虚拟现实系统及方法与流程

本发明关于一种虚拟现实系统，并且特别地，本发明关于一种可令虚拟现实空间扩大并维持传感器精确度的虚拟现实系统。

背景技术：

虚拟现实(virtualreality，vr)简称虚拟技术，也称虚拟环境，其利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉等感官的模拟，让使用者感觉仿佛身历其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界影像传回产生临场感。此技术整合了电脑图形、电脑仿真、人工智能、感应、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由电脑技术辅助生成的高技术模拟系统。

目前已有数种不同的虚拟现实系统面世，这些虚拟现实系统通常都具有头戴式的虚拟现实影像产生器、运动控制器以及动作或位置检测器。请参阅图1，图1是绘示现有技术的一种虚拟现实系统(htcvive)的示意图，此系统可在电脑平台上运行，其虚拟现实空间是由至少两个扫描激光发生器10产生，而使用者可头戴虚拟现实影像产生器12并且手持运动控制器14于虚拟现实空间中活动。详言之，两扫描激光发生器10可相对设置，并且分别产生扫描激光光源，而扫描激光光源在空间中的重迭范围形成光室(lighthouse)。头戴式的虚拟现实影像产生器12及运动控制器14上的不同位置分别设置有多个光传感器，当处于光室中时，上述光传感器可用来检测扫描激光光源。根据虚拟现实影像产生器12及运动控制器14上各个光传感器所检测到的扫描激光光源的时间差，电脑上或虚拟现实影像产生器12上的计算或处理模块可计算出配戴虚拟现实影像产生器12及运动控制器14的使用者的位置以及动作、姿势等，并能进一步根据使用者位置、动作、姿势来产生对应的虚拟现实影像。

扫描激光发生器10的扫描激光光源通常具有一有效距离，光传感器于此有效距离中可收到良好的感测精确度。一般而言，两个相对的扫描激光发生器10之间可相隔5～10公尺，进而形成对角线距离5～10公尺的光室，对一般家庭空间而言乃是一个适合的大小。然而，当使用者具有更大的使用空间时，此光室基于光传感器的感测精确度限制而无法向外延伸，令使用者仅能在有限的空间下体验虚拟现实而无法获得更完整的体验。

因此，有必要研发一种能根据使用空间大小延伸虚拟现实空间的虚拟现实系统，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的一范畴在于提供一种虚拟现实系统。根据本发明的一具体实施例，虚拟现实系统包含至少两个扫描激光发生器以及虚拟现实影像产生器。扫描激光发生器可分别包含移动装置，并且可分别发出扫描激光光源以于空间中形成光室。虚拟现实影像产生器进一步包含多个光传感器以及连接光传感器的处理模块，其中光传感器可用来接收扫描激光光源，处理模块可以根据各光传感器所接收到的扫描激光光源判断虚拟现实影像产生器于光室中的第一位置，并根据此第一位置控制移动装置带动扫描激光发生器进行移动。藉此，即使虚拟现实影像产生器移动，仍可令其位置维持于光室中，以扩大虚拟现实影像的范围。

根据本发明的另一具体实施例，当上述处理模块判断出虚拟现实影像产生器的第一位置与光室的边界间的距离小于一阈值时，处理模块可发出控制信号控制移动装置带动扫描激光发生器进行移动。

根据本发明的另一具体实施例，上述处理模块可发出控制信号控制移动装置，使其带动扫描激光发生器移动至第一位置与光室边界间的距离大于该阈值。

根据本发明的另一具体实施例，上述处理模块可发出控制信号控制移动装置，使其带动扫描激光发生器移动至光室中的一预设区域。

根据本发明的另一具体实施例，上述处理模块根据光传感器所接收到的扫描激光光源以及虚拟现实影像产生器的第一位置，控制虚拟现实影像产生器产生虚拟现实影像，其中，处理模块可进一步包含校正程序，并可根据此校正程序以及移动装置带动扫描激光发生器进行移动的距离校正虚拟现实影像产生器位于虚拟现实影像中的一第二位置。

根据本发明的另一具体实施例，上述虚拟现实影像产生器进一步包含头戴式显示器与控制器，而处理模块可控制头戴式显示器产生虚拟现实影像。控制器可与头戴式显示器连接，上述光传感器可以分别设置在头戴式显示器与控制器的上。

本发明的另一范畴在于提供一种虚拟现实方法。根据本发明的一具体实施例，虚拟现实方法可包含下列步骤：至少两个扫描激光发生器可分别发出扫描激光光源，以于空间中形成光室；虚拟现实影像产生器以其上的多个光传感器接收扫描激光；虚拟现实影像产生器的处理模块根据光传感器光传感器所接收到的扫描激光，控制虚拟现实影像产生器产生虚拟现实影像，并判断虚拟现实影像产生器于光室中的第一位置；处理模块根据虚拟现实影像产生器于光室中的第一位置，控制扫描激光发生器上的移动装置，使其带动扫描激光发生器进行移动。藉此，即使虚拟现实影像产生器移动，仍可令其位置维持于光室中，以扩大虚拟现实影像的范围。

根据本发明的另一具体实施例，上述虚拟现实方法中处理模块根据虚拟现实影像产生器于光室中的第一位置控制移动装置带动扫描激光发生器进行移动的步骤进一步包含：处理模块判断虚拟现实影像产生器的第一位置与光室的边界间的距离是否小于一阈值；以及，若判断小于阈值，处理模块控制移动装置带动扫描激光发生器移动至其第一位置与光室的边界间的距离大于阈值。

根据本发明的另一具体实施例，上述虚拟现实方法中处理模块根据虚拟现实影像产生器于光室中的第一位置控制移动装置带动扫描激光发生器进行移动的步骤进一步包含：处理模块判断虚拟现实影像产生器的第一位置是否位于光室中的一预设区域之外；以及，若判断结果为是，处理模块控制移动装置带动扫描激光发生器移动至其第一位置位于预设区域之中。

根据本发明的另一具体实施例，上述虚拟现实方法进一步包含：处理模块根据移动装置带动扫描激光发生器移动的距离校正虚拟现实影像产生器位于该虚拟现实影像中的第二位置。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述以及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1是绘示现有技术的一种虚拟现实系统(htcvive)的示意图。

图2是绘示根据本发明的一具体实施例的虚拟现实系统的示意图。

图3是绘示根据本发明的一具体实施例的虚拟现实系统判断第一位置与光室间的相对关系，并根据此关系控制扫描激光发生器的移动的示意图。

图4是绘示根据本发明的另一具体实施例的虚拟现实系统判断第一位置与光室间的相对关系，并根据此关系控制扫描激光发生器的移动的示意图。

图5是绘示根据本发明的一具体实施例的虚拟现实方法的步骤流程图。

图6是绘示根据本发明的另一具体实施例的虚拟现实方法的步骤流程图。

图7是绘示根据本发明的另一具体实施例的虚拟现实方法的步骤流程图。

【符号说明】

10：扫描激光发生器12：虚拟现实影像产生器

14：运动控制器

2：虚拟现实系统20：扫描激光发生器

22：虚拟现实影像产生器200：移动装置

220：头戴式显示器222：控制器

2200：处理模块s：扫描激光光源

r：光室v：阈值

p：预设区域s30～s38：流程步骤

s360～s366：流程步骤

具体实施方式

请参阅图2，图2是绘示根据本发明的一具体实施例的虚拟现实系统2的示意图。如图2所示，虚拟现实系统2包含至少两个扫描激光发生器20以及虚拟现实影像产生器22，其中，扫描激光发生器20可发出扫描激光光源s，而至少两个扫描激光发生器20所发出的扫描激光光源s于空间中可形成光室r。实务中，可利用两个互相相对的扫描激光发生器产生扫描激光光源，扫描激光光源互相交错而形成光室，因此两个扫描激光发生器分别位于光室的一对角线的两个顶点上。虚拟现实影像产生器22可包含头戴式显示器220以及控制器222，前者可由使用者配戴于头上以提供使用者虚拟现实影像，后者则可由使用者所握持。头戴式显示器220以及控制器222的表面上可设置多个光传感器，当使用者配戴头戴式显示器220以及控制器222且位于光室r之中时，光传感器可用来接收扫描激光光源s。

头戴式显示器220中具有处理模块2200，用来连接头戴式显示器220上的各个光传感器以及控制器222，藉此得到头戴式显示器220的各光传感器所感测到的扫描激光光源s的时间，并从控制器222处得到控制器222上的各光传感器所感测到的扫描激光光源s的时间。依据各光传感器所感测到的扫描激光光源s的时间，处理模块2200可以计算出虚拟现实影像产生器22位于光室r中的第一位置，亦即，配戴了头戴式显示器220以及控制器222的使用者位于光室r中的第一位置，同时处理模块2200也可以根据各光传感器所感测到的扫描激光光源s的时间计算出使用者的姿势。处理模块2200根据计算出的使用者的第一位置及姿势，控制头戴式显示器220产生并提供虚拟现实影像给使用者。于本具体实施例中，处理模块2200位于头戴式显示器220中，并通过无线传输技术与控制器222沟通以从控制器222接收其光传感器的数据，然而，于实务中并不限定于上述的连接架构。举例而言，处理模块也可以设置在外部的电子处理装置中，例如设置在电脑中，通过有线或无线传输技术方式从头戴式显示器及控制器处接收其光传感器的数据。

于本具体实施例中，各扫描激光发生器20进一步包含了移动装置200，例如以马达驱动的轮胎或履带组，而此移动装置200也可通过无线传输技术与处理模块2200沟通，并受处理模块220的控制而带动扫描激光发生器20移动。处理模块2200可控制各扫描激光发生器20的移动装置200沿同一方向同一速度前进，因此，光室r可维持原形状而朝一方向移动。

当使用者穿戴头戴式显示器220以及控制器222时并于光室r内进行各种动作时，处理模块2200可判断使用者的姿势及第一位置，藉以提供使用者虚拟现实影像，令使用者可在虚拟现实影像中互动，而使用者在虚拟现实影像中则位于一第二位置，一般而言，第二位置与第一位置具有一对应关系。于实务中，光传感器与扫描激光发生器间的相对位置较近则判断姿势与位置的精确度较高，因此虚拟现实影像的精确度也较高。在多个扫描激光发生器形成光室的状况下，光传感器于光室中的一特定区域，例如光室的中央，具有较高的精确度；相对地，当光传感器接近光室边缘时其感测的精确度会降低，导致虚拟现实影像失真或者是无法配合使用者的姿势或动作。

于本具体实施例中，处理模块2200可控制各移动装置200带动扫描激光发生器20移动，使得光传感器维持高精确度。具体而言，处理模块2200根据所计算出的虚拟现实影像产生器22及使用者位于光室r中的第一位置，判断第一位置与光室r间的相对关系，并根据此关系控制扫描激光发生器20的移动。

请一并参阅图2及图3，图3绘示图2的虚拟现实系统2判断第一位置与光室r间的相对关系，并根据此关系控制扫描激光发生器20的移动的示意图。如图3所示，光室r的边界朝内可设定一距离的阈值v，此阈值v实务中可储存于处理模块中。使用者可配戴虚拟现实影像产生器22于光室r中移动，当其第一位置与光室r的边界间的距离小于阈值v时，处理模块可发出控制信号给扫描激光发生器20的移动装置200，使移动装置200可带动扫描激光发生器20移动，进而令光室r相对地移动直到第一位置与光室r的边界的距离大于阈值v。于本具体实施例中，虚拟现实影像产生器22与光室r的右边边界的距离小于阈值v，因此处理模块可发出控制信号使移动装置200带动扫描激光发生器20向右移动至虚拟现实影像产生器22与光室r的右边边界的距离大于阈值v。藉此，可使光室r配合使用者的移动，实质上增加了虚拟现实的范围并维持光传感器的精准度。

此外，请一并参阅图2及图4，图4绘示根据本发明的另一具体实施例的虚拟现实系统2判断第一位置与光室r间的相对关系，并根据此关系控制扫描激光发生器20的移动的示意图。如图4所示，本具体实施例与上一具体实施例不同处，在于本具体实施例于光室r中设定一个预设区域p，此预设区域p实务中可储存于处理模块中，并且可为光传感器精准度较高的区域。使用者可配戴头戴式显示器220以及控制器222于光室r中移动，当其第一位置与光室r的边界间的距离小于阈值v时，处理模块可发出控制信号给扫描激光发生器20的移动装置200，使移动装置200可带动扫描激光发生器20移动，进而令光室r相对地移动直到第一位置位于预设区域p中。于本具体实施例中，虚拟现实影像产生器22上方超出了预设区域p，因此处理模块可发出控制信号使移动装置200带动扫描激光发生器20向上移动至虚拟现实影像产生器22重新位于预设区域p中。藉此，可使光室r配合使用者的移动，实质上增加了虚拟现实的范围并维持光传感器的精准度。此外，根据本发明的另一具体实施例，处理模块亦可于判断出第一位置不在预设区域p内时，即发出控制信号令光室r相对地移动直到第一位置位于预设区域p中，以经常性地维持虚拟现实影像产生器22位于光传感器准确率高的预设区域p中。

此外，处理模块中也可同时储存上述具体实施例的阈值v以及预设区域p，并同时以阈值v及预设区域p来判断第一位置与光室r间的相对关系以根据此关系控制扫描激光发生器的移动。根据另一具体实施例，处理模块也可以先判断第一位置与光室r的边界间的距离是否小于阈值v，当其距离小于阈值v时，处理模块可发出控制信号使移动装置200带动扫描激光发生器20移动至预设区域p中。

如前所述，处理模块可根据虚拟现实影像产生器及使用者的第一位置产生虚拟现实影像，且使用者位于虚拟现实影像中的第二位置，第一位置与第二位置间有对应的关系。然而，于上述具体实施例中，由于光室r也进行了移动，因此在光室r进行移动后所计算出的第一位置将会与使用者在真实空间中移动后的位置不同，进而造成使用者在虚拟现实影像中的第二位置产生飘移。于另一具体实施例中，处理模块中可进一步包含校正程序对第一位置进行校正。详言之，光室r的移动，亦即扫描激光发生器20的移动，相对于使用者以及虚拟现实影像产生器22，因此校正程序中仅须将计算后的第一位置扣除扫描激光发生器20的移动方向与距离即可得到实际的第一位置。

请一并参阅图5及图2，图5绘示根据本发明的一具体实施例的虚拟现实方法的步骤流程图，图5的方法用于一虚拟现实系统中，此系统的架构可参考图2，故于此不再赘述。如图5所示，本具体实施例的虚拟现实方法包含下列步骤：于步骤s30，至少二扫描激光发生器20分别发出扫描激光光源s，以于空间中形成光室r；于步骤s32，虚拟现实影像产生器22以设置于其上的多个光传感器接收扫描激光光源s；于步骤s34，虚拟现实影像产生器2的处理模块2200根据光传感器接收到的扫描激光光源s判断虚拟现实影像产生器2位于光室r中的第一位置，且根据此第一位置产生虚拟现实影像，于虚拟现实影像中，虚拟现实影像产生器2位于一个与第一位置对应的第二位置；于步骤s36，处理模块2200根据第一位置分别控制扫描激光发生器20的移动装置200带动其进行移动；以及，于步骤s38，处理模块2200根据扫描激光发生器20移动的距离校正虚拟现实影像产生器22位于虚拟现实影像中的第二位置。

于本具体实施例中，步骤s34的虚拟现实影像产生器22可包含头戴式显示器220以及控制器222供一使用者配戴或握持，而光传感器则散布于头戴式显示器220以及控制器222的表面。根据各个光传感器接收到扫描激光光源s的时间，处理模块2200可判断使用者在光室r中的第一位置以及使用者目前的姿势，进而控制头戴式显示器220提供使用者虚拟现实影像并使其能与虚拟现实影像互动。

于步骤s36中，处理模块2200可根据第一位置与光室r间的相对关系来控制扫描激光发生器移动。然而，于扫描激光发生器移动后，由于光室r位置改变使其第一位置与光室r移动前的第一位置产生差异，导致第二位置产生飘移，因此需再经校正使第二位置不至于偏移。步骤s38实务中可将计算后的第一位置扣除扫描激光发生器20移动的距离而得到实际的第一位置，根据此实际的第一位置所产生的虚拟现实影像中的第二位置即对应到使用者实际的移动距离而不会产生飘移。

上述的步骤s36，于实务中可根据第一位置与光室r间的相对关系来决定是否移动扫描激光发生器20以及移动的方向和距离。请参阅图6，图6绘示根据本发明的另一具体实施例的虚拟现实方法的步骤流程图。如图6所示，本具体实施例的虚拟现实方法于执行其步骤s34后，进一步包含：步骤s360，处理模块2200判断第一位置与光室r的边界间的距离是否小于阈值v；以及，于步骤s362，当判断出第一位置与光室r的边界间的距离小于阈值v，处理模块2200控制扫描激光发生器20移动至第一位置与光室r的边界间的距离大于阈值v。本具体实施例的方法的其他步骤与上一具体实施例相对应的步骤相同，故于此不再赘述。阈值v于实务中可储存于处理模块2200中，并且其数值大小可由使用者自行设定。处理模块2200实务中可令所有的控制扫描激光发生器20沿着同方向及同样速度进行移动，使得光室r于移动中不至于变形，以避免进而影响到光室r中第一位置的计算与判断。

除了上述的阈值v，实务中还可根据不同的条件来控制扫描激光发生器的移动。请参阅图7，图7绘示根据本发明的另一具体实施例的虚拟现实方法的步骤流程图。如图7所示，本具体实施例的虚拟现实方法于执行其步骤s34后，进一步包含：步骤s364，处理模块2200判断第一位置是否位于光室r中的一预设区域外；以及，于步骤s366，当判断出第一位置位于预设区域外时，处理模块2200控制扫描激光发生器20移动至第一位置位于预设区域内。本具体实施例的方法的其他步骤与上一具体实施例相对应的步骤相同，故于此不再赘述。预设位置于实务中可储存于处理模块2200中，并且其大小与位置可由使用者自行设定。若将预设位置设定在光传感器精准度较高的位置，本具体实施例的方法可持续地维持虚拟现实影像的精确度。

此外，根据另一具体实施例，于上述方法的步骤s34后也可先进行处理模块2200判断第一位置与光室r的边界间的距离是否小于阈值v的步骤。当判断出其距离小于阈值v时，则接着进行处理模块发出控制信号使移动装置200带动扫描激光发生器20移动至预设区域p中的步骤。

综上所述，本发明的虚拟现实系统与虚拟现实方法在具有较大可利用空间时，能有效地延伸虚拟现实影像的最大空间，可令使用者不因光室的大小限制其移动。此外，通过校正程序也可让使用者感觉不到虚拟现实影像有不连续的异动。藉此，使用者可获得更完整的虚拟现实体验。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。