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  • 一種虛擬現實系統、主機及頭戴式顯示設備的制作方法

    文檔序號:11179470
    一種虛擬現實系統、主機及頭戴式顯示設備的制造方法與工藝

    本實用新型涉及虛擬現實技術領域,尤其涉及一種虛擬現實系統和用于該系統的主機和頭戴式顯示設備。



    背景技術:

    虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)是近年來出現的高新技術,也稱靈境技術(我國著名科學家錢學森翻譯)。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬,讓使用者如同身臨其境一般,可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。

    VR系統可以分為頭戴式顯示設備(簡稱頭顯)與主機結合的系統以及頭顯與主機分離的系統。前者包括基于手機的VR系統(例如,三星Gear VR),及VR一體機(例如,大朋VR一體機),后者包括使用PC VR 頭顯(例如,Oculus Rift和HTC Vive)的VR系統。

    頭顯與主機結合的VR系統無需連線,使用方便,但受限于移動平臺中央處理器(CPU)的處理能力,無法提供高端的VR體驗。頭顯與主機分離的系統可以使用有強大處理能力的主機,能夠支持復雜的VR內容,提供非常好的圖像渲染質量。

    但是,頭顯與主機分離的系統中的頭顯與主機為有線連接。用戶要么需要使用非移動式主機,拖線使用,使用范圍受限,影響用戶體驗;要么需要背負非常昂貴的便攜主機,增加系統成本,使得虛擬現實技術在普通的低收入人群中普及受限。

    因此,仍然需要一種能夠解決上述問題的方案。



    技術實現要素:

    本實用新型要解決的技術問題是提供一種虛擬現實系統、主機及頭戴式顯示設備,其中,主機與頭戴式顯示設備分離,并且主機與頭戴式顯示設備之間通過無線連接的方式進行數據傳輸,使得系統既可以保有獨立主機強大的處理能力,又不受連線的束縛,提高了使用的方便程度,為用戶提供最佳的VR體驗。

    根據本實用新型的一個方面,提供了一種虛擬現實系統,該系統可以包括主機和頭戴式顯示設備,主機用于向頭戴式顯示設備提供需要顯示的圖像數據,頭戴式顯示設備包括顯示器,用于顯示圖像數據。主機可以包括第一無線傳輸裝置,用于以無線傳輸的方式向頭戴式顯示設備發送圖像數據。頭戴式顯示設備還可以包括第二無線傳輸裝置,連接到顯示器,用于以無線傳輸的方式接收來自主機的圖像數據。

    優選地,主機還可以包括數據壓縮器,連接到第一無線傳輸裝置,用于對圖像數據進行壓縮,其中第一無線傳輸裝置向頭戴式顯示設備發送經過壓縮的圖像數據。頭戴式顯示設備還包括數據解壓縮器,連接在第二無線傳輸裝置和顯示器之間,用于將第二無線傳輸裝置接收的經過壓縮的圖像數據解壓縮,以便向顯示器提供解壓縮后的圖像數據。

    優選地,頭戴式顯示設備還可以包括傳感器,連接到第二無線傳輸裝置,用于實時感測頭戴式顯示設備的姿態數據,基于姿態數據能夠得到用戶的視角,第二無線傳輸裝置還用于將第一時刻的姿態數據或視角發送給主機,第一無線傳輸裝置還用于接收第一時刻的姿態數據或視角。主機還可以包括渲染部件,連接到第一無線傳輸裝置,用于渲染與基于第一時刻的姿態數據得到的用戶在第一時刻的視角對應的場景內容,得到需要顯示的第一時刻的圖像數據。

    優選地,頭戴式顯示設備還可以包括:存儲器,用于存儲第一時刻的圖像數據;以及圖像處理器,連接到傳感器、存儲器和顯示器,用于基于用戶從第一時刻到第二時刻的視角變化,對存儲器中存儲的第一時刻的圖像數據進行投影變換,以得到對應于用戶在第二時刻的視角的第二時刻的圖像數據,并將第二時刻的圖像數據提供給顯示器。

    優選地,姿態數據包括頭戴式顯示設備的位置、方向、加速度、角速度和姿態信息中的至少一個;并且/或者無線傳輸方式可以包括WiFi、藍牙、UWB、ZigBee中任何一種。

    根據本實用新型的另一方面,提供了一種用于虛擬現實系統的主機,用于向頭戴式顯示設備提供需要顯示的圖像數據,主機可以包括:第一無線傳輸裝置,用于以無線傳輸的方式向頭戴式顯示設備發送圖像數據。

    優選地,主機還可以包括:數據壓縮器,連接到第一無線傳輸裝置,用于對圖像數據進行壓縮,其中第一無線傳輸裝置向頭戴式顯示設備發送經過壓縮的圖像數據。以及/或者渲染部件,連接到第一無線傳輸裝置,用于渲染與用戶在第一時刻的視角對應的場景內容,得到需要顯示的第一時刻的圖像數據。

    根據本實用新型的又一方面,提供了一種用于虛擬現實系統的頭戴式顯示設備,包括:顯示器,用于顯示圖像數據;以及第二無線傳輸裝置,連接到顯示器,用于以無線傳輸的方式接收來自虛擬現實系統的主機的圖像數據。

    優選地,頭戴式顯示設備還可以包括:數據解壓縮器,連接在第二無線傳輸裝置和顯示器之間,用于將第二無線傳輸裝置接收的經過壓縮的圖像數據解壓縮,以便向顯示器提供解壓縮后的圖像數據。以及/或者傳感器,連接到第二無線傳輸裝置,用于實時感測頭戴式顯示設備的姿態數據,基于姿態數據能夠得到用戶的視角,第二無線傳輸裝置還用于將第一時刻的姿態數據或視角發送給主機,以便從主機得到第一時刻的圖像數據。

    優選地,頭戴式現實設備還可以包括:存儲器,用于存儲第一時刻的圖像數據;以及圖像處理器,連接到傳感器、存儲器和顯示器,用于基于用戶從第一時刻到第二時刻的視角變化,對存儲器中存儲的第一時刻的圖像數據進行投影變換,以得到對應于用戶在第二時刻的視角的第二時刻的圖像數據,并將第二時刻的圖像數據提供給所述顯示器。

    綜上,本實用新型中的主機與頭顯分離,且主機與頭顯以無線的連接方式進行數據傳輸,能夠使得系統既可以保有獨立主機強大的處理能力,又不受連線的束縛,提高了使用的方便程度,從而可以為用戶提供較好的 VR體驗。

    附圖說明

    通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述,本公開的上述以及其它目的、特征和優勢將變得更加明顯,其中,在本公開示例性實施方式中,相同的參考標號通常代表相同部件。

    圖1示出了根據本實用新型一個實施例的虛擬現實系統的結構圖。

    圖2示出了根據本實用新型一個實施例的主機的結構的示意性框圖。

    圖3示出了根據本實用新型一個實施例的頭戴式顯示設備的示意性框圖。

    具體實施方式

    下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式,然而應該理解,可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反,提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整,并且能夠將本公開的范圍完整地傳達給本領域的技術人員。本領域的技術人員可以理解,如果沒有明確說明,本公開所述的連接,圖示中標明的連接,可以是直接連接也可以是通過其他設備、裝置、介質等的間接連接。

    如前所述,現有的虛擬現實系統中,頭顯與主機結合的系統或頭顯與主機分離的系統,在為用戶提供良好的虛擬現實體驗方面均存在問題。頭顯與主機結合的系統中,主機的處理能力受限,無法為用戶提供高端的VR體驗。頭顯與主機分離的系統中,頭顯與主機之間為有線連接,使得用戶的活動范圍受限。

    針對上述問題,本實用新型提出了一種新的虛擬現實系統、主機及頭戴式顯示設備。以下將結合實施例和附圖對本實用新型的虛擬現實系統、主機及頭戴式顯示設備進行詳細說明。

    圖1示出了根據本實用新型一個實施例的虛擬現實系統的結構的示意圖。

    如圖1所示,本實用新型的虛擬現實系統200可以包括主機210和頭戴式顯示設備220,主機用于向頭戴式顯示設備提供需要顯示的圖像數據,頭戴式顯示設備包括顯示器,用于顯示圖像數據。

    這里,主機210可以是臺式機、筆記本、游戲機等多種形式并可以運行VR內容的主機。頭戴式顯示設備也可以是PC端頭顯、VR一體機或基于手機的移動式頭顯。圖像數據可以是JPEG、TIFF、RAW、BMP等格式,包括以特定方式定制的適用于本公開目的的各種格式,頭戴式顯示設備可以支持一種格式的圖像數據,也可以兼容兩種或更多種格式的圖像數據。應當明白,圖1中的主機210和頭戴式顯示設備220是示意性的,而非確定的,本實用新型的主機或者頭戴式顯示設備還可以是其它形式的,在此不再贅述。

    主機210可以包括如圖2所示的第一無線傳輸裝置211,頭戴式顯示設備220可以包括如圖3所述的第二無線傳輸裝置221和顯示器222。

    第一無線傳輸裝置211用于以無線傳輸的方式向頭戴式顯示設備220 發送圖像數據。

    這里,第一無線傳輸裝置211可以設置在主機內部,其無線傳輸方式可以包括WiFi、藍牙、UWB、ZigBee中的任何一種,或者,也可以是其它的無線傳輸方式。

    第二無線傳輸裝置221連接到顯示器222,用于以無線傳輸的方式接收來自主機210的圖像數據。

    第二無線傳輸裝置221可以設置在頭戴式顯示設備220的內部,其無線傳輸方式也可以包括WiFi、藍牙、UWB、ZigBee中的任何一種,或者,也可以是其它的無線傳輸方式。

    其中,第一無線傳輸裝置211與第二無線傳輸裝置221可以是相同的,或者相互對應的,以實現數據的無線傳輸。應當明白,文中的“第一”和“第二”僅為了區分主機和頭戴式顯示設備的無線傳輸裝置,不應理解為對本實用新型的限定。

    這種無線連接方式非常適用于大空間虛擬現實系統,用戶可以在大空間范圍內自由活動,并依靠高端PC支持各種大型多人游戲,適用性非常強。無線連接也可以使基于手機的頭顯用于高端VR體驗,并無需適用昂貴的背包式主機,降低系統成本。

    顯示器222用于顯示圖像數據,其可以是陰極射線管顯示器(CRT),等離子顯示器(PDP),液晶顯示器(LCD),有機發光二極管(OLED) 等等。

    第二無線傳輸裝置221與顯示器222的連接方式可以是直接連接,也可以是間接連接。例如,可以在第二無線傳輸裝置221與顯示器222之間直接連接USB接口或者其它形式接口的數據線,直接將第二無線傳輸裝置與顯示器相連?;蛘?,第二無線傳輸裝置221與顯示器222均可以作為元器件焊接(或者其它連接方式)在頭顯的電路板上的相應孔的位置,由內層線層將兩者間接相連。其具體的連接方式不做限制。第二無線傳輸裝置221接收到第一無線傳輸裝置211發送的圖像數據后,顯示器222可以以直接或者間接的方式讀取圖像數據,并予以顯示。

    由于高端VR體驗要求高分辨率及幀率(分辨率通常在2560×1440 或更高,幀率90Hz或更高),所需帶寬遠高于現有無線協議支持的帶寬,因此,需要采用壓縮算法以便更好地實現無線傳輸。

    如此,主機210還可以包括數據壓縮器212,連接到第一無線傳輸裝置211,用于對圖像數據進行壓縮,其中第一無線傳輸裝置211向頭戴式顯示設備220發送經過壓縮的圖像數據。

    其中,數據壓縮器212可以設置在主機210內,其可以與第一無線傳輸裝置211直接方式或間接方式相連。圖像數據可以是JPEG、TIFF、RAW、 BMP等格式,數據壓縮器212可以采用壓縮算法(例如,可以是LZ77算法、RLE算法等)對圖像數據進行壓縮,例如,可以將圖像數據壓縮為rar、 zip等格式,使得圖像數據占用較小的空間,提高傳輸速度,以便于主機 210能夠在較短的時間內將圖像數據傳輸至頭戴式顯示設備220。

    相應地,頭戴式顯示設備220可以包括數據解壓縮器223,連接在第二無線傳輸裝置221和顯示器222之間,用于將第二無線傳輸裝置221接收的經過壓縮的圖像數據解壓縮,以便向顯示器222提供解壓縮后的圖像數據。

    數據壓縮器212與第一無線傳輸裝置211之間,或者數據解壓縮器223 與第二無線傳輸裝置221和顯示器222之間的連接方式都可以是直接方式或者間接方式。例如,可以直接在各個裝置之間連接USB接口或者其它形式接口的數據線,或者將各個裝置焊接(或者其它連接方式)在相應電路板的相應位置,由內層線層間接連接各個裝置。

    當系統使用VR一體機或基于手機的移動式頭顯時,數據的接收、圖像解壓可以使用頭顯自帶硬件,無需額外硬件。使用PC頭顯時,由于頭顯本身可能沒有無線傳輸,還可以增加輔助硬件,例如,可以在頭顯上增設USB接口,用以插入無線路由器,增加無線傳輸裝置。

    另外,圖像數據無線傳輸、壓縮、解壓縮通常會引入較長延遲,造成從場景計算到顯示之間有較大的視角變化,如果不進行處理會造成用戶有暈眩感。通常的處理方式是在圖像顯示前根據當前視角對場景進行重投影變換,例如,采用時間扭曲技術等。重投影變換的過程可以是由頭戴式顯示設備實現的。

    在使用虛擬現實系統時,用戶可以通過交互設備(例如,可以是頭戴式顯示設備)實現與主機的數據交互,所述數據可以包括用戶的運動數據,而運動數據的獲得可以通過在交互設備上設置傳感裝置實現對用戶運動的追蹤。因此,頭戴式顯示設備220還可以包括傳感器224。傳感器可以連接到第二無線傳輸裝置221,用于實時感測頭戴式顯示設備220的姿態數據,基于姿態數據能夠得到用戶的視角,第二無線傳輸裝置221還用于將第一時刻的姿態數據或視角發送給主機,第一無線傳輸裝置211還用于接收第一時刻的姿態數據或視角。

    傳感器224可以設置在頭戴式顯示設備220的預定位置,用于實時感測頭顯的姿態數據。這里,傳感器220可以包括運動傳感器、紅外傳感器或者其它形式的傳感器,用于實時感測頭顯的姿態數據,或者用戶的其它姿態信息。紅外傳感器可以設置在頭顯上,并且在使用頭顯時能夠與人體直接接觸的位置(例如,可以是對應于人眼眶周圍的位置),可以感測頭顯是否被用戶戴在頭上,以便于在頭顯佩戴至人體的第一時間獲知頭顯被用戶使用。運動傳感器可以是設置在頭顯上的慣性傳感器,用于實時感測頭顯的姿態數據,姿態數據可以包括但不限于頭顯的位置、方向、加速度、角速度和姿態信息中的至少一種。

    基于頭戴式顯示設備220的姿態數據可以確定頭顯姿態對應的視角。從姿態數據到視角的計算可以是在主機210實現的,也可以是在頭顯220 實現的。

    第二無線傳輸裝置221可以將頭顯220的姿態數據發送給主機,主機的第一無線傳輸裝置211可以接收頭顯220的姿態數據,由主機210中的相關計算裝置對頭顯220的姿態數據進行計算,得到頭顯姿態數據對應的視角。

    頭戴式顯示設備220中也可以設置計算裝置,以直接或者間接的方式連接于傳感器224和第二無線傳輸裝置221。計算裝置可以設置在傳感器 224與第二無線傳輸裝置221之間,從傳感器224處獲取頭顯的姿態數據,并進行計算,得到頭顯姿態數據對應的視角,并將得到的視角相關信息(也可以包括頭顯的姿態數據)提供給第二無線傳輸裝置221,第二無線傳輸裝置221將視角(也可以包括頭顯的姿態數據)發送給主機210。

    在得知用戶的姿態數據或者視角后,主機內設置的計算裝置或者處理裝置可以計算出視角對應的虛擬現實場景內容,渲染場景內容即可得到需要顯示的圖像數據。因此主機210還可以包括渲染部件213,

    渲染部件213可以連接到第一無線傳輸裝置211,用于渲染與基于第一時刻的姿態數據得到的用戶在第一時刻的視角對應的場景內容,得到需要顯示的第一時刻的圖像數據。

    渲染部件213可以設置在主機210內,以直接或者間接的方式與第一無線傳輸裝置211相連,以便于對第一無線傳輸裝置211接收到的用戶在第一時刻的視角對應的場景內容進行渲染,以得到需要顯示的第一時刻的圖像數據。

    渲染部件213渲染的范圍可以是第一時刻的視角對應的場景內容,也可以比第一時刻的視角對應的場景內容的范圍大(具體的渲染范圍可以預先設定,也可以根據用戶的實際使用情況進行計算)。這樣,在進行投影變換的過程中,就可以盡量解決第二時刻與第一時刻的視角差異引起的視場缺失的問題。

    上文中提到,可以采用時間扭曲技術對圖像數據進行重投影變換,以解決時間延遲帶來的眩暈問題。因此頭戴式顯示設備220還可以包括存儲器225和圖像處理器226。

    存儲器225,用于存儲第一時刻的圖像數據。

    存儲器225可以固定設置在頭戴式顯示設備220內,具有一定的存儲空間,可以支持普通用戶日常使用。存儲器225還可以包括可拆卸地設置在頭顯上的存儲卡,或者與頭戴式顯示設備220相連的移動硬盤等存儲設備,可以支持存儲擴展,以便于在使用率較高、或者圖像數據較大或者其它情況下,能夠作為內置存儲器的備用/擴展存儲,以存儲更多的數據。存儲器225可以有多種形式或者多種形態,在此不做具體顯示。

    存儲器225還可以存儲第二時刻的圖像數據,或者其它相關數據,例如,頭顯的姿態數據或在視角等。

    圖像處理器226,連接到傳感器224、存儲器225和顯示器222,用于基于用戶從第一時刻到第二時刻的視角變化,對存儲器225中存儲的第一時刻的圖像數據進行投影變換,以得到對應于用戶在第二時刻的視角的第二時刻的圖像數據,并將第二時刻的圖像數據提供給顯示器。

    這里,傳感器225得到第一時刻和第二時刻的姿態數據,相應地可以由主機210或者頭顯220中的相關計算裝置得到第一時刻和第二時刻的視角,從而得到視角變化。圖像處理器226能夠從存儲器225中獲取第一時刻的圖像數據,并按照第二視角對第一時刻的圖像數據進行投影變換,得到對應于用戶在第二時刻的視角的第二時刻的圖像數據。圖像處理器226 還可以將第二時刻的圖像數據提供給顯示器222,以供顯示器222顯示。

    此外,存儲器225和/或圖像處理器226還可以實現本實用新型未提及的其它功能,在此不再贅述。主機210內也可以設置存儲器和/或圖像處理器,實現與頭戴式顯示設備中的存儲器和/或圖像處理器相同或相似的功能,或者還可以實現頭戴式顯示設備中的存儲器和/或圖像處理器未提及或未能實現的功能。

    另外,當系統使用VR一體機或基于手機的移動式頭顯時,數據的接收、圖像解壓及重投影變換可以使用頭顯自帶硬件,無需額外硬件。使用 PC頭顯時,由于頭顯本身可能沒有無線傳輸或圖像處理能力,還可以增加輔助硬件,例如,可以在頭顯上增設USB接口,用以插入無線路由器,增加無線傳輸裝置。

    至此,已經結合圖1-3詳細描述了關于本實用新型的虛擬現實系統及其設備。

    在一個應用實施例中(如圖1),用戶佩戴圖1所示的頭戴式顯示設備220,從場景成到顯示的流程可以描述如下:

    1.頭戴式顯示設備220中的傳感器224獲取頭戴式顯示設備第一時刻的姿態數據,第二無線傳輸裝置221通過無線傳輸發送第一時刻的姿態數據到主機210;

    2.主機210根據第一無線傳輸裝置211接收到的頭顯第一時刻的姿態數據確定對應的視角,并根據對應的視角渲染對應的場景內容,得到第一時刻的圖像數據;

    3.主機210壓縮第一時刻的圖像數據并以無線傳輸方式發送到頭戴式顯示設備220;

    4.頭戴式顯示設備220接收第一時刻的圖像數據并進行解壓縮;

    5.頭戴式顯示設備220中的傳感器224獲取頭顯第二時刻(當前) 的姿態數據,并根據當前姿態對第一時刻的圖像數據進行重投影(如采用時間扭曲技術)變換,得到第二時刻的圖像數據;

    6.頭顯中的顯示器222顯示第二時刻的圖像數據。

    如此,用戶沉浸于虛擬現實場景中,得到最佳的VR體驗。

    以上已經描述了本實用新型的各實施例,上述說明是示例性的,并非窮盡性的,并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下,對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇,旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進,或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施例。

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