一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法
专利汇可以提供一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法专利的具体信息内容。
1.一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于注视点构建人眼视觉系统的深度感知模型：当用户利用头戴式VR设备观看VR空间的目标时，由基于瞳孔角膜反射技术的视线跟踪算法估计左右眼视线方向，然后利用空间解析几何知识计算这两条视线在空间中的最近点，该点即为人类的视觉注视点；将注视点与人眼位置结合构建视觉系统在虚拟空间的深度感知模型；
S2、基于注视点信息计算目标点位置：分析双目视觉的注视行为和相机成像的透视投影原理，比较两者关系，利用步骤S1计算出的注视点位置建立相对人眼视觉感知的内参矩阵，并依据该内参矩阵计算虚拟空间中3D注视点在图像上的2D投影点位置；然后根据注视点和VR空间中的目标点在2D图像上的投影位置相同的特点，使用注视点的投影位置和虚拟摄像机的参数计算此时注视的目标点在虚拟空间的3D位置，该点即为人类注视的虚拟空间中3D目标点位置；
S3、量化人类视觉系统在虚拟环境中的深度感知和VR系统设定的深度感知的差异：使用虚拟摄像机位置和步骤S2计算出的3D目标点位置获得VR系统设定的深度感知信息；将VR系统设定的深度感知与由注视点获得的视觉系统的深度感知进行比较，量化两者之间的深度感知差异；
S4、定位感知的自身位置：通过量化的深度感知差异对此时的虚拟摄像机位置进行补偿，得到校正后的空间位置，即为用户感知的自身在虚拟空间的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S1中，实时跟踪视线注视点具体过程如下：
在t时刻，当人眼通过显示在VR头盔左右两个显示屏上的双目视差图像Itl和Itr注视虚拟空间中的目标点 时，由基于瞳孔角膜反射技术的视线跟踪算法获得双目视线方向，然后依据空间解析几何知识求解两条视线在空间中的最近点，该点即为视线注视点；令t时刻人眼在虚拟空间坐标系统下的3D注视点坐标为 其中上标V表示虚拟
空间坐标系统，k表示当前时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S1中，建立视觉系统在虚拟环境中的深度感知模型具体过程如下：
由视线注视点与虚拟空间坐标系统下的双眼中点计算视觉系统的深度感知，公式表述如下：
其中 为t时刻左右眼球中心位置， 为双眼中心，Qht为视觉系统在虚拟空间的深度感知。
4.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S2中，基于视线注视点建立相对视觉感知的内参矩阵具体过程如下：
虚拟摄像机依据透视投影获得3D点和2D投影点的关系，在摄影几何中，虚拟摄像机的透视投影模型如下：
其中(x，y，z)表示虚拟空间中目标点的3D坐标，(x，y，z，1)为其齐次坐标形式，(u，v)为图像上的2D投影点，(u，v，1)为其齐次坐标形式，K表示虚拟摄像机内参矩阵，T为虚拟摄像机外参矩阵；内参矩阵中sx和sy表示在图像x轴和y轴上像素的焦距，ox和oy表示摄像机主点；在虚拟现实系统中，设定虚拟相机视差和人眼双目视差相同；同时忽略两者之间的偏移量，则虚拟摄像机位置和人眼球位置保持一致；不考虑头部和头盔之间的相对移动，则外参矩阵T相同，由VR系统直接获得；
对比分析虚拟摄像机的透视投影原理和人眼的成像模型，利用虚拟空间中的注视点信息计算相对视觉感知的内参矩阵，所述相对视觉感知的内参矩阵如下：
shx＝Qht(z)·mx；
shy＝Qht(z)·my；
ohxl＝(wI-de·mx)/2；
ohxr＝(wI+de·mx)/2；
oy＝hI/2；
mx＝wI/wd；
my＝hI/hd；
Kh表示相对视觉感知的内参矩阵，shx、shy分别使用像素来描述x轴和y轴方向上焦距的长度，单位是pixel，ohx和ohy表示主点在x轴和y轴上的位置，shx、shy、ohx和ohy与虚拟摄像机参数意义相同；其中参数wI、hI、wd、hd、de分别表示图像的宽和高(pixel)，屏幕的宽和高(mm)以及两眼间距，Qht(z)为视觉系统感知的深度距离值。
5.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S2中，计算视线注视的虚拟目标点3D位置具体过程如下：
根据视线注视点位置 以及相对视觉感知的内参矩阵Kh和外参矩阵T，通过透视投影模型获得左右视差图上的投影点ztl和ztr；然后根据注视点 和目标点 在图像上的投影位置相同的特点，利用投影点和虚拟摄像机的位置和方位参数，由三角测量原理计算投影点的空间位置即目标点 由ztl和ztr计算空间点，如下所示：
stlztl＝strRztr+t；
R，t表示两个虚拟相机之间的变换，由虚拟现实系统得到；stl和str表示两个投影点的深度距离；由该式求出双目视差图下的投影点深度，从而确定虚拟目标点的空间坐标 和
6.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S3中，获取VR系统设定的深度感知具体过程如下：
由于存在计算误差和设备误差，由左右投影点ztl和ztr得到的空间坐标 和 通常不在同一点上，取其中点为最终的目标点坐标 然后由当前注视的目标点坐标与虚拟空间坐标系统下的虚拟摄像机中点位置计算VR系统设定的深度感知，如下所示：
其中 为虚拟摄像机在t时刻的中点位置；Qvt为VR系统设定的深度感知。
7.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S3中，量化人类视觉系统在虚拟环境中的深度感知和VR系统设定的深度感知的差异具体过程如下：
在t时刻，双眼通过双目视差图Itl和Itr观看目标点 时，由于人类视觉系统的参数和VR系统中的虚拟摄像机参数不同，视觉系统形成的深度感知和VR建立的立体效果不同；通过比较视觉系统深度感知和VR系统设定的深度感知，量化两者差异，差异如下所示：
ΔQt＝Qvt-Qht；
不考虑头戴式显示设备和头部(HMD-Head)的相对偏移，双目视线的起点与HMD相对位置固定；设定双目虚拟摄像机位置和人的双眼位置相同，即EV＝PV；则两者差异简化形式如下所示：
8.根据权利要求1所述的一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法，其特征在于，步骤S4中，定位感知的自身位置具体过程如下：
步骤S3中量化的深度感知差异即为视觉系统在虚拟和物理环境的深度感知差异，由量V
化的差值ΔQt对此时的虚拟摄像机位置P进行补偿，最终得到的空间位置即为用户感知的自身相对虚拟场景的位置 如下所示：
一种基于深度感知的虚拟现实系统空间定位方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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