[发明专利]内容敏感的虚拟路径重定向方法

说明书

本发明提出了一种内容敏感的虚拟路径重定向方法，这是第一个考虑视觉特征的路径重定向方法。该方法提取并考虑了三维虚拟场景的各种视觉特征。方法分三个步骤：提取虚拟场景的视点相关和视点无关的视觉特征的集合并将其存储在视觉特征贴图中；然后，根据从视觉特征图得出的变形敏感因素，通过质子弹簧系统优化，使场景的行走路径变形，达到重定向的效果，以适应物理定位空间的限制；最后，当用户在重定向后的路径上漫游虚拟场景时，我们采用了一种新颖的细节保留渲染算法来保留原始的场景细节。与没有特征指导的路径重定向方法相对比，我们在多个场景上测试了我们的方法，结果表明我们的方法有更少的虚拟场景三维网格的失真，更好的用户真实感体验。

技术领域

本发明涉及一种内容敏感的虚拟路径重定向方法。

背景技术

由于现实世界中的障碍物的存在和空间的局限，在大型虚拟环境中模拟自然行走仍是一个挑战。因此有研究者提出了路径重定向方法，它可以修改虚拟环境中的用户路径，让用户遵守现实空间的物理限制的同时在虚拟场景中漫游。路径重定向的方法主要分为静态映射和动态映射两类。

在动态重定向步行的过程中，程序通过轻微的场景旋转和平移来改变提供给用户的视觉输入，给用户带来在大空间中行走的错觉，从而避免了来自物理障碍物的干扰。动态重定向步行的挑战在于设计对用户位置和方向的操纵，该操纵同时要足够大以实现避开障碍物，并且要足够小以保持不被察觉。而在较小的现实空间(如四平方米的方形空间)中，动态映射很难在用户感知不到情况下进行重定向，且这样会导致用户的虚拟幻境头晕现象。

在静态路径重定向中，以可用物理空间和虚拟场景作为输入，在预处理中将虚拟场景的可行走子空间映射到物理空间。当用户在虚拟场景中漫游时，视线中的场景会变形，以引导用户更改其路径以符合物理空间。静态映射的目标是将失真设计得尽可能不明显，以使体验尽可能接近实际探索的原始虚拟场景。

现有的方法并没有对于虚拟场景内容的分析，而在本发明中，我们将虚拟场景的内容信息考虑了进来，我们提出了一种内容敏感的虚拟路径重定向方法，旨在减少视觉细节丰富的区域的失真，从而为用户在虚拟环境中漫游时提供高质量的视觉探索体验。我们的方法对虚拟场景视觉特征的分析，提取出用户对场景扭曲较敏感的区域，即特征分布较密的区域，与用户不感兴趣的区域区分开来。然后根据视觉特征的分布，来指导虚拟空间到物理空间的映射，同时利用特征分布指导静态映射重定向的渲染过程，减少特征密度较高的区域的扭曲度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出了一种内容敏感的虚拟路径重定向方法，旨在减少视觉细节丰富的区域的失真，从而为用户在虚拟环境中漫游时提供高质量的视觉探索体验。我们的方法对虚拟场景视觉特征的分析，提取出用户对场景扭曲较敏感的区域，即特征分布较密的区域，与用户不感兴趣的区域区分开来。然后根据视觉特征的分布，来指导虚拟空间到物理空间的映射，同时利用特征分布指导静态映射重定向的渲染过程，减少特征密度较高的区域的扭曲度，提高用户真实感体验。

本发明的主要创新点是：(1)提出并实现了基于虚拟场景的视觉特征的路径重定向框架。据我们所知，这是第一个考虑视觉特征的路径重定向框架。(2)提出了视觉特征贴图的概念，并将其用于在虚拟现实漫游中存储虚拟场景的几何形状和外观特征的分布中；(3)提出并实现了一种基于质子弹簧的路径优化方法，将虚拟路径映射到物理空间，其中考虑了视觉特征贴图计算出的变形敏感因素；(4)提出并实现了一种保留细节的渲染方法，用于在虚拟现实中重定向用户时渲染三维场景。

本发明采用的技术方案为：一种内容敏感的虚拟路径重定向方法，其特征在于包括以下三个步骤：