[發明專利]一種空間定位系統以及區域級聯空間定位方法

有效

• 申請號: 201710157184.6
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106772402B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 劉建雄
• 申請（專利權）人: 小派科技（上海）有限責任公司
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S5/16
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 郭桂峰

本發明公開了一種空間定位系統中的區域級聯空間定位方法，包括如下步驟：S100：設定第一光波掃描儀的測量覆蓋區域為A′區域；S200：設定所述A′區域中設定同心的縮小的測量覆蓋區域為A區域；S300：設定第二光波掃描儀的所述測量覆蓋區域為B′區域；S400：設定所述B′區域中設定同心的縮小的測量覆蓋區域B區域；S500：調整所述第一光波掃描儀和/或第二光波掃描儀，使所述A區域與B區域形成部分相交區域A∩B區域；S600：計算模塊根據所述第一光波掃描儀和第二光波掃描儀的所述測量覆蓋區域建立第一和第二空間定位系。

技術領域

本專利申請涉及空間定位技術領域，具體涉及空間定位的虛擬現實設備以及方法。

背景技術

虛擬現實(Virtual Reality,下文簡稱VR)技術是以智能計算設備為核心，結合傳感技術生成逼真的虛擬環境，通過多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。

VR的沉浸式體驗分為兩種，一種是角度定位式的沉浸體驗，其只包括360°的視野旋轉，可以通過自由旋轉身體或者頭部來觀察，比如GearVR的手機盒子；另外一種是空間定位式的沉浸體驗不僅可以實現360°的視野旋轉還可以在場地里自由移動，譬如HTC Vive、PSVR(PlayStation VR)等。相比之下，只有空間定位式沉浸體驗才能產生身臨其境的感受。

虛擬現實刮起的風暴如今已經愈演愈烈，從形形色色的頭盔和眼鏡，到各種奇思妙想的交互設備，再到內容制作和建立體驗館的嘗試。VR體驗館的構建最重要的一環，就是廉價且靈活準確的定位方案。這里所說的定位，為了要實時更新空間定位式沉浸體驗所要顯示的虛擬環境信息，需要使用位置跟蹤設備跟蹤人體的運動姿態和位置等信息，確定體驗館中的參與者在較大面積的場館空間中的絕對空間位置，并反饋到游戲服務器上，同時所有參與游戲的玩家的數據之間還要進行互動，進而才能執行群體游戲所必需的各種游戲邏輯。

對于VR場館的虛擬現實系統定位設備而言，應滿足如下幾點要求，首先，要解決虛擬現實系統最嚴重的技術缺陷——延時，因延時會造成視覺景觀存在不連續或者失真，進而會導致視覺景觀與自身實際運動不匹配，長時間使用存在這種缺陷的設備可能會使參與者產生暈動癥；其次，能夠在大面積的VR場館中實現精準的定位；再者，經過較長的使用時間仍舊能夠維持精確的定位；另外，能夠滿足多個參與者在同一空間內同時定位，并能將定位數據進行交互共享；此外，應盡可能降低系統整體的成本。

現有技術中用于實現位置跟蹤的設備所采用的技術大致有如下幾類：慣性定位、光學定位、Lighthouse、視覺慣性測距(Visual-inertial Odometry，簡稱VIO)、飛行時間測距(Time of Flight，簡稱TOF)。這些技術應用于VR場館場景存在如下問題：

慣性定位通過加速度計、陀螺儀、磁力計進行位置跟蹤。由于位置姿態是通過角速度計、陀螺儀配合磁力計完成測定，而磁力計極易受到周圍磁性材料(如建筑建材，尤其是部分VR場館選址在地下室)的影響，以及諸如手機等設備發射的電磁波的干擾，從而導致磁力計測定初始數據產生誤差和漂移，因此，在越大面積或越長時間的使用場景下，慣性定位越容易造成定位信息更大的偏差。而偏差將導致視覺景觀失真，帶來眩暈等不適感。

光學定位設備通過透視結果計算出對象相對于采集設備的旋轉和位移，能夠準確的測量對象定位信息。但是，光學定位通過標記點來測定對象的位置存在局限性，因為多個標記點不可能無限組合下去，且兩組標記點靠得過近的話(例如背靠背作戰的兩位玩家)，也很容易發生誤測或者無法識別的情形。另外，過于復雜的場館環境也會讓標記點更容易被障礙物遮擋，從而發生漏測問題。此外，光學測量設備的刷新頻率較低，容易造成位置信息延時，導致視覺景觀失真，帶來眩暈等不適感。

Lighthouse技術由于自身掃描周期排他性的限制，導致無法實現大面積覆蓋，并且不能有過多的遮擋物導致接收不到信號，難以兼容場館多參與者同一空間共同使用的要求。