本專利申請涉及空間定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及空間定位的虛擬現(xiàn)實設(shè)備以及方法。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是支撐一個定性和定量相結(jié)合，感性認識和理性認識相結(jié)合的綜合集成多維信息空間的關(guān)鍵技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)把計算機從善于處理數(shù)字化的單維信息改變?yōu)樯朴谔幚砣怂芨惺艿降?、在思維過程中所接觸到的、除了數(shù)字化信息之外的其他各種表現(xiàn)形式的多維信息。近年來，在VR技術(shù)研究領(lǐng)域十分活躍，虛擬現(xiàn)實是多媒體技術(shù)發(fā)展的更高境界，是這些技術(shù)高層次的集成和滲透。它給用戶以更逼真的體驗，為人們探索宏觀世界和微觀世界中由于種種原因不便于直接觀察的事物的運動變化規(guī)律，提供了極大便利。

現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實裝置多為動感影院和動感座艙，動感影院是利用電機驅(qū)動座椅制造觸感式沉浸，動感座艙是利用艙體的整體運動給用戶帶來觸感體驗，但是現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實裝置存在著部署成本高。本申請的，虛擬現(xiàn)實游戲通過玩家的肢體動作來控制游戲中人物的動作，能夠讓玩家真實的投入到游戲當中，為玩家?guī)砀玫捏w驗。

中國專利申請?zhí)枮镃N 201610141299.1，一種實時空間定位系統(tǒng)，包括激光發(fā)射掃描部分和激光接收部分，激光發(fā)射掃描部分包括360度橫向掃描激光和360度縱向掃描激光，并分別通過零刻度感應傳感器進行零刻度激活；在需空間定位設(shè)備上設(shè)置激光接收傳感器；還通過設(shè)置紅外LED燈陣列，實現(xiàn)激光發(fā)射掃描與激光接收的信號同步。本發(fā)明還公開了一種空間定位方法和包含上述空間定位系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實設(shè)備。本發(fā)明通過兩個相互垂直設(shè)置的360度激光發(fā)射掃描和多個接收傳感器接收，還通過零刻度紅外曝光，實現(xiàn)激光發(fā)射掃描與激光接收的信號同步，再通過計算一個工作周期內(nèi)的四次信號時間差，精確的得出激光接收部分在定位空間的三維位置，達到實時精確的定位效果。使用方便，定位精確刷新率高。

中國專利申請?zhí)枮镃N201610719030.7，該發(fā)明提供一種基于圖像識別的空間定位方法及系統(tǒng)，包括圖像模塊、定位模塊和處理模塊，所述圖像模塊包括圖像處理裝置和至少兩個攝像裝置，所述攝像裝置均固定位置和朝向，所述定位模塊包括可以發(fā)光的球形發(fā)光體，所述球形發(fā)光體為球形。本發(fā)明利用攝像裝置拍攝的圖像進行分析定位，利用拍攝圖像中球形發(fā)光體的直徑數(shù)據(jù)與距離的對應來測量距離，利用拍攝圖像中球形發(fā)光體的中心坐標與方向角度的對應來測量角度，并通過測得的距離和角度來還原球形發(fā)光體的位置，提供了一種新穎的定位手段，高效且準確。但是基于攝像頭的空間定位技術(shù)，技術(shù)難點更高，多個攝像頭的數(shù)據(jù)融合也比較繁瑣

現(xiàn)有空間定位技術(shù)算法繁瑣，實現(xiàn)較難。傳感器使用過多，數(shù)據(jù)融合復雜，而且將誤差放大，導致定位不準。使用本發(fā)明可以簡單方便地定位三維空間中的位置信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種空間定位系統(tǒng)，包括第一光波掃描儀、第二光波掃描儀、反射或者接收裝置、數(shù)據(jù)采集模塊和計算模塊，

所述第一光波掃描儀，依次圍繞第一方向軸掃描所述空間、圍繞第二方向軸掃描所述空間，所述第一方向軸(比如Z軸)與第二方向軸(比如X軸)為垂直關(guān)系；

所述第二光波掃描儀，圍繞第一方向軸(比如Z軸)或者第二方向軸(比如X軸)掃描所述空間；

所述第一光波掃描儀與所述第二光波掃描儀之間保持一定距離；

所述反射或者接收裝置，在所述空間中，依次反射或者接收所述第一光波掃描儀或者第二光波掃描儀發(fā)出的掃描光波；

所述數(shù)據(jù)采集模塊，采集所述第一光波掃描儀或者第二光波掃描儀接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收裝置接受到的光波；

計算模塊，根據(jù)所述第一光波掃描儀、第二光波掃描儀的掃描角速度、所述數(shù)據(jù)采集模塊提供的采集數(shù)據(jù)和所述第一光波掃描儀、第二光波掃描儀的距離關(guān)系，計算獲得所述反射或者接收裝置的空間位置數(shù)值。

所述反射或者接收裝置，可攜帶頭戴式顯示器，穿戴者可從顯示器中觀察自己所在(虛擬)空間中的位置；

所述反射或者接收裝置，可攜帶頭戴式多媒體顯示器，穿戴者可從顯示器和耳麥中了解自己在(虛擬)空間中的位置。

進一步，所述的空間定位系統(tǒng)，所述第一光波掃描儀為雙激光掃描器，所述雙激光掃描器包括同步光源、相互垂直的第一高速轉(zhuǎn)子和第二高速轉(zhuǎn)子，

所述第一高速轉(zhuǎn)子或者第二高速轉(zhuǎn)子包括激光收發(fā)模塊或者紅外發(fā)射器，所述第一高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第一方向軸掃描所述空間；所述第二高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第二方向軸掃描所述空間；

所述同步光源，配合所述第一高速轉(zhuǎn)子和第二高速轉(zhuǎn)子的所述空間掃描工作。

進一步，所述的空間定位系統(tǒng)，所述第二光波掃描儀為單激光掃描器，所述單激光掃描器包括同步光源、一個高速轉(zhuǎn)子，

所述高速轉(zhuǎn)子包括一個激光收發(fā)模塊或者紅外發(fā)射器，所述高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第一方向軸或者第二方向軸掃描所述空間；

所述同步光源，配合所述高速轉(zhuǎn)子的所述空間掃描工作。

其中，雙激光掃描器包括激光發(fā)射掃描部分和激光接收部分，

所述激光發(fā)射掃描部分包括兩個由高速電機分別帶動的轉(zhuǎn)子、兩個激光發(fā)射器、兩個零刻度感應傳感器和一個紅外LED燈陣列；

其中，所述兩個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸相互垂直設(shè)置；所述兩個激光發(fā)射器均為一字線激光器，分別固定在兩個轉(zhuǎn)子上，且其發(fā)射的一字線激光與其固定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸平行，所述一字線激光器發(fā)射的一字線激光在其轉(zhuǎn)子的帶動下對定位空間進行360度勻速掃描；

所述兩個零刻度感應傳感器分別對應的設(shè)置在所述兩個轉(zhuǎn)子的旁邊，當所述任一轉(zhuǎn)子帶動其上的一字線激光掃描到與其對應的零刻度線時激活其對應的零刻度感應傳感器；

所述紅外LED燈陣列與所述零刻度感應傳感器和所述激光接收部分相連接，在所述零刻度感應傳感器被激活時，所述紅外LED燈陣列被瞬間曝光點亮，實現(xiàn)激光發(fā)射掃描與激光接收的信號同步；

所述激光接收部分包括接收傳感器，用于接收所述激光發(fā)射掃描部分發(fā)射的激光以及零刻度紅外曝光同步信號，并計算出所述激光接收部分在定位空間中的位置關(guān)系。

其中，單激光掃描器包括激光發(fā)射掃描部分和激光接收部分，所述激光發(fā)射掃描部分包括一個由高速電機帶動的轉(zhuǎn)子、一個激光發(fā)射器、一個零刻度感應傳感器和一個紅外LED燈陣列。

進一步，所述的空間定位系統(tǒng)，所述空間定位系統(tǒng)還包括同步模塊，

所述同步模塊，控制所述第一光波掃描儀和第二光波掃描儀的掃描頻率，即掃描的時間間隔。

進一步，所述的空間定位系統(tǒng)，所述空間定位系統(tǒng)還包括輸出模塊或者顯示器，

所述輸出模塊，以有線或者無線方式傳送所述空間位置數(shù)值；

所述顯示器，以數(shù)字、聲音(播報)或者三維圖像形式展示所述空間位置數(shù)值。廣義的顯示器，包括多媒體功能，顯示裝置和聲音裝置。

本專利還提供了一種新的空間定位方法：

一種基于上述的空間定位系統(tǒng)的空間定位方法，包括如下步驟：

S200：所述第一光波掃描儀的第一高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第一方向軸掃描所述空間；

S300：所述第一光波掃描儀的第二高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第二方向軸掃描所述空間；

S400：所述第二光波掃描儀的高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第一方向軸或者第二方向軸掃描所述空間；

S500：所述反射或者接收裝置依次反射或者接收所述第一光波掃描儀或者第二光波掃描儀發(fā)出的掃描光波；

S600：所述數(shù)據(jù)采集模塊采集所述第一光波掃描儀或者第二光波掃描儀接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收裝置接受到的光波，以及采集所述反射或者接收裝置的偏轉(zhuǎn)角度；

S700：計算模塊根據(jù)所述第一光波掃描儀、第二光波掃描儀的掃描角速度、所述數(shù)據(jù)采集模塊提供的采集數(shù)據(jù)和所述第一光波掃描儀、第二光波掃描儀的距離關(guān)系，計算獲得所述反射或者接收裝置的空間位置數(shù)值。

進一步，所述的空間定位方法，所述第一方向軸與第二方向軸為垂直關(guān)系。

進一步，所述的空間定位方法，所述第一光波掃描儀與所述第二光波掃描儀之間保持一定距離。

進一步，所述的空間定位方法，所述S200步驟前包括如下步驟：

S100：所述同步模塊控制所述第一光波掃描儀和第二光波掃描儀的掃描頻率。

進一步，所述的空間定位方法，所述S700步驟后包括如下步驟：

S800：所述輸出模塊以有線或者無線方式傳送所述空間位置數(shù)值；

S900：所述顯示器以數(shù)字、聲音(播報)或者三維圖像形式展示所述空間位置數(shù)值。

本發(fā)明至少具有以下有益效果之一：

1.本發(fā)明克服了原先空間定位技術(shù)的三維空間的定位算法過于繁瑣的技術(shù)問題，過多依賴硬件精度的要求，信號時間差計算誤差較大。算法難度較高。

2.本發(fā)明賦予空間定位系統(tǒng)，設(shè)置簡單，技術(shù)實現(xiàn)容易，成本不高。

3.本發(fā)明賦予空間定位方法，方法中含有的算法通俗易懂，計算量不高，計算硬件成本便宜，并且計算結(jié)果的空間定位精準。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明：

圖1為本發(fā)明第一實施例空間定位系統(tǒng)的模塊示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實施例空間定位方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明第二實施例空間定位方法的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明第三實施例空間定位系統(tǒng)空間位置擺放示意圖；

圖5為本發(fā)明第三實施例雙激光掃描器示意圖；

圖6為本發(fā)明第三實施例單激光掃描器示意圖；

圖7為本發(fā)明第四實施例空間定位步驟示意圖；

圖8為本發(fā)明第四實施例空間定位算法示意圖。

附圖標記說明

空間—1000、第一光波掃描儀—100、第一高速轉(zhuǎn)子—105、第二高速轉(zhuǎn)子—106、紅外發(fā)射器—102/103、第二光波掃描儀—120、紅外發(fā)射器—123、高速轉(zhuǎn)子—126、同步光源—107/127、反射或者接收裝置—130、數(shù)據(jù)采集模塊—140、計算模塊—150、同步模塊—160、輸出模塊—170、顯示器—180。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，以下說明和附圖對于本發(fā)明是示例性的，并且不應被理解為限制本發(fā)明。以下說明描述了眾多具體細節(jié)以方便對本發(fā)明理解。然而，在某些實例中，熟知的或常規(guī)的細節(jié)并未說明，以滿足說明書簡潔的要求。

在本申請一個典型的計算硬件配置中，客戶端/終端/頭戴式顯示器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和可信方均包括一個或多個處理器(CPU)、輸入/輸出接口、網(wǎng)絡(luò)接口和內(nèi)存。

本發(fā)明中的客戶端、移動終端或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括處理器，含單核處理器或多核處理器。處理器也可稱為一個或多個微處理器、中央處理單元(CPU)等等。更具體地，處理器可為復雜的指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器、實現(xiàn)其他指令集的處理器，或?qū)崿F(xiàn)指令集組合的處理器。處理器還可為一個或多個專用處理器，諸如專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)、網(wǎng)絡(luò)處理器、圖形處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、通信處理器、密碼處理器、協(xié)處理器、嵌入式處理器、或能夠處理指令的任何其他類型的邏輯部件。處理器用于執(zhí)行本發(fā)明所討論的操作和步驟的指令。

本發(fā)明中的客戶端、移動終端或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括存儲器，用于存儲大數(shù)據(jù)，可包括一個或多個易失性存儲設(shè)備，如隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)或其他類型的存儲設(shè)備。存儲器可存儲包括由處理器或任何其他設(shè)備執(zhí)行的指令序列的信息。例如，多種操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序、固件(例如，輸入輸出基本系統(tǒng)或BIOS)和/或應用程序的可執(zhí)行代碼和/或數(shù)據(jù)可被加載在存儲器中并且由處理器執(zhí)行。

本發(fā)明中的客戶端、移動終端或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作系統(tǒng)可為任何類型的操作系統(tǒng)，例如微軟公司的Windows、Windows Phone，蘋果公司IOS，谷歌公司的Android，以及Linux、Unix操作系統(tǒng)或其他實時或嵌入式操作系統(tǒng)諸如VxWorks等。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，以下說明和附圖對于本發(fā)明是示例性的，并且不應被理解為限制本發(fā)明。以下說明描述了眾多具體細節(jié)以方便對本發(fā)明理解。然而，在某些實例中，熟知的或常規(guī)的細節(jié)并未說明，以滿足說明書簡潔的要求。本發(fā)明的具體設(shè)備/系統(tǒng)及方法參見下述實施例：

第一實施例

如圖1為本發(fā)明第一實施例空間定位系統(tǒng)的模塊示意圖所示：一種空間定位系統(tǒng)，包括第一光波掃描儀100、第二光波掃描儀120、反射或者接收裝置130、數(shù)據(jù)采集模塊140和計算模塊150，

所述第一光波掃描儀100，依次圍繞第一方向軸掃描所述空間、圍繞第二方向軸掃描所述空間1000，所述第一方向軸(比如Z軸)與第二方向軸(比如X軸)為垂直關(guān)系；

所述第二光波掃描儀120，圍繞第一方向軸(比如Z軸)或者第二方向軸(比如X軸)掃描所述空間1000；

所述第一光波掃描儀100與所述第二光波掃描儀120之間保持一定距離；

所述反射或者接收裝置130，在所述空間1000中，依次反射或者接收所述第一光波掃描儀100或者第二光波掃描儀120發(fā)出的掃描光波；

所述數(shù)據(jù)采集模塊140，采集所述第一光波掃描儀100或者第二光波掃描儀120接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收裝置接受到的光波；

計算模塊150，根據(jù)所述第一光波掃描儀100、第二光波掃描儀120的掃描角速度、所述數(shù)據(jù)采集模塊140提供的采集數(shù)據(jù)和所述第一光波掃描儀100、第二光波掃描儀120的距離關(guān)系，計算獲得所述反射或者接收裝置130的空間位置數(shù)值。

所述反射或者接收裝置130，可攜帶頭戴式顯示器300，穿戴者可從顯示器中觀察自己所在(虛擬)空間中的位置；

所述反射或者接收裝置130，可攜帶頭戴式多媒體顯示器，穿戴者可從顯示器和耳麥中了解自己在(虛擬)空間中的位置。

優(yōu)選地，所述的空間定位系統(tǒng)，所述第一光波掃描儀為雙激光掃描器100，所述雙激光掃描器100包括同步光源107、相互垂直的第一高速轉(zhuǎn)子105和第二高速轉(zhuǎn)子106，

所述第一高速轉(zhuǎn)子105或者第二高速轉(zhuǎn)子106包括激光收發(fā)模塊或者紅外發(fā)射器102/103，所述第一高速轉(zhuǎn)子105圍繞所述第一方向軸掃描所述空間；所述第二高速轉(zhuǎn)子106圍繞所述第二方向軸掃描所述空間1000；

所述同步光源107，配合所述第一高速轉(zhuǎn)子105和第二高速轉(zhuǎn)子106的所述空間掃描工作。

優(yōu)選地，所述的空間定位系統(tǒng)，所述第二光波掃描儀為單激光掃描器120，所述單激光掃描器120包括同步光源127、一個高速轉(zhuǎn)子126，

所述高速轉(zhuǎn)子126包括一個激光收發(fā)模塊或者紅外發(fā)射器123，所述高速轉(zhuǎn)子126圍繞所述第一方向軸或者第二方向軸掃描所述空間1000；

所述同步光源127，配合所述高速轉(zhuǎn)子126的所述空間1000掃描工作。

其中，雙激光掃描器包括激光發(fā)射掃描部分和激光接收部分，

所述激光發(fā)射掃描部分包括兩個由高速電機分別帶動的轉(zhuǎn)子、兩個激光發(fā)射器、兩個零刻度感應傳感器和一個紅外LED燈陣列；

其中，所述兩個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸相互垂直設(shè)置；所述兩個激光發(fā)射器均為一字線激光器，分別固定在兩個轉(zhuǎn)子上，且其發(fā)射的一字線激光與其固定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸平行，所述一字線激光器發(fā)射的一字線激光在其轉(zhuǎn)子的帶動下對定位空間進行360度勻速掃描；

所述兩個零刻度感應傳感器分別對應的設(shè)置在所述兩個轉(zhuǎn)子的旁邊，當所述任一轉(zhuǎn)子帶動其上的一字線激光掃描到與其對應的零刻度線時激活其對應的零刻度感應傳感器；

所述紅外LED燈陣列與所述零刻度感應傳感器和所述激光接收部分相連接，在所述零刻度感應傳感器被激活時，所述紅外LED燈陣列被瞬間曝光點亮，實現(xiàn)激光發(fā)射掃描與激光接收的信號同步；

所述激光接收部分包括接收傳感器，用于接收所述激光發(fā)射掃描部分發(fā)射的激光以及零刻度紅外曝光同步信號，并計算出所述激光接收部分在定位空間中的位置關(guān)系。

其中，單激光掃描器包括激光發(fā)射掃描部分和激光接收部分，所述激光發(fā)射掃描部分包括一個由高速電機帶動的轉(zhuǎn)子、一個激光發(fā)射器、一個零刻度感應傳感器和一個紅外LED燈陣列。

優(yōu)選地，所述的空間定位系統(tǒng)，所述空間定位系統(tǒng)還包括同步模塊160，

所述同步模塊160，控制所述第一光波掃描儀和第二光波掃描儀的掃描頻率，即掃描的時間間隔。

優(yōu)選地，所述的空間定位系統(tǒng)，所述空間定位系統(tǒng)還包括輸出模塊170或者顯示器180，

所述輸出模塊170，以有線或者無線方式傳送所述空間位置數(shù)值；

所述顯示器180，以數(shù)字、聲音(播報)或者三維圖像形式展示所述空間位置數(shù)值。廣義的顯示器，包括多媒體功能，顯示裝置和聲音裝置。

所述空間，位于第一光波掃描儀和第二光波掃描儀的共同的掃描空間范圍。

本實施例還提供了一種新的空間定位方法，如圖2為本發(fā)明第一實施例空間定位方法的流程示意圖所示：

一種基于上述的空間定位系統(tǒng)的空間定位方法，包括如下步驟：

S200：所述第一光波掃描儀的第一高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第一方向軸掃描所述空間；

S300：所述第一光波掃描儀的第二高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第二方向軸掃描所述空間；

S400：所述第二光波掃描儀的高速轉(zhuǎn)子圍繞所述第一方向軸或者第二方向軸掃描所述空間；

S500：所述反射或者接收裝置依次反射或者接收所述第一光波掃描儀或者第二光波掃描儀發(fā)出的掃描光波；

S600：所述數(shù)據(jù)采集模塊采集所述第一光波掃描儀或者第二光波掃描儀接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收裝置接受到的光波，以及所述反射或者接收裝置的偏轉(zhuǎn)角度；

S700：計算模塊根據(jù)所述第一光波掃描儀、第二光波掃描儀的掃描角速度、所述數(shù)據(jù)采集模塊提供的采集數(shù)據(jù)和所述第一光波掃描儀、第二光波掃描儀的距離關(guān)系，計算獲得所述反射或者接收裝置的空間位置數(shù)值。

優(yōu)選地，所述的空間定位方法，所述第一方向軸與第二方向軸為垂直關(guān)系。

優(yōu)選地，所述的空間定位方法，所述第一光波掃描儀與所述第二光波掃描儀之間保持一定距離。

第二實施例

本實施例還提供了另一種新的空間定位方法，如圖3為本發(fā)明第二實施例空間定位方法的流程示意圖所示：

進一步優(yōu)選地，在第一實施例的基礎(chǔ)上，所述的空間定位方法，所述S200步驟前包括如下步驟：

S100：所述同步模塊控制所述第一光波掃描儀和第二光波掃描儀的掃描頻率。

進一步優(yōu)選地，在第一實施例的基礎(chǔ)上，，所述的空間定位方法，所述S700步驟后包括如下步驟：

S800：所述輸出模塊以有線或者無線方式傳送所述空間位置數(shù)值；

S900：所述顯示器以數(shù)字、聲音(播報)或者三維圖像形式展示所述空間位置數(shù)值。

第三實施例

本實施例公開了一種虛擬現(xiàn)實中三面定點的空間定位系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括一個雙激光掃描器100、一個單激光掃描器120以及虛擬現(xiàn)實頭戴顯示器300，系統(tǒng)裝置簡圖如圖4為本發(fā)明第三實施例空間定位系統(tǒng)空間位置擺放示意圖所示(圖中雙激光掃描器100和單激光掃描器120在空間1000中的對角擺放，只是一種擺放關(guān)系示意，但并不表示它們之間有且僅有此種擺放關(guān)系)。

激光掃描器100，如圖5為本發(fā)明第三實施例雙激光掃描器示意圖所示，包括兩個由高速電機的轉(zhuǎn)子105/106分別帶動兩個激光發(fā)射器和一個紅外LED燈矩陣排列107。

激光掃描器120，如圖6為本發(fā)明第三實施例單激光掃描器示意圖所示，包括一個由高速電機的轉(zhuǎn)子125帶動的單個激光發(fā)射器和多個紅外LED燈矩陣排列127。

其中激光掃描器100中的兩個轉(zhuǎn)子垂直排布，分別進行橫向掃描和縱向掃描，激光掃描器120中的一個轉(zhuǎn)子水平排布，進行另一方向的橫向或者縱向掃描。激光掃描器100與激光掃描器120，需要對面或者斜對角擺放并且固定。紅外LED為同步信號發(fā)射器。

本實施例是基于虛擬現(xiàn)實頭戴顯示器300，創(chuàng)新的一種便捷的空間定位方法與系統(tǒng)。

目前的頭戴顯示器空間定位的技術(shù)有：1.通過單激光掃描器和LED同步發(fā)射器，然后通過特殊繁瑣算法進行數(shù)據(jù)融合，以達到空間定位的效果。2.基于單個或者多個攝像頭的技術(shù)。3.基于UWB超帶寬的定位技術(shù)。

1.單個激光掃描器，通過偏移角度以及同步信號時差來計算定位三維空間的位置，算法過于繁瑣，過多依賴硬件精度的要求，信號時間差計算誤差較大。算法難度較高。

2.基于攝像頭的空間定位技術(shù)，技術(shù)難點更高，多個攝像頭的數(shù)據(jù)融合也比較繁瑣。

3.基于UWB的超帶寬技術(shù)，成本過高。

本實施例提供一種便捷通俗易懂的算法，并且定位精準的方法。

本實施例屬于虛擬現(xiàn)實中的一種空間定位系統(tǒng)與方法。本系統(tǒng)包含兩個激光掃描器以及虛擬現(xiàn)實頭戴顯示器。激光掃描器中分為由兩個互相垂直的高速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動激光發(fā)射器，和一個單個高速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動激光發(fā)射器進行360度方向的掃描。各個掃描器中都含有由多個LED矩陣排列的同步信號發(fā)射器。

雙轉(zhuǎn)子的激光掃描器中，包含一個橫向的激光發(fā)射器，一個縱向的激光發(fā)射器。和一個同步信號發(fā)射器。一個橫向激光發(fā)射器掃描到存在三維空間的頭戴顯示器，可以確定頭戴顯示器存在在一個橫向的一個面內(nèi)。一個縱向的激光發(fā)射器掃描到存在三維空間內(nèi)的頭戴顯示器，可以將頭戴顯示器存在的一個縱向的一個面內(nèi)，兩個面相交的直線，可以將頭戴顯示器確認在三維空間內(nèi)的一根直線上。

單轉(zhuǎn)子的激光掃描器中，包含一個橫向的激光發(fā)射器，和一個同步信號發(fā)射器。單轉(zhuǎn)子的激光掃描器，位置需要擺放在與雙轉(zhuǎn)子激光掃描器放在不同的位置，單轉(zhuǎn)子的激光發(fā)射器，也可以將三維空間內(nèi)的頭戴顯示器確認在一個面內(nèi)，然后這個面與雙轉(zhuǎn)子掃描確認的一根直線相交所得的三維空間內(nèi)的一個交點，即為頭戴顯示器準確的位置。

通過三個發(fā)射器掃描得到的時間差，與運行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的角速度，得到3個維度的偏轉(zhuǎn)角度，通過三面相交的幾何算法，得到三維空間內(nèi)的位置信息。

圖5和圖6中的紅外線發(fā)射器由高速轉(zhuǎn)子帶動進行勻速360度掃描，即由紅外線發(fā)射器擔任掃描任務(wù)，頭戴顯示器300負責接收紅外線掃描光波。

先由LED燈發(fā)射同步信號給頭戴顯示器300，頭戴顯示器300接收到同步信號以后，記錄起始時間，同時紅外發(fā)射器開始勻速轉(zhuǎn)動掃描，當紅外發(fā)射器掃描到頭戴顯示器后，再次記錄時間，通過兩次時間差以及紅外發(fā)射器勻速運轉(zhuǎn)角速度，可以計算出偏轉(zhuǎn)角度。

激光掃描器中的紅外發(fā)射器，就只是發(fā)射紅外射線的功能，通過轉(zhuǎn)子帶動，以及頭戴顯示器接收紅外射線，以計算偏轉(zhuǎn)位置。

第四實施例

本實施例的組成框架包括一個雙激光掃描器100(圖5)、一個單激光掃描器120(圖6)以及虛擬現(xiàn)實頭戴顯示器300。

雙激光掃描器100(A發(fā)射器)、單激光掃描器120(B發(fā)射器)和頭戴顯示器300以及數(shù)據(jù)采集模塊140、計算模塊150完成空間定位計算的過程，如圖7為本發(fā)明第四實施例空間定位步驟示意圖所示。

激光掃100描器的轉(zhuǎn)子都為角速度為a的勻速轉(zhuǎn)動，通過頭戴顯示器300接收到同步信號的時間T0與接收到的橫向掃描時間T1，得到時間差(T1-T0),通過角速度和時間可以得到橫向掃描到頭戴顯示器的角度為(T1-T0)*a；同理可以得到縱向角度，以及掃描器120得到另一維度的旋轉(zhuǎn)角度。

具體算法的幾何圖示如圖8為本發(fā)明第四實施例空間定位算法示意圖所示：

面HJOD繞Z軸作逆時針旋轉(zhuǎn)，面HIOF繞X軸作順時針旋轉(zhuǎn)，KO’平行于Z軸，O’(-L,M)。

面KO’JH繞KO’軸作逆時針旋轉(zhuǎn)。某一時刻三個平面相交如圖所示，面HJOD和面HIOF的交線為HO，面KO’JH與線HO的焦點為H。已知此時∠XOJ為θ₁，∠-ZOI為θ₂，∠JO’L為θ₃.

求此時空間中坐標H(頭戴顯示器300的位置)。

雙激光掃描器100位于O處，單激光掃描器120位于O’處。

求解過程如下：

直線JO在面HJOD上，JO直線方程為：y＝xtanθ₁

因此面HJOD法向為n1＝(1，-cotθ₁，0) ①

直線IO在面HIOF上，IO直線方程為：y＝ztan(π-θ₂)

因此面HIOF法向為n2＝(0,cotθ₂,1) ②

因為交線HO同時位于面HJOD和面HIOF上，所以HO⊥n1&&HO⊥n2.(條件1)

設(shè)HO方程為：Ax+By+Cz＝0 ③

聯(lián)立①②③并根據(jù)條件1得出HO直線方程為：

xcotθ₁+y-zcotθ₂＝0(θ₁＝120πt1＝120*180t1，θ₂＝120πt2＝120*180t2)④

易得直線O’J方程為：xcotθ₃+y-M+Lcotθ₃＝0；

由O’J和面O’JHK的特殊關(guān)系可知，面O’JHK的空間方程為：

xcotθ₃+y-M+Lcotθ₃＝0(θ₃＝120πt3＝120*180t3) ⑤

聯(lián)立④⑤兩式得出：

x＝cotθ₁(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

y＝(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

z＝-cotθ₂(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

令S＝(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

則：

x＝S*cotθ₁

y＝S

z＝S*(-cotθ₂)

如此可以得出三維空間內(nèi)，頭戴顯示器的位置空間坐標(xyz可以為負，正負與定義O或者O’點的位置有關(guān))。通過以上方案可以更加方便便捷地計算出三維空間內(nèi)頭戴顯示器的位置信息。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。