[發明專利]一種基于慣性傳感器進行虛擬現實行走控制的方法及系統

有效

• 申請號: 201510218390.4
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104898669B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 賀杰
• 申請（專利權）人: 廣東虛擬現實科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防

本發明公開了一種基于慣性傳感器進行虛擬現實行走控制的方法及系統，所述方法包括以下步驟：S1，利用慣性傳感器對人體軀干的朝向和姿態進行跟蹤；S2，利用獲取的人體軀干朝向控制虛擬世界人物的移動方向；同時利用獲得的姿態角控制虛擬世界人物的行走動作。本發明克服了視覺感知和身體感知之間的差異給使用者帶來強烈的暈眩感；同時整套設備不僅體積小(大大低于全向移動平臺、跑步機及空間動作捕捉設備)，而且價格非常低，適合家用消費娛樂；另外，采用本發明的技術對虛擬世界人物進行行走控制，不受空間限制，可以在虛擬現實世界里的任意方向移動任意距離。

技術領域

本發明涉及一種基于慣性傳感器進行虛擬現實行走控制的方法及系統，屬于虛擬現實技術領域。

背景技術

在虛擬現實環境中，使用者需要在虛擬世界中進行移動和漫游，常見的移動控制方法有以下幾種：

1、方向控制按鍵：使用者通過控制手柄、鍵盤按鍵等設備上的按鍵、搖桿等，控制移動方向和速度。這種方式廉價、可靠，但是使用者帶上頭戴式顯示設備后，擁有高度沉浸的視覺體驗，在使用按鍵控制移動和轉向時，身體感知運動狀態的前庭器官沒有感知到對應的移動，視覺感知和身體感知之間的差異，會給使用者帶來強烈的暈眩感；

2、全向移動平臺：使用者站在全向移動平臺上，能在原地實現任何方向上的行走跑步動作。這種方式在虛擬現實環境下能大大降低視覺感知和身體感知之間的差異，消除使用者的暈眩感，但是全套設備體積大、造價較高，不適合家用消費娛樂；

3、固定環境中的位置捕捉(如申請號為201110430789.0的專利申請所公開的“三維虛擬世界的骨架控制”)：使用者在固定的環境中，周邊安裝位置跟蹤裝置，對使用者的位置進行捕捉，使用者在一定空間內的移動動作能映射到虛擬世界中，從而實現一定范圍的移動控制。這種方式對環境要求比較高，無法實現在大范圍虛擬世界的移動。根據檢索，目前，還沒有一種能夠同時解決以上問題的技術出現。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于慣性傳感器進行虛擬現實行走控制的方法及系統，它可以有效解決現有技術中存在的問題，尤其是視覺感知和身體感知之間的差異給使用者帶來強烈的暈眩感、全向移動平臺全套設備體積大且造價高以及無法實現在大范圍虛擬世界進行移動的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：一種基于慣性傳感器進行虛擬現實行走控制的方法，包括以下步驟：

S1，利用慣性傳感器對人體軀干的朝向和姿態進行跟蹤；

S2，利用獲取的人體軀干朝向控制虛擬世界人物的移動方向；同時利用獲得的姿態角控制虛擬世界人物的行走動作。

優選的，步驟S2還包括，通過計算陀螺儀的角速度值在時間上的積分獲得當前人體軀干的朝向和姿態角，具體的說，首先，所述的陀螺儀可借助磁力計測量地球磁場而獲得垂直于地面的方向；其次，陀螺儀可測得角加速度值，通過將該角加速度值在時間上積分即可獲得角速度值；再次，通過將角速度值在時間上積分即可獲得角度值；最后，將該角度值與先前得到的垂直于地面的方向進行比較，即可精確的測得人體軀干的朝向和姿態角。

更優選的，步驟S2還包括：采用梯度下降法對姿態角的誤差函數進行迭代計算，不斷矯正誤差，直到當次迭代過程中的誤差值處于設定的范圍內，從而使得姿態角計算更加靈敏準確。

進一步優選的，所述的采用梯度下降法對姿態角的誤差函數進行迭代計算的過程中，在時間上求積分時，利用周期性出現的參考點將整個積分過程分為多個段，防止不同段間的誤差傳播累積；同時通過中值濾波法對每個段內的誤差進行抑制。