CN204990186U - 一种桌面式立体显示交互系统 - Google Patents
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Abstract
一种桌面式立体显示交互系统，包括显示设备(1)、快门式主动立体眼镜(4)、手部交互设备(6)、动作捕捉设备和服务器(7)，其中服务器(7)与显示设备(1)、手部交互设备(6)、动作捕捉设备分别进行连接；快门式主动立体眼镜(4)采用快门式切换左右眼图像的方式，通过显示设备(1)发射红外信号与用户的快门式主动立体眼镜(4)进行同步，逐帧将左右眼画面传递至用户视角内；所述动作捕捉设备可准确捕捉用户头部及手部在空间中的位置及坐标，以及手部六自由度旋转及朝向的向量，从而实现人机交互。所述手部交互设备(6)采用操控笔形式。
Description
技术领域：
本实用新型涉及显示设备，具体涉及一种桌面式立体显示交互系统。
背景技术
虚拟现实是近年来出现的高新技术，随着计算机技术飞速发展，虚拟现实得到了越来越广泛的应用领域。立体显示是虚拟现实的重要实现方式之一，它使得人们在虚拟的环境中具有更强的沉浸感，可以使各种模拟器的仿真更加逼真。立体显示设备包含立体投影设备、立体显示器、立体眼镜等，以往的立体显示环境搭建，常采用墙式(CadWall、环幕、球幕)立体显示设备、洞穴式立体显示设备等，硬件设备价格昂贵，且安装维护难度较大，很大程度上制约着立体显示技术的发展。公布号为CN103631024A的中国专利公开了一种立体显示系统，其中包括两台相互垂直设置的3D液晶屏，一台服务器、一台定位设备、一个手持漫游器、多个立体眼镜和支撑两个3D液晶屏的支架；所述服务器分别与3D液晶屏、手持漫游器、定位设备相连；所述定位设备对人眼位置进行实时跟踪，用户可随意更换视角，并且能及时获取正确的立体影像画面，实现人机充分交互。实践中应用发现，在上述立体显示系统中，立体眼镜采用被动式立体显示，基于双眼的双目视差原理，仅能支持简单的景深体验，无法看到前后景深，以及看不到物体的左右面，且不能支持多角度观看，无法呈现物体前后距离差，此外，手持漫游器功能简单，无法满足用户所需的选择、旋转、任意摆放、拼接物体等功能，沉浸感不强，可视化自然交互效果差，仍需进一步改进。
实用新型内容
为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种桌面式立体显示交互系统。
本实用新型的一种桌面式立体显示交互系统采用以下技术方案：
一种桌面式立体显示交互系统，该系统包括显示设备1、快门式主动立体眼镜4、手部交互设备6、动作捕捉设备和服务器7，其中服务器7与显示设备1、手部交互设备6、动作捕捉设备分别进行连接；快门式主动立体眼镜4采用快门式切换左右眼图像的方式，通过显示设备1发射红外信号与用户的快门式主动立体眼镜4进行同步，逐帧将左右眼画面传递至用户视角内；所述动作捕捉设备可准确捕捉用户头部及手部在空间中的位置及坐标，以及手部六自由度旋转及朝向的向量，从而实现人机交互。动作捕捉设备包括头部跟踪装置3以及多个光学捕捉相机5，所述光学捕捉相机5利用支架支撑在显示设备1上方，头部跟踪装置3单独固定在使用者头部或固定在快门式主动立体眼镜4上。手部交互设备6采用操控笔形式。
在一种优选实施例中，头部跟踪装置3可采用立体显示头盔或CAVE沉浸式体验设备。
在一种优选实施例中，动作捕捉设备还包括嵌入式光学动作捕捉摄像头2，所述嵌入式光学动作捕捉摄像头2设置于显示设备1上部，嵌入式光学动作捕捉摄像头2辅助头部跟踪装置3，捕捉用户头部位置，采用第一人称视角，并进行运动时差绑定。
在一种优选实施例中，显示设备1采用单屏形式或者双屏L型工作台形式。
在一种优选实施例中，所述光学捕捉相机5为2-4个。
在一种优选实施例中，多个银色反光球安装在头部跟踪装置3及手部交互设备6上方。进一步地，头部跟踪装置3及手部交互设备6上方分别设置3-6个银色反光球。
本实用新型的一种桌面式立体显示交互系统通过采用快门式主动立体眼镜4，使用户不仅仅看到前后景深感，同时还可以看到观测物体的左右面，呈现一种自然同时也达到景象的深度的感知效果。所采用的特有动作捕捉装置，可以精准的计算出用户头部及手部在空间中的位置及坐标，以及手部六自由度旋转及朝向的向量，从而实现人机交互。其中运动视差立体显示头盔，CAVE等沉浸式体验设备的使用使用户更能产生深度感。
附图说明：
图1为本实用新型的一种桌面式立体显示交互系统的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合说明书附图对本实用新型的一种桌面式立体显示交互系统做进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型的一种桌面式立体显示交互系统包括显示设备1、嵌入式光学动作捕捉摄像头2、头部跟踪装置3、快门式主动立体眼镜4、多个光学捕捉相机5、手部交互设备6、服务器7。其中，嵌入式光学动作捕捉摄像头2位于显示设备1上部，所述光学捕捉相机5利用支架支撑在显示设备1上方，头部跟踪装置3可单独固定在使用者头部，也可以固定在快门式主动立体眼镜4上。服务器7分别与所述显示设备1、嵌入式光学动作捕捉摄像头2、头部跟踪装置3、光学捕捉相机5、手部交互设备6连接。
作为一款桌面型交互系统，除了具备基本的高清分辨率显示之外，更重要的是考虑其立体显示的方式，如被动式偏振和主动快门式立体。
在现有技术中，如公布号为CN103631024A的中国专利公开的一种立体显示系统，其采用的是基于偏振原理的被动立体显示，该被动立体显示特点在于用户佩戴的偏振光眼镜极轻、制作工艺简单且价格低廉，采用该显示方式，由于其基于人的两只眼睛存在间距(平均值为6.5cm)，因此对于同一景物，左右眼的相对位置是不同的，这就产生了双目视差，即左右眼看到的是有差异的图像。因此用户的聚焦点为屏幕的正中央，在普通3D场景中，通过相机将当前的视角内的图像进行双眼眼间距调整，输出左右眼两个图像。被动立体显示方式的缺点是，被动立体显示基于双目视差原理的3D特性，只能进行简单景深体验，无法看到前后景深，以及看不到物体的左右面，且不能支持多角度观看，无法呈现物体前后距离差。
本实用新型中眼镜采用快门式主动立体眼镜4，主动快门式立体通过高于120hz的快门式切换左右眼图像的方式，通过显示设备发射红外信号与用户眼镜进行同步，逐帧将左右眼画面传递至用户视角内，从而使用户不仅仅看到前后景深感，同时还可以看到观测物体的左右面，呈现一种自然同时也达到景象的深度的感知效果。这种视觉体验有着很强的冲击力，用户观测到的模型近乎全息的效果呈现在眼前的空气中。
本实用新型中头部跟踪装置3可采用立体显示头盔，CAVE等沉浸式体验设备等独立设置的装置。运动视差由观察者和景物发生相对运动所产生的，这种运动使景物的尺寸和位置在视网膜的投射发生变化，所述立体显示头盔，CAVE等沉浸式体验设备基于运动视差观测和处理，使用户更能产生深度感。用户佩戴快门式主动立体眼镜4后，用户头部转动及观看视角将被系统实时捕捉，系统根据用户即时的视角进行运动视差调整。
本实用新型中动作捕捉设备包括嵌入式光学动作捕捉摄像头2、头部跟踪装置3、多个光学捕捉相机5。动作捕捉设备是桌面型交互系统的核心部分，也是最重要的实现设备，为达到桌面交互直观舒适的交互方式，通常需要选用准确度极高且敏捷稳定的光学式动作捕捉系统作为头部及手部位置跟踪系统。通常需要至少两台光学捕捉相机，利用支架支撑在显示设备1上方，其捕捉区域为1.5立方米。进一步地，多个银色反光球安装在头部跟踪装置3及手部交互设备6上方，数量3-6粒不等，用于测量和计算被光学捕捉相机5捕捉到的位置数据，所述数据传输至服务器7，通过这些被实时捕捉到的数据，可以精准的计算出用户头部及手部在空间中的位置及坐标，以及手部六自由度旋转及朝向的向量，从而实现人机交互。采用本实用新型的上述动作捕捉设备，可避免一般电磁或者超声波型的动作捕捉存在的抖动问题，大大提高了桌面型交互的用户体验。
在本实用新型中，手部交互设备6可采用的一种类似空间鼠标的交互装置，如操控笔，通过无线蓝牙将用户的指令如点击，抓起，拖动，旋转等传回服务器7。
本实用新型中服务器7选用HPZ800、Dell、Lenovo、IBM等服务器。同时，为保证双眼3D立体图形显示所需要双眼立体运算和输出，一般推荐Nvidia的QuadroFX图卡进行作为标准中高端配置。显示设备1一般使用Nvidia的3DVision或者显示器自备的立体显示系统作为立体信号发射和眼镜设备。
在本实用新型的一种实施方式中，显示设备1可采用单屏形式，或者双屏L型工作台形式。为了更好地对人体动作进行捕捉，显示设备1前端安置了嵌入式光学动作捕捉摄像头2，嵌入式光学动作捕捉摄像头2辅助头部跟踪装置3，捕捉用户头部位置，采用第一人称视角，并进行运动时差绑定，从而创造了完美的立体显示体验。多个快门式主动立体眼镜4的使用，可满足2～4人同时观看模型操作。
应当指出的是，上述内容只是本实用新型的最佳实施方式的列举，其中未尽详细描述的部分，应该理解为用本技术领域的一般方式予以实施。同时，对于本领域的一般技术人员来说，在不偏离本实用新型的精神范畴内对本实用新型所做的等效变换和修饰，都将落入本实用新型的权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：该系统包括显示设备(1)、快门式主动立体眼镜(4)、手部交互设备(6)、动作捕捉设备和服务器(7)，其中服务器(7)与显示设备(1)、手部交互设备(6)、动作捕捉设备分别进行连接，显示设备(1)通过发射红外信号与用户的快门式主动立体眼镜(4)进行同步操作；动作捕捉设备包括头部跟踪装置(3)以及多个光学捕捉相机(5)，所述光学捕捉相机(5)利用支架支撑在显示设备(1)上方，头部跟踪装置(3)单独固定在使用者头部或固定在快门式主动立体眼镜(4)上，所述动作捕捉设备可准确捕捉用户头部及手部在空间中的位置及坐标，以及手部六自由度旋转及朝向的向量；所述手部交互设备(6)采用操控笔形式。
2.如权利要求1所述的一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：头部跟踪装置(3)可采用立体显示头盔或CAVE沉浸式体验设备。
3.如权利要求1所述的一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：动作捕捉设备还包括嵌入式光学动作捕捉摄像头(2)，所述嵌入式光学动作捕捉摄像头(2)设置于显示设备(1)上部，嵌入式光学动作捕捉摄像头(2)辅助头部跟踪装置(3)，捕捉用户头部位置，采用第一人称视角，并进行运动时差绑定。
4.如权利要求1所述的一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：显示设备(1)采用单屏形式或者双屏L型工作台形式。
5.如权利要求1所述的一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：所述光学捕捉相机(5)为2-4个。
6.如权利要求1所述的一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：多个银色反光球安装在头部跟踪装置(3)及手部交互设备(6)上方。
7.如权利要求1所述的一种桌面式立体显示交互系统，其特征在于：头部跟踪装置(3)及手部交互设备(6)上方分别设置3-6个银色反光球。
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| CN201520550803.4U CN204990186U (zh) | 2015-07-28 | 2015-07-28 | 一种桌面式立体显示交互系统 |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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