CN108430032B - 一种实现vr/ar设备位置共享的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现VR/AR设备位置共享的方法及设备，通过接收目标设备发送的本地坐标系和世界坐标系之间的第一对应关系，并获取与所述目标设备所关联的位置识别信息，以及根据所述位置识别信息及所述第一对应关系获取与所述目标设备之间的世界坐标系转换关系，再通过所述世界系坐标转换关系将目标设备所对应的位置进行显示，解决了现有技术中无法获取其他设备在这个世界坐标系中的位置信息的问题，达到了不需要再增加其他硬件或对当前设备硬件做改动，操作简单成本低且易于实现的效果。

Description

一种实现VR/AR设备位置共享的方法及设备
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域，特别涉及一种实现VR/AR设备位置共享的方法及设备。
背景技术
随着虚拟现实技术和图像识别技术的高速发展，当前市场上已经涌现出一大批具有VR(VirtualReality，虚拟现实)、AR(Augmented Reality，增强现实)功能的可移动设备，包括VR头盔类的可穿戴设备、具有AR或VR功能的智能手机等。这些设备除了可以在其显示器上实现左右眼画面的分离而产生的立体视觉效果外，还有一个重要的功能，就是可以识别自身在世界中的姿态，或者叫做姿态追踪。这些姿态追踪功能的特点是，可以获取到设备本身相对于当前场景世界坐标系下的6个自由度，其中包括3个角度自由度信息加上3个位置自由度的信息的姿态信息(本文也称位置信息)。
当前存在有些基于图像识别的算法可以识别到特定平面图形或者3D物体相对与设备自身的姿态，如基于SLAM(simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建)技术的姿态追踪，这种追踪设备相对于某个世界坐标系姿态的方案是基于SLAM算法。这种算法需要实时的在设备摄像头捕获到的图像中找到一些特征点，然后通过追踪这些特征点的位置来估算设备的姿态。这种算法会在自定义的一个世界坐标系和设备自身坐标系中找到对应的转换关系从而确定设备相对于世界坐标系的姿态。
第二种常用的追踪技术是基于特定图像的识别。这种方案需要事先定义好一张具有明显多个特征点的图片，然后设备通过摄像头在捕获到的图片中搜寻是否捕获到这样的图片。搜索的过程中需要加入设备自身摄像头内参外参等参数从而得到被识别到的图片所在平面相对于设备自身坐标系的姿态信息。这种技术会在设备自身坐标系和图片所在平面坐标系之间建立变换关系。
上述两种方法已经比较成熟而且有很多实际的商业用途，两大移动平台IOS和Android也已经在今年把这种姿态追踪的技术加入到他们原生的平台内提供开发者开发。但无论是哪种方案，都存在着一个问题，那就是当前的解决方案只能获取到设备本身在自己创建的世界坐标系中的位置信息，却无法获取其他设备在这个世界坐标系中的位置信息。每个设备都会创建一个相对于现实场景固定的坐标系，然后得出设备本身相对于这个坐标系的姿态信息。这样不同设备的姿态信息所在的世界坐标系是不统一的，所以就算数据可以共享，也毫无实用价值。因此在实际的应用场景中，用户就无法通过不同的设备看到同一个地点上出现的虚拟物体，这使得VR/AR的意义被局限在一个用户终端上。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种实现VR/AR设备位置共享的方法及设备，以解决当前AR/VR设备无法实现位置共享的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种实现VR/AR设备位置共享的方法，包括：
步骤1，在一个环境中随机生成一个世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息；
步骤2，所述环境中的N个设备生成各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，N≥2；
步骤3，获取所述世界坐标参照信息和所述本地位置参照信息之间的对应关系M1；
步骤4，获取所述N个设备的世界坐标识别信息，与所述本地位置识别信息之间的对应关系M2以及对应的坐标值P；
步骤5，获取所述本地位置参照信息与所述N个设备的本地位置识别信息之间的对应关系M3；
步骤6，根据所述对应关系M1、M2和M3，计算所述N个设备的世界坐标识别信息与所述世界坐标参照信息之间的世界坐标转换关系M4；
步骤7，通过所述世界坐标转换关系M4，计算N个设备的本地位置识别信息值P在所述世界坐标中的对应值P’。
进一步地，步骤2之后还包括共享所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息。
进一步地，N个设备为带VR/AR功能的移动设备。
进一步地，参照信息或识别信息包括：用于显示本地坐标的电子识别图片或纸质识别图片。
进一步地，世界坐标转换关系M4＝M1-1·M2·M3，所述对应值P’＝P·M4。
本发明的实施例还提供了一种实现VR/AR设备位置共享的设备，包括：
参照信息生成模块，用于生成一个世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息；
位置识别信息生成模块，用于生成N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，N≥2；
获取模块，用于获取所述世界坐标参照信息和所述本地位置参照信息及其对应关系M1，获取所述N个设备的世界坐标识别信息与所述本地位置识别信息及其对应关系M2，获取所述本地位置参照信息与所述N个设备的本地位置识别信息之间的对应关系M3；
计算模块，用于计算所述N个设备的世界坐标识别信息与所述世界坐标参照信息之间的世界坐标转换关系M4，计算N个设备的本地位置识别信息值P在所述世界坐标中的对应值P’。
共享模块，用于共享所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，使所述获取模块获取所述信息。
进一步地，共享模块还包括显示模块，用于显示所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息。
进一步地，获取模块还包括扫描模块，用于扫描所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息。
进一步地，所述位置识别信息包括：平面识别图片。
采用本发明所提供的技术方案，能够解决现有技术当中无法获取其他设备在这个世界坐标系中的位置信息的问题，也不需要再增加其他硬件或对当前设备硬件做改动，操作简单成本低且易于实现。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的方法示意图；
图2为本发明的设备示意图；
图3为本发明的实际应用的实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的技术方案的具体实施过程进行说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图当中出现的术语“第一”是用于区别对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
图1是本发明实施例提供的一种实现VR/AR设备位置共享的方法示意图，包括：
S101：在一个环境中随机生成一个世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息；
S102：所述环境中的N个设备生成各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，N≥2；
S103：获取所述世界坐标参照信息和所述本地位置参照信息之间的对应关系M1；
S104：获取所述N个设备的世界坐标识别信息，与所述本地位置识别信息之间的对应关系M2以及对应的坐标值P；
S105：获取所述本地位置参照信息与所述N个设备的本地位置识别信息之间的对应关系M3；
S106：根据所述对应关系M1、M2和M3，计算所述N个设备的世界坐标识别信息与所述世界坐标参照信息之间的世界坐标转换关系M4；
S107：通过所述世界坐标转换关系M4，计算N个设备的本地位置识别信息值P在所述世界坐标中的对应值P’。
S108：通过所述世界系坐标转换关系将目标设备所对应的位置进行显示。
具体的，目标设备可以为AR设备或AR设备，第一对应关系为目标设备的本地坐标系和世界坐标系之间的转换关系，该转换关系可由目标设备直接读取。本地坐标系，是指为了说明对象本身相对于其他物体或者环境的位置，方向而确定的一个自身的参照***。它是按照一定规律建立的有序数组。世界坐标系，是指为了描述不同对象在同一个环境中的位置，方向而建立的一个统一的参照***。它是按照一定规律建立的有序数组。
可选的，所述位置识别信息包括：平面识别图片；
其中，该平面识别图片包含目标设备的位置信息；其次，因不同的设备的屏幕尺寸不同，所以获取的平面识别图片的大小可能会不一样，因此可以通过每个设备共享自身平面识别图片的同时也共享出该平面识别图片在自身屏幕上显示的物理尺寸，这样，就可以精确的计算出平面识别图片所在的平面的位置信息。
可选的，所述根据所述位置识别信息及所述第一对应关系获取与所述目标设备之间的世界坐标系转换关系包括：
通过所述位置识别信息及第一对应关系获取与目标设备之间的本地坐标转换关系；
通过所述与目标设备之间的本地坐标转换关系获取与所述目标设备之间的世界坐标系转换关系。
可选的，所述目标设备为一个或多个。
可选的，获取自身的本地坐标系和世界坐标系之间的对应关系；
其中，获取该对应关系，用于和目标设备的坐标系进行计算，以得出设备之间的世界坐标系转换关系。
图2是本发明实施例提供的一种实现VR/AR设备位置共享的设备，包括：
S201：参照信息生成模块，用于生成一个世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息；
S202：位置识别信息生成模块，用于生成N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，N≥2；
S203：获取模块，用于获取与所述目标设备所关联的位置识别信息；
S204：计算模块，用于根据所述位置识别信息及所述第一对应关系获取与所述目标设备之间的世界坐标系转换关系；
S205：显示模块，用于通过所述世界系坐标转换关系将目标设备所对应的位置进行显示。
可选的，其特征在于，所述位置识别信息包括：平面识别图片。
可选的，其特征在于，所述计算模块具体用于：
通过所述位置识别信息及第一对应关系获取与目标设备之间的本地坐标转换关系；
通过所述与目标设备之间的本地坐标转换关系获取与所述目标设备之间的世界坐标系转换关系。
目标设备是具有定位功能的可移动AR/VR终端，例如手机，平板。
接收模块：实现这个模块必备的硬件是：具有图像传感器，加速度传感器，陀螺仪以及地磁计。
获取模块：实现这个模块必要的硬件是：图像传感器，用于平面图像识别。
计算模块：必要的硬件是CPU计算单元，和RAM/ROM存储单元
显示模块：必要的硬件是显示器，图形显卡。
下面结合图3具体场景对本发明做进一步说明：
假定N个设备都要统一到同一个世界参照中。这个参照以及N个设备，都已经获得自身本地坐标系和自身创建的世界坐标系之间的对应关系。然后利用图像识别的方法，让每个设备都去扫描和参照绑定的图片，可以得到参照本地坐标系和每个设备本地坐标系的对应关系。接着利用空间几何坐标系转换的原理，可以将：参照自身本地与世界之间的关系，每个设备自身本地与世界之间的关系，每个设备本地与参照本地之间的关系，这三种关系都转换成数学的矩阵，然后利用矩阵的运算得到每个设备自身本地坐标系和参照世界坐标系之间的关系。这样就可以将每个设备自身都统一到同一个世界坐标系中来描述了。
以两台设备为例，以设备A为源设备，设备B为目标设备，将两个设备连接到同一网络环境当中，其中连接方式可以包括WIFI连接或蓝牙连接。通过SLAM(simultaneouslocalization and mapping)算法获得设备A的本地坐标系相对于设备A世界坐标系的对应关系，该对应关系为变换矩阵MAG→AL，以及设备B的本地坐标系相对于设备B世界坐标系的对应关系，改对应关系为变换矩阵MBG→BL。设备B将其设备B的本地坐标系相对于设备B世界坐标系的变换矩阵MBG→BL共享给设备A。设备A进入校准模式，可利用自身摄像头获取设备B所共享的与设备B相关联的位置识别图片。利用图像识别技术，识别到设备B显示的图片信息后，可以得到，设备B本地坐标系相对于设备A本地坐标系的变换矩阵MBL→AL。接下来需要得到的是设备B世界坐标系相对于设备A世界坐标系，变换矩阵MBL→AL可以使得在设备B世界坐标系下的任何一个点PBG，经过变换得到它在设备A世界坐标系的坐标PAG：
PAG＝MBG→AG·PBG
以设备A的世界坐标系作为全局坐标系，将设备B的世界坐标系中的点做以上变换，变换到全局坐标系之后再共享，例如可以根据空间几何的原理得知，点PBG在设备B的本地坐标系下的坐标PBL为：
PBL＝MBG→BL·PBG
进而，点PBG在设备A本地坐标系PAL下的坐标为：
PAL＝MBL→AL·PBL＝MBL→AL·MBG→BL·PBG
最后，点PAL在设备A世界坐标系下的坐标PAG就为：
PAG＝M-1 AG→AL·PAL＝M-1 AG→AL·MBL→AL·PBL＝M-1 AG→AL·MBL→AL·MBG→BL·PBG所以最后设备B世界坐标系到设备A世界坐标系的变换矩阵就为：
MBG→AG＝M-1 AG→AL·MBL→AL·MBG→BL
从而实现将设备B所对应的位置点在设备B当中进行显示。同理，多台不同设备都可以通过上述方式在网络中共享自身位置信息和坐标对应关系，从而实现将目标设备在当前设备当中进行显示。
其他识别一个三维物体的方式，比如也可以实现获得目标设备与这个物体之间的位置识别信息。只是在实际应用中，识别三维物体需要有个实物在，相对复杂，不如平面图像，可以直接在设备屏幕上数字化显示。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件完成，所述的程序可以存储于计算机可存储介质当中。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种实现VR/AR设备位置统一的方法，其特征在于，包括：
步骤1，在一个环境中随机生成一个世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息；
步骤2，所述环境中的N个设备生成各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，N≥2；
步骤3，获取所述世界坐标参照信息和所述本地位置参照信息之间的对应关系M1；
步骤4，获取所述N个设备的世界坐标识别信息，与所述本地位置识别信息之间的对应关系M2以及对应的坐标值P；
步骤5，获取所述本地位置参照信息与所述N个设备的本地位置识别信息之间的对应关系M3；
步骤6，根据所述对应关系M1、M2和M3，计算所述N个设备的世界坐标识别信息与所述世界坐标参照信息之间的世界坐标转换关系M4；
步骤7，通过所述世界坐标转换关系M4，计算N个设备的本地位置识别信息值P在所述世界坐标中的对应值P’；
其中，所述世界坐标转换关系M4＝M1-1·M2·M3，所述对应值P’＝P·M4。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2之后还包括共享所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述N个设备为带VR/AR功能的移动设备。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参照信息或识别信息包括：用于显示本地坐标的电子识别图片或纸质识别图片。
5.一种实现VR/AR设备位置统一的设备，其特征在于，包括：
参照信息生成模块，用于生成一个世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息；
位置识别信息生成模块，用于生成N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，N≥2；
获取模块，用于获取所述世界坐标参照信息和所述本地位置参照信息及其对应关系M1，获取所述N个设备的世界坐标识别信息与所述本地位置识别信息及其对应关系M2，获取所述本地位置参照信息与所述N个设备的本地位置识别信息之间的对应关系M3；
计算模块，用于计算所述N个设备的世界坐标识别信息与所述世界坐标参照信息之间的世界坐标转换关系M4，计算N个设备的本地位置识别信息值P在所述世界坐标中的对应值P’；
其中，所述世界坐标转换关系M4＝M1-1·M2·M3，所述对应值P’＝P·M4。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括共享模块，用于共享所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息，使所述获取模块获取所述信息。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述共享模块包括，显示模块，用于显示所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述获取模块包括扫描模块，用于扫描所述世界坐标参照信息和与之对应的本地位置参照信息，或N个设备各自的世界坐标识别信息和与之对应的本地位置识别信息。
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