一种裸眼混合实境设备的制作方法

本实用新型涉及计算机图像技术领域，特别涉及一种裸眼混合实境设备。

背景技术：

混合实境是指将计算机生成虚拟物体、场景或者系统提示信息与真实场景进行叠加，实现对现实的“融合”。混合实境借助计算机图形技术和可视化技术生成现实环境中不存在的虚拟对象，并通过图像识别定位技术将虚拟对象准确“放置”在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个真实的视觉感受。混合实境技术利用标识物建立虚拟三维空间，标识物在虚拟空间与现实空间之间起到连接的作用。根据标识物类别目前分为有标识混合实境技术和无标识混合实境技术两类。混合实境能够将虚拟场景与真实场景进行相互的融合，其强大的视觉冲击力正在获得广泛的关注。随着3D技术的突飞猛进，双目立体摄像机可以间接获得三维场景的深度信息，自由立体显示技术则无需用户佩戴任何的辅助设备，裸眼即可感知立体效果。

现有的针对VR、AR、MR头戴显示器，其如果要达到虚拟现实、扩增实境以及混和实境的视觉效果，皆须配戴头戴式显示器，此模式本身就已让用户产生不直觉地感觉，且原已配戴眼镜的人在穿戴头戴显示器上皆不方便，此外，其现有技术仍无法解决长时间配戴所产生的不舒适感。

另外，在现有技术上其皆须整合投影机、摄影机以及个人计算机，在整合三者所出现的配适问题通常会造成使用者很大的困扰，这对于使用者存在着很大的不方便姓，目前并无将三者直接整合的产品。

而且，现有技术大部分只能针对静态物体进行对位投影，并需要事前花费大量时间进行影像设置以及光影修正，鲜少可快速达到对未设置的整合技术，且并无现有的整合技术可针对投影物进行物体追踪并执行动态对位投影。

再有，现有技术几乎都无法具备与最后呈现的投影画面进行实时互动操作功能，只能透过个人计算机的鼠标进行操作。

因此，现有技术具有进一步改进提高的必要。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种裸眼混合实境设备，将在不配戴任何VR、AR、MR的头戴显示器的情况下实现裸视混合实境的效果，将解决整合投影机、摄影机和个人计算机三者所带来的不便性，本产品将直接整合原本互无关系的三样装置，将解决针对动态物体对位投影的困难，将解决用户与投影画面无法直接进行互动的问题，创造全新的人机接口以及混合实境的交互感受。

本实用新型是这样实现的，提供一种裸眼混合实境设备，包括一个机箱，在所述机箱内设置有中央数据处理器、光学传感器以及投影装置，所述光学传感器以及投影装置分别与中央数据处理器相连接；所述中央数据处理器、光学传感器和投影装置设置在机箱的正面，在所述机箱内设置有多个限位筋片，所述限位筋片分别用于限制中央数据处理器、光学传感器以及投影装置的位置，在所述机箱正面设置有开孔，所述光学传感器设置有光学感应头，所述投影装置设置有投影镜头，所述光学感应头和投影镜头分别与开孔相对应；所述光学传感器拍摄当前现实场景影像，并将拍摄的当前现实场景影像数据实时地传输至中央数据处理器，所述中央数据处理器用于分别不断地接收从光学传感器传输的数据信号，并对其进行分析处理，然后将分析处理结果与中央数据处理器当前所运行的应用程序的预设虚拟影像进行交互运算，中央数据处理器利用交互运算所得的运算结果渲染和混合预设虚拟影像的状态，最后中央数据处理器将混合后的虚拟影像输出至投影装置进行显示。

进一步地，在所述机箱上还设置有外部电源插座和电源开关，在所述机箱内还设置有内部电源插座，外部电源通过外部电源插座进入到内部电源插座，所述内部电源插座为中央数据处理器、光学传感器以及投影装置提供电源。

进一步地，在所述机箱内还设置有继电器和散热风扇。

进一步地，在所述机箱上还设置麦克风装置以及喇叭装置，所述麦克风装置撷取声音讯号并传递至中央数据处理器，所述喇叭装置根据中央数据处理器所提供的声音讯号，实时进行声音播放。

进一步地，在所述机箱的侧壁设置多个散热孔。

进一步地，在所述机箱底部设置了便于移动的脚轮。

与现有技术相比，本实用新型的裸眼混合实境设备具有以下特点：

（1）.利用投影方式直接创造混合实境的视觉效果，无须配戴任何头戴显示器，即可让使用者裸眼体验混合实境。

（2）.直接整合具投影功能的装置、传感器、收音装置、具声音播放的装置以及数据处理器，完美链接各不同功能的部件，克服各部件整合的困难。

（3）.提供手部触碰、手势操控、语音操控的直觉式人机接口，提供物体追踪、影像分析等功能，并根据物体追踪和影像分析结果提供动态光影对位投影。

（4）.提供实体物体、真实环境、人类手部、人类声音与虚拟环境、虚拟物、虚拟视觉特效、虚拟图像交互的功能。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的主视图；

图2为图1的立体示意图；

图3为图1的内部结构示意图；

图4为图1的另一角度的内部结构示意图；

图5为本实用新型的中央数据处理器内部控制模块示意图；

图6为图5的中央数据处理器内部控制模块处理流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参照图1至图4所示，本实用新型裸眼混合实境设备的较佳实施例，包括一个机箱1，在所述机箱1内设置有中央数据处理器2、光学传感器3以及投影装置4。

所述光学传感器3以及投影装置4分别与中央数据处理器2相连接。所述中央数据处理器2、光学传感器3和投影装置4设置在机箱1的正面。所述机箱1正面设置有开孔5，所述光学传感器3设置有光学感应头6，所述投影装置4设置有投影镜头7，所述光学感应头6和投影镜头7分别与开孔5相对应。

所述光学传感器3拍摄当前现实场景影像，并将拍摄的当前现实场景影像数据实时地传输至中央数据处理器2。所述投影装置4根据中央数据处理器1所提供的画面，实时进行画面投影。所述中央数据处理器2用于接收从光学传感器3传输的数据信号，并对其进行分析处理，然后将分析处理结果与中央数据处理器2当前所运行的应用程序的预设虚拟影像进行交互运算，中央数据处理器2利用交互运算所得的运算结果渲染和混合预设虚拟影像的状态，最后中央数据处理器2将混合后的虚拟影像输出至投影装置4进行显示。

在所述机箱1上还设置有外部电源插座8和电源开关9，在所述机箱1内还设置有内部电源插座10。外部电源通过外部电源插座8进入到内部电源插座10，所述内部电源插座10为中央数据处理器2、光学传感器3以及投影装置4提供电源。

在所述机箱1内还设置有继电器（图中未示出）和散热风扇12。继电器与电源开关9连接而形成统一开关，通过电源开关9同时开启或关闭中央处理器2、光学传感器3、投影装置4以及散热风扇12。

在所述机箱1上还设置麦克风装置以及喇叭装置（图中未示出）。所述麦克风装置撷取声音讯号并传递至中央数据处理器2。所述喇叭装置根据中央数据处理器2所提供的声音讯号，实时进行声音播放。

在所述机箱1的侧壁设置多个散热孔13，便于机箱1内部元件的散热。在所述机箱1底部设置了便于移动的脚轮11。

在所述机箱1内设置有多个限位筋片14。所述限位筋片14分别用于限制中央数据处理器2、光学传感器3以及投影装置4的位置。所述限位筋片14沿同一方向设置以便于拆装中央数据处理器2、光学传感器3以及投影装置4。运输时，先将机箱1内各主要部件：中央数据处理器2、光学传感器3以及投影装置4拆出，将机箱1与其内部各主要部件分开携带运输，方便架设和运输。

在机箱1内的连接线15以及电源线均设置易拔插的插头，便于拆装，方便架设和运输。

在所述中央数据处理器2内置有应用程序，所述应用程序生成多种虚拟环境、虚拟物体、任何视觉特效以及声音效果组成的虚拟影像。根据所使用的光学传感器3的型号不同，每秒拍摄的帧数也不同。中央数据处理器2使用内置应用程序，对被拍摄物体的运动轨迹进行追踪，并作出运动轨迹的预判。

中央数据处理器2为本产品的核心，光学传感器3、麦克风装置、投影装置4以及喇叭装置皆需与其连接以进行数据接收、数据处理和分析结果输出等动作。中央数据处理器2不断地接收光学传感器3和麦克风装置的讯号，在接收讯号之后，中央数据处理器2将同时进行两部分的讯号处理，一部分根据麦克风装置所接收的声音讯号过滤出人声并进行语音识别和自然语言处理的音讯分析，另一部分根据光学传感器3所感测的影像数据，进行物体识别、物体追踪、手部追踪、手势判别等视觉影像分析，中央数据处理器2最后合并两部分的讯号处理结果并进行分析，并将其分析结果与中央数据处理器2当前所运行的应用程序的虚拟环境、虚拟物体、任何视觉特效以及声音效果进行交互运算，其后中央数据处理器2将利用交互运算所得的运算结果更新当前运行的应用程序的虚拟环境、各虚拟物、任何视觉效果以及声音效果的状态，最后中央数据处理器2将所有虚拟环境、各虚拟物以及各视觉效果渲染成画面输出至投影装置4，并将所要播放的声音效果输出至喇叭装置。

在本实施例中，中央数据处理器2的数据分析包含四个模块，如图5所示，一为影像分析模块006、一为音讯分析模块007、一为数据决策模块008、一为混和实境应用模块009。当光学传感器3与麦克风装置将感测讯号传至中央数据处理器2时，其处理流程如图6所示，首先影像分析模块006和音讯分析模块007会同时开始运作，影像分析模块006将光学传感器3所感测的深度与彩色信息进行统整，经过去除噪声、分割候选区域、提取影像信息特征和与数据库进行相似度比对之后，便可取得物体辨识结果，我们将针对辨识结果分别进行物体追踪以及手部追踪，物体追踪将提供已辨识物体的位置、方位以及状态，手部追踪将会提供手部位置、手部方位、手部骨架位置以及各手指骨架方位，至此影像分析结束。音频分析模块007针对麦克风装置所感测的音频讯号进行人声过滤以及语言识别，将人类语音内容转换为相应的文字，其相对应的文字内容再经过自然语言处理，最后得到相对应的语意，至此音讯分析结束。

当影像分析和音频分析结束时，分别会将分析结果传至数据决策模块008，数据决策模块008将合并影像分析结果和音频分析结果并进行处理，最后得到决策结果，例如手是否碰触到桌上的红色杯子、手是否弹射了虚拟弹珠球、使用者是否刚刚说要把音量调大等等，数据决策模块008将把决策结果传送至混和实境应用模块009，让其利用此数据决策结果进行模拟以及运算。而在模拟与运算的过程中皆利用藉由相机与投影机校正所得的校正参数修正坐标系统，使其虚拟环境与真实环境可以在同一坐标系统下进行模拟与运算，最后将会得到最后影像画面以及音效，这即为中央数据处理器2最后的分析结果，至此中央数据处理器2已处理完所有数据并完成分析。

在中央数据处理器2得出分析结果后，中央数据处理器2将对应结果的讯号传送至投影装置4与喇叭装置进行画面播放以及音效播放。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。