CN205539744U - 一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统，其特征在于，包括：显示器和控制器，在显示器的前方设置有一视差栅(3)，所述控制器连接有输入信号装置和视差栅控制装置，其中，所述显示器具有背投光（1）和液晶板（2），且控制器控制该液晶板上显示图像，且左右图像是按照像素列交替显示，观察者观察视差栅的狭缝，即可以实现左右图像分离；其中，所述控制器控制输入信号装置进行图像输入选择，并控制视差栅控制装置实现视差栅的移位，其中，移位后的视差栅和之前的左右图像组合并显示给观察者；并且，还设有头部跟踪传感器（4）。

Description

一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统。

背景技术

目前，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)丰要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。下面对这些技术分别加以说明。

实时三维计算机图形：

相比较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型，又有足够的时间，我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难。

显示：

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

用户（头、眼）的跟踪：在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。

跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。

在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前最常用的工具，但对于三维空间来说，它们都不太适合。在三维空间中因为有六个自由度，我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在，已经有一些设备可以提供六个自由度，如3Space数字化仪和SpaceBall空间球等。另外一些性能比较优异的设备是数据手套和数据衣。

人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

感觉反馈：

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

语音：

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。

使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于提供一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统，用以实现高临场感的效果。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统，包括：显示器和控制器，在显示器的前方设置有一视差栅(3)，所述控制器连接有输入信号装置和视差栅控制装置，其中，所述显示器具有背投光（1）和液晶板（2），且控制器控制该液晶板上显示图像，且左右图像是按照像素列交替显示，观察者观察视差栅的狭缝，即可以实现左右图像分离；其中，所述控制器控制输入信号装置进行图像输入选择，并控制视差栅控制装置实现视差栅的移位，其中，移位后的视差栅和之前的左右图像组合并显示给观察者；并且，还设有头部跟踪传感器（4），所述头部跟踪传感器跟踪观察者的头部转动，并传递给控制器，所述控制器根据头部转动的数据控制相应的输入信号装置和视差栅控制装置，以调节相应的图像显示和视差栅的位置。

本实用新型采取了上述方案以后，基于视差栅，能够实现土相分离，并最终实现立体化显示，同时，该装置基于头部追踪，能够实时进行调整，为用户实现高临场感的裸眼显示效果。

本实用新型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，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，以使得本实用新型的上述优点更加明确。

图1是本实用新型基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细地说明。

如图1所示，一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统，包括：显示器和控制器，在显示器的前方设置有一视差栅3，所述控制器连接有输入信号装置和视差栅控制装置，其中，所述显示器具有背投光1和液晶板2，且控制器控制该液晶板上显示图像，且左图像201和右图像202是按照像素列交替显示，观察者观察视差栅的狭缝，即可以实现左右图像分离；其中，所述控制器控制输入信号装置进行图像输入选择，并控制视差栅控制装置实现视差栅的移位，其中，移位后的视差栅和之前的左右图像组合并显示给观察者；并且，还设有头部跟踪传感器4，所述头部跟踪传感器跟踪观察者的头部转动，并传递给控制器，所述控制器根据头部转动的数据控制相应的输入信号装置和视差栅控制装置，以调节相应的图像显示和视差栅的位置。

本实用新型采取了上述方案以后，基于视差栅，能够实现土相分离，并最终实现立体化显示，同时，该装置基于头部追踪，能够实时进行调整，为用户实现高临场感的裸眼显示效果。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于头部跟踪的裸眼增强现实显示系统，其特征在于，包括：显示器和控制器，在显示器的前方设置有一视差栅(3)，所述控制器连接有输入信号装置和视差栅控制装置，其中，所述显示器具有背投光（1）和液晶板（2），且控制器控制该液晶板上显示图像，且左右图像是按照像素列交替显示，观察者观察视差栅的狭缝，即可以实现左右图像分离；其中，所述控制器控制输入信号装置进行图像输入选择，并控制视差栅控制装置实现视差栅的移位，其中，移位后的视差栅和之前的左右图像组合并显示给观察者；并且，还设有头部跟踪传感器（4），所述头部跟踪传感器跟踪观察者的头部转动，并传递给控制器，所述控制器根据头部转动的数据控制相应的输入信号装置和视差栅控制装置，以调节相应的图像显示和视差栅的位置。