一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法及系统与流程

本发明涉及人机交互领域，尤其涉及一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法及系统。

背景技术：

1、沉浸式多人交互娱乐已从头戴式显示（vr头显）方案向无头显的多面投影空间（cave）和半球幕投影空间方案演进。此类系统通过至少3个投影面构建包裹式虚拟场景，玩家不佩戴任何头戴设备即可在物理空间内自由行动并获得沉浸体验。

2、现有多面投影沉浸式系统主要面向观赏型体验（如沉浸式影院、虚拟漫游），玩家被动接受视觉刺激，不存在多人同时射击、实时命中判定的交互需求。当将射击竞技引入多面投影空间时，需要解决：多个玩家的射击方向如何统一映射到同一虚拟空间、多玩家同时射击的弹道追踪与命中判定如何并行计算、命中结果如何在多个投影面上同步渲染——这些构成一个完整的系统级技术问题，现有技术未给出解决方案。

3、在4-6个投影面构成的cave空间中，同一虚拟目标（如敌方角色）可能同时出现在相邻两个投影面上。不同位置的玩家看到的显示角度和位置不同，射击方向的计算和命中判定必须基于统一的虚拟空间坐标系。现有技术缺乏将多玩家射击操作统一映射到同一虚拟空间并进行一致性判定的机制。

4、多个玩家同时射击同一目标时，需要协调集火加成、友军误伤判定、掩体遮挡计算等多人交互逻辑。当玩家空间位置接近时，还需处理射击区域冲突。现有技术缺乏在多人射击场景下的交互效果协调机制。

5、现有vr射击游戏方案依赖头戴式显示器，每位玩家拥有独立的私有显示空间，多人交互通过服务器端同步实现。该模式不适用于无头显的多面投影空间——所有玩家共享同一物理投影空间，射击交互的可视化、命中反馈和空间定位必须在共享空间中实时协调，其技术路径与头戴设备方案根本不同。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法及系统，解决无头显多面投影空间中缺乏多人实时射击交互的系统级方案、难以保证射击方向计算与命中判定在多显示面间空间一致性的技术问题。

2、具体而言，本发明提供的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，包括以下步骤：

3、s1、对无头显沉浸式显示空间执行空间校准，建立物理显示空间与虚拟三维空间的坐标映射关系；所述无头显沉浸式显示空间由至少3个显示面构成包裹式虚拟场景，所述显示面包括投影面、led显示面、透明显示面、纱幕投影面、全息投影面中的至少一种，至少1名玩家位于所述沉浸式显示空间内部且不佩戴头戴式显示设备；

4、s2、采集各玩家的射击操作信号和体感数据，基于所述射击操作信号和体感数据计算各玩家的枪口朝向在物理空间中的方向向量，并通过所述坐标映射关系将所述方向向量转换为虚拟三维空间中的射击方向向量；

5、s3、在所述虚拟三维空间中，从各玩家的虚拟空间位置出发，沿对应的射击方向向量进行弹道追踪，并计算弹道与虚拟场景中各目标的碰撞检测结果，得到命中判定结果；

6、s4、将所述命中判定结果在所述至少3个显示面上进行同步渲染，使同一虚拟目标在相邻显示面上的显示在位置、尺寸和运动状态上保持视觉连续，且在显示面交界处无缝拼接；

7、s5、当多个玩家在预设时间窗口内同时射击时，对各玩家的弹道追踪与命中判定进行并行处理，并基于各玩家的射击操作在虚拟三维空间中执行多人射击交互效果协调，所述交互效果协调包括集火加成判定、友军误伤判定和射击区域冲突处理中的至少一种。

8、一种基于无头显沉浸式多显示面空间的体感射击交互系统，包括：

9、多个传感装置，用于采集各玩家的射击操作信号和体感数据；

10、无头显沉浸式显示空间，由至少3个显示面构成，所述显示面包括投影面、led显示面、透明显示面、纱幕投影面、全息投影面中的至少一种，所述沉浸式显示空间为cave多折幕空间和/或半球幕空间，至少1名玩家位于所述沉浸式显示空间内部且不佩戴头戴式显示设备；

11、空间校准模块，用于建立物理显示空间与虚拟三维空间的坐标映射关系；

12、射击方向计算模块，用于基于各玩家的手持体感射击装置传感器数据计算射击方向，并通过所述坐标映射关系映射到虚拟三维空间；

13、弹道追踪与命中判定模块，用于在虚拟三维空间中对各玩家的射击进行弹道追踪并计算命中判定，所述弹道追踪在虚拟三维空间中全程进行且不受显示面边界影响；

14、多面渲染同步模块，用于将命中判定结果在所述至少3个显示面上同步渲染，使同一虚拟目标在相邻显示面上的显示在位置、尺寸和运动状态上保持视觉连续，且在显示面交界处无缝拼接；

15、多人交互管理模块，用于对多玩家同时射击进行并行处理并协调射击交互效果，所述射击交互效果包括集火加成、友军误伤判定和射击区域冲突处理中的至少一种。

16、本发明提供的有益效果是：首先，本发明通过建立物理空间与虚拟三维空间的坐标映射关系，将各玩家手持体感射击装置的枪口朝向统一映射至同一虚拟空间，从根本上保证了多玩家射击方向计算的空间一致性；其次，通过弹道追踪与命中判定在虚拟空间中的统一计算，以及命中判定结果在多个显示面上的同步渲染和交界处无缝拼接，解决了同一虚拟目标跨显示面显示时的视觉连续性问题；再次，通过多玩家并行处理与多人交互协调机制（包括集火加成、友军误伤判定和射击区域冲突处理），弥补了现有系统在多人射击交互效果协调方面的缺失；最后，本发明明确采用无头显方案，与vr头戴式设备方案形成差异化技术路径，竞争对手难以通过常规vr射击游戏方案进行规避。此外，本发明还通过多通道反馈输出实现了视觉、触觉、听觉和环境的全感官沉浸体验，显著提升了多玩家在cave/半球幕空间中的射击竞技交互体验。

1.一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s1包括以下子步骤：

3.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s2包括以下子步骤：

4.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s3包括以下子步骤：

5.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s4包括以下子步骤：

6.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s5中，所述集火加成判定、友军误伤判定和射击区域冲突处理分别包括以下子步骤：

7.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，方法还包括步骤：基于各玩家在物理空间中的实时位置，为不同显示面分别计算该显示面的渲染视角，生成差异化显示内容；所述差异化显示内容在同一虚拟目标的不同侧面包含不同的游戏信息。

8.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，方法还包括以下步骤：

9.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，方法还包括以下步骤：

10.如权利要求4所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s3还包括跨面连续性处理，所述跨面连续性处理在步骤s33之后、步骤s34之前执行，具体如下：

11.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，所述无头显沉浸式显示空间还包括威亚弹跳子系统；在执行步骤s1至s5的过程中，同步执行以下威亚弹跳交互步骤：

12.如权利要求11所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，所述弹跳高度传感器为超声波测距传感器或激光测距传感器；所述绳索张力传感器为应变片传感器；所述威亚弹跳子系统的控制数据通过统一总线与中央服务器通信。

13.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，步骤s2中，采集射击操作信号和体感数据还包括兵器道具自动追踪流程：

14.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，在执行步骤s1的空间校准之后，若检测到玩家佩戴ar眼镜扩展配件，则执行以下步骤：

15.如权利要求8所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，在触发多通道反馈输出之前，还执行以下穿戴设备管理步骤：

16.如权利要求1所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，所述方法的交互类型除射击场景外，还可以包括格斗场景、赛车场景、角色扮演场景和体感运动场景，具体地：

17.如权利要求13所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，所述空手兵器视觉追踪模式包括空手交互模式和纯手势交互模式。

18.如权利要求17所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，所述空手交互模式具体为：

19.如权利要求17所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互方法，其特征在于，所述纯手势交互模式具体为：

20.一种基于无头显沉浸式多显示面空间的体感射击交互系统，其特征在于，包括：

21.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，所述无头显沉浸式显示空间还包括威亚弹跳子系统，所述威亚弹跳子系统包括：

22.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，还包括兵器道具追踪子系统，所述兵器道具追踪子系统包括：

23.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，还包括ar眼镜扩展配件，所述ar眼镜扩展配件与所述系统形成混合显示架构，所述混合显示架构包括：

24.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，还包括多感官反馈子系统，所述多感官反馈子系统包括：

25.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，所述射击方向计算模块包括：

26.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，所述多人交互管理模块包括：

27.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，还包括：

28.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，所述手持体感射击装置为体感枪，设有模块化配件接口，包括磁吸接口、卡扣接口或电子触点接口，配件安装后自动识别配件类型并同步配件参数到系统；所述配件类型包括枪托配件、扩容弹夹配件和瞄准镜配件，所述枪托配件用于降低射击方向抖动的噪声容限，所述扩容弹夹配件用于更新该玩家的虚拟弹夹容量参数，所述瞄准镜配件用于切换弹道特性。

29.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，所述无头显沉浸式显示空间为cave多折幕空间，由4～6个显示面构成，所述显示面包括正面、左右侧面、地面和顶面，各显示面由中央渲染服务器统一驱动保证帧同步；或，所述无头显沉浸式显示空间为半球幕空间，由半球形显示穹顶和底部显示面构成，各显示面由中央渲染服务器统一驱动保证帧同步。

30.如权利要求20所述的一种基于无头显多面投影空间的体感射击交互系统，其特征在于，系统的交互类型除射击场景外，还可以包括其它场景，具体地：