以身体为中心的虚拟交互设备与方法技术

一种方法，包括：　　　　确定人体至少一个预定部分的当前位置；　　　　形成触觉输入信息接口的虚拟图像；　　　　形成显示，该显示包括与人体的预定部分关系最近且充分固定的触觉输入信息接口的虚拟图像。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及虚拟现实显示和用户启动的输入。
技术介绍
本领域已知的虚拟现实显示即增强现实显示和混合现实显示(如这里所使用，“虚拟现实”一般理解为这些相关概念中的任意一个或所有，除非环境特别指示为其它)。一般来说，这样的显示以给出用户占用和交互的期望环境的方式向用户提供视觉信息(有时候伴随着相应的音频信息)。这样的显示经常用于相对邻近用户眼睛安装的显示设备。提供给用户的信息可以全部虚拟，或者可以由虚拟和实际视觉信息混合构成。这样的显示技术目前能够较好地向用户提供视觉震撼和/或合理的虚拟现实。不幸的是，至少对于某些应用，用户与这种虚拟现实的合理交互能力不能与显示技术并驾齐驱。例如，称为遥现(telepresence)的虚拟现实显示可以用于使用户感觉置身于与其他人面对面的会议中，实际上其他人与用户之间有一段距离。虽然用户能够看见和听见这些人的虚拟显示，并且可以以相对合理和直观的方式与这些虚拟显示交互，从而实现普通的口头谈话，但是现有的虚拟现实系统不能必然提供与触觉输入信息接口机会相似的水平。例如，已知可以本质上中止用户视野内普通计算机显示的虚拟场景。用户与使用普通的实际鼠标或其它实际光标控制设备(例如包括操纵杆、轨迹球和其它位置/方位传感器)的信息入口交互。虽然适用于某些情形，该情况经常需要许多。例如，一些用户可能认为显示屏在空间上的固定(尤其是充分保持视角不变的显示屏，而不管他们的注视方向)是很讨厌的，非直觉的和/或令人分心的。其它现有的方法包括提供用户可以在虚拟空间中与之交互的虚拟输入接口机制。例如，可以显示虚拟“触摸”键盘，就好像它在空间上浮动于用户前。通过适当的跟踪机制，系统可以检测到用户何时移动一个对象(例如虚拟的指针或实际的手指)来“触摸”一个特定键。但是，这种解决方案有一个特殊问题是在使用这种方法时缺乏给用户的触觉反馈。例如，如果没有触觉反馈来模拟与触摸表面的接触，至少对某些用户来说，该过程可能变得相当非直觉和/或不准确。当需要时，通过使用能够根据命令产生必要触觉的附加设备(例如特殊的手套)提供这样的触觉反馈的方法已经在一些先前的技术建议中提出。但是，这样的方法并不适合于所有应用，并且也需要潜在相当大的额外成本。附图说明通过提供下文将详细描述的，至少可以部分满足上述需求，特别结合附图说明，其中图1包含依照本专利技术的一个实施例配置的框图；图2包含依照本专利技术一个实施例配置的佩戴头戴式双眼显示设备的用户前视图；图3包含依照本专利技术一个实施例配置的佩戴头戴式单眼显示设备的用户前视图；图4包含依照本专利技术一个实施例配置的流程图；图5包含依照本专利技术一个实施例配置的虚拟键盘触觉输入信息接口的透视图；图6包含依照本专利技术一个实施例配置的虚拟操纵杆触觉输入信息接口的透视图；图7包含依照本专利技术一个实施例配置的虚拟绘图区域触觉输入信息接口的透视图；图8包含依照本专利技术一个实施例配置的虚拟开关触觉输入信息接口的透视图；图9包含依照本专利技术一个实施例配置的虚拟操纵轮触觉输入信息接口的透视图；和图10包含依照本专利技术另一实施例配置的框图。本领域技术人员能理解，图中的元件为了说明简单清楚而不必按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大以帮助改善对本专利技术各种实施例的理解。此外，为了减少对本专利技术各种实施例理解的障碍，通常不描述商业可行实施例中有用或必要的普通但清楚理解的元件。具体实施例方式一般来说，依照这些多样的实施例，以身体为中心的虚拟交互设备可以至少包括一个身体部位位置检测器，一个虚拟图像触觉输入信息接口生成器，它连接到位置检测器并提供与预定身体部位关系最近且充分固定的触觉输入信息接口的输出，以及一个提供该虚拟图像的显示，以使用户可以看到预定的身体部位和与其相关的最近且充分固定的触觉输入信息接口。身体部位位置检测器可以包括适合于给定应用的各种基于标记和/或基于识别/匹配的引擎中的一个或多个。根据该实施例，预定身体部位的用户视图本身可以是真实的、虚拟的或是它们的组合。虚拟信息接口可以部分或全部覆盖适合于给定设置情况的用户皮肤、衣服或它们的组合。在许多实施例中，通过提供与用户紧密(且优选充分相似(confomal))邻近的信息接口的虚拟图像，例如，当用户与虚拟图像交互以选择一个具体键时，用户将接收到相应的触觉反馈，其结果就好像用户与用户自己的皮肤或衣服构成触觉接触。例如，当描绘绘图表面的虚拟图像时，这样的接触特别有助于提供一个有用的触觉参照系。如此配置，这些实施例一般可以确定人体至少一个预定部分的当前位置，形成触觉输入信息接口的虚拟图像，并形成显示，该显示包括与该人体的预定部分关系最近且充分固定的触觉输入信息接口的虚拟图像。现在参照附图，并且具体参见图1，身体部位位置检测器11用来从预定观察者的观察角度检测人预定身体部位的当前位置。预定身体部位可以是任意身体部位，包括但不局限于躯干或附属肢体，例如手指、手、手臂或腿或任意组合或其中的部分。此外，预定身体部位根据给定环境可以，也可以不，是被部分或完全覆盖的。观察者通常至少包括其身体部位为身体部位位置检测器所检测的人。但是，根据该实施例，观察者可以包括不同的人和/或可能有多个观察者，他们对于身体部位各自有自己相应的观察位置。有许多已知的方法可以这样检测人体部位的位置，这些实施例并不特别局限在这点上。相反，可以用任意一个或多个这种已知的或者由此发展而来的检测技术以一种或其它程度实现这些实施例，包括但不局限于这样的检测系统，它们使用视觉位置标记；磁性位置标记；射频位置标记；基于模式的位置标记；外形识别引擎；姿势识别引擎；和模式识别引擎。根据环境和应用，可能需要使用多个这样的检测器(或者是更多相同类型的检测器或者是混合检测器以促进检测器的联合)，以允许位置的增强精度，达到位置的速度和/或增大的监控范围。虚拟图像触觉输入信息接口生成器12从身体部位位置检测器接收信息。该生成器用来把触觉输入信息接口的虚拟图像生成为函数，至少部分为—身体部位与信息接口虚拟图像之间期望的充分固定的预定空间和方位关系；和—预定观察者的观察位置。如此配置，接口生成器的虚拟图像对观察者表现为接近且实质上附着于预定身体部位，其效果就好像触觉输入信息接口由该人佩戴。显示器13接收所产生的图像信息并向观察者提供合成影像。在优选实施例中，显示器13包括一个头戴式显示器。暂时参见图2，头戴式显示器13可以包括一个用于观察者双眼的视觉接口21。在所描述的具体实施例中，眼睛接口21实质上是不透明的。因此，观察者22只看到显示器13所提供的。由于带有这样一个显示器13，因此必需不仅产生触觉输入信息接口的虚拟图像，而且产生相应身体部位的虚拟图像。暂时参见图3，头戴式显示器13也可以包括一个仅用于观察者22单眼的视觉接口31。在所描述的具体实施例中，眼睛接口31至少是部分透明的。因此，观察者22将能够看到，至少是某种程度地看到，显示器13所提供的实际的和虚拟的图像。如此配置，显示器13仅需要描绘触觉输入信息接口。然后观察者的视觉和感觉将集成身体部位的实际场景与信息接口的虚拟图像以产生期望的视觉效果。上述显示器13实例只是说明性的，因为其它显示机制当然也适用。例如，头盔式显示器和其它头饰式显示器以相似的方式服务。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·塔尔顿，普拉凯鲁特·塔尔顿，乔治·瓦利阿特，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司在特拉华州注册的公司，
类型：发明
国别省市：