CN109542225B - 重定向虚拟实境空间系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重定向虚拟实境空间系统及其方法，其包含步行平台、定位感测元件以及控制元件；步行平台设置有多个转盘组件，用以提供该使用者于多个该转盘组件上移动；定位感测元件根据使用者位于步行平台的位置及使用者所面对的方向产生定位信号；控制元件用以接收定位信号产生重定向信号；其中步行平台根据重定向信号使承载有使用者的转盘组件进行所需对应的旋转方向、角度及速度，进而导引使用者朝向邻近的转盘组件移动。本发明亦揭示了实施此系统的方法。

Description

重定向虚拟实境空间系统及其方法

技术领域

一种重定向系统及其方法，尤指一种应用于虚拟实境领域之重定向虚拟实境空间系统及其方法。

背景技术

在科技发展快速的时代，以往需要透过电视或电脑屏幕呈现的电玩已无法满足现今的使用者。为了让使用者得到更真切的游戏感受，虚拟实境游戏孕育而生。各家厂商皆朝向让穿戴着虚拟实境装置的使用者犹如身临其境，且不受真实空间所限制的方向进行改善。

市面上有一种柱元阵列式全向的跑步机，包括行走平台和阵列式全向驱动元件。此跑步机可用于虚拟实境领域中为用户提供无限的自由行走空间。跑步机的全向驱动元件采用柱元阵列式结构。此柱元阵列式结构运转惯性小且对转弯半径无限制。因此跑步机可准确快速地跟踪用户的运动。跑步机藉由几个不同高度、不同倾斜角的行走平台相互拼接，来模拟各种复杂地形中的行走运动及上下台阶运动。然而，使用者于使用时须将身体吊挂着来搭配跑步机使用。这样的使用方式会让使用者有被带着移动，而非由自身自主移动的感觉。

又如纽约州立大学石溪分校、英伟达和Adobe于GTC 2018大会上所发表的重定向行走技术，其原理是利用了人类视觉的扫视抑制的自然特性。扫视抑制为人类视觉因为产生短暂的类失明，而隐藏了小幅度的转动。当使用者向前行走并环视场景时，场景将慢慢地由系统端往目标位置多旋转几度。使用者每次环视均只多旋转几度，让使用者在不知不觉中改变了物理世界的行走方向，进而创建一种仿佛以直线行走在虚拟空间的幻觉。然而，此技术具有一些问题，如：此技术藉由依靠相对视觉误差欺骗大脑，让使用者呈现在物理空间中走一小步，但在虚拟世界中却迈出一大步，因而让使用者的体验感受不够拟真；此技术需要够大的物理空间让使用者使用；当使用者行走并环视场景时，场景的旋转可能会使使用者晕眩。由以上各种问题可知此是以确有加以改善的必要课题。

发明内容

有鉴于此，本发明揭示一种重定向虚拟实境空间系统及其方法。重定向虚拟实境空间系统包含步行平台、定位感测元件以及控制元件。此步行平台设置有多个转盘组件，用以提供使用者于多个转盘组件上移动。此定位感测元件系用以感测使用者位于步行平台的位置及使用者所面对的方向后产生定位信号。控制元件该步行平台和该定位感测元件连接。此控制元件用以接收定位信号并根据定位信号产生重定向信号，重定向信号包含各个转盘组件所需对应的旋转方向、角度及速度。其中步行平台根据重定向信号旋转承载有使用者的转盘组件，进而导引使用者朝向邻近的转盘组件移动。

重定向虚拟实境空间方法包含以下步骤：提供承载使用者的步行平台，此步行平台设置有多个转盘组件以供使用者于多个转盘组件上移动；检测使用者的面对方向以及位于步行平台的位置以产生定位信号；根据定位信号产生重定向信号，此重定向信号包含各个转盘组件所需的旋转方向、角度及速度；以及根据重定向信号旋转各个转盘组件，使使用者朝向邻近的转盘组件移动。

相较于已知技术，本发明的重定向虚拟实境空间系统及其方法具有以下优点：1.本发明藉由不同的转盘组件旋转所需的旋转方向、角度及速度，让使用者在不知不觉中被限制在特定的物理空间中，而不需要太大的物理空间；2.使用者可以正常及自主的方式进行移动，使用者的身体不需被系统控制住；3.本发明不需藉由扫视抑制技术进行虚拟实境画面的旋转微调，进而避免使用者产生晕眩感；4.本发明不需藉由相对视觉误差欺骗使用者的大脑，进而增加使用者的身临其境的感受。

附图说明

图1为本发明重定向虚拟实境空间系统的一具体实施例的方块图；

图2为本发明重定向虚拟实境空间系统的一具体实施例的使用示意图；

图3为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图；

图4为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的使用示意图；

图5为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图；

图6为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图；

图7为本发明重定向虚拟实境空间方法的另一具体实施例的流程图；

图8为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的使用示意图；

图9为本发明重定向虚拟实境空间方法的另一具体实施例的使用示意图。

符号说明

1：重定向虚拟实境空间系统 10：步行平台

100：(a-g)转盘组件 12：定位感测元件

14：控制元件 2：虚拟实境穿戴式装置

S1：定位信号 S2：欲行信号

S3：重定向信号 S4：暂停信号

S5：安全信号 S10-S16：步骤

具体实施方式

请参阅图1以及图2。图1为本发明重定向虚拟实境空间系统1的一具体实施例的方块图，而图2为本发明重定向虚拟实境空间系统1的一具体实施例的使用示意图。于一具体实施例中，本发明的重定向虚拟实境空间系统1包含步行平台10、定位感测元件12及控制元件14。如图2所示，步行平台10设置有多个转盘组件100，用以提供使用者于多个转盘组件100上移动。其中各个转盘组件100将持续的或间歇的进行顺时钟或逆时钟方向的旋转。定位感测元件12用以感测使用者位于步行平台10的位置及该使用者所面对的方向后产生定位信号S1控制元件14。控制元件与步行平台10和定位感测元件12连接。此控制元件14用以接收定位信号S1，并根据定位信号S1产生包含有各个转盘组件100所需对应的旋转方向、角度及速度的重定向信号S3。其中，步行平台10根据重定向信号S3来旋转承载有使用者的转盘组件100，以导引使用者朝向邻近的转盘组件100移动。

请再次参阅图1及图2。于一具体实施例中，本发明搭配使用者所穿戴的虚拟实境穿戴式装置2使用。此虚拟实境穿戴式装置2与控制元件14连接。此控制元件14用以接收定位信号S1及由虚拟实境穿戴式装置2所产生具有使用者的欲行路径的欲行信号S2，并根据定位信号S1及欲行信号S2产生包含有各个转盘组件100所需对应的旋转方向、角度及速度的重定向信号S3。其中欲行路径系为虚拟实境穿戴式装置2所显示予使用者的情境画面。进一步来说明，当情境画面中显示前方有路，而左右两边没路，则欲行路径即为直行；当情境画面中显示左边有路，而前方跟右边没路，则欲行路径即为左行。

请复参阅图1以及图2，于一较佳具体实施例中，当定位信号S1显示使用者为同时于多个转盘组件100上或多个转盘组件100之间隙上时，控制元件14产生暂停信号S4。当步行平台10接收到暂停信号S4时，步行平台10使所对应的转盘组件100暂停作动。暂停作动为了避免使用者因踩在作动不同的转盘组件100或转盘组件100间的间隙上，而发生无法平稳的移动或站立的情况。

请再参阅图1以及图2，于一具体实施例中，当定位信号S1显示使用者与步行平台10周缘间小于限定距离时，控制元件14产生安全信号S5。当步行平台10接收此安全信号S5时，步行平台10将增加承载有使用者的转盘组件100的旋转速度。增加转盘组件100的旋转速度为了导引使用者保持于步行平台10上移动，进而使本发明维持稳定运作。

于本发明的一具体实施例中，限定距离是根据使用者于使用本发明时，能维持本发明的运作且不影响使用者的使用感受的最佳运作距离。于本发明的一较佳具体实施例中，限定距离为1公尺。

请再参阅图2，于一较佳具体实施例中，步行平台10上所设置有7个转盘组件100，并以单一平面的最密方式排列。

于本发明的一较佳具体实施例中，转盘组件100的盘面直径为1.5公尺。

于本发明的一较佳具体实施例中，定位感测元件12设置在虚拟实境穿戴式装置2上。定位感测元件12利用使用者穿戴着虚拟实境穿戴式装置2，以确认使用者位于步行平台10的位置及使用者所面对的方向。

本发明的另一较佳具体实施例中，定位感测元件12设置在虚拟实境穿戴式装置2及步行平台10上。定位感测元件12利用虚拟实境穿戴式装置2确认使用者位于步行平台10的位置及使用者所面对的方向，并搭配步行平台10所感应到使用者实际所在的位置，进而得到使用者更精确的定位信号S1。

本发明的再一较佳具体实施例中，定位感测元件12为设置于使用者所穿戴的虚拟实境穿戴式装置2，以及以面对步行平台10的方式设置于步行平台10外的检测机台搭配使用。于一具体实施例中，由虚拟实境穿戴式装置2主动提供信号让检测机台进行检测。另一具体实施例中，由检测机台主动发出信号让虚拟实境穿戴式装置2进行感应，并由虚拟实境穿戴式装置2回馈当前所在位置。于上述具体实施例中，此定位感测元件12的检测机台为具有至少一个用于水平方向的检测器，及至少一个用于垂直方向的检测器。当使用者于步行平台10上移动时，定位感测元件12进行水平方向和垂直方向的接收或发射信号。将两种方向的结果综合计算，即可得知使用者目前于步行平台10的位置及方向，进而得到定位信号S1。上述具体实施例之定位感测元件12例如：HTC Lighthouse(宏达国际光电光屋追踪系统)、Oculus Constellation(傲库路思星座追踪技术)等。

请参阅图3，图3为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图。于一具体实施例中，本发明的重定向虚拟实境空间方法包含以下步骤：

S10：提供承载使用者的步行平台10，步行平台10设置有多个转盘组件100以供使用者于多个转盘组件100上移动；

S12：检测使用者的面对方向以及位于步行平台10的位置以产生定位信号S1；

S14：根据定位信号S1产生重定向信号S3，此重定向信号S3包含各个转盘组件100所需的旋转方向、角度及速度；以及

S16：根据重定向信号S3旋转各个转盘组件100，使使用者朝向邻近的转盘组件100移动；

在使用者持续使用本发明时，本发明将会持续的或间歇的执行以上步骤，并会再从步骤S16回到步骤S12继续运作。于另一具体实施例中，重定向信号S3根据定位信号S1及由虚拟实境穿戴式装置2产生具有使用者的欲行路径的欲行信号S2所产生。

藉由上述的步骤，请参阅图4，图4为本发明重定向虚拟实境空间方法的一实施例的使用示意图。图4中的图示分别代表：实心圆点为使用者欲移动到的位置、空心圆点为使用者原本的位置、实线箭头为使用者欲行走的路径，以及虚线箭头为转盘组件100所旋转的方向。在此实施例中，使用者在虚拟实境中认知自身所行走的路径为直线。然而，使用者实际上却是在三个不同的转盘组件100上移动。为了清楚解释，将转盘组件100加上编号a、b、c。使用者实际上所行走的路径系从a转盘组件100移动至b转盘组件100。接着，b转盘组件100旋转让使用者面对c转盘组件100。最后，使用者从b转盘组件100移动至c转盘组件100。需注意的是，于此实施例中，示意图中的使用者可以持续的走动，而不需要站在b转盘组件100后待b转盘组件100旋转至使使用者面对c转盘组件100后才开始继续走动。亦即转盘组件100的旋转并不会影响使用者的移动。

请复参阅图3，在本发明的一具体实施例中，于步骤S12后，还包含以下步骤：

S13：检测使用者所处位置与各个转盘组件100的盘周缘间是否小于限定距离；

当检测使用者所处位置与各个转盘组件100的盘周缘间小于限定距离时，则产生定位信号S1。若当检测使用者所处位置与各个转盘组件100的盘周缘间未小于限定距离时，则重新检测使用者的面对方向以及位于步行平台10的位置。然而，不管使用者所处位置与各个转盘组件100的盘周缘间是否小于限定距离，转盘组件100皆可持续作动。此步骤S13藉由限定距离来决定是否要再次提供定位信号S1。藉由步骤S13让使用者所处位置附近的各个转盘组件100能有足够的反应时间，进而提高使用者于步行平台10上移动的流畅度。

请参阅图5，图5为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图，其中于步骤S14中，还包含以下子步骤：

S140：接收定位信号S1；

S141：根据连续时间内，所接收到不同定位信号S1，判断使用者是否停止作动；

当判断使用者停止作动时，产生暂停信号S4，并执行步骤S142

S142：步行平台10根据暂停信号S4暂停作动承载有使用者的转盘组件100，并回到步骤S140；

当判断使用者未停止作动时，则执行步骤S143

S143：产生重定向信号S3；

以上的步骤中，使用者是否停止作动的判断系根据连续时间内，若接收到不同的定位信号S1所显示的使用者位置相同时，则合理推论使用者目前为停止作动。

请复参阅图6，图6为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图。在一具体实施例中，其中于步骤S14中，还包含以下子步骤：

S140：接收定位信号S1；

S144：根据定位信号S1的使用者所在位置，判断使用者是否踩在多个转盘组件100上或多个转盘组件100间之间隙上；

当判断使用者踩在多个转盘组件100上或踩在多个转盘组件100间的间隙上时，则产生暂停信号S4，并执行步骤S142

S142：步行平台10根据暂停信号S4暂停作动承载有使用者的转盘组件100，并回到步骤S140；

当判断使用者未踩在多个转盘组件100上或踩在多个转盘组件100间的间隙上时，则执行步骤S143

S143：产生重定向信号S3；

藉由上述步骤，让使用者在步行平台10上能够平稳的移动或站立。

请参阅图7，图7为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的流程图。在一具体实施例中，于步骤S14中还包含以下子步骤：

S140：接收定位信号S1；

S145：根据定位信号S1的使用者所在位置，判断使用者与步行平台10周缘间是否小于限定距离；

当判断使用者与步行平台10周缘间小于限定距离时发出安全信号S5，并执行步骤S146

S146：接收安全信号S5，增加使用者的站立位置所对应的转盘组件100的之旋转速度，并回到步骤S140；

当判断使用者与步行平台10周缘间未小于限定距离时发出安全信号S5，则执行步骤S143

S143：产生重定向信号S3；

藉由上述步骤，确保使用者能持续保持移动于步行平台10上。

于上述的具体实施例中，重定向信号S3是根据下列情况的优先顺序来产生：1.使用者与步行平台10周缘是否小于限定距离；2.转盘组件100所需的转动角度是否超过感知角度；3.使用者是否往各转盘组件100的盘面中心移动；其中，感知角度系为使用者开始查觉到转盘组件100在旋转的角度。于本发明的一具体实施例中，感知角度为30度。于本发明再一具体实施例中，重定向信号S3是由控制单元14根据定位信号S1及欲行信号S2进行计算而得。

于一较佳具体实施例中，虽然使用者的感知角度有限，但当转盘组件100的盘面较大时，由于使用者在转盘组件100上移动的时间跟距离都会增加，而让转盘组件100能在有限的旋转速度下，旋转更大的角度但却不会被使用者察觉。另外，当使用者移动速度较快时，使用者对于转盘组件100正在移动的敏感度会下降。因此转盘组件100的旋转速度和角度可以在不被使用者察觉到的情况下进行增加。

请参阅图8，图8为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的使用示意图。图8中的图示分别代表：实心圆点为使用者欲移动到的位置、空心圆点为使用者原本的位置、实线箭头为使用者欲行走的路径，以及虚线箭头为转盘组件100所旋转的方向。为了更加清楚解说，将转盘组件100加上编号d、e、f、g。在此实施例中，使用者在虚拟实境中认知自身所行走的路径为直线。使用者实际上所行走的路径是从d转盘组件100移动至e转盘组件100。然而，若要让使用者继续往前走，则必须转动e转盘组件100，以让使用者往f转盘组件100或g转盘组件100移动。但如图7中所示，若要让使用者往f转盘组件100移动，则e转盘组件100必须旋转180度。而若要让使用者往g转盘组件100移动，则e转盘组件100则必须旋转45度。在此两种情况下，本发明将选择让使用者往所需旋转角度较小的g转盘组件100移动。这样的选择系为了让使用者不会对于旋转的感受太大。

然而，旋转45度将超过感知角度30度，请参考图9，图9为本发明重定向虚拟实境空间方法的一具体实施例的使用示意图。图9中的图示分别代表：实心圆点为使用者欲移动到的位置、空心圆点为使用者原本的位置、实线箭头为使用者欲行走的路径，以及虚线箭头为转盘组件100所旋转的方向。并且为了更加清楚解说，将转盘组件100加上编号d、e、f、g。为了让使用者不要感受到旋转组件100正在旋转，将旋转角度从45度修正成30度。意即让使用者从往g转盘组件100的盘面中心修正成往盘面边缘移动。虽然转盘组件100在转动时是以让使用者往盘面中心移动为目标，但为了考虑到使用者的使用感受，则需将旋转角度重新计算并修正成不超过感知角度。

于一较佳具体实施例中，转盘组件100的旋转速度将会与使用者所处的位置与承载使用者的旋转组件100的盘面中心距离成反比。因为当旋转角度相同时，位于盘面中心位置的旋转所位移的距离会小于位于盘面周缘位置。因此若使用者位于盘面周围的位置，则必须降低转盘组件100的旋转速度，以避免让使用者感受到转盘组件100正在旋转。基于前述理由，控制元件14根据定位信号S1进行计算重定向信号S3时，同时预估了使用者位于各个转盘组件100上移动的时间，并以此判断转盘组件100的旋转速度。于另一具体实施例中，上述之重定向信号S3是由控制单元14根据定位信号S1及欲行信号S2进行计算而得。

相较于已知技术，本发明的重定向虚拟实境空间系统1及其方法藉由不同的转盘组件100旋转所需的旋转方向、角度及速度，让使用者在不知不觉中被限制在特定的物理空间中。因此不需要太大的物理空间，就可以让使用者尽情体验虚拟实境。除此之外，使用者可以正常及自主的方式进行移动，不需如已知技术般需藉由牵引来控制使用者的身体。藉由本发明，能让使用者在体验虚拟实境时更有身临其境的感受。

藉由以上具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种重定向虚拟实境空间系统，其特征在于，包含：

一步行平台，设置有多个转盘组件，用以提供一使用者于多个该转盘组件上移动；

一定位感测元件，用以感测该使用者位于该步行平台的位置及该使用者所面对的方向后产生一定位信号；以及

一控制元件，与该步行平台和该定位感测元件连接，用以接收该定位信号，并根据该定位信号产生包含有各该转盘组件所需对应的旋转方向、角度及速度的一重定向信号；

其中该步行平台根据该重定向信号旋转承载有该使用者的该转盘组件，以导引该使用者朝向邻近的该转盘组件移动；

该使用者穿戴一虚拟实境穿戴式装置，该虚拟实境穿戴式装置与该控制元件连接，用以提供该使用者一欲行路径的一欲行信号，该控制元件根据该定位信号及该欲行信号产生该重定向信号。

2.如权利要求1所述的重定向虚拟实境空间系统，其特征在于，当该定位信号显示该使用者位于多个该转盘组件上或多个该转盘组件间的间隙上时，该控制元件产生一暂停信号，该步行平台接收该暂停信号，并使所对应的该些转盘组件暂停作动。

3.如权利要求1所述的重定向虚拟实境空间系统，其特征在于，当该定位信号显示该使用者与该步行平台周缘间小于一限定距离时，该控制元件产生一安全信号，该步行平台接收该安全信号，并增加承载有该使用者的该转盘组件的旋转速度，以导引该使用者保持于该步行平台上移动。

4.一种重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，包含以下步骤：

提供承载一使用者的一步行平台，该步行平台设置有多个转盘组件以供该使用者于多个该转盘组件上移动；

检测该使用者的面对方向以及位于该步行平台的位置以产生一定位信号；

根据该定位信号产生一重定向信号，该重定向信号包含各该转盘组件所需的旋转方向、角度及速度；

根据该重定向信号旋转各该转盘组件，使该使用者朝向邻近的该转盘组件移动；该重定向信号是根据该定位信号及由该使用者所穿戴的一虚拟实境穿戴式装置产生具有该使用者的一欲行路径的一欲行信号所产生。

5.如权利要求4的所述的重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，于检测该使用者的面对方向以及位于该步行平台的位置后，还包含以下步骤：

判断该使用者所处位置与各该转盘组件的盘周缘间是否小于一限定距离；

当判定该使用者所处位置与各该转盘组件的盘周缘间小于该限定距离，则产生该定位信号；

当判定检测该使用者所处位置与各该转盘组件的盘周缘间未小于该限定距离，则重新检测该使用者的面对方向以及位于该步行平台的位置。

6.如权利要求4所述的重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，根据该定位信号产生该重定向信号中，还包含以下子步骤：

根据连续时间内，所接收到不同该定位信号，判断该使用者是否停止作动；

当判定该使用者停止作动时产生一暂停信号；以及

根据该暂停信号暂停作动承载有该使用者的该转盘组件。

7.如权利要求4所述的重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，根据该定位信号产生该重定向信号中，还包含以下子步骤：

根据该定位信号的该使用者所在位置，判断该使用者是否踩在多个该转盘组件上或多个该转盘组件间的间隙上；

当判定该使用者踩在多个该转盘组件上或踩在多个该转盘组件间的间隙上时，则产生一暂停信号；

根据该暂停信号暂停作动承载有该使用者的该转盘组件。

8.如权利要求6或7所述的重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，于根据该暂停信号暂停作动承载有该使用者的该转盘组件后，还包含以下步骤：

重新接收该定位信号。

9.如权利要求4所述的重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，根据该定位信号产生该重定向信号中，还包含以下子步骤：

根据该定位信号的该使用者所在位置，判断该使用者与该步行平台周缘间是否小于一限定距离；

当判定该使用者与该步行平台周缘间小于一限定距离，则发出一安全信号；

接收该安全信号，并增加该使用者的站立位置所对应的该转盘组件的旋转速度，并重新接收该定位信号。

10.如权利要求4所述的重定向虚拟实境空间方法，其特征在于，该重定向信号是根据该使用者与该步行平台周缘间是否小于一限定距离、该转盘组件所需的转动角度是否超过一感知角度以及该使用者是否往各该转盘组件的盘面中心移动所产生，并依此顺序为优先程度进行推算。

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