基于移動終端的多人人機交互方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于移動終端的多人人機交互方法，包括以下步驟：采用加速度傳感器得到加速度，采用陀螺儀得到角速度，采用磁場傳感器測量移動終端周圍的磁場強度；對重力加速度進行分離，gravity[i]＝alpha×gravity[i]+(1?alpha)×g.event.value[i]，對線性加速度進行提取，linear_accelcration[i]＝g.event.value[i]?gravity[i]，得到一定時間t內(nèi)各個軸的實際位移，計算出移動終端姿態(tài)；得到移動終端圍繞xyz三個軸旋轉(zhuǎn)的角速度，對角速度求和，得到移動終端在一段時間內(nèi)的角度變化；將加速度將分析得到的傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送指令到服務器，服務器根據(jù)收到的指令交互場景中的對象做出變化。本發(fā)明在無線網(wǎng)絡環(huán)境下，實時搜集三維陀螺儀和加速計的數(shù)據(jù)，判斷出交互對象的動作，通過網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，使所有交互對象連接到服務器，實現(xiàn)了大規(guī)模的多人交互。
【專利說明】
基于移動終端的多人人機交互方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明設及人機交互領域，具體設及一種基于移動終端的多人人機交互方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬現(xiàn)實領域是目前最熱口的領域，在該領域中，人機交互方式一直是研究的重 點。但從目前在超大視場范圍（全景擅染、超大屏高分辨擅染）內(nèi)的虛擬現(xiàn)實人機交互方法 的研究成果來看，單人或針對少數(shù)人的交互方式研究和應用得比較多。比如利用攝像頭來 進行單人或少數(shù)個人的動作，又如利用Kinect來進行最多不超過6個人的動作，或者是通過 一些針對個人的穿戴式交互產(chǎn)品來進行交互。運些交互方式共同的缺點是同時可交互的對 象太少，不超過10個人。限制了可交互人數(shù)，也制約了虛擬現(xiàn)實的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于移動終端的多人人機交互方法，針對 人機交互對象少的缺點，采用傳感器獲取移動終端用戶的動作變化，通過網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，將 指令傳遞到服務器，達到多人群體互動的目的。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種基于移動終端的多人人機交互方法，包括W下步驟：
[0006] 采用加速度傳感器得到加速度，采用巧螺儀得到角速度，采用磁場傳感器測量移 動終端周圍的磁場強度；
[0007] 根據(jù)加速度傳感器得到的加速度，采用低通濾波對重力加速度進行分離，即 gravity[i] = alphaXgravity[i] + (l-al地a) Xg.event .value[i]，采用高通濾波對線性 加速度進行提取，line曰r_曰ccelcr曰tion[i]=邑.event.V曰lue[i]-邑r曰vity[i]，其中，曰Iph曰 = t/(t+dT) ,g.event. value[i]是從線性傳感器傳遞的數(shù)據(jù)，i為1、2、3分別代表x、y、z，進 一步求得某一時刻移動終端在=維空間中的速度變化和一段時間內(nèi)各個方向的位移，Vi = aiXdT，Si = V日+aiX(dT)V2，Vi為該時刻的速度，dT兩次測量的時間間隔，￡li為高通濾波提 取的=維空間線性加速度，計算得到一定時間t內(nèi)各個軸的實際位移
[000引根據(jù)到的周圍磁場強度，計算出移動終端姿態(tài)，即移動終端相對地球的物理方位， 聯(lián)合使用加速度計、地磁傳感器W及系統(tǒng)提供的getRotationMa化ix()方法來獲取旋轉(zhuǎn)矩 陣和傾角矩陣；
[0009] 由巧螺儀得到移動終端圍繞Xyz=個軸旋轉(zhuǎn)的角速度，對角速度求和，得到移動終 端在一段時間內(nèi)的角度變化，具體公式為Angle[i] = Ea.event.value[i]XdT， a.event.value[i]為從巧螺儀得到的數(shù)據(jù)，i為l、2、3分別代表x、y、z，dT為兩次獲取角速度 的時間間隔；
[0010] 得到移動終端的移動速度、角度變化、方位信息后，結(jié)合移動終端需求，包括判斷 左右或者上下移動，將加速度將分析得到的傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送指令到服務器，服務器根據(jù)收 到的指令交互場景中的對象做出變化。
[0011] 根據(jù)上述方案，本方法采用UDP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議搭建通信環(huán)境。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:在無線網(wǎng)絡環(huán)境下，交互對象使用移動終 端中的=維巧螺儀和加速度傳感器等，實時捜集=維巧螺儀和加速計的數(shù)據(jù)，根據(jù)算法準 確地判斷出交互對象的動作，并通過網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，使所有交互對象連接到服務器，從而實 現(xiàn)了大規(guī)模的多人交互。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明基于移動終端的多人人機交互方法中原始數(shù)據(jù)獲取示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明基于移動終端的多人人機交互方法實現(xiàn)流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明提出了一種 全新的大規(guī)模多人人機交互方法，利用幾乎每個人都有的移動終端（比如手機），運種移動 終端內(nèi)置了加速度傳感器、巧螺儀、方向傳感器等八種傳感器。運些傳感器能提供高精度、 準確度的原始數(shù)據(jù)，可W用于監(jiān)控移動終端=維運動、位置及移動終端周圍的環(huán)境變化。常 用于人機交互的傳感器有加速傳感器、巧螺儀、方向傳感器、電磁場傳感器四種。
[0016] (1)利用UDP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議搭建通信環(huán)境
[0017] UDP(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）是一種無連接的、不可靠的傳輸 層協(xié)議，使用UDP協(xié)議的目的是希望W最小的開銷來達到網(wǎng)絡環(huán)境中的進程通信目的。本發(fā) 明使用UDP傳輸協(xié)議來達到大規(guī)模人機交互的目的。
[001引（2)數(shù)據(jù)獲取
[0019] 傳感數(shù)據(jù)的變化與移動終端的坐標系統(tǒng)的運動是密切相關的。當移動終端運動或 者旋轉(zhuǎn)的時候，運些坐標軸與移動終端的相對位置始終保持不變。本發(fā)明主要使用加速傳 感器、磁場傳感器及巧螺儀，當傳感器數(shù)據(jù)變化時，實時發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)分析模塊。
[0020] 如圖1所示，在使用傳感器獲取原始數(shù)據(jù)時，為了獲取手機的運動速度和姿態(tài)，一 般通過傳感器得到其加速度、角速度、磁場強度幾個數(shù)據(jù)。
[0021 ]加速度是由加速傳感器得到的，加速傳感器Wm/s2測量它移動終端所有S個物理 軸線方向（X，y，和Z)加速度，包括重力。角速度是由巧螺儀Wrad/s測量移動終端S個物理 軸線方向（x，y，和Z)的旋轉(zhuǎn)速度。磁場強度WuT(超聲檢測，Ultrasonic Testing)測量周圍 的=個物理軸線方向的磁場。使用重力傳感器和磁場傳感器能獲取移動終端的傾斜矩陣和 旋轉(zhuǎn)矩陣。
[0022] (3)數(shù)據(jù)分析
[0023] a.分析移動終端的線性加速度
[0024] 加速度傳感器測量作用于移動終端的加速度，該數(shù)值包含地屯、引力的影響。從概 念上，加速度傳感器通過測試作用于傳感器本身的作用力(Fs),并使用下列公式來判斷作 用于移動終端的(Ad)加速度：
[0025] Ad = -EFsZmass
[0026] 但是，重力作用始終會影響下列公式的測量結(jié)果：
[0027] Ad = -g-EF/mass
[0028] 由于運個原因，當移動終端位于桌面(并沒有加速度)時，加速度傳感器的讀取結(jié) 果是g = 9.81m/s2。同樣，當移動終端自由落體運動時，因為快速向下的加速度是9.81m/s2， 所W加速度傳感器讀取的結(jié)果是g = 〇m/s2。因此要測量移動終端的實際加速度，重力作用 的影響必須要從加速度傳感器數(shù)據(jù)中刪除。運種問題可W通過高通濾波來實現(xiàn)，而重力加 速度通過低通濾波器來分離。實際可W使用很多技術(shù)來過濾傳感器數(shù)據(jù)。本發(fā)明使用過濾 器常量(alpha)來創(chuàng)建一個低通濾波器，運個過濾器常量是由時間常量(t)和傳感器事件報 送頻率(dt)推導出來的，t大致等于過濾器觸發(fā)傳感器事件的間隔時間。
[0029] 低通濾波：重力加速度分離，gravity[i]=alpha X gravity [i] + ( 1-alpha) X g.event.value[i]
[0030] 高通濾波：線性加速度的提取，linea;r_accelcration[i ] = g. event. value[i ]- gravity!! i]
[0031 ] 其中曰1地曰=1：/(1+?。?，邑.6￥6]11：.￥曰1116[；[]是從線性傳感器傳遞的數(shù)據(jù)，；[為1、2、3 分別代表x、y、z。
[0032] 進一步求得某一時刻移動終端在=維空間中的速度變化和一段時間內(nèi)各個方向 的位移，Vi = ai X肌，Si = Vo+ai X (肌)^2，Vi為該時刻的速度，肌兩次測量的時間間隔，Eii為 高通濾波提取出來的=維空間線性加速度。
[0033] 計算得到一定時間t內(nèi)各個軸的實際位移
[0034] b.分析移動終端的姿態(tài)
[0035] 移動終端姿態(tài)在本發(fā)明中主要指移動終端相對地球的物理方位，聯(lián)合使用加速度 計、地磁傳感器、getRotationMatrixO方法來獲取旋轉(zhuǎn)矩陣和傾角矩陣 (getRotationMa化ixO方法是由系統(tǒng)提供的），但處理工作比較繁重，得到的移動終端姿態(tài) 精度和準確度會有所降低（只有在翻滾度為0時此傳感器的數(shù)據(jù)才是可靠的）。因此一般情 況下忽略移動終端翻滾度，如需獲取移動終端的運動軌跡還需結(jié)合巧螺儀進行分析。
[0036] C.獲取移動終端的角度變化
[0037] 移動終端的角度變化是由巧螺儀得到的，巧螺儀可W捕捉很微小的運動軌跡變 化，因此可W做高分辨率和快速反應的旋轉(zhuǎn)，但不能測量當前的運行方向。由巧螺儀可W得 到移動終端圍繞Xyz=個軸旋轉(zhuǎn)的角速度，對得到的角速度求和，即可得到移動終端在一段 時間內(nèi)的角度變化。具體公式為:Angle[ i] = Ea. event. value[i ] X 肌，a. event. value[i ] 為從巧螺儀得到的數(shù)據(jù)，i為1、2、3分別代表x、y、z，dT為兩次獲取角速度的時間間隔。
[0038] (4)數(shù)據(jù)傳遞
[0039] 通過數(shù)據(jù)分析模塊得到了移動終端的移動速度、角度變化、方位信息等，就可W根 據(jù)根據(jù)移動終端需求，如只需判斷左右或者上下移動，則將加速度將分析得到的傳感器數(shù) 據(jù)，根據(jù)需要發(fā)送相應指令到服務器，服務器根據(jù)收到的指令交互場景中的對象做出相應 變化。
【主權(quán)項】
1. 一種基于移動終端的多人人機交互方法，其特征在于，包括以下步驟： 采用加速度傳感器得到加速度，采用陀螺儀得到角速度，采用磁場傳感器測量移動終 端周圍的磁場強度； 根據(jù)加速度傳感器檢測得到的加速度，采用低通濾波對重力加速度進行分離，即 gravity[i] = alphaXgravity[i] + (1-alpha) Xg·event · value[i]，采用高通濾波對線性 加速度進行提取，linear_accelcration[i] = g.event· value[i]_gravity[i]，其中，alpha = t/(t+dT)，g. event. value[i]是從線性傳感器傳遞的數(shù)據(jù)，i為1、2、3分別代表x、y、z，進 一步求得某一時刻移動終端在三維空間中的速度變化和一段時間內(nèi)各個方向的位移，Vi = ai X dT，SiiVo+ai X (dT)2/2，Vi為該時刻的速度，dT兩次測量的時間間隔，ai為高通濾波提 取的三維空間線性加速度，計算得到一定時間t內(nèi)各個軸的實際位移根據(jù)檢測到的周圍磁場強度，計算出移動終端姿態(tài)，即移動終端相對地球的物理方位， 聯(lián)合使用加速度計、地磁傳感器以及系統(tǒng)提供的getRotationMatrix()方法來獲取旋轉(zhuǎn)矩 陣和傾角矩陣； 由陀螺儀得到移動終端圍繞xyz三個軸旋轉(zhuǎn)的角速度，對角速度求和，得到移動終端在 一段時間內(nèi)的角度變化，具體公式為Angle[i ] = Σa · event · value[i ] X dT，a· event · value [i]為從陀螺儀得到的數(shù)據(jù)，i為1、2、3分別代表x、y、z，dT為兩次獲取角速度的時間間隔； 得到移動終端的移動速度、角度變化、方位信息后，結(jié)合移動終端需求，包括判斷左右 或者上下移動，將加速度將分析得到的傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送指令到服務器，服務器根據(jù)收到的 指令交互場景中的對象做出變化。2. 如權(quán)利要求1所述的基于移動終端的多人人機交互方法，其特征在于，本方法采用 UDP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議搭建通信環(huán)境。
【文檔編號】G06F3/01GK105955467SQ201610264805
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】黃戈, 李煒, 王家福, 張賜, 王晟, 張毓茜, 呂思
【申請人】四川川大智勝軟件股份有限公司, 四川大學