[发明专利]增强现实系统中抑制磁力跟踪器互干扰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种增强现实技术领域，具体地说是涉及一种抑制磁力跟踪器互干扰的方法，更具体地说是涉及一种真实手抓取虚拟物体这一交互方式所采取的抑制磁力跟踪器互干扰方法。

背景技术

增强现实技术(AR-Augmented Reality)是多媒体技术在三维领域实现的重要新手段。AR技术涉及到计算机科学的多个领域，其中包括三维建模、实时跟踪与三维注册、场景融合等多项新技术与新手段。

跟踪系统是增强现实系统必不可少的一部分。目前比较常用的跟踪系统主要有光学式跟踪、磁力跟踪、超声跟踪、红外跟踪、惯性跟踪等系统。由于工作原理的不同，以上几种跟踪系统各有优缺点。其中磁力跟踪器以具有速度快、实时性好、操作简单、成本相对低廉等优点成为增强现实系统中应用最广泛的一类方位跟踪器。但其缺点也很明显：容易受到周围环境的干扰，如磁性物体、其他设备产生的磁场等，造成不正确的测量。

目前，很多增强现实系统都要求支持多人同时互动，但现有磁力跟踪器的有效范围非常有限，即将误差控制在2mm之内，有效距离一般只有±0.5m。这样的有效范围必然不能覆盖互动区域。虽然换上大型发射器能扩大有效范围，但增加有限。所以只使用一个发射器的方案显然不能满足大型互动场景的要求。但是当使用多个发射器，即每个用户对应一个发射器时，由于产生了多个磁场，发射器之间会产生干扰。干扰会使数据离散程度加大，最直接的表现就是会使被抓取的虚拟物体产生明显抖动。

现有的很多抑制干扰的方法都是在发射与接收之间进行的处理。如中国专利：其名称为“在一个信号处理系统中抑制干扰的方法及信号处理系统”，申请号200410075232.X；中国专利：其名称为“用电器支路去干扰组件”，申请号99806335.5。这些磁力跟踪器封装性很好，很难获取发射信号的波形特征。即使能够得到想要的特征，能够进行想要的处理，那也必须添加或更改已有硬件配置或电路。再者，很多去除干扰的方法，都有使用范围的限制，如中国专利：其名称为“无线通讯线路的干扰检测方法和干扰避免系统”，申请号02120426.8，中国专利申请：其名称为“一种抗环境光干扰的主动照明成像装置”，申请号200810054453.7。还有一些专利虽然用到了综合多个滤波器的思想，但它们的应用领域和滤波策略与本专利完全不同，如中国专利申请：其名称为“使用多滤波器组和归一化滤波器适配的干扰抵消的方法和系统”，申请号00818873.4。该专利是将原信号分解成多个信道，每个信道都有一个特 定的扩频序列，通过适配多个解扩矢量来抵消在接收的CDMA传输中的干扰，这种方法需要对发射信号进行处理；中国专利申请：其名称为“多滤波器实现宽带选频的方法”，申请号：200710026456.5。该专利申请应用在宽带信号选频的中，虽然它使用多个滤波器，但每一个滤波器具有相同的参数。这种方法仅适合于信号类型及干扰比较简单的环境下。

滤波技术能够从含有干扰的接收信号中提取出有用信号。目前应用较多的滤波方法主要有维纳滤波、卡尔曼滤波、粒子滤波等滤波。卡尔曼滤波及其改进方法已被运用在多个领域，如目标跟踪，噪声抑制等。它们具有很好的实时性和抗噪性，但是也存在对系统动态模型强依赖性的缺陷。如果目标机动性很强，就无法精确系统模型，滤波效果大受影响。而用户交互时，头、手的运动都是无规律的，有很大的机动性。因此不能简单应用这类方法。关于目标机动性问题，目前也已提出不少解决方案，如，“当前统计模型”，以及被认为当前最有潜力的机动目标跟踪方法-“交互多模型理论”等。但由于磁力跟踪器获得的数据就比较精确，小数点后第一位比较稳定，后几位由于受到其他设备的干扰以及设备本身的原因，数值会有比较明显的浮动。这要求对数值的估计至少要精确到小数点后第二位。显然这些方法在精度上不能达到增强现实系统的要求。粒子滤波是通过非参数化的蒙特卡罗模拟方法来实现递推贝叶斯滤波，它适用于非线性系统。但它不是最优估计，当干扰较大时，虽然能跟踪到目标，效果也较优于其他很多机动跟踪模型，但对干扰的抑制作用还是很有限。

图形学中的空间曲线光顺方法可以很好的去除曲线中的噪声。而带噪声的空间离散曲线类似于本文所提到的受干扰的运动轨迹，即干扰值只是在正确值附近浮动，整个运动趋势比较明显。但这个方法针对的只是静态曲线，无法对动态数据进行处理；并且原方法只对空间坐标去噪，没有考虑欧拉角。而欧拉角决定了虚拟物体所处的方向，欧拉角受干扰同样会使虚拟物体不稳定，出现晃动。

发明内容