一种携带空间定位装置的虚拟空间真实行走引导系统的制作方法

本发明属于计算机和控制技术领域，主要涉及一种携带空间定位装置的虚拟空间真实行走引导系统。

背景技术

虚拟现实(virtualreality，简称vr)是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉等感官的模拟，让使用者感同身受，有身临其境的感觉。

2016年，被称为“vr元年”，一些公司纷纷发售高端vr头显。每次vr体验活动，人们都蜂拥而至，争抢有限的体验名额。虽然，vr的全面普及尚有待时日，但vr的应用领域不断扩展。

虚拟现实技术越来越多的应用于教学、培训、设计中，本发明的目的是提供一种携带空间定位装置的虚拟空间真实行走引导系统，用于配合虚拟现实技术，引导使用者在相对较小的真实空间中行走，使其感觉在虚拟世界中行走。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是：在较小的真实空间中如同在广阔的虚拟世界中一样行走。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种携带空间定位装置的虚拟空间真实行走引导系统，用于引导使用者在较小的空间中使用vr进行行走。本发明由空间规划系统、线路选择算法、实际线路快速调整响应算法、空间定位装置及其控制接口构成一个完整的技术系统。

空间规划系统连接空间定位装置，控制空间定位装置采集所需的数据，来构建空间场，并及时获取当前方向和位置。

线路选择算法用于根据当前空间场的数据，选择合适的行走线路，计算出曲率增益、旋转增益。

实际线路快速调整响应算法用于将当前的实际行走情况快速调整到线路选择算法制定的行走路线。

控制接口用于与虚拟世界交互，根据实际线路快速调整响应算法得到的调整参数，控制和调整使用者行进的方向。

附图说明

图1是本发明的整体工作示意图。

图2是本发明的线路选择算法流程图。

图3是本发明的实际线路快速调整响应算法流程图。

具体实施方式

图1是本发明的整体工作示意图，图2是本发明的线路选择算法流程图，图3是本发明的实际线路快速调整响应算法流程图。本发明的目的是提供一种携带空间定位装置的虚拟空间真实行走引导系统，用于引导使用者在较小的空间中使用vr进行行走。本发明由空间规划系统、线路选择算法、实际线路快速调整响应算法、空间定位装置及其控制接口构成一个完整的技术系统。

所述的空间规划系统连接空间定位装置，控制空间定位装置采集所需的数据，来构建空间场，并及时获取当前方向和位置。

所述的线路选择算法用于根据当前空间场的数据，选择合适的行走线路，计算出曲率增益、旋转增益。

所述的实际线路快速调整响应算法用于将当前的实际行走情况快速调整到线路选择算法制定的行走路线。

所述的控制接口用于与虚拟世界交互，根据实际线路快速调整响应算法得到的调整参数，控制和调整使用者行进的方向。

所述的线路选择算法流程如下：

(1)扫描线路，获取第一个分岔点，将其标注为远端点，将其定位在空间场的中心位置(0,0)；

(2)以起点和远端点(0,0)为区间，扫描其中的转折点；

(3)以转折点为分段点，进行分段；

(4)将转折点和远端点定位在空间场的中心位置(0,0)；

(5)根据以下公式制定行走路线，确定各项增益，包括曲率增益、旋转增益、行走增益；

其中，上述椭圆方程作为长距离直线行走线路；a表示房间较长一边的一半长度减去离墙安全距离；b表示房间较短一边的一半长度减去离墙安全距离；长方形空间，长为2h，宽为2k以空间的某一角为坐标原点(0,0)，(h,k)点为房间的中心点；

xⁿ+yⁿ＝rⁿ

当前方出现分岔或者转弯时，需要让行走者回到空间的中心点(h,k)重新出发；上述曲线方程作为正常行进路线回到中心点的行进线路，根据不同的位置调整n值，n取值[2,5]；(x，y)为行走者坐标，x、y的绝对值都小于等于1，r为行走者到原点的距离，通过改变n值来调整行走曲率；

该曲线以行走实际点为坐标原点建立极坐标系(r，θ)，a、b就是理论点在极坐标中的位置；

该曲线用于缓和曲率变化，钝化行走调整曲率；

(6)以远端点为起点，为各分支线路进行一定路程的预处理，以降低延时；

(7)选择分岔线路后，再按照流程(1)-(6)进行处理。

实际线路快速调整响应算法流程如下：

(1)获取空间场当前位置；

(2)获取虚拟世界当前位置，定位到理论行走线路的空间场位置；

(3)计算实际位置与理论位置的偏差与方位；

(4)根据以下公式计算各项调整参数；

(5)将调整参数传送给虚拟世界；

(6)重复上述流程(1)-(5)。

本发明的系统需要通过控制接口与vr系统进行信息交互，从vr系统中得到相应的地图数据，并把控制信息传回给vr系统，以控制vr系统的用户显示。使用者进入使用空间开始使用vr系统时，本系统同时开始工作。空间规划系统通过空间定位装置，探测并规划出当前实际空间的空间场，并定位使用者在空间场的位置。线路选择算法根据从vr获取的地图生成空间场行走路线图。实际线路快速调整响应算法在使用者行进时不断的计算调整各项增益参数，对使用者的行走进行引导，尽可能贴近线路选择算法规划的行走线路。

例如，使用者在一个17(米)×17(米)的空间中使用vr系统，起始点为空间正中位置，前方35米有90度的转弯，再向前40米有分岔路线。

1.空间规划系统通过空间定位装置，探测并规划出当前实际空间的空间场17×17，并定位使用者在空间场的位置，坐标(0，0)。

2.根据分岔点位置，线路的第一区间70米。

3.根据转折点，第一区间分为两段，第一段35米，第二段40米。

4.第一段，从(0，0)出发行走35米回到(0，0)。因为半个空间场(行走路线距边界1米)的长半轴为7.5米、短半轴为3.75米，根据椭圆周长公式得出38.56米，即半个空间已经足够行走，根据算法选择最优路线。

5.第二段，从(0，0)出发行走40米回到(0，0)。根据第一段计算结果得知，半个空间不够行走。因为椭圆周长乘以105％得40.49米，所以仍可以在半个空间内选择最优路线，通过调整行走增益参数来解决。

6.拐点是90度转角，所以不需要通过调整旋转增益来改变方向。

7.实际行走线路和预先制定的行走线路会出现一定的误差，在行走过程中，适当调整各项参数，使实际行走线路尽量接近预期线路，从而完成行走引导。