CN110657796B - 一种虚拟现实辅助定位装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种虚拟现实辅助定位装置和方法，用于VR头盔或/和手柄，其特征在于，所述辅助定位装置用于在球体游戏屋内，与球体游戏屋内磁场交互作用下提供对用于VR头盔或/和手柄的辅助定位，所述辅助定位装置包括导线组、与导线组相对应设置的集线装置和与所述集线装置连接用于提供检测信号给控制单元的微电流检测装置，所述控制单元根据三组电流数据计算出头盔或手柄的六自由度信息，并将该六自由度信息与陀螺仪、空间定位测量的六自由度信息进行对比，对陀螺仪产生的明显漂移进行校正。

Description

一种虚拟现实辅助定位装置和方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实和增强现实领域，尤其涉及一种虚拟现实辅助定位装置和方法。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality)，简称VR技术，也称灵境技术或人工环境，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。在虚拟现实领域，定位技术是相当重要的，定位的准确与否直接关系到图像传输是否正确。不准确的定位常常会导致使用者产生眩晕感。目前定位技术多采用陀螺仪配合空间定位，缺点是陀螺仪经常会产生和累计漂移，使空间定位的误差越来越大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种可以自动校正的辅助空间定位装置和方法，可用于虚拟现实设备的头盔或手柄中，用于虚拟现实和增强现实领域。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种虚拟现实辅助定位装置，用于 VR头盔或/和手柄，所述辅助定位装置用于在球体游戏屋内，与球体游戏屋内磁场交互作用下提供对用于VR头盔或/和手柄的辅助定位，所述辅助定位装置包括导线组、与导线组相对应设置的集线装置和与所述集线装置连接用于提供检测信号给控制单元的微电流检测装置，所述控制单元根据三组电流数据计算出头盔或手柄的六自由度信息，并将该六自由度信息与陀螺仪、空间定位测量的六自由度信息进行对比，对陀螺仪产生的明显漂移进行校正。
在本发明上述虚拟现实辅助定位装置中，所述导线组中包含三组相互垂直的平行导线组，所述平行导线组在球体游戏屋内磁场中运动时会产生微电流，三组平行导线组产生的微电流经过各自的集线装置收集后传输到微电流检测装置，微电流检测装置将检测到的电流数据传输到控制单元。
在本发明上述虚拟现实辅助定位装置中，对任何时刻基于前一个时刻位置信息进行相对位置陀螺仪测量值基础上，所述控制单元按照E＝nBLVsinA 的关系式计算偏移角度A计算并进行调正，其中，n为导线组中导线的数量，磁场强度B可以由空间定位装置的定位加上磁场分布进行计算；L是导线组中导线长度，为固定值，导线运动速度V可以由空间定位装置配合陀螺仪测量得到；E来自所述微电流检测装置。
在本发明提供的虚拟现实辅助定位方法中，包括以下步骤：
陀螺仪获取位置信息；
计算导线运动速度V；
控制单元根据微电流检测装置提供的电动势E、计算出的速度V和导线组中导线的数量n，按照E＝nBLVsinA的关系式计算偏移角A，其中，磁场强度B可以由空间定位装置的定位加上磁场分布进行计算，L是导线长度；
对陀螺仪位置信息进行偏移角为A的校正。
实施本发明提供的虚拟现实辅助定位装置和方法，采用球体游戏室和辅助定位模块，所述辅助定位模块(图3中正方体)设置在虚拟现实头盔和手柄中，起到辅助定位和校正陀螺仪的作用，所述球体游戏室为近似的球体，内部中空，可以容纳使用者小范围的活动。所述球体游戏室在水平方向上设置有同轴的通电线圈，所述通电线圈环绕使用者的四周。在使用时，通电线圈通电，在球体游戏室内添加竖直方向的磁场。辅助定位模块包括导线组、集线装置和微电流检测装置，所述导线组中包含三组相互垂直的平行导线组，平行导线组在磁场中运动时会产生微电流，三组平行导线组产生的微电流经过各自的集线装置收集后传输到微电流检测装置，微电流检测装置将检测到的电流数据传输到控制单元，控制单元根据三组电流数据计算出头盔或手柄的六自由度信息，并将该六自由度信息与陀螺仪、空间定位测量的六自由度信息进行对比，对陀螺仪产生的明显漂移进行校正。由于该辅助定位模块不需要记录原始位置，所以不会像陀螺仪一样产生漂移，使用之前也不需要进行校正，因此用来校正陀螺仪的漂移就显得很方便。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是使用本发明虚拟现实辅助定位装置的球体游戏室的的示意图；
图2是球体游戏室内一个使用者戴VR头盔以及手持手柄的示意图，其中，VR头盔和VR手柄至少一个内置了本发明提供的虚拟现实辅助定位装置；
图3是本发明实施例中手柄的外形结构示意图；
图4是本发明虚拟现实辅助定位装置的逻辑方框图；
图5是通电导线组三组导线的位置关系结构示意图。
图6是通电导线组A部的放大结构示意图；
图7是说明球体游戏室磁场方向的示意图；
图8是球体游戏室磁场方向俯视图；
图9是本发明虚拟显示辅助定位装置和方法的定位过程示意图。
具体实施方式
在本发明虚拟现实辅助定位装置的实施例中，需要使用一个如图1所示的球体游戏室1，球体游戏室1是中空的，球体游戏室1设置在底座2上，通过在球体外壳表面设置线圈7使得围绕球体的表面有图1所示的磁场，使用者3可以进入其中进行小范围活动，使用者戴上VR头盔4和VR手柄3，如图2所示。在图2中，使用者头戴的VR头盔4可以内置或结合有本发明提供的虚拟现实辅助定位装置。更有意义的是，在使用者手里的VR手柄里，可以内置或结合有本发明提供的虚拟现实辅助定位装置。此处，VR手柄本身内置有陀螺仪等相对定位装置。图3给出了使用者手里的VR手柄的示意图，图3中的正方体6，就是本发明实施例中虚拟现实辅助定位装置的外在形式，这样的虚拟现实辅助定位装置6，也可以设置在VR头盔中，起到辅助定位和校正陀螺仪的作用。
如图7，球体游戏室1为近似的球体，在水平方向上设置有同轴的通电线圈7，通电线圈7环绕使用者的四周。在使用时，同轴通电线圈7通电，在球体游戏室1内添加竖直方向的磁场，如图8所示。球体游戏室的线圈功率采用恒定，以保证磁场强度的稳定性。
在图4所示的本发明实施例中，虚拟现实辅助定位装置包括导线组8、集线装置9和微电流检测装置10，采用导线组而不是单个导线是为了增加感应电流，使测量数据更加准确。导线组8中包含三组相互垂直的平行导线组，每个平行导线组在磁场中运动时会产生微电流，三组平行导线组产生的微电流经过各自的集线装置9收集后传输到微电流检测装置10，微电流检测装置 10通过电连接将检测到的电流数据传输到手柄中的控制单元(未示出)，控制单元根据来自微电流检测装置10的三组电流数据，计算出头盔或手柄的六自由度信息，并将该六自由度信息与陀螺仪、空间定位测量的六自由度信息进行对比，对陀螺仪产生的明显漂移进行校正。由于该辅助定位模块不需要记录原始位置，所以不会像陀螺仪一样产生漂移，使用之前也不需要进行校正，因此用来校正陀螺仪的漂移就显得很方便。
现有VR定位采用的陀螺仪，其测量精度和测量速度或大于本发明提供的辅助定位装置，只是在陀螺仪累计漂移的情况下，误差会越来越大，此时陀螺仪的位置测量是不准确的，需要本发明提供的虚拟现实辅助定位装置来进行校正。陀螺仪测量的是相对位置，其测量基于前一个位置信息，如果前一个位置信息发生漂移，这个漂移在下一次测量时就会积累下来。本发明虚拟现实辅助定位装置产生电动势的公式为E＝nBLVsinA，其中n为导线组中导线的数量，B可以由空间定位装置的定位加上磁场分布进行计算，L是导线长度，是固定值，导线的运动速度V可以由空间定位装置配合陀螺仪测量得到。由于陀螺仪测量的是相对角度位置，因此在测量V时其自身的漂移被前后两个数值相减而抵消掉，陀螺仪测量的角度值不存在漂移。E可以由电流数据计算出来，因此就可以计算出sinA，根据A的值就可以知道陀螺仪偏移了多少，就可以起到校正陀螺仪的作用。
结合图9，具体说明本发明虚拟现实辅助定位装置及其方法的工作过程，在框11中，本发明的空间定位装置检测手柄的位置，检测手柄的运动轨迹，在框12中，根据手柄的空间位置，得出球体游戏室磁场强度的数值B；在框 13中，启动陀螺仪测量手柄的角度变化，并配合空间定位装置测量的轨迹，计算速度V的大小；在框14中，微电流测量装置测量三个方向的电流的大小，通过电流大小计算电动势E,在框15中，按照E＝nBLVsinA公式,计算出偏移角(夹角A)的数值，并模拟出三组导线的空间角度，在框16中，将该空间角度与陀螺仪测量的角度进行对比，从而对陀螺仪的漂移进行修正。
本发明所讲的定位是虚拟现实/增强现实的核心技术，即确定头盔或手柄使用者在定位空间中的绝对空间位置，这里包括6个自由度的坐标，这些定位坐标反馈到所有参与游戏的玩家和游戏服务器上，进而执行群体游戏所必需的各种游戏逻辑。头盔的定位直接决定了虚拟现实和增强现实头戴设备所看到的画面，由于画面是跟随人的视角不断变化的，因此定位不准会导致人看到的图像和实际应该看到的图像产生偏差，这也是晕动症的罪魁祸首。另一方面，玩家在空间中的位置决定了他在虚拟空间中的位置，这与内容参与密切相关。例如，当一位玩家靠近树林的边缘时，一头蓄谋已久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或漂移，同样也会给虚拟现实玩家的现场感带来巨大的影响。因此，定位技术是虚拟现实/增强现实的核心技术。换言之，本发明提供的虚拟现实辅助定位装置，还可以应用到其他穿戴设备上进行辅助定位，使得参与VR、AR的体验互动的效果更真实。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种虚拟现实辅助定位装置，用于VR头盔或/和手柄，其特征在于，所述辅助定位装置用于在球体游戏屋内，与球体游戏屋内磁场交互作用下提供对用于VR头盔或/和手柄的辅助定位，所述辅助定位装置包括导线组、与导线组相对应设置的集线装置和与所述集线装置连接用于提供检测信号给控制单元的微电流检测装置，所述控制单元根据三组电流数据计算出头盔或手柄的六自由度信息，并将该六自由度信息与陀螺仪、空间定位测量的六自由度信息进行对比，对陀螺仪产生的明显漂移进行校正，对任何时刻基于前一个时刻位置信息进行相对位置陀螺仪测量值基础上，所述控制单元按照E=nBLVsinA的关系式计算偏移角度A并进行校正，其中，n为导线组中导线的数量，磁场强度B由空间定位装置的定位加上磁场分布进行计算；L是导线长度，导线运动速度V由空间定位装置配合陀螺仪测量得到；电动势E来自所述微电流检测装置。
2.根据权利要求1所述虚拟现实辅助定位装置，其特征在于，所述导线组中包含三组相互垂直的平行导线组，所述平行导线组在球体游戏屋内磁场中运动时会产生微电流，三组平行导线组产生的微电流经过各自的集线装置收集后传输到微电流检测装置，微电流检测装置将检测到的电流数据传输到控制单元。
3.一种使用如权利要求1或2所述装置的虚拟现实辅助定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
陀螺仪获取位置信息；
计算导线运动速度V;
控制单元根据微电流检测装置提供的电动势E、计算出的速度V和导线组中导线的数量n，按照E=nBLVsinA的关系式计算偏移角A，其中，磁场强度B由空间定位测量的定位加上磁场分布进行计算，L是导线长度；
对陀螺仪位置信息进行偏移角为A的校正。
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