[发明专利]纤细形状因子的无源光学和惯性跟踪

说明书

针对无线手持惯性控制器的装置和系统，该无线手持惯性控制器具有纤细形状因子且利用无源光学和惯性跟踪，用于与头戴式虚拟现实或增强现实显示设备(HMD)一起使用，其通过融合(i)与从位于HMD中的前向光学传感器得到的控制器的位置有关的数据和(ii)与从位于控制器中的惯性测量单元得到的控制器的取向有关的数据，来以六个自由度操作。

技术领域

本公开涉及虚拟现实或增强现实的领域。

背景技术

混合现实是允许虚拟图像与真实世界物理环境在显示器中混合的技术。用于混合现实的系统可以包括例如透视头戴式显示(HMD)设备或者具有内置相机的智能电话。这种系统通常包括处理单元，这些处理单元在一个或多个应用的控制下提供图像。还可以使用HMD或其他设备来支持没有真实世界对象可看见的完全虚拟现实环境。

这种系统还可以包括一个或多个无线手持惯性控制器，系统的用户可以操纵该一个或多个无线手持惯性控制器来与HMD交互并且向HMD提供用户输入，包括但不限于控制和移动虚拟光标、对象的选择、移动和旋转、滚动等。

提供该背景是为了介绍用于随后的概述和详细描述的简要上下文。该背景不旨在辅助确定所要求保护的主题的范围，也不旨在视为将要求保护的主体限制到解决上面提出的任何或全部缺点或问题的实施方式。此外，本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或者仅在诸如上面描述的那些环境中操作的实施例。相反地，提供该背景只是为了说明可以实践本文描述的一些实施例的一个示例性技术领域。

发明内容

本发明针对用于提供无线手持惯性控制器的装置和系统，该无线手持惯性控制器(在后文中有时被称为“控制器”或“多个控制器”)具有纤细形状因子且利用无源光学和惯性跟踪，用于与HMD一起使用，其通过融合(i)与从位于HMD中的前向深度相机得到的控制器的位置有关的数据和(ii)从位于控制器中的惯性测量单元(IMU)得到的控制器在3D空间中的惯性运动数据，来以六个自由度(6DOF)操作。

在一个实施例中，该装置可以包括：触笔，具有第一端、第二端以及在第一端和第二端之间的伸长中间部分，触笔还包括在第一端处或靠近第一端的第一光学反射标记以及在第二端处或靠近第二端的第二光学反射标记；并且伸长中间部分封闭微控制器、惯性测量单元、通信无线电部以及一个或多个按钮，该一个或多个按钮被配置和定位用于利用用户的手指或拇指的选择性致动，惯性测量单元跟踪手持控制器在三维空间中相对于预定参照系的取向并且向微控制器提供取向和加速度数据，并且通信无线电部提供微控制器和主处理器之间的无线通信，以便提供从用户对一个或多个按钮的选择性激活得到的取向数据和用户输入。

在另一实施例中，该系统可以包括：具有处理器的头戴式显示设备；无线手持惯性控制器，被配置为与处理器通信以选择性地提供一个或多个用户输入，该无线手持惯性控制器包括(i)触笔，具有第一端、第二端以及在第一端和第二端之间的伸长中间部分，触笔还包括在第一端处或靠近第一端的第一光学反射标记以及在第二端处或靠近第二端的第二光学反射标记，以及(ii)伸长中间部分，封闭微控制器、惯性测量单元、通信无线电部以及一个或多个按钮，该一个或多个按钮被配置和定位用于利用用户的手指或拇指的选择性致动，惯性测量单元跟踪手持惯性控制器在三维空间中相对于预定参照系的取向并且向微控制器提供取向和加速度数据，并且通信无线电部提供无线通信，以便向处理器提供取向数据和用户输入；以及位于显示器上的光学传感器，用于确定第一和第二光学反射标记中的每个相对于显示器的位置，并且用于向处理器提供位置数据，其中处理器使用取向数据和位置数据来以六个自由度在三维空间内跟踪手持惯性控制器。

提供该发明内容是为了以简化形式介绍概念的选择，这些概念在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作在确定所要求保护的主题的范围时的辅助。