虚拟现实中的三维动态导航的制作方法

1.本发明属于三维动态导航技术领域，尤其涉及虚拟现实中的三维动态导航。


背景技术：

2.近年来，已有的vr、ar、mr软件产品中，无论是头戴式设备或手持式移动设备，如手机、平板电脑等，用户需要在复杂三维虚拟环境寻找特定的方向、物品、界面提示时，传统的导航呈现方式基本只限于二维平面上下左右的方向，且主要针对已出现在用户视野fov之内的目标或方向，在高速移动环境、背景信息复杂、目标或方向被遮挡的情况下，用户难于定位判定自身与目标之间的信息。
3.因此，需要提供虚拟现实中的三维动态导航，通过视觉通道信号，在目标或方向位于用户可观测视野fov范围之外或被障碍物遮挡时，系统开始导航和指示，并持续提供方向和距离等信息，在用户的视野内可观察目标和可触及目标后，导航信息变化直到用户观察到对应的目标或方向。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供虚拟现实中的三维动态导航，能够分别在vr、ar、mr三种不同的软件下使用三维动态导航,以在vr头戴式显示器中使用三维动态导航为例，所述在vr中使用三维动态导航的实现步骤为：s1：首先用户需戴上vr头戴式显示器，因vr中除用户外其他环境信息都是已知的虚拟三维数据，在用户进入虚拟环境后，vr计算机系统可根据用户的身体姿态信息及其背面的目标的相对位置，在用户可观测视野fov范围内生成三维导航信息，将可观测视野fov范围作为三维导航信息判定热区，将坐标系作为用户可观测视野fov范围的运动参考，在目标进入判定热区范围内之前，所有的三维导航信息都是在x轴与y轴方向移动；s2：当用户跟随三维导航信息转动头部时，其路径是三维导航信息在虚拟三维空间的运动轨迹，三维导航信息的方向、角度信息根据用户的头部姿态实时进行更新；s3：用户调整身体姿态后，可观测视野fov范围中出现目标，但目标未进入判定热区的角度范围内时，只有三维导航信息的方向、角度信息变化；s4：随着用户的头部位置的调整，目标进入了可观测视野fov范围中的判定热区范围内，此时三维导航信息方向的角度信息更新，同时三维导航信息的模型尺寸保持不变，向目标移动，最终三维导航信息到达与目标的位置重合的位置，完成导航，再此过程中距离长度逐渐变大，若此时用户转动头部使目标离开判定热区，则距离长度逐渐变小，返回原距离指定的位置。
5.优选的，所述vr头戴式显示器在使用时，vr硬件设备所搭载的计算机系统已存储使用环境的三维地图或三位场景数据，并通过用户的vr头戴式显示器或6dof手柄设备感知用户的在虚拟环境中的映射位置，生成对应的三维导航信息并实时推送到显示器中。
6.优选的，所述mr、ar软件中使用三维动态导航时，用户需使用ar或mr头戴式显示
器、手持设备、车载hud抬头显示器，此时ar或mr硬件设备搭载的计算机系统需要已存储使用环境的三维地图或三位场景数据，或使用slam技术完成即时定位与三维地图构建，计算机系统才可根据用户和目标分别坐在的位置坐标，生成对应的三维导航信息并实时推送到显示器中。
7.优选的，所述三维导航信息不仅包含箭头指示的方向，也有距离文字提示相关信息。
8.优选的，所述用户跟随三维导航信息转动头部或调整身体姿态时，其移动的距离长度是固定不变的。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明通过视觉通道信号，在目标或方向位于用户可观测视野fov范围之外或被障碍物遮挡时，系统开始导航和指示，并持续提供方向和距离等信息，并在用户的视野内可观察目标和可触及目标后，导航信息变化直到用户观察到对应的目标或方向。
10.2、本发明专利可适用于vr头戴式显示器，ar或mr头戴式显示器、手持式设备以及车载导航抬头显示器多种终端，不需要用户任何操作或音频、触觉其他通道的反馈信号，也不需要对用户可观测视野fov范围的虚拟环境或真实环境进行亮度降低、焦距模糊、遮蔽显示、颜色尺寸变化之类的消耗图形计算性能的操作，特别适用于复杂背景、小微尺寸目标、高速运动、精确角度方向、甚至目标被障碍物遮挡的多种复杂的虚拟场景或真实场景中。
附图说明
11.图1是本发明的三维导航信息实现的逻辑流程图；图2是本发明的vr头戴式显示器使用三维动态导航的示意图；图3是本发明的用户跟随三维导航信息转动头部的示意图；图4是本发明的目标出现在用户可观测视野fov范围内的示意图；图5是本发明的目标进入可观测视野fov范围内的判定热区的示意图；图6是本发明的目标在遮挡障碍物背面的示意图；图7是本发明的使用手持设备的三维动态导航的示意图；图8是本发明的使用车载hud抬头显示器的三维动态导航示意图。
12.图中：101、可观测视野fov范围；102、坐标系；103、判定热区 ；104、三维导航信息；105、vr头戴式显示器；106、用户；107、目标；108、距离；109、路径；110、障碍物；111、手持设备；112、车载hud抬头显示器。
具体实施方式
13.以下结合附图对本发明做进一步描述：实施例：虚拟现实中的三维动态导航，能够分别在vr、ar、mr状态下使用三维动态导航, 若在vr状态下使用三维动态导航，用户需戴上vr头戴式显示器105，且vr头戴式显示器105在使用时，vr硬件设备所搭载的计算机系统已存储使用环境的三维地图或三位场景数据，并通过用户的vr头戴式显示器105或6dof手柄设备感知用户的在虚拟环境中的映射位置，生成对
应的三维导航信息并实时推送到显示器中；在mr、ar中使用三维动态导航时，用户需使用ar或mr头戴式显示器、手持设备111、车载hud抬头显示器112，此时ar或mr硬件设备搭载的计算机系统需要已存储使用环境的三维地图或三位场景数据，或使用slam技术完成即时定位与三维地图构建，计算机系统才可根据用户和目标分别坐在的位置坐标，生成对应的三维导航信息并实时推送到显示器中。
14.如附图1所示，以在vr头戴式显示器中使用三维动态导航为例，所述在vr头戴式显示器中使用三维动态导航的实现步骤为：如附图2所示：用户戴上vr头戴式显示器105后，因vr中除用户外其他环境信息都是已知的虚拟三维数据，在用户进入虚拟环境后，vr计算机系统可根据用户106的身体姿态信息及其背面的目标的相对位置，在用户106可观测视野fov范围101内生成三维导航信息104，所述三维导航信息104不仅包含箭头指示的方向，也有距离文字提示相关信息，将可观测视野fov范围101作为三维导航信息104的判定热区103，将坐标系102作为用户可观测视野fov范围101的运动参考，在目标107进入判定热区103范围内之前，所有的三维导航信息104都是在x轴与y轴方向移动，其中移动的距离108长度是固定不变的；如附图3所示：当用户跟随三维导航信息104转动头部时，其路径109是三维导航信息104在虚拟三维空间的运动轨迹，三维导航信息104的方向、角度信息根据用户106的头部姿态实时进行更新，且当用户跟随三维导航信息104转动头部时，转动的距离108长度是固定不变的；如附图4所示：用户调整身体姿态后，可观测视野fov范围101中出现目标107，但目标107未进入判定热区103的角度范围内时，只有三维导航信息104的方向、角度信息变化，当用户106调整身体姿态移动时，移动的距离108长度是固定不变的；如附图5所示：随着用户106的头部位置的调整，目标107进入了可观测视野fov范围101中的判定热区103范围内，此时三维导航信息104方向的角度信息更新，同时三维导航信息104的模型尺寸保持不变，向目标107移动，最终三维导航信息104到达与目标107的位置重合的位置，完成导航，再此过程中距离108长度逐渐变大，若此时用户106转动头部使目标离开判定热区103，则距离108长度逐渐变小，返回原距离指定的位置。
15.如附图6所示：当用户106的可观测视野fov范围101内有障碍物110遮挡目标107时，此时三维导航信息104方向和位置更新显示在用户可移动的路径109上，同时距离108增大，直到用户106头部位置调整或移动后，可观测视野fov范围101内没有任何障碍物110遮挡，则返回如附图4所示的状态，如果用户106是在真实环境中或在虚拟环境中使用真是比例的映射形象，则三维导航信息104显示的路径109位置为地面或楼梯可以直接行走或踩踏的内容；如果用户是在虚拟环境中驾驶载具、使用超大或微小比例的虚拟形象，则导航信息104显示的路径109位置为轨道、洞穴与虚拟形象运动方式所匹配的内容。
16.如附图7所示：用户106使用手持设备111进行三维导航时，与使用vr头戴式显示器105不同，用户106需要同时移动设备111和调整自己的身体姿态，以追踪三维导航信息104的指示。
17.如附图8所示：用户106驾驶已装备车载hud抬头显示器112的车辆时，与使用vr头戴式显示器105不同，用户106需要通过车辆的驾控设备调整车身和自己的身体姿态，以追踪三维导航信息104的指示。
18.利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。