TWI620100B - 虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體 - Google Patents

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Abstract

一種虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體。此方法適用於包括頭戴式顯示器、定位器及計算裝置的虛擬實境裝置。此方法是由計算裝置執行虛擬實境的應用，並在頭戴式顯示器上顯示此應用的畫面。計算裝置在應用的畫面將進行快速移動時，提示此快速移動以引導配戴頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向，然後才將畫面的視野朝重力方向快速移動。

Description

虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體
本案是有關於一種虛擬實境方法及裝置，且特別是有關於一種虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體。
虛擬實境（Virtual Reality，VR）是一種利用電腦模擬技術產生三維空間中虛擬世界的技術。此虛擬世界是由電腦圖形所構成，藉由將畫面顯示在使用者配戴的頭戴式顯示器上，並與配置在使用者身上或周圍的感測器結合，而可提供一個以視覺為主且結合聽覺、觸覺等感知的人工環境。體驗虛擬實境的使用者不僅會在視覺上產生一種沈浸於虛擬世界的感覺，還可在虛擬世界中活動，甚至與虛擬世界中的物件互動，如同身處於現實世界。
由於使用者配戴頭戴式顯示器時視線會被遮蔽而無法感知周圍環境，因此活動空間將受到限制。若要在虛擬世界中活動，通常需要使用遙桿操作或搭配定位器做空間定位才能進行，結果將導致使用者的視覺感知與身體感知不一致，容易造成暈眩。特別是在畫面快速移動時，往往會造成使用者不同程度的暈眩。
本案提供一種虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體，藉由在虛擬實境畫面將進行快速移動時，將使用者的視線引導至重力方向，可避免或減輕畫面快速移動時可能造成的暈眩感。
本案的虛擬實境移動畫面顯示方法，適用於包括頭戴式顯示器、定位器及計算裝置的虛擬實境裝置。此方法是由計算裝置執行虛擬實境的應用，並在頭戴式顯示器上顯示此應用的畫面。計算裝置在應用的畫面將進行快速移動時，提示此快速移動以引導配戴頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向，然後才將畫面的視野朝重力方向快速移動。
在本案的一實施例中，所述提示快速移動以引導配戴頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向的步驟包括由計算裝置旋轉畫面使得畫面中的地平線逐漸下移，以引導使用者逐漸將視線轉向重力方向。
在本案的一實施例中，所述計算裝置執行虛擬實境的應用，並顯示應用的畫面於頭戴式顯示器的步驟更包括由計算裝置利用定位器定位使用者的活動空間，並建立此活動空間的座標系統。
在本案的一實施例中，所述旋轉畫面使得畫面中的地平線逐漸下移，以引導使用者逐漸將視線轉向重力方向的步驟包括依據該畫面與轉向後畫面的旋轉角度，由使用者的視線方向朝重力方向旋轉座標系統，使得定位器所偵測到使用者於活動空間中的位移直接對應於旋轉後的畫面。
在本案的一實施例中，在所述計算裝置執行虛擬實境的應用，並顯示應用的畫面於頭戴式顯示器的步驟之後，所述方法更包括由計算裝置判斷應用將進行快速移動的時間點，以在所判斷的時間點之前的一段預設時間，提示快速移動。
在本案的一實施例中，在所述提示快速移動以引導配戴頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向的步驟之後，所述方法更包括由計算裝置利用定位器偵測使用者的視線轉向重力方向的轉向角度，據以將畫面的視野改為朝轉向後的視線方向快速移動。
本案的虛擬實境裝置包括頭戴式顯示器、儲存裝置及計算裝置。其中，儲存裝置是用以記錄多個模組。計算裝置係耦接頭戴式顯示器及儲存裝置，用以存取並執行儲存裝置中記錄的模組。所述模組包括畫面產生模組、提示模組及快速移動模組。 畫面產生模組是用以執行虛擬實境的應用，並在頭戴式顯示器上顯示應用的畫面。提示模組是用以在應用的畫面將進行快速移動時，提示快速移動以引導配戴頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向。快速移動模組是用以將畫面的視野朝重力方向快速移動。
在本案的一實施例中，所述的提示模組包括旋轉畫面使得畫面中的地平線逐漸下移，以引導使用者逐漸將視線轉向重力方向。
在本案的一實施例中，所述的虛擬實境裝置更包括定位器，而所述模組更包括空間定義模組，其是利用定位器定位使用者的活動空間，並建立此活動空間的座標系統。
在本案的一實施例中，所述的空間定義模組更依據提示模組旋轉畫面的旋轉角度，由使用者的視線的方向朝重力方向旋轉座標系統，使得定位器所偵測到使用者於活動空間中的位移直接對應於旋轉後的畫面。
在本案的一實施例中，所述的提示模組更判斷應用將進行快速移動的時間點，而在所判斷的時間點之前的一段預設時間，提示此快速移動。
在本案的一實施例中，所述的空間定義模組更利用定位器偵測使用者視線轉向重力方向的轉向角度，而快速移動模組更將此畫面的視野改為朝轉向後的視線方向快速移動。
一種電腦可讀取記錄媒體用以記錄程式，此程式經由虛擬實境裝置載入以執行下列步驟：由計算裝置執行虛擬實境的應用，並顯示該應用的畫面於頭戴式顯示器；該計算裝置在該應用的該畫面將進行快速移動時，提示該快速移動以引導配戴該頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向；以及該計算裝置將該畫面的視野朝該重力方向快速移動。
基於上述，本案的虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體利用在虛擬實境應用的畫面將進行快速移動時，提示使用者將視線轉向重力方向，藉此可利用重力加速度使得使用者身體感知的加速度方向與視覺感知的加速度方向一致，而可避免或減輕畫面快速移動時可能造成的暈眩感。
為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明是在虛擬實境應用即將進行快速移動時，預先提示使用者將視線轉往重力方向，並進一步控制虛擬實境畫面的視野也朝重力方向快速移動，從而使得畫面的移動方向與使用者身體感知到的重力方向一致，藉此可避免或減輕畫面快速移動所造成的暈眩感。
圖1是依照本案一實施例所繪示之虛擬實境裝置的方塊圖。請參照圖1，本實施例的虛擬實境裝置10包括頭戴式顯示器12、定位器14、儲存裝置16及計算裝置18，其功能分述如下：
頭戴式顯示器12例如是液晶顯示器（Liquid-Crystal Display，LCD）、發光二極體（Light-Emitting Diode，LED）顯示器或其他合適種類的顯示器，其係製作成頭盔或眼鏡的型式，而可供使用者配戴於頭部。頭戴式顯示器12中還額外配置重力感測器、陀螺儀等感測器，其可偵測使用者頭部的轉動或傾斜角度，並反饋至計算裝置18，使得計算裝置18可產生適於該轉動或傾斜角度觀看的虛擬實境畫面，最終在頭戴式顯示器12上顯示。藉此，頭戴式顯示器12可顯示360度的虛擬實境畫面，使得觀看此畫面的使用者如同身歷其境。
定位器14例如包括雷射或紅外線的發射器及接收器，其可用以偵測三維空間中物體的距離，而搭配配置於物體（例如頭戴式顯示器12）上的多個標定器，即可定位出該物體於三維空間中的位置。定位器14可放置於使用者活動空間的角落，其不僅可定位出使用者於三維空間中的位置，亦可定義出此活動空間的邊界。此邊界的位置可在使用者接近時在頭戴式顯示器12中顯示，藉此提示使用者避免走出活動空間或碰撞位於活動空間之外的物體，例如房間的牆壁。
儲存裝置16可以是任何型態的固定式或可移動式隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）或類似元件或上述元件的組合。在本實施例中，儲存裝置16用以記錄畫面產生模組162、提示模組164及快速移動模組166，這些模組例如是儲存在儲存裝置16中的程式。
計算裝置18例如是具有運算能力的檔案伺服器、資料庫伺服器、應用程式伺服器、工作站或個人電腦等計算機裝置，其中包括處理器，此處理器例如是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合。計算裝置18連接頭戴式顯示器12、定位器14及儲存裝置16，其會從儲存裝置16載入畫面產生模組162、提示模組164及快速移動模組166的程式，據以執行本案的虛擬實境移動畫面顯示方法。
需說明的是，在一實施例中，儲存裝置16與計算裝置18係獨立於頭戴式顯示器12之外而配置，並透過有線或無線的方式與頭戴式顯示器12連接以傳輸資料，儲存裝置16則可配置在計算裝置18中。而在另一實施例中，儲存裝置16與計算裝置18可整合於頭戴式顯示器12中，並透過傳輸線與頭戴式顯示器12連接以傳輸資料，在此不設限。以下即舉實施例說明本案在虛擬實境中快速移動的方法的詳細步驟。
圖2是依照本案一實施例所繪示之在虛擬實境中快速移動的方法流程圖。請參照圖2，本實施例的方法適用於圖1的虛擬實境裝置10，以下即搭配虛擬實境裝置10中的各項元件說明本案之在虛擬實境中快速移動的方法的詳細步驟。
首先，計算裝置18會執行畫面產生模組162，以執行虛擬實境的應用，並在頭戴式顯示器12上顯示此應用的畫面（步驟S202）。
然後，計算裝置18會執行提示模組164，而在應用的畫面將進行快速移動時，提示快速移動以引導配戴頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向（步驟S204）。其中，提示模組164例如會判斷應用將進行快速移動的時間點，而在所判斷的時間點之前的一段預設時間，提示此快速移動。
詳言之，若計算裝置18所執行的應用有使用本實施例方法所提供的移動畫面顯示機制，則應用會在其所顯示內容即將進行快速移動之前，通知計算裝置18進行提示。在一實施例中，計算裝置18可採用在所顯示畫面中提示訊息或是採用語音、震動等其他方式提示使用者，在此不設限。而在另一實施例中，計算裝置18可直接藉由變動畫面來引導使用者轉移視線。詳言之，計算裝置18可將所顯示的畫面旋轉，使得使用者在畫面中所看到的地平線逐漸下移，藉此引導使用者逐漸將視線下移（即，頭部逐漸下低）而轉向重力方向。
最後，計算裝置18會執行快速移動模組166，而將畫面的視野朝重力方向快速移動（步驟S206）。其中，由於使用者的視線已朝向重力方向，與畫面的移動方向一致，此時使用者身體感知到的重力加速度方向將會與視覺感知的移動方向一致，因此可避免或減輕畫面快速移動所造成的暈眩感。
需說明的是，由於使用者的視線已移往重力方向，此時使用者的動作或移動也會是朝向重力方向實施的。基此，在一實施例中，可將使用者活動空間的座標系統直接轉換到重力方向上，而可使得計算裝置18利用定位器14所偵測到的使用者的動作或位移可以直接應用在旋轉後的畫面。
詳言之，在使用者使用虛擬實境裝置10之前，需先對虛擬實境裝置10執行初始化的動作，其中除了要配載頭戴式顯示器12並定位頭戴式顯示器12的方位外，還需利用定位器14對使用者的活動空間（例如房間）進行定位，並據以建立此活動空間的座標系統。藉此，使用者後續在此活動空間中的位移或所做的動作，都可藉由定位器14定位並由計算裝置18換算為三維空間中的座標位置，而回饋於計算裝置18在頭戴式顯示器12中顯示的畫面，藉此使得使用者可與虛擬實境畫面產生互動。
而當使用者的視線依計算裝置18的提示而轉向重力方向時，計算裝置18即可依據初始畫面與轉向後畫面之旋轉角度，將前述的座標系統由使用者的視線方向（一般為水平方向）朝重力方向旋轉，使得定位器14所偵測到使用者於活動空間中的位移可直接對應於旋轉後的畫面，藉此可避免對定位點進行座標轉換所可能造成的誤差或偏移。
另一方面，基於人體身體構造、使用者習慣及活動空間上的差異，每個使用者習慣的觀看角度及所能做的轉向角度也會有所差異。也就是說，每個使用者在將視線轉向重力方向時，不盡然會剛好轉到重力方向，而是會與重力方向存在一定的角度。對此，本實施例的計算裝置18可針對不用使用者所做的轉向動作，利用定位器14偵測出使用者的視線轉向重力方向的轉向角度，而在對畫面視野進行快速移動時，也是將畫面視野改為朝轉向後的視線方向快速移動。藉此，可使得使用者轉向後的視線方向與畫面的移動方向一致，因此可避免或減輕畫面快速移動所造成的暈眩感。計算裝置18可進一步將所偵測到的每一個使用者習慣的轉向角度記錄在儲存裝置16中，而得以在該使用者下次使用虛擬實境裝置10時，自動反饋在畫面的提示上（即，引導到該使用者慣用的轉向角度），藉此提供使用者較佳的使用經驗。
舉例來說，圖3A及圖3B是依照本案一實施例所繪示之虛擬實境裝置的操作範例。請參照圖3A及圖3B，使用者32係站在地球30上配戴頭戴式顯示器34並手持控制遙桿36。其中，使用者32原本的視線係維持以水平方向朝向頭戴式顯示器34的正前方（如圖3A所示）。而當虛擬實境裝置所執行的應用欲對頭戴式顯示器34所顯示的畫面進行快速移動時，例如會變動頭戴式顯示器34所顯示的畫面，引導使用者將視線轉往重力方向（如圖3B所示）。待使用者的視線已轉向重力方向後，虛擬實境裝置再將畫面的視野朝重力方向快速移動。此時，地球30的重力會讓使用者的身體感受到重力方向的加速度，而朝向重力方向快速移動的畫面則會讓使用者的視覺也感受到朝向重力方向的加速度。兩種感知的方向一致將使得使用者較不容易感到暈眩。
本案另提供一種電腦可讀取記錄媒體，其中記錄電腦程式，該電腦程式是用以執行上述虛擬實境移動畫面顯示方法的各個步驟，此電腦程式是由多數個程式碼片段所組成的（例如建立組織圖程式碼片段、簽核表單程式碼片段、設定程式碼片段、以及部署程式碼片段），並且這些程式碼片段在載入虛擬實境裝置中並執行之後，即可完成上述虛擬實境移動畫面顯示方法的步驟。
綜上所述，本案的虛擬實境移動畫面顯示方法、虛擬實境裝置及記錄媒體是將自然存在的重力加速度應用在虛擬實境中，在虛擬實境應用的畫面將進行快速移動時，透過將使用者的視線引導至重力方向，讓使用者身體感知到重力加速度，同時也將畫面朝向重力方向快速移動，藉此讓使用者的身體與視覺感知到的加速度方向一致，而可避免或減輕畫面快速移動時可能造成的暈眩感。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本案的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧虛擬實境裝置
12、32‧‧‧頭戴式顯示器
14‧‧‧定位器
16‧‧‧儲存裝置
162‧‧‧畫面產生模組
164‧‧‧提示模組
166‧‧‧快速移動模組
18‧‧‧計算裝置
30‧‧‧地球
32‧‧‧使用者
34‧‧‧頭戴式顯示器
36‧‧‧控制遙桿
S202~S206‧‧‧步驟
圖1是依照本案一實施例所繪示之虛擬實境裝置的方塊圖。 圖2是依照本案一實施例所繪示之虛擬實境移動畫面顯示方法的流程圖。 圖3A及圖3B是依照本案一實施例所繪示之虛擬實境裝置的操作範例。

Claims (13)

  1. 一種虛擬實境移動畫面顯示方法，適用於包括頭戴式顯示器、定位器及計算裝置的虛擬實境裝置，該方法包括下列步驟：該計算裝置執行虛擬實境的應用，並顯示該應用的畫面於該頭戴式顯示器；該計算裝置在該應用的該畫面將進行快速移動時，提示該快速移動以引導配戴該頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向；以及該計算裝置將該畫面的視野朝該重力方向快速移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中提示該快速移動以引導配戴該頭戴式顯示器的使用者將視線轉向該重力方向的步驟包括：該計算裝置旋轉該畫面使得該畫面中的地平線逐漸下移，以引導該使用者逐漸將該視線轉向該重力方向。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該計算裝置執行虛擬實境的應用，並顯示該應用的畫面於該頭戴式顯示器的步驟更包括：該計算裝置利用該定位器定位該使用者的活動空間，並建立該活動空間的座標系統。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中旋轉該畫面使得該畫面中的該地平線逐漸下移，以引導該使用者逐漸將該視線轉向該重力方向的步驟包括： 依據該畫面與轉向後畫面的旋轉角度，由該使用者的該視線的方向朝該重力方向旋轉該座標系統，使得該定位器所偵測到該使用者於該活動空間中的位移直接對應於旋轉後的該畫面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在該計算裝置執行虛擬實境的該應用，並顯示該應用的該畫面於該頭戴式顯示器的步驟之後，更包括：該計算裝置判斷該應用將進行快速移動的時間點；以及在所判斷的該時間點之前的一預設時間，提示該快速移動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在提示該快速移動以引導配戴該頭戴式顯示器的該使用者將該視線轉向該重力方向的步驟之後，更包括：該計算裝置利用該定位器偵測該使用者的該視線轉向該重力方向的轉向角度；以及該計算裝置將該畫面的該視野改為朝轉向後的該視線方向快速移動。
  7. 一種虛擬實境裝置，包括：頭戴式顯示器；儲存裝置，記錄多個模組；以及計算裝置，耦接該頭戴式顯示器及該儲存裝置，以存取並執行該儲存裝置中記錄的所述模組，所述模組包括：畫面產生模組，執行虛擬實境的應用，並顯示該應用的畫面於該頭戴式顯示器； 提示模組，在該應用的該畫面將進行快速移動時，提示該快速移動以引導配戴該頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向；以及快速移動模組，將該畫面的視野朝該重力方向快速移動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的虛擬實境裝置，其中該提示模組包括旋轉該畫面使得該畫面中的地平線逐漸下移，以引導該使用者逐漸將該視線轉向該重力方向。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的虛擬實境裝置，其中該虛擬實境裝置更包括定位器，而所述模組更包括：空間定義模組，利用該定位器定位該使用者的活動空間，並建立該活動空間的座標系統。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的虛擬實境裝置，其中該空間定義模組更依據該提示模組旋轉該畫面的旋轉角度，由該使用者的該視線的方向朝該重力方向旋轉該座標系統，使得該定位器所偵測到該使用者於該活動空間中的位移直接對應於旋轉後的該畫面。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的虛擬實境裝置，其中該提示模組更判斷該應用將進行快速移動的時間點，而在所判斷的該時間點之前的一預設時間，提示該快速移動。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的虛擬實境裝置，其中該空間定義模組更利用該定位器偵測該使用者的該視線轉向該重力方 向的轉向角度，而該快速移動模組更將該畫面的該視野改為朝轉向後的該視線方向快速移動。
  13. 一種電腦可讀取記錄媒體，記錄程式，經由虛擬實境裝置載入以執行下列步驟：由計算裝置執行虛擬實境的應用，並顯示該應用的畫面於頭戴式顯示器；該計算裝置在該應用的該畫面將進行快速移動時，提示該快速移動以引導配戴該頭戴式顯示器的使用者將視線轉向重力方向；以及該計算裝置將該畫面的視野朝該重力方向快速移動。
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