CN110442011A - 一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法及采用该方法的延时检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法及采用该方法的延时检测系统，方法包括：通过将虚拟现实设备放置于由伺服电机驱动的旋转平台上，模拟头部的旋转运动；通过伺服电机编码器获取虚拟现实设备在旋转平台上随时间变化的角度值；制作用于检测的虚拟现实场景；预定义虚拟现实场景中的旋转角度与所显示的灰度图像及灰度图像被探测光强度之间的关系，通过光强度值变化间接测量虚拟现实场景响应虚拟现实设备的角度变化；再通过光电传感器获取虚拟现实设备显示画面的光强值变化，间接获取随时间变化的虚拟现场景旋转角度；通过比较所采集的两组角度值中相同角度值之间的时间差，得出虚拟现实设备的动态延时的变化情况。

Description

一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法及采用该方法 的延时检测系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实延时检测领域，具体涉及一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法及采用该方法的延时检测系统。

背景技术

虚拟现实设备的延时是指，当运动传感器检测到设备的姿态(俯仰、旋转、偏转)或者位置发生变化，经过CPU和GPU的处理，最终将与当前姿态或者位置相匹配的场景图像输出在显示屏上。这段过程中的全部等待时间即为虚拟现实设备的延时，又叫运动-显示匹配时间。

对虚拟现实设备延时的测量，关键就是对设备运动状态的变化进行捕捉，以及对屏幕上所反馈的图像的变化进行监测，通过计算两者之间的时间差来得出虚拟现实设备的延时。目前，主要的检测方法主要是制作一个能对设备运动做出响应的虚拟现实场景，通过光电传感器或者高速相机来捕捉一次运动的开始，以及显示屏上的场景图像对这次运动的响应，再计算两者之间时间差得到延时。此类方法的局限性在于，每次检测只能检测到运动开始时，虚拟现实设备对第一个变化的运动参数做出响应的时间。而在实际的使用情形下，设备的运动以及虚拟现实场景的响应都是一段连续的过程，那么在这段过程中产生的延时也是一组动态连续的数据。所以，测量某次单一的运动节点下产生的延时，并不能反映设备在连续运动中延时的动态变化情况。

因此，一种能够连续检测虚拟现实设备动态延时的系统，才能更好地反映和评估虚拟现实设备在连续运动中延时的动态变化情况。

发明内容

本发明主要解决的问题是提供了一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法及采用该方法的延时检测系统，能够在虚拟现实设备运动的过程中，连续检测虚拟现实设备的运动状态和虚拟现实场景对虚拟现实设备运动的响应情况，计算出虚拟现实设备在一段连续运动过程中的动态延时数据。

为了解决上述技术问题，本发明采用一个技术方案是：提供一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法，包括：利用伺服电机驱动的旋转平台连续模拟人头部的旋转运动，采集测试过程中伺服电机编码器每次反馈的虚拟现实设备运动的时间-角度参数CH1(t，θ)，实现对虚拟现实设备运动状态的连续检测。其中，时间t₁由编码器的数据反馈频率f₁决定，根据数据反馈次数以1/f₁进行递增.

同时，制作一个用于测试的虚拟现实场景，将虚拟现实场景响应虚拟现实设备的旋转角度与该角度下输出的场景图像的灰度值变化对应起来，利用高响应速度的光电二极管作为探测器，检测显示不同灰度图像引起的屏幕光强变化情况。预先测试并编写出对应的角度-灰度关系、灰度-光强关系，即可通过检测不同灰度画面下导致的光强变化，反向推导出虚拟现实场景的旋转角度。

上式中，θ表示虚拟现实场景中所有旋转角度θ的集合，G表示每个旋转角度下显示的场景图像灰度值g的集合，P表示光电二极管探测到虚拟现实设备显示的场景灰度值g对应于光强度p的集合。

上式中，A表示每一个旋转角度与对应灰度值的对应关系a的集合，B表示每一个光强度与对应灰度值的对应关系b的集合。通过对以上两组对应关系进行计算，即可得出虚拟现实场景旋转角度θ与当前光电探测器测量值p之间的关系：

记录虚拟现实场景在测试过程中的时间-角度参数CH2(t，θ)，达到检测虚拟现实场景变化情况的目的。其中，每两个测量值之间的时间间隔为光电二极管的响应时间1/f，f表示光电二级管的响应频率。

最后，通过计算以上两组时间-角度参数CH1，CH2中每个相同角度值θ的时间差Δt，即可得出一段在连续的旋转运动中延时的动态变化情况。

附图说明

图1是本发明延时检测方法实施方式的流程图；

图2是本发明用于检测的虚拟现实场景示意图；

图3是本发明运动模拟装置示意图；

图4是本发明光电传感器的示意图；

图5是本发明采集的两组数据曲线图；

具体实施方法

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法包括：

步骤S1：将待测虚拟现实设备固定到旋转检测平台上，启动用于测试的虚拟现实场景。

步骤S2：启动伺服电机驱动的旋转检测平台，模拟人头部的旋转运动。

步骤S3：采集伺服电机编码器反馈的旋转平台旋转角度值，采集放置在虚拟现实设备屏幕前的光电传感器探测到的光强变化值换算的虚拟现实场景旋转角度值。

步骤S4：将编码器和光电传感器采集的数据，以每一次伺服电机反馈的脉冲值反向为一个运动周期，标记每个数据所出的旋转周期T，将不同周期下相同的角度值进行区分，限制参数比对范围。

步骤S5：分析编码器和光电传感器的采集数据CH1(t，θ，T)，CH2(t，θ，T)，寻找CH1，CH2中角度θ与周期数T相同的两组数据。

步骤S6：对步骤S5中分析出的每个相同周期中具有相同角度值的两组数据进行时间参数的差值计算，能够连续得出每个旋转角度下虚拟现实设备的动态延时。

其中，步骤S1中所述的用于检测的虚拟现实场景，其具体设计方法，请参阅图3。

在虚拟现实场景中创建一个虚拟相机，绑定虚拟现实设备的运动传感器参数，使其跟随虚拟现实设备的运动将拍摄的虚拟现实场景输出到显示屏上显示。其中，虚拟现实场景设计，具体：

以虚拟显示场景中创建的相机为原点，相机的最大可视距离D为半径，做一个灰度图像分布曲面。调整相机的视野角度α等于相机最小可旋转角度θ₀，则相机最大可视面宽度W为：

在上述灰度图像分布曲面上，以最大可视面宽度W为单幅灰度图像宽度，共放置α/β幅灰度值不同的灰度图像表示相机当前的旋转角度。其中，β为相机的最大可旋转角度，由虚拟现实设备的最大可旋转角度决定，相邻两幅灰度图像的夹角γ为：

γ＝1-α

则相机旋转角度θ即可与灰度图像灰度值g对应起来，通过探测灰度图像的光强度即可达到测量虚拟现实场景响应虚拟现实设备旋转发生的角度变化。

本发明又提一种基于该方法的虚拟现实设备延时检测系统的实施方式。其运动模拟装置结构请参阅如图3。包括：一个旋转装置的圆形底座，置于圆形底座中心的旋转轴，驱动旋转轴的伺服电机及编码器，嵌套在旋转轴上用于放置待测虚拟现实设备的头模。

利用伺服电机驱动旋转轴带动虚拟现实设备做±80°的旋转运动，通过伺服电机编码器采集虚拟现实设备的旋转角度及对应的时间参数。

还包括一个用于安置在头模上，放置于虚拟现实设备显示屏前的光电探测器，用于检测虚拟现实场景旋转角度值变化而带来的光强度值变化，采集对应的虚拟现实场景旋转角度及其对应的时间参数。所述光强度值依据一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法中提供的光强度值-角度转换关系得出。

其中，所述放置于虚拟现实显示屏前的光电探测器，其示意图请参阅图4。包括：一个高响应速度的PIN型光电二极管和一块用于聚光的凸透镜。其中，所述PIN型光电二极管放置在凸透镜的相面焦点处。所述光电探测器，被放置值虚拟现实设备现实屏前透镜的入瞳位置。

所述虚拟现实延时检测系统，还包括一台用于接收伺服电机编码器和光电探测器所采集数据的主机及显示设备，用于计算并显示数据。其中，所述伺服电机编码器和光电探测器采集的数据如图5所示。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用说明书以及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种能连续检测虚拟现实设备动态延时的方法，其特征在于，包括：

搭建一个由伺服电机驱动的旋转平台，所述旋转平台用于模拟虚拟现实设备的旋转运动；

采集伺服电机编码器获取的虚拟现实设备随时间变化的旋转角度值；

创建一个用于检测的虚拟现实场景，所述虚拟现实场景用于响应虚拟现实设备的旋转运动，将相应场景图像显示到虚拟现实设备的显示屏上。

在虚拟现实设备屏幕前安装一个光电探测器，所述光电探测器用于检测虚拟现实场景响应虚拟现实设备而显示的场景图像的光强度值；

定义虚拟场景旋转角度值-显示图像灰度值-光电探测器探测的光强度值之间的对应关系，所述虚拟场景旋转角度值-显示图像灰度值-光电探测器探测的光强度值之间的对应关系，用于间接检测虚拟现实场景随时间变化的旋转角度值；

标记所测角度值所在的旋转周期，所述旋转周期用于限制角度比对的范围，其中，周期数通过伺服电机驱动信号的每一次反向进行累加；

在数据采集过程中，连续比对所采集的两组随时间变化的角度值，对相同周期中的相同旋转角度做时间差值计算，所述时间差值用于表示虚拟现实设备的动态延时。

2.根据权利要求1所述的旋转平台，其特征在于，包括：

一个圆形的底座，一个伺服电机，一个置于圆形底座圆心上的旋转轴，一个嵌套于旋转轴上的头模，一个伺服电机编码器；

其中，所述圆形底座用于承载整个旋转平台；

其中，所述伺服电机用于驱动旋转轴旋转；

其中，所述旋转轴用于连接伺服电机传动；

其中，所述头模用于放置待测虚拟现实设备；

其中，所述伺服电机编码器用于反馈虚拟现实设备的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，包括：

一块凸透镜，一个置于所述凸透镜像方焦点处的高响应速度的PIN型光电二极管；

其中，所述凸透镜用于模拟人眼的晶状体，将虚拟现实设备显示屏发出的光聚集于其像方焦面上；

其中，所述高相应速度的PIN型光电二极管用于模拟人眼的感光细胞，被放置在凸透镜的像方焦点上，用于探测虚拟现实设备显示屏的光强值；

此外，所述光电探测器被安装在所述旋转平台头模上，对应于虚拟现实设备成像系统的入瞳位置，用于模拟人眼在观看虚拟现实设备所显示的画面时所在的空间位置。

4.根据权利要求1所述的用于检测的虚拟现实场景，其特征在于，包括：

通过虚拟现实场景制作软件，在虚拟现实场景中创建一个虚拟现实相机，绑定虚拟现实设备的运动传感器参数；

其中，所述虚拟现实相机用于在虚拟现实场景中响应虚拟现实设备的旋转运动，将其视野范围内的虚拟现实场景输出到虚拟现实设备显示屏上；

以虚拟现实相机为原点，最大可视距离为半径，旋转平台的最大旋转范围为圆心角建立一个灰度值图像分布弧面；

其中，所述灰度值图像分布弧面用于放置虚拟现实相机在每个旋转角度下，充满最大可视面的特定灰度值图像；

预定义虚拟现实相机在虚拟现实场景中的旋转角度与该角度下相机所视图像的灰度值之间的对应关系；

其中，所述旋转角度与灰度值的对应关系，用于将虚拟现实场景的旋转角度变化转换为在屏幕上具备不同光强度的灰度图像，通过光电探测器实现对虚拟现实场景旋转角度的间接测量，使虚拟现实场景的旋转角度可测量化。