CN106843504A - Vr环境与现实环境实现真实交互的触感手套及交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套及实现方法，其中触感手套包括：一交互媒介，所述交互媒介内部界定一适配人体手部的空间；多个设置于所述交互媒介手指部到手背部与手指同步运动的牵引机构；多个与所述牵引机构连接并采集所述牵引机构手指的运动信息并控制牵引机构拉力的交互执行机构；一与所述交互执行机构连接并接收外部交互信号做出交互动作的控制模块，本发明可以实现虚拟环境与现实环境中对象的交互，以及可以使使用者真实的感受到触感，可以增强用户体验。

Description

VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套及交互方法

技术领域

本发明涉及人工智能领域，具体涉及VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套及交互方法。

背景技术

随着虚拟现实行业的兴起，越来越多人开始尝试和体验虚拟现实设备。目前虚拟现实设备大致分为：外接式头戴设备、一体式头戴设备、移动端头显设备等，但是目前的虚拟设备在信号交互方面动作灵活性不强，以及得不到很好的用户体验效果。

例如，申请号为201580011739.5的中国发明专利申请，名称为交互式虚拟现实系统及方法，通过产生一个虚拟现实环境，该虚拟现实环境包括一具有至少一个虚拟对象的显示屏和一虚拟控制台，该虚拟控制台具有多个显示图标，每个所述显示图标均表示与所述虚拟对象相关的不同功能；对每个用户提供一手持的交互式装置，每个所述交互式装置均具有多个灯，所述灯提供每个所述交互式装置的识别和跟踪信息，每个所述交互式装置均具有一触发机构，所述触发机构设置为传送一触发事件的发生；对于形成单组用户的用户，分配给每个所述交互式装置一独特的角色，每个角色均具有一用于在所述虚拟现实环境中操纵所述虚拟对象的相关功能；跟踪每个所述交互式装置，以确定每个所述交互式装置的当前状态，所述当前状态包括位置、方向、运动、触发事件的存在，以及每个所述交互式装置的识别；基于分配给每个所述交互式装置的角色，来解释每个所述交互式装置的当前状态；改变与所述角色相关的功能，从而基于对当前状态的解释来操纵所述虚拟对象；并且，在所述虚拟现实环境中动态地显示被操纵的虚拟对象。解决了虚拟现实环境仅适用于少量用户的问题，但是并没有解决本发明需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套及交互方法，本发明可以实现VR环境与现实环境中对象的交互，可以使使用者真实的感受到触感，可以增强用户体验。

本发明提供的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，包括：

一交互媒介，所述交互媒介内部界定一适配人体手部的空间；

多个设置于所述交互媒介手指部到手背部与手指同步运动的牵引机构；

多个与所述牵引机构连接并采集所述牵引机构手指的运动信息并控制牵引机构拉力的交互执行机构；

一与所述交互执行机构连接并接收外部交互信号做出交互动作的控制模块。

上述的触感手套，其中，所述牵引机构包括：柔性传力单元、引导单元，所述柔性传力单元接收所述交互执行机构的信息并在所述引导单元内做往复运动，所述柔性传力单元一端与交互媒介的指尖部连接并沿引导单元沿手指方向延伸到手背部，所述引导单元设置于所述交互媒介的手指部。

上述的触感手套，其中，所述交互执行机构设置于所述交互媒介手背部，所述交互执行机构包括：用于做移动距离判断的距离控制单元、用于控制驱动力的阻尼控制单元和用于复位的复位单元，所述柔性传力单元另一端分别与距离控制单元、阻尼控制单元和复位单元连接。

上述的触感手套，其中，所述距离控制单元包括电位传感器，所述阻尼控制单元包括阻尼控制器，所述复位单元包括弹簧。

上述的触感手套，其中，所述控制模块包括：用于现实环境与VR环境信号交互的通讯单元，通讯单元包括依次相连的USB模块、体感手柄模块，USB模块与交互媒介相连，体感手柄模块与APP模块相连，所述APP模块用于VR环境中对象的显示。

上述的触感手套，其中，所述交互媒介还设有指尖触觉单元、姿态传感器，所述指尖触觉单元包括震动单元或电流脉冲单元，用于触觉模拟；所述姿态传感器用于获取当前交互媒介的姿态，以及用于在现实环境中判断交互媒介的位置信息，所述姿态传感器包括九轴传感器手柄。

另一方面，本发明提出了VR环境与现实环境实现真实交互的交互方法，包括以下步骤：

(1)提供至少一个交互媒介、牵引机构、交互执行机构、控制模块和APP模块；

(2)通过交互执行模块获取交互媒介上的牵引机构的动作及姿态信息经控制模块传递到APP模块；

(3)所述APP模块根据接收的信息实时改变VR环境中对象的动作及姿态，并保持与交互媒介的动作及姿态一致；

(4)通过所述控制模块接收VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息并传递到交互媒介；

(5)所述交互媒介根据VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息进行动作和姿态调整并保持和VR环境中对象的动作及姿态信息一致。

上述的方法，其中，所述步骤(2)包括：

获取交互媒介的当前弯曲指数，通过电位传感器转化成拉线拉伸距离，并将当前弯曲程度传递给APP模块；

所述步骤(3)包括：

所述APP模块根据获取的弯曲指数，实时改变VR环境中对象的弯曲程度，保持与真实一致。

上述的方法，其中，所述步骤(4)包括：

通过所述控制模块接收VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息并转化成相应的阻尼；

所述交互媒介根据接收的阻尼做出相应的动作及姿态；

所述阻尼动作根据VR环境中对象是否接触到虚拟物体来执行，若接触到虚拟物体则执行阻尼动作。

本发明具有以下优点：1、可以实现VR环境与现实环境中对象的交互；2、使用者在VR环境中接触物品时，信息会反馈给触感手套，从而使使用者真实的感受到触感，用户体验更加真实。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套的框架图。

图2为本发明VR环境与现实环境实现真实交互的交互方法的流程图。

图3为本发明VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套的结构示意图。

图4为本发明VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套的局部示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1-图4所示，本发明提供的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，包括：

一交互媒介1，交互媒介1内部界定一适配人体手部的空间，参照图3所示，所述交互媒介1可以为手套也可为其他可容纳手掌的结构。

多个设置于交互媒介1手指部到手背部与手指同步运动的牵引机构，所述牵引机构包括：柔性传力单元2、引导单元3，柔性传力单元2接收交互执行机构的信息并在引导单元3内做往复运动，所述柔性传力单元2可以为钢线，所述引导单元3设置于所述交互媒介1的手指部，包括可活动的支架、支板(如图3所示)或顺次排列的多个导向圆环。

多个与牵引机构连接并采集牵引机构手指的运动信息并控制牵引机构拉力的交互执行机构，所述交互执行机构设置于所述交互媒介手背部，所述交互执行机构包括：用于做移动距离判断的距离控制单元4和用于控制驱动力的阻尼控制单元5和用于复位的复位单元6，也就是说，阻尼控制单元5根据阻尼的大小来控制柔性传力单元2的牵引阻力，距离控制单元4来判断柔性传力单元2的移动距离，复位单元6用于手在张开的过程中提供给柔性传力单元2复位的拉力。所述柔性传力单元2一端与交互媒介1的指尖部连接并沿引导单元3沿手指方向延伸到手背部，所述柔性传力单元2另一端分别与距离控制单元4、阻尼控制单元5和复位单元6连接，所述复位单元6包括但不限于弹簧。

一与交互执行机构连接并接收外部交互信号做出交互动作的控制模块，其中控制模块用于现实环境中对象与VR环境中对象的信号交互，所述距离控制单元4、阻尼控制单元5连接还与所述控制模块连接，在本发明中触感手套就是该现实环境中的对象。所述控制模块包括：用于现实环境与VR环境信号交互的通讯单元，通讯单元包括依次相连的USB模块、体感手柄模块，USB模块与交互媒介1相连，体感手柄模块与APP模块相连，APP模块用于VR环境中对象的显示，也就是说通过USB模块将交互媒介1的信息传递到体感手柄模块，然后通过体感手柄模块将接收的信息传递到APP模块，例如可以通过蓝牙的方式进行传递，其中体感手柄模块用于信息的传输件，但是并不限于使用体感手柄模块作为信息的传输件。

本发明的工作过程为：通过控制模块获取交互媒介1的动作及姿态信息并传递到APP模块，然后APP模块根据接收的信息实时改变VR环境中对象的动作及姿态，并保持与交互媒介1的动作及姿态一致，也就是保持和现实环境中对象的动作及姿态一致，若交互媒介1中柔性传力单元2移动到一定的距离之后，VR环境中未接触到物品，则没有阻尼产生，若接触到物品后，根据VR环境中的物品硬度信息和距离控制单元4回传的手指移动信息产生一定的阻尼大小，从而使使用者真实的感受到触感，可以使用户的体验更加真实；同理通过控制模块接收VR环境中对象的动作及姿态信息传递到交互执行机构，若VR环境中对象没有接触到物品而且没有产生虚拟的阻力，则控制柔性传力单元2移动一定的距离，但并不产生阻尼，若VR环境中对象接触到物品而且有产生虚拟的阻力，则传递一定的阻尼信息到阻尼控制单元5，阻尼控制单元5生成相应的阻尼大小，则柔性传力单元2根据阻尼的大小对交互媒介1进行动作和姿态调整并保持和VR环境中对象的动作及姿态信息一致，从而可以实现VR环境与现实环境中对象的交互，以及使用者在VR环境中接触物品时，信息会反馈给交互媒介1，从而使使用者真实的感受到触感，可以使用户的体验更加真实；

本发明一优选而非限制性的实施例中，交互执行机构为握力模拟器，距离控制单元为电位传感器，阻尼控制单元为阻尼控制器，可以较好的实现移动距离的判断和驱动力的控制。

本发明一优选而非限制性的实施例中，交互媒介1还包括指尖触觉单元、姿态传感器，指尖触觉单元为震动单元或电流脉冲单元，用于触觉模拟，根据实际参数进行不同频率的参数进行触觉模拟；姿态传感器用于获取当前交互媒介1的姿态，以及用于在现实环境中判断交互媒介1的位置信息，姿态传感器为九轴传感器手柄，但是并不限于为手柄，也可是其他感应装置。

参照图3所示，为本发明的一种具体的实施方式，包括由若干个交互媒介1组成的触感手套，该触感手套设置于手背上，交互媒介1的结构为手指形结构，电位传感器和阻尼控制器分别设置一拉线与手指形结构另一端连接，电位传感器用于做移动距离判断，阻尼控制器用于控制拉线的拉力，也就是说阻尼控制器根据VR场景中对象的动作姿态接收相应的阻尼大小并根据该阻尼大小来控制拉线(钢丝)的拉力，可以增强用户的真实体验，两拉线一端均设有弹簧做状态复位；进一步，手指形结构的指尖部位设置指尖触觉单元；握力模拟器通过USB与一个体感手柄连接，体感手柄通过蓝牙连接APP模块，通过姿态传感器可实时获取当前手套的姿态，在VR场景中判断手的指向以及倾斜角度，从而可以实现虚拟手套的动作与现实手套的动作的交互，可以使用户的体验更加真实。

另一面，本发明提供的VR环境与现实环境实现真实交互的交互方法，参照图1-图2所示，包括以下步骤：

步骤(1)提供至少一个交互媒介、牵引机构、交互执行机构、控制模块和APP模块；

步骤(2)通过交互执行模块获取交互媒介上的牵引机构的动作及姿态信息经控制模块传递到APP模块，其中包括获取交互媒介的当前弯曲指数，通过电位传感器转化成拉线拉伸距离，传递给APP模块；

步骤(3)所述APP模块根据接收的信息实时改变VR环境中对象的动作及姿态，并保持与交互媒介的动作及姿态一致，其中包括APP模块根据获取的弯曲指数，实时改变VR环境中对象的弯曲程度，保持与真实一致；

步骤(4)通过控制模块接收VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息并传递到交互媒介，其中包括：通过控制模块接收VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息并转化成相应的阻尼；交互媒介中的阻尼控制单元根据接收的阻尼信息来牵引距离控制单元4使交互媒介做出相应的动作及姿态，也就是说若交互媒介1继续弯曲到一定的弯曲指数之后，VR环境中未接触到物品，则没有阻尼产生，若接触到物品后，根据VR环境中的物品硬度信息和距离控制单元4回传的手指移动信息产生一定的阻尼；

步骤(5)交互媒介根据VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息进行动作和姿态调整并保持和VR环境中对象的动作及姿态信息一致，所述阻尼动作根据VR环境中对象是否接触到虚拟物体来执行，若接触到虚拟物体则执行阻尼动作。

以下举出本发明的几种应用场景。

场景1以抓VR环境中的鸡蛋为例：

获取识别当前手指弯曲指数，也就是相当于触感手套的弯曲指数，通过电位传感器转化拉线拉伸距离，判断当前手指弯曲程度传递给APP模块，在APP模块中，根据获取的弯曲指数，实时改变虚拟手指弯曲程度，保持与真实手指一致，当虚拟手指握住鸡蛋遇到阻力，则APP模块根据虚拟鸡蛋设定的参数，传递阻尼值给手套阻尼控制器，手套收到阻力命令，并给予对应的阻尼值，比如锁死到一定的阻尼，当真实中手指松开时，弹簧拉动电位传感器的拉线归为，电位传感器传递给APP模块松开距离，同时APP模块实时发送命令给阻尼控制器，取消阻尼，拉线被弹簧归位；若真实手指继续施加握力，超过阻尼控制器，电位传感器获取超限的距离值，并立刻改变手套阻尼控制器的值，瞬间阻尼减小，模拟真实捏碎鸡蛋的感觉。

场景2以捏VR环境中的布娃娃为例：

获取识别当前手指弯曲指数，通过电位传感器转化拉线拉伸距离，判断当前手指弯曲程度传递给APP模块，在APP模块中，根据获取的弯曲指数，实时改变虚拟手指弯曲程度，保持与真实手指一致，当真实手指继续捏紧时，通过电位传感器的距离值判断，实时增大阻尼值，让用户感觉物体越来越硬的感觉。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，其特征在于，包括：

一交互媒介，所述交互媒介内部界定一适配人体手部的空间；

多个设置于所述交互媒介手指部到手背部与手指同步运动的牵引机构；

多个与所述牵引机构连接并采集所述牵引机构手指的运动信息并控制牵引机构拉力的交互执行机构；

一与所述交互执行机构连接并接收外部交互信号做出交互动作的控制模块。

2.如权利要求1所述的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，其特征在于，所述牵引机构包括：柔性传力单元、引导单元，所述柔性传力单元接收所述交互执行机构的信息并在所述引导单元内做往复运动，所述柔性传力单元一端与交互媒介的指尖部连接并沿引导单元沿手指方向延伸到手背部，所述引导单元设置于所述交互媒介的手指部。

3.如权利要求1所述的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，其特征在于，所述交互执行机构设置于所述交互媒介手背部，所述交互执行机构包括：用于做移动距离判断的距离控制单元、用于控制驱动力的阻尼控制单元和用于复位的复位单元，所述柔性传力单元另一端分别与距离控制单元、阻尼控制单元和复位单元连接。

4.如权利要求3所述的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，其特征在于，所述距离控制单元包括电位传感器，所述阻尼控制单元包括阻尼控制器，所述复位单元包括弹簧。

5.如权利要求1所述的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，其特征在于，所述控制模块包括：用于现实环境与VR环境信号交互的通讯单元，通讯单元包括依次相连的USB模块、体感手柄模块，USB模块与交互媒介相连，体感手柄模块与APP模块相连，所述APP模块用于VR环境中对象的显示。

6.如权利要求1所述的VR环境与现实环境实现真实交互的触感手套，其特征在于，所述交互媒介还设有指尖触觉单元、姿态传感器，所述指尖触觉单元包括：震动单元或电流脉冲单元，用于触觉模拟；所述姿态传感器用于获取当前交互媒介的姿态，以及用于在现实环境中判断交互媒介的位置信息，所述姿态传感器包括九轴传感器手柄。

7.VR环境与现实环境实现真实交互的交互方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供至少一个交互媒介、牵引机构、交互执行机构、控制模块和APP模块；

(2)通过交互执行模块获取交互媒介上的牵引机构的动作及姿态信息经控制模块传递到APP模块；

(3)所述APP模块根据接收的信息实时改变VR环境中对象的动作及姿态，并保持与交互媒介的动作及姿态一致；

(4)通过所述控制模块接收VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息并传递到交互媒介；

(5)所述交互媒介根据VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息进行动作和姿态调整并保持和VR环境中对象的动作及姿态信息一致。

8.如权利要求7所述的VR环境与现实环境实现真实交互的交互方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

获取交互媒介的当前弯曲指数，通过电位传感器转化成拉线拉伸距离，传递给APP模块；

所述步骤(3)包括：

所述APP模块根据获取的弯曲指数，实时改变VR环境中对象的弯曲程度，保持与真实一致。

9.如权利要求7所述的VR环境与现实环境实现真实交互的交互方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

通过所述控制模块接收VR环境中对象的阻尼动作及姿态信息并转化成相应的阻尼；

所述交互媒介根据接收的阻尼做出相应的动作及姿态；

所述阻尼动作根据VR环境中对象是否接触到虚拟物体来执行，若接触到虚拟物体则执行阻尼动作。