[发明专利]一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法

说明书

本发明公开了一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法。所述方法首先通过VR头戴设备集成的视线跟踪系统跟踪人类视觉系统感知的注视点，基于注视点构建用户在虚拟环境注视目标对象时的深度感知模型；其次由注视点建立相对视觉感知的内参矩阵，从而计算3D注视点在图像上的2D投影位置，并在此基础上计算人眼注视的目标点位置；然后量化VR系统设定的和视觉系统形成的深度感知差异；最后由深度感知差异对虚拟摄像机的位置进行补偿，得到视觉系统感知的自身在虚拟空间的位置。本发明考虑视觉系统在虚拟环境的深度感知差异，直接定位用户自身在虚拟场景中的感知位置，使得用户能够与虚拟物体进行更准确的交互，提高用户的交互体验。

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法。

背景技术

虚拟现实系统中的空间定位技术是连接物理空间和虚拟空间，实现人类与虚拟场景交互的关键技术。

虚拟现实中定位是指确定用户自身在虚拟空间所处的位置。现有空间定位方法定位用户在物理空间的绝对空间位姿，并反馈到VR内容中，与VR虚拟摄像机空间位置相对应实现定位。主要分为两类：由外向内(Outside-in)和由内向外(Inside-out)空间定位方法。Outside-in方法通过放置在物理空间的外部设备定位头戴式显示器(HMD)位置，与虚拟空间中虚拟摄像机位置同步实现定位。增加外部传感器数量和降低传输时延可以提高定位准确度，是最主要的定位方式。这种方法只关注用户在物理空间的位置，没有考虑人类视觉感知在物理和虚拟空间不同的问题，认为虚拟摄像机的位置即为人感知的自身在虚拟空间的位置。(《基于Unity3D虚拟摄像系统中摄像机姿态定位》，该文采用外部传感器实时定位HMD在物理空间中的姿态，并与虚拟摄像机的位置同步实现定位。存在的不足是没有考虑人类视觉感知在物理和虚拟空间不同的问题，认为虚拟摄像机的位置即为人感知的自身在虚拟空间的位置。)Inside-out方法在HMD设备上集成传感器，定位HMD设备本身在物理空间的位置，从而定位用户在虚拟环境中的位置，通常采用视觉SLAM技术定位设备本身在物理空间的位置。该方法不需要任何外部传感器实现头盔本身自主定位，增加了VR的应用灵活性，为进一步连接物理空间和虚拟空间提供可能。这种方法同样只关注用户在物理空间的位置，没有考虑人类视觉感知在物理和虚拟空间不同的问题，即使正确定位自身在物理空间的姿态并实时反馈给VR系统，也无法使用户正确感知自身在虚拟空间的位置。(《Real-TimeMotion Tracking for Mobile Augmented/Virtual Reality Using AdaptiveVisual-Inertial Fusion》，该文采用视觉-惯性传感器融合的SLAM方法定位HMD在物理空间的姿态，提高HMD在物理空间姿态估计的性能。存在的不足是只关注用户在物理空间的位置，没有考虑人类视觉感知在物理和虚拟空间不同的问题，即使正确定位自身在物理空间的姿态并实时反馈给VR系统，也无法使用户正确感知自身在虚拟空间的位置。)现有定位方法只关注用户在物理空间的位置，不考虑人类视觉感知在物理和虚拟空间不同的问题，认为虚拟摄像机的位置即为人感知的自身在虚拟空间的位置。然而，受渲染技术、计算机图像显示等关键问题的影响，以及不同用户双眼数据的差异，用户通过观看固定视察的双目虚拟摄像机得到的特定立体图像感知的深度信息和VR系统设定的深度信息存在差异，则虚拟摄像机位置不能等同于人类通过双眼视觉感知的自身相对虚拟场景的位置。即使正确定位自身在物理空间的姿态并实时反馈给VR系统，也无法使用户正确感知自身在虚拟空间的位置，无法正确自身与虚拟目标的位置关系，不能正确交互。

因此在VR系统中，为了实现虚实正确交互，除了依据现有定位方法定位人在物理空间中的位置以外，还应该研究视觉感知在虚拟和物理空间的感知差异，定位用户感知的自身在虚拟空间所处的位置，将该位置与HMD在物理空间的位置进行同步才能实现真正的虚实同步。本发明提供了一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，目的就是定位用户感知的自身在虚拟空间所处的位置。

发明内容