一种虚拟现实防眩晕方法和系统与流程

本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种虚拟现实防眩晕方法和系统。该方法和系统的典型应用场合为外语教学。

背景技术：

目前，虚拟现实技术已经取得了长足的进展。各种实现方式（如头盔、虚拟现实眼镜等）层出不穷。不过目前的实现方式都有一个很大的缺点，就是容易导致使用者头晕。目前解决这个问题的思路是提高陀螺仪测量速度和显示更新速度，不过这种做法对硬件要求很高，随之提高了成本。

与此同时，已经有不少学者尝试以虚拟现实的形式进行教学，而使用虚拟现实进行教学，并不需要像游戏或其他应用一样，追求实时准确响应。如果能够以较低成本的办法达到防眩晕的效果，则基于虚拟现实的教学有望得到更广泛的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种虚拟现实防眩晕方法，从而在降低硬件成本的同时避免使用者的眩晕现象。其基本做法为，摒弃现在提高测量速度和显示速度的思路，转而采用镜头跳跃的手法，间歇地更新使用者眼前的画面。

一种虚拟现实防眩晕方法，包括：使用陀螺仪测量使用者的头部动作（转动、俯仰等）或身体动作；在检测到使用者动作后，暂时冻结（或模糊）使用者双眼前的显示；

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，在检测到使用者动作并暂时冻结（或模糊）使用者双眼前的显示时，还在适当位置新开小窗口，根据陀螺仪输出在小窗口显示新头部位置对应的画面；这种多画面显示可以帮助使用者预估新的视野，并据此控制头部转动方向和幅度。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种虚拟现实防眩晕系统，从而在降低硬件成本的同时避免使用者的眩晕现象。

一种虚拟现实防眩晕系统，包括：陀螺仪，用于检测使用者的头部动作（转动、俯仰等）或身体动作；放置于双眼前的显示设施，用于展示虚拟现实场景；模糊设施，放置于显示设施和使用者眼睛之间，用于在使用者动作时模糊使用者视野；控制器，用于根据陀螺仪量测控制模糊设施。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，模糊设施为液晶点阵组成。在陀螺仪检测到头部或身体动作后，更改点阵中部分液晶状态，暂时模糊使用者视野。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的虚拟现实防眩晕方法的一个实施例的流程图。

图2为根据本发明的虚拟现实防眩晕方法的一个实施例的多画面显示示意图。

图3为根据本发明的虚拟现实防眩晕系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，虚拟现实技术已经取得了长足的进展。各种实现方式（如头盔、虚拟现实眼镜等）层出不穷。不过目前的实现方式都有一个很大的缺点，就是容易导致使用者头晕。

事实上，虚拟现实导致的头晕，至少有相当一部分可以从控制理论的角度来解释。对人类来说，大脑是控制器，眼睛是传感器，而控制头部运动的肌肉是执行机构。一般而言，如果大脑希望改变视野，则会指挥相应的肌肉（执行机构）引起头部动作，最后眼睛（传感器）获得的景象应该与期望值相当。如果在头部运动过程中传感器获得的景象与大脑期望存在差异，就会导致眩晕。

由于头部运动、视野改变和人类双眼测距、使用工具、运动等活动密切相关，人类已经进化到这个控制-反馈闭环可以相当精巧吻合的程度。以目前的测量、控制手段来精准实现这种吻合仍有困难，即使能够实现成本也相当高昂。

不过，在特定的场合，完全可以用采取另外一个思路。即在人脑中打破这种控制-反馈闭环，便可进而消除虚拟现实带来的眩晕。外语教学就是这样的一个场合。在利用虚拟现实进行外语教学时，多数情况下，老师/学生或朋友之间是在固定的场景下交谈，或在相对缓和的运动中活动/交流。显然，仅为教学的背景和目的，是不需要实时准确更新场景的。这就带来一种新的可能，即模拟电影镜头跳跃（蒙太奇）的做法，在相距甚远的不同视角间跳跃（而非连续过渡），这种做法可以打破大脑中固有的控制-反馈闭环错觉，即可实现防眩晕的效果。

图1为根据本发明的虚拟现实防眩晕方法的一个实施例的流程图。如图1所示，使用放置于虚拟现实眼镜或头盔内的陀螺仪，检测使用者的头部或身体运动，一旦运动超过某一预设的阈值（这一阈值因人而异），就冻结使用者眼前的画面。运动停止后，再由cpu或gpu计算得到新的头部位置对应的视野和显示画面，并更新到显示设施上去。所得到的效果，就将类似于电影中的镜头跳跃手法，由旧的视角直接跳跃到新的视角去。

此外，在冻结画面的同时，还可以加上模糊效果，以加大和常规运动认知的区别，方便人脑形成新的反射机制。

不过，这一做法虽然可行，却并不完美。这是因为在看电影时，观众处于完全的被动状态，视角完全由导演决定。而在虚拟现实环境下，即使仅为教学的目的，使用者也希望自己决定视角。此时完全打破控制-反馈的闭环，虽然可以防眩晕，但是却会影响人选择视角进行交流。所以，最好能够部分保留控制-反馈的闭环，为达到这个目的，可以使用两种方法：第一种方法是在使用者头部/身体动作时，不是冻结画面，而是仅将画面模糊，但画面仍随着动作而变化。

另外一种方法则是，在硬件许可时，使用图2所示多画面（画中画）的做法。这种做法也可以帮助使用者预估新的视野，并据此控制动作幅度和终点，改善使用体验。具体做法为，在检测到使用者头部或身体动作并暂时冻结使用者双眼前的显示时，还在适当位置新开小窗口，根据陀螺仪输出在小窗口显示新头部位置对应的画面（由于大画面起到防眩晕效果，所以小画面更新速度可以较低，对硬件要求也随之降低）；最后，在运动停止后，再将小窗口的显示内容放大到完整视野（小窗口随着消失）。

这种画中画的做法，既使用大画面欺骗大脑，达到镜头跳跃和防眩晕的效果，又用小画面来辅助预测新的视野和显示内容，保留控制-反馈的闭环，是更好的实现方式。

此外，图2仅在右下角显示了小画面，事实上，小画面的位置可以在左上、左、左下、右上、右、右下等任意位置。这是因为一般情况下，头部转动时，眼球也会随着转动，所以头部向右下转动，则小画面应位于右下方。类似的，头部向其他方向转动，小画面也可以随着调整位置。

前文所述的虚拟现实防眩晕方法可以取得较好的效果，不过该方法对虚拟现实设备仍要求较高，主要表现在，陀螺仪检测到运动后，需要尽快冻结或模糊显示。稍有迟滞就会影响防眩晕效果。而低时滞必然对设备的控制/计算能力及软件（操作系统）的实时性有更高的要求。单纯为了降低时滞而去提高计算能力，改进软件实时性其实并不非常必要。此时可以采用额外的硬件回路来达到更好的效果。

如图3所示，一种虚拟现实防眩晕系统的一个实施例，包括：陀螺仪，用于检测使用者的头部动作（转动、俯仰等）或身体动作；放置于双眼前的显示设施，用于展示虚拟现实场景；模糊设施，放置于显示设施和使用者眼睛之间，用于在使用者头部或身体动作时模糊使用者视野；控制器，用于根据陀螺仪量测控制模糊设施。

该系统基本工作原理和前述方法类似，都是在检测到使用者头部动作或身体动作后，暂时模糊使用者眼前的显示画面。区别在于，陀螺仪和模糊设施及控制器，可以是附加在较低配置的虚拟现实显示设施上的额外设施。例如，显示设施可以是普通的安卓手机及配套使用的虚拟现实眼镜，而且安卓手机的运算速度和内置的陀螺仪速度都可以较慢。不过，附加在显示设施之外的陀螺仪和控制器、模糊设施构成独立的硬件回路，一旦控制器使用陀螺仪检测到运动，即可以极高的响应速度即刻驱动模糊设施模糊视野，而停止运动后，模糊设施就恢复透明状态。这种做法可以低的多的成本，实现更好的防眩晕效果。

前述系统中的模糊设施则可由液晶点阵组成。这种液晶点阵和液晶显示器中的阵列类似，各像素点的透光程度均可改变。一旦控制器发出模糊指令，液晶点阵中的部分液晶就改变状态，对应像素点就由全透明变为半透明，达到模糊的效果。反之，则可由半透明转为透明恢复正常显示。这种原理已为工业界广泛使用，所以不再赘述其实现细节。

此外，由于模糊设施由液晶组成，因此也有可能根据陀螺仪检测到的头部运动方向，在液晶点阵中的某一个子区域保留透明状态，这一子区域应对应前述画中画方法的小画面。再配合显示设备的画中画功能，同样可以实现用大画面欺骗大脑，用小画面辅助预测新的视野和显示内容。这种组合可以在达到防眩晕效果的同时，最大程度降低对硬件的需求，并保留人脑控制-反馈闭环，是最佳的实施方式。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。