[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

说明书

本公开提供了一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统及方法，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；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；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。

技术领域

本公开涉及一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法。

背景技术

虚拟现实技术从更高层次综合计算机图形学、机器视觉、人工智能等信息技术，将虚拟信息以三维拟真方式进行呈现，给予用户在三维虚拟世界中交互的能力，实现用户身临其境地观察甚至控制场景信息的目的。其中，虚拟现实技术中一项极为重要的交互内容是用户如何在虚拟空间中移动的问题。传统虚拟现实系统大多采用手持控制器(如键盘鼠标或手柄)或机械辅助装置(如虚拟跑步机)实现用户在虚拟空间中的移动。其中，机械辅助装置以相对运动的机制让用户在传送带平面上保持静止，通过机械平台的传感器来检测和判断用户的运动状态和方向，实现用户在虚拟空间中的移动。近年来，随着虚拟现实技术在硬件和软件方面的迅速发展，一些虚拟现实系统采用空间定位技术实现用户在虚拟空间中的移动。空间定位技术通过空间定位基站或头戴设备内置的空间定位器使用户在有限的物理空间范围内通过真实行走漫游同等尺寸的虚拟空间，为用户提供更强的存在感和沉浸感。然而，上述解决方案仍然存在部分缺陷，主要如下：

1)手持控制器仅实现用户在视觉上的空间移动，用户本身仍处于静止状态，这种虚拟运动状态与大脑实际认知存在偏差，会导致部分用户在体验时产生眩晕感与不适应性；

2)机械辅助装置对硬件设备要求较高，需要极高的设备精度和反应速度。而目前的机械辅助装置尚不足以做到与用户之间的完全同步，因而无法真正还原自然体感行走能力，用户体验十分受限；

3)空间定位技术虽然能为用户提供真实自然的行走体验，但受限于定位器可扫描范围与物理空间尺寸等因素，只能实现在与物理空间同等大小的虚拟空间内的自由行走，因而对虚拟空间的设计会造成较大的限制，无法提供完整的大范围虚拟空间真实行走体验。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统与方法，本公开采用合理的路径生成及映射算法，能够将不同形状的大范围虚拟空间映射到固定范围的物理空间，利用位置逆映射及重定向技术，动态调整用户在虚拟空间中的位置及方向，使得用户在物理空间中沿着变形后路径行走时感知到在虚拟空间中沿着未变形路径行走，从而实现用户在给定物理空间内通过真实行走漫游更大范围的虚拟空间，与传统虚拟漫游技术相比具有更高的灵活性和更佳的漫游体验。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种基于改进重定向行走的虚拟现实漫游系统，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实时计算用户在虚拟空间中的相应位置及方向；

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。

作为进一步的限定，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。

基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：