虚拟现实交互系统和方法 |
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| 申请号 | CN201610643236.6 | 申请日 | 2016-08-08 | 公开(公告)号 | CN106249894A | 公开(公告)日 | 2016-12-21 |
| 申请人 | 南方科技大学; | 发明人 | 郝祁; 兰功金; 梁锦豪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 公开了一种 虚拟现实 交互系统和方法，其中所述虚拟现实交互系统包括：智能地毯，包括多个传感单元，所述传感单元用于在受到目标物体的压 力 作用时导通；运动信息采集器，与所述多个传感单元电连接，用于根据所述智能地毯的多个传感单元的导通情况，获取目标物体的运动信息；处理器，与所述运动信息采集器电连接，用于根据所述目标物体的运动信息获取所述目标物体在虚拟现实场景中的 位置 信息和方向信息； 头戴式显示器 ，用于显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。本发明提供了一种结构和生产工艺简单、设备成本低以及信息处理量小的虚拟现实交互系统和方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种虚拟现实交互系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 虚拟现实交互系统和方法技术领域[0001] 本发明涉及虚拟现实领域，具体涉及一种虚拟现实交互系统和方法。 背景技术[0003] 在虚拟现实中,用户能获得身临其境的沉浸式体验。其中，用户需要通过移动身体位置给虚拟现实系统发送运动的方向和速度指令，以实现同步的虚拟场景视觉内容变换。在现有虚拟现实技术中，获取用户人体运动指令的方法主要有以下两种： [0004] (1)全向跑步机捕捉人体运动命令，用户可以在全向跑步机上的任意方向移动，以实现虚拟现实中场景视觉的转换。全向跑步机可以捕捉用户的移动方向、移动速度，并发送给虚拟现实系统，实现用户与虚拟现实的交互。 [0005] (2)基于计算机视觉的方法，摄像头捕捉用户交互命令(例如leap motion，Kinect等)。基于计算机视觉的方法是一种常见的人体运动信息捕捉方法，通过摄像头捕捉人体运动图像，并传输到计算机系统处理，最后得出用户的交互控制指令，实现用户与虚拟现实的交互。 [0006] 以上两种常用的用户与虚拟现实交互的方法都存在一定的缺点。 [0007] (1)基于全向跑步机的人体运动指令捕捉方法，设备机械结构复杂，全向跑步机需要复杂的全向履带及驱动技术。同时，带来了较高的设备故障率，以及较高的成本，并且需要专门的安装空间。另外全向跑步机的交互指令捕捉方法降低了用户在虚拟现实沉浸式体验中的真实感。最后，全向跑步机经常需要用户穿上定制的鞋，这大大降低了全向跑步机的虚拟现实交互的易用性和便捷性。 [0008] (2)基于计算机视觉的人体运动指令捕捉方法，通常需要使用庞大的计算机和高清摄像头系统，复杂的硬件支持带来大运算量和能耗，以及昂贵的价格等缺点。同时，该方法硬件体积大，需要占用专用的体积空间，在使用过程中需要专业的安装和调试，制约了此种方法的易用性和便捷性。 发明内容[0010] 一方面，本发明实施例提供了一种虚拟现实交互系统，包括： [0011] 智能地毯，包括多个传感单元，该传感单元用于在受到目标物体的压力作用时导通； [0012] 运动信息采集器，与多个传感单元电连接，用于根据上述智能地毯的多个传感单元的导通情况，获取目标物体的运动信息； [0013] 处理器，与运动信息采集器电连接，用于根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息； [0014] 头戴式显示器，用于显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像，即虚拟现实场景。 [0015] 示例性地，传感单元包括第一导电层、第二导电层，以及位于第一导电层和所述第二导电层之间的镂空绝缘层，在传感单元受到目标物体的压力作用时，第一导电层与所述第二导电层接触，该传感单元导通。 [0016] 示例性地，上述多个传感单元的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形，多个传感单元的分布为多边形分布、圆形分布、椭圆形分布或者不规则图形分布。 [0017] 示例性地，镂空绝缘层包括间隔设置的镂空部和非镂空部，其中，非镂空部连成一体，镂空部与非镂空部的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形。 [0018] 示例性地，目标物体的运动信息包括目标物体的运动速度和运动方向。 [0019] 另一方面，本发明实施例提供一种基于上述任一所述的虚拟现实交互系统的虚拟现实交互方法，包括： [0020] 运动信息采集器根据智能地毯的多个传感单元的导通情况，获取目标物体的运动信息，该传感单元在受到目标物体的压力作用时导通； [0021] 处理器根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息； [0022] 在头戴式显示器显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像，即虚拟现实场景。 [0023] 示例性地，传感单元包括第一导电层、第二导电层，以及位于第一导电层和第二导电层之间的镂空绝缘层，在传感单元受到目标物体的压力作用时，第一导电层与第二导电层接触，该传感单元导通。 [0024] 示例性地，上述多个传感单元的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形，多个传感单元的分布为多边形分布、圆形分布、椭圆形分布或者不规则图形分布。 [0025] 示例性地，镂空绝缘层包括间隔设置的镂空部和非镂空部，其中，非镂空部连成一体，镂空部与非镂空部的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形。 [0026] 示例性地，目标物体的运动信息包括目标物体的运动速度和运动方向。 [0027] 本发明实施例提供了一种虚拟现实交互系统和方法，该虚拟现实交互系统包括智能地毯，其中智能地毯包括多个传感单元，该传感单元用于在受到目标物体的压力作用时导通；运动信息采集器，用于根据智能地毯上的多个传感单元的导通情况获取目标物体的运动信息；处理器，用于根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息；头戴式显示器，用于显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。本发明实施例提供的虚拟现实交互系统和方法，实现了同步的虚拟现实场景视觉内容变换，具有结构和生产工艺简单、设备成本低、安装与使用方便以及信息处理量小等优点。附图说明 [0028] 图1是本发明实施例一提供的虚拟现实交互系统的示意图； [0029] 图2是本发明实施例二提供的传感单元的结构示意图； [0030] 图3是本发明实施例二提供的传感单元的镂空绝缘层的结构示意图； [0031] 图4是本发明实施例三提供的虚拟现实交互方法的流程图； 具体实施方式[0032] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。 [0033] 实施例一 [0034] 图1是本发明实施例一提供的虚拟现实交互系统的示意图。本发明实施例一提供的虚拟现实交互系统可以应用于各种虚拟现实场景，实现用户与虚拟现实的交互，为用户提供身临其境的沉浸式体验。 [0035] 本实施例提供的虚拟现实交互系统，包括： [0036] 智能地毯110，包括多个传感单元111，该传感单元111用于在受到目标物体的压力作用时导通； [0037] 运动信息采集器120，与多个传感单元111电连接，用于根据上述智能地毯的110多个传感单元111的导通情况，获取目标物体的运动信息。示例性地，本实施例上中目标物体的运动信息包括目标物体的运动速度和运动方向。 [0038] 处理器130，与运动信息采集器120电连接，用于根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息； [0039] 头戴式显示器140，用于显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。 [0040] 本发明实施例一中，智能地毯110包括多个传感单元111，其中传感单元111的数量越多，本实施例提供的虚拟现实交互系统对目标物体运动信息的分辨率越高。本实施例提供的虚拟现实交互系统可以根据实际的应用要求，设计不同数量的传感单元111，因此使得本发明的制作设计更加灵活。传感单元111可以识别该单元内是否有目标物体的压力信息，当目标物体给传感单元111压力时，该传感单元111导通。 [0041] 优选地，传感单元111可以具有唯一的一个编号，当某个传感单元111导通时，运动信息采集器120识别并获取该导通的传感单元111的编号，即当智能地毯110上的传感单元111识别到目标物体的压力信息时，智能地毯110输出该导通的传感单元111的编号。通过实时刷新智能地毯110的输出状态，运动信息采集器120获取单位时间内目标物体在智能地毯 110上的运动产生的压力使得传感单元111导通的个数和方向，进而获取目标物体在智能地毯110上的运动速度和运动方向。 [0042] 另外，本发明实施例一中，处理器130根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息，并获取与上述位置信息和方向信息匹配的场景图像，具体为：当目标物体出现在智能地毯110上时，本实施例提供的虚拟现实交互系统将目标物体在智能地毯110上的当前位置定为虚拟现实场景中的原点位置，其中，当前位置原则上可以为智能地毯110上的任意位置，不过为了提高用户体验，一般设在智能地毯110的中心位置；目标物体在智能地毯110上运动产生的压力使得相应的传感单元111导通，运动信息采集器120获取单位时间内传感单元111导通的编号和方向，进而获取目标物体在智能地毯110上的运动速度和运动方向，经过一段时间后，对目标物体的运动信息进行实时刷新，通过目标物体的运动速度和时间的乘积以及运动方向得到目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息，并获取与上述位置信息和方向信息匹配的场景图像，实现虚拟现实场景的对应变换，完成虚拟现实场景与目标物体运动速度与方向的交互。 [0043] 通过实时刷新智能地毯110中传感单元111对目标物体运动速度和方向的采集，以及虚拟现实场景中位置与方向的匹配与变换，实现虚拟现实场景与目标物体运动信息的实时交互。 [0044] 本发明实施例一中，头戴式显示器140，包括虚拟现实眼镜，或虚拟现实头盔，具体用于显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。 [0045] 与现有技术相比，本实施例提供的虚拟现实交互系统结构和生产工艺简单、设备成本低、安装与使用方便，不需要专门的安装空间，将智能地毯铺设于地面即可，而且不需要复杂的硬件支持，处理器只需要接收并处理传感单元的导通情况即可，信息处理量较小。 [0046] 本发明实施例一提供了一种虚拟现实交互系统，该虚拟现实交互系统包括智能地毯，其中智能地毯包括多个传感单元，该传感单元用于在受到目标物体的压力作用时导通；运动信息采集器，用于根据智能地毯上的多个传感单元的导通情况获取目标物体的运动信息；处理器，用于根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息；头戴式显示器，用于显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。本发明实施例提供的虚拟现实交互系统，实现了同步的虚拟现实场景视觉内容变换，具有结构和生产工艺简单、设备成本低、安装与使用方便以及信息处理量小等优点。 [0047] 实施例二 [0048] 图2是本发明实施例二提供的传感单元的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上进行优化，如图2所示，本实施例提供的虚拟现实交互系统中智能地毯上的传感单元111包括第一导电层111A、第二导电层111B，以及位于第一导电层111A和第二导电层111B之间的镂空绝缘层111C，在传感单元受到目标物体的压力作用时，第一导电层111A与第二导电层111B接触，该传感单元111导通。 [0049] 示例性地，上述多个传感单元111的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形，所述多个传感单元111的分布为多边形分布、圆形分布、椭圆形分布或者不规则图形分布。 [0050] 每个传感单元111的第一导电层111A和第二导电层111B通过引线引出，以与运动信息采集器电连接。 [0051] 本发明实施例二中，传感单元111能识别该单元内是否有目标物体的压力信息，当受到目标物体的压力作用时，传感单元111的第一导电层111A和第二导电层111B在压力的作用下发生形变，通过目标物体和地面的挤压使得第一导电层111A和第二导电层111B接触，则该传感单元111导通。传感单元111上没有压力信息时，镂空绝缘层111C起支撑作用，使第一导电层111A和第二导电层111B分离，传感单元111不导通。 [0052] 每个传感单元111的第一导电层111A和第二导电层111B通过引线引出，以与运动信息采集器电连接，当某个传感单元111导通时，运动信息采集器能够识别该导通的传感单元111。优选地，传感单元111可以具有唯一的一个编号，当某个传感单元111导通时，运动信息采集器识别并获取该导通的传感单元111的编号。 [0053] 优选地，传感单元111的形状可以为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形等，本发明实施例对传感单元111的形状不做具体限定。另外，传感单元111在智能地毯上的分布可以呈多边形分布、圆形分布、椭圆形分布或者不规则图形分布等，本发明实施例对传感单元111的分布也不做具体限定，传感单元111可以根据智能地毯铺设的场地情况以任意形状分布。例如，场地中间有柱子等障碍物时，传感单元111可以绕过柱子分布，只要每个传感单元有编号，且与虚拟现实空间对应即可。 [0054] 示例性地，镂空绝缘层包括间隔设置的镂空部和非镂空部，其中，非镂空部连成一体，镂空部与非镂空部的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形。 [0055] 图3是本发明实施例二提供的传感单元的镂空绝缘层的结构示意图。如图3所示，镂空绝缘层111C包括间隔设置的镂空部111C1和非镂空部111C2，即镂空绝缘层111C采用间隔镂空的形式，由多个间隔镂空的小方格组成，这样的结构用于传感单元有诸多好处。 [0056] 首先，相对于一般中间镂空，四周不镂空的结构，本实施例提供的间隔镂空的镂空绝缘层111C可以有效避免传感单元的误导通。因为采用中间镂空，四周不镂空结构的绝缘层时，长时间使用之后，传感单元的第一导电层和第二导电层会发生形变，这样，即使传感单元不受到压力作用，其第一导电层和第二导电层也可能会接触，进而导致传感单元导通，使得传感单元的灵敏度降低。而本实施例提供的间隔镂空的镂空绝缘层111C可以在传感单元不受到目标物体的压力作用时起到很好的支撑作用，有效避免第一导电层和第二导电层因形变接触以及传感单元误导通。 [0057] 其次，采用间隔镂空结构的镂空绝缘层111C可以做到很薄，同样可以起到很好的支撑作用，这样可以有效减小传感单元以及智能地毯的厚度，节约成本。而且本实施例提供的间隔镂空的镂空绝缘层111C对镂空部111C1打孔的要求不高，即使有一些镂空部111C1的打孔不符合要求，也不影响镂空绝缘层111C的作用，使得传感单元的制作工艺更加简单。 [0058] 优选地，镂空部111C1和非镂空部111C2的形状可以为多边形，也可以为圆形、椭圆形或者不规则图形等，本发明实施例对此不做具体限定。 [0059] 本发明实施例二提供的虚拟现实交互系统，其传感单元包括第一导电层、第二导电层，以及位于第一导电层和第二导电层之间的镂空绝缘层，通过目标物体的压力作用使得第一导电层与第二导电层接触，传感单元导通，其中镂空绝缘层采用间隔镂空的结构，这样的结构使得传感单元的制作工艺更加简单，可以减小传感单元及智能地毯的厚度，节约成本，以及有效避免传感单元的误导通。 [0060] 实施例三 [0061] 图4是本发明实施例三提供的虚拟现实交互方法的流程图。本实施例提供一种虚拟现实交互方法，包括： [0062] S410、运动信息采集器根据智能地毯的多个传感单元的导通情况，获取目标物体的运动信息，该传感单元在受到目标物体的压力作用时导通； [0063] S420、处理器根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息； [0064] S430、在头戴式显示器显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。 [0065] 示例性地，传感单元包括第一导电层、第二导电层，以及位于第一导电层和第二导电层之间的镂空绝缘层，在传感单元受到目标物体的压力作用时，第一导电层与第二导电层接触，该传感单元导通。 [0066] 示例性地，上述多个传感单元的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形，多个传感单元的分布为多边形分布、圆形分布、椭圆形分布或者不规则图形分布。 [0067] 示例性地，镂空绝缘层包括间隔设置的镂空部和非镂空部，其中，非镂空部连成一体，镂空部与非镂空部的形状为多边形、圆形、椭圆形或者不规则图形。 [0068] 示例性地，目标物体的运动信息包括目标物体的运动速度和运动方向。 [0069] 本发明实施例提供了一种虚拟现实交互方法，该虚拟现实交互方法包括：运动信息采集器根据智能地毯上的多个传感单元的导通情况获取目标物体的运动信息；处理器根据目标物体的运动信息获取该目标物体在虚拟现实场景中的位置信息和方向信息；在头戴式显示器显示目标物体在虚拟现实中对应的场景图像。本发明实施例提供的虚拟现实交互方法，实现了同步的虚拟现实场景视觉内容变换，具有结构和生产工艺简单、设备成本低、安装与使用方便以及信息处理量小等优点。 [0070] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。 |
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