VR碰撞检测方法及系统与流程

vr碰撞检测方法及系统
技术领域
1.本发明涉及碰撞检测技术领域，更为具体地，涉及一种vr虚拟碰撞检测方法及系统。


背景技术：

2.虚拟现实(virtual reality，vr)，是指采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境，用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界中的物体进行自然的交互，通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受，随着5g技术在全球的迅速发展，vr市场也越来越火热。
3.目前，vr头戴显示设备由于其封闭性特点，当同场景下多人进行vr互动时，会出现碰撞的情况，对应地虚拟现实碰撞检测技术也成为一项评判vr产品性能优劣的关键技术。
4.但是，现有的vr设备多依靠昂贵的外部辅助定位设备，成本及功耗高，且在多人使用vr头显出现在同一个区域内时，会导致碰撞检测的精度差，安全性低，影响用户体验。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种vr碰撞检测方法及系统，以解决现有碰撞检测存在的成本高、功耗高、安全性能低，精度差等问题。
6.本发明提供的vr碰撞检测方法，包括：基于第一碰撞检测模式对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行第一次碰撞检测，并获取对应的第一碰撞检测结果；基于第二碰撞检测模式对第一碰撞检测结果内的vr设备进行第二次碰撞检测，并获取对应的第二碰撞检测结果；基于第三碰撞检测模式对第二碰撞检测结果内的vr设备进行第三次碰撞检测，并获取vr设备之间的最终碰撞检测结果。
7.此外，可选的技术方案是，第一碰撞检测模式的检测过程包括：基于扫描到的待检测vr设备所广播的广播帧中的id信息，建立与待检测vr设备之间的ble连接，广播帧基于待检测vr设备的自由度位姿信息以及预设id构建；基于id信息向服务器请求对应的第一公钥，并基于第一公钥以及获取的当前检测点的位置向量标签形成加密包；基于待检测vr设备对加密包的验证结果，获取待检测vr设备发送的自由度位姿信息，并根据自由度位姿信息渲染与待检测vr设备相对应的初步位置；基于初步位置确定当前检测点与待检测vr设备的第一碰撞检测结果。
8.此外，可选的技术方案是，第二碰撞检测模式的检测过程包括：按照预设幅度提高第一碰撞检测模式中的广播的频率；基于提高广播频率后的第一碰撞检测模式的检测过程对第一碰撞检测结果内的任意vr设备进行高频碰撞检测，并获取对应的高频碰撞检测结果；基于当前检测点的红外传感器发射检测射线，对高频碰撞检测结果内的任意vr设备进行红外碰撞检测，并获取第二碰撞检测结果。
9.此外，可选的技术方案是，基于待检测vr设备对加密包的验证结果，获取待检测vr设备发送的自由度位姿信息的过程包括：待检测vr设备提取加密包中的位置向量标签，并
判断检测点与待检测vr设备之间的距离是否满足预设碰撞距离；如果检测点与待检测vr设备之间的距离满足预设碰撞距离，则生成待检测vr设备的第二公钥，并基于加密包中的第一公钥生成对应的第一公共密钥；检测点基于待检测vr设备的第二公钥生成对应的第二公共密钥，并根据第二公共密钥获取自由度位姿信息。
10.此外，可选的技术方案是，第三碰撞检测模式的检测过程包括：基于第二碰撞结果内的vr设备中的距离传感器以及vr设备的外形轮廓，生成对应的包围顶点；基于包围顶点形成对应的obb方向包围盒；基于obb碰撞检测方法，获取任意两obb方向包围盒之间的碰撞结果，作为对应的vr设备之间的最终碰撞检测结果。
11.此外，可选的技术方案是，在基于第一碰撞检测模式对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行一次碰撞检测之前，还包括：基于场景的光线和环境纹理，对待检测vr设备进行参数初始化处理，以确定待检测vr设备的惯性权重系数和视觉权重系数；基于惯性权重系数和视觉权重系数，确定待检测vr设备的自由度位姿信息。
12.此外，可选的技术方案是，参数初始化处理过程，包括：基于待检测vr设备的光传感器，获取场景的光线条件；如光线条件满足第一预设阈值的要求，则基于待检测vr设备的视觉传感器获取场景的环境图片；基于环境图片提取场景中的点特征和线特征；如点特征和线特征均满足第二预设阈值的要求，则按预设比例增大视觉权重系数，并减小惯性权重系数。
13.此外，可选的技术方案是，如光线条件不满足第一预设阈值的要求，则按照预设比例提高惯性权重系数，并减小视觉权重系数；如点特征和线特征不满足第二预设阈值的要求，则按照预设比例提高惯性权重系数，并减小视觉权重系数。
14.此外，可选的技术方案是，待检测vr设备的自由度位姿信息的表达公式为：
15.v＝α*p+β*i
16.其中，v表示自由度位姿信息，α表示视觉权重系数，β表示惯性权重系数，p表示视觉传感器获取的6自由度位姿信息，i表示惯性传感器的6自由度位姿信息。
17.根据本发明的另一方面，提供一种vr碰撞检测系统，包括：第一次碰撞检测单元，用于基于第一碰撞检测模式对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行一次碰撞检测，并获取对应的第一碰撞检测结果；第二次碰撞检测单元，用于基于第二碰撞检测模式对第一碰撞检测结果内的vr设备进行二次碰撞检测，并获取对应的第二碰撞检测结果；第三次碰撞检测单元，用于基于第三碰撞检测模式对第二碰撞检测结果内的vr设备进行三次碰撞检测，并获取vr设备之间的最终碰撞检测结果。
18.利用上述vr碰撞检测方法及系统，逐级别的通过第一次碰撞检测、第二碰撞检测和第三碰撞检测对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行碰撞检测，能够在降低检测功耗以及检测成本的同时，提高检测效率及安全性，满足用户的高质量体验。
19.为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
20.通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
21.图1为根据本发明实施例的vr碰撞检测方法的流程图；
22.图2为根据本发明实施例的加密包的加解密流程图；
23.图3为根据本发明实施例的参数初始化流程图；
24.图4为根据本发明实施例的vr碰撞检测方法的详细流程图；
25.图5为根据本发明实施例的vr碰撞检测系统的逻辑框图。
26.在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
27.在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.为详细描述本发明的vr碰撞检测方法及系统，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
30.图1示出了根据本发明实施例的vr碰撞检测方法的流程图。
31.如图1所示，本发明实施例的vr碰撞检测方法，包括：
32.s110：基于第一碰撞检测模式对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行第一次碰撞检测，并获取对应的第一碰撞检测结果。
33.其中，第一碰撞检测模式的检测过程可以包括：
34.1、基于扫描到的待检测vr设备所广播的广播帧中的id信息，建立与待检测vr设备之间的ble连接，广播帧基于待检测vr设备的自由度位姿信息以及预设id构建；
35.2、基于id信息向服务器请求对应的第一公钥，并基于第一公钥以及获取的当前检测点的位置向量标签形成加密包；
36.3、基于待检测vr设备对加密包的验证结果，获取待检测vr设备发送的自由度位姿信息，并根据自由度位姿信息渲染与待检测vr设备相对应的初步位置；
37.4、基于初步位置确定当前检测点与待检测vr设备的第一碰撞检测结果。
38.具体地，在第一碰撞检测模式的检测过程中，被检测方(即待检测vr设备，下同)会首先将基于惯性权重系数和视觉权重系数，确定的待检测vr设备的自由度位姿信息以及预设id组合成blr的广播帧进行低频低功耗广播，此时的检测方(即当前检测点的vr设备，下同)也会进行低频扫描，当扫描到周围存在被检测方时，检测方会主动根据广播中的id信息建立与被检测方之间的ble连接，并向云端服务器请求对应id基于ecdh算法生成的第一公钥，然后将场景内的当前检测点的地理位置信息形成位置向量标签，同第一公钥一起在ble
通道中加密后传递至被检测方。
39.其中，基于ecdh算法设计的加解密流程可参考图2中所示具体示例。
40.如图2所示，基于待检测vr设备对加密包的验证结果，获取待检测vr设备发送的自由度位姿信息的过程进一步包括：
41.首先，待检测vr设备提取加密包中的位置向量标签，并判断检测点与待检测vr设备之间的距离是否满足预设碰撞距离，该预设碰撞距离主要是判断当前检测当的地理位置是否与被检测方的地理位置相近，如果离得较远，可直接终止ble连接，结束位置检测过程。
42.如果检测点与待检测vr设备之间的距离满足预设碰撞距离，则在被检测方生成待检测vr设备的第二公钥，并基于加密包中的第一公钥生成对应的第一公共密钥，然后将被检测方的第二公钥发送至检测方，检测方基于待检测vr设备的第二公钥生成对应的第二公共密钥，通过第一公钥、第二公钥、第一公共密钥，第二公共密钥就可实现检测方和被检测方之间的数据加密传输，并根据第二公共密钥获取自由度位姿信息。
43.最终，检测方可根据被检测方的自由度位姿信息在vr环境中渲染出对方的初始位置，根据该初始位置即可确定当前检测点与待检测vr设备的第一碰撞检测结果。一般情况下，当检测方检测到被检测方之间的距离小于预设碰撞距离时，即可确定二者之间存在碰撞可能，第一碰撞检测结果中包含所有检测方能够检测到的被检测方，该过程属于碰撞的第一层级检测，初步确定可能的碰撞目标。
44.s120：基于第二碰撞检测模式对第一碰撞检测结果内的vr设备进行第二次碰撞检测，并获取对应的第二碰撞检测结果。
45.该步骤中，第二碰撞检测模式的检测过程进一步包括：
46.1、按照预设幅度提高第一碰撞检测模式中的广播的频率；
47.2、基于提高后的广播频率根据第一碰撞检测模式对第一碰撞检测结果内的任意vr设备进行高频碰撞检测，获取对应的高频碰撞检测结果；
48.3、基于当前检测点的红外传感器发射检测射线，对高频碰撞检测结果内的任意vr设备进行红外碰撞检测，并获取第二碰撞检测结果。
49.具体地，当第一碰撞检测模式结束后，且第一碰撞检测结果存在vr设备时，即第一碰撞检测结果为存在可能发生碰撞的vr设备时，可提高ble广播频率，并按照第一碰撞检测模式的流程，再次进行碰撞检测，从而更精确的确认检测结果，当高频ble广播同样确认可能会发生碰撞的vr设备后，检测方会进一步利用红外传感器发射检测射线，通过射线检测的方法基于第一碰撞检测结果进一步确定第二碰撞检测结果。
50.其中，如果第一碰撞检测结果为零，即不存在vr设备可能与检测方发生碰撞，则无需进行第二次以及第三次碰撞检测，进而能够降低功耗。此外，第二碰撞检测结果是对第一碰撞检测结果的更高精度的检测筛选，因此，第二碰撞检测结果的范围可能会小于第一碰撞检测结果。
51.s130：基于第三碰撞检测模式对第二碰撞检测结果内的vr设备进行第三次碰撞检测，并获取vr设备之间的最终碰撞检测结果。
52.其中，第三碰撞检测模式的检测过程包括：
53.1、基于第二碰撞检测结果内的vr设备中的距离传感器以及vr设备的外形轮廓，生成对应的包围顶点；
54.2、基于包围顶点形成对应的obb方向包围盒；
55.3、基于obb碰撞检测方法，获取任意两obb方向包围盒之间的碰撞检测结果，作为对应的vr设备之间的最终碰撞检测结果。
56.具体地，由于在每个vr设备上均设置有多个距离传感器，当第二碰撞检测结果中存在目标vr设备时，可通过对应的距离传感器，形成包围自身的包围顶点以及obb方向包围盒，当任意两个obb方向包围盒存在重叠时，即可确定二者发生碰撞，此时可基于obb方向包围盒确定碰撞角度以及位置等信息，并在发生碰撞之前给出预警。
57.需要说明的是，该obb方向包围盒可预留一定的安全边界，当obb方向包围盒存在重叠时，确定虚拟场景中的两个vr设备发生碰撞，但是现实场景中，二者可能还存在一定的安全距离，确保用户安全。
58.在本发明的一个具体实施方式中，在基于第一碰撞检测模式对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行第一次碰撞检测之前，还可以包括：基于场景的光线和环境纹理，对待检测vr设备进行参数初始化处理，以确定待检测vr设备的惯性权重系数和视觉权重系数；最终，基于惯性权重系数和视觉权重系数，确定待检测vr设备的自由度位姿信息。
59.具体地，图3示出了根据本发明实施例的参数初始化示意流程。
60.如图3所示，参数初始化处理过程进一步包括：在新环境下启动初始化配置流程，然后基于待检测vr设备的光传感器，获取场景的光线条件；如光线条件满足第一预设阈值的要求，则基于待检测vr设备的视觉传感器获取产经的环境图片；基于环境图片提取场景中的点特征和线特征；如点特征和线特征均满足第二预设阈值的要求，则按预设比例增大视觉权重系数，并减小惯性权重系数。
61.此外，如光线条件不满足第一预设阈值的要求，则按照预设比例提高惯性权重系数，并减小视觉权重系数；如点特征和线特征不满足第二预设阈值的要求，则按照预设比例提高惯性权重系数，并减小视觉权重系数，vr设备能够在光线太暗或者太亮的情况下，提高惯性权重系数，而在光线适中的情况下，提高视觉权重系数，从而避免光线、纹理等环境因素对单一传感器定位精度产生的影响。
62.作为具体示例，待检测vr设备的自由度位姿信息的表达公式为：
63.v＝α*p+β*i
64.其中，v表示自由度位姿信息，α表示视觉权重系数，β表示惯性权重系数，p表示视觉传感器获取的6自由度位姿信息，i表示惯性传感器的6自由度位姿信息，视觉与惯性传感器进行融合定位，能够根据环境光传感器和图像特征点识别结合的方法来动态调节权重，从而更加精准的融合视觉和惯性数据，提高碰撞检测精度。
65.作为具体示例，图4示出了根据本发明实施例的vr碰撞检测方法的详细示意流程。
66.如图4所示，本发明实施例的vr碰撞检测方法，包括：
67.1、对视觉传感器和惯性传感器的权重系数进行初始化，然后将碰撞检测服务id以及加密的6自由度位姿信息通过广播帧的形式进行低频ble广播；
68.2、当被检测方被检测方检测到时，对检测方发送的第一公钥进行验证，并在验证通过时，获取对应的被检测方的第二公钥，并获取第一公共密钥；
69.3、基于第一公共密钥对其自由度信息进行平均采用并加密传输；
70.4、对于检测方而言，会持续进行低频扫描，直至扫描到vr设备后，建立ble连接通
道，并更具广播中的id向云端服务器请求对应的第一公钥，并结合自己的地理标签发送至被检测方；
71.5、检测方根据第二公共密钥获取被检测方的6自由度位姿信息和名称代号等信息，在虚拟现实场景中进行低频模型渲染，确定粗略的位置，完成第一层级的第一碰撞检测模式；其中，在此过程中，解析出来的被检测方的位姿信息，可上传至服务器，供服务器构建多vr设备间的虚拟地图；
72.6、进行第二层级的第二碰撞检测模式，通过高频ble进行广播，并重复执行上述步骤，然后通过主红外线传感器进行射线包围检测；
73.7、进行第三层级的第三碰撞检测模式，确定obb方向包围盒，并根据obb方向包围盒返回最终的碰撞检测结果，并进行碰撞预警。
74.需要说明的是，为方便描述，本发明所涉及的检测方和被检测方均可理解为同一场景范围内的vr设备，每个vr设备均可理解为检测方和被检测方，碰撞检测也是任意两个vr设备之间的检测，因此并不对检测方和被检测方进行特殊限定。
75.与上述vr碰撞检测方法相对应，本发明还提供一种vr碰撞检测系统。
76.具体地，图4示出了根据本发明实施例的vr碰撞检测系统的逻辑框图。
77.如图4所示，本发明实施例的vr碰撞检测系统200，包括：
78.第一次碰撞检测单元210，用于基于第一碰撞检测模式对同一场景范围内的所有待检测vr设备进行第一次碰撞检测，并获取对应的第一碰撞检测结果；
79.第二次碰撞检测单元220，用于基于第二碰撞检测模式对第一碰撞检测结果内的vr设备进行第二次碰撞检测，并获取对应的第二碰撞检测结果；
80.第三次碰撞检测单元230，用于基于第三碰撞检测模式对第二碰撞检测结果内的vr设备进行第三次碰撞检测，并获取vr设备之间的最终碰撞检测结果。
81.需要说明的是，上述vr碰撞检测系统的实施例可参考vr碰撞检测方法实施例中的描述，此处不再一一赘述。
82.根据上述本发明的vr碰撞检测方法及系统，具有以下优点：
83.1、能够在同一场景下实现低功耗、低成本的多人vr碰撞检测。
84.2、结合地理位置信息和ble加解密流程，能够更为安全和有效的进行碰撞检测相关信息的同步，实现虚拟位姿信息的融合。
85.3、能够根据vr头显的真实使用场景调整视觉和惯性传感器在位姿定位过程中的比重，从而克服多样化使用场景的限制，更为精准和稳定的实现融合定位。
86.4、通过多次碰撞检测，实现多层级的检测过程，确保检测结果的准确。
87.如上参照图1和图2以示例的方式描述根据本发明的vr碰撞检测方法及系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的vr碰撞检测方法及系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。