TW201447372A - 用於擴增實境裝置之即時導正系統、方法及電腦程式產品 - Google Patents

用於擴增實境裝置之即時導正系統、方法及電腦程式產品 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種系統，其包含：一結構，其可附接至一真實世界環境中之一表面，該結構確立該結構之一已知位置及定向；一銜接元件，其作為該結構之部分，該銜接元件將一擴增實境裝置緊固在一固定位置中，以使用該真實世界環境及一平行虛擬環境導正該擴增實境裝置；及一處理器，其可操作以藉由以下各項來執行該導正：當該擴增實境裝置銜接在該銜接元件中時將該擴增實境裝置之慣性導航系統重設至該已知位置；及在該平行虛擬環境中導正該擴增實境裝置之虛擬表示之位置及定向，使得該擴增實境裝置中之該平行虛擬環境與該真實世界環境重疊。本發明亦揭示一種方法及電腦軟體。

Description

用於擴增實境裝置之即時導正系統、方法及電腦程式產品
實施例係關於使用一真實世界環境及一平行虛擬世界環境導正一慣性導航系統。亦在此等環境內提供一頭戴式顯示器之慣性導航系統之運動校準。
諸如一頭盔式顯示器或眼鏡式顯示器(在本文中簡稱為一「HMD」)之一頭戴式顯示器係穿戴在人頭上之一顯示裝置，其具有位於人、使用者或穿戴者的單眼附近或更通常雙眼附近之一或多個小型顯示裝置。HMD可為單目鏡(其中單眼具有一視景螢幕)、雙目單筒鏡(其中雙眼皆看見相同螢幕上之相同場景)或雙目鏡(其中每隻眼睛具有一個別視景螢幕)。
與真實世界影像相比，一些HMD顯示器僅模擬(電腦產生之)影像且因此通常稱為「虛擬實境」或浸入式HMD。其他HMD在一非模擬真實世界影像上疊加(組合)一模擬影像。非模擬影像與模擬影像之組合容許HMD使用者透過(以非限制實例的方式)可於其上將與待執行的任務有關的額外資料疊加至使用者之前向視野(FOV)上之一護目鏡或目鏡觀看到世界。此疊加有時候被稱為「擴增實境」或「混合實境」。
可使用一部分反射/部分透射光學表面(一「分束器」)而達成組 合一非模擬真實世界視景與一模擬影像，其中表面的反射性可用以將模擬影像顯示為一虛擬影像(在光學感官上)且表面的透射性可用以容許使用者直接觀看到真實世界(稱為一「光學透視式系統」)。亦可藉由自一相機接受一真實世界視景之視訊並使用一組合器(稱為一「視訊透視式系統」)使該真實世界視景與一模擬影像以電子方式混合而以電子方式組合一真實世界視景與一模擬影像。接著可藉由一反射光學表面(在此情況下其無須具有透射性質)將組合影像作為一虛擬影像(在光學感官上)呈現給使用者。
作為HMD之一部分，可包含一慣性導航系統(「INS」)或其有時候被引用作為一慣性量測單元(「IMU」)以提供詳細精確的位置及定向資訊。慣性導航系統通常擁有快速處理能力而需要的功率量卻最小。此外，INS通常無需恆定衛星可見性，這係因為與一處理器通信之慣性組件(諸如(但不限於)至少一陀螺儀及至少一加速度計(或其他運動感測裝置))係用以連續計算位置、定向及速度(包含移動方向及速度)。
HMD之INS通常自另一來源(諸如(但不限於)一人工操作員、預設原廠(或實驗室)規範、一衛星接收器等等)取得其速度校準。而當HMD通電時，必須由一人工操作員或其他手段提供位置資訊。藉由非限制實例，當HMD開啟或通電時，可諸如透過連接至處理INS資料之一電腦之一圖形使用者介面輸入關於定位HMD的位置及其定向之資訊。而當關閉HMD時，HMD無法更新並整合HMD當前位置，且因此當HMD再次開啟時需要被告知HMD所在位置及其指向方向。此後，加速度計及陀螺儀資訊提供位置或定向之改變速率，且此等速率必須與所規定的給定初始狀態整合以估計HMD之當前位置及定向。
然而，陀螺儀可漂移且加速度計可損失精確度，從而使位置、速度及定向產生誤差。雖然誤差最初可能較小，但是取決於HMD之 使用，此等誤差可具有嚴重的後果。此外，誤差可隨時間擴大。因此，INS可能需要定期導正、刷新及/或更新精確位置及定向資訊。
此外，歸因於各使用者的瞳孔間的距離及眼睛在各使用者頭部中的深度，各使用者透過HMD觀看到一獨有視景。此外，使用者之高度亦可影響使用者適當校正可透過HMD觀看到之一外部環境之能力。若多個使用者使用相同HMD，則該裝置僅可被使用者之一者校準，因此HMD對其他使用者並不有效。
當前，HMD之慣性導航系統之大部分更新係在一實驗室或一消毒設施中達成。一使用者可在此等位置處使用多種工具及設備以校準HMD之慣性導航系統並調整HMD以最佳地適應一特定使用者。然而，當在遠離消毒設施之方向上使用一HMD時(更具體言之，當現場或在一操作環境中使用HMD時)，情況並非如此。當在操作環境中時，由於可發生一誤差且其可能擴大或多個使用者可能需要使用HMD但是不具備即時導正、刷新或調整HMD的能力，使用者可僅僅停止使用HMD。因此，HMD之製造商及使用者將獲利於能夠當在一操作環境中使用HMD時執行即時導正、刷新及/或調整HMD。
實施例係關於一種用於導正一擴增實境慣性導航系統之系統、方法及電腦軟體程式碼。該系統之一實施例可包括：一結構，其可附接至一真實世界環境中之一表面，該結構確立該結構之一已知位置及定向；一銜接元件，其作為該結構之部分，該銜接元件將一擴增實境裝置緊固在一固定位置中以使用該真實世界環境及一平行虛擬環境導正該擴增實境裝置。該系統亦可包括一處理器，其可操作以藉由以下各項來執行該導正：當該擴增實境裝置銜接在該銜接元件中時將該擴增實境裝置之慣性導航系統重設至該已知位置；及在該平行虛擬環境中導正該擴增實境裝置之虛擬表示之位置及定向，使得該擴增實境裝 置中之該平行虛擬環境與該真實世界環境重疊。
方法之一實施例可包括：確立具有一銜接元件之一校準定位柱之一已知位置及定向；及當一擴增實境裝置銜接在該銜接元件中時提供已知位置及定向給該擴增實境裝置。該方法亦可包括校準該擴增實境裝置以相對於該柱之一當前位置及定向使用該擴增實境裝置之真實世界環境導正一虛擬環境。
電腦軟體程式碼係提供一可執行電腦程式產品之一非暫時性處理器可讀儲存媒體之一部分，該可執行電腦程式產品可包括一電腦軟體程式碼，當其在一處理器上執行時：起始包括一電子校準及/或定位柱之一當前位置及/或定向之資訊的擷取；並偵測一擴增實境裝置何時附接至該柱。該電腦軟體程式碼在一處理器上執行時可進一步校準該擴增實境裝置以相對於該柱之一當前位置及定向使用該擴增實境裝置之一真實世界環境導正一虛擬環境。
10‧‧‧電子柱/定位柱
12‧‧‧支撐表面
14‧‧‧緊固元件
16‧‧‧第一接收器
17‧‧‧第一傳輸器
18‧‧‧頭戴式顯示器
19‧‧‧校準單元
20‧‧‧全球定位系統衛星
22‧‧‧銜接元件
24‧‧‧處理器
26‧‧‧磁力計
28‧‧‧磁力計
30‧‧‧指示器元件
32‧‧‧馬達
34‧‧‧加速度計
36‧‧‧陀螺儀
38‧‧‧慣性導航系統
40‧‧‧線性平移單元
42‧‧‧馬達
44‧‧‧車輛
45‧‧‧運動偵測單元
48‧‧‧真實基準標記
50‧‧‧虛擬基準標記
52‧‧‧視覺偵測裝置
65‧‧‧記憶體儲存器/資料儲存裝置
67‧‧‧資料輸入埠
70‧‧‧頭部
72‧‧‧框架
74‧‧‧透鏡
76‧‧‧影像顯示系統/擴增實境組件
77‧‧‧三維影像產生系統
78‧‧‧光學系統
80‧‧‧自由空間超寬角度反射光學表面/擴增實境組件
80R‧‧‧第一自由空間超寬角度反射光學表面
80L‧‧‧第二自由空間超寬角度反射光學表面
82‧‧‧鼻脊件
83‧‧‧透鏡系統/擴增實境組件
87‧‧‧調整器
89‧‧‧移位元件
90a‧‧‧相機
90b‧‧‧相機
91‧‧‧鎖定機構
93‧‧‧校準模組
100‧‧‧流程圖
102‧‧‧方法
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
120‧‧‧流程圖
122‧‧‧方法
124‧‧‧步驟
126‧‧‧步驟
128‧‧‧步驟
130‧‧‧步驟
189‧‧‧移位元件
210‧‧‧水平線性運動校準系統
220‧‧‧皮帶傳動系統
224‧‧‧處理器
230‧‧‧可延伸臂/指示器
240‧‧‧鉸鏈
250‧‧‧調平裝置/水平儀
260‧‧‧支撐棒
270‧‧‧電子柱
300‧‧‧旋轉運動單元
310‧‧‧旋轉附接點
320‧‧‧附接金屬塊
330‧‧‧旋轉單元馬達
340‧‧‧旋轉配件緊固裝置
350‧‧‧馬達控制器
360‧‧‧軸連接器
360a‧‧‧第一方向
370‧‧‧軸連接器
370a‧‧‧第二方向
380‧‧‧軸連接器
380a‧‧‧第三方向
400‧‧‧實例
410‧‧‧真實世界環境
415‧‧‧結構
420‧‧‧平行虛擬世界環境
425‧‧‧結構
440‧‧‧參考數字
450‧‧‧參考數字
460‧‧‧參考數字
520‧‧‧波1
530‧‧‧波2
上文簡要陳述之一更特定描述將藉由參考該描述中在隨附圖式中圖解說明之特定實施例而加以呈現。為瞭解此等圖式僅描繪典型的實施例且因此不應被視為限制其範疇，將透過使用隨附圖式在額外特定性及細節下描述並解釋實施例，其中：圖1展示根據一實施例之一定位柱之一實施例；圖1a展示根據一實施例之使用一真實世界環境同時使用一平行虛擬世界環境進行之一HMD導正之一實例；圖2展示根據一實施例之在一操作環境中使用之一定位柱；圖3展示根據一實施例之具有一水平線性運動校準系統之一先進電子柱；圖4展示圖解說明根據一實施例之一校準技術之一圖；圖5展示圖解說明用於校準之波形實例之一圖； 圖6展示圖解說明根據一實施例之電子柱之一方塊圖；圖7展示圖解說明根據一實施例之一頭戴式裝置之一側視圖之一圖；圖8展示圖解說明根據一實施例之一頭戴式裝置之一正視圖之一圖；圖9展示圖解說明根據一實施例之一頭戴式裝置之元件之一方塊圖；圖10展示一實施例之一方法之一流程圖；圖11展示一實施例之另一方法之一流程圖；圖12a展示根據一實施例之旋轉運動校準配件；及圖12b展示根據一實施例之安裝在旋轉運動校準配件中之一HMD。
下文將詳細參考隨附圖式中圖解說明之實施例。在可行之處，遍及圖式使用之相同參考數字係指相同或相似部分。一般而言，一技術效果可能係導正單個頭戴式裝置或顯示器(「HMD」)之單個使用者或多個使用者之一擴增實境慣性導航系統。為促進理解實施例，本文中提供對其等特定實施方案的參考。
遍及本說明書，術語「導正」、「刷新」、「校準」及/或「更新」(包含此等術語的動詞)可交換使用。各術語與校正HMD之一慣性導航系統(「INS」)可能產生之一誤差或確立HMD之一位置相關聯。INS亦可稱為一慣性量測單元。INS之意圖可為使用一處理器、運動感測器(即，至少一加速度計)及旋轉感測器(即，至少一陀螺儀)之一導航輔助。而對改變或修正HMD上之一實體特徵可使用術語「調整」；然而，亦可對上文論述之術語使用術語「調整」。術語「調整」主要可被視為由擴增實境裝置內部之一電子調整組成，使得其將校正資料應 用於AR裝置在內部將其表示為AR裝置位置及定向之當前位置及定向資訊。其他內部AR裝置電子調整包含使影像向上、向下、向左或向右偏移以導正內部虛擬環境圖像，其呈現給使用者的每隻眼睛使得其匹配存在於真實世界中的校準圖像且其經導正以調整使用者眼睛的定位。另一內部AR裝置電子調整係：當使用馬達驅動線性及旋轉校準裝置來校準AR裝置時相對於線性及旋轉速度及加速度來改變速率及內部所期運動方向。
在一實施例中，定位柱可為被動式柱，其中該柱可能不含有電子器件且經組態以提供一ID編號及一銜接器給HMD。當HMD置於銜接器中時，其可自動地執行一內部校準，從而將位置及旋轉之所有偏差重設為零且使用實體放置HMD之定位柱之當前位置及定向作為新的初始狀態以透過使用INS隨後估計位置及定向。
在一實施例中，定位柱係一電子柱，其中定位柱提供一數位通信系統以將位置及定向資訊傳達至所附接的HMD。在一實施例中，電子柱可提供額外資訊，諸如儲存在該柱上或一遠端位置中之使用者生物識別校準資料。在提供生物識別校準資料之後，接著HMD可對INS偏差執行相同重設並接受當前位置及定向作為基於INS處理進行之後續位置估計之起點。
在一實施例中，定位柱可為一INS校準電子柱。在此實施例中，INS校準電子柱包含馬達驅動校準能力，其等容許導正並調整平移及旋轉速度及加速度感測器校準。
在一實施例中，定位柱可內置於一建築物中。該柱可為一永久配件之部分且非意圖為暫時性或可移動。該定位柱之位置及定向可由一測勘師團隊判定，且此資訊可被程式化於該柱中、印刷在其上或儲存於一遠端資料庫中以供該柱之使用者進行網路存取。以此方式，該柱可被提供作為一購物中心中之一公共服務副業，以藉由容許使用者 隨著其等進入該區域而校準其等自身的擴增實境裝置來促進擴增實境裝置在該區域中的使用。此等永久定位柱可以提供自動櫃員機之相同方式置於一建築物中。此等定位柱可永久地校準且安裝在其中使用者可相對於位置校準其等AR裝置及/或歸因於發生在INS中之漂移而定期重新校準AR裝置之軍事訓練場所處。
雖然本文中已參考HMD揭示實施例，但是該等實施例可應用於其他裝置。作為一非限制實例，該等實施例可搭配其他擴增實境工具或裝置使用。因此，關於本文中提供之對一HMD具體論述之實施例之描述不應被視為限制，這係因為可使用術語擴增實境裝置來代替HMD。
現在參考圖式，將描述實施例。實施例可以數種方式實施，包含實施為一系統(包含一電腦處理系統)、一方法(包含一電腦方法)、一設備及/或一非暫時性處理器可讀儲存媒體。下文論述若干實施例。
圖1展示一定位柱之一實施例。在圖1之實施例中，定位柱係一電子柱。圖6展示圖解說明電子柱之一方塊圖。將就圖1及圖6描述電子柱。電子柱10可為一自含型單元。電子柱10可在一特定位置處緊固至一支撐表面12，這將導致電子柱10在一導正過程期間保持穩定(固定)。特定位置可為複數個地點，包含(但不限於)一車輛(諸如一地面運輸車輛之一車頂)、地面上的位置及/或遠離其中製造一HMD 18之一實驗室或設施且能夠使電子柱10固定及/或穩定放置之任何其他位置。電子柱10可包括一緊固元件14或如圖6中圖解說明用於在一位置處將電子柱10連接至支撐表面12之裝置。在一實施例中，緊固元件14可暫時連接或永久連接至一車輛，諸如車輛之一車篷或車頂。
在一實施例中，亦可使用至一建築物或位置之一永久附接且這將容許該柱校準一次。在其中電子柱附接至車輛之一實施例中，在車 輛移動之後電子柱可需要重新校準以避免可由車輛運動而出現的誤校準。
為提供暫時連接，緊固元件14可包括一磁鐵或另一可易於移除的連接器。當將電子柱10連接至地面時，緊固元件14可包括三角支撐架或具有一尖頭之另一支撐件或可插入至地面中之插入元件。藉由暫時使用緊固元件14，可容易地將電子柱10自一位置移動至另一位置。
電子柱10可進一步包括處理器24，其控制組成電子柱10之許多其他元件。處理器24可用以啟動銜接元件22同時亦將資訊傳遞至銜接元件22，銜接元件22繼而將資訊提供至HMD 18。銜接元件22可機動化，因此提供一馬達32。來自HMD 18之資訊亦可透過銜接元件22自HMD 18傳遞至處理器24。同樣，處理器24可用以啟動線性平移單元40，且藉由線性平移單元40自HMD 18傳輸資訊並接收資訊，且亦可用以啟動旋轉運動單元300(圖12A)及旋轉單元馬達330(圖12A)，且藉由旋轉運動單元300自HMD傳輸資訊並接收資訊。
該柱可包含一磁力計26。可藉由與處理器24進行通信而提供資訊(諸如(但不限於)磁偏角資料)往返於磁力計26，其中若已判定磁偏角，則可最終將來自磁力計或來自記憶體儲存器65或遠端儲存器之資訊提供至HMD 18之磁力計28。
電子柱10可包含一資料儲存裝置65，資料儲存裝置65亦與處理器24進行通信。資料儲存裝置65可用以儲存或保存一使用者特定之校準資料、生物識別資料、自HMD 18收集之資訊及/或一處理器特定應用程式。與處理器24進行通信之另一元件係指示器30，其可通知使用者。在一實施例中，使用者可被通知：一特定校準不能校準HMD 18。指示器30可為能夠顯示文字之一電腦圖形顯示器、另一視覺指示器(諸如一照明器)及/或一聽覺指示器。本文亦揭示電子柱10之一實體組件。緊固元件14係用以將電子柱10連接至一所要位置。
電子柱10可包含一資料輸入埠67。資料輸入埠67可包括複數個組態。在一實施例中，資料輸入埠67可包括一生物識別讀取器，(藉由非限制實例)一指紋讀取器或視網膜掃描器。此形式的資料輸入埠之目的係基於一特定使用者獨有之一生物識別特性存取來自該使用者之生物識別資訊。待存取之類型的生物識別資訊包含(但不限於)瞳孔間距離及眼睛在使用者頭部70(圖7)的深度、使用者之高度、使用者之指紋等等。此資訊係必需的，這係因為歸因於各使用者的瞳孔間距離及使用者眼睛在頭部的深度及(眼睛相距地面的)高度，各使用者透過HMD 18觀看到一獨有視景。因此，需要運用使用者頭部70來導正HMD 18之幾何形狀。如下文進一步描述，可藉由調整HMD 18之一框架72或藉由調整由HMD 18之框架支撐之視覺組件達成此導正。瞳孔間調整可包括使透鏡系統83之雙目鏡視景(諸如圖7及圖8中所示)水平地緊緊靠近在一起或進一步分開。藉此，使HMD 18內之影像相對於其等將被置於真實世界中的位置移動。在另一實施例中，使用者可使用一手動調整器(諸如一撥盤)或甚至一電腦圖形使用者介面(「GUI」)介面以調整使用者透過HMD 18看見真實世界中的事物。
資料輸入埠67之另一形式可包括使用者可用來輸入資訊(包含(但不限於)生物識別資訊、外部環境狀況等等)之一小鍵盤。雖然揭示為兩項相異實施例，但是資料輸入埠67可包括生物識別讀取器及小鍵盤二者。如上文簡要解釋，亦可將可使用資料輸入埠輸入之多種類型資料自遠端位置傳輸至電子柱10。
在一實施例中，電子柱10可包括能夠偵測一真實環境及虛擬環境二者中之影像之一視覺偵測裝置52。
處理器24存取校準資料。該柱包含一接收器16及傳輸器17。可透過接收器16收集額外校準資料。接收器16可收集相對於一座標系統放置電子柱10之處特定的額外資料。銜接元件22可受控於處理器24且 亦經組態以在銜接元件22的移動期間將HMD 18緊固至銜接元件22。銜接元件22可發生相對於如上所述之一座標系統之移動，以判定可與HMD 18之至少一組件相關聯之量測資料。處理器24可比較量測資料與校準資料並校準HMD 18。更具體言之，相對於來自HMD 18之一量測校準可能在一可接受容限之外的該至少一組件。
在另一實施例中，定位柱可為被動式定位柱。該柱可位於且定位於真實世界環境中之一已知位置及定向處，從而具有一平行虛擬實境中之一已知且重疊位置。在一非限制實例中，當用於一工作區域或劇院時，定位柱可位於使用者在該區域中時將經過或越過之一預選定路標或路標點處。基於其位置，關於定位柱之位置及定向資料可儲存於非為該柱之一部分之記憶體裝置中，諸如一遠端位置處。該柱可包含一識別符，諸如(但不限於)識別特定定位柱之某種形式之一識別決定符(一條碼或另一形式識別)。諸如當HMD 18連接至定位柱10之銜接元件22或銜接在該銜接元件22中時，可由HMD 18讀取識別決定符。
在另一實施例中，可諸如透過HMD上之使用光學辨識之至少一相機90a、90b(圖7、圖8及圖9)來將定位柱之識別決定符輸入至HMD 18中。該至少一相機90a、90b可經組態以獲取固定地置於該柱上之一識別符(ID)。HMD可經組態以基於所獲取的ID而光學地辨識本定位柱之識別符。藉由一非限制實例，該柱包含一代碼，諸如(但不限於)一柱條碼。HMD 18可搜尋其自身的內部資料庫以尋找與該柱之條碼相關聯之位置及定向資料。替代地，HMD可透過一通信網路進行通信以搜尋一遠端資料庫中與該柱之條碼相關聯之位置及定向資料。位置資料可包含座標資訊。
一旦HMD 18安裝在該柱(被動式或電子)之銜接元件22中，可基於關於該柱之位置及定向資料對HMD 18執行一內部校準。可基於 HMD 18存取與該柱相關聯之一位置及定向資料(諸如(但不限於)一局域化資料庫)或藉由HMD 18傳達至保存具有該柱之位置及定向資料特定之一資料庫之一遠端位置(其中該資訊與該柱ID相關聯)來達成一內部校準。電子柱10上之處理器24或HMD 18上之處理器224可用以執行該校準。
被動式柱可使用真實世界環境及平行虛擬世界導正HMD之位置及定向資料。此外，被動式柱可容許使用外部資料導正或更新磁偏角資料。
在另一實施例中，使用者可諸如透過電子柱10之資料輸入埠67或替代地與HMD相關聯之一使用者輸入機構將識別決定符輸入至HMD 18中。
在一非限制實例中，在操作中，可將電子柱10之位置及定向資料儲存在非為該柱之一部分之一記憶體裝置中(在電子柱10遠端)。
接著可將HMD置於電子柱10之銜接元件上。假定電子柱10根據關於其定向及位置之資料(儲存在電子柱10之遠端)使用其內部處理器224實體定向且定位，則在內部校準HMD 18使得其定向及位置之內部表示對應於與電子柱10之定向及位置相關聯之遠端儲存的資料且因此對應於與電子柱10之真實世界定向及位置相關聯之遠端儲存的資料。圖1a展示使用一真實世界環境410同時使用一平行虛擬世界環境420導正HMD 18之一實例400。在圖1a中，定位柱係用以使用定位柱之真實世界位置及定向來導正平行虛擬世界420及HMD 18。定向可透過定位柱之剛性銜接配件而控制。
期望平行虛擬世界環境420嚴格匹配真實世界環境410之幾何形狀。然而，因為平行虛擬世界環境420保存在驅動HMD 18之一電腦中，所以其無法確切地符合真實世界使得平行虛擬世界精準地覆疊真實世界。替代地，若HMD 18剛通電且需要使用其當前位置及定向來 程式化，則平行虛擬世界環境420無法使用真實世界環境410進行導正或近似導正。
在真實世界410中建立一定位柱且該定位柱由憑藉一結構415上之參考數字440標示之一「X」指示。如同平行虛擬世界中之結構425，真實世界410中之X 440應匹配由平行虛擬世界420中之參考數字450標示之「X」之位置。HMD 18亦具有由參考數字460標示之一「X」，當HMD置於真實世界中之位置440處時，HMD 18的X 460應覆疊真實世界的X 440及平行虛擬世界的X 450。歸因於校準及導正誤差，HMD 18無法精準地指示其在真實世界410或虛擬世界420中的位置。在一實施例中，可於HMD 18之INS 38中形成校準及導正誤差。
導正程序經組態以同時使用真實世界410及平行虛擬世界導正HMD 18。為執行同時使用真實世界410及平行虛擬世界導正HMD 18，將HMD 18置於由真實世界中之X 440標示之定位柱處之銜接元件22中，使得HMD 18指向一期望方向。接著，藉由在驅動顯示於HMD 18上之虛擬圖像之3D影像產生系統(3DIGS)77中以電子方式旋轉平移虛擬世界來設定/調整/更新虛擬世界位置及定向。可將虛擬世界調整至精準地處於由真實世界410中之X 440標示之定位柱上之銜接元件22確立之座標及旋轉狀態。因此，HMD 18當前位於一已知位置處且使用HMD及真實世界精準地導正虛擬世界。此時，對於旋轉及平移偏差二者，由INS 38產生之偏差可被重設為零。
在自銜接元件22移除HMD 18之後，INS 38可開始整合由INS 38中之加速度計34及陀螺儀36指示之差動運動，以估計HMD 18之當前位置及其中HMD 18所指向的方向。
在一定的時間段及運動量之後，由INS 38報告之位置及定向可漂移。該漂移可導致INS 38不再使真實世界410同步於虛擬世界420及HMD 18。因此，需要藉由重複導正程序來再次導正HMD 18。為重複 導正程序，使用者可將HMD 18放置在一可用定位柱中且此後可開始進行導正程序。
在一實施例中，旋轉/運動操作未達成在虛擬世界及真實世界中導正HMD 18。而是，HMD 18被緊固至該柱之銜接元件22。一銜接HMD係處於真實世界中之一已知位置及定向(對於該位置及定向，可導正HMD 18中之虛擬世界)。
一校準單元19可用以校準電子柱10。校準單元19可包括一全球定位系統接收器、一羅盤及其他設備以確保使用HMD 18之真實環境精確地局域化並協調真實環境及一虛擬環境(通常係一平行虛擬環境)。以此方式，亦可校準虛擬環境，以使用電子柱10作為一真實/虛擬共用陸標而運用HMD 18之真實環境導正虛擬環境。因此，如本文中進一步揭示，一旦校準及/或定位電子柱10，可藉由實體附接至電子柱10快速地導正HMD 18及/或若干HMD，其中電子柱10與HMD 18通信以將校準及位置資訊提供給HMD 18。
亦可手動地對該柱執行校準。在一實施例中，一手動校準經調適以運用使用輸入至該柱中或儲存於一外部資料中之位置及定向資料的測勘技術及度量衡技術。
在一實施例中，獨立接收器16及獨立傳輸器17可為一單個單元或收發器。因此術語「接收器/傳輸器」可用以將接收器及傳輸器描述為獨立單元或單個單元或收發器。接收器16/傳輸器17可用以通常與一頭戴式顯示器(「HMD」)18進行數位通信以當HMD置於某一姿態及/或在周圍移動時自HMD 18獲得資訊或當執行一校準功能時將調整其內部校準表之方式傳輸至HMD 18。在另一實施例中，可提供一額外或第二接收器/傳輸器。第一接收器16/傳輸器17可專用於容許HMD 18與電子柱10進行通信。第二接收器/傳輸器可用以與由電子柱10校準之所有HMD 18形成一通信網路。網路可為一無線網路。類似 地，第一接收器16/傳輸器17之連接可處於一無線網路中。雖然已揭示接收器16/傳輸器17，但是校準位置資訊並將位置資訊提供給HMD 18不一定需要接收器16/傳輸器17。在另一實施例中，在一處理器24與HMD 18之間提供一有線或實體連接。位置及校準資訊係自處理器24直接傳達至HMD 18。作為一非限制實例，有線連接可為一直接有線乙太網路RJ45連接。有線連接可為流電連接。在另一實施例中，連接可為一光學連接。圖1中亦展示一資料輸入埠67。在論述圖6期間提供關於資料埠67之進一步細節。
電子柱10可包含可連接、銜接或緊固HMD 18之複數個附接元件或銜接元件22。雖然僅圖解說明一銜接元件22，但是可提供多個銜接元件，其中可對不同類型的HMD 18提供銜接元件。銜接元件22亦可提供位置及/或定向資訊可透過其傳輸至HMD 18之一連接，使得HMD 18由於處於與相對於電子柱10獲得之資訊相關聯之一確切相同位置處而精確地獲利。一旦完成將資訊自電子柱10傳達至HMD 18，HMD 18將具有一精確初始化，初始化以HMD 18的後續移動計算(其等繼而將輔助確保一虛擬環境及一實際環境二者中之正確位置及定向)為基礎。更具體言之，藉由基於被傳達至HMD 18之位置座標將HMD 18緊固至一特定已知位置，HMD 18能夠被導正至與電子柱10相同之位置且指向如由電子柱10識別之一已知方向。
電子柱10亦可將本端磁偏角資訊提供給HMD 18。磁偏角隨地點及經過的時間而改變。藉由非限制實例，在美國，磁偏角自西部緬因州(Maine)的20度改變至佛羅里達州(Florida)的0度，改變至東部德克薩斯州(Texas)的10度。這意謂，在旅程開始時調整至此等狀態之各者之一羅盤在不隨磁偏角變化而調整的情況下將具有超過30度之一正北誤差。電子柱10可用以將一所識別的磁偏角程式化至HMD 18中。這可使用含有基於位置之磁偏調整值之一表或資料庫來達成。基於電子 柱10判定其位置，亦可確立一磁偏調整值並將其提供給HMD 18之一磁力計28。HMD 18之磁力計28可為基於在HMD 18中之磁通量及一感測器之幾何位置之一自校準磁力計，這可判定正北之一方向之一近似值。在另一實施例中，電子柱10具有首先基於磁偏角資訊調整之一磁力計26，且將來自此磁力計26之設定傳達至HMD 18以調整其磁力計28。
在一實施例中，電子柱中可選用磁力計26。然而，電子柱應具備該柱之位置及日期之一當前磁偏角。磁偏角可隨年份緩慢地改變。磁偏角資訊可被傳達至HMD以用於內部校準HMD的磁力計。在該區域建立一可移動柱之情況下，電子柱10中之一磁力計26可輔助校準該柱。
銜接元件22可經機動化以在某些方向上、以某些角度或以某些加速率扭轉、旋轉或平移HMD。本質上，執行HMD 18之移動以調整HMD 18之運動靈敏度。由於此移動，銜接元件22剛性地連接至HMD 18。亦在可實現毫弧度及毫米解析度的地球物理學導正之處提供一剛性連接。使用銜接元件22進行的扭轉、旋轉及平移並未對一固定位置或定向執行其功能，反而用以解決動態資訊，諸如(但不限於)變化速率。在一非限制實例中，這確保若HMD 18以X度/每秒扭轉，則INS可報告一精確的X度/每秒，且接著HMD處理器224可使用該資訊以相對於可透過HMD 18觀看的真實世界使所描繪的虛擬環境移動X度/每秒。
可提供此等移動以校準係HMD 18之一部分之INS 38之一加速度計34及/或一陀螺儀速率追蹤器或陀螺儀36，這係因為特定言之加速度計及陀螺儀可隨時間漂移。相對於陀螺儀36，銜接元件22將使HMD 18以一已知恆定或加速率轉動以確保HMD 18之陀螺儀36正確地反映該速率。若陀螺儀36未反映正確速率，則可將來自電子柱10之資 訊提供給HMD 18以校正陀螺儀36。在一實施例中，若銜接元件22使HMD 18轉動二十五(25)度，則由處理器24處理此資訊。若陀螺儀36向處理器224或24報告其轉動三十二(32)度，則處理器224或24將推斷陀螺儀36需要校準，且將會將資訊提供給HMD 18以完成校準。
藉由整合加速度計資訊與關於一基礎起始點(諸如電子柱10之位置)來判定位置。電子柱10相對於某一座標系統協調HMD 18。所使用之此一座標系統可為地心座標系統。地心座標系統係三維地心參考系統，其中位置係由其等x、y及z值識別。x軸處於赤道平面中且與本初子午線(格林威治)相交。y軸亦處於赤道平面中；其位於與x軸成直角之處且與子午線90度相交。Z軸與極軸重合且朝向正北極。原點位於球形或橢圓形中心處。電子柱10接著能夠判定HMD 18是否需要沿x軸、y軸、z軸校準以及校準三維中繞HMD中之陀螺儀36中心之旋轉角，名為滾轉角(roll)、俯仰角(pitch)及方位角(yaw)。
在一實施例中，可對HMD達成一旋轉校準程序。因此，銜接元件22可包括如圖12A中所示之具有用於附接或銜接一HMD之一HMD旋轉附接點310之一旋轉運動單元300。圖12B圖解說明附接至旋轉運動單元300之一HMD。在一實施例中，HMD旋轉附接點310係用於安放一擴增實境裝置之一托架。HMD旋轉附接點310附接至及/或緊固至經組態以由馬達330使旋轉附接點310旋轉之一旋轉配件緊固裝置340。當HMD 18銜接在HMD旋轉附接點310中時，使用真實世界及虛擬世界之位置及定向導正HMD 18。HMD旋轉附接點310上之附接金屬塊320配接HMD 18上之匹配位置，以當HMD銜接時將HMD 18緊固地固持在適當位置。附接至旋轉配件緊固裝置340之馬達330係由馬達控制器350命令以扭轉旋轉附接點310之軸(其當前附接至旋轉配件緊固裝置340)。
可自旋轉配件緊固裝置移除HMD旋轉附接點310。在一實施例 中，HMD旋轉附接點310包含複數個軸連接器360、370及380，各軸連接器對應於一不同旋轉軸。在圖解中，軸連接器360在連接至旋轉配件緊固裝置340時將使HMD及HMD旋轉附接點310在一第一方向360a或方向360a的反方向上旋轉。當軸連接器370連接至旋轉配件緊固裝置340時，HMD及HMD旋轉附接點310可在一第二方向370a或方向370a的反方向上旋轉。當軸連接器380連接至旋轉配件緊固裝置340時，HMD及HMD旋轉附接點310可在一第三方向380a或方向380a的反方向上旋轉。
鑑於上文，可關於三個軸校準與HMD 18相關聯之旋轉資訊。
在一實施例中，旋轉校準程序可導致HMD繞複數個中心位置或軸旋轉。在旋轉校準程序中，可記錄波形。因此可比較該等波形與校準期間產生之波形。在一實施例中，旋轉校準程序可使用陀螺儀36。旋轉校準程序可包含使固持HMD 18之銜接元件22以各種角度轉動或旋轉，其中在預定義停止時，記錄瞬時旋轉速度及中間位置並接著使用其等以運用實際實體旋轉來校準HMD 18。在一實施例中，銜接元件22可為一旋轉運動單元，或至少包括可使銜接元件22如所述般操作之一旋轉運動單元。
在另一實例中，可由使用者憑藉對真實環境中之基準標記執行一光學瞄準及三角測量而定期更新HMD 18之位置。
在另一實施例中，銜接元件22亦可上下、前後及/或側向移動HMD 18。這將容許電子柱10提供一靜態校準模式(判定HMD 18之實際位置及定向)、一穩定速度模式及一穩定加速度，其中可對HMD之平移(與定向相比，位置有所改變)及旋轉二者執行穩定速度模式及穩定加速度模式，因此校準加速度計34。
圖1中所示之一線性平移單元40可使銜接元件22進行上下直線運動，且因此使銜接在銜接元件22中之HMD進行上下直線運動。如關 於圖12A及圖12B所述，可重新插入銜接元件22以得到三個不同的線性運動軸。線性平移單元40可包括一電動馬達、一活塞、一阻尼螺線管或不具備一馬達之一彈簧加載軸件。彈簧加載軸件可容許HMD回彈或上下移動。可在銜接元件22上安裝一運動偵測單元45。運動偵測單元45可經預校準以精確地回應於HMD平移及旋轉運動，且可用以產生圖5之校準波形520(波1)。
在一實施例中，銜接元件22可經組態以在三個不同軸定向上自動自旋。
若不能導正加速度計34或陀螺儀36，則電子柱10上之一使用者介面或指示器元件30或HMD 18內提供之一視覺回饋元件將通知使用者此事實及/或一校準狀態。加速度計34無法校準之可能原因包含(但不限於)較低功率、組件損壞等等。HMD 18亦可包括一指示器230，諸如HMD 18之一框架72之一外表面(圖7及圖9中圖解說明)。電子柱10亦可包含一指示器30。可以聲音或視覺方式達成由指示器30發出通知。當以聲音方式達成由指示器30發出通知時，在即刻進行校準期間可自揚聲器發出聲音。當以視覺方式達成由指示器30發出通知時，可顯示一文字訊息或在HMD 18內提供關於一校準狀態之另一視覺指示。此外，在另一實施例中可提供一錯誤之一列印輸出。
圖2展示用於一操作環境中之定位柱。如圖解說明，電子(定位)柱10附接至一車輛44之一車頂。亦揭示一全球定位系統(「GPS」)衛星20。當準備好使用電子柱10時(諸如車輛固定或電子柱10直接緊固至地面)，接收器16可收集資訊以確立相對於地球或某個其他座標系統讀取之一精確位置及/或定位。此精確度係有用的，這係因為當HMD 18附接至電子柱10時，HMD 18之位置處於可直接追蹤至電子柱10之位置之一位置及定向中。這接著容許隨著已知電子柱10之定向而儘可能精確地(諸如毫米級)進行校準。所收集的資訊可基於透過接收器自 GPS 20接收之資訊。如下文進一步詳細解釋，亦可使用藉由依賴於已知或預確立視覺地標或真實基準標記(RFM)48以三角測量電子柱10之位置之一光學途徑來校準電子柱10。一旦電子柱10收集到位置資訊，由電子柱10處理位置資訊以更新位置之校準表或將位置資訊直接傳達至HMD 18，HMD 18繼而應用位置資訊以執行其自身的更新。
在另一實施例中，差動GPS之三維正交實施方案可用以精確地獲得定向及位置資訊。雖然本文中未揭示，但是熟習此項技術者應容易辨識，可使用獲得此位置資訊之其他技術，其中接收器16經組態以基於所使用的技術接收此資訊。在一實施例中，另一技術可包括使用GPS(基於其衛星)或另一技術容許量測相對於地球之定向及位置。使用差動GPS，資訊可導致已知十(10)公分內的位置。
圖3展示具有一水平線性運動校準系統210之一先進電子柱。這係除線性平移單元40以外將引發線性平移之另一種潛在方式。先進電子柱可為一INS校準電子柱。水平線性運動校準系統210可用以進一步校準HMD 18之加速度計34。雖然可利用一垂直或近似垂直線性運動校準系統，但是水平線性運動校準系統在一校準程序期間消除或最小化與重力相關聯之影響。先進電子柱270可具有一可延伸臂230，可延伸臂230如所示般自其中其與先進電子柱270平行之一垂直位置(未顯示)轉變成或延伸至一水平位置。一鉸鏈240被圖解說明為提供一連接點以容許可延伸臂自其垂直位置轉變成其水平位置。雖然非必然需要，但是亦提供一支撐棒260以確保當可延伸臂230處於水平位置時其穩定性。一調平裝置250可用以判定可延伸臂是否處於一可接受水平位置。如圖3中所示，調平裝置可為一水平儀250。提供平移單元40以側向移動一附接HMD 18。提供一附接點或銜接元件22以將HMD 18連接至平移單元。在一實施例中，平移單元40可包括一皮帶傳動系統220以按側向運動移動HMD 18。皮帶傳動可由任何合適的線性運動裝 置取代。亦提供一馬達42以致動其中附接點22可以一側向運動移動之平移單元之組件。
基於上文，基於移動之動態校準全部相關，其中其等定義位置及/或定向之一階或二階導數。固定量測(具體言之，位置及定向資訊)係用以定義實際位置及定向。
可在一多使用者擴增實境世界中使用HMD 18。當用於此一例項時，可使用來自HMD 18之分散式互動模擬(「DIS」)航位推算資訊或參數以將精確的位置及方向資訊提供給多使用者擴增實境世界中之其他實體。更具體言之，HMD 18輸出之校準可經擴充以包含判定HMD 18可傳輸以描述其位置及軌道之平移及旋轉航位推算參數及位置參數之精確度。接著，在模擬時其他實體可看見HMD 18正面之位置及方向以重新建立正在進行的模擬之一視圖(但是在一遠端位置處，不能重新建立正在進行的模擬之一視圖)。對於一給定加速度及速度，可將某一數值置於一「DIS封包」中以跨一網路將資料傳輸至其他模擬實體。電子柱10之校準態樣可確保對於一給定加速度、位置及速度而言，此等值係正確的。這可包含定向及位置之各個導數，其中HMD 18將一儘可能接近地面的真實網路傳輸封包提供給其他實體以併入一分散式真實-虛擬-建構(Live-Virtual-Constructive)培訓中。
圖4展示圖解說明利用一真實基準標記(RFM)及一虛擬基準標記(VFM)之一校準技術之一圖。在一實施例中，電子柱10可包括能夠偵測一真實環境及虛擬環境二者中之影像之一視覺偵測裝置52(圖6中圖解說明)。由於銜接元件22將HMD 18緊固至電子柱10，HMD 18位於其中HMD 18上之透鏡74(如圖7中圖解說明)之一視角指向RFM 48之處。視覺偵測裝置52偵測RFM 48及VFM 50二者。作為一非限制實例，若RFM 48及VFM 50未被導正或並未呈現為重疊，則電子柱10將調整HMD 18之態樣(下文進一步詳細解釋)直至達成導正。相距標記 48之距離亦係一已知距離。RFM 48具有一已知高度且與電子柱10相距一已知距離。雖然RFM 48被圖解說明為圖2中之一支架之某種形式，但是RFM 48具有複數個其他組態。RFM 48可僅僅係一物體(諸如一壁)上之一標記、地面上之一標記、一區域中之一自然物體(諸如一岩石)等等。雖然非必需，但是RFM 48可使用(諸如)一特定色彩特殊標記。意圖係：RFM 48可與真實環境中可見的物體區分。RFM 48係用以使用RFM 48導正一VFM 50。在另一實施例中，使用者將穿戴HMD 18且接著可藉由係HMD 18之一部分之一調整器或透過一電子或基於電腦的介面對RFM 48執行VFM 50之校準。調整器或一變體亦可致動調整介面或移位元件89及189(如圖7及圖8中進一步圖解說明)以調整HMD 18之態樣，直至就使用者的觀點而言達成可接受導正。一般而言，可使用3DIGS 77以電子方式對虛擬世界執行調整以使其與真實世界重疊。使用者可需要實體調整HMD以使使用者適當地注視HMD系統。
圖5展示圖解說明波形之一圖。此等波形可對應於當HMD 18以一受控制方式移動時INS 38之一量測輸出。可以此等類型的波形顯示峰值加速度，諸如(但不限於)對應於當HMD 18以被認為當以一週期、正弦、反覆方式(或運動)或扭轉方式移動以進行旋轉校準時產生一期望加速度及/或速度之一受控制方式實體移動時的加速度或速度之一輸出值。
如圖解說明，電子柱10可能已被提供或校準一期望所得或波形(波1 520)亦可隨著HMD在校準期間移動而自運動偵測單元45讀取此波。當HMD 18被緊固至電子柱10以進行校準時，藉由電子柱10之校準馬達而使HMD 18在某些方向上移動，且進行一新的或實際量測(波2 530)。由於新的波(波2 530)之振幅，此波可由於任何數目個因數(諸如(但不限於)一低電池組、故障組件、校準的需要等等)而不同於波1 520。一旦解決該差異的基礎(諸如(但不限於)執行校準)，可進行另一量測以判定波2 530是否在波1 520之一可接受範圍或容限內。若校準並未改變波2 530或未能使波2 530在波1 520之容限內，則HMD 18上之指示器230或電子柱10上之指示器30或一些其他通知手段可向使用者通知校準不成功或另一問題影響HMD 18。校準可需要應用一因數或某個其他調整至HMD 18之一態樣，其中波2 530係在一可接受範圍或容限內。校準之一目標係使用期望波形導正量測波形以進行給定運動。波形對應於當HMD以一受控制方式移動時其INS之期望及實際輸出。
圖7展示一頭戴式裝置(HMD)之一側視圖表示，且圖8展示頭戴式裝置(HMD)之一正視圖表示。雖然本文中詳細揭示兩個特定HMD，但是電子柱10可適用於搭配多種HMD裝置及其他虛擬實境裝置使用。在一實施例中，HMD 18可為一光學透視式擴增實境雙目鏡檢視器。因為一光學透視式擴增實境雙目鏡檢視器通常係最複雜形式的HMD 18，所以本文中的HMD 18的解釋將主要論述此類型之實施例。在此等論述中，應瞭解，本文中論述之原理同樣適用於光學透視式系統、擴增實境系統、單目鏡檢視器系統、視訊透視式系統、擴增實境系統、雙目鏡系統、雙目單筒鏡系統及單目鏡檢視器系統，其中各系統係一「擴增實境系統」。
如圖7及圖8中所示，HMD 18可進一步包括一框架72，其經調適以由使用者穿戴且由使用者的鼻子及耳朵以類似於其中穿戴眼鏡之一方式支撐。HMD 18可具有多種組態且在各種實施例中，可類似於習知護目鏡、眼鏡、頭盔等等。在一些實施例中，一帶子可用以將HMD的框架72固持在相對於使用者眼睛之一固定位置中。一般而言，HMD 18之外表面可採取將光學系統固持在相對於HMD的顯示器及使用者的眼睛之所需定向上之任何形式。
HMD可包括至少一影像顯示系統76及至少一光學系統78，光學系統78進一步包括一反射光學表面80。光學表面80可為一自由空間超寬角度反射光學表面(「FS/UWA/RO表面」)，其必須彎曲。在一些實施例中，FS/UWA/RO表面80可為整個光學系統78。表面80可具有純反射性或可具有反射及透射性質，在該情況下，其可被視為「分束器」之一類型。
表面80可完全包圍單眼或雙眼以及該至少一影像顯示系統76。特定言之，表面80可繞眼睛之諸側彎曲且彎曲朝向臉之諸側以擴展可用水平FOV。在一實施例中，FS/UWA/RO表面80可延伸多達180度或更大(例如，大於200度)。如圖8中最佳地圖解說明，HMD 18可包含用於使用者的雙眼之兩個獨立的FS/UWA/RO表面80，其等由框架72及/或框架72之一鼻脊件82單獨支撐。替代地，HMD 18可採用供應一單個結構給雙眼之一單個FS/UWA/RO表面80，表面80之一些部分係由雙眼觀察到且表面80之其他部分係僅由單眼觀察到。
亦提供具有至少一透鏡74(諸如(不限於)一菲涅爾透鏡)之一選用透鏡系統83。透鏡系統83係由框架72支撐且位於影像顯示系統76與反射光學表面80之間。透鏡系統83可經提供以修改自顯示系統76之一表面發射之屈光度特性。
框架72之鼻脊件82可為一垂直桿或壁，其使兩個FS/UWA/RO表面80之間分離(使用者的眼睛之各者使用一FS/UWA/RO表面80)。鼻脊件82亦可提供使用者的雙眼視野的分離。以此方式，可藉由經由一第一影像顯示裝置及一第一FS/UWA/RO表面80R將一第一影像顯示於使用者的右眼而使右眼顯示環境中的三維實體實境之一第一表示，同時可藉由經由一第二影像顯示裝置及一第二FS/UWA/RO表面80L將一第二影像顯示於使用者的左眼而使左眼顯示環境中的三維實體實境之一第二表示。一獨立顯示裝置/反射性表面組合因此服務使用者之每隻 眼睛，其中每隻眼睛看見其相對於環境中的三維實體實境之位置的正確影像。藉由分離使用者的雙眼，框架72之鼻脊件82容許獨立於另一隻眼睛而最佳化施加於每隻眼睛之影像。在一實施例中，鼻脊件的垂直壁可包含兩個反射體(各側具有一反射體)以容許使用者隨著其透過鼻腔將其眼睛轉動至左邊或右邊而看見圖像。
框架72可進一步包括至少一調整器87以修改框架72之一組件之一實體位置。可基於已知關於使用者之瞳孔間資訊或使用者之一已知高度(相對於眼睛相距地面的高度)改變或調整框架72之一組件之實體位置。這可用來確保HMD 18符合使用者之一視角。該調整可發生於一接合、延伸或鉸接元件處或位於特定位置處之移位元件89處以提供一所要調整。在一實施例中，取決於分開的瞳孔間之距離及眼睛在使用者頭部70中的深度，鼻脊件82可需要調整以容許HMD最佳地適應一特定使用者。調整器87可經啟動以使量測自使用者之側之間的框架之一寬度擴展或收縮，其中框架具有一區段、在鼻脊件上沿一內部軌道延伸之移位元件89。
在另一實施例中，調整器87可經啟動以基於關於使用者之瞳孔間資訊改變使用者臉上的透鏡之間的間隔。調整器亦可經組態以容許進行手動調整。可使用具有亦與鼻脊件82相關聯之鉸接趨勢之移位元件89達成調整。此等調整二者之意圖係使雙目鏡視景更緊密靠近或進一步遠離。藉此，此動作移動至其中虛擬影像被認為如由使用者用其獨有視野觀看般指向外界之處。其他途徑可包含(但不限於)提供移位元件以移動影像顯示系統76之放置、調整反射光學表面80之角度及/或定位透鏡系統83(更特定言之，定位系統之至少一透鏡74，這係因為圖9中圖解說明其二者)。在HMD中亦可藉由向左、向右、向上或向下移動圖像以電子方式進行該等調整，以適應使用者眼睛在其等頭部中的位置。
亦可提供調整器87或多個調整器以相對於框架72調整影像顯示系統76、相對於框架72調整反射光學表面80及/或相對於框架72調整透鏡系統83(或透鏡74)。調整器87可為一類比調整旋鈕、數位調整旋鈕及/或此等手段之一組合以調整HMD 18。調整器87亦充分呈脊狀，其中當未使用時，調整器87將不會滑動或不經意地進行一非想要的調整。在一實施例中，提供一鎖定機構91以禁止發生此等誤差。
可為一電子封裝之一部分之處理器224附接至HMD 18之框架72，且亦可用以操作調整器87。在一實施例中，銜接元件22經組態以將HMD 18緊固在提供與調整器87進行通信之附接點處且容許自由移動該等部分、HMD 18之移位元件89或189(其等可在一調整期間移動)。當銜接時，駐留在電子柱10內或一遠端網路資料庫上之一特定使用者的生物識別資訊可被存取及傳達至HMD 18之處理器224。HMD處理器24可接著致動調整器87以組態HMD 18以最佳地適應特定使用者。亦可手動操作調整器87。因此，取代或組合依賴於電子柱10進行調整，使用者可穿戴HMD 18並可執行一手動調整。
藉由具有手動控制，使用者可手動執行一些校準技術。在一實施例中，關於上文關於圖4就使用RFM 48及VFM 50揭示之校準，可手動完成此校準。穿戴HMD 18，使用者可看見RFM 48。由於實質上亦顯示VFM 50，使用者可利用調整器87以藉由移動VFM 50(諸如藉由重疊)來導正RFM 48及VFM 50以重疊RFM 48。一旦手動校準，立即使用鎖定機構91以防止調整器87不經意地改變校準。隨著使用者移動VFM之位置使得HMD螢幕上可觀看到其等，將更加可能以電子方式執行此校準以覆疊外界中的RFM。使用者可透過包含旋鈕、鍵盤及電腦滑鼠裝置之電腦介面控制VFN之電子位置。
此外，可將使用者之高度(更具體言之，使用者眼睛相距地面的距離)傳達至HMD 18以調整HMD 18以(諸如藉由輔助確立使用者查看 虛擬實境世界之一視角)進一步輔助在HMD 18中於一正確位置產生虛擬影像。
圖9展示圖解說明可為一擴增實境裝置之一部分之元件之一方塊圖。HMD 18可包括一處理器224、一儲存裝置65、顯示系統76、反射光學表面80、INS 38(其可包括加速度計34及陀螺儀36)、一指示器230、一校準模組93及磁力計26。取決於HMD 18之一實施例，可提供或可不提供至少透鏡74或透鏡系統83。雖然框架72無法支撐許多此等組件，但是框架72支撐至少光學表面80及或透鏡系統83、至少一加速度計34及至少一陀螺儀36。相對於至少該加速度計34及該至少一陀螺儀36，由於此等組件隨著框架72移動而需要相對於框架進行校準，所以正確地校準此等組件來以電子方式指示框架72之位置、運動及定向。當使用HMD 18時，此等組件將會相對於框架之移動而移動，因此繼續指示框架72之位置、運動及定向。
又，框架72之一部分可包括調整器87、鎖定機構91及移位元件89。校準模組93可對HMD 18執行地理位置校準。校準模組93亦可經組態以對HMD 18執行定向校準。校準模組93亦可執行動態INS校準。校準模組93亦可基於一使用者的生物識別資料執行一校準。此外，使用者手動執行校準亦可能達成關於圖4揭示之實施例以確保最終校準為使用者特定的。校準模組93亦可能能夠藉由本文中揭示之技術來調整HMD 18之態樣，諸如透鏡74在HMD 18上之角度或放置。校準模組93可為HMD 18之處理器224之一部分或一獨立處理器。
基於本文中且進一步參考圖1揭示之實施例，提供一種系統，該系統可包含HMD 18及電子柱10，電子柱10亦可被稱為一可攜式校準單元。使用術語「可攜式」，這係因為如解釋般，電子柱10經組態以放置在使用者欲建立電子柱10的任何之處。HMD 18具有一框架72及由框架72支撐之擴增實境組件76、80、83。擴增實境組件包含影像顯 示系統76、反射光學表面80及/或透鏡系統83，其等全部在上文中予以揭示。HMD 18可具有如上所述之至少一移位元件89及/或189。當HMD連接至電子柱10時可對HMD執行之各種類型的校準大體上可被視為地理位置校準、定向校準、動態慣性導航系統校準及基於生物識別之校準。選用移位元件89或189可基於一校準結果(最具體言之，基於生物識別之校準)改變框架72之一實體放置及/或擴增實境組件76、80、83之至少一者相對於框架72之一實體放置。系統可進一步包括鎖定機構91以防止選用調整器87執行一非所要的調整。
圖10展示圖解說明一實施例之一方法之一流程圖。圖解說明方法102之流程圖100包括在將一電子校準及/或定位柱附接至一表面(104)。表面可在一操作區域內。該方法可進一步包括將一擴增實境裝置連接至定位柱之一銜接元件(108)。定位柱可為一被動式柱、一電子柱或一先進電子柱。該方法亦可包括校準擴增實境裝置以相對於該柱之一當前位置及/或定向使用擴增實境裝置之真實世界環境導正一虛擬環境(110)。該方法亦可包括在獲得相對於該柱之一當前位置及/或定向特定之一位置及/或定向之資訊(106)。在校準期間可使用該資訊。
校準(110)可進一步包括相對於該柱之一當前位置及定向調整擴增實境裝置之位置資訊及定向資料(112)。此外，校準(110)可進一步包括回應於校準而調整擴增實境裝置之至少一結構組件。可以所示之順序、一不同順序執行方法102之上述步驟或可同期執行一或多個步驟。
圖11展示圖解說明一實施例之另一方法之一流程圖。圖解說明方法122之流程圖120可包括將一電子校準及/或定位柱附接至一表面(124)。方法122可進一步包括將一擴增實境裝置連接至一銜接元件，銜接元件係該柱之一部分且促進擴增實境裝置回應於當執行一校準之 至少一態樣而在複數個方向上進行受控制的移動(126)。方法122可進一步包括獲得校準期間使用的資訊，所收集的資訊包括動態資料(128)。
校準(130)可進一步包括當擴增實境裝置緊固至銜接元件時以定義方向及/或定義速率及加速度繞三維座標系統移動擴增實境裝置及/或必要時相對於三維座標系統之各軸成角度旋轉擴增實境裝置，以判定與所收集的資訊相同之一種類之一量測；比較該量測與相同種類的收集資訊，以判定被量測之各特定能力之一導正因數；及具體使用導正因數校準擴增實境裝置之至少一組件，以在一容限內對所收集的資訊產生量測。校準(130)亦可包括調整擴增實境裝置中之運動偵測靈敏度。
熟習此項技術者應辨識，諸如包含一CPU、記憶體、I/O、程式儲存器、一連接匯流排及其他適當組件之一設備(諸如一資料處理系統)可經程式化或設計以促進實踐該方法之實施例。此一系統可包含用於執行該方法之適當程式手段。又，搭配一資料處理系統使用之一製品(諸如一預錄磁碟、電腦可讀媒體或其他類似電腦程式產品)可包含一儲存媒體及記錄在儲存媒體上之用於引導資料處理系統以促進實踐該方法之程式構件。
亦可在電腦可執行指令(諸如由任何裝置(諸如(但不限於)經設計以接受資料、通常高速執行規定的算術及/或邏輯運算之一電腦，其中可顯示或可不顯示此等運算之結果)執行之程式模組)之一般背景下描述實施例。一般而言，程式模組包含執行特定任務或實施特定抽象資料類型之常式、程式、物件、組件、資料結構等等。在一實施例中，作為實施例之基礎之軟體程式可以不同程式化設計語言編碼且搭配不同裝置或平台使用。然而，應明白，可使用其他類型的電腦軟體技術實施作為實施例之基礎之原理。
此外，熟習此項技術者應明白，可使用其他電腦系統組態、多處理器系統、基於微處理器或可程式化消費者電子器件、迷你電腦、大型電腦等等實踐實施例。亦可在其中由位於一車輛或固定裝置之操縱台上之不同位置處且透過至少一通信網路鏈接之處理裝置執行任務之分散式計算環境中實踐實施例。在一分散式計算環境中，程式模組可位於可包含記憶體儲存裝置之本端及遠端電腦儲存媒體二者中。
鑒於上文，提供一非暫時性處理器可讀儲存媒體。儲存媒體可包括一可執行電腦程式產品，其進一步包括一電腦軟體程式碼，電腦軟體程式碼在一處理器24上執行時使處理器起始資訊之擷取(包括一電子校準及/或定位柱之一當前位置及/或定向)、偵測一擴增實境裝置何時附接至該柱且校準擴增實境裝置以相對於該柱之當前位置及/或定向使用擴增實境裝置之一真實世界環境導正一虛擬環境。
因此，基於本文中揭示之實施例，HMD之使用者及製造商可具備一可攜式基礎設施支撐系統(即，上文描述之電子柱10)以容許當更具體言之在一操作區域內操作地使用HMD 18時可透過HMD 18更精確地觀看到真實世界及虛擬影像。電子柱10可為可攜式以足以永久或暫時安裝在一車輛上或插入至地面，或其可永久地安裝在旨在使用多年之一建築物或地基中。電子柱10可經調適以導正多個HMD 18(尤其因為即使係一相同品牌，各HMD 18亦可具有需要其自身校準及/或導正之獨有特性)並亦同時將關於各自使用者之生物識別資訊整合至HMD中，以提供一特定使用者特有之客製化導正。駐留在HMD 18中之資訊亦可下載並儲存在電子柱10上以供後續擷取或快速即時傳遞至一遠端位置，且該柱上之資訊可被傳輸至HMD中。電子柱10亦提供可為自動化之一導正途徑。
馬達驅動平移及旋轉校準可在無須一定位柱上包含其等之情況下予以執行。在一獨立設施中，其等可完全獨立。
雖然已參考各種實施例描述實施例，但是熟習此項技術者應瞭解，在不脫離實施例之精神及範疇之情況下可作出各種改變、省略及/或添加且可用等效物代替實施例之元件。此外，在不脫離實施例之範疇之情況下，可作出許多修改以將一特定情形或材料調適成實施例之教示。因此，期望實施例不限於揭示為最佳模式預期之特定實施例，但是考慮屬於隨附申請專利範圍之範疇之所有實施例。此外，除非具體說明，否則任何使用之術語第一、第二等等非標示任何順序或重要性，而是，術語第一、第二等等係用以區分元件。
10‧‧‧電子柱/定位柱
12‧‧‧支撐表面
14‧‧‧緊固元件
16‧‧‧第一接收器
17‧‧‧第一傳輸器
18‧‧‧頭戴式顯示器
19‧‧‧校準單元
22‧‧‧銜接元件
24‧‧‧處理器
26‧‧‧磁力計
30‧‧‧指示器元件
40‧‧‧線性平移單元
45‧‧‧運動偵測單元
52‧‧‧視覺偵測裝置
65‧‧‧記憶體儲存器/資料儲存裝置
67‧‧‧資料輸入埠

Claims (20)

  1. 一種系統，其包括：一結構，其可附接至一真實世界環境中之一表面，該結構確立該結構之一已知位置及定向；一銜接元件，其作為該結構之部分，該銜接元件將一擴增實境裝置緊固在一固定位置中以使用該真實世界環境及一平行虛擬環境導正該擴增實境裝置；及一處理器，其可操作以藉由以下各項來執行該導正：當該擴增實境裝置銜接在該銜接元件中時將該擴增實境裝置之慣性導航系統重設至該已知位置；及在該平行虛擬環境中導正該擴增實境裝置之虛擬表示之位置及定向，使得該擴增實境裝置中之該平行虛擬環境與該真實世界環境重疊。
  2. 如請求項1之系統，其中該處理器在校準該擴增實境裝置時存取校準資料或該結構之一位置及定向特定之資料。
  3. 如請求項1之系統，其進一步包括一收發器以傳達來自一遠端位置之資訊以供該處理器使用。
  4. 如請求項1之系統，其進一步包括一傳輸器以將由該處理器使用之資訊傳達至一遠端位置。
  5. 如請求項1之系統，其中該擴增實境裝置之一使用者特定之資訊在校準期間被傳達至該擴增實境裝置。
  6. 如請求項1之系統，其中該結構之一位置特定之磁偏角資訊在校準期間被傳達至該擴增實境裝置。
  7. 如請求項1之系統，其中該擴增實境裝置包括一頭戴式顯示器，且其中該校準係用以調整該頭戴式裝置之至少一結構組件。
  8. 如請求項1之系統，其中該處理器係該擴增實境裝置之一部分且 自該結構遠端之一資料庫傳達關於該結構之當前位置及定向之資訊。
  9. 如請求項8之系統，其中該結構進一步包括一識別碼，該識別碼與保存在該資料庫處之該結構之該當前位置及定向相關聯，當該擴增實境裝置自該結構特定之該資料庫擷取該資訊時該擴增實境裝置使用該識別碼。
  10. 一種方法，其包括以下步驟：確立具有一銜接元件之一校準定位柱之一已知位置及定向；當一擴增實境裝置銜接在該銜接元件中時提供已知位置及定向給該擴增實境裝置；及校準該擴增實境裝置以相對於該柱之一當前位置及定向使用該擴增實境裝置之真實世界環境導正一虛擬環境。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括獲得校準期間使用之資訊，其中所獲得之該資訊包括該柱之該當前位置及定向特定之位置及定向資料。
  12. 如請求項10之方法，其中校準進一步包括相對於該柱之一位置及定向調整該擴增實境裝置之位置資訊及定向資料。
  13. 如請求項10之方法，其進一步包括回應於校準而調整該擴增實境裝置之至少一結構組件。
  14. 如請求項10之方法，其進一步包括回應於校準而調整該擴增實境裝置之至少一電子設定。
  15. 如請求項10之方法，其中校準進一步包括：當該擴增實境裝置緊固至該銜接元件時以定義方向及定義速率繞三維座標系統移動該擴增實境裝置或必要時相對於該三維座標系統之各軸成角度旋轉該擴增實境裝置以判定與所收集的資訊相同之一種類之一量測； 比較該量測與該相同種類的該收集資訊以判定各特定現有量測之一導正因數；及具體使用該導正因數校準該擴增實境裝置之至少一組件以在一容限內對該所收集的資訊提供量測。
  16. 如請求項10之方法，其中校準進一步包括調整該擴增實境裝置中之運動偵測靈敏度，或其中校準進一步包括調整該擴增實境裝置中之旋轉偵測靈敏度。
  17. 一種提供一可執行電腦程式產品之非暫時性處理器可讀儲存媒體，該可執行電腦程式產品包括一電腦軟體程式碼，當該電腦軟體程式碼在一處理器上執行時其導致該處理器：起始包括一電子校準及/或定位柱之一當前位置及/或定向之資訊的擷取；偵測一擴增實境裝置何時附接至該柱；及校準該擴增實境裝置以相對於該柱之一當前位置及定向使用該擴增實境裝置之一真實世界環境導正一虛擬環境。
  18. 如請求項17之處理器可讀儲存媒體，其中導致該處理器校準進一步包括：該處理器相對於該柱之一位置或定向調整該擴增實境裝置之一位置及定向。
  19. 如請求項17之處理器可讀儲存媒體，其中導致該處理器校準進一步包括：導致該處理器回應於校準而調整該擴增實境裝置之至少一結構組件。
  20. 如請求項17之處理器可讀儲存媒體，其中導致該處理器校準進一步包括：該處理器回應於校準而調整該擴增實境裝置之至少一電子設定。
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