混合现实环境下的深度感知实验平台及其实验方法技术

本发明专利技术公开了一种混合现实环境下的深度感知实验平台及其实验方法，涉及混合现实设备技术领域，解决了现有的深度感知实验平台不能兼顾虚拟环境和真实环境的距离标定的技术问题，其技术方案要点是配合增强现实设备使用，可以同时看到该平台上的真实标志物以及增强现实设备中显示的虚拟标志物。因为混合现实环境下形成虚拟图像的显示机理和真实世界不同，导致人们对真实物体和虚拟物体的感知距离和其实际与人眼之间的物理距离存在差异。目前尚缺乏一种可以测定真实物体和虚拟物体的物理距离和深度感知距离差异量值的仪器。通过该实验平台记录两者深度感觉相同时的坐标位置差异，从而研究不同视觉影响因素对真实和虚拟物体深度感知差异的影响机制。体深度感知差异的影响机制。体深度感知差异的影响机制。

【技术实现步骤摘要】
混合现实环境下的深度感知实验平台及其实验方法


[0001]本申请涉及混合现实设备
，尤其涉及一种混合现实环境下的深度感知实验平台及其实验方法。

技术介绍

[0002]在多感知的混合现实系统中，深度感知(depth perception)作为立体视觉目标之一，又称距离感知或立体知觉，是指人体对同一物体的凹凸或对不同物体远近的反映。视网膜虽然是一个二维的平面，但人不仅能感知平面的物体，而且还能产生具有深度的三维空间的知觉。人体在虚拟环境和现实世界中对于物体的深度感知差异与虚拟环境技术的成像特点有关。虚拟环境视觉技术为了提供深度信息和增加真实感，采用了多种模拟现实世界的方式，其中最重要的、有别于普通二维显示技术的是，虚拟环境技术分别给左右眼提供了两幅带有位差的、不完全一样的平面图像，且这种双目视差是构成立体深度信息的一个至关重要的方面。由计算机生成的两幅图像，无论是运动的还是静止的，对于某一时刻来说，由于左右两帧图像的差别是按照一定的、满足视觉融象功能(Panum融象区)的规则来生成的，因此映射入双眼视网膜的两幅图像在由视神经中枢融合后，便产生了三维深度感知，由此即可以判定物体的前后左右位置。但由于为眼睛提供信息的是平面图像，同时又是两幅，这种方式无疑将双眼的调节与辐辏分离开来，注定了虚拟环境技术的成像仅仅是介于现实世界与平面之间，不可能真正达到现实世界的效果。因此，人体在虚拟环境和现实世界中对于物体的视觉感受是有差异的。因此需要一种将虚拟目标和现实目标进行深度标定的仪器。
[0003]目前研究中常用的视觉性深度知觉测试仪是简化过后的霍华德
‑
多尔曼(Howrd
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Dolman)设计的三针深度仪，如图1所示。该仪器是一个长方形盒子，附有两个由电线连结起来的控制电钮。仪器内有三根垂直的直径为0.3厘米、长为20厘米的黑色小棒。中间一根可以由被试手中的控制电钮控制自由移动，两侧的两根位置固定且实验时距被试眼球约2.5米。实验时，被试从一个约20
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12厘米的长方形窗口用双眼或单眼观察，通过调整中间可移动的小棒,使其与两侧的固定小棒并列在同一条水平线上，其误差可在标尺上看出，进而测定出被试的深度知觉阈限。这种深度知觉测试仪应用年份较早，且仅仅能够测定真实环境下的深度知觉。
[0004]此外，Etienne Peillard等为研究AR中的外心距离感知，设计了一个自制工作台，如图2所示。这个工作台放置在长凳上，由两个对称的轨道组成，在每条轨道上有一个可移动的小车，由步进电机带动皮带控制，小车上装有作为视觉激励的橙色球体。根据电机和传动系统的机械特性，球的定位精度可以达到0.2mm。工作台的控制软件用Python编写，在树莓派上运行。工作台上装有由铰链驱动的移动面板，可以自动打开或关闭以此显示或隐藏视觉激励。图2中(a)展示了长凳上的两个真实球体；(b)是长凳的两条栏杆中位于工作台后侧的一条，另一条与之对称，中间由移动面板隔开；(c)是参与者通过移动两个可滑动的球来重现感知到的离心距离。在每次试验开始前，移动面板关闭，参与者面前的可移动球体并
排排列在轨道的中心，此为初始位置。试验开始时，面板打开，根据试验条件，显示出零个、一个或两个真实球体，虚拟球体通过HMD显示。被试者在同一时间可以看到两个清晰的球体，5秒后面板关闭，隐藏了物理球体且虚拟球体同时消失。参与者需要移动他面前的球体，以重现他刚刚看到的两个球体之间的距离。
[0005]且该工作台仅限于比较中心视野和外周视野的深度感知差异，无法量化测量在VR或AR环境中多种干扰情况下的深度感知人因实验。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种混合现实环境下的深度感知实验平台及其实验方法，其技术目的是实现兼顾虚拟环境和真实环境的距离标定，提高混合现实领域中虚拟环境和现实世界的匹配度。
[0007]本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]一种混合现实环境下的深度感知实验平台，包括支撑底座、控制系统和测距仪，所述支撑底座包括互相连接的滑台地脚和支架，所述滑台地脚上设有滑台模块，所述滑台模块包括滑台、滑块和同步带，所述滑块在所述同步带上滑动，所述同步带设在所述滑台上，所述滑块上设有标定物更换装置，所述标定物更换装置包括伸缩杆和连接杆，所述滑块和所述伸缩杆通过连接件连接；
[0009]所述支撑底座的一端设有电机模块，所述电机模块包括电机、电机驱动器和电源，所述电机与所述滑块连接；
[0010]所述控制系统包括控制器、上位机和控制板，所述控制器与所述上位机连接，所述上位机和控制板通过无线通讯模块连接；所述控制板与所述测距仪和所述电机驱动器都连接。
[0011]一种使用如上述任一所述的混合现实环境下的深度感知实验平台的实验方法，所述伸缩杆上连接有真实标志物，该方法包括：保持真实标志物固定且移动虚拟标志物；或保持虚拟标志物固定且移动真实标志物；
[0012]其中，保持真实标志物固定且移动虚拟标志物的实验方法包括：
[0013]S11：通过控制器向上位机发出指令，固定真实标志物；
[0014]S12：上位机接受指令后，将指令通过无线通讯模块发送给控制板，进而通过电机驱动器将指令转化给电机，使电机控制滑块到指定固定位置；
[0015]S13：测距仪反馈真实标志物坐标位置给上位机；
[0016]S14：通过控制器发送移动虚拟标志物的指令给上位机；
[0017]S15：上位机将移动虚拟标志物的指令转化并发送给增强现实设备，并记录坐标；
[0018]S16：通过增强现实设备观察虚拟标志物的移动；
[0019]重复过程S14至S16，观察确认并自动记录真实标志物和虚拟标志物的深度位置信息，从而计算出二者的深度感知差异；
[0020]保持虚拟标志物固定且移动真实标志物的实验方法包括：
[0021]S21：通过控制器向上位机发出指令，固定虚拟标志物；
[0022]S22：上位机接受指令后，将该指令转化给增强现实设备，使增强现实设备控制虚拟标志物到指定固定位置；
[0023]S23：虚拟标志物固定后将坐标数据反馈给上位机；
[0024]S24：通过控制器发送移动真实标志物的指令给上位机；
[0025]S25：上位机将移动真实标志物的指令转化并发送给电机；
[0026]S26：电机转动带动滑块移动；
[0027]S27：测距仪记录真实标志物位置并反馈给上位机记录；
[0028]重复过程S24至S27，观察确认并自动记录真实标志物和虚拟标志物的深度位置信息，从而计算出二者的深度感知差异。
[0029]本申请的有益效果在于：本申请所述的深度感知实验平台配合增强现实设备使用，可以同时看到滑块上的真实标志物(即图4中可替换的伸缩杆)以及增强现实设备中显示的虚拟标志物。当真实标志物和虚拟标志物距离人眼相同距离时(真实标志物距离由激光测距仪测定，虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合现实环境下的深度感知实验平台，其特征在于，包括支撑底座、控制系统和测距仪，所述支撑底座包括互相连接的滑台地脚和支架，所述滑台地脚上设有滑台模块，所述滑台模块包括滑台、滑块和同步带，所述滑块在所述同步带上滑动，所述同步带设在所述滑台上，所述滑块上设有标定物更换装置，所述标定物更换装置包括伸缩杆和连接杆，所述滑块和所述伸缩杆通过连接件连接；所述支撑底座的一端设有电机模块，所述电机模块包括电机、电机驱动器和电源，所述电机与所述滑块连接；所述控制系统包括控制器、上位机和控制板，所述控制器与所述上位机连接，所述上位机和控制板通过无线通讯模块连接；所述控制板与所述测距仪和所述电机驱动器都连接。2.如权利要求1所述的深度感知实验平台，其特征在于，所述滑台模块的一侧设有收纳盒，所述收纳盒用于放置所述电机驱动器、所述电源和所述控制板。3.如权利要求1所述的深度感知实验平台，其特征在于，所述电源包括低压电源和稳压电源，所述低压电源与所述控制板连接，所述稳压电源与所述电机连接。4.如权利要求1所述的深度感知实验平台，其特征在于，所述控制板为单片机控制板。5.一种使用如权利要求1
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4任一所述的混合现实环境下的深度感知实验平台的实验方法，其特征在于，所述伸缩杆上连接有真实标志物，该方法包括：保持真实标志物固定且移动虚拟标志物；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小舟，韩己臣，杨楠，薛澄岐，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：