CN108319372A - 一种虚拟设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚拟设备和方法。所述虚拟设备包括头戴装置和机械手套，所述头戴装置上设置有数据采集组件和虚拟处理模块；所述数据采集组件，用于采集所述机械手套的状态数据；所述虚拟处理模块，用于根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息；所述机械手套，用于根据所述控制信息进行内部结构调节，以提供实物触感。本发明实施例中，头戴装置控制机械手套为用户提供实物触感，为VR体验提供了新的交互方式和新的感官体验。

Description

一种虚拟设备及方法

技术领域

本发明涉及虚拟技术领域，特别是涉及一种虚拟设备及方法。

背景技术

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。随VR技术越来越成熟，虚拟现实的VR体验也越来越受大众关注。其中，人机交互是VR体验中非常重要一环，手柄、手势追踪、眼球追踪、动作捕捉等是比较常见的交互方式。但是，目前的VR体验多是视觉体验和听觉体验，还不够丰富。因此，还有很多其他交互方式待开发，以增加VR体验的其他感官体验，使VR体验变得更丰富。

发明内容

本发明提供一种虚拟设备及方法，以解决现有技术中VR体验不够丰富的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种虚拟设备，所述虚拟设备包括头戴装置和机械手套，所述头戴装置上设置有数据采集组件和虚拟处理模块；

所述数据采集组件，用于采集所述机械手套的状态数据；

所述虚拟处理模块，用于根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息；

所述机械手套，用于根据所述控制信息进行内部结构调节，以提供实物触感。

可选地，所述数据采集组件包括距离传感器，所述距离传感器具有红外线检测功能；

所述距离传感器，用于检测所述机械手套和所述头戴装置之间的手眼距离，以及所述机械手套的红外扫描数据。

可选地，所述虚拟处理模块包括：

动作分析子模块，用于根据所述机械手套的状态数据，确定所述机械手套的移动轨迹，并根据所述移动轨迹和现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹；

控制信息生成子模块，用于根据所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断所述人手是否触碰到所述虚拟场景中的虚拟目标物；若是，则根据所述虚拟目标物对应的触碰特征，确定对所述机械手套的控制信息。

可选地，所述机械手套上设置有控制模块和多个分别与所述控制模块连接的调节组件；

所述控制模块，用于根据所述控制信息控制各所述调节组件；

所述调节组件，用于在所述控制模块的控制下进行内部结构调节，对所述机械手套内的人手产生压力，以提供实物触感。

可选地，所述调节组件包括多组电磁块对；

所述控制模块，用于根据所述控制信息控制所述电磁块对的充电电荷；

所述电磁块对，用于根据所述充电电荷改变相对距离，以调节内部结构，对所述机械手套内的人手产生压力。

为了解决上述问题，本发明实施例还公开了一种虚拟方法，应用于如上述的虚拟设备，所述方法包括：

采集机械手套的状态数据；

根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息；

根据所述控制信息控制所述机械手套进行内部结构调节，以提供实物触感。

可选地，所述虚拟设备设置有距离传感器，所述距离传感器具有红外线检测功能；

所述采集机械手套的状态数据包括：

采用所述距离传感器检测的所述机械手套和所述头戴装置之间的手眼距离，以及所述机械手套的红外扫描数据。

可选地，所述根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息，包括：

根据所述机械手套的状态数据，确定所述机械手套的移动轨迹，并根据所述移动轨迹和现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹；

根据所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断所述人手是否触碰到所述虚拟场景中的虚拟目标物；若是，则根据所述虚拟目标物对应的触碰特征，确定对所述机械手套的控制信息。

可选地，所述机械手套上设置有控制模块和多个分别与所述控制模块连接的调节组件；

所述根据所述控制信息控制所述机械手套进行内部结构调节，包括：

根据所述控制信息控制各所述调节组件进行内部结构调节，对所述机械手套内的人手产生压力，以提供实物触感。

可选地，所述调节组件中包括多组电磁块对；

所述根据所述控制信息控制各所述调节组件进行内部结构调节，包括：

根据所述控制信息控制所述电磁块对的充电电荷，以使所述电磁块对根据所述充电电荷改变相对距离，调节内部结构，对所述机械手套内的人手产生压力。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

虚拟设备包括头戴装置和机械手套，头戴装置包括数据采集组件和虚拟处理模块，数据采集组件采集机械手套的状态数据，虚拟处理模块根据状态数据生成对机械手套的控制信息，机械手套根据控制信息进行内部结构调节。本发明实施例中，头戴装置控制机械手套为用户提供实物触感，为VR体验提供了新的交互方式和新的感官体验。

附图说明

图1示出了本发明实施例一的一种虚拟设备的结构示意图；

图2示出了本发明实施例一的头戴装置的结构示意图之一；

图3示出了本发明实施例一的头戴装置的结构示意图之二；

图4示出了本发明实施例一的机械手套的结构示意图；

图5示出了本发明实施例二的一种虚拟方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种虚拟设备的结构示意图。所述虚拟设备包括头戴装置10和机械手套20，参照图2所示的头戴装置的结构示意图，所述头戴装置10上设置有数据采集组件101和虚拟处理模块102；

所述数据采集组件101，用于采集所述机械手套20的状态数据；

所述虚拟处理模块102，用于根据所述状态数据生成对所述机械手套20的控制信息；

所述机械手套20，用于根据所述控制信息进行内部结构调节，以提供实物触感。

本实施例中，虚拟设备包括头戴装置10，头戴装置10上设置有数据采集组件101和虚拟处理模块102，数据采集组件101检测机械手套20的状态数据，比如检测机械手套20的移动距离、移动方向、抓取动作等。本发明实施例对状态数据不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。数据采集组件101采集到机械手套20的状态数据后，将状态数据发送至虚拟处理模块102，虚拟处理模块102对状态数据进行处理，生成控制机械手套20的控制信息。例如，虚拟处理模块102对状态数据进行处理，得到手掌触摸到虚拟物体的处理结果，则根据处理结果生成控制机械手套20手掌部分的控制信息。虚拟处理模块102生成控制信息后，可以通过数据线将控制信息发送至机械手套20，也可以通过蓝牙或者无线网络将控制信息发送至机械手套20，本发明实施例对此不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。机械手套20接收到控制信息后，根据控制信息进行内部结构调整。例如，机械手套20对手掌部分进行内部结构调整，对机械手套20中人手的手掌部分施加压力，使得人手的手掌部分获得实物触感。

可选地，所述数据采集组件101包括距离传感器，所述距离传感器具有红外线检测功能；

所述距离传感器，用于检测所述机械手套20和所述头戴装置10之间的手眼距离，以及所述机械手套20的红外扫描数据。

本实施例中，数据采集组件101可以包括距离传感器，检测机械手套20与头戴装置10之间的距离，即人眼和人手之间的手眼距离。距离传感器可以设置有多个，均匀分布在头戴装置10的边框上，采集多个手眼距离，从而可以更准确的定位机械手套20。距离传感器还可以具有红外检测功能，对机械手套20进行红外线扫描，获得机械手套20的热度面积等红外扫描数据。例如，机械手套20从头戴装置10的正前方向左前方移动，设置在头戴装置10右侧的距离传感器扫描到的热度面积会越来越小，而设置在头戴装置10左侧的距离传感器扫描到的热度面积会越来越大。数据采集组件101还可以包括摄像头，用于采集机械手套20的动作图像等。本发明实施例对数据采集组件不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

可选地，参照图3所示的头戴装置的结构示意图，所述虚拟处理模块102包括：

动作分析子模块1021，用于根据所述机械手套的状态数据，确定所述机械手套20的移动轨迹，并根据所述移动轨迹和现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹；

控制信息生成子模块1022，用于根据所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断所述人手是否触碰到所述虚拟场景中的虚拟目标物；若是，则根据所述虚拟目标物对应的触碰特征，确定对所述机械手套20的控制信息。

本实施例中，虚拟处理模块102接收到状态数据后，动作分析子模块1021对状态数据进行分析。具体地，根据手眼距离可以确定机械手套20的位置；根据红外扫描数据可以确定机械手套20的移动方向，比如根据热度面积的变化确定机械手套的移动方向；根据机械手套20的位置和移动方向，可以确定机械手套20的移动轨迹。虚拟处理模块102可以预存现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定机械手套20的移动轨迹后，可以根据移动轨迹和轨迹拟合关系，确定虚拟场景中人手的虚拟轨迹。例如，机械手套20向左侧移动，虚拟场景中人手的虚拟轨迹也是向左侧移动；机械手套20向右侧移动，虚拟场景中人手的虚拟轨迹也是向右侧移动。头戴装置10中还可以设置有显示组件，显示组件可以根据虚拟场景中人手的虚拟轨迹显示人手，也可以显示虚拟目标物。显示组件可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)。本发明实施例对此不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

动作分析子模块1021确定虚拟场景中人手的移动轨迹后，控制信息生成子模块1022根据虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断人手是否触碰到虚拟场景中的虚拟目标物。例如，虚拟目标物设置在人眼左前方1米处，当机械手套20向左前方移动0.5米时，虚拟场景中的人手也向左前方移动0.5米，虚拟场景中的人手与虚拟目标物相距0.5米，判定人手未触碰到虚拟目标物。当机械手套20向左前方移动1米时，虚拟场景中的人手也向左前方移动1米，虚拟场景中的人手与虚拟目标物相距0米，判定人手触碰到虚拟目标物。

进一步地，可以根据虚拟场景中手指、手掌与虚拟目标物的距离，判断虚拟目标物对应的触碰特征。例如，虚拟场景中手掌与虚拟目标物相距0米，手指与虚拟目标物相距0.05米，可以确定触碰特征为手掌触碰虚拟目标物，手指未触碰虚拟目标物。还可以对摄像头采集到的动作图像进行手势识别，获得机械手套的动作特征，再结合虚拟目标物的结构特征以及虚拟场景中手指、手掌与虚拟目标物的距离，确定虚拟目标物的触碰特征。例如，对动作图像进行手势识别获得机械手套的动作特征是从上向下进行抓取，虚拟目标物为球体，根据球体的结构特征以及虚拟场景中手指、手掌与球体各个部位的距离，可以确定球体对应的触碰特征。也就是说可以模拟出人手抓取球体时，人手的各个受力点和受力大小。

确定虚拟目标物对应的触碰特征后，根据触碰特征确定对机械手套20的控制信息。例如，控制机械手套20的手掌产生压力，手指不产生压力。

可选地，参照图4所示的机械手套的结构示意图，所述机械手套20上设置有控制模块201和多个分别与所述控制模块201连接的调节组件202；

所述控制模块201，用于根据所述控制信息控制各所述调节组件202；

所述调节组件202，用于在所述控制模块201的控制下进行内部结构调节，对所述机械手套20内的人手产生压力，以提供实物触感。

本实施例中，可以在机械手套20上设置控制模块201，用于接收虚拟处理模块102发送的控制信息。具体地，可以在机械手套20的左手和右手分别设置控制模块201，分别接收控制机械手套20左手的控制信息和控制机械手套20右手的控制信息。本发明实施例对控制模块201的位置不作详细限定，如果机械手套20通过数据线连接头戴装置10，也可以将控制模块201集成到头戴装置10上的虚拟处理模块102中。机械手套20上还设置有多个调节组件202，多个调节组件202分别与控制模块201连接，控制模块201接收到控制信息后，控制调节组件202进行内部结构调节。例如，控制机械手套20的手掌产生压力，则控制位于手掌上的调节组件202进行内部结构调节；控制机械手套20的手指产生压力，则控制位于手指上的调节组件202进行内部结构调节。调节组件202可以是块状气泡式组件，根据控制信息进行内部结构调节时，可以调节气泡的大小，从而对机械手套20中的人手产生压力，提供实物触感。调节组件202也可以是其他结构，本发明实施例对此不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

可选地，所述调节组件202包括多组电磁块对；

所述控制模块201，用于根据所述控制信息控制所述电磁块对的充电电荷；

所述电磁块对，用于根据所述充电电荷改变相对距离，以调节内部结构，对所述机械手套内的人手产生压力。

本实施例中，调节组件202可以包括多组电磁块对，控制模块201根据控制信息对一组电磁块对中的两个电磁块分别充电，两个电磁块根据充电电荷改变相对距离。具体地，根据同性相斥异性相吸的原理，对两个电磁块充入不同极性的电荷，可以增大两个电磁块之间的距离；对两个电磁块充入相同极性的电荷，可以缩小两个电磁块之间的距离。电磁块对根据充电电荷改变相对距离，可以调节气泡的大小，从而对机械手套20中的人手产生压力，提供实物触感。

综上所述，本发明实施例中，虚拟设备包括头戴装置和机械手套，头戴装置包括数据采集组件和虚拟处理模块，数据采集组件采集机械手套的状态数据，虚拟处理模块根据状态数据生成对机械手套的控制信息，机械手套根据控制信息进行内部结构调节。本发明实施例中，头戴装置控制机械手套为用户提供实物触感，为VR体验提供了新的交互方式和新的感官体验。

实施例二

参照图5，示出了本发明实施例提供的一种虚拟方法的步骤流程图。应用于如实施例一所述的虚拟设备，所述方法包括：

步骤301，采集机械手套的状态数据。

本实施例中，虚拟设备采集机械手套20的状态数据，例如，采集机械手套20的移动距离、移动方向、抓取动作等。具体地，所述虚拟设备设置有距离传感器，所述距离传感器具有红外线检测功能；采用所述距离传感器检测的所述机械手套20和所述头戴装置10之间的手眼距离，以及所述机械手套20的红外扫描数据。红外扫描数据可以是距离传感器扫描到的机械手套20的热度面积。

步骤302，根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息。

本实施例中，采集到状态数据后，对状态数据进行处理，生成对机械手套20的控制信息。具体地，根据所述机械手套的状态数据，确定所述机械手套的移动轨迹，并根据所述移动轨迹和现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹；根据所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断所述人手是否触碰到所述虚拟场景中的虚拟目标物；若是，则根据所述虚拟目标物对应的触碰特征，确定对所述机械手套的控制信息。

步骤303，根据所述控制信息控制所述机械手套进行内部结构调节，以提供实物触感。

本实施例中，生成控制信息后，根据控制信息控制机械手套20。具体地，所述机械手套20上设置有控制模块201和多个分别与所述控制模块201连接的调节组件202；根据所述控制信息控制各所述调节组件202进行内部结构调节，对所述机械手套内的人手产生压力，以提供实物触感。

可选地，所述调节组件202中包括多组电磁块对；根据所述控制信息控制所述电磁块对的充电电荷，以使所述电磁块对根据所述充电电荷改变相对距离，调节内部结构，对所述机械手套内的人手产生压力。

综上所述，本发明实施例中，采集机械手套的状态数据；根据状态数据生成对机械手套的控制信息；根据控制信息控制机械手套进行内部结构调节。本发明实施例提供了一种控制机械手套为用户提供实物触感的方法，为VR体验提供了新的交互方式和新的感官体验。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种虚拟设备及方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种虚拟设备，其特征在于，所述虚拟设备包括头戴装置和机械手套，所述头戴装置上设置有数据采集组件和虚拟处理模块；

所述数据采集组件，用于采集所述机械手套的状态数据；

所述虚拟处理模块，用于根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息；

所述机械手套，用于根据所述控制信息进行内部结构调节，以提供实物触感。

2.根据权利要求1所述的虚拟设备，其特征在于，所述数据采集组件包括距离传感器，所述距离传感器具有红外线检测功能；

所述距离传感器，用于检测所述机械手套和所述头戴装置之间的手眼距离，以及所述机械手套的红外扫描数据。

3.根据权利要求1所述的虚拟设备，其特征在于，所述虚拟处理模块包括：

动作分析子模块，用于根据所述机械手套的状态数据，确定所述机械手套的移动轨迹，并根据所述移动轨迹和现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹；

控制信息生成子模块，用于根据所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断所述人手是否触碰到所述虚拟场景中的虚拟目标物；若是，则根据所述虚拟目标物对应的触碰特征，确定对所述机械手套的控制信息。

4.根据权利要求1所述的虚拟设备，其特征在于，所述机械手套上设置有控制模块和多个分别与所述控制模块连接的调节组件；

所述控制模块，用于根据所述控制信息控制各所述调节组件；

所述调节组件，用于在所述控制模块的控制下进行内部结构调节，对所述机械手套内的人手产生压力，以提供实物触感。

5.根据权利要求4所述的虚拟设备，其特征在于，所述调节组件包括多组电磁块对；

所述控制模块，用于根据所述控制信息控制所述电磁块对的充电电荷；

所述电磁块对，用于根据所述充电电荷改变相对距离，以调节内部结构，对所述机械手套内的人手产生压力。

6.一种虚拟方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的虚拟设备，所述方法包括：

采集机械手套的状态数据；

根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息；

根据所述控制信息控制所述机械手套进行内部结构调节，以提供实物触感。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述虚拟设备设置有距离传感器，所述距离传感器具有红外线检测功能；

所述采集机械手套的状态数据包括：

采用所述距离传感器检测的所述机械手套和所述头戴装置之间的手眼距离，以及所述机械手套的红外扫描数据。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述状态数据生成对所述机械手套的控制信息，包括：

根据所述机械手套的状态数据，确定所述机械手套的移动轨迹，并根据所述移动轨迹和现实场景与虚拟场景之间的轨迹拟合关系，确定所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹；

根据所述虚拟场景中人手的虚拟轨迹判断所述人手是否触碰到所述虚拟场景中的虚拟目标物；若是，则根据所述虚拟目标物对应的触碰特征，确定对所述机械手套的控制信息。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述机械手套上设置有控制模块和多个分别与所述控制模块连接的调节组件；

所述根据所述控制信息控制所述机械手套进行内部结构调节，包括：

根据所述控制信息控制各所述调节组件进行内部结构调节，对所述机械手套内的人手产生压力，以提供实物触感。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调节组件中包括多组电磁块对；

所述根据所述控制信息控制各所述调节组件进行内部结构调节，包括：

根据所述控制信息控制所述电磁块对的充电电荷，以使所述电磁块对根据所述充电电荷改变相对距离，调节内部结构，对所述机械手套内的人手产生压力。