分别没置在不同的维度上的传感器组31。
每个传感器组31均由两个间隔一定距离的传感器311组成。
每一组的两个传感器311之间的距离为14～22cm。14～22cm大约是3000-5000Hz声波波长的一半，能够形成较大的相位差，由此传感器组31能够对3000-5000Hz的声波进行很好的定位。
传感器组31分别输出与声波信号在相应的维度上的声强差、时间差以及波形相位差相对应的传感信号至一个中央处理器8。
在本实施例中，受体2通过多个动作执行装置51组成的反馈阵列5执行相应的反馈动作。
反馈阵列5与中央处理器8相连接并接受其开关控制。
动作执行装置51包括振动电机、微流高压电极组、风扇、灯光装置和可充气气囊中的一种或多种。
受体2表面具有反馈层6。
反馈阵列5沿反馈层6均匀或者不均匀分布。
中央处理器8确定反馈位置C的过程如下，
首先，中央处理器8对三组传感器组31输出的传感信号进行比较和反向拟合，进而通过声学成像技术确定虚拟声源4与受体2相对应的相对坐标(△x，△y，△z)；
然后，中央处理器8将三组传感器组31中每组两个传感器311之间的中轴线进行向反向延长，再拟合为一个点，作为受体2的坐标点A(x0，y0，z0)。
然后，通过虚拟声源4的相对坐标以及受体2坐标点A获得虚拟声源4的坐标点B(x1，y1，z1)。
其中，(x1，y1，z1)＝(x0，y0，z0)+(△x，△y，△z)。
一般而言，受体2的坐标点A一般设为(0，0，0)，
此时，虚拟声源4的坐标点B的坐标值(x1，y1，z1)＝(△x，△y，△z)。
再然后，将受体2的坐标点A与虚拟声源4的坐标点B之间连成一条直线，直线与反馈层6之间的交点即为与虚拟声源4相对应的反馈位置C(X，Y，Z)。
反馈位置C与虚拟声源4的坐标点B之间形成映射关系：C○B。
最后，中央处理器8控制位于反馈位置C的动作执行装置51执行相应的反馈动作，从而对受体2施加刺激性反馈。
采用以上技术方案的基于声场定位的现实模拟方法，对声场中的声波信号进行解析和逆向拟合，通过反向声学成像技术确定虚拟声源及其方位，并针对虚拟声源的方位在相应的反馈位置执行反馈动作，对受体进行刺激，从而增加现实代入感。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，
声场由设置在空间周围的多个扬声器共同构建；
受体通过没置不同的传感器分别侦测声场中的声波信号，从而模拟出一个特定的虚拟声源，并确定所述虚拟声源的方位；
通过算法进行映射，在所述受体上确定一个与所述虚拟声源的方位相对应的反馈位置；
再在所述反馈位置对所述受体执行相应的反馈动作。
2.根据权利要求1所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，多个传感器构成一个三维传感器阵列。
3.根据权利要求2所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，所述三维传感器阵列包括至少三组分别没置在不同的维度上的传感器组，每个传感器组均由两个间隔一定距离的传感器组成。
4.根据权利要求3所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，每一组的两个传感器之间的距离为14～22cm。
5.根据权利要求3或4所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，所述传感器组分别输出与声波信号在相应的维度上的声强差、时间差以及波形相位差相对应的传感信号至一个中央处理器，所述中央处理器对三组所述传感器组输出的传感信号进行比较和反向拟合，进而通过反向声学成像技术确定所述虚拟声源与所述受体相对应的相对坐标。
6.根据权利要求5所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，所述中央处理器将三组所述传感器组中每组两个所述传感器之间的中轴线进行向反向延长，再拟合为一个点，作为所述受体坐标点。
7.根据权利要求6所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，所述中央处理器通过所述虚拟声源的相对坐标以及所述受体坐标点获得所述虚拟声源的坐标点。
8.根据权利要求7所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，所述受体通过多个动作执行装置组成的反馈阵列执行相应的反馈动作。
9.根据权利要求8所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，所述受体表面具有反馈层，所述反馈阵列沿所述反馈层分布，所述受体的坐标点与所述虚拟声源的坐标点之间连线与所述反馈层之间的交点即为与所述虚拟声源相对应的反馈位置。
10.根据权利要求8所述的基于声场定位的现实模拟方法，其特征在于，动作执行装置包括振动电机、微流高压电极组、风扇、灯光装置和可充气气囊中的一种或多种。
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