CN111538156B - 一种头戴式vr设备的头部姿态追踪方法 - Google Patents

一种头戴式vr设备的头部姿态追踪方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，方法包括：获取两个入耳式操纵柄各自的偏转信号；判断是否至少有一个偏转信号的偏转量超出设定阈值，是则进入下一步；根据偏转信号确定支架组件的运行参数，运行参数包括运转方向以及动力参数；根据运行参数确定各支架的运行参数分量；根据运行参数分量控制第一电机、第二电机以及第三电机转动以使得各支架按照各自的运行参数分量运转。本发明的头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，通过设置入耳式操纵柄，控制器通过入耳式操纵柄获得的偏转信号以控制支架组件的各电机运转以带动VR头显跟随用户的头部运动，延迟小，用户体验好。

Description

一种头戴式VR设备的头部姿态追踪方法
技术领域
本发明涉及VR技术领域，特别是涉及一种头戴式VR设备的头部姿态追踪方法。
背景技术
VR头显是一种利用头戴式显示设备将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉的设备。现有的VR头显其重量较重，用户佩戴久了头部易劳累，在本发明中提供了一种头戴式VR设备(非现有技术)，该头戴式VR设备带有支撑组件以辅助支撑VR头显，使得用户头部头部受力较小或不受力，这类头戴式VR设备需要支撑组件中的支架组件随着用户头部进行运动，以使得VR头显跟随用户头部进行运动，因此需要研发一种头戴式VR设备的头部姿态追踪方法以使VR头显及时跟随用户的头部运动。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，使得支架组件可实时带动VR头显根据用户的头部进行运动。
技术方案：为实现上述目的，本发明的头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，其应用于头戴式VR设备的控制器，所述头戴式VR设备还包括VR头显、支撑组件及操纵单元，所述支撑组件包括支架组件，所述支架组件包括摇头支架、点头支架及摆头支架，三者分别由第一电机、第二电机以及第三电机驱动运转；所述操纵单元包括两个入耳式操纵柄；所述入耳式操纵柄、第一电机、第二电机以及第三电机均电连接所述控制器；
所述方法包括：
获取两个入耳式操纵柄各自的偏转信号；
判断是否至少有一个所述偏转信号的偏转量超出设定阈值，是则进入下一步；
根据所述偏转信号确定支架组件的运行参数，所述运行参数包括运转方向以及动力参数；
根据所述运行参数确定各支架的运行参数分量，即确定所述摇头支架、点头支架以及摆头支架各自的转动分量以及动力参数分量；
根据所述运行参数分量控制第一电机、第二电机以及第三电机转动以使得各支架按照各自的所述运行参数分量运转。
进一步地，所述根据所述偏转信号确定支架组件的运行参数包括：
根据预定运动过程的总位移为目标位移以及预定运动过程的总时间为预设的最小延迟时间这两个条件，计算出目标加速度与目标最高速度；其中，所述预定运动过程为：先按目标加速度加速至目标最高速度，再以目标最高速度匀速运动一段时间，最后以目标加速度减速至0；其中，所述目标位移根据所述偏转量确定。
有益效果：本发明的头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，通过设置入耳式操纵柄，控制器通过入耳式操纵柄获得的偏转信号以控制支架组件的各电机运转以带动VR头显跟随用户的头部运动，延迟小，用户体验好。
附图说明
附图1为头戴式VR设备的第一视角结构图；
附图2为头戴式VR设备的第二视角结构图；
附图3为头戴式VR设备的头部姿态追踪方法的流程示意图。
图中：1-VR头显；2-支撑组件；21-支撑座；211-导滑部；212-U形部；213-绑带；214-第一齿轮部；22-摇头支架；221-导轨部；23-点头支架；24-摆头支架；241-第二齿轮部；25-第一电机；26-第二电机；27-第三电机；28-第一小齿轮；29-同步带组件；210-第二小齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明的头戴式VR设备的头部姿态追踪方法应用于头戴式VR设备，如附图1与附图2所示，头戴式VR设备包括VR头显1、支撑组件2、控制器3以及操纵单元4。
所述支撑组件2包括支撑座21以及支架组件，所述支撑座21固定在用户的肩部，所述支架组件置于所述支撑座21与所述VR头显1之间以辅助支撑所述VR头显1。通过所述支架组件，可辅助支撑所述VR头显1，使得用户头部负担较轻或不承受负担。由于用户一般佩戴VR头显1时，头部也要进行运行，因此所述支架组件具备多个运动轴，使得所述VR头显1可随用户的头部运动。
具体地，所述支架组件包括摇头支架22、点头支架23以及摆头支架24；其中，摇头支架22用于使所述VR头显1可跟随用户的摇头动作；点头支架23用于使所述VR头显1可跟随用户的俯仰头部动作；摆头支架24用于使所述VR头显1可跟随用户的左右摆头动作。
为了尽量减少用户的头部负担，上述支架组件可自动运转，使得VR头显1可自动跟随用户的头部运动，所述摇头支架22、点头支架23及摆头支架24三者分别由第一电机25、第二电机26以及第三电机27驱动运转。
所述第一电机25、第二电机26、第三电机27以及操纵单元4均连接所述控制器3，控制器3可通过获取操纵单元4的操控信号以控制支架组件运转，支架组件带动VR头显1跟随用户的头部运动。
通过设置可自动运转的支架组件，VR头显1整体的重量可完全由支架组件承受，此时，除了VR头显1周围的胶圈外，VR头显1的其他部分以及支架组件均不与用户头部直接接触，大大减少了对用户头部造成的负担及束缚。
为了方便对支架组件的位姿进行控制，使得VR头显1可准确跟踪用户头部运动，所述操纵单元4安装在所述点头支架23上，且操纵单元4包括左右两个入耳式操纵柄41，所述入耳式操纵柄41的端部为耳机单元42。当用户使用本发明的头戴式VR设备时，其将两个入耳式操纵柄41的端部塞入左右两个耳朵内，一方面可使耳机单元42进入人耳以传递声音，另一方面，由于点头支架23与人头部非直接接触，因此点头支架23与用户头部之间具备间隙，所述入耳式操纵柄41横跨间隙且其两端分别连接点头支架23与用户耳部，由于间隙的存在，用户头部有了相对于点头支架23进行微量偏转的运动空间，如此，当用户头部自然转动时，其耳部带动入耳式操纵柄41的端部运动，使得控制器3可获取到入耳式操纵柄41产生的偏转信号，偏转信号包括方向信息与偏转量，用户头部相对于偏转角度越大则偏转量越大，控制器3根据偏转信号控制支架组件的各运动轴运动以使得支架组件对用户的头部运动进行跟随补偿，以使得偏转信号消失或偏转量的值在设定阈值范围之内，以使得VR头显1一直置于用户眼部的正前方。一般上述偏转量很小时，控制器3即会控制支架组件进行及时运动补充以消除偏转量，因此VR头显1随用户运动的跟随性强，且延迟小。
具体地，控制器3可根据两个入耳式操纵柄41的偏转信号以判断用户头部的运动方向，如附图3所示，具体的头部姿态追踪方法如下：
步骤A1，获取两个所述入耳式操纵柄41各自的偏转信号；
步骤A2，判断是否至少有一个所述偏转信号的偏转量超出设定阈值，是则进入步骤A3；
步骤A3，根据所述偏转信号确定所述支架组件的运行参数，所述运行参数包括运转方向以及动力参数；
本步骤中，控制器3可结合两个所述入耳式操纵柄41的偏转信号判断用户头部的运动趋势，如：当两个入耳式操纵柄41的偏转信号产生偏转方向相反的偏转信号，结合偏转信号的偏转方向，可判断出用户要摇头或向一侧歪头；当两个入耳式操纵柄41的偏转信号产生偏转方向相同的偏转信号，结合偏转信号的偏转方向，可判断出用户要俯仰头部。所述动力参数包括目标加速度、目标最高速度与目标位移，根据所述偏转量确定，偏转量越大则选取较大的目标加速度、目标最高速度与目标位移，控制器3根据各入耳式操纵柄41测得的偏转量计算偏离角位移作为目标位移，再根据预设的最小延迟时间确定目标加速度与目标最高速度，具体计算方法如下：根据先按目标加速度加速至目标最高速度，再以目标最高速度匀速运动一段时间，最后以目标加速度减速至0，上述过程的总位移为目标位移，再结合上述过程的总时间为预设的最小延迟时间，据此可方便计算出目标(角)加速度与目标最高(角)速度。
步骤A4，根据所述运行参数确定各支架的运行参数分量，即确定所述摇头支架22、点头支架23以及摆头支架24各自的转动分量以及动力参数分量；
步骤A5，根据所述运行参数分量控制所述第一电机25、第二电机26以及第三电机27转动以使得各支架按照各自的所述运行参数分量运转，以弥补所述偏转量。
上述步骤A1-A5循环运行，直至每个所述偏转信号的偏转量均在设定阈值之内。
通过上述控制方法可使得VR头显1随用户运动的跟随性强，且延迟小。
上述结构巧妙地利用了人头部左右两个耳部的属性以确定支架组件相对于用户头部的位置以及用户头部的运动趋势使得VR头显1可一直跟随用户的头部运动。
此外，为了防止用户头部的运动方向与入耳式操纵柄41的中心轴平行，使得入耳式操纵柄41具有深入人耳道的趋势，所述入耳式操纵柄41的外围设置有一圈挡边以防止入耳式操纵柄41继续深入耳道，控制单元可通过获取入耳式操纵柄41对操纵柄座的压力(两者之间可安装压力传感器)得知用户头部的偏转方向与入耳式操纵柄41的中心轴平行，并控制电动支撑组件3运转使得入耳式操纵柄41对操纵柄座的压力恢复至正常阈值范围。
进一步地，所述支撑座21具备左右两个对称设置的U形部212，所述U形部212的端部连接有绑带213。两个U形部212可分别骑跨在用户的左右两肩部，通过绑带213可使支撑座21相对于用户的肩部固定，使得支架组件具有良好的支撑基础。
本实施例中，所述摇头支架22安装在所述支撑座21上，所述VR头显1安装在所述点头支架23上，所述摆头支架24置于所述摇头支架22与所述点头支架23之间。
具体地，所述摇头支架22具备弧形导轨部221，所述支撑座21上具备与所述弧形导轨部221配合使用的导滑部211。支撑座21上具有第一齿轮部214，所述第一电机25安装在所述摇头支架22上，且第一电机25上安装有与所述第一齿轮部214啮合的第一小齿轮28。
所述摆头支架24整体为弧形条状，其下端铰接在摇头支架22上，两者的转动关系由第二电机26驱动，本实施例中，为了使结构布局合理，第二电机26通过同步带组件29连接所述摆头支架24。
所述摆头支架24上具备第二齿轮部241，所述第三电机27安装在点头支架23上，且第三电机27的输出轴连接与第二齿轮部241啮合的第二小齿轮210。
本发明的头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，通过设置入耳式操纵柄，控制器通过入耳式操纵柄获得的偏转信号以控制支架组件的各电机运转以带动VR头显跟随用户的头部运动，延迟小，用户体验好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，其特征在于，其应用于头戴式VR设备的控制器，所述头戴式VR设备还包括VR头显、支撑组件及操纵单元，所述支撑组件包括支架组件，所述支架组件包括摇头支架、点头支架及摆头支架，三者分别由第一电机、第二电机以及第三电机驱动运转；所述操纵单元包括两个入耳式操纵柄；所述入耳式操纵柄、第一电机、第二电机以及第三电机均电连接所述控制器；
所述操纵单元安装在所述点头支架上；
当用户使用所述头戴式VR设备时，点头支架与人头部非直接接触，点头支架与用户头部之间具备间隙，所述入耳式操纵柄横跨间隙且其两端分别连接点头支架与用户耳部，由于间隙的存在，用户头部具有相对于点头支架进行偏转的运动空间；当用户头部转动时，用户耳部带动入耳式操纵柄的端部运动，使得控制器获取到入耳式操纵柄产生的偏转信号，偏转信号包括方向信息与偏转量；控制器根据偏转信号控制支架组件的各运动轴运动以使得支架组件对用户的头部运动进行跟随补偿，以使得偏转信号消失或偏转量的值在设定阈值范围之内，以使得VR头显一直置于用户眼部的正前方；
所述方法包括：
获取两个入耳式操纵柄各自的偏转信号；
判断是否至少有一个所述偏转信号的偏转量超出设定阈值，是则进入下一步；
根据所述偏转信号确定支架组件的运行参数，所述运行参数包括运转方向以及动力参数；
根据所述运行参数确定各支架的运行参数分量，即确定所述摇头支架、点头支架以及摆头支架各自的转动分量以及动力参数分量；
根据所述运行参数分量控制第一电机、第二电机以及第三电机转动以使得各支架按照各自的所述运行参数分量运转。
2.根据权利要求1所述的头戴式VR设备的头部姿态追踪方法，其特征在于，所述根据所述偏转信号确定支架组件的运行参数包括：
根据预定运动过程的总位移为目标位移以及预定运动过程的总时间为预设的最小延迟时间这两个条件，计算出目标加速度与目标最高速度；其中，所述预定运动过程为：先按目标加速度加速至目标最高速度，再以目标最高速度匀速运动一段时间，最后以目标加速度减速至0；其中，所述目标位移根据所述偏转量确定。
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