[发明专利]根据一个或更多个惯性传感器修正取向信息的设备和方法

说明书

本公开涉及基于来自被安装到对象上的一个或更多个惯性传感器的惯性传感器数据来修正取向信息的概念。所提出的概念包括：接收表示所述对象的当前绝对位置的位置数据，基于所述位置数据来确定所述对象的运动方向，以及基于所确定的运动方向来修正所述对象的取向信息。

技术领域

本公开大体上涉及调整经由相对运动传感器获得的不准确的位置和/或取向信息。例如，这在虚拟现实(VR)的领域中可能很有用。

背景技术

虚拟现实(VR)推动在包括主题公园、博物馆、建筑设计、训练和仿真的许多应用领域中的创新。例如，它们全部都受益于多用户交互和大于25m×25m的大规模区域。当今的现有技术的VR系统通常使用基于摄像头的运动跟踪。然而，跟踪准确度随着摄像头分辨率和环境大小而降低，并且跟踪更多的用户需要更多的摄像头以避免遮挡。这些系统的成本随着用户的数量和跟踪区域的大小成倍增长。相反，房间规模跟踪只要几百美元就可以实现。

从概念上讲，代替完全姿势(位置和取向)仅仅跟踪每个用户/对象的单一位置的所谓的非姿势(NP：No-Pose)跟踪系统，可以以明显降低的总成本来与较大的跟踪区域和较多的用户一起工作。例如，NP跟踪系统可以是基于射频(RF)跟踪系统。但是存在仍然限制它们的应用性的若干技术障碍。最重要的是，与基于摄像头的动作捕捉系统(该系统提供完全姿势)相反，当跟踪准确度不足时，NP跟踪系统仅仅提供每个对象的无法组合以得到姿势的单一位置。因此，对象的取向(例如，诸如，头部关于用户的身体的取向)必须单独估计。

当前的低成本头戴式显示器(HMD)单元配备有本都惯性测量单元(IMU)，诸如，可以用于估计对象的取向(例如，头部取向)的加速度计、陀螺仪和磁力仪。该基于客户端的处理还可以减少延迟，该延迟是基于摄像头的姿势估计系统的严重问题。减少VR系统中的延迟可以显著提高沉浸性。

但是，实际上，由于多种原因，基于IMU的取向估计的准确度是远远不够的。首先，因为磁力仪在许多室内和磁性环境中是不可靠的，所以它们通常提供错误的绝对取向。第二，基于相关IMU数据的航位推算导致漂移并且(不久)导致错误的取向估计。在导航中，航位推算(dead reckoning)或者航行推算被称为使用之前确定的位置计算某个对象的当前位置并且随着时间和过程的过去基于已知的或者估计的速度推进该位置的过程。第三，因为HMD的低成本传感器提供不可靠的运动方向估计，所以现有技术的取向滤波器发生故障。第四，除了传感器噪声之外，旋转(例如，诸如，头部旋转)使得在移动和转动对象的同时不可能可靠地估计加速度的线性和重力分量。然而，线性加速度分量对于估计运动方向、位移和/或位置而言是必要的。

错误的取向估计可以导致真实世界与VR显示器之间存在严重的不匹配。图1中的上行箭头示出了头朝运动方向一直往前走的用户的视图。该运动应该穿过中间行(无漂移)中的支柱101、102的中间，该中间行示出了用户的虚拟视图。然而，当使用错误的头部取向渲染图像时，在漂移下(底行示出了45°的航向偏移量)相同的运动导致从右到左的位移。对于用户，运动方向不适合VR视图。这可以引起晕动病。

图2示出了真实对象R与虚拟对象V之间的关系以及真实视向和虚拟视向真实运动方向表示用户正朝向真实物体R向前一直走。然而，用户体验到的是虚拟物体V向右穿过。从真实世界的视角(放置R的地方)，虚拟对象不再与其真实世界副本R匹配，因为它们旋转了一漂移值。已经发现，当漂移增加时，晕动病也会增加。

因此，需要更好地使基于传感器的取向或者视向与真实取向或者视向一致。

发明内容

本公开的构思是，在用户或者对象自然移动(例如，行走和旋转其头部)时将位置跟踪与相关IMU数据组合以实现长期稳定的对象取向。