CN108604132A - 用于运行虚拟现实系统的方法及虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使虚拟现实系统(10)运行的方法，其具有步骤：检测佩戴虚拟现实眼镜(12)的人(20)在检测空间(18)之内进行位置改变的速度；如果检测到，在检测空间(18)的预设的子区域(24)之内发生了位置改变；预设比所检测的人(20)的速度大预定倍数的虚拟速度；根据预设的虚拟速度改变在虚拟环境(28)之内的虚拟观察位置，其中，在此期间，借助于虚拟现实眼镜(12)从变化的虚拟观察位置中显示布置在虚拟环境(28)之内的虚拟对象(30)。本发明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及虚拟现实系统

技术领域

本发明涉及一种用于运行虚拟现实系统的方法以及一种虚拟现实系统。

背景技术

借助于虚拟现实系统，可示出虚拟的现实，其中，通常将在计算机实时产生的、交互的虚拟环境中在其物理特性方面呈现并且同时感知现实称为虚拟现实。

虚拟现实系统通常包括至少一个虚拟现实眼镜。虚拟现实眼镜为特定形式的所谓的头戴显示装置，头戴显示装置为戴在头上的可视输出设备。其在眼睛附近的屏幕上显示图像或者将图像直接投影到视网膜上。在此，虚拟现实眼镜附加地还具有用于检测头部运动的传感器。由此，所计算的图像的显示可与虚拟现实眼镜的佩戴者的运动相匹配。由于在身体附近，头戴式显示装置所显示的图像面显著大于自由的屏幕并且在极限情况中甚至覆盖使用者的整个视野。由于通过头部佩戴，虚拟现实眼镜的相应显示屏跟随佩戴者的所有头部运动，佩戴者获得这样的感觉，即，其直接在由计算机产生的图像风景中运动。

这种类型的虚拟现实系统可具有检测装置，借助于检测装置可在检测空间中检测虚拟现实眼镜的佩戴者的位置。根据所检测到的人的位置，可如此匹配借助于虚拟现实眼镜显示的内容，使得虚拟现实眼镜的佩戴者可在所显示的虚拟环境之内相对于虚拟对象运动。由于技术和/或成本的边界条件，可能出现，在其之内能可靠地检测虚拟现实眼镜的佩戴者的位置的检测空间相对小。当其不想离开检测空间时，虚拟现实眼镜的佩戴者仅仅可虚拟地在虚拟环境的有限范围内运动。在此，例如可能会产生的问题是，虚拟现实眼镜的佩戴者不能环绕所显示的虚拟对象，并且由此也不能在不离开检测空间的情况下从任意的虚拟观察位置中仔细观察。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种运行虚拟现实系统的方法以及一种虚拟现实系统，借助于该方法与系统为虚拟现实眼镜的佩戴者实现，基本上任意改变其在虚拟环境中相对于虚拟对象的虚拟位置。

该目的通过具有独立权利要求所述的特征的运行虚拟现实系统的方法以及虚拟现实系统实现。在从属权利要求中给出本发明的具有适宜的且重要的改进方案的有利的设计方案。

在根据本发明的用于运行虚拟现实系统的方法中，检测佩戴虚拟现实眼镜的人在检测空间之内进行位置改变的速度。如果检测到，在检测空间的预设的子区域之内发生了位置改变，则预设比所检测到的人的速度大预定倍数的虚拟速度。根据预设的虚拟速度改变在虚拟环境之内的虚拟观察位置，其中，在此期间，借助于虚拟现实眼镜显示从变化的虚拟观察位置看到的布置在虚拟环境之内的虚拟对象。

借助于根据本发明的方法实现，人可在相对小的检测空间之内运动并且尽管如此在虚拟环境之内经过相对大的距离。即，在由于技术边界条件或者成本方面的边界条件而相对小的、能可靠地对虚拟现实眼镜的佩戴者的位置进行检测的检测空间中，也借助于根据本发明的方法实现，虚拟现实眼镜的佩戴者在所显示的虚拟环境之内还是经过相对大的距离。因为一旦人在检测空间的预设的子区域之内运动，在虚拟环境之内以比所检测到的人的速度大预定倍数的虚拟速度虚拟地实现该运动。例如可设置成，人在虚拟环境之内在此以其实际进行的速度的双倍运动。如果虚拟现实眼镜的佩戴者例如在一秒之内实际上仅仅前进了一米，则人在虚拟环境之内在同样时间内、即在一秒内例如前进两米。

由此，尽管如此，虚拟现实眼镜的佩戴者可以简单的方式在不到达检测空间的边界的情况下虚拟地围绕虚拟对象，该虚拟对象具有与检测空间的真实尺寸相比相对大的虚拟尺寸。根据预设了怎样的用于增大虚拟速度的倍数，相对于检测空间的尺寸，人还可非常远地虚拟地远离所显示的虚拟对象。由此，虚拟现实眼镜的佩戴者也可在检测空间的相对小的面积上探索在虚拟环境之内非常大的虚拟面积。除了虚拟现实眼镜的佩戴者在非常小的检测空间时也可经过相对大的虚拟距离的优点，得到的优点是，检测空间可相对简单且成本适宜地设计成这种相对紧凑的且对于人的位置检测必要的技术手段/装置。

本发明的有利的实施形式设置成，如果检测到了在检测空间的预设的子区域之外的位置改变，则预设相应于所检测到的人的速度的第二虚拟速度，其中，在虚拟环境之内的虚拟的观察位置根据预设的第二虚拟速度改变，以及在此期间借助于虚拟现实眼镜显示从变化的虚拟观察位置中看到的布置在虚拟环境之内的虚拟对象。即，如果佩戴虚拟现实眼镜的人在检测空间之内在预设的子区域之外运动，则在虚拟环境之内一比一地实现实际的所检测到的人的位置改变。如果人实际以例如4km/h向前运动，则人虚拟地同样以4km/h向前运动。即，如果人在预设的子区域之外但是还是在检测空间之内运动，其可非常符合实际地相对于虚拟对象虚拟地运动，因为在虚拟环境之内一比一地实现人的运动。然而，一旦人运动到检测空间的预设的子区域中并且在该预设的子区域之内前进，则再次以已经描述的方式在虚拟环境之内进行加速运动，因为在这种情况中，再次预设比所检测到的人的真实速度大预定倍数的虚拟速度。因此，根据人在检测空间之内的哪里运动，人可或者加速地或者完全正常地在虚拟环境之内运动，以从不同视角中仔细观察所显示的虚拟对象。

本发明的另一有利的实施形式设置成，以包围检测空间的内部区域的外部区域的形式预设子区域。因此，在检测空间的内部区域之内，人可以所述方式相当自然地在虚拟环境之内运动，因为在虚拟环境之内一比一地实现真实的运动。相反地，一旦人在外部区域之内运动，人在虚拟环境中比在现实中实际进行地更快地运动。预设以包围检测空间的内部区域的外部区域的形式的子区域的优点特别是在于，防止佩戴虚拟现实眼镜的人离开检测空间。因为一旦人在外部区域中运动，其在虚拟环境之内经过比其实际在现实中经过的更大的距离。

根据本发明的另一有利的实施形式设置成，借助于虚拟现实眼镜在虚拟环境之内显示相应于预设的子区域的虚拟子区域。即，在佩戴虚拟现实眼镜时，人可随时可发觉其必须向何处运动以完成在虚拟环境之内的加速运动。尽管人在佩戴虚拟现实眼镜时看不到其真实的环境，通过显示与预设的子区域相应的虚拟的子区域，以简单的方式向人显示，其必须向何处运动，以一方面实现加速的虚拟运动以及另一方面实现完全正常的虚拟运动，即，一比一的真实运动转换。

在本发明的另一有利的设计方案中设置成，至少基本上在时间上与人的位置改变同步地改变虚拟的观察位置。即，如果虚拟现实眼镜的佩戴者例如实际上在一秒中之内向右运动一米，则其在时间上同步地、即在同样的一秒之内、在虚拟环境之内同样向右运动。通过实际运动和虚拟运动的时间同步，可改善在佩戴虚拟现实眼镜时的沉浸度(Immersion)。

本发明的另一有利的实施形式设置成，虚拟对象特别是在水平方向上的虚拟尺寸越大，越大地预定倍数。例如，如果显示虚拟对象的形式的乘用车，则比当显示例如载重货车时选择更小的倍数。即，与虚拟显示的对象的大小无关地，可保证，带上虚拟现实眼镜的人也可在相对小的检测空间中时方便且简单的方式围绕虚拟对象，而不离开检测空间。

根据本发明的另一有利的实施形式设置成，与检测空间的尺寸相比，虚拟对象的虚拟尺寸越大，越大地预定倍数。由此，可以特别简单的方式考虑检测空间的技术和几何边界条件，因为与其真实前进速度相比人在虚拟环境之内越快地运动，与实际检测空间的大小相比所显示的虚拟对象越大。例如，如果与待显示的虚拟对象的宽度相比检测空间特别窄，则当人在检测空间的宽度方向上运动时，特别大地选择倍数。在此，如果例如同时与虚拟对象的长度相比检测空间的长度相对大，则在检测空间的纵向上运动时选择比人在检测空间的宽度方向上运动时更小的倍数。即，与检测空间在长度方向和宽度方向上的尺寸无关地，可保证，人可以特别简单的方式围绕所显示的虚拟对象，而不离开检测空间。

在本发明的另一有利的设计方案中设置成，如此预设虚拟观察位置沿着其改变的虚拟运动方向，使得虚拟运动方向相应于人的位置改变的运动方向。即，例如如果人向前运动，则其也在虚拟环境中虚拟地向前运动。由此，显著简化了虚拟地巡视虚拟环境并且由此也显著简化了观察所显示的虚拟对象，因为人几乎自然地在虚拟环境之内运动(除了可能的更高的虚拟运动速度)。这同样为提高沉浸度做出贡献。

此外，根据本发明的另一有利的实施形式设置成，仅仅将虚拟速度的水平速度分量增大预设的倍数，而虚拟速度的竖直速度分量相应于人的速度的竖直速度分量。即，如果人例如向上和向下运动，则与其在检测空间之内的定位无关地，其以相同的速度在虚拟环境之内上下运动。相反地，如果人向前、向后或侧向运动，(只要其在检测空间的预设的子区域之内运动)则其在虚拟环境之内以更高的虚拟速度向前、向后或侧向运动。因此，仅仅在人水平运动时，才由于提高的虚拟速度在虚拟环境之内产生在加速的虚拟运动时可能感觉到不自然的运动。因为在竖向上，在虚拟环境中也总是一比一地实现人的真实运动。尽管增大了虚拟运动速度，由此也至少部分地辅助了接近实际地示出虚拟环境，因为至少非常接近实际地实现在竖直方向上的运动。如果人例如从站立中变成蹲下，以在虚拟环境之内改变其竖直的虚拟观察位置，则这当然自然地进行，因为在虚拟环境之内一比一地将人的真实竖直位置改变转换成人的虚拟竖直运动。

根据本发明的虚拟现实系统包括虚拟现实眼镜和用于检测佩戴虚拟现实眼镜的人在检测空间之内进行位置改变的速度的检测装置。此外，虚拟现实系统包括控制装置，其设计成，如果检测到在检测空间的预设的子区域之内的位置改变，则预设比所检测到的人的速度大预设的倍数的虚拟速度。此外，控制装置设计成，根据预设的虚拟速度改变在虚拟环境之内的虚拟观察位置，以及在此期间，操控虚拟现实眼镜用于显示从变化的虚拟观察位置中看到的布置在虚拟环境之内的虚拟对象。根据本发明的方法的有利的设计方案被视为虚拟现实系统的有利的设计方案，其中，虚拟现实系统特别是具有用于进行方法步骤的器件。

附图说明

从以下对优选的实施例的描述中并且根据附图得到本发明的其它优点、特征和细节。以上在描述中所述的特征和特征组合以及以下在附图描述中所述的和/或单独在附图中示出的特征和特征组合不仅可以相应给出的组合应用，而且也可以其它组合或者单独应用，只要不离开本发明的范围。

在图中：

图1示出了虚拟现实系统的示意图，虚拟现实系统包括虚拟现实眼镜、用于检测佩戴虚拟现实眼镜的人的检测装置以及用于操控虚拟现实眼镜的控制装置；

图2示出了已经佩戴了虚拟现实眼镜的人所在的检测空间的示意的立体图，

图3示出了借助于虚拟现实眼镜显示的虚拟环境的示意的立体图，虚拟的机动车布置在虚拟环境之内，其中，示意性地示出了人通过虚拟现实眼镜看向虚拟环境的虚拟观察位置。

具体实施方式

在附图中，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。

在图1中以示意图示出了虚拟现实系统10。该虚拟现实系统10包括虚拟现实眼镜12、检测装置14以及控制装置16。借助于虚拟现实系统10可在虚拟环境之内显示不同的虚拟对象，例如虚拟的机动车等等。检测装置14设计成，检测虚拟现实眼镜12的位置和位置改变。此外，检测装置14设计成，检测佩戴虚拟现实眼镜12的人进行位置改变的速度。控制装置16设计成，根据所检测到的虚拟现实眼镜12的佩戴者实际运动的速度，操控虚拟现实眼镜12。

在图2中以示意的立体图示出了佩戴虚拟现实眼镜12的人20所在的检测空间18。人20可沿着检测空间18的行走面/作用面22自由运动。如果佩戴虚拟现实眼镜12的人20位于检测空间18之内，即，未离开行走面22，则通过检测装置14检测虚拟现实眼镜12的位置改变，检测装置14能可靠地检测人20的位置改变。例如，检测装置14可具有基于激光或基于红外线的检测器件，借助于该检测器件可检测虚拟现实眼镜12在检测空间18之内的位置。根据所检测到的虚拟现实眼镜12的位置，相应地也可推断出人20的位置。此外，通过虚拟现实眼镜12的位置检测也可推断出虚拟现实眼镜12的运动速度并且由此也推断出人20的运动速度。

行走面22被分割成外部区域的形式的子区域24和内部区域26，内部区域26被子区域24包围。

在图3中，以示意的立体图示出了虚拟环境28。在虚拟环境28之内布置有虚拟机动车30。借助于虚拟现实眼镜12显示出虚拟环境28连同虚拟机动车30。仅仅为了说明目的，在虚拟环境28之内示出了人20，以说明未详细绘出的人20的虚拟观察位置，人通过虚拟现实眼镜12从该观察位置中获得对虚拟环境28以及由此虚拟机动车30的显示。如果人20在检测空间18的实际的行走面22上前进，则人20在虚拟环境28之内在虚拟的行走面32上虚拟地前进。在此，虚拟的行走面32的尺寸显著大于实际的行走面22的尺寸。然而如已经阐述的那样，仅仅人20连同虚拟现实眼镜12停留在检测空间18之内时，才能可靠地检测人20的位置改变。即，如果与虚拟机动车30的虚拟尺寸相比检测空间18相对小，则可能产生的问题是，人20甚至不能在必然不离开检测空间18的情况下环绕所显示的虚拟机动车30。为了克服该问题，设置成，根据人20是在子区域24上还是在内部区域26上运动，在虚拟的环境28之内不同地实现人20的真实运动。

持续地检测人20在检测空间18之内进行位置改变的速度。如果检测到人20在预设的子区域24之内的位置改变，则预设比所检测的人20的真实速度大预定倍数的虚拟速度。之后，根据预设的虚拟速度改变在虚拟环境28之内的虚拟的观察位置，其中，在此期间，借助于虚拟现实眼镜12显示从变化的虚拟观察位置看到的布置在虚拟环境28之内的虚拟的机动车30。例如可设置成，为所述倍数预设值2。即，如果人20以4km/h在子区域24上前进，则以8km/h实现在虚拟环境28之内的运动。

然而，如果检测到人20在内部区域26上的位置改变，则设置预设相应于实际检测到的人20的真实速度的第二虚拟速度。在这种情况中，根据预设的第二虚拟速度改变在虚拟环境28之内的虚拟观察位置，其中，在此期间，再次借助于虚拟现实眼镜12显示从变化的虚拟观察位置看到的布置在虚拟环境28之内的虚拟机动车30。即，如果人20在内部区域26上前进，则在虚拟环境28之内一比一地实现其位置改变。即，例如，如果人20再次以4km/h前进，则同样以4km/h实现在虚拟环境28之内的运动。

在此，可设置成，借助于虚拟现实眼镜12显示相应于预设的子区域24的、在此未详细示出的在虚拟环境28之内的子区域。在佩戴虚拟现实眼镜12时，人20始终可以得知，如果其想要在虚拟环境28之内加速运动或者完全正常运动的话，其必须如何运动。在此，虚拟的观察位置的相应改变在时间上与人20的实际位置改变同步进行。在此，如此预设虚拟的观察位置沿着其改变的虚拟运动方向34，使得其相应于人20在现实中的运动方向36。即，如果人20例如在现实中向右运动，则人20在虚拟环境28之内同样向右运动。对于人20在子区域24上运动的情况，其仅仅在虚拟环境28之内经过比其实际在现实中经过的更大的距离。如果人20在内部区域26之内运动，则在虚拟环境28中一比一地实现该运动。在此，例如可根据虚拟机动车30的虚拟尺寸预设在虚拟环境28中将实际运动速度放大的倍数。特别有利的是，与虚拟的行走面32的尺寸相比虚拟的机动车30在水平方向上的虚拟尺寸越大，越大地预设所述倍数。由此，可与实际的行走面20的大小无关地保证，人20无论如何可在虚拟环境28之内(与虚拟机动车30的尺寸无关地)围绕所显示的虚拟机动车30，而在此不离开检测空间18。

因此，通过所述的用于运行虚拟现实系统10的方法以及通过虚拟现实系统10，提供这样的解决方案，即，借助于该解决方案在检测空间18的空间情况受限时也可保证，虚拟现实眼镜12的佩戴者也能方便地虚拟地探查相对大的虚拟环境28，而不从检测空间18中离开。

Claims (10)

1.一种用于运行虚拟现实系统(10)的方法，具有以下步骤：

-检测佩戴虚拟现实眼镜(12)的人(20)在检测空间(18)之内进行位置改变的速度；

-如果检测到，在所述检测空间(18)的预设的子区域(24)之内发生了位置改变：则预设比所检测到的人(20)的速度大预定倍数的虚拟速度；

-根据预设的虚拟速度改变在虚拟环境(28)之内的虚拟观察位置，其中，在此期间，借助于虚拟现实眼镜(12)显示从变化的虚拟观察位置中看到的布置在所述虚拟环境(28)之内的虚拟对象(30)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果检测到在所述检测空间(18)的预设的子区域(24)之外的位置改变，则预设相应于所检测到的人(20)的速度的第二虚拟速度，其中，根据预设的第二虚拟速度改变在所述虚拟环境(28)之内的虚拟的观察位置，以及在此期间借助于所述虚拟现实眼镜(12)显示从变化的虚拟观察位置看到的布置在虚拟环境(28)之内的虚拟对象(30)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以包围所述检测空间(18)的内部区域(26)的外部区域的形式预设所述子区域(24)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述虚拟现实眼镜(12)在所述虚拟环境(28)之内显示相应于所述预设的子区域(24)的虚拟子区域。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少基本上在时间上与人(20)的位置改变同步地改变所述虚拟的观察位置。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述虚拟对象(30)的特别是在水平方向上的虚拟尺寸越大，越大地预设所述倍数。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，与所述检测空间(18)的尺寸相比，所述虚拟对象(30)的虚拟尺寸越大，越大地预设所述倍数。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此预设虚拟观察位置沿着其进行改变的虚拟运动方向(34)，使得所述虚拟运动方向相应于人(20)的位置改变的运动方向。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅仅将所述虚拟速度的水平速度分量增大所述预设的倍数，所述虚拟速度的竖直速度分量相应于所述人(20)的速度的竖直速度分量。

10.一种虚拟现实系统(10)，其包括

-虚拟现实眼镜(12)；

-用于检测佩戴所述虚拟现实眼镜(12)的人(20)在检测空间(18)之内进行位置改变的速度的检测装置(14)；

-控制装置(16)，该控制装置设计成，如果检测到在所述检测空间(18)的预设的子区域(24)之内发生了位置改变，则预设比所检测到的人(20)的速度大预设的倍数的虚拟速度，以及根据所述预设的虚拟速度改变在虚拟环境(28)之内的虚拟观察位置，以及在此期间，操控虚拟现实眼镜(12)以用于显示从变化的虚拟观察位置中看到的布置在所述虚拟环境(28)之内的虚拟对象(30)。