CN114723924A - 一种大场景增强现实的定位方法、系统、装置和介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种大场景增强现实的定位方法、系统、装置和介质，其中，该方法包括：根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；根据预设的精度范围，分别对全局二维位置和优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。通过本申请解决了使用磁力计对大场景AR的真北朝向进行定位时，精度不高的问题，提高了朝向定位精度，提升了AR导览、导航中的用户体验。
Description
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别是涉及一种大场景增强现实的定位方法、系统、装置和介质。
背景技术
大场景AR(Argumented Reality，文中均用AR表达)技术主要由大场景地图、AR内容制作与摆放、6DOF-AR体验三部分构成。具体步骤为：构建大场景地图，将制作的AR内容摆放到大场景地图中，最后，通过全局定位使得用户注册到大场景地图中，并根据6DOF-AR体验AR内容跟现实世界的融合效果。其中，全局定位是大场景AR的入口，也是消除局部跟踪累积误差的保证，而局部跟踪则是精度与帧率的保证。因此提高精度对大场景AR体验十分重要。
在大场景AR体验中，需要用到“磁力计”计算真北朝向的全局定位，如使用“GPS(Global Positioning System，简称GPS)定位”、“蓝牙定位”、“WIFI定位”等技术作为“低频-全局定位”，最常见的使用场景是套用传统地图的“GPS-大场景AR”。
然而，在实际使用中，用磁力计做真北朝向的全局定位，会严重影响AR体验。因为AR体验是三维空间的体验，需要持续计算6DOF(自由度，degree of freedom，简称DOF)位姿，以IOS手机为例，ARKit的相对误差＜1％，即走100m偏差＜1m。如果换算成角度误差，atan(0.01)≈0.57°。而一般手机的磁力计角度误差为大约10°到25°，假设误差为10°，tan10°≈17.6％，即走100m偏差约为17.6m，那么用户使用手机看到的AR效果，有可能内容歪得特别明显。如果用户使用AR虚拟导航路线，那么就会影响导航的正确性，严重影响用户体验。因此，需要提升朝向精度。
在相关技术中，直接使用磁力计/电子罗盘的真北朝向，或者通过GPS和磁力计做粗定位，精度均不高，严重影响用户AR体验。
目前针对相关技术中，使用磁力计对大场景AR的真北朝向进行定位时，精度不高的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种大场景增强现实的定位方法、系统、装置和介质，以至少解决相关技术中使用磁力计对大场景AR的真北朝向进行定位时，精度不高的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种大场景增强现实的定位方法，所述方法包括：
根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；
通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；
根据预设的精度范围，分别对所述全局二维位置和所述优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过所述全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
在其中一些实施例中，通过设定方式对朝向进行初始化优化包括：
采用斜对着地面绕8字的方式进行朝向初始化，优化角度误差。
在其中一些实施例中，所述优化角度误差包括：
通过端上跟踪构建数学模型，优化所述角度误差，通过优化后的角度误差，对端上跟踪局部坐标系和大地坐标系进行坐标对齐，其中，数学模型的计算公式如下：
其中，local_yawi代表端上跟踪局部坐标系下时间戳为i的垂直于重力的朝向，global_yawi代表磁力计得到的时间戳为i的真北朝向，delta_yaw是待优化的角度。
在其中一些实施例中，所述根据预设的精度范围，分别对所述全局二维位置和所述优化后的真北朝向进行更新包括：
统计端上跟踪的距离，每大于预设范围对所述全局二维位置进行全局位置的更新；
对于优化后的真北朝向，以预设长度为窗口，保留窗口内的端上跟踪轨迹和对应时间戳的真北朝向，进行实时更新。
在其中一些实施例中，在根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换之前，所述方法包括：
构建所述大场景地图，并在所述大场景地图中放置AR内容。
在其中一些实施例中，在通过设定方式对真北朝向进行初始化优化之前，所述方法包括：
通过磁力计和惯性测量单元获取当前场景的真北朝向；
通过视觉图像和惯性测量单元获取当前场景的局部6DOF位姿。
第二方面，本申请实施例提供了一种大场景增强现实的定位系统，所述系统包括：
坐标变换模块，用于根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；
朝向优化模块，用于通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；
更新体验模块，用于根据预设的精度范围，分别对所述全局二维位置和所述优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过所述全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
在其中一些实施例中，所述朝向优化模块，还用于采用斜对着地面绕8字的方式进行朝向初始化，优化角度误差。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的大场景增强现实的定位方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的大场景增强现实的定位方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的大场景增强现实的定位方法，根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；根据预设的精度范围，分别对全局二维位置和优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验，解决了使用磁力计对大场景AR的真北朝向进行定位时，精度不高的问题，提高了朝向定位精度，提升了AR导览、导航中的用户体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中：
图1是根据本申请实施例的大场景增强现实的定位方法的流程图；
图2是根据本申请实施例的大场景增强现实的定位过程的示意图；
图3是根据本申请实施例的真北朝向精度优化示意图；
图4是根据本申请实施例的大场景增强现实的定位系统的结构框图；
图5是根据本申请实施例的电子设备的内部结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
需要说明的是，本申请中提到的大场景地图为大型场景下的地图内容，例如大型广场、区域地图、或者城市地图等。
本实施例提供了一种大场景增强现实的定位方法，图1是根据本申请实施例的大场景增强现实的定位方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；
图2是根据本申请实施例的大场景增强现实的定位过程的示意图，如图2所示，在根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换之前，构建大场景地图，并在大场景地图中放置AR内容。需要说明的是，如果使用的是传统地图，则传统地图可直接使用磁力计确定朝向；然而，如果使用的是蓝牙、WIFI等地图，则需要将蓝牙等地图坐标系对齐到大地坐标系中。
在完成上述的准备工作之后，本实施例根据大场景地图中的坐标变换参数，把蓝牙、WIFI等定位结果实时转换到大场景地图中，得到全局二维位置，其中，如果是GPS的定位结果，则无需进行坐标转换。
步骤S102，通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；
如图2所示，在通过设定方式对真北朝向进行初始化优化之前，通过磁力计和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，简称“IMU”)获取当前场景的真北朝向，还通过视觉图像和IMU获取当前场景的局部6DOF位姿。之后，通过设定方式对朝向进行初始化优化。
优选的，本实施例中采用斜对着地面绕8字的方式进行朝向初始化优化，可优化角度误差delta_yaw；
具体地，图3是根据本申请实施例的真北朝向精度优化示意图，通过端上跟踪的高精度和重力对齐的特性，构建数学模型，优化角度误差delta_yaw，然后通过优化后的角度误差delta_yaw，对端上跟踪局部坐标系local和大地坐标系global进行坐标对齐，如图3(1)所示。然而，如果直接用local的第一帧跟当前时刻的磁力计真北朝向计算delta_yaw，那么整个local的对齐误差等于第一帧真北朝向的误差，即10°到25°，如图3(1)所示，而这个误差太大，对于AR体验是不可接受的。因此，需要进行多帧角度误差优化，通过多帧优化的delta_yaw_opted进行坐标对齐，如图3(3)所示，进而得到更准确的朝向定位；
其中，本实施例中构建的数学模型的计算公式如下式(1)所示：
其中，local_yawi代表端上跟踪局部坐标系下时间戳为i的垂直于重力的朝向，global_yawi代表磁力计得到的时间戳为i的真北朝向，delta_yaw是待优化的角度。
需要说明的是，在优化角度误差时，需要对该角度误差的精度进行评估，其计算公式如下式(2)所示：
其中，∑local_yaw表示local_yaw变量的方差，∑global_yaw表示global_yaw变量的方差；假设local_yaw的标准差为0.001°，磁力计的标准差为10°，采样100个进行优化，那么通过上式(2)计算得到的delta_yaw的精度误差
约为0.0001°。
此外，采用斜对着地面绕8字的方式进行朝向初始化优化还能带来其他的有效效果，包括：(1)绕8字可以提升磁力计的精度，在传统地图APP也使用这种方法进行精度提升；(2)斜对着地面运动，而不是看向远处或天上，对端上跟踪算法的初始化也非常友好，可以提升端上跟踪的精度。
最后，经过上述朝向初始化优化之后，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿。
步骤S103，根据预设的精度范围，分别对全局二维位置和优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
如图2所示，根据预设的精度范围，分别对全局二维位置和优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿。
优选的，对于非蓝牙、GPS等定位的全局二维位置，由于其精度大约为4m，因此，统计端上跟踪的距离，每大于预设范围，例如100m，则对全局二维位置进行全局位置的更新；而对于真北朝向的更新，鉴于端上跟踪的误差小于1％，因此，以预设长度，如100m，为窗口，只保留窗口内的端上跟踪轨迹和对应时间戳的真北朝向，进行实时更新。
最后，如图2所示，通过全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
通过上述步骤S101至步骤S103，本实施例使用高精度的局部跟踪做参考，对磁力计真北朝向进行精度优化，解决了使用磁力计对大场景AR的真北朝向进行定位时，精度不高的问题，提高了朝向定位精度，提升了AR导览、导航中的用户体验。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本实施例还提供了一种网络用户角色识别的系统，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图4是根据本申请实施例的大场景增强现实的定位系统的结构框图，如图4所示，该系统包括坐标变换模块41、朝向优化模块42和更新体验模块43：
坐标变换模块41，用于根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；朝向优化模块42，用于通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；更新体验模块43，用于根据预设的精度范围，分别对全局二维位置和优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
通过上述系统，本实施例使用高精度的局部跟踪做参考，对磁力计真北朝向进行精度优化，解决了使用磁力计对大场景AR的真北朝向进行定位时，精度不高的问题，提高了朝向定位精度，提升了AR导览、导航中的用户体验。
需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
此外，需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
另外，结合上述实施例中的大场景增强现实的定位方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种大场景增强现实的定位方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种大场景增强现实的定位方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
在一个实施例中，图5是根据本申请实施例的电子设备的内部结构示意图，如图5所示，提供了一种电子设备，该电子设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该电子设备包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作系统、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种大场景增强现实的定位方法，数据库用于存储数据。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种大场景增强现实的定位方法，其特征在于，所述方法包括：
根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；
通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；
根据预设的精度范围，分别对所述全局二维位置和所述优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过所述全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过设定方式对朝向进行初始化优化包括：
采用斜对着地面绕8字的方式进行朝向初始化，优化角度误差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优化角度误差包括：
通过端上跟踪构建数学模型，优化所述角度误差，通过优化后的角度误差，对端上跟踪局部坐标系和大地坐标系进行坐标对齐，其中，数学模型的计算公式如下：
其中，local_yawi代表端上跟踪局部坐标系下时间戳为i的垂直于重力的朝向，global_yawi代表磁力计得到的时间戳为i的真北朝向，delta_yaw是待优化的角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的精度范围，分别对所述全局二维位置和所述优化后的真北朝向进行更新包括：
统计端上跟踪的距离，每大于预设范围对所述全局二维位置进行全局位置的更新；
对于优化后的真北朝向，以预设长度为窗口，保留窗口内的端上跟踪轨迹和对应时间戳的真北朝向，进行实时更新。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换之前，所述方法包括：
构建所述大场景地图，并在所述大场景地图中放置AR内容。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过设定方式对真北朝向进行初始化优化之前，所述方法包括：
通过磁力计和惯性测量单元获取当前场景的真北朝向；
通过视觉图像和惯性测量单元获取当前场景的局部6DOF位姿。
7.一种大场景增强现实的定位系统，其特征在于，所述系统包括：
坐标变换模块，用于根据大场景地图中的坐标变换参数对定位结果进行实时转换，得到全局二维位置；
朝向优化模块，用于通过设定方式对朝向进行初始化优化，得到优化后的真北朝向和局部6DOF位姿；
更新体验模块，用于根据预设的精度范围，分别对所述全局二维位置和所述优化后的真北朝向进行更新，得到全局3DOF位姿，并通过所述全局3DOF位姿和优化后的局部6DOF位姿实现大场景AR体验。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述朝向优化模块，还用于采用斜对着地面绕8字的方式进行朝向初始化，优化角度误差。
9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至6中任一项所述的大场景增强现实的定位方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至6中任一项所述的大场景增强现实的定位方法。
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