[发明专利]增强现实系统中抑制磁力跟踪器互干扰的方法

权利要求书

1.一种增强现实系统中抑制磁力跟踪器互干扰的方法，其特征在于，首先将磁力跟踪器固定在合适的方位，然后根据交互时头、手各自的运动特征，对头、手的跟踪干扰采用不同的抑制方法：对手的跟踪干扰采用粒子滤波；对头的跟踪干扰，先判断头所处的状态，再根据不同状态采用不同的处理方法，静止时采用卡尔曼滤波；缓慢移动时采用内在几何量双边滤波；快速移动时停止滤波，其具体步骤如下：

(1)、将磁力跟踪器固定，发射器置于手的活动区域正下方；两个接收器分别置于光透式头盔的帽檐和数据手套的手背上；头和手在发射器正上方0.4×0.5×0.45m的有效范围内活动；发射器之间水平放置且两两相距不小于1.8m；

(2)、读取上述两个接收器中头、手运动轨迹数据，判断是否抓取到虚拟物体，若抓取到，则对跟踪手部的干扰数据和对跟踪头部干扰数据分别进行处理；若没有抓到，则只需对跟踪头部干扰数据进行处理；

所述的对跟踪手部的干扰数据的处理方法为：将干扰数据分解成6个一维向量，然后分别应用以二阶ARP模型为系统状态模型，以这些分解之后的一维向量为观测模型，将收到的接收器的值，采用SIR算法进行粒子滤波，输出空间坐标以及欧拉角；

所述的对跟踪头部干扰数据的处理方法为：判断头部所处的状态：

若头部处于静止状态，得到系统状态模型，将得到的6DOF数据分解成空间坐标，欧拉角两类，然后采用集中卡尔曼滤波分别对空间坐标和欧拉角进行卡尔曼滤波，滤波完成后直接输出空间坐标、欧拉角；

若头部处于缓慢移动状态，采用内在几何量双边滤波方法对头部的干扰数据进行滤波，滤波完成后直接输出空间坐标、欧拉角；所述的内在几何量双边滤波方法的步骤为：

a.提取出空间坐标信息，

b.将空间坐标信息转化成内在几何量表示：连两点所形成的边的边长，边与X轴正方向、Z轴正方向的夹角来表示；

c.然后对边与X轴正方向、Z轴正方向的夹角进行滤波；

d.以滤波后的角度作为一个约束条件，构造目标函数来反求曲线的顶点；

e.提取出欧拉角；

f.对于陆续到来的数据，使用准实时模型进行动态处理；

g.将欧拉角进行双边滤波；

所述的准实时模型是：对于陆续到来的数据的某一时刻的值只与其前1个时刻和后m个时刻的值有关，随着采样的进行，不断地补充新的观测数据进来，同时丢掉最 

前端的数据，保持滑动窗的长度为n，针对不断更新的n个数据重新进行滤波；

若头部处于快速移动状态，先判断前一状态是什么状态，若也是快速移动状态，则停止滤波，不做其他处理直接输出空间坐标、欧拉角；若前一状态是静止状态或者缓慢移动状态，则停止滤波，同时利用临界阻尼弦计算新的速度和位置，然后输出空间坐标、欧拉角。

2.根据权利要求1所述的增强现实系统中抑制磁力跟踪器互干扰的方法，其特征是所述的粒子滤波，是指系统状态模型表示目标状态的时间更新过程，采用的是二阶ARP模型，模型表达式为：

其中， 定义为上一时刻目标的位置；X_t、X_t-1、X_t-2为t、t-1、t-2时刻各粒子的位置；Bω_t是随机噪声；A_i为从实验估计的模型参数。

3.根据权利要求1所述的增强现实系统中抑制磁力跟踪器互干扰的方法，其特征是所述的集中卡尔曼滤波，是指采用集中卡尔曼滤波融合结构对空间坐标和欧拉角进行滤波，其状态方程为：

S(τ)＝S(τ-1)

其中，S(τ)为τ时刻的状态矢量，

测量值就是接收器取到的值，测量方程为：

T(τ)＝S(τ)+v(τ)

其中，T(τ)＝[T_x(τ)，T_y(τ)，T_z(τ)]^T为τ时刻检测到的接收器在X、Y、Z三个方向上的值；v(τ)为测量过程噪声矩阵，v(τ)＝[v_x(τ)，v_y(τ)，v_z(τ)]^T，

然后就可以应用卡尔曼的递推算法对预测值进行修正：

其中， 为系统在τ时刻的状态矢量的滤波估计， 为利用上一状态的预测估计，K(τ)为增益矩阵。

4.根据权利要求1所述的增强现实系统中抑制磁力跟踪器互干扰的方法，其特征是，所述的欧拉角双边滤波是：某个点的欧拉角权因子不只和它邻近点之间的几何距离有关，还和欧拉角值之间的差异有关，每当系统得到新的坐标估计值，就结合欧拉角进行欧拉角双边滤波。