CN109692472A - 复合虚拟现实定位系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合虚拟现实定位系统，其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，所述第一定位模块和所述第二定位模块与所述处理模块电性连接，应用此复合虚拟现实定位系统的复合虚拟现实定位方法，通过获取头部姿态和水平位置信息，从而对使用者在虚拟现实场景中进行定位，具有成本低廉，准确可靠的优点。

Description

复合虚拟现实定位系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种定位系统和方法，尤其是一种复合虚拟现实定位系统及其方法。
背景技术
自虚拟现实技术肇端以来，其应用范围越来越广，但现有的VR体验方案的构建却还缺少了最重要的一环，就是廉价而灵活准确的定位方案。
这里所说的定位，就是确定参与者在场地中的绝对空间位置，并反馈到所有参与VR体验的虚拟现实场景中，进而执行群体VR活动所必需的各种活动逻辑。
以VR游戏为例，当一位玩家靠近树林的边缘时，一头隐藏的饿狼会猛然扑出来；又比如多位玩家展开一场虚拟现实的真人CS大赛，互相射击与开展战术。如果玩家在游戏场地内的位置无法得到有效识别，那么相应的乐趣和复杂度自然也就少了很多，也许只是来一场第一人称的定点射击游戏而已。而定位的精度和速度也绝对不容忽视，20cm的误差也许就决定了射出的子弹是否能穿透虚拟敌人的胸膛，而定位本身带来的延迟，同样也会给虚拟现实玩家的现场感带来巨大的影响，甚至成为3D晕动症的帮凶。
然而，纵观现在市面上形形色色的VR空间定位方案，却并没有哪家能够提供足够成熟稳定的技术实现，亦或者用巨大的成本以及灵活度的丧失作为代价，构建并不成功的Demo作品。这样的程度恐怕还远远不能称之为解决方案，也远远无法满足众多体验馆从业者的胃口，因此，市场亟需一种成本低，定位准确的复合虚拟现实定位方案。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种成本低，定位准确的复合虚拟现实定位技术。
一种复合虚拟现实定位系统，其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，所述第一定位模块和所述第二定位模块与所述处理模块无线电性连接，所述第一定位模块，用于感知使用者头部的三维姿态信息，
所述第二定位模块，用于感知使用者在水平面位置信息，所述第二定位模块包括有感应外界压力变化的感应部和对所述感应部施加压力的施压部，
所述处理模块，用于对接收到的所述第一定位模块和所述第二定位模块的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。
所述第一定位模块设置在使用者头部上。
所述第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息。
所述第二定位模块设置在使用者活动的地面上。
所述第二定位模块包括有基底层、感应部和上面层，所述感应部包括有若干可检测使用者脚踩地面时对地面产生压力的压力传感器，若干所述压力传感器成网状布置组成压力传感网，基底层承载和固定所述感应部的所述压力传感器，所述上面层为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，所述压力传感器位于所述上面层的孔中，所述施压部设置在使用者的脚底部，所述施压部朝向所述感应部的一侧具有若干凸起物，当所述施压部置于所述上面层上时，所述凸起物可以伸入所述上面层的孔中并挤压所述上面层的孔中的所述压力传感器。
所述感应部还包括有具有特征识别功能的阅读器，所述阅读器与所述压力传感器设置在一起，即每个所述压力传感器的周围贴合设置一个所述阅读器，所述压力传感器和所述阅读器成网状布置组成根据压力传感器定位使用者水平位置信息和识别跟踪使用者身份的定位追踪网，所述施压部还包括有唯一电子编码的用于标识目标对象的应答器，所述应答器同施压部共同设置在使用者的脚底部。
一位使用者的双脚下至多只设置一个所述应答器。
所述压力传感网中每个所述压力传感器与任意相邻的所述压力传感器间距相等。
若干所述压力传感器与所述处理模块电性连接。
若干所述阅读器与所述处理模块电性连接。
一种复合虚拟现实定位方法，其基于复合虚拟现实定位系统，该方法包括如下步骤：
S1、对所述第二定位模块的若干所述压力传感器编号，对所述第二定位模块的若干所述阅读器编号；
S2、确定每个所述压力传感器和所述阅读器在定位追踪网中对应的位置坐标参数；
S3、将每个所述压力传感器和所述压力传感器贴合设置的所述阅读器两两配对并相互对应；
S4、获取使用者在水平面的位置信息和使用者的身份信息；
S5、获取使用者头部的三维姿态信息；
S6、根据步骤S4和S5获取使用者的视线方向和使用者在水平面的位置。
在步骤S3前，使用者先进入设置有第二定位模块的场地，使用者脚部先踩踏在所述定位追踪网上。
进入所述第二定位模块的使用者人数可以在1位以上。
使用者脚部踩踏所述定位追踪网时，根据被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置，提取被使用者脚部触发的所述压力传感器中距离最远的两个所述压力传感器的位置参数，将位置参数的中间点位置参数作为使用者在所述压力传感网中的位置中心点，测得使用者脚部在水平面的位置。
使用者脚部踩踏所述压力传感网时，根据被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置，提取被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置坐标，对任一被使用者脚部触发的所述压力传感器两相邻的所述位置坐标连线，根据连线区域，确定使用者双脚踩踏的区域。
本发明复合虚拟现实定位系统及其方法，采用磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息，采用便宜成熟的压力传感器组网成压力传感网，确定使用者在场地中的水平位置，具有成本低廉，准确可靠的优点。
附图说明
图1是本发明复合虚拟现实定位系统的示意图。
图2是本发明复合虚拟现实定位系统示意图。
图3是本发明复合虚拟现实定位系统的第二定位模块结构示意图。
其中，使用者100，第一定位模块200，第二定位模块300，基底层310，感应部320，压力传感器321，阅读器322，上面层330。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例一，请参见图1、图2和图3。
一种复合虚拟现实定位系统，其包括：第一定位模块200、第二定位模块300，处理模块，第一定位模块100和第二定位模块200与处理模块无线电性连接，第一定位模块，用于感知使用者100头部的三维姿态信息，第二定位模块，用于感知使用者100在水平面位置信息，第二定位模块包括有感应外界压力变化的感应部320和对感应部320施加压力的施压部，处理模块，用于对接收到的第一定位模块200和第二定位模块300的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。
第一定位模块200设置在使用者头部上。
第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息。
第二定位模块300设置在使用者活动的地面上。
第二定位模块300包括有基底层310、感应部320和上面层330，感应部320包括有若干可检测使用者脚踩地面时对地面产生压力的压力传感器321，若干压力传感器321成网状布置组成压力传感网，基底层310承载和固定感应部320的压力传感器321，上面层330为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，压力传感器321位于上面层330的孔中，施压部设置在使用者的脚底部，施压部朝向感应部320的一侧具有若干凸起物，当施压部置于上面层330上时，凸起物可以伸入上面层330的孔中并挤压上面层330的孔中的压力传感器321。
感应部320还包括有具有特征识别功能的阅读器322，阅读器322与压力传感器321设置在一起，即每个压力传感器321的周围贴合设置一个阅读器322，压力传感器321和阅读器322成网状布置，并组成定位追踪网，定位追踪网根据压力传感器定位使用者水平位置信息和根据阅读器识别跟踪使用者身份信息，施压部还包括有唯一电子编码的用于标识目标对象的应答器，应答器同施压部共同设置在使用者的脚底部。
压力传感网中每个压力传感器321与任意相邻的压力传感器间距相等。
若干压力传感器与处理模块电性连接。
若干阅读器322与处理模块电性连接。
实施例二。
S1、对第二定位模块的若干压力传感器编号，对第二定位模块的若干所述阅读器编号；
S2、确定每个压力传感器和阅读器在定位追踪网中对应的位置坐标参数；
S3、将每个压力传感器和压力传感器贴合设置的阅读器两两配对并相互对应；
S4、获取使用者在水平面的位置信息和使用者的身份信息；
S5、获取使用者头部的三维姿态信息；
S6、根据步骤S4和S5获取使用者的视线方向和使用者在水平面的位置。
在步骤S3前，使用者先进入设置有第二定位模块的场地，使用者脚部先踩踏在定位追踪网上。
进入第二定位模块的使用者人数可以在1位以上。
使用者脚部踩踏定位追踪网时，根据被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置，提取被使用者脚部触发的压力传感器中距离最远的两个压力传感器的位置参数，将位置参数的中间点位置参数作为使用者在压力传感网中的位置中心点，测得使用者脚部在水平面的位置。
使用者脚部踩踏所述压力传感网时，根据被使用者脚部触发的压力传感器的位置，提取被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置坐标，对任一被使用者脚部触发的所述压力传感器两相邻的位置坐标连线，根据连线区域，确定使用者双脚踩踏的区域。
实施例三，请参见图1、图2和图3。
一种复合虚拟现实定位系统，其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，第一定位模块和二定位模块与处理模块电性连接，第一定位模块，用于感知使用者头部的三维姿态信息，第二定位模块，用于感知使用者的水平面位置信息，第二定位模块包括有感应外界压力变化的感应部和对感应部施加压力的施压部。处理模块，用于对接收到的第一定位模块和第二定位模块的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。
第一定位模块设置使用者头部上。第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息。第一定位模块整合磁力计、加速度计和陀螺仪的数据信息，测得使用者头部动作时，前后上下左右环顾的方向角度信息，模拟获取使用者的视线方向。
第二定位模块设置在使用者活动的地面上。第二定位模块包括有基底层、感应部和上面层，感应部包括有若干可检测使用者脚踩地面时对地面产生压力的压力传感器，若干压力传感器成网状布置组成压力传感网，基底层承载和固定感应部的压力传感器，上面层为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，压力传感器位于上面的孔中，施压部设置在使用者的脚底部，施压部朝向感应部的一侧具有若干凸起物，当施压部置于上面层上时，凸起物可以伸入上面层的孔中并挤压上面层的孔中的压力传感器。压力传感网中每个压力传感器与任意相邻的压力传感器间距相等。若干压力传感器与处理模块电性连接。
感应部还包括有具有特征识别功能的阅读器，阅读器与压力传感器设置在一起，即每个压力传感器的周围贴合设置一个阅读器，压力传感器和阅读器成网状布置，并组成定位追踪网，定位追踪网根据压力传感器定位使用者水平位置信息和根据阅读器识别跟踪使用者身份信息，施压部还包括有唯一电子编码的用于标识目标对象的应答器，应答器同施压部共同设置在使用者的脚底部。
感应部的阅读器和应答器可以采用近场通信(near field communication)技术或者射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需阅读器和施压部进行直接的机械或光学接触。基于RFID技术的定位和跟踪技术，可以采用无源低频即可满足要求，成本低，性能稳定。NFC技术具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点，其通过芯片、天线和处理模块的整合，即能够实现在几厘米范围内的识别和跟踪。
感应部的压力传感器和阅读器排布方式和上面层的孔排布方式相同，使感应部的压力传感器和阅读器刚好置于上面层的孔中，凸起物排布的形态与感应部的压力传感器和上面层的孔相似，并且凸起物分布的密度小于感应部的压力传感器和上面层的孔分布的密度，当设置于使用者鞋底的施压部由使用者穿着在第二模块上活动，施压部的凸起物即会随机伸入上面层的孔，并踩踏或挤压到压力传感器，从而触发压力传感器，处理模块接收到被触发的压力传感器的信息，即可据此定位使用者的位置，同时，施压部上设置的应答器也会被阅读器读取到，应答器能被阅读器识别并将应答器标识的使用者的身份信息发送给处理模块，而使用者双脚只有一个应答器，即此，使用者的身份编码信息也是唯一的，该使用者的身份信息也即被识别出来，使用者连续活动的轨迹也即被处理模块记录和跟踪，实现了定位追踪。另外，压力传感器和阅读器置于上面层的孔中，可以保护感应部不被使用者频繁踩踏而损坏，而且，上面层的孔周围的物体也可以承担使用一部分的体重产生的压力，使压力传感器不被过分挤压，从而提高第二定位模块的使用寿命。
当前使用的在虚拟现实环境中，对使用者的空间位置定位的技术大部分为双目定位技术，其原理是，用两部相机来定位。对物体上一个特征点，用两部固定于不同位置的相机摄得物体的像，分别获得该点在两部相机像平面上的坐标。只要知道两部相机精确的相对位置，就可用几何的方法得到该特征点在固定一部相机的坐标系中的坐标，即确定了特征点的位置，但是在实际应用时，会出现测量误差。比如相机的标定误差。相机是存在畸变的，如果反畸变算法不好，那么始终会带着角度测量误差。特征点误差，以PS手柄为例，其三角光条是圆角，特征点很难取得很准确。还有像素误差，道摄像头的像素数是有限的，它所代表的角度值也会是离散的，无法准确地表示物体的投影射线，还有其它可能的误差，以上各种因素都会影响到单点求解的精度。因此双目摄像头方案只能在近距离使用(2m以内)，靠增多特征点数量来平均化测量误差，才可以达到可以接受的效果。
而通过在使用使用的场地内铺设均匀布置的压力传感器，组成压力传感网，对每一个压力传感器编号取值，给其预设标定的位置参数，当该点的压力传感器被使用者踩踏而触发时，即有处理模块根据预存的该压力传感器位置参数，迅速给出使用者在场地的水平面位置，精确而简单。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种复合虚拟现实定位系统，其特征在于：其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，所述第一定位模块和所述第二定位模块与所述处理模块无线电性连接，
所述第一定位模块，用于感知使用者头部的三维姿态信息，
所述第二定位模块，用于感知使用者在水平面位置信息，所述第二定位模块包括有感应外界压力变化的感应部和对所述感应部施加压力的施压部，所述处理模块，用于对接收到的所述第一定位模块和所述第二定位模块的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。
2.如权利要求1所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：所述第一定位模块设置在使用者头部上。
3.如权利要求1所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：所述第二定位模块设置在使用者活动的地面上。
4.如权利要求1所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：所述第二定位模块包括有基底层、感应部和上面层，所述感应部包括有若干可检测使用者脚踩地面时对地面产生压力的压力传感器，若干所述压力传感器成网状布置组成压力传感网，基底层承载和固定所述感应部的所述压力传感器，所述上面层为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，所述压力传感器位于所述上面层的孔中，所述施压部设置在使用者的脚底部，所述施压部朝向所述感应部的一侧具有若干凸起物，当所述施压部置于所述上面层上时，所述凸起物可以伸入所述上面层的孔中并挤压所述上面层的孔中的所述压力传感器。
5.如权利要求1所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：所述感应部还包括有具有特征识别功能的阅读器，所述阅读器与所述压力传感器设置在一起，即每个所述压力传感器的周围贴合设置一个所述阅读器，所述压力传感器和所述阅读器成网状布置组成根据所述压力传感器定位使用者水平位置信息和识别跟踪使用者身份的定位追踪网，所述施压部还包括有唯一电子编码的用于标识目标对象的应答器，所述应答器同施压部共同设置在使用者的脚底部。
6.如权利要求5所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：一位使用者的双脚下至多只设置一个所述应答器。
7.如权利要求5所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：所述压力传感网中每个所述压力传感器与任意相邻的所述压力传感器间距相等。
8.如权利要求1或5所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：若干所述压力传感器与所述处理模块电性连接。
9.如权利要求1或5所述的复合虚拟现实定位系统，其特征在于：若干所述阅读器与所述处理模块电性连接。
10.一种复合虚拟现实定位方法，其基于复合虚拟现实定位系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、对所述第二定位模块的若干所述压力传感器编号，对所述第二定位模块的若干所述阅读器编号；
S2、确定每个所述压力传感器和所述阅读器在所述定位追踪网中对应的位置坐标参数；
S3、将每个所述压力传感器和所述压力传感器贴合设置的所述阅读器两两配对并相互对应；
S4、获取使用者在水平面的位置信息和使用者的身份信息；
S5、获取使用者头部的三维姿态信息；
S6、根据步骤S4和S5获取使用者的视线方向和使用者在水平面的位置。
11.如权利要求10所述的一种复合虚拟现实定位方法，其特征在于：在步骤S3前，使用者先进入设置有第二定位模块的场地，使用者脚部先踩踏在所述定位追踪网上。
12.如权利要求11所述的一种复合虚拟现实定位方法，其特征在于：进入所述第二定位模块的使用者人数可以在1位以上。
13.如权利要求10所述的一种复合虚拟现实定位方法，其特征在于：使用者脚部踩踏所述定位追踪网时，根据被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置，提取被使用者脚部触发的所述压力传感器中距离最远的两个所述压力传感器的位置参数，将位置参数的中间点位置参数作为使用者在所述压力传感网中的位置中心点，测得使用者脚部在水平面的位置。
14.如权利要求10所述的一种复合虚拟现实定位方法，其特征在于：使用者脚部踩踏所述压力传感网时，根据被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置，提取被使用者脚部触发的所述压力传感器的位置坐标，对任一被使用者脚部触发的所述压力传感器两相邻的所述位置坐标连线，根据连线区域，确定使用者双脚踩踏的区域。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111198615A (zh) * 2020-03-04 2020-05-26 重庆一七科技开发有限公司 一种用于虚拟现实体验的便携式无线装置

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