CN106383596B - 基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法，其包括一绝对定位装置，至少一携带装置，以及一系统服务器，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元。使用时，定位数据处理单元获取用户的第二位姿数据及第一位姿数据，并通过校正算法获取准确的位姿数据；定位数据处理单元将准确的位姿数据发送给系统服务器；图像分析处理单元获取用户自己准确的位姿数据，同时从系统服务器获取其它用户的位姿数据，并生成VR体验数据，经VR体验模块转换为VR体验信息进而呈现给用户。本发明能够满足VR系统针对多个用户在大面积长时间场景下的精确定位要求。

Description

基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法

技术领域

本发明涉及一种虚拟现实系统，特别涉及一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统及方法。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality,下文简称VR)技术是以智能计算设备为核心，结合传感技术生成逼真的虚拟环境，通过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。

VR的沉浸式体验分为两种，一种是角度定位式的沉浸体验，其只包括360°的视野旋转，可以通过自由旋转身体或者头部来观察，比如GearVR的手机盒子；另外一种是空间定位式的沉浸体验不仅可以实现360°的视野旋转还可以在场地里自由移动，譬如HTC Vive、PSVR(PlayStation VR)等。相比之下，只有空间定位式沉浸体验才能产生身临其境的感受。

虚拟现实刮起的风暴如今已经愈演愈烈，从形形色色的头盔和眼镜，到各种奇思妙想的交互设备，再到内容制作和建立体验馆的尝试。VR体验馆的构建最重要的一环，就是廉价且灵活准确的定位方案。这里所说的定位，为了要实时更新空间定位式沉浸体验所要显示的虚拟环境信息，需要使用位置跟踪设备跟踪人体的运动姿态和位置等信息，确定体验馆中的参与者在较大面积的场馆空间中的绝对空间位置，并反馈到游戏服务器上，同时所有参与游戏的玩家的数据之间还要进行互动，进而才能执行群体游戏所必需的各种游戏逻辑。

对于VR场馆的虚拟现实系统定位设备而言，应满足如下几点要求，首先，要解决虚拟现实系统最严重的技术缺陷——延时，因延时会造成视觉景观存在不连续或者失真，进而会导致视觉景观与自身实际运动不匹配，长时间使用存在这种缺陷的设备可能会使参与者产生晕动症；其次，能够在大面积的VR场馆中实现精准的定位；再者，经过较长的使用时间仍旧能够维持精确的定位；另外，能够满足多个参与者在同一空间内同时定位，并能将定位数据进行交互共享；此外，应尽可能降低系统整体的成本。

现有技术中用于实现位置跟踪的设备所采用的技术大致有如下几类：惯性定位、光学定位、Lighthouse、视觉惯性测距(Visual-inertial Odometry，简称VIO)、飞行时间测距(Time of Flight，简称TOF)。这些技术应用于VR场馆场景存在如下问题：

惯性定位通过加速度计、陀螺仪、磁力计进行位置跟踪。由于位置姿态是通过角速度计、陀螺仪配合磁力计完成测定，而磁力计极易受到周围磁性材料(如建筑建材，尤其是部分VR场馆选址在地下室)的影响，以及诸如手机等设备发射的电磁波的干扰，从而导致磁力计测定初始数据产生误差和漂移，因此，在越大面积或越长时间的使用场景下，惯性定位越容易造成定位信息更大的偏差。而偏差将导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。

光学定位设备通过透视结果计算出对象相对于采集设备的旋转和位移，能够准确的测量对象定位信息。但是，光学定位通过标记点来测定对象的位置存在局限性，因为多个标记点不可能无限组合下去，且两组标记点靠得过近的话(例如背靠背作战的两位玩家)，也很容易发生误测或者无法识别的情形。另外，过于复杂的场馆环境也会让标记点更容易被障碍物遮挡，从而发生漏测问题。此外，光学测量设备的刷新频率较低，容易造成位置信息延时，导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。

Lighthouse技术由于自身扫描周期排他性的限制，导致无法实现大面积覆盖，并且不能有过多的遮挡物导致接收不到信号，难以兼容场馆多参与者同一空间共同使用的要求。

VIO技术启动时需要附加复杂的运算设备来确认其起始位置，同时，长距离和长时间的使用，会产生累计误差导致数据漂移进而影像定位准确度，由此产生的数据偏差将导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。此外，VIO技术所采用的视觉传感器单个价格昂贵，采样数据信息量较大，造成较大的运算负载，对图像处理设备的性能要求较高。

TOF技术从发射器发射的脉冲是扇形区域，所以多个运动对象互相拥挤着在一起时，互相会有遮蔽，后方对象处在前方对象的“阴影区”中，导致探测不到，从而产生的数据偏差。而且脉冲测量不能识别不同对象，不满足场馆多参与者同一空间共同使用的要求。此外，如果是通过光脉冲进行测量，对元器件要求高，工作条件限制又比较苛刻，而且扫描频率越高，探测距离越远价格 也就越贵；如果是通过声脉、电磁脉冲冲进行测量，则容易受到周围环境的干扰，从而产生的数据偏差将导致视觉景观失真。

发明内容

有鉴于现有技术存在前述不足，本发明旨在提供一种低成本、高性能、实用性强的解决方案，能够降低位置跟踪延迟，减少用户在大面积、长时间的场景下使用时造成的眩晕，同时能够满足多个参与者在同一空间内同时定位，并能将定位数据在参与者之间进行交互共享的虚拟现实设备。

本发明提供一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，包含：

一绝对定位装置，包含有一控制器，至少一定位器，该控制器与所述定位器相连；

至少一携带装置，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元；

该定位数据处理单元与该绝对定位装置的控制器相连获取该携带装置的一第一位置姿态数据，该定位数据处理单元与该携带装置的角度定位模块相连获取该携带装置的第二位置姿态数据；

该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取该携带装置的一准确位置姿态数据；

该定位数据处理单元与该图像分析处理单元相连，并将该携带装置的该准确位置姿态数据发送给该图像分析处理单元，生成一VR体验数据，该图像分析处理单元与该VR体验模块相连，该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，并经该VR体验模块转换为一VR体验信息进行呈现。

优选的，所述基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其具有多个携带装置，且进一步包含一系统服务器，每一携带装置的定位数据处理单元分别与系统服务器相连，用于将每一携带装置的准确位置姿态数据分别发送给系统服务器，该系统服务器分别与每一携带装置的图像分析处理单元相连，每一携带装置的图像分析处理单元能够从该系统服务器获取其它携带装置的准确位置姿态数据，用于在该VR体验数据中添加其它携带装置的位置信息。

所述基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其中，所述定位器为多个，所述定位器设置在一VR场景区的顶部空间，所述定位器包含有多个广角镜头定位器和多个窄角镜头定位器，所述窄角镜头定位器放置在该VR场景区的边缘、角落、靠近障碍物等视野受限的位置，广角镜头定位器设置在该VR场景的中央等视野较为开阔的位置。

所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其中，校正算法包括如下内容：

一携带装置的定位数据处理单元通过所述定位器获取该携带装置的该第一位置姿态数据，同时通过该角度定位模块获取该携带装置的该第二位置姿态数据；

该定位数据处理单元依据该第一位置姿态数据对该初始第二位置姿态数据进行归零校正，即通过取得的该第二位置姿态数据中的一初始旋转角度与该第一位置姿态数据中的另一初始旋转角度的偏差，计算出一初始补偿值，使用该初始补偿值更新现有的补偿值；

该定位数据处理单元调取该现有的补偿值，对获取的该第二位置姿态数据进行校正，进而获取该携带装置的一准确位置姿态数据，并将经校正的该准确位置姿态数据进行输出；

此后，当获取到新的第二位置姿态数据时，判断此时所述定位器是否有新的第一位置姿态数据产生：

如果没有，调取现有的补偿值对新获取的该第二位置姿态数据进行校正，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出；

如果有新的第一位置姿态数据产生，则通过新取得的所述第二位置姿态数据中的初始旋转角度与新取得的该第一位置姿态数据中的另一初始旋转角度的偏差，计算出新的补偿值，使用该新计算的补偿值更新现有的补偿值，调取已更新的补偿值，对获取的第二位置姿态数据进行校正，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出。

本发明还提供一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩方法，其具有由至少一携带装置分别连接一绝对定位装置与一系统服务器，每一携带装置包括一角度定位模块、一定位数据处理单元、一图像分析处理单元及一VR体验模块，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过每一携带装置的定位数据处理单元获取每一携带装置的一第二位置姿态数据及一第一位置姿态数据；

步骤二：通过该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对该第二位置姿态数据进行校正，获取一准确位置姿态数据；

步骤三：通过该定位数据处理单元降低该准确位置姿态数据的刷新频率后发送给该系统服务器；

步骤四：通过每一携带装置的该图像分析处理单元获取该携带装置自己的该准确位置姿态数据，同时从该系统服务器获取降低刷新频率的其它携带装置的位置姿态数据，并生成VR体验数据；

步骤五：通过该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，该VR体验模块将该VR体验数据转换为一VR体验信息进行呈现。

通过采用上述技术方案，本发明通过采用校正算法，使用刷新频率较低但是初始旋转角度定位准确的光学追踪(定位)获取的第一位置姿态数据来校正初始旋转角度容易产生偏移误差，但是刷新频率较高的第二位置姿态数据，从而使定位数据能够具有较高的刷新频率，克服因延时会造成视觉景观存在不连续或者失真；同时使定位数据在大面积长时间使用时仍具有较高的准确性，保证VR设备的VR体验信息与用户本身的实际运动情况相匹配。同时通过运用多个角度定位模块定位与特殊的定位器阵列结构矫正定位的方式克服了过于复杂的场馆环境中发生位置信息漏测问题。由于此外，通过设置系统服务器提供不容携带设备之间位置信息的交互，且对本地携带设备的位置信息进行降低刷新频率的数据压缩处理，上传系统服务器，进而传送给其他非本地携带设备，从而在保证用户体验的情况下，尽可能减轻了系统负担。同时本发明所采用的定位器、角度定位模块易于制造，相比现有技术的其他精准定位设备具有成本较低的有点，尤其是在大面积铺设时，具有较低的造价，同时又能满足VR系统体验的要求。

附图说明

图1为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统第一实施例的示意图。

图2为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统第二实施例的示意图。

图3为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统校正算法的流程图。

图4为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩方法的流程图。

图5a为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统的VR场景区及其子区间划分示意图。

图5b为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统的VR场景区一子区间定位器阵列的一实施例的排布示意图。

图5c为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统的VR场景区一子区间定位器阵列的另一实施例的排布示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

如图1所示，为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统第一优选实施例的示意图，该虚拟现实防晕眩系统包括一绝对定位装置1，一携带装置2。该绝对定位装置1与该携带装置2相连，其连接方式包括但不限于有线连接，无线连接等方式。该携带装置2可由一VR用户携带。

该绝对定位装置1包含有一控制器11，至少一定位器12。该控制器11与每一定位器12相连，每一定位器12可为一光学追踪器，该光学追踪器能够向一VR场区发射诸如可见光、红外线等光学信号，该光学追踪器进一步包含一光学侦测装置，当该光学侦测装置接收到该VR用户反射回的光信号时，会通过光学动作捕捉算法转化为第一位置姿态数据，并将该位置姿态数据发送回该控制器11。

该携带装置2包含一角度定位模块21，一数据处理模块22，一VR体验模块23。优选的，该角度定位模块21可为一九轴定位装置，通过加速度计、陀螺仪、磁力计对该VR用户进行位置姿态跟踪，并将该VR用户的位置姿态转化为第二位置姿态数据，进一步优选的，该第二位置姿态数据可进一步通过一卡尔曼滤波器进行线性滤波，以初步滤除干扰。该数据处理模块22进一步包括一定位数据处理单元221以及一图像处理器222，该定位数据处理单元221分别与该角度定位模块21以及该控制器11相连，该定位数据处理单元221能够从该角度定位模块21处获取该VR用户(亦即该携带装置2)的第二位置姿态数据，还能够从该控制器11处获取该VR用户(亦即该携带装置2)第一位置姿态数 据，并通过一校正算法使用第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取该该VR用户(亦即该携带装置2)的准确位置姿态数据。该定位数据处理单元221与该图像分析处理单元222相连，该定位数据处理单元221将该VR用户的位置姿态数据传送给图像分析处理单元222，经该图像分析处理单元222处理分析为图像数据。该图像分析处理单元222与该VR体验模块23相连，该图像分析处理单元222将处理分析的VR体验数据传送给该VR体验模块23，并经该VR体验模块23转换为VR体验信息，包括但不限于音频信息、视频信息、体感信息等内容，并将所述VR体验信息呈现给VR体验用户。

如图2所示，为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统第二优选实施例的示意图，该虚拟现实防晕眩系统包括一绝对定位装置1’，多个携带装置2’，一系统服务器3。该绝对定位装置1’与所述每一携带装置2’相连，所述携带装置2’分别与该系统服务器3相连。其连接方式包括但不限于有线连接，无线连接等方式。所述携带装置2’可分别由多个不同的VR用户携带。本实施例以三个VR用户A、B、C分别携带3个携带装置2’A、2’B、2’C为例进行阐释，但在实际使用中携带装置2’的数量并不以此为限。

该绝对定位装置1’包含有一控制器1’1，至少一定位器1’2。该控制器1’1与每一定位器1’2相连，每一定位器1’2可为一光学追踪器，该光学追踪器能够向一VR场区发射诸如可见光、红外线等光学信号，该光学追踪器进一步包含一光学侦测装置，当该光学侦测装置接收到某一VR用户反射回的光信号时，会通过光学动作捕捉算法转化为第一位置姿态数据，并将该位置姿态数据发送回该控制器1’1。

各个携带装置2’A、2’B、2’C的内部结构基本相同，下文以2’A为例进行说明，该携带装置2’A包含一角度定位模块2’A1，一数据处理模块2’A2，一VR体验模块2’A3。该数据处理模块2’A2进一步包含一定位数据处理单元2’A21以及一图像分析处理单元2’A22。

该定位数据处理单元2’A21与该控制器1’1以及该角度定位模块2’A1相连，该定位数据处理单元2’A21能够从该控制器1’1处获取VR用户A的第一位置姿态数据(亦即其携带的携带装置2’A的第一位置姿态数据)，同时，该定位数据处理单元2’A21还能够从该角度定位模块2’A1处获取VR用户A的第二位置姿态数据(亦即其携带的携带装置2’A的第二位置姿态数据)，优选的，该角度 定位模块2’A1可为一九轴感测器，进一步优选的，该第二位置姿态数据可进一步通过一卡尔曼滤波器进行线性滤波，以初步滤除干扰。该定位数据处理单元2’A21通过一校正算法使用VR用户A的第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取VR用户A的准确位置姿态数据(亦即其携带的携带装置2’A的准确位置姿态数据)。该定位数据处理单元2’A21还与系统服务器3相连，其将生成的用户A的准确位置姿态数据降低刷新频率后，传送给系统服务器3。由于携带装置2’B、2’C具有基本相同的结构和功能，定位数据处理单元2’B21及2’C21也会将生成的降低刷新频率的用户B、C的准确位置姿态数据并传送给系统服务器3。

该图像分析处理单元2’A22与该定位数据处理单元2’A21以及该系统服务器3相连，该图像分析处理单元2’A22从定位数据处理单元2’A21获取具有较高刷新频率的用户A的准确位置姿态数据，用以产生用户A视角景观的VR体验数据，同时，该图像分析处理单元2’A22从系统服务器3获取降低刷新频率后的用户B及用户C的准确位置姿态数据，用以在用户A视角景观的VR体验数据中产生用户B及用户C的实时位置姿态。

该图像分析处理单元2’A22还与该VR体验模块2’A3相连，该图像分析处理单元2’A22将包含用户B及用户C的实时位置姿态的用户A视角景观的VR体验数据传送给该VR体验模块2’A3，并经该VR体验模块2’A3转换为VR体验信息，包括但不限于音频信息、视频信息、体感信息等内容，并将所述VR体验信息呈现给用户A。

图3为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统校正算法的流程图，系统启动后，该定位数据处理单元通过所述定位器获取用户的第一位置姿态数据，同时，通过该角度定位模块获取用户的第二位置姿态数据。该定位数据处理单元首先对系统的初始旋转角度进行归零校正，即通过取得的所述第二位置姿态数据中的初始旋转角度与所述第一位置姿态数据中的初始旋转角度的偏差，计算出初始补偿值，使用该初始补偿值更新系统中现有的补偿值。调取该更新后的补偿值，对获取的第二位置姿态数据进行校正，进而获取用户的准确位置姿态数据，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出。此后，当获取到新的第二位置姿态数据时，判断此时定位器是否有新的第一位置姿态数据产生：如果没有，调取现有的补偿值对新获取的第二位置姿态数据进行校正，并将经校正的 准确位置姿态数据进行输出；如果有新的第一位置姿态数据产生，则通过新取得的所述第二位置姿态数据中的初始旋转角度与新取得的所述第一位置姿态数据中的初始旋转角度的偏差，计算出新的补偿值，使用该新计算的补偿值更新现有的补偿值，调取已更新的现有的补偿值，对获取的第二位置姿态数据进行校正，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出。此后，重复该校正过程，实现使用第一位置姿态数据对第二位置姿态数据进行补偿校正的目的。

该补偿值的具体计算方法如下：

通过角度定位模块测得用户的空间位置坐标X₁，Y₁，Z₁，以及用户相对与水平位置的倾斜角θ₁，和旋转角度φ₁，根据下式可以求得用户的水平位移X₁’，Y₁’：

X₁’＝X₁×cos(φ₁)+Y₁×sin(θ₁)×sin(φ₁)-Z₁*cos(θ₁)×sin(φ₁)………(1)

Y₁’＝Y₁×cos(θ₁)+Z₁×sin(θ₁)…………………………………………(2)

根据用户的水平坐标X₁’，Y₁’的值结合如下算法，可以得出用户第二位置姿态数据中的初始旋转角Azimuth₁：

Algorithm to calculate Azimuth₁＝arctan(Y₁’/X₁’)

Azimuth₁(X₁’＝0,Y₁’<0)＝90°

Azimuth₁(X₁’＝0,Y₁’>0)＝270°

Azimuth₁(X₁’<0)＝{180-[arctan(Y₁’/X₁’)]×180/π}°

Azimuth₁(X₁’>0,Y₁’<0)＝{-[arctan(Y₁’/X₁’)]×180/π}°

Azimuth₁(X₁’>0,Y₁’<0)＝{360-[arctan(Y₁’/X₁’)]×180/π}°

基于类似方法，定位器测得用户的空间位置坐标X₂，Y₂，Z₂，以及用户相对与水平位置的倾斜角θ₂，和旋转角度φ₂，根据下式可以求得用户的水平位移X₂’，Y₂’：

X₂’＝X₂×cos(φ₂)+Y₂×sin(θ₂)×sin(φ₂)-Z₂*cos(θ₂)×sin(φ₂)………(1)

Y₂’＝Y₂×cos(θ₂)+Z₂×sin(θ₂)…………………………………………(2)

根据用户的水平坐标X₂’，Y₂’的值结合如下算法，可以得出用户第一位置姿态数据中的初始旋转角Azimuth₂：

Algorithm to calculate Azimuth₂＝arctan(Y₂’/X₂’)

Azimuth₂(X₁’＝0,Y₁’<0)＝90°

Azimuth₂(X₁’＝0,Y₁’>0)＝270°

Azimuth₂(X₁’<0)＝{180-[arctan(Y₁’/X₁’)]×180/π}°

Azimuth₂(X₁’>0,Y₁’<0)＝{-[arctan(Y₁’/X₁’)]×180/π}°

Azimuth₂(X₁’>0,Y₁’<0)＝{360-[arctan(Y₁’/X₁’)]×180/π}°

通过计算所述第二位置姿态数据中的初始旋转角Azimuth₁与所述第一位置姿态数据中的初始旋转角Azimuth₂的偏差，即可得出校正补偿值。通过该校正补偿值可以进一步对第二位置姿态数据中的初始旋转角进行校正，即可得出准确的初始旋转角，通过该准确的初始旋转角可以定位数据处理单元反推出准确的用户位置信息和角度信息，进而确定用户的准确位置姿态数据。

图4为本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩方法的流程图，其具有至少一携带装置分别连接一绝对定位装置与一系统服务器，每一携带装置包括一角度定位模块、一定位数据处理单元、一图像分析处理单元及一VR体验模块，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过每一携带装置的定位数据处理单元获取每一携带装置的一第二位置姿态数据及一第一位置姿态数据；

步骤二：通过该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对该第二位置姿态数据进行校正，获取一准确位置姿态数据；

步骤三：通过该定位数据处理单元降低该准确位置姿态数据的刷新频率后发送给该系统服务器；

步骤四：通过每一携带装置的该图像分析处理单元获取该携带装置自己的该准确位置姿态数据，同时从该系统服务器获取降低刷新频率的其它携带装置的位置姿态数据，并生成VR体验数据；

步骤五：通过该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，该VR体验模块将该VR体验数据转换为一VR体验信息进行呈现。

由于现有技术中，惯性定位设备的磁力元件容易受到周边设施及材料的干扰，导致其初始信息旋转角度不准确，进而影响位置追踪准确度，以及磁力元件在广范围长时间(超过15分钟即有明显的初始旋转角偏差)使用时容易产生数据漂移同样导致位置追踪失准。而位置追踪失准会导致呈现给VR用户的VR体验信息与用户本身的实际运动情况不匹配，从而引发晕动症，导致眩晕等不适感；而光学追踪(定位)虽然能够准确的确定初始旋转角度，但是光学追踪(定位)采集信息的刷新频率较低，导致位置信息采集的延时，延时同样会使 呈现给VR用户的VR体验信息与用户本身的实际运动情况不匹配从而引发晕动症，带来眩晕等不适感；另外，光学追踪(定位)采集的除初始旋转角度之外的信息的精确程度远不如九轴感测器这样的惯性定位设备，以惯性定位设备定位设备获取的第二位置姿态数据为基础，使用光学追踪(定位)采集的第一位置姿态数据对其进行校正，可以使获取的追踪定位数据更为精确；此外，光学追踪(定位)也很容易发生误测或者无法识别的情形，且过于复杂的场馆环境也会让标记点更容易被障碍物遮挡，从而发生漏测问题，导致位置信息的遗失造成呈现给VR用户的VR体验信息与用户本身的实际运动情况不匹配。本发明通过采用校正算法，使用刷新频率高的惯性定位系统分别测量每个用户的位置姿态数据，解决位置信息采集延时及位置信息采集遗漏的问题；同时，通过光学追踪(定位)采集准确的确定每个用户的位置姿态，用来校正每个惯性定位系统的初始位置姿态信息漂移及误差，从而使多个用户能够同时连续的获取准确的位置姿态信息，解决了现有VR设备在大面积长时间使用时存在的呈现给VR用户的VR体验信息与用户本身的实际运动情况不匹配的问题。

在多用户协同交互方面，由于用户对自身视角的VR体验信息的要求最为敏感苛刻，而对其它用户的实时位置信息感知则较为迟钝。因此，本发明在生成用户自身视角的VR体验数据时，直接使用本地通过校正算法获取的较高刷新频率(大于500帧每秒)的原始位置姿态数据生成，保证VR体验信息与用户本身的实际运动情况相匹配；相应的，其它用户的实时位置信息的刷新频率只要保证人眼觉察到的动作是连续状态即可(大约30帧每秒即可实现这一目的)，因此，图像分析处理单元在向服务器发送用于交互的位置姿态数据时，会将原始位置姿态数据的刷新频率降低后发送，这样大大减少了模块之间的通信的数据量，提高了数据传输速度，降低了系统的数据处理压力，保证了系统运行的流畅度，降低了系统设备的成本。

本发明基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统定位模组1、1’的所述定位器12、1’2用于大面积场景使用时为多个，且呈一阵列式排布结构。如图5a所示，一VR场景区4，所述定位器12、1’2设置在该VR场景区4的顶部空间，该VR场景区4能够进一步划分为多个子区间4A1、4A2、4A3……。本实施例为了方便说明，该VR场景区4以及若干个子区间以方形为代表说明，但实际中并不以此为限，其可能为圆形、矩形、不规则图形或其它形状，为了能够充分的划分 该VR场景区4，该子区间亦可划分为不同形状的组合，如在VR场景区4为圆形时，场中的子区间为方形或矩形，而场周的子区间的边缘则为圆形。如图5b所示，以一个子区间4A1为例说明定位器阵列的排布结构，所述定位器12、1’2设置在每一子区间的边缘线上，所述定位器12、1’2根据所使用的镜头可视角度不同分为广角镜头定位器A及窄角镜头定位器B，广角镜头定位器A的可侦测范围较大，但是侦测距离较短，窄角镜头定位器B的可侦测范围较小，但是侦测距离较长。在发明的定位器排布阵列结构中，将窄角镜头定位器B放置于场景的边缘、角落、靠近障碍物等视野受限的位置，优选的在一子区间4A1每一角落的一组侧边上靠近该角落一侧设置至少对称设置一对窄角镜头定位器B；而将广角镜头定位器A设置在场景的中央等视野较为开阔的位置，优选的，在一子区间4A1的边缘中点处至少设置一广角镜头定位器A，进一优选的，可在一子区间4A1的二等分点，四等分点处至少设置一广角镜头定位器A。如图5c所示，在另一优选实施例中，以一个子区间4A1为例说明定位器阵列的排布结构，在该实施例中，可使用一兼具较大侦测范围和较长侦测距离全角镜头C，至少在一子区间4A1的边缘中点处设置一全角镜头C，在全角镜头C两侧的其它等分点处至少对称设置一对广角镜头定位器A，在一子区间4A1每一角落的一组侧边上靠近该角落一侧设置至少对称设置一对窄角镜头定位器B。

通过上述排布阵列结构，合理的搭配各种镜头的位置，使得定位器在复杂的场馆环境下也能够无死角的侦测到用户的位置和姿态，为了进一步提高准确度，优选的，可以通过采用光学位置追踪算法，使得用户在至少被三个定位器同时侦测到的情形下，才输出其位置姿态数据，实现准确快速的侦测用户，同时尽可能的避免误测或者无法识别的情形，另外此种优选方案采用多个定位器相互辅助校正，对每一个定位器设备精密度的要求更为宽松，能够降低定位器阵列的铺设成本。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，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的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作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的内容，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。

Claims (13)

1.一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，包含：

一绝对定位装置，包含有一控制器、至少一定位器，该控制器与所述定位器相连；

至少一携带装置，该携带装置包含一角度定位模块，一数据处理模块，一VR体验模块，该数据处理模块进一步包含一定位数据处理单元以及一图像分析处理单元；

该定位数据处理单元与该绝对定位装置的控制器相连获取该携带装置的一第一位置姿态数据，该定位数据处理单元与该携带装置的角度定位模块相连获取该携带装置的一第二位置姿态数据；

该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对第二位置姿态数据中的数据偏差进行校正，从而获取该携带装置的一准确位置姿态数据；其中，所述校正算法包括通过取得的所述第二位置姿态数据中的初始旋转角度与所述第一位置姿态数据中的初始旋转角度的偏差，计算出初始补偿值，使用该初始补偿值更新系统中现有的补偿值；调取该更新后的补偿值，对获取的第二位置姿态数据进行校正，进而获取用户的准确位置姿态数据，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出，重复该校正过程，实现使用第一位置姿态数据对第二位置姿态数据进行补偿校正；

该定位数据处理单元与该图像分析处理单元相连，并将该携带装置的该准确位置姿态数据发送给该图像分析处理单元，生成一VR体验数据，该图像分析处理单元与该VR体验模块相连，该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，并经该VR体验模块转换为一VR体验信息进行呈现。

2.根据权利要求1所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，其具有多个携带装置，且进一步包含一系统服务器，每一携带装置的定位数据处理单元分别与该系统服务器相连，用于将每一携带装置的准确位置姿态数据分别发送给系统服务器，该系统服务器分别与每一携带装置的图像分析处理单元相连，每一携带装置的图像分析处理单元能够从该系统服务器获取其它携带装置的准确位置姿态数据，用于在该VR体验数据中添加其它携带装置的位置信息。

3.根据权利要求2所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，每一携带装置的定位数据处理单元将降低刷新频率后的一准确位置姿态数据发送给该系统服务器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述每一定位器为一光学追踪器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述角度定位模块为一九轴感测器。

6.根据权利要求5所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该角度定位模块还包括一卡尔曼滤波器，该角度定位模块获取的该第二位置姿态数据通过该卡尔曼滤波器进行滤波后，由该定位数据处理单元获取。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述定位器为多个时，所述定位器设置在一VR场景区的顶部空间，所述定位器包含有多个广角镜头定位器和多个窄角镜头定位器，所述窄角镜头定位器放置在该VR场景区的边缘、角落、靠近障碍物等视野受限的位置，所述广角镜头定位器设置在该VR场景区的中央等视野较为开阔的位置。

8.根据权利要求7所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该VR场景区可划分为多个子区间，所述定位器设置在所述子区间的边缘线上，在每一子区间每一角落的一组侧边上靠近该角落一侧设置至少对称设置一对窄角镜头定位器。

9.根据权利要求7所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该VR场景区可划分为多个子区间，所述定位器设置在所述子区间的边缘线上，在每一子区间的边缘中点处至少设置一广角镜头定位器。

10.根据权利要求7所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，所述定位器包括一兼具较大侦测范围和较长侦测距离全角镜头，该VR场景区可划分为多个子区间，所述定位器设置在所述子区间的边缘线上，至少在每一子区间的边缘中点处设置一全角镜头，在该全角镜头两侧的其它等分点处至少对称设置一对广角镜头定位器，在每一子区间每一角落的一组侧边上靠近该角落一侧设置至少对称设置一对窄角镜头定位器。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于：

该携带装置的定位数据处理单元通过所述定位器获取该携带装置的该第一位置姿态数据，同时通过该角度定位模块获取该携带装置的该第二位置姿态数据；

所述校正算法中的所述重复该校正过程，实现使用第一位置姿态数据对第二位置姿态数据进行补偿校正，具体包括如下内容：

获取到新的第二位置姿态数据时，判断此时所述定位器是否有新的第一位置姿态数据产生：

如果没有，调取现有的补偿值对新获取的该第二位置姿态数据进行校正，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出；

如果有新的第一位置姿态数据产生，则通过新取得的所述第二位置姿态数据中的初始旋转角度与新取得的该第一位置姿态数据中的另一初始旋转角度的偏差，计算出新的补偿值，使用该新的补偿值更新现有的补偿值，调取已更新的补偿值，对获取的第二位置姿态数据进行校正，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出。

12.根据权利要求11所述的基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统，其特征在于，该角度定位模块获取的第二位置姿态数据通过一卡尔曼滤波器进行滤波后，由该定位数据处理单元获取。

13.一种基于空间定位的虚拟现实防晕眩方法，其特征在于，具有至少一携带装置分别连接一绝对定位装置与一系统服务器，每一携带装置包括一角度定位模块、一定位数据处理单元、一图像分析处理单元及一VR体验模块，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过每一携带装置的定位数据处理单元获取每一携带装置的一第二位置姿态数据及一第一位置姿态数据；

步骤二：通过该定位数据处理单元通过一校正算法使用该第一位置姿态数据对该第二位置姿态数据进行校正，获取一准确位置姿态数据；其中，所述校正算法包括通过取得的所述第二位置姿态数据中的初始旋转角度与所述第一位置姿态数据中的初始旋转角度的偏差，计算出初始补偿值，使用该初始补偿值更新系统中现有的补偿值；调取该更新后的补偿值，对获取的第二位置姿态数据进行校正，进而获取用户的准确位置姿态数据，并将经校正的准确位置姿态数据进行输出，重复该校正过程，实现使用第一位置姿态数据对第二位置姿态数据进行补偿校正；

步骤三：通过该定位数据处理单元降低该准确位置姿态数据的刷新频率后发送给该系统服务器；

步骤四：通过每一携带装置的该图像分析处理单元获取该携带装置自己的该准确位置姿态数据，同时从该系统服务器获取降低刷新频率的其它携带装置的位置姿态数据，并生成VR体验数据；

步骤五：通过该图像分析处理单元将该VR体验数据发送给该VR体验模块，该VR体验模块将该VR体验数据转换为一VR体验信息进行呈现。