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.