CN108475105B - 用于运行虚拟现实系统的方法和虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行虚拟现实系统(10)的方法，具有如下步骤：借助于检测装置(16)检测虚拟现实眼镜(12)的位置；根据检测到的虚拟现实眼镜(12)的位置给定虚拟的观察位置(26)；给定虚拟的包络体(28)，该包络体至少部分地包围虚拟的观察位置(26)；从虚拟的观察位置(26)出发借助于虚拟现实眼镜(12)示出布置在虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)，其中如果虚拟物体(24)一部分浸入到虚拟的包络体(28)中，就至少半透明地显示虚拟物体的该部分。本发明还涉及一种具有虚拟现实眼镜(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

本发明涉及一种用于运行虚拟现实系统的方法和一种虚拟现实系统。

背景技术

借助于虚拟现实系统可以显示虚拟的现实，其中通常在实时以计算机生成的、交互作用的虚拟环境中显示和同时感知现实的物理特性被称为虚拟现实。

虚拟现实系统可以包括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，该头戴式显示器是戴在头部的可视输出设备。该可视输出设备在靠近眼部的显示屏上显示图像或直接将图像投影在视网膜上。虚拟现实眼镜在此还具有用于检测头部运动的传感器。由此可以使计算出的图像的显示与虚拟现实眼镜的佩戴者的运动适配。由于靠近身体，头戴式显示器显示的画面作用范围明显大于独立式显示屏，并在极端情况下甚至覆盖使用者的整个视野。因为虚拟现实眼镜的显示器通过固定在头部而跟随佩戴者的所有头部运动，所以佩戴者有直接在由计算机产生的图像风景中运动的感觉。

带上虚拟现实眼镜的人通常可以在确定的检测区域中运动，在该检测区域中可以可靠地检测虚拟现实眼镜的以及进而人的位置。因此可以将人的运动转化为在借助于虚拟现实眼镜显示的环境中的相应的虚拟的运动。例如由此可以从不同的虚拟的观察位置出发查看在虚拟环境内部显示的虚拟的物体(对象)、例如虚拟的机动车。

在此在戴上虚拟现实眼镜的人的相应运动中可能出现，在虚拟的环境内部运动穿过所显示的虚拟物体。人可能对这种情况产生不舒服的感觉，这是因为人穿过模拟的固体物质、例如穿过虚拟的车门运动。这违背常见的、习惯的避免与物体碰撞的人类行为。该碰撞虽然并未真实出现，但是意识能够觉察到有什么地方不对，由此在最好的情况下仅干扰浸入感，或在最坏的情况下人产生不适感或恶心。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于运行虚拟现实系统的方法以及提供一种虚拟现实系统，借助于该方法和该虚拟现实系统可以避免与在虚拟的环境中所显示的虚拟的物体的碰撞。

上述目的通过一种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通过一种具有独立权利要求特征的虚拟现实系统实现。具有本发明的适宜和非普通的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中说明。

在根据本发明的用于运行虚拟现实系统的方法中，借助于检测装置检测虚拟现实眼镜的位置。还根据检测到的虚拟现实眼镜的位置给定虚拟的观察位置。还给定虚拟的包络体，该包络体至少部分地包围虚拟的观察位置。从给定的虚拟观察位置出发显示布置在虚拟的环境中的虚拟物体，其中如果该虚拟物体的一部分浸入虚拟包络体中，该部分就至少以半透明的方式显示。

根据持续地检测到的虚拟现实眼镜的位置给定虚拟的观察位置，由该观察位置出发借助于虚拟现实眼镜显示布置在虚拟环境中的虚拟物体。从检测到的虚拟现实眼镜的位置出发可以推断出戴着虚拟现实眼镜的人的相应位置。优选根据检测到的虚拟现实眼镜的位置确定虚拟现实眼镜的佩戴者的眼睛的位置。相应于所确定的虚拟现实眼镜的佩戴者的眼睛位置给定虚拟的观察位置。换言之，该虚拟的观察位置相当于虚拟的眼睛位置，从该虚拟的眼睛位置出发使虚拟现实眼镜的佩戴者获得对虚拟的环境连同布置在该虚拟环境中的虚拟物体的显示。该包络体至少部分地包围所述虚拟的观察位置，这还例如可以如此实现，即，虚拟的包络体至少部分地包围虚拟现实眼镜的佩戴者的在虚拟环境内部的虚拟头部。

如果虚拟现实眼镜的佩戴者在现实中运动，则该佩戴者自动地在借助于虚拟现实眼镜示出的虚拟环境中相应运动。为了防止虚拟现实眼镜的佩戴者在示出的虚拟环境内部与示出的虚拟物体碰撞或甚至运动穿过该虚拟物体，根据本发明提出，虚拟物体的浸入虚拟的包络体中的部分被至少半透明地显示。通过至少透明地显示虚拟物体的浸入虚拟包络体中的部分，使虚拟现实眼镜的佩戴者及早得知，其马上就要在虚拟环境内与虚拟物体碰撞或甚至运动穿过该虚拟物体。由于虚拟物体的浸入虚拟的包络体中的部分并不是马上完全隐没，因此这部分并不失去相对于整个的虚拟物体的参照。由此虚拟物体的浸入包络体中的部分与其余的虚拟物体被看作同一整体。

通过根据本发明的方法一方面可以及早地警示虚拟现实眼镜的佩戴者，其何时将与示出的虚拟物体碰撞或甚至运动穿过该虚拟物体。另一方面，使虚拟现实眼镜的佩戴者在其对虚拟环境以及布置在该虚拟环境中的虚拟物体的尽可能接近现实的感知中仅受到非常小的影响。

本发明的有利的实施形式提出，虚拟的包络体被规定为球形，其中包络体的中心点布置在虚拟的观察位置处。该虚拟的包络体也可以例如具有其它的球面形状。虚拟的包络体优选地完全包围虚拟的观察位置，该虚拟的观察位置如上所述是虚拟现实眼镜的佩戴者的一种虚拟的眼睛位置。在示出的虚拟环境内部，虚拟现实眼镜的佩戴者的虚拟头部类似于被虚拟包络体球形地包围。当虚拟现实眼镜偏转时，虚拟环境内部的虚拟视线方向也自动地偏转，从而朝向所示出的虚拟物体的虚拟视角也改变。首先当虚拟的包络体被规定为球形的并且该包络体的中心点布置在虚拟的观察位置上时，虚拟现实眼镜的佩戴者可以在虚拟现实眼镜在所有可能的方向上快速地偏转运动时及早得知，何时该佩戴者将要在虚拟环境的内部与虚拟物体碰撞或浸入通过该虚拟物体。

本发明的另一有利的实施形式提出，物体的整个部分浸入包络体中越深，就越透明地显示物体的该整个部分。由此以特别简单的方式使虚拟现实眼镜的佩戴者在虚拟环境内部接触虚拟物体或与虚拟物体碰撞之前就识别出，其有多靠近虚拟物体。因为虚拟眼镜的佩戴者会力求使整个的虚拟物体尽可能不被透明显示，所以该佩戴者会自动地增大其与虚拟物体的距离。

根据本发明的另选的有利实施形式提出，虚拟物体的所述部分被显示的透明度从与包络体的边界相交的区域向着最深浸入到包络体中的区域逐渐增加。换言之，透明度从与包络体边界相交的区域向着最深地浸入到包络体中的区域逐渐增强。该透明度可以例如随着浸入到包络体中的深度线性地增加。由此虚拟现实眼镜的佩戴者可以以特别简单的方式识别出，其最可能与虚拟物体的哪个区域碰撞，从而该佩戴者可以相应地调整其实际的运动，以便以如下方式改变其与示出的虚拟物体的虚拟距离，使得其不与虚拟物体的任何部分碰撞或浸没穿过该虚拟物体。

根据本发明的另一有利的实施形式提出，一旦虚拟物体的浸入到包络体中的部分超过给定的浸入深度，虚拟物体的该部分所对应的构件或构件组就被完全隐没。由此为虚拟现实眼镜的佩戴者提供了特别好的警示功能，这是因为当该佩戴者强烈靠近虚拟物体时通过隐没虚拟物体的所述部分所对应的相应构件或构件组以明确的方式向其指出，其马上将要与虚拟物体碰撞。由此，如果人仍然继续靠近虚拟物体的该部分，还防止了人可能与虚拟物体的该部分碰撞。另外通过隐没整个构件或整个构件组仍得到示出的虚拟物体的相对逼真的显示。

在本发明的另一有利的设计方案中提出，作为虚拟物体示出虚拟的机动车。在这种情况下提出，如果示出虚拟的机动车的内部视野，则包络体被规定得比在示出虚拟机动车的外部视野的情况下小。因为虚拟现实眼镜的佩戴者例如观看虚拟机动车的虚拟驾驶室，则虚拟现实眼镜的佩戴者的相对小的运动就可能导致其浸入机动车的驾驶室的相应的虚拟构件中。相反如果在虚拟的外部视野中示出虚拟的机动车，则虚拟现实眼镜的佩戴者虚拟地浸入虚拟机动车的组件中的风险显著较小。通过根据从内部还是从外部示出虚拟机动车来调整包络体的尺寸，可以保证虚拟现实眼镜的佩戴者在其马上将与示出的虚拟机动车碰撞之前及时地得到足够警示，由此还可以保证，不在尺寸上强烈限制虚拟机动车的逼真的显示，而是提前半透明地显示或隐没虚拟机动车的部分。如果包络体是球形的，则该包络体的半径例如可以规定为在虚拟机动车的内部视野的情况时小于在外部视野的情况下。在规定其它形状的包络体的情况下，包络体类似地被相应更小或更大地规定。

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，该检测装置为此设计用于检测虚拟现实眼镜的位置。虚拟现实系统还包括控制装置，该控制装置设计用于根据检测到的虚拟现实眼镜的位置给定虚拟的观察位置。控制装置还设计为给定至少部分地包围虚拟的观察位置的虚拟包络体。最后控制装置还设计为，如此操控虚拟现实眼镜，使得借助于该虚拟现实眼镜从虚拟的观察位置出发示出布置在虚拟环境中的虚拟物体，并且如果虚拟物体的一部分浸入到虚拟的包络体中，则这个部分就被至少半透明地显示。根据本发明的方法的有利的设计方案也可以被视为根据本发明的虚拟现实系统的有利的设计方案，其中该虚拟现实系统特别是包括用于实施所述方法步骤的器件。

下面从对优选实施例的描述中以及根据附图得到本发明的其它优点、特征和细节。上述在说明书中描述的特征和特征组合以及下面在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅以相应给出的组合方式，而且可以在不离开本发明的范围的情况下以其它组合方式或单独地使用。

附图说明

附图示出：

图1示出虚拟现实系统的示意图，该虚拟现实系统包括虚拟现实眼镜、用于检测虚拟现实眼镜的位置的检测装置和用于操控虚拟现实眼镜的控制装置；

图2示出检测区域的示意性透视图，在该检测区域中示出戴着虚拟现实眼镜的人；

图3示出借助于虚拟现实眼镜示出的虚拟环境的示意透视图，虚拟机动车布置在该虚拟环境内部，其中标出戴着虚拟现实眼镜的人的虚拟的观察位置。

在附图中相同或功能相同的元件以相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1中示出虚拟现实系统10的示意图。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以及用于检测虚拟现实眼镜12的位置的检测装置16。

在图2中示出检测区域18的示意透视图，其中戴着虚拟现实眼镜12的人20停留在检测区域18中。如果人20停留在检测区域18中，就可以可靠地借助于检测装置16检测虚拟现实眼镜12的位置和取向。基于检测到的虚拟现实眼镜12的位置和取向可以推断出人20的位置和取向。特别是在考虑了虚拟现实眼镜12的已知的位置和取向情况下可以确定人20的眼睛的位置和取向。

在图3中示出虚拟环境22的示意性透视图，虚拟机动车24布置在该虚拟环境内部。借助于虚拟现实眼镜12示出虚拟环境22连同虚拟机动车24。在图3中示出佩戴虚拟现实眼镜12的人20，仅用于标出人20的虚拟的观察位置26，从该观察位置出发，人借助于虚拟现实眼镜12看向虚拟环境22和虚拟机动车24。人20根据当前的显示正借助于虚拟现实眼镜12从斜向的左前方看到示出的虚拟机动车24。

借助于检测装置16持续地确定虚拟现实眼镜12的位置和取向。控制装置14根据刚刚检测到的虚拟现实眼镜12的位置给定虚拟的观察位置26，从该观察位置出发，虚拟现实眼镜12示出虚拟环境22。借助于检测装置16还持续地检测虚拟现实眼镜12的取向。根据检测到的虚拟现实眼镜12的取向，控制装置14持续地确定虚拟的头部取向，并由此确定一种看向虚拟机动车24的虚拟视线方向，根据该虚拟视线方向该虚拟现实眼镜12示出虚拟环境22和布置在该虚拟环境中的虚拟机动车24。

人20在检测区域18内部走动，则该人也虚拟地在虚拟环境22内部走动，由此人例如可以绕过示出的虚拟机动车24。如果人20偏转其头部，则人20在虚拟环境22内部也偏转其头部，由此该人可以使其视线虚拟地沿着虚拟机动车24扫视。

控制装置14还给定包围虚拟的观察位置26的虚拟的包络体28。在此处示出的实施例中，虚拟的包络体28设计为球体，该球体包围人20的虚拟的头部30并进而包围虚拟的观察位置26，该观察位置几乎相当于人20在虚拟环境22内部的虚拟的眼睛位置。球形的包络体28可以例如以虚拟的观察位置26为中心或以人20的虚拟的头部30为中心地布置。

与当前的显示相对地，可能例如是虚拟机动车24的门32打开。如果人20这时在虚拟环境22内部运动得过于靠近打开的门32，则可能出现的是，人20在虚拟环境22内部与门32碰撞或穿过该门。

为了及时向人20指出该人要与门32碰撞，本发明提出，如果虚拟机动车24的一部分浸入到虚拟的包络体28中，这部分就被至少半透明地显示。这在门32的情况下意味着，门32的浸入包络体28中的这部分被至少半透明地显示。在此例如可以设置为，门32的这部分越深地浸入到包络体28中，对门32的这部分的显示就越透明。另选地也可以设置为，门32的这个部分的透明度从与包络体28的边界相交的区域向着最深地浸入到包络体28中的区域逐渐增加。换言之，以门32为示例，门32的这个部分伸入到包络体28中越多，则越透明地显示该部分。

还可以设置为，一旦门32的在包络体28中的部分超过给定的浸入深度，则完全隐没整个门32。通过部分透明地显示门32的浸入到包络体28中的部分，使人20及时得知，其要与虚拟机动车24的门32碰撞。最晚当由于门32过深地浸入到包络体28中而隐没整个门32时，人20得到要与门32碰撞的非常清楚的视觉警示。

以虚拟机动车24的门32为例所说明的方法可以类似地转用到虚拟机动车24的所有其它部分上。

根据人20是落座在虚拟机动车24的内部还是如图3所示在外部视野中看向虚拟机动车24，规定包络体28的不同的大小、即尺寸。如果借助于虚拟现实眼镜12以内部视野示出虚拟机动车24，则给定的包络体28小于在以外部视野示出虚拟机动车24时给定的包络体。这是因为，人20虚拟地落座在虚拟机动车24中时，则人20的即使小的实际运动就已经足够与虚拟机动车24的构件、例如方向盘、仪表板等相撞。

如果人20位于虚拟机动车24的外部，与虚拟的内部视野相比，人在与虚拟机动车24的部件碰撞之前通常具有较大的运动范围。通过相应地调整虚拟的包络体28的大小将该情况考虑在内，使得人20一方面仍旧及早得知其正要与虚拟机动车24的一部分碰撞，同时防止由于过早地将虚拟机动车24的部件切换为半透明的而减损对虚拟机动车24的逼真的显示和感知。

Claims (6)

1.一种用于运行虚拟现实系统(10)的方法，具有如下步骤：

-借助于检测装置(16)检测虚拟现实眼镜(12)的位置；

-根据检测到的虚拟现实眼镜(12)的位置给定虚拟的观察位置(26)；

-从虚拟的观察位置(26)出发借助于虚拟现实眼镜(12)示出布置在虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)；

其特征在于，给定虚拟的包络体(28)，该包络体至少部分地包围虚拟的观察位置(26)，其中如果虚拟物体(24)一部分浸入到虚拟的包络体(28)中，就至少半透明地显示虚拟物体的该部分，其中虚拟物体(24)的整个部分越深地浸入到包络体(28)中，就越透明地显示虚拟物体(24)的该整个部分，或者虚拟物体(24)的所述部分被显示的透明度从与包络体(28)的边界相交的区域向着最深地浸入到包络体(28)中的区域逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，虚拟的包络体(28)被规定为球形的，其中包络体(28)的中心点位于虚拟的观察位置(26)处。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果虚拟物体(24)的所述部分超过了在包络体(28)中的给定的浸入深度，则完全隐没虚拟物体(24)的该部分所对应的构件或构件组。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为虚拟物体(24)示出虚拟机动车。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果以内部视野示出虚拟机动车，这时佩戴虚拟现实眼镜(12)的人员虚拟地坐在机动车中，则包络体(28)被规定得比在以外部视野示出虚拟机动车的情况下小。

6.一种虚拟现实系统(10)，具有：

-虚拟现实眼镜(12)；

-检测装置(16)，该检测装置设计用于检测虚拟现实眼镜(12)的位置；

-控制装置(14)，该控制装置设计用于：

·根据检测到的虚拟现实眼镜(12)的位置给定虚拟的观察位置(26)；

·如此操控虚拟现实眼镜(12)，使得借助于虚拟现实眼镜从虚拟的观察位置(26)出发示出布置在虚拟环境(22)中的虚拟物体(24)；

其特征在于，该控制装置设计用于：

-给定虚拟的包络体(28)，该包络体至少部分地包围虚拟的观察位置(26)；

-如此操控虚拟现实眼镜(12)，使得如果虚拟物体(24)的一部分浸入到虚拟的包络体(28)中，就至少半透明地显示虚拟物体的该部分；

-如此操控虚拟现实眼镜(12)，使得虚拟物体(24)的整个部分越深地浸入到包络体(28)中，就越透明地显示虚拟物体(24)的该整个部分，或者虚拟物体(24)的所述部分被显示的透明度从与包络体(28)的边界相交的区域向着最深地浸入到包络体(28)中的区域逐渐增加。