UA81939C2

UA81939C2 - Method for positioning a wiever head when using a head - mounted display

Info

Publication number: UA81939C2
Application number: UAA200507199A
Authority: UA
Inventors: Антон Анатольевич Ощепков; Анатолий Николаевич Ощепков
Original assignee: Антон Анатольевич Ощепков; Анатолий Николаевич Ощепков
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2008-02-25

Abstract

A method for positioning a viewer head when using a head-mounted display relates to method for forming, transmitting and reproduction video information, in particular, to method for forming and demonstration of images on a display located before viewer eyes, in particular on the head-mounted displays. The method lays in using angular acceleration sensors being fastened to viewer head, allows building a system of positioning head, which is autonomous from system of coordinates, where formation images on the head-mounted display is performed. The technical result is provision of more autonomous of viewer with the head-mounted display from system of coordinates, where formation images and its reproduction on the head-mounted displays is performed or was performed.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Передбачуваний винахід відноситься до способів формування, передачі і відтворення відеоінформації, 2 зокрема до способів формування і демонстрації зображень на дисплеях, розташованих перед очима спостерігача.The intended invention relates to methods of formation, transmission and reproduction of video information, 2 in particular to methods of formation and demonstration of images on displays located in front of the eyes of the observer.

Відомі способи позиціонування голови глядача в системі координат формування зображення, і одночасного відповідного позиціонування зображення при його відтворенні на нашлоомному дисплеї (НД) глядача, реалізовані у відповідних системах позиціонування, дозволяють з більшим або меншим ступенем вірогідності 70 забезпечити відповідність зображення зформованого на НД фактичному поточному положенню голови глядача.Known methods of positioning the viewer's head in the coordinate system of image formation, and simultaneous corresponding positioning of the image when it is reproduced on the viewer's near-resistive display (HD), implemented in the corresponding positioning systems, allow with a greater or lesser degree of probability to ensure the correspondence of the image formed on the HD to the actual current position spectator's head

Наприклад, спосіб реалізований в одній із систем позиціонування голови глядача в НД фірми Егісззоп ЗаарFor example, the method is implemented in one of the viewer's head positioning systems in the ND company Egiszop Zaar

Аміопісв, описаних у журналі Егісвзвоп Кеміеєм/ М 1, 1997р. (У додаткових матеріалах до дійсної заявки приведен витяг з перекладу статті про НД опубліковану в цьому номері журналу). У цій системі позиціонування застосована оптична система має у свому складі: дві або три камери, розташовані у верхній частині кабіни 72 пілота над його головою, і матрицю інфрачервоних діодів, розташованих на шоломі. Цей тип системи вимагає вільної лінії візування з боку камер на шолом пілота, що може викликати проблеми, коли пілот рухає своєю головою.Amiopisv, described in the magazine Egisvzop Kemiey/ M 1, 1997. (Additional materials to the valid application contain an excerpt from the translation of the article on ND published in this issue of the magazine). In this positioning system, the applied optical system consists of: two or three cameras located in the upper part of the pilot's cabin 72 above his head, and a matrix of infrared diodes located on the helmet. This type of system requires a clear line of sight from the cameras on the pilot's helmet, which can cause problems when the pilot moves his head.

З відомих способів найбільш близьким по технічній сутності до передбачуваного винаходу є інший спосіб позиціонування, описаний у вищезгаданій статті. У системі позиціонування голови пілота, реалізованої по цьому способі, у якості чуттєвого елементу застосований приймач магнітного поля, установлений на шоломі пілота, при цьому генератор магнітного поля установлюється вище голови пілота. Недоліком цієї системи є низька точність позиціонування при зміні відстані між генератором магнітного поля і його приймачем. Основним недоліком відомих способів позиціонування, реалізованих у системах позиціонування, є наявність двох апаратних компонентів - приймача і передавача інформації про положення голови, розміщених на різних, не зв'язаних між с собою об'єктах. Причому один з компонентів повинен бути обов'язково жорстко закріплен на кабіні пілота - ге) зв'язан із системою координат, у якій вироблялося (виробляється) формування зображення і виконується поточне позиціонування відтвореного на НД зображення в залежності від поточного положення голови пілота в цій системі координат. Іншими словами, при використанні подібних систем позиціонування голови пілота і зображення на НД існують певні обмеження на переміщення голови глядача щодо системи координат, у якій б» виконується (виконувалося) формування зображення на НД. сOf the known methods, the closest in technical essence to the intended invention is another method of positioning, described in the above-mentioned article. In the pilot's head positioning system implemented in this way, a magnetic field receiver installed on the pilot's helmet is used as a sensory element, while the magnetic field generator is installed above the pilot's head. The disadvantage of this system is low positioning accuracy when the distance between the magnetic field generator and its receiver changes. The main drawback of known positioning methods implemented in positioning systems is the presence of two hardware components - a receiver and a transmitter of information about the position of the head, located on different, unrelated objects. Moreover, one of the components must be rigidly fixed on the pilot's cabin - g) connected to the coordinate system in which the image formation was produced (is being produced) and the current positioning of the image reproduced on the ND is performed depending on the current position of the pilot's head in this system coordinates In other words, when using similar positioning systems of the pilot's head and the image on the ND, there are certain restrictions on the movement of the viewer's head in relation to the coordinate system in which the formation of the image on the ND is performed. with

Наприклад, глядач не має можливості нахилити голову вперед і подивитися собі під ноги або присісти (піднятися). Дані обмеження, можливо, несуттєві для НД пілотів, але вкрай небажані при масовому використанні Ме,For example, the viewer does not have the opportunity to tilt his head forward and look at his feet or sit down (stand up). These restrictions may not be significant for ND pilots, but they are extremely undesirable for the mass use of Me,

НД, наприклад, при реалізації віртуальної реальності в ЗО додатках - комп'ютерних іграх, демонстрації "п стереовидеофильмов і т.д. 3о Метою передбачуваного винаходу "Спосіб позиціонування голови глядача при використані нашоломного со дисплея" є забезпечення більшої автономності глядача з НД від системи координат, у якій виконується (виконувалося) формування зображення і його відтворення на НД.ND, for example, when implementing virtual reality in ZO applications - computer games, demonstrations of "n stereovideo films, etc. 3o The purpose of the proposed invention "Method of positioning the viewer's head when using a helmet-mounted display" is to ensure greater autonomy of the viewer with ND from the system coordinates, in which the formation of the image and its reproduction on the ND is performed (was performed).

Поставлена мета досягається шляхом визначення кутової орієнтації зв'язаної з головою глядача системи « координат відносно системи координат у якій виконується (виконувалося) формування зображення і його відтворення на НД, при виконанні, наприклад, нижчепереліченої послідовності дій з матеріальними об'єктами. - с 1.Закріплюють три датчики кутових прискорень на голові (шоломі) глядача, при цьому вісі чутливості тріади з» датчиків установлюють взаймноперпендикулярньми - тим самим формують ортогональну систему координат зв'язану з головою глядача. 2. Виконують визначення трьох кутів Зйлера |див., наприклад, Г.С.Бюшгенс, Р.В. Студнев, "Аеродинаміка літака. Динаміка подовжнього і бічного руху", М, "Машинобудування", 197Ор. на стор.21| для завдання со початкового кутового положення вісей зв'язаної системи координат щодо вісей системи координат, у якій - виконують (виконували) формування зображення на НД, наприклад, шляхом нетривалого фіксування погляду глядача на заданій частині зображення на екрані НД. ре) 3. Під час демонстрації зображення, при кутовому переміщенні голови глядача і зв'язаної з нею системи с 20 координат за допомогою датчиків визначають поточні значення величини проекцій вектора кутового прискорення на вісі чутливості відповідних датчиків. ме, 4. Визначають значення проекцій вектора кутової швидкості на вісі зв'язаної з головою глядача системи координат шляхом інтегрування сигналів з датчиків відповідних проекціям вектора кутового прискорення на вісі цієї системи координат. 52 5. За допомогою відомих кінематичних співвідношень (див. вираження (1.3) там же на стор.22 ), на підставі о проекцій вектора кутової швидкості зв'язаної системи координат визначають поточні значення швидкості зміни кутів Зйлера, інтегруючи які визначають кути орієнтації зв'язаної з головою глядача системи координат ко відносно вісей системи координат, у якій виконують (виконували) формування зображення на НД.The goal is achieved by determining the angular orientation of the coordinate system connected to the viewer's head relative to the coordinate system in which the formation of the image and its reproduction on the ND is performed (was performed), when performing, for example, the sequence of actions listed below with material objects. - c 1. Fasten three angular acceleration sensors on the viewer's head (helmet), while the sensitivity axes of the triad of sensors are set mutually perpendicular - thus forming an orthogonal coordinate system connected to the viewer's head. 2. Perform the definition of three Zyler angles | see, for example, H.S. Byushgens, R.V. Studnev, "Aerodynamics of an airplane. Dynamics of longitudinal and lateral movement", M, "Mashinobuduvannya", 197Or. on page 21| for the task of the initial angular position of the axes of the connected coordinate system relative to the axes of the coordinate system, in which - the formation of the image on the ND is performed (performed), for example, by briefly fixing the viewer's gaze on a given part of the image on the ND screen. d) 3. During the demonstration of the image, during the angular movement of the viewer's head and the system connected to it with 20 coordinates, the current values of the magnitude of the projections of the angular acceleration vector on the sensitivity axis of the corresponding sensors are determined with the help of sensors. me, 4. The value of the projections of the angular velocity vector on the axis of the coordinate system connected to the viewer's head is determined by integrating the signals from the sensors corresponding to the projections of the angular acceleration vector on the axis of this coordinate system. 52 5. With the help of known kinematic ratios (see expression (1.3) ibid. on p. 22 ), on the basis of the projections of the angular velocity vector of the connected coordinate system, determine the current values of the rate of change of the Züler angles, integrating which determine the orientation angles of the connected of the coordinate system related to the viewer's head relative to the axes of the coordinate system in which the formation of the image on the ND is performed (was performed).

Сучасні датчики кутових прискорень мають порівняно малі габаритні розміри при масі в декілька грам, тому 60 розміщення таких датчиків на НД не приведе до дискомфорту глядача.Modern sensors of angular accelerations have relatively small overall dimensions with a mass of several grams, therefore 60 placing such sensors on the ND will not cause discomfort to the viewer.

Claims

The formula of the invention b5 1. The method of positioning the viewer’s head when using a head-mounted display, in which the angular position of the viewer’s head is determined relative to the first coordinate system in which the image is formed on the display, and this information is transmitted to the visualization system of the head-mounted display, which differs in that it is pre-determined the angular velocity vector of the second coordinate system connected to the viewer's head using sensors fixed on his head, on the basis of which the angular velocity vector of the second coordinate system is determined relative to the first coordinate system in which the image on the display is formed, and then the angular position of the second coordinate system is determined coordinate system relative to the first coordinate system in which the image on the display is formed.

2. The method according to claim 1, which differs in that the angular velocity vector of the second coordinate system is determined using the integration of signals proportional to the magnitude of the angular acceleration projections on the sensitivity axis of the angular acceleration sensors that can be fixed on the viewer's head. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2008, M 4, 25.10.2008. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and/5 Science of Ukraine. c 7 o (22) (ze) (22) "-- Zo so

- and? so - (Se) o (32) ko 60 b5