[发明专利]一种采用沉浸式虚拟现实技术的真人射击游戏系统及实现方法

权利要求书

1.一种采用沉浸式虚拟现实技术的真人射击游戏系统，该系统包括：系统服务器、头戴式显示器、背包计算机、枪械系统、标识子系统，其特征在于，系统服务器中玩家数据存储模块存储游戏中所有玩家的生命值、现实空间坐标数据，并与背包计算机进行数据交互，背包计算机中的三维注册模块，接受并识别现实空间图像，确定玩家与图像标识之间的三维空间距离，获得玩家的现实空间坐标，背包计算机中的渲染模块，通过玩家面部朝向数据和现实空间坐标数据，得到玩家在虚拟空间中的虚拟坐标和面部角度，完成玩家在现实空间与虚拟空间中的同步视觉跟踪，背包计算机中的射中验证模块，接受扳机扣动消息和枪口空间定位数据，判断本次扣动扳机是否命中其他玩家，背包计算机中的标识数据存储模块，存储放置在现实空间所有标识的空间坐标，以及玩家编号与标识的对应关系；枪械系统中枪械角度数据模块，通过枪械系统内置的三轴陀螺仪获得枪口角度数据，枪械系统中数据手套定位模块获取数据手套与玩家之间的三维距离，当玩家按下扳机时，枪械系统中扳机传感器模块将枪口角度数据和三维距离封装进扳机扣动消息传送给背包计算机；头戴式显示器中面部朝向数据模块，通过内置三轴陀螺仪将玩家面部朝向数据传给摄像模块和旋转底座控制模块，旋转底座控制模块调整摄像头角度使摄像头保持垂直向上的指向，摄像模块获取真实场景的图像数据与玩家面部朝向数据，封装成画面帧消息并发送给背包计算机上，显示模块接受玩家背包计算机传来的渲染画面；标识子系统根据摄像机的视角以及室内空间高度确定标识间距离；所述确定玩家与图像标识之间的三维空间距离进一步包括，利用基于像素灰度值的灰度图像空间模板匹配算法对图像数据进行标识图像检测，检测摄像机画面和实际空间画面中至少4个点求出标识物体坐标系到相机坐标系之间的变换矩阵，用这个变换矩阵将摄像机画面中经过透视变换的标识图像进行转正，并求出该标识物区域的面积比几何特征，使用欧氏距离求出该标识集合特征与存储标识的几何特征数据之间的最小距离，若最小欧式距离大于阈值，则完成此模式识别；使用两步标定算法对头戴显示器上的摄像机进行摄像机标定，计算摄像机内参数和外参数，得到摄像头与标识点之间的三维空间距离，所述两步标定算法包括：头戴式显示器中摄像模块获取现实世界画面帧，读取中心主点坐标、缩放因子、像素宽度、像素高度，检测出所有角点，根据角点坐标和物点坐标建立方程组，求解方程中的所有外参数和焦距，构建映射方程优化畸变系数，焦距和外参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，射中验证模块根据枪械系统中枪口空间定位数据确定枪口虚拟空间坐标，根据系统服务器中当前所有玩家空间坐标生成当前所有玩家包围盒，以枪口为起点，以枪口角度为方向发出三维射线，判断此射线穿过的第一个包围盒是否是其他玩家的隐式虚拟包围盒，若穿过，则表示击中。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，旋转底座控制模块接收面部朝向数据模块送来的当前玩家头部Yaw、Pitch、Roll三个偏转角度，然后对于每一偏转角度都反向旋转与面部朝向数据中相同的角度，使得旋转底座上的摄像头保持垂直向上拍摄，其中，Yaw为头部绕Z轴旋转，即摇头动作的偏转角度，Picth为头部绕X轴旋转，即点头动作的偏转角度，Roll为头部绕Y轴旋转，即侧头动作的偏转角度。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述两步标定算法具体包括：摄像头获取现实世界画面帧，读取摄像机的出场信息，包括中心主点坐标 ,缩放因子，每个像素的宽度，每个像素的高度，检测出所有角点后，根据角点坐标和物点坐标建立方程，求解外参数和焦距，根据物点和角点映射方程：优化畸变系数，焦距和外参数，其中，为点在图像中的坐标，表示物点坐标，表示角点坐标，表示外参数的旋转矩阵，表示外参数的平移向量，,。