一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法。本方法基于超声波测量距离并根据距离与人进行人机交互来防止碰撞。本方法利用超声波进行距离测量，克服了通过红外线测量距离所造成的测量结果受光线影响以及距离短的限制；利用多个传感器测量四个方位的距离，克服了以往只有单一方位距离测量导致其他方位无法防止碰撞的弊端，使用者可以更加随心所欲地进行VR活动；通过不同距离不同方案提示使用者的方式防止用户发生碰撞，在保证安全性的同时，避免了使用者在进行VR活动过程中沉浸感的降低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法
本专利技术涉及虚拟现实、人机交互领域，具体涉及一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法。
技术介绍
虚拟现实(VirtualReality,以下简称VR)技术最早在20世纪80年代提出,利用计算机生成的虚拟多源信息进行融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真,使用户在虚拟环境中与物体进行沉浸式交互。VR头显是利用头戴式显示设备将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。VR头显设备可分为三类：外接式头显设备、一体式头显设备、移动端头显设备。外接式头显设备，用户体验较好，具备独立屏幕，产品结构复杂，技术含量较高，不过受着数据线的束缚，自己无法自由活动。一体式头显设备，产品偏少，也叫VR一体机，无需借助任何输入输出设备就可以在虚拟的世界里尽情感受3D立体感带来的视觉冲击。移动端头显设备，结构简单、价格低廉，只要放入手机即可观看，使用方便。由于头显对视觉的封闭性，而且随着VR核心技术的发展越来越成熟，VR的分辨率、舒适度等也越来越受到人们的关注，很多人会因此陷入虚拟现实设备给他们带来的沉浸感。VR设备的弊端开始显现，虚拟现实技术无论是用来游戏、模拟等各种领域，往往着重于人与虚拟场景的互动，却忽视了虚拟场景和现实世界的联系。人戴着VR设备体验虚拟现实场景的时候，很有可能撞到现实中的墙、桌角等等，受到意外的伤害。因此如何建立虚拟现实和现实世界的联系，加强人机交互成为了一个难题。目前市面上大多数VR设备没有考虑到这个问题。超声波测距方法主要有相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间法三种，其中相位检测法精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射介质的影响。因此，当前超声波测距一般使用渡越时间法。超声波的工作原理：发射换能器向外发射超声波，超声波在介质中传播，遇到障碍物后反射，产生回波，接受换能器接受回波。渡越时间法就是通过检测发射超声波与接受回波之间的时间差，求出目标障碍物距信号发射源的距离。现有的技术方案有Occipital公司基于红外测距的虚拟现实成像防止用户碰撞技术。该防碰撞技术具体实现步骤如下：(1)使用附带结构传感器的苹果系统手机对房间进行扫描得到房间3D模型。(2)打开3D扫描重组应用并戴上放入了结构传感器的苹果系统手机的VR头显。(3)利用头部设备上的红外相机，测量头部前方红外线到达现实物体的返回时间(4)通过时间计算出人与现实物体的距离(5)根据距离结合预先扫描的房间模型决定重组现实物体模型，在虚拟现实中对现实物体建模显示并且头显发光以提示用户。该防碰撞技术具有以下缺点：(1)需要预先扫描房间才可以防止碰撞，耗费时间长。(2)只能检测VR头显前方的物体，其他方位无法预测并提示用户，因此在用户看不到的方向进行移动时，如后退、左移右移等动作无法进行防止碰撞。(3)红外线测距时容易受到光线的影响造成很大的误差而且测量距离短。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有方法的不足，提出了一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法，该方法基于超声波测量距离并根据距离与人进行人机交互来防止碰撞。本专利技术解决以下核心技术问题：(1)利用超声波进行距离测量，克服了通过红外线测量距离所造成的测量结果受光线影响以及距离短的限制；(2)利用多个传感器测量四个方位的距离，克服了以往只有单一方位距离测量导致其他方位无法防止碰撞的弊端。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法，所述方法包括：步骤一，初始信息采集：获取使用者的前方传感器多次测量距离的实际值，以及测量声波返回时间值的平均值；步骤二，环境信息采集和训练模型：获取使用者所在环境的温度，设定使用者不需要开启测量距离的方位，根据步骤一所得到的测量距离的实际值和测量声波返回时间平均值，得出测量距离值并训练所在环境下的线性回归模型；步骤三，距离信息采集和处理：使用者开始使用VR进行活动，VR开启步骤二设定好的方位传感器进行距离测量，并利用步骤二的线性回归模型得到校正后的测量距离；步骤四，VR信息反馈：利用校正后的测量距离，根据不同的距离实施不同的显示方案对用户进行提示以防止与现实物体碰撞；步骤五，最后VR检测用户是否继续进行大幅度活动，如果推测结果是在进行大幅度活动，则返回步骤三继续防碰撞检测，否则暂时关闭防碰撞检测，等待检测到用户有运动的迹象，恢复防碰撞检测。优选地，所述VR信息反馈，具体包括：当使用者某方位测量距离物体小于1米时，在虚拟场景相同方位的相同距离位置上通过改变地形，或者调度该虚拟场景中的资源，建立该虚拟场景中特有的虚拟障碍物，以防止使用者碰撞。当使用者某方位测量距离物体小于0.6米时，在前述虚拟障碍物的基础上，在虚拟场景的使用者视点所在的位置，浮现出伴随的使用者的视点移动的文字提示，以防止使用者碰撞。当使用者某方位测量距离物体小于0.3米时，在前述虚拟障碍物以及文字提示的基础上，通过语音播报的形式提示该方位已经不能再继续移动，以防止使用者碰撞。本专利技术提出的一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法，采用超声波测距因此不受光线影响以及距离短的限制，使用者可以更加随心所欲地进行VR活动；通过不同距离不同方案提示使用者的方式防止用户发生碰撞，在保证安全性的同时，避免了使用者在进行VR活动过程中沉浸感的降低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例的防碰撞方法流程图；图2是本专利技术实施例的设备示意图；图3是本专利技术实施例的VR信息反馈的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例的防碰撞方法流程图，如图1所示，该方法包括：S1，初始信息采集：获取使用者的前方传感器多次测量距离的实际值，以及测量声波返回时间值的平均值；S2，环境信息采集和训练模型：获取使用者所在环境的温度，设定使用者不需要开启测量距离的方位，根据S1所得到的测量距离的实际值和测量声波返回时间平均值，得出测量距离值并训练所在环境下的线性回归模型；S3，距离信息采集和处理：使用者开始使用VR进行活动，VR开启S2设定好的方位传感器进行距离测量，并利用S2的线性回归模型得到校正后的测量距离；S4，VR信息反馈：利用校正后的测量距离，根据不同的距离实施不同的显示方案对用户进行提示以防止与现实物体碰撞；S5，最后VR检测用户是否继续进行大幅度活动，如果推测结果是在进行大幅度活动，则返回S3继续防碰撞检测，否则暂时关闭防碰撞检测，等待检测到用户有运动的迹象，恢复防碰撞检测。步骤S1，具体如下：为了保证测量距离的精确性，防止由于误差带来的误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一，初始信息采集：获取使用者的前方传感器多次测量距离的实际值，以及测量声波返回时间值的平均值；步骤二，环境信息采集和训练模型：获取使用者所在环境的温度，设定使用者不需要开启测量距离的方位，根据步骤一所得到的测量距离的实际值和测量声波返回时间平均值，得出测量距离值并训练所在环境下的线性回归模型；步骤三，距离信息采集和处理：使用者开始使用VR进行活动，VR开启步骤二设定好的方位传感器进行距离测量，并利用步骤二的线性回归模型得到校正后的测量距离；步骤四，VR信息反馈：利用校正后的测量距离，根据不同的距离实施不同的显示方案对用户进行提示以防止与现实物体碰撞；步骤五，最后VR检测用户是否继续进行大幅度活动，如果推测结果是在进行大幅度活动，则返回步骤三继续防碰撞检测，否则暂时关闭防碰撞检测，等待检测到用户有运动的迹象，恢复防碰撞检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波测距的VR交互现实防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一，初始信息采集：获取使用者的前方传感器多次测量距离的实际值，以及测量声波返回时间值的平均值；步骤二，环境信息采集和训练模型：获取使用者所在环境的温度，设定使用者不需要开启测量距离的方位，根据步骤一所得到的测量距离的实际值和测量声波返回时间平均值，得出测量距离值并训练所在环境下的线性回归模型；步骤三，距离信息采集和处理：使用者开始使用VR进行活动，VR开启步骤二设定好的方位传感器进行距离测量，并利用步骤二的线性回归模型得到校正后的测量距离；步骤四，VR信息反馈：利用校正后的测量距离，根据不同的距离实施不同的显示方案对用户进行提示以防止与现实物体碰撞；步骤五，最后VR检测用户是否继续进行大幅度活动，如果推测结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凡，杨艾琳，刘海亮，
申请(专利权)人：中山大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44