用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统和方法。弧形标尺、虚拟现实头盔和摄像头沿一直线依次间隔布置，固定安装在可控旋转盘上，可控旋转盘一侧下方设有伺服电机，伺服电机的输出轴与可控旋转盘固定连接，虚拟现实头盔显示屏显示有虚拟标尺；伺服电机带动可控旋转盘以恒定角速度进行旋转，通过摄像头拍摄可控旋转盘上的弧形标尺和虚拟现实头盔，对图像中虚拟现实头盔显示屏的虚拟标尺界面分析获得其标度量，进而计算获得虚拟现实头盔的延迟量。本发明实现了虚拟现实头盔加速度运动的延时测试，精确测量了系统总体延迟，可避免拍摄时所带来的视角误差，提高系统准确度，最终测试结果精确可靠。
【专利说明】
用于虚拟现实头密加速度运动的延时测试系统和方法
技术领域
[0001] 本发明设及了一种测试系统和方法，尤其是设及了一种用于虚拟现实头盎加速度 运动的延时测试系统和方法，将虚拟现实头盎延时参数量化，可依此针对虚拟现实头盎设 备进行延时优化降低使用者的眩晕感。
【背景技术】
[0002] 自2014年3月Facebook宣布W20亿美元收购虚拟现实设备Rift VR的制造商 Oculus起，虚拟现实行业成为当今最热口行业之一，众多厂商争先恐后投入运一行业，致使 虚拟现实技术快速发展。但却始终有几个问题一直困扰着设备厂商，其中关系到虚拟现实 行业命脉的问题便是用户体验的晕眩感。然而导致用户晕眩的条件有很多，比如用户体质 差异，视力差异，图像清晰度差异，系统延迟时间等。其中可直接测量，且可改善的问题是系 统整体延时。但由于系统延时设及的事情繁杂，且部分延时可通过复杂的算法进行抵消，实 际测量工程比较复杂化，工程师多W估算为主。若想减小系统延时，则需对延时进行准确测 量。
【发明内容】
[0003] 为了解决虚拟现实头盎延时参数不能量化测试的问题，本发明的目的在于提供了 一种用于虚拟现实头盎加速度运动的延时测试系统和方法，用于测试虚拟现实头盎在加速 度运动过程中的延时量。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：
[0005] -、一种用于虚拟现实头盎加速度运动的延时测试系统：
[0006] 包括可控旋转盘、弧形标尺、虚拟现实头盎、摄像头和电脑主机，弧形标尺、虚拟现 实头盎和摄像头沿一直线依次间隔布置，固定安装在可控旋转盘上，可控旋转盘一侧下方 设有伺服电机，伺服电机的输出轴与可控旋转盘固定连接，伺服电机、虚拟现实头盎和摄像 头均与置于外部的电脑主机连接，虚拟现实头盎显示屏显示有虚拟标尺。
[0007] 所述的虚拟现实头盎置于弧形标尺和摄像头之间，使得弧形标尺中屯、、虚拟现实 头盎中屯、和摄像头中屯、=点共线，虚拟现实头盎的显示屏朝向摄像头。
[000引可控旋转盘静止时，所述的虚拟现实头盎显示屏显示有与弧形标尺相吻合的虚拟 标尺的界面。即静止情况下初始化场景后，摄像头观测到的图像头盎显示屏内显示的场景 中的标尺0度刻度标线与弧形标尺0度刻度标线相重合。
[0009] 所述的摄像头固定安装在置有伺服电机一侧的可控旋转盘顶面，弧形标尺固定安 装在未置有伺服电机一侧的可控旋转盘顶面，弧形标尺高度高于虚拟现实头盎，使得摄像 头同时拍摄到虚拟现实头盎显示屏和弧形标尺上的标尺部分。
[0010] 优选的，所述的虚拟现实头盎显示屏呈现的虚拟标尺界面(测试场景)为弧形标尺 绕可控旋转盘的旋转中屯、旋转一周所围绕的圆柱面。
[0011] 所述的弧形标尺为W其安装位置到可控旋转盘的旋转中屯、为半径的圆柱面中截 取的一部分。
[0012] 二、一种用于虚拟现实头盎加速度运动的延时测试方法：
[0013] 采用上述系统，电脑主机发送电机控制信号控制伺服电机带动可控旋转盘W恒定 角速度a进行旋转，通过摄像头拍摄可控旋转盘上的弧形标尺和虚拟现实头盎，拍摄图像传 送到电脑主机中对图像中虚拟现实头盎显示屏的虚拟标尺界面进行分析获得其标度量，根 据标度量进行计算获得虚拟现实头盎的延迟量。
[0014] 在所述可控旋转盘旋转中，测量两次时刻瞬时的标度量采用W下公式计算获得标 度量变化误差：
[0015；
[0016] 其中，&表示第一时刻的角速度，&表示第二时刻的角速度，t表示两次时刻的时间 间隔，中1表示第一时刻的标度量，皆2表示第二时刻的标度量；
[0017] 接着，采用W下公式计算获得虚拟现实头盎的延迟时间：
[001 引
[0019] 其中，a表示可控旋转盘旋转的角加速度。
[0020] 所述系统中，虚拟现实头盎显示屏呈现的虚拟标尺所在的虚拟位置与弧形标尺距 离重合。
[0021] 本发明通过可控旋转盘的可控速旋转使虚拟现实系统产生延时角度，通过观测延 时角度，带入公式算出系统总体延时。
[0022] 虚拟现实头盎内置有加速度传感器，本发明针对其中的加速度传感器带来虚拟现 实头盎的显示延时进行检测。
[0023] 所述的伺服电机连接伺服电机控制电路板，由伺服电机控制电路板控制其转速。 伺服电机控制电路板利用PID算法通过对比期望速度及现在速度的差值进行精确调节实现 对伺服电机转速的精确控制。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] 本发明系统其旋转盘控制精度高，系统零延迟响应转动操作并精确测量转动的角 速度，高精度的旋转和测量不会为测量带来误差，最终测试结果精确可靠。
[0026] 本发明可避免拍摄时所带来的视角误差，提高系统准确度，使最终测量结果更加 可靠。
[0027] 本发明将虚拟现实头盎所具有的系统总体延时复现并检测其详细延时时间，为缩 短虚拟现实头盎系统延时时间打下基础。
【附图说明】
[00%]图1是虚拟现实头盎延时检测系统示意图。
[0029] 图2是实施例可控旋转盘静止时摄像头中观测到的显示屏中的刻度和弧形标尺刻 度示意图。
[0030] 图3是实施例可控旋转盘旋转时摄像头中观测到的显示屏中的刻度和弧形标尺刻 度示意图。
[0031 ]图4是可控旋转盘旋转后产生的延迟角度示意图。
[0032] 图中：可控旋转盘1、弧形标尺2、虚拟现实头盎3、摄像头4、电脑主机5。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0034] 如图1所示，本发明包括可控旋转盘1、弧形标尺2、虚拟现实头盎3、摄像头4和电脑 主机5，弧形标尺2、虚拟现实头盎3和摄像头4沿一直线依次间隔布置，固定安装在可控旋转 盘1上，可控旋转盘1 一侧下方设有伺服电机，伺服电机的输出轴与可控旋转盘1固定连接， 伺服电机、虚拟现实头盎3和摄像头4均与置于外部的电脑主机5连接，虚拟现实头盎3显示 屏显示有虚拟标尺。
[0035] 虚拟现实头盎3置于弧形标尺2和摄像头4之间，使得弧形标尺2中屯、、虚拟现实头 盎3中屯、和摄像头4中屯、=点共线，虚拟现实头盎3的显示屏朝向摄像头4。
[0036] 摄像头4固定安装在置有伺服电机一侧的可控旋转盘1顶面，弧形标尺2固定安装 在未置有伺服电机一侧的可控旋转盘1顶面，弧形标尺2高度高于虚拟现实头盎3,使得摄像 头4同时拍摄到虚拟现实头盎3显示屏和弧形标尺2上的标尺部分。
[0037] 本发明的实施例如下：
[0038] 电脑主机5发送电机控制信号控制伺服电机带动可控旋转盘IW恒定角速度a进行 旋转，通过摄像头4拍摄可控旋转盘1上的弧形标尺2和虚拟现实头盎3,拍摄图像传送到电 脑主机5中对图像中虚拟现实头盎3显示屏的虚拟标尺界面进行分析获得其标度量，根据标 度量进行计算获得虚拟现实头盎3的延迟量。
[0039] 虚拟现实头盎3显示屏呈现的虚拟标尺界面(测试场景)为弧形标尺绕可控旋转盘 1的旋转中屯、旋转一周所围绕的圆柱面，弧形标尺为W其安装位置到可控旋转盘1的旋转中 屯、为半径的圆柱面中截取的一部分，虚拟现实头盎3显示屏呈现的虚拟圆柱面与弧形标尺2 重合。具体实施的测试场景中的标尺最小刻度为0.0 Ol度，弧形标尺最小刻度为0.0009度， 测量的精度为0.0001度。
[0040] 可控旋转盘1静止时，对系统进行初始化使得虚拟标尺与弧形标尺2相吻合，即摄 像头观测到的图像头盎显示屏内显示的场景中的标尺0度刻度标线与弧形标尺0度刻度标 线相重合，如图2所示。
[0041] 如图3所示W恒定的加速度a向右旋转后，虚拟现实头盎系统中产生了一定的延 迟，由于旋转方向为向右旋转，读数时WO刻度线及右侧的1刻度线为准，刻度读法同游标卡 尺读数方法。
[0042] 假设两次记录的时间间隔为t，第一次记录的角速度为CO 1，第二次记录的角速度 为《 2，W角度作为标度量，第一次记录的角度为目1，第二次记录的角度为目2，则得：
[0043] 实际角度变化i
[0044] 头盎中观测到的角度变化量A 02 =目2-目1
[0045] 因此测量两次记录的标度景采用W下公式计算获得标度景变化误差：
[0046] 角度变化误差巧
[0047] 其中，《1表示第一时刻的角速度，《2表示第二时刻的角速度，t表示两次时刻的时 间间隔，01表示第一时刻的标度量，02表示第二时刻的标度量。
[0048] 接着，构建包含系统延迟时间的W下公式进行求解：
[0049] 〇t2-〇i2 = 2a 白
[(K)加 ]
[0化1] Ot=W i+at
[0052] 求解获得W下公式计算获得虚拟现实头盎3的延迟时间：
[0056] 其中，a表示可控旋转盘1旋转的角加速度。[0057] 实施例测试过程测得数据如下：[0058] a = 10°/s,t = 2s, 01 = 0, to2 = 20,0i = 〇,02= 19.9981[0059] 代入W下公式：
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[0062]经计算 A t = 0.0194935886896179278136768263998，约等于0.0195s即 19.5ms，由 此则可确定该头盎延迟时间为19.5ms，较经过数据进行估算的延时值更加精确。
[0060；
[0061；
【主权项】
1. 一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统，其特征在于:包括可控旋转盘 (1) 、弧形标尺(2)、虚拟现实头盔(3)、摄像头(4)和电脑主机(5)，弧形标尺(2)、虚拟现实头 盔(3)和摄像头(4)沿一直线依次间隔布置，固定安装在可控旋转盘（1)上，可控旋转盘（1) 一侧下方设有伺服电机，伺服电机的输出轴与可控旋转盘（1)固定连接，伺服电机、虚拟现 实头盔(3)和摄像头(4)均与电脑主机(5)连接，虚拟现实头盔(3)显示屏显示有虚拟标尺。2. 根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统，其特征 在于:所述的虚拟现实头盔(3)置于弧形标尺(2)和摄像头(4)之间，使得弧形标尺(2)中心、 虚拟现实头盔(3)中心和摄像头(4)中心三点共线，虚拟现实头盔(3)的显示屏朝向摄像头 ⑷。3. 根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统，其特征 在于:可控旋转盘（1)静止时，所述的虚拟现实头盔(3)显示屏显示有与弧形标尺(2)相吻合 的虚拟标尺的界面。4. 根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统，其特征 在于:所述的摄像头(4)固定安装在置有伺服电机一侧的可控旋转盘(1)顶面，弧形标尺(2) 固定安装在未置有伺服电机一侧的可控旋转盘（1)顶面，弧形标尺(2)高度高于虚拟现实头 盔⑶。5. 根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统，其特征 在于:所述的虚拟现实头盔(3)显示屏呈现的虚拟标尺界面(测试场景）为弧形标尺绕可控 旋转盘(1)的旋转中心旋转一周所围绕的圆柱面。6. 根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统，其特征 在于:所述的弧形标尺为以其安装位置到可控旋转盘（1)的旋转中心为半径的圆柱面中截 取的一部分。7. -种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试方法，其特征在于： 采用权利要求1~6任一所述系统，电脑主机(5)发送电机控制信号控制伺服电机带动 可控旋转盘(1)以恒定角速度a进行旋转，通过摄像头(4)拍摄可控旋转盘(1)上的弧形标尺 (2) 和虚拟现实头盔(3)，拍摄图像传送到电脑主机(5)中对图像中虚拟现实头盔(3)显示屏 的虚拟标尺界面进行分析获得其标度量，根据标度量进行计算获得虚拟现实头盔(3)的延 迟量。8. 根据权利要求7所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试方法，其特征 在于:在所述可控旋转盘(1)旋转中，测量两次时刻瞬时的标度量采用以下公式计算获得标 度量变化误差：其中，如表示第一时刻的角速度，β2表示第二时刻的角速度，t表示两次时刻的时间间 隔，:Φ_1表不第一时刻的标度量，Φ2表不第二时刻的标度量； 接着，采用以下公式计算获得虚拟现实头盔(3)的延迟时间：其中，a表示可控旋转盘(1)旋转的角加速度。9.根据权利要求7所述的一种用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试方法，其特征 在于:所述系统中，虚拟现实头盔(3)显示屏呈现的虚拟标尺所在的虚拟位置与弧形标尺 (2)距离重合。
【文档编号】G01M11/00GK105954007SQ201610331542
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】王宏泽, 孙文甜, 黄立瑶
【申请人】杭州映墨科技有限公司