CN109885168B - 基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统及方法，输入虚拟空间平面图，采用基于Voronoi图的骨架图生成算法预先计算虚拟空间中用户可行骨架图；依据虚拟空间中骨架图，利用静态骨架图映射算法，建立虚拟空间中用户可行骨架图与物理空间中用户可行骨架图的映射关系；通过输入模块实时追踪用户在物理空间中的空间位置及方向，依据已建立的虚拟空间与物理空间之间的映射关系，利用位置逆映射算法及曲率增益重定向技术实时计算用户在虚拟空间中相应的空间位置及方向并通过渲染模块生成相应的用户视野画面。

Description

基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法

技术领域

本公开涉及一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法。

背景技术

虚拟现实技术从更高层次综合计算机图形学、机器视觉、人工智能等信息技术，将虚拟信息以三维拟真方式进行呈现，给予用户在三维虚拟世界中交互的能力，实现用户身临其境地观察甚至控制场景信息的目的。其中，虚拟现实技术中一项极为重要的交互内容是用户如何在虚拟空间中移动的问题。传统虚拟现实系统大多采用手持控制器(如键盘鼠标或手柄)或机械辅助装置(如虚拟跑步机)实现用户在虚拟空间中的移动。其中，机械辅助装置以相对运动的机制让用户在传送带平面上保持静止，通过机械平台的传感器来检测和判断用户的运动状态和方向，实现用户在虚拟空间中的移动。近年来，随着虚拟现实技术在硬件和软件方面的迅速发展，一些虚拟现实系统采用空间定位技术实现用户在虚拟空间中的移动。空间定位技术通过空间定位基站或头戴设备内置的空间定位器使用户在有限的物理空间范围内通过真实行走漫游同等尺寸的虚拟空间，为用户提供更强的存在感和沉浸感。然而，上述解决方案仍然存在部分缺陷，主要如下：

1)手持控制器仅实现用户在视觉上的空间移动，用户本身仍处于静止状态，这种虚拟运动状态与大脑实际认知存在偏差，会导致部分用户在体验时产生眩晕感与不适应性；

2)机械辅助装置对硬件设备要求较高，需要极高的设备精度和反应速度。而目前的机械辅助装置尚不足以做到与用户之间的完全同步，因而无法真正还原自然体感行走能力，用户体验十分受限；

3)空间定位技术虽然能为用户提供真实自然的行走体验，但受限于定位器可扫描范围与物理空间尺寸等因素，只能实现在与物理空间同等大小的虚拟空间内的自由行走，因而对虚拟空间的设计会造成较大的限制，无法提供完整的大范围虚拟空间真实行走体验。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法，本公开采用合理的路径生成及映射算法，能够将不同形状的大范围虚拟空间映射到固定范围的物理空间，利用位置逆映射及重定向技术，动态调整用户在虚拟空间中的位置及方向，使得用户在物理空间中沿着变形后路径行走时感知到在虚拟空间中沿着未变形路径行走，从而实现用户在给定物理空间内通过真实行走漫游更大范围的虚拟空间，与传统虚拟漫游技术相比具有更高的灵活性和更佳的漫游体验。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统，包括输入模块、核心处理模块和渲染模块，其中：

所述输入模块，被配置为实时追踪用户在给定物理空间中的位置和方向并将相关数据传递到核心处理模块；

所述核心处理模块，被配置为预先计算虚拟空间及物理空间之间的映射关系，依据输入模块提供的用户实时位置及方向数据实时计算用户在虚拟空间中的相应位置及方向；

所述渲染模块，被配置为根据用户在虚拟空间中的位置及方向，利用头戴式显示器实时渲染重定向后的视角画面，引导用户在虚拟空间中沿着未变形路径行走。

作为进一步的限定，所述输入模块，包括Kinect设备和定位装置，定位装置为头戴式显示器内置的陀螺仪。

基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：输入虚拟空间平面图，采用基于Voronoi图的骨架图生成算法预先计算虚拟空间中用户可行骨架图；

步骤2：依据虚拟空间中骨架图，利用静态骨架图映射算法，建立虚拟空间中用户可行骨架图与物理空间中用户可行骨架图的映射关系；

步骤3：通过输入模块实时追踪用户在物理空间中的空间位置及方向，依据已建立的虚拟空间与物理空间之间的映射关系，利用位置逆映射算法及曲率增益重定向技术实时计算用户在虚拟空间中相应的空间位置及方向并通过渲染模块生成相应的用户视野画面。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，提取虚拟空间平面图作为输入，利用Voronoi图生成算法，计算虚拟空间平面图的Voronoi图。

作为进一步的限定，所述步骤(1)中，对得到的虚拟空间平面图的Voronoi图进行降低Voronoi图中顶点密集度的处理，包括以下步骤：

计算Voronoi图中每个顶点的局部密度，即与各定点距离小于设定阈值的其他顶点数；

采用迭代优化策略，删除局部密度超过设定值的顶点，在每次迭代过程中计算最大局部密度顶点，获得以该顶点为聚类核心的聚类点集，从当前Voronoi图中删除聚类点集并将所有与聚类点集相连的边重新连接到最大局部密度顶点，得到近似Voronoi图。

作为更进一步的限定，采用分层策略对近似Voronoi图进行分层处理，删除近似Voronoi图中所有度为1的顶点及其相连的边，处理后得到的近似Voronoi作为虚拟空间中的骨架图。

作为进一步的限定，所述步骤(2)中，选取虚拟空间骨架图中某顶点作为漫游起点，利用深度优先搜索算法对虚拟空间骨架图进行处理，获得骨架图各顶点及路径边的搜索顺序；

按照已建立的虚拟空间骨架图搜索顺序，依次将将骨架图上的每一段路径通过曲率调整算法映射到物理空间。

作为更进一步的限定，在曲率调整算法中，将虚拟空间骨架图中的线段路径变形为弧形路径，对于虚拟空间线段路径边上的任意一点，计算其在物理空间弧形路径上对应的位置。

作为更进一步的限定，对映射结果进行带有边界约束的全局优化，将映射后的骨架图中的所有顶点及弧形路径边收敛至物理空间范围内，并使得所有弧形路径边的总曲率最小。

作为进一步的限定，所述步骤(3)中，位置逆映射算法依据用户当前所在物理空间位置，依据已有的虚实空间之间的映射关系，将其反向映射到虚拟空间中的对应位置。

作为更进一步的限定，若用户当前时刻物理空间位置及上一时刻物理空间位置均位于物理空间骨架图的某一顶点内，则用户当前位于虚拟空间骨架图中相应的顶点内。

作为更进一步的限定，若用户上一时刻物理空间位置位于某一顶点内而当前时刻物理空间位置位于该顶点之外，则选取距离用户位置最近的物理空间路径边及其相应的虚拟空间路径边作为用户选取的路径边。

作为更进一步的限定，若用户当前时刻物理空间位置及上一时刻物理空间位置均位于物理空间骨架图的某条路径边上，则利用曲率调整算法所建立的虚实空间路径边之间映射公式的反函数计算用户在虚拟空间路径边上的位置。

作为进一步的限定，所述步骤(3)中，曲率增益重定向技术计算用户当前在物理空间中的方向及其所在物理空间路径边的切线方向之间的角度关系，依据该角度关系及其所在虚拟空间路径边的切线方向计算适当的角度偏移量并添加到用户的方向中，得到用户当前在虚拟空间中的正确方向。

本公开的工作原理为：提取虚拟空间及物理空间的二维平面图，在预处理阶段通过基于Voronoi图的骨架图生成算法生成虚拟空间的骨架图，采用静态骨架图映射算法，将虚拟空间的骨架图映射到物理空间，得到物理空间骨架图，从而在虚拟空间与物理空间之间建立映射关系；预处理完成后，利用Kinect及陀螺仪实时获取用户在物理空间中的位置及方向，通过位置逆映射算法及重定向技术实时更新用户在虚拟空间中对应的位置及方向；依据用户在虚拟空间中的视角，通过头戴式显示器为用户提供视角画面，使得用户在物理空间中沿着变形后路径行走时感知到在虚拟空间中沿着未变形路径行走，实现用户在给定物理空间内通过真实行走漫游更大范围的虚拟空间。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本发明采用重定向技术，通过视觉感知误差引导用户在物理空间中沿变形后路径后行走时在视觉感知中沿虚拟空间内的未变形路径行走，实现用户在小范围物理空间内通过真实行走漫游大范围虚拟空间；

本发明采用虚实空间映射算法，能够将不同形状的大范围虚拟空间映射到固定范围的物理空间，在对不同的虚拟空间进行漫游时无需对物理空间做额外处理，与传统虚拟现实漫游方法相比具有更高的灵活性和可扩展性；

本发明采用带有边界约束的全局优化方法，使得映射后的骨架图在物理空间内完全收敛，用户在漫游过程中几乎不会碰触物理空间边界，沉浸式体验效果更逼真。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明系统总体结构图；

图2为本发明系统硬件组成结构图；

图3为本发明改进重定向漫游方法流程图；

图4为本发明虚拟空间骨架图生成算法示例图；

图5为本发明所采用基于密度的空间聚类算法示例图；

图6为本发明虚实空间映射算法示例图；

图7为本发明虚拟空间路径边曲率调整算法原理图；

图8为几种不同形状的虚拟空间及其映射结果的示例图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1所示是系统总体结构图。输入模块实时获取用户在物理空间中的位置及方向，通过网络传输的方式将数据传递到核心处理模块；核心处理模块在初始化过程中预先输入虚拟空间的场景模型及其二维平面图，通过预处理过程预先计算虚拟空间的骨架图及物理空间骨架图，在预处理完成后实时处理输入模块提供的用户位置及方向数据，依据已建立的虚实空间骨架图映射关系计算虚拟空间中的正确位置及方向；渲染模块依据用户在虚拟空间中的位置及方向，渲染合理的虚拟场景视角画面，使得用户按照预定的路线漫游整个虚拟场景。

如图2所示是系统硬件组成结构图。系统采用一台高性能PC主机搭载核心处理模块，通过网络实现与输入模块和渲染模块之间的通信。输入模块由两部分组成:Kinect和头戴式显示器内置的陀螺仪。Kinect能够实时获取用户的骨骼数据并以此计算用户在物理空间中的实际位置。陀螺仪实时精确测量用户头部在X-Y-Z三轴的相应旋转角度并以此计算用户当前的视线方向。渲染模块采用头戴式显示器为用户提供封闭式沉浸感体验，渲染模块依据核心处理模块提供的用户在虚拟空间中的位置及朝向实时调整显示的场景内容，通过视觉感知引导用户在虚拟空间中沿计算好的骨架路径漫游整个虚拟场景。

如图3所示是改进重定向漫游方法流程图。该方法包括预处理和实时处理两个阶段。在预处理阶段首先对当前需要展示的目标虚拟空间进行处理，生成虚拟空间的骨架图；随后依据虚拟空间中骨架图，利用虚实空间骨架图映射算法，建立虚拟空间中用户可行骨架图与物理空间中用户可行骨架图的映射关系。预处理阶段完成后，在实时处理阶段，实时获取用户当前在物理空间中位置及方向，利用位置逆映射算法和曲率增益重定向技术计算用户在虚拟空间中对应的位置及方向。就位置逆映射算法而言，该算法记录用户在上一时刻所处物理空间位置，并且实时获取当前时刻所在物理空间位置。针对可能存在的多种实时位置情况，位置逆映射算法分别采取不同的映射策略以计算用户在虚拟空间中相应的空间位置。具体而言，位置逆映射算法针对存在的物理空间位置情况及相应的处理策略分别为：

1、若用户当前时刻物理空间位置及上一时刻物理空间位置均位于物理空间骨架图的某一顶点内，则用户当前位于虚拟空间骨架图中相应的顶点内；

2、若用户上一时刻物理空间位置位于某一顶点内而当前时刻物理空间位置位于该顶点之外，则选取距离用户位置最近的物理空间路径边及其相应的虚拟空间路径边作为用户选取的路径边；

3、若用户当前时刻物理空间位置及上一时刻物理空间位置均位于物理空间骨架图的某条路径边上，则利用曲率调整算法所建立的虚实空间路径边之间映射公式的反函数计算用户在虚拟空间路径边上的位置。

通过位置逆映射算法计算出用户在虚拟空间中位置之后，本发明利用曲率增益重定向技术基于用户在物理空间中的实际方向动态调整其在虚拟空间中的相应方向，实现用户在虚拟空间中的方向重定向。最后，实时处理阶段依据用户在虚拟空间中的位置及方向更新头戴式显示器中的视角画面，从而使得用户在固定范围的物理空间内通过真实行走漫游更大范围的虚拟空间。

如图4所示是虚拟空间骨架图生成算法示例图。虚拟空间骨架图生成算法采用虚拟空间二维平面作为输入。在本发明中，所述虚拟空间二维平面被限定为多边形形状。对于输入的虚拟空间二维平面图，骨架图生成算法首先利用Voronoi图生成算法计算虚拟空间二维平面的Voronoi图。在Voronoi图计算完成后，由于其中存在大量彼此距离过近的顶点，本发明利用基于密度的空间聚类算法，降低Voronoi图中顶点密集度，得到近似Voronoi图。为了进一步简化近似Voronoi图并得到虚拟空间骨架图，本发明采用分层策略对近似Voronoi图进行分层处理。其具体处理方式为：迭代处理近似Voronoi图，在每次迭代中逐步删除近似Voronoi图中所有度为1的顶点及其相连的边。在检测到近似Voronoi图中所有度为1的顶点及其相连边都被完全删除后，将处理后得到的近似Voronoi作为虚拟空间中的骨架图。

如图5所示是虚拟空间骨架图生成过程中基于密度的空间聚类算法示例图。在对Voronoi进行聚类处理时，首先计算Voronoi图中每个顶点v_i的局部密度ρ_i，即与v_i距离小于特定阈值d_c的顶点数，其具体计算公式为：

其中，d_ij表示任意顶点v_j与顶点v_i之间的欧氏距离，d_c表示聚类的截断距离。

密度越大的顶点，说明其附近存在越多临近的点，这些点形成冗余需要被删除。在删除大密度顶点时，采用迭代优化策略。在每次迭代过程中，首先计算具有最大局部密度的顶点并获得以该顶点为聚类核心的聚类点集。随后，搜索Voronoi图并求得所有顶点被聚类点集覆盖的边所构成的边集。最后，从当前Voronoi图中删除聚类点集以及上一步所得边集并将所有与聚类点集相连的边重新连接到最大局部密度顶点。对Voronoi图进行持续迭代处理直至所有顶点局部密度均为1，得到删减大密度冗余点后的近似Voronoi图。

如图6所示是虚实空间映射算法示例图。具体而言，本发明通过虚实空间映射算法将虚拟空间中骨架图的所有路径边及顶点映射到物理空间中，其中，所有虚拟空间路径边均由线段路径映射为弧形路径。所述映射过程可以被描述为一个逐步映射所有路径边及顶点的搜索策略。如图所示，针对输入的虚拟空间骨架图，映射算法首先选取虚拟空间骨架图中某顶点作为漫游起点，利用深度优先搜索算法对虚拟空间骨架图进行处理，获得骨架图各顶点及路径边的搜索顺序。随后，按照已建立的虚拟空间骨架图搜索顺序，依次将将骨架图上的每一段路径通过曲率调整算法映射到物理空间内。最后，对映射结果进行带有边界约束的全局优化，将映射后的骨架图中的所有顶点及弧形路径边收敛至物理空间范围内，并使得所有弧形路径边的总曲率最小。由于本发明中物理空间的形状采用矩形表示，因此物理空间的相关边界约束采用一系列线段方程表示，具体为：

(x_rL_j)^T(o_cL_j)>0

其中，x_r为映射后骨架图中任意位置，L_j为物理空间边界所对应的直线方程，o_c为物理空间中心位置。

就全局优化而言，其目的是为了最小化映射结果中所有弧形路径的总曲率。依据虚实空间映射算法的映射过程，物理空间中的映射后的骨架图的优化目标函数及相关边界约束具体为：

其中，u_h为物理空间骨架图的漫游起点，θ_pi为每条弧形路径边所对应的圆心角度数，x_r为映射后骨架图中任意位置，L_j为物理空间边界，o_c为物理空间中心位置。

如图7所示是虚实空间映射算法过程中虚拟空间路径边曲率调整算法原理图。在虚实空间映射算法过程中，本发明通过曲率调整算法调整每条虚拟空间线段路径边并将其映射为物理空间中对应的弧形路径边。其映射原理如图所示，首先获得直接将虚拟空间路径边平移到物理空间后的平移路径边，其中，虚拟空间线段路径边起点为x_v0，平移路径边起点为x_r0，v_v为虚拟空间线段路径边的方向向量，v_t为平移路径边的方向向量。因此，对于虚拟空间线段路径边上的任意一点x_v，其在平移路径边上对应的点x_t公式为：

x_t＝sv_t+x_r0

随后，利用所得平移路径边计算物理空间中对应的弧形路径边。在曲率调整算法中，物理空间弧形路径保持与虚拟空间线段路径相同的长度。因此，在给定弧形路径边圆心角度数θ以及虚拟空间线段路径边长度l的前提下，弧形路径的半径r＝l/θ。结合上一步所述平移路径的计算公式，对于虚拟空间线段路径边上的任意一点x_v，其在物理空间弧形路径上对应位置x_r的具体计算公式为：

其中，_⊥为垂直于v_t的单位向量。

如图8所示是利用本发明中虚拟空间骨架图生成算法及虚实空间映射算法处理几种不同形状的虚拟空间及映射结果的示例图。示例中虚拟空间平面图形状满足复杂多边形，各自尺寸大小分别为：5.2m×3.1m、7.7m×8.3m、7.7m×8.3m。采用的物理空间为2.5m×2.5m的正方形区域。如图中所示，本发明能够针对不同的虚拟空间有效生成相应的虚拟空间骨架图；虚拟空间骨架图生成后，本发明利用虚实空间映射算法计算物理空间中相应的变形后的骨架图。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理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或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机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或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程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。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统，其特征是：包括输入模块、核心处理模块和渲染模块，其中：

所述输入模块，被配置为实时追踪用户在给定物理空间中的位置和方向并将相关数据传递到核心处理模块；

所述核心处理模块，被配置为预先计算虚拟空间及物理空间之间的映射关系，依据输入模块提供的用户实时位置及方向数据通过位置逆映射算法及重定向技术实时计算用户在虚拟空间中的相应位置及方向；

所述映射关系的建立方式为：提取虚拟空间及物理空间的二维平面图，在预处理阶段通过基于Voronoi图的骨架图生成算法生成虚拟空间的骨架图，采用静态骨架图映射算法，将虚拟空间的骨架图映射到物理空间，得到物理空间骨架图，从而在虚拟空间与物理空间之间建立映射关系；

所述渲染模块，被配置为根据用户在虚拟空间中的位置及方向，利用头戴式显示器实时渲染重定向后的视角画面，引导用户在虚拟空间中沿着未变形路径行走。

2.如权利要求1所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统，其特征是：所述输入模块，包括Kinect设备和定位装置，定位装置为头戴式显示器内置的陀螺仪。

3.一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：输入虚拟空间平面图，采用基于Voronoi图的骨架图生成算法预先计算虚拟空间中用户可行骨架图；

步骤2：依据虚拟空间中骨架图，利用静态骨架图映射算法，建立虚拟空间中用户可行骨架图与物理空间中用户可行骨架图的映射关系；

步骤3：通过输入模块实时追踪用户在物理空间中的空间位置及方向，依据已建立的虚拟空间与物理空间之间的映射关系，利用位置逆映射算法及曲率增益重定向技术实时计算用户在虚拟空间中相应的空间位置及方向并通过渲染模块生成相应的用户视野画面。

4.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(1)中，提取虚拟空间平面图作为输入，利用Voronoi图生成算法，计算虚拟空间平面图的Voronoi图；对得到的虚拟空间平面图的Voronoi图进行降低Voronoi图中顶点密集度的处理，包括以下步骤：

计算Voronoi图中每个顶点的局部密度，即与各顶点距离小于设定阈值的其他顶点数；

采用迭代优化策略，删除局部密度超过设定值的顶点，在每次迭代过程中计算最大局部密度顶点，获得以该顶点为聚类核心的聚类点集，从当前Voronoi图中删除聚类点集并将所有与聚类点集相连的边重新连接到最大局部密度顶点，得到近似Voronoi图。

5.如权利要求4中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：采用分层策略对近似Voronoi图进行分层处理，删除近似Voronoi图中所有度为1的顶点及其相连的边，处理后得到的近似Voronoi作为虚拟空间中的骨架图。

6.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(2)中，选取虚拟空间骨架图中某顶点作为漫游起点，利用深度优先搜索算法对虚拟空间骨架图进行处理，获得骨架图各顶点及路径边的搜索顺序；

按照已建立的虚拟空间骨架图搜索顺序，依次将将骨架图上的每一段路径通过曲率调整算法映射到物理空间。

7.如权利要求6中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：在曲率调整算法中，将虚拟空间骨架图中的线段路径变形为弧形路径，对于虚拟空间线段路径边上的任意一点，计算其在物理空间弧形路径上对应的位置；或进一步的，对映射结果进行带有边界约束的全局优化，将映射后的骨架图中的所有顶点及弧形路径边收敛至物理空间范围内，并使得所有弧形路径边的总曲率最小。

8.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(3)中，位置逆映射算法依据用户当前所在物理空间位置，依据已有的虚实空间之间的映射关系，将其反向映射到虚拟空间中的对应位置。

9.如权利要求8中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：若用户当前时刻物理空间位置及上一时刻物理空间位置均位于物理空间骨架图的某一顶点内，则用户当前位于虚拟空间骨架图中相应的顶点内；

或进一步的限定，若用户上一时刻物理空间位置位于某一顶点内而当前时刻物理空间位置位于该顶点之外，则选取距离用户位置最近的物理空间路径边及其相应的虚拟空间路径边作为用户选取的路径边；

或进一步的限定，若用户当前时刻物理空间位置及上一时刻物理空间位置均位于物理空间骨架图的某条路径边上，则利用曲率调整算法所建立的虚实空间路径边之间映射公式的反函数计算用户在虚拟空间路径边上的位置。

10.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(3)中，曲率增益重定向技术计算用户当前在物理空间中的方向及其所在物理空间路径边的切线方向之间的角度关系，依据该角度关系及其所在虚拟空间路径边的切线方向计算适当的角度偏移量并添加到用户的方向中，得到用户当前在虚拟空间中的正确方向。

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