[实用新型]一种用于头戴显示器的人机交互系统

说明书

技术领域

本发明涉及头戴显示器领域，更具体地说，涉及一种用于头戴显示器的人机交互系统。

背景技术

虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等技术近年来因为各方面技术渐渐成熟以后形成新产品的热点领域。因为这些技术可以给人带来更多维度的感官体验，因此这些领域里的人机交互也是当前业界研究和开发的热点。

从市场状况看，目前主流的VR设备主要由分为两大类:

1.低成本的，使用手机作为显示器的头戴VR头盔，其中最典型的代表是google较早时候发布的“纸盒子”VR显示器(如图1所示)，国内典型产品代表是暴风魔镜系列。这类VR设备的人机交互一般为蓝牙连接的手柄通过按键进行人机交互，对于虚拟空间内的物体则通过手机内置的陀螺仪系统测量观看者的头部姿态，通过画面中设置的准心对准UI使用按键进行交互；或是在手柄上设置多轴MEMS传感器组成的惯导系统来测量手柄的姿态和运动趋势以进行交互。

2.高成本的，诸如HTC VIVE和SONY PLAYSTATION VR一类的综合性VR设备，这类设备的特点是在使用VR设备的环境里设置多个定位基站来对玩家头盔或手柄的空间位置进行测量。如图2a和图2b所示，例如HTC VIVE采用的Lighthouse技术利用了机械旋转的X,Y轴线扫红外激光来扫描玩家的活动空间，头盔以及控制器安装有数量非常多的光敏器件，通过测量红外激光扫描到达光敏器件的时间差来重建头盔和控制器的空间位置和姿态。

另外还有诸如微软的HoloLens一类采用图像处理来进行交互的AR设备。

对于第一类低成本VR设备，它们的交互手段单一，缺乏空间深度感；同 时以MEMS构成的惯导系统需要把多个MEMES惯导系统的输出的姿态进行融合，并且由于目前业界绝大部分磁传感器器件间一致性都不太好，导致解算出的航偏角偏差较大，难以较好的测量出控制器与显示器之间的相对关系。

对于第二类VR设备现有技术均需要在VR场景内设置定位基站，安装调试复杂而繁琐，硬件成本高且必须活动空间限制在某个区域内。

对于其他采用图像识别类的交互手段，数据处理量大，功耗高，延时和响应都不是很好。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提供一种用于头戴显示器的人机交互系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于头戴显示器的人机交互系统，所述头戴显示器包括头戴显示器本体和至少一个手持控制器，所述人机交互系统包括安装于所述手持控制器上的第一交互单元和至少一个安装于所述头戴显示器本体上的第二交互单元，其中，

所述第一交互单元包括第一射频收发器和至少一个超声波发射器；

所述第二交互单元包括第二射频收发器和至少三个位于同一平面的超声波传感器；

所述第一交互单元发送数据信号和超声波信号至所述第二交互单元，所述第二交互单元接收并处理所述数据信号和超声波信号，得到所述手持控制器发出的控制指令和所述手持控制器相对于所述头戴显示器本体的空间位置。

进一步，在本发明所述的用于头戴显示器的人机交互系统中，所述第一交互单元还包括：与所述超声波发射器连接、用于驱动所述超声波发射器发射超声波信号的驱动电路；

与所述驱动电路和所述第一射频收发器连接、用于控制所述驱动电路和所述第一射频收发器的第一微控制器。

进一步，在本发明所述的用于头戴显示器的人机交互系统中，所述第一 交互单元还包括与所述第一微控制器连接、用于感测用户操作指令的控制指令感应器；

所述控制指令感应器包括姿态检测模块、机械按键、电容触摸按键、电容触摸滑条、电容触摸面板、手指弯曲传感器、手指导航传感器中的一种或多种。

优选地，在本发明所述的用于头戴显示器的人机交互系统中，所述手持控制器包括指环、手柄、模拟枪、手套中的一种或多种。

进一步，在本发明所述的用于头戴显示器的人机交互系统中，所述第二交互单元还包括：与所述第二射频收发器和所述超声波传感器连接、用于处理所述第二射频收发器接收的数据信号和所述超声波传感器接收的超声波信号的第二微控制器；

所述第二微控制器具有至少四个外部中断，其中一个所述外部中断连接所述第二射频收发器，其余所述外部中断分别通过放大调理电路连接所述超声波传感器；

其中一个所述第二交互单元安装在所述头戴显示器本体的正面，其余所述第二交互单元分别安装在所述头戴显示器本体的不同侧面。