一种运动式无线定位的6DOF追踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，至少可应用于对手持式输入控制器、定位器单独的定位追踪，也可以对定位器和手持式输入控制器的同时定位追踪，采用方位数据和坐标数据融合的定位方式，定位精度高，且第一无线通信模块和第二无线通信模块两者中其中一个以旋转的无线通信模块的方式代替现有技术中多个固定的无线通信模块的方式，有效降低了产品成本，并且可多次获取不同的数据以提高定位精度，在AR、VR领域具有较大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种运动式无线定位的6DOF追踪系统
本申请属于定位追踪
，具体涉及一种运动式无线定位的6DOF追踪系统。
技术介绍
随着增强现实、混合现实、虚拟现实等技术的发展，出现大量的三维应用程序，显示器中的虚拟图像和现实世界的物理环境混合。应用程序以三维的形式融合在现实物理世界，其中，虚拟的三维对象和输入控制器可设置六个自由度(6DOF)的交互属性，六个自由度是指物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定物体的位置，就必须获取这六个自由度的信息，实现6DOF输入是提升混合现实设备用户体验的关键技术。头戴式显示器(HMD)包括虚拟现实、增强现实和混合现实等佩戴在使用者头部的显示设备，头戴式显示器可以将虚拟图像与现实世界的物理环境混合。该系统还可以包括一个或多个无线手持式输入控制器，系统的用户可以操纵它们以与HMD中显示的虚拟对象进行交互，并向HMD提供用户输入，包括但不限于控制和移动虚拟对象、光标、对象的选择、移动和旋转、滚动等。目前，主流的6DOF手持式输入控制器追踪方案包括光学式、超声波、电磁式三大类：其中，光学式追踪方案主要采用摄像头等图像传感器对手持式输入控制器上预置的发光点的跟踪来完成运动定位的，通常采用2颗以上的图像传感器利用视差计算发光点的深度信息，进而确定手持式输入控制器在空间中的位置。但是光学式追踪方案有诸多缺点：成本高昂，易受视线阻挡的限制，且大量的图像分析计算对SoC(系统级芯片)的处理能力要求高；功耗大。对于其他两种追踪方案而言，超声波追踪方案则易受环境灰尘干扰，反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大；电磁式追踪方案则易受周围电磁环境的干扰，且对环境中的金属物体较为敏感，限制了设备的使用场景。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，定位精度高，建设和维护成本低，抗干扰能力强。为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，所述运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器和手持式输入控制器，以现实空间中的预设位置为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；所述手持式输入控制器包括第一传感器和第一无线通信模块，所述第一传感器用于获取手持式输入控制器运动的第一方位数据，并将第一方位数据提供给处理器；所述显示器具有或连接有处理器，所述显示器还包括第二传感器和第二无线通信模块，所述第二无线通信模块沿与显示器的相对位置固定的预设轨迹运动且在预设轨迹上的位置已知，所述第二传感器用于获取显示器运动的第二方位数据，并将第二方位数据提供给处理器；所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与第一无线通信模块通信测量以获得手持式输入控制器相对于第二参考系的第一坐标数据，并将所述第一坐标数据提供给处理器；所述处理器以第一坐标数据为初始基准并融合第一方位数据，跟踪手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动；所述处理器利用第二方位数据，将手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动转换成相对于第一参考系的六个自由度的运动。本申请还提供一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，所述运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器和定位器，以依附在现实空间的定位器为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；所述定位器包括第三无线通信模块；所述显示器具有或连接有处理器，所述显示器还包括第二传感器以及第二无线通信模块，所述第二无线通信模块沿与显示器的相对位置固定的预设轨迹运动且在预设轨迹上的位置已知；所述第二传感器用于获取显示器运动的第二方位数据，并将第二方位数据提供给处理器；所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与所述第三无线通信模块通信测量以获得显示器相对于第一参考系的第二坐标数据，并将所述第二坐标数据提供给处理器；所述处理器以第二坐标数据为初始基准，融合第二方位数据，跟踪显示器在第一参考系的六个自由度的运动；或者，所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与所述第三无线通信模块通信测量以获得定位器相对于第二参考系的第三坐标数据，并将所述第三坐标数据提供给处理器，所述处理器以第三坐标数据为初始基准，融合第二方位数据，跟踪定位器在第二参考系的六个自由度的运动。本申请还提供一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，所述一种运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器、定位器和手持式输入控制器，以依附在现实空间的定位器为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；所述定位器包括第三无线通信模块；所述手持式输入控制器包括第一传感器和第一无线通信模块，所述第一传感器用于获取手持式输入控制器运动的第一方位数据，并将第一方位数据提供给处理器；所述显示器具有或连接有处理器，所述显示器还包括第二传感器以及第二无线通信模块，所述第二无线通信模块沿与显示器的相对位置固定的预设轨迹运动且在预设轨迹上的位置已知；所述第二传感器用于获取显示器运动的第二方位数据，并将第二方位数据提供给处理器；所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与所述第一无线通信模块通信测量以获得手持式输入控制器相对于第二参考系的第一坐标数据，并将所述第一坐标数据提供给处理器；所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与所述第三无线通信模块通信测量以获得显示器相对于第一参考系的第二坐标数据，并将所述第二坐标数据提供给处理器；所述处理器以第二坐标数据为初始基准，融合第二方位数据，跟踪显示器在第一参考系的六个自由度的运动；所述处理器以第一坐标数据为初始基准，融合第一方位数据，跟踪手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动；并利用第二方位数据和/或第二坐标数据，将手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动转换成相对于第一参考系的六个自由度的运动。作为优选，所述传感器为惯性测量单元，所述传感器获取的方位数据包括角速度以及加速度数据。作为优选，所述显示器为具有处理器的头戴式显示器，或者为连接有处理器的显示屏。作为优选，所述无线通信模块包括WIFI芯片、毫米波芯片和UWB芯片中的一种或多种。作为优选，所述显示器上安装有运动单元，该运动单元提供第二无线通信模块运动的预设轨迹，所述运动单元包括：安装在显示器上已知位置的轴承，该轴承的外圈与显示器固定，该轴承的内圈相对于显示器可活动，所述第二无线通信模块安装在内圈上；动力机构，用于产生动力源，带动轴承的内圈转动，轴承的外圈作为第二无线通信模块运动的预设轨迹。作为优选，所述显示器上的第二无线通信模块设置有两个，两个第二无线通信模块分别安装在独立的运动单元上。作为优选，所述定位器为依附在现实空间且位置固定的手持式输入控制器。本申请提供的运动式无线定位的6DOF追踪系统，与现有技术相比具有以下有益效果：1)不需要额外布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，其特征在于，所述运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器和手持式输入控制器，以现实空间中的预设位置为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；/n所述手持式输入控制器包括第一传感器和第一无线通信模块，所述第一传感器用于获取手持式输入控制器运动的第一方位数据，并将第一方位数据提供给处理器；/n所述显示器具有或连接有处理器，所述显示器还包括第二传感器和第二无线通信模块，所述第二无线通信模块沿与显示器的相对位置固定的预设轨迹运动且在预设轨迹上的位置已知，所述第二传感器用于获取显示器运动的第二方位数据，并将第二方位数据提供给处理器；/n所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与第一无线通信模块通信测量以获得手持式输入控制器相对于第二参考系的第一坐标数据，并将所述第一坐标数据提供给处理器；/n所述处理器以第一坐标数据为初始基准并融合第一方位数据，跟踪手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动；/n所述处理器利用第二方位数据，将手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动转换成相对于第一参考系的六个自由度的运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，其特征在于，所述运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器和手持式输入控制器，以现实空间中的预设位置为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；
所述手持式输入控制器包括第一传感器和第一无线通信模块，所述第一传感器用于获取手持式输入控制器运动的第一方位数据，并将第一方位数据提供给处理器；
所述显示器具有或连接有处理器，所述显示器还包括第二传感器和第二无线通信模块，所述第二无线通信模块沿与显示器的相对位置固定的预设轨迹运动且在预设轨迹上的位置已知，所述第二传感器用于获取显示器运动的第二方位数据，并将第二方位数据提供给处理器；
所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与第一无线通信模块通信测量以获得手持式输入控制器相对于第二参考系的第一坐标数据，并将所述第一坐标数据提供给处理器；
所述处理器以第一坐标数据为初始基准并融合第一方位数据，跟踪手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动；
所述处理器利用第二方位数据，将手持式输入控制器在第二参考系的六个自由度的运动转换成相对于第一参考系的六个自由度的运动。


2.一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，其特征在于，所述运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器和定位器，以依附在现实空间的定位器为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；
所述定位器包括第三无线通信模块；
所述显示器具有或连接有处理器，所述显示器还包括第二传感器以及第二无线通信模块，所述第二无线通信模块沿与显示器的相对位置固定的预设轨迹运动且在预设轨迹上的位置已知；
所述第二传感器用于获取显示器运动的第二方位数据，并将第二方位数据提供给处理器；
所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与所述第三无线通信模块通信测量以获得显示器相对于第一参考系的第二坐标数据，并将所述第二坐标数据提供给处理器；所述处理器以第二坐标数据为初始基准，融合第二方位数据，跟踪显示器在第一参考系的六个自由度的运动；
或者，所述第二无线通信模块沿预设轨迹运动并在多个位置与所述第三无线通信模块通信测量以获得定位器相对于第二参考系的第三坐标数据，并将所述第三坐标数据提供给处理器，所述处理器以第三坐标数据为初始基准，融合第二方位数据，跟踪定位器在第二参考系的六个自由度的运动。


3.一种运动式无线定位的6DOF追踪系统，其特征在于，所述一种运动式无线定位的6DOF追踪系统包括：显示器、定位器和手持式输入控制器，以依附在现实空间的定位器为基准建立第一参考系，以显示器为基准建立第二参考系；
所述定位器包括第三无线通信模块；
所述手持式输入控制器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海桥，杨建明，范群文，
申请(专利权)人：光感上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31