CN110573993B - 使用led追踪环的手持控制器 - Google Patents

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Abstract

一种手持控制器，包括在纵向方向上延伸的手柄。手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住。环附接到手柄的端部，并且当用户的手抓住手柄时，环围绕用户的拇指。环具有环形表面和弯曲外表面，该环形表面限定相对于纵向方向形成预定角度的平面。光源安装在弯曲外表面上，并被配置成发射光以由成像设备捕获，用于追踪手持控制器的位置或定向。在垂直于弯曲外表面的方向上发射光。

Description

使用LED追踪环的手持控制器
背景
公开领域
本公开总体上涉及虚拟现实(VR)控制器，并且具体涉及使用LED追踪环的手持控制器。
相关技术的描述
VR系统可以包括控制器以将用户的身体的移动转换为虚拟世界中的有形动作。一些控制器向Android或iOS VR头戴式设备(headset)提供振动反馈，以进行基于运动的游戏。控制器可以配备有陀螺仪、加速度计或地磁场传感器以将运动追溯到游戏中，从而允许直观的游戏玩法(gameplay)，就好像玩家在游戏中一样。
概述
实施例涉及一种手持控制器，用于追踪用户的手的运动、位置、自然手势和手指移动，以产生手部的存在感，从而用于更真实的且有触觉的VR。控制器可以让用户做出像指、挥手以及竖起拇指的社交手势，或者让用户用直观、自然的手部移动来操纵虚拟空间中的对象、拿起玩具或发射激光枪。
在一个实施例中，手持控制器包括在纵向方向上延伸的手柄。手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住。环附接到手柄的端部，并且当用户的手抓住手柄时，环围绕用户的拇指。环具有环形表面和弯曲外表面，该环形表面限定相对于纵向方向形成预定角度的平面。光源安装在弯曲外表面上，并被配置成发射光以由成像设备捕获，用于追踪手持控制器的位置或定向。在垂直于弯曲外表面的方向上发射光。
在一个实施例中，手柄具有圆柱形形状。
在一个实施例中，手持控制器包括位于手柄的底部表面上的按钮。该按钮可以由用户的手的食指或中指按压。
在一个实施例中，按钮具有对称的形状。
在一个实施例中，预定角度在45°至135°之间。
在一个实施例中，环的直径与手柄的长度的优选比率是9:10。
在一个实施例中，光源是发光二极管。
在一个实施例中，手柄由工程塑料制成。
在一个实施例中，环由工程塑料制成。
在一个实施例中，手持控制器包括传感器接口电路，用于从位于手柄的底部表面上的按钮接收传感器信号。该按钮响应于被用户的手的食指或中指按压而生成传感器信号。
在一个实施例中，手持控制器包括向光源提供电信号的电路。
在一个实施例中，手持控制器包括无线通信接口，用于发射指示从用户的手部接收到的用户输入的无线信号。
在涉及手持控制器/系统的所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中，在一个权利要求类别(例如系统)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如，方法、存储介质、计算机程序产品)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。
附图简述
通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解实施例的教导。
图1是根据实施例的手持控制器的示例示意性透视图。
图2是根据实施例的手持控制器的示例示意性侧视图。
图3是根据实施例的手持控制器的示例示意性框图。
附图仅为了说明的目的而描绘各种实施例。
详细描述
在实施例的以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供更透彻的理解。然而，注意的是，实施例可以在没有这些具体细节中的一个或更多个的情况下被实践。在其他实例中，没有详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
本文参考附图描述实施例，其中相似的附图标记表示相同或功能相似的元件。同样在附图中，每个附图标记的最左边的数字对应于第一次使用该附图标记的附图。
实施例涉及追踪用户的手部运动和位置的手持VR控制器。手持控制器包括在纵向方向上延伸的手柄。环附接到手柄的端部并具有弯曲外表面。光源安装在弯曲外表面上，并被配置成发射光以由成像设备捕获，用于追踪手持控制器的位置或定向。
手持控制器的示例示意性透视图
图1是根据实施例的手持控制器100的示例示意性透视图。手持控制器100可以作为独立控制器或者作为一对被追踪控制器(被追踪控制器赋予用户“手存在”——用户的虚拟手实际上是他自己的手的感觉)的一部分被包括在VR系统中。手持控制器100可以使用户能够用精确且直观、自然的手部移动来操纵虚拟空间中的对象。
手持控制器100包括在纵向方向108上延伸的手柄104。在一个实施例中，手柄104可以由工程塑料(例如注射成型的聚碳酸酯(PC)/丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)或聚酰胺(尼龙))制成。在其他实施例中，手柄104可以由木头或金属制成。手柄104可以抵抗冲击和磨损。手柄104的材料可以表现出耐热性、机械强度或刚性。
手柄104被成形并定尺寸以由用户的手抓住，用于追踪自然手势和手指移动，从而产生更真实的且有触觉的VR。例如，手柄可以具有圆柱形形状。手持控制器100的手柄104可以弯曲(bend)或成曲形(curve)以平衡控制器100的重量，使得它自然地位于用户手掌的顶部或用户手指的弯曲处。因此，用户可以舒适地握住手持控制器100，而不会将其掉落。即使用户在正常握住手持控制器100时试图完全张开他的手，用户的手指也可以接住环112并支撑手持控制器100的重量。环112附接到手柄104的端部，并具有环形表面120。该环可以由工程塑料制成。在一个实施例中，环由红外透明的聚碳酸酯制成。当手柄104被用户的手抓住时，环112可以围绕用户的拇指。
如图1所示，环112具有弯曲外表面116。光源128安装在弯曲外表面116上以发射光132，该光将由成像设备捕获，用于追踪手持控制器100的位置或定向。在垂直于弯曲外表面116的方向上发射光132。光源128可以是发光二极管。发光二极管128是双引线半导体光源(例如p-n结二极管)，其在接收到电信号时发射光132。VR系统可以包括照相机，以通过捕获发射的光132来追踪手持控制器100的位置或定向。例如，照相机可以安装在覆盖包括手持控制器100的视场角的计算机监视器上。
手持控制器100可以包括位于手柄104的底部表面140上的触发器按钮136。触发器按钮136可以由用户的手的食指或中指按压。触发器按钮136可以提供用于在VR空间中对虚拟对象进行抓握、升举等的信号。触发器按钮136可以具有对称的形状，例如矩形、椭圆形或圆形。触发器按钮136可以由橡胶或塑料制成。
手持控制器的示例示意性侧视图
图2是根据实施例的手持控制器100的示例示意性侧视图。上面参考图1示出并描述的环112的环形表面120限定了平面224，平面224相对于手柄104延伸的纵向方向108形成预定角度216。预定角度216可以在45°至135°之间。对于图2所示的环的几何结构，如果预定角度216大于45°，则这避免了对用户的拇指移动的干扰。如果预定角度216小于135°，则这避免了对安装在HMD上的照相机的外翻式追踪可见性(inside-out tracking visibility)的任何影响。
在实施例中，环112的直径204与手柄104的长度208的优选比率是9:10。环112的直径204与手柄104的长度208的优选比率减小了环的尺寸，同时容许95％男性用户的拇指间隙。手柄104的柄(grip)被定尺寸使得其可以由5％女性用户使用。
手持控制器的示例示意性框图
图3是根据实施例的手持控制器100的示例示意性框图。手持控制器100包括触发器按钮136、传感器接口电路304、光源128、电路308、无线通信接口312和总线324。在替代配置中，手持控制器100可以包括不同的和/或附加的部件，例如存储器、中央处理单元、电池、蓝牙部件、USB输入端等。
传感器接口电路304是数字电路、模拟电路或混合信号电路，以在用户按压触发器按钮136时从触发器按钮136接收电压或电流形式的传感器信号316。按钮136响应于被用户的手的食指或中指按压而生成传感器信号316。触发器按钮136可以连接到换能器，该换能器将触发器按钮136的机械运动转换成传感器信号316。手持控制器100可以包括电路308，以向光源128提供电信号320(例如电压)。电路308可以由手持控制器100上的电池供电，以生成电信号320。光源响应于接收到电信号320而发射光132。
手持控制器100可以包括无线通信接口312，无线通信接口312可以是用于发射无线信号328的数字电路、模拟电路或混合信号电路，无线信号328指示从用户的手部接收到的用户输入332。无线信号328可以被发射到头戴式显示器、计算机、VR系统等。无线通信接口312可以经由无线网络发送并接收数据，而不需要将电缆连接到手持控制器100。在一个实施例中，无线通信接口312可以支持高达11Mbps数据传输速率的802.11b无线网络标准和USB 1.1。在一个实施例中，无线通信接口312可以支持高达54Mbps数据传输速率的802.11g标准和USB 2.0。在一个实施例中，无线通信接口312可以是使用红外技术在手持控制器100和计算机等之间进行数据交换的紧凑型闪存(CF)无线网络适配器。无线通信接口412、传感器接口电路304和电路308可以经由总线324进行通信。
实施例的前述描述为了说明的目的被提出；它并不旨在是无遗漏的或将实施例限制到所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。
最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制创造性主题。因此，意图是范围不由该详细描述限制，而是由在基于此的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开旨在是说明性的，而不是限制在所附权利要求中阐述的范围。

Claims (12)

1.一种手持控制器，包括：
手柄，其在纵向方向上延伸，所述手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住；
环，其附接到所述手柄的第一端部，并且当用户的手抓住所述手柄时，所述环围绕用户的拇指，所述环具有：
环形表面，其限定相对于所述纵向方向形成预定角度的平面，以及
弯曲外表面；
多个光源，其安装在所述弯曲外表面上，并被配置成发射光以由成像设备捕获，用于追踪所述手持控制器的位置或定向，在垂直于所述弯曲外表面的方向上发射所述光；以及
位于所述手柄的所述第一端部的底部表面上的按钮，所述按钮被配置为由用户的手的食指或中指按压。
2.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述手柄具有圆柱形形状。
3.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述按钮具有对称的形状。
4.根据权利要求2所述的手持控制器，其中，所述按钮具有对称的形状。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，其中，所述预定角度在45°至135°之间。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，其中，所述环的直径与所述手柄的长度的优选比率为9:10。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，其中，所述光源是发光二极管。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，其中，所述手柄由工程塑料制成。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，其中，所述环由工程塑料制成。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，还包括传感器接口电路，所述传感器接口电路被配置为从位于所述手柄的底部表面上的按钮接收传感器信号，所述按钮被配置为响应于被用户的手的食指或中指按压而生成所述传感器信号。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，还包括被配置为向所述多个光源提供电信号的电路。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的手持控制器，还包括无线通信接口，所述无线通信接口被配置为发射指示从用户的手部接收到的用户输入的无线信号。
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