虚拟现实中重定向行走的方法与流程

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种虚拟现实中重定向行走的方法。

背景技术：

虚拟现实:虚拟现实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。

传统的虚拟现实设备把现实世界与虚拟世界一比一映射，导致人们不能很自然的游览大于实际世界尺寸的场景。虽然可以通过鼠标，手柄等外设帮助人们在虚拟世界行走，但这样用户的沉浸感就是大打折扣，在虚拟现实的应用中是难于接受的。

目前技术虚拟现实有三种体验方式:

1、完全无法行走的固定座椅方式

在这种方式中体验者只能环视四周，而不能靠近感兴趣的虚拟对象进行观察或交互，如果需要切换场地，需要手柄等外设进行移动角色的操作，这种体验完全失去了虚拟现实的沉浸感，体验者始终明白自己是在操纵一部计算机，与普通电子游戏几乎没有差别。

2、可以原地滑步的跑步机方式

在这种方式中体验者需要站在一种类似跑步机的设备上，体验者通过脚部的运动动作触发传感器，驱动虚拟世界的角色运动。这种方式在沉浸感上有一定的改善，但由于身体没有真是的运动，沉浸感也是大打折扣的。

3、可以在小空间1:1行走的方式

这种方式体验者在大约12平米的空间内行走，由于身体在真实的运动，沉浸感大大提升，但由于真实世界与虚拟世界的空间是1:1映射，所以虚拟空间也被限制在狭小空间内，导致体验者无法畅游宏大的虚拟世界。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种虚拟现实中重定向行走的方法，以实现扩大用户的虚拟世界的活动空间。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种虚拟现实中重定向行走的方法，包括：

通过位置传感器获取用户在实际活动场地中的实际位置坐标；

获取用户在虚拟场景中的当前位置信息和预测位置信息；

根据预先存储的实际活动场地的尺寸信息，所述实际位置坐标以及所述虚拟场景中的当前位置信息和预测位置信息，采用重定向行走算法计算出所述用户在实际活动场地中的下一步的位置坐标；

根据所述下一步的位置坐标指导所述用户在实际活动场地中进行重定向行走。

进一步地，所述通过位置传感器获取用户在实际活动场地中的实际位置坐标，包括：

将位置传感器安装在用户的身体部位上，所述位置传感器通过定位系统获取用户在实际活动场地中的实际位置坐标，将所述实际位置坐标传输给重定向行走服务器。

进一步地，所述的获取用户在虚拟场景中的当前位置信息和预测位置信息，包括：

重定向行走服务器通过有线连接或者无线连接与虚拟现实系统中的服务器连接，接收虚拟现实系统中的服务器传输过来的用户在虚拟现实系统中的虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息，该预测位置信息包括虚拟场景中的旋转角度和行进距离。

进一步地，所述的根据预先存储的实际活动场地的尺寸信息，所述实际位置坐标以及所述虚拟场景中的当前位置信息和预测位置信息，采用重定向行走算法计算出所述用户在实际活动场地中的下一步的位置坐标，包括：

所述重定向行走服务器根据预先存储的实际活动场地的尺寸信息，实际活动场地中的当前实际位置坐标以及用户在虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息，采用重定向行走算法进行动态坐标映射计算，该动态坐标映射计算依据一定的比率缩放虚拟场景中的旋转角度和行进距离，得到用户在实际活动场地中的下一步的位置坐标，该下一步的位置坐标包括实际活动场地中的旋转角度和行进距离。

进一步地，所述的根据所述下一步的位置坐标指导所述用户在实际活动场地中进行重定向行走，包括：

所述重定向行走服务器根据所述实际位置坐标和所述下一步的位置坐标计算出所述用户在实际活动场地中的行进路径和旋转角度，根据所述行进路径、旋转角度和实际活动场地所剩前进的空间，实时渲染出指导用户进行下一步行走的场景，并在头戴显示器中显示该场景，该场景包括指导用户继续向前行走的场景或者指导用户转弯行走的场景，从而指导所述用户进行重定向行走。

进一步地，所述的方法还包括：

虚拟现实系统中的服务器将用户在虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息传输给虚拟现实系统中的渲染器，该渲染器根据位置调整的角度和幅度信息实时渲染画面，将最新的虚拟场景画面传输给用户的头戴显示器进行显示，用户通过透镜在头戴显示器上看到移动后的虚拟场景。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过采用重定向行走算法实现虚拟世界路径与真实世界路径之间的映射，可以根据虚拟场景获取用户在实际活动场地中的行走路径信息，可以引导用户在虚拟世界中自由行走又不会超出现实世界的边界，现实空间的尺寸不会限制用户在虚拟空间行走的范围，从而扩大了虚拟世界的活动空间，在合理成本范围内实现了有限实际空间到虚拟无限空间的映射。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种虚拟现实中重定向行走的各个部件的分布位置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种虚拟现实中重定向行走的方法的实现原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种虚拟现实中重定向行走的方法的处理流程图；

图4为本发明实施例提供的虚拟现实中重定向行走的方法的实际效果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

近来也出现了基于室内空间定位的虚拟现实，可以满足人们在虚拟世界自由行走，但是现实问题是虚拟世界往往场景比较宏大，人们感觉到自己在一个广场、森林中，甚至感觉自己在一个陌生城市，陌生星球中，如果给出一个跟虚拟世界相同大小的场地供人们游览，不但成本昂贵，甚至往往不可能提供。

重定向行走：重定向行走是虚拟现实中，利用微小的视觉提示诱导人们相信自己正在游览一个巨大的区域，而实际上他一直在一个相对狭小的空间里行走。

为了解决现实空间的尺寸限制了用户在虚拟空间行走的范围的问题，本发明实施例提供的一种虚拟现实中重定向行走的各个部件的分布位置示意图如图1所示，其中包含三个主要部件：头戴显示器，背包电脑，位置传感器。

头戴显示器是虚拟现实的重要组成部分，佩戴在用户头上，包括：面向人眼显示图像的显示屏、位于所述显示屏和人眼之间的透镜，图像处理单元及惯性传感器。

背包电脑作为重定向行走服务器，是虚拟现实重定向行走的中心运算单元，可以放置在用户后背上，和头戴显示器、位置传感器电路连接，是路径预测，坐标换算及图像渲染等算法的运算单元。在实际应用中，重定向行走服务器(背包电脑)也可以设置在其它位置。

位置传感器是虚拟现实重定向行走必要组成部分，是重定向算法的输入单元，正是由位置传感器获取了用户在现实世界的实际的位置，重定向行走算法才可以根据虚拟世界地图的需求生成虚拟坐标。位置传感器可以设置在用户的脚步、身体上等位置。

本发明实施例提供的一种虚拟现实中重定向行走的方法的实现原理示意图如图2所示，具体处理流程如图3所示，包括如下的处理步骤：

步骤S310、位置传感器获取了用户在现实世界的实际位置。

位置传感器可以安装在用户的脚步、头顶或者背包等身体部位上，位置传感器通过定位系统来获取用户在实际活动场地中的当前位置坐标。上述定位系统的工作原理包括：在室内建筑的至少一个平面上，铺设多个所述电磁耦合器件，其中，每个所述电磁耦合器件记录当前地理位置信息。由人体携带的位置传感器检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据。然后，位置传感器在经过所述电磁耦合器件时，读取所述电磁耦合器件中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息。再根据所述方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给重定向行走服务器。

步骤S320、重定向行走服务器获取用户在虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息。

重定向行走服务器(背包电脑)通过有线连接或者无线连接与虚拟现实系统中的服务器连接，接收虚拟现实系统中的服务器传输过来的用户在虚拟现实系统中的虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息，该预测位置信息包括虚拟场景中的旋转角度和行进距离。

步骤S330、根据预先存储的实际活动场地的尺寸信息，所述实际位置坐标以及所述虚拟场景中的当前位置信息和预测位置信息，采用重定向行走算法计算出所述用户在实际活动场地中的下一步的位置坐标。

重定向行走服务器(背包电脑)根据预先存储的实际活动场地的尺寸信息，实际活动场地中的当前实际位置坐标以及用户在虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息，采用重定向行走算法进行动态坐标映射计算，计算出用户在实际活动场地中的下一步的位置坐标，该下一步的位置坐标包括实际活动场地中的旋转角度和行进距离。

上述重定向行走算法需要在用户行走过程中动态插入距离和角度的微小变换，从而引导用户在虚拟世界中自由行走又不会超出现实世界的边界。上述动态坐标映射计算依据一定的比率缩放虚拟场景中的旋转角度和行进距离，转换为实际活动场地中的旋转角度和行进距离。研究发现，如下的比例是不容易引起用户的不适的：旋转的角速度减缓20％或增加50％；行进的速度减缓14％或加快25％。

上述动态坐标映射计算应该根据实际场地的尺寸和形状进行一定的适配，具体过程分为两种情况：

一是当用户正在直线行进，算法假设这位用户将继续按照这个方向和速度前进，此时加在虚拟行进速度上的比率，是保证用户在碰到实际的障碍物之前先出现一个或一个以上的虚拟障碍物。

二是当用户在虚拟世界中进行拐弯运动时，算法假设用户会按照一定的半径走圆弧线，所以根据前方可用的空间找出一个最大的实际空间半径进行映射，这样可以减少角度的修正，减缓用户感觉到视角的偏转。

步骤S340、根据所述下一步的位置坐标指导所述用户在实际活动场地中进行重定向行走。

上述重定向行走算法实现虚拟世界路径与真实世界路径之间的映射，比如提前计算并保存特定的虚拟场景与实际活动场地中的行走方法的映射关系，根据每个虚拟场景更新一个映射关系，虽然比较费力，但也是可以实现重定向行走的。

重定向行走服务器(背包电脑)根据所述实际位置坐标和所述下一步的位置坐标计算出所述用户在实际活动场地中的行进路径和旋转角度，采用视觉引导，在用户没有明确察觉的情况下，在用户的实际活动场地中的行进路径和旋转角度上动态加入偏差，该偏差的基本引导策略是尽量把用户引导到最宽阔的空间，比如回到场地中间。

背包电脑根据用户在实际活动场地中的下一步的位置坐标计算出所述用户在实际活动场地中的行进路径和旋转角度，根据所述行进路径、旋转角度和实际活动场地所剩前进的空间，实时渲染出指导用户进行下一步行走的场景，并在头戴显示器中显示该场景。该场景可以包括指导用户继续向前行走的场景，比如前方出现直线路线；上述场景还可以为指导用户转弯行走的场景，比如，前方出现墙体，悬崖等障碍物，同时出现转弯的弯路，用户的头戴显示器中看到这些物体心理学上会自动躲避这些危险物体，而寻找一条安全的道路。从而实现指导用户进行重定向行走。

同时，虚拟画面中也提供了修改了行进路径后的道路供用户行走，这些道路的虚拟弯曲程度和用户实际拐弯程度有一定的偏差，但这个偏差需要控制在用户不易察觉的范围内。。

步骤S350、渲染器根据位置调整的角度和幅度等信息实时渲染画面，将最新的虚拟场景画面传输给用户的头戴显示器进行显示。

虚拟现实系统中的服务器将用户在虚拟场景中的当前位置信息和下一步的预测位置信息传输给虚拟现实系统中的渲染器，该渲染器根据位置调整的角度和幅度等信息实时渲染画面，将最新的虚拟场景画面传输给用户的头戴显示器进行显示，用户通过透镜在头戴显示器上可以看到移动后的虚拟场景。

本发明的实际效果如图4所示，用户在虚拟世界中走过的场景往往比现实世界的大，在一些特殊情况下，可以实现虚拟世界无穷远的行走，比如在半径大于20的现实世界圆弧上行走，映射为虚拟空间的无穷直线行走。

利用微小的视觉提示诱导人们相信自己一直在往前走，尽管实际中他可能是按照某种弧线或者圆圈中行走，从而扩大了虚拟世界的活动空间，在合理成本范围内实现了有限实际空间到虚拟无限空间的映射。

综上所述，本发明实施例通过采用重定向行走算法实现虚拟世界路径与真实世界路径之间的映射，可以根据虚拟场景获取用户在实际活动场地中的行走路径信息，可以引导用户在虚拟世界中自由行走又不会超出现实世界的边界，现实空间的尺寸不会限制用户在虚拟空间行走的范围，从而扩大了虚拟世界的活动空间，在合理成本范围内实现了有限实际空间到虚拟无限空间的映射。

本发明实施例的方法的实现成本相对较低，虚拟空间可以无限扩展，用户可以体验非常宏大的虚拟现实空间

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。