[发明专利]VR系统及其定位追踪方法

说明书

本发明提供一种VR系统及其定位追踪方法，VR系统包括头戴显示器和手柄，头戴显示器包括第一惯性传感器、第一处理器和多个第一拍摄装置，手柄包括第二惯性传感器和多个第二拍摄装置，第一拍摄装置采集头戴显示器坐标系外部环境图像，第一惯性传感器采集头戴显示器的惯性数据，第二拍摄装置采集手柄坐标系外部环境图像，第二惯性传感器采集手柄的惯性数据，第一处理器通过头戴显示器的惯性数据及其外部环境图像获得头戴显示器在世界坐标系下6DOF数据，通过手柄惯性数据及其外部环境图像获得手柄在世界坐标系下6DOF数据，生成头戴显示器上手柄端的6DOF数据。上述系统及方法能够高精度低延时获得头戴显示器上手柄6DOF数据。

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领，尤其涉及一种VR系统及其定位追踪方法。

背景技术

现有的All-in-one VR(Virtual Reality，VR)6DOF一体机设计中，大部分是支持头部6DOF(Six Degrees of Freedom)追踪，通过光学，超声波，电磁等方案判断HMD(头戴显示器)和手柄的相对位置关系，在当前HMD 6DOF的基础上，通过相对关系的映射，把手柄的位置转换成手柄的世界坐标系。光学手柄存在FOV(视场角)的问题，在超出HMD camera的FOV外，会引入较大误差；超声波方案存在遮挡和反射问题，对无线同步的要求很高，无线波动也会引入一定的误差；电磁方案可以实现360度追踪，但受外界磁场影响较大，另外设备与设备之间的相互干扰也是一个困难的问题，通常情况下不支持很多设备同时工作。

电磁和超声波的相对位置转换是基于HMD上超声波和电磁接收器的位置，对产品组装一致性有很高的要求，后期使用中跌落等都会影响产品精度。

发明内容

本发明提供一种高精度低延时获得头戴显示器上手柄6DOF数据的VR系统及其定位追踪方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种VR系统，包括头戴显示器和手柄，所述头戴显示器包括第一惯性传感器、第一处理器和多个第一拍摄装置，所述手柄包括第二惯性传感器和多个第二拍摄装置，所述第一拍摄装置采集头戴显示器坐标系的外部环境图像，所述第一惯性传感器采集头戴显示器的惯性数据，所述第二拍摄装置采集手柄坐标系的外部环境图像，所述第二惯性传感器采集手柄的惯性数据，所述第一处理器通过头戴显示器的惯性数据和第一拍摄装置拍摄的头戴显示器坐标系的外部环境图像获得头戴显示器在世界坐标系下的6DOF数据，通过第二拍摄装置拍摄的手柄坐标系的外部环境图像和第二惯性传感器采集的手柄的惯性数据获得手柄在世界坐标系下的6DOF数据，生成头戴显示器上手柄端的6DOF数据。

可选地，还包括第一时间同步模块，将头戴显示器作为主设备，手柄作为从设备，通过数据信号在主设备和从设备之间的传输获得头戴显示器和手柄的时间偏差，实现头戴显示器和手柄的时间同步。

可选地，所述头戴显示器还包括第一无线传输模块，所述手柄还包括第二无线传输模块，在物理层解析和回复数据信号。

可选地，所述第一无线传输模块在T1时刻发送同步信号，第二无线传输模块在T2时刻接收到同步信号，第一无线传输模块将包含T1时刻的主设备数据包发送到从设备；延时设定时间后，在T3时刻，第二无线传输模块将包含T3时刻的从设备数据包发送给主设备，在T4时刻，主设备接收到从设备数据包；第一无线传输模块将包含T4时刻主设备数据包发送给从设备；所述第一时间同步模块通过下式获得头戴显示器和手柄的时间偏差T0

T0＝(T2-T1-T4+T3)/2。

可选地，还包括第二时间同步模块，通过时间戳对头戴显示器和手柄进行时间同步，所述第二时间同步模块包括：

第一时间戳添加单元，按照曝光中心点时刻在第一拍摄装置采集的外部环境图像添加第一时间戳；

第二时间戳添加单元，按照曝光中心点时刻在第二拍摄装置采集的外部环境图像添加第二时间戳；