JP2017530438A - 仮想現実環境内における注視に基づく物体配置 - Google Patents
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Abstract
現実世界の物理的環境内で動作する頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスは、仮想物体を高い精度で環境内へ配置することができるように、デバイスユーザの投影された注視について、仮想現実環境内の位置との交差点を決定することを可能にするセンサパッケージとともに構成される。センサパッケージからのデータを使用して物理的環境の表面再現を適用し、仮想世界におけるユーザのビュー位置を決定することができる。ビュー位置を起点とする注視線は、外側に向かって投影され、カーソル又は同様のインジケータは、仮想物体、床/地面等のような、仮想世界との注視線の最も近い交点でHMDディスプレイ上にレンダリングされる。ジェスチャ、音声対話又はコントロールの操作といったユーザ入力に応答して、仮想物体は、投影される注視線と仮想現実環境との間の交点に配置される。
Description
頭部装着型ディスプレイ(HMD:head mounted display)システム及びハンドヘルドモバイルデバイス(例えばスマートフォン、タブレットコンピュータ等)のような仮想現実コンピューティングデバイスは、ユーザの視野内及び/又はデバイスのカメラの視野内で、ユーザに仮想現実環境を表示するように構成され得る。同様に、モバイルデバイスは、カメラのビューファインダーウィンドウを使用してそのような情報を表示し得る。
この背景技術の記載は、後に続く発明の概要及び詳細な説明についての簡単な背景を紹介するために提供される。この背景は、特許請求に係る主題の範囲を決定するための助けとして用いられるようには意図されておらず、また特許請求に係る主題を、上記で提示される欠点又は問題のいずれか又は全てを解決する実装に限定するものとして見なされるようにも意図されていない。
現実世界の物理的環境内で動作するHMDデバイスは、仮想物体を高い精度で環境内へ配置することができるように、デバイスユーザの投影された注視(gaze)について、仮想現実環境内の位置との交差を決定することを可能にするセンサパッケージとともに構成される。センサパッケージからのデータを使用して物理的環境の表面再現を適用し、仮想世界におけるユーザのビュー位置を決定することができる。ビュー位置を起点とする注視線は、外側に向かって投影され、カーソル又は同様のインジケータは、仮想物体、床/地面等のような、仮想世界との注視線の最も近い交差でHMDディスプレイ上にレンダリングされる。ジェスチャ、音声対話又はコントロール(例えばボタン又は他のユーザインタフェース物体)の操作といったユーザ入力に応答して、仮想物体は、投影される注視線と仮想現実環境との間の交点に配置される。
この注視に基づく仮想物体配置は、様々な用途及び使用シナリオで使用することができ、ビュー位置及び/又は注視を変更することにより、ユーザが容易に仮想環境内の所望の位置に仮想物体を配置することを可能にする。例えばHMDデバイスのユーザは、測量又は地図アプリケーションにおいて仮想世界の地形上に関心点を示すマーカーを配置することができ、あるいはユーザは、ゲームのシナリオでは、アバターやゲームの物体といった仮想物体を、ゲームプレイの一部として仮想世界の特定の位置に配置することができる。
この発明の概要の記載は、詳細な説明において下記で更に説明される概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。この発明の概要の記載は、特許請求に係る主題の主要な特徴又は本質的特徴を特定するようには意図されておらず、特許請求に係る主題の範囲を決定する際の助けとして使用されるようにも意図されていない。さらに、特許請求に係る主題は、本開示の任意の箇所において示される欠点のいずれか又は全てを解決する実装に限定されない。上述の主題は、コンピュータ制御型装置、コンピュータプロセス、コンピューティングシステムとして実装されてもよく、あるいは1つ以上のコンピュータ読取可能記憶媒体のような製品として実装されてもよいことが認識され得る。これら及び様々な他の特徴は、以下の詳細な説明を読み、関連する図面を見ることから明らかになり得る。
同様の参照番号は、図面内の類似の要素を示す。要素は、別段の定めがない限り、スケーリングされて描かれてはいない。
ユーザは典型的に、対応する現実世界の物理的環境内で(例えば何らかの形の移動を通して)移動することにより、HMDデバイスによってレンダリングされる仮想現実環境内で調査し、ナビゲートし、移動することができる。図1に図示されるような説明的な例では、ユーザ102は、HMDデバイス104を用いて仮想現実環境100を経験することができる。仮想現実環境100は、視覚的に3次元(3D)でレンダリングされ、一部の実装ではオーディオ及び/又は接触感覚/触覚を含み得る。この特定の非限定的な例では、HMDデバイス104上で動作するアプリケーションは、様々なビルやストア等とともに街路を含む仮想現実環境100をサポートする。ユーザが、図2に図示される物理的な現実世界環境200内で頭の位置又は向きを替えるか、かつ/又は移動すると、仮想現実環境100のユーザのビューが変化し得る。(図1の破線エリア100によって表される)視野は、サイズ及び形を調整することができ、仮想世界における強い存在感をユーザに提供するべくHMDデバイス経験に視覚的に没頭させるように、デバイスの他の特徴を制御することができる。本明細書では、仮想現実環境が図示され、説明されるが、この注視に基づく物体配置を、混合現実環境及びシナリオにも適用することができる。
HMDデバイス104との所与のユーザ経験の過程の間に、様々な新たな仮想物体を仮想現実環境内に導入することができる。アバター、地形(terrain)、マーカー、フラグ、ビル等のように、経験に不可欠な物体、あるいはメニュー、ウィジット、通知等を含む対話的要素のように、経験を強化又は制御するのに使用され得る物体を含め、HMDデバイス上でサポートされる所与のユーザインタフェース又はユーザ経験を容易にするのに使用され得る、様々な物体のいずれかを導入することができる。
図3に図示されるように、HMDデバイスのユーザのビュー位置及び/又は注視方向を用いて、HMDディスプレイ上にレンダリングされる仮想世界内に仮想物体を配置することができる。注視線302は、HMDデバイス104のビュー位置から投影される。ビュー位置は、ユーザ102の目と、図示されるような順方向の線(ray)302の点との間で始まる。線は、仮想現実環境100へ投じられ、仮想現実環境100との最も近い交点304が決定される。カーソル305又は他の適切なインジケータは、典型的に交点において表示される。図4に図示されるように、HMDデバイス104がユーザからの入力402を受け取ると、デバイスは仮想物体405を交点に配置することができる。ユーザ入力402は実装によって異なる可能性があり、例えば感知ジェスチャ、音声コマンド又は言語入力、HMDデバイスによってサポートされる物理的又は仮想コントロールの操作等を含み得る。
一部の実装では、注視線は、カーソルを視野110内のある任意の点でレンダリングすることができるように投影され得る。例えば典型的なシナリオでは、カーソルを視野の中央又は中央近くの固定の場所に置くことができる。視野及びビュー位置は、典型的に、(以下でより詳細に説明されるように)ユーザの頭部の位置と向きを追跡することによって決定されるので、ユーザは、視野を調整するよう、頭部の動きのみを使用して仮想世界内の関心対象の物体上にカーソルを配置することができる。
代替的な実装では、HMDデバイスは、ユーザの目の位置に応じて、所与の視野内の異なる位置にカーソルをレンダリングすることを可能にするように、注視線を投影するように構成され得る。目の位置は、例えばHMDデバイス104に組み込まれ得る内向きのセンサ(inward facing sensor)を使用して検出され得る。そのような目の位置検出は注視追跡と呼ばれ、以下でより詳細に説明される。したがって、ユーザは、これらの代替的な実装において、頭部と目の動きの組合せを使用することによりカーソルを配置することができる。例えばユーザは、頭部の動きを使用して視野内に関心対象の仮想物体を置くことができ、次いで、目の動きを使用して物体の上にカーソルを配置してもよい。
HMDデバイスは、一部の場合には、固定のカーソル位置と可変のカーソル位置の間を、例えばそれぞれ目の追跡を無効又は有効にすることにより選択するオプションをユーザに提供するようにも構成され得る。例えば視野に対して固定のカーソルは、頭部の動きだけでカーソルを配置する効果的な方法を提供する、幾つかの利用シナリオに適していることがある。他の利用シナリオでは、頭部と目の動きの組合せがより有利であることがある。一般に、固定又は可変のカーソル配置のいずれかの利用により、高い正確性で仮想物体を仮想世界に配置することを可能にすることができる。
図5は、カーソル305が、HMDデバイスのユーザ(ユーザは開示の明確性のために図示されていない)の視野110内で仮想現実環境100内に投影された注視線の交点でレンダリングされる様子を図示している。典型的に、カーソルは、仮想世界内におけるユーザからのカーソルの距離に比例したサイズ(すなわち、より近いほど大きく、離れるほどに小さいサイズ)を使用して、HMDディスプレイ上に3Dで動的にレンダリングされる。図6は、ジェスチャ、音声コマンド又はボタンの押下のようなユーザ入力に応答して、投影された注視線と仮想現実環境の交点に配置される例示の仮想物体605を図示している。仮想物体605は例示であるよう意図されており、レンダリングされる仮想物体は、図示されるものとサイズ、形及び視野内の位置において異なる可能性がある。
図7は、投影線と仮想現実環境700との間の交点でレンダリングされているカーソル305の別の具体的な例を図示しており、仮想現実環境700は、起伏があり、波打っていて、丘陵がある地形を有する屋外の景色を含んでいる。図8は、交点に配置される、例示の仮想物体であるフラグ805を図示している。
典型的な実装では、HMDデバイス104のための視野110は、比較的限られている可能性がある。したがって、仮想現実環境700に導入されている仮想物体が、ユーザの視野に適合しないか、視野の端(エッジ)でクリップされる可能性がある。これは、ユーザが、例えば比較的大きな仮想物体とやり取りをするときに生じることがあり、ユーザに不快な思いをさせ、かつ/又はユーザ経験の質を低下させることがある。他の状況では、所与の仮想物体は、視野の端に対するクリッピングを招くように、交点から広がっていることがあり、かつ/又はユーザ経験は、仮想物体が視野のより中央に配置されるときにより効率的であり得る。
したがって、一部の実装では、HMDデバイス104は、元の投影からのビュー位置から注視線を回転させるように構成され得る。そのような回転は、一般的に、所与の使用ケースに適合するように任意の方向で(例えば左、右、上、下又はその組合せ)で実行され、回転の角度を変えることができる。図9に例示的に図示されるように、回転は下向きに行われてよい(図9では、元の注視線は参照番号905で示され、回転した注視線は参照番号910で示されている)。図10に例示的に図示されるように、回転は上向きに行われてもよい(図10では、元の注視線は参照番号1005で示され、回転した注視線は参照番号1010で示される)。
図11は、例示の仮想物体1105を示している。例示の仮想物体1105は、比較的大きく、元の注視線905(図5)と仮想現実環境700の交点に配置されるときに視野110の上部に対してクリップされる。比較として、図12は、下方に回転した注視線910と仮想現実空間700との交点に配置されるときの仮想物体1105を図示している。典型的な実装では、投影線は、視野110の下の部分を通って投じられるよう十分に下方に回転される。図示されるように、視野内にはかなり多くの余白があるので、仮想物体1105は、視野110の上端に対してクリップされることはない。
図13は、元の注視線1005(図10)と仮想現実環境700内の雲との交点からぶら下がるバナーとして配置される例示の仮想物体1305を図示している。図示されるように、物体1305は、視野1100の下端でクリップされ、(幾何学形状によって表されるような)バナー上のコンテンツの一部が視野の外部にある。また、コンテンツは、視野の下の部分に表示されるときにも有効に提示されない可能性があり、このことは、一部の場合にはユーザの不快感を招くことがある。比較として、図14は、上方に回転した注視線1010と仮想現実環境700との交点に配置される仮想物体1305を図示している。図示されるように、仮想物体は、視野110の下端に対してクリップされておらず、バナーコンテンツは、視野内のより中央に配置されており、これは、ユーザ経験の有効性を向上させ、一部の状況ではユーザの快適性を向上させることができる。
HMDデバイス104は、図15に図示されるように、統合センサパッケージ1505を使用して、物理的環境内のユーザの位置を感知することにより、表面再現データ1500を取得するように構成される。以下でより詳細に説明されるように、センサパッケージは、深度センサ又は深度感知カメラシステムを含むことができる。代替的な実装では、適切な立体画像分析技術を使用して深度データを導出することができる。
図16に図示されるように、センサパッケージ1505は、表面再現1610を含む様々な機能をサポートすることができる。表面再現を、例えば頭部追跡に用いることができ、仮想世界のビュー位置を決定することができるように、頭部の姿勢を含め、物理的な現実世界環境200内におけるユーザの頭部の3D(三次元)位置及び向き1615を決定することができる。センサパッケージは、ユーザの注視方向1625を特定するために、注視追跡1620もサポートすることができる。ユーザの注視方向1625は、頭部位置及び向きデータとともに使用され得る。HMDデバイス104は更に、システムメッセージ、プロンプト等を表示することができるだけでなく、ユーザが操作することができるコントロールも提示することができる、ユーザインタフェース(UI)1630を公開するように構成され得る。コントロールは、一部の場合には、仮想的であっても物理的であってもよい。UI1630は、例えば音声コマンド又は自然言語を使用して感知されたジェスチャ及び音声により動作するようにも構成され得る。
図17は、現実世界環境200についての表面再現データを取得するための例示の表面再現データパイプライン1700を図示している。開示される技術は例示であり、特定の実装の要件に応じて他の技術及び方法を利用してもよいことを強調しておく。生の深度センサデータ1702を、センサの3D(3次元)ポーズ推定(pose estimate)に入力する(ブロック1704)。センサポーズ追跡を、例えば予測される表面と、現在のセンサ測定値との間のICP(iterative closest point)アライメントを使用することによって達成することができる。センサの各深度測定値を、例えば符号付き距離場(SDF:signed distance field)として符号化される表面を使用して、体積表現(volumetric representation)へと統合することができる(ブロック1706)。ループを使用して、SDFは、推定フレームへレイキャスト(raycast)され(ブロック1708)、深度マップが位置合わせされる高密度表面予測(dense surface prediction)を提供する。したがって、ユーザ102が仮想世界を見回すとき、現実世界環境200に関連付けられる表面再現データを収集して分析し、ユーザの頭部の位置及び向きを決定することができる。
図18、図19、図20は例示の方法のフローチャートである。特に別段の記載がない限り、フローチャートに示され、付随のテキストで説明される方法又はステップは、特定の順序又は順番に制限されない。加えて、これらの方法又はそのステップの一部は、同時に起こるか同時に実行されることも可能であり、実装の要件に応じて、必ずしも全ての方法又はステップを実行する必要はなく、一部の方法又はステップが任意選択で利用され得る。
図18に図示される方法1800は、仮想現実環境のレンダリングをサポートするHMDデバイスによって実行され得る。ステップ1805において、HMDデバイスのユーザに隣接する現実世界の物理的環境を説明するセンサデータが取得される。センサデータは、例えばHMDデバイスに統合される深度センサを使用する深度データを含むことができ、あるいは外部センサ又はソースから取得されることも可能である。深度から立体へ画像化分析(Depth-from-stereo imaging analyses)を使用して深度データを作成してもよい。ステップ1810において、センサデータを使用して、例えば表面再現を用いて物理的環境の形状(geometry)を再現する。
ステップ1815において、物理的環境の再現された形状を使用して、ユーザの頭部の追跡を実行し、仮想現実環境の現在の視野及びビュー位置を決定する。ステップ1820において、注視線が、ユーザの注視方向に沿って、ビュー位置から外側へ投影される。また、注視検出は、例えばセンサパッケージ1505(図15)に組み込まれる内向きのセンサを使用して実装されてもよい。
ステップ1825において、投影された注視線と仮想現実環境との間の交点が識別される。ステップ1830において、HMDデバイスはユーザインタフェースを公開し、ユーザ入力を受け取る。ユーザインタフェースは、所与の実装のニーズに従って構成されることが可能であり、ユーザによって操作され得る物理又は仮想コントロールを含んでよく、そのようなコントローラは、一部の場合には音声及び/又はジェスチャをサポートし得る。ステップ1835において、例えば仮想物体が非常に大きく、視野内に適合することができないときに、一部の場合には、投影線を下方に回転させて、その視野の上端に沿った幾つかの仮想物体(例えば大きな仮想物体)のクリッピングを回避することができる。一部の場合には、回転した投影線は、視野の下の部分を通って投じられる。ステップ1840において、ユーザ入力に応答して、仮想物体を交点に配置することができる。
図19に図示される方法1900は、1つ以上のプロセッサと、可変の視野を使用して仮想現実環境をレンダリングするためのディスプレイと、センサパッケージと、方法を実施するのに使用され得るソフトウェアコードのようなコンピュータ読取可能命令を記憶する1つ以上のメモリデバイスとを有する、HMDデバイスによって実行され得る。ステップ1905において、表面再現データが、HMDデバイスに組み込まれるセンサパッケージを使用して生成される。センサパッケージは、深度センサ又はカメラシステムを含み得る。ステップ1910において、表面再現データを使用して、仮想現実環境のユーザのビュー位置を動的に追跡する。図17のパイプラインに図示されるものを含め、様々な適切な表面再現技術を利用することができ、そのような技術では、複数の重なった表面が統合される。
ステップ1915において、センサパッケージを使用して、例えば内向きのセンサを使用して、ユーザの注視方向を動的に追跡する。ステップ1920において、ユーザの注視方向に沿ってビュー位置から投影される線(ray)と、視野内における仮想現実環境内の点との間の交差を見つける(locate)。ステップ1925において、HMDデバイスを操作して、見つかった交差でカーソルをレンダリングする。レンダリングは典型的に、ユーザが移動して視野及び注視方向が変化すると、仮想現実環境内のカーソル位置が更新されるよう、動的に実行される。配置される仮想物体が視野内でクリップされることになる一部の場合には、ステップ1930において、回転した線と仮想現実環境の交点に物体が配置されるときに、その物体が現在の視野の上端によってクリップされないよう、投影線を下方に回転することができる。ステップ1935において、HMDデバイスを操作して、仮想物体を、見つかった交点に配置する。典型的な実装では、この配置は、HMDデバイスによって公開されるUIへのユーザ入力に応答して行われる。
図20の方法2000は、現実世界環境で動作しており、かつ仮想現実環境をレンダリングするディスプレイを有しているHMDデバイス上に記憶される命令によって実行され得る。ステップ2005において、現実世界環境の表面再現モデルが、HMDデバイス上のセンサパッケージからのデータを使用して動的に生成される。ユーザが現実世界環境内で移動すると、例えばフレームごと又は他の適切な単位でモデルを更新することができる。ステップ2010において、センサパッケージからのデータを利用して、ユーザの注視の方向に沿ってユーザのビュー位置から投影される注視線を生成する。
ステップ2015において、現在の表面再現モデルを利用して、仮想現実環境のユーザの現在の視野を決定する。ステップ2020において、カーソルは、投影される注視線と仮想現実環境との間の交点でレンダリングされる。ステップ2025において、ユーザ入力を、例えばHMDデバイスによって公開されるUIで受け取る。ステップ2030において、配置される仮想物体が視野の外部に広がる場合、投影される注視線を下方に回転させることができる。一部の実装では、回転度(degree)は、視野内の物体の上の空間が遮られないように、仮想物体を配置することを可能にするのに十分なものとする。ステップ2035において、受け取ったユーザ入力に応答して、仮想物体を交点に配置する。
次に、様々な例示の実装の詳細に移ると、本構成による仮想現実又は混合現実ディスプレイデバイスは、限定ではないが、HMDデバイス104及び/又は他のポータブル/モバイルデバイスのようなニアアイ(near-eye)デバイスを含め、任意の適切な形をとってよい。図21は、シースルーの混合現実ディスプレイシステム2100の1つの特定の実施例を示しており、図22は、システム2100の機能ブロック図を示している。しかしながら、一部の実装ではシースルーのディスプレイが使用され得るが、他の実装では、例えばカメラベースのパススルー又は外向きのセンサ(outward facing sensor)を使用する不透明の(すなわち、シースルーではない)ディスプレイが使用されてもよいことを強調しておく。
ディスプレイシステム2100は、画像がレンズ2102を使用して(例えばレンズ2102上への投影を使用して、レンズ2102へ組み込まれる1つ以上の導波管システムを使用して、かつ/又は任意の他の適切な方法で)表示され得るように、シースルーのディスプレイサブシステム2104の一部を形成する1つ以上のレンズ2102を備える。ディスプレイシステム2100は、ユーザによって見られている背景シーン及び/又は物理的環境の画像を取得するように構成される1つ以上の外向きの画像センサ2106を更に備え、ユーザからの音声コマンドのような音を検出するように構成される1つ以上のマイクロフォン2108を含み得る。外向きの画像センサ2106は、1つ以上の深度センサ及び/又は1つ以上の2次元の画像センサを含み得る。代替的な構成では、上記のように、シースルーのディスプレイサブシステムを組み込む代わりに、仮想現実又は混合現実ディスプレイシステムが、外向きの画像センサのためのビューファインダモードを通して、混合現実画像を表示してもよい。
ディスプレイシステム2100は、上述のように、ユーザの各目の注視方向あるいは焦点の方向又は位置を検出するために構成される注視検出サブシステム2110を更に含み得る。注視検出サブシステム2110は、任意の適切な方法で、ユーザの目の各々の注視方向を決定するように構成され得る。例えば図示される実施例では、注視検出サブシステム2110は、赤外光源のように、光の輝き(glint)をユーザの各眼球から反射させるように構成される1つ以上のグリント源(glint source)2112と、内向きのセンサのように、ユーザの各眼球の画像をキャプチャするように構成される1つ以上の画像センサ2114を含む。画像センサ2114を使用して収集される画像データから決定される、ユーザの眼球及び/又はユーザの瞳孔の位置からの輝きにおける変化は、注視方向を決定するのに使用され得る。
加えて、ユーザの目から投影された注視線が外部ディスプレイと交差する位置を使用して、ユーザが注視している物体(例えば表示された仮想物体及び/実際の背景の物体)を決定することができる。注視検出サブシステム2110は、任意の適切な数及び配置の光源及び画像センサを有してよい。一部の実装では、注視検出サブシステム2110を省略してもよい。
ディスプレイシステム2100は、追加のセンサを含んでもよい。例えばディスプレイシステム2100は、該ディスプレイシステム2100の位置を決定することを可能にするよう全地球測位システム(GPS)サブシステム2166を備え得る。これは、ユーザの隣接する物理的環境内に配置され得る建物等のような現実世界の物体を識別することを助けることができる。
ディスプレイシステム2100は、ユーザが拡張現実HMDデバイスの一部として該システムを装着しているときにユーザの頭部の動き及び位置/向き/姿勢を検出する、1つ以上の動きセンサ2118(例えば慣性センサ、複数軸ジャイロスコープセンサ又は加速度センサ)を更に含み得る。動きデータは、注視検出のために、並びに、外向きの画像センサ2106からの画像におけるブレを補正することを助ける画像安定化のために、潜在的には目を追跡する輝きデータ及び外向きの画像のデータとともに使用されてよい。動きデータの使用は、外向きの画像センサ2106からの画像データを解決(resolve)することができない場合であっても、注視位置における変化を追跡することを可能にする。
加えて、動きセンサ2118、並びにマイクロフォン2108及び注視検出サブシステム2110もユーザ入力デバイスとして用いられてもよく、これにより、ユーザは、目、首及び/又は頭部のジェスチャを介して、並びに一部の場合には言葉によるコマンドを介して、ディスプレイシステム2100と対話することができる。図21及び図22に図示され、付随するテキストで説明されるセンサは例示の目的で含まれるものであり、拡張現実HMDデバイスの特定の実装ニーズに合致するように、任意の他の適切なセンサ及び/又はセンサの組合せを使用することができるので、いかなる方法においても限定するものとして意図されていないことが理解され得る。例えば一部の実装では、(例えば心拍及び呼吸数、血圧、脳活動、体温等を検出するための)生体センサ又は(例えば温度、湿度、高度、UV(紫外)光レベル等を検出するための)環境センサを用いてもよい。
ディスプレイシステム2100は、論理サブシステム2122及びデータストレージサブシステム2124を有するコントローラ2120を更に含むことができ、コントローラ2120は、通信サブシステム2126を通して、センサ、注視検出サブシステム2110、ディスプレイサブシステム2104及び/又は他のコンポーネントと通信する。通信サブシステム2126は、ディスプレイシステムが、処理、ストレージ、電力、データ及びサービスといった、リモートに配置されるリソースと連動して動作されることを容易にすることもできる。すなわち、一部の実装において、HMDデバイスは、異なるコンポーネント及びサブシステムの間でリソース及び能力を分散させることができるシステムの一部として動作され得る。
ストレージサブシステム2124は、例えばセンサからの入力を受け取って解釈し、ユーザの位置及び動きを識別し、表面再現及び他の技術を使用して実際の物体を識別し、他のタスクの中でも物体をユーザが見ることができるようにするために物体に対する距離に基づいてディスプレイを暗くする/フェードさせるために、論理サブシステム2122によって実行可能な命令を含んでもよい。
ディスプレイシステム2100は、オーディオを拡張現実経験の一部として用いることができるように、1つ以上のオーディオトランスデューサ2128(例えばスピーカ、イヤフォン等)とともに構成される。電力管理サブシステム2130は、1つ以上のバッテリ2132及び/又は保護回路モジュール(PCM)、並びにディスプレイシステム2100内のコンポーネントに電力を供給するための関連する充電インタフェース2134及び/リモート電力インタフェースを含んでもよい。
図示されるディスプレイデバイス104及び2100は説明の目的で示されており、したがって、限定するように意図されていないことが認識されよう。さらに、ディスプレイデバイスが、本構成の範囲から逸脱することなく、図示されるものに対して追加及び/又は代替的なセンサ、カメラ、マイクロフォン、入力デバイス、出力デバイス等を含んでもよいことも理解されよう。加えて、ディスプレイデバイス並びにその様々なセンサ及びサブコンポーネントの物理的構成は、本構成の範囲から逸脱することなく、様々な異なる形式をとり得る。
図23〜図27は、HMDデバイスのコンポーネントとして使用され得る仮想又は混合現実ディスプレイシステム2300の例示の代替的実装を示す。この例では、システム2300は、シースルーのディスプレイサブシステムに利用される内部光学アセンブリを保護するように構成される、シースルーの密閉型バイザー(see-through sealed visor)2302を使用する。バイザー2302は典型的に、図21及び図22に関連して例示的に説明されるように、センサ、電力管理、コントローラ等を含む頭部装着/保持システム及び他のサブシステムのような、HMDデバイスの他のコンポーネント(図示せず)とインタフェースする。スナップ、突起及び他の締め具等を含め、適切なインタフェース要素(図示せず)を、バイザー2302内に組み込むこともできる。
バイザーは、シースルーの前面シールド2304と背面シールド2306を含む。これらのシールドは、光学ディスプレイ及び周囲の現実世界環境に対する遮られない視覚を促すよう、透明な物質を使用して形成され得る。着色、鏡面化、反射防止、防曇及び他のコーティング等のような処置を前面及び背面シールドに塗布してもよく、様々な色及び仕上げを用いてもよい、前面及び背面シールドは、図24で部分的に提示される図内に示されるように、シャーシ2405に取り付けられる。図24では、シールドカバー2410が、バイザー2302から分解されるように図示されている。
密閉型バイザー2302は、操作中及びクリーニングのため通常の取り扱いの間にHMDデバイスを装着して使用するときに、光学ディスプレイサブアセンブリ2502(図25の分解図内に図示される)を含む繊細な内部コンポーネントを物理的に保護することができる。また、バイザー2302は、環境要素及びHMDデバイスが落とされ、ぶつけられ、衝撃等を受けることになるダメージから、光学ディスプレイサブアセンブリ2502を保護することもできる。光学ディスプレイサブアセンブリ2502は、落下又は衝撃により偏向するときにシールドがそのサブアセンブリに接触しないような形で、密閉型バイザー内に取り付けられる。
図25及び図27に図示されるように、背面シールド2306は、ユーザの鼻及びノーズパッド2704(図27)とインタフェースするよう人間工学的に正しい形で構成され、他の快適な機能を含む(例えば別個のコンポーネントとしてモールドインするか、かつ/又はアドオンする)ことができる。密閉型バイザー2302は、一部の場合には、あるレベルの光学ジオプター曲率(すなわち目の処方)を成形シールドに組み込むこともできる。
図28は、上述の構成、配列、方法又はプロセスのうちの1つ以上を実装するときに使用され得るコンピューティングシステム2800の非限定的な実施形態を概略的に図示している。HMDデバイス104は、コンピューティングシステム2800の非限定的な一例であり得る。コンピューティングシステム2800は、簡略化された形で図示されている。本構成の範囲から逸脱することなく、実質的に任意のコンピュータアーキテクチャを使用してもよいことが理解され得る。異なる実施形態では、コンピューティングシステム2800は、ディスプレイデバイス、ウェアラブルコンピューティングデバイス、マシンフレームコンピュータ、サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、ホームエンターテイメントコンピュータ、ネットワークコンピューティングデバイス、ゲームデバイス、モバイルコンピューティングデバイス、モバイル通信デバイス(例えばスマートフォン)等の形をとってもよい。
コンピューティングシステム2800は、論理サブシステム2802及びストレージサブシステム2804を含む。コンピューティングシステム2800は、任意選択で、ディスプレイサブシステム2806、入力サブシステム2808、通信サブシステム2810及び/又は図28に図示されていない他のコンポーネントを含み得る。
論理サブシステム2802は、命令を実行するように構成される1つ以上の物理デバイスを含む。例えば論理サブシステム2802は、1つ以上のアプリケーション、サービス、プログラム、ルーチン、ライブラリ、オブジェクト、コンポーネント、データ構造又は他の論理構造の一部である命令を実行するように構成され得る。そのような命令は、タスクを実行し、データ型を実装し、1つ以上のコンポーネントの状態を変換し、あるいは他の方法で所望の結果に到達するよう実装され得る。
論理サブシステム2802は、ソフトウェア命令を実行するように構成される1つ以上のプロセッサを含み得る。あるいはまた、論理サブシステム2802は、ハードウェア又はファームウェア命令を実行するように構成される1つ以上のハードウェア又はファームウェア論理マシンを含んでもよい。論理サブシステム2802のプロセッサは、シングルコアであってもマルチコアであってもよく、そのプロセッサ上で実行されるプログラムは、逐次処理、並列処理又は分散処理のために構成され得る。論理サブシステム2802は、任意選択で、協調的処理のためにリモートに配置及び/又は構成され得る2つ以上のデバイス間で分散される個々のコンポーネントを含み得る。論理サブシステム2802の態様は、クラウドコンピューティング構成で構成されるリモートアクセス可能なネットワーク化されたコンピューティングデバイスにより仮想化され、実行され得る。
ストレージサブシステム2804は、本明細書で説明される方法及び処理を実行するために論理サブシステム2802により実行可能なデータ及び/又は命令を保持するよう構成される、1つ以上の物理デバイスを含む。そのような方法及び処理が実装されると、ストレージサブシステム2804の状態は−例えば異なるデータを保持するように−変換され得る。
ストレージサブシステム2804は、取外し可能媒体及び/又は内蔵デバイスを含み得る。ストレージサブシステム2804は、他の中でも特に、光学メモリデバイス(例えばCD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル多用途ディスク)、HD−DVD(高解像度DVD)、Blu−ray(登録商標)ディスク等)、半導体メモリデバイス(例えばRAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(読取専用メモリ)、EPROM(消去可能プログラマブルROM)、EEPROM(電気的消去可能ROM)等)及び/又は磁気メモリデバイス(例えばハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、MRAM(磁気抵抗RAM)等)を含み得る。ストレージサブシステム2804は、揮発性、不揮発性、動的、静的、読取/書込、読取専用、ランダムアクセス、逐次アクセス、位置アドレス可能、ファイルアドレス可能及び/又はコンテンツアドレス可能なデバイスを含み得る。
認識され得るように、ストレージサブシステム2804は、1つ以上の物理デバイスを含み、伝搬信号自体は除く。しかしながら、一部の実装では、本明細書で説明される命令の態様は、ストレージデバイス上に格納されるものとは反対に、通信媒体を使用して純粋な信号(例えば電磁気信号、光信号等)によって伝搬されてもよい。さらに、本構成に関するデータ及び/又は他の形式の情報が純粋な信号によって伝搬されてもよい。
一部の実施形態では、論理サブシステム2802及びストレージサブシステム2804の態様は一緒に、本明細書で説明される機能が成立され得る1つ以上のハードウェア論理コンポーネントに統合されてもよい。そのようなハードウェア論理コンポーネントは、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定プログラム及び特定用途向け集積回路(PASIC/ASIC)、特定プログラム及び特定用途向け規格品(PSSP/ASSP)、システムオンチップ(SOC)システム及び結合プログラム可能論理回路(CPLD)を含み得る。
ディスプレイサブシステム2806は、ストレージサブシステム2804によって保持されるデータの視覚的表現を提示するのに使用され得る。この視覚的表現は、グラフィカルユーザインタフェース(GUI)の形式をとってもよい。説明される本方法及び処理が、ストレージサブシステムによって保持されるデータを変更し、したがって、ストレージサブシステムの状態を変換すると、ディスプレイサブシステム2806の状態も同様に、元となるデータの変更を視覚的に表すよう変換され得る。ディスプレイサブシステム2806は、実質的に任意のタイプの技術を使用する1つ以上のディスプレイデバイスを含むことができる。そのようなディスプレイデバイスは、一部の場合には論理サブシステム2802及び/又はストレージサブシステム2804と共有の筐体内で組み合わされてよく、あるいは他の場合には、そのようなディスプレイデバイスは周辺機器のディスプレイデバイスであってもよい。
入力サブシステム2808は、含まれるとき、キーボード、マウス、タッチスクリーン又はゲームコントローラといった、1つ以上のユーザ入力デバイスを含むか、これらとインタフェースし得る。一部の実施形態において、入力サブシステムは、選択されたナチュラルユーザインプット(NUI)コンポーネントを含むか、これとインタフェースし得る。そのようなコンポーネントは一体型でも周辺機器であってもよく、入力アクションの変換及び/又は処理は、オンボード又はオフボードで処理され得る。例示のNUIコンポーネントは、スピーチ及び/又は音声認識のためのマイクロフォン;マシンビジョン及び/又はジェスチャ認識のための赤外、色、立体及び/又は深度カメラ;動き検出及び/又は意図認識のためのヘッドトラッカ、アイトラッカ、加速度計及び/又はジャイロスコープ;並びに脳活動を評価するための電場感知コンポーネントを含み得る。
通信サブシステム2810は、含まれるとき、コンピューティングシステム2800を1つ以上の他のコンピューティングデバイスと通信的に結合するように構成され得る。通信サブシステム2810は、1つ以上の異なる通信プロトコルと互換性のある、有線及び/又は無線の通信デバイスを含み得る。非限定的な例として、通信サブシステムは、無線の電話ネットワーク、あるいは有線又は無線のローカル又はワイドエリアネットワークを介する通信のために構成され得る。一部の実施形態において、通信サブシステムは、コンピューティングシステム2800が、インターネットのようなネットワークを使用して、他のデバイスへメッセージを送信し、かつ/又は他のデバイスからメッセージを受け取ることを可能にすることができる。
本発明に係る仮想現実環境における注視に基づく物体配置の様々な例示の実施形態を、全ての実施形態の包括的なリストではなく、例として以下に提示する。一例は、仮想現実環境のレンダリングをサポートする頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスによって実行される方法を含み、当該方法は:HMDデバイスのユーザに隣接する現実世界の物理的環境を示すセンサデータを取得するステップと;センサデータを使用して、物理的環境の形状を再現するステップと;再現された形状を使用して物理的環境内のユーザの頭部及び注視を追跡して、視野及びビュー位置を決定するステップと;ビュー位置から外側に注視線を投影するステップと;投影された注視線と仮想現実環境との間の交差を識別するステップと;ユーザ入力に応答して、現在の視野内の交差に仮想物体を配置するステップと;を含む。
別の例では、センサデータは深度データを含み、深度センサを使用してセンサデータを生成し、表面再現技術を適用して物理的環境の形状を再現するステップを更に含む。別の例において、上記方法は、深度から立体への画像化分析(depth-from-stereo imaging analyses)を使用して深度データを生成するステップを更に含む。別の例において、上記方法は、HMDデバイスに最も近い、投影された注視線と仮想現実環境との間の交差を識別するステップを更に含む。別の例において、上記方法は、ユーザ入力を受け取るためのユーザインタフェース(UI)を公開するステップを更に含み、UIは、ユーザコントロールを提供するか、ジェスチャ認識又は音声認識をサポートする。別の例において、上記方法は、配置される仮想物体が視野の端に沿ってクリップされないように、投影された注視線を回転させるステップを更に含む。別の例において、上記方法は、注視線が視野の下の部分を通って投影されるように、回転を実行するステップを更に含む。別の例において、上記方法は、配置される物体を視野内に全体として適合するようにレンダリングすることができないときに、回転を実行するステップを更に含む。別の例において配置される仮想物体は、ユーザインタフェース又はユーザ経験をサポートする対話的要素であり、該対話的要素は、メニュー、ウィジット又は通知のうちの1つである。別の例において、上記方法は、HMDデバイスに配置される1つ以上の内向きのセンサを使用して、注視方向を決定し、ユーザの注視方向に沿ってビュー位置から注視線を投影するステップを更に含む。
更なる例は、物理的環境においてユーザにより操作可能な頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスを含み、当該HMDデバイスは:1つ以上のセンサと;ユーザに対して仮想現実環境をレンダリングするためのディスプレイであって、レンダリングされる仮想現実環境の視野が、物理的環境内におけるユーザの頭部の姿勢に少なくとも部分的に依存して変化する、ディスプレイと;センサパッケージと;1つ以上のメモリデバイスであって、1つ以上のプロセッサによって実行されると、センサパッケージを使用して物理的環境の少なくとも一部について表面再現データを生成するステップと、表面再現データを使用して仮想現実環境についてユーザのビュー位置を動的に追跡するステップと、ユーザの注視方向に沿ってビュー位置から投影される線と、現在の視野内における仮想現実環境の点との間の交差を見つける(locating)ステップと;当該HMDデバイスを操作して、カーソルを交点でレンダリングするステップとを含む方法を実行するコンピュータ読取可能命令を記憶する、1つ以上のメモリデバイスと;を備える。
別の例では、頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスは更に、センサパッケージを使用して注視方向を動的に追跡することを含む。別の例では、頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスは更に、ユーザインタフェース(UI)を更に含み、UIへのユーザ入力に応答して、仮想物体を交点に配置するように当該HMDデバイスを操作することを含む。別の例では、頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスは更に、視野又は注視方向が変化すると、カーソルを動的に再配置することを含む。別の例では、頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスは更に、統合される複数の重なる表面(multiple overlapping surface)を作成する容積法(volumetric method)を実施する、表面再現データパイプラインを使用して物理的環境をモデリングすることを含む。別の例では、頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスは更に、ディスプレイ上にレンダリングされるときに、配置される仮想物体が現在の視野の上端によってクリップされないように、投影された線を下方に回転させることを更に含む。
更なる例は、現実世界環境内に配置される頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスの可変の視野内に仮想現実環境をレンダリングするためのコンピュータ実行可能命令を記憶する1つ以上のコンピュータ読取可能メモリを含み、その方法は、HMDデバイスに組み込まれるセンサパッケージからのデータを使用して、a)現実世界環境の表面再現モデルを動的に生成し、b)HMDデバイスのユーザのビュー位置から投影される注視線を生成するステップと;モデルを使用して、仮想現実環境の視野を決定するステップと;HMDデバイスへの入力をユーザから受け取るステップと;受け取ったユーザ入力に応答して、視野内において、注視線と仮想現実環境との間の交点に仮想物体を配置するステップとを備える。
別の例において、1つ以上のコンピュータ読取可能メモリは、ユーザの注視方向を追跡するステップと、注視方向に沿ってビュー位置から注視線を投影するステップと、視野内において、注視線と仮想現実環境との間の交点にカーソルをレンダリングするステップとを更に含む。別の例において、1つ以上のコンピュータ読取可能メモリは、配置される仮想物体が視野の外部に広がるときを判断するステップと、該判断に応答して注視線を回転させるステップを更に含む。別の例において、1つ以上のコンピュータ読取可能メモリは、配置される仮想物体によって遮断されていない視野部分を提供するのに十分な角度で注視線を回転させるステップを更に含む。
本主題は、構造的特徴及び/又は方法的動作に特有の言葉で説明されているが、添付の特許請求の範囲で定義される主題は必ずしも、上述の特有の特徴又は動作に限定されないことが理解されよう。むしろ、上述の特有の特徴及び動作は、特許請求の範囲を実装する例示の形として開示されている。
Claims (15)
- 仮想現実環境のレンダリングをサポートする頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスによって実行される方法であって:
前記HMDデバイスのユーザに隣接する現実世界の物理的環境を示すセンサデータを取得するステップと;
前記センサデータを使用して、前記物理的環境の形状を再現するステップと;
前記再現された形状を使用して前記物理的環境内の前記ユーザの頭部及び注視を追跡して、視野及びビュー位置を決定するステップと;
前記ビュー位置から外側に注視線を投影するステップと;
前記投影された注視線と前記仮想現実環境との間の交点を識別するステップと;
ユーザ入力に応答して、現在の視野内の前記交点に仮想物体を配置するステップと;
を含む、方法。 - 前記センサデータが深度データを含み、
深度センサを使用して前記センサデータを生成し、表面再現技術を適用して前記物理的環境の形状を再現するステップを更に含む、
請求項1に記載の方法。 - 深度から立体への画像化分析を使用して深度データを生成するステップを更に含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記HMDデバイスに最も近い、前記投影された注視線と前記仮想現実環境との間の交点を識別するステップを更に含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記ユーザ入力を受け取るためのユーザインタフェース(UI)を公開するステップを更に含み、前記UIは、ユーザコントロールを提供するか、ジェスチャ認識又は音声認識をサポートする、
請求項1に記載の方法。 - 配置される仮想物体が前記視野の端に沿ってクリップされないように前記投影された注視線を回転させるステップを更に含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記注視線が前記視野の下の部分を通って投影されるように、前記の回転を実行するステップを更に含む、
請求項6に記載の方法。 - 前記視野内に全体として適合するように、前記配置される仮想物体をレンダリングすることができないときに、前記の回転を実行するステップを更に含む、
請求項6に記載の方法。 - 前記配置される仮想物体は、ユーザインタフェース又はユーザ経験をサポートする対話的要素であり、該対話的要素は、メニュー、ウィジット又は通知のうちの1つである、
請求項1に記載の方法。 - 前記HMDデバイスに配置される1つ以上の内向きのセンサを使用して、注視方向を決定し、前記ユーザの注視方向に沿って前記ビュー位置から前記注視線を投影するステップを更に含む、
請求項1に記載の方法。 - 物理的環境においてユーザにより操作可能な頭部装着型ディスプレイ(HMD)デバイスであって:
1つ以上のセンサと;
前記ユーザに対して仮想現実環境をレンダリングするためのディスプレイであって、前記レンダリングされる仮想現実環境の視野が、前記物理的環境内における前記ユーザの頭部の姿勢に少なくとも部分的に依存して変化する、ディスプレイと;
センサパッケージと;
1つ以上のメモリデバイスであって、前記1つ以上のプロセッサによって実行されると、
前記センサパッケージを使用して前記物理的環境の少なくとも一部について表面再現データを生成するステップと、
前記表面再現データを使用して前記仮想現実環境について前記ユーザのビュー位置を動的に追跡するステップと、
前記ユーザの注視方向に沿って前記ビュー位置から投影される線と、現在の視野内における前記仮想現実環境の点との間の交差を見つけるステップと;
当該HMDデバイスを操作して、カーソルを交点でレンダリングするステップと、
を含む方法を実行するコンピュータ読取可能命令を記憶する、1つ以上のメモリデバイスと;
を備える、HMDデバイス。 - 前記センサパッケージを使用して前記注視方向を動的に追跡することを更に含む、
請求項11に記載のHMDデバイス。 - ユーザインタフェース(UI)を更に含み、
前記UIへのユーザ入力に応答して、仮想物体を前記交点に配置するように当該HMDデバイスを操作することを更に含む、
請求項11に記載のHMDデバイス。 - 前記視野又は注視方向が変化すると、前記カーソルを動的に再配置することを更に含む、
請求項11に記載のHMDデバイス。 - 前記ディスプレイ上にレンダリングされるときに、配置される仮想物体が前記現在の視野の上端によってクリップされないように、前記投影された線を下方に回転させるステップを更に含む、
請求項11に記載のHMDデバイス。
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