TWI782554B

TWI782554B - 一種擴增實境錨點的建立方法與系統

Info

Publication number: TWI782554B
Application number: TW110119736A
Authority: TW
Inventors: 鄢玉虎; 吳建陞
Original assignee: 新加坡商鴻運科股份有限公司
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-11-01
Also published as: TW202248675A

Abstract

本發明提供一種擴增實境錨點的建立系統，包括：錨點裝置，用於持續發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包，其中，錨點裝置包含發射器，透過第一通訊技術及第二通訊技術發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包；第一空間資訊封包及第二空間資訊封包皆包含錨點裝置的錨點序號及角度資訊；擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置，用於接收第一空間資訊封包、第二空間資訊封包，其中，AR裝置根據第一空間資訊封包、第二空間資訊封包取得AR裝置相對於錨點裝置所在的方位、水平距離與垂直高度。

Description

一種擴增實境錨點的建立方法與系統

本發明係有關於擴增實境技術，特別有關於一種擴增實境中錨點的建立方法及系統。

現有擴增實境關於錨點的建立，需要完整掃描實體錨點，取得錨點特徵以建立實體錨點的空間資訊(亦即模型)，再讓虛擬物件綁定錨點，方可讓虛擬物件在錨點上完整呈現，然而，掃描時影像易受角度、方向、光線、周邊環境、距離及算法等影響，造成錨點計算結果的不確定性。

有鑑於此，本發明提供了一種擴增實境中錨點的建立方法，利用錨點裝置主動廣播提供空間資訊，所述錨點裝置透過至少兩種通訊技術發送空間資訊封包，擴增實境裝置經由收到兩種通訊技術的空間資訊封包的時間差計算出距離，由於本提案的錨點裝置會持續主動的提供空間資訊，因此在建立虛擬物件前，不需事先完整掃描實體錨點，又，本案之錨點裝置為可攜式，不會因為原空間模型被破壞而使得虛擬物件無法運作。

本發明實施例提供一種擴增實境錨點的建立方法，該方法包括下列步驟：錨點裝置持續發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包，其中，錨點裝置更包含發射器，透過第一通訊技術及第二通訊技術發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包，第一空間資訊封包及第二空間資訊封包皆包含錨點裝置的錨點序號及角度資訊；透過擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置接收第一空間資訊封包、第二空間資訊封包，其中，AR裝置更包含處理單元；透過處理單元，根據第一空間資訊封包、第二空間資訊封包取得AR裝置與錨點裝置之間的空間關係，其中，空間關係包含AR裝置相對於錨點裝置所在的方位、水平距離與垂直高度。

本發明實施例還提供一種擴增實境錨點的建立系統，包括：錨點裝置，用於持續發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包，其中，錨點裝置包含發射器，透過第一通訊技術及第二通訊技術發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包；第一空間資訊封包及第二空間資訊封包皆包含錨點裝置的錨點序號及角度資訊；擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置，用於接收第一空間資訊封包、第二空間資訊封包，其中，AR裝置更包含處理單元；透過處理單元，根據第一空間資訊封包、第二空間資訊封包取得AR裝置與錨點裝置之間的空間關係，其中，空間關係包含AR裝置相對於錨點裝置所在的方位、水平距離與垂直高度。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

110,310,410,500,600:錨點裝置

120,320,420,700:AR裝置

111:第一空間資訊封包

112:第二空間資訊封包

330:第一通訊技術

340:第二通訊技術

411:發射器

430:水平面夾角

440:錨點裝置與AR裝置之間的距離

450:錨點裝置與AR裝置的水平距離

460:錨點裝置與AR裝置的垂直高度

510,610:第一發射器

520,620:第二發射器

530,630:第三發射器

540,640:第四發射器

550,650:第五發射器

560,660:第六發射器

670:第七發射器

680:第八發射器

690:第九發射器

710:接收器

S101~S106:步驟

圖1係顯示本發明實施例所述之擴增實境錨點的建立系統示意圖。

圖2係顯示本發明實施例所述之擴增實境錨點的建立方法的流程圖。

圖3係顯示本發明實施例所述之空間資訊封包傳遞示意圖。

圖4係顯示本發明實施例所述之擴增實境錨點的建立系統應用情境示意圖。

圖5係顯示本發明實施例所述之錨點裝置俯視圖。

圖6係顯示本發明實施例所述之錨點裝置側視圖。

圖7係顯示本發明實施例所述之AR裝置示意圖。

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。

需要說明的是，在本發明中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護範圍之內。

圖1係顯示本發明實施例所述之擴增實境錨點的建立系統示意圖。系統包括錨點裝置110及擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置120。如圖1所示，錨點裝置110每間隔T時間，發送第一空間資訊封包111及第二空間資訊封包112，錨點裝置110更包含發射器(圖1未顯示)，可包含至少兩個發射器用於發送兩種通訊技術，分別透過第一通訊技術及第二通訊技術發送第一空間資訊封包111及上述第二空間資訊封包112，第一空間資訊封包111、第二空間資訊封包112包含錨點裝置110的錨點序號及發射器的角度資訊，第一通訊技術及第二通訊技術可為無線射頻訊號、超音波、紅外線、雷射任意兩種的組合。

在一實施例中，所述發射器還包含多個子發射器，用於分別通過第一通訊技術及第二通訊技術發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包。

透過擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置120接收第一空間資訊封包111、第二空間資訊封包112，AR裝置120更包含處理單元(圖1未顯示)，透過處理單元，根據第一空間資訊封包111、第二空間資訊封包112的封包內容取得AR裝置120與錨點裝置110之間的空間關係，上述空間關係包含AR裝置120相對於錨點裝置110所在的方位、水平距離與垂直高度。

步驟S101，錨點裝置透過第一通訊技術發送第一空間資訊封包，透過第二通訊技術發送第二空間資訊封包，其中第一空間資訊封包及第二空間資訊封包包含錨點裝置的錨點序號及角度資訊，角度資訊包含發射器在錨點裝置中水平位置指向的方位角以及發射器與水平面的夾角。

步驟S102，AR裝置接收錨點裝置透過第一通訊技術發出的第一空間資訊封包。

步驟S103，AR裝置接收錨點裝置透過第二通訊技術發出的第二空間資訊封包。

步驟S104，AR裝置中的處理單元，根據第一空間資訊封包及第二空間資訊封包取得AR裝置與錨點裝置之間的空間關係，所述空間關係包含AR 裝置相對於錨點裝置所在的方位、水平距離與垂直高度。處理單元根據角度資訊中的方位角來判斷AR裝置相對於錨點裝置的所在方位。

步驟S105，AR裝置計算AR裝置與錨點裝置之間的距離。由於第一通訊技術與第二通訊技術的傳輸速度為已知，因此AR裝置根據第一通訊技術的傳輸速度、第二通訊技術的傳輸速度、接收到第一空間資訊封包的時間以及接收到第二空間資訊封包的時間，可計算出AR裝置與錨點裝置之間的距離。例如，錨點裝置同時透過無線射頻(Radio Frequency,RF)發送第一空間資訊封包，透過超音波發送第二空間資訊封包，在T0時間的時候AR裝置收到RF發出的第一空間資訊封包，在T1時間為AR裝置收到超音波發出的第二空間資訊封包，由於RF的傳播速度約等同光速，而超音波的傳播速度較慢，因此T1>T0，收到第一空間資訊封包與第二空間資訊封包的接收時間差為T1-T0，根據距離=速度x時間的公式、已知的第一通訊技術傳輸速度、已知的第二通訊技術傳輸速度以及上述接收時間差計算出AR裝置與錨點裝置之間的距離。

步驟S106，AR裝置根據步驟S105所計算出來的距離，與第一空間資訊封包中關於發射器與水平面的夾角，可計算出AR裝置與錨點裝置之間的水平距離及垂直高度。

圖3係顯示本發明所述實施例之空間資訊封包傳遞示意圖。如圖3所示，錨點裝置310透過第一通訊技術330及第二通訊技術340以間隔時間T的週期同時發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包。在本實施例中，以第一通訊技術330為無線射頻(Radio Frequency,RF)與第二通訊技術340為超音波作為範例說明，但不以此兩種通訊技術為限。由於RF的傳輸速度如光速3x10⁸m/s，超音波在空氣中的傳輸速度約343m/s，因此AR裝置302在時間T0的時候，收到錨點裝置301經由RF發出的第一空間資訊封包，在時間T1時接收到超音波發出的第二空間資訊封包，T1>T0，根據上述T1-T0的時間差，以及已知的第一通訊技術330傳輸速度與第二通訊技術340傳輸速度可以計算得到AR裝置302與錨點裝置301之間的距離。

圖4係顯示本發明實施例之擴增實境錨點的建立系統應用情境示意圖。如圖4所示，錨點裝置410設置於地面，透過設置於各種角度的發射器週期性地經由第一通訊技術及第二通訊技術發送空間資訊封包，當使用者戴著AR裝置420進入錨點裝置410的應用範圍內時，AR裝置420收到錨點裝置410其中一個發射器411所發出的空間資訊封包，發射器411與水平面夾角430，由於錨點裝置410同時透過兩種通訊技術發送空間資訊封包，其中空間資訊封包中包含發射器411所指向的方位角以及與水平面的夾角，因此，AR裝置420根據接收到第一通訊技術與第二通訊技術所發送的空間資訊封包的時間差，以及所接收到的空間資訊封包中發射器411與水平面夾角430，可計算出錨點裝置410與AR裝置420之間的距離440，得知錨點裝置410與AR裝置420之間的距離440之後，再根據發射器411與水平面夾角430可以計算取得錨點裝置410與AR裝置420之間的水平距離450與垂直高度460。在空間資訊封包中帶有錨點序號與角度資訊，其中，AR裝置420根據錨點序號判斷所接收到的空間資訊封包來自空間中的哪個錨點裝置，而空間資訊封包的角度資訊包含錨點裝置410中的發射器411所指向的方位角以及與水平面夾角430。

圖5係顯示本發明實施例所述之錨點裝置500俯視圖。如圖5所示，錨點裝置500透過指向性通訊技術以及於錨點裝置500中的不同方位角設置複數發射器，作為判斷AR裝置與錨點裝置500之間相對方位的判斷標準，根據指向性通訊技術的特性，AR裝置只會接收到來自某特定方向的空間資訊封包，以圖5為例，當AR裝置位於相對錨點裝置500的180度方位角的位置，只會接收到第四發射器540的訊號，第四發射器540發出的空間資訊封包中包含的角度資訊為位於錨點裝置方位角180度，及與水平面夾角0度，藉此判斷AR裝置與錨點裝置500的相對方位。然而，受限於指向性通訊技術方向性的限制，單一組發射器所能涵蓋的方位角度也許有限，因此錨點裝置500需設置多組發射器才能有效涵蓋整個空間範圍內的所有角度，圖5以每一發射器所能涵蓋的角度範圍為60度為例，至少需設置六個發射器才能涵蓋所有方位，包含指向0度方位角的第一發射器510所涵蓋的範圍330度至30度、指向60度方位角的第二發射器520所涵蓋的範圍為30度至90度、指向120度方位角第三發射器530所涵蓋的範圍為90度至150度、指向180度方位角第四發射器540所涵蓋的範圍為150度至210度、指向240度方位角第五發射器550所涵蓋的範圍為210度至270度及指向300度方位角第六發射器560所涵蓋的範圍為270度至330度，因此無論AR裝置位於錨點裝置500的任何方位，AR裝置都可以收到來自錨點裝置500發出的空間資訊封包，再根據空間資訊封包中的角度資訊判斷來所接收到的是來自哪個發射器所發出的，藉此判斷AR裝置位於錨點裝置500的哪個方位。

圖6係顯示本發明實施例所述之錨點裝置600立體側視圖。在不同實施例中，可視應用場所需顯示的角度進行錨點裝置600形狀的選擇，錨點裝置600可為半球型、球型等，但並不以此為限，可視實際應用場所而定，在此以球型錨點裝置600作為示例進行說明，如圖6所示，錨點裝置600設置複數個不同方位角的發射器，其中第一發射器610指向0度方位角且與水平面夾角0度，第二發射器620指向60度方位角且與水平面夾角0度，第三發射器630指向60度方位角且與水平面夾角60度，第四發射器640指向0度方位角且與水平面夾角90度，第五發射器650指向300度方位角且與水平面夾角60度，第六發射器660指向300度方位角且與水平面夾角0度，第七發射器670指向300度方位角且與水平夾角-60度，第八發射器680指向0度方位角且與水平夾角-90度，第九發射器690指向60度方位角且與水平夾角-60度。

圖7係顯示本發明實施例所述之AR裝置示意圖。如圖7所示，由於本案透過指向性通訊技術進行錨點裝置與AR裝置700之間相對方位的識別，因此在AR裝置700上的複數位置設置有複數接收器，如圖7中的白色圓點為接收器710設置的位置，然而，圖7中的配置僅為示意圖，藉此表達AR裝置700需在各種不同位置設置接收器710，使AR裝置700得以接收來自各種方向的空間資訊封包，其中AR裝置可能是任何形式的裝置：頭戴式裝置、智慧型眼鏡、智慧手機、平板電腦等等。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應該理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

S101~S106:步驟

Claims

一種擴增實境錨點的建立方法，該方法包括下列步驟：錨點裝置持續發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包，其中，上述錨點裝置更包含複數發射器，所述發射器分別設置於所述錨點裝置中的不同方位角，透過第一通訊技術及第二通訊技術發送上述第一空間資訊封包及上述第二空間資訊封包，上述第一空間資訊封包及上述第二空間資訊封包包含上述錨點裝置的錨點序號及角度資訊；透過擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置接收上述第一空間資訊封包、上述第二空間資訊封包，其中，上述AR裝置更包含處理單元；透過上述處理單元，根據上述第一空間資訊封包、上述第二空間資訊封包取得上述AR裝置與上述錨點裝置之間的空間關係，其中，上述空間關係包含上述AR裝置相對於上述錨點裝置所在的方位、水平距離與垂直高度。
如請求項1之擴增實境錨點的建立方法，其中，上述第一通訊技術及上述第二通訊技術可為無線射頻訊號、超音波、紅外線、雷射任意兩種的組合。
如請求項1之擴增實境錨點的建立方法，其中，上述角度資訊包含上述發射器在水平位置指向的方位角，以及上述發射器與水平面的夾角。
如請求項1之擴增實境錨點的建立方法，其中，上述處理單元根據上述第一通訊技術的傳輸速度、上述第二通訊技術的傳輸速度，接收到上述第一空間資訊封包的時間、接收到上述第二空間資訊封包的時間，計算上述AR裝置與上述錨點裝置之間的距離，並根據上述距離以及上述角度資訊計算取得上述AR裝置相對於上述錨點裝置的上述水平距離及上述垂直高度。
一種擴增實境錨點的建立系統，包括：錨點裝置，用於持續發送第一空間資訊封包及第二空間資訊封包，其中，上述錨點裝置包含複數發射器，所述發射器分別設置於所述錨點裝置中的不同方位角，透過第一通訊技術及第二通訊技術發送上述第一空間資訊封包及上述第二空間資訊封包；上述第一空間資訊封包及上述第二空間資訊封包包含上述錨點裝置的錨點序號及角度資訊；擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置，用於接收上述第一空間資訊封包、上述第二空間資訊封包，其中，上述AR裝置更包含處理單元；透過上述處理單元，根據上述第一空間資訊封包、上述第二空間資訊封包取得上述AR裝置與上述錨點裝置之間的空間關係，其中，上述空間關係包含上述AR裝置相對於上述錨點裝置所在的方位、水平距離與垂直高度。
如請求項5之擴增實境錨點的建立系統，其中，上述第一通訊技術及上述第二通訊技術可為無線射頻訊號、超音波、紅外線、雷射任意兩種的組合。
如請求項5之擴增實境錨點的建立系統，其中，上述角度資訊包含上述發射器在水平位置指向的方位角，以及上述發射器與水平面的夾角。
如請求項5之擴增實境錨點的建立系統，其中，上述處理單元根據上述第一通訊技術的傳輸速度、上述第二通訊技術的傳輸速度，接收到上述第一空間資訊封包的時間、接收到上述第二空間資訊封包的時間，計算上述AR裝置與上述錨點裝置之間的距離，並根據上述距離以及上述角度資訊計算取得上述AR裝置相對於上述錨點裝置的上述水平距離及上述垂直高度。