沉浸式虚拟空间交互系统的制作方法

本发明涉及虚拟交互，具体为沉浸式虚拟空间交互系统。

背景技术：

1、随着信息技术的快速发展，虚拟交互技术已经成为一个活跃的研究领域，它通过模拟现实世界的交互方式，为用户提供沉浸式的体验。沉浸式虚拟空间交互系统旨在通过高度仿真的虚拟环境，实现用户与虚拟世界的自然交互，从而增强用户体验。

2、然而，现有的虚拟交互系统存在一些限制和不足，主要表现在以下几个方面：

3、交互方式的单一性：许多系统仅支持有限的交互方式，如键盘、鼠标或简单的手势识别，这限制了用户与虚拟空间的自然互动；

4、沉浸感体验的不足：由于交互方式的局限性，用户很难获得深度的沉浸体验，这影响了用户对虚拟环境的感知和交互的自然性；

5、用户意图识别的准确性：现有系统在识别用户意图时往往存在误差，导致交互效率低下，用户体验不佳；

6、交互优化的缺乏：缺少对用户交互行为的深入分析和优化，导致无法根据用户的具体需求和偏好提供个性化的交互体验；

7、为了解决上述缺陷，现提供技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有虚拟交互技术在提供自然、高效、个性化的沉浸式体验方面存在明显不足的问题，而提出沉浸式虚拟空间交互系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、沉浸式虚拟空间交互系统，包括：

4、感知模块，用于通过感知设备捕捉用户的肢体动作和面部表情；

5、数据处理模块，用于对感知模块收集的数据进行实时处理，包括数据融合及用户意图识别；

6、图形渲染模块，用于根据处理后的数据实时渲染虚拟空间的图形；

7、交互模块，用于提供用户与虚拟空间交互的界面，并为用户提供最优的交互方式，具体步骤如下：

8、首先通过用户的历史交互数据及交互方式的热度数据分析用户的需求和期望，确定用户的交互方式，针对交互过程中不同步骤提供不同交互方式，并对每个步骤中提供的若干个交互方式进行优先级的判断；

9、具体通过采集每个步骤不同交互方式的评价因素综合分析得到使用频率、交互时间、错误率、用户满意度评分、学时值及消耗值，分别标定为sp、js、wl、mp、xs及hs，归一化处理后代入以下公式：以得到优判值ypz，并以此优判值ypz作为衡量交互过程中各步骤提供的不同优化方式的优先级判断标准；

10、将不同优化方式得到的优判值ypz按照大小进行排序，并选取优判值ypz最高的优化方式作为该步骤使用的优化方式；

11、然后根据用户研究和应用场景，确定交互技术；

12、优化模块，用于对用户交互的沉浸感体验进行优化。

13、进一步的，所述交互模块中的评价因素包括使用频率、交互时间、错误率、用户满意度评分、学习曲线及资源消耗；

14、其中使用频率为用户选择该交互方式的频率；

15、交互时间为通过该交互方式完成该步骤交互的所有时间；

16、错误率为用户通过该交互方式所犯的错误次数与总使用次数的占比；

17、用户满意度评分为用户对该交互方式的满意度评分，当存在两个或两个以上的用户评分时，计算评分均值；

18、学习曲线为该交互方式所有第一次使用的用户掌握的时间均值，并记为学时值；

19、资源消耗为该交互方式对系统资源的效果，包括cpu、内存及电池的消耗，归一化处理后分别乘以预设的权重系数并求和以得到消耗值，并以此消耗值作为衡量该交互方式的资源消耗的标准。

20、进一步的，所述优化模块对用户交互的沉浸感体验进行优化的具体操作步骤如下：

21、首先对用户的交互反馈进行评判，判断目前的交互的沉浸感是否达到用户的预期，当判断交互的沉浸感未达到用户的预期，并对交互进行优化，具体优化步骤如下：

22、首先采用隐藏式反馈，使用微妙的反馈，包括低于预设音量的声音或触觉变化；

23、通过对用户的交互意图进行预测，并提前准备交互反馈，减少用户交互时的等待时间，同时根据用户行为自动调整交互的提示强度；

24、再将交互提示与虚拟环境的上下文自然融合，使交互提示不显眼，同时在用户初次使用时提供指导，随着用户的使用次数达到若干个阶梯，逐渐减少用户提示，让用户习惯交互方式；

25、设计透明的交互界面，减少对用户沉浸感的干扰，并采用直观的交互逻辑，让用户自然理解如何与虚拟空间进行交互，为用户提供自己的偏好调整，包括提示的隐藏或取消及可见性和强度的调整。

26、进一步的，所述优化模块判断目前的交互的沉浸感是否达到用户的预期的具体操作步骤如下：

27、通过采集用户的反馈参数进行综合分析，通过反馈参数分别分析得到用户参与度评分、用户留存率、用户推荐率、交互易学性评分及生判值，并分别标定为，归一化处理后代入以下公式：以得到沉判值cpz，式中分别为用户参与度评分、用户留存率、用户推荐率、交互易学性评分及生判值的预设权重系数；

28、再将计算得到的沉判值cpz与预设的沉判阈值进行比对，当沉判值cpz低于预设的沉判阈值时，则判断交互的沉浸感未达到用户的预期。

29、进一步的，所述优化模块中用户参与度评分、用户留存率、用户推荐率、交互易学性评分及生判值分析的具体操作步骤如下：

30、用户参与度评分：用户与系统交互的深度及广度并赋予1-10的综合评分，并以此评分反映用户沉浸式体验程度；

31、用户留存率：用户持续使用系统交互的时间，用于反映用户对系统交互的体验；

32、用户推荐率：用户推荐给其他人的总数量，反映用户沉浸式体验的正面效果；

33、交互易学性评分：用户针对系统交互的首次学习速度赋予1-10的评分，用于反映交互用户是否可以快速融入；

34、用户生理数据：通过获取用户的心率及呼吸频率数据，并设置标准心率及呼吸频率，计算获取用户的心率及呼吸频率超过标准心率及呼吸频率的值，分别记为超心值及超呼值；

35、对超心值及超呼值归一化处理后，以超心值作为底圆半径，超呼值为高建立圆锥体模型，计算圆锥体模型的表面积并乘以权重因子，以得到生判值，并以此生判值作为衡量用户在使用系统或交互过程中是否存在压力或兴奋情绪。

36、进一步的，所述感知模块捕捉用户的肢体动作和面部表情的具体操作步骤如下：

37、首先对用户感知装备穿戴进行检查，判断是否存在遗漏或穿戴错误的感知装备；

38、当判断存在移动或穿戴错误的感知装备时，通过交互模块中进行语音提示或文字显示，提醒用户对感知装备进行穿戴或更正；

39、再对所有感知装备进行校准，确保感知装备可以准确的捕捉用户的肢体动作和面部表情；

40、将所有感知装备的穿戴位置进行校验，确定是否存在感知装备位置穿戴不准确的情况，并针对不准确的情况进行修正提示；

41、再根据修正提示进行位置的修正，同时调整传感器位置，确保传感器与用户的身体部位对齐，并进行初始的测试验证数据的准确性；

42、然后启动感知设备，实时捕捉用户的肢体动作、面部表情和眼动，配合运动捕捉相机捕捉用户全身动作；

43、通过标记或光学追踪技术记录身体各部位的运动，并同步来自不同传感器的数据，保持数据的一致性和时间准确性，再对数据进行预处理，包括滤波和去噪。

44、进一步的，所述数据处理模块对感知模块收集的数据进行实时处理的具体操作步骤如下：

45、首先将来自不同感知设备的数据进行融合，形成一个全面的用户姿态和表情模型，使用卡尔曼滤波器或粒子滤波器算法来整合和优化数据；

46、从整合的数据中提取关键特征，关键特征为代表用户意图和行为的特征，包括肢体关节的角度、速度、加速度及面部表情的变化；

47、应用机器学习模型分析提取的特征，识别用户意图，同时训练分类器或回归模型，以预测用户的行为或命令；

48、并针对用户行为的上下文信息，优化意图识别的准确性。

49、进一步的，所述图形渲染模块根据处理后的数据实时渲染虚拟空间的图形的过程如下：

50、首先根据用户的交互和意图，在虚拟空间中构建或更新场景，使用用户的肢体动作和位置数据来定位和变换虚拟环境中的模型，根据用户的头部和眼动追踪数据，计算视角和视点；

51、应用光照模型和纹理映射，确保虚拟环境中的光照效果和材质真实感，再配置渲染参数，包括阴影、反射及透明度；

52、通过图形api执行渲染过程，针对立体视觉或vr头显，分别渲染左右眼的图像，以创建深度感；

53、再应用图像后处理效果，包括抗锯齿、色调映射及景深，同时在渲染过程中设置帧率稳定机制，以维持流畅的动画和交互，并通过gpu的异步计算能力，提高渲染效率和性能；

54、然后根据用户的注视点和视觉重要性，实施多分辨率技术，具体步骤如下：

55、通过眼动追踪确定用户的注视点，根据场景内容和用户交互，评估不同区域的视觉重要性，再根据注视点，定义一个或多个注视区域；

56、设计分辨率层次结果，从注视点向外逐渐降低分辨率，并根据用户注视点，动态调整不同注视区域的渲染分辨率，并保持注视点位置属于最高分辨率；

57、再将场景分割成多个区域或涂层，对每个区域根据视觉重要性进行独立渲染，对于注视区域外的物体，使用更低分辨率的纹理和简化的模型，并剔除注视区域外的对象，只渲染用户视线范围内的内容，同时剔除被其他对象遮挡的部分，以减少不必要的渲染计算；

58、然后通过异步计算技术，提前渲染注视区域外的内容，对注视区域进行精确的深度和模板测试，减少过绘画，并将资源密集型的后处理效果限制在注视区域内；

59、再根据用户的交互和视线移动，动态调整注视区域和分辨率，同时在保持图像质量的同时，平衡渲染性能和资源效果，并为用户提供自定义注视点渲染设置。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

61、本发明，通过分析用户的历史交互数据和交互方式的热度，提供个性化的交互方式，可根据用户的使用频率、交互时间、错误率、满意度评分等评价因素，动态调整交互方式的优先级，从而为用户提供更加自然和高效的交互体验；

62、本发明，通过隐藏式反馈、预测用户意图、自然融合交互提示以及设计透明的交互界面等手段，显著提升了用户的沉浸感，此外，系统还通过采集用户的反馈参数，如参与度评分、留存率、推荐率等，来评估和优化沉浸感体验，确保用户能够获得更加满意的虚拟空间交互体验；

63、本发明，通过图形渲染模块利用多分辨率技术和异步计算技术，根据用户的注视点和视觉重要性动态调整渲染分辨率，减少了不必要的渲染计算，提高了渲染效率和性能，同时，通过智能分配资源，优化了cpu、内存及电池的消耗，实现了资源的高效管理和利用。