CN103480154A - 障碍物规避装置及障碍物规避方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种障碍物规避装置及障碍物规避方法。障碍物检测部从外界的图像中检测针对佩戴头戴式显示器的用户的障碍物。距离计算部计算从所检测到的障碍物至头戴式显示器的佩戴者的距离。障碍物置换部将所检测到的上述障碍物置换为虚拟对象物。虚拟对象物合成部将虚拟对象物在头戴式显示器所显示的虚拟空间内合成于与距障碍物的距离相应的位置。

Description

障碍物规避装置及障碍物规避方法
技术领域
本发明涉及佩戴头戴式显示器时的障碍物规避装置及方法。
背景技术
已实现了将游戏机所连接的头戴式显示器佩戴于头部，一边看头戴式显示器所显示的画面，一边操作控制器等玩游戏的情况。由于在使用游戏机所连接的通常的台式显示器时，用户的视野范围会广及到显示器画面的外侧，故有时无法将注意力集中于显示器的画面、或缺少投入在游戏中的感觉。在这一点上，若佩戴头戴式显示器，则用户看不到除头戴式显示器所显示的影像以外的物体，故投入在影像世界中的感觉增强，有提高游戏的娱乐性的效果。
但是，由于在佩戴头戴式显示器的状态下，用户无法看到外界，故发生过在一边玩游戏一边伸手、活动身体时碰撞到周围的障碍物或使桌子上的物品摔落的情况。
发明内容
本发明是鉴于这样的课题而研发的，其目的在于提供一种能够避免佩戴者在佩戴头戴式显示器时碰撞到障碍物的障碍物规避装置及方法。
为解决上述课题，本发明的一个方案的障碍物规避装置包括：障碍物检测部，从外界的图像中检测针对佩戴头戴式显示器的用户的障碍物；障碍物置换部，将所检测到的上述障碍物置换为虚拟对象物；以及虚拟对象物合成部，将上述虚拟对象物合成于上述头戴式显示器所显示的虚拟空间内。
本发明的另一个方案是障碍物规避方法。该方法包括：从外界的图像中检测针对佩戴头戴式显示器的用户的障碍物的障碍物检测步骤；将所检测的上述障碍物置换为虚拟对象物的障碍物置换步骤；以及将上述虚拟对象物合成于上述头戴式显示器所显示的虚拟空间内的虚拟空间合成步骤。
此外，将以上构成要素的任意组合、本发明的表现形式在方法、装置、系统、计算机程序、数据结构、记录介质等间变换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。
附图说明
图1是头戴式显示器的外观图。
图2是头戴式显示器的功能结构图。
图3是本实施方式的障碍物规避系统的结构图。
图4是说明佩戴头戴式显示器的用户的周边环境的图。
图5是本实施方式的障碍物规避装置的功能结构图。
图6是说明图5的障碍物规避装置的障碍物规避步骤的流程图。
图7是说明为避开障碍物而被显示于头戴式显示器的虚拟对象物的例子的图。
图8是说明为避开障碍物而被显示于头戴式显示器的虚拟对象物的其它例子的图。
具体实施方式
本发明将叙述用于参考的优选实施例。实施例并非限制本发明的范围，而是本发明的例示。
图1是头戴式显示器100的外观图。头戴式显示器100包括主体部110、前头部接触部120、以及侧头部接触部130。
头戴式显示器100是被佩戴于用户的头部，用于欣赏显示器所显示的静图像和动图像等、以及听从头戴式耳机输出的声音和音乐等的显示装置。
通过被内置或外接于头戴式显示器100的GPS（Global PositioningSystem：全球定位系统）等位置传感器，能够计测用户的位置信息。此外，通过内置或外接于头戴式显示器100的姿势传感器，能够计测佩戴头戴式显示器100的用户的头部朝向、倾斜这样的姿势信息。
主体部110中包括显示器、位置信息取得传感器、姿势传感器、以及通信装置等。前头部接触部120及侧头部接触部130包括能够计测用户的体温、脉搏、血液成分、出汗、脑电波、脑血流等生体信息的生体信息取得传感器。
头戴式显示器100中还可以设有用于拍摄用户眼睛的摄像头。通过被安装于头戴式显示器100的摄像头，能够检测出用户的视线、瞳孔的移动、眨眼动作等。
在此，说明佩戴头戴式显示器100时的障碍物规避方法，但本实施方式的障碍物规避方法不限定于狭义上的头戴式显示器100，还能够适用于佩戴眼镜、眼镜型显示器、眼镜型摄像头、头戴式耳机、头戴式耳麦（带麦克风的头戴式耳机）、耳塞式耳机、耳环、耳挂式摄像头、帽子、带摄像头的帽子、发带等的情况。
图2是头戴式显示器100的功能结构图。
控制部10是处理并输出图像信号、传感器信号等信号、命令、数据的主处理器。输入接口20从触摸面板及触摸面板控制器接收操作信号、设定信号并提供给控制部10。输出接口30从控制部10接收图像信号并使其显示于显示器。背光灯32将背光灯提供给液晶显示器。
通信控制部40介由网络适配器42或天线44，通过有线或无线通信将从控制部10输入的数据发送到外部。通信控制部40还介由网络适配器42或天线44，通过有线或无线通信从外部接收数据并输出给控制部10。
存储部50临时存储控制部10处理的数据、参数、操作信号等。
GPS单元60按照来自控制部10的操作信号，从GPS卫星接收位置信息并提供给控制部10。无线单元62按照来自控制部10的操作信号，从无线基站接收位置信息并提供给控制部10。
姿势传感器64检测头戴式显示器100的主体部110的朝向和倾斜等姿势信息。通过适当组合陀螺仪传感器（gyro sensor）、加速度传感器、角加速度传感器等来实现姿势传感器64。
外部输入输出端子接口70是用于连接USB（Universal Serial Bus：通用串行总线）控制器等外围设备的接口。外部存储器72是闪存存储器等外部存储器。
时钟部80按照来自控制部10的设定信号设定时间信息并将时间数据提供给控制部10。
摄像头单元90包括镜头、图像（image）传感器、测距传感器等拍摄所需的结构。测距传感器是通过照射红外光等而拍摄反射光、使用三角测量原理来测定距被摄物体的距离的传感器。
控制部10能够将图像和文本数据提供给输出接口30并使其显示于显示器、或提供给通信控制部40而使得其被发送到外部。
图3是本实施方式的障碍物规避系统的结构图。
多个用户的头戴式显示器100a、100b通过无线通信连接于游戏机300a或通过连接USB等周边设备的接口与游戏机300a连接。另一个游戏机300b上被连接一个用户的头戴式显示器100c。
游戏机300a、300b（总称为游戏机300）及服务器200连接于网络400。游戏机300介由网络400从服务器200接受游戏、电影等内容(contents)。服务器200可以将能够由多个用户介由网络400来参加的游戏等在线应用提供给游戏机300。
图4是说明佩戴头戴式显示器100的用户的周边环境的图。用户在佩戴头戴式显示器100的状态下操作游戏机300的控制器310。根据游戏应用，有时手持控制器310地移动手或身体。在佩戴头戴式显示器100的状态下，由于用户无法看到外界，有时身体会碰撞到桌子500或椅子510等，有使桌子500上的物品掉下来并碰撞到身体造成伤害等危险性。
此外，当头戴式显示器100是不仅能够观看影像、还能够观看外界的透射式头戴式显示器（也称作透视型头戴式显示器）时，能够看到周围的情况，但在将注意力集中于画面所显示的内容时，有时会不能足够地去意识周围的障碍物而会产生同样的问题。
因此，在本实施方式中，检测存在于用户周围的现实的障碍物，将障碍物置换为虚拟对象物并显示于头戴式显示器100的画面中，由此使得用户能够自然地避开障碍物。
图5是本实施方式的障碍物规避装置600的功能结构图。该图描绘有着眼于功能而描绘的功能块图，这些功能块能够仅由硬件、仅由软件、或由它们的组合以各种形式实现。
障碍物规避装置600被安装于头戴式显示器100所连接的游戏机300，但可以将障碍物规避装置600的至少一部分功能结构安装于头戴式显示器100侧的控制部10。或者，可以将障碍物规避装置600的至少一部分功能结构安装于服务器200。
障碍物检测部610从由头戴式显示器100上所装的摄像头140拍摄的外界的图像中检测障碍物。使用从图像抽取对象物的现有的算法来检测障碍物。通过拍摄动图像来检测对象物的移动，由此能够区分人和动物等移动的对象物和桌子、陈列品等静止的对象物。当头戴式显示器100上没装配摄像头时，可以使用游戏机300所连接的摄像头拍摄外界的图像来检测障碍物。此外，当使用被设置于头戴式显示器100的摄像头140来检测障碍物时，若佩戴头戴式显示器100的用户仅看着前方，则无法检测用户周围的障碍物，故可以将诱导用户转动头部朝向周围的信息显示于头戴式显示器100。
距离计算部620基于由障碍物检测部610检测到的障碍物计算距用户的距离。能够通过被内置于摄像头单元90中的测距传感器来测定从用户到障碍物的距离。
若佩戴头戴式显示器100的用户移动，则用户与障碍物的位置关系会发生变化，故在用户正佩戴头戴式显示器100时，障碍物检测部610按预定周期从该外界的拍摄图像中检测出障碍物，距离计算部620测定距障碍物的距离。
障碍物置换部630将由障碍物检测部610检测出的障碍物置换为被显示于游戏等应用程序的虚拟空间内的虚拟对象物。原则上使虚拟对象物的大小与由摄像头140拍摄到的障碍物的大小相对应，但也可以根据由距离计算部620计算出的距障碍物的距离，使得距用户越近的物体、越被更大地显示成虚拟对象物。
虚拟对象物合成部640将由障碍物置换部630从障碍物置换而来的虚拟对象物合成于游戏等虚拟空间中，并使其显示于头戴式显示器100。虚拟空间显示部640将所合成的图像通过无线来发送给头戴式显示器100、或介由USB缆线等来传送。
虚拟对象物合成部640可以在与由距离计算部620所取得的距障碍物的距离对应的虚拟空间内的位置将虚拟对象物重叠于背景图像，由此生成合成图像。
虚拟对象物是使用户避免接近的虚拟空间内的对象物，例如是栅栏、山崖、沙袋、箱子、表示禁止进入的标识等。优选选择在虚拟空间中有意义的、并非不自然的物体。通过将这样的虚拟对象物配置于虚拟空间，用户能够在投入于游戏等应用程序时自然地避免碰撞到与虚拟对象物对应的现实中的障碍物。
距离计算部620实时计算用户与障碍物的距离，警告部650在距障碍物的距离不足预定阈值的情况下，从头戴式显示器处100发出警告音、或使游戏机300的控制器310振动等来发出警告，使得不进一步接近障碍物。
图6是说明障碍物规避装置600的障碍物规避步骤的流程图。图7及图8是说明为避开障碍物而被显示于头戴式显示器100的虚拟对象物的图。
通过被设置于用户所佩戴的头戴式显示器100的摄像头和距离测定传感器来取得用户周围的状况（S10）。障碍物检测部610解析所取得的图像数据来检测障碍物（S12）。距离计算部620使用通过距离测定传感器而得到的被摄物体的深度信息来计算用户与障碍物的距离（S14）。
障碍物置换部630决定用于置换由障碍物检测部610检测到的障碍物的虚拟对象物的种类（S16）。虚拟对象物是符合头戴式显示器100所显示的内容的、并非不自然的物体，是被用户意识为要避免碰撞的物体。虚拟对象物合成部640将虚拟对象物合成于虚拟空间内，并使其显示于头戴式显示器100上（S18）。
例如，在图7的例子中，用户佩戴头戴式显示器100，将控制器310作为枪支而使用，来玩射击游戏。当在靠用户的身体很近的前方有障碍物时，在游戏的虚拟空间内，作为置换该障碍物的虚拟对象物，使栅栏520显示于靠用户的枪支很近的前方，使得用户不会将控制器310伸向前方、或向前移动身体。由此，用户能够自然地在栅栏520前方操作相当于枪支的控制器310，避免越过栅栏520，换言之，避免越过障碍物地操作控制器310。
在图8的例子中，用户正佩戴头戴式显示器100、玩角色扮演游戏，通过控制器310操作游戏角色在虚拟空间内探索。当在用户的右前方有障碍物时，以滑坡530为虚拟对象物而显示于向右前方前进的道路上，将显示有“危险”的虚拟告示牌显示于向右前方前进的道路的前方，使得用户不会向右前方伸手或移动身体。
在保龄球、网球、乒乓球等体育游戏的情况下，可以配合障碍物的位置而限制玩的范围、或设置犯规线。此外，可以在游戏应用程序侧进行控制，使得网球的球等不会到达现实中的有障碍物的位置，由此使得用户不会碰撞到障碍物。在桌面游戏等中，有时佩戴头戴式显示器100的用户自身成为桌面游戏的组件（piece）而移动，可以在游戏应用程序侧生成桌面游戏的方边（square），使得避开存在现实障碍物的地方，以使用户不会碰撞到障碍物。
当障碍物是人和动物那样的移动的物体时，障碍物置换部630选择化身（avatar）或机器人等移动的对象物作为用于置换障碍物的虚拟对象物，虚拟对象物合成部640配合实际的障碍物的运动地将移动的对象物合成于虚拟空间内。
警告部650对用户与障碍物的距离是否不足阈值（S20）进行判断，当距障碍物的距离不足阈值时（S20的Y），通过从头戴式显示器100中发出的声音、头戴式显示器100所显示的文本、控制器310的振动等来向用户发出警告（S22）。在游戏的情况下，可以在游戏角色靠近作为障碍物的虚拟对象物时，在游戏中给予减分、或对游戏角色造成危害等不利，由此间接地给与用户靠近障碍物的警告。
以上基于实施方式对本发明进行了说明。本领域技术人员当理解实施方式为例示，其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种变形例，且该变形例同样包含在本发明的范围内。说明这样的变形例。

Claims (7)

1.一种障碍物规避装置，其特征在于，包括：
障碍物检测部，从外界的图像中检测针对佩戴头戴式显示器的用户的障碍物；
障碍物置换部，将所检测出的上述障碍物置换为虚拟对象物；以及
虚拟对象物合成部，将上述虚拟对象物合成于上述头戴式显示器所显示的虚拟空间内。
2.如权利要求1所述的障碍物规避装置，其特征在于，
上述外界的图像由被设置于上述头戴式显示器的摄像头来拍摄。
3.如权利要求1或2所述的障碍物规避装置，其特征在于，
上述障碍物置换部选择在上述头戴式显示器所显示的虚拟空间内有意义的、被设计为在上述虚拟空间内佩戴者会避免接触的对象物，来作为用于置换所检测到的上述障碍物的虚拟对象物。
4.如权利要求3所述的障碍物规避装置，其特征在于，
当所检测到的上述障碍物是运动的物体时，上述障碍物置换部选择在上述头戴式显示器所显示的虚拟空间内移动的对象物作为用于置换所检测到的上述障碍物的虚拟对象物。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的障碍物规避装置，其特征在于，
还包括距离计算部，计算从所检测到的上述障碍物至上述头戴式显示器的佩戴者的距离；
上述虚拟对象物合成部使上述虚拟对象物显示于与从上述障碍物到上述头戴式显示器的佩戴者的距离相应的虚拟空间内的位置。
6.如权利要求5所述的障碍物规避装置，其特征在于，
还包括警告部，当由上述距离计算部计算出的距障碍物的距离不足预定阈值时，向佩戴者发出警告。
7.一种障碍物规避方法，其特征在于，包括：
障碍物检测步骤，从外界的图像中检测针对佩戴头戴式显示器的用户的障碍物；
障碍物置换步骤，将所检测出的上述障碍物置换为虚拟对象物；以及
虚拟空间合成步骤，将上述虚拟对象物合成于上述头戴式显示器所显示的虚拟空间内。
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