基于光学追踪与惯性追踪的融合定位系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111947650A(43)申请公布日2020.11.17(21)申请号202010675849.4(22)申请日2020.07.14(71)申请人杭州瑞声海洋仪器有限公司地址310023浙江省杭州市西湖区双浦镇袁浦街136号(72)发明人赵岩杨海峰孟令卫章远香周振华陈天森(74)专利代理机构杭州九洲专利事务所有限公司33101代理人陈继亮(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G02B27/01(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于光学追踪与惯性追踪的融合定位系统及方法(57)摘要本发明提供了一种基于光学追踪与惯性追踪的融合定位系统及方法，主要由光学追踪系统、惯性追踪系统、虚拟场景渲染软件、虚拟现实头戴显示器、位姿融合计算软件组成；选取一个范围作为捕捉区域，在两个对角上分别布置光学摄像头，选取一处宽敞无遮挡的区域放置无线接收器，然后被捕捉人穿戴同时配置有光敏传感器、惯性传感器的虚拟现实头戴显示器，并在全身各关节处穿戴惯性传感器节点，即可在捕捉区域内自由活动。本发明的有益效果为：该方法以光学追踪与惯性追踪获取的定位数据为基础，针对人体这一特殊被捕捉目标，融合两处来源的数据，克服两种动作捕捉系统单一使用时的缺点，实现人体动作的准确追踪。CN111947650ACN111947650A权利要求书1/1页1.一种基于光学追踪与惯性追踪的融合定位系统，其特征在于：主要由光学追踪系统、惯性追踪系统、虚拟场景渲染软件、虚拟现实头戴显示器、位姿融合计算软件组成，其中，所述的光学追踪系统主要由光学摄像头、光敏传感器组成，通过在一定区域内布置两个或多个光学摄像头，利用光学定位技术获取光敏传感器在此区域内的空间位置；所述的惯性追踪系统主要由惯性传感器、无线接收器组成，每个惯性传感器节点可获取自身的相对位移、旋转，通过多个惯性传感器节点可获取被捕捉物体的空间姿态；所述的虚拟场景渲染软件包含虚拟三维模型，根据三维模型在空间中的状态构建虚拟实景，同时将指定视角的画面渲染输出；所述的虚拟现实头戴显示器主要实现虚拟视景的显示，与光学追踪、惯性追踪系统进行组合，即可实时追踪头戴显示器的空间方位，并使虚拟环境中的视角同步改变，实现沉浸式体验；所述的位姿融合计算软件，可在同时接入光学追踪与惯性追踪的情况下，根据两种动作追踪的特点，综合解算出被捕捉物体的准确方位。2.一种基于光学追踪与惯性追踪的融合定位方法，其特征在于：主要包括如下步骤：位姿融合计算软件获取的原始数据主要包含头部光学定位数据、身体惯性定位数据、头部惯性定位数据；选取一个范围作为捕捉区域，在两个对角上分别布置光学摄像头，选取一处宽敞无遮挡的区域放置无线接收器，然后被捕捉人穿戴同时配置有光敏传感器、惯性传感器的虚拟现实头戴显示器，并在全身各关节处穿戴惯性传感器节点，即可在捕捉区域内自由活动；第一阶段的计算主要确定被捕捉人的全身姿态，通过惯性定位数据计算各个惯性传感器之间的相对位移、旋转，确定被捕捉人在空间的姿势；第二阶段的计算主要确定被捕捉人的头部空间位置，在第一阶段计算的结果上，引入头部光学定位数据，在平面内使用准确度相对较高的光学定位数据确定头部关节在水平面内的绝对坐标，在竖直方向结合惯性定位数据考虑人相对地面距离的合理性确定头部关节在高度方向的绝对坐标，确定头部关节在三维空间内的位置；第三阶段的计算主要确定被捕捉人的视野观察范围，在第二阶段计算的结果上，再次引入头部光学定位数据与头部惯性定位数据，通过球面插值计算头部朝向，获取更准确的视角方位，减小头部旋转带来的晕动反应。3.根据权利要求2所述的基于光学追踪与惯性追踪的融合定位方法，其特征在于：头部作为光学和惯性追踪两种方式的融合部位，其位置采用头部光学定位数据的坐标(X1,Y1)赋予头部惯性追踪在空间的绝对坐标(X2,Y2)，作为头部关节坐标(X,Y)；Z轴的坐标选择分为2种选择条件：①若身体惯性定位数据双脚关节同时向Z轴正方向快速移动，则判定为捕捉动作身体离地，此时头部关节的空间坐标Z为头部光学定位数据坐标Z1加上背部关节坐标Z2的偏移量；②除①情况外判定为脚贴地，此时头部关节的空间坐标Z为头部光学定位坐标Z1减去低位脚底节点中心坐标位置Z3。2CN111947650A说明书1/3页基于光学追踪与惯性追踪的融合定位系统及方法技术领域[0001]本发明涉及光学定位技术、惯性追踪技术、虚拟现实技术、人机交互技术和视景仿真技术，主要是一种基于光学追踪与惯性追踪的融合定位系统及方法。背景技术[0002]近几年，随着虚拟现实技术的迅速发展，虚拟现实技术对用户交互手段提出了更高的要求，不同于传统的鼠标键盘输入，虚拟现实人机交互要