一种眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法技术

本发明专利技术公开了一种眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，该方法将沉浸式虚拟环境与眼睛跟踪系统相结合，采用眼动追踪技术采集和分析行人在室内寻路过程中的视觉搜索行为和身体运动姿态，观察行人对不同地标的注意、使用情况，进行视觉注意的定性和定量分析，研究室内空间不同情境下的导航地标标识使用的有效性，提取具有高适用性的地标标志物，构建高可靠性的室内导航地标认知路网，为不同情境下的路径引导提供有效的导航信息。相较于传统静态眼动追踪技术，本发明专利技术获得连续性思维条件下的三维眼动观测数据，可分析不同导航情境条件下的视觉搜索规律，为地标的选择判别提供依据，为室内导航地标路网的构建及导航寻径优化提供重要帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法
本专利技术涉及室内导航路网构建方法，特别是涉及一种三维眼动追踪与虚拟现实技术相结合的室内导航地标路网构建方法。
技术介绍
室内导航路网的构建大多把用于表达室外道路网络的结点—弧段模型引入到室内空间中来，室内空间单元(如房间、办公室等)抽象成结点，走廊、门厅等联系空间抽象为弧段，以此建立室内通道拓扑网络的抽象视图。这种方法虽然可以通过结点、弧段描述室内各个单元之间的相邻性和连通性关系，但忽略了室内空间的拓扑以及语义信息，而且多数路径只能规划到房间，难以满足不同场景下的行人的寻路需求。现有的室内通道路网的构建思路如下：(1)室内单元分割，构建初始的室内空间单元；(2)对室内房间单元、廊道空间、公共设施等地图数据分要素、分专题处理，生成室内建筑地图；(3)根据室内建筑地图，确定出口、楼梯、电梯等关键出入口，同时确定建筑物内各单元所归属的出入口；(4)根据楼梯、电梯、扶梯等数据提取出建筑物垂直方向的连通信息，将连通类型、通道种类、位置等信息生成楼层间连通信息表，保存进楼层连通数据库，以用于建筑物的跨楼层的寻路分析；(5)构建结点要素、弧段要素，采用数据库存储节点、弧段以及多边形要素的拓扑关系；(6)基于图理论，依据点—弧段理论构建室内网络模型。人的寻路行为是一系列定位与定向移动的行为，是人不断形成认知地图的过程，在此过程中，行人在头脑中不断感知环境、记忆并表现为外部空间的寻路行为。寻路行为需要使用多种能力，例如定向、距离判断或者路线选择等，并需要通过地标来确定他们在环境中的当前位置。所以寻路行为在认知上要求很高，没有考虑人的心理认知的通道网络大多只具有参考意义。室内地标提供了大量的环境细节，在场景中能引起注意，帮助场景记忆，有助于主观空间识别，可以作为环境确认的明显标志，在室内环境中寻路和方向指示中发挥着重要作用，发展至今已经广泛应用于室内定位、室内导航、应急疏散等多种寻路场景中。地标是人在环境中定位自身的重要参考，是构建环境心理表征的基本要素，有研究表明，方向感较差的人通常会在寻路过程中犯下更多错误，并倾向于选择更多的物体作为地标。将地标纳入路径规划算法的原因是在于人们更倾向基于地标的路线描述。系统生成的导航指令特别有助于方向感较差的人。目前室内地标确定的代表性方法有空间对象显著性度量模型、空间数据挖掘方法、网络资源搜索方法等。现有的室内地标提取处理思路如下：(1)分析室内地标类型、特征等；(2)构建室内通道网络；(3)室内路网要素的特征分析，确定特征点、特征线；(4)利用连接度、可视域信息等确定决策点等；(5)结合场景需要，利用决策点，结合显著度，设计地标标志，构建地标路网；基于点—弧理论构建室内通道路网的处理思路对室内空间认知机制不明确，没有从空间认知的角度明确室内环境中的地标数据的适用性，所给出的路径不仅难以满足行人在不同应用场景下的寻路需求，而且容易增加用户对路线混乱的感觉，丧失在导航期间的信心。基于地标的方法更容易满足不同场景下的行人导航需求，但是传统的室内地标提取方法，在地标选取上多依靠用户主观选择，地标的描述粗糙，提取、验证困难，难以满足精准导航、轨迹分析以及应急疏散等精细化服务的需要，导致地标数据在室内空间导航中的应用难以实用化，多停留在理论层面。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可提供准确导航的室内导航路网构建方法。技术方案：一种眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，包括如下步骤：(1)基于三维建模技术，对室内构件及空间单元进行构模，构建建筑物室内三维场景模型；(2)利用虚拟现实技术、GIS技术，构建室内空间三维虚拟现实系统；(3)构建并应用移动眼睛跟踪系统，在虚拟环境中采集被测者的位置和头部姿态信息，以及所述移动眼睛跟踪系统的眼球运动数据；(4)将步骤(2)所构建的室内空间三维虚拟现实系统与步骤(3)所构建的用于3D注视分析的移动眼睛跟踪系统相结合，构建沉浸式虚拟环境和移动眼睛跟踪系统；(5)基于网络及图论，分析室内区域功能，将室内封闭性单元和联系性单元统一剖分为房间单元，将室内路网简化为建筑物、楼层、区块和房间四个层次，进行室内单元认知分层编码，构建基于空间认知规律的室内跨楼层通道路网；(6)针对建筑物室内空间，划分室内空间的地标类型，形成地标地物特征信息；(7)根据不同的地标类型，建立顾及到不同情境下寻路人员心理的情境―地标―动眼参数量表；(8)利用所述沉浸式虚拟环境和移动眼睛跟踪系统的视觉追踪设备测量眼动信息，记录被测者寻路过程中的眼动数据信息；(9)对所述眼动数据信息进行处理与可视化分析，得到眼动指标数据；(10)利用步骤(7)所构建的地标―动眼参数量表分析不同场景下的地标类型，建立基于寻路心理认知的地标场景适应度和动眼指标之间的相互作用模型；(11)根据所述基于寻路心理认知的地标场景适应度和动眼指标之间的相互作用模型，对步骤(5)所构建的室内通道路网进行优化和分析，构建顾及场景需求的室内导航地标认知路网。进一步地，步骤(3)所构建的移动眼睛追踪系统用于采集和记录被测者的姿态、行为以及连续眼动数据。进一步地，步骤(5)中，所述的室内跨楼层通道路网为：结合锚链理论和室内认知理论，提取室内封闭性空间和室内联系性空间，根据室内单元功能，将室内联系性空间划分为虚拟房间单元，从而对所述空间和室内联系性空间进行统一的房间单元划分，基于室内空间感知规律，将室内路网简化为建筑物、楼层、区块和房间四个层次，采用建筑物—楼层—分区—房间单元，按照从高层级到低层级的顺序进行室内单元认知分层连续编码。进一步地，步骤(6)中，所述地标地物特征包括以下至少一种：地表地物外观、连接度、颜色、维度、地标类型。其中，维度包括2维/3维(平面或者立体)。进一步地，步骤(7)中，所述情境―地标―动眼参数量表为：根据不同场景的室内寻路需求(如购物情境、应急情境等)，构建地标—眼动指标量表；其中，所述指标包括以下至少一种：总注视次数、总注视时间、总注视时间均值、总眼跳时间比例、总眼跳时间比例均值、瞳孔直径标准差、瞳孔直径标准差均值、地标平均注视比例、平均注视时间、平均注视次数、步行速度。进一步地，所述步骤(9)包括：(91)对所获取的眼动指标数据进行信号去噪；(92)对去噪后的眼动指标数据进行眼跳检测、注视点检测和注视点识别处理，计算视线夹角、角速度、角加速度信息，进而生成被测者的眼动指标数据；(93)对所述眼动数据进行可视化分析，分析内容包括眼动位置变化策略、眼动速度检测、视觉注意轨迹，其中所述眼动位置变化策略为基于眼球位置分析的追踪，所述眼动速度检测为基于眼球运动速度的眼动特征分析，所述视觉注意轨迹为被试者实验过程中运动轨迹以及注视点原始信息。进一步地，所述眼球运动速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)基于三维建模技术，对室内构件及空间单元进行构模，构建建筑物室内三维场景模型；/n(2)利用虚拟现实技术、GIS技术，构建室内空间三维虚拟现实系统；/n(3)构建并应用移动眼睛跟踪系统，在虚拟环境中采集被测者的位置和头部姿态信息，以及所述移动眼睛跟踪系统的眼球运动数据；/n(4)将步骤(2)所构建的室内空间三维虚拟现实系统与步骤(3)所构建的用于3D注视分析的移动眼睛跟踪系统相结合，构建沉浸式虚拟环境和移动眼睛跟踪系统；/n(5)基于网络及图论，分析室内区域功能，将室内封闭性单元和联系性单元统一剖分为房间单元，将室内路网简化为建筑物、楼层、区块和房间四个层次，进行室内单元认知分层编码，构建基于空间认知规律的室内跨楼层通道路网；/n(6)针对建筑物室内空间，划分室内空间的地标类型，形成地标地物特征信息；/n(7)根据不同的地标类型，建立顾及到不同情境下寻路人员心理的情境―地标―动眼参数量表；/n(8)利用所述沉浸式虚拟环境和移动眼睛跟踪系统的视觉追踪设备测量眼动信息，记录被测者寻路过程中的眼动数据信息；/n(9)对所述眼动数据信息进行处理与可视化分析，得到眼动指标数据；/n(10)利用步骤(7)所构建的地标―动眼参数量表分析不同场景下的地标类型，建立基于寻路心理认知的地标场景适应度和动眼指标之间的相互作用模型；/n(11)根据所述基于寻路心理认知的地标场景适应度和动眼指标之间的相互作用模型，对步骤(5)所构建的室内通道路网进行优化和分析，构建顾及场景需求的室内导航地标认知路网。/n...

【技术特征摘要】
1.一种眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)基于三维建模技术，对室内构件及空间单元进行构模，构建建筑物室内三维场景模型；
(2)利用虚拟现实技术、GIS技术，构建室内空间三维虚拟现实系统；
(3)构建并应用移动眼睛跟踪系统，在虚拟环境中采集被测者的位置和头部姿态信息，以及所述移动眼睛跟踪系统的眼球运动数据；
(4)将步骤(2)所构建的室内空间三维虚拟现实系统与步骤(3)所构建的用于3D注视分析的移动眼睛跟踪系统相结合，构建沉浸式虚拟环境和移动眼睛跟踪系统；
(5)基于网络及图论，分析室内区域功能，将室内封闭性单元和联系性单元统一剖分为房间单元，将室内路网简化为建筑物、楼层、区块和房间四个层次，进行室内单元认知分层编码，构建基于空间认知规律的室内跨楼层通道路网；
(6)针对建筑物室内空间，划分室内空间的地标类型，形成地标地物特征信息；
(7)根据不同的地标类型，建立顾及到不同情境下寻路人员心理的情境―地标―动眼参数量表；
(8)利用所述沉浸式虚拟环境和移动眼睛跟踪系统的视觉追踪设备测量眼动信息，记录被测者寻路过程中的眼动数据信息；
(9)对所述眼动数据信息进行处理与可视化分析，得到眼动指标数据；
(10)利用步骤(7)所构建的地标―动眼参数量表分析不同场景下的地标类型，建立基于寻路心理认知的地标场景适应度和动眼指标之间的相互作用模型；
(11)根据所述基于寻路心理认知的地标场景适应度和动眼指标之间的相互作用模型，对步骤(5)所构建的室内通道路网进行优化和分析，构建顾及场景需求的室内导航地标认知路网。


2.根据权利要求1所述的眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，其特征在于：步骤(3)所构建的移动眼睛追踪系统用于采集和记录被测者的姿态、行为以及连续眼动数据。


3.根据权利要求1所述的眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的室内跨楼层通道路网为：结合锚链理论和室内认知理论，提取室内封闭性空间和室内联系性空间，根据室内单元功能，将室内联系性空间划分为虚拟房间单元，从而对所述空间和室内联系性空间进行统一的房间单元划分，基于室内空间感知规律，将室内路网简化为建筑物、楼层、区块和房间四个层次，采用建筑物—楼层—分区—房间单元，按照从高层级到低层级的顺序进行室内单元认知分层连续编码。


4.根据权利要求1所述的眼动追踪与虚拟现实相结合的室内导航路网构建方法，其特征在于，步骤(6)中，所述地标地物特征包括以下至少一种：地表地物外观、连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王行风，田鹏，王勇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32