CN111298426A - 应用于虚拟现实的电竞座舱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电竞座舱，其包括显示设备、可调式座椅、自由度调整装置、情境营造装置，以及系统端。自由度调整装置可提供垂直、水平和偏摆的三种自由度显示，并根据侦测到的视线数据来达到自动视角切换和自动环绕音效控制。系统端使用注视点渲染技术来调整显示设备的分辨率，进而减轻系统运算负担。情境营造装置可来提供虚拟现实应用所需的视觉、嗅觉、触觉或冲击等情境效果。因此，本发明电竞座舱能提供高自由度显示、自动视角切换、自动环绕音效控制，以及情境系统。

Description

应用于虚拟现实的电竞座舱
技术领域
本发明涉及一种应用于虚拟现实的电竞座舱，尤其涉及一种可在虚拟现实应用中提供高自由度显示、自动视角切换、自动环绕音效控制，以及情境系统的电竞座舱。
背景技术
虚拟现实(virtual reality,VR)是利用计算机技术仿真出一个立体且高拟真的三维空间，当用户穿戴特殊显示设备进入后，会产生好像处在现实中的错觉。在这虚拟现实空间中，操作者可以和虚拟对象或其他玩家互动。由于虚拟现实应用强调的是用户在虚拟世界中的沉浸感，因此除了须满足在虚拟世界中的操控驾驭之外，更希望获得的不仅只是视觉以及声音的感受，进一步也希望能够同时提升人体五感的体验。
发明内容
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种高自由度显示、自动视角切换、自动环绕音效控制，以及情境系统的电竞座舱。
为达到上述目的，本发明公开一种应用于虚拟现实的电竞座舱包括一显示设备、设置于一底座上的一可调式座椅、一自由度调整装置，以及一系统端。所述自由度调整装置包括多个垂直轨道，设置于所述底座上；多个环状轨道，以可移动方式架设于所述多个垂直轨道上，用来通过沿着所述多个垂直轨道上下移动来提供一垂直方向的一第一自由度，以及通过在所述多个垂直轨道左右转动来提供一水平方向的一第二自由度；一视线侦测装置，设置于所述多个环状轨道中一第一环状轨道上，用来在一用户坐上所述可调式座椅后侦测所述用户的视线变化或头部角度以提供一视线数据；以及一显示器调整装置，以可移动方式架设在所述多个环状轨道中一第二环状轨道上，用来乘载所述显示设备并提供相关于所述显示设备的仰角的一第三自由度。所述系统端包括一主机和一微控制器。主机用来提供一虚拟现实应用所需的一影音数据。所述微控制器用来根据所述影音数据来控制所述可调式座椅的角度和倾斜度、控制所述多个环状轨道沿着所述多个垂直轨道上下移动以调整所述显示设备的高度，以及控制所述多个环状轨道在所述多个垂直轨道上左右转动以调整所述显示设备的方位。
附图说明
图1为本发明实施例中一种应用于虚拟现实的电竞座舱的功能方块图。
图2A至第2C图为本发明实施例电竞座舱中可调式座椅、显示设备和自由度调整装置实作方式的外观示意图。
图3A和图3B为本发明实施例电竞座舱中座椅、显示设备和自由度调整装置实作方式的侧视图。
图4A和图4B为本发明实施例电竞座舱中座椅、显示设备和环绕音响组实作方式的示意图。
图5A和图5B为本发明实施例中可调式座椅、显示设备、自由度调整装置和环绕音响组作动时的示意图。
图6A至图6C为本发明实施例中电竞座舱中显示设备使用注视点渲染技术时的示意图。
图7为本发明实施例电竞座舱中情境营造装置的功能方块图。
图8A和图8B为本发明实施例电竞座舱中座椅、显示设备和情境营造装置实作方式的示意图。
图9为本发明实施例电竞座舱中操作平台的功能配置的上视图。
其中，附图标记说明如下：
5 底座
10 系统端
12 主机
14 图像处理单元
16 微控制器
20 可调式座椅
22 旋转马达
24 倾斜度控制器
30 显示设备
40 自由度调整装置
44 显示器调整装置
45 垂直滑轨
46 滑块
47 摇杆
48 连杆
50 环绕音响组
60 情境营造装置
70 操作平台
72 输入/输出接口
74 无线充电装置
76 辅助显示屏幕
82 触摸板
84 键盘
86 鼠标
100 电竞座舱
A1-AM 环状轨道、
B1-BN 垂直轨道
C1-CP 视线侦测装置
D1-DQ 屏幕
E1-ER 扬声器
F1-FS 容器
G1-GS 加熱器
H1-HS 噴嘴
I1-I2 幫浦
K1-KT 氣囊
L1-LU 風扇
J1-J3 可旋轉接點
J4 不可旋轉接點
VC 閥門控制器
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种应用于虚拟现实的电竞座舱100的功能方块图。电竞座舱100包括一系统端10、一可调式座椅20、一显示设备30、一自由度调整装置40、一环绕音响组50、一情境营造装置60，以及一操作平台70。
系统端10包括一主机12、一图像处理单元14，以及一微控制器16。主机12可提供不同虚拟现实应用所需的影音数据，图像处理单元14可处理主机12所提供的虚拟现实影像数据以呈现在显示设备30上，而微控制器16可根据主机12所提供的虚拟现实影音数据来控制电竞座舱100中各组件以提供相对应的视觉、音响和情境效果。在本发明实施例中，在不妨碍虚拟现实应用的前提下，系统端10可设置在电竞座舱10中任何合适位置。然而，系统端10的实作方式并不限定本发明的范畴。
图2A至第2C图为本发明实施例电竞座舱100中可调式座椅20、显示设备30和自由度调整装置40实作方式的外观示意图。可调式座椅20可设置在一底座5上，微控制器16(未显示在图2A至第2C图中)可根据主机12(未显示在图2A至第2C图中)所提供的虚拟现实影音数据来控制可调式座椅20内设置的旋转马达22和倾斜度控制器24(可设置于可调式座椅20内)，进而在特定虚拟现实应用的过程中改变可调式座椅20的角度和倾斜度。自由度调整装置40包括环状轨道A1-AM、垂直轨道B1-BN、视线侦测装置C1-CP，以及一显示器调整装置44，其中M、N和P为大于1的整数。垂直轨道B1-BN固定在底座5上，用来乘载环状轨道A1-AM。当环状轨道A1-AM以可移动方式架设于垂直轨道B1-BN上：当环状轨道A1-AM沿着垂直轨道B1-BN上下移动时，可在虚拟现实应用中提供垂直方向的自由度，如图2A和图2B所示；当环状轨道A1-AM在垂直轨道B1-BN左右旋转时，可在虚拟现实应用中提供水平环绕的自由度，如图2B和第2C图所示。显示设备30包括屏幕D1-DQ(Q为正整数)，其固定于显示器调整装置44上，而显示器调整装置44以可移动方式架设在环状轨道A1-AM上。显示器调整装置44因角度问题未显示在图2A至第2C图中，但在说明书后续内容和图式将会说明其实施方式。为了说明目的，图2A至第2C图显示了M＝2、N＝3、P＝4和Q＝3时的实施例，然而M、N、P和Q的值并不限定本发明的范畴。
图3A和图3B为本发明实施例电竞座舱100中座椅20、显示设备30和自由度调整装置40实作方式的侧视图。在此实施例中，显示器调整装置44可包括垂直滑轨45、滑块46、摇杆47，以及连杆48等组件以控制屏幕D1-D3的作动。垂直滑轨45固定在环状轨道A1-A2中至少一环状轨道上，而滑块46可在垂直滑轨45内做垂直方向的移动。每一摇杆47包括两个可旋转接点J1和J2，可旋转接点J1连结至显示设备30中一相对应屏幕上方，而可旋转接点J2连结至相对应垂直轨道45。连杆48包括一可旋转接点J3和一不可旋转接点J4，可旋转接点J3连结至显示设备30中一相对应屏幕下方，而不可旋转接点J4固定在相对应滑块46上。视线侦测装置C1-C4可包括多个相机或红外线传感器，用来在用户坐上可调式座椅20后随时侦测用户的视线变化或头部角度。根据视线侦测装置C1-C4提供的视线数据，显示器调整装置44可通过滑块46在垂直滑轨45内的移动来调整屏幕D1-DQ的仰角，进而在虚拟现实应用中提供偏摆(yaw)的自由度。本发明的显示器调整装置44可采用不同机构来调整屏幕D1-DQ的仰角，图3A和图3B所示的实施例并不限定本发明的范畴。
图4A和图4B为本发明实施例电竞座舱100中座椅20、显示设备30和环绕音响组50实作方式的示意图。如图4A的上视图所示，环绕音响组50包括多组扬声器E1-ER(R为大于1的整数)，设置于环状轨道A1-AM上不同位置以提供环绕音效。如图4B的外观图所示，显示设备30的屏幕D1-DQ可设置在环状轨道A1上，而环绕音响组50可设置在环状轨道A2上。微控制器16可根据主机12所提供的虚拟现实影音数据来控制环绕音响组50中不同音响的音量和音效以提供相对应的环绕立体声。为了说明目的，图4A和图4B显示了R＝6时的实施例，然而环绕音响组50所包括音响数量和在环状轨道上的设置位置并不限定本发明的范畴。
图5A和图5B为本发明实施例中可调式座椅20、显示设备30、自由度调整装置40和环绕音响组50作动时的示意图。假设根据目前虚拟现实应用的内容，在用户的正左方和正右方需要制造特定音效，此时环绕音响组50中的音响E3和E6会运作，而其它音响不会发声。若视线侦测装置C1-C4判断用户的视线从身体正前方的屏幕D2移向身体右前方的屏幕D3(如图5A所示)，此时系统端10的微控制器16(未显示在图5A和图5B中)会控制环状轨道A1-AM以顺时针方向做相对应转动，使得架设在环状轨道A1-AM上的营幕D1-D3和音响E1-E6都能随着用户视线转动(如图5B所示)，如此环绕音响组50中的音响E3和E6会维持在用户的正左方和正右方制造特定音效。此外，可调式座椅20可利用旋转马达22(如图3A和图3B所示)来调整用户的身体角度。通过控制可调式座椅20、显示设备30和环绕音响组50随着用户视线自动旋转，用户在虚拟现实应用中不需要分神去切换至其它屏幕的视角，而环绕立体声的效果也不会因为用户身体方位调整而产生混乱。
人眼在视物的过程中并不会注意到全部的细节，而是只有中间视觉焦点附近是清晰的，因此即使目标物在人眼视角涵盖范围内，人还是习惯会转头朝向真正要注意的目标。除了前述提及随着用户视线自动旋转显示设备30的位置，本发明另可使用注视点渲染技术(foveated rendering)来减轻系统运算负担或降低对计算机性能的要求。图6A至图6C为本发明实施例中显示设备30使用注视点渲染技术时的示意图。图6A至图6C分别显示用户的视线从屏幕D2移向屏幕D3的过程，而屏幕D1-D3中所示的数字代表在用户视线转动的过程中每一屏幕的分辨率。在图6A所示的状态下，视线侦测装置C1-C4判断用户正视前方，此时负责人眼可专注范围的屏幕D2可采用较高的分辨率，而负责人眼余光可观察范围的屏幕D1和屏幕D3可采用较低的分辨率。在图6B所示的状态下，视线侦测装置C1-C4判断用户的眼光向右偏移至约在屏幕D2和屏幕D3中间，此时负责人眼可专注范围的屏幕D2和屏幕D3可采用较高的分辨率，而负责人眼余光可观察范围的屏幕D1可采用较低的分辨率。在图6C所示的状态下，视线侦测装置C1-C4判断用户的眼光向右偏移至屏幕D3，此时负责人眼可专注范围的屏幕D3可采用较高的分辨率，而负责人眼余光可观察范围的屏幕D1和屏幕D2可采用较低的分辨率。
图7为本发明实施例中情境营造装置60的功能方块图。情境营造装置60包括容器F1-FS、加热器G1-GS、喷嘴H1-HS、帮浦I1-I2、气囊K1-KT、风扇L1-LU，以及一阀门控制器VC，其中S、T和U为正整数。容器F1-FS内各装有固态二氧化碳、丙二醇、蔬菜甘油或各式食品级香精等物质，而加热器G1-GS可分别对容器F1-FS进行加热。喷嘴H1-HS各自经由管路连结至相对应的容器F1-FS，其中喷嘴F1-FR和相对应的容器E1-ER的间的路径可由微控制器16控制阀门控制器VC来开启或关闭。
当情境营造装置60在营造视觉效果时，会藉由微控制器16控制加热器G1-GS以对内装有固态二氧化碳、丙二醇或蔬菜甘油的容器加热，进而藉由相变化的方式制造出烟雾。帮浦I1-I2可提供喷射气体的动力来源，在开启相对应的喷嘴后即可在电竞座舱100内产生实际烟雾以营造虚拟现实应用所需的视觉效果。
当情境营造装置60在营造嗅觉效果时，会藉由微控制器16控制帮浦I1-I2以提供喷射气体的动力来源至内装有各式食品级香精的容器，再通过控制阀门VC来开启相对应的喷嘴，进而释出例如火药、森林、血腥或海水等味觉刺激以营造虚拟现实应用所需的嗅觉效果。
当情境营造装置60在营造触觉效果时，会藉由微控制器16控制帮浦I1-I2以提供高速流动的气体来产生类似子弹在身边飞过的触感，或是控制风扇L1-LU发送出类似快速行进时的自然风，进而营造虚拟现实应用所需的不同力道的触觉效果。
气囊K1-KT可设置在可调式座椅20内不同位置，例如设置在对应用户左背、右背、左腰、右腰、左大腿、右大腿、左小腿，和右小腿的处。当情境营造装置60在营造冲击效果时，会藉由微控制器16控制帮浦I1-I2来分别进行充气和放气的动作，进而在用户身体不同部位造成不同冲击的触觉效果。
图8A和图8B为本发明实施例电竞座舱100中座椅20、显示设备30和情境营造装置60实作方式的示意图。如图8A的上视图所示，情境营造装置60可设置于环状轨道A1-AM上不同位置以营造多种虚拟现实效果。如图8B的外观图所示，显示设备30的屏幕D1-DQ可设置在环状轨道A1上，而情境营造装置60的喷嘴H1-HS和风扇L1-LU可设置在环状轨道A2上。微控制器16可根据主机12所提供的虚拟现实影音数据来控制情境营造装置60以提供相对应的视觉、嗅觉、触觉或冲击等虚拟现实情境效果。为了说明目的，图8A和图8B显示了Q＝3、S＝4和U＝4时的实施例，然而营造装置60中喷嘴和风扇的数量和在环状轨道上的设置位置并不限定本发明的范畴。
在本发明实施例中，操作平台70可设置在可调式座椅20的前方，以提供用户在虚拟现实应用其间所需的操作接口。图9为本发明实施例电竞座舱100中操作平台70的功能配置的上视图。操作平台70包括一输入/输出接口72、一无线充电装置74，以及一辅助显示屏幕76。输入/输出接口72包括一触摸板82、一键盘84和一鼠标86。用户可通过触摸板82来设定执行虚拟现实应用前的初始环境，例如调整可调式座椅20和显示设备30的高度及角度，以及情境营造程度(开启或关闭特定效果)。用户可通过键盘84和鼠标86来在虚拟现实应用期间下达相关指令。键盘84和鼠标86可为外接装置，或结合至操作平台70表面的内建装置。键盘84可为实体键盘，或实作成操作平台70表面的触控式虚拟键盘。然而，输入/输出接口72的设计并不限定本发明的范畴。
无线充电装置74和辅助显示屏幕76可通过蓝芽或无线投影技术链接至系统端10。在虚拟现实应用的期间，无线充电装置74可让用户对持有的行动装置充电。辅助显示屏幕76平时可显示系统信息，例如显示各项功能是否开启或关闭等。在收到相关指令时，辅助显示屏幕76可切换为无线投影显示区域，再搭配电竞座舱100中的扬声器和自由度调整装置40中的视线侦测装置C1-CP，用户即可在可调式座椅20上使用其他行动装置进行通话，或是进行虚拟现实游戏直播等作业。在本发明实施例中，无线充电装置74和辅助显示屏幕76所采用的无线投影技术可为Airplay、Intel WIDII、MiraCast或ChromeCast等技术，但不限定本发明的范畴。
综上所述，在本发明的电竞座舱中，自由度调整装置40可提供垂直、水平和偏摆的三种自由度显示，并根据视线侦测装置得到的视线数据来达到自动视角切换和自动环绕音效控制。此外，本发明另可使用注视点渲染技术来减轻系统运算负担或降低对计算机性能的要求，并利用情境营造装置来提供虚拟现实应用所需的视觉、嗅觉、触觉或冲击等情境效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于虚拟现实的电竞座舱，其特征在于，包括：
一显示设备；
一可调式座椅，设置于一底座上；
一自由度调整装置，其包括：
多个垂直轨道，设置于所述底座上；
多个环状轨道，以可移动方式架设于所述多个垂直轨道上，用来：
通过沿着所述多个垂直轨道上下移动来提供一垂直方向的一第一自由度；以及
通过在所述多个垂直轨道左右转动来提供一水平方向的一第二自由度；
一视线侦测装置，设置于所述多个环状轨道中一第一环状轨道上，用来在一用户坐上所述可调式座椅后侦测所述用户的视线变化或头部角度以提供一视线数据；以及
一显示器调整装置，以可移动方式架设在所述多个环状轨道中一第二环状轨道上，用来乘载所述显示设备并提供相关于所述显示设备的仰角的一第三自由度；以及
一系统端，其包括：
一主机，用来提供一虚拟现实应用所需的一影音数据；以及
一微控制器，用来根据所述影音数据来控制所述可调式座椅的角度和倾斜度、控制所述多个环状轨道沿着所述多个垂直轨道上下移动以调整所述显示设备的高度，以及控制所述多个环状轨道在所述多个垂直轨道上左右转动以调整所述显示设备的方位。
2.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，所述显示器调整装置包括：
一垂直滑轨，固定于所述第二环状轨道上；
一滑块，用来在所述垂直滑轨内移动：
一摇杆，其包括一第一可旋转接点和一第二可旋转接点，所述第一可旋转接点连结至所述显示设备中一屏幕的上方，而所述第二可旋转接点连结所述垂直滑轨；以及
一连杆，其包括一第三可旋转接点和一不可旋转接点，所述第三可旋转接点链接至所述屏幕的下方，而所述不可旋转接点固定在所述滑块上。
3.如权利要求2所述的电竞座舱，其特征在于，所述微控制器另用来根据所述影音数据或所述视线数据来控制所述滑块在所述垂直滑轨内的移动以调整所述屏幕的仰角。
4.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，另包括：
一环绕音响组，其包括多组扬声器，设置于所述多个环状轨道中一第三环状轨道上，其中所述微控制器另用来根据所述影音数据或所述视线数据来控制所述第三环状轨道在所述多个垂直轨道上左右转动以调整所述多组扬声器的方位。
5.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，另包括：
一情境营造装置，设置于所述多个环状轨道中一第四环状轨道上，其包括多个喷嘴以送出不同颜色和气味的气体，进而提供所述虚拟现实应用所需的视觉和嗅觉情境效果。
6.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，另包括：
一情境营造装置，设置于所述多个环状轨道中一第四环状轨道上，其包括多个风扇以产生不同力道的风势，进而提供所述虚拟现实应用所需的触觉情境效果。
7.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，另包括：
一情境营造装置，设置于所述多个环状轨道中一第四环状轨道上，其包括多个喷嘴和一帮浦以送出不同力道的气体，进而提供所述虚拟现实应用所需的触觉情境效果。
8.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，另包括：
一情境营造装置，其包括多个气囊，设置于所述可调式座椅内，用来提供所述虚拟现实应用所需的冲击情境效果。
9.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于，另包括一操作平台，设置在所述可调式座椅的前方，以在所述虚拟现实应用的期间提供所述用户一操作接口，所述操作平台包括：
一无线充电装置，通过一无线通信技术或一无线投影技术链接至所述系统端；以及
一辅助显示屏幕，通过所述无线通信技术或所述无线投影技术链接至所述系统端。
10.如权利要求1所述的电竞座舱，其特征在于：
所述显示设备包括多个屏幕；而
所述微控制器另用来根据所述视线数据来调整每一屏幕的分辨率。
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