CN110083226B - 虚空间定位方法及装置 - Google Patents

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CN110083226B CN201810072177.0A CN201810072177A CN110083226B CN 110083226 B CN110083226 B CN 110083226B CN 201810072177 A CN201810072177 A CN 201810072177A CN 110083226 B CN110083226 B CN 110083226B
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Abstract

一种虚空间定位方法及装置，应用于一人机接口，包含以下步骤：接收一惯性感测单元所发出的多个第一感测数据组，判断该多个第一感测数据组的一数据特征符合一第一预定数据模型，接收该惯性感测单元所发出的多个第二感测数据组，判断该多个第二感测数据组的一数据特征符合一第二预定数据模型，根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算一移动方向及一移动距离，根据该第一移动方向及该第一移动距离定义一实体空间的一第一坐标系统，且于该第一坐标系统及该人机接口所对应的一虚空间的一第二坐标系统间建立一对应关系。

Description

虚空间定位方法及装置
【技术领域】
本发明是关于一种虚空间定位方法与装置，具体而言，本发明是关于一种利用惯性感测单元所产生的感测数据组于一虚空间定位的方法与装置。
【背景技术】
虚拟现实技术是由计算机产生多维度(例如：二维或三维)虚空间，并于该虚空间中提供用户视觉等感官的仿真环境。当用户动作时，计算机会进行复杂的运算，于显示屏幕显示虚拟环境中对应的影像信息、虚拟对象等等，让用户产生彷佛身历其境的临场感。
在虚拟现实技术中，使用者可借由各种传感器(例如：惯性感测单元(InertialMeasurement Unit，IMU)、激光传感器、红外线传感器、影像传感器等)来与虚空间中的虚拟对象互动或进行任何操作，因此虚空间的定位(亦即，对使用者动作精确地定位以呈现于虚拟环境中)便相当重要。目前虚空间的定位技术主要有光学式、影像式及采用特定输入设备等方式。
以宏达国际电子股份有限公司(HTC Corporation)与Valve公司所生产的Vive为例，其是采用灯塔(Lighthouse)追踪/定位技术。概要而言，灯塔追踪/定位技术于一空间中设置多个红外线激光发射基站，由头戴式显示器(Head-Mounted Display，HMD)上的光传感器检测红外线激光发射基站所发出的光并计时，再利用头戴式显示器收集/感应到感测数据的时间信息判断出头戴式显示器的位置。再以Oculus公司所生产的Oculus Rift为例，其是由使用者穿戴的头戴式显示器和控制器上的发光二极管发光，并以外部摄影机拍摄影像，再由计算机分析影像并判断其位置。
上述该多个技术皆存在布建昂贵、不易携带等缺点，且影像式的定位易受到背景光线的干扰。有鉴于此，本技术领域亟需一种便捷可携的虚空间定位技术，以提供行动虚拟现实的发展运用。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种虚空间定位方法与装置，可应用于一人机接口以定位用户的动作位置。
本发明所提供的该虚空间定位方法由一处理器实施，且包含以下步骤：(A)由该处理器接收一惯性感测单元所发出的多个第一感测数据组，其中，该多个第一感测数据组对应于一实体空间的一第一位置，(B)由该处理器判断该多个第一感测数据组的一第一数据特征符合一第一预定数据模型，(C)由该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第二感测数据组，其中，该多个第二感测数据组对应于该实体空间的一第二位置，(D)由该处理器判断该多个第二感测数据组的一第二数据特征符合一第二预定数据模型，(E)由该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算一第一移动方向及一第一移动距离，(F)由该处理器根据该第一移动方向及该第一移动距离，定义该实体空间的一第一坐标系统，以及(G)由该处理器于该第一坐标系统及该人机接口所对应的一虚空间的一第二坐标系统间建立一对应关系。
较佳地，该第一坐标系统具有多个第一坐标轴，各该第一坐标轴具有一第一最大值，该第二坐标系统具有多个第二坐标轴，各该第二坐标轴具有一第二最大值，该步骤(G)是由该处理器将该第二坐标系统的一原点对应至将该第一坐标系统的一原点，且将该多个第二最大值分别对应至该多个第一最大值。
较佳地，该虚空间定位方法还包括以下步骤：(H)由该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第三感测数据组，其中，该多个第三感测数据组对应于该实体空间的一第三位置，(I)由该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第三感测数据组计算一第二移动方向及一第二移动距离，(J)由该处理器根据该第二移动方向及该第二移动距离判断该第三位置落入该第一坐标系统的一坐标范围内，(K)由该处理器根据该第二移动方向、该第二移动及该对应关系，决定该第三位置于该第二坐标系统的一坐标点，以及(L)于一显示单元显示该虚空间，且于该虚空间的该坐标点显示一虚拟对象。
较佳地，该惯性感测单元是安装于一用户的一手部，该第一预定数据模型与该第二预定数据模型分别对应于该使用者的一第一特定手势及一第二特定手势。
较佳地，该惯性感测单元包括一加速度计，各该第一感测数据组包括一第一加速度数据，且各该第二感测数据组包括一第二加速度数据。
较佳地，该惯性感测单元还包括一陀螺仪及一磁力计，各该第一感测数据组还包括一第一角加速度数据及一第一方向角数据，且各该第二感测数据组还包括一第二角加速度数据及一第二方向角数据。
较佳地，该步骤(B)是由该处理器以一卷积神经网络判断该多个第一感测数据组的该第一数据特征是否符合该第一预定数据模型，且该步骤(D)是由该处理器以该卷积神经网络判断该多个第二感测数据组的该第二数据特征是否符合该第二预定数据模型。
较佳地，该虚空间定位方法还包括以下步骤：(M)由该处理器接收对应于该第一特定手势的多个第一训练消息，其中，各该第一训练消息包含多个第一训练感测数据组，(N)由该处理器接收对应于该第二特定手势的多个第二训练消息，其中，各该第二训练消息包含多个第二训练感测数据组，(O)由该处理器根据各该第一训练消息的一数据特征，以一卷积神经网络建立该第一预定数据模型，以及(P)由该处理器根据各该第二训练消息的一数据特征，以该卷积神经网络建立该第二预定数据模型。
本发明所提出的该虚空间定位装置应用于一人机接口，且包括一信号接收接口及一处理器，其中，该处理器与该信号接收接口电链接。该信号接收接口接收一惯性感测单元所发送的多个第一感测数据组及多个第二感测数据组，其中，该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组分别对应于一实体空间的一第一位置及一第二位置。该处理器判断该多个第一感测数据组的一第一数据特征符合一第一预定数据模型，且该多个第二感测数据组的一第二数据特征符合一第二预定数据模型。该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算一第一移动方向及一第一移动距离，根据该第一移动方向及该第一移动距离，定义该实体空间的一第一坐标系统，且于该第一坐标系统及该人机接口所对应的一虚空间的一第二坐标系统间建立一对应关系。
较佳地，该第一坐标系统具有多个第一坐标轴，各该第一坐标轴具有一第一最大值，该第二坐标系统具有多个第二坐标轴，各该第二坐标轴具有一第二最大值，该处理器将该第二坐标系统的一原点对应至将该第一坐标系统的一原点，且将该多个第二最大值分别对应至该多个第一最大值。
较佳地，该虚空间定位装置还包括一显示单元，其是与该处理器电连结。该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第三感测数据组，该多个第三感测数据组对应于该实体空间的一第三位置。该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第三感测数据组计算一第二移动方向及一第二移动距离，该处理器根据该第二移动方向及该第二移动距离判断该第三位置落入该第一坐标系统的一坐标范围内。该处理器根据该第二移动方向、该第二移动及该对应关系，决定该第三位置于该第二坐标系统的一坐标点。该显示单元显示该虚空间，且于该虚空间的该坐标点显示一虚拟对象。
较佳地，本发明所提出的该虚空间定位装置还能执行前述虚空间定位方法所能执行的其他步骤。
在参阅图式及随后描述的实施方式后，此技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施态样。
【附图说明】
图1为本发明的虚空间定位装置10的结构示意图；
图2为虚空间定位装置10将一实体空间23的第一坐标系统对应至一虚空间25的第二坐标系统的实施示意图；
图3A为本发明的虚空间定位方法的部分流程示意图；
图3B为本发明的虚空间定位方法的部分流程示意图；以及
图4为本发明的虚空间定位装置应用于虚拟现实装置的一实施例示意图。
【符号说明】
10：虚空间定位装置
101：信号接收接口
102：处理器
103：显示单元
105：惯性感测单元
20：人机接口
23：实体空间
211：第一位置
212：第二位置
235：第三位置
25：虚空间
255：坐标点
401：智能型手机
403：智慧手环
404：头戴式装置
411：特定手势
43：实体空间
431：第一位置
433：第二位置
45：虚空间
451：原点
453：最大距离点
301～308、321～325：步骤
【具体实施方式】
以下将通过实施例来解释本发明之内容，但本发明的实施例并非用以限制本发明须在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。需说明者，以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的组件已省略而未绘示，且图式中各组件间的尺寸关系仅为求容易了解，并非用以限制实际比例。
本发明的一实施例如图1及图2所示，其中，图1为本发明的虚空间定位装置10的结构示意图，图2为虚空间定位装置10将一实体空间23的第一坐标系统对应至一虚空间25的第二坐标系统的示意图。
如图1所示，虚空间定位装置10包括一信号接收接口101、一处理器102及一显示单元103，且虚空间定位装置10与一惯性感测单元(Inertial Measurement Unit，IMU)105搭配使用。信号接收接口101及显示单元103分别与处理器102电连结。于某些实施例中，显示单元103可设置于虚空间定位装置10之外。
信号接收接口101为一通讯组件(例如：天线或传输端口)，用以接收惯性感测单元105所发送的感测数据组。显示单元103为一具显示功能的装置，例如：屏幕或投影器等。惯性感测单元105是一种用于检测和测量物体加速度和多自由度(Degree Of Freedom，DOF)运动的传感器。于某些实施例中，惯性感测单元105包括一加速度计，故惯性感测单元105所感测/发送的各感测数据组(例如：后续说明中的各第一感测数据组、各第二感测数据组、各第三感测数据组)可个别地包括一加速度数据。
于某些实施例中，惯性感测单元105还可包括一陀螺仪及一磁力计，故惯性感测单元105所感测/发送的各感测数据组(例如：后续说明中的各第一感测数据组、各第二感测数据组、各第三感测数据组)还可包括一角加速度数据及一方向角数据。
在本实施例中，惯性感测单元105是置放于一使用者的一手部(或其他肢体部位)，故其所产生/发送的该多个感测数据组对应至用户的手部(或其他肢体部位)动作/姿势。举例而言，惯性感测单元105可配置于一手环或一指环中，并由使用者穿戴于手部。
请参考图2，于本实施例中，虚空间定位装置10是安装于一人机接口(HumanMachine Interface，HMI)20上。人机接口20的实施态样可为计算机、智能眼镜、智能头盔或头戴式装置等等。人机接口20上可执行一虚拟环境应用程序，而该虚拟环境应用程序对应至一虚空间25。显示单元103显示虚空间25，而用户可借由操作惯性感测单元105来控制虚空间25中的虚拟对象(例如：光标)或于虚空间25中执行操作，详述如下。
于本实施例中，惯性感测单元105是置放于使用者的手部。信号接收单元101持续地接收惯性感测单元105所发送的感测数据组。处理器102会判断是否有多个感测数据组的数据特征对应至一第一预定数据模型。若有多个感测数据组的数据特征对应至一第一预定数据模型，处理器102再判断是否有另外的多个感测数据组的数据特征对应至一第二预定数据模型。
兹假设信号接收单元101接收到多个第一感测数据组，且处理器102判断该多个第一感测数据组的一第一数据特征符合该第一预定数据模型。兹假设信号接收单元101后续(例如：几秒后)接收到多个第二感测数据组，且处理器102判断该多个第二感测数据组的一第二数据特征符合该第二预定数据模型。该多个第一感测数据组对应至实体空间23的第一位置211(亦即，用户的手部于实体空间23的第一位置211动作时，惯性感测单元105发送该多个第一感测数据组)，而该多个第二感测数据组对应至实体空间23的第二位置212(亦即，用户的手部于实体空间23的第二位置212动作时，惯性感测单元105发送该多个第二感测数据组)。
处理器102会利用该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组建立实体空间23及虚空间25间的坐标对应关系。具体而言，处理器102根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算出一第一移动方向及一第一移动距离。该第一移动方向及该第一移动距离代表第二位置212(亦即，惯性感测单元105发送该多个第二感测数据组的位置)与第一位置211(亦即，惯性感测单元105发送该多个第一感测数据组的位置)间的一第一相对位置。处理器102根据该第一移动方向及该第一移动距离(亦即，根据该第一相对位置)，定义实体空间23的一第一坐标系统。之后，处理器102于该第一坐标系统及人机接口20所对应的虚空间25的一第二坐标系统间建立一对应关系。
具体而言，实体空间23的该第一坐标系统具有多个第一坐标轴(例如：X轴、Y轴及Z轴)，且各该第一坐标轴具有一第一最大值(例如：Xmax、Ymax及Zmax)。此外，虚空间25的该第二坐标系统具有多个第二坐标轴(例如：x轴、y轴及z轴)，且各该第二坐标轴具有一第二最大值(例如：xmax、ymax及zmax)。处理器102根据该第一移动方向及该第一移动距离(亦即，根据该第一相对位置)定义实体空间23的该第一坐标系统的一坐标范围，其中，该第一坐标系统的原点(0,0,0)相当于惯性感测单元105发送该多个第一感测数据组时所在的第一位置211，而该多个第一坐标轴的该多个第一最大值Xmax、Ymax及Zmax所对应的坐标点相当于惯性感测单元105发送该多个第二感测数据组时所在的第二位置212。借由将该第一坐标系统的原点对应至第一位置211以及将该多个第一最大值Xmax、Ymax及Zmax所对应的坐标点对应至第二位置212，即定义了实体空间23的该第一坐标系统的坐标范围。
如前所述，处理器102还会在实体空间23的该第一坐标系统及虚空间25的该第二坐标系统间建立一对应关系。具体而言，处理器102将虚空间25的该第二坐标系统的原点对应于实体空间23的该第一坐标系统的原点，且将该多个第二坐标轴的该多个第二最大值xmax、ymax及zmax对应于该多个第一坐标轴的该多个第一最大值Xmax、Ymax及Zmax。此外，处理器102还可根据一预设的刻度设定方法于虚空间25的该第二坐标系统上建立坐标刻度，例如：可于原点至各该第二坐标轴间等分100刻度，此等刻度设定方法为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知，故不赘述。通过前述运作，虚空间定位装置10便已将实体空间23的该第一坐标系统对应至虚空间25的该第二坐标系统，建立了二者间的对应关系。
兹假设信号接收单元101后续接收到惯性感测单元105所发出的多个第三感测数据组，处理器102会判断是否要据以控制或显示虚空间25中的虚拟对象。该多个第三感测数据组对应至实体空间23的第三位置235(亦即，用户的手部于实体空间23的第三位置235动作时，惯性感测单元105发送该多个第一感测数据组)。处理器102根据该多个第一感测数据组及该多个第三感测数据组计算一第二移动方向及一第二移动距离。该第二移动方向及该第二移动距离代表第三位置235(亦即，惯性感测单元105发送该多个第三感测数据组的位置)与第一位置211(亦即，惯性感测单元105发送该多个第一感测数据组的位置)间的一第二相对位置。处理器102根据该第二移动方向及该第二移动距离判断第三位置235是否落入该第一坐标系统的坐标范围内。若第三位置235落入该第一坐标系统的坐标范围内，处理器102再根据该该第二移动方向、该第二移动距离以及该第一坐标系统与该第二坐标系统的该对应关系，决定第三位置235于该第二坐标系统的一坐标点255。接着，显示单元103于该虚空间的坐标点255显示一虚拟对象(例如：一游标)。如此，即可实现在使用者实际操作惯性感测单元105(例如：通过手部动作)的实体空间及虚空间25之间建立明确的对应关系，以达成在人机接口20输入信息或/及控制/操作虚拟对象。
较佳地，于某些实施例中，处理器102可借由一类神经网络(例如：卷积神经网络(Convolutional Neural Network，CNN))、一支持向量机(Support Vector Machine，SVM)或一判定树等方法来判断惯性感测单元105所发出的该多个第一感测数据组的该第一数据特征是否符合该第一预定数据模型。类似的，处理器102可借由一类神经网络(例如：卷积神经网络)、一支持向量机或一判定树等方法来判断惯性感测单元105所发出的该多个第二感测数据组的该第二数据特征是否符合该第二预定数据模型。
若借由类神经网络、支持向量机或判定树的方法来判断该多个第一/第二感测消息的该第一/第二数据特征是否符合该第一/第二预定数据模型，该第一/第二数据特征各可为振幅、斜率及/或越零率(zero-crossing rate)等时域特征，或该时域特征经傅立叶变换后的频域特征。处理器102可依加速度数据、角加速度数据或方向角数据特性的不同而采取对应的分析技术以获得第一/第二数据特征。若采卷积神经网络来判断，该第一/第二数据特征可为该多个第一/第二感测数据组的原始数据，此时该多个第一/第二感测数据组中的加速度数据、角加速度数据或方向角数据可以整合为多维度的向量而一起分析。
于某些实施例中，惯性感测单元105可置放于使用者的手部。于该多个实施例中，第一预定数据模型与第二预定数据模型可分别对应于使用者的一第一特定手势及一第二特定手势，例如：画圈、打勾或上下框引号等手势。
较佳地，于某些实施例中，信号接收单元105可接收该用户或其他使用者比划该第一特定手势时惯性感测单元105所发出的多个第一训练消息，其中，各该第一训练消息包含多个第一训练感测数据组。处理器102再根据各该第一训练消息的一数据特征来建立该第一预定数据模型(例如：以该卷积神经网络建立该第一预定数据模型)。同样地，信号接收单元105可接收该用户或其他使用者比划该第二特定手势时惯性感测单元105所发出的多个第二训练消息，其中，各该第二训练消息包含多个第二训练感测数据组。处理器102再根据各该第二训练消息的一数据特征来建立该第二预定数据模型(例如：以该卷积神经网络建立该第二预定数据模型)。前述该第一特定手势及该第二特定手势可为相同的手势，亦可为不同的手势。当该第一特定手势及该第二特定手势为相同的手势时，该第一预定数据模型与第二预定数据模型为相同的数据模型。
在图2所示的实施例中，设置有虚空间定位装置10的人机接口20为一虚拟现实的头戴式装置，但本发明所属技术领域中具有通常知识者依据前述说明应可了解虚空间定位装置10可运用于其他具有虚空间的人机接口。借由虚空间定位装置10所提供的技术，可使惯性感测单元105取代输入设备(例如：鼠标)，用户通过移动惯性感测单元105(例如：手持惯性感测单元105比划手势、脚部安装惯性感测单元105来移动)来指引计算机、智能眼镜或智能头盔的显示屏幕中所呈现的虚拟对象(例如：光标)移动。
请参考图3A，其为描绘本发明的虚空间定位方法的一实施例的流程示意图。虚空间定位方法应用于一人机接口，且由一处理器(例如：前述实施例中的处理器102)实施。
首先，执行步骤301，由该处理器接收一惯性感测单元所发出的多个第一感测数据组，其中，该多个第一感测数据组对应于一实体空间的一第一位置。其后，执行步骤302，由该处理器判断该多个第一感测数据组的一第一数据特征是否符合一第一预定数据模型。于某些实施例中，步骤302是由该处理器以一卷积神经网络判断该第一数据特征符合该第一预定数据模型。若步骤302的判断结果为否，则再次执行步骤301。若步骤302的判断结果为是(亦即，该多个第一感测数据组的该第一数据特征符合该第一预定数据模型)，则执行步骤303，由该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第二感测数据组，其中，该多个第二感测数据组对应于该实体空间的一第二位置。其后，执行步骤304，由该处理器判断该多个第二感测数据组的一第二数据特征是否符合一第二预定数据模型。于某些实施例中，步骤304是由该处理器以一卷积神经网络判断该第一数据特征符合该第一预定数据模型。若步骤304的判断结果为否，则再次执行步骤301。
若步骤304的判断结果为是(亦即，该多个第二感测数据组的该第二数据特征符合该第二预定数据模型)，则执行步骤305，由该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算一第一移动方向及一第一移动距离。该第一移动方向及该第一移动距离代表该第二位置与该第一位置间的一第一相对位置。接着，于步骤306，由该处理器根据该第一移动方向及该第一移动距离，定义该实体空间的一第一坐标系统。需说明者，该第一坐标系统具有多个第一坐标轴，且各该第一坐标轴具有一第一最大值。步骤306相当于将该惯性感测单元发送该多个第一感测数据组当下所在的该第一位置设定为该第一坐标系统的一原点，且将该惯性感测单元发送该多个第二感测数据组当下所在的该第二位置设定为该多个第一最大值所对应的坐标点。
其后，执行步骤307，由该处理器于该第一坐标系统及该人机接口所对应的一虚空间的一第二坐标系统间建立一对应关系。具体而言，该第二坐标系统具有多个第二坐标轴，且各该第二坐标轴具有一第二最大值。步骤307是由该处理器将该第二坐标系统的一原点对应至将该第一坐标系统的一原点，且将该多个第二最大值分别对应至该多个第一最大值。于某些实施例中，还可再执行步骤308，于该人机接口的一显示单元显示该虚空间。
某些实施例还会执行图3B所示的流程。于步骤321，由该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第三感测数据组，其中，该多个第三感测数据组对应于该实体空间的一第三位置。于步骤322，由该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第三感测数据组计算一第二移动方向及一第二移动距离。该第二移动方向及该第二移动距离代表该第三位置与该第一位置间的一第二相对位置。于步骤323，由该处理器根据该第二移动方向及该第二移动距离判断该第三位置是否落入该第一坐标系统的一坐标范围内。若步骤323的判断结果为否，则返回步骤321。若步骤323的判断结果为是，则执行步骤324，由该处理器根据该第二移动方向、该第二移动距离及该对应关系，决定该第三位置于该第二坐标系统的一坐标点。于步骤325，于该显示单元所显示的该虚空间的该坐标点显示一虚拟对象。
于某些实施例中，该惯性感测单元是置放于一使用者的一手部，且该第一预定数据模型与该第二预定数据模型分别对应于该使用者的一第一特定手势及一第二特定手势。
于某些实施例中，该惯性感测单元包括一加速度计，各该第一感测数据组包括一第一加速度数据，且各该第二感测数据组包括一第二加速度数据。于某些实施例中，该惯性感测单元还包括一陀螺仪及一磁力计，且各该第一感测数据组还包括一第一角加速度数据及一第一方向角数据，各该第二感测数据组还包括一第二角加速度数据及一第二方向角数据。
较佳地，可于步骤302之前先执行一训练流程以建立该第一及第二预定数据模型。举例而言，当一或多个使用者手持惯性感测单元而比划该第一特定手势(例如：先下后上的打勾手势)时，该训练流程执行一步骤，由该处理器接收惯性感测单元所发出的多个第一训练消息，其中，各该第一训练消息对应至该第一特定手势且包含多个第一训练感测数据组。该训练流程还执行另一步骤，由该处理器根据各该第一训练消息的一数据特征来建立该第一预定数据模型(例如：以一卷积神经网络建立)。同样地，当一或多个使用者手持惯性感测单元而比划该第二特定手势时，该训练流程执行一步骤，由该处理器接收惯性感测单元所发出的多个第二训练消息，其中，各该第二训练消息对应至该第二特定手势且包含多个第二训练感测数据组。该训练流程还执行另一步骤，由该处理器根据各该第二训练消息的一数据特征来建立该第二预定数据模型(例如：以一卷积神经网络建立)。
除了上述步骤，本实施例的虚空间定位方法亦能执行在前述实施例中所阐述的所有操作并具有所有对应的功能，本发明所属技术领域中具有通常知识者可直接了解此实施例如何基于前述实施例执行此等操作及具有该多个功能，故不赘述。
请参考图4，其为描绘本发明的虚空间定位装置应用于虚拟现实装置的一实施例的示意图。在图4中，智能型手机401通过蓝芽协议与一智慧手环403建立联机。智能手环403设置有一惯性感测单元(图上未标示)。智能型手机401上的一应用程序(Application，APP)开启后即可接收智能手环403上的惯性感测单元所传送的感测数据组。借由该应用程序的标注功能可标注用户做出一特定手势(例如：画圆或打勾等)时所接获的各该感测数据组的一起始点与一结束点。之后，将收集到的该多个感测数据组利用机器学习方法(例如：卷积神经网络)进行模型训练，即可建立对应该特定手势的预定数据模型。
其后，开启智能型手机401的应用程序中的虚拟现实功能，并将智能型手机401放入行动的头戴式装置404中。智能型手机401持续接收智慧手环403的惯性感测单元所传送的感测数据组，并判断接收到的该多个感测数据组中的某一些的数据特征是否符合训练好的预定数据模型。当智能手机401判断该多个感测数据组中的某一些的数据特征符合预定数据模型时，代表用户于某一位置(兹假设为第一位置431)比划了特定手势411。当智能型手机401会持续接收智慧手环403的惯性感测单元所传送的感测数据组，并判断是否有其他多个感测数据组的数据特征符合训练好的预定数据模型。当智能型手机401判断有其他多个感测数据组的数据特征符合训练好的预定数据模型时，代表用户于另一位置(兹假设为第二位置433)比划了特定手势。
智能型手机401会以本发明所提供的虚空间定位技术将第一位置431设定为实体空间43的第一坐标系统的原点，且将第二位置433设定为实体空间43的第一坐标系统的一最大距离点。需说明者，第一坐标系统具有多个第一坐标轴，各第一坐标轴具有一第一最大值，该多个第一最大值所对应的坐标点即为前述最大距离点。智能型手机401会再将第一坐标系统的原点(亦即，第一位置431)及最大距离点(亦即，第二位置433)分别对应至虚拟现实的虚空间45的第二坐标系统的原点451及最大距离点453。需说明者，第二坐标系统具有多个第二坐标轴，各第二坐标轴具有一第二最大值，该多个第二最大值所对应的坐标点即为前述第二坐标系统中的最大距离点。以二维坐标系统为例，最大距离点可表示为(Xmax,Ymax)。以三维坐标系统为例，最大距离点可表示为(Xmax,Ymax,Zmax)。
其后，智能型手机401仍持续接收智慧手环403的惯性感测单元所传送的感测数据组，并借由将感测数据组所包含的各方向的加速度数据积分二次来计算该智慧手环403相对于第一位置431的一相对位置(包含方向与位移)，并依据第一坐标系统与第二坐标系统间的对应关系计算出该相对位置于虚空间45的对应的坐标点，再根据该坐标点于虚拟现实的虚空间45中显示一虚拟对象。其他实施细节如图2所示，故不再赘述。
综上所述，本发明的虚空间定位装置及方法不需事先设置外部检测设备，且无需使用影像数据进行定位。因此，本发明不受环境的光线条件影响，且在任何空间及环境下皆可使用。相较于已知技术，本发明具备高度的灵活性与环境适应性，有效解决已知技术的问题并改善已知技术的缺失。此外，本发明可配合既有的装置(例如：智慧手环或智能型手机)实施，兼具经济性及产业利用性。

Claims (14)

1.一种虚空间定位方法，应用于一人机接口，其特征在于，该虚空间定位方法由一处理器实施且包含以下步骤：
(A)由该处理器接收一惯性感测单元所发出的多个第一感测数据组，其中，该多个第一感测数据组对应于一实体空间的一第一位置；
(B)由该处理器判断该多个第一感测数据组的一第一数据特征符合一第一预定数据模型；
(C)由该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第二感测数据组，其中，该多个第二感测数据组对应于该实体空间的一第二位置；
(D)由该处理器判断该多个第二感测数据组的一第二数据特征符合一第二预定数据模型；
(E)由该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算一第一移动方向及一第一移动距离；
(F)由该处理器根据该第一移动方向及该第一移动距离，定义该实体空间的一第一坐标系统；以及
(G)由该处理器于该第一坐标系统及该人机接口所对应的一虚空间的一第二坐标系统间建立一对应关系；
其中，该步骤(B)是由该处理器以一卷积神经网络判断该第一数据特征符合该第一预定数据模型，及该步骤(D)是由该处理器以该卷积神经网络判断该第二数据特征符合该第二预定数据模型。
2.如权利要求1所述的虚空间定位方法，其特征在于，该第一坐标系统具有多个第一坐标轴，各该第一坐标轴具有一第一最大值，该第二坐标系统具有多个第二坐标轴，各该第二坐标轴具有一第二最大值，该步骤(G)是由该处理器将该第二坐标系统的一原点对应至将该第一坐标系统的一原点，且将该多个第二最大值分别对应至该多个第一最大值。
3.如权利要求1所述的虚空间定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：
由该处理器接收该惯性感测单元所发出的多个第三感测数据组，其中，该多个第三感测数据组对应于该实体空间的一第三位置；
由该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第三感测数据组计算一第二移动方向及一第二移动距离；
由该处理器根据该第二移动方向及该第二移动距离判断该第三位置落入该第一坐标系统的一坐标范围内；
由该处理器根据该第二移动方向、该第二移动距离及该对应关系，决定该第三位置于该第二坐标系统的一坐标点；以及
于一显示单元显示该虚空间，且于该虚空间的该坐标点显示一虚拟对象。
4.如权利要求1所述的虚空间定位方法，其特征在于，该惯性感测单元是置放于一使用者的一手部，该第一预定数据模型与该第二预定数据模型分别对应于该使用者的一第一特定手势及一第二特定手势。
5.如权利要求1所述的虚空间定位方法，其特征在于，该惯性感测单元包括一加速度计，各该第一感测数据组包括一第一加速度数据，且各该第二感测数据组包括一第二加速度数据。
6.如权利要求5所述的虚空间定位方法，其特征在于，该惯性感测单元还包括一陀螺仪及一磁力计，各该第一感测数据组还包括一第一角加速度数据及一第一方向角数据，各该第二感测数据组还包括一第二角加速度数据及一第二方向角数据。
7.如权利要求4所述的虚空间定位方法，其特征在于，还包含下列步骤：
由该处理器接收对应于该第一特定手势的多个第一训练消息，其中，各该第一训练消息包含多个第一训练感测数据组；
由该处理器接收对应于该第二特定手势的多个第二训练消息，其中，各该第二训练消息包含多个第二训练感测数据组；
由该处理器根据各该第一训练消息的一数据特征，以一卷积神经网络建立该第一预定数据模型；以及
由该处理器根据各该第二训练消息的一数据特征，以该卷积神经网络建立该第二预定数据模型。
8.一种虚空间定位装置，其特征在于，应用于一人机接口且包括：
一信号接收接口，接收一惯性感测单元所发送的多个第一感测数据组及多个第二感测数据组，其中，该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组分别对应于一实体空间的一第一位置及一第二位置；以及
一处理器，与该信号接收接口电链接，判断该多个第一感测数据组的一第一数据特征符合一第一预定数据模型，判断该多个第二感测数据组的一第二数据特征符合一第二预定数据模型，根据该多个第一感测数据组及该多个第二感测数据组计算一第一移动方向及一第一移动距离，根据该第一移动方向及该第一移动距离，定义该实体空间的一第一坐标系统，且于该第一坐标系统及该人机接口所对应的一虚空间的一第二坐标系统间建立一对应关系，
其中，该处理器是以一卷积神经网络判断该第一数据特征符合该第一预定数据模型，且以该卷积神经网络判断该第二数据特征符合该第二预定数据模型。
9.如权利要求8所述的虚空间定位装置，其特征在于，该第一坐标系统具有多个第一坐标轴，各该第一坐标轴具有一第一最大值，该第二坐标系统具有多个第二坐标轴，各该第二坐标轴具有一第二最大值，该处理器将该第二坐标系统的一原点对应至将该第一坐标系统的一原点，且将该多个第二最大值分别对应至该多个第一最大值。
10.如权利要求8所述的虚空间定位装置，其特征在于，还包括：
一显示单元，与该处理器电链接并显示该虚空间，
其中，该信号接收接口接收该惯性感测单元所发出的多个第三感测数据组，该多个第三感测数据组对应于该实体空间的一第三位置，该处理器根据该多个第一感测数据组及该多个第三感测数据组计算一第二移动方向及一第二移动距离，该处理器根据该第二移动方向及该第二移动距离判断该第三位置落入该第一坐标系统的一坐标范围内，该处理器根据该第二移动方向、该第二移动距离及该对应关系决定该第三位置于该第二坐标系统的一坐标点，该显示单元于该虚空间的该坐标点显示一虚拟对象。
11.如权利要求8所述的虚空间定位装置，其特征在于，该惯性感测单元是置放于一使用者的一手部，该第一预定数据模型与该第二预定数据模型分别对应于该使用者的一第一特定手势及一第二特定手势。
12.如权利要求8所述的虚空间定位装置，其特征在于，该惯性感测单元包括一加速度计，各该第一感测数据组包括一第一加速度数据，各该第二感测数据组包括一第二加速度数据。
13.如权利要求12所述的虚空间定位装置，其特征在于，该惯性感测单元还包括一陀螺仪及一磁力计，各该第一感测数据组还包括一第一角加速度数据及一第一方向角数据，各该第二感测数据组还包括一第二角加速度数据及一第二方向角数据。
14.如权利要求11所述的虚空间定位装置，其特征在于，该信号接收接口还接收对应于该第一特定手势的多个第一训练消息及对应于该第二特定手势的多个第二训练消息，各该第一训练消息包含多个第一训练感测数据组，各该第二训练消息包含多个第二训练感测数据组，该处理器还根据各该第一训练消息的一数据特征以一卷积神经网络建立该第一预定数据模型，该处理器还根据各该第二训练消息的一数据特征以该卷积神经网络建立该第二预定数据模型。
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