[发明专利]一种九轴传感器融合的用户姿态测算和虚拟现实随动方法

摘要

本发明公开了一种九轴传感器融合的用户姿态测算和虚拟现实随动方法，该方法基于头戴式虚拟现实设备，包括传感器采集步骤、姿态测算步骤以及显示步骤，其中：传感器采集步骤：通过三轴陀螺仪，三轴加速计、三轴磁力计采集九轴数据；姿态测算步骤，显示步骤：通过视角矩阵调整虚拟世界景象。使用本发明的技术方案，获得以下有益效果：在用户静止时，令传感器给出的数据为零，没有噪声；充分利用不同传感器的数据，得到正确的用户姿态；虚拟世界的视角无延迟、实时地随着用户的姿态改变而变化；保证用户能从任何角度观察虚拟现实世界。

主权项

1.一种九轴传感器融合的用户姿态测算和虚拟现实随动方法，其特征在于该方法基于头戴式虚拟现实设备，包括传感器采集步骤、姿态测算步骤以及显示步骤，其中：传感器采集步骤：通过三轴陀螺仪，三轴加速计、三轴磁力计采集九轴数据；姿态测算步骤：首先对九轴数据进行校准，校准结果上报给融合算法，融合算法通过校准后的九轴数据计算出当前数据下的用户姿态，预测算法通过当前时刻融合算法的结果和过去时刻的姿态变化趋势预测若干时间后的用户姿态，得到旋转四元数，将旋转四元数换算到视角矩阵；所述九轴数据进行校准是对三种传感器的数据分别进行校准，其中：三轴陀螺仪：在多次采样中取平均值；或者，先在静止状态下采集三轴陀螺仪的偏移量，上报数据时去除；三轴加速计：在静止状态下利用重力加速度的方向剔除干扰，过程如下：A＝(ax,ay,az)G＝(g,0,0)Δ＝A‑G式中A为静止状态下加速计数据，a_x,a_y,a_z分别为加速度计在x、y、z轴的分量；G为重力加速度向量，g为重力加速度；Δ为加速计偏移量，A_t为加速计原始数据，为校准后t时刻的加速计数据；三轴磁力计：采取平面校准法或八字校准法进行校准；三轴磁力计在含有附加的局部磁场环境下，采用以下方法校准：1)将三轴磁力计水平旋转360度；2)找到三轴磁力计水平方向数据的最小和最大输出Xmin,Ymin,Xmax,Ymax；3)比较Xmax‑Xmin和Ymax‑Ymin，取其中较大者，此处令比例系数：Xs＝1；4)计算另一个比例系数：5)计算偏置补偿：Xb＝Xs[1/2(Xmax‑Xmin)‑Xmax]Yb＝Ys[1/2(Ymax‑Ymin)‑Ymax]6)得到输出：Xout＝Xin*Xs+XbYout＝Yin*Ys+Yb式中，XoutYout为校准后的磁力计数据，XinYin为原始的磁力计数据，Z轴在使用此种方法时无需校准；显示步骤：通过视角矩阵调整虚拟世界景象。