CN114510149B - 一种带力量感应的vr及ar体感装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带力量感应的VR及AR体感装置，包括：VR动态头戴设备、AR展台和压力控制手柄；所述VR动态头戴设备设置有头戴外壳、处理器、双目棱镜组、无线传输模块、红外灯；所述处理器连接无线传输模块，且设置于头戴外壳内部，所述双目棱镜组与处理器连接且设置于头戴外壳前端，所述红外灯设置于头戴外壳前端；所述AR展台设置有展台板，所述展台板上设置有红外摄像组、位移传感器、主机、无线传输模块；所述压力控制手柄设置有控制外壳、压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块、红外灯，所述压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块设置于控制外壳内部，所述红外灯设置于控制外壳表面。

Description

一种带力量感应的VR及AR体感装置

技术领域

本发明涉及数字创意技术领域，特别涉及一种带力量感应的VR及AR体感装置。

背景技术

目前，随着虚拟现实快速发展，吸引着越来越多的科技企业和高校团队投身其中；虚拟现实技术的应用场景也愈发广泛，例如企业培训、VR游戏、VR试衣、驾驶练习、VR看房，从服装、商场、房地产行业到AI智能、无人驾驶领域，虚拟现实发挥愈来愈多作用；如申请号为“202120705852.6”的“一种操控简易防汗的新型头戴VR装置”，通过设置头戴VR装置本体、散热风扇、第一绑带、透气层、防潮层和透气通孔，达到VR眼睛散热及时，避免出汗，以此提高VR的体验感；然而，大多数虚拟现实依然停留在对画面影音的虚拟体验，无法做到触感上的反馈，而触感反馈确实场景沉浸式体验的重要因素；现有的触感反馈一般是通过在手指部分设置引线，引线一头绑定手指，另一头连接电机，手指活动时，可以拉动引线，引线也可以进行收缩，当计算出在虚拟场景中手指承受压力，根据承受压力控制电机，电机通过拉动引线，将力反馈传递到手指上；这样的方法可以降低成本，并且可以更快的进行力反馈，但其先分析受力大小，再进行力反馈，手指感受到的了力反馈有滞后性和被动性，同时电机控制引线向后拉动手指的方法也同样伴随着风险性，容易使手指手上；本发明通过设置压力传感器，以握力的方式，将手指自主产生的压力进行呈现，在保障安全性的同时，用先施压后计算的方式，提高了力反馈的体验感和反馈效率。

发明内容

本发明提供一种带力量感应的VR及AR体感装置，用以解决虚拟现实的场景互动中，无法面向用户实现有效的力反馈，同时保障反馈的准确性和安全性，并与虚拟场景进行沉浸式融合的情况。

本发明提供了一种带力量感应的VR及AR体感装置，包括：VR动态头戴设备、AR展台和压力控制手柄；所述VR动态头戴设备与压力控制手柄进行无线连接；所述VR动态头戴设备设置有头戴外壳、处理器、双目棱镜组、无线传输模块、红外灯；所述处理器连接无线传输模块，且均设置于头戴外壳内部，所述双目棱镜组与处理器连接且设置于头戴外壳前端，所述红外灯设置于头戴外壳前端；所述AR展台设置有展台板，所述展台板上设置有红外摄像组、位移传感器、主机、无线传输模块；所述压力控制手柄设置有控制外壳、压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块、红外灯，所述压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块设置于控制外壳内部，所述红外灯设置于控制外壳表面。

作为本技术方案的一种实施例，在于所述双目棱镜组包括：双目棱镜入射层、双目棱镜显示层；其中，

所述双目棱镜入射层，设置于头戴外壳外部侧边的顶端，并包含两个及以上的双目棱镜入射层；

所述双目棱镜显示层，设置于头戴外壳外部正前端，并与双目棱镜入射层连接；其中，

所述双目棱镜入射层包括至少两层棱镜镜片。

作为本技术方案的一种实施例，在于所述VR动态头戴设备通过无线传输模块接收主机发送的场景数据，将所述场景数据传输至处理器，所述处理器对场景光源进行波导传输，传输至双目棱镜组；其中，

所述波导传输包括以下步骤：

步骤S01：通过预设的光电传感器测量场景光源，获取光源数据，传输至处理器，所述处理器根据光源数据判断光源颜色；

所述光源数据包括：反射光波长、分光光度数据；

步骤S02：根据所述光源颜色匹配场景光源对应的棱镜入射通道，并将所述场景光源按照预设角度射入棱镜入射通道；其中，

所述棱镜入射通道为双目棱镜入射层中两层棱镜镜片组成的棱镜夹缝；

所述预设角度为光源与棱镜入射通道对应的全反射入射角；

步骤S03：所述场景光源在棱镜入射通道中往复反射，反射至目标区域，在目标区域中生成虚拟场景画面。

作为本技术方案的一种实施例，在于所述AR展台将红外摄像组，设置于展台板前侧，并面向VR动态头戴设备；其中，

所述红外摄像组包括两个及以上红外摄像头，所述红外摄像头用于捕捉红外灯图像，获取红外灯信息，传输至主机；其中，

所述红外灯包括：头戴外壳前端的红外灯、控制外壳表面的红外灯；

所述红外灯信息，包括：红外灯闪烁频率、红外灯图像中红外灯分布位置、红外灯序号；

所述主机根据红外灯信息，进行建模分析，计算出红外灯与AR展台的位置分布信息；其中，

所述位置分布信息包括：VR动态头戴设备与AR展台的对应位置、压力控制手柄与AR展台的对应位置。

作为本技术方案的一种实施例，在于所述AR展台通过判断VR动态头戴设备与AR展台的对应位置是否在预设的阈值范围内，若是，则主机生成场景数据，并通过无线传输模块将所述场景数据传输至VR动态头戴设备，且VR动态头戴设备生成的虚拟场景画面的位置与展台板预设区域对应；其中，

所述虚拟场景画面包括：可变虚拟场景、固定虚拟场景；其中，

所述可变虚拟场景包括：场景可变机关、场景物体；

所述固定虚拟场景包括：场景背景、场景固定机关。

作为本技术方案的一种实施例，在于所述压力控制手柄将压力传感器设置于控制外壳内部的下方，与无线传输模块连接；压力弹簧的两侧分别连接压力传感器和触板，所述压力弹簧位于压力传感器的上侧；所述触板位于压力弹簧的上侧；所述触板的初始位置与控制外壳内部的上方保持预设距离；其中，

所述控制外壳为弹性外壳，且外壳外部设置有收缩装置，所述收缩装置用于将压力控制手柄固定于用户手上。

作为本技术方案的一种实施例，在于所述压力控制手柄通过压力传感器，对VR动态头戴设备生成的虚拟场景画面中的物体，进行压力控制；其中，

所述压力控制包括以下步骤：

步骤S10：通过AR展台对压力控制手柄的红外灯进行识别，确定压力控制手柄在虚拟场景画面中的初始位置，并对所述压力控制手柄的初始压力进行判断；其中，

当所述初始压力在预设的阈值范围内时，则压力控制手柄初始化成功，可以进行控制操作；

当所述初始压力不在预设的阈值范围内时，则进行压力纠正；

步骤S20：将所述压力控制手柄移动至控制目标所在位置，并与控制目标进行对接；其中，

当压力控制手柄移动时，AR展台通过位移传感器检测压力控制手柄，获取手套位移信息，并传输至AR展台的主机，所述主机根据手套位移信息，计算手套位置变化量，确定压力控制手柄最新位置，并进行判断，判断所述压力控制手柄最新位置是否在控制目标位置区域内，若是，则压力控制手柄与控制目标对接成功；

步骤S30：当所述压力控制手柄与控制目标对接成功时，用户通过手指按压触板，生成压力数据，并传输至主机中；其中，

所述用户通过手指按压触板，生成按压压力，所述按压压力通过触板和压力弹簧，传递至压力传感器，所述压力传感器采集按压压力数据，通过无线传输模块传输至AR展台的主机中；

步骤S40：所述主机根据按压压力数据构建控制目标受力模型，进行受力分析，生成目标受力值，并进行判断；其中，

当所述目标受力值在对应控制目标的阈值范围内时，则抓取成功，可通过移动压力控制手柄实现对控制目标进行移动控制；

当所述目标受力值不在对应控制目标的阈值范围内时，则抓取失败。

作为本技术方案的一种实施例，在于当所述压力控制手柄对控制目标进行抓取时，AR展台中的主机进行压力安全性分析，确定压力安全等级；其中，

所述压力安全性分析通过压力传感器分别采集手指压力数据，并传输至主机中，所述主机根据手指压力数据和压力弹簧承压能力进行复合分析，计算压力安全值，并根据预设的安全等级对照表，判断压力安全等级；

所述手指压力数据包括：压力序号、压力大小、压力方向；

所述压力安全等级包括：一级安全、二级安全、三级安全，所述一级安全的安全级别最高；

当所述压力安全等级为三级安全时，则进行压力预警。

作为本技术方案的一种实施例，在于当所述压力控制手柄在虚拟场景画面中遇到阻力时，AR展台中的主机根据虚拟场景画面中的阻力数据，进行压力控制手柄受力分析，计算手指受力值，并传输至压力传感器，所述压力传感器根据手指受力值，对压力弹簧施加压力，所述压力通过触板传递至用户的手指，完成压力触感反馈。

在一实施例中，包括：

力度采集模块：用于通过压力传感器采集手指的作用压力，获取压力数据，并传输至力度分析模块；

力度分析模块：用于根据所述压力数据和虚拟场景画面中的控制目标数据进行受力分析，计算目标受力值，并进行判断；其中，

当所述目标受力值在预设的阈值范围内时，则满足抓取条件，可以进行控制交互；

当所述目标受力值不在预设的阈值范围内时，则无法进行控制交互；

力度交互模块：用于根据所述目标受力值，进行压力控制调整，完成对控制目标的抓取控制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种带力量感应的VR及AR体感装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种带力量感应的VR及AR体感装置中压力控制流程图；

图3为本发明实施例中带力量感应的VR及AR体感装置的力度识别系统功能图；

图4为本发明实施例中一种带力量感应的VR及AR体感装置中压力控制手柄的结构图；

图5为本发明实施例中一种带力量感应的VR及AR体感装置中压力控制手柄左手手柄的结构图；

图6为本发明实施例中一种带力量感应的VR及AR体感装置中压力控制手柄右手手柄的结构图；

1，VR动态头戴设备；2，AR展台；3，压力控制手柄；4，头戴外壳；5，处理器；6，双目棱镜组；7，无线传输模块；8，红外灯；9，展台板；10，红外摄像组；11，位移传感器；12，主机；13，无线传输模块；14，控制外壳；15，压力传感器；16，触板；17，压力弹簧；18，无线传输模块；19，红外灯；20，握力感应区；21，控制遥感；22，气味散发区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

本发明通过VR动态头戴设备解决了虚拟影像传输不稳定、传输慢以及头盔位置感应不灵活的问题，VR动态头戴设备通过双目棱镜组和波导传输，提高了光源数据传输的准确性和传输效率；通过AR展台，解决了虚拟场景中交互物体的交互数据与实际操作数据的对应融合问题；通过压力控制手柄解决了在虚拟场景中进行物体交互缺少有效力反馈以及无法保障力反馈效果和安全性的问题。

实施例1：

本发明实施例提供了一种带力量感应的VR及AR体感装置，包括：VR动态头戴设备、AR展台和压力控制手柄；所述VR动态头戴设备与压力控制手柄进行无线连接；所述VR动态头戴设备设置有头戴外壳、处理器、双目棱镜组、无线传输模块、红外灯；所述处理器连接无线传输模块，且均设置于头戴外壳内部，所述双目棱镜组与处理器连接且设置于头戴外壳前端，所述红外灯设置于头戴外壳前端；所述AR展台设置有展台板，所述展台板上设置有红外摄像组、位移传感器、主机、无线传输模块；所述压力控制手柄设置有控制外壳、压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块、红外灯，所述压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块设置于控制外壳内部，所述红外灯设置于控制外壳表面；

上述技术方案的工作原理为：在虚拟场景的互动中，一般采用定位检测实现虚拟交互，但缺少反馈感，削弱了虚拟现实的沉浸感，现有技术中通常通过引线的方式增加虚拟现实在交互中的力反馈，将引线一头连接手指关节，另一头连接预设的电机，在进行虚拟交互，例如抓取物体的时候，通过控制器控制电机转速和引线收缩，将作用力反馈给手指，此时手指收到朝向手背的牵引力，有明显的受力感，同时手指可以向掌心方向活动，例如握拳，则会通过手指拉动引向，产生作用力，传递给处理器，进行数据更新，实现虚拟场景中的互动，这种方法操作简单、成本较低，但有着不可忽视的安全问题，引线在拉手指时，极易造成将手指过度拉伸，导致手指是受伤，并且在手指进行握拳等拉动引线的动作时，引线因与手指连接方式不同，在计算实际作用力时，容易出现不准确的情况；而上述技术方案中，如图1所示，展示了体感装置连接情况，通过设置VR动态头戴设备(VR为Virtual Reality的缩写，代表虚拟现实技术)、AR展台(AR为Augmented Reality的缩写，代表增强现实技术)和压力控制手柄，将VR动态头戴设备和压力控制手柄进行无线连接，AR展台与VR动态头戴设备、压力控制手柄分别进行无线连接，通过无线传输模块进行数据交互；VR动态头戴设备设置有头戴外壳、处理器、双目棱镜组、无线传输模块、红外灯，用于实现虚拟影像的传输，影像展示与AR展台进行对接，通过红外灯，反馈VR动态头戴设备在虚拟场景中的位置及位移信息，AR展台通过设置展台板、红外摄像组、位移传感器、主机、无线传输模块，实现虚拟场景传输、头戴设备与压力控制手柄3的定位及压力计算功能，通过红外摄像组识别头戴设备及压力控制手柄3的位置及位移信息，通过计算，生成其对应在虚拟场景中的位置及位移；压力控制手柄设置有控制外壳、压力传感器、触板、压力弹簧、无线传输模块、红外灯，如图4所示，还包含气味散发区域，如图5和图6所示，左手控制手柄和右手控制手柄设置有红外灯、握力感应区和控制摇杆，握力感应区包括了压力传感器、触板、压力弹簧；控制摇杆可以进行交互位置纠正和控制移动等交互操作；用于将现实中的手指操作反馈到虚拟场景中，并将虚拟场景的作用力反馈至手指，同时进行气味模拟；

上述技术方案的有益效果为：通过VR动态头戴设备进行虚拟场景传输，并通过红外灯进行位置定位及获取实际位移信息，提高了头戴设备数据对应在虚拟场景中的准确性，提升了虚拟场景呈现度，降低了场景出错率，通过AR展台对场景数据计算及受力计算，提高数据准确度，提升了虚拟场景的沉浸感，并计算出合理受力反馈至压力控制手柄，通过压力控制手柄，提高了力反馈的感受，增强了与虚拟场景的互动，并保证了受力反馈的安全性，增加气味模拟，提高了虚拟场景的交互感。

实施例2：

在一个实施例中，所述双目棱镜组包括：双目棱镜入射层、双目棱镜显示层；其中，

所述双目棱镜入射层，设置于头戴外壳外部侧边的顶端，并包含两个及以上的双目棱镜入射层；

所述双目棱镜显示层，设置于头戴外壳外部正前端，并与双目棱镜入射层连接；其中，

所述双目棱镜入射层包括至少两层棱镜镜片；

上述技术方案的工作原理为：现有技术方案中，一般通过投影加图像转换的方式将虚拟影像呈现在用户眼前，这种方式有着成本低的优点，但其图像呈现容易出现不清晰的情况，大大降低了虚拟沉浸体验；而上述技术方案中，通过设置双目棱镜组，实现虚拟影像的清晰完整展现，双目棱镜组包含了双目棱镜入射层，双目棱镜入射层包括至少两层棱镜镜片，设置于头戴外壳外部侧边的顶端，并包含两个及以上的双目棱镜入射层和双目棱镜显示层，设置于头戴外壳外部正前端，并与双目棱镜入射层连接；

上述技术方案的有益效果为：通过设置双目棱镜入射层和双目棱镜显示层，提高虚拟影像呈现速度和呈现准确性。

实施例3：

在一个实施例中，所述VR动态头戴设备通过无线传输模块接收主机发送的场景数据，将所述场景数据传输至处理器，所述处理器对场景光源进行波导传输，传输至双目棱镜组；其中，

所述波导传输包括以下步骤：

步骤S01：通过预设的光电传感器测量场景光源，获取光源数据，传输至处理器，所述处理器根据光源数据判断光源颜色；

所述光源数据包括：反射光波长、分光光度数据；

步骤S02：根据所述光源颜色匹配场景光源对应的棱镜入射通道，并将所述场景光源按照预设角度射入棱镜入射通道；其中，

所述棱镜入射通道为双目棱镜入射层中两层棱镜镜片组成的棱镜夹缝；

所述预设角度为光源与棱镜入射通道对应的全反射入射角；

步骤S03：所述场景光源在棱镜入射通道中往复反射，反射至目标区域，在目标区域中生成虚拟场景画面；

上述技术方案的工作原理为：现有技术翻案中，通过投影传输影像，在呈现图像的过程中，容易出现不准确的情况；上述技术方案通过VR动态头戴设备的无线传输模块接收主机发送的场景数据，将所述场景数据传输至处理器，对场景光源进行波导传输；通过波导传输解决传输不准确的问题，首先，设置的光电传感器采集光源数据，而处理器根据光源数据判断光源颜色，这里需要说明的是，一般技术方案中，直接将光源进行使用，这种直接使的方式固然方便快捷，但其容易造成光源在入射之后，反射不准确的现象，而上述技术方案先判断光源颜色，其次根据光源颜色选取对应的棱镜入射通道，而射入后，光线在两层棱镜夹缝中不停反射，直至目标区域，生成虚拟场景画面；所述处理器对波导传输过程进行波导传输分析，判断波导传输有效度；其中，

所述波导传输分析包括以下步骤：

步骤S100：获取波导发射装置组{f₁,f₂,…,f_a}和波导接收装置组{s₁,s₂,…,s_b}，建立离散信号第一函数ρ_r′：

其中，h₀为信号中心频率，π为圆周率，θ为离散信号第一影响系数；f₁为波导发射第一装置、f₂为波导发射第二装置、f_a为波导发射第a个装置，a为变量，且1<a；s₁为波导接收第一装置、s₂为波导接收第二装置、s_b为波导接收第b个装置，b为变量，且1<b；r为信号发射第一变量；

步骤S200：获取波导发射装置对应的发射坐标组

和波导接收装置对应的接收坐标组

建立离散信号函数组：

其中，ρ_r″为离散信号第二函数，ρ_r为离散信号目标函数，u为离散信号第二影响系数；

步骤S300：计算信号传输到指定点的时间

和成像的像素值T_ω：

其中，

为波导从第i个发射装置到第j个接收装置的传播时间，i,j为变量，且i<a,j<b；d为指定点，指定点坐标为(x_d,y_d)，且d<a，d<b；μ₁为波导第一传播路径，μ₂为波导第二传播路径，z为波导的传播速度，

为第i个发射装置的延迟时间，

为第j个接收装置的延迟时间；

为成像范围内点ω，从第i个发射装置到第j个接收装置的传播时间，点ω坐标为(x_ω,y_ω)，θ_d为点d的回波系数，θ₀为成像影响系数；

步骤S400：对所述信号传输到指定点的时间

和成像的像素值T_ω进行判断；其中，

当所述时间和像素值均在对应的预设阈值范围内时，则为有效传输，计算有效传输度；

当所述时间和像素值均不在对应的预设阈值范围内或者有一个不在其对应的阈值范围内时，则为无效传输；

上述技术方案的有益效果为：通过波导传输对光源颜色进行判断，分别传入不同传入层，提高了图像生成准确率和清晰度，降低模糊和光线重合不合理的概率。

实施例4：

在一个实施例中，所述AR展台将红外摄像组，设置于展台板前侧，并面向VR动态头戴设备；其中，

所述红外摄像组包括两个及以上红外摄像头，所述红外摄像头用于捕捉红外灯图像，获取红外灯信息，传输至主机；其中，

所述红外灯包括：头戴外壳前端的红外灯、控制外壳表面的红外灯；

所述红外灯信息，包括：红外灯闪烁频率、红外灯图像中红外灯分布位置、红外灯序号；

所述主机根据红外灯信息，进行建模分析，计算出红外灯与AR展台的位置分布信息；其中，

所述位置分布信息包括：VR动态头戴设备与AR展台的对应位置、压力控制手柄与AR展台的对应位置；

上述技术方案的工作原理为：头戴外壳设置红外灯以实现将现实中的头戴设备和压力控制手柄3对应到虚拟的场景中，AR展台的设置至关重要，通过展台板前侧设置了红外摄像组，红外摄像组至少包括两个及以上红外灯摄像头，将展台板设置为正方形，四个角分别设置红外摄像头，四个红外摄像头同时采集头戴设备和压力控制手柄3外部的红外灯，根据采集到的红外灯闪烁频率和序号，通过AR展台的主机对其进行建模分析，计算出其在虚拟场景中对应的位置；

上述技术方案的有益效果为：通过设置AR展台和红外灯提高了对头戴设备及压力控制手柄3的位置识别，为后续的位移识别打下基础，并通过展台板上的红外摄像组，提高了距离识别效率。

实施例5：

在一个实施例中，所述AR展台通过判断VR动态头戴设备与AR展台的对应位置是否在预设的阈值范围内，若是，则主机生成场景数据，并通过无线传输模块将所述场景数据传输至VR动态头戴设备，且VR动态头戴设备生成的虚拟场景画面的位置与展台板预设区域对应；其中，

所述虚拟场景画面包括：可变虚拟场景、固定虚拟场景；其中，

所述可变虚拟场景包括：场景可变机关、场景物体；

所述固定虚拟场景包括：场景背景、场景固定机关；

上述技术方案的工作原理为：与虚拟场景随机生成不同，上述技术方案通过AR展台中预设的区域与VR动态头戴设备呈现的虚拟场景进行对应，当单用VR动态头戴设备时，场景并不能很好的复现，只有结合好AR展台预设区域时，展台中的主机生成场景数据，传输至头戴设备中，呈现虚拟场景画面，而虚拟场景画面中分为可变场景和固定场景，可变场景分为可变机关和场景物体，可变机关的力反馈通常为推、拉，场景物体的力反馈通常为抓取、放置；

上述技术方案的有益效果为：通过将VR动态头戴设备与AR展台预设区域进行对应，为后续的虚拟场景展示打下基础，通过设置可变虚拟场景通过区分场景机关和场景物体，对力反馈的控制则更为精细，提高了虚拟交互的沉浸感。

实施例6：

在一个实施例中，所述压力控制手柄3将压力传感器设置于控制外壳内部的下方，与无线传输模块连接；压力弹簧的两侧分别连接压力传感器和触板，所述压力弹簧位于压力传感器的上侧；所述触板位于压力弹簧的上侧；所述触板的初始位置与控制外壳内部的上方保持预设距离；其中，

所述控制外壳为弹性外壳，且外壳外部设置有收缩装置，所述收缩装置用于将压力控制手柄固定于用户手上；

上述技术方案的工作原理为：现有技术方案中，一般通过引线连接手套的手指部位，实现力反馈控制，但存在不可控的危险性，而上述技术方案通过压力传感器解决了引线连接的危险情况，压力传感器上面放置一个触板，触板上面接一个压力弹簧，压力弹簧上面再接一个触板，压力弹簧上的触板则为手指按压的触板，手指上方有手套的填充物，保护手指安全，控制外壳外有收缩带，可以将手套固定于用户手上，带上手套后，应该对初始压力进行检测，这个时候用户的手指通常还没有开始施加压力，在后续的压力计算中，需要考虑此处的压力偏差；

上述技术方案的有益效果为：通过设置压力弹簧和压力传感器，在极大程度地保证了力反馈的安全性，提高了力反馈效率和虚拟现实交互的体验感与沉浸感。

实施例7：

在一个实施例中，所述压力控制手柄通过压力传感器，对VR动态头戴设备生成的虚拟场景画面中的物体，进行压力控制；其中，

所述压力控制包括以下步骤：

步骤S10：通过AR展台对压力控制手柄的红外灯进行识别，确定压力控制手柄在虚拟场景画面中的初始位置，并对所述压力控制手柄的初始压力进行判断；其中，

当所述初始压力在预设的阈值范围内时，则压力控制手柄初始化成功，可以进行控制操作；

当所述初始压力不在预设的阈值范围内时，则进行压力纠正；

步骤S20：将所述压力控制手柄移动至控制目标所在位置，并与控制目标进行对接；其中，

当压力控制手柄移动时，AR展台通过位移传感器检测压力控制手柄，获取手套位移信息，并传输至AR展台的主机，所述主机根据手套位移信息，计算手套位置变化量，确定压力控制手柄最新位置，并进行判断，判断所述压力控制手柄最新位置是否在控制目标位置区域内，若是，则压力控制手柄与控制目标对接成功；

步骤S30：当所述压力控制手柄与控制目标对接成功时，用户通过手指按压触板，生成压力数据，并传输至主机中；其中，

所述用户通过手指按压触板，生成按压压力，所述按压压力通过触板和压力弹簧，传递至压力传感器，所述压力传感器采集按压压力数据，通过无线传输模块传输至AR展台的主机中；

步骤S40：所述主机根据按压压力数据构建控制目标受力模型，进行受力分析，生成目标受力值，并进行判断；其中，

当所述目标受力值在对应控制目标的阈值范围内时，则抓取成功，可通过移动压力控制手柄实现对控制目标进行移动控制；

当所述目标受力值不在对应控制目标的阈值范围内时，则抓取失败；

上述技术方案的工作原理为：在实现现实手套对虚拟场景中的物体进行抓取并获得力反馈时，如图2所示，展示了实现控制的具体流程；首先，要将压力控制手柄的位置对应到虚拟场景中，并同步压力控制手柄3的位移，并通过头戴设备进行呈现，当手套在虚拟场景中对应的位置与抓取目标一致时，则开始进行抓取，这里的一致指的时压力控制手柄3位置在抓取目标的预设距离范围内，则认定为一致，此时对接成功，手指开始按压触板，施加压力，压力通过传感器传至主机中，主机进行受力分析，计算受力结果，改编虚拟场景中物体的受力情况，从而完成抓取；除了抓取用户主动用手指施加压力获取力反馈外，主机计算到推动反馈的情况下，压力传感器会向上推动弹簧，对手指施加推力，而手指上方有手套中的弹性填充物，结合手指下方收到触板传递的推力，完成推力反馈；

所述受力分析包括以下步骤：

步骤一：获取控制目标的平均压力δ^*和压力控制手柄与控制目标接触区域的区域压力的数据组{δ₁,δ,…,δ_n}，建立压力影响指数方程组：

其中，ε₁为压力第一影响指数，ε₂为压力第二影响指数，δ_σ为压力控制手柄与控制目标进行压力接触中的预测接触压力；δ_m为压力控制手柄与控制目标第m个接触区域的区域压力，Δτ为检测到的受力时间，Δτ_m为第m个接触区域的预测受力时间；

步骤二：根据所述压力影响指数方程组，计算压力控制手柄与控制目标进行压力接触中的所需接触压力δ_σ ^*：

其中，δ₁为静止压力，α为控制目标初始作用压力，λ为控制目标压力第一影响参数；

步骤三：根据所述所需接触压力δ_σ ^*对压力控制手柄的受力进行计算，确定压力控制手柄的压力阈值范围；

上述技术方案的有益效果为：通过手套定位，提高了操作精准性，通过抓取的压力施加和压力计算以及推力反馈，极大提高了力反馈的安全性，增强了力反馈的优化程度，实现了良好的虚拟现实压力交互。

实施例8：

在一个实施例中，当所述压力控制手柄对控制目标进行抓取时，AR展台中的主机进行压力安全性分析，确定压力安全等级；其中，

所述压力安全性分析通过压力传感器分别采集手指压力数据，并传输至主机中，所述主机根据手指压力数据和压力弹簧承压能力进行复合分析，计算压力安全值，并根据预设的安全等级对照表，判断压力安全等级；

所述手指压力数据包括：压力序号、压力大小、压力方向；

所述压力安全等级包括：一级安全、二级安全、三级安全，所述一级安全的安全级别最高；

当所述压力安全等级为三级安全时，则进行压力预警；

上述技术方案的工作原理为：压力控制手柄在抓取时，为了防止出现类似引线拉伤手指的危险情况，设立压力安全等级检测，通过压力传感器分别采集手指压力数据，进行安全值计算，其中要考虑到压力弹簧的承受能力和一般情况手指的最佳受理范围，最后根据对照表判断出安全等级，当安全等级为三级安全时，则表示手指很容易受到挤压伤害或者弹簧损坏造成的伤害，进行压力预警；

上述技术方案的有益效果为：通过设置压力安全等级检测，提高了压力控制手柄在进行虚拟交互及力反馈时的安全性，降低隐患风险。

实施例9：

在一个实施例中，当所述压力控制手柄在虚拟场景画面中遇到阻力时，AR展台中的主机根据虚拟场景画面中的阻力数据，进行压力控制手柄3受力分析，计算手指受力值，并传输至压力传感器，所述压力传感器根据手指受力值，对压力弹簧施加压力，所述压力通过触板传递至用户的手指，完成压力触感反馈；

上述技术方案的工作原理为：在虚拟场景中有对手指作用推力的情况时，通过主机分析各个手指应该受到的推理，分别控制各个手指下方的压力传感器，通过传感器挤压压力弹簧，弹簧挤压手指下方触板，对手指进行推动；

上述技术方案的有益效果为：通过推力反馈的实现，提高了虚拟机交互的沉浸感，同时推力反馈可以丰富压力控制手柄的适用场景，提高利用率。

实施例10：

在一实施例中，包括：

力度采集模块：用于通过压力传感器采集手指的作用压力，获取压力数据，并传输至力度分析模块；

力度分析模块：用于根据所述压力数据和虚拟场景画面中的控制目标数据进行受力分析，计算目标受力值，并进行判断；其中，

当所述目标受力值在预设的阈值范围内时，则满足抓取条件，可以进行控制交互；

当所述目标受力值不在预设的阈值范围内时，则无法进行控制交互；

力度交互模块：用于根据所述目标受力值，进行压力控制调整，完成对控制目标的抓取控制；

上述技术方案的工作原理为：如图3所示，展示了力度识别系统的功能图，在力度识别系统中设置力度采集模块、力度分析模块和力度交互模块，通过采集模块，采集现实中压力控制手柄3的压力施加数据，和虚拟场景数据；通过力度分析模块对虚拟场景中目标受力进行分析，判断是否可以进行交互，若是，则通过交互模块调整交互压力，实现现实中的压力控制手柄对虚拟场景中虚拟目标的抓取操作；

上述技术方案的有益效果为：通过力度识别系统，提高了力度计算分析的准确度和适用性，提高了力度反馈的合理性，增强了虚拟交互的沉浸体验感。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种带力量感应的VR及AR体感装置，包括：VR动态头戴设备（1）、AR展台（2）和压力控制手柄（3）；所述VR动态头戴设备（1）与压力控制手柄（3）进行无线连接；所述VR动态头戴设备（1）设置有头戴外壳（4）、处理器（5）、双目棱镜组（6）、无线传输模块（7）、红外灯（8）；所述处理器（5）连接无线传输模块（7），且设置于头戴外壳（4）内部，所述双目棱镜组（6）与处理器（5）连接且设置于头戴外壳（4）前端，所述红外灯（8）设置于头戴外壳（4）前端；所述AR展台（2）设置有展台板（9），所述展台板（9）上设置有红外摄像组（10）、位移传感器（11）、主机（12）、无线传输模块（13）；所述压力控制手柄（3）设置有控制外壳（14）、压力传感器（15）、触板（16）、压力弹簧（17）、无线传输模块（18）、红外灯（19），所述压力传感器（15）、触板（16）、压力弹簧（17）、无线传输模块（18）设置于控制外壳（14）内部，所述红外灯（19）设置于控制外壳（14）表面；

所述双目棱镜组（6）包括：双目棱镜入射层、双目棱镜显示层；其中，

所述双目棱镜入射层，设置于头戴外壳（4）外部侧边的顶端，并包含两个及以上的双目棱镜入射层；

所述双目棱镜显示层，设置于头戴外壳（4）外部正前端，并与双目棱镜入射层连接；其中，

所述双目棱镜入射层包括至少两层棱镜镜片；

AR展台（2）与VR动态头戴设备（1）、压力控制手柄（3）之间通过无线传输模块进行数据交互；

VR动态头戴设备（1），用于实现虚拟影像的传输，影像展示与AR展台（2）进行对接，通过红外灯，反馈VR动态头戴设备（1）在虚拟场景中的位置及位移信息；

AR展台（2），用于实现虚拟场景传输、VR动态头戴设备（1）与压力控制手柄（3）的定位及压力计算功能，通过红外摄像组识别VR动态头戴设备（1）及压力控制手柄（3）的位置及位移信息；

压力控制手柄（3），用于握力感应及进行交互位置纠正和控制移动交互操作。

2.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，所述VR动态头戴设备（1）通过无线传输模块（7）接收主机（12）发送的场景数据，将所述场景数据传输至处理器（5），所述处理器（5）对场景光源进行波导传输，传输至双目棱镜组（6）；其中，

所述波导传输包括以下步骤：

步骤S01：通过预设的光电传感器测量场景光源，获取光源数据，传输至处理器（5），所述处理器（5）根据光源数据判断光源颜色；

所述光源数据包括：反射光波长、分光光度数据；

步骤S02：根据所述光源颜色匹配场景光源对应的棱镜入射通道，并将所述场景光源按照预设角度射入棱镜入射通道；其中，

所述棱镜入射通道为双目棱镜入射层中两层棱镜镜片组成的棱镜夹缝；

所述预设角度为光源与棱镜入射通道对应的全反射入射角；

步骤S03：所述场景光源在棱镜入射通道中往复反射，反射至目标区域，在目标区域中生成虚拟场景画面。

3.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，所述AR展台（2）将红外摄像组（10），设置于展台板（9）前侧，并面向VR动态头戴设备（1）；其中，

所述红外摄像组（10）包括两个及以上红外摄像头，所述红外摄像头用于捕捉红外灯图像，获取红外灯信息，传输至主机（12）；其中，

所述红外灯包括：头戴外壳（4）前端的红外灯（8）、控制外壳（14）表面的红外灯（19）；

所述红外灯信息，包括：红外灯闪烁频率、红外灯图像中红外灯分布位置、红外灯序号；

所述主机（12）根据红外灯信息，进行建模分析，计算出红外灯与AR展台（2）的位置分布信息；其中，

所述位置分布信息包括：VR动态头戴设备（1）与AR展台（2）的对应位置、压力控制手柄（3）与AR展台（2）的对应位置。

4.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，所述AR展台（2）通过判断VR动态头戴设备（1）与AR展台（2）的对应位置是否在预设的阈值范围内，若是，则主机（12）生成场景数据，并通过无线传输模块（13）将所述场景数据传输至VR动态头戴设备（1），且VR动态头戴设备（1）生成的虚拟场景画面的位置与展台板（9）预设区域对应；其中，

所述虚拟场景画面包括：可变虚拟场景、固定虚拟场景；其中，

所述可变虚拟场景包括：场景可变机关、场景物体；

所述固定虚拟场景包括：场景背景、场景固定机关。

5.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，所述压力控制手柄（3）将压力传感器（15）设置于控制外壳（14）内部的下方，与无线传输模块（18）连接；压力弹簧（17）的两侧分别连接压力传感器（15）和触板（16），所述压力弹簧（17）位于压力传感器（15）的上侧；所述触板（16）位于压力弹簧（17）的上侧；所述触板（16）的初始位置与控制外壳（14）内部的上方保持预设距离；其中，

所述控制外壳（14）为弹性外壳，且外壳外部设置有收缩装置，所述收缩装置用于将压力控制手柄（3）固定于用户手上。

6.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，所述压力控制手柄（3）通过压力传感器（15），对VR动态头戴设备（1）生成的虚拟场景画面中的物体，进行压力控制；其中，

所述压力控制包括以下步骤：

步骤S10：通过AR展台（2）对压力控制手柄（3）的红外灯（19）进行识别，确定压力控制手柄（3）在虚拟场景画面中的初始位置，并对所述压力控制手柄（3）的初始压力进行判断；其中，

当所述初始压力在预设的阈值范围内时，则压力控制手柄（3）初始化成功，可以进行控制操作；

当所述初始压力不在预设的阈值范围内时，则进行压力纠正；

步骤S20：将所述压力控制手柄（3）移动至控制目标所在位置，并与控制目标进行对接；其中，

当压力控制手柄（3）移动时，AR展台（2）通过位移传感器（11）检测压力控制手柄（3），获取压力控制手柄（3）位移信息，并传输至AR展台（2）的主机（12），所述主机（12）根据压力控制手柄（3）位移信息，计算压力控制手柄（3）位置变化量，确定压力控制手柄（3）最新位置，并进行判断，判断所述压力控制手柄（3）最新位置是否在控制目标位置区域内，若是，则压力控制手柄（3）与控制目标对接成功；

步骤S30：当所述压力控制手柄（3）与控制目标对接成功时，用户通过手指按压触板（16），生成压力数据，并传输至主机（12）中；其中，

所述用户通过手指按压触板（16），生成按压压力，所述按压压力通过触板（16）和压力弹簧（17），传递至压力传感器（15），所述压力传感器（15）采集按压压力数据，通过无线传输模块（18）传输至AR展台（2）的主机（12）中；

步骤S40：所述主机（12）根据按压压力数据构建控制目标受力模型，进行受力分析，生成目标受力值，并进行判断；其中，

当所述目标受力值在对应控制目标的阈值范围内时，则抓取成功，可通过移动压力控制手柄（3）实现对控制目标进行移动控制；

当所述目标受力值不在对应控制目标的阈值范围内时，则抓取失败。

7.如权利要求6所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，当所述压力控制手柄（3）对控制目标进行抓取时，AR展台（2）中的主机（12）进行压力安全性分析，确定压力安全等级；其中，

所述压力安全性分析通过压力传感器（15）分别采集手指压力数据，并传输至主机（12）中，所述主机（12）根据手指压力数据和压力弹簧（17）承压能力进行复合分析，计算压力安全值，并根据预设的安全等级对照表，判断压力安全等级；

所述手指压力数据包括：压力序号、压力大小、压力方向；

所述压力安全等级包括：一级安全、二级安全、三级安全，所述一级安全的安全级别最高；

当所述压力安全等级为三级安全时，则进行压力预警。

8.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，其特征在于，当所述压力控制手柄（3）在虚拟场景画面中遇到阻力时，AR展台（2）中的主机（12）根据虚拟场景画面中的阻力数据，进行压力控制手柄（3）受力分析，计算手指受力值，并传输至压力传感器（15），所述压力传感器（15）根据手指受力值，对压力弹簧（17）施加压力，所述压力通过触板（16）传递至用户的手指，完成压力触感反馈。

9.如权利要求1所述的一种带力量感应的VR及AR体感装置，包括：

力度采集模块：用于通过压力传感器（15）采集手指的作用压力，获取压力数据，并传输至力度分析模块；

力度分析模块：用于根据所述压力数据和虚拟场景画面中的控制目标数据进行受力分析，计算目标受力值，并进行判断；其中，

当所述目标受力值在预设的阈值范围内时，则满足抓取条件，可以进行控制交互；

当所述目标受力值不在预设的阈值范围内时，则无法进行控制交互；

力度交互模块：用于根据所述目标受力值，进行压力控制调整，完成对控制目标的抓取控制。

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