CN104024984A - 便携式设备、虚拟现实系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种便携式设备，包括观察方向传感器和位置确定器，观察方向传感器配置成确定便携式设备的用户在真实世界中的观察方向，位置确定器配置成确定用户在真实世界中的位置。此外，便携式设备包括处理单元，处理单元配置成基于用户在真实世界中的观察方向和用户在真实世界中的位置来生成虚拟世界，其中在真实世界的3D坐标系中观察方向的变化引起在虚拟世界的3D坐标系中观察方向的变化。便携式设备还包括显示器，显示器配置成向用户显示所生成的虚拟世界同时阻挡真实世界的景象。

Description

便携式设备、虚拟现实系统及方法
技术领域
本发明的一些实施例涉及便携式设备。本发明的另外一些实施例涉及虚拟现实系统(virtual reality system)。
背景技术
迄今为止，由于两个主要的原因，尚不可能实现其中用户能够如同在现实环境中一样地在虚拟环境中活动和移动的第一人称游戏。第一，不可能足够精确地确定对象的观察方向。第二，使用已知的系统不能在几厘米内精确地进行对对象的定位。另外，处理时间必须最小，以便传达与系统的实时交互。第三，当前方法应用了或多或少受限制的硬件设施(hardware setup)，例如像为航空或汽车所知的跑步机或模拟器的所谓的2D网络行走平台(2D Cyber Walk platform)。
由于对地板和必须要安装到头部的大量电子设备的地面控制，该网络行走平台很不灵活。此外，与其他用户的交互会要求将这样的设施用于参与的任何人。
发明内容
本发明的目的是创建能够向驻留在完全虚拟环境或虚拟世界中的用户传达感觉(或印象，impression)的构思。
该目的由根据权利要求1所述的便携式设备和根据权利要求18所述的方法来达到。
本发明的实施例创建一种便携式设备，包括观察方向传感器，该观察方向传感器配置成确定便携式设备的用户在真实世界中的观察方向。此外，便携式设备包括位置确定器，该位置驱动器配置成确定用户在真实世界中的位置。此外，便携式设备包括处理单元，该处理单元配置成基于用户在真实世界中的观察方向和用户在真实世界中的位置来生成虚拟世界，其中在真实世界的3D坐标系中观察方向的变化引起在虚拟世界的3D坐标系中观察方向的变化。此外，便携式设备包括显示器，该显示器配置成向用户显示所生成的虚拟世界同时阻挡真实世界的景象。
本发明的实施例的思想是，当结合不同的传感器信息(比如，用户在真实世界中的位置和观察方向)以创建虚拟世界时，以及此外当向用户显示虚拟世界同时阻挡真实世界的景象时，便携式设备可以向用户传达驻留在完全虚拟世界中的感觉。因此，用户在真实世界中的移动可以由便携式设备检测到，并且可以转变(转换)成用户在虚拟世界中的移动。通过阻挡用户的真实世界的景象，便携式设备可以传达用户驻留在完全虚拟世界中的感觉。
因此，便携式设备使得能够模拟温度、气候和与时间无关的虚拟现实或虚拟世界，在虚拟现实或虚拟世界中用户可以自由移动并且用户可以与其交互。此外，在包括多个便携式设备的虚拟现实系统的一个实例中，便携式设备实现了多于一个的用户的集成。作为示例，每个用户可以携带他自己的便携式设备，该便携式设备可以直接或通过外部通信单元与其他便携式设备通信。
根据一些实施例，便携式设备可以是能够由用户随身携带在手中的手持设备。便携式设备的显示器可以与例如处理单元、位置确定器和观察方向传感器一起处于一个壳体中，使得用户手中仅携带一个还包括显示器的设备。此外，显示器可以处于与观察方向传感器、位置确定器和处理单元不同的壳体中。例如，处理单元可以通过无线通信接口或有线通信接口连接至显示器。作为一个示例，便携式设备可以包括眼镜，该眼镜包括显示器。
根据另外的实施例，完整的便携式设备可以集成在例如眼镜中，使得用户不必一定要在其手中携带便携式设备而是可以将该便携式设备戴在他的头上。
如前面所提到的，显示器配置成通过阻挡真实世界的景象来向用户显示所生成的虚拟世界。根据一些实施例，显示器可以通过显示来阻挡真实世界的景象，这表示显示器仅显示虚拟世界而不显示真实世界。这与增强现实系统(augmented reality system)显著不同，在增强现实系统中鉴于真实世界虚拟地放置虚拟元素。
换句话说，用户仅当不注视显示器时才可以观察真实世界。
根据另外的实施例，例如，在其中眼镜中包括显示器的实施例中，可以构造显示器和眼镜，使得即使当用户没有直接注视着显示器时戴着眼镜的用户的真实世界的景象也被阻挡。
本发明的优点是，实施例提供了基于真实且精确的传感器数据(例如，来自观察方向传感器和位置确定器)提供完全虚拟创建的环境的系统或便携式设备。这使得用户能够物理上在真实环境中活动，但看到并与之交互的是虚拟环境。用户可以如同在现实中一样地在虚拟环境中活动和移动。因此，用户可以自己玩游戏(他最近在家在该工作站上玩的游戏)，独立地活动和移动而不需要控制屏幕上的化身。
附图说明
将详细描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的便携式设备的框图；
图2示出了根据图1的便携式设备的应用的示例的图解；
图3示出了根据本发明的一个实施例的虚拟现实系统的框图；
图4示出了根据本发明的另一个实施例的虚拟现实系统的框图；以及
图5示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在使用附图详细描述本发明的实施例之前，应当指出的是，相同元件或具有相同功能的元件设置有相同的附图标记，并且省略了设置有相同的附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相同的附图标记的元件提供的描述可互换。
图1示出了根据本发明的一个实施例的便携式设备100的框图。便携式设备100包括观察方向传感器101、位置确定器103、处理单元105和显示器107。观察方向传感器101配置成确定便携式设备100的用户在真实世界中的观察方向111。
位置确定器103配置成确定用户在真实世界中的位置113。处理单元105配置成基于所确定的用户在真实世界中的观察方向111和所确定的用户在真实世界中的位置113来生成虚拟世界，其中在真实世界的3D坐标系中观察方向111的变化引起在虚拟世界的3D坐标系中观察方向的变化。
此外，显示器配置成向用户显示所生成的虚拟世界，同时(例如，通过显示器107)阻挡真实世界的景象。
如在本申请的介绍部分中所描述的，便携式设备100能够基于真实且精确的传感器数据(来自观察方向传感器101和位置确定器103)提供完全虚拟地创建的环境或世界，使得用户可以物理上在真实环境或世界中活动，但看到并与之交互的是虚拟环境或世界。用户可以如同在现实中一样地在该虚拟环境或世界中活动或移动。因此，用户可以自己玩游戏(他最近在家在该工作站上玩的游戏)，独立地活动和移动而不需要控制屏幕上的化身。
已经发现，可以通过微机电系统(MEMS，microelectromechanicalsystem)——在这种情况下主要是陀螺仪——足够精确地得到观察方向。这样的陀螺仪可以用于确定取向的角度变化。传感器信息(来自陀螺仪)与缓慢的磁力计(由于其性质，其是缓慢的)和惯性传感器组合，即使有快速移动或方向变化，观察方向传感器101仍能够非常精确地得到观察方向。
换句话说，观察方向传感器101可以包括一种类型的传感器或多种不同类型的传感器，观察方向传感器基于这些传感器来确定观察方向111。作为一个示例，观察方向传感器101可以包括用于得到用户在真实世界中的移动的陀螺仪传感器、加速度计传感器和/或磁力计传感器，并且可以配置成基于陀螺仪传感器数据、加速度计传感器数据和/或磁力计传感器数据来得到观察方向111。这能够非常精确地确定用户在真实世界中的观察方向111。如上所述，处理单元105配置成生成虚拟世界，使得在真实世界的3D坐标系中观察方向的变化引起在虚拟世界的3D坐标系中观察方向的变化。因此，可以看到，观察方向传感器111以三维方式确定用户的观察方向，然后用户的观察方向可以通过处理单元105转变至三维虚拟世界。换句话说，观察方向传感器111不仅能够确定用户在水平方向上的旋转，而且还配置成确定观察方向111在垂直方向上的变化。因此，例如，处理单元105配置成将观察方向111在水平方向和垂直方向上的变化转变至所生成的虚拟世界，使得在真实世界中在水平方向上观察方向111的变化引起在虚拟世界中在水平方向上观察方向的变化(例如，一致的变化)，并且在真实世界中在垂直方向上观察方向111的变化引起在虚拟世界中在垂直方向上观察方向的变化(例如，一致的变化)。或者换句话说，根据一些实施例，在虚拟世界中用户的观察方向的变化可以与在真实世界中用户的观察方向111的变化一致或至少成比例。
因此，通过以三维方式改变用户的观察方向引起在虚拟世界中观察方向以三维方式变化，用户可以如同在真实世界中一样地与虚拟世界交互。
此外，处理单元105可配置成生成虚拟世界，使得在真实世界的3D坐标系中用户的位置的变化引起在虚拟世界的3D坐标系中用户的位置的变化。换句话说，一旦在真实世界中用户的位置113变化(例如，由位置确定器103确定)，处理单元105可以在虚拟世界中模拟用户的位置的变化。
根据一些实施例，在虚拟世界中用户的位置的变化可以与在真实世界中用户的位置113的变化一致或至少成比例。
换句话说，处理单元105配置成将来自观察方向传感器101的传感器数据与来自位置确定器103的位置数据组合，以精确地得到便携式设备100(其可以是手持设备)的位置113并因此得到用户的位置113和在该点处的观察方向111。
根据本发明的一些实施例，位置确定器103是实时定位系统(RTLS，real time location system)传感器，该传感器尤其在与GPS系统相比时高精确度地实现用户的位置113的检测。此外，使用这样的RTLS系统，在无GPS覆盖的区域(例如，与GPS卫星无联系的室内或其他区域)中实现便携式设备100的使用。
根据一些实施例，定位系统可容忍几厘米的测量误差(例如，对于所确定的位置113)。
根据一些实施例，例如，如结合根据图4的虚拟现实系统所描述的，可以勘测移动区域(该区域是这样的虚拟现实系统能够在其中进行对发送器的定位的区域)，使得可以在虚拟环境或虚拟世界中覆盖便携式设备100的实际位置113。通过将便携式设备100(或仅运动传感器，例如，观察方向传感器101和位置确定器103)直接戴在头上，人可以如同在真实世界中一样地在虚拟现实或虚拟世界中旋转他的手并且环顾。如前面所描述的，位置确定器103可以基于实时定位系统。作为一个示例，位置确定器103可以配置成与外部(例如，陆地)通信单元通信，外部(例如，陆地)通信单元勘测便携式设备100的移动区域并且将便携式设备100的位置113发送至位置确定器103。为了确定便携式设备100的位置113，便携式设备100可以包括电子(可定位的)标签115(或应答器)，其位置113可以由外部通信单元确定。通过可定位电子标签115(理想地，也安装在头上)，人或用户可以移动，并且便携式设备100可以将来自虚拟世界或环境中的正确位置的图像呈现在显示器107上。
总之，便携式设备100可以包括通过外部通信单元来定位的电子标签115，并且位置确定器103配置成基于从外部通信单元接收的通信信号来确定用户在真实世界中的位置113。作为一个示例，外部通信单元可以执行到达时间差(TDoA，time difference of arrival)、达到时间(ToA，timeof arrival)、到达方向(DoA，direction of arrival)或RSS(RSS—接收信号长度(Received Signal Strength))测量，并且可以基于这些测量中的一个或更多个来确定便携式设备100的位置113，并且可以将位置113作为通信信号发送至位置确定器103。
在此，在本发明的一些实施例中，位置确定器103可以实现为通信接口或单元，例如WLAN接口(WALN—无线局域网)。
根据另外的实施例，位置确定器可以是移动通信接口，例如像LTE(长期演进，Long Term Evolution)接口、UMTS(统一的移动通信标准，Unified Mobile Telecommunication Standard)接口或GSM(全球移动通信系统，Global System for Mobile Communication)接口。
根据本发明的一些实施例，电子标签115的功能可以独立于位置确定器103的功能。作为一个示例，电子标签115可以是不具有其自己的电源的所谓的无源标签，例如无源RFID标签。换句话说，电子标签115可以与便携式设备100的其他部件电子解耦，并且甚至可以放置在与便携式设备100的其他部件不同的壳体中。
根据另外的实施例，电子标签115可以是具有其自己的电源或与便携式设备100的其余部件共享电源的有源标签。即使在这种情况下，电子标签115的功能也可以独立于位置确定器103的功能，例如，电子标签115和位置确定器103将不能相互通信，因为它们都仅能与外部通信单元通信。在本发明的一个非常容易的实施例中，电子标签115可以是所谓的只读应答器，其一旦从外部通信单元接收到有效的唤醒信号就发送序列号。外部通信单元可以接收该序列号，并且执行如前面所描述的定位测量，以确定电子标签115的位置113，并因此确定用户的位置113，并且可以将该位置113发送至便携式设备100的位置确定器103。
作为一些示例，除了电子标签115以外，便携式设备100的所有部件(例如，观察方向传感器101、位置确定器103、显示器107和处理单元105)可以是移动电话(例如，所谓的智能手机)的一部分，而电子标签115(从外部)安装至移动电话。换句话说，电子标签115(或“位置发送器”)与便携式设备100的其余部分分开。这是更容易和更便宜实施的优点。在这样的移动电话中，位置确定器103可以使用移动电话的用于接收位置信息和其他数据的WLAN接口或UMTS接口来实现。在使用WLAN和RTLS系统来确定用户的位置113的情况下，应当指出的是，在这种情况下，一些实施例受限于5GHz WLAN，这是因为2.4GHz标准与RTLS系统冲突。此外，使用UMTS来接收位置信息将会导致高达200ms的高延迟。
根据另外的实施例，显示器107可以是例如利用电缆连接至处理单元105的外部显示器。换句话说，显示器107可以不一定是移动电话的标准显示器而可以是例如包括眼镜的外部显示器。
此外，显示器107可以包括可连接至处理单元105的3D虚拟现实眼镜，使得便携式设备100可以呈现两个图像，并且将它们显示在眼镜上。
根据另外的实施例，便携式设备100可以包括扬声器117或扬声器的连接器117。处理单元105可以配置成例如根据用户在真实世界或虚拟世界中的观察方向和/或位置向扬声器117或扬声器的连接器117提供音频信号119。根据用户在真实世界中的观察方向111和位置113，结合显示器107，可以非常逼真地实现视听效果。作为一个示例，耳机可以连接至便携式设备100的连接器117。因此，便携式设备100或手持设备可以产生音频效果并且如同在现实中一样地将其发送至耳朵。例如，瀑布的声音可以以调制方式在手持设备上生成(或从存储器中播放)，使得朝向(虚拟)瀑布的耳朵比另一只耳朵接收更高幅度的声音。
总之，处理单元105可以配置成基于用户在真实世界中的观察方向111和/或位置113在扬声器117或连接至连接器117的扬声器处产生声音。
根据另外的实施例，便携式设备100可以包括环境条件传感器121，环境条件传感器121配置成确定真实世界中的环境条件123。处理单元105还可以配置成基于环境条件123生成虚拟世界，使得在真实世界中环境条件123的变化引起所生成的虚拟世界中的变化。作为一个示例，环境条件传感器121可以是光和/或温度传感器。通过使用便携式设备100的这样的光和/或温度传感器，虚拟现实或虚拟世界还可以意在呈现基本具有当前的白天和太阳辐射的现实。所以，例如，如果真实世界中的当前温度很热，则可以根据该条件呈现虚拟现实。
根据另外的实施例，所确定的环境条件123可以是空气湿度、气压、温度、光条件(如亮度或暗度)、加速度、磁场(磁场的强度)、相对取向(例如，由陀螺仪确定)、风力、气味、声音或360°距离测量。
换句话说，环境条件传感器121可以是空气湿度传感器、气压传感器、温度传感器、光传感器、加速度传感器、磁场传感器、相对取向传感器(例如，陀螺仪)、风力传感器、气味传感器、声音传感器(例如，一个或更多个麦克风)或360°距离测量传感器。
根据一些实施例，所确定的环境条件123对真实世界中的用户来说可能是不可见的，例如真实世界中的温度或空气湿度。处理单元105可以配置成在所生成的虚拟世界中将所确定的环境条件123以图形的方式可视化。作为一个示例，如果真实世界中的温度非常高而湿度非常低，则处理单元105可以通过模拟用户在其中虚拟地移动的沙漠来将该环境条件123以图形的方式可视化。作为另一示例，在高温且高空气湿度的情况下，处理单元105可以通过模拟用户在其中虚拟地移动的雨林来将所确定的环境条件123以图形的方式可视化。
根据另外的实施例，处理单元105可以配置成在虚拟世界的3D坐标系中在与真实世界中的对象所位于的在真实世界的3D坐标系中的位置对应的位置处生成在虚拟世界中的虚拟对象。将在下面使用便携式设备100的短的应用示例来说明该功能。
便携式设备100可以用于例如游戏应用中，但也可以用于安全危急应用(security critical application)。
作为一个示例，在火灾的情况下，消防员可以配备有用于在燃烧的建筑物中导航的便携式设备100。便携式设备100(例如，处理单元105)可以配置成创建燃烧的建筑物的完整的虚拟复本，使得消防员可以在真实世界中在建筑物中移动，同时通过便携式设备100的显示器107看见虚拟世界。其优点在于：即使由于建筑物中的火而使能见度很差，但是消防员仍可以在便携式设备100的支持下在建筑物中设法穿过。通过处理单元105在虚拟世界中模拟真实世界中的对象，例如，门或楼梯。换句话说，处理单元105在虚拟建筑物的3D坐标系中在与真实世界(真实建筑物)的3D坐标系的位置(它们的真实位置)对应的在虚拟世界的3D坐标系中的位置处生成在虚拟世界中的虚拟对象，例如，虚拟楼梯或虚拟门。
换句话说，处理单元105可以配置成基于对象数据库生成虚拟世界，作为用户在其中活动的真实世界的虚拟再现。
作为一个示例，真实对象以及它们在真实世界的3D坐标系中的位置可以存储在对象数据库中，对象数据库可以放置在便携式设备100中或在上述外部通信单元中，例如在中央服务器中。处理单元105可以配置成基于对象数据库生成虚拟对象。此外，如前面所描述的，处理单元105可以配置成在所生成的虚拟世界中将所确定的环境条件123可视化。在该示例中，处理单元105可以使用不同的颜色来模拟热区，例如关闭的门的后面，例如，模拟红色的门，使得消防员知道高温源位于该关闭的门之后。
在所描述的该申请中，通常处理单元105使用虚拟世界中的虚拟对象来复制真实世界中的真实对象，虚拟世界中的虚拟对象类似于或等于真实世界中的真实对象。
根据另外的实施例，例如，在游戏应用中，处理单元105可以配置成使用虚拟世界中的虚拟对象来代替真实世界中的真实对象，使得代替在真实世界中的真实对象的在虚拟世界中的虚拟对象引起与真实世界中的真实对象相似的用户行为。图2中示出了这样的示例。
图2中示出的示例可以是游戏应用。在该示例中，用户在真实世界的3D坐标系中移动。真实世界的3D坐标系可以由具有全都相互正交的x分量、y分量和z分量的三维矢量来描述。因此，用户在真实世界中的位置和观察方向可以由三维xyz矢量来描述。虚拟世界的3D坐标系可以由具有全部相互正交的x’分量、y’分量和z’分量的三维矢量来描述。因此，用户在虚拟世界中的位置和观察方向可以由三维x’y’z’矢量来描述。
如上所述，用于在虚拟世界中的观察方向和/或位置的变化可以与用户在真实世界中的观察方向和/或位置的变化一致。
在图2示出的示例中，示出了表示真实对象201的树。便携式设备100的处理单元105可以使用一个或更多个虚拟对象203来代替这些真实对象201，该虚拟对象203引起与真实对象201相似的用户行为。在图2示出的示例中，处理单元105使用虚拟墙203代替真实树201。该虚拟墙203引起与真实树201相似的用户行为，例如，用户会避免碰撞到树，并且还会避免碰撞到墙。真实对象201(在图2的示例中，树201)可以与真实世界中的位置一起被存储在对象数据库中，使得处理单元105可以基于对象数据库生成虚拟对象(例如，墙203)。此外，处理单元105可以配置成根据用户玩的游戏生成虚拟世界，使得处理单元105生成虚拟世界的方式对于用户玩的不同游戏或对于用户玩的游戏的不同游戏情境来说不同，而用户在其中活动的真实世界保持相同。作为一个示例，在另一游戏情境或在另一游戏中，真实树201可以由其他虚拟对象代替，例如由引起与真实树201相似的用户行为的深渊、栅栏或陡岩代替。
因此，尽管真实世界保持相同，但处理单元105可以根据游戏或游戏情景来改变虚拟世界的生成。因此，在两个不同的游戏或不同的游戏情境期间，用户可以在相同的真实世界区域中移动和活动，但由于这样的情形，即，处理单元105生成完全不同的虚拟世界，所以用户会有完全不同的虚拟体验。
根据另外的实施例，处理单元105可以配置成响应于所确定的用户在真实世界中的位置113和/或观察方向111的精度的变化来改变虚拟对象的细节层次或大小。作为一个示例，处理单元105可以根据当前使用的用于确定用户的位置113的定位算法来选择虚拟对象的细节层次或大小。作为一个示例，当基于GPS定位系统或算法确定了用户的位置113时，可以将虚拟对象的细节层次选择成低于当使用RTLS系统或算法确定用户的位置113时，因为RTLS通常比GPS更精确。作为一个示例，在给出的消防员示例中，小于1m的精确度就足够了，而在数字交互游戏中，小于10cm的更高精确度将是必要的。总之，虚拟现实或虚拟世界可以取决于定位算法或系统的精确度(即，定位系统的精确度越小，虚拟世界中的元素的精确度应越小)。
作为一个示例，处理单元105可以配置成，当所确定的用户在真实世界中的位置113的精确度降低时，增大虚拟对象203的大小或降低虚拟对象203的细节层次。作为又一示例，处理单元105可以配置成，当所确定的用户在真实世界中的位置113的精确度提高时，减小虚拟对象203的大小或提高虚拟对象203的细节层次。因此，可以实现的是，一方面可以尽可能逼真地生成虚拟世界，另一方面可以确保用户不会由于其位置的不精确的确定而意外地与对象碰撞。
本发明的实施例的另外的方面是实时方面，即，观察方向的变化必须确定得足够快，使得人们不会感觉恼火。这意味着，一方面，硬件或传感器必须精确并且足够快，另一方面，虚拟世界的呈现必须足够快地出现。根据一些实施例，40ms的最大延迟是可容忍的(这对应于在每秒25个图片时1个图片的延迟)。根据另外的实施例，可容忍的延迟可以是20ms。位置数据可以延迟得更多，这是因为位置数据的延迟对虚拟感觉的影响不像观察方向数据的延迟对虚拟感觉的影响那么多。
此外，如前面所描述的，便携式设备100可以配置成，例如基于GPS信号或在外部(例如，陆地)通信设备的帮助下自己确定其在真实世界中的位置并因此确定用户的位置113，外部通信设备例如基于电子标签115确定便携式设备100的位置。在后一种情形中，便携式设备100通过基础设施(例如，通过外部通信单元的天线)来定位，并且所确定的位置113借助于无线通信发送至便携式设备100。
根据另外的实施例，为了进一步提高现实性，力反馈设备可以用于传达物理信息。这样的物理现象可以是雨、地震，或与例如通过人工智能控制的计算机游戏者的物理交互。
换句话说，处理单元105还可以配置成生成力反馈数据，力反馈数据提供至(例如，安装在用户处的)适当的力反馈设备。
根据本发明的一些实施例，观察方向传感器101可以包括不同的传感器单元，例如，陀螺仪传感器单元、加速度计传感器单元和/或磁力计传感器单元。观察方向传感器101可以基于来自这些不同传感器单元的传感器数据来确定在真实世界中用户的观察方向111。
图3以示意图示出了便携式设备100的处理单元105可接收和生成的不同的数据信号和通信信号。如从图3中可以看到的，便携式设备100可以配置成与例如在外部通信单元中的服务器301通信，便携式设备100可以借助于无线通信从外部通信单元接收关于虚拟环境的细节(例如，地图、对象等)。
此外，移动设备100可以接收在真实世界中活动的不同游戏者或用户的同步方法(synchronication)的信息。因此，便携式设备100可以配置成，不仅生成虚拟世界中的虚拟对象，而且显示在真实世界中与便携式设备100的用户一起活动的其他用户。因此，便携式设备100仅通过在每个用户处具有便携式设备100就在局部区域中实现了与其他人交互。
此外，从图3中可以看到，便携式设备100可以从例如集成在外部通信设备中的RTLS定位单元303接收其位置数据113。在图3中示出的示例中，位置确定器103可以是通信接口，便携式设备100通过该通信接口接收来自RTLS定位单元303的位置数据。
图4示出了根据本发明的另外的实施例的虚拟现实系统400的框图。虚拟现实系统400包括根据本发明的实施例的便携式设备。在图4中示出的示例中，虚拟现实系统400包括图1中示出的便携式设备100。此外，虚拟现实系统400包括布置在便携式设备100的外部的陆地通信单元401。例如，陆地通信单元401可以布置在第一壳体中，而便携式设备100可以布置在第二壳体中，第二壳体与第一壳体不同。尽管便携式设备100通常由用户随身携带，但陆地通信单元401布置在预定位置中，(当陆地通信单元在使用中时)陆地通信单元401通常不会从该预定位置移开。便携式设备100的位置确定器103配置成基于从陆地通信单元401接收的无线通信信号403来确定用户在真实世界中的位置113。
术语陆地装置表示在确定便携式设备100的用户的位置113过程中不涉及像GPS卫星一样的卫星。作为一个示例，陆地通信单元401可以配置成通过RTLS算法来确定便携式设备100的位置。
此外，陆地通信单元401可以配置成勘测专用移动区域，以确定多个用户所携带的多个便携式设备100的位置并且将多个便携式设备100的位置发送至多个便携式设备100。因此，根据一些实施例，虚拟现实系统400可以包括多个便携式设备100。
总之，本发明的实施例提供了虚拟现实方法，其中用户携带无线设备或便携式设备100并且在(真实世界中)局部区域中与其他人交互。其他虚拟现实应用通常不提供这样的交互性的、逼真的和容易的使用框架。另外，还不能获得针对许多人用这样好的精确度对人定位，所以其他方法甚至没有关注这样的特征。
可能的使用事例是广泛的。例如，可以提供逼真的游戏应用。这样的游戏是任何第一人称游戏。此外，超级市场和商店可以提供它们的虚拟环境，并且人们可以就像他们真的在该市场中一样地行走。另一应用可以是音乐会或电视节目的(现场)广播，在该场景，用户感觉并不是坐在电视机前，而是能够真实地感觉到仿佛他就在那个地方一样。各种各样的其他应用是可能的。简言之，一个人能够与其他人并且与自己的物品(item)交互的任何应用都是可能的。
因此，本发明的实施例提供了与实时定位系统(RTLS)和运动传感器合作的、通过传感器融合(sensor fusion)和在手持设备上的实时呈现来玩的交互性真实游戏的系统。这样的系统能够传达用户驻留在完全虚拟的环境中的用户感觉。通过使用实时定位系统、多个传感器数据和呈现硬件，可以为用户模拟温度、天气以及与时间无关的虚拟现实，在该虚拟现实中用户可以自由移动并且可以交互。此外，实施例在该系统的一个示例中能够实现多于一个的用户。
本发明的实施例使得用户不需要在键盘上按键或用计算机鼠标瞄准就能够使用其自己的腿在虚拟世界或虚拟环境中行走。
图5示出了根据本发明的实施例的方法500的流程图。
方法500包括确定用户在真实世界中的观察方向的步骤501。
此外，方法500包括确定用户在真实世界中的位置的步骤503。
此外，方法500包括基于用户在真实世界中的观察方向和用户在真实世界中的位置来生成虚拟世界，其中，在真实世界的3D坐标系中观察方向的变化引起在虚拟世界中的3D坐标系中观察方向的变化。
此外，方法500包括向用户显示所生成的虚拟世界同时阻挡真实世界的景象的步骤507。
方法500可以通过根据本发明的一个实施例的便携式设备例如通过图1中示出的便携式设备100来执行。
方法500可以通过本文中所描述的关于装置的任何特征和功能来补充，并且可以使用装置的硬件部件来实现。
尽管在装置的上下文中已经描述了一些方面，但清楚的是，这些方面也表示相应方法的描述，其中，框或设备对应方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中所描述的方面也表示相应框或相应装置的项目或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以通过(或使用)例如像微处理器、可编程计算机或电子电路的硬件装置来执行。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的某个或更多个可以由这样的装置来执行。
根据一些实现要求，本发明的实施例可以以硬件或软件来实现。该实现可以使用数字存储介质例如其上存储有电可读控制信号的软盘、DVD、蓝光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器来执行，该数字存储介质(能够)与可编程计算机系统合作，使得执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电可读控制信号的数据载体，数据载体能够与可编程计算机系统合作，使得执行本文中所描述的方法中的一种方法。
通常，本发明的实施例可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码被执行以执行这些方法中的一种方法。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其他实施例包括存储在机器可读载体上、用于执行本文中所描述的方法中的一种方法的计算机程序。
换句话说，因此，本发明的方法的实施例为具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时程序代码用于执行本文中所描述的方法中的一种方法。
因此，本发明的另外的实施例为数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，数据载体包括其上存储的用于执行本文中所描述的方法中的一种方法的计算机程序。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形和/或非过渡的(non-transitionary)。
因此，本发明的另外的实施例为表示用于执行本文中所描述的方法中的一种方法的计算机程序的数据流或一系列信号。数据流或一系列信号可以例如配置成经由数据通信连接例如经由互联网来传送。
另外的实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑设备，其配置成或适于执行本文中所描述的方法中的一种方法。
另外的实施例包括计算机，其上安装有用于执行本文中所描述的方法中的一种方法的计算机程序。
根据本发明的另外的实施例包括装置或系统，其配置成将用于执行本文中所描述的方法中的一种方法的计算机程序(例如，以电的方式或以光的方式)传送至接收器。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储设备等。装置或系统可以例如包括用于将计算机程序传送至接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑设备(例如现场可编程门阵列)可以用于执行本文中所描述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器合作，以执行本文中所描述的方法中的一种方法。通常，优选地，由任意硬件装置执行这些方法。
上述实施例对本发明的原理来说仅是说明性的。应当理解的是，本文中所描述的布置和细节的修改和变型对本领域的普通技术人员将是明显的。因此。意在仅受限于待审专利权利要求的范围而不受限于借助于本文中的实施例的描述和说明所给出的具体细节。

Claims (19)

1.一种便携式设备(100)，包括：
观察方向传感器(101)，其配置成确定所述便携式设备(100)的用户在真实世界中的观察方向(111)；
位置确定器(103)，其配置成确定所述用户在真实世界中的位置(113)；
处理单元(105)，其配置成基于所述用户在真实世界中的观察方向(111)和所述用户在真实世界中的位置(113)来生成虚拟世界，其中，在真实世界的3D坐标系中所述观察方向(111)的变化引起在虚拟世界的3D坐标系中观察方向的变化；以及
显示器(107)，其配置成向所述用户显示所生成的虚拟世界同时阻挡真实世界的景象；
其中，所述处理单元(105)配置成在所述虚拟世界的3D坐标系中的位置处生成在所述虚拟世界中的虚拟对象(203)；并且
其中，所述处理单元(105)配置成响应于所确定的所述用户在真实世界中的位置(113)的精确度的变化来改变所述虚拟对象(203)的细节层次或大小。
2.根据权利要求1所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)配置成根据当前使用的用于确定所述用户的位置(113)的定位算法来选择所述虚拟对象的细节层次或大小。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)配置成，当所确定的所述用户在真实世界中的位置(113)的精确度降低时，增大所述虚拟对象(203)的大小或降低所述虚拟对象(203)的细节层次。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)配置成，当所确定的所述用户在真实世界中的位置(113)的精确度提高时，减小所述虚拟对象(203)的大小或提高所述虚拟对象(203)的细节层次。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)还配置成，生成所述虚拟世界，使得在真实世界的3D坐标系中所述用户的位置(113)的变化引起在所述虚拟世界的3D坐标系中所述用户的位置的变化。
6.根据权利要求1至5所述的便携式设备(100)，还包括：
环境条件传感器(121)，其配置成确定真实世界中的环境条件(123)；以及
其中，所述处理单元(105)还配置成，基于所确定的环境条件(123)生成所述虚拟世界，使得真实世界中的环境条件(123)的变化引起所生成的虚拟世界中的变化。
7.根据权利要求6所述的便携式设备(100)，
其中，所确定的环境条件(123)为温度或空气湿度，或其中，所述环境条件传感器(121)为光传感器。
8.根据权利要求6至7中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所确定的环境条件(123)对真实世界中的用户来说是不可见的；以及
其中，所述处理单元(105)配置成：在所生成的虚拟世界中将所确定的环境条件(123)以图形的方式可视化。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)配置成在所述虚拟世界的3D坐标系中在与真实世界中的真实对象(201)所位于的在真实世界的3D坐标系中的位置对应的位置处生成在所述虚拟世界中的虚拟对象(203)。
10.根据权利要求9所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)配置成，使用所述虚拟世界中的所述虚拟对象(203)代替真实世界中的所述真实对象(201)，使得代替在真实世界中的所述真实对象(201)的在所述虚拟世界中的虚拟对象(203)引起与所述真实对象(201)相似的用户行为。
11.根据权利要求9或10中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)包括对象数据库，在所述对象数据库中存储所述真实对象(201)以及所述真实对象(201)在真实世界中的位置，或所述处理单元(105)配置成接收关于所述真实对象(201)以及所述真实对象(201)在真实世界中的位置的对象信息；以及
其中，所述处理单元(105)配置成基于所述对象数据库或所接收的对象信息来生成所述虚拟对象(203)。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述位置确定器(103)是实时定位系统单元，所述实时定位系统单元配置成基于陆地定位算法来确定所述用户在真实世界中的位置(113)。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的便携式设备(100)，还包括：
电子标签(115)，所述电子标签(115)能够通过外部通信单元定位；以及
其中，所述位置确定器(103)配置成基于从所述外部通信单元接收的通信信号来确定所述用户在真实世界中的位置(113)。
14.根据权利要求13所述的便携式设备(100)，
其中，所述电子标签(115)的功能独立于所述位置确定器(103)的功能。
15.根据权利要求1至14中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述便携式设备(100)为游戏控制器；以及
其中，所述处理单元(105)配置成，根据所述用户玩的游戏生成所述虚拟世界，使得所述处理单元(105)生成所述虚拟世界的方式对于所述用户玩的不同游戏或对于所述用户玩的游戏的不同游戏情境来说不同，而所述用户在其中活动的真实世界保持相同。
16.根据权利要求1至14中的一项所述的便携式设备(100)，
其中，所述处理单元(105)配置成基于对象数据库生成所述虚拟世界作为所述用户在其中活动的真实世界的虚拟再现。
17.一种虚拟现实系统(400)，包括：
根据权利要求1至16中的一项所述的便携式设备(100)；以及
陆地通信单元(401)，其布置在所述便携式设备(100)外部；以及
其中，所述便携式设备(100)的所述位置确定器(103)配置成基于从所述陆地通信单元接收的无线通信信号(403)来确定用户在真实世界中的位置(113)。
18.一种方法，包括：
确定用户在真实世界中的观察方向(501)；
确定所述用户在真实世界中的位置(503)；
基于所述用户在真实世界中的观察方向和所述用户在真实世界中的位置来生成(505)虚拟世界，其中，在真实世界的3D坐标系中观察方向的变化引起在所述虚拟世界的3D坐标系中观察方向的变化；以及
向所述用户显示(507)所生成的虚拟世界同时阻挡真实世界的景象；
在所述虚拟世界的3D坐标系中的位置处生成在所述虚拟世界中的虚拟对象；以及
响应于所确定的所述用户在真实世界中的位置的精确度的变化来改变所述虚拟对象的细节层次或大小。
19.一种存储有计算机程序的非暂态存储介质，所述计算机程序具有当在计算机上运行时用于执行根据权利要求18所述的方法的程序代码。
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