[发明专利]一种基于眼动跟踪的沉浸式流场可视化人机交互方法

权利要求书

1.一种基于眼动跟踪的沉浸式流场可视化人机交互方法，其特征在于，通过眼动仪与VR头盔相结合进行人机交互，包括：

步骤1、获取眼球注视方向向量与头盔旋转信息，将眼注视方向变换到世界坐标系下；

步骤2、对世界坐标系下的眼球注视方向依次进行眼动校准以及眼动去抖；

步骤3、根据VR头盔获取头盔凝视方向向量，将头盔凝视方向指向目标对象，判断眼动去抖后的眼球注视方向是否与头盔凝视方向相同，不同则移动视线进入步骤1；相同则触发交互操作，完成交互；

所述步骤1的具体过程为:通过头盔接口获取VR头盔的旋转信息，包括相机旋转轴以及旋转角度，构造三维旋转矩阵，将眼球注视方向向量带入三维旋转矩阵，得到世界坐标系下的初始注视方向向量；

所述步骤2中，在执行眼动校准之前，判断是否为首次校准，若是则进行初始校准，否则执行动态隐式校准；

所述初始校准过程为：通过VR头盔获得用户的头部高度，在等高的正前方产生白色校准球，当用户头盔凝视方向落在校准球上时，产生红点光标，用户眼睛盯着红点2秒，此时用户实际眼球注视方向与头盔凝视方向一致，通过头盔凝视方向表示用户实际眼球注视方向对初始眼球注视方向向量进行偏移修正；偏移修正具体过程为：头盔凝视方向向量与眼动仪测量的眼球注视方向向量相减得到偏移向量,通过偏移向量进行初始校准后得到的用户眼球注视方向向量为；

所述动态隐式校准过程为：根据上次交互操作时的头盔凝视方向向量与眼动仪测量的眼球注视方向向量相减得到新的校准偏移向量，并采用指数平滑法更新校准偏移向量，通过新的校准偏移向量校准得到用户眼球注视方向向量为，其中，

,为平滑系数，为前一次校准时的校准偏移向量；

所述眼动去抖具体方法为：

，

为时刻去抖后的眼球注视方向向量，为时刻经过校准但仍需进行去抖处理的眼球注视方向向量，为时刻的眼球注视方向向量，为动态平滑系数；所述的获取方法为：预先设定眼动速度阈值，计算最近两次眼球注视方向向量的夹角确定扫视速度，当时判定眼动处于低速注视状态，；当时判定眼动处于高速扫视状态，，此时若则将设定。

2.根据权利要求1所述的基于眼动跟踪的沉浸式流场可视化人机交互方法，其特征在于，所述步骤3中，在沉浸式环境下构建交互界面来完成交互操作，通过QT构建初始交互界面并保存为图片，在沉浸式环境下加入一个有限平面，将保存的界面图片以贴图形式贴在有限平面表面形成交互平面；用户注视该交互平面，并将眼球注视方向、头盔凝视方向与该平面的交点坐标传回给QT触发交互事件，完成交互；当用户使用呼唤手势时可开启或关闭界面；当界面状态发生改变时，更新界面贴图使得沉浸式环境下的交互界面实时更新。

3.根据权利要求2所述的基于眼动跟踪的沉浸式流场可视化人机交互方法，其特征在于，所述步骤3中触发交互操作时还包括磁吸重合处理，当通过校准和去抖处理后的眼球注视方向向量与头盔凝视方向向量夹角大于4.3°时两向量分别独立表示各自的方向；当眼球注视方向向量与头盔凝视方向向量夹角小于等于4.3°时，将实际眼球注视方向设置为头盔凝视方向，使两者的方向重合。

4.根据权利要求1所述的基于眼动跟踪的沉浸式流场可视化人机交互方法，其特征在于，所述步骤3中触发交互操作前进行误触验证，当出现以下情况中任意一种情况表示该操作为误触操作：

（1）交互触发前，眼球注视方向向量的变化速度低于预设值；

（2）交互触发前，头盔凝视方向向量的变化速度低于预设值；

（3）交互触发时，眼球注视方向和头盔凝视方向处于重合状态。

5.根据权利要求4所述的基于眼动跟踪的沉浸式流场可视化人机交互方法，其特征在于，在触发交互操作后，设有0.3秒的操作保护期，在此期间不再触发交互操作。