[实用新型]基于空间定位的虚拟现实防晕眩系统

说明书

技术领域

本实用新型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。

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。

实用新型内容