CN114026525A - 用于电子动画设备的机械眼球 - Google Patents

Abstract

一种电子动画设备包括机械眼球，该机械眼球被配置为围绕在固定中心点相交的第一旋转轴和第二旋转轴旋转。控制器被配置为生成眼睛运动指令，该眼睛运动指令使电子动画设备围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的至少一个旋转机械眼球。眼睛运动指令是基于用于跟踪用户眼睛运动的眼睛跟踪系统生成的。控制器将所跟踪的眼睛运动映射到机械眼球的运动，并基于该映射生成眼睛运动指令。

Description

用于电子动画设备的机械眼球

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月11日提交的美国申请第16/437,579号的优先权，出于所有目的，该申请的内容通过引用整体结合于此。

背景

本公开总体上涉及电子动画设备(animatronic devices)，并且具体地涉及包括被配置为围绕两个轴旋转的机械眼球的电子动画设备。

眼睛跟踪系统被设计用于测量受试者一只或两只眼睛的位置和运动。由于人眼能够在不同的方向上移动，移动范围从细微到大，移动从慢到快，因此验证眼睛跟踪系统以确保其准确跟踪和测量眼睛运动是非常重要的。眼睛跟踪系统通常通过对人类受试者进行模拟来评估，在模拟中，受试者被要求在进行测量时将他们的眼睛聚焦在屏幕上的指定目标上。然而，很难确认受试者是否聚焦在屏幕上的正确目标上，这可能会在校准过程中引入可变性。因此，验证眼睛跟踪系统表现有多好可能具有挑战性，除非能够精确控制受试者的眼睛所看的地方。

虽然之前已经开发出了一些机械眼球用于机械地控制机械眼球指向的方向，但是这些设计通常使用一系列推棒(例如，耦合到连杆臂的伺服马达)来推动机械眼球的一些部分，以使其在一个或更多个方向上旋转。作为示例，第一推棒可以耦合到机械眼球的一部分以使其在第一方向上旋转，第二推棒可以耦合到机械眼球的另一不同的部分以使其在第二方向上旋转。推棒系统通常会消耗大量空间，这对于在电子动画系统或真实的机械眼球中使用是不切实际的。此外，为了对机械眼球定向，使得机械眼球的光轴指向期望的方向，推棒系统将需要查找表，该查找表定义每个推棒在空间中的每个可能方向上的臂角。此外，当臂被向前推或向后拉时，臂角度改变，导致臂的一端(耦合到机械眼球的一端)行进的距离随着位置而变化。在这种配置中，每个位置都取决于每个推棒的前一位置和臂角，因为它会影响到达后一位置所需的行进距离。最终是，一个臂的运动影响另一个臂的运动，导致效果复杂化，并可能引入显著的误差。

概述

实施例涉及一种包括一个或更多个机械眼球的电子动画设备，所述一个或更多个机械眼球被设计成类似于人的眼球。每个机械眼球被配置为围绕在机械眼球的固定中心点处相交的第一旋转轴和第二旋转轴旋转。控制器产生眼睛运动指令，该眼睛运动指令使电子动画设备围绕第一旋转轴、第二旋转轴或其某种组合旋转机械眼球。在一个实施例中，控制器基于跟踪用户右眼和/或左眼的眼睛运动的眼睛跟踪系统生成眼睛运动指令。该电子动画设备基于控制器提供的眼睛运动指令来致动机械眼球的一部分。眼睛运动指令可以使机械眼球以镜像用户眼睛运动的方式旋转。

根据本公开的一个方面，一种系统包括被配置为生成眼睛运动指令的控制器和包括被配置为根据眼睛运动指令围绕中心点旋转的机械眼球的电子动画设备。机械眼球具有均在中心点处相交的第一旋转轴和第二旋转轴。

在一些实施例中，控制器还可以被配置为从眼睛跟踪系统接收用户眼睛的所跟踪的眼睛运动，将所跟踪的眼睛运动映射到机械眼球的运动，并基于映射生成指令。

在一些实施例中，电子动画设备可以进一步包括附加的机械眼球，并且控制器可以进一步被配置为从眼睛跟踪系统接收用户的第一只眼睛和第二只眼睛的所跟踪的眼睛运动，将用户的第一只眼睛的所跟踪的眼睛运动映射到机械眼球的运动，并且将用户的第二只眼睛的所跟踪的眼睛运动映射到附加的机械眼球的运动，以及基于第一只眼睛的运动和第二只眼睛的运动的映射，生成用于机械眼球和附加的机械眼球的同步指令。

在一些实施例中，控制器还可以被配置为向电子动画设备提供包括测试运动模式的一组指令，从眼睛跟踪系统接收执行测试运动模式的机械眼球的所跟踪的眼睛运动，并且部分地基于所跟踪的眼睛运动来确定描述眼睛跟踪系统的性能的一个或更多个度量的值。

在一些实施例中，电子动画设备还可以被配置为基于指令来致动第一驱动器和第二驱动器。第一驱动器可以被配置为使机械眼球围绕第二旋转轴旋转，第二驱动器可以被配置为使机械眼球围绕第一旋转轴旋转。该电子动画设备还可以被配置为使用一个或更多个传感器测量一个或更多个旋转编码器值，每个旋转编码器值对应于第一编码器杆和第二编码器杆围绕第一旋转轴和第二旋转轴的旋转量。控制器还可以被配置为确定一个或更多个预测编码器值，每个预测编码器值对应于机械眼球围绕中心点围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量，并且将一个或更多个预测编码器值与一个或更多个旋转编码器值进行比较。控制器还可以被配置为，响应于一个或更多个预测编码器值和一个或更多个旋转编码器值之间的差超过阈值，控制器生成更新的指令，该更新的指令使电子动画设备围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个旋转机械眼球，并将更新的指令提供给电子动画设备。

根据本公开的另一方面，一种电子动画设备包括第一机械眼球，该第一机械眼球被配置为围绕中心点旋转。第一机械眼球的第一旋转轴和第一机械眼球的第二旋转轴在中心点处相交。该电子动画设备被配置为基于控制器提供的指令来致动第一机械眼球围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个的旋转。

在一些实施例中，致动第一机械眼球的旋转包括致动第一驱动器和第二驱动器中的一个或更多个。第一驱动器可以被配置为使第一机械眼球围绕第二旋转轴旋转，第二驱动器可以被配置为使第一机械眼球围绕第一旋转轴旋转。第一驱动器和第二驱动器可以以不同的速度被致动。

在一些实施例中，电子动画设备还可以被配置为从控制器接收测试运动模式，并基于测试运动模式致动第一机械眼球，其中眼睛跟踪系统被配置为监控第一机械眼球的运动。

在一些实施例中，第一机械眼球可以包括被配置为围绕第二旋转轴旋转的第一编码器杆。第一编码器杆可以包括第一编码条。第一机械眼球还可以包括第二编码器杆，该第二编码器杆被配置为围绕第一旋转轴旋转。第二编码器杆可以包括第二编码条。该电子动画设备还可以包括一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器被配置为测量第一编码器杆和第二编码器杆围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量。可以基于一个或更多个预测编码器值来生成指令，每个预测编码器值对应于机械眼球围绕中心点围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量。可以使用机器学习模型基于一个或更多个预测编码器值和由一个或更多个传感器测量的一个或更多个旋转编码器值来训练电子动画设备。

在一些实施例中，可以基于由眼睛跟踪系统跟踪的用户的眼睛运动来生成指令。

在一些实施例中，第一机械眼球可以包括图像传感器。图像传感器可以与第一机械眼球的光轴重合。

在一些实施例中，电子动画设备还可以包括第二机械眼球，并且电子动画设备可以被配置为响应于由控制器生成的同步指令同时致动第一机械眼球和第二机械眼球。同步指令可以基于由眼睛跟踪系统测量的用户的第一只眼睛和用户的第二只眼睛的旋转来生成。

附图简述

图1A是根据一个或更多个实施例的示例性机械眼球的等距视图。

图1B是根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球的第一侧视图。

图2A是根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球的后视图。

图2B是根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球的第二侧视图。

图2C是根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球的第一透视图。

图2D是根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球的第二透视图。

图3是根据一个或更多个实施例的耦合到一组驱动器的图1A的机械眼球的透视图。

图4是根据一个或更多个实施例的眼睛跟踪系统和电子动画设备的示意图。

图5是根据一个或更多个实施例的示例电子动画系统。

图6是示出根据一个或更多个实施例的控制电子动画设备的方法的流程图。

图7是示出根据一个或更多个实施例的校准电子动画设备的方法的流程图。

附图仅出于说明的目的描绘了本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到本文示出的结构和方法的可选择的实施例可以被采用而不偏离本文所述的本公开的原理或者所推崇的益处。

详细描述

机械眼球被设计成围绕在机械眼球的固定中心点处相交的第一旋转轴和第二旋转轴旋转。在示例实施例中，第一旋转轴和第二旋转轴穿过中心点彼此正交。此外，绕第一旋转轴的旋转和绕第二旋转轴的旋转是解耦的(即，机械眼球绕第一旋转轴的旋转不影响机械眼球绕第二旋转轴的旋转，且反之亦然，机械眼球绕第二旋转轴的旋转不影响机械眼球绕第一旋转轴的旋转)。这种配置允许一个或更多个固定的传感点，用于测量围绕两个轴中的每一个的旋转量。这种设计不同于传统的双轴万向节设计，在传统的双轴万向节设计中，第一轴是固定的，而第二轴随着耦合到万向节的设备一起行进。为了测量围绕移动的第二轴的旋转量，传感器(例如编码器)与该轴一起行进，这需要为传感器保持畅通的间隙路径。此外，对于具有传统二维万向节的机械眼球，传感器耦合到一根或更多根线缆，该线缆也需要与传感器一起行进，并协商围绕机械眼球的其他部件的运动。

在一个实施例中，机械眼球包括形状像眼表面的外壳。外壳可以具有代表眼睛巩膜的大致球形的表面和代表眼睛角膜的曲面。角膜可以包括瞳孔，其中瞳孔可以是角膜中的孔和/或可以耦合到传感器、灯或其他部件以帮助眼睛跟踪验证。外壳围绕中心点围绕水平轴(例如，第一旋转轴)和竖直轴(例如，第二旋转轴)旋转，水平轴和竖直轴在中心点处相交。外壳耦合到机械组件，该机械组件被配置成引起外壳的旋转。机械组件被至少部分地包含在与机械眼球相关联的体积内。与机械眼球相关的体积可以是由外壳的大部分球形表面限定的近似球形的体积。机械组件包括齿轮架、轭、第一齿轮系、转向节部件和差动齿轮系。

齿轮架安装到机械眼球的固定支撑结构，并容纳差动齿轮系。差动齿轮系设计成使转向节部件绕竖直轴旋转，而轭绕水平轴旋转。差动齿轮系的一部分耦合到第一驱动器。第一驱动器致动差动齿轮系的第一部分，这引起第一齿轮系的旋转。第一齿轮系耦合到转向节部件，转向节部件耦合到外壳，使得第一齿轮系的致动导致外壳围绕竖直轴的旋转。此外，第二驱动器致动差动齿轮系的第二部分，该第二部分耦合到轭以使轭绕水平轴旋转。当轭耦合到外壳时，轭的旋转导致外壳围绕水平轴的同时旋转。第一驱动器和第二驱动器至少部分在机械眼球的外部。第一驱动器和第二驱动器的在机械眼球外部的部分可以耦合到一个或更多个被配置为致动驱动器旋转的马达。

机械组件可以进一步包括水平编码器杆和竖直编码器杆。在一个实施例中，水平编码器杆和竖直编码器杆每个都是弧形的，并且包括沿着弧形长度的编码条。机械眼球可以位于一个或更多个传感器(例如编码器)附近，用于读取水平编码器杆和/或竖直编码器杆。水平编码器杆可旋转地耦合到齿轮架，使得它围绕竖直轴围绕中心点旋转。水平编码器杆通过狭槽耦合到外壳，使得外壳围绕竖直轴的旋转引起水平编码器杆的同时旋转，而轭围绕水平轴的旋转不影响水平编码器杆。特别是，狭槽的定向使水平编码器杆能够独立于轭移动。竖直编码器杆耦合到轭，使得轭围绕水平轴的旋转引起竖直编码器杆的同时旋转。在这种配置中，水平编码器杆仅围绕竖直轴旋转，竖直编码器杆仅围绕水平轴旋转。

在一个实施例中，电子动画设备包括一个或更多个机械眼球(例如，如上所述)。控制器产生眼睛运动指令，该眼睛运动指令使电子动画设备围绕水平轴、竖直轴或其组合旋转机械眼球。眼睛运动指令可以包括对应于水平编码器杆和/或竖直编码器杆的位置的编码器值。可以基于眼睛跟踪系统来生成眼睛运动指令。眼睛跟踪系统被配置为跟踪和测量用户的一只或更多只眼睛的运动。基于所跟踪的眼睛运动，控制器可以生成眼睛运动指令，该眼睛运动指令使机械眼球以镜像受试者眼睛运动的方式旋转。响应于所生成的眼睛运动指令，电子动画设备致动第一驱动器和/或第二驱动器以引起机械眼球的旋转。在一些实施例中，电子动画设备包括两个机械眼球，每个机械眼球根据控制器基于对用户左眼和右眼的跟踪而生成的眼睛运动指令旋转。此外，控制器可以将由一个或更多个传感器测量的编码器值与预测编码器值进行比较，以验证和/或提高机械眼球旋转的精度。

本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式使用(例如在人工现实中执行活动)。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，这些平台包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

机械眼球配置

图1A是根据一个或更多个实施例的示例性机械眼球100。机械眼球100是设计得像眼睛一样的机器人眼睛。在一些实施例中，它被设计得像人的眼睛。机械眼球100可以是较大的系统(例如，用于眼睛跟踪系统的校准和/或验证系统、电子动画系统、其他合适的应用、或它们的某种组合)的一部分。校准和/或验证系统的示例用例包括动态均匀性校正、动态失真校正、注视点渲染(foveate rendering)或其某种组合。机械眼球100被设计成围绕机械眼球100的固定中心点围绕在中心点处相交的两个旋转轴旋转。在这种配置中，机械眼球100可以被旋转，使得机械眼球100的光轴107指向期望的方向。光轴107限定了机械眼球100的视线。

在图1A的实施例中，机械眼球100包括外壳105，外壳105被配置成包住机械眼球100的一部分。在图1A中，外壳105被示为覆盖机械眼球100的前半部分，但是在其他实施例中，外壳105可以包围机械眼球100的大部分或全部。在替代实施例中，第二壳体部分可以与外壳105配合，以覆盖机械眼球100的后半部分的全部或一部分。如图1所示，外壳105类似于眼睛表面，并且包括第一部分110和第二部分115。第一部分110代表眼睛的巩膜。第一部分110可以具有曲率一致的球面。第一部分110可以是不透明的并且被着色(例如，白色)以类似于眼睛(例如，人的)。第二部分115代表眼睛的角膜。第二部分115可以具有曲面，该曲面具有数学推导出的曲率以类似于角膜。

第二部分115包括瞳孔120和虹膜125。在一些实施例中，外壳105可以仅包括瞳孔和/或虹膜125。在图1A所示的定向中，瞳孔120位于第二部分115的大致中心处。在一个实施例中，机械眼球100的光轴107穿过瞳孔120的中心，并且在其中心处近似垂直于瞳孔120的表面。替代地，光轴107可以稍微偏离瞳孔120的中心，以模拟眼睛的视网膜中央凹轴。在一些实施例中，瞳孔120可以是第二部分115的表面中的孔。此外，瞳孔120可以耦合到可选的设备(例如，图像传感器、光学传感器、灯等)或用于捕获关于外壳105围绕一个或更多个旋转轴的旋转的信息的一些其他部件，这将在下面更详细地描述。在一个示例中，瞳孔120是外壳105中的孔，并且被耦合到外壳105内部的图像传感器，该图像传感器被配置为当外壳105围绕一个或更多个轴旋转时捕获图像和/或视频。在一些实施例中，瞳孔120是透明透镜、被着色成类似于人眼的光学部件或被配置为代表瞳孔的一些其他部件。另外，瞳孔120被虹膜125包围，并且虹膜125可以被着色(例如，蓝色、绿色、棕色)以便更像眼睛。

图1A中所示的机械眼球100被设计用于模仿眼睛。在一个实施例中，机械眼球100被配置成与电子动画设备(例如，电子动画头)中的接纳部配合，使得机械眼球100代表人类(或一些其他动物等)的眼睛。与机械眼球100相关联的体积可以至少部分地配合在接纳部内。该体积可以由外壳105的表面限定，其中该体积近似为球形。在一些实施例中，当机械眼球100在接纳部内旋转时，外壳105的至少一部分(例如模拟瞳孔、虹膜和一部分巩膜的部分)对于观察者是可见的(只要它没有被例如机械眼睑遮挡)。以类似的方式，当机械眼球100与接纳部配合时，机械眼球100的不在外壳105内的部分对于观察者来说是不可见的，从而允许电子动画设备模仿人眼。

图1B是根据一个或更多个实施例的机械眼球100的侧视图。如图1B的实施例所示，机械眼球100包括耦合到机械组件101的外壳105。机械组件101包括齿轮架102、轭104、第一齿轮系106、转向节部件108、差动齿轮系114、水平编码器杆116和竖直编码器杆118。机械眼球100包括在图2A-2D中示出的另外的部件，并且将在下面更详细地描述。机械眼球100还可以包括比这里描述的更少或更多的部件。机械组件101至少部分地定位在外壳105内，以允许外壳105围绕一个或更多个轴精确旋转，而不干扰机械组件101的部件。另外，机械组件101被包含在与机械眼球100相关联的体积内，使得机械眼球100紧凑且分立。在一个实施例中，机械眼球100的体积基本上与人眼或机械眼球100被设计用于仿造的另一种眼睛相同。这样，该设计还允许机械眼球100在尺寸上可缩放。

机械组件101的部件允许外壳105围绕竖直轴122和水平轴(未示出)旋转，竖直轴和水平轴在固定的中心点120处相交。水平轴在中心点120处垂直于竖直轴122。齿轮架102是机械眼球100的固定支撑结构。在图1B的实施例中，齿轮架102是容纳差动齿轮系114的固定部件。齿轮架102主要是中空的，并且包括几个用于将差动齿轮系114的一个或更多个齿轮保持就位的孔口。齿轮架102被构造成使得机械眼球100的其他部件能够绕中心点120旋转，而不会干扰齿轮架102。如图1B所示，差动齿轮系114的一部分从齿轮架102突出。在其他实施例中，差动齿轮系114凹入齿轮架102内，以防止差动齿轮系114干扰其他部件。齿轮架102由强度适于支撑机械眼球100的其他部件的旋转的材料构成。例如，齿轮架102可以由刚性复合材料或金属构成。

轭104可旋转地耦合到齿轮架102的一部分，使得轭104可以相对于齿轮架102绕水平轴(未示出)旋转。轭104通过两个接头来围绕水平轴围绕中心点120旋转，这将在下面结合图2C进行更详细的描述。轭104支撑第一齿轮系106的结构和旋转，并且轭104通过第一齿轮系106耦合到差动齿轮系114。第一齿轮系106还通过转向节部件108将轭104耦合到外壳105，这将在下面参照图2B进行描述。轭104可以由与齿轮架102类似的材料构成，以便支持外壳105相对于轭104的旋转。

在图1B的实施例中，转向节部件108位于机械眼球的中心点120处。转向节部件108通过第一分支110耦合到外壳105的内表面109。内表面109可以是平面、杆、梁、或一些其他的用于耦合外壳105和第一分支110的部件。此外，内表面109可以为机械眼球100提供结构支撑。第一分支110还可以包括延伸部111，如图1B中的虚线所示，延伸部111穿过内表面109。延伸部111可以是从第一分支110突出的细棒或可移除地耦合到内表面109的附件。延伸部111可以被配置为支持和/或耦合到附加部件(例如，下面描述的可选设备170)。

在图1B所示的实施例中，第一分支110与机械眼球100的光轴107大致共线。第一齿轮系106的旋转导致转向节部件108的旋转，并因此导致第一分支110围绕竖直轴122的旋转，导致光轴107指向期望的方向。第一分支110可以永久地耦合到外壳105(例如，焊接)，或者可以可移除地耦合，使得部件可以容易修理或更换。此外，第一分支110可以为一条或更多条线(例如，光学线、电子线)确定路线，用于在可选设备170和操作系统之间建立通信。可选设备170机械耦合到第一分支110，使得其与光轴107对准。可选设备170可以是一个或更多个光学相机、一个或更多个运动传感器、一个或更多个光源、一些其他的用于帮助眼睛跟踪验证的部件、或它们的某种组合。在图3的实施例中，可选设备170被凹进外壳105内。在替代实施例中，可选设备170的一部分与外壳105的表面齐平，或者可选设备170至少部分地从外壳105突出。此外，可选设备170可从机械眼球100移除。

在所示的实施例中，水平编码器杆116和竖直编码器杆118(“编码器杆116和118”)被包括在机械组件101中。在其他实施例中，水平编码器杆116和竖直编码器杆118不包括在机械组件101中。水平编码器杆116和竖直编码器杆118被配置成分别绕竖直轴122和水平轴旋转，而不干扰机械组件101的其他部件。在图1B的实施例中，水平编码器杆116和竖直编码器杆118可以被外壳105包围。在其他实施例中，水平编码器杆116和竖直编码器杆118在外壳105的外部和/或从外壳105突出。

水平编码器杆116通过轴承(如图2D所示)可旋转地耦合到齿轮架102的一部分。水平编码器杆116的旋转与外壳105绕竖直轴122的旋转相耦合。类似地，竖直编码器杆118耦合到轭104，使得竖直编码器杆118可以围绕水平轴旋转。在一个实施例中，编码器杆116和118的运动范围受到外壳105的限制。编码器杆116和118的旋转可以被限制，使得它们不干扰外壳105的表面或不干扰耦合到外壳的部件(例如，内表面109、第一分支110、可选设备170)。在图1B的实施例中，竖直编码器杆118附接到轭104的上部区域。水平编码器杆116和竖直编码器杆118可以从机械组件101上拆卸下来。这可能便于维修或更换。可替代地，编码器杆116和118可以被制造成与机械组件101成一体。水平编码器杆116和竖直编码器杆118是弧形的。在一个实施例中，每个杆的曲率近似与外壳105的曲率同心。在其他实施例中，编码器杆116和118可以具有适合于机械眼球100的不同形状。

水平编码器杆116和竖直编码器杆118各自在其表面中的一个或更多个表面上包括至少一个编码条。编码条可以是能够被一个或更多个传感器读取的任何类型的编码条(例如，磁条、光学条、电子条)。传感器可以是对应于编码条的任何类型的传感器(例如，磁传感器、光传感器、电子传感器、编码器等)。在一些实施例中，第一传感器被配置为读取水平编码器杆116，第二传感器被配置为读取竖直编码器杆118。传感器可以是不同类型的传感器或相同类型的传感器。一个或更多个传感器可以定位在机械眼球100的外部，如下面参考图2A-2B所述，或者一个或更多个传感器可以定位在机械眼球100内。一个或更多个传感器可以确定水平编码器杆116和竖直编码器杆118的位置，并将该位置提供给控制器，这将在下面结合图4进行更详细的描述。在一个实施例中，一个或更多个传感器通过无线网络提供测量结果。在其他实施例中，编码器杆116和118可以包括一根或更多根线，用于将信号传输到机械眼球100的另一部分或控制器。

图2A-2D示出了根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球100的各种视图。图2A是根据一个或更多个实施例的机械眼球100的后视图200a。如图2A所示，轭104是具有第一端230、第二端232和基部234的U形部件。第一端230和第二端232与差动齿轮系114的一个或更多个部件相互作用。例如，第一端230和第二端232可以通过齿轮、皮带、滑轮或任何其他合适的系统耦合到差动齿轮系114的一部分。这样，差动齿轮系114的输入可以驱动外壳105的旋转。轭104的基部234通过第一齿轮系106的一部分耦合到外壳105。在图2B的图示中，轭104是单个部件，包括第一端230、第二端232和基部234。在其他实施例中，轭104的各部分是机械(例如，焊接、通过粘合剂等)耦合在一起的独立元件。

上述第一齿轮系106包括小齿轮236和与小齿轮236啮合的锥齿轮238。小齿轮236耦合到轭104的第一端230。锥齿轮238可旋转地耦合到轭104的基部234。每个齿轮236、238相对于轭104围绕其各自的旋转轴旋转。这样，基部234可以相对于竖直轴122静止。小齿轮236围绕大致平行于水平轴224的轴旋转。锥齿轮238的旋转轴与竖直轴122以及转向节部件的第二分支(图2A中未示出)共线。当轭104围绕水平轴224旋转时，锥齿轮238的旋转轴保持与第一分支共线。虽然图2A示出了小齿轮236和锥齿轮238，但是在其他实施例中，齿轮的尺寸、类型和/或配置可以基于轭104的尺寸或第一齿轮系106的期望特性(例如，传动比、机械优势、输入和/或输出扭矩或其他参数)而变化。

在图2A的实施例中，差动齿轮系114包括第二齿轮系242和第三齿轮系244。第二齿轮系242被构造成致动外壳105绕竖直轴122的旋转。第二齿轮系242包括第一等径伞齿轮246a和与第一等径伞齿轮246a啮合的第二等径伞齿轮246b。第二等径伞齿轮246b耦合到第一齿轮系106。第二等径伞齿轮246a通过皮带、齿轮系统、滑轮或使用任何其他合适的方法耦合到第一齿轮系106。例如，小齿轮236可以通过附加的齿轮系耦合到第二等径伞齿轮246b。第一等径伞齿轮246a可以通过通道248a耦合到第一驱动器(如图3所示)。第一驱动器的致动引起第一等径伞齿轮246a的旋转，并且随后引起第二等径伞齿轮246b和第一齿轮系106的旋转。第一齿轮系106的旋转包括锥齿轮238绕其旋转轴的旋转，这导致外壳105围绕竖直轴122的旋转。在替代实施例中，第二等径伞齿轮246b可以耦合到驱动器和/或第一等径伞齿轮246b可以耦合到第一齿轮系106。

第三齿轮系244被构造成致动外壳105围绕水平轴224的旋转。类似于第二齿轮系242，第三齿轮系244包括第三等径伞齿轮246c和与第三等径伞齿轮246c啮合的第四等径伞齿轮246d。尽管在图2A-2D中未示出，但是第四等径伞齿轮246d通过皮带、齿轮系统、滑轮、其他合适的方法、或其某种组合耦合到轭104的第二端232。此外，第三等径伞齿轮246c可以通过通道248b耦合到第二驱动器(如图3所示)。第二驱动器的致动引起第三等径伞齿轮246c的旋转，这引起第四等径伞齿轮246d的旋转。第四等径伞齿轮246d引起轭104的旋转，从而引起外壳105围绕水平轴224的旋转。在替代实施例中，第四等径伞齿轮246d可以耦合到驱动器和/或第三等径伞齿轮246c可以耦合到轭104的第二端232。

如图2A所示并如上所述，差动齿轮系114包括四个等径伞齿轮，但是在其他示例中，差动齿轮系114可以包括不同数量的齿轮、不同类型的齿轮(例如，正齿轮、等径伞齿轮、锥齿轮等)和/或不同尺寸的齿轮。在一些实施例中，第二齿轮系242和/或第三齿轮系244是行星齿轮系统的一部分。此外，除了第二齿轮系242和第三齿轮系244之外或代替第二齿轮系242和第三齿轮系244，差动齿轮系114可以包括皮带、滑轮系统或任何其他系统，用于致动外壳105围绕一个或更多个轴的旋转。

一个或更多个传感器可以位于机械眼球100附近，以测量水平编码器杆116和竖直编码器杆118的旋转。如图2A中所示，第一传感器262和第二传感器264位于水平编码器杆116和竖直编码器杆118的大致切向和中心。第一传感器262可以被配置为读取水平编码器杆116，第二传感器264可以被配置为读取竖直编码器杆118。在一些实施例中，第一传感器262位于第二传感器264附近。在其他实施例中，只有一个传感器被配置为读取两个编码器杆。传感器固定在机械眼球100附近，因此它们不需要在机械眼球100内移动的空间。在其他实施例中，传感器可以沿着外壳105的内表面定位，位于机械眼球100的中心，耦合到转向节部件108，固定到齿轮架102，或者位于适于感测水平编码器杆116和竖直编码器杆118的任何其他位置。在图2A的实施例中，一个或更多个传感器可以位于机械眼球100外部的固定位置，以最小化机械眼球100的尺寸，但是在其他实施例中，传感器可以围绕一个或更多个轴旋转。

图2B是根据一个或更多个实施例的图1A的机械眼球100的第二侧视图。图2B从图1B的相对侧(即，围绕竖直轴122旋转180度)示出了机械组件101的部件。如图2B所示，图2A-2D所示的机械眼球沿着光轴107近似对称。

如图2B所示，机械眼球100可以耦合到安装部件268。安装部件268可以是另一系统(例如，电子动画设备、导航系统、定点设备等)的一部分。例如，安装部件268可以是电子动画设备中的固定的接纳部(例如，眼窝)。可替代地，安装部件268可以是被配置为支撑机械眼球100的独立部件(例如，用于导航系统中)。安装部件268可以包住机械眼球100的一部分或全部。在一些实施例中，安装部件268可以被配置成具有类似于外壳105的表面的形状。机械眼球100可以可拆卸地耦合到安装机构268，从而可以容易地修理或更换。在一个实施例中，第一传感器262和第二传感器264通过一个或更多个附接机构266耦合到安装部件268。第一传感器262和第二传感器264可以被定位成读取编码器杆116和118，如上文关于图2A所述。

图2C是根据一个或更多个实施例的机械眼球100的第一透视图200c。如图2C所示，轭104通过接头209a和209b可旋转地耦合到齿轮架102。在一个实施例中，轭104包括在第一端230和第二端232中的每个处的孔。齿轮架102的一部分穿过每个孔形成接头209a和209b。因此，第一和第二端230、232可旋转地耦合到齿轮架102的一部分，并且轭104能够围绕水平轴224枢转。在一些实施例中，接头209a和209b作为铰链操作，其中齿轮架102是静止的，并且轭104围绕水平轴224旋转。可替代地，接头209a和209b可以是一个或更多个不同的耦合机构(例如，球窝、滚珠轴承、鞍形接头等)。

图2C的实施例还示出了转向节部件108的主体240和第二分支212。主体240在一侧上是近似球形的。主体240通过第二分支212连接到第一齿轮系106。第二分支212与竖直轴122共线。当轭104围绕水平轴224旋转时，第二分支212围绕水平轴224旋转。另外，当第一齿轮系106围绕竖直轴122旋转时，第二分支212和主体240也围绕竖直轴122旋转。

主体240包括狭槽260，狭槽260允许水平编码器杆116的旋转与轭104的旋转解耦。水平编码器杆116被配置为沿着狭槽的长度移动，而不是沿着狭槽的宽度移动。水平编码器杆116通过狭槽260耦合到外壳105，使得外壳105围绕竖直轴122的旋转引起水平编码器杆116的同时旋转，而轭104围绕水平轴224的旋转不影响水平编码器杆116。狭槽260的定向使得水平编码器杆116能够独立于轭104移动，因此转向节部件108沿着一个旋转轴与水平编码器杆116解耦。竖直编码器杆118耦合到轭104，使得轭104围绕水平轴224的旋转引起竖直编码器杆118的同时旋转。在该配置中，水平编码器杆116仅围绕竖直轴122旋转，并且竖直编码器杆118仅围绕水平轴旋转。

图2D是根据一个或更多个实施例的机械眼球100的第二透视图200d。图2D示出了允许水平编码器杆116围绕竖直轴122旋转而不干扰机械组件的部件的附加部件。水平编码器杆116通过杆266和轴承262耦合到齿轮架102。轴承262与竖直轴122对齐，使得水平编码器杆116的一部分大致沿着竖直轴122耦合到齿轮架102。杆266耦合到轴承262和水平编码器杆116。杆266在齿轮架102的间隙腔264内围绕竖直轴122旋转，以允许水平编码器杆116有效地围绕竖直轴122旋转。

图3是根据一个或更多个实施例的耦合到一组驱动器的图1A的机械眼球的透视图。如图3所示，第一等径伞齿轮246a可以耦合到第一驱动器350a，第三等径伞齿轮246c可以耦合到第二驱动器350b。此外，第一驱动器350a和第二驱动器350b可以耦合到第一马达和第二马达。在其他实施例中，驱动器350a和350b可以耦合到单个马达。驱动器350a和350b能够以不同的速度被致动。在一个实施例中，驱动器350a和350b是圆柱形杆，其被配置成与等径伞齿轮246a和246c的通道(例如，248a、248b)配合。驱动器350a和350b可以由坚固耐用的材料组成，例如钢、铝、铜或用于致动机械眼球100旋转的任何合适的材料。在其他实施例中，驱动器350a和350b可以是适于与机械眼球100相互作用的任何形状。另外，驱动器350a和350b被定位成使得它们不干扰机械眼球100的其他部件(即，它们不会影响到编码器杆的旋转)。驱动器350a和350b至少部分在机械眼球100的外部，并且可从它们各自的位置移除。响应于第一驱动器350a的致动，第一等径伞齿轮246a导致外壳105围绕竖直轴122旋转。响应于第二驱动器350b的致动，第三等径伞齿轮246c导致外壳105围绕水平轴224旋转。外壳105的旋转导致编码器杆116和118围绕竖直轴122和水平轴224中的至少一个的旋转。

上述机械组件是二维旋转系统的紧凑设计，其可以在机械眼球100中实施，而不牺牲光轴旋转的精度和准确度。在其他实施例中，机械组件可以与附加部件耦合，以允许外壳围绕第三旋转轴旋转，该第三旋转轴在中心点垂直于第一旋转轴和第二旋转轴。此外，机械组件具有高度模块化，允许机械眼球100的部件被包括在导航系统、卫星系统、图像采集系统、光学系统、眼睛跟踪验证系统、机器人系统、光学和显示系统、指示机构或任何其他二维旋转设备中。在一个实施例中，上述机械眼球100可以被包括在电子动画设备中。下面更详细地描述具有一个或更多个机械眼球100的电子动画设备的例子。

示例电子动画系统环境

机械眼球100可以用作电子动画设备中的高性能且逼真的眼球。该设计紧凑且分立，允许机械眼球100与其他部件(例如，马达、控制器、其他硬件等)一起安装在电子动画设备内，并且在观察者看来是真实的。此外，可以使用机器学习和迭代过程来训练包括机械眼球100的电子动画设备，使得其高度准确和精确。在一些示例中，眼睛跟踪系统可以用于跟踪用户的眼睛运动，并且被跟踪的眼睛运动可以被映射到电子动画设备中的机械眼球100。位于机械眼球100附近的传感器和机械眼球100中的编码器杆可以帮助验证眼睛跟踪系统，以确保其准确地跟踪和测量眼睛运动。

图4是根据一个或更多个实施例的眼睛跟踪系统410和电子动画设备420的示意图。眼睛跟踪系统410和电子动画设备420通过网络430连接。通常，眼睛跟踪系统测量人眼的位置和运动。图4所示的眼睛跟踪系统410被配置成使用至少一个图像传感器414(例如，相机)来跟踪用户412的至少一只眼睛的运动。在一些其他实施例中，眼睛跟踪系统410也可以使用某种形式的主动照明(例如，结构光)。在所示的实施例中，用户412面对图像传感器414，并且图像传感器414捕捉用户412的左眼和右眼的运动。眼睛跟踪系统410可以跟踪用户412的每只眼睛的视线(例如，视网膜中央凹轴)，使得眼睛跟踪系统410可以确定用户412在给定时间正在看的方向。眼睛跟踪系统410可以包括额外的传感器，例如光传感器(例如，光电探测器、红外传感器)、运动传感器、光学传感器、或用于辅助眼睛跟踪的任何其他传感器。图4中的眼睛跟踪系统410是为了说明的目的而示出的，但是有许多其他类型的眼睛跟踪系统可以与电子动画设备420一起使用。例如，其他眼睛跟踪系统可以包括显示屏、眼镜、VR头戴装置、传感器(例如，图像传感器、光学传感器、光传感器)和/或灯。

图4还示出了电子动画设备420。一般来说，电子动画设备被配置为使人类或动物的复制品像复活一样。电子动画设备通常使用线缆、齿轮、滑轮或其他机械系统来模仿人类和动物的运动。在图4的实施例中，电子动画设备420包括两个机械眼球422a和422b，每个眼球具有被配置为复制人类眼睛运动的机械组件。此外，机械眼球422a和422b可以被设计得对于观察者来说看起来逼真(例如，通过包括瞳孔、着色虹膜等)。在一个实施例中，电子动画设备420的每个机械眼球422a和422b是上述机械眼球100。如图4所示，动画设备420可以包括附加部件，以更像人(例如，嘴、鼻子等)，其中每个附加部件具有各自的机械组件，用于控制部件的运动。

电子动画设备420还包括用于驱动机械眼球422a和422b旋转的马达424。马达424将电能转换成机械扭矩。电子动画设备420的机械眼球422a和422b都耦合到马达424，使得马达424可以驱动机械眼球422a和422b的运动。在其他实施例中，电子动画设备420可以包括附加的马达(例如，对应于每个机械眼球422a和422b的马达)。在图4中，马达424被包括在电子动画设备420的后部区域中，使得观察者看不到马达424，但是在其他实施例中，马达424可以在电子动画设备420的外部。

眼睛跟踪系统410和电子动画设备420通过网络430通信。网络430可以是任何合适的网络，例如互联网、LAN、MAN、WAN、移动有线或无线网络、专用网络、虚拟专用网络、直接通信线路等。网络430也可以是相同或不同类型的多个不同网络的组合。

附加部件可以被配置成将来自眼睛跟踪系统410的信息传递到电子动画设备420。在图4所示的示意图中，控制器440将由眼睛跟踪系统410确定的所跟踪的眼睛运动映射到电子动画设备420的眼睛运动。控制器440可以基于一只或更多只眼睛的所跟踪的眼睛运动生成指令，并将指令提供给电子动画设备420。响应于指令，电子动画设备420可以致动马达424。在其他实施例中，控制器440致动马达424。控制器440将在下面结合图5进行更详细的描述。

图5是根据一个或更多个实施例的示例电子动画系统500。电子动画系统500包括电子动画设备505、可选的眼睛跟踪系统510、以及控制器515。电子动画系统500可以包括比这里描述的更多或更少的部件。

电子动画设备505是被配置为复制人或动物的设备。在一个实施例中，电子动画设备505是仿造人头部的头部，并且该头部包括用于保持一个或更多个机械眼球(例如，电子动画设备420)的一个或更多个接纳部。电子动画设备505被配置成根据来自控制器515的指令来以模仿人眼运动的方式致动一个或更多个机械眼球运动。电子动画设备505的头部可以包括可以与机械眼球交互的附加部件。例如，电子动画设备505可以保持用于致动机械眼球的硬件。硬件可以被保持在电子动画设备505内观察者不可见的位置。在一些实施例中，电子动画设备505包括仿造人皮肤并隐藏一个或更多个硬件部件的皮肤包塑件(skin overmold)。此外，电子动画设备505可以包括模拟其他人类运动的附加部件(例如，张开和闭合的嘴、移动的眉毛等)。在其他实施例中，电子动画设备505包括耦合到头部的身体。该电子动画设备包括机械眼球组件520和马达组件525。电子动画设备505可以被连接(例如，电子地、无线地等)到眼睛跟踪系统510和/或控制器515。

机械眼球组件520包括一个或更多个机械眼球，其被配置成以模拟人眼旋转的方式旋转。如本文所述，机械眼球组件520包括一个或更多个机械眼球100，如上关于图1-3所述。并且在一些实施例中，作为机械眼球组件的一部分的机械眼球中的一个或更多个还可以包括一个或更多个可选设备(例如，可选设备170)、一个或更多个光学相机、一个或更多个运动传感器、一个或更多个光源、用于帮助眼睛跟踪验证的一些其他部件、或一些组合。在一个示例中，机械眼球组件520包括对应于用户左眼的第一机械眼球和对应于用户右眼的第二机械眼球。在其他实施例中，电子动画设备505包括不同数量的机械眼球。机械眼球组件520中的每个机械眼球可以耦合到一个或更多个驱动器，并且电子动画设备505可以致动一个或更多个驱动器以引起机械眼球组件520中的机械眼球的旋转。

马达组件525被配置成致动机械眼球组件520的一个或更多个机械眼球。马达组件525可以机械地耦合到机械眼球组件520，并且电子地耦合到电子动画设备505。马达组件525可以包括一个或更多个马达。例如，马达组件525可以包括四个马达，每个马达耦合到机械眼球组件520中的第一机械眼球或第二机械眼球的第一驱动器或第二驱动器。在另一个示例中，马达组件525可以包括两个马达，每个马达对应于机械眼球组件520中的机械眼球。在替代实施例中，马达组件525可以是不同类型的致动系统，例如气动致动系统、液压致动系统或任何其他合适的致动系统。例如，在一个实施例中，马达组件525可以是磁性致动器，其被配置成致动一个或更多个机械眼球的水平编码器杆和/或竖直编码器杆。

眼睛跟踪系统510跟踪一只或更多只眼睛(例如，用户的眼睛、动物的眼睛、机械眼球等)的眼睛运动。在一些实施例中，眼睛跟踪系统510是电子动画系统500的一部分。例如，眼睛跟踪系统510可用于捕捉眼睛运动，该眼睛运动用于实时引导机械眼球组件505的一个或更多个机械眼球的定向。在其他实施例中，眼睛跟踪系统510不是电子动画系统500的一部分，而是人工现实头戴装置的一部分。例如，电子动画系统500校准和/或测量作为人工现实头戴装置一部分的眼睛跟踪系统510的性能。在该实施例中，电子动画系统500更像眼睛跟踪系统510的校准和/或验证系统。眼睛跟踪系统510可以是任何类型的眼睛跟踪系统。眼睛跟踪系统510可以包括例如一个或更多个相机、照明器、深度相机(例如，使用结构光、飞行时间、立体声等)、或者它们的某种组合。眼睛跟踪系统510跟踪左眼和/或右眼的位置(包括定向)，并且眼睛可以是用户(例如，用户412)的眼睛和/或机械眼球组件520的机械眼球。眼睛跟踪系统510可以向控制器515提供与所跟踪的眼睛运动相关的信息。眼睛跟踪系统510可以实时地(即，当眼睛跟踪系统510跟踪用户的眼睛运动时)或者在完成眼睛跟踪之后向控制器515提供所跟踪的眼睛运动。如图5所示，眼睛跟踪系统510可以是电子动画系统500的一部分。

控制器515被配置成生成眼睛运动指令，该指令使得电子动画设备505致动机械眼球组件520。眼睛运动指令还可以包括控制机械眼球内的一个或更多个可选设备(例如，可选设备170)的指令。在一个实施例中，控制器515基于眼睛跟踪系统510生成一组眼睛运动指令。在其他实施例中，控制器515可以基于用户提供的输入、来自另一系统的信息或根据任何合适的参数来生成眼睛运动指令。在一个实施例中，控制器515可以被配置成将由眼睛跟踪系统510测量的用户的一只或更多只眼睛的所跟踪的眼睛运动映射到机械组件520的运动。控制器515可以基于所跟踪的眼睛运动的映射来生成指令。例如，控制器515将用户的左眼和右眼的所跟踪的眼睛运动映射到机械眼球组件520中的第一机械眼球和第二机械眼球。基于该映射，控制器515可以为电子动画设备505生成同步的眼睛运动指令，以引起第一机械眼球和第二机械眼球的旋转。

在另一个实施例中，控制器515被配置成基于存储的测试运动模式生成眼睛运动指令。测试运动模式是可以由一个或更多个机械眼球执行的一系列运动，作为眼睛跟踪系统的校准和/或验证过程的一部分。例如，在眼睛跟踪系统510(该眼睛跟踪系统510是人工现实头戴装置的一部分或者预期是人工现实头戴装置的一部分)的校准和/或验证过程中，控制器515可以向电子动画设备505提供包括测试运动模式的指令。控制器515还可以向人工现实头戴装置提供指令，该指令使得人工现实头戴装置显示特定的模式(例如，布置成网格的一系列点)。眼睛跟踪系统510可以使用设备(例如，VR头戴装置)跟踪机械眼球组件520的运动，并将所跟踪的眼睛运动提供给控制器515。并且在一些实施例中，一个或更多个机械眼球内的光学相机(例如，可选设备170)捕捉机械眼球所看到的图像(例如，以凝视定向为中心的图像)。控制器515可以将来自相机的信息与所跟踪的一个或更多个机械眼球的运动进行比较，以确定描述眼睛跟踪系统510的性能的一个或更多个度量的值，并向电子动画系统500的用户提供描述眼睛跟踪系统510的性能的报告。度量可以包括例如准确度、等待时间、精确度、凝视过滤器性能和优化，或者它们的某种组合。

控制器515向电子动画设备505提供生成的指令，使得电子动画设备505致动机械眼球组件520。在一个实施例中，控制器515可以在完成眼睛跟踪之后(例如，在机械眼球组件520已经完成测试运动模式之后)提供指令。可替代地，控制器515可以连续或周期性地更新眼睛运动指令，使得电子动画设备505实时或接近实时地(例如，在用户眼睛运动的同时)致动机械眼球组件520。由控制器515产生的指令可以使电子动画设备505同时致动机械眼球组件520中的机械眼球。在其他实施例中，指令可以使得电子动画设备505独立地致动机械眼球(例如，电子动画设备505致动第一机械眼球并随后致动第二机械眼球)。一般来说，指令可以使得电子动画设备505以允许机械眼球的旋转对于观察者来说看起来真实且流畅的方式来致动机械眼球组件520。

在一些示例系统中，可能难以精确地引导机械眼球的光轴，使得对于观察者来说机械眼球的运动看起来流畅。在一些实施例中，为了提高机械眼球组件520的表观运动的一致性和流畅性，控制器515可以确定组件中每个机械眼球的一个或更多个预测编码器值。一个或更多个预测编码器值对应于水平编码器杆和竖直编码器杆围绕中心点围绕机械眼球的第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量。电子动画设备505可以包括一个或更多个传感器，以测量水平编码器杆和/或竖直编码器杆的实际旋转(这里称为“一个或更多个旋转编码器值”)。控制器515可以基于预测编码器值和旋转编码器值来分析机械眼球组件520的旋转。

在一个实施例中，控制器515比较机械眼球的一个或更多个预测编码器值和一个或更多个旋转编码器值。控制器515可以确定预测编码器值和旋转编码器值之间的差。在一些实施例中，控制器515将该差与阈值进行比较，如果该差超过阈值，则控制器515可以向电子动画设备505提供更新的指令，使得电子动画设备505调整机械眼球组件520的致动。在其他实施例中，如果差超过阈值，则控制器515可以警告电子动画系统500指示故障(例如，由于眼睛跟踪系统510故障、机械眼球522a损坏等)。如果差没有超过阈值，则控制器515可以忽略该差。控制器515可以基于由一个或更多个传感器测量的旋转编码器值和基于眼睛跟踪系统510确定的一个或更多个预测编码器值来校准和/或分析电子动画设备505的性能，这将在下面更详细地描述。另外，控制器515可以使用编码器值来验证眼睛跟踪系统510的能力和/或准确性。

在一些实施例中，控制器515可以使用机器学习模型基于一个或更多个预测编码器值和一个或更多个旋转编码器值来训练电子动画设备505。上面的示例是关于单个机械眼球描述的，但是控制器515可以基于一组同步指令同时评估机械组件520中的第一机械眼球和第二机械眼球的编码器值，并且控制器515可以基于同步机械眼球的评估来训练电子动画设备505。对每个机械眼球的旋转的评估和电子动画设备505的训练可以允许机械组件520的准确和精确的运动。

在一个实施例中，控制器515被配置成从机器可读介质读取和执行指令。控制器515可用于执行指令(例如，程序代码或软件)，以使电子动画设备505执行这里描述的任何一种或更多种方法(或过程)。在一些实施例中，机器作为独立设备或耦合到其他机器的连接(例如，联网)设备来操作。在网络化部署中，机器可以以服务器-客户端网络环境中的服务器机器或客户端机器的身份运行，或者作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器运行。

该机器可以是服务器计算机、客户端计算机、个人计算机(PC)、平板电脑PC、机顶盒(STB)、智能手机、物联网(IoT)设备、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指定该机器要采取的动作的指令(按顺序或以其他方式)的任何机器。此外，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”也应当被理解为包括单独或共同执行指令以执行这里讨论的任何一种或更多种方法的任何机器集合。

示例控制器515可以包括一个或更多个处理单元(通常是处理器)。处理器例如是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、控制器、状态机、一个或更多个专用集成电路(ASIC)、一个或更多个射频集成电路(RFIC)、或这些的任意组合。控制器515还包括主存储器。计算机系统可以包括存储单元。处理器、存储器和存储单元通过总线通信。

此外，控制器515可以包括静态存储器、图形显示器(例如，用于驱动等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)或投影仪)。控制器515还可以包括字母数字输入设备(例如，键盘)、光标控制设备(例如，鼠标、轨迹球、操纵杆、运动传感器或其他指示仪器)、信号生成设备(例如，扬声器)和网络接口设备，它们也被配置为经由总线通信。

存储单元包括机器可读介质，其上存储有体现这里描述的任何一种或更多种方法或功能的指令(例如软件)。指令在由计算机系统执行期间也可以完全或至少部分地驻留在主存储器或处理器内(例如，在处理器的高速缓冲存储器内)，主存储器和处理器也构成机器可读介质。指令可以通过网络接口设备在网络上发送或接收。

图6是示出根据一个或更多个实施例的向电子动画设备提供指令的方法的流程图。图6的过程600可以由电子动画系统(例如，图5的电子动画系统500)的部件(例如，控制器)来执行。在其他实施例中，其他实体可以执行该过程的一些或所有步骤。同样，实施例可以包括不同的和/或附加的步骤，或者以不同的顺序执行这些步骤。

控制器接收610眼睛跟踪信息。在一些实施例中，控制器从眼睛跟踪系统接收信息，眼睛跟踪系统被配置成跟踪(例如，人、动物、机器人等的)一只或更多只眼睛的运动。眼睛跟踪信息可以包括描述用户的眼睛在一段时间内所指向的一个或更多个方向的信息。眼睛跟踪信息可以实时或接近实时地(例如，当用户的眼睛移动时)提供。

控制器将眼睛跟踪信息映射620到一个或更多个机械眼球的运动。在一个实施例中，控制器分析与用户左眼和右眼的运动相关的信息，并将该运动映射到第一机械眼球和第二机械眼球。控制器可以映射运动，使得第一机械眼球和第二机械眼球同步。可替代地，控制器可以将用户的单眼运动映射到第一和/或第二机械眼球的运动。

控制器基于眼睛映射生成630指令。指令可以使一个或更多个机械眼球以模拟用户眼睛运动的方式旋转。该指令可以包括用于致动机械眼球的一个或更多个驱动器的指令。在其他实施例中，指令可以包括用于致动水平编码器和/或竖直编码器的方向。这些指令还可以包括一个或更多个预测编码器值，如上文关于图5所述。在一个实施例中，指令使得一个或更多个机械眼球同时旋转。可替代地，指令可以使一个或更多个机械眼球独立旋转。

控制器向电子动画设备提供640指令。控制器可以通过网络或有线连接提供指令。这些指令使动画设备旋转一个或更多个机械眼球，使得旋转对于用户来说看起来流畅且逼真。在一些实施例中，指令使电子动画设备致动马达组件，如上文关于图5所述。这些指令可以使电子动画设备致动单个马达或多个马达。在一个示例中，一个或更多个机械眼球的旋转可以用于验证眼睛跟踪系统。在其他示例中，电子动画设备用于模拟人类。

图7是示出根据一个或更多个实施例的校准电子动画设备的方法的流程图。图7的过程700可以由例如图5的电子动画系统500的电子动画系统的部件(例如，控制器)来执行。在其他实施例中，其他实体可以执行该过程的一些或所有步骤。同样，实施例可以包括不同的和/或附加的步骤，或者以不同的顺序执行这些步骤。

控制器向电子动画设备提供710包括测试运动模式的一组指令。测试运动模式可以包括用于一个或更多个机械眼球的一组眼睛运动，所述一个或更多个机械眼球被包含在电子动画设备中和/或耦合到电子动画设备。响应于该组指令，电子动画设备可以致动机械眼球中的一个或更多个以执行测试运动模式和/或控制机械眼球内的一个或更多个可选设备(例如，光学相机)。控制器还可以向包括被测试的眼睛跟踪系统的人工现实头戴装置提供指令，该被测试的眼睛跟踪系统使得人工现实头戴装置显示特定模式(例如，布置成网格的一系列点)。在一些实施例中，电子动画设备致动一个或更多个机械眼球执行一次测试运动模式，而在其他实施例中，一个或更多个机械眼球可以重复执行测试运动模式(例如，直到电子动画设备被校准)。

控制器从被测试的眼睛跟踪系统接收720执行测试运动模式的一个或更多个机械眼球的所跟踪的眼睛运动。被测试的眼睛跟踪系统可能是人工现实头戴装置的一部分。人工现实头戴装置通信地耦合到控制器。在一些实施例中，控制器还从一个或更多个机械眼球中的一个或更多个中的一个或更多个可选设备(例如，光学相机)接收信息。在一些实施例中，控制器可以从被包括在电子动画设备中的一个或更多个传感器接收描述每个机械眼的位置的信息(例如，一个或更多个传感器被配置为测量水平编码器杆和/或竖直编码器杆的位置)。

控制器部分地基于所跟踪的眼睛运动来确定730描述被测试的眼睛跟踪系统的性能的一个或更多个度量的值。控制器可以将来自相机的信息与所跟踪的一个或更多个机械眼球的运动进行比较，以确定描述被测试的眼睛跟踪系统的性能的一个或更多个度量(例如，准确度)的值。控制器可以生成并向用户提供描述眼睛跟踪系统510的性能的报告。该报告可以包括与一个或更多个度量相关联的值。

附加的配置信息

本公开的实施例的前述描述为了说明的目的被提出；它并不意图为无遗漏的或将本公开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，鉴于上面的公开内容，许多修改和变化是可能的。

本描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面描述了本公开的实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达他们工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为将由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，有时还证明，将这些操作布置视为模块是方便的而不失一般性。所描述的操作及其相关模块可以体现在软件、固件、硬件或它们的任何组合中。

可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括包含计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，计算机程序代码可以由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。

本公开的实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造用于所需的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中、或者任何类型的适于存储电子指令的介质中，其可以耦合到计算机系统总线。此外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计以提高计算能力的架构。

本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括由计算过程产生的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质上且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。

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，且其可能未曾被选择用来描绘或限制创造性主题。因此，其意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，本公开的范围在所附权利要求中被阐述。

Claims (15)

1.一种系统，包括：

控制器，其被配置为生成眼睛运动指令；和

电子动画设备，其包括被配置为根据眼睛运动指令围绕中心点旋转的机械眼球，所述机械眼球具有均在所述中心点处相交的第一旋转轴和第二旋转轴。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：

从眼睛跟踪系统接收用户的眼睛的所跟踪的眼睛运动；

将所述所跟踪的眼睛运动映射到所述机械眼球的运动；和

基于所述映射生成所述指令。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子动画设备还包括附加的机械眼球，并且所述控制器还被配置为：

从眼睛跟踪系统接收用户的第一只眼睛和第二只眼睛的所跟踪的眼睛运动；

将所述用户的第一只眼睛的所跟踪的眼睛运动映射到所述机械眼球的运动，并将所述用户的第二只眼睛的所跟踪的眼睛运动映射到所述附加的机械眼球的运动；

基于所述第一只眼睛的运动和所述第二只眼睛的运动的映射，为所述机械眼球和所述附加的机械眼球生成同步指令。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：

向所述电子动画设备提供包括测试运动模式的一组指令；

从眼睛跟踪系统接收执行所述测试运动模式的所述机械眼球的所跟踪的眼睛运动；和

部分地基于所述所跟踪的眼睛运动来确定描述眼睛跟踪系统的性能的一个或更多个度量的值。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子动画设备还被配置为：

基于所述指令致动第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器被配置成使得所述机械眼球围绕所述第二旋转轴旋转，并且所述第二驱动器被配置成使得所述机械眼球围绕所述第一旋转轴旋转。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述电子动画设备还被配置为：

使用一个或更多个传感器测量一个或更多个旋转编码器值，每个旋转编码器值对应于第一编码器杆和第二编码器杆围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴的旋转量；并且，可选地

其中所述控制器还被配置为：

确定一个或更多个预测编码器值，每个预测编码器值对应于所述机械眼球围绕所述中心点围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量；和

将所述一个或更多个预测编码器值与所述一个或更多个旋转编码器值进行比较；并且可选地，进一步地

其中，响应于所述一个或更多个预测编码器值和所述一个或更多个旋转编码器值之间的差超过阈值，所述控制器还被配置为：

生成更新的指令，所述更新的指令使所述电子动画设备围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴中的一个或更多个旋转所述机械眼球；和

向所述电子动画设备提供所述更新的指令。

7.一种电子动画设备，包括：

第一机械眼球，其被配置为围绕中心点旋转，其中所述第一机械眼球的第一旋转轴和所述第一机械眼球的第二旋转轴在所述中心点处相交，以及

其中，所述电子动画设备被配置为基于控制器提供的指令，致动所述第一机械眼球围绕第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或更多个的旋转。

8.根据权利要求7所述的系统，其中致动所述第一机械眼球的旋转包括：

致动第一驱动器和第二驱动器中的一个或更多个，所述第一驱动器被配置成使所述第一机械眼球围绕所述第二旋转轴旋转，所述第二驱动器被配置成使所述第一机械眼球围绕所述第一旋转轴旋转；并且，可选地

其中所述第一驱动器和所述第二驱动器以不同的速度被致动。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述电子动画设备还被配置为：

从所述控制器接收测试运动模式；和

基于测试运动模式致动所述第一机械眼球，其中眼睛跟踪系统被配置为监控所述第一机械眼球的运动。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一机械眼球包括：

第一编码器杆，其被配置为围绕所述第二旋转轴旋转，所述第一编码器杆包括第一编码条，以及

第二编码器杆，其被配置为围绕所述第一旋转轴旋转，所述第二编码器杆包括第二编码条。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电子动画设备还包括：

一个或更多个传感器，其被配置为测量所述第一编码器杆和所述第二编码器杆围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述指令基于一个或更多个预测编码器值生成，每个预测编码器值对应于所述机械眼球围绕所述中心点围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴中的一个或更多个的旋转量；并且，可选地

其中使用机器学习模型基于所述一个或更多个预测编码器值和由所述一个或更多个传感器测量的一个或更多个旋转编码器值来训练所述电子动画设备。

13.根据权利要求7所述的系统，其中，所述指令基于由眼睛跟踪系统跟踪的用户的眼睛运动来生成。

14.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一机械眼球包括图像传感器，并且其中所述图像传感器与所述第一机械眼球的光轴重合。

15.根据权利要求7所述的系统，其中，所述电子动画设备还包括第二机械眼球，并且其中，电子动画设备被配置为响应于由所述控制器生成的同步指令同时致动所述第一机械眼球和所述第二机械眼球；并且，可选地

其中所述同步指令是基于由眼睛跟踪系统测量的用户的第一只眼睛和用户的第二只眼睛的旋转而生成的。

Images