DE102017120741A1

DE102017120741A1 - Vorrichtung, System und Verfahren zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware

Info

Publication number: DE102017120741A1
Application number: DE102017120741.4A
Authority: DE
Inventors: Tim Millhoff; Timo Steininger; Lars Stiemert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Es wird eine tragbare Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware beschrieben, mit mindestens einem Inertialmessgerät (2) zur Aufzeichnung von Positionsdaten und/oder Bewegungsdaten, und mindestens eine Sensorfusionseinheit (3), welche die aufgezeichneten Daten des Inertialmessgerätes (2) gewichtet und/oder verarbeitet, und wobei die tragbare Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, basierend auf den gewichteten und/oder verarbeiteten Daten eine Positionsbestimmung durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware.
Virtuelle Realitätssysteme sind im Allgemeinen bekannt und diese werden von den unterschiedlichsten Industriezweigen genutzt.
So wird beispielsweise in der Prototypenentwicklung in einem frühem Entwicklungsstadium ein Bauteil nicht direkt als funktionsfähiger Prototyp in einem Labor oder einer Werkstadt aufgebaut, sondern an einem Computer simuliert. Während diese Simulation vor dem Aufkommen leistungsstarker Computersysteme häufig in zwei Dimensionen war, ist es heutzutage möglich, diese Simulationen in drei Dimensionen durchzuführen. Ein weiterer Schritt dieser technologischen Entwicklung ist die Simulation von Prototypen in einer virtuellen Umgebung. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass in einem frühen Entwicklungsschritt der Prototyp eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug in dieses virtuell eingebaut wird und die Funktionsfähigkeit und/oder das Design des Kraftfahrzeugs in einer virtuellen Umgebung bewertet wird.
Auch die Unterhaltungsindustrie nutzt die vielzähligen Möglichkeiten von virtuellen Realitätssystemen. So ist es beispielsweise möglich, dass Filme oder Computerspiele nicht wie gewohnt auf einem Bildschirm, wie beispielsweise einem Computermonitor oder einen Fernseher wiedergegeben werden, sondern der Konsument kann unter Benutzung geeigneter Mittel, z.B. einer Datenbrille, in die Spielwelt eintauchen oder mit dieser interagieren und sich relativ frei durch diese bewegen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Wort „eintauchen“ ein Zustand beschrieben, in dem der Konsument die virtuelle Realität nicht als solche wahrnimmt, sondern diese, selbstverständlich mit Abstrichen, für die Realität hält.
Auch die Wirtschaftswelt hat das Potential von virtuellen Realitätssystemen erkannt. So lassen sich beispielsweise durch Systeme für die virtuelle Realität Betriebskosten einsparen. Beispielsweise ist es möglich, dass Geschäftsreisen für Treffen mit Verhandlungspartnern nicht am Ort der Verhandlungspartner stattfinden müssen, sondern in einer virtuellen Realität, in der sich die Teilnehmer mittels geeigneter Mittel einwählen und gemeinsam Interagieren können.
Ein weiterer wichtiger Industriezweig, der von virtuellen Realitätssystemen profitiert ist der Erziehungs- und Ausbildungssektor. Es ist beispielsweise möglich, dass in Schulen oder an Universitäten Forschungsreisen oder Experimente in einer virtuellen Umgebung durchgeführt werden, die in der Realität zu kostspielig oder zu gefährlich wären. Auch in Ausbildungsberufen können die Vorteile von virtuellen Realitätssystemen verwendet werden, um beispielsweise die Reparatur eines Kraftfahrzeugs oder bestimmte Handlungen eines Soldaten virtuell darzustellen und den Auszubildenden in derartige Situation zu versetzen, ohne ihn in Gefahr zu bringen oder zu hohe Kosten zu verursachen.
Die derzeitig erhältlichen Systeme für die virtuelle Realität bestehen üblicherweise aus einem Berechnungssystem, beispielsweise einem Mobilfunkgerät oder einem leistungsstarken Computer, einem Display, das für die Darstellung von virtueller Realität geeignet ist, mindestens einem Bewegungssensor, und gegebenenfalls einem oder mehreren Controllern zur die Interaktion mit der virtuellen Realität.
Ein Problem im Bereich von virtuellen Realitätssystemen ist die erforderliche Rechenleistung. So müssen Displays zur Darstellung der virtuellen Umgebung eine sehr hohe Auflösung aufweisen. Auch müssen sie eine hohe Bildwiederholungsfrequenz aufweisen, und diese stabil halten können. Das Berechnungssystem muss ebenfalls in der Lage sein, sowohl eine sehr hohe Auflösung, als auch eine hohe Bildwiedergabefrequenz für die Displays zu liefern. Neben der graphischen Ausgabe der virtuellen Realität müssen die Daten der unterschiedlichen Sensoren, wie beispielsweise Bewegungssensoren, Kameras, Infrarotsensoren und ähnliche, und ebenfalls die Controller, in nahezu Echtzeit verrechnet werden, um eine glaubwürdige Interaktion mit der virtuellen Realität zu erreichen.
Aktuell hat sich insbesondere die Verwendung von Smartphones als virtuelle Realitätsdisplays und gleichzeitig als Berechnungssystem für die Berechnung der graphischen Darstellung und der Sensordaten in der virtuellen Realität durchgesetzt. Ein Nachteil dieser Zweckentfremdung von Smartphones ist jedoch die im Vergleich zu stationären Computersystemen erheblich geringere Rechenleistung. Auch ist die Abtastfrequenz der in einem Smartphone verbauten Sensoren nicht ausreichend, um eine glaubwürdige bzw. realitätsechte Interaktion mit der virtuellen Realität zu erreichen. So bewegen sich üblicherweise die Abtastraten des Beschleunigungssensors und des Gyroskops in einem Smartphone in einem Bereich von 100 Hz bis 200 Hz.
Ein weiteres Problem ist die hohe Standortabhängigkeit eines qualitativ hochwertigen Systems für die virtuelle Realität. Aufgrund der erforderlichen hohen Rechenleistung ist dieses auf eine vorhandene Infrastruktur angewiesen. Es ist beispielsweise notwendig, dass Computersysteme mit ausreichender Rechenleistung vorhanden sind und diese auch betrieben werden können, also eine stabile Energieversorgung haben. Auch muss die reale Umgebung dahingehend eingerichtet sein, dass für den Benutzer, der in die virtuelle Realität eintaucht, keine Gefahren durch Stolpern oder gegen eine Wand laufen, bestehen. Die bereits erhältlichen Systeme für die virtuelle Realität sind drahtgebunden und nur in Kombination mit einem sehr leistungsstarken Computer verwendbar, was in einer hohen Ortsgebundenheit resultiert.
Ausgehend von dieser Situation stellt sich das Problem, eine möglichst glaubwürdige Wiedergabe bzw. Darstellung einer virtuellen Realität zu ermöglichen, wobei diese Wiedergabe von einer Infrastruktur und/oder von ortsgebundener Hardware entkoppelt sein soll.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben oder zumindest zu minimieren.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine tragbare Vorrichtung gelöst, mit mindestens einem Inertialmessgerät zur Aufzeichnung von Positionsdaten und/oder Bewegungsdaten, wobei die tragbare Vorrichtung mindestens eine Sensorfusionseinheit aufweist, welche die aufgezeichneten Daten des Inertialmessgerätes gewichtet und/oder verarbeitet, und die tragbare Vorrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf den gewichteten und/oder verarbeiteten Daten eine Positionsbestimmung durchzuführen.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Sensorfusionseinheit“ eine Einheit, beispielsweise ein Bauteil oder auch eine Software zu verstehen, das oder die aus unterschiedlichen Sensoren oder Informationsquellen die Daten mit dem Ziel verknüpft, neue und präzisere Erkenntnisse über die einzelnen Daten, Messwerte oder Ereignisse zu gewinnen.
Unter dem Begriff „Positionsbestimmung“ wird die Ermittlung des Ortes und der Orientierung in Bezug zu einem definierten Fixpunkt, beispielsweise einem Bezugssystem verstanden.
Auch ist in diesem Zusammenhang unter dem Begriff „gewichten“ die Bewertung einzelner Einflussgrößen eines mathematischen Modells beispielsweise hinsichtlich ihres Einflusses zu verstehen. So werden plausible und mit der voraussichtlichen Erwartung übereinstimmende Messwerte, beispielsweise aufgrund vorheriger Messwerte, in einer Berechnung stärker berücksichtigt als Messwerte mit einer großen Abweichung vom zu erwartenden Wert. Diese Gewichtung kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Gewichtungsfaktoren durchgeführt werden.
Der Begriff „GNSS“ ist eine Abkürzung für ein globales Navigationssatellitensystem (englisch: Global Navigation Satellite System) und beschreibt ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang von Signalen von Navigationssatelliten und Pseudoliten. Bekannte Navigationssatellitensysteme sind beispielsweise NAVSTAR GPS (Global Positioning System), das GLONASS (Global Navigation Satellite System), Galileo, und Beidou.
Unter dem Begriff „Güte“ ist die Angabe des Messfehlers eines Messwertes zu verstehen. Dieser Messfehler kann systematisch, statistisch, oder beides kombiniert sein.
Unter dem Begriff „Virtuelle Realität“ (VR) wird die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit, also der realen Umgebung und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung bezeichnet.
Der Begriff „Verarbeitungs-Filter“ bezeichnet im Folgenden ein Filter, das als Bauteil oder auch als Software bzw. Computerprogramm realisiert werden kann, und Daten verarbeitet.
Unter dem Begriff „verarbeiten“ sind in diesem Zusammenhang die bekannten mathematischen Operationen zusammengefasst, wie beispielsweise Vergleich, UND, ODER, XOR, XNOR, Multiplikation, Division, Addition, Subtraktion, und dergleichen.
Ein Vorteil der Sensorfusionseinheit, welche die Daten des Inertialmessgerätes gewichtet und/oder verarbeitet, ist die Möglichkeit der Datenselektion bzw. Datenverarbeitung, die mobil erfolgen kann, also unabhängig von Infrastruktur oder ortsgebundener Hardware. Hieraus ergibt sich als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen tragbaren Vorrichtung die Fähigkeit, basierend auf den gewichteten und/oder verarbeiteten Daten eine Positionsbestimmung durchzuführen. Hierdurch wird eine von Infrastruktur oder ortsgebundener Hardware entkoppelte Möglichkeit der Positionsbestimmung erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform weist die tragbare Vorrichtung mindestens einen GNSS-Empfänger auf, wobei die Daten des GNSS-Empfängers durch die mindestens eine Sensorfusionseinheit gewichtet und/oder verarbeitet werden. Hierdurch wird die Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht.
Ebenfalls kann die tragbare Vorrichtung mindestens eine drahtlose oder drahtgebundene Datenverbindungseinheit aufweisen. Durch diese wird eine technisch ausgereifte und zu anderen Bauteilen kompatible Verbindungsmöglichkeit bereitgestellt, um Daten zu senden und/oder zu empfangen.
Auch können Daten der Datenverbindungseinheit, insbesondere Signalstärke, Interferenzen und/oder Triangulationsdaten, durch die mindestens eine Sensorfusionseinheit gewichtet und/oder verarbeitet werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Möglichkeit, die Datenverbindungseinheit nicht nur zur Übertragung von Daten zu verwenden, sondern die eigentliche Übertragung der Daten und die dabei ermittelbaren physikalischen Größen, wie beispielsweise die Signalstärke, das Signal-Rausch-Verhältnis, und ähnliches, durch die mindestens eine Sensorfusionseinheit gewichten und/oder verarbeiten zu lassen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Inertialmessgerät mindestens einen gyroskopischen Sensor und/oder mindestens einen Beschleunigungssensor und/oder mindestens ein Magnetometer auf. Durch die Verwendung dieser technisch ausgereiften Sensoren wird ein kostengünstiges und platzsparendes Inertialmessgerät bereit gestellt. Auch wird hierdurch die Anzahl der berücksichtigten Daten gesteigert.
Ebenso kann in einer weiteren Ausführungsform die Sensorfusionseinheit die aufgezeichneten Daten des mindestens einen Inertialmessgerätes, und/oder des mindestens einen GNSS-Empfängers, und/oder der mindestens einen Drahtlosverbindungseinheit gegeneinander gewichten und/oder verarbeiten. Auch ist es hierdurch beispielsweise möglich, dass Korrelationen zwischen den Daten der unterschiedlichen Geräte gebildet werden. Hierdurch wird eine nochmals verbesserte Positionsbestimmung erreicht.
Zudem kann die tragbare Vorrichtung dazu ausgebildet sein, die aufgezeichneten Daten zu überprüfen, beispielsweise die Güte der aufgezeichneten Daten zu überprüfen. Durch die Überprüfung der aufgezeichneten Daten, beispielsweise durch die Überprüfung der Güte der aufgezeichneten Daten, wird durch die tragbare Vorrichtung sichergestellt, dass nur Daten für die Positionsbestimmung oder die Verbesserung dieser, verwendet werden, die innerhalb eines vordefinierten oder vordefinierbaren Gütebereichs liegen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Reduzierung der durch die tragbare Vorrichtung zu verrechnenden Daten, die für die Durchführung der Positionsbestimmung, oder die Verbesserung der Positionsbestimmung verwendet werden. Hierdurch wird sowohl der Stromverbrauch, als auch die Wärmeentwicklung der tragbaren Vorrichtung reduziert. Auch wird durch die Überprüfung der Güte eine Reduzierung der durch die Datenverbindungseinheit zu übertragenden Daten erreicht.
Auch wird die Aufgabe durch ein System zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware, gelöst, wobei das System aufweist: mindestens eine tragbare Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, mindestens einen Server, wobei dieser mit der mindestens einen tragbaren Vorrichtung durch mindestens eine Datenverbindung verbunden ist, wobei die mindestens eine tragbare Vorrichtung die aufgezeichneten Daten über die mindestens eine Datenverbindung an den mindestens einen Server sendet, und dieser die empfangenen Daten mittels mindestens eines Verarbeitungs-Filters verarbeitet, und der mindestens eine Server die Ergebnisse der Verarbeitung an die mindestens eine tragbare Vorrichtung zur Verbesserung der Positionsbestimmung sendet.
Durch ein derartiges System werden die mit den Ausführungsformen der tragbaren Vorrichtung beschriebenen Vorteile erzielt. Auch können die von der mindestens einen tragbaren Vorrichtung aufgezeichneten Daten an den mindestens einen Server gesendet werden, wobei der mindestens eine Server, der üblicherweise eine höhere Rechenleistung als die tragbare Vorrichtung hat, die Daten genauer bzw. umfassender verarbeiten kann, als dies mit der Rechenleistung der tragbaren Vorrichtung möglich ist. Unter dem Begriff „genauer verarbeiten“ wird verstanden, dass der Server in der Lage ist, mehrere Datensätze parallel in einer höheren Geschwindigkeit zu verarbeiten. So kann der Server beispielsweise direkt die aufgezeichneten Daten verwenden, ohne dass die von der Sensorfusionseinheit der tragbaren Vorrichtung unter Umständen nicht berücksichtigten Daten fehlen. Hierdurch kann eine noch genauere Positionsbestimmung durchgeführt werden, insbesondere für den Fall von schnellen Bewegungen bzw. Bewegungsabläufen.
Ebenfalls kann das System mindestens eine optische Beobachtungseinheit zur Aufzeichnung von statischen oder bewegten Bildern aufweisen, die mit dem mindestens einen Server durch mindestens eine Datenverbindung verbunden ist, und die die aufgezeichneten Daten an den mindestens einen Server über die mindestens eine Datenverbindung sendet.
Ein Vorteil der mindestens einen optischen Beobachtungseinheit ist die Möglichkeit, dass diese zusätzliche Daten in Form von statischen oder bewegten Bildern erheben kann, welche an den Server gesendet werden und gegebenenfalls bei der Verbesserung der Positionsbestimmung berücksichtigt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das System mindestens einen Marker auf, wobei die Position und/oder Orientierung des Markers durch die mindestens eine optische Beobachtungseinheit aufgezeichnet wird, und diese die aufgezeichnete Position und/oder Orientierung des Markers an den mindestens einen Server über die mindestens eine Datenverbindung sendet.
Durch die Verwendung mindestens eines Markers kann dieser durch die mindestens eine optische Beobachtungseinheit in seiner Position und/oder Orientierung beobachtet werden. Diese Beobachtungsdaten können durch den Server ausgewertet werden und eine Positions- und/oder Orientierungsbestimmung des Markers kann durchgeführt werden. Der Marker kann beispielsweise an einen Gegenstand angebracht werden und die Position und/oder Orientierung des Gegenstands kann durch die mindestens eine optische Beobachtungseinheit aufgezeichnet werden. Diese Aufzeichnungen können an den Server versandt werden, wobei dieser die Positions- und/oder Orientierungsbestimmung des Gegenstandes durchführt.
Außerdem sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass der mindestens eine Server die Daten der mindestens einen tragbaren Vorrichtung und die Daten der mindestens einen optischen Beobachtungseinheit mittels mindestens eines Verarbeitungs-Filters verarbeitet, und der mindestens eine Server die Ergebnisse der Verarbeitung an die mindestens eine tragbare Vorrichtung und/oder an die mindestens eine optische Beobachtungseinheit zur Verbesserung der Positionsbestimmung sendet.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nicht nur die Daten der mindestens einen tragbaren Vorrichtung, sondern auch die Daten der mindestens einen optischen Beobachtungseinheit durch den mindestens einen Verarbeitungs-Filter verarbeitet werden. Hierdurch werden durch den Server mehr Daten zur Positionsbestimmung verwendet, was zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung führt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass zwischen den Daten der mindestens einen tragbaren Vorrichtung und den Daten der mindestens einen optischen Beobachtungseinheit Korrelationen gebildet werden. Auch ist es hierdurch beispielsweise möglich, dass die Position der mindestens einen tragbaren Vorrichtung bestimmt wird, auch wenn diese selbst keine Daten sendet, sondern deren Position und/oder Orientierung nur durch die mindestens eine optische Beobachtungseinheit aufgezeichnet wird. Andererseits ist es auch möglich, dass die Position der mindestens einen optischen Beobachtungseinheit bestimmt wird, auch wenn diese selbst keine Sensoren für ihre Positionsbestimmung aufweist.
Ferner sieht eine Ausführungsform vor, dass das System eine Radio-Tracking-Einheit aufweist, welche Signale aussendet und/oder empfängt, wobei die Signale zur Positionsbestimmung und/oder Verbesserung der Positionsbestimmung verwendet werden.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Möglichkeit, dass eine Positionsbestimmung auch in Bereichen möglich wird, welche beispielsweise nicht durch die mindestens eine optische Beobachtungseinheit oder mit mindestens einer tragbaren Vorrichtung ausgestattet sind. Auch ermöglicht es eine Radio-Tracking-Einheit, dass das System sich selbst, beispielsweise ausgehend von der Radio-Tracking-Einheit, kalibriert und so beispielsweise eine manuelle bzw. vorherige Kalibrierung der Position und/oder des Ortes überflüssig macht.
So ist in einer weiteren Ausführungsform die Radio-Tracking-Einheit eine Funkfeuereinheit. Mit dem Begriff „Funkfeuer“ wird eine Funkstelle bezeichnet, deren Funkaussendungen dazu bestimmt sind, einer mobilen Funkeinheit die Feststellung ihrer Peilung oder Richtung in Bezug auf die Funkstelle zu ermöglichen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Funkfeuereinheit gerichtet oder ungerichtet ist. Auch kann es sich bei der Funkfeuereinheit um ein Drehfunkfeuer handeln. Durch die Verwendung der Funkfeuereinheit wird ein technisch ausgereiftes und kompaktes Gerät verwendet, um eine schnellere automatische Kalibrierung des Systems, ausgehend von der Funkfeuereinheit, zu erreichen.
Darüber hinaus sind gemäß einer weiteren Ausführungsform mehrere Radio-Tracking-Einheiten derart angeordnet, dass sie eine Positionsbestimmung und/oder eine Verbesserung der Positionsbestimmung mittels Triangulation durchführen.
Ein Vorteil mehrerer Radio-Tracking-Einheiten ist, dass durch die Verwendung dieser in Kombination mit den mathematischen Methoden der Triangulation eine nochmalig verbesserte automatische Kalibrierung des Systems erreichen. Diese automatische Kalibrierung kann auch in einem nicht vorher vermessenem 3D-Raum erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass der mindestens eine Server die von einer oder mehreren Einheiten gesendeten Daten prüft, beispielsweise die Güte der gesendeten Daten prüft, bevor die Daten durch den mindestens einen Verarbeitungs-Filter verarbeitet werden.
Durch die Überprüfung der aufgezeichneten Daten, beispielsweise durch die Überprüfung der Güte der aufgezeichneten Daten, wird durch die tragbare Vorrichtung sichergestellt, dass nur Daten für die Positionsbestimmung oder die Verbesserung dieser, verwendet werden, die innerhalb eines vordefinierten oder vordefinierbaren Gütebereichs liegen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Reduzierung der zu verrechnenden Daten, die für die Durchführung der Positionsbestimmung, oder die Verbesserung der Positionsbestimmung verwendet werden. Hierdurch wird sowohl der Stromverbrauch, als auch die Wärmeentwicklung des Systems reduziert. Auch wird durch die Überprüfung der Güte eine Reduzierung der durch die Datenverbindungseinheit zu übertragenden Daten erreicht.
Zudem sieht eine Ausführungsform vor, dass der Verarbeitungs-Filter des mindestens einen Servers mindestens einen Multi-Hypothesen-Tracking-Filter aufweist. In diesem Zusammenhang versteht man unter dem Begriff „Multi-Hypothesen-Tracking“ ein Verfahren, das einen Baum mit Wahrscheinlichkeiten für jeden Wert aufbaut, wodurch eine systematische und mathematische Lösung für das Problem der Datenvereinigung erreicht wird. Ein Vorteil eines Filters, der auf Multi-Hypothesen-Tracking aufbaut ist, ist die mit diesem Verfahren einhergehende hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit auch großer Datenmengen. Dies ermöglicht es dem System in Echtzeit bzw. nahezu in Echtzeit die Verarbeitung der Daten auf dem Server durchzuführen.
Ferner wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Aufzeichnen von Daten,
b) Gewichten und/oder Verarbeiten der aufgezeichneten Daten; und
c) Bestimmen der Position basierend auf den gewichteten und/oder verarbeiteten Daten.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit, dass durch den Schritt des Gewichtens und/oder Verarbeitens der aufgezeichneten Daten eine Möglichkeit der Datenselektion bzw. Datenverarbeitung, die mobil erfolgen kann, also unabhängig von Infrastruktur oder ortsgebundener Hardware, erreicht wird. Hieraus ergibt sich als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens die Fähigkeit, basierend auf gewichteten und/oder verarbeiteten Daten eine Positionsbestimmung durchzuführen. Hierdurch wird eine von Infrastruktur oder ortsgebundener Hardware entkoppelte Möglichkeit der Positionsbestimmung erreicht.
Überdies weist eine weitere Ausführungsform den Schritt b') Senden der aufgezeichneten Daten zu mindestens einem Server auf, wobei der Schritt b') parallel zum Schritt b) der vorherigen Ausführungsform durchgeführt wird.
Durch den Schritt b'), der parallel zu dem Schritt b) der vorherigen Ausführungsform erfolgt, ergibt sich als Vorteil, dass die aufgezeichneten Daten ohne eine vorherige Gewichtung oder Verarbeitung zu mindestens einem Server gesendet werden, so dass der Server auf die ursprünglichen Daten, also die Rohdaten, zugreifen kann. Hierdurch wird erreicht, dass der Server auch im Falle einer falschen Gewichtung und/oder falschen Verarbeitung der aufgezeichneten Daten, die aufgezeichneten Daten für seine eigene Verarbeitung verwenden kann.
Des Weiteren sieht eine Ausführungsform die Schritte vor:

d) Prüfen der Daten, beispielsweise Prüfen der Güte der Daten; und/oder
e) Verarbeiten der Daten durch mindestens einen Verarbeitungs-Filter; und
f) Benutzen der Ergebnisse der Verarbeitung zur Verbesserung der Positionsbestimmung.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch den Schritt d) die Daten, bevor sie verarbeitet werden, überprüft werden können. Hierdurch werden beispielsweise sehr ungenaue Daten, oder Daten, deren Güte nicht in einem festlegbaren Bereich liegt, aussortiert und beispielsweise nicht verarbeitet. Hierdurch kann eine unnötige Verarbeitung fehlerhafter oder ungenauer Daten verhindert werden. Die Ergebnisse der Verarbeitung können zur weiteren Verbesserung der Positionsbestimmung benutzt werden.
Im Übrigen umfasst eine Ausführungsform den Schritt f) Rücksenden der Ergebnisse der Verarbeitung zu Schritt d), wobei die Ergebnisse der Verarbeitung beim Prüfen der Daten, insbesondere beim Prüfen der Güte der Daten, verwendet werden; und wobei der Schritt f) parallel zu Schritt f) der vorherigen Ausführungsform durchgeführt wird.
Durch den Schritt f) wird als Vorteil erreicht, dass die Ergebnisse der Verarbeitung bei der Überprüfung der Daten berücksichtigt werden können. Hierdurch ist es möglich, dass eine Plausibilitätsüberprüfung der zu verarbeitenden Daten durchgeführt wird.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine Motion-Capture-Einheit gelöst, wobei die Motion-Capture-Einheit aufweist: mindestens ein Inertialmessgerät zur Aufzeichnung von Positionsdaten und/oder Bewegungsdaten, und mindestens eine Sendeeinheit, wobei die Motion-Capture-Einheit auf Objekte angebracht wird, wodurch die Position und/oder Orientierung dieser durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ausführungsformen bestimmt wird.
Vorteilhafterweise kann durch die erfindungsgemäße Motion-Capture-Einheit die Position und/oder Orientierung eines beliebigen Objekts, auf dem die Motion-Capture-Einheit aufgebracht ist, bestimmt werden. Dies geschieht vorteilhafterweise durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ausführungsformen. Es ist somit nicht notwendig, dass die Position und/oder Orientierung eines Objekts, das in einer virtuellen Umgebung abgebildet oder benutzt werden soll, vor der Inbetriebnahme eines VR-Systems diesem mitgeteilt wird.
Ebenso wird die Aufgabe durch ein computerlesbares Speichermedium gelöst, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ausführungsformen des Verfahrens zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
Durch das erfindungsgemäße computerlesbare Medium einschließlich computerausführbarer Anweisungen wird eine verbesserte informationstechnische Handhabung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt.
Nachfolgend wird die Erfindung mittels mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

1: eine tragbare Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2: eine zweite Ausführungsform einer tragbaren Vorrichtung;
3: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;
4: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit mindestens einer optischen Beobachtungseinheit;
5: einen möglichen Anwendungsbereich eines erfindungsgemäßen Systems nach 4 und einer tragbaren Vorrichtung gemäß 2;
6: eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit mehreren Radio-Tracking-Einheiten;
7 eine schematische Darstellung des Datenflusses in einem erfindungsgemäßen System;
8 ein Anwendungsgebiet der Motion-Capture-Einheit.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Die 1 zeigt die erfindungsgemäße tragbare Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform. Schematisch dargestellt ist das Inertialmessgerät 2, die Sensorfusionseinheit 3 und ein Prozessor 4. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Verbindungen zwischen den oben genannten Bauteilen nicht in die Figur eingezeichnet.
Eine derartige tragbare Vorrichtung 1 kann durch das Inertialmessgerät 2 die sechs möglichen kinematischen Freiheitsgrade erfassen. So verfügt das Inertialmessgerät 2 über drei jeweils aufeinander orthogonal stehende Beschleunigungssensoren für die Erfassung der translatorischen Bewegung und drei orthogonal zueinander angebrachten Drehratensensoren für die Erfassung rotierender (gyroskopischer) Bewegungen. Das Inertialmessgerät 2 liefert als Daten drei lineare Beschleunigungswerte für die translatorische Bewegung und drei Winkelgeschwindigkeiten für die Drehraten.
Mittels der Sensorfusionseinheit 3 werden die Daten des Inertialmessgerätes 2 gewichtet und/oder verarbeitet. Diese Gewichtung bzw. Verarbeitung kann durch die Sensorfusionseinheit 3 entweder in Echtzeit geschehen, oder zeitverzögert. Alternativ kann der Prozessor 4 die Sensorfusionseinheit 3 bei der Fusionierung, also der Gewichtung und/oder Verarbeitung, unterstützen. Der Prozessor 4 in der gezeigten Figur ist als ein Bauteil dargestellt, es kann sich jedoch auch um einen oder mehrere Prozessoren mit mehreren physischen und/oder logischen Kernen handeln. Auch ist es möglich, dass Grafikprozessoren verwendet werden.
Durch den Prozessor 4 werden die gewichteten und/oder verarbeiteten Daten der Sensorfusionseinheit 3 derart weiterverarbeitet, dass eine Positionsbestimmung der tragbaren Vorrichtung 1 durchgeführt wird. Auch können mittels des Prozessors 4 die verarbeiteten und/oder gewichteten Daten überprüft werden. So kann beispielsweise die Güte der gewichteten bzw. verarbeiteten Daten überprüft werden.
Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der tragbaren Vorrichtung 1. Die gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die tragbare Vorrichtung 1 mehr Sensoren beinhaltet. So ist das Inertialmessgerät 2 mit mindestens einem gyroskopischen Sensor 8, mindestens einem Beschleunigungssensor 9 und/oder mindestens einem Magnetometer 10 ausgerüstet. Diese Sensoren dienen der Verbesserung der Bewegungserfassung.
Auch beinhaltet die gezeigte Ausführungsform einen GNSS-Empfänger 5. Durch diesen können Daten von GNSS Sendeeinheiten, wie beispielsweise Satelliten oder Pseudoliten empfangen werden. Diese empfangenen Daten werden durch die Sensorfusionseinheit 3 der tragbaren Vorrichtung 1 gewichtet und/oder verarbeitet.
In der gezeigten Ausführungsform weist die tragbare Vorrichtung 1 mehrere Marker 6 auf. Diese Marker 6 können entweder aktive oder passive Marker, wie beispielsweise IR-LEDs, RFID-Chips, QR-Codes oder dergleichen sein. Mit Hilfe dieser Marker 6 ist es möglich, dass die Position und/oder Bewegung der tragbaren Vorrichtung 1 unter Zuhilfenahme von mindestens einer optischen Beobachtungseinheit 14, die im späteren Verlauf näher beschrieben wird, bestimmt wird. Die Daten der Positions- und/oder Bewegungsbestimmung werden durch die Sensorfusionseinheit 3 gewichtet und/oder verarbeitet und durch den Prozessor 4 derart verarbeitet, dass eine verbesserte Positionsbestimmung erreicht wird.
In der gezeigten Ausführungsform weist die tragbare Vorrichtung 1 eine Datenverbindungseinheit 7 auf. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Datenverbindungseinheiten in der tragbaren Vorrichtung 1 vorgesehen sind. Die Datenverbindungseinheit 7 kann ein oder mehrere drahtlose Verbindungsprotokolle, wie beispielsweise WIFI, Bluetooth, ZigBee oder auch einen Mobilfunkstandard wie UMTS oder LTE unterstützen. Die Datenverbindung 12 kann auch als redundante Datenverbindung ausgeführt sein. Die tragbare Vorrichtung 1 ist derart ausgebildet, dass die Datenverbindungseinheit 7 nicht nur zur Datenübertragung verwendet werden kann, sondern auch die Signalstärke, die auftretenden Interferenzen oder, Triangulationsdaten bestimmt werden können. Für die Bestimmung von Triangulationsdaten ist es vorteilhaft, wenn mindestens drei tragbare Vorrichtungen 1 oder mindestens drei Datenempfänger (nicht abgebildet) vorhanden sind. Diese Daten können durch die Sensorfusionseinheit 3 gewichtet und/oder verarbeitet werden.
Sowohl die tragbare Vorrichtung 1, als auch die darin verbauten Bauteile wie die Datenverbindungseinheit 7, der GNSS-Empfänger 5, bzw. das Inertialmessgerät 2, als auch die im Inertialmessgerät 2 eingebauten Sensoren wie beispielsweise der gyroskopische Sensor, der Beschleunigungssensor 9 und das Magnetometer 10 können entweder jeweils oder gemeinsam eine geeignete Hardware, oder eine geeignete Software aufweisen, um die aufgezeichneten Daten zu überprüfen. So kann beispielsweise die Güte der aufgezeichneten Daten überprüft werden.
Auch kann die Sensorfusionseinheit 3 derart ausgelegt sein, dass diese die aufgezeichneten Daten des Inertialmessgerätes 2, des GNSS-Empfängers 5 und der Drahtlosverbindungseinheit 7 jeweils gegeneinander gewichtet bzw. verarbeitet und die gewichteten und/oder verarbeiteten Daten an den Prozessor 4 weitergibt, wobei dieser eine Verbesserung der Positionsbestimmung der tragbaren Vorrichtung 1 durchführt.
Die 3 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. In dieser Ausführungsform sind drei tragbare Vorrichtungen 1 vorgesehen. Diese tragbaren Vorrichtungen 1 können tragbare Vorrichtungen 1 nach dem ersten oder der zweiten Ausführungsform sein, wie im Vorigen beschrieben. Ebenso kann es sich um tragbare Vorrichtungen 1 handeln, die nicht alle Sensoren der zweiten Ausführungsform aufweist. Auch ist es möglich, dass sich nur zwei tragbare Vorrichtungen 1 im System befinden. Auch ist es denkbar, dass mehr als drei tragbare Vorrichtungen 1 im System vorhanden sind.
In dieser Ausführungsform ist ein Server 11 vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehrere Server 11 in einem erfindungsgemäßen System vorhanden sind. Der abgebildete Server 11 beinhaltet einen Verarbeitungs-Filter 13. Dieser Verarbeitungs-Filter 13 kann entweder durch geeignete Hardware, oder durch Software realisiert sein. Auch ist es möglich, dass mehrere Filter oder filterähnliche Bauteile oder Algorithmen parallel oder seriell geschaltet sind, um die Funktionalität des Verarbeitungs-Filters 13 zu erreichen.
Wie anhand der 3 ersichtlich, sind die tragbaren Vorrichtungen 1 jeweils untereinander und mit dem Server 11 durch mindestens eine Datenverbindung 12 verbunden. Die Datenverbindung 12 kann beispielsweise eine drahtgebundene, oder eine drahtlose Datenverbindung sein und bekannte Standards, wie beispielsweise Ethernet, WIFI, Bluetooth, ZigBee, UMTS, LTE, oder auch zukünftige Standards wie 5G unterstützen. Auch ist es möglich, dass die Datenverbindung 12 redundant ausgelegt ist.
Mittels der jeweiligen Datenverbindung 12 zwischen den tragbaren Vorrichtungen 1 und dem Server 11 werden die von der tragbaren Vorrichtung 1 aufgezeichneten Daten an den Server 11 gesendet. Der Server 11 verarbeitet diese Daten mittels des Verarbeitungs-Filters 13 und sendet die verarbeiteten Daten mittels der Datenverbindung 12 an die jeweiligen tragbaren Vorrichtungen 1 zur weiteren Verbesserung der Positionsbestimmung.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit mindestens einer optischen Beobachtungseinheit 14. Die optischen Beobachtungseinheiten 14 sind in der Art angeordnet, dass vorzugsweise mindestens drei optische Beobachtungseinheiten 14 Aufnahmen von der tragbaren Vorrichtung 1 durchführen können. Als optische Beobachtungseinheiten 14 können beispielsweise Kameras verwendet werden. Auch möglich sind Kameras, die mit optischen Lichtquellen, beispielsweise Laserquellen ausgestattet sind, um die Bewegung der tragbaren Vorrichtung 1 detaillierter verfolgen zu können.
In dieser Ausführungsform sind die Datenverbindungen 12 zwischen der tragbaren Vorrichtung 1 und den optischen Beobachtungseinheiten 14 mittels eines oder mehreren drahtlosen Verbindungsprotokollen nach einem oder mehreren bekannten oder zukünftigen Standards, wie beispielsweise WIFI, Bluetooth, ZigBee, UMTS, LTE, oder 5G realisiert.
Für den Fall, dass die tragbare Vorrichtung 1 einen GNSS-Empfänger 5 aufweist, und ein GNSS-Signal durch den GNSS-Empfänger 5 empfangen wird, kann die tragbare Vorrichtung 1 ihre Position dadurch bestimmen, dass die Daten des GNSS-Empfängers 5 und die Daten des Inertialmessgerätes 2 durch die Sensorfusionseinheit 3 der tragbaren Vorrichtung 1 gewichtet und/oder verarbeitet werden. Diese verarbeiteten und/oder gewichteten Daten werden durch den mindestens einen Prozessor 4 der tragbaren Vorrichtung 1 derart verarbeitet, dass eine Positionsbestimmung der tragbaren Vorrichtung 1 durchgeführt werden kann.
Für den Fall, dass ein schwaches GNSS-Signal oder kein GNSS-Signal durch den GNSS-Empfänger 5 empfangen werden kann, können die Daten der optischen Beobachtungseinheiten 14 zur Positionsbestimmung verwendet werden. So ist es möglich, dass die optischen Beobachtungseinheiten 14 ihre jeweilige Position entweder automatisch bestimmen, oder die jeweilige Position von einem Benutzer des Systems festgelegt wird. Auch ist es möglich, dass bereits fest einprogrammierte Positionsdaten in den optischen Beobachtungseinheiten 14 vorgesehen sind. Mit Hilfe der einzelnen Positionen der optischen Beobachtungseinheiten 14 und unter Verwendung der Aufnahmen, die diese von der tragbaren Vorrichtung 1 erstellen, ist es möglich, dass letztere die Daten der Aufnahme und die Daten des Inertialmessgerätes 2 durch die Sensorfusionseinheit 3 gewichtet und/oder verarbeitet. Diese Daten können durch den Prozessor 4 der tragbaren Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung oder der Verbesserung dieser, verwendet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Daten der optischen Beobachtungseinheiten 14 verwendet werden, falls ein GNSS-Signal durch den GNSS-Empfänger 5 empfangen wird.
Auch können die Aufnahmedaten der optischen Beobachtungseinheiten 14 und die Daten des Inertialmessgerätes 2 durch die Datenverbindung 12 an den Server 11 gesendet werden, wobei dieser, wie bereits beschrieben, diese Daten durch einen verarbeitungs-Filter verarbeitet und zurück an die tragbare Vorrichtung 1 und/oder an die optischen Beobachtungseinheiten 14 sendet, zur Verbesserung der Positionsbestimmung.
Die 5 zeigt einen weiteren möglichen Anwendungsbereich des Systems nach 4 in Kombination mit der zweiten Ausführungsform der tragbaren Vorrichtung 1, wobei die 5 beispielsweise ein Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Systems in einem Gebäude oder einer Halle darstellt.
In dieser Ausführungsform ist kein GNSS-Signal verfügbar. Aus diesem Grund muss die Positionsbestimmung der tragbaren Vorrichtung 1 durch die Daten der Aufnahmen der optischen Beobachtungseinheiten 14 und die Daten des Inertialmessgerätes 2 durchgeführt werden. So wird, wie bereits im Vorigen beschrieben, durch die Sensorfusionseinheit 3 der tragbaren Vorrichtung 1 eine Gewichtung und/oder Verarbeitung der Aufnahmedaten und der Daten des Inertialmessgerätes 2 durchgeführt. Im Anschluss daran wird eine Positionsbestimmung durch den Prozessor 4 der tragbaren Vorrichtung 1 durchgeführt.
Auch können die optischen Beobachtungseinheiten 14 durch eine Segmentierung der Aufnahme die Umgebung, in der sich die optischen Beobachtungseinheiten 14 und die tragbare Vorrichtung 1 befindet erfassen. So ist es beispielsweise möglich, dass Wände und/oder Decken erkannt werden und in eine virtuelle Umgebung projiziert werden. Hierdurch wird ein aufwändiges Ausmessen von realen Räumen, um sie in virtuelle Räume abzubilden, überflüssig. Auch kann durch diese Funktionalität das erfindungsgemäße System unkompliziert in bereits bestehende Systeme integriert werden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 4 gezeigten Ausführungsform darin, dass die optischen Beobachtungseinheiten 14 ohne eine vorherige Konfiguration ihrer Position funktionstüchtig sind. Dies wird dadurch erreicht, dass an der Position einer optischen Beobachtungsvorrichtung 14 eine Radio-Tracking-Einheit 15 aufgestellt wird. Durch dieses Aufstellen ist die Position einer optischen Beobachtungseinheit 14 bekannt. Ausgehend von dieser optischen Beobachtungseinheit 14 können die Positionen der anderen optischen Beobachtungseinheiten 14 ermittelt werden. Dies geschieht dadurch, dass sich jeweils mindestens eine optische Beobachtungseinheit 14, deren Position noch unbekannt ist, im Sichtfeld einer optischen Beobachtungseinheit 14 befindet, deren Position bekannt ist. Hierdurch lassen sich sukzessive die Positionen der optischen Beobachtungseinheiten 14 bestimmen. Diese Bestimmung kann beispielsweise direkt durch die optischen Beobachtungseinheiten 14 durchgeführt werden und an den Server 11 gesendet werden. Auch ist es möglich, dass die optischen Beobachtungseinheiten 14 ihre jeweiligen Aufnahmen an den Server 11 senden und dieser führt eine Positionsbestimmung der einzelnen optischen Beobachtungseinheiten 14 durch.
Die tragbare Vorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform des Systems weist Marker 6 auf. Diese Marker 6 dienen dazu, dass auch bei schlechten Aufnahmeverhältnissen die Orientierung und auftretende Bewegungen der tragbaren Vorrichtung 1 durch die optischen Beobachtungseinrichtungen 14 aufgenommen werden können.
Die Positionsbestimmung der tragbaren Vorrichtung 1 wird derart durchgeführt, dass die Daten des Inertialmessgerätes 2 und die Daten, die die Datenverbindungseinheit 7 unter Anwesenheit der Radio-Tracking-Einheit 15 aufnimmt, durch die Sensorfusionseinheit 3 gewichtet und/oder verarbeitet werden. Diese Daten können durch den Prozessor 4 der tragbaren Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung verwendet werden.
Zur Verbesserung der Positionsbestimmung werden die Aufnahmedaten der optischen Beobachtungseinheiten 14 und die Daten des Inertialmessgerätes 2 und die Daten der Datenverbindungseinheit 7 durch die Datenverbindung 12 an den Server 11 gesendet werden, wobei dieser diese Daten durch einen Verarbeitungs-Filter verarbeitet und zurück an die tragbare Vorrichtung 1 und/oder an die optischen Beobachtungseinheiten 14 sendet.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit mehreren Radio-Tracking-Einheiten 15. Da die Position der Radio-Tracking-Einheiten 15 bekannt ist, können diese Daten, wie beispielsweise Positionsdaten durch die Datenverbindung 12 an die tragbaren Vorrichtungen 1 senden. Die Sensorfusionseinheit 3 gewichtet und/oder verarbeitet diese Daten zusammen mit den Daten des Inertialmessgerätes 2. Der Prozessor 4 der tragbaren Vorrichtung 1 benutzt die Daten zur Positionsbestimmung der tragbaren Vorrichtung 1. Die Daten sowohl der Radio-Tracking-Einheiten 15, als auch des Inertialmessgerätes 2 können auch an den Server 12 durch die Datenverbindung 12 gesendet werden, wobei dieser durch den mindestens einen Verarbeitungsfilter 13 eine Verbesserung der Positionsbestimmung durchführt und die verbesserten Positionsdaten an die tragbaren Vorrichtungen 1 sendet.
Die 7 zeigt eine schematische Darstellung des Datenflusses einer weiteren Ausführungsform. So werden in den tragbaren Vorrichtungen 1 die Daten eines Objekts 20 erfasst. Dieses Objekt kann sowohl die tragbare Vorrichtung 1 selbst sein, als auch ein Objekt 20, an dem die tragbare Vorrichtung 1 befestigt ist. Die erfassten Daten können beispielsweise die Daten des Inertialmessgerätes 2, des GNSS-Empfängers 5, des Markers 6, der Datenverbindungseinheit 7, des gyroskopischen Sensors 8, des Beschleunigungssensors 9, und/oder des Magnetometers 10 sein.
Diese Daten werden durch ein Vorfilter 17 gefiltert. Dieses Vorfilter 17 kann sich entweder in dem Inertialmessgerät 2, oder im Server 11 befinden. Auch ist es möglich, dass das Vorfilter 17 per Software implementiert ist, oder sich direkt in den jeweiligen Einheiten oder Sensoren befindet. Das Vorfilter 17 filtert die Daten nach bestimmten Regeln. So kann das Vorfilter beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass bestimmte Werte, die aus Plausibilitätsgründen nicht korrekt sein können, herausgefiltert werden. Auch oder zusätzlich kann das Vorfilter 17 derart ausgestaltet sein, dass es die Güte der ihm übermittelten Daten bestimmt und Daten, deren Güte nicht ausreichend ist, herausfiltert.
Die durch das Vorfilter 17 gefilterten Daten werden an einen Multi-Hypothesen-Filter 18 weitergegeben. Das Multi-Hypothesen-Filter 18 kann beispielsweise in dem Server 11 anstelle des Verarbeitungs-Filters 13, oder gemeinsam mit diesem, vorgesehen sein. Das Multi-Hypothesen-Filter 18 verarbeitet die eingehenden Daten nach einem oder mehreren definierbaren mathematischen Modellen. Auf diese Weise werden Korrelationen und Kreuzverbindungen zwischen den Daten geschaffen. Der Multi-Hypothesen-Filter 18 hat in dieser Ausführungsform drei Datenausgänge. Möglich ist jedoch auch, dass mehr oder weniger Datenausgänge vorgesehen sind.
Ein Datenausgang führt in eine Prädiktionseinheit 19. Die in die Prädiktionseinheit 19 eingespeisten Daten werden durch diese begutachtet bzw. verarbeitet und an das Vorfilter 17 weitergegeben. Die Prädiktionseinheit 19 hat insbesondere die Aufgabe, dass die Filterregeln des Vorfilters 17 an die jeweiligen Ergebnisdaten der Positionsbestimmung und/oder der Positionsverbesserung angepasst werden.
So ist es möglich, dass die Daten der vorhergehenden Positionsbestimmung und/oder Positionsverbesserung durch die Prädiktionseinheit 19 an das Vorfilter 17 weitergegeben werden. Das Vorfilter 17 vergleicht diese vorhergehenden Positionsbestimmungs- bzw. Positionsverbesserungsdaten mit den Daten, die derzeit am Vorfilter 17 anliegen. Hierdurch kann es beispielsweise sehr starke Abweichungen, oder nicht mit physikalischen Modellen vereinbare Daten herausfiltern. Ein Beispiel ist die fortschreitende Bewegung eines Menschen. Wenn beispielsweise das Inertialmessgerät 2 als Ausgang einen Datensatz ausgibt, der suggeriert, dass sich der Mensch mit einer Geschwindigkeit oder einer Beschleunigung bewegt, die physisch oder physikalisch nicht möglich ist, so werden diesen Daten durch das Vorfilter 17 gefiltert.
Ein weiterer Datenausgang des Multi-Hypothesen-Filters ist der Ausgang zur Selbstoptimierungseinheit 21. Mit dieser Selbstoptimierungseinheit 21 kann das oder die Modell(e), auf dem das Multi-Hypothesen-Filter 18 beruht, angepasst werden. Auch ist es möglich, dass in der Selbstoptimierungseinheit 21 eine künstliche Intelligenz, wie beispielsweise ein künstliches neuronales Netzwerk integriert ist, welche eine derartige Anpassung vornimmt.
Ebenfalls führt ein Datenausgang des Multi-Hypothesen-Filters zum Objekt 20. Dies kann, wie bereits geschrieben, die tragbare Vorrichtung 1 sein, oder beispielsweise ein Gerät, das die Positionsdaten weiter verwendet.
Die 8 zeigt ein Anwendungsgebiet der Motion-Capture-Einheit 16. So werden die Motion-Capture-Einheiten 16, die beispielsweise ein oder mehrere Inertialmessgerät(e) aufweisen, am Kopf, der Brust, und an unterschiedlichen Gelenken befestigt. Dies ist notwendig, um die Körperbewegungen des Benutzers zu erfassen.
Die Motion-Capture-Einheit 16 weist außerdem eine Sendeeinheit (nicht gezeigt), beispielsweise einen WIFI, Bluetooth, ZigBee, oder ein anderes geeignetes Bauteil auf, das die Daten des Inertialmessgerätes 3 an die tragbare Vorrichtung 1 sendet. Die tragbare Vorrichtung 1 kann entweder die Daten der Motion-Capture-Einheit 16 verarbeiten und an diese zurücksenden, oder die Daten an den Server 11 weitersenden, wobei dieser die Verarbeitung durchführt. Für beide Fälle sind entweder in der tragbaren Vorrichtung 1, oder im Server 11, oder in beiden, Modelle hinterlegt, die auf die menschliche Anatomie und die möglichen Bewegungen Rücksicht nehmen. Da der menschliche Körper nicht völlig flexibel ist, sondern Bewegungen der Gliedmaßen physisch beschränkt werden, wird dies in einem Modell der möglichen Körperbewegungen hinterlegt, wobei ein Modell abhängig ist von der jeweiligen Physiognomie des Benutzers.
Auch kann die Signalstärke der Sendeeinheit gemessen werden, um beispielsweise die Entfernung der Motion-Capture-Einheit 16 von der tragbaren Vorrichtung 1 zu approximieren. So kann auch ausgehend vom möglichen Bewegungsspektrum des Benutzers die wahrscheinlichste Bewegung errechnet werden und bereits in einem Cache auf der tragbaren Vorrichtung 1 oder dem Server 11 hinterlegt werden.
Ebenso ist es möglich, dass die Motion-Capture-Einheit 16 auf andere Objekte, wie beispielsweise einer Flasche, einem Werkzeug, oder auch beispielsweise einem Waffenimitat aufgebracht wird. Hierdurch wird, analog zum Motion-Tracking des Benutzers, eine Bewegungsverfolgung dieser Objekte ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1): Tragbare Vorrichtung
2): Inertialmessgerät
3): Sensorfusionseinheit
4): Prozessor
5): GNSS-Empfänger
6): Marker
7): Datenverbindungseinheit
8): Gyroskopischer Sensor
9): Beschleunigungssensor
10): Magnetometer
11): Server
12): Datenverbindung
13): Verarbeitungs-Filter
14): optische Beobachtungseinheit
15): Radio-Tracking-Einheit
16): Motion-Capture-Einheit
17): Vorfilter
18): Multi-Hypothesen-Filter
19): Prädiktionseinheit
20): Objekt
21): Selbstoptimierungseinheit

Claims

Tragbare Vorrichtung, mit: mindestens einem Inertialmessgerät (2) zur Aufzeichnung von Positionsdaten und/oder Bewegungsdaten; gekennzeichnet, durch mindestens eine Sensorfusionseinheit (3), welche die aufgezeichneten Daten des Inertialmessgerätes (2) gewichtet und/oder verarbeitet; und wobei die tragbare Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, basierend auf den gewichteten und/oder verarbeiteten Daten eine Positionsbestimmung durchzuführen.
Tragbare Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch mindestens einen GNSS-Empfänger (5), wobei die Daten des GNSS-Empfängers (5) durch die mindestens eine Sensorfusionseinheit (3) gewichtet und/oder verarbeitet werden.
Tragbare Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet, durch mindestens eine drahtlose oder drahtgebundene Datenverbindungseinheit (7).
Tragbare Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Daten der Datenverbindungseinheit (7), insbesondere Signalstärke, Interferenzen und/oder Triangulationsdaten, durch die mindestens eine Sensorfusionseinheit (3) gewichtet und/oder verarbeitet werden.
Tragbare Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertialmessgerät (2) mindestens einen gyroskopischen Sensor (8) und/oder mindestens einen Beschleunigungssensor (9) und/oder mindestens ein Magnetometer (10) aufweist.
Tragbare Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfusionseinheit (3) die aufgezeichneten Daten des mindestens einen Inertialmessgerätes (2), und/oder des mindestens einen GNSS-Empfängers (5), und/oder der mindestens einen Drahtlosverbindungseinheit (7) gegeneinander gewichtet und/oder verarbeitet.
Tragbare Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu ausgebildet ist, die aufgezeichneten Daten zu überprüfen, beispielsweise die Güte der aufgezeichneten Daten zu überprüfen.
System zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware, mit: mindestens einer tragbaren Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche; mindestens einem Server (11), wobei dieser mit der mindestens einen tragbaren Vorrichtung (1) durch mindestens eine Datenverbindung (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine tragbare Vorrichtung (1) die aufgezeichneten Daten über die mindestens eine Datenverbindung (12) an den mindestens einen Server (11) sendet; und dieser die empfangenen Daten mittels mindestens eines Verarbeitungs-Filters (13) verarbeitet; und der mindestens eine Server (11) die Ergebnisse der Verarbeitung an die mindestens eine tragbare Vorrichtung (1) zur Verbesserung der Positionsbestimmung sendet.
System nach Anspruch 8, gekennzeichnet, durch mindestens eine optische Beobachtungseinheit (14) zur Aufzeichnung von statischen oder bewegten Bildern, die mit dem mindestens einem Server (11) durch mindestens eine Datenverbindung (12) verbunden ist, und die die aufgezeichneten Daten an den mindestens einen Server (11) über die mindestens eine Datenverbindung (12) sendet.
System nach Anspruch 9, gekennzeichnet, durch mindestens einen Marker (6), wobei die Position und/oder Orientierung des Markers (6) durch die mindestens eine optische Beobachtungseinheit (14) aufgezeichnet wird, und diese die aufgezeichnete Position und/oder Orientierung des Markers (6) an den mindestens einen Server (11) über die mindestens eine Datenverbindung (12) sendet.
System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Server (11) die Daten der mindestens einen tragbaren Vorrichtung (1) und die Daten der mindestens einen optischen Beobachtungseinheit (14) mittels des mindestens eines Verarbeitungs-Filters (13) verarbeitet, und der mindestens eine Server (11) die Ergebnisse der Verarbeitung an die mindestens eine tragbare Vorrichtung (1) und/oder an die mindestens eine optische Beobachtungseinheit (14) zur Verbesserung der Positionsbestimmung sendet.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet, durch eine Radio-Tracking-Einheit (15), welche Signale aussendet und/oder empfängt, wobei die Signale zur Positionsbestimmung und/oder Verbesserung der Positionsbestimmung verwendet werden.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radio-Tracking-Einheit (15) eine Funkfeuereinheit ist.
System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Radio-Tracking-Einheiten (15) derart angeordnet sind, dass sie eine Positionsbestimmung und/oder eine Verbesserung der Positionsbestimmung mittels Triangulation durchführen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Server (11) die von einer oder mehreren Einheiten gesendeten Daten prüft, beispielsweise die Güte der gesendeten Daten prüft, bevor die Daten durch den mindestens einen Verarbeitungs-Filter (13) verarbeitet werden.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungs-Filter (13) des mindestens einen Servers mindestens einen Multi-Hypothesen-Tracking-Filter aufweist.
Verfahren zur Entkopplung eines VR-Systems von Infrastruktur und ortsgebundener Hardware, aufweisend die Schritte: a) Aufzeichnen von Daten, b) Gewichten und/oder Verarbeiten der aufgezeichneten Daten; und c) Bestimmen einer Position basierend auf den gewichteten und/oder verarbeiteten Daten.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet, durch den Schritt b') Senden der aufgezeichneten Daten zu mindestens einem Server (11); wobei der Schritt b') parallel zum Schritt b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet, durch die Schritte d) Prüfen der Daten, beispielsweise Prüfen der Güte der Daten; und/oder e) Verarbeiten der Daten durch mindestens einen Verarbeitungs-Filter (13); und f) Benutzen der Ergebnisse der Verarbeitung zur Verbesserung der Positionsbestimmung.
Verfahren nach einem Anspruch 19, gekennzeichnet, durch den Schritt f) Rücksenden der Ergebnisse der Verarbeitung zu Schritt d), wobei die Ergebnisse der Verarbeitung beim Prüfen der Daten, insbesondere beim Prüfen der Güte der Daten, verwendet werden; und wobei der Schritt f) parallel zu Schritt f) durchgeführt wird.
Motion-Capture-Einheit (16), mit: mindestens ein Inertialmessgerät (3) zur Aufzeichnung von Positionsdaten und/oder Bewegungsdaten; und mindestens eine Sendeeinheit; dadurch gekennzeichnet, dass die Motion-Capture-Einheit (16) auf Objekte angebracht wird, wodurch die Position und/oder Orientierung dieser durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20 bestimmt wird.
Computerlesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.