[发明专利]一种三维空间下注视点轨迹多维度比较方法

说明书

本发明公开了一种三维空间下注视点轨迹多维度比较方法。该方法先进行两组眼动数据输入：为两名受试者佩戴上搭载SMI高性能眼球追踪模块的HTC‐VIVE虚拟现实头戴式显示器，两名受试者在Unity3D虚拟场景中进行观察；通过SMI配套的相关API对两名受试者在观察中每一帧的视觉焦点进行记录，形成两组眼动数据；然后进行两组眼动数据滤波；注视点轨迹生成；进行轨迹矢量匹配：使用Dijkstra最短路径算法对两条轨迹矢量序列进行匹配；对五个不同特征的相似度分配权重，进行加权求和，得到两条注视点轨迹的相似度。本发明为三维视觉空间实际眼动轨迹相似性度量提供方便灵活和多层面多角度的分析比较结果。

技术领域

本发明涉及视觉路径比较方法，特别是涉及一种三维空间下的注视点轨迹多维特征比较方法。

背景技术

虚拟现实技术与图像处理技术的发展，使得眼球追踪技术在虚拟现实领域也开始得到广泛应用。眼球追踪设备一般是嵌入在虚拟头戴显示器(如HTC-VICE、Oculus等)中的类似眼镜的模块，可以对人眼的瞳孔或者其他的特征通过各种方法进行采集，然后将采集到的数据作为输入，经过计算，以一定的方式映射到三维虚拟空间中。对这些映射到虚拟环境中的人眼焦点进行滤波、简化、删除等一系列扫视点处理后，得到人眼扫描路径。这些扫描路径代表了人在一段时间内视线的焦点以及移动方向，是很有价值的数据。

眼动路径比较分析在VR中对有着广泛应用需求，在三维虚拟博物馆中对参观者的注视点轨迹进行分析可以得到大家感兴趣的区域，对这些区域进行高精度渲染，简化处理那些不被人注意的区域，可以有效的节省硬件资源。对比分析医学情境中实习医生与资深专家观察病人器官时的扫描路径，可以发现不同经验的医生认知能力方面的差异，并将结果用以培训新人。目前眼动路径比较技术主要应用在二维空间。

一种方法是基于字符串匹配的注视轨迹比较法，将图像分成很多小块，每个小块标记上字符，根据注视点所处的小块的字符按照先后顺序用字符串的形式表达出注视点轨迹。通过对一个字符串插入删除变为另外一个字符串所需要的步骤来定义两者的相似度。

另一种方法是基于不同注视轨迹注视点之间欧氏距离的比较法，该方法通过比较一条注视点轨迹中每一个注视点到另外一条轨迹中距离该点最近的注视点的距离，最后通过归一化求和得到两条轨迹相似度。

还有一种方法是基于方向矢量的注视轨迹比较法，这种方法使用矢量来表示每条注视点轨迹，然后根据矢量之间的关系定义两条注视点轨迹之间的相似度。

但是现有技术尚未能实现眼动路径比较技术在三维空间的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了针对三维场景的注视点轨迹多维度特征比较方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种三维空间下注视点轨迹多维度比较方法，包括如下步骤：

1)两组眼动数据输入：为两名受试者佩戴上搭载SMI高性能眼球追踪模块的HTC-VIVE虚拟现实头戴式显示器，两名受试者在Unity3D虚拟场景中进行观察；通过SMI配套的相关API对两名受试者在观察中每一帧的视觉焦点进行记录，形成两组眼动数据；

2)两组眼动数据滤波：选择除了两组眼动数据起始焦点和结束焦点的其余所有视觉焦点，对于任一视觉焦点i，计算焦点i到相邻两个视觉焦点的速度和v_i，v_i＝D/△t，其中D为相邻两视觉焦点之间的空间欧氏距离，△t为两个视觉焦点产生的时间间隔；若v_i大于滤波阈值，则定义视角焦点i为异常点，舍去；

3)注视点轨迹生成：针对滤波后的视觉焦点，首先设定一个速度阈值和夹角阈值，对于相邻的视觉焦点如果从一点到另一点的速度小于速度阈值范围，且夹角小于夹角阈值，则将这两个视觉焦点合并形成一个注视点；顺序连接注视点形成注视点轨迹；