[发明专利]光电式头盔跟踪系统灯组布局优化方法

摘要

本发明公开了一种光电式头盔跟踪系统灯组布局优化方法，利用OpenGL导入头盔模型并设置好灯组在头盔上的位置，并设定头盔姿态，同时利用虚拟相机计算出灯组成像坐标，然后重构出头盔姿态，通过设定姿态计算出设定视线的方向，通过重构姿态数据计算出跟踪到的视线方向，二者比较就可以得到跟踪误差或者是该姿态是否能被有效跟踪，再判断头盔的当前姿态是否能被跟踪，当设定的姿态使视线的俯仰角和方位角遍历[-180°，+180°]范围时可以得到头盔整个跟踪过程的误差曲面及可跟踪角度范围从而判定该布局的优劣，就可以使灯组布局最优化。本发明通过VC++和OpenGL结合实现头盔跟踪系统的仿真，实现了头盔灯组布局的最优化，提高了头盔跟踪系统的性能。

主权项

1.一种光电式头盔跟踪系统灯组布局优化方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：(1)、利用OpenGL导入头盔模型并设置好灯组在头盔上的位置，并通过式(1)(2)、(3)、(4)设定头盔姿态，设(x，y，z)是头盔运动前的坐标，(x′，y′，z′)是运动后的坐标，式(2)、(3)(4)同理，头盔绕z轴旋转角度α，旋转后的坐标为：x′y′z′=cosα-sinα0sinαcosα0001xyz---(1)]]>头盔绕y轴旋转角度α，旋转后的坐标为：x′y′z′=cosα0sinα010-sinα0cosαxyz---(2)]]>头盔绕x轴旋转角度α，旋转后的坐标为：x′y′z′=1000cosα-sinα0sinαcosαxyz---(3)]]>头盔在x、y、z轴上的平移量为t_x、t_y、t_z平移后的坐标为：x′y′z′=100tx010ty001tzxyz1---(4)]]>同时利用虚拟相机计算出灯组成像坐标，计算公式如式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)，其中f表示相机焦距：x_a＝x_A*f/z_A        (5)y_a＝y_A*f/z_A        (6)x_b＝x_B*f/z_B        (7)y_b＝y_B*f/z_B        (8)x_c＝x_C*f/z_C         (9)y_c＝y_C*f/z_C         (10)；(2)、然后重构出头盔姿态：通过设定姿态计算出设定视线的方向，通过重构姿态数据计算出跟踪到的视线方向，二者比较就可以得到跟踪误差或者是该姿态是否能被有效跟踪；其中视线方向用俯仰角和方位角表示，设方位角用α1表示，俯仰角用β1表示，α1、β1的定义如下：α1＝arctan(x/z)  (11)β1=arctan(y/z*z+x*x)---(12);]]>(3)、然后判断头盔的当前姿态是否能被跟踪，具体条件如下：1)、该时刻是要至少有一组灯组处于相机视场范围之内，2)、处于相机视场内的灯组至少有一组是有没被挡住的；假设灯A、B、C组成一组灯组，则条件1)、2)具体为：判断条件1)：首先判断灯A是在视场范围内，判断灯A的方法是看＜AOO′是否小于相机视场角，其中＜AOO′计算公式如式(13)：<AOO′=arccos(OA·OO′|OA||OO′|)---(13)]]>再用同样的方法判断灯B、C是否在视场范围内；判断条件2)：灯组所在平面的法线与相机光轴O′O的夹角θ是否小于LED灯发散角，其中的计算公式如式(14)，法线与相机光轴O′O的夹角计算公式如式(15)：n→=BA×AC---(14)]]>设与O′O夹角为θ，则：θ=arccos(n→·O′O|n→||O′O|)---(15)]]>当设定的姿态使视线的俯仰角α1和方位角β1遍历[-180°，+180°]范围时可以得到头盔整个跟踪过程的误差曲面及可跟踪角度范围从而判定该布局的优劣，先利用这种方式得到单个灯组在不同位置对跟踪效果的影响，再利用不同位置的灯组组合初步设定灯组的初始布局，最后经过逐步探索进一步微调就可以使灯组布局最优化。