CN109692471A - 一种可穿戴设备以及交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴设备以及交互方法，可穿戴设备包括：设备本体；佩戴部，用于将所述设备本体佩戴于用户；光学传感器，安装于所述设备本体的侧面，用于在所述可穿戴设备佩戴于用户的手掌时，采集一个或多个手指的运动数据；控制器，与所述光学传感器连接，用于对所述运动数据进行识别得到手势信息，并根据所述手势信息输出游戏控制信号。本发明实施例的技术方案利用光学传感器采集一个或多个手指的运动数据，识别得到手势信息，根据手势信息输出游戏控制信号，使对游戏的操控更便捷，并且提高了动作控制的精细化程度，改善了用户游戏体验。

Description

一种可穿戴设备以及交互方法

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种可穿戴设备以及交互方法。

背景技术

目前游戏手柄大多采用传统的机械按键，参见图1，游戏手柄上包括按键11以及摇杆22，按键11一般用于方向控制，摇杆在动作类游戏时使用方便，当然，根据游戏的不同，摇杆的作用不尽相同，如图1所示，传统的游戏手柄需要双手操作，操控体验差，而且，仅使用上、下、左、右按键也难以做出精细的动作，不能满足用户需求。

发明内容

本发明提供了一种可穿戴设备以及交互方法，改变了传统的双手操作游戏手柄的交互方式，提高了动作控制的精细化程度，满足了实际需求。

根据本申请的一个方面，提供了一种可穿戴设备，包括：设备本体；

佩戴部，用于将所述设备本体佩戴于用户；

光学传感器，安装于所述设备本体的侧面，用于在所述可穿戴设备佩戴于用户的手掌时，采集一个或多个手指的运动数据；

控制器，与所述光学传感器连接，用于对所述运动数据进行识别得到手势信息，并根据所述手势信息输出游戏控制信号。

可选地，还包括：

惯性测量单元，安装于设备本体内并与控制器连接，用于采集用户手腕运动时的三轴加速度数据和三轴角速度数据，将三轴加速度数据和三轴角速度数据发送给控制器，

控制器，用于对三轴加速度数据和三轴角速度数据进行处理，得到姿态信息，并根据所述姿态信息输出游戏控制信号。

可选地，所述光学传感器为一个红外光传感器或多个红外光传感器的组合；

红外光传感器，用于发射红外光并采集用户的一个或多个手指运动时反射的红外光，将红外光数据发送给控制器。

可选地，还包括：

无线传输模块，安装于设备本体内并与控制器连接，用于将所述游戏控制信号发送至连接的主机。

可选地，所述设备本体的正面上设置有触摸面板，

触摸面板用于接收用户输入的触摸手势信息，并将触摸手势信息发送给所述控制器，

所述控制器，根据触摸手势信息输出游戏控制信号。

可选地，还包括按键和振动马达，

所述按键安装于所述设备本体的侧面，用于在收到用户按压输入时将按压指令发送给所述控制器，

所述控制器，用于根据按压指令输出游戏控制信号；

所述振动马达安装于所述设备本体，用于在所述控制器的控制下进行振动反馈。

可选地，所述佩戴部由弹性材质一体制成，或，

所述佩戴部为弹性材质，包括分布于设备本体两端的第一腕带和第二腕带。

根据本申请的另一个方面，提供了一种基于本申请一个方面所述的可穿戴设备的交互方法，交互方法包括：

利用可穿戴设备的光学传感器，采集用户的一个或多个手指的运动数据，

对所述运动数据进行识别得到手势信息，

根据所述手势信息输出游戏控制信号。

可选地，该方法还包括：

利用可穿戴设备的惯性测量单元采集用户手腕运动时的三轴加速度数据和三轴角速度数据，

对三轴加速度数据和三轴角速度数据进行处理，得到姿态信息，并根据所述姿态信息输出游戏控制信号。

可选地，所述利用可穿戴设备的光学传感器，采集运动数据包括：

利用所述可穿戴设备的一个红外光传感器或多个红外光传感器的组合，发射红外光并采集用户的一个或多个手指运动时反射的红外光。

本发明实施例的可穿戴设备和交互方法，可穿戴设备的可佩戴到用户手上，利用可穿戴设备的光学传感器采集用户手指的运动数据，识别后得到手势信息，根据手势信息输出游戏控制信号，给游戏主机，从而与现有技术方案相比，可使用单手操作可穿戴设备发出动作指令，操控更便利，用户参与度高，游戏沉浸感好。利用可穿戴设备的光学传感器代替传统按键进行方向等控制，提高了运动控制的精细化程度，改善了用户游戏体验，增强了产品的市场竞争力。

附图说明

图1是现有游戏手柄的示意图；

图2是本发明一个实施例的可穿戴设备的设备本体的框图；

图3是本发明另一个实施例的可穿戴设备的设备本体的框图；

图4是本发明一个实施例的可穿戴设备的佩戴示意图；

图5是本发明一个实施例的可穿戴设备的结构示意图；

图6是本发明一个实施例识别的部分手势动作的示意图；

图7是本发明一个实施例的基于可穿戴设备的交互方法的流程图。

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。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的设计构思在于，针对传统游戏手柄存在的机械按键操作精度低，需要用户双手操作等技术问题，提出一种可穿戴设备和基于可穿戴设备的交互方法，该可穿戴设备可佩戴至用户，比如手掌上，通过用户单手的手势即可实现对游戏的动作控制，操控更便利，手势识别的准确度和用户参与度更高。

图2是本发明一个实施例的可穿戴设备的设备本体的框图，参见图2，本实施例的包括：设备本体；

佩戴部，用于将所述设备本体佩戴于用户；

光学传感器203，安装于所述设备本体的侧面，用于在所穿戴设备佩戴于用户的手掌时，采集一个或多个手指的运动数据；

控制器201，与所述光学传感器203连接，用于对所述运动数据进行识别得到手势信息，并根据所述手势信息输出游戏控制信号。

图2中示意了传感器包括IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)传感器202以及光学传感器203的情况，但不限于此，也可以仅设置光学传感器203而不设置IMU传感器。

由上可知，本实施例中可穿戴设备集成了传统游戏手柄的功能，可替换游戏手柄。可穿戴设备佩戴在手上，利用手势来进行游戏操控，单手操作，改善了用户游戏体验。而且基于光学传感器采集手指的运动数据用于手势识别，提高了动作控制的精度，解决了传统游戏手柄机械按键难以做出精细化动作的技术问题，增强用户沉浸感和参与度。

本发明实施例的可穿戴设备，可佩戴至用户的手掌上，比如右手手掌或左手手掌上，通过佩戴了可穿戴设备的单手做出一些手势动作即可发出动作指令实现对游戏的操控，增强了游戏的沉浸感，提升了产品的市场竞争力。

在本发明的一个实施例中，可穿戴设备还包括：惯性测量单元，即，图2示意的IMU传感器202。惯性测量单元安装于设备本体内并与控制器连接，用于采集用户手腕运动时的三轴加速度数据和三轴角速度数据，将三轴加速度数据和三轴角速度数据发送给控制器，控制器，对三轴加速度数据和三轴角速度数据进行处理，得到姿态信息，并根据姿态信息输出游戏控制信号，即可根据可穿戴设备佩戴者的手部的姿态信息输出游戏控制信号，改善了用户游戏控制体验并提高了控制精度。

图2中示意的光学传感器203的实现方式可以是一个红外光传感器，也可以使多个红外光传感器的组合，红外光传感器，用于发射红外光并采集用户的一个或多个手指运动时反射的红外光，将红外光数据发送给控制器。控制器201利用内部的手势识别算法对光学传感器203采集的数据进行处理，可确定用户的手势信息，比如食指和中指伸出滑动，其余三个手指蜷曲的手势，控制器201在识别出手势信息后根据手势信息输出游戏控制信号，通过无线传输模块204发送游戏控制信号给游戏主机，游戏主机根据游戏控制信号完成控制，实现交互。优选地，本实施例的光学传感器设置在设备本体的一侧面上无光线遮挡的位置，以尽可能使光学传感器不受遮挡。

这里的基于光学传感器的光学手势识别原理是：红外光传感器比如，红外TOF(Time Of Flight，飞行时间)相机发射的红外光，被手指遮挡反射后回到红外TOF相机，从而可以利用发射和反射的时间差或相位差来判断红外光传感器与手指的深度信息，即距离。后续结合算法进行手指运动轨迹和手势的识别。

需要说明的是，对某些动作精度要求不高的游戏应用和场景来说，惯性测量单元采集的数据已经能够满足需求，所以出于成本、算法效率等考虑，可以在可穿戴设备中仅设置惯性测量单元，对此不做限制。

为了实现更加精细的运动控制，本发明一个实施例中利用IMU传感器和光学传感器实现游戏手柄上的传统按键的功能，IMU传感器和光学传感器均可用于识别手部姿态，但是两种传感器各有优劣，IMU传感器的优点是不受遮挡，但是存在数据漂移，误差较大。光学传感器优点是无数据漂移，但是易受遮挡，所以通过集成IMU传感器和光学传感器，基于两种传感器进行数据融合和手势识别，互相校准，取长补短，提升了运动控制精细化程度，增强了用户游戏体验。

图3是本发明另一个实施例的可穿戴设备的设备本体的框图，参见图3，本实施例中的可穿戴设备的设备本体包括：控制器301、IMU传感器302以及光学传感器303。此外，设备本体还包括：触摸面板304，振动马达306以及按键(即物理按键305)。

图3中示意的IMU传感器302、光学传感器303的工作过程和功能与前述图2对应的实施例中的IMU传感器、光学传感器基本相同，可以参见前述实施例中的说明，这里不再赘述。

以下重点对触摸面板以及振动马达和按键进行说明，参见图3，可穿戴设备包括触摸面板。具体的，触摸面板304设置在设备本体的正面(正面是正常使用时与接触皮肤的一面相对的那一面)，触摸面板304用于接收用户输入的触摸手势信息，并将触摸手势信息发送给控制器301，控制器301，根据触摸手势信息输出游戏控制信号至游戏主机。将触摸面板设置在正面，可以保证触摸面积较大，方便用户进行触摸操控。

设备本体的一侧面上设置有按键(图3中示意的物理按键305)，按键，在收到用户按压输入时将按压指令发送给所述控制器301，所述控制器301用于根据按压指令通过无线传输模块输出游戏控制信号至游戏主机。

本实施例中的按键用于实现自定义输入功能，也就是说，用户可以通过应用程序对可穿戴设备上的按键执行的输入内容进行定义，以满足用户的个性化操控需求。如图3所示，可穿戴设备还包括振动马达，振动马达306，安装于所述设备本体，既可以安装在正面也可以安装到侧面，提供不同方向的振动反馈，振动马达306用于在控制器301的控制下提供振动触觉反馈。这里的振动马达可以向用户提供振动反馈，使本发明实施例的可穿戴设备可以适用于有振动反馈需求的游戏场景中，提高了产品的市场竞争力。

本实施例的可穿戴设备可以采用智能手环的形式，但是不限于智能手环，也可以设计成露指手套的形式，下面以智能手环为例结合图4至图6对本实施例的可穿戴设备的结构和功能进行说明。

参见图4，本实施例的智能手环包括，佩戴部400和设备本体401，佩戴部400用于将设备本体佩戴至用户。一个实施例中，佩戴部由弹性材质一体制成，方便佩戴至用户。在另一个实施例中，佩戴部为弹性材质，包括分布于设备本体两端的第一腕带和第二腕带，如图5所示，佩戴部包括第一腕带和第二腕带501和第二腕带502。第一腕带与第二腕带共同作用，将设备本体佩戴至用户。

接着看图4，设备本体401的一侧面上无光线遮挡的位置设有光学传感器402，为了提高光学传感手势识别的准确度，本实施例中对智能手环类可穿戴设备做了调整，将光学传感器设置在设备本体的一侧，为了适配这种结构对佩戴方式作出改进，改变了传统手环佩戴在手腕位置的佩戴方式，而是将手环佩戴在手掌，如此提高了手势识别的准确度，同时这种佩戴方式还可以实现在玩游戏时，另一只手在触摸板或外接输入设备上输入更复杂的指令或与其他玩家交互聊天的有益效果。

本实施例的智能手环具有触摸面板，触摸面板可以实现传统游戏手柄的摇杆功能比如360°摇动摇杆的动作可以通过单只手在触摸板上画圆形来实现，触摸面板识别到用户的画圆形的触摸手势信息，将画圆形的触摸手势信息发送给微控制器，微控制器再控制无线通信模块，比如蓝牙模块或WIFI模块将画圆形的触摸手势信息发送给游戏主机，与游戏主机进行交互。智能手环上的按键和振动马达分别用于关键功能的自定义输入以及触觉反馈功能，丰富了智能手环的输入和反馈功能。

本实施例中，智能手环可以利用IMU传感器的姿态感知来实现传统游戏手柄的方向按键，此外，智能手环还具备光学手势识别功能，如图6所示，本实施例的智能手环具有的光学手势识别功能，不仅能够识别出佩戴智能手环的单只手上一只手指的点击、左、右滑动、上、下滑动，或两只手指的滑滑动手势，而且在两只手指滑动时可以识别出具体的手指，比如食指与中指组合的滑动手势，拇指与食指组合的滑动手势等等。需要说明的是图6中的手势仅为示例，实际应用中可以根据需求定义手势，并定义手势信息对应的游戏控制信号。

由上可知，本实施例的智能手环，利用IMU传感器和光学传感器两种传感器数据实现数据采集，用于后续姿态信息、手势信息的检测和识别，两种传感器取长补短，解决了智能手环中仅采用惯性传感器导致的对算法精度要求高、存在漂移现象，操控体验差甚至不能操控的技术问题。

本实施例的智能手环，方便用户操控，增强用户沉浸感，可使用单手操作，并利用IMU传感器和光学传感器代替了游戏手柄的传统按键，实现更加精细的运动控制，提升用户的游戏体验。

本发明实施例还提供了一种基于上述可穿戴设备的交互方法，参见图7，交互方法包括下列步骤：

步骤S701，利用可穿戴设备的光学传感器，采集用户的一个或多个手指的运动数据，

步骤S702，对运动数据进行识别得到手势信息，

步骤S703，根据所述手势信息输出游戏控制信号。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括：

利用可穿戴设备的惯性测量单元采集用户手腕运动时的三轴加速度数据和三轴角速度数据，

对三轴加速度数据和三轴角速度数据进行处理，得到姿态信息，并根据所述姿态信息输出游戏控制信号。

在本发明的一个实施例中，步骤S701包括：利用所述可穿戴设备的一个红外光传感器或多个红外光传感器的组合，用于发射红外光并采集用户的一个或多个手指运动时反射的红外光。

需要说明的是，本实施例中的交互方法基于上述可穿戴设备而实现，因此，有关图7所示的方法各步骤的实现细节可以参见前述可穿戴设备的相关部件的功能和工作过程的说明，这里不再赘述。

综上可知，本发明实施例的可穿戴设备以及交互方法，利用姿态识别和手势识别，将游戏手柄功能集成在可穿戴设备上，将交互方式由传统的双手操作游戏手柄改为单手操作可穿戴设备，操控更便捷、利用惯性姿态识别和光学手势识别来进行游戏操控，动作精细，提高了用户游戏体验和产品的市场竞争力。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图的一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

需要说明的是术语“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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，正如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：

设备本体；

佩戴部，用于将所述设备本体佩戴于用户；

光学传感器，安装于所述设备本体的侧面，用于在所述可穿戴设备佩戴于用户的手掌时，采集一个或多个手指的运动数据；

控制器，与所述光学传感器连接，用于对所述运动数据进行识别得到手势信息，并根据所述手势信息输出游戏控制信号。

2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，还包括：

惯性测量单元，安装于设备本体内并与控制器连接，用于采集用户手腕运动时的三轴加速度数据和三轴角速度数据，将三轴加速度数据和三轴角速度数据发送给控制器，

控制器，用于对三轴加速度数据和三轴角速度数据进行处理，得到姿态信息，并根据所述姿态信息输出游戏控制信号。

3.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述光学传感器为一个红外光传感器或多个红外光传感器的组合；

红外光传感器，用于发射红外光并采集用户的一个或多个手指运动时反射的红外光，将红外光数据发送给控制器。

4.根据权利要求1或2所述的可穿戴设备，其特征在于，还包括：

无线传输模块，安装于设备本体内并与控制器连接，用于将所述游戏控制信号发送至连接的主机。

5.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述设备本体的正面上设置有触摸面板，

触摸面板用于接收用户输入的触摸手势信息，并将触摸手势信息发送给所述控制器，

所述控制器，根据触摸手势信息输出游戏控制信号。

6.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，还包括按键和振动马达，

所述按键安装于所述设备本体的侧面，用于在收到用户按压输入时将按压指令发送给所述控制器，

所述控制器，用于根据按压指令输出游戏控制信号；

所述振动马达安装于所述设备本体，用于在所述控制器的控制下进行振动反馈。

7.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述佩戴部由弹性材质一体制成，或，

所述佩戴部为弹性材质，包括分布于设备本体两端的第一腕带和第二腕带。

8.一种基于权利要求1所述的可穿戴设备的交互方法，其特征在于，所述交互方法包括：

利用可穿戴设备的光学传感器，采集用户的一个或多个手指的运动数据，

对所述运动数据进行识别得到手势信息，

根据所述手势信息输出游戏控制信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

利用可穿戴设备的惯性测量单元采集用户手腕运动时的三轴加速度数据和三轴角速度数据，

对三轴加速度数据和三轴角速度数据进行处理，得到姿态信息，并根据所述姿态信息输出游戏控制信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用可穿戴设备的光学传感器，采集运动数据包括：

利用所述可穿戴设备的一个红外光传感器或多个红外光传感器的组合，发射红外光并采集用户的一个或多个手指运动时反射的红外光。