CN113268140A - 一种虚拟现实设备和一种虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种虚拟现实设备和一种虚拟现实系统，能够根据虚拟现实配件的位置变动切换天线，提高信号质量。其中虚拟现实设备包括主控单元、射频无线传输电路、天线开关和多根天线；射频无线传输电路的输入端与主控单元连接，其射频信号输出端通过天线开关与各天线连接，其控制信号输出端与天线开关的控制端连接；主控单元，用于根据虚拟现实配件的位置信息和各天线的辐射方向，确定待进行射频信号辐射的目标天线，将目标天线的指示信息发送给射频无线传输电路；射频无线传输电路，用于根据指示信息生成开关控制指令，并通过控制信号输出端发送给天线开关，以及通过射频信号输出端输出射频信号；天线开关，用于根据开关控制指令与目标天线连通。

Description

一种虚拟现实设备和一种虚拟现实系统

技术领域

本申请涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实设备和一种虚拟现实系统。

背景技术

VR(Virtual Reality，虚拟现实)设备，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真设备，它利用计算机程序生成一种模拟环境，提供一种多源信息融合、交互式的三维动态视景和实体行为仿真，可以让用户沉浸在虚拟环境中。

在一些使用虚拟现实设备的场景下，用户需要利用到虚拟现实手柄等虚拟现实配件进行人机交互，虚拟现实配件通过蓝牙或Wi-Fi等方式与虚拟现实设备建立无线连接。然而，这使得虚拟现实配件与虚拟现实设备之间的信号经常受到同频信号的干扰，使得用户的体验较差。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种虚拟现实设备和一种虚拟现实系统。

依据本申请的一个方面，提供了一种虚拟现实设备，包括主控单元、射频无线传输电路、天线开关和多根天线；射频无线传输电路包括输入端、射频信号输出端和控制信号输出端，其中，输入端与主控单元连接，射频信号输出端通过天线开关与多根天线连接，控制信号输出端与天线开关的控制端连接；各天线被设置为具有不同的辐射方向；主控单元，用于根据虚拟现实配件的位置信息和各天线的辐射方向，确定待进行射频信号辐射的目标天线，将目标天线的指示信息发送给射频无线传输电路；射频无线传输电路，用于根据指示信息生成开关控制指令，并通过控制信号输出端发送给天线开关，以及通过射频信号输出端输出射频信号；天线开关，用于根据开关控制指令与目标天线连通，从而使得射频信号通过目标天线辐射出去。

依据本申请的另一方面，提供了一种虚拟现实系统，包括如上述任一项的虚拟现实设备，以及一个或多个虚拟现实配件。

由上述可知，本申请通过设置多根辐射方向不同的天线，并由主控单元根据虚拟现实配件的位置，计算出使用哪根天线可以获得更高的信号强度，一方面通过射频无线传输电路输出待辐射的视频信号，另一方面通过射频无线传输电路输出目标天线的指示信息，通过天线开关连通相应的目标天线，实现了根据虚拟现实配件的位置变化而控制不同天线工作，能够实现天线性能高增益、高隔离度、高抗干扰的技术效果，能够提高用户的使用体验。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的虚拟现实设备的结构示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的天线辐射角度区间示意图；

图3示出了根据本申请一个实施例的虚拟现实系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的技术构思在于，利用多根天线进行射频信号的辐射，以改善信号稳定性，并且，为减少能源消耗，各天线并非全部开启，而是可以根据虚拟现实配件的位置变动进行切换。

图1示出了根据本申请一个实施例的虚拟现实设备的结构示意图。如图1所示，虚拟现实设备100包括：

主控单元110、射频无线传输电路120、天线开关130和多根天线140；射频无线传输电路120包括输入端、射频信号输出端和控制信号输出端，其中，输入端与主控单元110连接，射频信号输出端通过天线开关130与多根天线140连接，控制信号输出端与天线开关130的控制端连接；各天线140被设置为具有不同的辐射方向；主控单元110，用于根据虚拟现实配件的位置信息和各天线140的辐射方向，确定待进行射频信号辐射的目标天线，将目标天线的指示信息发送给射频无线传输电路120；射频无线传输电路120，用于根据指示信息生成开关控制指令，并通过控制信号输出端发送给天线开关130，以及通过射频信号输出端输出射频信号；天线开关130，用于根据开关控制指令与目标天线连通，从而使得射频信号通过目标天线辐射出去。

其中，虚拟现实设备可以是是头戴式显示设备(Head Mounted Display，HMD)，具体可以包括PC VR设备或是VR一体机等。

PC VR设备是一种需要搭配计算机(PC)使用的VR设备，可包含摄像头、显示屏幕、射频无线传输电路、天线和音频电路等。在使用时，PC VR设备一方面从计算机中获取其运行所需的直流供电，另一方面接收计算机提供的音视频数据，实现信号源在VR设备上的播放。

VR一体机包含主控制器、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)、内存、存储器、位置传感器、摄像头、射频无线传输电路、天线等，自身可充电电池供电，通过摄像头采集空间位置信息。

虚拟现实配件可以是VR手柄，使用自身可充电电池或者使用干电池供电，包含重力传感器、角度传感器等传感器；带按键、马达、LED灯、MCU(微控制器)，射频无线传输电路、天线，以及指示与HMD相对位置的传感器或标识，其中，传感器包括但不限于电磁线圈，标识包括但不限于通过点亮LED灯形成的图案。

在本申请的实施例中，可以利用HMD自身的主控制器来实现本申请中的主控单元110。确定虚拟现实配件的位置信息可以采用任一种现有技术实现，本申请对此不做限制。

例如，在一个虚拟现实场景中，需要将虚拟现实手柄在虚拟空间中的位置显示在虚拟现实设备的屏幕上。虚拟现实设备如HMD，可以通过多摄像头采集空间图像数据，例如通过虚拟现实手柄上的指示与HMD相对位置的传感器或标识获得虚拟现实手柄在实际空间中的位置；射频无线传输电路获得虚拟现实手柄的角速度、重力加速度数据，HMD将所有获得的数据传递给PC处理或者自己处理，计算出虚拟现实手柄、HMD在虚拟空间上的3D位置和3D角度信息，并更新图像将虚拟现实手柄模型按计算的位置和角度显示在屏幕上。

本申请中，可以直接利用到上述示例中，通过HMD确定的虚拟现实手柄在实际空间中的位置，即可以复用在其他需求下计算出的虚拟现实手柄等虚拟现实配件的位置信息，作为改进信号稳定性的基础。

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。本申请中，天线的辐射方向是基于天线方向性提出的，天线方向性指的是天线在不同平面的辐射电磁波场强，主要表现形式为天线的方向图。具体地，在虚拟现实设备中设置有多根具有不同辐射方向的天线。

通过设置天线的姿态，结合天线自身的天线方向性，就能够确定天线的辐射方向。在本申请的实施例中，天线数量至少在两根以上。

在确定了虚拟现实配件的位置信息后，就能够确定与之匹配度最佳，能够实现最优连接的目标天线。然后，由主控单元将目标天线的指示信息发送给射频无线传输电路，射频无线传输电路能够据此生成开关控制指令，控制天线开关与目标天线连通，以通过目标天线进行信号辐射。

可见，图1所示的虚拟现实设备，通过设置多根辐射方向不同的天线，并由主控单元根据虚拟现实配件的位置，计算出使用哪根天线可以获得更高的信号强度，一方面通过射频无线传输电路输出待辐射的视频信号，另一方面通过射频无线传输电路输出目标天线的指示信息，通过天线开关连通相应的目标天线，实现了根据虚拟现实配件的位置变化而控制不同天线工作，能够实现天线性能高增益、高隔离度、高抗干扰的技术效果，能够提高用户的使用体验。

在一些实施例中，主控单元110，用于确定虚拟现实配件在预设空间坐标系中的位置坐标，根据与位置坐标匹配的辐射方向确定目标天线。

例如，可以以虚拟现实设备为原点建立三维的预设空间坐标系，那么根据前述实施例所介绍的，可以得到虚拟现实配件在该空间坐标系中的位置坐标。若各天线的辐射方向可以根据该空间坐标系记录为坐标区间，那么可以直接根据位置坐标与坐标区间的位置关系确定目标天线，如位置坐标落入某一坐标区间，则将该坐标区间对应的天线作为目标天线；如果位置坐标没有落入任一坐标区间，则可以计算位置坐标与各坐标区间边界线的距离，将距离最近的坐标区间对应的天线作为目标天线。

在一些实施例中，各天线140被设置为分别对应与天线极坐标系中的一个辐射角度区间；主控单元110，用于根据位置坐标进行坐标变换，得到虚拟现实配件在天线极坐标系中的极坐标，根据极坐标与各辐射角度区间的位置关系确定目标天线。

由于天线的辐射方向通常是一个锥形区域，以极坐标形式记录，更符合天线的基本属性。而在确定虚拟现实配件的位置坐标时，又通常是使用三维空间坐标系来计算，此时就需要通过坐标变换的方式，将三维空间坐标系的位置坐标转换为极坐标系中的极坐标。

在一些实施例中，至少两个天线的辐射方向存在部分重叠。这种设置的优势在于，可以避免实际安装时的误差，从而避免了天线覆盖的盲区。另外，还可以使得天线的切换可以不那么频繁。例如，如果不设置辐射方向的重叠，那么当虚拟现实配件在两个天线的辐射方向的交界位置移动时，就可能导致天线的频繁切换，浪费资源。而在设置了辐射方向重叠的情况下，如果确定虚拟现实配件的位置对应于重叠的区域，且重叠的区域恰好也是在当前已启用的天线的辐射方向内，那么只需要继续使用当前已启用的天线即可，而不必进行切换。

例如，图2示出了根据本申请一个实施例的天线辐射角度区间示意图。如图2所示，该实施例选用了三根辐射方向80°左右方向角的天线，天线1与天线2、天线2与天线3各存在约20度左右的辐射方向重叠。在使用天线极坐标系记录辐射角度区间，但计算出的是三维空间坐标系中的位置坐标时，需要进行坐标变换处理。

在一般情况下，参照图2的示例，当判断出虚拟显示配件处在天线1辐射方向上时，天线开关切换到与天线1连通；判断出虚拟显示配件处在天线2辐射方向上时，天线开关切换到与天线2连通；判断出虚拟显示配件处在天线3辐射方向上时，天线开关切换到与天线3连通。

在一些实施例中，主控单元110，还用于记录预设时间的天线辐射状态，以及根据预设时间内虚拟现实配件的位置信息，确定虚拟现实配件的运动趋势，根据天线辐射状态和运动趋势，确定进行射频信号辐射的目标天线。

参照前述实施例，在天线间存在辐射方向重叠的情况下，如果虚拟现实配件的位置与重叠区域相匹配，则可以仅启用其中一个天线，更具体地，参照图2的示例，若落入天线1与天线2的辐射方向重叠区域，且当前启用的是天线1，那么继续保持启用天线1即可，可以不进行天线切换。这主要是针对虚拟现实配件运动频率较小的情况。

考虑到虚拟现实配件通常是被用户通过挥舞摆动等方式使用，在确定目标天线时还可以考虑虚拟现实配件的运动趋势，例如，虽然落入天线1与天线2的辐射方向重叠区域，且当前启用的是天线1，但是虚拟现实配件的运动趋势是向天线2的辐射方向移动，那么也可以直接切换为启用天线2。

在一些实施例中，射频无线传输电路120包括控制芯片，控制信号输出端通过控制芯片的GPIO接口实现，方便进行配置；控制芯片用于根据目标天线的指示信息生成开关控制指令，该指示信息由计算能力更强的主控单元来确定，射频无线传输电路也不需要进行复杂的计算。在一些实施例中，控制芯片可以选用NRF52832，射频无线传输电路可以基于NRF52832实现。在一些实施例中，射频无线传输电路120包括射频调制电路、解调制电路、射频功放电路和射频低噪声放大器(LNA，low noise amplifier)，可以分别用于信号调制、解调制和信号放大。在一些实施例中，射频信号为高频射频信号。也就是说，本申请射频无线传输电路直接输出高频射频信号，而非中频等其他频段信号，通过天线的切换，实现高频射频信号选用不同天线来辐射出去，对虚拟现实配件与虚拟现实设备之间的信号传输有着更直接的影响，因而也就能实现更优的信号改善效果。

图3示出了根据本申请一个实施例的虚拟现实系统的结构示意图。如图3所示，虚拟现实系统300，包括如上任一实施例的的虚拟现实设备100，以及一个或多个虚拟现实配件310。在一些实施例中，虚拟现实系统中，虚拟现实配件310为虚拟现实手柄。

综上所述，本申请的技术方案，通过设置多根辐射方向不同的天线，并由主控单元根据虚拟现实配件的位置，计算出使用哪根天线可以获得更高的信号强度，一方面通过射频无线传输电路输出待辐射的视频信号，另一方面通过射频无线传输电路输出目标天线的指示信息，通过天线开关连通相应的目标天线，实现了根据虚拟现实配件的位置变化而控制不同天线工作，能够实现天线性能高增益、高隔离度、高抗干扰的技术效果，能够提高用户的使用体验。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种虚拟现实设备，其特征在于，包括主控单元、射频无线传输电路、天线开关和多根天线；

所述射频无线传输电路包括输入端、射频信号输出端和控制信号输出端，其中，所述输入端与所述主控单元连接，所述射频信号输出端通过所述天线开关与所述多根天线连接，所述控制信号输出端与所述天线开关的控制端连接；各天线被设置为具有不同的辐射方向；

所述主控单元，用于根据虚拟现实配件的位置信息和各天线的辐射方向，确定待进行射频信号辐射的目标天线，将目标天线的指示信息发送给所述射频无线传输电路；

所述射频无线传输电路，用于根据所述指示信息生成开关控制指令，并通过控制信号输出端发送给所述天线开关，以及通过射频信号输出端输出射频信号；

所述天线开关，用于根据所述开关控制指令与目标天线连通，从而使得所述射频信号通过所述目标天线辐射出去。

2.如权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述主控单元，用于确定所述虚拟现实配件在预设空间坐标系中的位置坐标，根据与所述位置坐标匹配的辐射方向确定目标天线。

3.如权利要求2所述的虚拟现实设备，其特征在于，各天线被设置为分别对应与天线极坐标系中的一个辐射角度区间；所述主控单元，用于根据所述位置坐标进行坐标变换得到所述虚拟现实配件在所述天线极坐标系中的极坐标，根据所述极坐标与各辐射角度区间的位置关系确定目标天线。

4.如权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述主控单元，还用于记录预设时间的天线辐射状态，以及根据预设时间内所述虚拟现实配件的位置信息，确定所述虚拟现实配件的运动趋势，根据所述天线辐射状态和所述运动趋势，确定进行射频信号辐射的目标天线。

5.如权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述射频无线传输电路包括控制芯片，所述控制信号输出端通过所述控制芯片的GPIO接口实现；所述控制芯片用于生成所述开关控制指令。

6.如权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述射频无线传输电路包括射频调制电路、解调制电路、射频功放电路和射频低噪声放大器。

7.如权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述射频信号为高频射频信号。

8.如权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，至少两个天线的辐射方向存在部分重叠。

9.一种虚拟现实系统，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的虚拟现实设备，以及一个或多个虚拟现实配件。

10.如权利要求9所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述虚拟现实配件为虚拟现实手柄。

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