[发明专利]用于增强现实的系统和方法

说明书

公开了用于向用户呈现虚拟现实和增强现实体验的配置。增强现实显示系统包括：手持式组件，其容纳电磁场发射器；电磁场发射器，其发射已知磁场；头戴式组件，其耦合到一个或多个电磁传感器，所述一个或多个电磁传感器检测由容纳在手持式组件中的电磁场发射器发射的磁场，其中头部姿态是已知的；以及控制器，其通信地耦合到手持式组件和头戴式组件，所述控制器接收来自手持式组件的磁场数据，并接收来自头戴式组件的传感器数据，其中控制器至少部分地基于所接收的磁场数据和所接收的传感器数据来确定手的姿态。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月5日提交的序列号为62/128,993的美国临时申请“ELECTROMAGNETIC TRACKING SYSTEM AND METHOD FOR AUGMENTED REALITY(用于增强现实的电磁跟踪系统和方法)”(案卷号ML 30031.00)和2016年2月5日提交的序列号为62/292,185的美国临时申请“SYSTEMS AND METHODS FOR AUGMENTED REALITY(用于增强现实的系统和方法)”(案卷号ML 30062.00)的优先权。

背景技术

现代计算和显示技术已经促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的发展，其中，数字再现的图像或其部分以看起来是或可能感知为真实的方式向用户呈现。虚拟现实“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其它实际的真实世界视觉输入没有透明性。增强现实“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，作为对用户周围的实际世界的可视化的增强。

例如，参见图1，描绘了增强现实场景4，其中AR技术的用户看见背景中以人、树、建筑物为特征的类似真实世界公园的设置6以及混凝土平台1120。除了这些项目之外，AR技术的用户还可以感知站在真实世界平台1120上的机器人雕像1110和绕着公园飞行的卡通式化身角色2。当然，虚拟元素2和1110在真实世界中不存在，但是，用户将这些虚拟对象感知为真实世界的一部分并与真实世界的对象(例如，6、1120等)交互。应当理解，人类视觉感知系统非常复杂，产生这种有助于虚拟图像元素在其它虚拟或现实世界图像元素中的舒适、自然感觉和丰富的呈现的AR场景是具有挑战性的。

例如，头戴式AR显示器(例如，头盔显示器或智能眼镜)可以耦合到用户的头部，因此，可以在用户的头部移动时移动。如果显示系统检测到用户的头部动作，则可以更新正在显示的数据，以考虑头部姿态的变化。可以利用头部姿态以向用户适当地渲染虚拟内容。因此，任何小的变化可能会中断和/或减少传递给用户的AR显示器的虚拟内容的传递或定时。

作为示例，如果戴着头戴式显示器的用户在显示器上观看三维(3D)对象的虚拟表示，并在3D对象出现的区域周围走动，则3D对象可对于每个视角重新渲染，向用户提供他或她正绕着占据真实空间的对象走动的感知。如果头戴式显示器用于在虚拟空间(例如，丰富的虚拟世界)中呈现多个对象，则头部姿态(即，用户的头部的位置和朝向)的测量可用于重新渲染场景以匹配用户的动态变化的头部位置和朝向，并提供增加的虚拟空间沉浸感。类似地，当AR技术的用户在与虚拟世界交互时，他或她可以使用物体或他/她的手指向对象或选择选项。为了这一交互的发生，物体或用户的手的定位达到精确的程度也很重要。因此，头部姿态和“手的姿态”二者都是关键的，并且定位技术必须使用以便准确地向用户描绘虚拟内容。

在AR系统中，头部姿态和/或手的姿态的检测和/或计算可以促进AR显示系统渲染虚拟对象，以使得它们看起来以与真实世界的对象一致的方式占据真实世界中的空间。真实地呈现AR场景以使得虚拟内容相对于一个或多个真实对象不会看起来不和谐/混乱改善了用户对AR体验的享受。此外，诸如手持式装置(其也可称为“图腾装置(totem)”)、触觉装置或其它真实物理对象的真实对象相对于用户的头部或AR系统的位置和/或朝向的检测也可以促进显示系统向用户呈现显示信息，以使用户能够有效地与AR系统的某些方面进行交互。