一种实现多人同步定位的系统的制作方法

本实用新型涉及一种实现多人同步定位的系统，属于空间定位
技术领域：
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背景技术：
：虚拟现实(VirtualReality，VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。现有的虚拟现实系统通常只可以观看视频，而不能和视频的内容进行互动。随着虚拟现实的发展，渐渐出现可进行人机交互的虚拟现实设备，但是这些设备只适用于单人使用，在群体交互情况下，由于数据量大，信号存在干扰等因素，无法实现多人同步定位，进而无法分别响应来自不同用户的交互指令；因此，该虚拟现实系统只能应用于一个用户，不能支持多用户同时使用，从而降低了用户体验。技术实现要素：本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种实现多人同步定位的系统。为了实现上述目的，本实用新型采用下述的技术方案：一种实现多人同步定位的系统，包括信号发送装置、多个第一定位装置、对应于每个所述第一定位装置的第二定位装置组；每个所述第一定位装置和所述第二定位装置组用于根据检测的所述信号发送装置发送的定位信号，计算出每个所述第一定位装置和所述第二定位装置组的空间位置数据；每个所述第一定位装置接收对应的所述第二定位装置组发送的空间位置数据，并将每个所述第一定位装置和对应的所述第二定位装置组的空间位置数据发送给对应的终端。其中较优地，所述第二定位装置组包括至少一个用于定位道具或者使用者身体某一部位的第二定位装置。其中较优地，每个所述第一定位装置安装于对应的头戴式显示装置上，所述头戴式显示装置为一体式头戴式显示装置或移动式头戴式显示装置。其中较优地，每个所述第一定位装置和所述第二定位装置均包括信号接收单元、数据处理单元及无线通信单元，所述信号接收单元与所述数据处理单元连接，所述数据处理单元与所述无线通信单元连接。其中较优地，每个所述第一定位装置基于多个相互间隔的无线通信频点接收对应的所述第二定位装置发送的空间位置数据，所述无线通信频点预先设置。其中较优地，每个所述第一定位装置及其对应的所述第二定位装置中的无线通信单元采用相同的无线芯片和传输速率，使得各无线通信频点之间具有相同的间隔。其中较优地，采用计算装置对所述无线通信频点进行预先设置，所述计算装置为存储有无线通信频点分配规则的计算机、单片机或存储器。其中较优地，当每个第二定位装置组包括N个第二定位装置，根据如下公式计算出每个第二定位装置组的第N个第二定位装置采用的无线通信频点,xN＝x0+(C-1)*Δx*N+(N-1)Δx其中，xN表示每个第二定位装置组中，第N个第二定位装置采用的无线通信频点；x0表示初始频点；C表示第二定位装置组的编号；Δx表示各无线通信频点之间的间隔。其中较优地，当所述每个所述第二定位装置组中包括两个第二定位装置，所述两个第二定位装置分别根据如下公式得到与其对应的无线通信频点，x1＝x0+(C-1)*Δx*2x2＝x0+(C-1)*Δx*2+Δx其中，x1表示一个所述第二定位装置采用的无线通信频点；x2表示另一个所述第二定位装置采用的无线通信频点；x0表示初始频点；C表示所述第二定位装置组的编号；Δx表示各无线通信频点之间的间隔。其中较优地，所述第二定位装置组的编号小于所述实现多人同步定位的系统的可使用频点数量，所述可使用频点数量为数据传输的信道的总频点数除以无线通信频点的间隔和每个第二定位装置组中第二定位装置的个数的乘积。本实用新型所提供的实现多人同步定位的系统通过在信号发送装置的信号范围内设置多个第一定位装置，对应于每个第一定位装置的第二定位装置组，实现对多用户同步定位，使得本系统可以支持多用户同时进行头手的六自由度人机交互，从而提升了用户体验。另外，本系统还通过预先分配好每个第一定位装置和其对应的第二定位装置的无线通信频点，保证了本系统中的各第一定位装置所接收的对应的第二定位装置发送的空间位置数据之间互不干扰，从而提升了使用效果。附图说明图1为本实用新型所提供的实现多人同步定位的系统的结构示意图；图2为本实用新型一个实施例所提供的实现多人同步定位的系统的结构示意图；图3～图5为本实用新型所提供的实现多人同步定位的系统中，用户使用状态示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。如图1所示，本实用新型所提供的实现多人同步定位的系统包括信号发送装置1、多个第一定位装置2，及对应于每个第一定位装置2的第二定位装置组3，每个第一定位装置2和第二定位装置组3用于根据检测的信号发送装置1发送的定位信号，计算出每个第一定位装置2和第二定位装置组3的空间位置数据；每个第一定位装置2接收对应的第二定位装置组3发送的空间位置数据，并将每个第一定位装置2和对应的第二定位装置组3的空间位置数据发送给对应的终端。终端可以为一体式头戴式显示装置，一体式头戴式显示装置，即处理单元和显示屏等集成在一起，此时头戴式显示装置接收到的对应的第一定位装置2发送的第一定位装置2和第二定位装置组3对应的空间位置数据，直接通过其内置的处理单元进行处理并通过显示屏显示出来。终端还可以为智能手机。智能手机接收对应的第一定位装置2发送的第一定位装置2和第二定位装置组3对应的空间位置数据，进行数据处理后再渲染相应的图像，并发送给显示设备进行显示。显示设备可以是移动式头戴式显示装置。终端还可以是PC(个人电脑)。PC接收对应的第一定位装置2发送的第一定位装置2和第二定位装置组3对应的空间位置数据，进行数据处理后再渲染相应的图像，并发送给显示设备进行显示。显示设备可以是移动式头戴式显示装置，也可以是一体式头戴式显示装置。头戴式显示装置可以为虚拟现实(VR)头显、增强现实(AR)头显、混合显示(MR)头显等。每个第一定位装置2可内置或者外设地安装于一个头戴式显示装置上，头戴式显示装置戴在使用者的头上，可以为上述的一体式头戴式显示装置，或者移动式头戴式显示装置，第一定位装置2用于定位使用者头部的位置；即多个第一定位装置2分别对应安装于多个头戴式显示装置上，从而完成同时定位多个使用者头部的位置。如图2所示，每个第二定位装置组3包括至少一个第二定位装置31，例如可以包括两个第二定位装置31，其中一个第二定位装置31可以用于定位使用者左手拿着的手柄(如图2所示的手柄31)等道具(还例如玩具枪、乒乓球拍等)的位置，该第二定位装置还可以用于定位位于使用者身体一侧某一部位(如左手、左腿、左脚、左肩等)的位置；另一个第二定位装置31可以用于定位使用者右手拿着的手柄(如图3所示的手柄31)或道具(例如玩具枪、乒乓球拍等)的位置，该第二定位装置31还可以用于定位位于使用者身体另一侧某一部位(如右手、右腿、右脚、右肩等)的位置。具体地说，每个第一定位装置2和第二定位装置31均包括信号接收单元、数据处理单元及无线通信单元，信号接收单元与数据处理单元连接，数据处理单元可以包括信号放大单元和模数转换单元，数据处理单元与无线通信单元连接；信号接收单元用于检测信号发送装置发送的定位信号；如果信号接收单元获取的定位信号为虚弱的模拟信号，则需要通过数据处理单元的信号放大单元进行放大，并通过数据处理单元的模数转换单元将该经过放大的模拟信号转换成数字信号后，再计算出对应的第一定位装置2或第二定位装置31的空间位置数据。每个第二定位装置31通过数据处理单元控制无线通信单元实现与对应的第一定位装置2之间的无线数据传输，即实现通过无线方式将每个第二定位装置31的空间位置数据传输给对应的第一定位装置2，以实现通过每个第一定位装置2将自身的空间位置数据和对应的第二定位装置31的空间位置数据传输给终端。需要强调的是，每个第一定位装置2中的无线通信单元的数量可以是一个或多个，当无线通信单元的数量为一个时，该无线通信单元用于分别与其对应的第二定位装置31进行数据传输。当无线通信单元的数量为多个时，每个无线通信单元用于分别与其对应的第二定位装置31进行数据传输。信号发送装置1可以是基站，但不仅局限于此。信号放大单元可以采用具有信号放大功能的芯片，如可以采用型号为LM324或LM393的信号放大芯片；模数转换单元可以采用具有模数转换功能的芯片，如可以采用型号为ADC0832或ADS7822的模数转换芯片；数据处理单元可以采用中央处理器，但不仅局限于此。无线通信单元可以采用具有无线通信功能的芯片，如可以采用型号为NRF24L01或A7130的无线芯片。下面详细说明每个第一定位装置2和第二定位装置31如何计算出其空间位置数据。信号发送装置发送定位信号，该定位信号可以为同步信号+四个激光平面信号，利用空间交会原理，计算得到第一定位装置2和第二定位装置31的空间位置数据；该定位信号可以为同步信号+激光平面信号+超声信号，利用极坐标原理，计算得到第一定位装置2和第二定位装置31的空间位置数据；该定位信号可以为同步信号+两个激光平面信号，利用PNP原理，计算得到第一定位装置2和第二定位装置31的空间位置数据。下面以定位信号可以为同步信号+激光平面信号+超声信号为例，进行详细的定位计算描述。具体地说，信号发送装置会向每个第一定位装置2和第二定位装置31的信号接收单元同时发送同步信号、超声波信号和激光平面信号，同步信号和超声波信号、激光平面信号可以同时发送，或者相隔一个固定的时间间隔发送。同步信号可以为光信号或者无线电信号，并且每个信号接收单元先收到同步信号后收到超声波信号和激光平面信号；其中，信号接收单元接收到信号发送装置发送的同步信号，用于同步基准时刻；具体地说，可以通过信号接收单元检测信号发送装置发送的同步信号、超声波信号和激光平面信号，且信号接收单元根据检测到的信号发送装置发送的同步信号的时间，推算得到超声波信号的发射时刻，以及激光平面信号的参考时刻。信号接收单元获取的超声波信号的发射时刻和接收时刻，通过信号放大单元进行信号放大，并通过模数转换单元将该经过放大的模拟信号转换成数字信号后，传输给数据处理单元，数据处理单元根据超声波信号的发射时刻和接收时刻，计算对应的第一定位装置2或第二定位装置31到信号发送装置的距离。并且，数据处理单元可根据如下公式计算对应的第一定位装置2或第二定位装置31到信号发送装置的距离。L1＝(I1-H1)×Vd(1)其中,L1表示对应的第一定位装置2或第二定位装置31到信号发送装置的距离，H1表示超声波信号的发送时刻,I1表示超声波信号的接收时刻,Vd表示超声波在空气中传播速度((例如，在15℃的空气中其传播速度为340m/s)。信号接收单元获取的激光平面信号的参考时刻和接收时刻，通过信号放大单元进行信号放大，并通过模数转换单元将该经过放大的模拟信号转换成数字信号后，传输给数据处理单元，数据处理单元根据激光平面信号的参考时刻和接收时刻，计算激光平面信号的旋转角度；同样，信号接收单元获取的激光平面信号包括第一激光平面信号和第二激光平面信号。在一个可选实施方式中，第一激光平面信号是信号发送装置绕着第一旋转轴旋转发送的激光平面信号，第二激光平面信号是信号发送装置绕着第二旋转轴旋转发送的激光平面信号；例如，可以采用第一激光电机驱动信号发送装置绕着第一旋转轴旋转发送第一激光平面信号，采用第二激光电机驱动信号发送装置绕着第二旋转轴旋转发送第二激光平面信号；较佳地，第一旋转轴与第二旋转轴相互垂直。信号接收单元根据接收的同步信号和激光平面信号的时间，分别获取第一激光平面信号和第二激光平面信号的参考时刻和接收时刻，获取的第一激光平面信号和第二激光平面信号的参考时刻和接收时刻依次经过信号放大、模数转换处理后，传输给数据处理单元，数据处理单元根据如下公式分别计算第一激光平面信号的第一旋转角度和第二激光平面信号的第二旋转角度。a1＝(K1-J1)×Wa(2)b1＝(T1-S1)×Wb(3)其中，a1表示第一激光平面信号的第一旋转角度，K1表示第一激光平面信号的接收时刻,J1表示第一激光平面信号的参考时刻,Wa表示第一激光电机的角速度；b1表示初始周期第二激光平面信号的第二旋转角度，T1表示第二激光平面信号的接收时刻,S1表示第二激光平面信号的参考时刻；Wb表示第二激光电机的角速度。其中，每个激光电机的角速度依激光平面信号的扫描频率而定，例如激光平面信号的扫描频率为60HZ，每个周期约为16.666s,那么每个激光电机的角速度为21600°/s。具体来说，第一旋转角度为数据接收单元检测到的第一激光平面信号相对于第一旋转轴和第二旋转轴所确定平面的角度，第二旋转角度为信号接收单元检测到的第二激光平面信号相对于第一旋转轴和第二旋转轴所确定平面的角度。第一激光平面信号和第二激光平面信号的参考时刻设置为第一、第二激光平面分别旋转到第一旋转轴和第二旋转轴所确定的平面的时刻。参考时刻根据信号接收单元接收到同步信号的时刻推算得出。进一步的，数据处理单元根据计算的对应的第一定位装置2或第二定位装置31到信号发送装置的距离及激光平面信号的旋转角度，和如下公式，计算对应的第一定位装置2或第二定位装置31相对于信号发送装置的三维坐标(X、Y、Z)：Xn＝Zn×tan(an)(5)Yn＝Zn×tan(bn)(6)其中，(Xn，Yn，Zn)表示信号第n周期对应的第一定位装置2或第二定位装置31的三维坐标，n为正整数；an表示第n周期获取的第一激光平面信号的第一旋转角度；bn表示第n周期信号获取的第二激光平面信号的第二旋转角度；Ln表示第n周期信号接收装置到信号发送装置的距离。第二定位装置31根据上述计算方式得到其空间位置数据后，通过无线方式将空间位置数据发送给对应的第一定位装置2。为了保证本系统中的各第一定位装置2所接收的对应的第二定位装置31发送的空间位置数据之间互不干扰，需要设置各第一定位装置2采用不同的无线通信频点接收对应的第二定位装置31发送的空间位置数据。并且，可以在运行本系统之前，预先分配好每个第一定位装置2和其对应的第二定位装置31对应的无线通信频点，通过每个第一定位装置2基于多个相互间隔的无线通信频点接收对应的第二定位装置31发送的空间位置数据，并将每个第一定位装置2和第二定位装置31对应的空间位置数据发送给终端，进行图像渲染，以使得头戴式显示装置进行虚拟场景呈现。具体地说，由于每个第一定位装置2及其对应的第二定位装置31采用相同型号的无线通信芯片，并采用相同的传输速率，所以本系统所采用的各无线通信频点之间具有相同的间隔，因此，可以根据所选用的无线通信芯片的传输速率，得到本系统所采用的各无线通信频点之间的间隔，从而计算出本系统的可使用频点数量和可使用频点范围，以保证每个第一定位装置和其对应的第二定位装置31所采用的无线通信频点不会超过可使用频点范围。例如：无线芯片NRF24L01有1M和2M的速率可选，如果选用1M的速率，那么频点间隔就是1M，如果选用2M的速率，那么频点间隔就是2M。其中，各无线通信频点之间的间隔为无线通信芯片的固有性质，如无线通信芯片的数据传输速率越大，各无线通信频点之间的间隔越大，不再赘述。由于第一定位装置2所采用的无线通信频点包括对应的第二定位装置31的无线通信频点，以使得第一定位装置2与对应的第二定位装置31之间能完成数据传输。当每个第二定位装置组3包括N个第二定位装置31，可以根据如下公式计算出每个第二定位装置组3的N个第二定位装置31采用的无线通信频点,xN＝x0+(C-1)*Δx*N+(N-1)Δx(7)其中，xN表示每个第二定位装置组3中，其中第N个第二定位装置31采用的无线通信频点；x0表示初始频点，一般初始频点是1；C表示第二定位装置组3的编号；Δx表示各无线通信频点之间的间隔(频率差)。例如，当每个第二定位装置组3对应于两个第二定位装置31，两个第二定位装置31分别用于定位使用者身体两侧某一部位的位置；因此，可以分别根据如下公式计算出每个第二定位装置组3的两个第二定位装置31采用的无线通信频点。x1＝x0+(C-1)*Δx*2x2＝x0+(C-1)*Δx*2+Δx关于第二定位装置组3的编号指的是，将各第一定位装置2和其所对应的第二定位装置组3合在一起作为一个整体，按顺序进行编号。并且，为了保证每个第二定位装置组3均能采用对应的无线通信频点，需要保证编号应满足以下关系，C＜f÷Δx+N(8)其中，f表示用于数据传输的信道的总频点数；Δx表示各无线通信频点之间的间隔,N表示每个第二定位装置组3中第二定位装置31的个数。即满足编号C小于本系统的可使用频点数量，以保证每个第一定位装置2和其对应的第二定位装置31所采用的无线通信频点不会超过可使用频点范围。例如目前2.4g信道是从2.4ghz到2.483ghz，则f为82，为了保证干扰比较小，设置频点间隔为2M，每个第二定位装置组3中包括2个第二定位装置31，则编号C小于20。根据公式(7)和公式(8)得到每个第二定位装置组3的N个第二定位定位装置31采用的无线通信频点，即可得到第二装置组3对应的第一定位装置2所采用的无线通信频点。在本实用新型的一个实施例中，如图2～图5所示，假设采用本系统分别需要对十五个、五个用户同步定位，其中，每个用户对应于一个头戴式显示装置，每个头戴式显示装置上安装一个第一定位装置2，而每个第一定位装置需要与两个第二定位装置31(左手柄和右手柄)完成无线通信，从而实现将该第一定位装置2及其对应的两个手柄的空间定位数据传输给终端进行处理。本系统采用的无线通信单元的间隔为2M；因此，需要对每个安装于头戴式显示装置上的第一定位装置，及第一定位装置对应的左手柄和右手柄预先分配无线通信频点。具体地说，为了方便对每个安装于头戴式显示装置上的第一定位装置，及第一定位装置对应的左手柄和右手柄预先分配无线通信频点，可以采用计算装置完成对第一定位装置，及第一定位装置对应的左手柄和右手柄预先分配或修改无线通信频点。由于目前用于数据传输的信道是从2.4ghz到2.483ghz，并且每个信道需要间隔2M才能保证干扰比较小，因此，除去无线同步信号的频道，一共有20个频点可以供本系统使用。那么，可以将每个第一定位装置2和第二定位装置组3通过USB数据线与计算装置连接，通过计算装置，并根据预先设置的无线通信频点分配规则预先分配或修改无线通信频点。例如可以根据下述表1和表2完成对第一定位装置，及第一定位装置对应的左手柄和右手柄预先分配或修改无线通信频点。第一定位装置编号从1到20(十六进制)0x010x01-0x14表1左手柄/右手柄编号从1到20(十六进制)0x02/0x030x01-0x14表2其中，0x01/0x02/0x03分别表示是第一定位装置/左手柄/右手柄,即对哪个设备分配或修改频点；0x01-0x14表示第二定位装置组编号，输入编号后，计算装置会根据这个编号及公式(7)和(8)来修改频点。计算装置可以为存储有无线通信频点分配规则的计算机、单片机，或可以为储存有无线通信频点分配规则的任意存储器。本实用新型所提供的实现多人同步定位的系统通过在信号发送装置的信号范围内设置多个第一定位装置，对应于每个第一定位装置的第二定位装置组，实现对多用户同步定位，使得本系统可以支持多用户同时进行头手的六自由度人机交互，从而提升了用户体验。另外，本系统还通过预先分配好每个第一定位装置和其对应的第二定位装置的无线通信频点，保证了本系统中的各第一定位装置所接收的对应的第二定位装置发送的空间位置数据之间互不干扰，从而提升了使用效果。需要指出的是，本系统主要用于满足对多用户同步定位，提升用户体验。在使用该实现多人同步定位的系统时，需要保证多个用户位于信号发送装置(如基站)的信号范围内，并且，多用户以交错方式站立或者坐卧，以不相互遮挡为优。以上对本实用新型所提供的实现多人同步定位的系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本实用新型专利权的保护范围。当前第1页1 2 3