基于三维空间的头戴设备的光标控制方法和装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三维空间的头戴设备的光标控制方法，包括：采集头部动作产生的头动数据；将头动数据转换为四元数数据；将四元数数据与预存的指令数据进行比对；当比对匹配时，发出控制指令。上述方法超越现有鼠标的概念，增加z轴纵向操控，使在3D场景中的操纵感达到完美，具有很好的用户体验性与易用性。本发明还公开了一种基于三维空间的头戴设备的光标控制装置。
【专利说明】
基于三维空间的头戴设备的光标控制方法和装置
技术领域
[0001] 本发明属于三维智能技术领域，特别涉及一种基于三维空间的头戴设备的光标控 制方法和装置。
【背景技术】
[0002] 众所周知，增强现实技术(Augmented Reality，AR)是随着虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)迅速发展和实际应用需要而出现的一种将真实世界信息和虚拟世界信息"无 缝"集成的新技术。AR技术最终实现的目标为:借助计算机图形技术和可视化技术、交互技 术、显示技术等产生显示环境中不存在的虚拟对象，并通过注册技术将虚拟对象准确地设 置在真是环境中，让用户出于一种虚拟世界无缝融合的环境中。目前，在AR/VR领域中需要 一个较为稳定的光标控制方式，用于与设备进行交互，目前市场上有一些针对智能设备的 头部操控方式，但是都是基于平面即x*y轴操作，并不考虑z轴上的情况，操作准确性较差， 且缺乏易用性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于三维空间的头戴设备的光标控制方法和装置，本发 明通过使设备的光标可以在x*y*z轴上自由选取对象，完成在三维场景下的光标操控，具有 操作的准确性与易用性。
[0004] 为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种基于三维空间的头戴设备的光标 控制方法，该方法包括:采集头部动作产生的头动数据;将头动数据转换为四元数数据;将 四元数数据与预存的指令数据进行比对;当比对匹配时，发出控制指令。
[0005] 在其中一个实施例中，所述头动数据包括头部在空间中的运动轨迹和/或头部姿 ??τ 〇
[0006] 在其中一个实施例中，所述头部动作包括下述中的一种或多种:左转，右转，抬头， 低头，向前移动，向后移动。
[0007] 在其中一个实施例中，所述控制指令包括下述中的一种或多种：切换到虚拟场景 左部指令，切换到虚拟场景右部指令，切换到虚拟场景上部指令，切换到虚拟场景下部指 令，进入下一个虚拟场景指令，进入上一个虚拟场景指令。
[0008] 在其中一个实施例中，所述基于三维空间的头戴设备光标控制方法还包括:根据 所述控制指令显示所述虚拟场景部位或所述虚拟场景。
[0009] 在其中一个实施例中，基于三维空间的头戴设备光标控制方法进一步包括:采集 与所述头部动作匹配的指环运动数据和/或按键信号。
[0010] 在其中一个实施例中，在所述采集与所述头部动作匹配的指环运动数据和/或按 键信号之后包括:将指环运动数据转换为四元数数据;将四元数数据与预存的指令数据进 行比对;当比对匹配时，发出控制指令。
[0011] 在其中一个实施例中，所述头动数据和/或指环运动数据包括三维坐标的位移数 据。
[0012] 为实现上述目的，本发明的另一个方面提供了一种基于三维空间的头戴设备的光 标控制装置，该装置包括：
[0013] 头部动作传感器，用于采集头部动作产生的头动数据；
[0014] 数据转换模块，用于将头动数据转换为四元数数据；
[0015] 数据处理模块，用于将四元数数据与预存的指令数据进行比对，当比对匹配时，发 出控制指令。
[0016] 在其中一个实施例中，所述头动数据包括头部在空间中的运动轨迹和/或头部姿 ??τ 〇
[0017] 在其中一个实施例中，所述头部动作包括下述中的一种或多种:左转，右转，抬头， 低头，向前移动，向后移动。
[0018] 在其中一个实施例中，所述控制指令包括下述中的一种或多种：切换到虚拟场景 左部指令，切换到虚拟场景右部指令，切换到虚拟场景上部指令，切换到虚拟场景下部指 令，进入下一个虚拟场景指令，进入上一个虚拟场景指令。
[0019] 在其中一个实施例中，所述基于三维空间的头戴设备光标控制装置还包括：显示 模块，根据所述控制指令显示所述虚拟场景部位或所述虚拟场景。
[0020] 在其中一个实施例中，还包括指环动作传感器，用于采集与所述头部动作匹配的 指环运动数据和/或按键信号。
[0021] 在其中一个实施例中，所述头部动作传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪 以及三轴磁力传感器。
[0022] 在其中一个实施例中，所述头动数据和/或指环运动数据包括三维坐标的位移数 据。
[0023] 如上所述，本发明公开的基于三维空间的头戴设备的光标控制方法和装置，该方 法包括:采集头部动作产生的头动数据;将头动数据转换为四元数数据;将四元数数据与预 存的指令数据进行比对;当比对匹配时，发出控制指令。上述方法超越现有鼠标的概念，增 加 ζ轴纵向操控，使在3D场景中的操纵感达到完美，具有很好的用户体验性与易用性。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明中的一种基于三维空间的头戴设备的光标控制方法的步骤流程图；
[0025] 图2是本发明中的另一种基于三维空间的头戴设备的光标控制方法的步骤流程 图；
[0026] 图3是发明中的一种基于三维空间的头戴设备的光标控制装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本 发明的概念。
[0028] 图1是本发明中的基于三维空间的头戴设备的光标控制方法的步骤流程图。
[0029] 步骤102,采集头部动作产生的头动数据。
[0030] 本实施例中，头部动作九轴传感器对头动数据进行采集包括:头部动作九轴传感 器的内置采集模块对与头戴设备匹配的指环的运动轨迹以及指环的按键信号进行采集。其 中，头部动作九轴传感器由三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力传感器组成;且其 中，三轴加速度传感器对三维空间的三维坐标的位移数据进行采集。优选的，所述头动数据 包括头部在空间中的运动轨迹和/或头部姿态。
[0031] 步骤104,将头动数据转换为四元数数据。
[0032] 本实施例中，头部动作九轴传感器对头动数据进行采集包括:将采集到的数据转 换为四元数，并对四元数进行分析处理获取运动参数。
[0033] 例如，一个矢量R相对于参考系坐标通过轴η旋转了 Θ度。cosa，cosP，cos γ为η和三 个坐标轴的方向余弦，q为四元数。
[0034] R'=qRq'；
[0035] q = A+pii+p2i+p3i ；
[0037] q可以确定载体坐标系到导航坐标系的转换矩阵为：
[0039] 通过每个传感器得到的导航坐标系的四元数数据可以得到人体姿态。
[0040] 步骤106,将四元数数据与预存的指令数据进行比对。
[0041] 本实施例中，预存的指令数据为预存数据库中的多个指令数据。
[0042] 步骤108,当比对匹配时，发出控制指令。
[0043] 作为本发明一个优选的实施方式，如图2所示，在采集头部动作产生的头动数据之 前，或者在采集头部动作产生的头动数据之后，或者在采集头部动作产生的头动数据的同 时还包括:采集与所述头部动作匹配的指环运动数据和/或按键信号。其中，采集与所述头 部动作匹配的指环运动数据和/或按键信号之后包括步骤：
[0044] a，将指环运动数据转换为四元数数据；
[0045] b，将四元数数据与预存的指令数据进行比对；
[0046] c，当比对匹配时，发出控制指令。
[0047]在步骤a中，将指环运动数据转换为四元数数据的转换方法与步骤104相同。
[0048]在上述实施例中，所述头动数据和/或指环运动数据包括三维坐标的位移数据。
[0049]在上述实施例中，作为一个优选的方案，所述头部动作包括下述中的一种或多种： 左转、右转、抬头、低头、向前移动、向后移动。由头部动作产生对应的左转、右转、抬头、低 头、向前移动、向后移动的头动数据，头动数据转换成四元数后，与预存指令数据进行比对， 比对成功发出控制指令，控制指令包括下述中的一种或多种:切换到虚拟场景左部指令，切 换到虚拟场景右部指令，切换到虚拟场景上部指令，切换到虚拟场景下部指令，进入下一个 虚拟场景指令，进入上一个虚拟场景指令。在3D智能显示领域，虚拟场景不同于电脑屏幕所 展示的画面，而是能够上下左右前后360度展示的画面，与人眼所见真实环境没有区别，此 处，切换到虚拟场景左部指令相当于切换到人左侧的视野，其它依此类推，进入下一个虚拟 场景指令相当于切换所处的空间环境，例如从草原切换到森林，虚拟场景的排序事先设定， 通过头部向前移动来控制进入下一个虚拟场景，头部向后移动来控制进入上一个虚拟场 景。
[0050] 基于上述实施例，可选的，在步骤S108之后还包括:根据所述控制指令显示所述虚 拟场景部位或所述虚拟场景。具体的，通过智能眼镜显示屏幕显示虚拟场景左部、虚拟场景 右部、虚拟场景上部、虚拟场景下部、下一个虚拟场景、上一个虚拟场景。
[0051] 如上所述，本发明公开的基于三维空间的头戴设备的光标控制方法，该方法包 括:头部动作九轴传感器对头动数据进行采集;将采集到的数据进行转换，并发送至主机； 接收并显示主机的比对结果。上述方法超越现有鼠标的概念，增加 z轴纵向操控，使在3D场 景中的操纵感达到完美，具有很好的用户体验性与易用性。
[0052]上述方法具体实施例说明，在三维立体场景中有很多互相覆盖遮挡的物体，或者 覆盖遮挡的结构，在操作中会给使用者带来一定困扰，例如，模拟的房间内站在桌子前想要 选择桌子后的椅子，在铺好的床铺上想选择被褥下的床垫，罗列的书本中想要选取自己喜 欢的那一本等等，有了纵向对光标的控制可以避免这种困扰。在虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)/增强现实技术(Augmented Reality，AR)场景中会保持光标位于屏幕中的位 置，转头移动光标时光标依然保持在视野中央，而场景会跟随头部运动而运动。当头向左转 时，场景向右移动，当头向右转时，场景向左移动，当头向上抬时，场景向下移动，当头向下 低时，场景向上移动，当头向前伸或向前位移时，进入下一场景/选取下一个页面/选取下一 个物体，当头向后撤或向后位移时，回到上一场景/选取上一个页面/选取上一个物体。 [0053]基于相同原理，本发明还提出了一种基于三维空间的头戴设备的光标控制装置 10。如图3所示。该基于三维空间的头戴设备的光标控制装置10包括:头部动作传感器120、 数据转换模块140和数据处理模块160。
[0054] 其中，头部动作传感器120用于采集头部动作产生的头动数据;数据转换模块140 用于将头动数据转换为四元数数据;数据处理模块160用于将四元数数据与预存的指令数 据进行比对，当比对匹配时，发出控制指令。例如，头部动作传感器感知头部在空间中的运 动轨迹以及各个方位的头部姿态。其中，头部动作九轴传感器由三轴加速度传感器、三轴 陀螺仪以及三轴磁力传感器组成;且其中，三轴加速度传感器对三维空间的三维坐标的位 移数据进行采集。
[0055] 在上述实施例中，作为一个优选的方案，所述头部动作包括下述中的一种或多种： 左转、右转、抬头、低头、向前移动、向后移动。由头部动作产生对应的左转、右转、抬头、低 头、向前移动、向后移动的头动数据，头动数据转换成四元数后，与预存指令数据进行比对， 比对成功发出控制指令，控制指令包括下述中的一种或多种:切换到虚拟场景左部指令，切 换到虚拟场景右部指令，切换到虚拟场景上部指令，切换到虚拟场景下部指令，进入下一个 虚拟场景指令，进入上一个虚拟场景指令。在3D智能显示领域，虚拟场景不同于电脑屏幕所 展示的画面，而是能够上下左右前后360度展示的画面，与人眼所见真实环境没有区别，此 处，切换到虚拟场景左部指令相当于切换到人左侧的视野，其它依此类推;进入下一个虚拟 场景指令相当于切换所处的空间环境，例如从草原切换到森林，虚拟场景的排序事先设定， 通过头部向前移动来控制进入下一个虚拟场景，头部向后移动来控制进入上一个虚拟场 景。
[0056] 基于上述实施例，可选的，本发明基于三维空间的头戴设备的光标控制装置10还 包括:显示模块，根据所述控制指令显示所述虚拟场景部位或所述虚拟场景。具体的，通过 智能眼镜显示屏幕显示虚拟场景左部、虚拟场景右部、虚拟场景上部、虚拟场景下部、下一 个虚拟场景、上一个虚拟场景。
[0057] 作为本发明一个优选的实施方式，一种基于三维空间的头戴设备的光标控制装置 10还包括：指环动作传感器，用于采集与所述头部动作匹配的指环运动数据和/或按键信 号。
[0058]上述实施例中，头动数据和/或指环运动数据包括三维坐标的位移数据。
[0059]此外，该基于三维空间的头戴设备的光标控制装置10中的数据转换模块140还用 于将采集到的数据转换为四元数，并对四元数进行分析处理获取运动参数。其中：得到的X* y轴数据用于控制当前水平面上的光标移动，得到的z轴数据用于控制光标纵向移动。
[0060] 进一步的，在一个实施例中，数据处理模块160包括：比对单元161(图中未示出）用 于主机将接收数据与预存数据库中的多个指令数据进行比对;控制单元162(图中未示出） 用于如果比对成功，则发送控制指令，并将光标的位置和选中的界面或虚拟物体呈现在用 户面前。
[0061] 如上所述，本发明公开的基于三维空间的头戴设备的光标控制装置，该方法包括： 头部动作传感器120用于采集头部动作产生的头动数据;数据转换模块140用于将头动数据 转换为四元数数据;数据处理模块160用于将四元数数据与预存的指令数据进行比对，当比 对匹配时，发出控制指令。上述装置超越现有鼠标的概念，增加 z轴纵向操控，使在3D场景中 的操纵感达到完美，具有很好的用户体验性与易用性。
[0062] 应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的 原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨 在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修 改例。
【主权项】
1. 一种基于三维空间的头戴设备光标控制方法，包括： 采集头部动作产生的头动数据； 将头动数据转换为四元数数据； 将四元数数据与预存的指令数据进行比对； 当比对匹配时，发出控制指令。2. 根据权利要求1所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，所述头动数据包括 头部在空间中的运动轨迹和/或头部姿态。3. 根据权利要求1或2所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，所述头部动作包 括下述中的一种或多种:左转，右转，抬头，低头，向前移动，向后移动。4. 根据权利要求3所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，所述控制指令包括 下述中的一种或多种:切换到虚拟场景左部指令，切换到虚拟场景右部指令，切换到虚拟场 景上部指令，切换到虚拟场景下部指令，进入下一个虚拟场景指令，进入上一个虚拟场景指 令。5. 根据权利要求4所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，还包括:根据所述控 制指令显示所述虚拟场景部位或所述虚拟场景。6. 根据权利要求1所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，进一步包括:采集与 所述头部动作匹配的指环运动数据和/或按键信号。7. 根据权利要求1所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，在所述采集与所述 头部动作匹配的指环运动数据和/或按键信号之后包括： 将指环运动数据转换为四元数数据； 将四元数数据与预存的指令数据进行比对； 当比对匹配时，发出控制指令。8. 根据权利要求1-7中任一项所述的基于三维空间的头戴设备光标控制方法，其中，所 述头动数据和/或指环运动数据包括三维坐标的位移数据。9. 一种基于三维空间的头戴设备光标控制装置，其特征在于，该装置包括： 头部动作传感器，用于采集头部动作产生的头动数据； 数据转换模块，用于将头动数据转换为四元数数据； 数据处理模块，用于将四元数数据与预存的指令数据进行比对，当比对匹配时，发出控 制指令。10. 根据权利要求9所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，所述头动数据包括 头部在空间中的运动轨迹和/或头部姿态。11. 根据权利要求9或10所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，所述头部动作 包括下述中的一种或多种:左转，右转，抬头，低头，向前移动，向后移动。12. 根据权利要求11所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，所述控制指令包 括下述中的一种或多种:切换到虚拟场景左部指令，切换到虚拟场景右部指令，切换到虚拟 场景上部指令，切换到虚拟场景下部指令，进入下一个虚拟场景指令，进入上一个虚拟场景 指令。13. 根据权利要求12所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，还包括：显示模 块，根据所述控制指令显示所述虚拟场景部位或所述虚拟场景。14. 根据权利要求9所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，还包括指环动作传 感器，用于采集与所述头部动作匹配的指环运动数据和/或按键信号。15. 根据权利要求9或14所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，其特征在于， 所述头部动作传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力传感器。16. 根据权利要求9或14所述的基于三维空间的头戴设备光标控制装置，其特征在于， 所述头动数据和/或指环运动数据包括三维坐标的位移数据。
【文档编号】G06F3/01GK106095092SQ201610405453
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】王飞
【申请人】北京行云时空科技有限公司