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CN106226903A - 一种虚拟现实头戴设备 - Google Patents

一种虚拟现实头戴设备 Download PDF

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CN106226903A
CN106226903A CN201610624477.6A CN201610624477A CN106226903A CN 106226903 A CN106226903 A CN 106226903A CN 201610624477 A CN201610624477 A CN 201610624477A CN 106226903 A CN106226903 A CN 106226903A
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彭顺德
李小琳
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Abstract

本发明具体涉及一种虚拟现实头戴设备，包括头戴件、处理器及分别与处理器电连接的无线信号收发模块、姿态检测电路、骨传导音频电路、存储器、眼部按摩电路及左眼显示屏和右眼显示屏，其中，眼部按摩电路包括计时器和五个电刺激部，处理器每间隔预设时段向电刺激部输出电脉冲信号和/或制热信号；无线信号收发模块与虚拟现实主机无线连接；姿态检测电路包括三轴陀螺仪、加速度计和磁力仪；骨传导音频电路包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍上的骨传导振动器。本发明的技术方案，能解决现有技术中虚拟现实头戴设备无法供有听力障碍或双耳失聪的残疾人使用及无法实现沉浸式声音效果的问题及无法缓解用户长时间佩戴后所带来的眼睛疲劳的问题。

Description

一种虚拟现实头戴设备
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实头戴设备。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该模拟环境中。
现有的虚拟现实头戴设备将游戏APP安装在手机端，用户戴上VR眼镜后，通过手机获取用户头部运动信息，并用手机的CPU和GPU上完成计算和渲染，例如：SamSung Gear VR，Google Cardboard。其缺点是受到手机性能的影响，无法实现具有复杂场景和计算的游戏，图像质量较差。
另外，现有技术中的虚拟现实头戴设备的声音播放都是通过安装在虚拟现实眼镜或虚拟现实头盔中的音频播放装置实现的，音频播放装置用于根据接收的音视频信号中的音频信号播放与虚拟现实场景相配合的声音。现有技术中的虚拟现实头戴设备是基于空气传播及耳膜振动的原理实现声音传递的，但这使得有听力障碍或双耳失聪的残疾人无法使用现有技术中的这种虚拟现实设备。
在正常情况下，声波通过空气传导、骨传导两条路径传入内耳，然后由耳的内、外淋巴液产生振动，螺旋器完成感音过程，随后听神经产生神经冲动，呈递给听觉中枢，大脑皮层综合分析后，最终听到声音。声音通过头骨，颌骨也能传到听觉神经，引起听觉，科学中把声音的这种传导方式叫做骨传导。例如：音乐家贝多芬耳聋后，就是用牙咬住木棒的一端，另一端顶在钢琴上来听自己演奏的琴声，从而继续进行创作的；生活在海洋里的蛇是通过下颚骨获取在水中声音的振动然后传到耳朵。因此，为解决现有技术中虚拟现实设备无法供有听力障碍或双耳失聪的残疾人使用的缺陷，亟需一款基于骨传导原理实现的虚拟现实头戴设备。
再者，由于现有技术中音频播放装置都是安装在虚拟现实头戴设备的固定位置，一般位于用户额头侧面或者额头的前上方，声音都是从固定位置传播到用户耳朵里，对用户体验来说，无法实现环绕立体声的音响效果，声音的沉浸感不强，这与画面沉浸感很强的虚拟现实场景来说，极不匹配。
另外，经研究表明，虚拟现实的用户长时间佩戴虚拟实现头戴设备后，容易出现眩晕、眼花等不良反应并感到眼睛疲劳，但虚拟现实游戏一般都持续时间较长，对于利用虚拟现实头戴设备体验虚拟现实游戏的用户来说，长时间佩戴后用户体验会降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种虚拟现实头戴设备，解决现有技术中：一、虚拟现实头戴设备受手机性能的影响，无法实现复杂场景游戏的渲染，图像质量较差的问题；二、虚拟现实头戴设备无法供有听力障碍或双耳失聪的残疾人使用及无法实现沉浸式声音效果的问题；三、虚拟现实头戴设备无法缓解用户长时间佩戴后所带来的眼睛疲劳的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种虚拟现实头戴设备，包括头戴件、处理器及分别与所述处理器电连接的无线信号收发模块、姿态检测电路、骨传导音频电路、存储器、眼部按摩电路及左眼显示屏和右眼显示屏，其中，
所述头戴件包括眼部件、绑带和弧形头箍，其中，所述绑带分别与所述眼部件和弧形头箍连接，用于将所述眼部件固定在用户的鼻翼上方，将所述弧形头箍固定在用户的颅骨上；所述左眼显示屏设置在所述眼部件上对应用户左眼的位置，所述右眼显示屏设置在所述眼部件上对应用户右眼的位置；
所述眼部按摩电路包括分别与所述处理器电连接的计时器和五个电刺激部，其中，所述五个电刺激部包括：设置在所述眼部件上分别对应用户左右太阳穴位置处的第一电刺激部和第二电刺激部；设置在所述眼部件上对应用户天目穴位置处的第二电刺激部；设置在所述眼部件上分别对应用户左右晴明穴位置处的第三电刺激部和第四电刺激部；任一所述电刺激部包括依次叠放的电极片、发热片及包覆在所述发热片和电极片外的导电硅胶片；所述处理器用于每间隔预设时段向所述电刺激部输出电脉冲信号和/或制热信号；
所述无线信号收发模块与虚拟现实主机无线连接；所述姿态检测电路设置在所述眼部件内，包括三轴陀螺仪、加速度计和磁力仪，所述姿态检测电路用于检测用户头部运动的状态变化信息，发送给所述处理器，以使所述处理器控制所述无线信号收发模块向虚拟现实主机发送包含用户头部运动的状态变化信息的数据包，以使所述虚拟现实主机根据用户头部运动的状态变化信息，渲染虚拟现实图像；所述无线信号收发模块用于接收虚拟现实主机发送的包含所述虚拟现实图像信息的音视频信号，发送给所述处理器和存储器，以使所述处理器向所述骨传导音频电路输出所述虚拟现实场景的音频信号，向所述左眼显示屏和右眼显示屏输出所述虚拟现实场景的视频信号，并使所述存储器缓存所述音频信号和视频信号；
所述骨传导音频电路包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍上的骨传导振动器，所述多个骨传导振动器用于根据所述处理器输出的音频信号中所包含的声道信息控制所述多个骨传导震动器产生不同频率和幅度的振动。
优选地，所述骨传导音频电路还包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍上的骨振动传感器，所述骨振动传感器用于检测用户颅骨的振动信号，输出给所述处理器，以使所述处理器根据所述骨振动传感器输出的振动信号，控制所述左眼显示屏和右眼显示屏显回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像。
优选地，当左眼显示屏和右眼显示屏回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像时，处理器还用于根据当前显示的虚拟现实图像帧序号，读取存储器中对应所述虚拟现实图像帧序号的音频文件，并根据所述音频文件中所包含的音频信号控制所述多个骨传导振动器的振动频率。
优选地，所述处理器还用于根据所述骨振动传感器输出的振动信号，控制所述多个骨传导振动器的振动幅度。
优选地，所述处理器还用于根据所述骨振动传感器输出的振动信号，向所述电刺激部输出不同频率和幅度的电脉冲信号和/或制热信号。
优选地，所述眼部件上设有与所述处理器电连接的电源开关按键、回放/快进按键和音量调节按键。
优选地，所述左眼显示屏和右眼显示屏为TFT液晶显示屏、LED显示屏和OLED显示屏中的任一种。
优选地，所述无线信号收发模块为3G/4G模块、WI-FI模块、蓝牙模块、ZigBee模块和RF模块中的一种或两种以上的组合。
本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
由上述技术方案可知，本发明提供的这种虚拟现实头戴设备自带处理器，处理器能够将姿态检测电路检测的用户头部运动状态变化信息，通过无线信号收发模块发送给虚拟现实主机，向虚拟现实主机请求与用户头部运动状态变化信息相匹配的虚拟现实图像，虚拟现实主机将虚拟现实图像渲染后通过无线信号收发模块发送给处理器，处理器控制左眼显示屏和右眼显示屏进行虚拟现实图像的显示，本发明提供的这种虚拟现实头戴设备，由于自带处理器且实现了虚拟现实图像的渲染和显示的分离，能够解决现有技术中虚拟现实头戴设备受手机性能的影响，无法实现复杂场景游戏的渲染，图像质量较差的问题。
另外，由于本发明提供的这种虚拟现实头戴设备包括骨传导音频电路，骨传导音频电路包括多个均匀等距地设置在弧形头箍上的骨传导振动器，当处理器通过无线信号收发模块接收到虚拟现实主机发送的虚拟现实音视频信号后，能够根据音视频信号中所包含的声道信息控制多个骨传导震动器产生不同频率和幅度的振动，从而播放与虚拟现实图像相匹配的环绕立体声，让用户体验到沉浸式声音效果。另外，由于本发明提供的这种虚拟现实头戴设备通过颅骨传播的声音是经过喉管与耳朵之间的骨头直接到达内耳的，因此能供有听力障碍或双耳失聪的残疾人使用，能解决现有技术中有听力障碍或双耳失聪的残疾人无法体验虚拟现实头戴设备的问题。
再者，由于本发明提供的这种虚拟现实头戴设备包括眼部按摩电路，眼部按摩电路包括分别与处理器电连接的计时器和五个电刺激部，其中，五个电刺激部分别设置在用户眼部的五个关键穴位处，处理器每间隔预设时段向电刺激部输出电脉冲信号和/或制热信号，可以帮助用户缓解眼部疲劳，提升用户的使用体验。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种虚拟现实头戴设备的侧视图；
图2为本发明一实施例提供的一种虚拟现实头戴设备的电路框图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
参见图1和图2，本实施例提供的一种虚拟现实头戴设备，包括头戴件、处理器100及分别与所述处理器100电连接的无线信号收发模块101、姿态检测电路102、骨传导音频电路103、存储器104、眼部按摩电路105及左眼显示屏106和右眼显示屏107，其中，
所述头戴件包括眼部件1、绑带2和弧形头箍3，其中，所述绑带2分别与所述眼部件1和弧形头箍3连接，用于将所述眼部件1固定在用户的鼻翼上方，将所述弧形头箍3固定在用户的颅骨上；所述左眼显示屏106设置在所述眼部件1上对应用户左眼的位置，所述右眼显示屏107设置在所述眼部件1上对应用户右眼的位置；
所述眼部按摩电路105包括分别与所述处理器100电连接的计时器和五个电刺激部，其中，所述五个电刺激部包括：设置在所述眼部件1上分别对应用户左右太阳穴位置处的第一电刺激部和第二电刺激部1051；设置在所述眼部件1上对应用户天目穴位置处的第二电刺激部；设置在所述眼部件1上分别对应用户左右晴明穴位置处的第三电刺激部和第四电刺激部；任一所述电刺激部包括依次叠放的电极片、发热片及包覆在所述发热片和电极片外的导电硅胶片；所述处理器100用于每间隔预设时段向所述电刺激部输出电脉冲信号和/或制热信号；
所述无线信号收发模块101与虚拟现实主机无线连接；所述姿态检测电路102设置在所述眼部件内，包括三轴陀螺仪、加速度计和磁力仪，所述姿态检测电路102用于检测用户头部运动的状态变化信息，发送给所述处理器100，以使所述处理器100控制所述无线信号收发模块101向虚拟现实主机发送包含用户头部运动的状态变化信息的数据包，以使所述虚拟现实主机根据用户头部运动的状态变化信息，渲染虚拟现实图像；所述无线信号收发模块101用于接收虚拟现实主机发送的包含所述虚拟现实图像信息的音视频信号，发送给所述处理器100和存储器104，以使所述处理器100向所述骨传导音频电路103输出所述虚拟现实场景的音频信号，向所述左眼显示屏106和右眼显示屏107输出所述虚拟现实场景的视频信号，并使所述存储器104缓存所述音频信号和视频信号；
所述骨传导音频电路103包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍3上的骨传导振动器，所述多个骨传导振动器用于根据所述处理器100输出的音频信号中所包含的声道信息控制所述多个骨传导震动器产生不同频率和幅度的振动。
由上述技术方案可知，本发明提供的这种虚拟现实头戴设备自带处理器，处理器能够将姿态检测电路检测的用户头部运动状态变化信息，通过无线信号收发模块发送给虚拟现实主机，向虚拟现实主机请求与用户头部运动状态变化信息相匹配的虚拟现实图像，虚拟现实主机将虚拟现实图像渲染后通过无线信号收发模块发送给处理器，处理器控制左眼显示屏和右眼显示屏进行虚拟现实图像的显示，本发明提供的这种虚拟现实头戴设备，由于自带处理器且实现了虚拟现实图像的渲染和显示的分离，能够解决现有技术中虚拟现实头戴设备受手机性能的影响，无法实现复杂场景游戏的渲染，图像质量较差的问题。
另外，由于本发明提供的这种虚拟现实头戴设备包括骨传导音频电路，骨传导音频电路包括多个均匀等距地设置在弧形头箍上的骨传导振动器，当处理器通过无线信号收发模块接收到虚拟现实主机发送的虚拟现实音视频信号后，能够根据音视频信号中所包含的声道信息控制多个骨传导震动器产生不同频率和幅度的振动，从而播放与虚拟现实图像相匹配的环绕立体声，让用户体验到沉浸式声音效果。另外，由于本发明提供的这种虚拟现实头戴设备通过颅骨传播的声音是经过喉管与耳朵之间的骨头直接到达内耳的，因此能供有听力障碍或双耳失聪的残疾人使用，能解决现有技术中有听力障碍或双耳失聪的残疾人无法体验虚拟现实头戴设备的问题。
再者，由于本发明提供的这种虚拟现实头戴设备包括眼部按摩电路，眼部按摩电路包括分别与处理器电连接的计时器和五个电刺激部，其中，五个电刺激部分别设置在用户眼部的五个关键穴位处，处理器每间隔预设时段向电刺激部输出电脉冲信号和/或制热信号，可以帮助用户缓解眼部疲劳，提升用户的使用体验。
优选地，所述骨传导音频电路103还包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍上的骨振动传感器，所述骨振动传感器用于检测用户颅骨的振动信号，输出给所述处理器100，以使所述处理器100根据所述骨振动传感器输出的振动信号，控制所述左眼显示屏106和右眼显示屏107显回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像。
本发明提供的这种虚拟现实头戴设备可以通过接收颅骨的振动信号来识别用户的语音指令，由于骨传导损耗低，敏感度高，因此在用户说话音量很小的情况下也能够清楚地识别用户的语音指令，通过特定的语音指令，例如：回放！或快进！控制左眼显示屏和右眼显示屏显回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像。
优选地，当左眼显示屏106和右眼显示屏107回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像时，处理器100还用于根据当前显示的虚拟现实图像帧序号，读取存储器104中对应所述虚拟现实图像帧序号的音频文件，并根据所述音频文件中所包含的音频信号控制所述多个骨传导振动器的振动频率。
优选地，所述处理器100还用于根据所述骨振动传感器输出的振动信号，控制所述多个骨传导振动器的振动幅度。
可以理解的是，当用户发出特定的语音指令，例如：音量调大！或音量调小！，用户的颅骨振动频率会发生改变，处理器能够根据振动频率的变化实现对用户语音指令的识别，从而控制多个骨传导振动器的振动幅度，实现音量的调节。
优选地，所述处理器100还用于根据所述骨振动传感器输出的振动信号，向所述电刺激部输出不同频率和幅度的电脉冲信号和/或制热信号。
可以理解的是，当用户发出特定的语音指令，例如：眼部按摩！或眼部加热按摩！，用户的颅骨振动频率会发生改变，处理器能够根据振动频率的变化实现对用户语音指令的识别，从而控制电刺激部中的电极片振动或控制电刺激部中的电极片振动的同时，控制发热片发热。另外，也可以根据用户发出的特定语音指令，例如：按摩力度加大！或加热力度加大！，处理器控制电刺激部中的电极片振动幅度加大或控制发热片发热温度升高。
需要说明的是，上述特定的语音指令皆提前预存在与所述处理器电连接的存储器中。处理器接收到骨振动传感器输出的振动信号后，会先将振动信号转换为语音信号，并将转换后的语音信号与存储器中预存的语音指令进行匹配，从而实现对用户语音指令的识别。
优选地，所述眼部件1上设有与所述处理器100电连接的电源开关按键、回放/快进按键和音量调节按键。
可以理解的是，对于聋哑人，回放/快进按键和音量调节按键的设置，可以帮助他们进行虚拟现实图像的回放或快进，音量大小的调节。
优选地，所述左眼显示屏106和右眼显示屏107为TFT液晶显示屏、LED显示屏和OLED显示屏中的任一种。
优选地，所述无线信号收发模块101为3G/4G模块、WI-FI模块、蓝牙模块、ZigBee模块和RF模块中的一种或两种以上的组合。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种虚拟现实头戴设备，其特征在于，包括头戴件、处理器及分别与所述处理器电连接的无线信号收发模块、姿态检测电路、骨传导音频电路、存储器、眼部按摩电路及左眼显示屏和右眼显示屏，其中，
所述头戴件包括眼部件、绑带和弧形头箍，其中，所述绑带分别与所述眼部件和弧形头箍连接，用于将所述眼部件固定在用户的鼻翼上方，将所述弧形头箍固定在用户的颅骨上；所述左眼显示屏设置在所述眼部件上对应用户左眼的位置，所述右眼显示屏设置在所述眼部件上对应用户右眼的位置；
所述眼部按摩电路包括分别与所述处理器电连接的计时器和五个电刺激部，其中，所述五个电刺激部包括：设置在所述眼部件上分别对应用户左右太阳穴位置处的第一电刺激部和第二电刺激部；设置在所述眼部件上对应用户天目穴位置处的第二电刺激部；设置在所述眼部件上分别对应用户左右晴明穴位置处的第三电刺激部和第四电刺激部；任一所述电刺激部包括依次叠放的电极片、发热片及包覆在所述发热片和电极片外的导电硅胶片；所述处理器用于每间隔预设时段向所述电刺激部输出电脉冲信号和/或制热信号；
所述无线信号收发模块与虚拟现实主机无线连接；所述姿态检测电路设置在所述眼部件内，包括三轴陀螺仪、加速度计和磁力仪，所述姿态检测电路用于检测用户头部运动的状态变化信息，发送给所述处理器，以使所述处理器控制所述无线信号收发模块向虚拟现实主机发送包含用户头部运动的状态变化信息的数据包，以使所述虚拟现实主机根据用户头部运动的状态变化信息，渲染虚拟现实图像；所述无线信号收发模块用于接收虚拟现实主机发送的包含所述虚拟现实图像信息的音视频信号，发送给所述处理器和存储器，以使所述处理器向所述骨传导音频电路输出所述虚拟现实场景的音频信号，向所述左眼显示屏和右眼显示屏输出所述虚拟现实场景的视频信号，并使所述存储器缓存所述音频信号和视频信号；
所述骨传导音频电路包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍上的骨传导振动器，所述多个骨传导振动器用于根据所述处理器输出的音频信号中所包含的声道信息控制所述多个骨传导震动器产生不同频率和幅度的振动。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，所述骨传导音频电路还包括多个均匀等距地设置在所述弧形头箍上的骨振动传感器，所述骨振动传感器用于检测用户颅骨的振动信号，输出给所述处理器，以使所述处理器根据所述骨振动传感器输出的振动信号，控制所述左眼显示屏和右眼显示屏显回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像。
3.根据权利要求2所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，当左眼显示屏和右眼显示屏回放到上一帧虚拟现实图像或快进到下一帧虚拟现实图像时，处理器还用于根据当前显示的虚拟现实图像帧序号，读取存储器中对应所述虚拟现实图像帧序号的音频文件，并根据所述音频文件中所包含的音频信号控制所述多个骨传导振动器的振动频率。
4.根据权利要求2所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，所述处理器还用于根据所述骨振动传感器输出的振动信号，控制所述多个骨传导振动器的振动幅度。
5.根据权利要求2所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，所述处理器还用于根据所述骨振动传感器输出的振动信号，向所述电刺激部输出不同频率和幅度的电脉冲信号和/或制热信号。
6.根据权利要求2～5任一项所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，所述眼部件上设有与所述处理器电连接的电源开关按键、回放/快进按键和音量调节按键。
7.根据权利要求1所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，所述左眼显示屏和右眼显示屏为TFT液晶显示屏、LED显示屏和OLED显示屏中的任一种。
8.根据权利要求1所述的虚拟现实头戴设备，其特征在于，所述无线信号收发模块为3G/4G模块、WI-FI模块、蓝牙模块、ZigBee模块和RF模块中的一种或两种以上的组合。
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