一种虚拟空间的定位方法、电子设备、计算机可读存储介质及程序产品与流程

本发明涉及虚拟定位，具体而言，涉及一种虚拟空间的定位方法、电子设备、计算机可读存储介质及程序产品。

背景技术：

1、随着元宇宙技术与沉浸式体验产业的快速发展，基于移动设备，如vr眼镜或头戴式设备的虚实融合体验已成为主题乐园、轨道观光等领域的核心应用方向。虚实融合体验将动画三维建模得到的虚拟画面精准映射至真实物理空间，需要按照真实世界中的空间位置、移动设备姿态以及用户视角变化，准确呈现于对应的虚拟空间中。因此移动设备的定位至关重要，现有技术中直接采用卫星定位结果驱动移动设备的位置更新，由于卫星信号可能出现干扰波动，移动设备的定位信息可能在虚拟空间中产生漂移或失准，使原本应当锚定在现实世界固定位置的虚拟内容也发生偏移。当移动设备处于车厢、隧道、树林遮挡区域或建筑物附近时，卫星信号容易受到遮挡、多路径传播或信号衰减影响，导致定位精度下降，甚至出现定位跳变。

2、现有技术中，采用全局定位与局部定位相结合的方式对移动设备进行定位，当位于开阔地带时，采用全局定位，位于信号遮挡地带时采用局部定位。但这种定位方式会由于定位系统的切换，导致信号出现延迟或者信号跳变。因此，亟需一种能够适应不同定位信号区域的虚拟空间定位方法，使移动设备在定位信号存在差异或变化的区域中，仍能够在虚拟空间中实现准确连续且稳定的定位，从而保障用户沉浸体验过程中的体验感。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例的目的在于提供一种虚拟空间的定位方法、电子设备、计算机可读存储介质及程序产品，能够适用于虚实结合体验场景中，提升移动设备的定位与姿态调整的准确性，保障用户良好的沉浸式体验感。

2、为实现上述技术目的，本技术采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种虚拟空间的定位方法，所述方法包括：

4、获取移动设备的定位数据与角数据，所述定位数据包括：所述移动设备的第一坐标、第二坐标，所述第一坐标基于所述移动设备在gnss定位系统中的坐标数值得到，所述第二坐标基于所述移动设备在uwb定位系统中的坐标数值得到，所述角数据通过所述移动设备上的惯性测量单元（imu）采集得到，包括航向角速度、横滚角、俯仰角；

5、基于所述第一坐标、所述第二坐标，通过卡尔曼滤波算法进行融合处理，得到融合坐标，所述融合坐标用于确定所述移动设备在真实空间中的位置；

6、基于所述角数据，对所述移动设备的朝向角进行修正，得到所述移动设备的姿态数据，所述朝向角基于相邻时刻所述融合坐标的水平坐标变化量得到，所述姿态数据用于确定所述移动设备的空间姿态角度；

7、基于所述融合坐标，通过预设的坐标映射模型，得到虚拟坐标，所述虚拟坐标用于确定所述移动设备的虚拟锚点在虚拟空间中的位置，所述虚拟锚点为所述移动设备在虚拟空间中的对应定位点，所述坐标映射模型用于表征所述虚拟空间与真实空间之间的坐标转换关系；

8、基于所述姿态数据，通过预设的变换矩阵，得到虚拟姿态，所述虚拟姿态用于确定所述虚拟锚点在虚拟空间中的姿态角度，所述变换矩阵用于表征所述虚拟空间与真实空间之间的角度转换关系；

9、基于所述虚拟坐标与所述虚拟姿态，确定所述虚拟锚点的虚拟位姿，所述虚拟位姿用于在虚拟空间中定位所述移动设备。

10、根据第一方面，所述基于所述第一坐标、所述第二坐标，通过卡尔曼滤波算法进行融合处理，得到融合坐标，包括：

11、基于第一坐标的噪声方差rg以及融合坐标的噪声方差，更新卡尔曼增益以及噪声方差，以使第一坐标对卡尔曼滤波算法预测的融合坐标进行修正，得到第一修正坐标以及所述第一修正坐标的噪声方差；

12、基于所述第二坐标的噪声方差ru以及所述第一修正坐标的噪声方差，更新卡尔曼增益以及噪声方差，以使所述第二坐标对卡尔曼滤波算法预测的第一修正坐标进行修正，得到所述融合坐标。

13、根据第一方面，所述基于所述角数据，对所述移动设备的朝向角进行修正，得到所述移动设备的姿态数据，包括：

14、基于相邻采样时刻的所述融合坐标的水平坐标变化量，得到对应时刻所述移动设备的朝向角；

15、基于所述角数据中的航向角速度与相邻采样时刻的所述朝向角，得到相应时刻的修正后朝向角，并将所述朝向角修正为所述修正后朝向角；

16、将所述修正后朝向角与所述角数据中的横滚角、俯仰角整合为所述移动设备的所述姿态数据。

17、根据第一方面，所述基于第一坐标的噪声方差rg以及融合坐标的噪声方差，更新卡尔曼增益以及噪声方差，以使第一坐标对卡尔曼滤波算法预测的融合坐标进行修正，得到第一修正坐标以及所述第一修正坐标的噪声方差，包括：

18、基于表征gnss定位系统水平定位精度的hdop值，得到卫星定位系数q，所述卫星定位系数q用于表征gnss的卫星定位结果置信度，

19、

20、其中，exp( )表示指数函数，表示惩罚系数，s表示卫星定位解状态的系数，s=（0.2,0.4,0.7,1），分别对应卫星定位解状态为单点定位解、差分定位解、rtk浮点解、rtk固定解；

21、通过所述卫星定位系数q，得到所述第一坐标的噪声方差rg，

22、

23、其中，与分别为所述第一坐标的先验最小噪声方差与最大噪声方差；

24、根据所述第一坐标的噪声方差rg与所述融合坐标的噪声方差，更新卡尔曼增益以及噪声方差，以使所述第一坐标对所述融合坐标进行修正，得到第一修正坐标以及所述第一修正坐标的噪声方差，

25、

26、

27、

28、其中，表示第k个时刻的融合坐标，表示第k-1个时刻经过卡尔曼滤波算法预测后的融合坐标，表示第k个时刻融合坐标的噪声方差，表示第k-1个时刻经过卡尔曼滤波算法预测后的融合坐标的噪声方差,q为实验标定的移动设备固定方差，表示第k个时刻的第一坐标卡尔曼增益，rg,k表示第k个时刻第一坐标的噪声方差，表示第k个时刻的第一坐标，表示第k个时刻的第一修正坐标，表示第k个时刻的第一修正坐标的噪声方差。

29、根据第一方面，所述基于所述第二坐标的噪声方差ru以及所述第一修正坐标的噪声方差，更新卡尔曼增益以及噪声方差，以使所述第二坐标对卡尔曼滤波算法预测的第一修正坐标进行修正，得到所述融合坐标，包括：

30、

31、

32、其中，表示表示第k个时刻的第二坐标卡尔曼增益，表示第二坐标的噪声方差，表示第k个时刻的第一修正坐标的噪声方差，表示第k个时刻经过卡尔曼滤波算法预测后的融合坐标，表示第k个时刻的第一修正坐标，表示第k个时刻的第二坐标，表示第k个时刻经过卡尔曼滤波算法预测后的融合坐标的噪声方差。

33、根据第一方面，在得到所述虚拟锚点的所述虚拟位姿之后，还包括：

34、基于所述虚拟位姿，将遮罩网格的定位点与所述虚拟锚点绑定，以使所述遮罩网格按照所述虚拟位姿在所述虚拟空间中随所述移动设备移动旋转，所述遮罩网格为预先创建的虚拟3d网格模型，用于遮挡虚拟画面的部分显示区域。

35、第二方面,本技术实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括相互耦合的处理器及存储器，所述存储器内存储计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述电子设备执行如第一方面所述的方法。

36、第三方面,本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行如第一方面所述的方法。

37、第四方面,本技术实施例还提供一种程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。

38、采用上述技术方案的发明，具有如下优点：

39、在本技术提供的技术方案中，基于gnss定位系统的全局定位与uwb定位系统的局部定位，采用卡尔曼滤波算法进行融合处理得到融合坐标，使局部定位与全局定位相结合，共同作用于移动设备在真实空间中的位置判断，使移动设备无论在开阔地带还是信号遮挡地带，均能够保持准确的定位。通过imu采集的角数据对移动设备的姿态进行修正，最终得到移动设备的姿态数据。将移动设备的融合坐标与姿态数据转换成虚拟空间中所需的虚拟坐标和虚拟姿态，实现了移动设备在虚拟空间中的定位。本技术能够减少因卫星信号遮挡或定位系统切换所导致的位置跳变和定位延迟现象，提升移动设备在虚拟空间中定位的连续性和准确性，保障用户的体验感。