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TWI646449B - 三維定位系統與方法 - Google Patents

三維定位系統與方法 Download PDF

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TWI646449B
TWI646449B TW106115828A TW106115828A TWI646449B TW I646449 B TWI646449 B TW I646449B TW 106115828 A TW106115828 A TW 106115828A TW 106115828 A TW106115828 A TW 106115828A TW I646449 B TWI646449 B TW I646449B
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林志龍
莊俊傑
鍾惠君
洪偉鐘
韓佩倫
林澤偉
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華碩電腦股份有限公司
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Abstract

一種三維定位系統與方法，適用於虛擬實境的物件追蹤定位，三維定位方法包括：追蹤至少一控制器上的發光元件之特徵；依據特徵，計算各控制器與頭戴式顯示裝置之間的相對位移資訊；感測頭戴式顯示裝置的第一位移資訊和控制器的第二位移資訊；分別傳送相對位移資訊、第一位移資訊和第二位移資訊至主機，以及主機根據相對位移資訊、第一位移資訊和第二位移資訊，以調整虛擬實境中所對應的虛擬影像並傳送至頭戴式顯示裝置顯示。

Description

三維定位系統與方法
本案是有關於一種三維定位系統與方法。
就現有技術而言，一般的虛擬實境技術需額外在使用環境中架設外部裝置，透過外部裝置藉以定位頭戴式顯示器、控制器及使用者，此外部裝置例如為雷射掃描定位裝置、紅外光攝影機。
本案提供一種三維定位系統，適用於虛擬實境的物件追蹤定位，三維定位系統包括：至少一控制器、主機及頭戴式顯示裝置。各控制器各具有至少一發光元件。頭戴式顯示裝置耦接各控制器，其中，頭戴式顯示裝置包括物件追蹤模組。物件追蹤模組包括：第一慣性量測單元，用以感測頭戴式顯示裝置的第一位移資訊；至少一數位攝影機，追蹤至少一控制器上的發光元件的特徵。以及，主機用以調整虛擬實境中所對應的虛擬影像並傳送至頭戴式顯式裝置顯示。
本案之一實施方式提供一種三維定位方法，適用 於虛擬實境的物件追蹤定位，三維定位方法包括：追蹤至少一控制器上的發光元件之特徵；依據特徵，計算各控制器與頭戴式顯示裝置之間的相對位移資訊；感測頭戴式顯示裝置的第一位移資訊和各控制器的第二位移資訊；以及分別傳送相對位移資訊、第一位移資訊和第二位移資訊至主機；以及主機根據相對位移資訊、第一位移資訊和第二位移資訊，以調整虛擬實境中所對應的虛擬影像並傳送至頭戴式顯示裝置顯示。
100‧‧‧三維定位系統
110‧‧‧主機
120‧‧‧頭戴式顯示裝置
130‧‧‧第一控制器
132‧‧‧第二控制器
134‧‧‧第三控制器
140‧‧‧物件追蹤模組
142‧‧‧處理單元
144‧‧‧第一慣性量測單元
146‧‧‧第一傳輸單元
150‧‧‧第一數位攝影機
152‧‧‧第二數位攝影機
154‧‧‧第三數位攝影機
155‧‧‧顯示單元
160‧‧‧微處理器
162‧‧‧第二慣性量測單元
164‧‧‧按鈕元件
166‧‧‧第二傳輸單元
170‧‧‧第一發光元件
172‧‧‧第二發光元件
174‧‧‧第三發光元件
S210~S250‧‧‧三維定位方法流程步驟
第1圖繪示本案第一實施方式之三維定位系統的功能方塊圖。
第2圖繪示本案第一實施方式之三維定位方法的流程圖。
第3圖繪示本案第二實施方式之三維定位系統的功能方塊圖。
第4圖繪示本案第三實施方式之三維定位系統之物件追蹤模組的功能方塊圖。
第5圖繪示本案第四實施方式之三維定位系統之控制器的功能方塊圖。
以下將以圖式揭露本案之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然 而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本案。也就是說，在本案部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
本案以下之描述，關於耦合、電性連接等，均包括有線或無線連結方式。此外，關於傳輸介面，亦均包括有線或無線傳輸介面。
本案提供一種三維定位系統100，適用於虛擬實境的物件追蹤定位。第1圖繪示本案第一實施方式之三維定位系統的功能方塊圖，三維定位系統100包括主機110、頭戴式顯示裝置120及第一控制器130。頭戴式顯示裝置120耦接第一控制器130，包括物件追蹤模組140及顯示單元155，而物件追蹤模組140包括處理單元142、第一慣性量測單元(Inertial Measurement Unit,IMU)144、第一傳輸單元146及第一數位攝影機150，其中，處理單元142耦接至第一慣性量測單元144、第一傳輸單元146及第一數位攝影機150。第一控制器130包括微處理器160、第二慣性量測單元162、按鈕元件164、第二傳輸單元166及第一發光元件170，其中，微處理器160耦接至第二慣性量測單元162、按鈕元件164、第二傳輸單元166及第一發光元件170。
主機110與頭戴式顯示裝置120之間以傳輸介面連接，主機110與第一控制器130之間亦以傳輸介面連接。在一實施例中，傳輸介面連接可利用纜線、藍芽、無線區域網路、全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)或長期演進技術(Long Term Evaluation，LTE)等通訊技術。其中，主機110可以是電腦、行動裝置或具運算能力之硬體裝置，但本案不以此為限。
在一實施例中，第一發光元件170可以是發光二極體(Light-emitting diode，LED)，特別是一種遠紅線發光二極體，但本案不以此為限。
第2圖繪示本案第一實施方式之三維定位方法的流程圖，請同時參照第1圖及第2圖。首先，物件追蹤模組140中的第一數位攝影機150追蹤第一控制器130上第一發光元件170的特徵(步驟S210)。接著，物件追蹤模組140中的處理單元142依據此特徵，計算第一控制器130與頭戴式顯示裝置120之間的相對位移資訊(步驟S220)。其中，此特徵可以是發光元件之形狀或排列樣式。之後，第一慣性量測單元144感測頭戴式顯示裝置120的第一位移資訊以及第二慣性量測單元162感測第一控制器130的第二位移資訊(步驟S230)。在步驟S230之後，分別傳送相對位移資訊、第一位移資訊和第二位移資訊至主機110(步驟S240)。主機110根據相對位移資訊、第一位移資訊和第二位移資訊，以調整虛擬實境中所對應的虛擬影像並傳送至頭戴式顯示裝置120的顯示單元155顯示(步驟S250)。
在本案實施例中，第一位移資訊和第二位移資訊至少包含轉動角度或位移方向。相對位移資訊至少包含相對距離或位移方向。
此外，頭戴式顯示裝置120的第一慣性量測單元144感測頭戴式顯示裝置120的第一位移資訊以及處理單元142計算出的相對位移資訊，利用第一傳輸單元146將相對位移資訊和第一位移資訊傳送至主機110。第一控制器130的第二慣性量測單元162感測第一控制器130的第二位移資訊，第一控制器130的微處理器160利用第二傳輸單元166將第二位移資訊傳送至主機110。
在本案實施例中，第一控制器130更包含至少一按鈕元件164，當微處理器160偵測到按鈕元件164按下，即傳送致能訊號予第一發光元件170使其發光。
在本案其他實施例中，控制器可以不只一個。以第3圖為例，第3圖繪示本案第二實施方式之三維定位系統的功能方塊圖。除了與第1圖相同的構件之外，更包括其他控制器。第二控制器132、第三控制器134與第一控制器130之中所包含的構件相同。在第3圖的第二實施例中，包括了第一控制器130、第二控制器132及第三控制器134。在一實施例中，第一控制器130、第二控制器132及第三控制器134上的發光元件可以有不同的樣式，例如：不同的形狀，如三角形、四邊形或圓形等等。以不同樣式的發光元件。
在另一實施例中，第一控制器130、第二控制器132及第三控制器134上的發光元件可以有不同的亮度變化，藉以讓頭戴式顯示裝置120中的物件追蹤模組140辨識為不同的控制器。
在本案其他實施例中，物件追蹤模組140中可 以有多個數位攝影機。第4圖繪示本案第三實施方式之三維定位系統之物件追蹤模組的功能方塊圖，其包含了多個數位攝影機，包括第一數位攝影機150、第二數位攝影機152及第三數位攝影機154。不同的數位攝影機將從不同的角度追蹤控制器130，該些數位攝影機可以是能偵測發光二極體所發出之亮光的感測元件所構成，但本案不以此為限。
在本案其他實施例中，單一個控制器可包括多個發光元件。第5圖繪示本案第四實施方式之三維定位系統之控制器的功能方塊圖，其中，第一控制器130包括第一發光元件170、第二發光元件172及第三發光元件174。如前所述，發光元件可以有不同的樣式，例如可能有不同的形狀，如三角形、四邊形或圓形等等。不同樣式的發光元件，藉以讓頭戴式顯示裝置120中的物件追蹤模組140辨識為不同的發光元件。
本案提供一種三維定位系統，物件追蹤模組配置於使用者所配戴的頭戴式顯示裝置，即可追蹤定位使用者手持的控制器，無須事先在環境中架設外部裝置以定位控制器、頭戴式顯示器及使用者。此外，本案所提供的三維定位系統，物件追蹤模組追蹤控制器上的發光元件的特徵，計算頭戴式顯示裝置與控制器之間的相對位置資訊，接著，利用傳輸介面連接，將計算而得的結果，傳送至主機。由於部分資料運算已在頭戴式顯示裝置完成，因此需要傳輸至主機的資料量減少。據此，利用傳輸方式將資料傳輸至主機，而降低主機處理量負荷過大的問題。
雖然本案已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (6)

  1. 一種三維定位系統，適用於一虛擬實境的一物件追蹤定位，該三維定位系統包括：一主機；至少一控制器，各該控制器各具有至少一發光元件；一頭戴式顯示裝置，耦接該控制器，包括：一物件追蹤模組，包括：一第一慣性量測單元，用以感測該頭戴式顯示裝置的一第一位移資訊；至少一數位攝影機，追蹤該至少一控制器上的各該發光元件的一特徵；一處理單元，耦接至該第一慣性量測單元及該至少一數位攝影機，根據該至少一數位攝影機所追蹤的該特徵，計算各該控制器與該頭戴式顯示裝置之間的一相對位移資訊；以及一第一傳輸單元，耦接至該處理單元，用以傳輸該相對位移資訊以及該第一位移資訊至該主機；其中，各該控制器還包括：一第二傳輸單元；一第二慣性量測單元，用以感測該相應控制器的一第二位移資訊；以及 一微處理器，連接至該第二慣性量測單元及該第二傳輸單元，該微處理器利用該第二傳輸單元傳送該第二位移資訊至該主機；其中，該主機根據該相對位移資訊、該第一位移資訊和該第二位移資訊，調整該虛擬實境中所對應的一虛擬影像並傳送至該頭戴式顯示裝置顯示。
  2. 如申請專利範圍第1項的三維定位系統，其中該特徵可以是發光元件之形狀或排列樣式。
  3. 如申請專利範圍第1項的三維定位系統，其中該頭戴式顯示裝置更包括：一顯示單元，顯示該虛擬影像。
  4. 如申請專利範圍第1項的三維定位系統，其中該發光元件是一或多個發光二極體。
  5. 一種三維定位方法，配合一三維定位系統應用於一虛擬實境的一物件追蹤定位，該三維定位系統包括至少一控制器與一頭戴 式顯示裝置，該三維定位方法包括：追蹤一特徵，該特徵來自該至少一控制器上的至少一發光元件；依據該特徵，計算各該控制器與該頭戴式顯示裝置之間的一相對位移資訊；感測該頭戴式顯示裝置的一第一位移資訊和各該控制器的一第二位移資訊；該頭戴式顯示裝置傳送該相對位移資訊、該第一位移資訊至一主機；該控制器傳送該第二位移資訊至該主機；以及該主機根據該相對位移資訊、該第一位移資訊和該第二位移資訊以調整該虛擬實境中所對應的一虛擬影像，並傳送該虛擬影像至該頭戴式顯示裝置顯示。
  6. 如申請專利範圍第5項的三維定位方法，其中該特徵可以是發光元件之形狀或排列樣式。
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