CN107153446A - 虚拟实境系统以及追踪器装置 - Google Patents

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Abstract

一种虚拟实境系统以及追踪器装置。虚拟实境系统经操作与配件装置通讯连接。虚拟实境系统包含主机装置以及追踪器装置。追踪器装置可移除地安装于配件装置上并与主机装置通讯连接，追踪器装置经设定用以产生追踪器装置相对于空间环境的参考点的第一定位数据。追踪器装置还用以传送第一定位数据至主机装置。追踪器装置可作为虚拟实境系统与各种类型的配件装置之间的中继装置，增加虚拟实境系统对各种配件装置的相容性。

Description

虚拟实境系统以及追踪器装置
技术领域
本揭示文件是有关虚拟实境系统，特别是一种可安装在虚拟实境系统的配件装置上的可附着装置。
背景技术
在目前的虚拟实境环境中，通常使用者利用一些控制器装置与虚拟场景(例如游戏场景或虚拟实境内容)进行互动。虚拟实境系统通常与一些特定类型的官方配件相容，例如控制器、感应器、触控板或喇叭等。
为对应不同的应用情境或使用用途，市面上开发出了许多不同总类的控制器。举例来说，射击游戏的供应商可能开发出具有扳机按钮的步枪型控制器，赛车游戏的另一供应商可能开发出方向盘型的游戏摇杆。对虚拟实境系统而言，要能够相容不同制造商所开发出来的各种类型控制器非常困难。
某家制造商开发出的配件可能无法被另一家制造商制造的虚拟实境系统所接受。换句话说，虚拟实境系统对于非官方配件或第三方厂商制造配件的相容性相对低落。
发明内容
本揭示文件内容的一态样是关于一种虚拟实境系统，其包含主机装置以及追踪器装置。虚拟实境系统经操作与配件装置通讯连接。追踪器装置可移除地安装于配件装置上并与主机装置通讯连接，追踪器装置经设定用以产生追踪器装置相对于空间环境的参考点的第一定位数据。追踪器装置还用以传送第一定位数据至主机装置。
本揭示文件内容的另一态样是关于一种追踪器装置，追踪器装置可移除地安装于一配件装置上。追踪器装置包含第一接口单元、第二接口单元以及追踪器单元。第一接口单元用以通讯连接至虚拟实境系统的主机装置。第二接口单元用以通讯连接至配件装置。追踪器单元用以产生追踪器装置相对于空间环境的参考点的第一定位数据，第一定位数据经由第一接口单元传送至主机装置。
基于上述实施态样，追踪器装置可作为虚拟实境系统与各种类型的配件装置之间的中继装置，增加虚拟实境系统对各种配件装置的相容性。利用上述追踪器装置，具有追踪功能的构件便不再视为各种配件装置中的必要部分，因此有助于降低配件装置的制造成本。
附图说明
为让本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1A为根据本揭示文件的一实施例中一种虚拟实境系统的示意图；
图1B绘示图1A中虚拟实境系统的功能方块图；
图2A绘示虚拟实境系统与本揭示文件另一实施例的配件装置互动的示意图；
图2B绘示图2A中的虚拟实境系统以及与其互动的配件装置的功能方块图；
图3A绘示虚拟实境系统与本揭示文件再一实施例的配件装置互动的示意图；以及
图3B绘示图3A中的虚拟实境系统以及与其互动的配件装置的功能方块图。
具体实施方式
下文是举实施例配合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本案所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本案所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。
请参阅图1A，其为根据本揭示文件的一实施例中一种虚拟实境系统100的示意图。如图1A所示，虚拟实境系统100包含主机装置(host device)120以及追踪器装置(trackerdevice)140。虚拟实境系统100经操作以通讯连接至配件装置(accessory device)210。追踪器装置140可以被安装在配件装置210上。如图1A所示，追踪器装置140是以物理方式绑定于配件装置210上，举例来说追踪器装置140可透过一连接器如螺栓、卡钳、锁扣或具相等性的其他连接器而安装至配件装置210上。
另一方面，可将上述连接器解开，进而将追踪器装置140由配件装置210移除。举例来说，当使用者购买了新的配件装置时，使用者可以将追踪器装置140由配件装置210上移除，并将追踪器装置140附接至新的配件装置(图1A中未绘示)上。换句话说，追踪器装置140可重复使用且与独立于特定的配件装置210之外。
于此实施例中，主机装置120包含处理装置121以及头戴式显示器(head-mountdisplay,HMD)122。头戴式显示器122可以穿戴在使用者身上。当使用者穿戴具有头戴式显示器122的虚拟实境头盔时，头戴式显示器122会涵盖使用者的视野，头戴式显示器122用以对使用者显示一虚拟实境场景。处理装置121用以计算与虚拟实境场景相关的显示数据、接收使用者的输入指令、以及针对使用者产生回馈输出(例如对应虚拟实境场景的声音、振动、发光信号)。
于另一实施例中，处理装置121以及头戴式显示器122两者可以整合于单一的虚拟实境头盔当中，于此例子中，处理装置121可以是虚拟实境头盔当中内建的处理器或是控制电路。
于再一实施例中，处理装置121以及头戴式显示器122两者可以由一智能手机而实现。于此例子中，智能手机上的显示面板作为头戴式显示器122，而智能手机当中的处理器作为处理装置121。
于图1A所示的配件装置210是步枪型控制器，配件装置210可以由虚拟实境系统100的制造商所推出的官方配件装置或是由第三方供应商所开发的非官方配件装置。若配件装置210是由第三方供应商所开发的非官方配件装置，主机装置120有可能无法直接与配件装置210进行通讯，配件装置210可用来操作相关于虚拟实境系统100的不同的功能以及产生关于虚拟实境系统100的不同输入输出数据。于此实施例中的追踪器装置140可以做为主机装置120与配件装置210彼此之间交换数据的桥接器。主机装置120与配件装置210可以经由追踪器装置140而在彼此之间(间接地)进行通讯。也就是说，即使当配件装置210是第三方供应商所开发的非官方配件装置，主机装置120可透过追踪器装置140通讯连接至配件装置210，虚拟实境系统100便可相容配件装置210。
请一并参阅图1B，其绘示图1A中虚拟实境系统100的功能方块图。如图1B所示，追踪器装置140包含第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143、控制单元144以及动态感测器145。控制单元144耦接至第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143以及动态感测器145。
追踪器装置140的第一接口单元141用以通讯连接主机装置120。第一接口单元141可包含实体连接器(例如USB连接器或缆线连接器)以通讯连接至主机装置120，或包含无线通讯收发器(例如基于蓝芽、WiFi、BLE、WiFi-direct或Zigbee等协定的收发器)以通讯连接至主机装置120。
追踪器装置140的第二接口单元142用以通讯连接配件装置210。第二接口单元142可包含实体连接器(例如USB连接器或缆线连接器)以通讯连接至配件装置210，或包含无线通讯收发器(例如基于蓝芽、WiFi、BLE、WiFi-direct或Zigbee等协定的收发器)以通讯连接至配件装置210。
如图1A所示，当使用者在空间环境SE当中操作配件装置210时，配件装置210在空间环境SE中所在的位置对于虚拟实境系统100而言是非常重要的。
如图1A及图1B所示，追踪器装置140的追踪器单元143用以根据追踪器装置140相对于空间环境SE中参考点REF1产生第一定位数据PD1。第一定位数据PD1经由第一接口单元141传送到主机装置120，如此一来，主机装置210至少可以根据追踪器单元143取得的第一定位数据PD1进而追踪配件装置210在空间环境SE中所在的位置L1。
于一实施例中，虚拟实境系统100包含基站160，基站160设置于参考点REF1处并用以发射光学射线。追踪器装置140的追踪器单元143包含光学感测器阵列。此光学感测器阵列包含多个光学感测器，并可用来侦测由基站160所发送的光学射线。每一个光学感测器设置在追踪器装置140上的不同位置，且每一个光学感测器各自接收到光学射线的时间点(以及接受到的光学射线强度)之间存在些微差距。基于上述时间点之间的差距(或者光学射线强度上的差距)以及光学感测器彼此间已知的间距，可以侦测到参考点REF1与追踪器单元143之间相对的距离与角度。借此，追踪器单元143可以产生追踪器装置140相对于参考点REF1的第一定位数据PD1。
于另一实施例中，基站160设置于参考点REF1处并用以发射超音波。追踪器装置140的追踪器单元143包含麦克风阵列。此麦克风阵列包含多个麦克风感测器，并可用来侦测由基站160所发送的超音波。每一个麦克风感测器设置在追踪器装置140上的不同位置，且每一个麦克风感测器各自接收到超音波的时间点(以及接受到的音波强度)之间存在些微差距。基于上述时间点之间的差距(或者音波强度强度上的差距)以及麦克风感测器彼此间已知的间距，可以侦测到参考点REF1与追踪器单元143之间相对的距离与角度。借此，追踪器单元143可以产生追踪器装置140相对于参考点REF1的第一定位数据PD1。
于再一实施例中，并不需要设置基站160。在参考点REF1的位置设有一符号(token)或一图标(icon)。追踪器装置140的追踪器单元143包含接近感测器。此接近感测器用来侦测其与参考点REF1之间的距离。举例来说，接近感测器包含一相机，此接近感测器根据相机所撷取到的符号或图标的尺寸大小进而判断接近感测器与参考点REF1之间的距离。借此，追踪器单元143可以产生追踪器装置140相对于参考点REF1的第一定位数据PD1。
当上述实施例当中的追踪器单元143产生第一定位数据PD1后，控制单元144可以收集第一定位数据PD1并透过第一接口单元141传送至主机装置120。因为追踪器装置140是绑定在配件装置210上，当使用者操纵配件装置210时，追踪器装置140与配件装置210将会一起移动。如此一来，主机装置120便可根据第一定位数据PD1大致取得配件装置210的位置L1。
此外，追踪器装置140可还包含动态感测器145，动态感测器145用以校正追踪器单元143侦测的第一定位数据PD1。追踪器装置140上的动态感测器145可以是三轴陀螺仪、三轴加速度计或惯性量测单元(inertial measurement unit,IMU)。
于一实施例中，追踪器单元143侦测的第一定位数据PD1包含位置L1的X轴/Y轴的二维座标(或X轴/Y轴/Z轴的三维座标)。动态感测器145可提供连续时间上加速度数据，举例来说，加速度数据可以表示追踪器装置140在一特定时间区段内如何移动。当加速度数据为已知时，两个时间点之间的位置座标的位移量与加速度数据存在关连性。动态感测器145侦测的加速度数据可以用来验证或补偿追踪器单元143所侦测的位置L1的座标。于此例中，动态感测器145所侦测到的加速度数据及/或旋转向量可以用来提升追踪器单元143侦测的第一定位数据PD1的准确性。
于另一实施例中，追踪器单元143侦测的第一定位数据PD1包含位置L1的X轴/Y轴的二维座标(或X轴/Y轴/Z轴的三维座标)。动态感测器145可提供追踪器装置140上的旋转向量，举例来说，旋转向量可以表示追踪器装置140的指向方向(例如向上、向下或沿着一方向角度)。旋转向量可以提供追踪器单元143所侦测的位置L1的座标以外的额外信息。动态感测器145侦测的旋转向量可以整合至第一定位数据PD1当中并传送至主机装置120。如此一来，当使用者转动步枪(即追踪器装置140所绑定的配件装置210)，在虚拟实境场景当中的相对应物件便可随之转动。
如图1A及图1B所示，配件装置210包含触发按钮IN1、动态感测器IN2、振动器FB1以及喇叭FB2。配件装置210的动态感测器IN2可以用来产生配件装置210的第二定位数据PD2。追踪器装置140可由配件装置210接收第二定位数据PD2并将第二定位数据PD2随同第一定位数据PD1传送至主机装置120。于此实施例中，主机装置120可以根据第一定位数据PD1以及第二定位数据PD2而追踪配件装置210在空间环境SE中的位置L1。第二定位数据PD2可以做为追踪配件装置210的位置L1的辅助数据，以增加追踪配件装置210的位置L1时的精确性，或是加速追踪位置L1时的计算过程。动态感测器IN2可以是三轴陀螺仪、三轴加速度计或惯性量测单元。
于此例中，配件装置210包含状态输入感测器(例如触发按钮IN1)用以产生状态输入数据。当使用者扣下触发按钮IN1时会产生状态输入数据，并且状态输入数据由配件装置210经过追踪器装置140而传送至主机装置120。主机装置120可以得知使用者扣下配件装置210上的触发按钮IN1(即步枪上的扳机按钮)，并在虚拟实境场景中让虚拟武器开火。于此实施例中的状态输入感测器是触发按钮IN1，但本揭示文件并不此为限，状态输入感测器可以是内建于配件装置210上的压力感测器、触发按钮、触控感测器或动态感测器等。
由于虚拟实境场景中的虚拟武器根据输入指令而开火，虚拟实境系统100可产生相应的一些回馈效果。主机装置120用以产生回馈数据(例如步枪发射所引起的声音或振动)对应虚拟实境系统100所建立的虚拟实境场景。追踪器装置140接收主机装置120送出的回馈数据，追踪器装置140进而将回馈数据传送至配件装置210。于此实例中，配件装置210可包含回馈输出构件(例如振动器FB1以及喇叭FB2)。基于上述反馈数据，振动器FB1将随之振动以对应虚拟实境场景中的射击状态，并且喇叭FB2将播放声音音效以对应虚拟实境场景中的射击状态。
如图1A及图1B中所示的配件装置210是用来示范性地说明本揭示文件的实施例，但本揭示文件并不仅以此为限。请一并参阅图2A及图2B，图2A绘示虚拟实境系统100与本揭示文件另一实施例的配件装置220互动的示意图。图2B绘示图2A中的虚拟实境系统100以及与其互动的配件装置220的功能方块图。
假设当使用者由另一制造商购买了配件装置220，前述图1A及图1B的实施例中所提到的同一追踪器装置140亦可以应用在图2A及图2B的配件装置220上。使用者可以将追踪器装置140由图1A及图1B的配件装置210上移除，并将追踪器装置140安装至图2A及图2B所示的手套上。
如图2B所示，追踪器装置140包含第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143、控制单元144以及动态感测器145。控制单元144耦接至第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143以及动态感测器145。追踪器装置140与图1A及图1B所示的实施例具有相同的构件。这些构件(第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143、控制单元144以及动态感测器145)的功能与操作原理在先前的实施例已有说明，在此不另赘述。
如图2A及图2B所示，配件装置220包含两组状态输入感测器，包含触控感测器IN3设置于手套的指尖以及压力感测器IN4设置于手套的手掌区域。触控感测器IN3可以用来感测使用者的各个指头是否碰触一物件。压力感测器IN4可以用来感测使用者穿戴手套的手掌是否握、抓或拿取物件。触控感测器IN3以及压力感测器IN4根据触控输入信号及/或压力感测信号产生状态输入数据。追踪器装置140由配件装置220接收状态输入数据，并将状态输入数据传送至主机装置120。
须特别注意的是，配件装置220并未包含任何定位单元或是动态感测器。因此，配件装置220本身无法量测在空间环境SE当中的任何定位数据。追踪器装置140的追踪器单元143将产生第一定位数据PD1，并将第一定位数据PD1传送至主机装置120。于此例中，主机装置120可以根据追踪器装置140产生的第一定位数据PD1追踪配件装置220在空间环境SE中的位置L2，尽管配件装置220本身无法在空间环境SE量测任何定位数据。
基于此实施例，追踪器装置140可用来将本身不具有追踪定位功能的配件装置转换为对虚拟实境系统100的主机装置120来说可追踪的配件装置。此外，于此实施例中追踪器装置140可以做为主机装置120与配件装置210彼此之间交换数据的桥接器。主机装置120与配件装置210可以经由追踪器装置140而在彼此之间(间接地)进行通讯。
请一并参阅图3A及图3B，图3A绘示虚拟实境系统100与本揭示文件再一实施例的配件装置230互动的示意图。图3B绘示图3A中的虚拟实境系统100以及与其互动的配件装置230的功能方块图。
除了前述实施例，图1A、图1B、图2A及图2B的实施例中追踪器装置140亦可应用在图3A以及图3B所示的配件装置230上。使用者可以将追踪器装置140安装于图3A以及图3B所示的高尔夫球杆上。
如图3B所示，追踪器装置140包含第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143、控制单元144以及动态感测器145。控制单元144耦接至第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143以及动态感测器145。追踪器装置140与图1A及图1B所示的实施例具有相同的构件。这些构件(第一接口单元141、第二接口单元142、追踪器单元143、控制单元144以及动态感测器145)的功能与操作原理在先前的实施例已有说明，在此不另赘述。
如图3A及图3B所示，配件装置230包含动态感测器IN5以及回馈输出构件(即振动器FB3)。于此例中，动态感测器IN5可以产生有关配件装置230的状态输入数据(有关于使用者以多快速度以及多大力量挥动高尔夫球杆)。动态感测器IN5所产生的状态输入数据可以经由追踪器装置140传送至主机装置120。
此外，配件装置230的动态感测器IN5可用来产生配件装置230的第二定位数据PD2。追踪器装置140可以从配件装置230接收第二定位数据PD2，并将第二定位数据PD2随着追踪器单元143得到的第一定位数据PD1传送至主机装置120。于此例中，主机装置120可以根据第一定位数据PD1以及第二定位数据PD2进而追踪配件装置230在空间环境SE当中的位置L3。第二定位数据PD2可以做为追踪配件装置230的位置L3的辅助数据，以增加追踪配件装置230的位置L3时的精确性，或是加速追踪位置L3时的计算过程。动态感测器IN5可以是三轴陀螺仪、三轴加速度计或惯性量测单元。
当使用者在虚拟实境场景中击中高尔夫球时，主机装置120可以产生回馈数据(例如当高尔夫球杆击中高尔夫球时发生的振动)对应虚拟实境系统100所创造的虚拟实境场景。追踪器装置140可以从主机装置120接收回馈数据，并将回馈数据传送到配件装置230。基于回馈数据，回馈输出构件(如振动器FB3)将会对应虚拟实境场景中的挥击事件而振动。
须特定说明的是，追踪器装置140可是适用在各种不同类型的配件装置上，尽管配件装置包含了不同的构件或不同的硬件配置，追踪器装置140均可作为虚拟实境系统100的主机装置120与各种类型的配件装置之间的中继装置。基于追踪器装置140，虚拟实境系统100可以相容官方制造商或第三方制造商所推出的各种不同类型的配件装置。利用上述实施例的追踪器装置140，具有追踪功能的构件便可不再视为各种配件装置中的必要部分，因此追踪器装置140有助于降低配件装置的制造成本。
虽然本案已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本案，任何本领域具通常知识者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种虚拟实境系统，其特征在于，该虚拟实境系统经操作与一配件装置通讯连接，该虚拟实境系统包含：
一主机装置；以及
一追踪器装置，可移除地安装于该配件装置上并与该主机装置通讯连接，该追踪器装置经设定用以：
相对于一空间环境的一参考点产生该追踪器装置的一第一定位数据；以及
传送该第一定位数据至该主机装置。
2.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该配件装置无法于该空间环境中量测定位数据，该主机装置根据该追踪器装置取得的该第一定位数据而追踪该配件装置于该空间环境的一位置。
3.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该配件装置包含一动态感测器，该动态感测器用以产生一第二定位数据，该追踪器装置由该配件装置接收该第二定位数据并传送该第二定位数据至该主机装置。
4.根据权利要求3所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该主机装置根据该第一定位数据以及该第二定位数据而追踪该配件装置于该空间环境的一位置，该第二定位数据作为追踪该配件装置的该位置的一辅助数据。
5.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该配件装置包含一状态输入感测器用以产生一状态输入数据，该追踪器装置由该配件装置接收该状态输入数据并传送该状态输入数据至该主机装置。
6.根据权利要求5所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该状态输入感测器包含一压力感测器、一触发按钮、一触控感测器或一动态感测器。
7.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该虚拟实境系统还包含一基站，该基站位于该参考点并用以发射一光学射线，该追踪器装置包含一光感测器阵列，该光感测器阵列用以侦测来自该基站的该光学射线，并产生该追踪器装置相对该参考点的该第一定位数据。
8.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该虚拟实境系统还包含一基站，该基站位于该参考点并用以发射一超音波，该追踪器装置包含一麦克风阵列，该麦克风阵列用以侦测来自该基站的该超音波，并产生该追踪器装置相对该参考点的该第一定位数据。
9.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该追踪器装置包含一接近感测器，该接近感测器用以侦测往该参考点的一距离，该追踪器装置根据该接近感测器侦测的该距离产生该第一定位数据。
10.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该追踪器装置包含一动态感测器，该动态感测器用以校正该第一定位数据。
11.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该追踪器装置包含用以与该主机装置通讯的一第一接口单元以及用以与该配件装置通讯的一第二接口单元，该主机装置与该配件装置彼此之间经由该追踪器装置而进行通讯。
12.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该追踪器装置以物理方式绑定于该配件装置上。
13.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该主机装置用以对应该虚拟实境系统创造的一虚拟实境场景产生一反馈数据，该追踪器装置由该主机装置接收该反馈数据并传送该反馈数据至该配件装置，该配件装置包含一反馈输出构件，该反馈输出构件基于该反馈数据而振动、发光或播放对应该虚拟实境场景的一声音。
14.根据权利要求1所述的虚拟实境系统，其特征在于，其中该主机装置包含一头戴式显示器、一电脑、一智能手机或一游戏主机。
15.一种追踪器装置，其特征在于，该追踪器装置可移除地安装于一配件装置上，该追踪器装置包含：
一第一接口单元，用以通讯连接至一虚拟实境系统的一主机装置；
一第二接口单元，用以通讯连接至该配件装置；以及
一追踪器单元，用以产生该追踪器装置相对于一空间环境的一参考点的一第一定位数据，该第一定位数据经由该第一接口单元传送至该主机装置。
16.根据权利要求15所述的追踪器装置，其特征在于，其中该虚拟实境系统还包含一基站，该基站位于该参考点并用以发射一光学射线，该追踪器单元包含一光感测器阵列，该光感测器阵列用以侦测来自该基站的该光学射线，并产生该追踪器装置相对该参考点的该第一定位数据。
17.根据权利要求15所述的追踪器装置，其特征在于，其中该虚拟实境系统还包含一基站，该基站位于该参考点并用以发射一超音波，该追踪器单元包含一麦克风阵列，该麦克风阵列用以侦测来自该基站的该超音波，并产生该追踪器装置相对该参考点的该第一定位数据。
18.根据权利要求15所述的追踪器装置，其特征在于，其中该追踪器单元包含一接近感测器，该接近感测器用以侦测往该参考点的一距离，该追踪器单元根据该接近感测器侦测的该距离产生该第一定位数据。
19.根据权利要求15所述的追踪器装置，其特征在于，其中该追踪器装置包含一动态感测器，该动态感测器用以校正该追踪器单元产生的该第一定位数据。
20.根据权利要求19所述的追踪器装置，其特征在于，其中该动态感测器包含一三轴陀螺仪、一三轴加速度计或一惯性量测单元。
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