[发明专利]一种移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合方法

权利要求书

1.一种移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将若干个信标定位面板贴放在虚拟现实移动端设备的面板上，所述每个信标定位面板上设有3个以上定位信标，定位信标与外部定位系统连接，所述定位信标之间相对垂直布置，测量并记录定位信标之间的距离；

步骤2：虚拟现实移动端设备输出传感器的旋转数据，外部定位系统输出定位信标的位移数据；

步骤3：对旋转数据和位移数据进行校准计算，得到相应的校准位姿矩阵；

步骤4：获取虚拟现实移动端设备传感器的最新旋转数据和定位信标的最新位移数据，结合校准位姿矩阵进行融合计算，输出融合位姿数据；

步骤5：将融合位姿数据应用到虚拟/增强现实移动端中，对应用场景进行低延迟渲染。

2.根据权利要求1所述的移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合方法，其特征在于，所述步骤3中对旋转数据和位移数据进行校准具体为：M＝T*R.Inverse，其中，R为旋转数据矩阵，R.Inverse为R的逆矩阵，T为位移数据矩阵，M为校准位姿矩阵。

3.根据权利要求1所述的移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合方法，其特征在于，所述步骤4中融合计算具体包括：

步骤4-1：根据各定位信标的最新位移数据、各定位信标之间的距离和相对位置关系，计算信标定位面板X轴、Y轴、Z轴的单位方向向量，所述X轴、Y轴、Z轴为外部定位系统定义的坐标系；

步骤4-2：根据X轴、Y轴、Z轴的单位方向向量，采用旋转角度计算公式计算得到X轴、Y轴、Z轴的旋转角度，并根据旋转角度输出对应的四元数；

步骤4-3：根据各定位信标的最新位移数据和虚拟现实移动端设备传感器的最新旋转数据，结合校准位姿矩阵获得信标定位面板的中心坐标、校准位移数据、校准旋转矩阵，结合四元数采用融合算法输出融合位姿数据。

4.根据权利要求3所述的移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合方法，其特征在于，步骤4-2中X轴、Y轴、Z轴旋转角度的计算公式为：

RX＝Atan2(VZN.y/VZN.z)

RY＝Atan2(VXN.z/VXN.x)

RZ＝Atan2(VYN.x/VYN.y)

其中，Atan2表示反正切，RX为绕X轴旋转角度，RY为绕Y轴旋转角度，RZ为绕Z轴旋转角度，x、y、z分别为向量的坐标值。

5.一种移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合系统，其特征在于，包括虚拟现实移动端设备、外部定位系统、校准模块和融合算法模块，虚拟现实移动端设备包括传感器模块和渲染模块，外部定位系统包括若干个定位信标，定位信标固定在信标定位面板上，信标定位面板贴放在虚拟现实移动端设备的面板上，传感器模块、定位信标的输出端均与校准模块、融合算法模块连接，校准模块的输出端与融合算法模块相连，融合算法模块的输出端与渲染模块连接；其中：

虚拟现实移动端设备的传感器模块用于获取虚拟现实移动端设备的旋转数据，并输出给校准模块和融合算法模块；

外部定位系统的定位信标用于获取虚拟现实移动端设备的位移数据，并输出给校准模块和融合算法模块；

校准模块用于对旋转数据和位移数据进行校准计算得到校准位姿矩阵，并输出给融合算法模块；

融合算法模块用于将传感器的最新旋转数据和定位信标的最新位移数据结合校准位姿矩阵进行融合计算得到融合位姿数据，输出给虚拟现实移动端设备的渲染模块；

虚拟现实移动端设备的渲染模块用于根据融合位姿数据对应用场景进行低延迟渲染。

6.根据权利要求5所述的移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合系统，其特征在于，所述同一信标定位面板上的定位信标之间相对垂直布置。

7.根据权利要求5所述的移动端传感器与外部定位系统的低延迟位姿融合系统，其特征在于，融合算法模块包括依次连接的坐标轴计算模块、坐标轴旋转角度计算模块和位姿数据计算模块，其中：

坐标轴计算模块，用于计算信标定位面板X轴、Y轴、Z轴单位方向向量，所述X轴、Y轴、Z轴为外部定位系统定义的坐标系；

坐标轴旋转角度计算模块，用于计算信标定位面板X轴、Y轴、Z轴的旋转角度，并根据旋转角度输出对应的四元数；

位姿数据计算模块，用于根据各定位信标的最新位移数据和虚拟现实移动端设备传感器的最新旋转数据，结合校准位姿矩阵获得信标定位面板的中心坐标、校准位移数据、校准旋转矩阵，结合四元数采用融合算法输出融合位姿数据。