基於視野變換的最佳參照物選取方法及裝置與流程
2023-05-28 12:51:51
本發明涉及虛擬實境交互領域，尤其涉及一種基於視野變換的最佳參照物選取方法及裝置。
背景技術：
虛擬實境(英語：virtualreality，縮寫為vr)，簡稱虛擬技術，也稱虛擬環境，是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關於視覺等感官的模擬，讓用戶感覺仿佛身歷其境，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行複雜的運算，將精確的三維世界視頻傳回產生臨場感。該技術集成了計算機圖形、計算機仿真、人工智慧、感應、顯示及網絡並行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統。
現有常用的虛擬實境技術，用戶只能夠在有限的空間內進行體驗，為了能夠體驗大於現實空間的內容，角色在虛擬場景中的位移通常由電腦自動完成，即與用戶的實際位移並不相關，這樣帶來的後果就是犧牲掉了用戶體驗的真實感。
技術實現要素：
為此，需要提供一種基於視野變換的最佳參照物選取方法，解決在應用參照物坐標調整方法過程中最佳參照物的選取問題。
為實現上述目的，發明人提供了一種基於視野變換的最佳參照物選取方法，包括步驟，對虛擬場景中視野外的參照物劃分類群，獲取不同參照物類群的大小信息、方位信息、距離信息；根據參照物類群的大小信息、方位信息或距離信息選取最佳參照物。
進一步地，還包括步驟，對所述大小信息、方位信息、距離信息分別賦予分值，並加權計算，選取計算得分最高的參照物作為最佳參照物。
具體地，對大小信息分值、方位信息分值、距離信息分值加權的權重分別為0.2、0.2、0.6。
具體地，還包括步驟，判斷視野外0°至90°間存在的參照物類群數是否大於預設值，若判斷為是，則進行步驟，對最佳參照物外的其他參照物類群，均根據加權賦值得分與最佳參照物賦值得分的比例進行方位角變換。
優選地，方位角變換公式為：
方位角變換＝(參照物類群加權得分/最佳參照物加權得分)*10.25°
一種基於視野變換的最佳參照物選取裝置，包括類群劃分模塊、類群信息模塊、最佳選取模塊；所述類群劃分模塊用於對虛擬場景中視野外的參照物劃分類群，所述類群信息模塊用於獲取不同參照物類群的大小信息、方位信息、距離信息；所述最佳選取模塊用於根據參照物類群的大小信息、方位信息或距離信息選取最佳參照物。
進一步地，還包括賦值計算模塊，所述賦值計算模塊用於對所述大小信息、方位信息、距離信息分別賦予分值，並加權計算，所述最佳選取模塊還用於選取計算得分最高的參照物作為最佳參照物。
具體地，對大小信息分值、方位信息分值、距離信息分值加權的權重分別為0.2、0.2、0.6。
具體地，還包括類群判斷模塊，比例變換模塊；所述類群判斷模塊用於判斷視野外0°至90°間存在的參照物類群數是否大於預設值，所述比例變換模塊用於在上述判斷為是時，對最佳參照物外的其他參照物類群，均根據加權賦值得分與最佳參照物賦值得分的比例進行方位角變換。
優選地，方位角變換公式為：
方位角變換＝(參照物類群加權得分/最佳參照物加權得分)*10.25°
區別於現有技術，上述方案在場景中存在多個物體時能夠篩選出更容易被用戶注意到的物體，對該物體的坐標改變也能夠更好地對用戶起到引導作用，同時用戶因此產生的不適感低，眩暈程度小。
附圖說明
圖1為本發明具體實施方式所述的基於視野判斷的虛擬世界探索方法流程圖；
圖2為本發明具體實施方式所述的用戶行走路徑示意圖；
圖3為本發明具體實施方式所述的簡化虛擬場景示意圖；
圖4為本發明具體實施方式所述的基於視野變換的最佳參照物選取方法流程圖；
圖5為本發明具體實施方式所述的虛擬實境交互體驗方法流程圖；
圖6為本發明具體實施方式所述的基於視野判斷的虛擬世界探索裝置模塊圖；
圖7為本發明具體實施方式所述的基於視野變換的最佳參照物選取裝置模塊圖；
圖8為本發明具體實施方式所述的虛擬實境交互體驗裝置模塊圖。
附圖標記說明：
600、物體劃分模塊；
602、坐標調整模塊；
604、障礙物檢測模塊；
606、判斷模塊；
608、參數確定模塊；
700、類群劃分模塊；
702、類群信息模塊；
704、最佳選取模塊；
706、賦值計算模塊；
708、類群判斷模塊；
710、比例變換模塊；
800、獲取模塊；
802、判斷模塊；
804、類群信息模塊；
806、賦值計算模塊；
808、方位角變換模塊。
具體實施方式
為詳細說明技術方案的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合具體實施例並配合附圖詳予說明。
這裡請看圖1，我們的方法可以開始於步驟，s103判斷當前角色的視野範圍，將場景內的物體劃分為視野內物體或視野外物體，s104將視野外的物體進行坐標變換。最後將坐標變換了的物體顯示在視野中。在我們的實施例中，現實空間(以下稱房間)範圍內通常具有一定的障礙物，如牆壁等等，人們(以下稱用戶)身處房間內，避免其與障礙物如牆壁進行碰撞是首要任務，以免造成危險。如果虛擬空間(以下稱場景)中的人物(以下稱角色)的行動與用戶行為掛鈎，則人物在虛擬空間中的探索區域始終無法超過房間的大小。人們在探索世界時的動作行為需要尋找參照物，有傳言認為，讓人在雪地、森林等地走直線，最終都會變成繞一個大圈。我們的方法原理，是通過將場景內的參照物的坐標位置進行不被人注意到的改動，從而引導用戶進行改變行進的方向。
在圖2所示的實施例中，清楚地說明了這種方法可能帶來的結果，用戶在每個線段中是直線行走，場景中角色亦然，在每次改變了行進方向之後，用戶實際上在現實空間中繞行了一個八邊形，而其始終以為自己正在行進的是一條直線，則其在虛擬空間中探索了遠長於房間邊長的路徑，達到了探索更廣闊的虛擬空間的效果。通過上述方式進行的工作中，也許每次轉過45°的方位角也會帶來很大的不真實感或眩暈，但是在極端一些的實施例中，例如房間規模更大、允許用戶轉向的空間更多的時候，如每次僅改變10度左右的方位角，方位角也可以根據實際的需要自行設定，則用戶則能夠在不感到眩暈的前提下確確實實地完成了更大空間的探索。
在一些具體的實施例中，方法還包括步驟，s101接收用戶現實位置信息，判斷現實空間中障礙物的方位、距離，s102根據障礙物的方位、距離判斷是否需要進行轉向，當判斷需要進行轉向時，再進行障礙物的方位、距離判斷是否需要轉向、如何轉向，例如當角色處於所示位置時，可以探測其左側、右側、前方與障礙物的距離，探測的方法不論，只需能夠得到現實空間牆壁與當前用戶所在位置關係即可。例如在圖2中當探測得到前方障礙物已經比較接近，同時其左側障礙物距離小於右側障礙物的距離。系統判斷可以引導用戶向右側轉向。那麼可以進行將是野外的參照物坐標向右側偏移，使得用戶在視野變回到參照物後，則沿變化後的角度繼續前進。
在一個簡化了的實施例中，我們可以想像這樣一個虛擬場景：場景物體只有純色的地面、地上大致排列成直線的箱子與天上的太陽，如圖3所示，外圍的方塊代表了角色的當前視野，視野中僅有兩個箱子、地面天空和太陽。當用戶控制角色低頭檢查箱子a的時候，其專注於眼前的事物，其餘箱子與太陽全部處於視野外。此時系統偷偷將其餘箱子與太陽的位置坐標向右偏移10°。在角色檢查完箱子再回頭注視太陽及朝箱子b走去的時候，用戶實際上在現實空間中已經向右轉了10°，並毫不懷疑自己仍然是在走直線。從而用戶在現實空間中避開了障礙物，當然，其在虛擬場景中探索的也同樣是一條直線上的內容，如果重複上述過程，用戶不自知地在現實空間中的小範圍內不斷轉向，而我們成功地將遠長於現實空間邊長的內容展現給了用戶。基於上述原理，本專利的實施者可以提供不同的遊戲/活動規則引導用戶在什麼時候看什麼地方(例如內容不光是開箱子更可以是採蘑菇打飛機看流星有怪獸等等)。這不是本專利想討論的內容，我們僅需要對視野內外的物體進行區分，最後對視野外的全部或部分參照物進行坐標變動，就能夠完成誘導用戶在現實空間中繞圈的效果。
在進一步的實施例中，場景中可能有多個參照物體，如果僅單一或部分地對某個參照物進行坐標變換，就很難做到不易察覺，並且最佳參照物的選擇也是個問題。為了解決這個問題，本發明還提出一種變換參照物坐標的優化方法，如圖4所示，針對場景中存在的若干參照物，先進行步驟s401對虛擬場景中視野外的參照物劃分類群，針對不同的群，進行步驟s402獲取不同參照物類群的大小信息、方位信息、距離信息等。這裡大小信息指的是參照物群在視野中的大小，即參照物在視界中所佔的角面積。方位信息指的是在視野外的參照物體與視野邊界的水平方位的角距離，以平視視野為例，一般視野寬度為140°左右，則位於順時針70°——290°的參照物位於視界外，與視界邊界的角距離即為方位角度的差值。距離信息指的是參照物坐標與當前角色的距離，也可以理解為景深，通常作為場景背景的物體具有最遠的距離，也就具有最深的景深。
隨後在劃分完參照物類群後，就可以選擇本方法中最優的參照物，步驟s403根據參照物類群的大小信息、方位信息或距離信息選取最佳參照物。
在某些實施例中，可以選取大小參數最大的參照物類群，參照物類群越大，則選取該類群為最佳參照物的可能性越高，如某些場景中有月亮、樹林和房子，雖然單顆樹木的大小小於房子，但是在類群劃分後，具有同樣特徵的樹木組合的樹林類群具有最大的視野角面積，我們的發明人在實踐中發現，在視野變換後人們習慣於選取視野中大範圍的物體作為自己的參照，選取大小參數最大的參照物類群作為最佳參照物，能夠最小化用戶在體驗視野變換的虛擬世界探索時的違和感，增強用戶的使用體驗。
在另一些實施例中，可以根據上述方位信息選取最佳參照物，通過方位信息選擇最佳參照物有兩個條件，該類群中所有物體需要在視野外，且類群與當前視野的距離最小。這樣做的原因可以歸結為，首先視野變動一般不會太大，選取與當前視野距離過大的參照物進行變動沒有意義，另外在當前視野的最小的參照物進行變動也能夠使用戶關注點更為集中，減小用戶的違和感，同時也能夠增強用戶的使用體驗。
為了更好地解決用戶的使用體驗問題，作為一些優選地實施例，可以選擇距離信息最遠的參照物作為最佳參照物，在簡化的實施例中，作為背景的太陽在角色移動過程中的位置幾乎不變，可以認為太陽的景深近似+∞，因此太陽的距離信息最遠，選取其為最佳參照物，對其在視野外的時候進行方位角的變換，能夠使用戶最難察覺其中的變動，當然此時的方位角的變換隻有其水平方向上的分量參數才有實際意義。相比於遠在天邊的背景，用戶對身邊的物品有更深的記憶，那麼這樣的處理就能夠更好地隱藏，不知不覺影響了用戶的方位取向。更好地達到了在小空間內體驗大空間遊玩的效果。
在一些更為複雜的實施例中，最佳參照物的選擇還可以根據大小信息、方位信息、距離信息加權賦值計算獲得，作為一個優選的方案，分別對大小信息、方位信息、距離信息設置0.2、0.2、0.6的權重，並且在方位信息中在視野範圍外10°-60°的區間內的參照物進行限制，對視野外30°的物體賦予最高的分值。通過上述優化調整，能夠使得最佳參照物的選擇優化地最好。
另一些方案中，還包括步驟，s404判斷視野外0°至90°間存在的參照物類群數是否大於預設值，若判斷為是，則進行步驟，s405對最佳參照物外的其他參照物類群，均根據加權賦值得分與最佳參照物賦值得分的比例進行方位角變換。
以預設值取3，最佳參照物變換角度為10.25°為例，倘若視野範圍外0°-90°內的參照物類群大於3個，則對不僅要對最佳參照物進行10.25°的方位角變換，對於其他參照物，均根據加權賦值得分與最佳參照物的比例乘上10.25°進行方位角變換。因此在優選的實施例中，方位角變換公式為：
方位角變換＝(參照物類群加權得分/最佳參照物加權得分)*10.25°
因為當類群數量增多後，只進行單個參照物的變換反而更顯突兀，一併都進行方位角優化才能夠減少違和感，進一步地增強用戶的使用體驗。
在一些綜合應用的實施例中，如圖5所示，為一種虛擬實境交互體驗方法流程圖，包括如下步驟，s501獲取現實空間位置與障礙物的距離信息，障礙物方位信息；s502根據現實空間位置與障礙物的距離信息判斷是否需要進行轉向；s503當判斷為是時，對虛擬場景中視野外的參照物劃分類群，獲取不同參照物類群的大小信息、方位信息、距離信息；s504對所述大小信息、方位信息、距離信息分別賦予分值，並加權計算，s505選取計算得分最高的參照物作為最佳參照物並進行方位角變換；s506對最佳參照物外的其他參照物類群，均根據加權賦值得分與最佳參照物賦值得分的比例進行方位角變換；方位角變換方向為障礙物方位信息的對向。上述技術方案通過對虛擬場景中視野外的參照物進行方位角的變換，能夠引導用戶在調整視野之後變化自身的朝向，從而達到避開障礙物的效果，對於視野外的參照物還根據不同參數屬性進行了適應優化，重複應用本發明方法用戶也不會感到不適、眩暈，具有很高的實用性。
進一步地優選，本方法還包括如下步驟，對大小信息分值、方位信息分值、距離信息分值加權的權重分別為0.2、0.2、0.6。對距離信息賦予最大的權重能夠更好地滿足人腦搜索參照物的思維習慣，解決減少本方法應用的不適感的問題
優選的其他一些實施例中，所述方位角變換公式為：
方位角變換＝(參照物類群加權得分/最佳參照物加權得分)*10.25°通過對所有參照物的方位角進行適應性變換，能夠完成大場景多物體的視野參照物角度變動，更好地解決虛擬實境交互體驗的問題。
在圖6所示的一些實施例中，本發明還包括一種基於視野判斷的虛擬世界探索裝置，包括如下模塊，物體劃分模塊600、坐標調整模塊602；
所述物體劃分模塊600用於根據當前虛擬場景中的視野範圍，劃分位於視野中的物體及位於視野外的物體，所述坐標調整模塊6002用於在需要進行轉向時，調整位於視野外的部分物體坐標。
進一步地，還包括障礙物檢測模塊604、判斷模塊606，
所述障礙物檢測模塊604用於獲取現實空間位置與障礙物的距離信息，障礙物方位信息；所述判斷模塊606用於根據現實空間位置與障礙物的距離信息判斷是否需要進行轉向、根據障礙物方位信息判斷向何處進行轉向。
具體地，還包括參數確定模塊608，所述參數確定模塊608用於通過現實空間位置與障礙物的距離信息，障礙物方位信息確定視野外部分物體的坐標移動參數。
上述裝置模塊通過對視野外的場景物體坐標進行變換，使得用戶在視角轉向原視野外場景物體後，沿著變化後的角度在現實空間中行進，從而避開障礙物，重複上述方法能夠使得用戶在有限的現實空間中體驗無限的虛擬世界。
在圖7所示的一些實施例中，還公開了一種基於視野變換的最佳參照物選取裝置，包括類群劃分模塊700、類群信息模塊702、最佳選取模塊704；所述類群劃分模塊用於對虛擬場景中視野外的參照物劃分類群，所述類群信息模塊用於獲取不同參照物類群的大小信息、方位信息、距離信息；所述最佳選取模塊用於根據參照物類群的大小信息、方位信息或距離信息選取最佳參照物。
進一步地，還包括賦值計算模塊706，所述賦值計算模塊用於對所述大小信息、方位信息、距離信息分別賦予分值，並加權計算，所述最佳選取模塊還用於選取計算得分最高的參照物作為最佳參照物。
具體地，對大小信息分值、方位信息分值、距離信息分值加權的權重分別為0.2、0.2、0.6。
具體地，還包括類群判斷模塊708，比例變換模塊710；所述類群判斷模塊用於判斷視野外0°至90°間存在的參照物類群數是否大於預設值，所述比例變換模塊用於在上述判斷為是時，對最佳參照物外的其他參照物類群，均根據加權賦值得分與最佳參照物賦值得分的比例進行方位角變換。
優選地，方位角變換公式為：
方位角變換＝(參照物類群加權得分/最佳參照物加權得分)*10.25°
上述裝置在場景中存在多個物體時能夠篩選出更容易被用戶注意到的物體，對該物體的坐標改變也能夠更好地對用戶起到引導作用，同時用戶因此產生的不適感低，眩暈程度小。
在圖8所示的實施例中，為一種虛擬實境交互體驗裝置，包括如下模塊，獲取模塊800、判斷模塊802、類群信息模塊804、賦值計算模塊806、方位角變換模塊808；
所述獲取模塊800用於獲取現實空間位置與障礙物的距離信息，障礙物方位信息；
所述判斷模塊802用於根據現實空間位置與障礙物的距離信息判斷是否需要進行轉向；
所述類群信息模塊804用於在判斷為是時對虛擬場景中視野外的參照物劃分類群，獲取不同參照物類群的大小信息、方位信息、距離信息；
所述賦值計算模塊806用於對所述大小信息、方位信息、距離信息分別賦予分值，並加權計算；
所述方位角變換模塊808用於選取計算得分最高的參照物作為最佳參照物並進行方位角變換；對最佳參照物外的其他參照物類群，均根據加權賦值得分與最佳參照物賦值得分的比例進行方位角變換；方位角變換方向為障礙物方位信息的對向。
優選地，所述賦值計算模塊對大小信息分值、方位信息分值、距離信息分值加權的權重分別為0.2、0.2、0.6。
優選地，所述方位角變換公式為：
方位角變換＝(參照物類群加權得分/最佳參照物加權得分)*10.25°
上述裝置模塊通過對虛擬場景中視野外的參照物進行方位角的變換，能夠引導用戶在調整視野之後變化自身的朝向，從而達到避開障礙物的效果，對於視野外的參照物還根據不同參數屬性進行了適應優化，重複應用本發明方法用戶也不會感到不適、眩暈，具有很好的應用前景。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括……」或「包含……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的要素。此外，在本文中，「大於」、「小於」、「超過」等理解為不包括本數；「以上」、「以下」、「以內」等理解為包括本數。
本領域內的技術人員應明白，上述各實施例可提供為方法、裝置、或電腦程式產品。這些實施例可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。上述各實施例涉及的方法中的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關的硬體來完成，所述的程序可以存儲於計算機設備可讀取的存儲介質中，用於執行上述各實施例方法所述的全部或部分步驟。所述計算機設備，包括但不限於：個人計算機、伺服器、通用計算機、專用計算機、網絡設備、嵌入式設備、可編程設備、智能移動終端、智能家居設備、穿戴式智能設備、車載智能設備等；所述的存儲介質，包括但不限於：ram、rom、磁碟、磁帶、光碟、快閃記憶體、u盤、移動硬碟、存儲卡、記憶棒、網絡伺服器存儲、網絡雲存儲等。
上述各實施例是參照根據實施例所述的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到計算機設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機設備以特定方式工作的計算機設備可讀存儲器中，使得存儲在該計算機設備可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到計算機設備上，使得在計算機設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
儘管已經對上述各實施例進行了描述，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改，所以以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利保護範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍之內。