三点式虚拟现实定位系统及其方法与流程

本发明涉及三点式虚拟现实定位系统和方法。

背景技术：

自虚拟现实技术肇端以来，其应用范围越来越广，但现有的vr体验方案的构建却还缺少了最重要的一环，就是廉价而灵活准确的定位方案。

这里所说的定位，就是确定参与者在场地中的绝对空间位置，并反馈到所有参与vr体验的虚拟现实场景中，进而执行群体vr活动所必需的各种活动逻辑。

以vr游戏为例，当一位玩家靠近树林的边缘时，一头隐藏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，同样也会给虚拟现实玩家的现场感带来巨大的影响，甚至成为3d晕动症的帮凶。

然而，纵观现在市面上形形色色的vr空间定位方案，却并没有哪家能够提供足够成熟稳定的技术实现，亦或者用巨大的成本以及灵活度的丧失作为代价，构建并不成功的demo作品。这样的程度恐怕还远远不能称之为解决方案，也远远无法满足众多体验馆从业者的胃口，因此，市场亟需一种成本低，定位准确的三点式虚拟现实定位方案。

技术实现要素：

鉴于上述状况，有必要提供一种成本低，定位准确的三点式虚拟现实定位技术。

一种三点式虚拟现实定位系统，其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，所述第一定位模块和所述第二定位模块与所述处理模块无线电性连接，

所述第一定位模块，用于感知使用者头部的三维姿态信息，

所述第二定位模块，用于感知使用者在水平面位置信息，

所述处理模块，用于对接收到的所述第一定位模块和所述第二定位模块的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。

所述第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息，所述第二定位模块设置在使用者活动的地面上，所述第二定位模块包括对磁体产生感应并能检测磁极的磁性传感器和特征磁体，若干所述磁性传感器成网状布置组成磁性传感网，所述特征磁体设置在使用者脚部，所述特征磁体包括左特征磁体和右特征磁体，所述左特征磁体具有特征磁性以标识使用者的左脚部及左脚部的前后位置，所述左特征磁体设置在使用者的左脚部，所述右特征磁体具有特征磁性以标识右脚部及右脚的前后位置，所述右特征磁体设置在使用者的右脚部。

所述磁性传感网中每个所述磁性传感器与任意相邻的所述磁性传感器间距相等，所述特征磁体为具有两极性的磁性物体，所述磁性传感网中每个所述磁性传感器与任意相邻的所述磁性传感器间距为1～3cm。

所述左特征磁体包括第一磁体、第二磁体和第三磁体，所述右特征磁体包括第四磁体、第五磁体和第六磁体，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体成一条直线设置在使用者的左脚部底部，所述第一磁体设置在使用者左脚部的前端部，所述第二磁体和所述第三磁体随所述第一磁体依序从前向后排列，所述第四磁体、所述第五磁体和所述第六磁体成一条直线设置在使用者的右脚部底部，所述第四磁体设置在使用者右脚部的前端部，所述第五磁体和所述第六磁体随所述第四磁体依序从前向后排列。

所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体之间任意相邻的间距相等，所述第四磁体、所述第五磁体和所述第六磁体之间相邻的间距相等。

所述第一磁体朝向下方的磁极为n极，所述第二磁体和所述第三磁体朝向下方的磁极为s极，所述第四磁体朝向下方的磁极为s极，所述第五磁体和所述第六磁体朝向下方的磁极为n极。

若干所述磁性传感器与所述处理模块电性连接。

一种三点式虚拟现实定位方法，其基于三点式虚拟现实定位系统，该方法包括如下步骤：

s1、对所述第二定位模块的若干所述磁性传感器编号；

s2、确定每个所述磁性传感器在所述磁性传感网中对应的位置坐标参数；

s3、获取使用者在水平面的位置信息；

s4、获取使用者头部的三维姿态信息；

s5、根据步骤s3和s4获取使用者的视线方向和使用者在水平面的位置。

在步骤s3前，使用者脚部先踩踏在所述磁性传感网上，所述磁性传感器感应并检测使用者脚部的所述特征磁体的磁极。

根据所述磁性传感器感应到的所述特征磁体的磁极分布状况，判断并区分出所述第一磁体、所述第二磁体、所述第三磁体、所述第四磁体、第五磁体和所述第六磁体、的分布区域和位置参数。

对根据所述磁性传感器感应并检测到的所述磁体的磁极，根据n极和s极的位置分布情况，建立如下的逻辑关系：

2个磁性为s极的磁极且位置排成一条直线，则判断此2个磁极对应所述第二磁体和所述第三磁体，与此2个s极的磁极排成一条直线的n极磁极且3个磁极之间相邻两磁极间距相等，则判断此n极磁极对应所述第一磁体，则据此判断使用者左脚部的位置及左脚部的前后方向；

2个磁性为n极的磁极且位置排成一条直线，则判断此2个磁极对应所述第五磁体和所述第六磁体，与此2个n极的磁极排成一条直线的s极磁极且3个磁极之间相邻两磁极间距相等，则判断此s极磁极对应所述第四磁体，则据此判断使用者右脚部的位置及右脚部的前后方向。

本发明三点式虚拟现实定位系统及其方法，采用磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息，采用便宜成熟的磁性传感器组网成磁性传感网，确定使用者在场地中的水平位置，具有成本低廉，准确可靠的优点。

附图说明

图1是本发明三点式虚拟现实定位系统的示意图。

图2是本发明三点式虚拟现实定位系统的结构示意图。

图3是本发明三点式虚拟现实定位系统的示意图。

其中，使用者100，第一定位模块200，第二定位模块300，左特征磁体310，右特征磁体320，第一磁体311，第二磁体312，第三磁体313，第四磁体321，第五磁体322，第六磁体323。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例一，请参见图1、图2和图3。

一种三点式虚拟现实定位系统，其包括：第一定位模块200、第二定位模块300，处理模块，第一定位模块和第二定位模块与处理模块无线电性连接，第一定位模块，用于感知使用者100头部的三维姿态信息，第二定位模块，用于感知使用者100在水平面位置信息，处理模块，用于对接收到的第一定位模块200和第二定位模块300的信息进行处理获得使用者100的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。

第一定位模块200包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息，第二定位模块300设置在使用者活动的地面上，第二定位模块300包括对磁体产生感应并能检测磁极的磁性传感器和特征磁体，若干磁性传感器成网状布置组成磁性传感网，特征磁体设置在使用者脚部。特征磁体包括左特征磁体310和右特征磁体320，左特征磁体310具有特征磁性以标识使用者的左脚部及左脚部的前后位置，左特征磁体310设置在使用者的左脚部，右特征磁体320具有特征磁性以标识右脚部及右脚的前后位置，右特征磁体320设置在使用者的右脚部。

磁性传感网中每个磁性传感器与任意相邻的磁性传感器间距相等，磁体为具有两极性的磁性物体，磁性传感网中每个磁性传感器与任意相邻的所述磁性传感器间距为1～3cm。

左特征磁体310包括第一磁体311、第二磁体312和第三磁体313，右特征磁体320包括第四磁体321、第五磁体322和第六磁体323。

第一磁体311、第二磁体312和第三磁体313成一条直线设置在使用者的左脚部底部，第一磁体311设置在使用者左脚部的前端部，第二磁体312和第三磁体313随第一磁体311依序从前向后排列，第四磁体321、第五磁体322和第六磁体323成一条直线设置在使用者的右脚部底部，第四磁体321设置在使用者右脚部的前端部，第五磁体322和第六磁体323随第四磁体321依序从前向后排列。

第一磁体311、第二磁体312和第三磁体313之间任意相邻的间距相等，即第一磁体311和第二磁体312之间的间距与二磁体312和第三磁体313之间的间距的间距相等。第四磁体321和第五磁体322之间的间距与第五磁体322和第六磁体322之间的间距相等。

第一磁体311朝向下方的磁极为n极，第二磁体312和第三磁体313朝向下方的磁极为s极，第四磁体321朝向下方的磁极为s极，第五磁体322和第六磁体323朝向下方的磁极为n极

磁性传感网中每个磁性传感器与任意相邻的磁性传感器间距相等。若干磁性传感器与处理模块电性连接。

磁性传感器成本低廉，兼作为影响磁性传感器的磁体可以是很普通的铁钴镍锰，尤其是铁，取材方便，只需在使用者脚底附着即可形成磁体，或者可以是电磁体，电磁体可以自主的设置磁极的方向，使用者在第二定位模块上即能被定位。

当前使用的在虚拟现实环境中，对使用者的空间位置定位的技术大部分为双目定位技术，其原理是，用两部相机来定位。对物体上一个特征点，用两部固定于不同位置的相机摄得物体的像，分别获得该点在两部相机像平面上的坐标。只要知道两部相机精确的相对位置，就可用几何的方法得到该特征点在固定一部相机的坐标系中的坐标，即确定了特征点的位置，但是在实际应用时，会出现测量误差。比如相机的标定误差。相机是存在畸变的，如果反畸变算法不好，那么始终会带着角度测量误差。特征点误差，以ps手柄为例，其三角光条是圆角，特征点很难取得很准确。还有像素误差，道摄像头的像素数是有限的，它所代表的角度值也会是离散的，无法准确地表示物体的投影射线，还有其它可能的误差，以上各种因素都会影响到单点求解的精度。因此双目摄像头方案只能在近距离使用(2m以内)，靠增多特征点数量来平均化测量误差，才可以达到可以接受的效果。

而通过在使用使用的场地内铺设均匀布置的磁性传感器，组成磁性传感网，对每一个磁性传感器编号取值，给其预设标定的位置参数，当该点的磁性传感器被使用者踩踏而触发时，即有处理模块根据预存的该磁性传感器位置参数，迅速给出使用者在场地的水平面位置，精确而简单。

为进一步提高精度，对使用者踩踏而触发的磁性传感器进行计算，取其被触发的距离最远的两个磁性传感器的位置参数的中点，能更精确的确定使用者在场地中的位置。

实施例二。

三点式虚拟现实定位方法，其基于三点式虚拟现实定位系统，该方法包括如下步骤：

s1、对第二定位模块的若干磁性传感器编号；

s2、确定每个磁性传感器在磁性传感网中对应的位置坐标参数；

s3、获取使用者在水平面的位置信息；

s4、获取使用者头部的三维姿态信息；

s5、根据步骤s3和s4获取使用者的视线方向和使用者在水平面的位置。

在步骤s3前，使用者脚部先踩踏在磁性传感网上，磁性传感器感应并检测使用者脚部的特征磁体的磁极。

根据磁性传感器感应到的磁体分布状况，判断并区分出第一磁体、第二磁体、第三磁体、第四磁体、第五磁体和第六磁体的分布区域和位置参数。

对根据磁性传感器感应并检测到的磁体的磁极，根据n极和s极的位置分布情况，建立如下的逻辑关系：

2个磁性为s极的磁极且位置排成一条直线，则判断此2个磁极对应第二磁体和第三磁体，与此2个s极的磁极排成一条直线的n极磁极且3个磁极之间相邻两磁极间距相等，则判断此n极磁极对应第一磁体，则据此判断使用者左脚部的位置及左脚部的前后方向；

2个磁性为n极的磁极且位置排成一条直线，则判断此2个磁极对应第五磁体和第六磁体，与此2个n极的磁极排成一条直线的s极磁极且3个磁极之间相邻两磁极间距相等，则判断此s极磁极对应第四磁体，则据此判断使用者右脚部的位置及右脚部的前后方向。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。