[发明专利]一种用于五面LED-CAVE的光学跟踪定位系统

说明书

本发明公开一种用于五面LED‑CAVE的光学跟踪定位系统，包括五面LED‑CAVE显示屏、光学跟踪计算机、光学跟踪相机以及目标标记设备；所述光学跟踪相机与光学跟踪计算机连接；所述目标标记设备佩戴在操作者身上，用于对操作者的身体部位进行标记；所述光学跟踪相机安装在五面LED‑CAVE显示屏内，用于捕捉操作者佩戴的目标标记设备，获取操作者在空间中的位置信息；所述光学跟踪计算机用于对所述光学跟踪相机获取的操作者位置信息进行处理分析，并根据光学跟踪相机的姿态信息得到操作者在空间内的姿态信息，从而映射出虚拟场景中人物视角的位置，并在所述五面LED‑CAVE显示屏上显示出与人物视角相对应的虚拟场景。

技术领域

本发明属于沉浸式虚拟现实显示技术领域，具体是一种用于五面LED-CAVE的光学跟 踪定位系统。

背景技术

CAVE系统可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域，例如，虚拟设计与制 造、虚拟演示、协同规划等等，应用十分广泛；现有的大部分CAVE系统中，CAVE沉浸式虚拟现实显示系统是采用的立体投影机作为显示主设备，配合光学跟踪系统、音响系统、信号同步系统等构成，投影方式的CAVE系统效果比较柔和，画面较平滑，但由于投影机 的安装一般分为正投、背投两种，如果受场地空间限制，可采用正投方式，但是正投的CAVE 系统没有办法实现五面沉浸式，即左面、正面、右面、地面、顶幕五个方向均有渲染画面； 因此需要采用背投的方式安装，从幕布的后方离幕布约2.5米处将渲染画面投射在幕布上， 而此种方式对场景要求非常高，需要楼层空高为三层楼的纵向空间，以便让顶幕、地幕的 背投式投影机安装，即顶幕投影机由上而下安装输出画面，地幕投影机由下而上安装输出 画面。由此可见，投影方式的五面CAVE沉浸式虚拟现实显示系统对场地空间的限制很大， 并且市面上先进的立体工程投影机价格昂贵，成本较高，维护难度较大。

随着技术的发展，也出现了由LCD 3D拼接屏或大尺寸LCD 3D屏代替投影显示的技术，但在实际应用中，五面CAVE沉浸式虚拟显示系统中的操作者活动范围，主要依靠在CAVE的四个角落各安装一个光学跟踪摄像头，来捕捉操作者头戴式跟踪标记、手持式跟 踪手柄信号来进行识别，使得虚拟场景中可以“知道”操作者在空间内的活动范围，然而 五面CAVE系统是个封闭性较高的沉浸式环境，其光学定位跟踪系统则需要经过反复论证 跟踪摄像头的光路图，如何开孔安装，才能既要满足CAVE空间内的有效活动范围满足仿 真操作的需求，又要尽量避免破坏虚拟现实渲染画面的完整性。

公开号为CN107147899A的中国专利公开了一种采用LED 3D屏幕的CAVE显示系统及方法，该方法包括以下步骤：采集3D眼镜上红外标记点的坐标位置；利用所述坐标位 置估算出用户双眼的位置；根据所述位置计算得到相对所述3D眼镜显示的两组画面；在 LED3D屏幕上交替显示所述两组画面；对所述3D眼镜进行左、右镜片开关切换，切换频 率与所述两组画面交替显示的切换频率相配合。该发明可实际应用在明亮的室内环境，甚 至室外环境；虚拟现实空间画面色彩饱和度高，显示屏间拼接无缝，给用户很好的观看效 果，使用寿命长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于五面LED-CAVE的光学跟踪 定位系统，既能满足CAVE空间内的有效活动范围，还能有效避免破坏虚拟现实渲染画面的完整性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：