[发明专利]定位系统

说明书

一种运动跟踪系统，该运动跟踪系统被配置为确定代表真实环境(5、6、7、8、9)中的真实对象(1)的模拟对象的呈现，该定位系统包括：成像设备(24)，其安装在成像设备上并被配置为捕获位于真实环境中的多个不规则定位的标记(30)的一系列图像；图像处理单元，其在通信上联接到成像设备，以接收一系列图像；图像处理单元被配置为通过以下操作确定真实对象的真实位置：创建由在一系列图像中可见的标记物形成的星座的三维模型；将在由成像设备捕获的连续图像中可见的标记物的图案映射到模型，从而确定成像设备相对于标记物的运动；确定模拟对象的呈现，以使呈现确定的模仿成像设备的运动。

本发明涉及一种用于确定对象的位置的定位系统。对象的虚拟表示然后可以被模拟并在虚拟世界中被显示在相应位置。

这种定位系统在包括虚拟现实系统(例如在虚拟现实游戏中)在内的许多领域中都有应用，在虚拟现实系统中，参与者使用可穿戴计算机(例如头戴式显示器(HMD))来体验虚拟世界的计算机生成的模拟的沉浸式表示。例如，在虚拟现实游戏中，一个或更多个参与者可以体验到在三维环境中以及在游戏过程中彼此相互作用并且与该环境进行相互作用的经历。在这些虚拟现实系统中，用户无法看到真实世界，而只能看到计算机生成的虚拟世界模拟。

尽管可以完全构成一些虚拟现实世界，但其他虚拟现实世界可以包括存在于用户正在体验虚拟现实世界并且用户可以与之交互的环境中的真实对象的虚拟表示。可穿戴计算机的使用是有利的，因为它允许不必用手来对实际对象进行操作，但是，由于虚拟现实显示器是完全沉浸式的，因此用户无法直接看到对象。同样地，这些系统必须能够跟踪此类对象在真实世界中的移动和位置，以便可以更新对象在虚拟现实世界中的虚拟表示。同样，这些系统需要能够在环境中移动时更新用户的视图。

这样的定位系统将是有用的另一个领域是增强现实系统，在增强现实系统中，参与者佩戴透明显示器(或用不透明显示器观看真实世界的视频)，该透视显示器允许将图形和/或文本投影到真实世界中。

可以使用各种传感系统来自动确定对象和用户在环境中的位置。例如，可以使用如GPS的卫星定位系统。但是，这些系统只能在室外环境中提供几米的精度，而当要被估计位置的对象在室内时，这些系统无法提供足够的精度。在另一个示例中，可以将一组摄像头定位在环境周围的固定位置，以跟踪对象和用户位于哪里。但是，如果对象/用户的部分或全部在一时间段内被另一对象/用户遮挡，则此类系统可能无法提供连续的实时数据。在又一示例中，待定位的对象可以携带声发射器，并且一组声接收器定位在对象将被定位到的环境的周围的固定位置处。但是，这种系统的精度取决于保持接收器的固定位置，当用户与周围环境相互作用时，特别是如果用户在沉浸在虚拟现实世界的情况下看不到真实对象时，接收器可能会被意外移位。在又一个示例中，可以使用包括数字编码器的跟踪系统，所述跟踪系统可以监测所述跟踪系统所附接的对象的偏航(yaw)、俯仰(pitch)和滚动(roll)。这种跟踪系统可以另外包括球跟踪器，该球跟踪器具有在表面上滚动的球。通过使用编码器监测球的旋转，可以使用航位推测法来确定对象的位置。通过将多个球形跟踪器安装到对象，可以确定对象相对于例如环境的地板的位置和取向。但是，由于跟踪球系统容易偏移，因此可能需要定期重新校准：也就是说，如果多个球中的一个球在地板表面上打滑，则会提供不可靠的数据。因此，随着时间的推移，每个对象将需要按时间间隔返回到已知位置，并进行重置，使得可以将累积的误差和其在球跟踪器测量中的偏移归零。对象的位置测量容易受到误差和偏移的影响，这使跟踪球系统变得不可靠，或者至少不足够鲁棒。

这样，在开发显示虚拟对象的可穿戴计算机系统的场景而言，以可穿戴计算机系统与可移动实际对象在环境中的配置有准确关系这样的方式，将这些虚拟对象定位在场景中的问题是难以解决且重要的技术问题。