基于视角和/或接近度修改触觉强度的可编程触觉设备和方法
【技术领域】
[0001] 本申请要求递交于2014年6月9日的美国临时专利申请序号62/009,898W及 2014年11月6日递交的美国专利申请序号14/534,398的权益，该申请的全部内容因所有 目的合并于此。
技术领域
[0002]
[0003] 本发明的实施例设及用于提供触觉效果或反馈的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 由于市场趋向，W及由于偶然游戏者的参与，视频游戏和虚拟现实系统已经变得 愈加流行。在典型的实施方案中，计算机系统在显示设备上向用户显示可视或图形环境。用 户能够通过从接口设备输入命令或数据来与被显示的环境交互。计算机响应于用户对诸如 操纵杆手柄的移动操纵物的操纵而更新环境并且利用显示屏向用户提供可视反馈。
[0005] 常规的视频游戏设备或控制器使用可视提示和可听提示来向用户提供反馈。在一 些接口设备中，还向用户提供动觉反馈（诸如主动和有阻力的触觉反馈）和/或触反馈（诸 如振动、纹理和热），更一般地统称为"触觉反馈"或"触觉效果"。触觉反馈能够提供增强 并简化用户接口的提示。例如，振动效果或振触触觉效果可用于向电子设备的用户提供提 示W针对具体事件警告用户，或者提供现实反馈W在模拟或虚拟环境内产生更大的感觉沉 浸感。常规的游戏用触觉反馈系统和其他设备通常包括用于产生触觉反馈的致动器，致动 器附接到控制器/外围设备的壳体上。更特别地，接口设备的电动机或其他致动器被容置 在控制器内且连接到控制用计算机系统。计算机系统接收来自接口设备的传感器信号且将 适当的触觉反馈控制信号发送给致动器。然后，致动器将触觉反馈提供给控制器。计算机 系统因此能够与其他可视和可听反馈相结合地将物理感觉传送给用户。
[0006] 对提供触觉效果变化的触觉反馈系统存在需求，该系统能够提供之前不能为用户 提供的更有沉浸感和可享受的体验。
[0007] 发明概述
[0008] 本发明的实施例设及一种系统，包括：主计算机，其被配置为在显示器上向用户产 生虚拟环境；处理器；W及触觉外围设备。该触觉外围设备包括致动器，其中所述致动器被 配置为接收来自处理器的控制信号且响应于来自处理器的控制信号而向触觉外围设备输 出触觉效果。处理器被配置为根据虚拟环境的虚拟照相机的变焦状态来改变用于致动器的 控制信号，从而第一变焦状态使得所述致动器产生并施加第一触觉效果，第二变焦状态使 得所述致动器产生并施加第二触觉效果。与在第一变焦状态下相比在第二变焦状态下虚拟 对象表现为更近，第一触觉效果比第二触觉效果更弱。
[0009] 本发明的实施例还设及一种系统，包括主计算机，其被配置在显示器上向用户产 生虚拟环境；触觉外围设备；w及处理器。触觉外围设备包括致动器，其中所述致动器被配 置为接收来自处理器的控制信号且响应于来自处理器的控制信号而向触觉外围设备输出 触觉效果。处理器被配置为根据虚拟环境内虚拟照相机的视角来改变用于致动器的控制信 号，从而第一视角使得所述致动器产生并施加第一触觉效果，第二视角使得致动器产生并 施加第二触觉效果，第一触觉效果不同于第二触觉效果。
[0010] 本发明的实施例还设及一种系统，包括：主计算机，其被配置为在显示器上向用户 产生虚拟环境；触觉外围设备；W及处理器。触觉外围设备包括致动器，其中致动器被配置 为接收来自处理器的控制信号且响应于来自处理器的控制信号而向触觉外围设备输出触 觉效果。处理器被配置为根据虚拟环境的虚拟照相机的变焦状态来改变用于致动器的控制 信号，从而第一变焦状态使得致动器产生并施加第一触觉效果，第二变焦状态使得致动器 产生并施加第二触觉效果。与第一变焦状态相比，在第二变焦状态下虚拟对象表现为更近。 处理器还被配置为根据虚拟环境内虚拟照相机的视角来改变用于致动器的控制信号，从而 第一视角使得致动器产生并施加第Ξ触觉效果，第二视角使得所述致动器产生并视角第四 触觉效果。第一触觉效果、第二触觉效果、第Ξ触觉效果和第四触觉效果彼此不同。
【附图说明】
[0011] 通过如附图所示的本发明实施例的详细说明，本公开的前述特征和优点W及其它 特征和优点将变得更加清晰。并入说明书并构成本发明的一部分的附图用于解释本发明的 原理且使所属领域技术人员能够实现和利用本发明。附图不是按比例绘制的。
[0012] 图1是根据其实施例的用于向触觉外围设备提供触觉反馈的系统的框图。
[0013] 图2是图1的系统的示意图，其中触觉外围设备是触觉操纵杆。
[0014] 图3和图4是根据其实施例的触觉外围设备的立体图，其中触觉外围设备是手持 式游戏控制器。
[0015] 图5示出了图3和图4的游戏控制器的框图。
[0016] 图6是根据其实施例的用于向触觉外围设备提供触觉反馈的系统的立体图，其中 触觉外围设备是可与平板式计算机一起使用的游戏平板式控制器。
[0017] 图7示出了图6的系统的框图。
[0018] 图8是图1的系统的显示器的图示，其中显示器上显示虚拟对象。
[0019] 图9是图1的系统的虚拟照相机与图8的虚拟对象之间的虚拟距离的示意图。
[0020] 图10是图1的系统的显不器的图不，其中显不器上显不虚拟对象。
[0021] 图11是图1的系统的虚拟照相机与图10的虚拟对象之间的虚拟距离的示意图。
[0022] 图12是示出根据其实施例的用于向触觉外围设备的用户提供触觉效果的方法的 流程图，其中所提供的触觉效果根据虚拟照相机相对于作为触觉效果的源头或原因的虚拟 对象的位置或距离而变化。
[0023] 图13是图示出根据其实施例的用于确定和从主设备发送触觉信号的方法的流程 图，其中所提供的触觉效果根据虚拟照相机相对于作为触觉效果的源头或原因的虚拟对象 的位置或距离而变化。
[0024] 图14是在视频游戏实施例中第Ξ人虚拟照相机视角的图示。
[0025] 图15是根据其实施例的触觉外围设备的图示，其中触觉外围设备是手持式游戏 控制器，当用户处于如图14所示的第Ξ人虚拟照相机视角时向触觉外围设备提供弱的和/ 或环境触觉反馈。
[0026] 图16是在视频游戏实施例中第一人虚拟照相机视角的图示。
[0027]图17是根据其实施例的触觉外围设备的图示，其中触觉外围设备是手持式游戏 控制器，当用户处于如图16所示的第一人虚拟照相机视角时向触觉外围设备提供强的和/ 或触发触觉反馈。
[002引图18是图示出根据其实施例的用于向触觉外围设备的用户提供触觉效果的方法 的流程图，其中所提供的触觉效果根据虚拟照相机视角而变化。
[0029] 图19是图示出根据其实施例的确定和从主设备发送触觉信号的方法的流程图， 其中所提供的触觉效果根据虚拟照相机视角而变化。
[0030] 图20是根据其实施例的用于向触觉外围设备的用户提供触觉效果的方法的流程 图，其中所提供的触觉效果根据虚拟照相机位置W及虚拟照相机视角而变化。
[0031] 图21是如果同时存在用于图20的流程图的两种不同状态的相关触觉效果所产生 的触觉效果的示意图，其中当虚拟照相机远离虚拟对象且处于第Ξ人视角时提供弱的环境 触觉效果。
[0032] 图22是如果同时存在用于图20的流程图的两种不同状态的相关触觉效果所产生 的触觉效果的示意图，其中当虚拟照相机远离虚拟对象且处于第一人视角时提供弱的触发 触觉效果。
[0033] 图23是如果同时存在用于图20的流程图的两种不同状态的相关触觉效果所产生 的触觉效果的示意图，其中当虚拟照相机靠近或接近虚拟对象且处于第Ξ人视角时提供强 的环境触觉效果。
[0034] 图24是如果停止存在用于图20的流程图的两种不同状态的相关触觉效果所产生 的触觉效果的示意图，其中当虚拟照相机靠近或接近虚拟对象且处于第一人视角时提供强 的触发触觉效果。
[00对发明详述
[0036] 现在将参考图来说明本发明的具体实施例，其中相似的附图标记指示相同或功能 上相似的元件。下面的详细说明本质上仅为示例性的，不意在限制本发明或者本发明的应 用和使用。此外，不意在受在前面的技术领域、【背景技术】、发明概述或下面的发明详述中所 提供的任何明示或暗示理论限制。此外，虽然下面的说明主要设及游戏设备和用于游戏设 备的控制器，但是本领域技术人员将认识到说明同样适用于其他虚拟现实系统W及用于虚 拟现实系统的外围设备。
[0037] 本发明的实施例设及一种系统，该系统包括被配置为在显示器上向用户产生虚拟 环境的主计算机、处理器和触觉外围设备。触觉外围设备包括致动器，其中所述致动器被配 置为接收来自处理器的控制信号且响应于来自处理器的控制信号而向触觉外围设备输出 触觉效果。根据下面参考图更详细说明的其实施例，处理器被配置为根据虚拟环境内虚拟 照相机与作为触觉效果的源头或原因的虚拟对象之间的虚拟距离来改变用于致动器的控 制信号。换言之，处理器被配置为根据虚拟照相机的变焦状态来改变用于致动器的控制信 号。例如，第一虚拟距离（或第一变焦状态）使得致动器产生并施加第一触觉效果，第二 虚拟距离（或第二变焦状态）使得致动器产生并视角第二触觉效果。第一虚拟距离大于第 二虚拟距离（或者与在第一变焦状态下相比，在第二变焦状态下虚拟对象表现为更靠近用 户），第一触觉效果比第二触觉效果弱。根据下面将参考图更详细说明的其另一实施例，处 理器被配置为根据虚拟环境内虚拟照相机的视角来改变用于致动器的控制信号，从而第一 视角使得致动器产生并施加第一触觉效果，第二视角使得所述致动器产生并施加第二触觉 效果，第一视角是第一人视点，第二视角是第Ξ人视点。第一触觉效果不同于第二触觉效 果。例如，第一触觉效果设及触发效果，第二触觉效果设及环境效果。根据下面将参考图更 详细说明的其又一实施例，处理器可被配置为根据虚拟环境内虚拟照相机位置来改变用于 致动器的控制信号，而且处理器可被配置为根据虚拟环境内虚拟照相机视角来改变用于致 动器的控制信号。
[0038] 更具体地，图1是根据其实施例的用于向触觉外围设备102提供触觉反馈的系统 100的框图，图2是图1的系统的示意图。在图1-2的实施例中，触觉外围设备102是仅具 有单个操纵物122的触觉操纵杆。但是，本领域技术人员将理解的是，触觉操纵杆仅是触觉 外围设备的示例性实施例，可W使用具有其他构造、形状和尺寸的触觉外围设备。例如，如 本文更详细说明的，触觉外围设备可W是与当前可用于视频游戏控制台系统的许多"游戏 手柄"具有相似形运尺寸的、如图3-5所示的用于游戏系统的手持式游戏控制器302、可与 如图6-7所示的平板式计算机604 -起使用的触觉外围设备602、或者具有用户输入扣I) 元件的其他控制器，诸如但不限于电话、个人数字助理（PDA)、平板电脑、计算机、游戏外围 设备W及本领域技术人员所知的其他用于虚拟现实系统的控制器。
[0039] 参考图1-2的实施例，触觉外围设备102与被配置为在显示器106上向用户产生 虚拟环境的主计算机或计算机系统104通信。主计算机104可W包括视频游戏控制台、移 动设备、或者包含被配置为在显示器上向用户产生虚拟环境的处理器的任何其他类型的计 算机系统。如图2的框图所示，主计算机104包括主处理器108、存储器110和显示器106。 主计算机104执行软件应用，软件应用存储在存储器110中且由主处理器108来执行。主 处理器108可W是