WO2005114366A1 - Autonomes, selbstreferenzierendes headtracking-modul - Google Patents

Autonomes, selbstreferenzierendes headtracking-modul Download PDF

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WO2005114366A1
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head tracking
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Kay Quade
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Kay Quade
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/012—Head tracking input arrangements

Definitions

  • a motion tracker is a technical device for recording the changing spatial position and rotation of objects.
  • Head tracking is the commonly used term for the detection of head movements, and the devices or systems intended for this are called head trackers.
  • head trackers register two rotational movements of the head up to six degrees of freedom [DOF].
  • Head trackers are used, among other things
  • VR virtual reality
  • Head trackers could also be suitable • as a supplementary user interface so that instead of frequently switching between mouse and keyboard, the hands can largely remain on the keyboard,
  • Autonomous self-referencing motion trackers are particularly suitable for the above-mentioned areas of application, since they do not require any explicit external reference sources, that is, they are not subject to local restrictions due to the technology used, they enable a relatively high resolution and are insensitive to external interference .
  • acceleration intial
  • inclination in inclination
  • magnetic field magnetometer
  • gyroscopes gyroscopes
  • Self-referencing motion trackers contrast with:
  • protection claim 1 makes it possible to comfortably carry an autonomous, self-referencing head tracker (1) on or behind an ear with a range of motion which is limited only by the maximum signal transmission distance.
  • the actual tracking unit is expanded by a wireless transmitter and the device (1) is operated with an accumulator (s).
  • the sensor technology allows at least the detection of the two rotational degrees of freedom pitch [pitch] (11) and yaw [yaw] (12), but is expediently supplemented by the detection of the roll movement [roll] (13) and, in the most universal case, also translatory movements ( 14) of the head.
  • a receiving module converts the incoming data stream to position and direction data for a VR application, or to motion-equivalent mouse protocol data for conventional 2D applications.
  • FIG. 2 shows the possible structure of the device (1) as an example for 3 DOF consisting of: inertial sensor (s) and / or magnetic field sensor (21, 22), electronics for a radio transmitter in the ISM band for 433.92 MHz (23), input / Off switch (24), accumulators (25), antenna (here conductor loop) (26), charging cable socket (27)
  • Fig. 3-8 different carrying options and holding devices, such as: wearing on the ear (Fig. 4) or behind the Ear (Fig. 3) with an open (2) or closed ear hook (4), an ear clip (5) and the attachment to an eyeglass bracket (6) or on a headset (7).
  • the holding devices can be design-specific or convertible.

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Abstract

Derzeitige selbstreferenzierende Headtracker schränken bauartbedingt (kabelgebunden, schwer, voluminös) Bewegungsfreiheit, Tragekomfort und Akzeptanz des Benutzers ein. Die Integration eines miniaturisierten und um Sendeeinheit und Akkumulator erweiterten selbstreferenzierenden Headtrackers in einen Ohrbügel ermöglicht das bequeme, unauffällige Tragen hinter einem Ohr bei einem Bewegungsfreiraum, der lediglich durch die maximale Signalübertragungsstrecke begrenzt wird. Durch die Ausführungsform eignet sich der Headtracker gleichermaßen als interaktives Steuergerät, wie zur allgemeinen Erfassung der Kopfposition und/oder Blickrichtung für Virtual Reality Anwendungen.

Description

Beschreibung
Autonomes, selbstreferenzierendes Headtracking-Modul
Ein Motiontracker [engl.: Bewegungsverfolger] ist ein technisches Gerät zur Erfassung der veränderlichen räumlichen Position und Rotation von Objekten. Headtracking ist der allgemein verwendete Begriff für die Erfassung von Kopfbewegungen, und als Headtracker werden die dafür vorgesehenen Geräte bzw. Systeme bezeichnet. Je nach Ausführung und Anwendung registrieren Headtracker von zwei rotatorischen Bewegungen des Kopfes bis zu sechs Bewegungsfreiheitsgrade [degrees of freedom, DOF].
Headtracker finden unter anderem Anwendung
• als Computermausersatz für motorisch eingeschränkte Personen,
• in Virtual-Reality-[VR]-Anwendungen, wo anderenfalls das Tragen einer VR-Brille [Head mounted device, HMD] zur sogenannten 'Cyber-Sickness' führen kann, einem Schwindelgefühl oder Unwohlsein aufgrund der Tatsache, dass die vorgespiegelte virtuelle Umwelt trotz einer Bewegung des Kopfes starr bleibt.
Headtracker könnten darüber hinaus geeignet sein • als ergänzende Benutzerschnittstelle, sodass statt häufigem Wechsel zwischen Maus und Tastatur die Hände weitgehend auf der Tastatur verbleiben können,
• bei vollständig maus- und tastaturloser Bedienung eines Computers mittels Sprachsteuerung,
• für Surround-Sound-Anwendungen.
Für eine über Spezialanwendungen hinausgehende breite Akzeptanz von Headtrackern als Benutzer- schnittstelie zu Computern ist es notwendig, dass diese
• unter vielfältigen Umgebungsbedingungen störsicher funktionieren,
• den natürliche Bewegungsspielraum nicht einschränken,
• bequem und unauffällig getragen werden können, • preisgünstig sind.
Diese Anforderungen werden mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen erfüllt.
Für die oben genannten Anwendungsgebiete sind autonome selbstreferenzierende Motiontracker [seif tracking, sourceless motion tracking] besonders geeignet, da sie keine expliziten äußeren Referenzquellen benötigen, also nicht aufgrund der Technik einer örtlichen Beschränkung unterworfen sind, eine relativ hohe Auflösung ermöglichen und unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen sind. Typischerweise kommen hier Beschleunigungs- (Inertial-), Neigungs-, Magnetfeld- (Magnetometer) und/oder Kreiselsensoren (Gyroskope) zum Einsatz (z. B. DE10192575 T1). Selbstreferenzierenden Motiontrackern stehen gegenüber:
• Externe (der Bewegung nicht unterworfene) Sensoren, welche Position und Ausrichtung von Referenzquellen, die am beweglichen Objekt befestigt sind, erfassen. Zur Anwendung kommen etwa optische, akustische, oder elektromagnetische Sensoren.
• Bewegungsfolgende (am beweglichen Objekt befestigte) Sensoren, welche die Position fixer externer Referenzpunkte erfassen. Dies entspricht im Wesentlichen der vorstehenden Technik.
• Mechanische Systeme, in denen Winkelsensoren die Auslenkung von Hebelarmen messen, die am beweglichen Objekt befestigt sind. • Videogestützte Systeme, in denen eine Bildverarbeitung die Daten einer externen Videokamera auswertet.
Derzeitige selbstreferenzierende Headtracker sind in der Regel kabelgebunden und schränken dadurch Bewegungsfreiheit und Tragekomfort ein. Sie sind entweder in einem Helm integriert, oder erfordern bauartbedingt das Tragen von Kopfbügeln, oder Stirnbändern. Andere sind darauf optimiert, auf VR-Brillen gesetzt zu werden, und sind somit ohne Trägermedium nicht benutzbar.
Die dem Schutzanspruch 1 zugrunde liegende Erfindung ermöglicht das bequeme Tragen eines autonomen selbstreferenzierenden Headtrackers (1) am oder hinter einem Ohr bei einem Bewegungs- freiraum, der lediglich durch die maximale Signalübertragungsstrecke begrenzt wird.
Hierzu wird die eigentliche Tracking-Einheit um einen kabellosen Sender erweitert und das Gerät (1) mit Akkumuiator(en) betrieben. Die Sensorik erlaubt mindestens das Erfassen der zwei rotatorischen Freiheitsgrade Nicken [pitch] (11) und Gieren [yaw] (12), wird aber sinnvollerweise um die Detektion der Rollbewegung [roll] (13) ergänzt und kann im universellsten Fall auch translatorische Bewegungen (14) des Kopfes ermitteln. Ein hier nicht näher spezifiziertes Empfangsmodul wandelt den eingehenden Datenstrom zu Positions- und Richtungsdaten für eine VR-Anwendung, oder zu bewegungsäquivalenten Mausprotokolldaten für herkömmliche 2D-Anwendungen.
Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in den Zeichnungen Fig. 2 bis Fig. 8 dargestellt. Dabei zeigt:
Fig. 2 den möglichen Aufbau des Gerätes (1) exemplarisch für 3 DOF bestehend aus: lnertialsensor(en) und/oder Magnetfeldsensor (21 ,22), Elektronik für einen Funksender im ISM-Band für 433,92Mhz (23), Ein-/Ausschalter (24), Akkumulatoren (25), Antenne (hier Leiterbahn-schleife) (26), Ladekabelbuchse (27) Fig. 3-8 verschiedene Tragemöglichkeiten und Haltevorrichtungen, wie: das Tragen am Ohr (Fig. 4) oder hinter dem Ohr (Fig. 3) mit einem offenen (2) oder geschlossenen Ohrbügel (4), einem Ohrclip (5) sowie der Befestigung an einem Brillenbügel (6) oder an einer Hör-/ Sprechgarnitur [Headset] (7). Die Haltevorrichtungen können dabei ausführungsspezifisch sein oder umrüstbar.

Claims

Seh utzansprüche
1. Ein autonomes, selbstreferenzierendes Headtracking-Modul dadurch gekennzeichnet, dass Akkumulator und Sendeeinheit einen kabellosen Betrieb erlauben und ein integrierter Bügel oder Clip das komfortable Tragen an oder hinter einem Ohr ermöglicht.
2. Ein Headtracking-Modul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, maximal sechs Bewegungsfreiheitsgrade erfasst werden.
3. Ein Headtracking-Modul nach vorgenannten Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass außer natürlichen Bezugsgrößen (Gravitation, Erdmagnetfeld) keine externen Referenzquellen benötigt werden.
4. Ein Headtracking-Modul nach vorgenannten Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass optional Tragbügel oder Clip für die Befestigung an einem Brillengestell oder einer Hör-/ Sprechgarnitur vorgesehen sind.
5. Ein Headtracking-Modul nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass durch Aus- und Einklappen des Tragbügels das Modul ein- bzw. abgeschaltet wird.
PCT/DE2005/000924 2004-05-22 2005-05-20 Autonomes, selbstreferenzierendes headtracking-modul WO2005114366A1 (de)

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