基于坐姿的VR全身动作控制方法、系统及计算机可读介质技术方案

本发明专利技术提供了一种基于坐姿的VR全身动作控制方法，包括如下步骤：根据上半身定位设备和定位点牵引法控制上半身位姿；根据下肢控制器的输入信息控制下半身位姿；根据VR头显的旋转信息和手部控制器上的按键控制人体中心的三自由度旋转；通过下肢控制器操作控制人体中心的平移；通过角色实体的特定部位离地高度或碰撞信息决定是否开启人体重力。本发明专利技术通过‘灵魂体’定位点牵引法，角色实体会根据玩家的实际位姿和游戏中的物理限制呈现一个合理的姿态，并且玩家可以控制灵魂体和角色实体的距离，从而改变施加在与角色实体碰撞的游戏物体上的动量，进而实现不同的交互效果。

【技术实现步骤摘要】
基于坐姿的VR全身动作控制方法、系统及计算机可读介质
本专利技术涉及虚拟现实
，具体地，涉及一种基于坐姿的VR全身动作控制方法、系统及计算机可读介质。
技术介绍
在现有的虚拟现实(简称VR)的游戏中，存在着一些问题：一是由于虚拟和现实的物理差异，操纵者必然无法保证自己的动作和游戏中完全一致，这会导致穿模、和游戏物体交互不真实等问题；二是大部分VR采用站姿进行角色控制，虽然更加拟真一些，但很消耗体力，且单人游玩存在安全隐患，不适合在家长时间且舒适地游玩VR，而坐姿下的移动输入和下肢控制并不完善，相比站姿少了很多自由度。经过检索，专利文献CN106339097A公开了一种语音控制和手柄动作控制的VR设备，包括VR设备本体以及与VR设备本体连接的控制手柄；VR设备本体包括中央处理单元以及与中央处理单元分别连接的第一语音识别模块和第一通讯模块；控制手柄包括陀螺仪传感器和第二通讯模块，陀螺仪传感器依次通过第二通讯模块和第一通讯模块与中央处理单元连接。该现有技术的不足之处在于采用手柄控制比较浪费操作键，操作起来并不那么方便，无法实现多自由度交互效果。经过检索，专利文献CN102541260A公开了一种人机互动的控制方法及其运用，用户通过实施用户允许微动作以控制虚拟环境中的自我角色实施相应的虚拟允许动作，它包括在虚拟世界中创建自我角色；用户身体无需离开用户所在位置执行微动作；跟踪并识别用户执行微动作；并使用户执行任意微动作时，其身体都无需离开用户所在位置；使自我角色放大执行用户的微动作。但是该现有技术的不足之处在于所用微动作的灵敏度不太高，无法改变施加在与角色实体碰撞的游戏物体上的动量。因此，有必要研发一种多自由度且更加真实的交互产品。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于坐姿的VR全身动作控制方法、系统及计算机可读介质。根据本专利技术提供的一种基于坐姿的VR全身动作控制方法，包括如下步骤：-根据上半身定位设备和定位点牵引法控制上半身位姿；-根据下肢控制器的输入信息控制下半身位姿；-根据VR头显的旋转信息和手部控制器上的按键控制人体中心的三自由度旋转；-通过下肢控制器操作控制人体中心的平移；-通过角色实体的特定部位离地高度或碰撞信息决定是否开启人体重力。优选地，步骤1中的上半身位姿分为灵魂体和角色实体，灵魂体头部和手部相对于人体中心系的位姿由相对应的传感器数据决定；角色实体在没有碰撞时能够通过定位点牵引法与灵魂体重合，受到碰撞时遵守游戏里的物理定律且拥有向灵魂体运动的趋势。优选地，根据IK算法能够确定角色实体上半身的位姿。优选地，步骤1中的定位点牵引法是以角色实体中的定位点为向量起点，灵魂体中的定位点为向量终点，定义向量a；每一个物理帧赋给角色实体上的相应部位一个相对于人体中心的新速度v，v等于向量a乘以缩放系数k再除以物理帧刷新时间。优选地，在步骤1中将灵魂体的头部质心和手部质心作为定位点，并锁定头部和手部的旋转自由度；角色实体对应头部质心和手部质心也作为定位点。优选地，步骤2中下半身部位自带有关节和刚体组件，下半身位姿会自动根据IK算法进行修正。优选地，步骤3中人体中心的旋转是锁死的，只由玩家自己控制，不受力矩影响；根据相应部位质量，之前的速度和动量定理在下半身位施加反作用力。优选地，步骤5中默认着地状态为false，以下躯干为原点向下发射射线获取地面高度h，若左脚和右脚中较低的一个距离地面高度h小于预设值，则着地状态为true；或者在手部和脚部设置有触发器，当触发器接触到带有地面标签的物体时着地状态变为true。根据本专利技术提供的一种基于坐姿的VR全身动作控制系统，包括：模块M1：根据上半身定位设备和定位点牵引法控制上半身位姿；模块M2：根据下肢控制器的输入信息控制下半身位姿；模块M3：根据VR头显的旋转信息和手部控制器上的按键控制人体中心的三自由度旋转；模块M4：通过下肢控制器操作控制人体中心的平移；模块M5：通过角色实体的特定部位离地高度或碰撞信息决定是否开启人体重力。根据本专利技术提供的一种计算机可读介质，其存储有可由基于坐姿的VR全身动作控制系统执行的计算机程序，当所述计算机程序在基于坐姿的VR全身动作控制系统上运行时，使得所述基于坐姿的VR全身动作控制系统执行权利要求1-8中任一项所述的基于坐姿的VR全身动作控制方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术通过‘灵魂体’定位点牵引法，角色实体会根据玩家的实际位姿和游戏中的物理限制呈现一个合理的姿态，并且玩家可以控制灵魂体和角色实体的距离，从而改变施加在与角色实体碰撞的游戏物体上的动量，进而实现不同的交互效果。2、本专利技术一方面利用操纵者与游戏角色的动作不一致性，通过‘灵魂体’定位点牵引法避免了VR游戏中的穿模且实现了与VR中虚拟物品更加真实的交互；另一方面提供了一种坐姿下通过特定步骤解决人体中心移动输入的方法。3、本专利技术利用人体中心的旋转控制相比直接用摇杆旋转节省了操作键，而人体中心的平移通过类似踏踏板的运动控制，这使得有关人体中心的移动都是让玩家有了小范围的运动趋势再让虚拟人物移动，既控制方便舒适，又可以一定程度上缓解晕动症。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的基于坐姿的VR全身动作控制方法步骤流程图；图2为本专利技术实施例提供的下肢控制器的坐标示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1、图2所示，根据本专利技术提供的一种基于坐姿的VR全身动作控制方法，包括如下步骤：-根据上半身定位设备和定位点牵引法控制上半身位姿；-根据下肢控制器的输入信息控制下半身位姿；-根据VR头显的旋转信息和手部控制器上的按键控制人体中心的三自由度旋转；-通过下肢控制器操作控制人体中心的平移；-通过角色实体的特定部位离地高度或碰撞信息决定是否开启人体重力。一方面利用操纵者与游戏角色的动作不一致性，通过‘灵魂体’定位点牵引法避免了VR游戏中的穿模且实现了与VR中虚拟物品更加真实的交互；另一方面提供了一种坐姿下通过特定步骤解决人体中心移动输入的方法。将人体主要看作是由头部，一双大臂，一双小臂，一双手，上躯干，下躯干，一双大腿，一双小腿，一双脚这15个刚体通过14个关节连接而成；其中腰、颈、髋、肩、腕关节视作拥有三自由度，省略脚踝自由度，膝、肘关节视作拥有一自由度。将下躯干视作人体中心，对于角色人体中心的六自由度移动操作都是作用在下躯干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于坐姿的VR全身动作控制方法，其特征在于，包括：/n-根据上半身定位设备和定位点牵引法控制上半身位姿；/n-根据下肢控制器的输入信息控制下半身位姿；/n-根据VR头显的旋转信息和手部控制器上的按键控制人体中心的三自由度旋转；/n-通过下肢控制器操作控制人体中心的平移；/n-通过角色实体的特定部位离地高度或碰撞信息决定是否开启人体重力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于坐姿的VR全身动作控制方法，其特征在于，包括：
-根据上半身定位设备和定位点牵引法控制上半身位姿；
-根据下肢控制器的输入信息控制下半身位姿；
-根据VR头显的旋转信息和手部控制器上的按键控制人体中心的三自由度旋转；
-通过下肢控制器操作控制人体中心的平移；
-通过角色实体的特定部位离地高度或碰撞信息决定是否开启人体重力。


2.根据权利要求1所述的基于坐姿的VR全身动作控制方法，其特征在于，所述上半身位姿分为灵魂体和角色实体，灵魂体头部和手部相对于人体中心系的位姿由相对应的传感器数据决定；角色实体在没有碰撞时能够通过定位点牵引法与灵魂体重合，受到碰撞时遵守游戏里的物理定律且拥有向灵魂体运动的趋势。


3.根据权利要求2所述的基于坐姿的VR全身动作控制方法，其特征在于，根据IK算法能够确定角色实体上半身的位姿。


4.根据权利要求1所述的基于坐姿的VR全身动作控制方法，其特征在于，所述定位点牵引法是以角色实体中的定位点为向量起点，灵魂体中的定位点为向量终点，定义向量a；每一个物理帧赋给角色实体上的相应部位一个相对于人体中心的新速度v，v等于向量a乘以缩放系数k再除以物理帧刷新时间。


5.根据权利要求1所述的基于坐姿的VR全身动作控制方法，其特征在于，将灵魂体的头部质心和手部质心作为定位点，并锁定头部和手部的旋转自由度；角色实体对应头部质心和手部质心也作为定位点。


6.根据权利要求1所述的基于坐姿的V...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶玉宁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31