[发明专利]基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法

权利要求书

1.一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统，其特征是：包括输入模块、核心处理模块和渲染模块，其中：

所述输入模块，被配置为实时追踪用户在给定物理空间中的位置和方向并将相关数据传递到核心处理模块；

所述核心处理模块，被配置为预先计算虚拟空间及物理空间之间的映射关系，依据输入模块提供的用户实时位置及方向数据通过位置逆映射算法及重定向技术实时计算用户在虚拟空间中的相应位置及方向；

所述映射关系的建立方式为：提取虚拟空间及物理空间的二维平面图，在预处理阶段通过基于Voronoi图的骨架图生成算法生成虚拟空间的骨架图，采用静态骨架图映射算法，将虚拟空间的骨架图映射到物理空间，得到物理空间骨架图，从而在虚拟空间与物理空间之间建立映射关系；

所述渲染模块，被配置为根据用户在虚拟空间中的位置及方向，利用头戴式显示器实时渲染重定向后的视角画面，引导用户在虚拟空间中沿着未变形路径行走。

2.如权利要求1所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统，其特征是：所述输入模块，包括Kinect设备和定位装置，定位装置为头戴式显示器内置的陀螺仪。

3.一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：输入虚拟空间平面图，采用基于Voronoi图的骨架图生成算法预先计算虚拟空间中用户可行骨架图；

步骤2：依据虚拟空间中骨架图，利用静态骨架图映射算法，建立虚拟空间中用户可行骨架图与物理空间中用户可行骨架图的映射关系；

步骤3：通过输入模块实时追踪用户在物理空间中的空间位置及方向，依据已建立的虚拟空间与物理空间之间的映射关系，利用位置逆映射算法及曲率增益重定向技术实时计算用户在虚拟空间中相应的空间位置及方向并通过渲染模块生成相应的用户视野画面。

4.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(1)中，提取虚拟空间平面图作为输入，利用Voronoi图生成算法，计算虚拟空间平面图的Voronoi图；对得到的虚拟空间平面图的Voronoi图进行降低Voronoi图中顶点密集度的处理，包括以下步骤：

计算Voronoi图中每个顶点的局部密度，即与各顶点距离小于设定阈值的其他顶点数；

采用迭代优化策略，删除局部密度超过设定值的顶点，在每次迭代过程中计算最大局部密度顶点，获得以该顶点为聚类核心的聚类点集，从当前Voronoi图中删除聚类点集并将所有与聚类点集相连的边重新连接到最大局部密度顶点，得到近似Voronoi图。

5.如权利要求4中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：采用分层策略对近似Voronoi图进行分层处理，删除近似Voronoi图中所有度为1的顶点及其相连的边，处理后得到的近似Voronoi作为虚拟空间中的骨架图。

6.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(2)中，选取虚拟空间骨架图中某顶点作为漫游起点，利用深度优先搜索算法对虚拟空间骨架图进行处理，获得骨架图各顶点及路径边的搜索顺序；

按照已建立的虚拟空间骨架图搜索顺序，依次将将骨架图上的每一段路径通过曲率调整算法映射到物理空间。

7.如权利要求6中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：在曲率调整算法中，将虚拟空间骨架图中的线段路径变形为弧形路径，对于虚拟空间线段路径边上的任意一点，计算其在物理空间弧形路径上对应的位置；或进一步的，对映射结果进行带有边界约束的全局优化，将映射后的骨架图中的所有顶点及弧形路径边收敛至物理空间范围内，并使得所有弧形路径边的总曲率最小。

8.如权利要求3中所述的一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游方法，其特征是：所述步骤(3)中，位置逆映射算法依据用户当前所在物理空间位置，依据已有的虚实空间之间的映射关系，将其反向映射到虚拟空间中的对应位置。