本實用新型實施例涉及虛擬現(xiàn)實技術，尤其涉及一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)。

背景技術：

虛擬現(xiàn)實技術，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實設備中通常包括虛擬現(xiàn)實穿戴頭盔、主機以及其他系統(tǒng)外設，主機可以為PC機或移動終端。

目前，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的位置識別技術主要包括在虛擬現(xiàn)實穿戴頭盔機身內(nèi)置了很多位置跟蹤傳感器，原理是在虛擬現(xiàn)實穿戴頭盔機身前部上集成幾個紅外燈，發(fā)射的紅外信號到接收器，接收器安裝到PC機顯示器上方，或者固定在三腳架上，用戶必須處于接收器的可視范圍內(nèi)可以實現(xiàn)實時位置追蹤，接收器可以為紅外攝像頭等。本方案的缺陷在于該系統(tǒng)只能實現(xiàn)一個前后方向的距離識別，而且范圍有限。

目前的SteamVR系統(tǒng)是基于Lighthouse激光追蹤系統(tǒng)來實現(xiàn)房間追蹤，，可以在特定環(huán)境下準確追蹤用戶的移動，該系統(tǒng)缺陷在于使用前需要清空房間物體，不能有物體遮擋，否則會產(chǎn)生誤差。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)，以實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實穿戴設備在有限的空間通過實現(xiàn)各種方向的準確定位。

本實用新型實施例提供了一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

虛擬現(xiàn)實穿戴設備、外置定位設備和主機；其中，所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備內(nèi)設置有超聲波發(fā)生器，所述外置定位設備為分別放置在預設坐標系的X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器，所述主機中包括坐標位置電路；

所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備，用于通過超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，記錄超聲波發(fā)送時間；

所述外置定位設備，用于所述各超聲波接收器獲取所述超聲波，記錄超聲波接收時間；

所述坐標位置電路，連接所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備的發(fā)送時間輸出端和所述外置定位設備的接收時間輸出端，用于根據(jù)所述超聲波接收時間與所述超聲波發(fā)送時間之差以及各超聲波接收器在的坐標位置，計算得出所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

優(yōu)選的，所述主機中還包括顯示數(shù)據(jù)輸出電路，連接所述坐標位置電路的位置坐標輸出端，用于根據(jù)所述位置坐標發(fā)送對應畫面輸出數(shù)據(jù)給所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備。

優(yōu)選的，所述X軸、Y軸和Z軸方向上分別放置有至少兩個超聲波接收器。

優(yōu)選的，所述坐標位置電路中包括預備坐標位置電路和加權平均電路；

所述預備坐標位置電路，連接所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備的發(fā)送時間輸出端和所述外置定位設備的接收時間輸出端，用于根據(jù)三個分別在X軸、Y軸和Z軸放置的三個超聲波接收器的坐標位置以及該三個超聲波接收器對應的所述超聲波接收時間與所述超聲波發(fā)送時間之差，得出一個預備坐標位置，依照上述方式取盡所有超聲波接收器的坐標位置和超聲波接收器的所述超聲波接收時間，得出多個預備坐標位置；

所述加權平均電路，連接所述預備坐標位置電路的輸出端，用于通過對所有預備坐標位置做加權平均得到所述虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

本實用新型通過超聲波發(fā)生器和超聲波接收器構成的虛擬現(xiàn)實位置識別定位系統(tǒng)，使虛擬現(xiàn)實穿戴設備在有限的空間通過多個超聲波傳感器實現(xiàn)預設坐標系中X軸，Y軸，Z軸的準確定位，超聲波傳播對物體遮擋帶來的誤差有一定的抵御能力，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實穿戴設備在有限的空間通過實現(xiàn)各種方向的準確定位提高虛擬現(xiàn)實的定位精度，通過該位置識別系統(tǒng)的精準定位提高虛擬現(xiàn)實交互感受和沉浸感。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一中的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖一；

圖2是本實用新型實施例一中的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖二；

圖3是本實用新型實施例二中的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖一；

圖4是本實用新型實施例二中的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖二。

圖5是本實用新型實施例二中的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖三。

圖6是本實用新型實施例二中的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖四。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部結構。

圖1和圖2所示為本實用新型實施例一提供的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖，本實施例可適用于虛擬現(xiàn)實穿戴設備在有限的空間中定位的情況，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中通常包括虛擬現(xiàn)實穿戴設備、主機以及其他系統(tǒng)外設，系統(tǒng)外設和穿戴設備均通過無線通信設備或有線通信設備與主機通信交互，該虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的具體結構如下：

包括虛擬現(xiàn)實穿戴設備110、外置定位設備120和主機130；其中，虛擬現(xiàn)實穿戴設備110內(nèi)設置有超聲波發(fā)生器111，外置定位設備120為分別放置在預設坐標系的X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器121，主機130中包括坐標位置電路131。

其中，通常虛擬現(xiàn)實穿戴設備110為虛擬現(xiàn)實穿戴顯示設備、虛擬現(xiàn)實穿戴手環(huán)等，本實用新型中，虛擬現(xiàn)實穿戴設備包含虛擬現(xiàn)實穿戴顯示設備，也可以包括虛擬現(xiàn)實穿戴手環(huán)等，并不做限定。超聲波發(fā)生器111可以設置在虛擬現(xiàn)實穿戴設備110內(nèi)的任何一部分上。主機130可以為PC機或移動終端。其中預設坐標系為預設的空間坐標系，該空間坐標系設置在虛擬現(xiàn)實穿戴設備110運動的空間中，在該坐標系的X軸、Y軸和Z軸分別設置至少一個超聲波接收器121。

虛擬現(xiàn)實穿戴設備110，用于通過超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，記錄超聲波發(fā)送時間。

其中，虛擬現(xiàn)實穿戴設備110中采用第一計時器的輸入端連接超聲波發(fā)生器的輸出端來記錄超聲波發(fā)送時間，第一計時期的輸出端連接主機的超聲波發(fā)送時間輸入端。

外置定位設備120，用于各超聲波接收器獲取超聲波，記錄超聲波接收時間。

其中，外置定位設備120中采用第二計時器的輸入端連接超聲波接收器的輸出端來記錄超聲波接收時間，第二計時器的輸出端連接主機的超聲波接收時間輸入端。

其中，超聲波發(fā)生器111的發(fā)射頻率與超聲波接收器121的接收頻率相同，且由于一般應用在超聲波設備中的超聲波頻率為20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz，用戶無法聽到，不對用戶造成噪聲干擾。

坐標位置電路131，用于根據(jù)超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差以及各超聲波接收器的坐標位置，計算得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

其中，坐標位置均為在預設坐標系中的坐標位置，各超聲波接收器的坐標位置為預先存儲在坐標位置電路131中的。根據(jù)超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差乘以超聲波傳播速度，得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備110與各超聲波接收器121的距離，根據(jù)所有超聲波接收器121中部分或全部超聲波接收器121的坐標位置和其與虛擬現(xiàn)實穿戴設備110的距離，可以計算得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備110的坐標位置，由于采用了三個坐標軸上的超聲波接收器121進行定位，定位準確。

本實施例中坐標位置電路131計算的實施原理例如：采用坐標位置電路131中的減法器計算得出超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差發(fā)送給坐標位置電路131的FPGA計算電路，再通過坐標位置電路131中的FPGA計算電路讀取在坐標位置電路131的存儲器中預先存儲的各超聲波接收器的坐標位置，F(xiàn)PGA計算電路計算得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

本實施例的技術方案，通過超聲波發(fā)生器和超聲波接收器構成的虛擬現(xiàn)實位置識別定位系統(tǒng)，使虛擬現(xiàn)實穿戴設備在有限的空間通過多個超聲波傳感器實現(xiàn)預設坐標系中X軸，Y軸，Z軸的準確定位，超聲波傳播對物體遮擋帶來的誤差有一定的抵御能力，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實穿戴設備在有限的空間實現(xiàn)各種方向的準確定位提高虛擬現(xiàn)實的定位精度，通過該位置識別系統(tǒng)的精準定位提高虛擬現(xiàn)實交互感受和沉浸感。

在上述技術方案的基礎上坐標位置電路131優(yōu)選可以具體用于：根據(jù)X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器的坐標位置，以及X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器對應的超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差，通過三球交點定位算法得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

本實施例中坐標位置電路131計算的實施原理例如：采用坐標位置電路131中的減法器計算得出X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器對應的超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差發(fā)送給主機的FPGA計算電路，再通過坐標位置電路131中的FPGA計算電路讀取在坐標位置電路131的存儲器中預先存儲的X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器的坐標位置，通過FPGA計算電路計算得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置，F(xiàn)PGA計算電路中的具體計算過程見實例1。

實例1：將被定位物體到達3個坐標軸的超聲波接收器的超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差分別為△t1，△t2，△t3，將該超聲波的時間差定義為一組聲波數(shù)據(jù)。超聲波數(shù)據(jù)與超聲波傳送速度的乘積就為聲源到達測量點的實際距離，利用三組超聲波數(shù)據(jù)，可以對目標進行三軸定位。三軸定位中目標的位置是由以各超聲波接收器的位置為圓心，以各超聲波接收器到測量目標(虛擬現(xiàn)實穿戴設備110)的距離為半徑的三個球的交點來確定。則利用三球交點定位算法的公式為：

其中，X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器的坐標位置分別記為(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)，超聲波在空間中的傳播速度為c。聯(lián)立解以上方程組，就可以得到被定位物體的位置坐標。

實施例二

圖3和圖4為本實用新型實施例二提供的一種虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的結構示意圖，本實施例在上述各實施例的基礎上，優(yōu)選的對主機做了進一步限定。

該虛擬現(xiàn)實位置識別系統(tǒng)的具體結構如下：

該系統(tǒng)包括虛擬現(xiàn)實穿戴設備210、外置定位設備220和主機230；其中，虛擬現(xiàn)實穿戴設備210內(nèi)設置有超聲波發(fā)生器211，外置定位設備220為分別放置在預設坐標系的X軸、Y軸和Z軸的超聲波接收器221，主機230中還包括坐標位置電路231。

虛擬現(xiàn)實穿戴設備210，用于通過超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，記錄超聲波發(fā)送時間。

其中，虛擬現(xiàn)實穿戴設備110中采用第一計時器的輸入端連接超聲波發(fā)生器的輸出端來記錄超聲波發(fā)送時間，第一計時器的輸出端連接主機的超聲波發(fā)送時間輸入端。

外置定位設備220，用于各超聲波接收器獲取超聲波，記錄超聲波接收時間。

其中，外置定位設備120中采用第二計時器的輸入端連接超聲波接收器的輸出端來記錄超聲波接收時間，第二計時期的輸出端連接主機的超聲波接收時間輸入端。

其中，超聲波發(fā)生器211的發(fā)射頻率與超聲波接收器221的接收頻率相同，且由于是超聲波，用戶無法聽到，不對用戶造成噪聲干擾。

坐標位置電路231，用于根據(jù)超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差以及各超聲波接收器221的坐標位置，計算得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備210的坐標位置。

如附圖5所示，主機中還包括顯示數(shù)據(jù)輸出電路232，連接坐標位置電路231的位置坐標輸出端，用于根據(jù)位置坐標發(fā)送對應畫面輸出數(shù)據(jù)給虛擬現(xiàn)實穿戴設備。

其中，對應畫面輸出數(shù)據(jù)可以通過主機中3D引擎根據(jù)虛擬現(xiàn)實穿戴設備210的坐標位置繪制得到的，通過根據(jù)位置坐標發(fā)送對應畫面輸出數(shù)據(jù)給虛擬現(xiàn)實穿戴設備，提高了虛擬現(xiàn)實交互感受和沉浸感。

在上述技術方案的基礎上，優(yōu)選可以為X軸、Y軸和Z軸方向上分別放置有至少兩個超聲波接收器。

且優(yōu)選的，如圖6所示，坐標位置電路131包括預備坐標位置電路2311和加權平均模電路2312。

預備坐標位置計算模電路2311，用于根據(jù)三個分別在X軸、Y軸和Z軸放置的三個超聲波接收器的坐標位置以及該三個超聲波接收器對應的超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差，得出一個預備坐標位置，依照上述方式取盡所有超聲波接收器的坐標位置和超聲波接收器的所述超聲波接收時間，得出多個預備坐標位置。

預備坐標位置計算模電路2311計算的實施原理例如：采用標位置計算模電路2311中的減法器計算得出超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差發(fā)送給標位置計算模電路2311的FPGA計算電路，再通過標位置計算模電路2311中的FPGA計算電路讀取在標位置計算模電路2311的存儲器中預先存儲的各超聲波接收器的坐標位置，F(xiàn)PGA計算電路計算得出虛擬現(xiàn)實穿戴設備的預備坐標位置，F(xiàn)PGA計算電路中的具體計算過程見實例2。

加權平均電路2312，連接預備坐標位置電路2311的輸出端，用于通過對所有預備坐標位置做加權平均得到虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

加權平均電路2312計算的實施原理例如：加權平均電路2312為FPJA電路或邏輯數(shù)字電路，通過對預備坐標位置電路2311輸出的所有預備坐標位置進行加權平均得到虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置。

實例2：X軸、Y軸和Z軸方向上分別放置有兩個超聲波接收器221，X軸放置有超聲波接收器Xa、Xb，Y軸放置有超聲波接收器Ya、Yb，Z軸上放置有超聲波接收器Za、Zb；預備坐標位置電路2311先通過實例1中的三球交點定位算法根據(jù)超聲波接收器Xa、Ya、Za的坐標位置以及該三個超聲波接收器對應的超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差，得出一個預備坐標位置T1(t1x，t1y，t1z)，再通過實例1中三球交點定位算法根據(jù)超聲波接收器Xb、Yb、Zb的坐標位置以及該三個超聲波接收器對應的超聲波接收時間與超聲波發(fā)送時間之差，得出一個預備坐標位置T2(t2x，t2y，t2z)，此時，取盡所有超聲波接收器的坐標位置和超聲波接收器的所述超聲波接收時間。最終加權平均電路2312通過將所有預備坐標位置T1和T2進行加權平均，得到了虛擬現(xiàn)實穿戴設備的坐標位置[(t1x+t2x)/2，(t1y+t2y)/2，(t1z+t2z)/2]。

通過預備坐標位置電路2311和加權平均電路2312對各坐標軸上的至少兩個超聲波接收器進行分組計算并加權平均，可以取得更精準的虛擬現(xiàn)實穿戴設備坐標位置。

注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權利要求范圍決定。