一种空间定位系统以及区域级联空间定位方法

摘要

本发明公开了一种空间定位系统中的区域级联空间定位方法，包括如下步骤：S100：设定第一光波扫描仪的测量覆盖区域为A′区域；S200：设定所述A′区域中设定同心的缩小的测量覆盖区域为A区域；S300：设定第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域为B′区域；S400：设定所述B′区域中设定同心的缩小的测量覆盖区域B区域；S500：调整所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪，使所述A区域与B区域形成部分相交区域A∩B区域；S600：计算模块根据所述第一光波扫描仪和第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域建立第一和第二空间定位系。

说明书

技术领域

本专利申请涉及空间定位技术领域，具体涉及空间定位的虚拟现实设备以及方法。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality,下文简称VR)技术是以智能计算设备为核心，结合传感技术生成逼真的虚拟环境，通过多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

VR的沉浸式体验分为两种，一种是角度定位式的沉浸体验，其只包括360°的视野旋转，可以通过自由旋转身体或者头部来观察，比如GearVR的手机盒子；另外一种是空间定位式的沉浸体验不仅可以实现360°的视野旋转还可以在场地里自由移动，譬如HTC Vive、PSVR(PlayStation VR)等。相比之下，只有空间定位式沉浸体验才能产生身临其境的感受。

虚拟现实刮起的风暴如今已经愈演愈烈，从形形色色的头盔和眼镜，到各种奇思妙想的交互设备，再到内容制作和建立体验馆的尝试。VR体验馆的构建最重要的一环，就是廉价且灵活准确的定位方案。这里所说的定位，为了要实时更新空间定位式沉浸体验所要显示的虚拟环境信息，需要使用位置跟踪设备跟踪人体的运动姿态和位置等信息，确定体验馆中的参与者在较大面积的场馆空间中的绝对空间位置，并反馈到游戏服务器上，同时所有参与游戏的玩家的数据之间还要进行互动，进而才能执行群体游戏所必需的各种游戏逻辑。

对于VR场馆的虚拟现实系统定位设备而言，应满足如下几点要求，首先，要解决虚拟现实系统最严重的技术缺陷——延时，因延时会造成视觉景观存在不连续或者失真，进而会导致视觉景观与自身实际运动不匹配，长时间使用存在这种缺陷的设备可能会使参与者产生晕动症；其次，能够在大面积的VR场馆中实现精准的定位；再者，经过较长的使用时间仍旧能够维持精确的定位；另外，能够满足多个参与者在同一空间内同时定位，并能将定位数据进行交互共享；此外，应尽可能降低系统整体的成本。

现有技术中用于实现位置跟踪的设备所采用的技术大致有如下几类：惯性定位、光学定位、Lighthouse、视觉惯性测距(Visual-inertial Odometry，简称VIO)、飞行时间测距(Time of Flight，简称TOF)。这些技术应用于VR场馆场景存在如下问题：

惯性定位通过加速度计、陀螺仪、磁力计进行位置跟踪。由于位置姿态是通过角速度计、陀螺仪配合磁力计完成测定，而磁力计极易受到周围磁性材料(如建筑建材，尤其是部分VR场馆选址在地下室)的影响，以及诸如手机等设备发射的电磁波的干扰，从而导致磁力计测定初始数据产生误差和漂移，因此，在越大面积或越长时间的使用场景下，惯性定位越容易造成定位信息更大的偏差。而偏差将导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。

光学定位设备通过透视结果计算出对象相对于采集设备的旋转和位移，能够准确的测量对象定位信息。但是，光学定位通过标记点来测定对象的位置存在局限性，因为多个标记点不可能无限组合下去，且两组标记点靠得过近的话(例如背靠背作战的两位玩家)，也很容易发生误测或者无法识别的情形。另外，过于复杂的场馆环境也会让标记点更容易被障碍物遮挡，从而发生漏测问题。此外，光学测量设备的刷新频率较低，容易造成位置信息延时，导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。

Lighthouse技术由于自身扫描周期排他性的限制，导致无法实现大面积覆盖，并且不能有过多的遮挡物导致接收不到信号，难以兼容场馆多参与者同一空间共同使用的要求。

VIO技术启动时需要附加复杂的运算设备来确认其起始位置，同时，长距离和长时间的使用，会产生累计误差导致数据漂移进而影像定位准确度，由此产生的数据偏差将导致视觉景观失真，带来眩晕等不适感。此外，VIO技术所采用的视觉传感器单个价格昂贵，采样数据信息量较大，造成较大的运算负载，对图像处理设备的性能要求较高。

TOF技术从发射器发射的脉冲是扇形区域，所以多个运动对象互相拥挤着在一起时，互相会有遮蔽，后方对象处在前方对象的“阴影区”中，导致探测不到，从而产生的数据偏差。而且脉冲测量不能识别不同对象，不满足场馆多参与者同一空间共同使用的要求。此外，如果是通过光脉冲进行测量，对元器件要求高，工作条件限制又比较苛刻，而且扫描频率越高，探测距离越远价格也就越贵；如果是通过声脉、电磁脉冲冲进行测量，则容易受到周围环境的干扰，从而产生的数据偏差将导致视觉景观失真。

中国专利申请号为CN 201610141299.1，一种实时空间定位系统，包括激光发射扫描部分和激光接收部分，激光发射扫描部分包括360度横向扫描激光和360度纵向扫描激光，并分别通过零刻度感应传感器进行零刻度激活；在需空间定位设备上设置激光接收传感器；还通过设置红外LED灯阵列，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步。本发明还公开了一种空间定位方法和包含上述空间定位系统的虚拟现实设备。本发明通过两个相互垂直设置的360度激光发射扫描和多个接收传感器接收，还通过零刻度红外曝光，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步，再通过计算一个工作周期内的四次信号时间差，精确的得出激光接收部分在定位空间的三维位置，达到实时精确的定位效果。使用方便，定位精确刷新率高。

现有空间定位技术，在现有的VR产品中，其空间定位方案最大支持范围不超过5m²左右范围，覆盖面积小。

发明内容

本发明提供一种方案，解决了当前大区域室内空间定位的高成本和低精度问题，可以使VR及类似相关产品能够脱离小空间范围的使用限制，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种空间定位系统中的区域级联空间定位方法，包括如下步骤：

S100：设定第一光波扫描仪的测量覆盖区域为A′区域；

S200：设定所述A′区域中设定同心的缩小的测量覆盖区域为A区域；

S300：设定第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域为B′区域；

S400：设定所述B′区域中设定同心的缩小的测量覆盖区域B区域；

S500：调整所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪，使所述A区域与B区域形成部分相交区域A∩B区域；

S600：计算模块根据所述第一光波扫描仪和第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域建立第一和第二空间定位系。

其中A和A′(B和B′)区域为同心区域，区别在于A和A′(B和B′)边界距离有大区域别，该边界距离可以根据需要进行设定。只要保证所述A′区域、所述A区域、A∩B′区域、所述A∩B区域、A′∩B区域、所述B区域和所述B′区域各区域的边界清晰即可。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S500步骤进一步包括如下步骤：

S510：所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪根据形成的所述A′区域、所述A区域、A∩B′区域、所述A∩B区域、A′∩B区域、所述B区域和所述B′区域作为所述空间定位的区域位置基础。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S600步骤进一步包括如下步骤：

S610：确定所述第一和第二空间定位系分别与地球物理坐标系的相对转换关系。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S600步骤后进一步包括如下步骤：

S700：计算模块根据反射或者接收装置在所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域中的位置，上报所述反射或者接收装置在空间定位系中的空间位置数据。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S711：所述反射或者接收装置由所述A区域进入所述A∩B′区域，建立所述第二空间定位系中的定位对象实例，以第一空间定位系中的定位对象数据修正所述第二空间定位系中的定位对象数据；

S712：上报所述第一空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S721：所述反射或者接收装置由所述A∩B′区域进入所述A区域，销毁所述第二空间定位系中的定位对象实例；

S722：上报所述第一空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S731：所述反射或者接收装置由所述A∩B′区域进入所述A∩B区域，根据所述第一空间定位系中的定位对象数据修正所述第二空间定位系中的定位对象数据，并且，根据所述第二空间定位系中的定位对象数据修正所述第一空间定位系中的所述定位对象数据；

S732：上报修正校准后的所述空间位置数据。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S741：所述反射或者接收装置由所述A∩B区域进入所述A∩B′区域，根据所述第一空间定位系中的定位对象数据修正所述第二空间定位系中的定位对象数据；

S742：上报所述第一空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S751：所述反射或者接收装置由所述A∩B区域进入所述A区域，根据所述第二空间定位系中的定位对象数据修正所述第一空间定位系中的定位对象数据；

S752：切换当前所述空间定位系为所述第二空间定位系；

S753：上报所述第二空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

进一步，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S761：所述反射或者接收装置由所述A′∩B区域进入所述B区域，销毁所述第一空间定位系中的定位对象实例；

S762：上报所述第二空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

本发明还提供了一种用于虚拟现实、增强现实或者混合现实场景下的空间定位系统：

一种空间定位系统，包括光波扫描仪、反射或者接收装置、数据采集模块和计算模块，

所述光波扫描仪，根据其测量覆盖区域不同形成所述空间定位的不同区域位置；

所述反射或者接收装置，在各所述区域位置中，反射或者接收所述光波扫描仪发出的扫描光波；

所述数据采集模块，采集所述光波扫描仪接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收装置接受到的光波；

计算模块，根据所述数据采集模块采集的数据信息以及各所述区域位置，计算获得所述反射或者接收装置的空间位置数据。

进一步，所述的空间定位系统，所述光波扫描仪至少包括二个光波扫描仪，其中，第一光波扫描仪，用于根据其测量覆盖区域形成A′区域和A区域；

其中，所述第二光波扫描仪，用于根据其测量覆盖区域形成B′区域和B区域；

调整所述第一光波扫描仪与所述第二光波扫描仪之间距离，形成所述A′区域、所述A区域、A∩B′区域、A∩B区域、A′∩B区域、所述B区域和所述B′区域作为所述空间定位的区域位置基础。

本发明至少具有以下有益效果之一：

1.本发明克服了原先空间定位技术的三维空间的定位范围较小，且不能拓展的技术问题。

2.本发明赋予空间定位系统可以多区域级联，设置简单，技术实现容易，成本不高。

3.本发明赋予空间定位方法可以多区域级联，方法中含有的算法通俗易懂，计算量不高，计算硬件成本便宜，并且计算结果的空间定位精准。

4.本发明赋予空间定位系统可以定位范围较大，且理论上可以无限级联，加强用户的沉浸感受，拓展沉浸式虚拟现实的空间范围，产生身临其境的视觉体验。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明第一实施例空间定位方法的流程示意图；

图2为本发明第一实施例空间定位系的多级区域结构示意图；

图3为本发明第二实施例空间定位系统的模块示意图；

图4为本发明第三实施例空间定位系统空间位置摆放示意图；

图5为本发明第三实施例双激光扫描器示意图；

图6为本发明第三实施例单激光扫描器示意图；

图7为本发明第三实施例空间定位步骤示意图；

图8为本发明第三实施例空间定位算法示意图；

图9为本发明第四实施例空间定位系统的多级区域硬件构成示意图；

图10为本发明第四实施例空间定位系(切换)流程示意图。

附图标记说明

空间—1000、第一光波扫描仪—100、第一高速转子—105、第二高速转子—106、红外发射器—102/103、第二光波扫描仪—120、红外发射器—123、高速转子—126、同步光源—107/127、反射或者接收装置—130、数据采集模块—140、计算模块—150、同步模块—160、输出模块—170、显示器—180、虚拟现实头戴显示器—300、网络设备—200。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。

在本申请一个典型的计算硬件配置中，客户端/终端/头戴式显示器、网络设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括处理器，含单核处理器或多核处理器。处理器也可称为一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)等等。更具体地，处理器可为复杂的指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器，或实现指令集组合的处理器。处理器还可为一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、图形处理器、网络处理器、通信处理器、密码处理器、协处理器、嵌入式处理器、或能够处理指令的任何其他类型的逻辑部件。处理器用于执行本发明所讨论的操作和步骤的指令。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括存储器，用于存储大数据，可包括一个或多个易失性存储设备，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)或其他类型的存储设备。存储器可存储包括由处理器或任何其他设备执行的指令序列的信息。例如，多种操作系统、设备驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或BIOS)和/或应用程序的可执行代码和/或数据可被加载在存储器中并且由处理器执行。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备的操作系统可为任何类型的操作系统，例如微软公司的Windows、Windows Phone，苹果公司IOS，谷歌公司的Android，以及Linux、Unix操作系统或其他实时或嵌入式操作系统诸如VxWorks等。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本发明的具体设备/系统及方法参见下述实施例：

第一实施例

如图1为本发明第一实施例空间定位方法的流程示意图所示，一种空间定位系统中的区域级联空间定位方法，包括如下步骤：

S100：设定第一光波扫描仪的测量覆盖区域为A′区域；

S200：设定所述A′区域中设定同心的缩小的测量覆盖区域为A区域；

S300：设定第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域为B′区域；

S400：设定所述B′区域中设定同心的缩小的测量覆盖区域B区域；

S500：调整所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪，使所述A区域与B区域形成部分相交区域A∩B区域；

S600：计算模块根据所述第一光波扫描仪和第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域建立第一和第二空间定位系。

其中A和A′(B和B′)区域为同心区域，区别在于A和A′(B和B′)边界距离有大区域别，该边界距离可以根据需要进行设定。只要保证所述A′区域、所述A区域、A∩B′区域、所述A∩B区域、A′∩B区域、所述B区域和所述B′区域各区域的边界清晰即可，如图2为本发明第一实施例空间定位系的多级区域结构示意图所示。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S500步骤进一步包括如下步骤：

S510：所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪根据形成的所述A′区域、所述A区域、A∩B′区域、所述A∩B区域、A′∩B区域、所述B区域和所述B′区域作为所述空间定位的区域位置基础。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S600步骤进一步包括如下步骤：

S610：确定所述第一和第二空间定位系分别与地球物理坐标系的相对转换关系。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S600步骤后进一步包括如下步骤：

S700：计算模块根据反射或者接收装置在所述第一光波扫描仪和/或第二光波扫描仪的所述测量覆盖区域中的位置，上报所述反射或者接收装置在空间定位系中的空间位置数据。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S711：所述反射或者接收装置由所述A区域进入所述A∩B′区域，建立所述第二空间定位系中的定位对象实例，以第一空间定位系中的定位对象数据修正所述第二空间定位系中的定位对象数据；

S712：上报所述第一空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S721：所述反射或者接收装置由所述A∩B′区域进入所述A区域，销毁所述第二空间定位系中的定位对象实例；

S722：上报所述第一空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S731：所述反射或者接收装置由所述A∩B′区域进入所述A∩B区域，根据所述第一空间定位系中的定位对象数据修正所述第二空间定位系中的定位对象数据，并且，根据所述第二空间定位系中的定位对象数据修正所述第一空间定位系中的所述定位对象数据；

S732：上报修正校准后的所述空间位置数据。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S741：所述反射或者接收装置由所述A∩B区域进入所述A∩B′区域，根据所述第一空间定位系中的定位对象数据修正所述第二空间定位系中的定位对象数据；

S742：上报所述第一空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S751：所述反射或者接收装置由所述A∩B区域进入所述A区域，根据所述第二空间定位系中的定位对象数据修正所述第一空间定位系中的定位对象数据；

S752：切换当前所述空间定位系为所述第二空间定位系；

S753：上报所述第二空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

优选地，所述的区域级联空间定位方法，所述S700步骤进一步包括如下步骤：

S761：所述反射或者接收装置由所述A′∩B区域进入所述B区域，销毁所述第一空间定位系中的定位对象实例；

S762：上报所述第二空间定位系中的定位对象的所述空间位置数据。

第二实施例

本发明还提供了一种用于虚拟现实、增强现实或者混合现实场景下的空间定位系统，如图3为本发明第二实施例空间定位系统的模块示意图所示：

一种空间定位系统，包括光波扫描仪、反射或者接收装置130、数据采集模块140和计算模块150，

所述光波扫描仪，根据其测量覆盖区域不同形成所述空间定位的不同区域位置；

所述反射或者接收装置130，在各所述区域位置中，反射或者接收所述光波扫描仪发出的扫描光波；

所述数据采集模块140，采集所述光波扫描仪接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收装置接受到的光波；

计算模块150，根据所述数据采集模块采集的数据信息以及各所述区域位置，计算获得所述反射或者接收装置的空间位置数据。

优选地，所述的空间定位系统，所述光波扫描仪至少包括二个光波扫描仪，其中，第一光波扫描仪100，用于根据其测量覆盖区域形成A′区域和A区域；

其中，所述第二光波扫描仪120，用于根据其测量覆盖区域形成B′区域和B区域；

调整所述第一光波扫描仪与所述第二光波扫描仪之间距离，形成所述A′区域、所述A区域、A∩B′区域、A∩B区域、A′∩B区域、所述B区域和所述B′区域作为所述空间定位的区域位置基础。

进一步优选地一种空间定位系统，包括第一光波扫描仪100、第二光波扫描仪120、反射或者接收装置130、数据采集模块140和计算模块150，

所述第一光波扫描仪100，依次围绕第一方向轴扫描所述空间、围绕第二方向轴扫描所述空间1000，所述第一方向轴(比如Z轴)与第二方向轴(比如X轴)为垂直关系；

所述第二光波扫描仪120，围绕第一方向轴(比如Z轴)或者第二方向轴(比如X轴)扫描所述空间1000；

所述第一光波扫描仪100与所述第二光波扫描仪120之间保持一定距离；

所述反射或者接收装置130，在所述空间1000中，依次反射或者接收所述第一光波扫描仪100或者第二光波扫描仪120发出的扫描光波；

所述数据采集模块140，采集所述第一光波扫描仪100或者第二光波扫描仪120接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收装置接受到的光波；

计算模块150，根据所述第一光波扫描仪100、第二光波扫描仪120的扫描角速度、所述数据采集模块140提供的采集数据和所述第一光波扫描仪100、第二光波扫描仪120的距离关系，计算获得所述反射或者接收装置130的空间位置数据。

所述反射或者接收装置130，可携带头戴式显示器300，穿戴者可从显示器中观察自己所在(虚拟)空间中的位置；

所述反射或者接收装置130，可携带头戴式多媒体显示器，穿戴者可从显示器和耳麦中了解自己在(虚拟)空间中的位置。

优选地，所述的空间定位系统，所述第一光波扫描仪为双激光扫描器100，所述双激光扫描器100包括同步光源107、相互垂直的第一高速转子105和第二高速转子106，

所述第一高速转子105或者第二高速转子106包括激光收发模块或者红外发射器102/103，所述第一高速转子105围绕所述第一方向轴扫描所述空间；所述第二高速转子106围绕所述第二方向轴扫描所述空间1000；

所述同步光源107，配合所述第一高速转子105和第二高速转子106的所述空间扫描工作。

优选地，所述的空间定位系统，所述第二光波扫描仪为单激光扫描器120，所述单激光扫描器120包括同步光源127、一个高速转子126，

所述高速转子126包括一个激光收发模块或者红外发射器123，所述高速转子126围绕所述第一方向轴或者第二方向轴扫描所述空间1000；

所述同步光源127，配合所述高速转子126的所述空间1000扫描工作。

其中，双激光扫描器包括激光发射扫描部分和激光接收部分，

所述激光发射扫描部分包括两个由高速电机分别带动的转子、两个激光发射器、两个零刻度感应传感器和一个红外LED灯阵列；

其中，所述两个转子的转轴相互垂直设置；所述两个激光发射器均为一字线激光器，分别固定在两个转子上，且其发射的一字线激光与其固定转子的转轴平行，所述一字线激光器发射的一字线激光在其转子的带动下对定位空间进行360度匀速扫描；

所述两个零刻度感应传感器分别对应的设置在所述两个转子的旁边，当所述任一转子带动其上的一字线激光扫描到与其对应的零刻度线时激活其对应的零刻度感应传感器；

所述红外LED灯阵列与所述零刻度感应传感器和所述激光接收部分相连接，在所述零刻度感应传感器被激活时，所述红外LED灯阵列被瞬间曝光点亮，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步；

所述激光接收部分包括接收传感器，用于接收所述激光发射扫描部分发射的激光以及零刻度红外曝光同步信号，并计算出所述激光接收部分在定位空间中的位置关系。

其中，单激光扫描器包括激光发射扫描部分和激光接收部分，所述激光发射扫描部分包括一个由高速电机带动的转子、一个激光发射器、一个零刻度感应传感器和一个红外LED灯阵列。

优选地，所述的空间定位系统，所述空间定位系统还包括同步模块160，

所述同步模块160，控制所述第一光波扫描仪和第二光波扫描仪的扫描频率，即扫描的时间间隔。

优选地，所述的空间定位系统，所述空间定位系统还包括输出模块170或者显示器180，

所述输出模块170，以有线或者无线方式传送所述空间位置数据；

所述显示器180，以数字、声音(播报)或者三维图像形式展示所述空间位置数据。广义的显示器，包括多媒体功能，显示装置和声音装置。

所述空间，位于第一光波扫描仪和第二光波扫描仪的共同的扫描空间范围。

本实施例还提供了一种新的空间定位方法：

一种基于上述的空间定位系统的空间定位方法，包括如下步骤：

S200：所述第一光波扫描仪的第一高速转子围绕所述第一方向轴扫描所述空间；

S300：所述第一光波扫描仪的第二高速转子围绕所述第二方向轴扫描所述空间；

S400：所述第二光波扫描仪的高速转子围绕所述第一方向轴或者第二方向轴扫描所述空间；

S500：所述反射或者接收装置依次反射或者接收所述第一光波扫描仪或者第二光波扫描仪发出的扫描光波；

S600：所述数据采集模块采集所述第一光波扫描仪或者第二光波扫描仪接受到的反射光波，或者采集所述反射或者接收装置接受到的光波，以及所述反射或者接收装置的偏转角度；

S700：计算模块根据所述第一光波扫描仪、第二光波扫描仪的扫描角速度、所述数据采集模块提供的采集数据和所述第一光波扫描仪、第二光波扫描仪的距离关系，计算获得所述反射或者接收装置的空间位置数据。

优选地，所述的空间定位方法，所述第一方向轴与第二方向轴为垂直关系。

优选地，所述的空间定位方法，所述第一光波扫描仪与所述第二光波扫描仪之间保持一定距离。

第三实施例

本实施例公开了一种虚拟现实中三面定点的空间定位系统及方法。该系统包括一个双激光扫描器100、一个单激光扫描器120以及虚拟现实头戴显示器300，系统装置简图如图4为本发明第三实施例空间定位系统空间位置摆放示意图所示(图中双激光扫描器100和单激光扫描器120在空间1000中的对角摆放，只是一种摆放关系示意，但并不表示它们之间有且仅有此种摆放关系)。

激光扫描器100，如图5为本发明第三实施例双激光扫描器示意图所示，包括两个由高速电机的转子105/106分别带动两个激光发射器和一个红外LED灯矩阵排列107。

激光扫描器120，如图6为本发明第三实施例单激光扫描器示意图所示，包括一个由高速电机的转子125带动的单个激光发射器和多个红外LED灯矩阵排列127。

其中激光扫描器100中的两个转子垂直排布，分别进行横向扫描和纵向扫描，激光扫描器120中的一个转子水平排布，进行另一方向的横向或者纵向扫描。激光扫描器100与激光扫描器120，需要对面或者斜对角摆放并且固定。红外LED为同步信号发射器。

本实施例是基于虚拟现实头戴显示器300，创新的一种便捷的空间定位方法与系统。

目前的头戴显示器空间定位的技术有：1.通过单激光扫描器和LED同步发射器，然后通过特殊繁琐算法进行数据融合，以达到空间定位的效果。2.基于单个或者多个摄像头的技术。3.基于UWB超带宽的定位技术。

1.单个激光扫描器，通过偏移角度以及同步信号时差来计算定位三维空间的位置，算法过于繁琐，过多依赖硬件精度的要求，信号时间差计算误差较大。算法难度较高。

2.基于摄像头的空间定位技术，技术难点更高，多个摄像头的数据融合也比较繁琐。

3.基于UWB的超带宽技术，成本过高。

本实施例提供一种便捷通俗易懂的算法，并且定位精准的方法。

本实施例属于虚拟现实中的一种空间定位系统与方法。本系统包含两个激光扫描器以及虚拟现实头戴显示器。激光扫描器中分为由两个互相垂直的高速运转的转子带动激光发射器，和一个单个高速运转的转子带动激光发射器进行360度方向的扫描。各个扫描器中都含有由多个LED矩阵排列的同步信号发射器。

双转子的激光扫描器中，包含一个横向的激光发射器，一个纵向的激光发射器。和一个同步信号发射器。一个横向激光发射器扫描到存在三维空间的头戴显示器，可以确定头戴显示器存在在一个横向的一个面内。一个纵向的激光发射器扫描到存在三维空间内的头戴显示器，可以将头戴显示器存在的一个纵向的一个面内，两个面相交的直线，可以将头戴显示器确认在三维空间内的一根直线上。

单转子的激光扫描器中，包含一个横向的激光发射器，和一个同步信号发射器。单转子的激光扫描器，位置需要摆放在与双转子激光扫描器放在不同的位置，单转子的激光发射器，也可以将三维空间内的头戴显示器确认在一个面内，然后这个面与双转子扫描确认的一根直线相交所得的三维空间内的一个交点，即为头戴显示器准确的位置。

通过三个发射器扫描得到的时间差，与运行旋转的转子的角速度，得到3个维度的偏转角度，通过三面相交的几何算法，得到三维空间内的位置信息。

图6和图5中的红外线发射器由高速转子带动进行匀速360度扫描，即由红外线发射器担任扫描任务，头戴显示器300负责接收红外线扫描光波。

先由LED灯发射同步信号给头戴显示器300，头戴显示器300接收到同步信号以后，记录起始时间，同时红外发射器开始匀速转动扫描，当红外发射器扫描到头戴显示器后，再次记录时间，通过两次时间差以及红外发射器匀速运转角速度，可以计算出偏转角度。

激光扫描器中的红外发射器，就只是发射红外射线的功能，通过转子带动，以及头戴显示器接收红外射线，以计算偏转位置。

本实施例的组成框架包括一个双激光扫描器100(图5)、一个单激光扫描器120(图6)以及虚拟现实头戴显示器300。

双激光扫描器100(A发射器)、单激光扫描器120(B发射器)和头戴显示器300以及数据采集模块140、计算模块150完成空间定位计算的过程，如图7为本发明第四实施例空间定位步骤示意图所示。

激光扫100描器的转子都为角速度为a的匀速转动，通过头戴显示器300接收到同步信号的时间T0与接收到的横向扫描时间T1，得到时间差(T1-T0),通过角速度和时间可以得到横向扫描到头戴显示器的角度为(T1-T0)*a；同理可以得到纵向角度，以及扫描器120得到另一维度的旋转角度。

具体算法的几何图示如图8为本发明第四实施例空间定位算法示意图所示：

面HJOD绕Z轴作逆时针旋转，面HIOF绕X轴作顺时针旋转，KO’平行于Z轴，O’(-L,M)。

面KO’JH绕KO’轴作逆时针旋转。某一时刻三个平面相交如图所示，面HJOD和面HIOF的交线为HO，面KO’JH与线HO的焦点为H。已知此时∠XOJ为θ₁，∠-ZOI为θ₂，∠JO’L为θ₃.

求此时空间中坐标H(头戴显示器300的位置)。

双激光扫描器100位于O处，单激光扫描器120位于O’处。

求解过程如下：

直线JO在面HJOD上，JO直线方程为：y＝xtanθ₁

因此面HJOD法向为n1＝(1，-cotθ₁，0)①

直线IO在面HIOF上，IO直线方程为：y＝ztan(π-θ₂)

因此面HIOF法向为n2＝(0,cotθ₂,1)②

因为交线HO同时位于面HJOD和面HIOF上，所以HO⊥n1&&HO⊥n2.(条件1)

设HO方程为：Ax+By+Cz＝0③

联立①②③并根据条件1得出HO直线方程为：

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

易得直线O’J方程为：xcotθ₃+y-M+Lcotθ₃＝0；

由O’J和面O’JHK的特殊关系可知，面O’JHK的空间方程为：

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

联立④⑤两式得出：

x＝cotθ₁(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

y＝(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

z＝-cotθ₂(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

令S＝(M-Lcotθ₃)/(cotθ₁cotθ₃+1)

则：

x＝S*cotθ₁

y＝S

z＝S*(-cotθ₂)

如此可以得出三维空间内，头戴显示器的位置空间坐标(xyz可以为负，正负与定义O或者O’点的位置有关)。通过以上方案可以更加方便便捷地计算出三维空间内头戴显示器的位置信息。

第四实施例

如图9为本发明第四实施例空间定位系统的多级区域硬件构成示意图所示，本实施例提供了至少包括计算模块150、网络设备200、多个基站(光波扫描仪)组成的多区域级联空间定位系统。调控第一光波扫描仪、第二光波扫描仪、第三光波扫描仪……第N光波扫描仪，两两之间的距离关系，区域级联展示为A∩B、B∩C、C∩D……X∩N。这样就能够拓展虚拟系统(混合系统)中的空间定位范围。

根据图2为本发明第一实施例空间定位系的多级区域结构示意图的切换原理图，区域可由单个或者多个基站(光波扫描仪)确定，比如用第三实施例中空间定位方案，空间定位系(切换)描述如下：

区域A为基站A的有效覆盖区域，区域A’为基站A的测量覆盖区域；区域B为基站B的有效覆盖区域,区域B’为基站B的测量覆盖区域。

系统在搭建时，需要对各个基站进行单独校准，从而获取该基站相对于地球物理坐标系的相对转换关系。

当目标只在区域A’或区域B’活动时，其算法不限于第三实施例中的空间定位方案，也同样适用light house、PNP、SLAM等算法。

当目标由区域A(服务区域)向临近区域B移动时，其将经过5个环节(区域)，A—>A∩B’—>A∩B—>A’∩B—>B，当进入同时检测到多区域数据时，假设当前服务区域为A，其向区域B切换的具体流程如如图10为本发明第四实施例空间定位系(切换)流程示意图所示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。