一种VR一体机中手柄的定位方法和装置与流程

本发明涉及虚拟现实vr技术领域，特别是涉及一种vr一体机中手柄的定位方法和装置。

背景技术：

虚拟现实(virtualreality)，简称vr技术，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界影像传回产生临场感。随着vr技术的发展，vr行业在全球范围内引起了广泛关注和迅猛发展，vr设备也应运而生。

vr一体机是近年来诞生的一种vr设备，它是具备独立处理器的头戴式显示设备，具备独立运算、输入和输出的功能。vr一体机包括头盔和手柄两部分，相较于传统的头戴式设备和移动式设备，vr一体机不仅更加轻便，而且便携性更强。当用户在使用vr一体机过程中，当用户发生位置移动时，vr一体机可以及时对位置做出感应，从而能更好地为用户提供沉浸感，用户产生的眩晕感也会大幅降低，产生的虚拟世界可以跟用户的身体产生一致的移动性。

现有技术中，通常采用对vr一体机中的手柄进行定位来对vr一体机进行定位。例如，可以采用outside-in空间定位方式。具体地，需要在用户前面或四周摆放定位装置，通过定位装置采集手柄的位置信息。上述基于outside-in空间定位的方法，需要通过外部定位装置，采集手柄的定位信息。当用户使用vr一体机进行位置移动时，每次都需要对定位装置进行重新摆放和校正，是十分费时费力的。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法和装置，以实现避免用户每次使用vr一体机进行位置移动时，都需要对定位装置进行重新摆放和校正，降低了人员工作量。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法，应用于vr一体机，所述方法包括：

采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息；

根据所述位置信息，计算所述手柄与头盔之间的位置关系；

采集所述头盔在当前场景中的第一位置姿态信息；

根据所述位置关系和所述第一位置姿态信息，计算所述手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

可选的，所述采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息，包括：

通过设置于所述头盔前方的第一类摄像头，采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息。

可选的，所述根据所述位置信息，计算所述手柄与头盔之间的位置关系，包括：

采用手柄定位算法，对所述位置信息进行处理，得到所述手柄与头盔之间的位置关系。

可选的，所述采集所述头盔在当前场景中的第一位置姿态信息，包括：

通过内置于所述头盔后方的第二类摄像头和九轴传感器，采集所述头盔在当前场景中的第一位置姿态信息。

可选的，所述根据所述位置关系和所述第一位置姿态信息，计算所述手柄在当前场景中的第二位置姿态信息，包括：

采用数据融合算法和坐标转换，对所述位置关系和所述第一位置姿态信息进行处理，得到所述手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

本发明实施例还提供了一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位装置，所述装置包括：

第一采集模块，用于采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息；

第一计算模块，用于根据所述位置信息，计算所述手柄与头盔之间的位置关系；

第二采集模块，用于采集所述头盔在当前场景中的第一位置姿态信息；

第二计算模块，用于根据所述位置关系和所述第一位置姿态信息，计算所述手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

可选的，所述第一采集模块，具体用于通过设置于所述头盔前方的第一类摄像头，采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息。

可选的，所述第一计算模块，具体用于采用手柄定位算法，对所述位置信息进行处理，得到所述手柄与头盔之间的位置关系。

可选的，所述第二采集模块，具体用于通过内置于所述头盔后方的第二类摄像头和九轴传感器，采集所述第一位置姿态信息。

可选的，所述第二计算模块，具体用于采用数据融合算法和坐标转换，对所述位置关系和所述第一位置姿态信息进行处理，得到所述手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

本发明实施例提供的一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法和装置，可以通过采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息和头盔的位置姿态信息，得到手柄在当前场景下的位置姿态信息，在用户使用vr一体机进行位置移动时，始终能够采集到手柄中的特征点的位置信息和头盔的位置信息，并对应得到手柄的位置姿态信息，不再依赖于外部定位装置，可以实现避免用户每次使用vr一体机进行位置移动时，都需要对定位装置进行重新摆放和校正的问题，降低了人员工作量。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的虚拟现实vr一体机中手柄的定位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法及装置，应用于vr一体机，以下分别进行详细描述。

本发明实施例提供了一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法，图1为该方法的流程图，包括如下步骤：

步骤101，采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息；

本发明实施例可以应用于vr一体机。具体地，可以应用于采用内置摄像头的vr一体机，通过内置摄像头采集预先设置在手柄中的特征点，处理器根据特征点的位置信息确定手柄与头盔的位置关系，通过内置摄像头采集头盔的位置姿态信息，根据手柄与头盔的位置关系和头盔的位置姿态信息，确定手柄的位置姿态信息。

在本发明实施例中，用户可以预先在vr一体机的手柄中，设置多个特征点。这些特征点的位置是固定的，特征点可以采用三色led灯或者红外灯。随着三色led灯或者红外灯的闪烁，特征点的位置是可以被观察到的。在手柄转动时，通过摄像头捕捉三色led灯或者红外灯的闪烁时，至少需要捕捉四个特征点，因为只有当采集到四个特征点的位置信息时，处理器才可以拟合出手柄的三维空间模型，从而得到手柄的空间位置信息。

本发明实施例中提供的一种具体的采集特征点的位置信息的方法可以为，通过设置于头盔前方的第一类摄像头，采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息。将第一类摄像头设置于vr一体机的头盔中，第一类摄像头可为鱼眼摄像头，并且采用两颗鱼眼摄像头，分别置于头盔前方的两个不同位置。通过鱼眼摄像头采集的图像，可以覆盖约250度乘以150度内的范围，具有广阔的视角。采用两颗鱼眼摄像头可以从不同角度采集图像，保证了图像的实时准确性。

当代表特征点的三色led灯或者红外灯闪烁时，处理器通过控制摄像头的快门频率，可以确定捕捉到的led灯或者红外灯在手柄中的位置信息。以led灯为例，每个预先设置在手柄中的led灯都有确定的id号码，处理器通过控制摄像头的快门频率与每一个led灯的闪烁，可以控制图片上每个led灯所成图像的大小规律。利用一组连续的多帧图像中每一个点在这组多帧图像中的大小变化规律，确定led灯所对应的id号码，再根据该id号码得到该led灯在手柄上的位置信息。

步骤102，根据位置信息，计算手柄与头盔之间的位置关系；

当设置于头盔前方的鱼眼摄像头采集到特征点的位置信息时，处理器根据采集到的特征点的位置信息，可以得到手柄与头盔的位置关系。在手柄转动时，当摄像头采集到四个不共面的特征点的位置信息时，根据三个特征点可以确定出一个平面，再根据另一特征点可以确定出手柄所在的位置。处理器通过拟合出手柄的三维空间模型，得到手柄的空间位置坐标。以摄像头所在的头盔为参照系，手柄与头盔之间的位置关系，即为手柄的空间位置坐标。

本步骤中，可以采用手柄定位算法，计算手柄与头盔之间的位置关系。当摄像头获得图像后，处理器先采用视觉算法过滤出有效的信息，比如led灯或者红外灯的光信号，从而获得led灯或者红外灯的位置；再运行手柄定位算法，处理器将采集到的led灯或者红外灯在手柄上的位置信息进行计算处理。利用两颗鱼眼摄像头拍摄到的图片，计算某一点的空间三维坐标，理论原理为：对于三维空间中的任意一点，只要这一点可以被两颗摄像头所拍到，则根据同一时刻两颗摄像头拍到的图像，可以确定在这一时刻，该点在三维空间里的位置信息。

步骤103，采集头盔在当前场景中的第一位置姿态信息；

在当前场景中，采集头盔的位置姿态信息，作为第一位置姿态信息。当前场景指头盔处于的真实环境。

本发明实施例提供了一种采集第一位置姿态信息的方法为，通过内置于头盔后方的第二类摄像头和九轴传感器，采集头盔在当前场景中的第一位置姿态信息。第二类摄像头为深度摄像头模组，深度摄像头模组使用即时定位与地图构建的方式，对头盔进行六个方向自由度的定位，即空间中三个方向的平动和绕着这三个方向轴的转动。

九轴传感器包括三轴陀螺仪、三轴重力传感器、和三轴地磁传感器，其中，陀螺仪可以通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间内的运动状态；重力传感器是用来检测传感器受到的加速度大小和方向的；地磁传感器可以检测到传感器的运动方向。通过深度摄像头模组得到头盔的六个方向的自由度，结合九轴传感器的检测结果，可以得到头盔在当前场景中的第一位置姿态信息。

步骤104，根据位置关系和第一位置姿态信息，计算手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

为了得到手柄在当前场景的空间位置和姿态，根据步骤102得到的位置关系和步骤103得到的第一位置姿态信息，计算手柄在当前场景中的位置姿态信息，作为第二位置姿态信息。结合步骤102和步骤103，举例说明如下：

一种具体的计算方法为，采用数据融合算法和坐标转换计算第二位置姿态信息，将步骤102中得到的手柄相对于头盔的空间位置坐标(x1，y1，z1)，头盔所在坐标系的方向向量是i1，j1，k1；步骤103中，当前场景下的坐标系的方向向量为i，j，k，采集到的头盔相对于当前场景的坐标为(x，y，z)，那么，手柄在当前场景的坐标为(x1×i1+x,y1×j1+y,z1×k1+z)。其中，

i1＝i×cosa1+j×cosb1+k×cosc1，

j1＝i×cosa2+j×cosb2+k×cosc2，

k1＝i×cosa3+j×cosb3+k×cosc3，

a1、b1、c1分别为i1与i，j，k的夹角；a2、b2、c2分别为j1与i，j，k的夹角；a3、b3、c3为k1与i，j，k的夹角。

将上述公式代入(x1×i1+x,y1×j1+y,z1×k1+z)中，即可得到手柄相对于当前场景下坐标系的坐标，即为手柄在当前场景的坐标。

本发明实施例提供的一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法，通过内置在头盔前方的摄像头采集预先设置在手柄中的特征点，根据采集到的特征点的位置信息，确定手柄相对于头盔的位置关系，通过内置于头盔后方的摄像头采集头盔在当前场景中的第一位置姿态信息，根据手柄相对于头盔的位置关系和头盔在当前场景中的第一位置姿态信息，将它们进行坐标转换，得到手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。通过内部定位装置采集手柄和头盔的位置信息，当用户使用vr一体机进行位置移动时，不再需要通过外部定位装置获取手柄的位置姿态信息，增加了实时性，节约了人力。

本发明实施例还提供了一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位装置，图2为装置的结构示意图，包括：

第一采集模块201，用于采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息；

第一计算模块202，用于根据位置信息，计算手柄与头盔之间的位置关系；

第二采集模块203，用于采集头盔在当前场景中的第一位置姿态信息；

第二计算模块204，用于根据位置关系和第一位置姿态信息，计算手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

本发明实施例提供的一种虚拟现实vr一体机中手柄的定位装置，通过第一采集模块201，采集预先设置在手柄中的特征点，根据采集到的特征点的位置信息，确定手柄相对于头盔的位置关系，通过第二采集模块203，采集头盔在当前场景中的第一位置姿态信息，根据手柄相对于头盔的位置关系和头盔在当前场景中的第一位置姿态信息，将它们进行坐标转换，得到手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。通过内部定位装置采集手柄和头盔的位置信息，当用户使用vr一体机进行位置移动时，不再需要对定位装置进行重新摆放和校正，增加了便携性，降低了人员工作量。

可选的，第一采集模块201，具体用于通过设置于头盔前方的第一类摄像头，采集预先设置在手柄中的特征点的位置信息。

可选的，第一计算模块202，具体用于采用手柄定位算法，对位置信息进行处理，得到手柄与头盔之间的位置关系。

可选的，第二采集模块203，具体用于通过内置于头盔后方的第二类摄像头和九轴传感器，采集第一位置姿态信息。

可选的，第二计算模块204，具体用于采用数据融合算法和坐标转换，对位置关系和第一位置姿态信息进行处理，得到手柄在当前场景中的第二位置姿态信息。

需要说明的是，本发明实施例的装置是应用上述虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法的装置，则上述虚拟现实vr一体机中手柄的定位方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，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，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。