多方位沉浸式空间虚实交互方法与流程

本发明涉及虚拟现实，特别涉及多方位沉浸式空间虚实交互方法。

背景技术：

1、随着科技的快速发展，虚拟现实技术已经成为一个多学科融合的前沿领域，广泛应用于娱乐、教育、医疗等多个行业；虚拟现实技术通过创建一个沉浸式的三维环境，使用户能够体验到仿佛身临其境的感觉，这不仅极大地丰富了用户的感官体验，也为传统的交互方式带来了技术性的改变。

2、尽管虚拟现实技术在多个领域展现出巨大的潜力，但在实际应用中仍面临着一些问题：

3、传统的虚拟现实交互方法主要集中在视觉和听觉的模拟上，往往忽视了用户在体验过程中的生理状态监测和评估，导致用户在长时间沉浸式体验中出现不适感，甚至引发晕动症等不良反应；

4、同时在进行生理状态监测和评估时，往往只考虑单一指标的变动，没有综合多个生理指标进行全面评估，导致评估准确性和全面性较差。

5、为此，推出多方位沉浸式空间虚实交互方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供多方位沉浸式空间虚实交互方法，以解决上述背景技术提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：多方位沉浸式空间虚实交互方法，包括：

3、实时捕捉：利用预先布设的多组传感器阵列实时捕捉用户在现实空间中的动作和位置信息；

4、在一个特定的交互空间内布置多个高精度传感器，包括但不限于摄像头、运动捕捉器、压力传感器等；

5、构建环境：集合三维建模技术，构建一个与现实空间相对应的虚拟环境，并利用实时渲染技术，根据用户的动作和位置信息，动态调整虚拟环境中的元素；

6、根据处理后的数据，系统动态调整虚拟环境中的元素，如虚拟角色、物体的位置和行为等；

7、用户通过头戴式显示器看到与现实动作同步的虚拟场景，通过音频系统听到相应的声音效果，通过触觉反馈设备感受到相应的触觉反馈；

8、过程监测：在用户体验过程中，通过集成的生理传感器监测用户的生理指标；生理指标包括心率指标、皮肤电导指标、体温指标以及呼吸状态指标；对用户所监测的心率指标、皮肤电导指标、体温指标以及呼吸状态指标分别进行分析，得到心率评估指数ma、皮肤电导评估指数mb、体温评估指数mc以及呼吸评估指数md；对用户所监测的生理指标分析结果进行综合处理，得到用户的状态评估指数ysf；生理传感器包括心率传感器、皮肤电导传感器、体温传感器和呼吸监测带；

9、具体为：

10、将用户开始体验的时间点标记为起始点，从起始点开始计时，设定监测用户生理指标的时间段，在到达设定的监测时间段时，提取用户在当前监测时间段内的生理指标；

11、利用心率传感器采集设定监测时间段内用户各时间点的心率数值，由此构建用户在设定监测时间段内的心率变化折线图；绘制各时间点用户心率数值对应在折线图内的数值点，连接相邻数值点得到心率线；

12、确定当前用户的基线心率，基线心率在用户处于安静和放松状态时测量心率，以此作为基线心率；

13、绘制用户基线心率对应在折线图内的阈值线，将位于阈值线上方的数值点标记为超阈点，并以各组超阈点为起始点，构建各组超阈点与阈值线之间的垂直线段，计算各组垂直线段的长度并进行累加，作为用户的心率超值；

14、同时计算各条心率线的斜率以及与水平线的夹角，若某一条心率线与水平线的夹角为锐角，则将该条心率线的斜率标记为下降斜率，若某一条心率线与水平线的夹角为钝角，则将该条心率线的斜率标记为上升斜率，分别对各组上升斜率和下降斜率进行累加，得到上升心值和下降心值，并计算上升心值与下降心值之间的比值，得到心率比；即上升心值/下降心值；

15、获取用户的年龄和性别，从数据库内提取用户性别所对应的各组年龄取值范围，设定每组年龄取值范围分别对应一个用户的心率数据包，其中心率数据包内包括心率超值和心率比的最大允许值；将用户的年龄与各组年龄取值范围进行匹配，从而得到用户的心率数据包；

16、将用户的心率超值和心率比分别标记为ga和gb；心率超值和心率比所对应的最大允许值分别标记为和；

17、依据公式对上述参数进行加权计算，由此得到用户的心率评估指数ma；其中e1和e2分别为用户心率超值ga和心率比gb的影响权重因子；

18、综上所述通过综合分析用户的心率数据，提供了一种全面、实时且个性化的生理状态监测和评估方法；

19、确定当前用户的基线皮肤电导，基线皮肤电导在用户处于安静和放松状态时测量皮肤电导，以此作为基线皮肤电导；

20、利用皮肤电导传感器采集设定监测时间段内用户的皮肤电导数据，对采集的皮肤电导数据进行滤波处理，并根据基线皮肤电导，识别用户在设定监测时间段内皮肤电导数据高于基线皮肤电导的时间段，将识别的时间段进行累加，得到用户皮肤电导超出的持续时长；

21、基于用户在设定监测时间段内皮肤电导数数据，从中提取皮肤电导数据的最高值，得到用户皮肤电导超出的电导峰值；计算用户电导峰值与基线皮肤电导之间的比值，作为用户的电导比；

22、分别预设用户持续时长和电导比的权重系数，将用户的持续时长和电导比分别与对应预设的权重系数相乘，然后求和得到用户的皮肤电导评估指数mb；

23、通过加权计算持续时长和电导比，构建了皮肤电导评估指数mb，综合反映了用户的情绪激发或压力状态；

24、获取用户当前体验环境在设定监测时间段内各时间点的温度数值，并进行均值的计算，由此得到用户当前体验环境在设定监测时间段内的温度评估值；

25、根据用户当前体验环境在设定监测时间段内的温度评估值，得到用户的参考体温值；预设温度评估值所对应的各组评估取值范围，设定每组评估取值范围分别对应一个用户的参考体温值；将用户当前体验环境在设定监测时间段内的温度评估值与预设的各组评估取值范围进行匹配，由此得到用户的参考体温值；

26、利用体温传感器采集设定监测时间段内各时间点用户的体温数据，利用标准差公式对各时间点用户的体温数据进行计算，得到用户的体温波动值；同时从各时间点用户的体温数据中提取最高体温数据，作为用户的体温峰值；

27、计算用户体温峰值与参考体温值之间的比值，从而得到体温比；

28、分别预设体温比和体温波动值的权重系数，将用户在设定监测时间段内的体温比和体温波动值分别与对应的权重系数相乘，然后求和得到用户的体温评估指数mc；

29、当环境温度升高时，人体可能会通过扩张血管和增加汗液分泌来散热，导致体表温度升高；相反，当环境温度降低时，人体会通过收缩血管和减少汗液分泌来减少热量散失，这可能导致体表温度降低，加入对体验环境温度的评估，提高了分析的准确性；

30、通过构建体温评估指数mc，综合考虑体温比和体温波动值，为用户提供了一个全面的体温状态指标；

31、确定当前用户的基线呼吸频率，基线呼吸频率在用户处于安静和放松状态时测量每分钟呼吸次数，以此作为基线呼吸频率；

32、利用呼吸监测带采集设定监测时间段内每分钟用户的呼吸频率，将设定监测时间段内每分钟用户的呼吸频率分别与基线呼吸频率进行比值的计算，从而得到设定监测时间段内每分钟用户的频率比；

33、对各组频率比进行均值的计算，由此得到用户在设定监测时间段内的呼吸评估指数md；

34、通过累加频率比并计算平均值，得到呼吸评估指数md，综合反映了用户在监测时间段内的呼吸状态；

35、提取用户在设定监测时间段内的心率评估指数ma、皮肤电导评估指数mb、体温评估指数mc以及呼吸评估指数md，并代入公式进行加权计算，由此得到用户在设定监测时间段内的状态评估指数ysf；其中、、以及分别表示心率评估指数ma、皮肤电导评估指数mb、体温评估指数mc以及呼吸评估指数md所对应的最大允许指数，根据用户的性别以及年龄进行具体设定；、、以及分别为心率评估指数ma、皮肤电导评估指数mb、体温评估指数mc以及呼吸评估指数md的影响权重因子；

36、通过综合评估心率、皮肤电导、体温和呼吸状态，提供更全面的用户状态评估；

37、监测评估：基于用户体验过程中所得到的状态评估指数ysf，对用户在体验过程中的所属状态等级进行确定；状态等级分为放松状态、紧张状态以及不适状态；

38、具体为：

39、预设状态评估指数ysf的各组指数取值范围，设定每组指数取值范围分别对应一个状态等级；

40、将用户在设定监测时间段内的状态评估指数ysf与预设的各组指数取值范围进行匹配，从而得到用户在设定监测时间段内的状态等级；

41、状态评估指数处于偏低时，则对应匹配得到的状态等级为放松状态；

42、状态评估指数处于偏高时，则对应匹配得到的状态等级为紧张状态；

43、状态评估指数处于较高时，则对应匹配得到的状态等级为不适状态；

44、适时调整：基于用户在体验过程中的所属状态等级，从而执行相应的操作；

45、具体为：

46、若用户在设定监测时间段内所匹配得到的状态等级为放松状态，首先向用户发送动态增强信令，用户通过交互设备提示进行操作，若用户确认所发送的动态增强信令，则基于预设的设置提高虚拟场景的动态性，并增加互动元素；若用户拒绝所发送的动态增强信令，则保持现状；互动元如虚拟宠物或自然景观；

47、若用户在设定监测时间段内所匹配得到的状态等级为紧张状态，首先降低声音效果的强度，并改变虚拟场景内的视觉元素，提供自然风光所对应的视觉元素，自然风光所对应的视觉元素包括森林、海滩以及湖泊，同时实时监测并分析用户在下一设定监测时间段内的状态评估指数ysf，若匹配状态等级仍然为紧张状态，则向用户发送停止申请信令，用户通过交互设备提示进行操作，若用户确认所发送的停止申请信令，则立即暂停当前的沉浸式体验，若用户拒绝所发送的停止申请信令，则继续当前的沉浸式体验；

48、若用户在设定监测时间段内所匹配得到的状态等级为不适状态，则触发预警后，立即暂停当前的沉浸式体验，避免不适状态的进一步恶化，同时记录用户的不适时间和生理数据；用于后续分析和预防措施的制定；

49、用户反馈：用户体验结束后，基于提供详细的体验数据表；体验数据表包括用户的状态评估指数ysf和体验调整历史；用户可以根据体验数据表反馈优化下次体验的设置。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

51、本发明通过在用户体验过程中，设定监测用户生理指标的时间段，在到达设定的监测时间段时，集成生理传感器采集设定监测时间段内用户的心率、皮肤电导、体温以及呼吸状态生理指标，并由此得到用户在设定监测时间段内的状态评估指数，通过综合评估心率、皮肤电导、体温和呼吸状态，提供更全面的用户状态评估，基于用户体验过程中所得到的状态评估指数，对用户在体验过程中的所属状态等级进行确定，从而解决了现有技术中忽视了用户在体验过程中的生理状态监测和评估，导致用户在长时间沉浸式体验中出现不适感的问题；

52、本发明通过预设状态评估指数的各组指数取值范围，设定每组指数取值范围分别对应一个状态等级，将用户在设定监测时间段内的状态评估指数与预设的各组指数取值范围进行匹配，从而得到用户在设定监测时间段内的状态等级，并基于用户的状态等级执行相应的操作，从而保证了用户在体验过程中的体验感和安全性。