CN102176888A - 可调整的虚拟现实系统 - Google Patents

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Abstract

公开了虚拟现实系统，具体地为沉浸式虚拟现实系统、它们的部分、构造和用途。所述系统和/或其部分可由成人或儿童使用，并且可适于经常在单个装置中支持不同尺码和医疗条件的大范围用户。具有身体残疾的用户难以使用现有的沉浸式技术，诸如那些使用像头部安装显示器和数据手套之类的附件的技术。向这些用户提供沉浸式虚拟现实输出，该输出允许他们看到在相对于用户视角的正确空间位置中出现的其身体部分的虚拟表示。

Description

可调整的虚拟现实系统
相关申请的交叉引用
这个申请要求于2008年8月25日提交的美国专利申请第61/091,470号的权益，通过参考将其全部内容合并于此。
技术领域
本发明针对虚拟现实系统，具体地为沉浸式(immersive)虚拟现实系统、它们的部分、构造和用途。在某些实施例中，所述系统和/或其部分可由成人或儿童使用，并且可适于优选地在单个装置中支持不同尺码和医疗条件的大范围用户。具有身体残疾的用户难以使用现有的沉浸式技术，诸如那些使用像头部安装显示器和数据手套之类的附件的技术。向这些用户提供沉浸式虚拟现实输出，该输出允许他们看到在相对于用户视角的正确空间位置中出现的其身体部分的虚拟表示。
背景技术
存在大量的虚拟现实系统。沉浸式虚拟现实系统提供了一种沉浸性的感知(即，“在那里”的感知或感觉)。它们被使用在娱乐、机器的技术过程或操作的训练、计算机辅助设计、和电机失调或社会动乱的恢复。然而，通常将这些系统设计用于由具有正常的肢体运动技巧和范围的成人用户使用。例如当现有的虚拟现实系统使用在儿童、或如下成人上时出现问题，所述成人具有严重受限的肢体运动(例如，受束缚的手)、暂时或长期持久的身体畸形(例如，肿胀的手)或视觉失调(例如，视觉忽略、运动病)。
大多数虚拟现实系统要求用户佩戴诸如数据手套之类的受跟踪装置，以测量胳膊和手的运动。然而，在不改变该系统的重要组件的情况下，这些具有复杂的手指弯曲跟踪功能的数据手套不能容易地被适于适合小孩(例如，大约5岁以上(例如，手套尺码XS：6-7、S：8、M：10-12、L：14-16)的手或具有畸形(例如，肿胀的手，受束缚的手)的成人的手。
某些现有技术系统向不适合于所述规范的用户显示了一些受限的适应性。
Mohri的美国专利第6,515,669号公开了一种具有用于手的指尖和背部的模块化感知组件的系统。这个系统可通过改变基础的(underlying)手套来被适于适合任何尺码的手。然而，所说明的手套仅仅可适合于具有正常运动的健康用户。
Conant的美国专利公开第2008/0136775号公开了如下的系统，该系统使用手指，连同使用与也可由任何尺码的用户使用的单独接收器组合的手腕安装射频标识(RFID)标记器。然而，由于没有手套，所以需要附接大量的孤立标签，这难以处置并且需要很长时间来适合于用户。
通过参考来合并这里用于说明本发明、并且具体地用于提供关于实践的附加细节的公开和其它资料(包括专利和专利公开)。
许多可用的虚拟现实系统使用头部安装显示器(HMD)，所述显示器为不透明的头戴式显示器的形式、半透明的增广(augmented)现实显示器的形式、或者投射在由用户佩戴的半透明头盔上的图像的形式。与普通的平面显示器相比，HMD的优点为(经常地在立体3D中)提供了完全的沉浸式显示，其中虚拟对象仿佛相对于用户处于正确的空间位置中。特别重要的是用于在正确的空间位置中表示用户自己身体的各部分(通常为胳膊、躯体和腿)的能力。然而，许多用户难以使用HMD。仅仅指出其中几个：易于患运动病、幽闭恐怖症的、或具有诸如视觉忽略之类的视觉失调的主体(健康的)或患者。尽管那些用户有选择余地来使用传统的监视器或远程投射屏幕以避开他们的问题，但是这些“解决方案”的代价是未被提供有他们的身体部分的空间正确表示。
总之，当前的虚拟现实系统典型地被设计为想到健康成人。此外，沉浸式虚拟现实显示经常使用头部安装显示器，其已知引起与运动病相关的反胃、并且不合适于由具有视觉失调或幽闭恐怖症的用户使用。
因此，本领域中需要提供可由更宽范围的主体(包括具有残疾的用户和/或那些易于患运动病和/或幽闭恐怖症的用户连同儿童)使用的虚拟现实环境。
在某些实施例中，本发明被设计为克服现有技术中的一个或多个缺点。
发明内容
除了其他之外，本发明提供了(1)一种沉浸式虚拟现实系统，包括：一个或多个身体传感器单元和显示单元，所述显示单元允许在相对于一个人自己的视角的正确空间位置中观看一个人自己的身体部分的虚拟表示；以及(2)一种可被迅速地且容易地调整以用于由不同尺码的成人和儿童使用的虚拟现实系统。在某些实施例中，本发明提供了具有如下优点特征中的一个或多个的虚拟现实系统。具体地，所述虚拟现实系统可以是这样的一个系统：
·不导致用户中的运动病效果；
·在观看胳膊和腿的虚拟表示的同时，允许胳膊和腿的自由运动；
·可以迅速且容易地装配到在使他们的手、胳膊或腿运动方面具有问题的用户；
·可以迅速且容易地装配到具有肌肉失调或者手、胳膊或腿的畸形的用户；
·包含最小数目的分立部分以便于处置；
·可以容易地使用现有的显示和感知技术来构造。
在一个实施例中，本发明针对一种可调整的身体传感器单元，包括：
至少一个节点，包括至少一个传感器，
至少一个身体附接物，包括用于将所述至少一个节点附接到身体附接物的至少一个附接元件，
用于传递由所述至少一个传感器接收的测量的至少一个元件，其中所述用于传递的元件优选地为所述节点的一部分，并且其中所述节点在所述身体附接物上的位置可调整，和/或所述身体附接物本身可调整，以适应不同的用户。
至少一个其它传感器/感知元件可以可调整地附接到所述身体附接物，并且所述其它传感器/感知元件可包括信号转换元件，该信号转换元件测量它被附接到的身体部分的运动。
所述身体附接物可以是可调整的身体附接手套，其优选地处于具有拇指孔的打开管的形式中、或者处于环绕板(wrap around sheet)形式中。所述至少一个其它传感器/感知元件可以是手指传感器或手腕传感器。所述手套可包括将用户的(多个)手指插到其中的一个或多个手指导引器。手指传感器或手腕传感器可以能调整地经由所述至少一个附接元件来附接，所述至少一个附接元件可采取附接垫、夹子(clip)、拉链、纽扣孔或套口的形式。至少一个手指到手指传感器也是本发明的一部分，其优选地紧固附接到至少两个手指传感器并且其将第一手指连接到第二手指。所述手指到手指传感器可以是身体传感器单元的一部分，并且在这个和其它实施例中可以紧固地在其两端中的每端处附接到手指传感器。所述附接手套优选地为弹性的。
所述转换元件可测量弯曲、旋转、延长或压力，并且可以是2D或3D加速计、磁力计、诸如弯曲、线性或旋转电位计之类的电位计、位置编码器或压力传感器。优选地作为所述至少一个节点的一部分的至少一个效应器(effector)(诸如，震动电机、发光体(light)和/或扬声器)也可以是身体传感器单元的一部分。所述节点诸如可以由能源(诸如，电池或太阳能电池)而自供电。所述节点可无线地(诸如经由红外或蓝牙)来与基本(base)单元通信。所述身体传感器单元可具有至少一个手指基部，该手指基部优选地可移除地附接到身体附接物。所述手指基部可具有至少一个附接到它的手指传感器，该手指传感器沿着手指而延伸。该手指传感器优选地进一步经由(多个)手指的(多个)尖端上的(多个)滑动环而紧固到(多个)手指。所述(多个)滑动环可包含至少一个标记器来跟踪所述(多个)尖端的位置。所述(多个)手指传感器可包括诸如线性电机或电活化聚合物致动器之类的致动装置。所述身体传感器单元还可以包括至少一个用于检测如下各项的标记器：
(a)位置，其中所述标记器优选地为磁场发生器/检测器、用于外内视觉跟踪器的光学标记器、用于内外视觉跟踪器的内部相机、超声波发射器/接收器、无线电传送器/接收器，
(b)朝向，其中所述标记器优选地为磁力计或加速计，和/或
(c)温度，其中所述标记器优选地为温度计。
所述身体附接物还可以是背心。在这个实施例中，所述传感器可测量躯干运动和/或弯曲。
所述身体附接物还可以附接到脚，并且测量脚部运动、弯曲和/或受力。这里，所述身体附接物可包括脚后跟和脚趾元件、以及至少一个在用于接触外部表面的位置上的压力传感器和/或弯曲传感器。所述身体附接物可具体地为：(a)可调整的鞋子或可调整的套鞋或袜子，其具有鞋底和上面部分，或者(b)可调整地彼此附接的脚趾和脚后跟元件。两个压力传感器可位于脚趾元件处，并且两个压力传感器可位于脚后跟元件处。所述压力传感器可集成到被放在鞋内部的鞋底上的插入物中，和/或可放在鞋外部的附接物处或放在鞋外部的附接物中，诸如放在脚后跟内部处或者放在脚趾区段处的容器处或放在脚趾区段处的容器中。所述传感器可以能移除地附接到鞋底。
本发明还针对一种沉浸式虚拟现实系统，其包括如这里所公开的至少一个身体传感器单元和显示单元。所述显示单元可以与至少一个身体传感器单元通信，以便沉浸式地显示由身体传感器单元的传感器所测量的身体部分的运动。
本发明还针对一种虚拟现实系统，包括：
至少一个传感器或节点，所述节点包括所述至少一个传感器，以及
至少一个计算机，其中
所述传感器包括用于附接到身体部分(例如，手、胳膊、腿和/或脚)的信号转换元件，其中所述转换元件适于跟踪身体部分的运动，
用于将所跟踪的运动传递到计算机的至少一个元件，该计算机绘制所述运动以在显示单元上显示，其中所述显示单元包括：
至少一个监视器，
至少一个镜子单元，
调整装置，用以将监视器和镜子单元调整到其中在镜子单元中反射所述监视器的位置，使得在所述位置中，在监视器上显示由传感器跟踪的运动，以在镜子单元中进行沉浸式观看。
所述计算机的绘制可包括所跟踪的运动的放大或缩小。所述监视器可显示镜像的(mirrored)图像。所述调整装置可以是在其上安装有至少一个监视器、至少一个镜子单元和/或优选地至少一个工作表面的框架。它们在高度和/或倾斜度上是可调整的。所述监视器和/或所述至少一个镜子单元可以为至少部分弯曲的。
本发明还针对一种身体传感器单元，包括：
至少一个身体附接物，
至少一个节点，包括附接到所述身体附接物的至少一个传感器，
至少一个手指到手指传感器和用于在第一和第二手指之间连接手指到手指传感器的附接元件，其中所述手指到手指传感器包括用于测量所述第一和第二手指的运动的信号转换元件，以及
用于传递由所述至少一个传感器和/或手指到手指传感器接收的测量的至少一个元件。
所述附接元件可将所述至少一个手指到手指传感器连接到其每一个沿手指而伸展的至少两个手指传感器。
本发明还针对所述身体传感器单元和/或虚拟现实系统在(多个)身体部分的运动受限的患者的康复中的用途。
本发明还针对所述身体传感器单元和/或虚拟现实系统对于具有运动病和/或视觉失调的患者的用途。
本发明还针对一种用于创建身体部分的沉浸式虚拟图像的方法，包括：
提供至少一个跟踪装置、至少一个监视器和至少一个镜子单元，
其中附接到所述身体部分的至少一个传感器测量它的运动，
其中所述监视器跟踪所述身体部分的运动，
以及其中所述至少一个镜子单元提供所述身体部分的沉浸式虚拟画面。
在某些实施例中，提供至少两个传感器，一个用以测量胳膊且一个用以测量腿运动，并且镜子单元和/或监视器可至少部分地被弯曲，并且可以创建(多个)胳膊和(多个)腿的沉浸式虚拟图像。
如本领域的技术人员将认识到的，这里描述并要求保护的虚拟现实系统以及其部分的用途是广阔的，并包括诸如治疗学(康复)之类的医学用途以及上述的非医学用途，所述非医学用途包括娱乐、机器的技术过程/操作的训练、连同计算机辅助设计。然而，这里公开的虚拟现实系统的一个优选用途是其用于在具有各种身体和神经失调的成人和儿童中的肢体康复。典型地，在康复中，患者将在显示器中看到他/她的胳膊和腿的虚拟表示，所述胳膊和腿经由身体传感器单元来由他/她的实际肢体进行控制。本发明优选地经由绘制功能而将所跟踪的运动从(多个)身体传感器单元转录(transfer)到虚拟肢体，所述绘制功能根据治疗的最合适过程而变化。在健康主体中，所述绘制功能是实际肢体运动到直接虚拟肢体运动的简单一对一转录，而在患者中，所述绘制可以是可能复杂的非线性功能，包括根据伤害类型和治疗阶段来辅助(放大)或约束具体的运动。还可能使用实际肢体的运动来(可能部分地)控制不同的虚拟肢体，这在患者已经完全丧失肢体使用、或完全地失去具体的肢体的情况下非常有用。要注意，在一般将期望患者控制虚拟肢体的运动来执行许多不同的任务(够触(reaching)和抓取、踢等)时，不需要显示虚拟肢体。
这里罗列的实施例可被看作本发明的某些目标的示范例。然而，本领域的技术人员将理解，本发明的任何具体实施例不一定具有上述特征中的任一个，并且也不一定是限于所罗列特征的本发明的可能实施例。
在考虑了本发明的详细描述和附图之后，本发明的前述特征和优点将更易于理解。
附图说明
图1描绘了用于手的身体传感器单元。
图2示出了用于手的环绕身体传感器。
图3描绘了通过手指到手指传感器而具有额外的测量能力的用于手的身体传感器单元，其放大视图被描绘在左边。
图4示出了用于手腕的身体传感器单元。
图5示出了用于躯体的身体传感器单元。
图6A、6B和6C描绘了用于脚的不同身体传感器单元。
图7A示出了显示单元的实施例。
图7B描绘了替换的显示单元，其中监视器的实施例使得可以在正确的观察深度上同时看到用户的手和脚。
图8A示出了被调整以用于就座观看模式中的显示单元。
图8B示出了被调整以用于站立观看模式中的显示单元。
图9A示出了与图8A类似的显示单元，但是具有替换的监视器实施例，使得用户可在虚拟的环境中向前以及向下看。
图9B示出了与图8A类似的显示单元，其被调整以用于处于倾斜位置中的用户。
图10A示出了具有被调整到接近用户眼睛的小镜子的显示单元。
图10B示出了具有肩部安装镜子的显示单元。
图10C示出了其中镜子单元包括棱镜的显示单元。
具体实施方式
在一个实施例中，本发明针对一个或多个身体传感器单元和/或显示单元。身体传感器单元的特定实施例示出在图1到图5中，而显示单元的某些实施例示出在图6到图10中。有利地，本发明提供了以下沉浸式虚拟现实系统，其中宽范围尺码和/或年龄的用户可以看到他们自己的身体部分(例如，胳膊和腿)在相对于他们的实际身体部分的正确空间位置中的虚拟表示，即沉浸式地。所述沉浸式虚拟现实系统至少包括身体传感器和显示单元。在一个优选实施例中，身体传感器和显示单元二者被设计为可容易调整以便由成人和/或小孩使用，并且容易地适合于具有身体残疾和损害的用户，所述身体残疾和损害包括但不限于：运动机能障碍(motor dysfunction)或者肿胀的或受束缚的肢体。然而，在某些实施例中，并不需要可调整性。
在一个实施例中，身体传感器单元包括使用高度可调整的身体附接物(attachment)而附着到不同的身体部分上的模块化节点网络。模块化节点网络优选地包含2、3、4、5、6、7个乃至更多节点。每个节点包含一个或多个本地传感器和/或效应器。本地传感器可包括2D或3D加速计、磁力计、电位计、位置编码器和/或压力传感器。然而，如本领域技术人员将容易理解的，能够检测运动的任何装置是合适于本发明的情境中的传感器。效应器包括但不限于：震动电机、发光体、扬声器。然而，如本领域技术人员将容易理解的，能够直接与用户通信的任何装置是合适于本发明的情境中的效应器。在某些实施例中，所述节点可以与优选的一个基本单元通信，所述基本单元继而可与控制虚拟现实系统的其余部分的(多个)计算机通信。用于通信的元件还可以是单独的。每个节点或者可连接到用于通信和/或供电的基本单元，或者它可以是(使用电池、太阳能电池或者任何其它能源来)自供电的，并且在某些实施例中例如使用无线技术来与基本单元进行通信，所述无线技术包括但不限于：红外和蓝牙。
传感器/节点优选地附接到身体附接物，所述身体附接物被设计为容易地装配在具体的身体部分上、并且可适于宽范围尺码和/或形状的相应身体部分。在一个实施例中，所述身体附接物被设计为身体附接手套，并具有优选地为圆柱体形式的弹性管的形式，其具有用于拇指的侧(横向)孔。在另一实施例中，身体附接物采取环绕板的形式，其具有用于手指和拇指的套口(pocket)。环绕的变型特别有利，这是因为环绕板(“手套”)通常可放在任何患者上，而不管手的束缚或残疾。为了允许身体传感器单元部分在接合点上的相对运动(例如，手指的弯曲)，身体传感器单元的部分可被设计为在身体上(例如，在用于指环的附接点上)滑动，而其它部分可以是固定的(例如，在手的背部)。在另一实施例中，身体附接物具有用户赤脚或穿袜子的鞋或袜的形式。在又一实施例中，身体附接物具有用户附接到他或她自己的鞋上的套鞋形式。如果鞋或套鞋包含弹性或可调整元件以允许易于适合宽范围的脚或鞋尺码，则这是有利的。
在一个实施例中，附着到身体附接物的感知元件/传感器被安排为沿着身体部分和/或围绕要测量其(多个)角度或延展的关节或身体部分而延伸。在另一实施例，它们被安排为测量身体部分(例如，两个手指之间的)相对移位。在这些情况下，感知元件/传感器可扩展两个身体部分(例如，手指)之间的空间。所述感知元件还可以为用于(例如，基于相机的)外部跟踪装置的有源或无源标记器的形式。
显示单元可包括工作表面、镜子单元、和优选地附接到支撑框架(frame)的监视器。在这个实施例中，工作表面、镜子单元、和监视器都可以是相对于支撑框架可调整的和旋转的。工作表面、镜子单元和监视器单元可以为薄的(10mm到2cm，包括10到50mm、50mm到1cm、或1cm到2cm)和平的，但是在本发明的一些实施例中，所述镜子单元或监视器可以被弯曲以如下面更详细描述地赋予深度观察上的某些优点。在典型的使用情形中，用户在显示单元前坐在可选的椅子上，将他/她的胳膊放在工作表面上，所述工作表面可进行调整使得它是水平的并且处于与普通桌子相同的高度。然而，所述工作表面是可选的，并且优选地在高度和倾斜度上可调整，使得可容易地适应轮椅中的用户。所述可选椅子可具有可调整的高度、背部倾斜度和较低的腿支撑角度。然而，用户还可以站立在或躺在显示单元前面。
在一个实施例中，镜子单元被附接到所述框架上，并且被安排为与面向上的反射表面平行，优选地近似在用户的眼睛水平面与工作表面之间的中间。然而，在某些实施例中，镜子单元还可以安装在别处，例如安装在载体上，所述载体可安装在用户头部和/或肩部上，使得用户可以观看在镜子单元中反射的监视器的画面。所述监视器是在用户头部前面且恰好上面被设置为水平的、面向下的某些优选实施例。通过向下看到镜子单元中，用户看到监视器的图像，就像是它处于与工作表面相同的平面中。通过在监视器上显示虚拟胳膊的图像(该虚拟胳膊的运动与由身体传感器单元检测的用户实际胳膊的运动匹配)，用户具有虚拟胳膊处于与他或她的实际胳膊相同身体位置的印象，并从而具有沉浸性的感知。这个情境的几个变体是可能的(包括用户站立、躺下、或部分地倚靠)，使得他可以看到他的脚。在每个情况下，调整显示单元，使得虚拟的胳膊或腿出现在“正确的”位置上。如果监视器和/或镜子单元被适当地弯曲，则即使胳膊和腿处于距用户眼睛不同距离处，也可能在正确的虚拟位置上显示所述胳膊和腿二者。所述监视器还可以与任何三维显示技术组合以给予观看者深度的印象，所述三维显示技术包括但不限于：快门眼镜、有色眼镜、或偏振的滤波器眼镜。显示单元的监视器还可由多个平的或弯曲的段组成，和/或镜子单元可以由多个平的或弯曲的段组成，使得虚拟环境的部分看起来相对于虚拟环境的其它部分处于不同深度上。
图1图示了身体传感器单元的实施例。所示出的身体传感器单元被使用在手上，并且被设计为高度可调整以便适合不同尺寸的手、并且毫无困难地适合不能容易地穿戴常规手套的手。在用户的手上穿有袖套(sleeve)1，该袖套1在其上具有一个或多个附接垫(attachment pad)2。袖套1由软的、通气的、轻重量、可拉伸的织物(诸如，氯丁橡胶、合成弹力纤维、运动衫、棉或者合成羊毛)组成，以在伸展使用期间提供舒适性。然而，如本领域的技术人员将容易理解的，袖套可以由任何其它材料制成，并且可包含多个材料的组合，以优化舒适性、和对身体传感器单元的组件的支撑。在一个优选实施例中，袖套由至少两种不同挠性的材料、或一种可变挠性的材料制成，使得袖套在圆周方向中比在径向方向中更加灵活。在优选实施例中，将袖套1构建为具有用于拇指的孔的、管形状的织物，以允许最大的适合简易性，在又一实施例中，它被形成为像常规手套的形状。然而，本领域的技术人员将理解，它可采取许多其它形式。节点(node)3和手指基部(finger base)4在图1中被示出为安装在附接垫2上，附接垫2优选地安装在第一指关节(knuckle)附近的手背上、并且在拇指的基部附近。附接垫2优选地由VELCRO(维可牢尼龙搭扣)、或者允许节点3和/或手指基部4容易地被移除和重新定位以配合不同用户的手形状的任何其它粘合材料制成。此外，节点3可将它附接到一个或多个保留带，以确保它紧紧地附接到前臂从而防止在胳膊运动期间相对于前臂的运动。基部线缆(base cable)5将节点连接到基本单元(未示出)，而一个或多个节点线缆6将节点3连接到手指基部4。手指传感器7A在底部附接到手指基部4，并且在在指尖处附接到指环8。指环8围绕用户的手指装配、并且以多个尺寸可用。它们在手指传感器7A上滑动或被束缚。手指传感器7A可由诸如橡胶或软塑料之类的挠性材料制成，和/或可包含通过挠曲或任何类型折叶(hinge)连接的一个或多个枢接的接合处，以符合弯曲手指的形状。如果手指传感器7A的外部由可容易形变的材料制成，则所述折叶可能是不需要的。手指传感器7A包含一个或多个信号转换元件，典型地包含弯曲传感器、或用于测量手指段的弯曲的装置的任何其它组合。信号转换元件可被放在手指传感器7A的内部，或者甚至可例如通过进行嵌入而集成到手指传感器7A中。在所示出的实施例中，描绘了三个手指；然而，通常本发明可包含任何数目的手指传感器7A(或根本不包含手指传感器7A)。因为手指基部4到附接垫2的固接是固定的，所以优选地指环8可以相对于手指传感器7或相对于手指而滑动，以确保手指的弯曲不会导致在手指传感器7A中建立大的应力，所述大的应力可导致手指传感器7A、或到手指基部4的连接的断裂。在其中指环8相对于手指传感器7A滑动的实施例中，指环8与手指传感器7A之间的接触面积优选地被选择为允许平滑的滑动，例如手指传感器7A可以由具有平滑塑料表面的平滑塑料制成，并且指环8由稍微宽松的装配泡沫材料或塑料制成。
节点3可包含用于检测它自己的位置(例如，用于外内视觉跟踪器的光学标记器、用于内外视觉跟踪器的内部相机、超声波发射器/接收器、无线电传送器/接收器)、朝向(例如，磁力计和/或加速计)或温度(温度计)的一个或多个标记器。手指传感器7A优选地包含转换器(转换元件)。还可能存在用于检测手指的姿势的(多个)标记器(例如，一个或多个弯曲传感器、光纤传感器、用于外部的外内视觉跟踪的标记器)。一个或多个附加传感器还可以纵向地安装在手腕处的袖套1上，以测量手腕弯曲和伸展(未示出)。在另一实施例中，指环8可包含有源的转换器(转换元件)或标记器(类似于节点3)以跟踪手指端点的位置。已知用于基于各种跟踪装置的读取来确定胳膊和手的位置和朝向的许多简明算法，例如用于加速计的双积分和重力向量估计、用于视觉跟踪装置的斑点跟踪(blob tracking)、和用于超声波/光学/无线电跟踪器的飞行时间(参见，用于斑点跟踪的美国专利6,256,046、用于无线电跟踪的美国专利5,510,800、用于超声波跟踪的美国专利4,980,871和5,495,427；例如参见用于光学飞行时间的Schuon等人的；″High-quality scanning using time-of-flight depth superresolution″，written at Anchorage，Alaska，IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops，2008，Institute of Electrical and Electronics Engineers，第1-7页(2008-07-15))。此外，诸如卡尔曼(Kalman)滤波器的公知方法可用于结合多个(可能为冲突的)跟踪数据源的结果。手指传感器7A还可包括任何种类的致动装置(例如，线性电机致动器、电活化聚合物致动器)以用于改变他们的形状和/或长度，从而向用户的手指提供触觉反馈。此外，指环8、手指传感器7A、手指基部4或节点3的一个或多个可以任选地包含用于向用户提供反馈的诸如震动电机、发光体和/或小型扬声器之类的一个或多个装置。如果所有组件和线缆连接被密封以防止灰尘和潮湿，从而用于日常环境中和苛刻条件(例如，水下)中，则这是有利的。
图2图示了身体传感器单元的又一实施例，具体地被设计用于容易地装配到常规手套不容易适合其上的手。在这个实施例中，袖套1是打开的环绕设计，其使用一个或多个条带(strap)9、围绕用户的手和手腕来进行紧固。条带9优选地由VELCRO制成。然而，本领域的技术人员将容易理解，条带可由其它材料制成，并且可以采用允许围绕手来紧固袖套的任何安排，其包括纽扣、纽扣-孔组合、按钮、带扣等。在图2的左手上，示出了未装合构成的打开手视图，同时右手侧示出了从上部角度的已装合袖套。接触用户皮肤的袖套的下方能够可选地包含一个或多个集成手指导引器(finger guide)10，在所述集成手指导引器10中插入了用户手指中的一个或多个或拇指。手指导引器10在指尖处可以是打开的或者闭合的。优选地，在手指导引器10的相对侧，可以存在可在其中插入手指传感器7和手指基部4(未示出，参见图1)的一个或多个手指传感器套口(pocket)11和/或手指基部套口12。手指基部套口12和手指传感器套口11在所示出的实施例中用于将手指传感器7A保持在适当的位置中。手指传感器7A优选地由诸如塑料之类的平滑材料制成，以在手指弯曲期间允许在手指传感器套口11内滑动，并且所述手指传感器7A足够刚性以防止在暴露的区段中使手指传感器套口11和手指基部套口12皱折。手指基部套口12优选地在顶部打开，以允许插入手指基部4，手指基部4然后优选地经由VELCRO或任何其它部件而保持在手指传感器7A之间的适当位置中。在袖套1已经被环绕并紧固到用户的手和手腕上之后，节点3例如可使用VELCRO或类似材料而附接到条带9。清楚的是，作为手指传感器套口11和手指基部套口12的替换，还可以使用附接垫2(比较图1)和指环8的组合来将手指传感器7A和手指基部4保持在相对于用户手的正确位置中。
替换地，并且如下面将更详细地描述的，袖套1还可以形成为类似于脚后跟和脚趾被移除的袜子的形状。节点3例如可附着到在腿上或者在脚面上安装的附接垫上。脚趾运动信息可使用修改的较小版本的手指传感器7A来记录。此外，经由袖套1而附接到脚面的修改版本的手指传感器7A可用于测量脚的弯曲和/或踝上的弯曲。
图3图示了本发明的另一实施例，其优选地允许测量手指相对于彼此的运动。在图3中，图的左侧示出了完全实施例，而右侧仅示出了在这个情况下、将食指和中指接合的组件的详细视图。在这个实施例中，手指到手指传感器7B跨越相邻手指之间的间隙。所示出的分别是在拇指和食指之间、以及在食指和中指之间的两个手指到手指传感器7B。尽管在图1和图2中所示出的手指传感器7A沿着优选地从手/手掌的背部向指尖伸展的手指来安排，但是手指到手指传感器优选地在指尖处在手指之间跨越。所述包括手指到手指传感器的安排允许有效地测量手指张开运动、或者在手的手掌平面中的拇指食指外展或内收运动。具体地，拇指的运动可以使用包括手指到手指传感器的安排来以两个自由度而更有效地测量。优选地，所述手指到手指传感器7B诸如经由支架(bracket)13而紧固地附接到沿着手指而延伸的现有手指传感器7A。支架13确保将附加的手指传感器7B保持为实质上垂直于现有手指传感器7A的纵轴，确保手指到手指传感器7B实质上与现有手指传感器7A的纵轴垂直地交叉现有手指传感器7A。这个安排的优点在于将手指到手指传感器7B保持为以单个曲率半径而弯曲，如果手指到手指传感器7B包括仅仅对一个方向中的弯曲敏感的电阻性(resistive)弯曲传感器，则这是有利的。支架13在沿手指而延伸的手指传感器7A的顶部上的所示安排具有允许手指一起自由运动的优点。大多数抓取动作可以在不受传感器妨碍的情况下进行。所述支架13或者可固定到指环8，或者分开地(或者可调整地或永久地)安装到手指传感器7A。支架的可调整固接允许手指到手指传感器7B的最佳置放，以用于测量相对手指运动。替换地，支架13还可(或者可调整地或永久地)附接到所述手指基部4中的任何基部。在一个审美上令人愉快的设计中，来自手指到手指传感器7B的布线可通过沿用户的手指而延伸的手指传感器7A来路由。如果合适，则手指到手指传感器7B还可以携带用于电学地连接手指基部4的传导器，这消除了对单独节点线缆6的需要。尽管所示出的实施例仅仅测量了三个手指的运动，但是清楚的是，也可以使用这个实施例的所描述组件来测量任何的手指组合。
图4示出了用于测量手腕运动的本发明的实施例，其有利地与来自图1到图3所示的一个或多个其它实施例的元件集成。这里，戴在手上的织物袖套1包围手腕；它可以例如是图1或图2所示的类型。使用VELCRO或任何其它附接方法(例如，缝进套口中)而附接到袖套的是用于测量手腕运动(具体地为手腕的弯曲和/或旋转)的一个或多个传感器17A。这些“手腕传感器”17A优选地如所示出地进行安装，以独立地测量手腕挠曲/伸展以及围绕正交轴的手腕旋转，尽管它们还可以安装在任何其它朝向中。一大批传感器类型和传感器安排处于本发明的范围内。如果使用电阻性弯曲传感器17A，则通常有利地使用背靠背安装在单个传感器单元内的两个传感器，这是因为电阻性弯曲传感器经常仅仅对一个方向中的弯曲敏感。替换地，弯曲传感器17A还可以安装在手腕的相对侧，以使能够测量在两个方向中的弯曲。用于转换手腕处的旋转的另一方法是使用连接到支柱(strut)14的旋转传感器17B。所述支柱14继而连接到织物袖套1。旋转传感器17B优选地被放在手腕的旋转轴上。这样，在一个有利实施例中，对于每个单独用户，支柱14在袖套上可进行位置调整。支柱14优选地被设计为允许在旋转传感器17B的旋转平面外弯曲以适应平面外的手腕弯曲，但是所述支柱14在旋转传感器17B的旋转平面中是刚性的，以有效地将手腕运动传送到旋转传感器17B。如本领域的技术人员将理解的，一大批技术可用于转换手腕运动，诸如但不限于：电阻性电位计或光学位置编码器。
本领域的技术人员将理解，手腕运动的上述测量可被容易地改装并使用在身体的任何其它可运动关节(诸如，肘、膝盖、踝、臀、颈或肩)处。
图5示出了用于测量躯干运动的本发明的实施例。背心21穿在躯体上。附接到背心21的是一个或多个传感器/节点27A/B。如果背心21可简单地越过用户的头部而进行置放、使得不需要袖套，则这是有利的。如果传感器/节点的位置可使用任何方法来进行调整，则这也是有利的，所述方法包括但不限于：诸如VELCRO的扣件、套口、条带扣件纽扣等。在许多典型安排之一中，一个传感器包含单元被放在背心的每个肩上，并且一个传感器包含单元被放在胸上。然而，使用一个、两个、四个、五个、六个或更多传感器包含单元的实施例处于本发明的范围内。传感器/节点可取决于应用而放在不同的位置上。
图6示出了用于测量脚部运动和/或受力的三个实施例。图6A描绘了为光脚或穿袜子的用户设计的版本。用户穿上鞋，该鞋包括鞋底31A和鞋面部分31B，该鞋可以任何方式来设计，以便促进舒适且容易的穿戴。取决于所期望的交互的类型，鞋底31A可以具有各种形状和纹理，它还可以例如在外面光滑或具有轮子，甚至在其上具有溜冰冰刀或其它附接物。到鞋内的插入物(insert)32优选地包含几个感知和致动单元。所述插入物32可以任选地与鞋底31A组合。可选的挠性箍带(band)34可将鞋31的上面部分31B连接到腿部条带35，该腿部条带35以任何舒适的高度来环绕用户的腿，并使用任何合适的部件(例如，带扣、VELCRO)来紧固。插入物32可在其中嵌入一个或多个压力传感器37A。压力传感器37A可以具有任何尺寸、形状和分布，尽管所示出的典型安排包括在脚趾附近的两个传感器和在脚后跟附近的两个传感器、使得可以检测到身体重量的移转。此外，可以将一个或多个震动反馈元件36嵌入在插入物32中。震动反馈元件36可以基于电子电机、压电致动器、或任何其他装置。一个或多个弯曲传感器37B还可以安装在插入物32中或上，以测量脚的挠曲，并且还可以安装在鞋面31B和挠性箍带34上，以测量踝挠曲和伸展。一个或多个传感器包含单元33还可以安装在鞋上的任何地方。每个传感器包含单元除了包括一个或多个转换元件之外，还可包括标记器和/或效应器，诸如加速计、磁力计、用于外部跟踪的红外LED或超声波发射器、震动反馈、音频扬声器、光学标记器等。
图6B描绘了为用户设计以用于光脚或穿袜子穿戴或者在他们自己的鞋上套上的套鞋。用户的鞋由通过柄(shank)41C连接的脚趾元件41A和脚后跟元件41B来保持。脚趾元件41A延伸越过用户鞋的脚趾前面，以防止鞋滑落。如果脚趾元件41A、脚后跟元件41B和柄41C中的一个或多个由诸如橡胶之类的挠性材料制成，使得套鞋可适合某一范围的鞋尺码并且被紧固地保持，则这是有利的。任何传感器和/或节点和/或效应器和/或标记器可安装在脚趾元件41A、脚后跟元件41B和/或柄41C上或嵌入在其中，(为了仅提供一个示例)其诸如为一个或多个压力传感器47A、震动反馈元件46(标记器)或弯曲传感器47B。挠性箍带44可选地附接到与腿部条带45连接的脚后跟元件41A。一个或多个旋转传感器47C可选地安装在脚后跟元件41A上，并且可经由支柱42连接到腿部条带45。在支柱42和腿部条带45之间的连接可以是固定的或枢轴的，并且连接点可以是可调整的。旋转传感器47C的位置优选地可调整以匹配不同用户的踝旋转点。支柱42可被设计为在旋转传感器47A的旋转平面中为刚性的，但是允许在所述平面外弯曲，以适应踝的运动。旋转传感器47C可使用任何合适的技术来测量旋转，所述技术包括但不限于：诸如电位计和/或旋转光学位置编码器之类的转换元件。在全部两个版本的实施例中，用于连接组件的线缆可以是分立的和/或嵌入在鞋的不同结构部分中。
图6C中所示的实施例有些类似于图6B，但是提供了用于对于不同的脚尺寸来调整身体传感器单元的不同方法。所述脚趾元件41A和脚后跟元件41B附接到基板(baseplate)43。所述基板43足够大以适应宽范围的脚尺寸。还优选地允许将脚趾元件41A和脚后跟元件41B定位在基板43的多个位置上，通过改变在脚和基板43的接触区域与地之间的关系来促进不同的身体运动，从而改变用户的重心相对于基板43的位置。可以将任何感知和/或反馈元件合并到基板43中；在所示出的实施例中，压力传感器47A和震动反馈元件(标记器)46被附接到基板43的角落。所述脚趾元件41A和/或脚后跟元件41B使用各种方式来可以成为位置可调整的或不可以成为位置可调整的。为了仅仅描述一个实施例，脚趾元件41A和脚后跟元件41B可附接到导轨(rail)48，所述导轨48允许为了尺寸调整而对元件进行滑动，并且它可使用多种方式而被锁定到位置中。所述导轨或者可卡进基板43中或从基板43隆起，或者为二者的组合。脚趾元件和脚后跟元件还可以合并允许将它们定位或紧固在孔阵列49的任何部分上的部分。本领域的技术人员将理解，可使用其它方法/装置(例如，条带或锁定片)来以固定或可调整的方式将脚趾元件41A和/或脚后跟元件41B紧固到基板43上。
尽管上面描述并具体地在图1到图6中示出的身体传感器单元的实施例图示了身体传感器单元在特定身体部分上的特定使用，但是清楚的是，它们可被容易地改装用于其它身体部分(诸如，腿、胳膊、颈和头的不同部分)上。
图7a图示了显示单元的实施例。用户坐在显示单元前面的椅子101上，所述椅子可选地是高度和/或角度可调整的。显示单元包括可在其上安装宽范围项目的框架102。所示出的是附接到监视器底架(mount)104上的监视器103，监视器底架104允许监视器103在其高度、水平位置和角度上可调整。镜子105被以类似的方式而附接到镜子底架106上，优选地低于监视器底架104或者可调整为低于监视器底架104。尽管是可选的，但是在所示出的实施例中将水平工作表面107附接到在镜子底架106下面的工作表面底架108。监视器底架104、镜子底架106和工作表面底架108都被示出为附接到框架102。控制计算机109可以附接到框架102或放在别处，并且用于控制监视器103上的图像，并从身体传感器单元读取输入数据。用于监视器底架104、镜子底架106和工作表面底架108的机构可以是固定的、手动地或另外地经由致动器、控制杆(lever)、绳或者任何其它机械或电子装置的任何组合而可调整的。如从接下来的图中可以看出的，在一个优选实施例中，具体地可以变更监视器103和镜子105的相对位置，以适应宽范围的用途。
如果镜子105被近似水平地安排，近似地在用户的眼睛和工作表面107(或者手的位置)之间的中间面向上，并且监视器103安排在用户头部的恰好上面，面向下，则当用户向镜子105中观看时，他/她将看到在监视器103上显示内容的镜像图像，该镜像图像好像是在与他/她的手搁置的工作表面107相同的平面上浮动。如果用户在每只手上佩戴有身体传感器单元(图1)，则用户的实际胳膊和手的运动然后可被转录到以下(镜像的)图像，所述图像是作为虚拟的胳膊和手而显示在监视器103上的图像(如在镜子105中所看到的)。如果胳膊被显示在监视器103上，则当用户向镜子中观看时，该用户将具有虚拟胳膊处于与他/她自己的实际胳膊相同身体位置中的感觉。
例如，对于近似160-190cm高的以下典型用户(所述用户在坐着时，他们的眼睛水平面近似在地面之上大约120-130cm、以及他们的胳膊在地面之上大约80cm的工作表面上)，在工作表面上大约20-30cm处面向上置放的水平镜子将向近似正确的位置反射以下图像，所述图像来自近似在工作表面之上大约45-60cm的水平的面向下的监视器。如果工作表面、镜子单元和监视器都朝用户倾斜大约10-20度，则可以获得对于一些用户可能更加舒适的另一工作和观看位置。通过将镜子放在低于用户的眼睛水平面大约10cm(其对应于在工作表面之上大约60-80cm的监视器位置)，可以实现又一工作和观看位置；这个安排的一个优点在于用户具有更多的空间来进行自由的胳膊运动，并且对于在用户的头部之上的监视器存在更高的间隙(clearance)(例如参见图10C)。
在这个实施例中，可能进行组件上的几种变型，所述变型都是本发明的一部分。例如，镜子105可以如图7A所示地为平的，或者以任何方式弯曲，或者是棱镜的一部分(图10C)。监视器103可以是弯曲的(参见图7B)，和/或被设计为可能结合快门眼镜、有色眼镜、或任何其它三维显示技术来显示三维图像。在优选实施例中，所述镜子或棱镜可附接到穿戴在用户的头部或肩上的支座上(图10A到图10C)。在这样的实施例中，所述镜子或棱镜的平面低于用户的视野的一半。镜子的功能与其它实施例中相同。头戴式或肩戴式镜子的优点包括仅需要非常小的镜子(最大尺寸近似为25cm×8cm)、对于用户的胳膊存在更多的自由工作空间、和在用户的头部之上到监视器存在增加的间隙。通常，对于具有运动病问题的用户来说，肩戴式安排优于头戴式安排，这是因为在肩戴式安排中头部的运动将不会导致视场的对应混乱运动。
在优选的实施例中，工作表面107由薄、硬、平、刚性的材料或者与普通桌面类似的材料的组合而制成。小于3cm的总厚度是优选的。在其它实施例中，它可具有用于适应具体应用的任何形状，并且可另外地包含安装在其上的任何输入/输出装置，所述输入/输出装置也被可选地表示在虚拟环境中。当使用在桌上的用户胳膊上或者其它对象上的光学跟踪装置时，如果工作表面7由半透明或透明的材料制成以允许反射的或发射的光通过，则这是有利的。
图7b图示了显示单元的替换实施例，其被设计用于在正确的观察位置处同时观看虚拟胳膊和腿。调整用户的椅子101，使得腿向前伸展，以便如果显示单元不存在、则用户的脚对于用户而言将是可见的。在与用户附近的镜子105更接近的弯曲屏幕110上向用户示出所述图像(其中示出了胳膊)，并且在与远离用户的镜子105更加远离的弯曲屏幕110上向用户示出所述图像(其中示出了腿)。优选地将屏幕的曲率设置为使得屏幕的一半最接近于用户(其中，例如将胳膊显示为尽可能地平)，以便图像的表观深度(apparent depth)近似恒定并且与工作表面的表观深度匹配。将距离用户更远的屏幕一半的曲率优选地设置为使得膝盖看起来比手稍微更远离于用户，并且脚看起来大约两倍远。这意味着，如果与用户最接近的屏幕的边缘为平的(0度)，则在所示出的实施例中距离用户最远的屏幕的边缘将近似为25-40度。
在几何学上调整在弯曲屏幕110上显示的图像，即以失真的形式来示出在弯曲屏幕110上显示的图像，其中使用标准的图形驱动器软件或任何已知的光学方法来实现所述失真，使得当用户在镜子105中观看时、向用户显现不失真的表示。尽管可以使用任何当前的或将来的技术来实现在弯曲屏幕110上的图像，但是典型地它将通过使用用于弯曲屏幕110的半透明材料、并通过使用连接到控制计算机109的标准视频投影仪111来将图像背景投影(back-project)到弯曲屏幕110上来实现。可选地，投影仪镜子112可用于通过将外出光束反射到弯曲的屏幕110上来帮助视频投影仪111进行有利定位。要注意，弯曲屏幕110还可以是平的，在这个情况下，这个实施例等效于图7a中的实施例。弯曲屏幕110还可以与两个视频投影仪111组合(所述两个视频投影仪111具有在它们前面装配的垂直偏振滤波器)，使得佩戴近似匹配的偏振眼镜的用户可以在该屏幕上看到三维图像。
图7b的实施例的变体使用弯曲的镜子来代替弯曲的屏幕。这个变体允许使用标准的平板显示器，以实现同样的效果。另一变体使用围绕在患者的观看方向中对齐的水平轴而弯曲的屏幕或镜子，来代替图7b所示的围绕横轴(通过患者的耳朵)的弯曲。例如，这个替换方案允许用户的腿和脚在虚拟图像中在图像中心中看起来进一步远离，而图像的左侧和右侧上的胳膊看起来更接近观看者。
图8a和图8b示出了图7a所示的显示单元的实施例的替换安排，其中重新安排系统组件以用于监视器103的传统观看。在图8a中，用户100正在普通桌子安排中坐在椅子101上使用显示器，而在图8b中，用户是站立的。
图9a图示了显示单元的另一实施例，其类似于图7b中的显示单元。在这个情况下，弯曲的屏幕110被设计用于最佳地观看用户的胳膊，并且还用于越过虚拟胳膊来观看在虚拟工作表面上的对象。这个功能通过朝镜子105对弯曲屏幕110的后部进行弯曲来实现，使得虚拟对象看起来更接近镜子105的表面，并从而看起来在虚拟工作表面上更高。取决于确切的期望效果，在最接近用户的屏幕的边缘与最远离用户的屏幕的边缘之间的到水平面的角度差典型地为60-90度。在其中要求用户与虚拟工作表面上的其它对象(所述其它对象位于朝向虚拟工作表面的后部)交互的情况下，这里示出的实施例是有用的。
图9b图示了用于在倾斜位置中使用的显示单元(如图7a中一样)的替换安排。在这个安排中，椅子101是倾斜的，并且监视器103、镜子105和工作表面107都朝向用户而向下倾斜。在其中用户有利地处于倾斜位置的情况下，例如如果用户由于医疗条件而不能坐直、或者如果用户希望尽可能地放松，则这个安排可能是有用的。
清楚的是，存在本发明的许多其它可能实施例，并且本发明的可能应用领域不限于上面所提到的这些。可以以许多不同的方式来组合上述的不同特征和创新，而不脱离本发明的精神。还清楚的是，本发明全部覆盖以下各项中的变体：
·用于构建具体实施例的材料的机械属性和几何结构；
·所采用的特定显示技术；
·在特定实施例内组件的特定安排；
·所使用的制造工艺；
·所使用的处理和显示算法的细节；以及
·用于构建具体实施例的任何其它实现细节。
图注：附图
1     袖套
2     附接垫
3     节点
4     手指基部
5     基部线缆
6     节点线缆
7A    手指传感器
7B    手指到手指传感器
8     指环
9     条带
10    手指导引器
11    手指传感器套口
12    手指基部套口
13    支架
14    支柱
17A   手腕弯曲传感器
17B   手腕旋转传感器
21   背心
27A/B  身体传感器
31     鞋
31A    鞋底
31B    鞋面
32     鞋插入物
33     节点
34     挠性箍带
35     腿部条带
36     效应器(反馈元件)
37A    脚压力传感器
37B    脚弯曲传感器
41A    脚趾元件
41B    脚后跟元件
41C    柄
42     支柱
43     基板
44     挠性箍带
45     腿部条带
46     效应器
47A    压力传感器
47B    弯曲传感器
47C    旋转传感器
48     导轨
49     孔阵列
101    椅子
102    框架
103    监视器
104    监视器底架
105    镜子单元
106    镜子底架
107    工作表面
108    表面底架
109    控制计算机
110    弯曲平面
111    视频投影仪
112    投影仪镜子
113    肩部底架

Claims (36)

1.一种能调整的身体传感器单元，包括：
至少一个节点，包括至少一个传感器，
至少一个身体附接物，包括用于将所述至少一个节点附接到身体附接物的至少一个附接元件，
用于传递由所述至少一个传感器接收的测量的至少一个元件，其中所述用于传递的元件优选地为所述节点的一部分，并且其中所述节点在所述身体附接物上的位置能调整，和/或所述身体附接物本身能调整，以适应不同的用户。
2.根据权利要求1的身体传感器单元，
其中至少一个其它传感器能调整地附接到所述身体附接物，并且其中所述其它传感器包括信号转换元件，该信号转换元件测量它被附接到的身体部分的运动。
3.根据权利要求2的身体传感器单元，其中所述身体附接物是能调整的身体附接手套，
其中所述手套优选地具有含有拇指孔的打开管的形式、或者环绕板的形式，并且其中所述至少一个其它传感器是手指传感器或手腕传感器。
4.根据权利要求3的身体传感器单元，其中所述手套包括将用户的(多个)手指插到其中的一个或多个手指导引器。
5.根据权利要求3或4的身体传感器单元，其中手指传感器或手腕传感器能调整地经由所述至少一个附接元件来附接，所述至少一个附接元件优选地为附接垫、夹子、拉链、纽扣孔或套口。
6.根据权利要求3到5中任一项的身体传感器单元，包括至少一个手指到手指传感器，该手指到手指传感器优选地紧固附接到至少两个手指传感器，其中所述手指到手指传感器将第一手指连接到第二手指。
7.根据权利要求6的身体传感器单元，其中所述手指到手指传感器紧固地在其两端中的每端处附接到手指传感器。
8.根据权利要求3的身体传感器单元，其中所述附接手套为弹性的。
9.根据权利要求2到8中任一项的身体传感器单元，其中所述转换元件测量弯曲、旋转、延长或压力，并且是二维或三维加速计、磁力计、诸如弯曲、线性或旋转电位计之类的电位计、位置编码器或压力传感器。
10.根据前述权利要求中任一项的身体传感器单元，其中诸如震动电机、发光体和/或扬声器之类的至少一个效应器是所述至少一个节点的一部分。
11.根据前述权利要求中任一项的身体传感器单元，其中所述节点优选地经由诸如电池或太阳能电池之类的能源而自供电。
12.根据前述权利要求中任一项的身体传感器单元，其中所述节点诸如经由红外或蓝牙而无线地与基本单元通信。
13.根据权利要求3到12中任一项的身体传感器单元，其中所述身体传感器单元具有至少一个手指基部，该手指基部优选地能移除地附接到身体附接物，并且其中所述手指基部具有所述至少一个附接到它的手指传感器，其中所述手指传感器沿着手指而延伸，并且优选地经由(多个)手指的(多个)尖端上的(多个)滑动环而进一步紧固到(多个)手指。
14.根据权利要求13的身体传感器，其中所述(多个)滑动环包含至少一个标记器来跟踪所述(多个)尖端的位置。
15.根据权利要求3到14中任一项的身体传感器单元，其中所述(多个)手指传感器包括诸如线性电机或电活化聚合物致动器之类的致动装置。
16.根据前述权利要求中任一项的身体传感器单元，其中所述身体传感器单元还包括至少一个用于检测如下各项的标记器：
(a)位置，其中所述标记器优选地为磁场发生器/检测器、用于外内视觉跟踪器的光学标记器、用于内外视觉跟踪器的内部相机、超声波发射器/接收器、无线电传送器/接收器，
(b)朝向，其中所述标记器优选地为磁力计或加速计，和/或
(c)温度，其中所述标记器优选地为温度计。
17.根据权利要求1或权利要求2的身体传感器单元，其中所述身体附接物是背心，并且其中所述传感器测量躯干运动和/或弯曲。
18.根据权利要求1或权利要求2的身体传感器单元，其中所述身体附接物附接到脚，并测量脚部运动、弯曲和/或受力。
19.根据权利要求18的身体传感器单元，其中所述身体附接物包括脚后跟和脚趾元件、以及在用于接触外部表面的位置上的至少一个压力传感器和/或弯曲传感器。
20.根据权利要求19的身体传感器单元，其中所述身体附接物为：
(a)能调整的鞋子或能调整的套鞋或袜子，其具有鞋底和上面部分，或者
(b)能调整地彼此附接的脚趾和脚后跟元件。
21.根据权利要求19或20的身体传感器单元，其中两个压力传感器位于脚趾元件处，并且两个压力传感器位于脚后跟元件处。
22.根据权利要求21的身体传感器单元，其中将所述压力传感器集成到被放在鞋内部的鞋底上的插入物中，和/或将所述压力传感器放在鞋外部的附接物处或放在鞋外部的附接物中，诸如放在脚后跟内部处、或者放在脚趾区段处的容器处或放在脚趾区段处的容器中。
23.根据权利要求21或22的身体传感器单元，其中所述传感器能移除地附接到鞋底。
24.一种沉浸式虚拟现实系统，包括前述权利要求中任一项的至少一个身体传感器单元、和显示单元，所述显示单元与至少一个身体传感器单元通信，以便沉浸式地显示由身体传感器单元的所述传感器所测量的身体部分的运动。
25.一种虚拟现实系统，包括：
至少一个传感器或节点，所述节点包括所述至少一个传感器，以及
至少一个计算机，其中
所述传感器包括用于附接到身体部分的信号转换元件，其中所述转换元件适于跟踪身体部分的运动，
用于将所跟踪的运动传递到计算机的至少一个元件，该计算机绘制所述运动以在显示单元上显示，其中所述显示单元包括：
至少一个监视器，
至少一个镜子单元，
调整装置，用以将监视器和镜子单元调整到其中在镜子单元中反射所述监视器的位置，使得在所述位置中，在监视器上显示由传感器跟踪的运动，以在镜子单元中进行沉浸式观看。
26.根据权利要求25的虚拟现实系统，其中所述计算机的绘制包括所跟踪的运动的放大或缩小。
27.根据权利要求25的虚拟现实系统，其中在监视器上显示镜像的图像。
28.根据权利要求25到27中任一项的虚拟现实系统，其中所述调整装置是在其上安装有至少一个监视器、至少一个镜子单元和/或优选地至少一个工作表面的框架，并且所述至少一个监视器、至少一个镜子单元和/或优选地至少一个工作表面在高度和/或倾斜度上是能调整的。
29.根据权利要求25到28中任一项的虚拟现实系统，其中所述监视器和/或所述至少一个镜子单元为至少部分弯曲的。
30.根据权利要求25到29中任一项的虚拟现实系统，其中所述身体部分包括手、胳膊、腿和/或脚。
31.一种身体传感器单元，包括：
至少一个身体附接物，
至少一个节点，包括附接到所述身体附接物的至少一个传感器，
至少一个手指到手指传感器和用于在第一和第二手指之间连接手指到手指传感器的附接元件，其中所述手指到手指传感器包括用于测量所述第一和第二手指的运动的信号转换元件，以及
用于传递由所述至少一个手指到手指传感器接收的测量的至少一个元件。
32.根据权利要求31的身体传感器单元，其中所述附接元件将所述至少一个手指到手指传感器连接到其每一个沿手指而伸展的至少两个手指传感器。
33.根据前述权利要求任一项中的身体传感器单元和/或虚拟现实系统在所述身体部分的运动受限的患者的康复中的用途。
34.根据前述权利要求任一项中的身体传感器单元和/或虚拟现实系统对于具有运动病和/或视觉失调的患者的用途。
35.一种用于创建身体部分的沉浸式虚拟图像的方法，包括：
提供至少一个跟踪装置、至少一个监视器和至少一个镜子单元，
其中附接到所述身体部分的至少一个传感器测量它的运动，
其中所述监视器跟踪所述身体部分的运动，
以及其中所述至少一个镜子单元提供所述身体部分的沉浸式虚拟画面。
36.根据权利要求35的方法，其中提供至少两个传感器，一个用以测量胳膊且一个用以测量腿运动，并且镜子单元和/或监视器至少部分地被弯曲，并且创建(多个)胳膊和(多个)腿的沉浸式虚拟图像。
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