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TWI492096B - 立體影像互動系統及其位置偏移補償方法 - Google Patents

立體影像互動系統及其位置偏移補償方法 Download PDF

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TWI492096B
TWI492096B TW099137370A TW99137370A TWI492096B TW I492096 B TWI492096 B TW I492096B TW 099137370 A TW099137370 A TW 099137370A TW 99137370 A TW99137370 A TW 99137370A TW I492096 B TWI492096 B TW I492096B
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TW
Taiwan
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interactive
stereoscopic image
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TW099137370A
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TW201218020A (en
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Pin Chou Huang
Wen Hung Liao
Kai Chieh Chang
Chia Yang Lee
Wen Pin Chen
Meng Ying Hsieh
Original Assignee
Au Optronics Corp
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Publication date
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Priority to US13/156,803 priority patent/US8674980B2/en
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Description

立體影像互動系統及其位置偏移補償方法
本發明是有關於一種立體影像互動系統及其位置偏移補償方法，且特別是有關於一種根據使用者實際位置與預設位置間之偏移量修正互動觸發位置之立體影像互動系統及其位置偏移補償方法。
請參閱圖1，其繪示出使用者與習知立體影像互動系統之互動示意圖。如圖1所示，習知之立體影像互動系統10(例如3D互動遊戲系統)主要包括播放與互動裝置12，用以產生立體影像。在立體影像顯示技術中，實際使用者15須透過一個3D眼鏡(未示出)才能觀測出播放與互動裝置12所產生之立體影像。再者，在習知立體影像互動系統10中，實際使用者15須透過一個由播放與互動裝置12所產生之虛擬使用者14而與播放與互動裝置12所產生之立體影像產生互動。也就是說，實際使用者15是經由手中之遙控器(或其它控制或定位裝置)16來控制虛擬使用者14，進而達成與播放與互動裝置12所產生之立體影像產生互動。由於實際使用者15無法與播放與互動裝置12所產生之立體影像直接產生互動，也造成實際使用者15無法產生身歷其境的感覺。
為了使使用者能與立體影像直接互動而產生更具身歷其境的感覺，現今之立體影像互動系統皆配置有偵測裝置，用以根據使用者在某一立體影像中的行為來產生相對應之回饋互動動作。請參閱圖2，其繪示出使用者與現今立體影像互動系統之互動示意圖。如圖2所示，立體影像互動系統20主要包括播放與互動裝置22與偵測裝置24，其中，偵測裝置24信號耦接至播放與互動裝置22。再者，一般立體影像互動系統皆設定有預設位置，使用者若在預設位置上與立體影像互動系統互動，則可得到較佳的互動效果。如圖2所示，立體影像互動系統20之預設位置設置於播放與互動裝置22之前方的互動座標系統26之P(X0 ，Y0 ，Z0 )處，其中Z0 為此預設位置P與播放與互動裝置22之前後距離。當使用者處於預設位置P(X0 ，Y0 ，Z0 )而與立體影像互動系統20的某一立體影像產生互動時，偵測裝置24則可根據使用者在預設位置P(X0 ，Y0 ，Z0 )的行為，使得立體影像互動系統20產生相對應之回饋互動動作。
在立體影像顯示技術中，即使使用者並非處於預設位置P(X0 ，Y0 ，Z0 )，使用者依舊可觀測出相同的立體影像。舉例來說，如圖2所示，假設使用者實際處於互動座標系統26之Q(X1 ，Y1 ，Z1 )處，則使用者在位置Q(X1 ，Y1 ，Z1 )所觀測出播放與互動裝置22所產生的立體影像除了會產生不同程度之剪性失真(shear distortion)外，基本上與使用者處在預設位置P(X0 ，Y0 ，Z0 )在同一時間點上所觀測出的立體影像並無太大不同。然而，當使用者處在位置Q(X1 ，Y1 ，Z1 )而與立體影像互動系統20的某一立體影像產生互動時，立體影像互動系統20卻是根據使用者在預設位置P(X0 ，Y0 ，Z0 )處的行為而產生相對應之回饋互動動作，這將造成立體影像互動系統20無法正常運作。
本發明的目的是在提供一種立體影像互動系統及其位置偏移補償方法，使立體影像互動系統正確地判斷使用者在其實際位置上之行為。
本發明實施例提出一種位置偏移補償方法，應用於使用者與立體影像互動系統之間，包含下列步驟：播放立體影像並於互動座標系統中根據預設位置而設定有互動觸發位置；偵測使用者與預設位置間的偏移量；以及根據偏移量而重新設定互動座標系統中之互動觸發位置。
在本發明的較佳實施例中，上述之位置偏移補償方法更包含下列步驟：因應使用者驅動物件通過互動座標系統中互動觸發位置之動作而觸發立體影像互動系統產生回饋互動動作。
在本發明的較佳實施例中，上述之重新設定互動觸發位置之方法包含下列步驟：根據偏移量之方向來決定於互動座標系統中重新設定互動觸發位置所需移動之方向；以及根據偏移量之大小來決定於互動座標系統中重新設定互動觸發位置所需移動之距離。
在本發明的較佳實施例中，上述之位置偏移補償方法更包含下列步驟：根據偏移量而重新設定播放立體影像所需之立體成像座標。
在本發明的較佳實施例中，上述之重新設定立體成像座標之方法包含下列步驟：根據偏移量之方向來決定立體成像座標移動之方向；以及根據偏移量之大小來決定立體成像座標移動之距離。
本發明實施例提出一種立體影像互動系統，用於與使用者產生互動，立體影像互動系統包含：播放與互動裝置，用以播放立體影像並於互動座標系統中根據預設位置而設定有互動觸發位置；偵測器，偵測並輸出使用者與預設位置間的偏移量；以及運算補償單元，信號連接至偵測器與播放與互動裝置，用以接收偏移量並根據偏移量而重新設定互動座標系統中之互動觸發位置。
在本發明的較佳實施例中，上述之播放與互動裝置因應使用者驅動物件通過互動座標系統中互動觸發位置之動作而產生回饋互動動作。
在本發明的較佳實施例中，上述之運算補償單元根據偏移量之方向來決定於互動座標系統中重新設定互動觸發位置所需移動之方向，以及根據偏移量之大小來決定於互動座標系統中重新設定互動觸發位置所需移動之距離。
在本發明的較佳實施例中，上述之補償單元根據偏移量而重新設定播放立體影像所需之立體成像座標。
在本發明的較佳實施例中，上述之補償單元根據偏移量之方向來決定立體成像座標移動之方向，以及根據偏移量之大小來決定立體成像座標移動之距離。
本發明實施例提出一種位置偏移補償裝置，應用於使用者與立體影像互動系統之間，立體影像互動系統用以播放立體影像並於互動座標系統中根據預設位置而設定有互動觸發位置，而位置偏移補償裝置包含：偵測器，偵測並輸出使用者與預設位置間的偏移量；以及運算補償單元，信號連接至偵測器與立體影像互動系統，用以接收偏移量並根據偏移量而重新設定互動座標系統中之互動觸發位置。
在本發明的較佳實施例中，上述之播放與互動裝置因應使用者驅動物件通過互動座標系統中互動觸發位置之動作而產生回饋互動動作。
在本發明的較佳實施例中，上述之運算補償單元根據偏移量之方向來決定於互動座標系統中重新設定互動觸發位置所需移動之方向，以及根據偏移量之大小來決定於互動座標系統中重新設定互動觸發位置所需移動之距離。
在本發明的較佳實施例中，上述之運算補償單元根據偏移量而重新設定播放立體影像所需之立體成像座標。
在本發明的較佳實施例中，上述之運算補償單元根據偏移量之方向來決定立體成像座標移動之方向，以及根據偏移量之大小來決定立體成像座標移動之距離。
本發明因根據使用者實際所處位置與預設所處位置間之偏移量來補償互動觸發位置，使得本發明可準確地判斷使用者在實際所處位置對補償後之互動觸發位置上所發生之行為，進而產生相對應之回饋動作。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
為方便說明本發明，將以在某一立體影像中，立體影像互動系統被設計為顯示某一虛像球由播放與互動裝置射向使用者，若立體影像互動系統偵測出使用者能準確回擊射向自己的虛像球，則立體影像互動系統產生相對應之回饋互動動作，例如將虛像球由使用者反射至播放與互動裝置為例。
請參閱圖3，其繪示出使用者與本發明之立體影像互動系統之互動示意圖。如圖3所示，本發明之立體影像互動系統30主要包括播放與互動裝置32、偵測裝置34與運算補償單元44，其中，運算補償單元44信號耦接至偵測裝置34與播放與互動裝置32。再者，播放與互動裝置32用以產生立體影像；偵測裝置34用以偵測使用者之實際位置。再者，假設本發明之立體影像互動系統30在將虛像球射向使用者A的立體影像中，其原本假定使用者A之位置在互動座標系統36位置A(XA ，Y，Z)處。再者，使用者A其所觀測到的射向自己的虛像球38是由播放與互動裝置32上之實像球50所產生，更進一步的說，虛像球38是3D成像，且是由播放與互動裝置32上所顯示具有像差之兩個具有實像球50之影像所產生，且使用者A所觀測到的虛像球38以虛像球38與實像球50間所產生之向量(未示出)的方向射向自己。
在使用者A與立體影像互動系統30互動過程中，對使用者A來說，當虛像球38在某一特定時間T1其在互動座標系統36中位置為A’(XA` ，Y’，Z’)時，使用者A將以手或手中之球拍(或對應遊戲之相關感應器，未示出)揮向虛像球38，以達成對虛像球38的回擊。對立體影像互動系統30來說，當偵測裝置34在時間T1偵測出使用者的手或其手中之球拍(或對應遊戲之相關感應器)之位置為互動觸發位置(在本例中即為A’(XA` ，Y’，Z’))時，則立體影像互動系統30判斷使用者在時間T1準確地回擊虛像球，此時立體影像互動系統30即根據偵測出使用者的手或其手中之球拍(或對應遊戲之相關感應器)在時間T1處於互動觸發位置(A，(XA` ，Y’，Z’)之結果產生相對應之回饋互動動作，例如藉由播放與互動裝置32上之實像球50將其產生之虛像球由使用者方向反射至播放與互動裝置32。
如前所述，在立體影像顯示技術中，即使使用者處於互動座標中不同位置，位於不同位置之使用者皆會觀測出基本相同的立體影像。如圖3所示，假設在將虛像球射向使用者的立體影像中，使用者之實際位置在互動座標系統36中為B(XB ，Y，Z)而非立體影像互動系統30原本假設的A(XA ，Y，Z)。對使用者B(位於B(XB ，Y，Z))來說，其在時間T1所觀測到的虛像球42之位置為B’(XB` ，Y’，Z’)並以虛像球42與實像球50所產生之向量(未示出)的方向射向自己。為了避免習知之問題，即在時間T1使用者B以手或手中之球拍(或對應遊戲之相關感應器)揮向虛像球42而自以為成功地回擊虛像球42，此時立體影像互動系統30卻仍以A’(XA` ，Y’，Z’)作為互動觸發位置進而造成立體影像互動系統30無法正常運作，在本發明之立體影像互動系統30中，將以預設之位置A(XA ，Y，Z)與偵測裝置34所偵測出使用者實際之位置B(XB ，Y，Z)間之偏移量，經由運算補償單元44將互動觸發位置由原本預設之A’(XA` ，Y’，Z’)修正至B’(XB` ，Y’，Z’)，以達成對互動觸發位置之補償，使得本發明之立體影像互動系統30能成功地判斷使用者在不同位置上與立體影像之互動。
請參閱圖4，其繪示出立體影像顯示技術之成像示意圖。如圖4所示，假設虛像R是由位於播放與互動裝置32上位置XR 之右影像與位置XL 之左影像與人的雙眼位置所產生，更進一步的說，虛像R是3D成像；再者，使用者雙眼與播放與互動裝置32之距離為De ；再者，使用者雙眼間之距離為e。則虛像R與播放與互動裝置40之距離Di 可由方程式(1)與(2)得出：
上述之立體影像顯示技術中對虛像R與播放與互動裝置32間距離之測量，可應用於在本發明之立體影像互動系統30中對互動觸發位置之補償。請參閱圖5，其繪示出在本發明之立體影像互動系統30中對互動觸發位置左右補償之示意圖。如圖5所示，假設使用者雙眼原本位於播放與互動裝置32上位置XR 與位置XL 之中垂線上且使用者雙眼與播放與互動裝置32之距離為De ，則其所觀測到之互動觸發位置P亦位於XR 與位置XL 之中垂線上且互動觸發位置P與播放與互動裝置32之距離為Di ，其中距離Di 可由方程式(1)與(2)得出。再者，當使用者雙眼由位置XR 與位置XL 之中垂線向右偏移Xe ，則其所觀測到之互動觸發位置P’與原互動觸發位置P間之左右位移量Xi 可由方程式(3)與(4)得出：
也就是說，在如圖3所示之本發明之立體影像互動系統30中，藉由偵測裝置34偵測出使用者在互動座標系統36中之實際位置與預設位置間之偏移量並輸出至運算補償單元44後，運算補償單元44即可根據方程式(3)與(4)修正互動觸發位置之上下左右位移量。在本實施例中，以使用者左右位移量Xi 說明，然本領域具有通常知識者可由本實施例之說明，推得當使用者上下移量時，亦可以透過本發明說提出之方法修正互動觸發位置之上下位移量，在此不再贅述。
另外，若使用者與播放與互動裝置前後位置之改變，也會造成使互動觸發位置前後位置之改變。請參閱圖6，其繪示出在本發明之立體影像互動系統30中對互動觸發位置前後補償之示意圖。如圖6所示，假設使用者雙眼原本位於第一位置60上(其中，第一位置60位於播放與互動裝置40上位置XR 與位置XL 之中垂線上且與播放與互動裝置40之前後距離為De )，則位於第一位置60上使用者雙眼所觀測到之互動觸發位置P亦位於位置XR 與位置XL 之中垂線上且互動觸發位置P與播放與互動裝置40之距離為Di ，其中距離Di 可由方程式(1)與(2)得出。再者，當使用者雙眼向後移至第二位置62上(其中，第二位置62位於位置XR 與位置XL 之中垂線上且與第一位置60之距離為Ze )，則位於第二位置62上使用者雙眼所觀測到之互動觸發位置P’與位於第一位置60上使用者雙眼所觀測到之互動觸發位置P間之前後位移量Zi 可由方程式(5)與(6)得出：
也就是說，在如圖3所示之本發明之立體影像互動系統30中，藉由偵測裝置34偵測出使用者在互動座標系統36中之實際位置與預設位置間之偏移量並輸出至運算補償單元44後，運算補償單元44即可根據方程式(5)與(6)修正互動觸發位置之前後位移量。
綜上所述，在本發明之3D互動遊戲系統中，可根據使用者實際所處位置與3D互動遊戲原本預設位置間之偏移量來補償互動觸發位置，使得本發明之3D互動遊戲系統可準確地判斷使用者在實際所處位置對補償後之互動觸發位置上所發生之行為，進而產生相對應之回饋互動動作；其中，補償後互動觸發位置與補償前互動觸發位置間之方向由使用者所處實際位置間與預設位置間之偏移量之方向所決定；補償後互動觸發位置與補償前互動觸發位置間之距離由使用者所處實際位置間與預設位置間之偏移量之大小所決定。
再者，在對本發明之立體影像互動系統30所作說明中，立體影像互動系統30之回饋互動動作雖以虛像球由使用者之方向回擊至播放與互動裝置為例，但不以此為限。本發明之立體影像互動系統30根據使用者行為所產生之回饋互動動作可為聲音播放動作(例如球拍擊打球時所產生之聲音)、觸覺回饋動作(例如球拍擊打球時球拍產生振動)、影像播放動作(例如球由使用者之方向回擊至播放與互動裝置)或指令輸入動作(例如使用者可選擇回擊球的球種)等。
另外，而本案方法還可應用於各項多媒體互動內容，例如：透過本發明所提出之位置偏移補償方法，可得知立體影像的真實位置，進而依照使用者的位置與多媒體影像內容中單一物件或整個場景進行準確的互動。例如在3D互動遊戲中，玩家頭戴3D眼鏡閃躲朝玩家飛來的子彈時，使用本發明所提出之位置偏移補償方法，可精準得知人眼看到3D子彈的真實位置，而能更近一步判斷是否被擊中或是閃避。又例如透過與可呈現立體音場之多聲道喇叭(例如5.1聲道)的結合，可利用環場音效讓使用者與3D虛像於準確座標點觸發互動時，可產生準確立體音回饋，並透過此發聲裝置讓使用者感受3D物件所在的空間位置。還可以結合各項能造成身體觸覺的機構，如微電流、氣壓變化、超音波等，當使用者手勢或姿態與使用本發明所提出之位置偏移補償方法所求得之準確3D物體座標達到接觸時，可藉由此機構產生觸覺互動回饋，提升使用者與多媒體之間的互動感，讓使用者可更真實的融入在多媒體中。
再者，在本發明之立體影像互動系統30中，當偵測裝置34偵測出使用者實際所處位置與3D互動遊戲原本預設所處位置間之偏移量(即上述的上下左右位移量Xi、前後位移量Zi)後，立體影像互動系統30還可根據此偏移量而重新設定播放立體影像所需之立體成像座標，使得使用者在其實際所處位置可觀測到最佳的立體影像。
而本案技術可應用於所有現行立體成像技術，例如搭配輔助紅外線(IR)的主動式(active)方式或是以光學感光元件(例如CCD或CMOS等)成像搭配影像處理的被動式(passive)方式。其中主動式方式主要透過紅外線測距來完成，系統主要包括一個內置的紅外線光源，發射光經場景中的物體反射後返回系統，每個圖像感測器中的像素點都分別精確測量該時間間隔，並獨立算出距離值。至於被動式方式則透過單影像擷取設備的移動或多影像擷取設備取像得到多張2D平面影像，並利用3D成像原理與影像處理方法重建3D立體座標位置。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30．．．立體影像互動系統
12、22、32．．．播放與互動裝置
14．．．虛擬使用者
15．．．實際使用者
16．．．遙控器
24、34．．．偵測裝置
26、36．．．互動座標系統
38、42．．．虛像球
44．．．運算補償單元
50．．．實像球
A、B．．．使用者
R．．．虛像
P、P’、Q．．．互動觸發位置
圖1繪示為使用者與習知立體影像互動系統之互動示意圖。
圖2繪示為使用者與現今立體影像互動系統之互動示意圖。
圖3繪示為使用者與本發明之立體影像互動系統之互動示意圖。
圖4繪示為立體影像顯示技術之成像示意圖。
圖5繪示為在本發明之立體影像互動系統中對互動觸發位置左右補償之示意圖。
圖6繪示為在本發明之立體影像互動系統中對互動觸發位置前後補償之示意圖。
30．．．立體影像互動系統
32．．．播放與互動裝置
34．．．偵測裝置
36．．．互動座標
38、42．．．虛像球
44．．．運算補償單元
50．．．實像球
A、B．．．使用者

Claims (13)

  1. 一種位置偏移補償方法，應用於一使用者與一立體影像互動系統之間，該方法包含下列步驟：播放一立體影像並於一互動座標系統中根據一預設位置而設定有一互動觸發位置，該預設位置為預設的該使用者相對於該立體影像互動系統的位置，該互動觸發位置係該使用者雙眼根據該立體影像互動系統所顯示之影像所產生的虛像位於該互動座標系統中的位置；偵測該使用者與該預設位置間的一偏移量；以及根據該偏移量而重新設定該互動座標系統中之該互動觸發位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之位置偏移補償方法，其中播放之該立體影像係為具有像差之一第一影像與一第二影像，而該使用者配戴一3D眼鏡來觀看。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之位置偏移補償方法，其中更包含下列步驟：因應該使用者驅動一物件通過該互動座標系統中該互動觸發位置之動作而觸發該立體影像互動系統產生一回饋互動動作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之位置偏移補償方法，其中該回饋互動動作為一聲音播放動作、一觸覺回饋動作、一影像播放動作或一指令輸入動作。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之位置偏移補償方法，其中重新設定該互動觸發位置之方法包含下列步驟：根據該偏移量之方向來決定於該互動座標系統中重新設定該互動觸發位置所需移動之方向；以及根據該偏移量之大小來決定於該互動座標系統中重新設定該互動觸發位置所需移動之距離。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之位置偏移補償方法，其中更包含下列步驟：根據該偏移量而重新設定播放該立體影像所需之一立體成像座標。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之位置偏移補償方法，其中重新設定該立體成像座標之方法包含下列步驟：根據該偏移量之方向來決定該立體成像座標移動之方向；以及根據該偏移量之大小來決定該立體成像座標移動之距離。
  8. 一種立體影像互動系統，用於與一使用者產生互動，該立體影像互動系統包含：一播放與互動裝置，用以播放一立體影像並於一互動座標系統中根據一預設位置而設定有一互動觸發位置，該預設位置為預設的該使用者相對於該立體影像互動系統的 位置，該互動觸發位置係該使用者雙眼根據該立體影像互動系統所顯示之影像所產生的虛像位於該互動座標系統中的位置；一偵測裝置，偵測並輸出該使用者與該預設位置間的一偏移量；以及一運算補償單元，信號連接至該偵測器與該播放與互動裝置，用以接收該偏移量並根據該偏移量而重新設定該互動座標系統中之該互動觸發位置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之立體影像互動系統，其中該播放與互動裝置播放之該立體影像係為具有像差之一第一影像與一第二影像，而該使用者配戴一3D眼鏡來觀看。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之立體影像互動系統，其中該播放與互動裝置因應該使用者驅動一物件通過該互動座標系統中該互動觸發位置之動作而產生一回饋互動動作。
  11. 一種位置偏移補償裝置，應用於一使用者與一立體影像互動系統之間，該立體影像互動系統用以播放一立體影像並於一互動座標系統中根據一預設位置而設定有一互動觸發位置，該預設位置為預設的該使用者相對於該立體影像互動系統的位置，該互動觸發位置係該使用者雙眼根據該立體影像互動系統所顯示之影像所產生的虛像位於該互動座標系統中的位置，而該位置偏移補償裝置包含：一偵測裝置，偵測並輸出該使用者與該預設位置間的 一偏移量；以及一運算補償單元，信號連接至該偵測器與該該立體影像互動系統，用以接收該偏移量並根據該偏移量而重新設定該互動座標系統中之該互動觸發位置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之位置偏移補償裝置，其中該立體影像互動系統播放之該立體影像係為具有像差之一第一影像與一第二影像，而該使用者配戴一3D眼鏡來觀看。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之位置偏移補償裝置，其中該補償單元根據該偏移量而重新設定播放該立體影像所需之一立體成像座標。
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