CN109696962B - 头戴式虚拟现实设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种头戴式虚拟现实设备，包括：显示屏、显示屏驱动组件及传感器组件，其中，显示屏驱动组件及传感器组件一体设置；传感器组件，用于检测头戴式虚拟现实设备的状态数据，并将状态数据发送给显示屏驱动组件；显示屏驱动组件，用于根据获取的状态数据，对显示屏显示的内容进行控制。该头戴式虚拟现实设备可以将显示屏驱动组件及传感器组件一体设置，通过从硬件上简化状态数据到显示控制间的数据传输过程，减少了设备的延时，改善了设备的舒适性，提升了用户使用体验。

Description

头戴式虚拟现实设备

技术领域

本申请涉及VR(Virtual Reality，虚拟现实)技术领域，特别涉及一种头戴式虚拟现实设备。

背景技术

目前，头戴式虚拟现实设备是一种利用头戴式设备将人对外界的视觉、听觉封闭，进而引导用户产生一种身在虚拟环境中感觉的设备。

然而，目前的头戴式虚拟现实设备，由于在感知人体动作方面存在一定的延迟，导致用户在虚拟现实设备中看到的画面与实际身体动作之间无法同步，存在一定差异，极易引起人体不适，影响了用户体验。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种头戴式虚拟现实设备，该设备通过从硬件上简化状态数据到显示控制间的数据传输过程，减少了设备的延时，改善了设备的舒适性，提升了用户使用体验。

为达到上述目的，本申请实施例提出了一种头戴式虚拟现实设备，头戴式虚拟现实设备，其特征在于，包括：显示屏、显示屏驱动组件及传感器组件，其中，所述显示屏驱动组件及传感器组件一体设置；所述传感器组件，用于检测所述头戴式虚拟现实设备的状态数据，并将所述状态数据发送给所述显示屏驱动组件；所述显示屏驱动组件，用于根据获取的所述状态数据，对所述显示屏显示的内容进行控制。

本申请实施例的头戴式虚拟现实设备，通过显示屏驱动组件及传感器组件一体设置，使得传感器组件的状态数据及时发送至显示屏驱动组件，有效降低感知人体动作方面存在的系统延迟，使得设备画面与实际身体动作保持同步，通过从硬件上简化状态数据到显示控制间的数据传输过程，减少了设备的延时，改善了设备的舒适性，提升了用户使用体验。

另外，根据本申请上述实施例的头戴式虚拟现实设备还可以具有以下附加的技术特征：

在本申请的一个实施例中，所述传感器组件，包括：三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器及三轴磁力计。

在本申请的一个实施例中，还包括电路板；所述显示屏驱动组件及传感器组件设置在所述电路板上。

在本申请的一个实施例中，所述显示屏驱动组件，具体用于，根据所述显示屏与所述传感器组件间的相对位置关系，对获取的所述状态数据进行融合处理，以确定所述显示屏当前的朝向，并根据所述显示屏当前的朝向，对所述显示屏显示的内容进行控制。

在本申请的一个实施例中，还包括：分别与所述显示屏驱动组件及传感器组件通信连接的模数转换组件；所述模数转换组件，用于将所述传感器组件输出的模拟信号转换为数字信号后，发送给所述显示屏驱动组件。

在本申请的一个实施例中，所述传感器组件，还用于：根据所述模数转换组件的输出值范围，将检测的所述头戴式虚拟现实设备的状态数据进行预处理

在本申请的一个实施例中，还包括：分别与所述模数转换组件及所述显示屏驱动组件通信连接的信号调节组件；所述信号调节组件，用于根据所述显示屏驱动组件的接口类型，将获取的数字信号调制为与所述显示屏驱动组件的接口类型匹配的数字信号。

在本申请的一个实施例中，还包括：用于对所述头戴式虚拟现实设备的工作状态进行控制的控制器组件。

在本申请的一个实施例中，还包括：用于获取控制指令的触摸组件；所述控制器组件，还用于根据所述触摸组件的触摸状态，生成用于控制所述头戴式虚拟现实设备的工作状态的控制指令。

在本申请的一个实施例中，还包括：用于采集声音信号、并进行音频播放的声音处理组件；所述声音处理组件，用于将采集的声音信号发送给所述控制器组件，以使所述控制器组件根据所述声音信号，对所述头戴式虚拟现实设备的工作状态进行控制；所述显示屏驱动组件，还用于将所述显示屏当前显示的内容发送给所述控制器组件，以使所述控制器组件根据所述显示屏当前显示的内容生成音频信号，并发送给所述声音处理组件进行播放。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术的虚拟现实分体机的结构示意图；

图2为根据本申请实施例的头戴式虚拟现实设备的方框示意图；

图3为根据本申请一个具体实施例的头戴式虚拟现实设备的结构示意图；

图4为根据本申请一个实施例的头戴式虚拟现实设备的方框示意图；

图5为根据本申请另一个实施例的头戴式虚拟现实设备的方框示意图；

图6为根据本申请一个实施例的头戴式虚拟现实设备的工作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

头戴式虚拟现实设备的显示原理为左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，使得人眼获取这种带有差异的信息后可以在脑海中产生立体感。如图1所示，目前，在虚拟现实分体机中，通常包含主板、显示屏、传感器(Sensor)、按键(Key)及触摸板(Touch)等，主板需要通过不同的接口及数据传输协议来控制显示屏的显示及获取传感器Sensor抓取的数据。

然而，相关技术的头戴式虚拟现实设备中，传感器需要将状态数据传输给总控制器，进而总控制器再根据显示屏与传感器间的相对关系，对状态数据处理后再生成显示驱动信号，并将显示驱动信号发送给显示驱动器，进而显示驱动器根据显示驱动信号驱动显示屏显示。因此，可以看出数据的传输过程比较复杂，导致状态数据并不能及时发送至显示驱动器，使得显示屏无法实时显示画面，从而导致设备画面与实际身体动作间存在延迟，无法保持同步。

因此，本申请实施例提出一种头戴式虚拟现实设备。

下面参照附图描述根据本申请实施例提出的头戴式虚拟现实设备。

图2是本申请一个实施例的头戴式虚拟现实设备的方框示意图。

如图2所示，该头戴式虚拟现实设备10包括：显示屏100、显示屏驱动组件200及传感器组件300。

其中，显示屏驱动组件200及传感器组件300一体设置。传感器组件300用于检测头戴式虚拟现实设备10的状态数据，并将状态数据发送给显示屏驱动组件200。显示屏驱动组件200用于根据获取的状态数据，对显示屏100显示的内容进行控制。

本申请实施例的头戴式虚拟现实设备10，由于显示屏驱动组件200及传感器组件300一体设置，从而可以使得传感器组件300的状态数据直接发送至显示屏驱动组件200，并由显示屏驱动组件200直接对显示屏100显示的内容进行控制，从而有效缩短了状态数据到显示数据的转换路径，降低了头戴式虚拟现实设备10在感知人体动作方面存在的系统延迟，使得设备画面与实际身体动作保持同步，其中，状态数据可以包括头戴式虚拟现实设备10的重力加速度数据、旋转速率数据等。

在本申请的一个实施例中，传感器组件300，包括：三轴加速度传感器(G-sensor)、三轴陀螺仪传感器(Gyro-sensor)及三轴磁力计。

其中，如图3所示，三轴加速度传感器，用来检测物体在X、Y、Z轴上的重力加速度；三轴陀螺仪传感器，用来测量在X、Y、Z轴上的旋转速率；三轴磁力计在虚拟现实的应用中，可以对三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器测量的数据进行偏航校正。

在本申请的一个实施例中，该头戴式虚拟现实设备10还包括电路板400(在图中未具体标识)；显示屏驱动组件200及传感器组件300设置在电路板400上。

可以理解的是，本申请实施例中的电路板400，可以为头戴式虚拟现实设备10中的主板，也可以为区别于所述主板，而专门用来设置显示屏驱动组件200及传感器组件300的其它电路板。电路板400的尺寸及形状，可以根据显示屏驱动组件200及传感器组件300的尺寸及设置方式确定。

需要说明的是，由于头戴式虚拟现实设备中对于传感器组件的要求比手机或平板等设备严格更多，在头戴式虚拟现实设备的位置状态发生改变时，传感器组件也需随着与显示屏的相对位置变化进行自校准。

而本申请实施例中，通过将传感器组件300与显示屏驱动组件200一体设置，以使传感器组件300与显示屏100的相对位置恒定不变，从而可以有效避免了显示屏100相对位置发生改变时，则传感器组件300需要进行自校正的问题。从硬件化的角度实现了传感器组件300的自校正过程，从而简化了显示屏驱动组件200在软件方面的算法结构，提升融合算法的处理速度。

具体地，由于传感器组件300与显示屏100的相对位置固定，因此，在头戴式虚拟现实设备10工作时，传感器组件300只需要初始时根据传感器组件300与显示屏100的相对位置，进行自校准，其他时刻坐标轴的方向即可根据屏幕的旋转自行标定。即，本申请实施例提供的显示屏驱动组件200，具体用于，根据显示屏100与传感器组件300间的相对位置关系，对获取的状态数据进行融合处理，以确定显示屏当前的朝向，并根据显示屏当前的朝向，对显示屏显示的内容进行控制。

本申请实施例中，由于传感器组件300与显示屏100的相对位置固定，减少了显示屏驱动组件200在软件算法方面的自校准过程，使得显示屏驱动组件200可以对获取的状态数据进行快速的融合处理，以对显示屏100显示的内容进行控制，有效减少系统延时，进一步地降低设备感知人体动作的延迟，提升设备使用的舒适性，提升用户使用体验。

在本发明本申请的一个实施例中，如图4所示，本发明本申请实施例的设备10还可以包括：模数转换组件500。其中，分别与显示屏驱动组件200及传感器组件300通信连接的模数转换组件500，用于将传感器组件输出的模拟信号转换为数字信号后，发送给显示屏驱动组件。

具体地，将传感器组件300中每部分的X、Y、Z轴通过模数转换组件500与显示屏驱动组件200相连，从而可以将传感器组件300中每部分的X、Y、Z轴中的模拟量通过模数转换组件500转化为数字量，并发送至显示屏驱动组件200。

在实际使用中，模数转换组件500可以包括多个模数转换(ADC)模块。如图3所示，每个ADC模块分别与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器及三轴磁力计相连，并且每个ADC模块均与显示屏驱动组件Driver IC相连，从而可以分别将三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器及三轴磁力计的X、Y、Z轴中的模拟量通过ADC模块转化为数字量，并发送至显示屏驱动组件Driver IC。

本申请实施例提供的头戴式虚拟现实设备10中，通过ADC模块直接将传感器组件300与显示屏100连接，这样的设计可以有效保证传感器组件300与显示屏100的相对位置不变，大大简化了算法中自校准过程。

进一步地，其中，由于模数转换组件500的输出值范围可能不同，为保证传感器组件300检测的状态值可以被准确的发送给显示屏驱动组件200，本申请实施例中传感器组件300，还可以：根据模数转换组件500的输出值范围，将检测的头戴式虚拟现实设备10的状态数据进行预处理。

例如，模数转换组件500中的3个10位ADC模块的输出值范围均为0-1023，从而三轴加速度传感器，可以根据ADC模块输出值范围，对状态数据进行如下预处理：

Rx＝(AdcRx*Vref/1023–VzeroG)/Sensitivity；

Ry＝(AdcRy*Vref/1023–VzeroG)/Sensitivity；

Rz＝(AdcRz*Vref/1023–VzeroG)/Sensitivity；

其中，AdcRx、AdcRy、AdcRz分别为三轴加速度传感器的X、Y、Z轴分别输出的状态数据，Vref是ADC模块的参考电压，Sensitivity是三轴加速度传感器的灵敏度，VzeroG是零变化率电压，可以理解为加速度传感器不受任何转动影响时的输出值。

同样地，三轴陀螺仪传感器，可以根据ADC模块输出值范围，对状态数据进行如下预处理：

RateAxz＝(AdcGyroXZ*Vref/1023–VzeroRate)/Sensitivity；

RateAyz＝(AdcGyroYZ*Vref/1023–VzeroRate)/Sensitivity；

其中，AdcGyroXZ和AdcGyroYZ两个值由与三轴陀螺仪传感器连接的ADC模块读取，它们分别代表转动矢量R的投影在XZ和YZ平面内里的转角，Vref是ADC模块的参考电压，VzeroRate是零变化率电压，可以理解为三轴陀螺仪传感器不受任何转动影响时的输出值，Sensitivity是三轴陀螺仪传感器的灵敏度。

为了保证模数转换组件500输出的数字信号可以与显示屏驱动组件200准确识别，如图5所示，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的头戴式虚拟现实设备10还可以包括：信号调节组件600。

其中，分别与模数转换组件500及显示屏驱动组件200通信连接的信号调节组件600，用于根据显示屏驱动组件200的接口类型，将获取的数字信号调制为与显示屏驱动组件200的接口类型匹配的数字信号。

需要说明的是，显示屏驱动组件200的接口类型可以为IC接口，当然，显示屏驱动组件200的接口类型还有很多中，在此不做一一赘述，本申请实施例以IC接口为例进行说明，在数字信号经过信号调节组件进行信号调节之后可以通过I²C接口与显示屏驱动组件200的IC接口直接相连。

进一步地，本申请实施例在显示屏驱动组件200中的显示驱动程序中加入了传感器组件300的融合算法，其在获得三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采集的状态数据后，通过对三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器的积分运算，便可以获得到物体当前的运动状态。但是由于积分运算与真实状态存在微小差值，随着使用时间增加，差值逐渐累积，就会产生明显偏离，此时，就可以利用三轴磁力计采集的状态数据，对积分结果进行校正，以准确确定物体当前的运动状态，进而根据当前的运动状态，对显示屏100中的显示内容进行实时调整。

本申请实施例通过将传感器组件300与显示屏驱动组件200集成化设置，从而使显示屏驱动组件200中的算法层可以直接传感器组件300检测的状态数据计算出物体正确的姿态，提升系统精度。

在实际使用时，本申请实施例提供的头戴式虚拟现实设备10的工作流程如图6所示，头戴式虚拟现实设备10启动后，首先进行自校准，之后传感器组件300即可抓取数据，并将数据传输至显示屏驱动组件200中，然后显示屏驱动组件200通过内置的算法，对获取的三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采集的状态数据进行融合处理，以确定用户当前的姿态，之后再利用三轴磁力计采集的状态数据，对确定的姿态进行校正，从而即可根据校正后的姿态，对显示屏100中显示的内容进行调整。

进一步的，由于头戴式虚拟现实设备10的显示屏100中显示的内容，除受传感器组件300检测的状态数据的控制外，还可以受其他的指令控制，因此，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的头戴式虚拟现实设备10还可以包括：控制器组件700(图中未具体标识)。其中，控制器组件700用于对头戴式虚拟现实设备10的工作状态进行控制。

具体地，头戴式虚拟现实设备10的工作状态可以包括播放状态、暂停状态和关闭状态等，当然，头戴式虚拟现实设备10的工作状态还可以包括很多种状态，比如声音调整状态，在此不再一一赘述。

在本申请的一个实施例中，本申请实施例的头戴式虚拟现实设备10还包括：触摸组件800(图中未具体标识)。其中，触摸组件用于获取控制指令。相应的，控制器组件700，还用于根据触摸组件800的触摸状态，生成用于控制头戴式虚拟现实设备10的工作状态的控制指令。

具体地，控制指令可以包括播放指令、暂停指令和关闭指令等，比如，如果根据触摸组件800的触摸状态获取此时的控制指令为播放指令，则控制器组件700控制头戴式虚拟现实设备10进入播放状态；如果根据触摸组件800的触摸状态获取此时的控制指令为暂停指令，则控制器组件700控制头戴式虚拟现实设备10进入暂停状态；如果根据触摸组件800的触摸状态获取此时的控制指令为关闭指令，则控制器组件700控制头戴式虚拟现实设备10进入关闭状态。当然，控制指令还可以包括很多种指令，比如声音控制指令，在此不再一一赘述。

在本申请的一个实施例中，本申请实施例的头戴式虚拟现实设备10还包括：声音处理组件900(图中未具体标识)。

其中，声音处理组件900用于采集声音信号、并进行音频播放。具体的，声音处理组件900，可以将采集的声音信号发送给控制器组件700，以使控制器组件700根据声音信号，对头戴式虚拟现实设备10的工作状态进行控制。显示屏驱动组件200，还用于将显示屏100当前显示的内容发送给控制器组件700，以使控制器组件700根据显示屏100当前显示的内容生成音频信号，并发送给声音处理组件进行播放。

根据本申请实施例提出的头戴式虚拟现实设备，通过显示屏驱动组件及传感器组件一体设置，使得传感器组件的状态数据及时发送至显示屏驱动组件，有效降低感知人体动作方面存在的系统延迟，使得设备画面与实际身体动作保持同步，通过从硬件上简化状态数据到显示控制间的数据传输过程，减少了设备的延时，且从硬件角度实现了传感器组件的自校正过程，有效简化了算法的结构，提升融合算法的处理速度，进一步地从软件方面降低设备感知人体动作的延迟，进而改善了设备的舒适性，提升了用户使用体验。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种头戴式虚拟现实设备，其特征在于，包括：显示屏、显示屏驱动组件及传感器组件和电路板，其中，所述显示屏驱动组件及传感器组件一体设置、且均设置在所述电路板上，实现集成化设置，以使所述显示屏驱动组件与所述传感器组件相对位置恒定不变；

所述传感器组件，用于检测所述头戴式虚拟现实设备的状态数据，并将所述状态数据发送给所述显示屏驱动组件，在初始时根据所述传感器组件与所述显示屏的相对位置，进行自校准，其他时刻坐标轴的方向根据屏幕的旋转自行标定；

所述显示屏驱动组件，用于根据获取的所述状态数据，对所述显示屏显示的内容进行控制。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器组件，包括：三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器及三轴磁力计。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示屏驱动组件，具体用于，根据所述显示屏与所述传感器组件间的相对位置关系，对获取的所述状态数据进行融合处理，以确定所述显示屏当前的朝向，并根据所述显示屏当前的朝向，对所述显示屏显示的内容进行控制。

4.如权利要求1-3任一所述的设备，其特征在于，还包括：分别与所述显示屏驱动组件及传感器组件通信连接的模数转换组件，以使得所述传感器组件与所述显示屏的相对位置不变；

所述模数转换组件，用于将所述传感器组件输出的模拟信号转换为数字信号后，发送给所述显示屏驱动组件，具体地，所述模数转换组件包括多个模数转换模块，每个模数转换模块分别与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器及三轴磁力计相连，并且每个模数转换模块均与所述显示屏驱动组件相连，以分别将三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器及三轴磁力计的X、Y、Z轴中的模拟量通过模数转换模块转化为数字量，并发送至显示屏驱动组件。

5.如权利要求4所 述的设备，其特征在于，所述传感器组件，还用于：根据所述模数转换组件的输出值范围，将检测的所述头戴式虚拟现实设备的状态数据进行预处理。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括：分别与所述模数转换组件及所述显示屏驱动组件通信连接的信号调节组件；

所述信号调节组件，用于根据所述显示屏驱动组件的接口类型，将获取的数字信号调制为与所述显示屏驱动组件的接口类型匹配的数字信号。

7.如权利要求5或6任一所述的设备，其特征在于，还包括：用于对所述头戴式虚拟现实设备的工作状态进行控制的控制器组件。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：用于获取控制指令的触摸组件；

所述控制器组件，还用于根据所述触摸组件的触摸状态，生成用于控制所述头戴式虚拟现实设备的工作状态的控制指令。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，还包括：用于采集声音信号、并进行音频播放的声音处理组件；

所述声音处理组件，用于将采集的声音信号发送给所述控制器组件，以使所述控制器组件根据所述声音信号，对所述头戴式虚拟现实设备的工作状态进行控制；

所述显示屏驱动组件，还用于将所述显示屏当前显示的内容发送给所述控制器组件，以使所述控制器组件根据所述显示屏当前显示的内容生成音频信号，并发送给所述声音处理组件进行播放。

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