用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，包括：加速度?角度?地磁傳感裝置安裝于頭戴式設(shè)備上，用于感知用戶的頭部動(dòng)作，生成頭部動(dòng)作感知信號(hào)；控制單元接收來(lái)自加速度?角度?地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)并進(jìn)行分析處理，獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡，生成多路PWM控制信號(hào)；顯示單元根據(jù)多路PWM控制信號(hào)輸出控制發(fā)光強(qiáng)度的明暗變化和警示變化，用以表征用戶的頭部動(dòng)作軌跡；電源模塊向加速度?角度?地磁傳感裝置和控制單元供電。本發(fā)明利用加速度?角度?地磁傳感裝置感知用戶頭部的動(dòng)作，并由控制單元分析出用戶的頭部動(dòng)作軌跡，由安裝于頭戴式設(shè)備上的LED顯示燈對(duì)軌跡進(jìn)行顯示和警示。
【專利說(shuō)明】
用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]VR(Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí))頭戴式設(shè)備技術(shù)的發(fā)展已日趨成熟，但現(xiàn)有的VR頭戴式設(shè)備大都是為用戶提供虛擬現(xiàn)實(shí)交互場(chǎng)景，提供視頻影像等交互，這種交互通常由用戶操作APP或通過(guò)眼部動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的頭部動(dòng)作的分析及對(duì)頭部動(dòng)作軌跡的定位，即這部分分析工作尚處于空白階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0004]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，利用加速度-角度-地磁傳感裝置感知用戶頭部的動(dòng)作，并由控制單元分析出用戶的頭部動(dòng)作軌跡，由安裝于頭戴式設(shè)備上的LED顯示燈對(duì)軌跡進(jìn)行顯示和警示。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，包括:加速度-角度-地磁傳感裝置，安裝于頭戴式設(shè)備上，用于感知用戶的頭部動(dòng)作，生成頭部動(dòng)作感知信號(hào);控制單元，所述控制單元與所述加速度-角度-地磁傳感裝置進(jìn)行通信，接收來(lái)自所述加速度-角度-地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)并進(jìn)行分析處理，獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡，生成多路PWM控制信號(hào)；顯示單元，所述顯示單元與所述控制單元相連，用于根據(jù)所述多路PWM控制信號(hào)輸出控制發(fā)光強(qiáng)度的明暗變化和警示變化，用以表征所述用戶的頭部動(dòng)作軌跡；電源模塊，所述電源模塊與所述加速度-角度-地磁傳感裝置和所述控制單元相連，用于向所述加速度-角度-地磁傳感裝置和所述控制單元供電。
[0006]進(jìn)一步，所述加速度-角度-地磁傳感裝置通過(guò)I2C總線與所述控制單元通信。
[0007]進(jìn)一步，所述控制單元采用單片機(jī)。
[0008]進(jìn)一步，所述控制單元通過(guò)內(nèi)部的寄存器獲取加速度-角度-地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)變化，進(jìn)而分析處理以獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡。
[0009]進(jìn)一步，所述顯示單元為多個(gè)LED顯示燈。
[0010]進(jìn)一步，所述控制單元通過(guò)輸出的每路PffM控制信號(hào)依次控制每個(gè)LED顯示燈的明暗亮度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述多個(gè)LED燈的警示控制。
[0011]進(jìn)一步，所述加速度-角度-地磁傳感裝置采用三軸加速度傳感器或六軸加速度傳感器。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，通過(guò)在VR頭戴式設(shè)備上設(shè)置本發(fā)明的警示系統(tǒng)，利用加速度-角度-地磁傳感裝置感知用戶頭部的動(dòng)作，并由控制單元分析出用戶的頭部動(dòng)作軌跡，由安裝于頭戴式設(shè)備上的LED顯示燈對(duì)軌跡進(jìn)行顯示和警示，實(shí)現(xiàn)利用頭戴式設(shè)備對(duì)用戶頭部動(dòng)作軌跡的檢測(cè)，以由于后續(xù)用戶與虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的交互。
[0013]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0014]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三軸加速度傳感器模塊的示意圖；
[0017]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采集數(shù)據(jù)陣列圖；
[0018]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速度-角度-地磁傳感裝置、單片機(jī)、電源模塊的連接電路圖；
[0019]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)的主視圖；
[0020]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，包括:加速度-角度-地磁傳感裝置1、控制單元2、顯示單元3和電源模塊4。
[0023]具體地，加速度-角度-地磁傳感裝置I安裝于頭戴式設(shè)備上，用于感知用戶的頭部動(dòng)作，生成頭部動(dòng)作感知信號(hào)。其中，加速度-角度-地磁傳感裝置I可以采用三軸加速度傳感器或六軸加速度傳感器。舉例來(lái)說(shuō)，加速度-角度-地磁傳感裝置I可以采用型號(hào)為MPU9150的三軸加速度傳感器。
[0024]需要說(shuō)明的是，上述僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明。在本發(fā)明中，只要能夠?qū)崿F(xiàn)感知用戶的頭部動(dòng)作的傳感器裝置均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]控制單元2與加速度-角度-地磁傳感裝置I進(jìn)行通信，接收來(lái)自加速度-角度-地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)并進(jìn)行分析處理，獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡，生成多路PWM控制信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，加速度-角度-地磁傳感裝置I通過(guò)I2C總線與控制單元2進(jìn)行通信。
[0026]優(yōu)選的，控制單元2采用單片機(jī)。其中，單片機(jī)可以采用型號(hào)為MSP430單片機(jī)。
[0027]具體地，控制單元2通過(guò)內(nèi)部的寄存器獲取加速度-角度-地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)變化，控制單元通過(guò)信號(hào)通信讀取寄存器的代碼可以得知當(dāng)前加速度-角度-地磁傳感裝置I的狀態(tài)，進(jìn)而提供給控制單元2內(nèi)的控制芯片分析處理以獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡。實(shí)現(xiàn)識(shí)別頭部動(dòng)作的功能。
[0028]控制單元2根據(jù)頭部動(dòng)作感知信號(hào)，定位出用戶的頭部移動(dòng)位置點(diǎn)和趨勢(shì)，進(jìn)而根據(jù)上述移動(dòng)位置點(diǎn)和趨勢(shì)生成頭部動(dòng)作軌跡。在獲取用戶頭部動(dòng)作軌跡的基礎(chǔ)上，即可根據(jù)該用戶頭部動(dòng)作軌跡實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的交互。
[0029]下面對(duì)定位出頭部動(dòng)作軌跡的過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
[0030]具體地，參考圖2，利用三軸加速度傳感器通過(guò)采集物理加速度產(chǎn)生的空間矢量的變化，準(zhǔn)確測(cè)量頭部動(dòng)作軌跡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，其測(cè)量三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量的變化，并在預(yù)先不知道物體初始運(yùn)動(dòng)方向的狀態(tài)下，通過(guò)三軸加速度傳感器模塊檢測(cè)X、Y和Z軸三個(gè)方向上的加速度信號(hào)。三軸加速度傳感器采用壓阻式、壓電式和電容式等工作原理，產(chǎn)生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過(guò)相應(yīng)的放大和濾波電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)部的寄存器會(huì)發(fā)生變化，而控制單元2通過(guò)I2C通信接口讀取寄存器內(nèi)容，就可以得知頭盔的位置移動(dòng)。
[0031]在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用兩組3軸加速度傳感器，來(lái)采集三維空間的發(fā)生的任何移動(dòng)，其相應(yīng)算法邏輯結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下:
[0032]1)α組為3軸加速度傳感器，可以感知頭部運(yùn)動(dòng)軌跡在Χ，Υ，Ζ 3個(gè)軸上的位移變化，即圖3中的X Accel ,Y Accel ,Z Accel。
[0033]2 )Μ&為3軸加速度-角度-地磁傳感裝置傳感器，可以感知頭部運(yùn)動(dòng)軌跡在X，Y，Z3個(gè)軸上的旋轉(zhuǎn)變化，即圖3中的X Gyro，Y Gyro，Z Gyro0
[0034]3)采集上述2組數(shù)據(jù)，用于還原頭部運(yùn)動(dòng)軌跡的空間位移，無(wú)論是位置變化還是角度變化。
[0035]4)參考圖5，該兩組信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換后，得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并寫入對(duì)應(yīng)的寄存器。通過(guò)讀取芯片的寄存器數(shù)據(jù)，并分析其數(shù)據(jù)變化對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)變化，則可知道當(dāng)前芯片處于的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0036]顯示單元3與控制單元2相連，根據(jù)多路HVM控制信號(hào)輸出控制發(fā)光強(qiáng)度的明暗變化和警示變化，用以表征用戶的頭部動(dòng)作軌跡。
[0037]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，顯示單元2為多個(gè)LED顯示燈。參考圖5所示，控制單元2(主控芯片)輸出N個(gè)P麗控制信號(hào)，從而對(duì)顯示單元的LED陣列中的N個(gè)LED顯示燈的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行控制。
[0038]其中，LED警示光源可以設(shè)置于頭戴設(shè)備的正面即正面四周邊緣或中部，以線條形陣列組形式呈現(xiàn)該警示光源。
[0039]每個(gè)LED顯示燈的顏色可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行預(yù)先設(shè)置選取，用于通過(guò)不同的顏色來(lái)清楚標(biāo)記用戶的頭部動(dòng)作軌跡。
[0040]具體地，控制單元2通過(guò)輸出的每路PWM控制信號(hào)依次控制每個(gè)LED顯示燈的明暗亮度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)LED燈的警示控制。即，控制單元輸出N路PffM控制信號(hào)，以分別用于控制N個(gè)LED顯示燈的明暗調(diào)整。
[0041]具體來(lái)說(shuō)，控制單元2通過(guò)I2C采集該頭戴設(shè)備目前的動(dòng)作情況，并通過(guò)編程算法控制主控系統(tǒng)的PWM信號(hào)輸出，控制外置的LED警示光源的閃爍方式。PffM信號(hào)是一種可以配置占空比的方波波形，通過(guò)算法控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其占空比的隨時(shí)調(diào)整。在本發(fā)明中，占空比高的波形就可以讓LED光源系統(tǒng)亮度增加，占空比低的波形可以讓LED光源系統(tǒng)亮度減弱，從而實(shí)現(xiàn)明暗控制?？刂茊卧?通過(guò)預(yù)設(shè)算法將該占空比按一定規(guī)律變化形成的波形，則可讓LED光源系統(tǒng)產(chǎn)生不同類型的光呈現(xiàn)效果?？刂茊卧?控制LED明暗變化的邏輯如下:
[0042]1.關(guān)機(jī)狀態(tài):全滅；
[0043]2.開機(jī)狀態(tài):常亮3秒，隨后全滅；
[0044]3.待機(jī)狀態(tài):警示光源系統(tǒng)慢閃；
[0045]4.充電狀態(tài):警示光源系統(tǒng)快閃，充電完成之后LED警示光源系統(tǒng)常亮；
[0046]5.頭戴設(shè)備左轉(zhuǎn):LED警示光源系統(tǒng)從右至左跑循環(huán)連續(xù)閃爍狀態(tài)，設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，循環(huán)連續(xù)閃爍越快；
[0047]6.頭戴設(shè)備右轉(zhuǎn):LED警示光源系統(tǒng)從左至右循環(huán)連續(xù)閃爍狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，循環(huán)連續(xù)閃爍越快；
[0048]7.頭戴設(shè)備仰視:LED警示光源系統(tǒng)從下至上循環(huán)連續(xù)閃爍狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，循環(huán)連續(xù)閃爍越快；
[0049]8.頭戴設(shè)備俯視:LED警示光源系統(tǒng)從下至上循環(huán)連續(xù)閃爍狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，循環(huán)連續(xù)閃爍越快。電源模塊4與加速度-角度-地磁傳感裝置I和控制單元2相連，從而向加速度-角度-地磁傳感裝置I和控制單元2進(jìn)行供電。其中，參考圖4，電源模塊4采用3.3V LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器，low dropout regulator)，其通過(guò)充電芯片接入U(xiǎn)SB供電和鋰電池供電。
[0050]參考圖5和圖6，本發(fā)明提供的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)安裝于VR頭戴式設(shè)備上，與頭戴式設(shè)備內(nèi)的控制芯片可以實(shí)現(xiàn)通信交互。用戶佩戴該頭戴式設(shè)備，即可通過(guò)其上的警示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶頭部動(dòng)作軌跡的檢測(cè)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，通過(guò)在VR頭戴式設(shè)備上設(shè)置本發(fā)明的警示系統(tǒng)，利用加速度-角度-地磁傳感裝置感知用戶頭部的動(dòng)作，并由控制單元分析出用戶的頭部動(dòng)作軌跡，由安裝于頭戴式設(shè)備上的LED顯示燈對(duì)軌跡進(jìn)行顯示和警示，實(shí)現(xiàn)利用頭戴式設(shè)備對(duì)用戶頭部動(dòng)作軌跡的檢測(cè)，以由于后續(xù)用戶與虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的交互。
[0052]在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0053]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，包括: 加速度-角度-地磁傳感裝置，安裝于頭戴式設(shè)備上，用于感知用戶的頭部動(dòng)作，生成頭部動(dòng)作感知信號(hào)； 控制單元，所述控制單元與所述加速度-角度-地磁傳感裝置進(jìn)行通信，接收來(lái)自所述加速度-角度-地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)并進(jìn)行分析處理，獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡，生成多路PffM控制信號(hào)； 顯示單元，所述顯示單元與所述控制單元相連，用于根據(jù)所述多路PWM控制信號(hào)輸出控制發(fā)光強(qiáng)度的明暗變化和警示變化，用以表征所述用戶的頭部動(dòng)作軌跡； 電源模塊，所述電源模塊與所述加速度-角度-地磁傳感裝置和所述控制單元相連，用于向所述加速度-角度-地磁傳感裝置和所述控制單元供電。2.如權(quán)利要求1所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度-角度-地磁傳感裝置通過(guò)I2C總線與所述控制單元通信。3.如權(quán)利要求1所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元采用單片機(jī)。4.如權(quán)利要求1或3所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元通過(guò)內(nèi)部的寄存器獲取加速度-角度-地磁傳感裝置的頭部動(dòng)作感知信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)變化，進(jìn)而分析處理以獲取用戶的頭部動(dòng)作軌跡。5.如權(quán)利要求1所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示單元為多個(gè)LED顯示燈。6.如權(quán)利要求5所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元通過(guò)輸出的每路PWM控制信號(hào)依次控制每個(gè)LED顯示燈的明暗亮度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述多個(gè)LED燈的警示控制。7.如權(quán)利要求1所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備頭部動(dòng)作軌跡的警示系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度-角度-地磁傳感裝置采用三軸加速度傳感器或六軸加速度傳感器。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK106095116SQ201610653917
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月10日 公開號(hào)201610653917.0, CN 106095116 A, CN 106095116A, CN 201610653917, CN-A-106095116, CN106095116 A, CN106095116A, CN201610653917, CN201610653917.0
【發(fā)明人】杜晶, 張弦, 鐘謹(jǐn)徽
【申請(qǐng)人】幻視互動(dòng)（北京）科技有限公司