虚拟现实头戴设备的位置确定和定向以及具有虚拟现实头戴
设备的游乐设施
技术领域
[0001] 本
发明涉及根据
权利要求1的前序部分所述的用于确定至少一个虚拟现实头戴设备在游乐设施中的位置的方法、根据权利要求2的前序部分所述的用于对至少一个虚拟现实头戴设备进行定向的方法以及根据权利要求14所述的游乐设施，使用所述游乐设施可实施根据本发明的方法。
背景技术
[0002] 在此和以下，虚拟现实是指在实时计算机生成的交互式
虚拟环境中对现实及其物理属性的显示和同时
感知。例如，在创建虚拟现实时会提出的要求是在真实现实中个人的感知减小的程度以及在虚拟现实中对人的识别增大的程度。这种效应被称为沉浸。
[0003] 为了产生
沉浸感，需要特殊的输出设备例如佩戴在乘客头上的虚拟现实头戴设备或头戴显示器来显示虚拟现实。
[0004] 这种输出设备的主要部件是显示单元和光学器件。显示单元从连接的数据源传送图像。光学器件传递图像并将其投影到眼睛前方。显示单元和光学器件可以集成在眼镜或数据头盔(Datenhelm)等中。
[0005] 游乐设施是已知的，其中乘客在乘坐期间佩戴虚拟现实头戴设备，在该虚拟现实头戴设备上显示与乘坐同步的乘坐虚拟现实。
[0006] 例如，JP2001062154A描述了一种由
过山车的乘客在乘坐时要佩戴的具有一副眼镜和
耳机的头盔作为
头戴式显示器，用于显示图像信息和音频信息。在该眼镜中渐现虚拟现实并通过耳机产生相关的音频信息。
[0007] EP2138213B1公开了一种方法，其中乘坐过山车的虚拟现实被成像在由乘客佩戴的一副眼镜或头戴显示器上。在这里，拍摄器件拍摄从车辆可感知的光学现实的图像。设备产生视觉
印象，这些视觉印象改变现实感知。游乐设施还具有这样的元件，该元件从由设备产生的视觉印象和由拍摄器件拍摄的图像产生整体图像并将并入的或混合的附加视觉效果进行显示。
[0008] 在虚拟现实中乘坐时至关重要的是，显示虚拟现实的虚拟现实头戴设备如此
定位和定向，使得乘客在虚拟现实中的移动几乎与真实现实中的实际移动同步。
[0009] 在已知的方法中，例如在过山车的列车中，由乘客佩戴的虚拟现实头戴设备的位置通过由乘客占用的座椅排来确定。在这里，每个虚拟现实头戴设备与确定的座椅排相关联。这种方法例如在US6179619B1中公开。在这里，也就是说，虚拟现实头戴设备只能用于预定的座椅排。该位置确定需要增加游乐设施的操作者的坐标
费用。必须注意的是，虚拟现实头戴设备分别安装并连接在正确的座椅排中。
[0010] 此外已知的是，在上车时借助游乐设施的相关车辆上或旁边的无线电
频率或
近场通信芯片将座椅排的数量发送到虚拟现实头戴设备。然而，这种用于确定虚拟现实头戴设备的位置的方法需要附加的处理步骤，该附加的处理步骤也会被遗忘。
[0011] 在真实现实中，通常可以借助罗盘来确定固定的预定方向并因此确定定向。例如可以使用磁罗盘确定磁北方向。因为在典型的过山车环境中由于众多的
钢元件和
电动机而不能使用磁罗盘来对虚拟现实进行定向，所以迄今为止必须对虚拟现实进行手动定向，例如，乘客在就座于车辆中时才戴上虚拟现实头戴设备并按照操作者的指示直视前方。在该情况下，乘客的纵轴与垂线方向叠合，使得操作者可以使虚拟现实的定向与真实现实的定向一致。纵轴是与乘客紧密相联的参考系中的竖轴。垂线方向在地球的参考系中作了定义并指向地球中心。替代地，也可以在直视期间按下按钮对虚拟现实进行定向。但是，在这里，即使稍微偏离直线方向也会导致虚拟现实的误定向，这会使乘客在虚拟现实中乘坐时引起眩晕感和恶心。
发明内容
[0012] 本发明的目的在于提供一种克服了上述缺点的用于确定虚拟现实头戴设备的位置和定向的方法。此外，本发明的目的是提供一种具有一个或多个虚拟现实头戴设备的游乐设施，尤其是过山车，该虚拟现实头戴设备的位置确定和定向在没有所述缺点的情况下进行。尤其地，在根据本发明的方法和相关的游乐设施中，能够鉴于所使用的虚拟现实头戴设备实现高度灵活性以及任何应用可能性。
[0013] 本发明的目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求2的特征的方法和根据权利要求14所述的游乐设施来实现。
[0014] 在
从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案和改进方案。
[0015] 在根据本发明的用于确定至少一个虚拟现实头戴设备在沿着游乐设施的乘坐路段移动的至少一个车辆中的位置的方法中，所述车辆收纳至少一个乘客，所述至少一个乘客在乘坐所述游乐设施期间佩戴所述虚拟现实头戴设备。当在真实现实中操作所述游乐设施时产生与乘坐所述车辆对应的虚拟现实并且所述虚拟现实显示在所述虚拟现实头戴设备上。所述游乐设施具有至少一个位置
传感器，从所述至少一个
位置传感器发出至少一个位置
信号。
[0016] 对本发明重要的是，所述虚拟现实头戴设备是移动虚拟现实头戴设备，并且所述虚拟现实头戴设备具有至少一个接收器，所述至少一个接收器评估所述位置传感器的所述位置信号，用于确定所述虚拟现实头戴设备在所述车辆中相对于所述位置传感器的位置。此外，根据本发明，所述虚拟现实头戴设备具有可拆卸和/或无线通信
接口，通过所述可拆卸和/或无线
通信接口进行在所述虚拟现实头戴设备和所述游乐设施的
数据处理设备之间的数据连接。
[0017] 这里和以下，术语“数据连接”不仅是指双向数据发送，即从数据处理设备到虚拟现实头戴设备的数据发送和从虚拟现实头戴设备到数据处理设备的数据发送，而且是指单向数据发送，例如，仅从数据处理设备到虚拟现实头戴设备的数据发送。
[0018] 在具有分配给用作车辆的各个车厢的座椅排的过山
车列车的情况下，第一乘客可以就位在相对于乘坐方向为前面的座椅排中，第二乘客可以就位在后面的座椅排中。由于座椅排不同，第一乘客和第二乘客接收位置信号作为不同的第一接收信号和第二接收信号。例如，第一接收信号的幅度、频率或强度会与第二接收信号的幅度、频率或强度不同。然后，从相应的接收信号的幅度、频率、强度或其他信号值与原始位置信号的幅度、频率、强度或其他信号值的比较中，虚拟现实头戴设备可以自动确定与其相关联的座椅排。因此，自动进行虚拟现实头戴设备在游乐设施中的位置确定。
[0019] 游乐设施例如过山车的操作者可以使用虚拟现实头戴设备自动即自行确定其位置，可以有利地节省用于位置确定的计算时间。与已知的方法，即每个虚拟现实头戴设备均将其位置信号发送到游乐设施的计算单元、并在该计算单元中针对每单个虚拟现实头戴设备均必须计算其位置的方法不同，使用根据本发明的虚拟现实头戴设备，将作为结果已经计算的位置通过可拆卸或无线通信接口发送到游乐设施的数据处理设备。由此，可以节省数据处理设备的计算时间。
[0020] 对于借助应用
软件尤其是移动App在虚拟现实头戴设备中产生虚拟现实的情况，数据处理设备可以通过通信接口向虚拟现实头戴设备发送乘坐车辆的开始信号和/或停止信号。由此，移动App开始和/或结束，并且因此虚拟现实中的乘坐与真实现实中的乘坐车辆的开始和/或停止同步地开始和/或停止。
[0021] 对乘客来说，根据本发明的移动虚拟现实头戴设备同样带来优点。因此，乘客可以佩戴和使用移动虚拟现实头戴设备，该移动虚拟现实头戴设备未固定布置在车辆中，甚至在车辆外部，例如在过山车的候车站中或者甚至在游乐设施外部。
[0022] 根据本发明的用于对至少一个虚拟现实头戴设备在沿着游乐设施的乘坐路段移动的至少一个车辆中进行定向的方法，所述车辆收纳至少一个乘客，所述至少一个乘客在乘坐所述车辆时佩戴所述虚拟现实头戴设备，其中，当在真实现实中操作所述游乐设施时产生与乘坐所述车辆对应的虚拟现实并且所述虚拟现实显示在所述虚拟现实头戴设备上，其中，所述游乐设施具有至少一个定向传感器，从所述至少一个定向传感器发出至少一个定向信号，其特征在于，所述虚拟现实头戴设备是移动虚拟现实头戴设备，所述虚拟现实头戴设备具有至少一个装置，所述至少一个装置评估所述定向传感器的所述定向信号，用于确定所述虚拟现实头戴设备在所述虚拟现实中相对于所述定向传感器的定向，以及所述虚拟现实头戴设备具有可拆卸和/或无线通信接口，通过所述可拆卸和/或无线通信接口进行在所述虚拟现实头戴设备和所述游乐设施的数据处理设备之间的数据连接。
[0023] 作为定向信号可以例如使用任何图像的反射，在最简单的情况下为条纹或
条形码的反射，该图像布置在游乐设施上并且因此同时也是定向传感器。依赖于垂直轴线，由虚拟现实头戴设备的装置从不同的视
角感知图像，该垂直轴线相对于根据假定的乘客头部倾斜的垂线方向而指向不同方向。然后，根据由虚拟现实头戴设备的装置感知定向信号所处的角度，可以自动确定虚拟现实头戴设备的垂直轴线相对于垂线方向的定向。由此，虚拟现实头戴设备自动识别真实北极与虚拟北极相比较位于哪个方向上，而乘客无须为了定向而准确地直视前方。
[0024] 游乐设施例如过山车的操作者可以使用虚拟现实头戴设备自行确定其定向，可以有利地节省用于定向确定的计算时间。与已知的方法，即每个虚拟现实头戴设备均将其定向信号发送到游乐设施的计算单元、并在该计算单元中针对每单个虚拟现实头戴设备均必须先计算其定向的方法不同，使用根据本发明的虚拟现实头戴设备，将作为结果已经计算的定向通过可拆卸或无线通信接口发送到游乐设施的数据处理设备。由此，可以节省数据处理设备的计算时间。
[0025] 对乘客来说，根据本发明的移动虚拟现实头戴设备同样带来优点。因此，乘客可以佩戴和使用移动虚拟现实头戴设备，该移动虚拟现实头戴设备未固定布置在车辆中，甚至在车辆外部，例如在过山车的候车站中或者甚至在游乐设施外部。
[0026] 优选地，将用于位置确定的方法与用于对虚拟现实头戴设备进行定向的方法进行组合。因此，虚拟现实头戴设备可以同时识别其在游乐设施中所处的位置以及其与真实现实对准的方式。
[0027] 特别优选地，所述传感器既是位置传感器又是定向传感器。因此，可以使用一个传感器来确定位置和定向。例如，可以给车辆的每个座椅排分配具有不同的条纹数量、分布和/或形状的条形码，借助条纹的数量、分布和/或形状可以对座椅排进行编码。然后，可以从具体的条形码推导出某个座椅排中的位置。然后，还根据对相应的条形码假定视角确定虚拟现实头戴设备的定向。
[0028] 有利地，所述游乐设施具有至少三个、优选至少八个位置传感器。使用三个位置传感器，可以例如通过三角测量或三边测量确定虚拟现实头戴设备在游乐设施中的位置。该三个位置传感器也可以以预定的时间间隔发送其当前位置和准确时间。虚拟现实头戴设备的接收器可以从相应的接收信号计算其自身位置。该示例类似于卫星导航方法GPS。另外，也可以从位置信号测量运行时间，可以根据该运行时间确定虚拟现实头戴设备的速度。
[0029] 也在本发明的范围内的是，例如使用安装在车辆上的速度传感器来测量车辆的速度。所测得的速度通过通信接口被传送到虚拟现实头戴设备。因此，可以使虚拟现实中的乘坐速度与真实现实中的速度同步。
[0030] 使用多个位置传感器的优点在于可以实现冗余系统。多余的位置传感器可以用于代替发生故障的位置传感器。
[0031] 在本发明的一个优选的设计方案中，所述位置信号是蓝牙、WLAN、光学信号、优选红外信号、快速响应码或条形码、磁信号、前述信号的组合或其他无线
电信号。尤其地，在使用蓝牙发送信号时，可以使用已知的蓝牙低功耗技术，该技术以极其省电的方式工作。在这里，在空间中放置有用作位置传感器的小型发送器，即所谓的蓝牙信标，该小型发送器以固定的时间间隔发送位置信号。如果虚拟现实头戴设备的接收器进入蓝牙信标的工作范围内，则可以测量所接收的信号的信号强度。当至少三个蓝牙信标在接收器的工作范围内时，可以例如通过三边测量计算接收器在二维空间中的位置。为了确定三维空间中的位置，在工作范围内需要四个蓝牙信标。
[0032] 在本发明的另一个优选的设计方案中，所述定向信号是光学信号、优选红外信号、快速响应码或条形码。通过例如对快速响应码的视觉感知，可以有利地容易识别虚拟现实头戴设备在哪个方向上定向。
[0033] 在本发明的一个有利的设计方案中，所述位置传感器和/或所述定向传感器布置在所述游乐设施的静止位置处和/或所述车辆上。例如，在过山车中，位置发送器和定向发送器可以布置在过山车的车站处。
[0034] 尤其地，至少一个摄像头集成在所述虚拟现实头戴设备中。摄像头可以用作用于检测定向信号的装置。使用摄像头可以相对容易地确定座位识别和虚拟现实头戴设备的定向。为此，将快速响应码、条形码或其他光学信号置于过山车的车站中或车辆中就够了，该快速响应码、条形码或其他光学信号由虚拟现实头戴设备的摄像头检测。然后，可以从位置、透视、代码内容或者还有信号
亮度确定所使用的虚拟现实头戴设备的位置和定向。作为摄像头可以使
用例如集成在智能手机中的摄像头，其中，智能手机置入虚拟现实头戴设备中。
[0035] 根据本发明的一个改进方案，移动终端、优选移动无线电器件或
移动电话、尤其是智能手机、平板计算机等可置于所述虚拟现实头戴设备中。移动终端也可以牢固内置于所述虚拟现实头戴设备中。同时，智能手机是用于位置确定的接收器，并且借助集成摄像头，智能手机是用于对虚拟现实头戴设备进行定向的装置。
[0036] 有利地，移动终端的至少一个电气构件可用于所述虚拟现实头戴设备中。例如，仅使用智能手机的
主板就够了。另外，主处理器、数据
存储器和WLAN接收器可以布置在主板上。为了产生虚拟现实，不需要智能手机的
键盘或
触摸屏面板。由此，另外，在虚拟现实头戴设备中需要的空间更少并且可以降低成本。
[0037] 根据本发明的一个替代的实施方案，所述虚拟现实头戴设备具有发射
跟踪信号或在无源作用下发挥功能的至少一个标记，所述游乐设施具有用于检测所述标记的移动的至少一个跟踪装置，其中，根据由所述跟踪装置检测到的所述标记的移动确定所述虚拟现实头戴设备相对于所述跟踪装置的位置和/或定向。在游乐设施的静止部分处或者在车辆上的
数据处理系统可以通过无线电例如通过蓝牙或WLAN发送给每个虚拟现实头戴设备这样的运动捕捉系统所定位的位置和定向。
[0038] 有利地，所述跟踪信号是光学信号、磁信号、声学信号或前述信号的组合。因此，可以针对相应的单独情况选择合适的跟踪信号。
[0039] 使用根据本发明的游乐设施可实施如前所述的方法。
[0040] 根据本发明的游乐设施，尤其是过山车，其具有：乘坐路段；沿着所述乘坐路段移动的至少一个车辆；至少一个位置传感器和/或定向传感器，从所述至少一个位置传感器和/或定向传感器发出至少一个位置信号或第二定向信号；至少一个虚拟现实头戴设备；其中，当在真实现实中操作所述游乐设施时可产生与乘坐所述车辆对应的虚拟现实并且所述虚拟现实可显示在所述虚拟现实头戴设备上，其特征在于，所述虚拟现实头戴设备是移动头戴设备，所述虚拟现实头戴设备具有至少一个接收器和/或至少一个装置，所述虚拟现实头戴设备具有可拆卸和/或无线通信接口，通过所述可拆卸和/或无线通信接口进行在所述虚拟现实头戴设备和所述游乐设施的数据处理设备之间的数据连接，以及进行根据本发明的用于位置确定和/或用于定向确定的方法的虚拟现实头戴设备的位置确定和/或定向。
[0041] 这些方法的优点在于对虚拟现实头戴设备的移动进行自动的位置确定和定向确定。
附图说明
[0042] 根据以下附图详细说明本发明。在附图中：
[0043] 图1示出了具有乘客的游乐设施的
实施例，其中所述乘客各自佩戴虚拟现实头戴设备，该佩戴虚拟现实头戴设备的位置被确定；
[0044] 图2示出了具有乘客的游乐设施的实施例，其中所述乘客各自佩戴虚拟现实头戴设备，该虚拟现实头戴设备的定向被确定；以及
[0045] 图3示出了用于对虚拟现实头戴设备进行定向的方法的实施例的示意图。
具体实施方式
[0046] 在附图中，相同附图标记表示各自具有相同含义的相同参考部分。为了清楚起见，在各个附图中仅标记各自相关的参考部分。
[0047] 图1示出了作为游乐设施20的过山车的列车的部分侧视图。每个车辆22，即列车的每个车厢均具有两个座椅排，在该两个座椅排中分别就座至少一个乘客23。在列车乘坐期间，每个乘客23佩戴呈虚拟现实眼镜形式的虚拟现实头戴设备10。但本发明不限于过山车。作为游乐设施20，还可以在
游乐园或民俗节中设置旋转木
马或其他娱乐景点。
[0048] 依赖于乘客23在列车的座椅排中的位置、虚拟现实头戴设备10的定向以及车辆23在乘坐路段上的位置，借助游乐设施专用的
计算机程序或移动App，利用虚拟现实头戴设备10产生与乘坐游乐设施22对应的虚拟现实。可以如此产生虚拟现实，使得虚拟现实中的乘坐对应于真实现实中的乘坐，并且真实现实中的乘坐体验对应于虚拟现实中的乘坐体验。
如果乘客23在真实现实中乘坐例如通过一条环路，则该乘客23在虚拟现实中乘坐通过相同的环路。
[0049] 在游乐设施20上安装有位置传感器30，该位置传感器30产生位置信号31。位置传感器30可以例如是蓝牙信标，该蓝牙信标发射蓝牙信号作为位置信号31。位置传感器30可以安装在游乐设施20的静止部分上，例如过山车的车站中，或者车辆22中。位置信号31由接收器40检测作为接收信号41，该接收器40内置于虚拟现实头戴设备10中，也参见图2。例如，位置信号31可以是光学
光信号，优选在红外
波长范围内。红外信号对乘客23是不可见的并且因此不会认为有干扰。根据由接收器40记录的接收信号41的亮度，可以确定接收器40到相应的位置传感器30的距离，并且因此可以确定虚拟现实头戴设备10相对于车辆22的座椅排的位置。
[0050] 虚拟现实头戴设备10在车辆22中的准确位置对虚拟现实与真实现实的同步是重要的。例如，相对于运行方向在游乐设施20的前座椅排中就座的乘客23与相对于游乐设施20的运行方向在游乐设施20的后座椅排中就座的乘客23在时间和空间上对真实现实的感知是不同的。由于游乐设施20中的座位布置而产生的这些不同印象必须被正确转化为虚拟现实以合适地感知虚拟现实。为此，需要虚拟现实头戴设备10在游乐设施20中的准确位置。
因此，通过虚拟现实头戴设备10的准确的位置确定，可以使乘客23在虚拟现实中的位置与乘客23在真实现实中的位置同步。
[0051] 但为了使虚拟现实与真实现实正确同步，仅使乘客23在真实现实中的位置与乘客23在虚拟现实中的位置一致是不够的。另外，还必须使乘客23在虚拟现实中的定向与乘客
23在真实现实中的定向一致。例如，真实现实中的前向移动不应导致虚拟现实中的侧向移动。为了使真实现实中的前向移动也导致虚拟现实中的前向移动，虚拟现实头戴设备10在虚拟现实中的定向必须与虚拟现实头戴设备10在真实现实中的定向一致。但仍然也可以借助所进行的虚拟现实头戴设备10的定向来有针对性地改变虚拟现实的感知。
[0052] 在图2中示出了虚拟现实头戴设备10的定向确定。针对乘坐方向在车辆22的后侧部处布置有定向传感器50。坐在具有定向传感器50的车辆22后面的车辆中的乘客23即使当该乘客没有完全在直线定向上看，也可以在其前方
视野中识别该定向传感器50。定向传感器50可以例如是快速响应码或条形码。在这里，定向信号51通过快速响应码或条形码的反射形成。定向信号51可以借助集成在虚拟现实头戴设备10中的装置60，例如摄像头来感知。
[0053] 图3示出了根据对定向传感器50的实际定向与借助虚拟现实头戴设备10中的装置60所感知的定向传感器50的定向的比较，可以确定垂直轴线A相对于垂线方向L的位置，该借助虚拟现实头戴设备10中的装置60所感知的定向传感器50的定向例如由于乘客22朝一侧倾斜而会偏离实际定向。通过了解虚拟现实头戴设备10的垂直轴线A在与乘客紧密相联的
坐标系中的位置以及垂线方向L，可以确定虚拟现实相对于真实现实的定向。有利地，每个车辆22被分配有自身的快速响应码或条形码。因此，不仅可以确定虚拟现实头戴设备10的定向，而且还可以确定虚拟现实头戴设备10的位置。
[0054] 摄像头60可以例如通过内置于虚拟现实头戴设备10中的智能手机来实现。
[0055] 用于确定虚拟现实头戴设备的位置及其定向的另一种解决方案是使用所谓的运动捕捉系统。此处，虚拟现实头戴设备10配备有无源的、例如光学的或者
磁性的标记，或者配备有有源的、在自发光意义上的标记，这些标记由可以检测移动的装置即运动捕捉系统来检测。在车站中或在游乐设施20上的数据处理设备可以根据这些数据通过无线电例如通过蓝牙或WLAN向每个虚拟现实头戴设备10告知，该虚拟现实头戴设备10恰好位于哪个位置处和位于哪个定向上。
[0056] 附图标记说明：
[0057] 10 虚拟现实头戴设备
[0058] 20 游乐设施
[0059] 22 车辆
[0060] 23 乘客
[0061] 30 位置传感器
[0062] 31 位置信号
[0063] 40 接收器
[0064] 41 接收信号
[0065] 50 定向传感器
[0066] 51 定向信号
[0067] 60 装置
[0068] A 垂直轴线
[0069] L 垂线方向
