【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于虚拟现实重定向，尤其涉及基于动态曲率操纵映射、重定向方法、系统、介质及设备。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、基于头戴式设备（head-mounted display，hmd）的虚拟现实（virtual reality，vr）应用能够为用户提供一种身临其境的体验，其中，允许用户在虚拟环境（virtualenvironment,ve）中如同在物理环境中一样行走，对于提高沉浸感至关重要。最简单的方法是将用户在物理空间中的位置和姿势直接映射到虚拟空间中，实现一种1：1的虚实映射。然而，这种方法使得用户在虚拟环境中行走的范围受限于真实环境(real environment,re)的范围。
3、为了克服这一挑战，已经提出了众多重定向技术，其中最基础且广泛应用的是重定向增益（redirected gain）技术。这一技术以微小而难以察觉的方式微调用户的行走轨迹，使得用户可以在有限的物理空间内探索更为广阔的虚拟世界。在重定向增益技术中，曲率增益（curvature gain）和弯曲增益（bending gain）是仅有的能够改变行走轨迹曲率的增益方法，也被称为曲率操纵（curvature manipulation）方法。其中，曲率增益将虚拟环境中的直线路径映射为真实环境中的圆弧路径；弯曲增益将虚拟环境中的圆弧路径映射为真实环境中的与虚拟路径半径不同的圆弧路径。这种曲率操纵技术由于其增益保持恒定，因此也被称之为固定曲率操纵（constant c
4、现有的曲率操纵技术仅涉及直线，圆弧和clothoid曲线路径，限制了曲率增益和弯曲增益的应用范围。此外，线性曲率操纵方法中提出的虚实场景映射方法，可能导致用户在偏离真实路径时出现虚拟位置飞移，进而影响用户在重定向系统中的沉浸感和流畅体验。
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供基于动态曲率操纵的映射、重定向方法、系统、介质及设备，其通过采用基于二次增益变化的动态曲率操纵方法，在给定的虚拟场景中基于给定的路径参数渲染虚拟路径，然后采用基于动态曲率操纵的虚实场景映射方法，根据用户在真实环境的位置和朝向与虚实映射关系得到虚拟环境的位置和朝向，实现了基于二次曲率操纵（quadratic curvature manipulation）方法的重定向。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面提供基于动态曲率操纵映射方法，包括：
4、根据用户在虚拟场景中的位置和朝向，结合用户的历史信息，基于虚拟路径或真实路径中的曲线路径的曲率进行动态操纵，得到虚实场景的映射关系；
5、其中，基于虚拟路径或真实路径中的曲线路径的曲率进行动态操纵，包括：针对不同的增益类型，将虚拟环境中的直线路径或曲线路径映射为真实环境中的曲线路径，该曲线路径上的点随着与起始点的距离的变化而二次变化，记为cqc曲线；
6、基于虚实场景的映射关系计算出用户在真实场景中的位置和朝向。
7、进一步地，所述针对不同的增益类型，将虚拟环境中的直线路径或曲线路径映射为真实环境中的曲线路径，包括：
8、对于曲率增益，将虚拟环境中的直线路径映射为真实环境中的曲线路径，该曲线的初始曲率和初始曲率变化率为0，二阶曲率变化率为指定的常数；
9、对于弯曲增益，将虚拟环境中的cqc曲线路径映射为真实环境中的圆弧路径，该曲线的初始曲率等于真实环境中圆弧路径的曲率，初始曲率变化率为0，二阶曲率变化率为指定的常数。
10、本专利技术的第二方面提供基于动态曲率操纵重定向方法，包括如下步骤：
11、根据给定的增益类型和路径参数，计算出虚拟路径和真实路径的映射关系，并在其给定的虚拟场景中生成虚拟路径；
12、根据用户在真实环境中的位置和朝向以及历史信息，计算出用户在真实路径上的对应点，基于虚拟路径和真实路径的映射关系计算用户在虚拟路径上的对应点，进而得到用户在虚拟环境中的位置和朝向，基于虚拟环境中的位置和朝向重新渲染虚拟场景。
13、进一步地，若给定的增益类型为弯曲增益，对于给定的初始曲率c和二阶曲率变化率c''，计算出一条半径为1/c的圆弧作为真实路径和一条cqc曲线作为虚拟路径。
14、进一步地，所述根据用户在真实环境中的位置和朝向以及历史信息，计算出用户在真实路径上的对应点，基于虚拟路径和真实路径的映射关系计算用户在虚拟路径上的对应点，进而得到用户在虚拟环境中的位置和朝向，包括：
15、获取上一帧用户在真实路径上的对应点；
16、根据真实环境中的位置和上一帧用户在真实路径上的对应点，计算用户在真实路径上的对应点；
17、根据真实路径上的对应点和虚实路径映射关系，计算出用户在虚拟路径上的对应点；
18、根据真实环境中的位置和真实路径上的对应点的关系，基于虚拟路径上的对应点计算出用户在虚拟环境中的位置；
19、计算用户在真实环境中的朝向到真实路径在真实路径上的对应点处切线的逆时针旋转角度；
20、在虚拟路径对应点处计算用户在真实环境中的朝向顺时针旋转后的角度作为虚拟环境中的朝向。
21、进一步地，所述根据真实环境中的位置和上一帧用户在真实路径上的对应点，计算用户在真实路径上的对应点，包括：
22、计算真实路径上所有点集，其中，真实路径上任意一点与真实环境中的位置组成的路径与真实路径上任意一点处的法向量正交，取点集中与真实路径上的对应点沿真实路径距离最近的点作为用户在真实路径上的对应点；
23、或，所述根据真实路径上的对应点和虚实路径映射关系，计算出用户在虚拟路径上的对应点，包括：先计算出真实路径上的对应点距离真实路径起点的曲线路径；再计算出虚拟路径上距离起点曲线路径的对应点。
24、进一步地，所述根据真实环境中的位置和真实路径上的对应点的关系，基于虚拟路径上的对应点计算出用户在虚拟环境中的位置，包括：
25、首先计算出真实环境中的位置与真实路径上的对应点的直线距离；
26、然后计算出虚拟路径对应点处的法线，如果真实路径上的对应点指向到真实环境中的位置的向量到真实路径上的对应点的切线的逆时针旋转角度小于第一预设角度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于动态曲率操纵映射方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于动态曲率操纵映射方法，其特征在于，所述针对不同的增益类型，将虚拟环境中的直线路径或曲线路径映射为真实环境中的曲线路径，包括：
3.基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，若给定的增益类型为弯曲增益，对于给定的初始曲率c和二阶曲率变化率c''，计算出一条半径为1/c的圆弧作为真实路径和一条CQC曲线作为虚拟路径。
5.如权利要求3所述的基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，所述根据用户在真实环境中的位置和朝向以及历史信息，计算出用户在真实路径上的对应点，基于虚拟路径和真实路径的映射关系计算用户在虚拟路径上的对应点，进而得到用户在虚拟环境中的位置和朝向，包括：
6.如权利要求5所述的基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，所述根据真实环境中的位置和上一帧用户在真实路径上的对应点，计算用户在真实路径上的对应点，包括：
7.如权利要求5所述的基于动态曲率操纵重定向
8.基于动态曲率操纵重定向系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的基于动态曲率操纵映射方法中的步骤或如权利要求3-7任一项所述的基于动态曲率操纵重定向方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2任一项所述的基于动态曲率操纵映射方法中的步骤或如权利要求3-7任一项所述的基于动态曲率操纵重定向方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于动态曲率操纵映射方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于动态曲率操纵映射方法，其特征在于，所述针对不同的增益类型，将虚拟环境中的直线路径或曲线路径映射为真实环境中的曲线路径，包括：
3.基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，若给定的增益类型为弯曲增益，对于给定的初始曲率c和二阶曲率变化率c''，计算出一条半径为1/c的圆弧作为真实路径和一条cqc曲线作为虚拟路径。
5.如权利要求3所述的基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于，所述根据用户在真实环境中的位置和朝向以及历史信息，计算出用户在真实路径上的对应点，基于虚拟路径和真实路径的映射关系计算用户在虚拟路径上的对应点，进而得到用户在虚拟环境中的位置和朝向，包括：
6.如权利要求5所述的基于动态曲率操纵重定向方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍西雨，杨承磊，栾洪秋，盖伟，吕高荣，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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