CN108089699A - 人体姿势侦测系统、服装以及方法 - Google Patents

人体姿势侦测系统、服装以及方法 Download PDF

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Abstract

一种人体姿势侦测系统、服装以及方法。人体姿势侦测系统包含惯性侦测单元、至少二超音波收发器以及处理器。惯性侦测单元用以感测人体的第一部分的方向向量。这些超音波收发器分别设置于第一部分以及人体的第二部分。处理器用以根据方向向量产生第一部分的候选姿势范围，处理器并用以根据传递于这些超音波收发器之间的超音波测量第一以及第二部分之间的距离，处理器更用以根据该距离自候选姿势范围当中决定第一部分的当前姿势。本案提供了一种结合超音波收发器以及惯性侦测单元进而侦测肢体位置的技术。即便本案的系统被应用于会对惯性侦测单元造成影响的钢筋材料建筑当中，本案的系统仍能够有效地侦测人体的肢体位置。

Description

人体姿势侦测系统、服装以及方法
技术领域
本案涉及一种侦测系统、服装以及方法，尤为一种人体姿势侦测系统、人体姿势侦测服装以及人体姿势侦测方法。
背景技术
目前可透过多种方式侦测人体姿势的信息，其中一种方式是透过设置有多个惯性侦测单元(IMUs)的系统来进行侦测。然而，由于惯性侦测单元是透过重力作为参照进行侦测，是故，利用多个惯性侦测单元以进行侦测的人体姿势侦测服装的准确率将很容易受到建筑物结构当中的钢筋所产生的磁场影响。当此种人体位置侦测服装运作于室内空间当中时，其准确率将大幅地降低。
显然地，目前的人体姿势侦测系统所能应用的地点相当受限。因此，此种人体位置侦测方式亟待加以改良。
发明内容
为了解决上述问题，本案提供一种人体姿势侦测系统、人体姿势侦测服装以及人体姿势侦测方法。
本案的一实施态样是涉及一种人体姿势侦测系统。该人体姿势侦测系统包含一惯性侦测单元、一超音波模块以及一处理器。该惯性侦测单元设置于一人体的一第一部分，其是用以感测该第一部分的一方向向量。该超音波模块包含设置于该第一部分的一第一超音波收发器以及设置于该人体的一第二部分的一第二超音波收发器。该处理器通讯耦接于该惯性侦测单元以及该超音波模块。该处理器用以根据该惯性侦测单元感测的该方向向量产生对应该第一部分的一候选姿势范围，该处理器并用以根据传递于该第一超音波收发器以及该第二超音波收发器之间的一超音波测量该第一部分以及该第二部分之间的一距离，该处理器更用以根据透过该超音波测量的该距离以自该候选姿势范围当中决定该第一部分的一当前姿势。
在一实施例中，该第一部分是为该人体的一第一肢体部分，而该处理器是根据该方向向量以及该第一肢体部分的一运动学限制产生该候选姿势范围。
在另一实施例中，该第二部分是为该人体的一躯干部分，而该处理器产生的该候选姿势范围是为该第一肢体部位相对于该躯干部分的一位置以及一方向。
在又一实施例中，该第二部分是为人体的一第二肢体部分，而该处理器决定的该当前姿势是为该第一肢体部分相对于该第二肢体部分的一相对位置。
在再一实施例中，该超音波是由该第一超音波收发器产生并发送至该第二超音波收发器，或由该第二超音波收发器产生并发送至该第一超音波收发器。
在一实施例中，该处理器是根据该超音波的一飞行时间测量该距离。
本案的另一实施态样是涉及一种人体姿势侦测服装。该人体姿势侦测服装包含一躯干容置部、多个肢体容置部、多个惯性侦测单元、多个超音波收发器以及一处理器。所述多个肢体容置部耦接于该躯干容置部。所述多个惯性侦测单元分别设置于该躯干容置部以及所述多个肢体容置部。所述多个惯性侦测单元用以感测该躯干容置部以及所述多个肢体容置部的多个方向向量。所述多个超音波收发器设置于该肢体容置部上的多个参照点。所述多个超音波收发器用以分别发送多个超音波并接收所述多个超音波。所述多个超音波收发器各自更用以根据其接收的所述多个超音波的多个飞行时间，测量所述多个参照点之间的多个距离。该处理器通讯耦接于所述多个惯性侦测单元以及所述多个超音波收发器。该处理器用以接收所述多个方向向量以及所述多个距离，该处理器更用以根据所述多个方向向量以及所述多个距离产生所述多个肢体容置部与该躯干容置部的一当前姿势。
在一实施例中，该处理器更用以根据多个运动学限制调整该当前姿势。
在另一实施例中，所述多个惯性侦测单元是设置于所述多个肢体容置部的末端或沿该躯干容置部的一主轴设置。
在又一实施例中，所述多个参照点是分布于所述多个肢体容置部的多个肢节上。
在再一实施例中，人体姿势侦测服装还包含一头戴显示装置，通讯耦接于该处理器，用以输出一模拟环境的一景象，该景象中具有一虚拟人物，其中该头戴显示装置更用于根据所述多个肢体容置部与该躯干容置部的该当前姿势，以显示该虚拟人物的一姿势。
本案的另一实施态样是涉及一种人体姿势侦测方法。该人体姿势侦测方法是应用于一人体。所述人体姿势侦测方法包含下列步骤：透过一惯性侦测单元感测该人体的一第一部分的一方向向量；透过一处理器根据传递于一第一超音波收发器以及一第二超音波收发器之间的一超音波测量该第一部分以及该人体的一第二部分之间的一距离，其中该第一超音波收发器设置于该第一部分而该第二超音波收发器设置于该第二部分；透过该处理器根据该惯性侦测单元感测的该方向向量产生对应该第一部分的一候选姿势范围；以及透过该处理器根据该超音波模块测量的该距离自该候选姿势范围当中决定该第一部分的一当前姿势。
在一实施例中，该第一部分是为该人体的一第一肢体部分，而该处理器是根据该方向向量以及该第一肢体部分的一运动学限制产生该候选姿势范围。
在另一实施例中，该第二部分是为该人体的一躯干部分，而该处理器产生的该候选姿势范围是为该第一肢体部分相对于该躯干部分的一位置以及一方向。
在又一实施例中，该第二部分是为人体的一第二肢体部分，该处理器决定的该当前姿势是为该第一肢体部分相对于该第二肢体部分的一相对位置。
在再一实施例中，该超音波是由该第一超音波收发器产生并发送至该第二超音波收发器，或由该第二超音波收发器产生并发送至该第一超音波收发器。
在一实施例中，该处理器是根据该超音波的一飞行时间测量该距离。
应注意的是，前述的发明内容以及后述的实施方式皆仅是举例说明，其主要目的是为详细地解释本案权利要求书当中的内容。
附图说明
参照后续段落中的实施方式以及下列附图，当可更佳地理解本案的内容：
图1为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图；
图2为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图；
图3A为根据本案一实施例绘示的候选姿势范围的示意图；
图3B为根据本案图3A的实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图；
图3C为根据本案图3A的实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图；
图3D为根据本案图3A的实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图；
图4A为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测服装的示意图；
图4B为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测服装的示意图；
图5为根据本案图4A以及图4B的实施例绘示的人体姿势侦测服装的示意图；
图6为根据本案图4A的实施例绘示的虚拟人物的示意图；以及
图7为本案一实施例的人体姿势侦测方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下将以附图及详细叙述清楚说明本案的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个元件或装置相互操作或动作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，是包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本案。
关于本文中所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案的描述上额外的引导。
图1为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图。在本实施例中，此人体姿势侦测系统100可设置于一使用者身体上的若干部分，特别是肢体部分。该人体姿势侦测系统100包含一惯性侦测单元101、一第一超音波收发器102a、一第二超音波收发器102b以及一处理器103。该惯性侦测单元101、该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b皆透过一网络与该处理器103通讯耦接，例如Wi-Fi或蓝芽网络等等，上述构件可借此与该处理器103进行信息交换。在一些实施例中，该惯性侦测单元101、该第一超音波收发器102a、该第二超音波收发器102b以及该处理器103彼此之间皆透过一网络进行通讯耦接，借此，上述的各构件彼此之间皆可进行信息交换。
在本实施例中，设置于该使用者手臂的一末端的该惯性侦测单元101是为一种结合了包含三轴加速计以及三轴陀螺仪的一感应电路。该三轴加速计是用以侦测该手臂的该末端的线性加速度，而该三轴陀螺仪是用以侦测该手臂的该末端的角速度。该惯性侦测单元101可于使用者的手臂移动时侦测一方向向量。设置于该使用者手臂上的一第一参照点的该第一超音波收发器102a是用以发送一第一超音波并用以接收自其他超音波音源传来的超音波。设置于该使用者躯干上的一第二参照点的该第二超音波收发器102b是用以发送一第二超音波并用以接收自其他超音波音源传来的超音波。在本实施例中，该第一超音波以及第二超音波皆为独特且彼此不同的超音波(例如，该第一超音波以及第二超音波各自为透过相异频率、相异振幅或相异波形发送的超音波)，借此，该第一超音波收发器以及该第二超音波收发器能够辨别此二种超音波的发送源。在另一实施例中，该第一超音波以及第二超音波是为分时信号，亦即此两超音波信号虽具有相似的格式(例如，频率、振幅或波形)，但却是分别在不同的时间周期当中产生的。借此，这些超音波收发器能够根据接收此二种超音波的时间周期来辨别此二种超音波的发送源。
在一实施例中，该第一参照点以及该第二参照点是分别设置于人体上的不同部分，在如图1所示的本实施例中，该第一参照点是位于人体上的前臂部分，而该第一参照点是位于人体上的胸口部分。一般状况下，在人体表现某种手势或姿势时，该前臂部分相对于该胸口部分是为可动的。在本实施例中，该人体姿势侦测系统100可侦测此两部分间的一关联性，进而辨识人体所表现的手势或姿势。
在本实施例中，该处理器103可包含但不限于单一处理单元或多个微处理器的集合体，该单一处理单元或该集合体透过总线电性耦接于内部或外部记忆体。该内部或外部记忆体包含挥发性或非挥发性的记忆体。该处理器103是用以自该内部或外部记忆体存取一指令集，并执行该指令集，以进一步根据该指令集进行预设的程序。该处理器103可设置于该使用者的身体部分上，或是设置于能够与该惯性侦测单元101、该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b进行通讯的范围内。在一些实施例中，该处理器103是为一行动装置或计算机的内部中央处理器。只要该处理器103可与上述构件进行信息交换，该处理器103可根据该指令集进行预设的程序。
在本实施例中，该惯性侦测单元101是设置于该使用者手臂上的一特殊点(例如手臂的中心点或端点)，举例来说，其可设置于该使用者的手掌上或是由该使用者握持。该第一超音波收发器102a是设置于该使用者前臂上的该第一参照点，而该第二超音波收发器102b所设置的该第二参照点大致上是设置于使用者的胸口部分。因应人体运动时的运动学限制(kinematic constraint)，该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b的设置位置在不同使用者身上可能有些微不同。应注意的是，该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b的设置位置是用以准确地侦测该第一参照点以及该第二参照点之间的相对距离，是故，领域中人可以因应需求调整这些超音波收发器设置于该使用者的手臂以及躯干上的位置，以使其间传递的超音波较不受遮蔽。
在本实施例中，如前所述，该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b皆与该处理器103通讯耦接。在本实施例中，当该第一超音波收发器102a发送该第一超音波，该第一超音波经由空气传递，并于一时间长度后由该第二超音波收发器102b所接收。根据该第一超音波由该第一超音波收发器102a传递至该第二超音波收发器102b的该时间长度，该处理器103可测量该第二超音波收发器102b与该第一超音波收发器102a之间的一相对距离。
在一实施例中，该处理器103包含一计时电路。当该处理器103触发该第一超音波收发器102a发送该第一超音波时，该处理器103启动该计时电路以对该第一超音波的飞行时间进行计时。当该第二超音波收发器102b接收该第一超音波后，该第二超音波收发器102b将通知该处理器103其已接收该第一超音波，而该处理器103停止该计时电路的计时。而该第一超音波的该飞行时间是由该计时电路累积计算而得。根据该飞行时间，该处理器103可获取该使用者前臂以及该使用者胸口之间的该相对距离。当该飞行时间越长，该处理器103判断的该相对距离越远，当该飞行时间越短，该处理器103判断的该相对距离越近。在上述实施例中，该处理器103是对该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b进行同步以计算该飞行时间，然而，本案并不限制于仅能透过上述方式实施。在另一实施例中，在这些超音波收发器上可设置有无线电射频收发器或是光信号收发器等等以进行同步程序。
在本实施例中，如前所述，该处理器103通讯耦接于上述感测器，并用以自记忆体存取该指令集以执行以下程序。该处理器103可获取该方向向量以及该相对距离。该方向向量可用以追踪该第一参照点相对于重力方向的一位置。该处理器103可根据该第一参照点的该位置产生关于该使用者前臂的一候选姿势范围。应注意的是，该候选姿势范围是为包含该使用者前臂的多个潜在可能位置的一数据集。是故，为了进一步缩小此潜在可能位置的范围，该处理器103需要更多的信息。在某些例子中，该处理器103可以获取使用者的关节J1以及关节J2的运动学限制，或是使用者手臂的长度等等信息，根据这些信息，该处理器103可自该候选姿势范围当中排除某些候选姿势。然而，由于人类肢体上的关节可以沿多个轴向转动以表现许多复杂的手势，该处理器103仅能缩小该候选姿势范围至一特定范围当中。
在本实施例中，该相对距离可用以追踪该第一参照点以及该第二参照点之间的远近程度。当该处理器103确认这些参照点之间的距离之后，该处理器103即可再进一步地将该候选姿势范围缩小至唯一的一个结果。意即，当获取使用者的前臂以及胸口之间的距离后，该处理器103可自该候选姿势范围当中准确地判断使用者的前臂的当前姿势。
在一些实施例当中，若该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b之间的相对距离仍不足以确认该使用者手臂上的各部分的位置，本案可设置一第三超音波收发器(图中未示)作为额外的参照点。在此状况下，该第三超音波收发器可接收上述二超音波收发器发送的超音波，并据以测量其自身以及上述二超音波收发器之间的相对距离。该处理器103可透过该第三超音波收发器量测的这些相对距离对该使用者的前臂的该当前姿势进行调整。显然地，透过设置更多的超音波收发器，该处理器103可计算出的该当前姿势将更加准确。
图2为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图。在本实施例中，类似于前述实施例，图中所示的人体姿势侦测系统100包含一惯性侦测单元101、一第一超音波收发器102a、一第二超音波收发器102b以及一处理器103。应注意的是，当该人体姿势侦测系统100应用于一使用者身上时，这些侦测单元以及超音波收发器的设置位置将类似于上述图1的实施例当中的配置。然而，应当理解，在本案的一些实施例当中，该人体姿势侦测系统100的这些侦测单元以及超音波收发器可透过传输线耦接至彼此，例如透过平扁线或双绞线等等，在此状况下，该惯性侦测单元101、该第一超音波收发器102a、该第二超音波收发器102b以及处理器103可透过这些传输线与彼此通讯。例如，当该第一超音波收发器102a产生该第一超音波，该第一超音波收发器102a可将关于该第一超音波的发送时间的信息透过这些传输线的其中之一传送至该第二超音波收发器102b，据此，该第二超音波收发器102b可于接收到该第一超音波时根据此信息测量彼此间的一距离。或者，当该第一超音波收发器102a产生该第一超音波，该第一超音波收发器102a可将关于该第一超音波的发送时间的信息透过这些传输线的其中之一传送至处理器103，第二超音波收发器102b可将关于该第一超音波的接收时间的信息透过这些传输线的其中之一传送至处理器103，据此，处理器103根据发送时间与接收时间的信息测量第一超音波收发器102a与第二超音波收发器102b之间的一距离。
图3A为根据本案一实施例绘示的候选姿势范围的示意图。在本实施例中，图3A中绘示一使用者的手臂，如图中所示，该使用者可弯曲他的手臂并可水平地旋转其手肘关节。如上所述，该惯性侦测单元101可被设置于该使用者的手腕位置以测量该使用者的手腕的方向向量OV1-OV3。在本实施例中，该惯性侦测单元101所侦测的该方向向量OV1-OV3是为由该惯性侦测单元101延伸出的几何法线方向。如图3A所示，该使用者可透过其前臂做出多个不同的手势，然而，由该惯性侦测单元101侦测到的这些方向向量OV1-OV3与重力方向的夹角θ1皆是为完全相同的。因此，在此状况下，由该惯性侦测单元101侦测的该方向向量OV1-OV3所提供的信息将不足以判别如图3A中所示的多种使用者前臂位置的可能性当中找出正确的当前姿势。如图1所示的处理器103仅能产生关于使用者前臂的一候选姿势范围CGR，即如图中的弧线范围所示。意即，若仅透过该惯性侦测单元101来侦测并计算人体位置，将产生多重解的可能性。
图3B为根据本案图3A的实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图。在本实施例中，图3B的附图是由图3A延伸而来。然而，如图中所示，设置于该使用者手腕附近的该第一超音波收发器102a可发送第一超音波，而设置于使用者胸口的该第二超音波收发器102b可接收该第一超音波，因此，如图1所示的处理器103根据该第一超音波的传递时间，即可测量该使用者身体上的该二部分之间的一第一距离DST1。据此，处理器103可自该候选姿势范围CGR当中决定一可能的姿势作为计算结果，其即为一第一当前姿势CG1。另外，如前所述，使用者关节J1以及关节J2的运动学限制也可被用于计算过程，进而使该第一当前姿势CG1的判断更为准确。
图3C为根据本案图3A的实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图。在本实施例中，图3C的附图是由图3A延伸而来。同样地，设置于该使用者手腕附近的该第一超音波收发器102a可发送第一超音波至设置于使用者胸口的该第二超音波收发器102b，而处理器103可根据该第一超音波的传递时间测量该使用者身体上的该二部分之间的一第二距离DST2。据此，处理器103可自该候选姿势范围CGR当中决定一可能的姿势作为计算结果，其即为一第二当前姿势CG2。由于图3B当中所示的该第一距离DST1以及本图中所绘示的该第二距离DST2明显不同，该处理器103可准确地识别该第二当前姿势CG2与前述的该第一当前姿势CG1。
图3D为根据本案图3A的实施例绘示的人体姿势侦测系统的示意图。在本实施例中，图3D的附图是由图3A延伸而来。如图中所示，设置于该使用者手腕附近的该第一超音波收发器102a可发送第一超音波至设置于使用者胸口的该第二超音波收发器102b，而处理器103可根据该第一超音波的传递时间测量该使用者身体上的该二部分之间的一第三距离DST3。据此，处理器103可自该候选姿势范围CGR当中决定一可能的姿势作为计算结果，其即为一第三当前姿势CG3。由于该第三距离DST3明显地较前述附图中的该第一距离DST1以及该第二距离DST2为长，该处理器103可准确地识别该第三当前姿势CG与前述的二当前姿势的差异。
如图3A至图3D所示，显然地，经由超音波收发器的辅助，本案的技术可以有效地将可能的使用者候选姿势缩减至特定的结果。换言之，透过惯性侦测单元以及超音波收发器的结合，本案有效地将以往侦测人体位置的多重解问题缩减至单一解。
图4A以及图4B皆为根据本案一实施例绘示的人体姿势侦测服装的示意图。在本实施例中，人体姿势侦测服装200是由一使用者800所穿戴。人体姿势侦测服装包含一头部装备HG、一躯干容置部TFC以及四个肢体容置部LFC1-LFC4。该头部装备HG包含一处理器203以及一显示屏幕204。该处理器203设置于该头部装备HG当中，而该显示屏幕204是设置于朝向使用者800脸部的位置。该躯干容置部TFC适当地包覆该使用者800的躯干部分，而这些肢体容置部LFC1-LFC4则分别地包裹该使用者800的四个肢体部分。
在本实施例中，四个惯性侦测单元201a-201d分别设置于这些肢体容置部LFC1-LFC4上，邻近该使用者800身上的若干特殊点(例如，中心点或端点)。此四个惯性侦测单元201a-201d是用以侦测使用者四肢的多个方向向量。两个惯性侦测单元201e-201f是沿着该使用者800的脊椎设置于该躯干容置部TFC上。此两个惯性侦测单元201e-201f是用以侦测使用者躯干的方向向量。
在本实施例中，两个超音波收发器202a-202b设置于该肢体容置部LFC1上，使用者右臂的各部分皆可设置(例如，右前臂或是手腕，以及右上臂)一个超音波收发器。两个超音波收发器202c-202d设置于该肢体容置部LFC2上，使用者左臂的各部分皆可设置一个超音波收发器。这些超音波收发器202c-202d可设置于该使用者800的不同肢体部分上(例如，右手腕、右前臂以及右上臂)。而由处理器所选择的当前姿势代表了这些不同肢体部分的相对位置。两个超音波收发器202e-202f设置于该肢体容置部LFC3上，使用者右脚的各部分皆可设置一个超音波收发器。两个超音波收发器202g-202h设置于该肢体容置部LFC4上，使用者左脚的各部分皆可设置一个超音波收发器。在一实施例中，这些超音波收发器202a-202h所发送的这些超音波皆为独特且彼此不同的超音波(例如，该第一超音波以及第二超音波各自为透过相异频率、相异振幅或相异波形发送的超音波)，借此，这些超音波收发器202a-202h能够辨别此二种超音波的发送源。在另一实施例中，这些超音波是为分时信号，亦即这些超音波信号虽具有相似的格式(例如，频率、振幅或波形)，但却是分别在不同的时间周期当中产生的。借此，这些超音波收发器能够根据接收这些超音波的时间周期来辨别这些超音波的发送源。
在本实施例中，设置于该头部装备HG当中的该处理器203通讯耦接于这些惯性侦测单元201a-201f以及这些超音波收发器202a-202h。该处理器203是用以自内部或外部记忆体存取一指令集以进一步根据该指令集进行下列程序。相似于图1的实施例，该处理器203可自惯性侦测单元201a-201f获取这些方向向量，并测量这些超音波收发器202a-202h间的相对距离。接着，该处理器203可根据该方向向量、这些相对距离以及使用者800各关节的运动学限制来计算该服装下的该使用者800各关节的旋转角度。各关节的运动学限制是用以排除关节旋转角度不合理的计算结果。在计算过程中加入使用者800各关节的运动学限制后，该处理器203可产生关于该使用者800的身体所表现的当前姿势。
在本实施例中，该显示屏幕204电性耦接于该处理器203。该处理器203是用以向该显示屏幕204发送关于一模拟环境的信息，使该显示屏幕204可根据该信息向使用者800输出该模拟环境的一景象。应注意的是，此处所说的该模拟环境是为透过拟真影像、声音以及其他感官刺激模拟虚拟或充满幻想的环境的一种计算机技术。例如，该模拟环境可为虚拟实境(VR)空间、扩增实境(AR)空间或混合实境(MR)空间。在此例中，提供给该使用者800的该景象显示了该模拟环境当中的一部分视角。在该模拟环境当中，显示有模拟该使用者800于该模拟环境当中的存在的一虚拟人物。该处理器203可将关于使用者800的身体所表现的该当前姿势的信息传送至该显示屏幕204，而该景象当中的该虚拟人物可根据该信息表现对应的一姿势。因此，由该处理器203产生的该当前姿势可有效地被应用于该模拟环境当中以模拟该使用者800的动作。
图5为根据本案图4A以及图4B的实施例绘示的人体姿势侦测服装的示意图。在本实施例中，图中绘示若干模块方块图以表示该人体姿势侦测服装200的各构件之间的连结关系。如图5所示，该头部装备HG包含该处理器203以及该显示屏幕204。该惯性侦测单元201a以及这些超音波收发器202a-202b是设置于该肢体容置部LFC1上。该惯性侦测单元201b以及这些超音波收发器202c-202d是设置于该肢体容置部LFC2上。该惯性侦测单元201c以及这些超音波收发器202e-202f是设置于该肢体容置部LFC3上。该惯性侦测单元201d以及这些超音波收发器202g-202h是设置于该肢体容置部LFC4上。这些惯性侦测单元201e-201f是设置于该躯干容置部TFC上。在本实施例中，上述的这些惯性侦测单元以及这些超音波收发器皆与该处理器通讯耦接以进行信息交换。如上述实施例所述，该处理器203是用以获取该方向向量、这些相对距离以及这些关节的这些运动学限制，进而计算该使用者的各关节的旋转角度，并且产生关于该使用者的身体所表现的当前姿势，而显示屏幕204可获取该当前姿势以将该使用者所表现的动作显示于该模拟环境当中。
图6为根据本案图4A的实施例绘示的虚拟人物A800的示意图。如第4A的实施例所述，显示屏幕204可获取关于该使用者800的身体所表现的该当前姿势的信息，并向该使用者800显示该模拟环境当中的该景象。图6绘示了该模拟环境的该景象当中所呈现的该虚拟人物A800的一可能态样。显然地，本图中的该虚拟人物A800所呈现的一姿势是对应于图4A当中的该使用者800所表现的该当前姿势。
图7为本案一实施例的人体姿势侦测方法的步骤流程图。在本实施例中，此人体姿势侦测方法700可透过前述实施例当中的该人体姿势侦测系统100或是该人体姿势侦测服装200所实施，故可一并参照前述实施例当中的描述。在本实施例中，此人体姿势侦测方法700的详细步骤将叙述于后续段落当中。
步骤S701：透过一惯性侦测单元感测该人体的一第一部分的一方向向量。如图1及图2的实施例所述，设置于该使用者手臂终端的该惯性侦测单元101是用以侦测该手臂的该方向向量。如图4A以及图4B的实施例所述，这些惯性侦测单元201a-201d是分别设置于这些肢体容置部LFC1-LFC4以侦测该使用者四肢的这些方向向量。
步骤S702:透过一第一超音波收发器自该人体的该第一部分发送一第一超音波。如图1及图2的实施例所述，设置于该第一参照点的该第一超音波收发器102a是用以产生该第一超音波。如图4A及图4B的实施例所述，位于该使用者四肢上的这些超音波收发器202a-202h是各自用以发送彼此相异的超音波。
步骤S703:透过一第二超音波收发器于该人体的一第二部分接收该第一超音波。如图1及图2的实施例所述，设置于该第二参照点的该第二超音波收发器102b是用以接收该第一超音波。如图4A及图4B的实施例所述，位于该使用者四肢上的这些超音波收发器202a-202h皆可接收自其他超音波收发器发送而来的超音波。
步骤S704:透过一处理器根据该第一超音波的一飞行时间测量该第一部分以及该第二部分之间的一相对距离。如图1及图2的实施例所述，在该第一超音波的发送时间已知的状况下，该处理器103可测量该第一超音波收发器102a以及该第二超音波收发器102b之间的相对距离。如图4A及图4B的实施例所述，当这些超音波的发送时间为已知，该处理器103同样地可测量其自身这些超音波收发器202a-202h之间的相对距离。
步骤S705：透过该处理器获取该方向向量。如图1及图2的实施例所述，该处理器103是用以自该惯性侦测单元101获取该方向向量。如图4A及图4B的实施例所述，该处理器203是用以自这些惯性侦测单元201a-201f获取这些方向向量。
步骤S706:透过该处理器根据该方向向量产生对应该第一部分的一候选姿势范围。如图1及图2的实施例所述，该处理器103是用以根据该方向向量产生对应该使用者的肢体的该候选姿势范围CGR。应注意的是，该候选姿势范围是为包含该使用者前臂的多个潜在可能位置的数据集。如图4A及图4B的实施例所述，该处理器203可用以根据这些方向向量计算对应该使用者的各肢体的候选姿势范围。在某些例子中，该处理器203可利用该使用者的各关节的运动学限制以缩小所述的候选姿势范围。
步骤S707：透过该处理器根据该相对距离自该候选姿势范围当中决定该第一部分的一当前姿势。如图1、图2以及第3A-3D图的实施例所述，当该使用者的手臂长度已知，该处理器103可判断该使用者手臂的当前姿势，例如，该处理器103可根据该第二超音波收发器102b所测量的该第一至第三距离DST1-DST3以自该候选姿势范围CGR当中判断该当前手势CG1-CG3。如图4A、图4B以及图5的实施例所述，该处理器203可自各候选姿势范围的组合当中判断该使用者身体的当前姿势。
综上所述，本案提供了一种结合超音波收发器以及惯性侦测单元进而侦测肢体位置的技术。即便本案的系统被应用于会对惯性侦测单元造成影响的钢筋材料建筑当中，本案的系统仍能够有效地侦测人体的肢体位置。
虽然本案以实施例揭露如上，然其并非用以限定本案，任何熟悉此技艺者，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 (17)

1.一种人体姿势侦测系统，其特征在于，包含：
一惯性侦测单元，设置于一人体的一第一部分，用以感测该第一部分的一方向向量；
一超音波模块，包含设置于该第一部分的一第一超音波收发器以及设置于该人体的一第二部分的一第二超音波收发器；以及
一处理器，通讯耦接于该惯性侦测单元以及该超音波模块，其中该处理器用以根据该惯性侦测单元感测的该方向向量产生对应该第一部分的一候选姿势范围，该处理器并用以根据传递于该第一超音波收发器以及该第二超音波收发器之间的一超音波，测量该第一部分以及该第二部分之间的一距离；
其中该处理器更用以根据该超音波模块测量的该距离，自该候选姿势范围当中决定该第一部分的一当前姿势。
2.根据权利要求1所述的人体姿势侦测系统，其特征在于，该第一部分是为该人体的一第一肢体部分，而该处理器是根据该方向向量以及该第一肢体部分的一运动学限制产生该候选姿势范围。
3.根据权利要求2所述的人体姿势侦测系统，其特征在于，该第二部分是为该人体的一躯干部分，而该处理器产生的该候选姿势范围是为该第一肢体部位相对于该躯干部分的一位置以及一方向。
4.根据权利要求2所述的人体姿势侦测系统，其特征在于，该第二部分是为人体的一第二肢体部分，而该处理器决定的该当前姿势是为该第一肢体部分相对于该第二肢体部分的一相对位置。
5.根据权利要求1所述的人体姿势侦测系统，其特征在于，该超音波是由该第一超音波收发器产生并发送至该第二超音波收发器，或由该第二超音波收发器产生并发送至该第一超音波收发器。
6.根据权利要求1所述的人体姿势侦测系统，其特征在于，该处理器是根据该超音波的一飞行时间测量该距离。
7.一种人体姿势侦测服装，其特征在于，包含：
一躯干容置部；
多个肢体容置部，耦接于该躯干容置部；
多个惯性侦测单元，分别设置于该躯干容置部以及所述多个肢体容置部，用以感测该躯干容置部以及所述多个肢体容置部的多个方向向量；
多个超音波收发器，设置于该肢体容置部上的多个参照点，用以分别发送多个超音波及接收所述多个超音波；以及
一处理器，通讯耦接于所述多个惯性侦测单元以及所述多个超音波收发器，其中该处理器用以根据所述多个超音波的多个飞行时间测量所述多个参照点之间的多个距离，该处理器并用以接收所述多个方向向量，该处理器更用以根据所述多个方向向量以及所述多个距离，产生所述多个肢体容置部与该躯干容置部的一当前姿势。
8.根据权利要求7所述的人体姿势侦测服装，其特征在于，该处理器更用以根据多个运动学限制调整该当前姿势。
9.根据权利要求7所述的人体姿势侦测服装，其特征在于，所述多个惯性侦测单元是设置于所述多个肢体容置部的末端或沿该躯干容置部的一主轴设置。
10.根据权利要求7所述的人体姿势侦测服装，其特征在于，所述多个参照点是分布于所述多个肢体容置部的多个肢节上。
11.根据权利要求10所述的人体姿势侦测服装，其特征在于，还包含：
一头戴显示装置，通讯耦接于该处理器，用以输出一模拟环境的一景象，该景象中具有一虚拟人物，其中该头戴显示装置更用于根据所述多个肢体容置部与该躯干容置部的该当前姿势，以显示该虚拟人物的一姿势。
12.一种人体姿势侦测方法，应用于一人体，其特征在于，该人体姿势侦测方法包含：
透过一惯性侦测单元感测该人体的一第一部分的一方向向量；
透过一处理器根据传递于一第一超音波收发器以及一第二超音波收发器之间的一超音波，测量该第一部分与该人体的一第二部分之间的一距离，其中该第一超音波收发器设置于该第一部分而该第二超音波收发器设置于该第二部分；
透过该处理器根据该惯性侦测单元感测的该方向向量，产生对应该第一部分的一候选姿势范围；以及
透过该处理器根据该距离自该候选姿势范围当中，决定该第一部分的一当前姿势。
13.根据权利要求12所述的人体姿势侦测方法，其特征在于，该第一部分是为该人体的一第一肢体部分，而该处理器是根据该方向向量以及该第一肢体部分的一运动学限制产生该候选姿势范围。
14.根据权利要求13所述的人体姿势侦测方法，其特征在于，该第二部分是为该人体的一躯干部分，而该处理器产生的该候选姿势范围是为该第一肢体部分相对于该躯干部分的一位置以及一方向。
15.根据权利要求13所述的人体姿势侦测方法，其特征在于，该第二部分是为人体的一第二肢体部分，该处理器决定的该当前姿势是为该第一肢体部分相对于该第二肢体部分的一相对位置。
16.根据权利要求12所述的人体姿势侦测方法，其特征在于，该超音波是由该第一超音波收发器产生并发送至该第二超音波收发器，或由该第二超音波收发器产生并发送至该第一超音波收发器。
17.根据权利要求12所述的人体姿势侦测方法，其特征在于，该处理器是根据该超音波的一飞行时间测量该距离。
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