CN107153518A - 互动式显示系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种互动式显示系统与方法，所述互动式显示系统包括头戴式显示器与电子装置。头戴式显示器适于配戴于使用者。电子装置产生先前画面与画面的像素深度信息，并将先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器，以致使头戴式显示器显示先前画面。头戴式显示器响应于使用者的动作产生目前状态信息，并依据目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息产生目前画面。头戴式显示器显示目前画面。

Description

互动式显示系统与方法
技术领域
本发明涉及一种互动式显示系统与方法，且特别涉及一种利用头戴式显示器的互动式显示系统与方法。
背景技术
随着科技的进步，互动式显示系统已渐趋成熟，并也为人们带来更丰富的影音飨宴。头戴式显示器(head-mounted display，简称HMD)是互动式显示系统中的一重要配件，其可提供多个连续的画面，以带领使用者进入互动式显示系统所建构出的虚拟世界。然而，头戴式显示器往往受限于有线或是无线连接接口的带宽限制，进而无法提升其画面更新率(frame refresh rate)。此外，当画面更新率太低时，画面的延迟(latency)也将相对地增加，进而导致头戴式显示器无法随着使用者的头部的转动，即时地显示出对应的画面。因此，如何提升头戴式显示器的画面更新率，并降低画面的延迟，已是互动式显示系统在设计上所面临的一大课题。
发明内容
本发明提供一种互动式显示系统与方法，可利用头戴式显示器中的目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息产生目前画面。藉此，将可提升头戴式显示器的画面更新率，并降低画面的延迟。
本发明的互动式显示系统，包括头戴式显示器与电子装置。头戴式显示器适于配戴于使用者。电子装置产生先前画面与画面的像素深度信息，并将先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器，以致使头戴式显示器显示先前画面。头戴式显示器响应于使用者的动作产生目前状态信息，并依据目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息产生目前画面。此外，头戴式显示器显示目前画面。
在本发明的一实施例中，上述的头戴式显示器包括第一画面缓冲器、第一深度缓冲器与感测单元。第一画面缓冲器存储先前画面。第一深度缓冲器存储画面的像素深度信息。感测单元感测使用者的动作，以产生第一感测数据。此外，头戴式显示器依据第一感测数据计算出目前状态信息。
本发明的互动式显示方法，适用于包括电子装置与头戴式显示器的互动式显示系统，其中头戴式显示器适于配戴于使用者，且互动式显示方法包括下列步骤。通过电子装置产生先前画面与画面的像素深度信息。将先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器。通过头戴式显示器显示先前画面。响应于使用者的动作产生在头戴式显示器中的目前状态信息。依据头戴式显示器中的目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息产生目前画面。通过头戴式显示器显示目前画面。
基于上述，本发明的互动式显示系统中的电子装置将先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器，且头戴式显示器可利用目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息产生目前画面。藉此，将可提升头戴式显示器的画面更新率，并降低画面的延迟。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为依据本发明一实施例的互动式显示系统的方块示意图。
图2为依据本发明一实施例的互动式显示方法的流程图。
【符号说明】
100：互动式显示系统
110：头戴式显示器
120：电子装置
111：第一画面缓冲器
112：第一深度缓冲器
113：感测单元
114：控制逻辑
115：第一收发器
121：图形处理单元
122：处理器
123：第二收发器
124：第二画面缓冲器
125：第二深度缓冲器
S210～S270、S225、S211～S213、S251、S252、S261～S263：图2流程图中的各步骤
具体实施方式
图1为依据本发明一实施例的互动式显示系统的方块示意图。如图1所示，互动式显示系统100包括头戴式显示器110与电子装置120。其中，电子装置120可例如是一个人计算机，且头戴式显示器110适于配戴于使用者的头部。在应用上，头戴式显示器110可产生多个连续的画面。随着使用者的姿势的改变，头戴式显示器110可即时地调整所显示的画面，以带领使用者进入互动式显示系统100所建构出的虚拟世界。
图2为依据本发明一实施例的互动式显示方法的流程图，且以下将参照图1与图2来说明互动式显示系统100的运作。如步骤S210所示，电子装置120可产生先前画面与画面的像素深度信息。再者，如步骤S220所示，电子装置120可将所产生的先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器110。
进一步来看，头戴式显示器110包括第一画面缓冲器111、第一深度缓冲器(depth buffer或是Z-buffer)112、感测单元113与控制逻辑114。当接收到来自电子装置120的先前画面与画面的像素深度信息时，如步骤S225所示，头戴式显示器110可显示来自电子装置120的先前画面。再者，如步骤S230与步骤S240所示，头戴式显示器110可通过第一画面缓冲器111存储先前画面，并可通过第一深度缓冲器112存储画面的像素深度信息。头戴式显示器110可通过感测单元113不断地追踪或是感测使用者的头部运动，并据以产生多个感测数据。此外，头戴式显示器110可依据感测数据来判别使用者的姿势，并可依据判别结果自行产生对应的画面。
举例来说，如步骤S250所示，头戴式显示器110可响应于使用者的动作产生目前状态信息。具体而言，当使用者的姿势产生改变时，如步骤S251所示，感测单元113可感测使用者的动作，并据以产生第一感测数据。此外，如步骤S252所示，头戴式显示器110中的控制逻辑114可依据第一感测数据计算出目前状态信息。再者，如步骤S260所示，头戴式显示器110可依据目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息产生目前画面。具体而言，如步骤S261所示，控制逻辑114可读取第一画面缓冲器111中的先前画面。如步骤S262所示，控制逻辑114更可读取第一深度缓冲器112中的画面的像素深度信息，并依据目前状态信息调整画面的像素深度信息。如步骤S263所示，控制逻辑114可依据先前画面与调整后的画面的像素深度信息，产生目前画面。
值得注意的是，在步骤S210中，电子装置120也可参照头戴式显示器110所回传的先前状态信息，来产生先前画面与画面的像素深度信息。举例来说，在一实施例中，头戴式显示器110还包括第一收发器115，且电子装置120包括图形处理单元121、处理器122与第二收发器123。
就步骤S210的细部步骤来看，如步骤S211所示，头戴式显示器110中的感测单元113可感测使用者的动作以产生第二感测数据，且头戴式显示器110中的控制逻辑114可依据第二感测数据计算出先前状态信息。如步骤S212所示，头戴式显示器110可通过第一收发器115将先前状态信息传送至电子装置100中的第二收发器123。如步骤S213所示，电子装置100中的图形处理单元121可依据先前状态信息，来产生先前画面与画面的像素深度信息。此外，电子装置100可通过第二收发器123将先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器110中的第一收发器115。
换句话说，在电子装置100传送先前画面与画面的像素深度信息之前，头戴式显示器110可响应于使用者的动作回传先前状态信息至电子装置100，以致使电子装置100可依据先前状态信息来产生先前画面与画面的像素深度信息。值得一提的是，电子装置100中的图形处理单元121包括第二画面缓冲器124与第二深度缓冲器125。图形处理单元121可通过第二画面缓冲器124存储先前画面，并可通过第二深度缓冲器125存储画面的像素深度信息。此外，在第二收发器123传送画面的像素深度信息之前，电子装置100可先通过处理器122压缩画面的像素深度信息，以藉此降低画面的像素深度信息在头戴式显示器110中所耗费的存储空间。
请继续参照图1与图2。如步骤S270所示，头戴式显示器110可显示目前画面。换句话说，头戴式显示器110除了可以显示来自电子装置120的先前画面以外，还可显示自行所产生的目前画面。此外，头戴式显示器110可检测或是追踪使用者的动作，并利用所检测出的状态信息以及存储在内部的先前画面与画面的像素深度信息来产生目前画面，因此可大幅缩短画面的产生时间。如此一来，将可提升头戴式显示器110的画面更新率(frame refreshrate)，并可有效地降低画面的延迟(latency)。此外，随着画面更新率的提升，还可降低头戴式显示器110的模糊效应(blur effect)。
举例来说，在图1实施例中，互动式显示系统100是利用第一收发器115与第二收发器123，来建立头戴式显示器110与电子装置120之间的无线连接接口。倘若所述无线连接接口的带宽可支持的画面更新率为每秒30张画面(frame per second，简称fps)，则头戴式显示器110除了可通过无线连接接口接收来自电子装置120的30张画面以外，更可在上述30张画面之间穿插自行所产生的画面。藉此，将可大幅地提升头戴式显示器110的画面更新率，例如，头戴式显示器110的画面更新率可提升至每秒90张画面。
在另一实施例中，也可通过有线连接接口来进行头戴式显示器110与电子装置120之间的传输。例如，图1中的第一收发器115与第二收发器123可分别由一高解析度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，简称HDMI)连接器取代，以藉此形成头戴式显示器110与电子装置120之间的有线连接接口。此外，倘若所述有线连接接口的带宽可支持的画面更新率为每秒45张画面，则头戴式显示器110除了可通过有线连接接口接收来自电子装置120的45张画面以外，更可在上述45张画面之间穿插自行所产生的画面。藉此，将可大幅地提升头戴式显示器110的画面更新率。换句话说，互动式显示系统100可在不提升有线或是无线连接接口的带宽的情况下，提高头戴式显示器110的画面更新率。
综上所述，本发明的互动式显示系统中的电子装置将先前画面与画面的像素深度信息传送至头戴式显示器。此外，头戴式显示器可响应于使用者的动作产生目前状态信息，并可利用目前状态信息、先前画面与画面的像素深度信息来产生目前画面。藉此，将可提升头戴式显示器的画面更新率，并降低画面的延迟。此外，随着画面更新率的提升，还可降低头戴式显示器的模糊效应。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (18)

1.一种互动式显示系统，包括：
头戴式显示器，适于配戴于使用者；以及
电子装置，产生先前画面与画面的像素深度信息，并将该先前画面与该画面的像素深度信息传送至该头戴式显示器，以致使该头戴式显示器显示该先前画面，
其中，该头戴式显示器响应于该使用者的动作产生目前状态信息，并依据该目前状态信息、该先前画面与该画面的像素深度信息产生目前画面，且该头戴式显示器显示该目前画面。
2.如权利要求1所述的互动式显示系统，其中该头戴式显示器包括：
第一画面缓冲器，存储该先前画面；
第一深度缓冲器，存储该画面的像素深度信息；以及
感测单元，感测该使用者的动作，以产生第一感测数据，且该头戴式显示器依据该第一感测数据计算出该目前状态信息。
3.如权利要求2所述的互动式显示系统，其中在该电子装置传送该先前画面与该画面的像素深度信息之前，该感测单元产生第二感测数据，该头戴式显示器依据该第二感测数据计算出先前状态信息，并将该先前状态信息传送至该电子装置，且该电子装置依据该先前状态信息产生该先前画面与该画面的像素深度信息。
4.如权利要求3所述的互动式显示系统，其中该互动式显示系统通过无线连接接口或是有线连接接口，来传送该头戴式显示器与该电子装置之间的该先前状态信息、该先前画面与该画面的像素深度信息。
5.如权利要求3所述的互动式显示系统，其中该头戴式显示器还包括：
第一收发器，将该先前状态信息传送至该电子装置，并接收来自该电子装置的该先前画面与该画面的像素深度信息。
6.如权利要求5所述的互动式显示系统，其中该电子装置包括：
图形处理单元，依据该先前状态信息产生该先前画面与该画面的像素深度信息；以及
第二收发器，接收来自该第一收发器的该先前状态信息，并将该先前画面与该画面的像素深度信息传送至该第一收发器。
7.如权利要求6所述的互动式显示系统，其中该图形处理单元通过第二画面缓冲器存储该先前画面，并通过第二深度缓冲器存储该画面的像素深度信息。
8.如权利要求6所述的互动式显示系统，其中该电子装置还包括处理器，且在该第二收发器传送该画面的像素深度信息之前，该处理器压缩该画面的像素深度信息。
9.如权利要求3所述的互动式显示系统，其中该头戴式显示器还包括控制逻辑，且该控制逻辑读取该第一深度缓冲器中的该画面的像素深度信息，并依据该目前状态信息调整该画面的像素深度信息，且该控制逻辑依据该先前画面与调整后的该画面的像素深度信息产生该目前画面。
10.如权利要求9所述的互动式显示系统，其中该头戴式显示器通过该控制逻辑计算出该先前状态信息与该目前状态信息。
11.一种互动式显示方法，适用于包括电子装置与头戴式显示器的互动式显示系统，其中该头戴式显示器适于配戴于使用者，且该互动式显示方法包括：
通过该电子装置产生先前画面与画面的像素深度信息；
将该先前画面与该画面的像素深度信息传送至该头戴式显示器；
通过该头戴式显示器显示该先前画面；
响应于该使用者的动作产生在该头戴式显示器中的目前状态信息；
依据该头戴式显示器中的该目前状态信息、该先前画面与该画面的像素深度信息产生目前画面；以及
通过该头戴式显示器显示该目前画面。
12.如权利要求11所述的互动式显示方法，其中响应于该使用者的动作产生在该头戴式显示器中的该目前状态信息的步骤包括：
通过该头戴式显示器中的感测单元感测该使用者的动作，以产生第一感测数据；以及
依据该第一感测数据计算出该目前状态信息。
13.如权利要求12所述的互动式显示方法，其中通过该电子装置产生该先前画面与该画面的像素深度信息的步骤包括：
在将该先前画面与该画面的像素深度信息传送至该头戴式显示器之前，通过该感测单元感测该使用者的动作以产生第二感测数据，并依据该第二感测数据计算出先前状态信息；
将该先前状态信息传送至该电子装置；以及
依据该电子装置中的该先前状态信息产生该先前画面与该画面的像素深度信息。
14.如权利要求13所述的互动式显示方法，其中该互动式显示系统通过无线连接接口或是有线连接接口，来传送该头戴式显示器与该电子装置之间的该先前状态信息、该先前画面与该画面的像素深度信息。
15.如权利要求14所述的互动式显示方法，其中该无线连接接口包括该头戴式显示器中的第一收发器与该电子装置中的第二收发器。
16.如权利要求11所述的互动式显示方法，还包括：
通过该头戴式显示器中的第一画面缓冲器，存储该先前画面；以及
通过该头戴式显示器中的第一深度缓冲器，存储该画面的像素深度信息。
17.如权利要求16所述的互动式显示方法，其中依据该头戴式显示器中的该目前状态信息、该先前画面与该画面的像素深度信息产生该目前画面的步骤包括：
读取该第一画面缓冲器中的该先前画面；
读取该第一深度缓冲器中的该画面的像素深度信息，并依据该目前状态信息调整该画面的像素深度信息；以及
依据该先前画面与调整后的该画面的像素深度信息，产生该目前画面。
18.如权利要求17所述的互动式显示方法，其中该电子装置包括图形处理单元，该图形处理单元依据来自该头戴式显示器的先前状态信息产生该先前画面与该画面的像素深度信息，且该图形处理单元通过第二画面缓冲器存储该先前画面，并通过第二深度缓冲器存储该画面的像素深度信息。
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