CN107533364B - 用于运行虚拟现实系统的方法和虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行虚拟现实系统(10)的方法，该方法具有以下步骤：借助检测装置(16)检测戴有虚拟现实眼镜(12)并且位于检测区域(18)中的人员(20)的位置和头部取向；借助虚拟现实眼镜(12)从虚拟的视角显示在虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)，该虚拟的视角根据检测的位置和头部取向规定；根据检测的位置得出，人员(20)是否未超出与所述检测区域(18)的边界的规定距离；如果得出人员(20)未超出该规定距离，则借助所述虚拟现实眼镜(12)显示一表征未超出规定距离的效果(26、28)，其中，效果(26、28)的显示的类型根据得出的头部取向规定。本发明还涉及具有虚拟现实眼镜(12)的虚拟现实系统(10)。

Description

用于运行虚拟现实系统的方法和虚拟现实系统

技术领域

本发明涉及用于运行虚拟现实系统的方法和虚拟现实系统。

背景技术

借助虚拟现实系统能够示出虚拟的现实，其中，虚拟的现实一般是指在实时的计算机生成的交互式虚拟环境中对于现实的物理特性的表现以及同时的感知。

虚拟现实系统可具有用于显示虚拟环境的虚拟现实眼镜。虚拟现实眼镜是一种特定形式的所谓的头戴式显示器，其是佩戴在头部上的视觉输出设备。该视觉输出设备在目镜屏幕上显示图像或将它们直接投影到视网膜上。对此，虚拟现实眼镜还额外地具有用于检测头部运动的传感器。由此能够根据虚拟现实眼镜的佩戴者的运动来显示经计算的图形。通过实体接近，使得头戴式显示器的显示图像面积明显大于独立的显示屏并且在极端的情况下甚至覆盖用户的整个视野。因为虚拟现实眼镜的各个显示器由于头部佩戴而跟随佩戴者的所有头部运动，因此其获得直接在由计算机生成的图像景观中运动的感觉。

这种虚拟现实系统可具有检测装置，借助检测装置能够检测位于检测区域中的虚拟现实眼镜和/或戴有虚拟现实眼镜的人员的位置。根据检测到的虚拟现实眼镜和/或人员的位置能够调节借助虚拟现实眼镜显示的内容，使得戴有虚拟现实眼镜的人员能够在显示的虚拟环境中相对于虚拟物体运动。由于技术和/或成本的限制条件可能发生，相比于显示的虚拟环境的大小来说，能够可靠检测到虚拟现实眼镜和/或人员的位置的检测区域相对更小。尤其在这种情况下产生如下问题，虚拟现实眼镜的佩戴者从仅能够可靠地检测到虚拟现实眼镜和/或佩戴虚拟现实眼镜的人员的位置的检测区域移出。由此不再能够确保，人员的真实位置改变还转变成在显示的虚拟环境中相应的虚拟的位置改变。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种实现方案，借助该实现方案能够在虚拟现实眼镜的佩戴者正在离开检测装置的检测区域时以可靠的方式警示虚拟现实眼镜的佩戴者，其中检测装置用于检测佩戴者和/或虚拟现实眼镜的位置。

该目的通过具有独立权利要求的特征的用于运行虚拟现实系统的方法以及虚拟现实系统得以实现。在从属权利要求中给出了具有本发明的适宜的且不寻常的改进之处的有利设计方案。

在根据本发明的用于运行虚拟现实系统的方法中，持续地借助检测装置检测戴有虚拟现实眼镜并且位于检测装置的检测区域中的人员的位置和头部取向。根据检测到的位置和头部取向，借助虚拟现实眼镜从虚拟的视角显示出位于虚拟环境中的虚拟物体。此外，根据持续检测到的位置得出，人员是否未超出与所述检测区域的边界的规定距离。如果得出，人员未超出该规定距离，借助虚拟现实系统显示出表示未超出该规定距离的效果，其中，效果的显示的类型根据得出的头部取向规定。

对此，本发明基于以下认识，在虚拟现实应用中，用户能够自由地相对于在虚拟环境中显现的物体、例如虚拟的车辆移动，在虚拟现实应用中又始终会发生，用户从仅能够借助相关的检测装置可靠地检测人员位置的检测区域中移出。此外，本发明还基于以下认识，完全地区分，人员例如是后退地从检测区域中移出还是前进地从检测区域中移出，因为通常还根据头部取向来调整看向显示的虚拟环境的视角。

借助根据本发明的方法由此一方面首次能够以可靠的方式向戴有虚拟现实眼镜的人员指出，其恰好正在离开检测装置的检测区域。另一方面能够通过与头部取向相关的效果的显示——借助于所述效果显示出人员未超出与相应的检测区域边界的规定距离——以特别可靠的方式表现出人员此时恰好离开检测装置的检测区域。此外，通过与头部取向相关类型的效果显示能够特别好地使得对显示的虚拟环境的干扰性影响最小化，但是没有过分地减小插入或者说混入效果的提示作用。因为戴有虚拟现实眼镜的人员例如向后朝检测区域的边界移动，则其也向后移动离开显示的虚拟物体。通常在此时人员的目光指向显示的虚拟物体，所以与人员向前朝检测区域的相应边界运动并且同时其目光也未指向显示的虚拟物体时不同形式的效果显示更有助于警示人员。

本发明的一个有利的实施方式规定，根据检测的头部取向得出，人员头部在未超出规定距离时是面对还是背对检测区域的边界。通过在人员头部的面对取向和背对取向之间的区分可以特别合适地选择表征效果的插入，从而一方面能够可靠地向人员指出，其恰好正在离开检测区域，另一方面也能够通过与头部取向匹配的效果显现而尽可能很小地干扰人员对显现虚拟环境的感知。

本发明的另一有利实施方式规定，为人员设置双目视野并且如果检测区域的边界位于双目视野中便假定为面对取向，否则便假定为背对取向。双目视野应当理解为：在头部姿态静止并且眼睛没有移动的情况下在对象固定时同时还可见的空间。例如作为双目视野、即用两个眼睛同时可见的空间在水平方向上规定在约220°(的夹角)上。这相应于人类的普通平均值。因为人员戴有虚拟现实眼镜，其实际上不能看见其真实的环境并因此也不能看见检测区域的边界。但是将规定的双目视野分配给虚拟现实眼镜，从而例如根据检测到的虚拟现实眼镜的取向一方面能够得出头部取向并且另一方面能够推断出假设取下虚拟现实眼镜的情况下检测区域的相关边界是否位于双目视野中。由此能够以特别简单且可靠的方式得出，在未超出规定距离时人员头部是面对还是背对检测区域的边界。

在本发明的另一有利设计方案中规定，在头部面对边界时借助虚拟现实眼镜仅显示在虚拟环境中位于人员之前的虚拟界限作为效果。例如显示一种虚拟障碍物或虚拟屏障，其在虚拟环境中的尺寸被严格限制。对虚拟环境的真实感受以及对在其中的物体的实际感受由此特别少地被限制，但同时以可靠的方式向人员指出，其恰好正在离开检测装置的检测区域。

根据本发明的另一有利的实施方式规定，在头部背对边界时借助虚拟现实眼镜在虚拟环境中显示与检测区域相应的网格作为效果。如果人员例如在现实中朝检测区域的边界后退并且其头部在此恰好朝向前，则其完全不能看见在虚拟环境中位于其后的区域。通过在这种情况下并且在广义上对于头部背对边界的情况同样地在虚拟环境中显示相应于检测区域的网格作为效果，以可靠的方式向人员指出，其恰好正在离开检测装置的检测区域。

本发明的另一有利的实施方式规定，在头部背对边界时借助虚拟现实眼镜使得虚拟物体至少部分地被隐没和/或变暗。因为在头部背对边界时人员的目光通常看向显示的虚拟物体。通过在这种情况下使得虚拟物体至少部分地被隐没和/或变暗，以简单且可靠的方式向人员指出，其恰好正在离开检测装置的检测区域。

在本发明的另一有利的设计方案中规定，在头部背对边界时使得虚拟环境至少部分地被隐没和/或变暗。在该方法中同样以特别简单且可靠的方式向人员指出，其恰好正在离开检测装置的检测区域。

根据本发明的另一有利的实施方式规定，在虚拟环境中显示虚拟物体的虚拟视角设置成，使得虚拟的观察方向相应于检测的人员的头部取向以及虚拟的观察位置相应于检测的人员位置。为了检测人员的头部取向以及为了检测人员位置，例如能够借助检测装置持续地检测虚拟现实眼镜的取向和定位。由此优选地将人员的真实位置变化一对一地转变成在显示的虚拟环境之内的相应的位置变化。同样地，将头部取向的真实变化转变成看向显示的虚拟物体的虚拟目光方向的相应变化。人员由此能够虚拟地特别自然地在显示的虚拟环境之内移动并且从不同的虚拟的观察方向和虚拟的观察位置观看显示的虚拟物体，以及此外在人员有离开检测装置的检测区域的危险时可靠地警示。即使在检测区域相比于显示的虚拟环境的尺寸相对更小时，人员也没有离开检测区域的风险，这是因为及时地通过插入与头部取向相关的效果而对其作出了提示。

根据本发明的虚拟现实系统包括虚拟现实眼镜和检测装置，其设计成用于检测戴有虚拟现实眼镜并且位于检测区域中的人员的位置和头部取向。此外，虚拟现实系统包括控制装置，其设计成，用于操控虚拟现实眼镜，以从虚拟视角显示在虚拟环境中的虚拟物体，该虚拟视角根据检测的位置和头部取向来规定。此外，控制装置设计成，根据检测的位置得出，人员是否未超出与检测区域的边界的规定距离。此外，控制装置设计成，如果得出人员未超出所述规定距离，则操控虚拟现实眼镜以显示一表征未超出规定距离的效果，其中效果的显示的类型根据得出的头部取向来规定。根据本发明的方法的有利的设计方案被看作是根据本发明的虚拟现实系统的有利的设计方案，其中，虚拟现实系统尤其具有用于实施方法步骤的器件。

附图说明

从下面的对优选实施例的说明中以及根据附图得出本发明的其他优点、特征和细节。在上面描述中的特征和特征组合以及下面在附图说明中所述的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以相应给出的组合、而且也可以其他组合或单独地应用，都不会离开本发明的范围。

附图示出了：

图1示出了虚拟现实系统的示意图，虚拟现实系统具有虚拟现实眼镜、用于操控虚拟现实眼镜的控制装置以及用于对虚拟现实眼镜进行位置检测和进行取向检测的检测装置；

图2示出了检测装置的示意性示出的检测区域的透视图，戴有虚拟现实眼镜的人员位于该检测区域中；

图3示出了借助虚拟现实眼镜显示的虚拟环境的示意性透视图，在虚拟环境之内显示出虚拟的机动车；

图4示出了示意性示出的虚拟环境的另一透视图，其中，借助虚拟现实眼镜在虚拟环境内插入了表征检测装置的检测区域的网格；以及图5示出了示意性示出的虚拟环境的另一透视图，其中，借助虚拟现实眼镜插入了虚拟的界限。

具体实施方式

在附图中，相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。

在图1中以示意图示出了总地用10表示的虚拟现实系统。虚拟现实系统10包括虚拟现实眼镜12、用于操控虚拟现实眼镜12的控制装置14以及检测装置16，检测装置设计成，用于检测虚拟现实眼镜12的位置和取向。

图2以示意性地透视图示出了检测装置16的检测区域18，其中，已戴有虚拟现实眼镜12的人员20位于检测区域18之内。如果虚拟现实眼镜12位于检测区域18之内，则检测装置16能够可靠地得出虚拟现实眼镜12的位置和取向。控制装置14能够根据检测到的虚拟现实眼镜12的位置和取向数据确定人员20的位置和头部取向。如果人员20没有从检测区域18离开并因此虚拟现实眼镜12位于检测区域18之内，便能可靠地借助检测装置16结合控制装置14检测和得出人员20的位置变化以及人员20的头部取向的变化。

在图3中以示意性的透视图示出了虚拟的机动车24所处的虚拟环境22。虚拟环境22连同虚拟的机动车24一起此时借助虚拟现实眼镜12显示。对此，借助虚拟现实眼镜12从虚拟的视角显示虚拟的机动车24，虚拟的视角根据检测到的人员20的位置和头部取向预先规定。在图3中仅为了解释性的目的而示出了人员20，以便明确恰好借助虚拟现实眼镜12显示虚拟的机动车24的虚拟的视角。虚拟环境22中显示虚拟的机动车24的虚拟的视角在此设置成，虚拟的观察方向相应于检测到的头部取向以及虚拟的观察位置相应于检测到的人员20的位置。如果人员20转动其头部，则相应地控制虚拟现实眼镜12，使得人员20在虚拟环境22之内改变其虚拟的头部取向并由此也改变其虚拟的看向虚拟的机动车24的观察方向。如果人员20在现实中移动，则人员20在虚拟环境22之内同样相应地移动，从而人员、例如其与虚拟的机动车24的距离虚拟地增大或减小。

如图2和图3皆示出的，虚拟环境22明显大于检测区域18，在检测区域之内能够可靠地检测虚拟现实眼镜12的位置和取向并由此也可靠地得出人员20的头部取向和位置。由此，可能存在人员20无意地离开检测区域18的风险，例如在人员20希望增大其与虚拟的机动车24的虚拟距离时。但是一旦人员20离开检测区域18，就不再能够可靠地确保，人员20的位置变化和头部取向的变化在虚拟环境22之内相应地一对一地被转换。

在图4中以另一示意性的透视图示出了虚拟环境22和虚拟的机动车24。根据持续地得出的人员20的位置借助控制装置14得出，人员20到检测区域18的边界的距离是否低于规定的距离。在如图2所示的方形构造的检测区域18中，检测区域18的各个边界由此通过四个侧壁以及通过一种顶罩限定。因为向上离开检测区域18是不可能的，所以仅持续地检测人员20是否在水平方向上离开了检测区域18就足够了。

一旦检测到，人员20与检测区域18的边界的距离低于规定的距离，便借助虚拟现实眼镜12显示一表征低于规定距离的效果。效果显示的类型在此根据得出的人员20的头部取向来选择。在此，根据检测的人员20的头部取向得出，在低于与相关边界的规定距离时人员20的头部是面对检测区域18的相应边界的或还是背对该边界的。为此例如可以为人员20规定双目视野，其中如果检测区域18的相关边界位于人员20的双目视野中则假定或者说认定人员20的头部面对(检测区域)取向，否则便假定或者说认定人员20的头部的背对取向。

在图4中此时示出了以下情况，人员20相应于在图2中所示地向左后方即将离开检测区域18，因为人员20恰好向后运动。借助虚拟现实眼镜12由于人员20的头部取向由此在前视图中示出了虚拟的机动车24，其中，人员20由于其真实的运动而在虚拟中向后距虚拟的机动车24越来越远。如果人员20此时在现实中非常接近检测区域18的左边界，则相应于真实的检测区域18的在虚拟环境22之内的网格26作为效果被显示出来，以便向人员20指出，其恰好正在离开检测区域18。网格26在此选择成与真实的检测区域18一样大。通过网格26的插入，能够简单地使在虚拟环境22之内的人员20识别出，其此时恰好向后从检测区域18中离开。

替代地或额外地，在人员20的头部背对检测区域18的相关边界取向时可规定，借助虚拟现实眼镜12至少部分地隐没虚拟的机动车24和/或使其变暗。在人员20恰好向后朝向检测区域18的边界移动并且同时其头部或多或少地一直向前地取向时，其在虚拟环境22之内还看向虚拟的机动车24。通过在低于与检测区域18的相应边界的规定距离时至少部分地隐没虚拟的机动车24和/或使其变暗，以简单的方式使人员20停下来，不要离开检测区域18。替代地或额外地也可规定，在这种情况下使虚拟环境22——例如可以是一种虚拟的展示间等——至少部分地被隐没和/或变暗。由此，同样以可靠的方式向人员20指出：其恰好正在向后从检测区域18中离开。

在图5中以另一透视图示出了虚拟的环境22以及虚拟的机动车24。在该情况下又基于图2所示地，人员20恰好正在向左前方离开检测区域18。因为此时人员20的头部一直朝向前，其在虚拟环境22之内看向离开虚拟的机动车24的方向。如果人员20此时与检测区域18的相关边界的距离低于规定距离，则由于人员20的头部面对检测区域18的边界取向，所以借助虚拟现实眼镜12显示出在虚拟环境22中位于人员20之前的虚拟界限28，以便向人员20指出，其恰好正在从检测区域18中离开。在这种情况下，由此在虚拟环境22之内显示出非常有限的局部效果，以便向人员20指出，其恰好正在离开检测区域18。因为基于其真实的头部取向和由此得到的虚拟的观察方向足以在虚拟环境22之内插入相对小的界限28，以便向人员20指出其恰好离开检测区域18。由于头部的面对取向，界限28此外还具有为人员20指示方向的特点。使人员20明白其恰好面对检测区域的其中一个边界，其中，通过界限28表示在显示的虚拟环境22之内的检测区域18的邻近边界。

通过与头部取向相关的对相应效果的插入，其向人员20指出其恰好正在离开检测区域18，能够一方面相对有效地防止，人员20真正离开检测区域18，另一方面同时尽可能小地影响对显示的虚拟环境22的感知。

Claims (4)

1.一种用于运行虚拟现实系统(10)的方法，所述方法具有以下步骤：

-借助检测装置(16)检测戴有虚拟现实眼镜(12)并且位于检测区域(18)中的人员(20)的位置和头部取向；

-借助虚拟现实眼镜(12)从虚拟的视角显示布置在虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)，所述虚拟的视角根据检测的位置和头部取向规定；

-根据检测的位置得出，人员(20)是否未超出与所述检测区域(18)的边界的规定距离；

-如果得出人员(20)未超出该规定距离，则借助所述虚拟现实眼镜(12)显示一表征未超出规定距离的效果(26、28)，其中，效果(26、28)的显示的类型根据得出的头部取向规定；

其中，

根据所检测到的头部取向得出，所述人员(20)的头部在未超出规定距离时是面对、还是背对所述检测区域(18)的边界；

在头部面对边界取向时，借助虚拟现实眼镜(12)仅显示在虚拟环境(22)中位于人员(20)之前的虚拟界限(28)作为所述效果；

在头部背对边界取向时，借助虚拟现实眼镜(12)在虚拟环境(22)中显示与检测区域(18)相应的网格(26)作为所述效果，和/或，借助虚拟现实眼镜(12)使得虚拟物体(24)至少部分地被隐没和/或变暗，和/或，借助虚拟现实眼镜(12)使得虚拟环境(22)至少部分地被隐没和/或变暗。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为所述人员(20)设置双目视野，并且如果所述检测区域(18)的边界位于所述双目视野中便假定为面对取向，否则便假定为背对取向。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，显示出位于虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)的虚拟视角设置成，使得虚拟的观察方向相应于检测的人员的头部取向并且虚拟的观察位置相应于检测的人员(20)的位置。

4.虚拟现实系统(10)，具有

-虚拟现实眼镜(12)；

-检测装置(16)，该检测装置设计成用于检测戴有虚拟现实眼镜(12)并且位于检测区域(18)中的人员(20)的位置和头部取向；

-控制装置(14)，该控制装置设计成，

-用于操控虚拟现实眼镜(12)，以从虚拟视角显示在虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)，所述虚拟视角根据所检测到的位置和头部取向来规定；

-根据检测的位置得出，人员(20)是否不超出与检测区域(18)的边界的规定距离；

-如果得出人员(20)未超出所述规定距离，则操控虚拟现实眼镜(12)以显示一表征未超出规定距离的效果(26、28)，其中效果(26、28)的显示的类型根据得出的头部取向来规定；

该控制装置(14)还设计成，

根据所检测到的头部取向得出，所述人员(20)的头部在未超出规定距离时是面对、还是背对所述检测区域(18)的边界；

在头部面对边界取向时，借助虚拟现实眼镜(12)仅显示在虚拟环境(22)中位于人员(20)之前的虚拟界限(28)作为所述效果；

在头部背对边界取向时，借助虚拟现实眼镜(12)在虚拟环境(22)中显示与检测区域(18)相应的网格(26)作为所述效果，和/或，借助虚拟现实眼镜(12)使得虚拟物体(24)至少部分地被隐没和/或变暗，和/或，借助虚拟现实眼镜(12)使得虚拟环境(22)至少部分地被隐没和/或变暗。

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