[发明专利]头戴式显示器用追踪系统

说明书

本发明公开了一种用于追踪头戴式显示器的位置并且生成附加虚拟现实场景数据的系统和方法，以便在用户与所述虚拟现实场景交互并且相对于所述虚拟现实场景移动时向所述用户提供无缝的虚拟现实体验。使用安装在所述HMD上或所述HMD中的相机或类似传感器来确定所述HMD的初始位置和姿态。当所述HMD移动到第二位置和姿态时，由所述相机或传感器捕获两个或更多个固定点的图像以便确定所述HMD的位置和姿态的差异。所述HMD的位置和姿态的所述差异用于预测所述虚拟现实场景中的对应移动，并且生成用于在所述HMD上呈现的对应附加虚拟现实场景数据。

技术领域

本发明大体来说涉及虚拟环境，并且更具体来说，涉及用于在佩戴和使用头戴式显示器(HMD)的背景下与虚拟对象接合的方法和系统。

背景技术

人机交互领域中快速发展的技术之一是各种头戴式显示器(HMD)，其可佩戴在用户头部并且在用户的一只或两只眼睛前方配有一个或两个显示器。这种类型的显示器具有涉及虚拟现实模拟的多种商业应用，包括视频游戏、医学、体育训练、娱乐应用等。在游戏领域中，举例来说，这些显示器可用于呈现三维(3D)虚拟游戏世界。

尽管HMD领域已经有了很明显的改善，但技术仍然需要进一步改善以便实现物理现实与HMD中展示的虚拟环境中呈现的虚拟对象的真实用户交互。

以下实施方案正是在这样的背景下产生。

发明内容

广义上说，本发明通过提供在用户与虚拟环境交互时动态地将HMD定位在用户周围的真实环境中的系统和方法来满足这些需求。应当理解，本发明可能以多种方式来实现，包括作为过程、设备、系统、计算机可读介质、或装置。以下描述本发明的若干发明性实施方案。

一个实施方案提供了一种虚拟现实系统，其包括耦接到能够生成虚拟现实环境的计算装置的头戴式显示器，所述虚拟现实环境包括在HMD上呈现和显示的多个虚拟现实场景。计算装置可包括用于从用户输入装置或HMD接收输入的输入装置接口。输入装置接口处理用于选择供在HMD中显示的内容的指令。计算装置还可包括：虚拟现实空间生成模块，其用于以虚拟现实场景的形式在HMD中呈现选定的内容；以及HMD移动模块。HMD移动模块用于追踪HMD在真实空间中的移动并且用于识别HMD在真实空间中的第一位置和姿态，HMD移动模块向虚拟现实空间生成模块提供HMD位置和姿态变化数据，以用于呈现对应于HMD在真实空间中的第二位置和姿态的虚拟现实场景的附加内容。

虚拟现实系统还可包括耦接到计算装置的真实空间映射系统。真实空间映射系统包括：用于将多个光点投射在真实空间的至少一部分上的光源、以及用于捕获光点图像的相机。相机可与HMD集成、或者附接到用户或诸如控制器的用户输入装置。HMD移动模块可使用来自由相机捕获的图像的固定点来确定HMD的第二位置和姿态。HMD移动模块能够分析由相机捕获的图像，以便识别真实空间中的多个固定点。在一个实现方式中，固定点可包括至少一部分光点。在另一个实现方式中，固定点可包括安置在真实空间中存在的一个或多个固定对象上的多个识别点中的至少一部分。

提供HMD位置和姿态变化数据可包括：识别处于第一位置和姿态的HMD，选择至少两个固定点，确定选定的固定点与处于第一位置和姿态的HMD之间的第一相对距离，识别处于第二位置和姿态的HMD，确定选定的固定点与处于第二位置和姿态的HMD之间的第二相对距离，以及将第一相对距离与第二相对距离进行比较，以便确定HMD位置和姿态变化数据等于第一位置和姿态与第二位置和姿态之间的差异。

虚拟现实空间生成模块可在呈现虚拟现实场景时，取决于HMD的走向的至少一个位置和姿态而连续地生成用于HMD的附加内容。分析由相机捕获的图像或多个图像，以便用于检测HMD在真实空间中的位置，其中HMD在真实空间中的位置转换为HMD在虚拟现实场景中的位置，其中HMD用于识别用户输入装置与虚拟现实场景中的虚拟对象之间的交互。