[发明专利]一种混合现实仿真系统的快速配准方法

说明书

本发明涉及一种混合现实仿真系统的快速配准方法，包括：提供一虚拟被标定体、一现实被标定体，且虚拟被标定体与现实被标定体具有相同的形状，并且具有相同的姿态Q_t，同时虚拟被标定体和现实被标定体的同一端点被定义为标定点B；建立虚拟空间的全局坐标系XYZ；建立虚拟被标定体的局部坐标系XYZ；最后，对现实被标定体进行快速配准。采用本发明所述方法对混合现实仿真系统配准后，使用现实被标定体进行操作时，现实被标定体的操作动作可以与虚拟被标定体的操作动作准确吻合，从而实现真实操作在虚拟场景中的同步及可视化操作，并且配准方法简单快速易操作，应用领域广，包括医学、军事、运动、工业制造、动画制作等领域混合现实仿真系统。

技术领域

本发明属于混合现实仿真技术领域，具体涉及一种混合现实仿真系统的快速配准方法。

背景技术

混合现实技术是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。混合现实技术的研究具有很强的现实意义，混合现实仿真系统在实际操作时，需要进行标定才能使现实的操作动作与虚拟的操作动作同步，因此有必要发明一种混合现实仿真系统的快速配准方法，来使现实的操作动作与虚拟的操作动作达到准确同步的效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种混合现实仿真系统的快速配准方法。

本发明所采用的技术方案为：一种混合现实仿真系统的快速配准方法，包括：

（1）提供一虚拟被标定体、一现实被标定体，且虚拟被标定体与现实被标定体具有相同的形状，并且具有相同的姿态Q_t，同时虚拟被标定体和现实被标定体的同一端点被定义为标定点B；

（2）建立虚拟空间的全局坐标系XYZ，坐标原点为O；建立虚拟被标定体的局部坐标系XYZ，坐标原点为O；

（3）对于不包含活塞类结构的现实被标定体，提供一定位传感器，并通过连接件设置于现实被标定体的非两端位置，定位传感器所处的位置定义为采样点P；定义虚拟被标定体的一端点为局部坐标系XYZ的坐标原点O；

开启电磁跟踪系统和计算机系统，采用三点定位的方法将定位传感器所捕捉采样点P的磁场空间坐标系数据变换为全局坐标系XYZ的数据，包括反映其空间位置的位置数据P₀和反映其空间姿态的姿态数据Q₀，则采样点P在局部坐标系XYZ中的坐标为：

空间位置

空间姿态

局部坐标系XYZ中坐标原点O与定位传感器采样点P的偏移为-P，变换至全局坐标系XYZ中偏移为-QP，不管操作时现实被标定体在什么位置，不会影响此偏移，故，由定位传感器采集的空间位置数据P和空间姿态数据Q确定的局部坐标系XYZ中坐标原点O在全局坐标系XYZ中的坐标为：

空间位置

空间姿态

最后，虚拟全局空间记录上述坐标标定点位置数据和姿态数据并与虚拟被标定体进行相对位置的相应锁定，完成混合现实仿真系统中不包含活塞类结构的现实被标定体的快速配准；

与（3）并列的：

（4）对于具有活塞类结构的现实被标定体，提供两个定位传感器，分别通过连接件，在现实被标定体的空筒前端安装第一传感器，在活塞柄末端安装第二传感器，第二传感器所处的位置定义为采样点P；第一传感器所处的位置定义为局部坐标系XYZ的坐标原点O；开启电磁跟踪系统和计算机系统，开始配准：

第一传感器采集其所处位置的全局坐标系XYZ的数据P₀和Q₀；