增强现实握柄的制作方法

本实用新型涉及增强现实(AR)技术领域，特别是涉及一种增强现实场景中的交互设备。

背景技术：

增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR）, 是一种实时地计算摄像机影像的位置及角度并加上相应虚拟图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟的物体实时地叠加在现实世界中并进行互动。从用户的角度来说，现实世界被事先准备好的计算机模型（虚拟模型）所增强，这种增强可以包括视觉信息，声音，味道，触觉等。通过现实世界触发的信号，增强现实系统能够使用户与通过虚拟模型增强后的世界进行交互沟通。

现有技术中与增强现实场景的交互沟通大致分为两类，一类为通过触摸屏触发来实现交互沟通，常见于通过移动终端上的触屏控制的应用场景，这类交互方式与现实世界中的正常交互方式差异较大，且由于屏幕尺寸的限制，使用很不方便，尤其对于一些运动类的交互场景；另一类为通过捕捉使用者的肢体动作来触发交互，例如通过摄像头采集人体肢体运动特征来识别动作，或通过传感器手套来捕捉手部关节动作，这类交互方式较为自然，然而实现复杂，硬件成本和维护费用较高。而且，目前消费级惯性传感器难以追踪到六个自由度，这严重限制了增强现实场景中的交互操作和应用范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种增强现实握柄，以实现通过使用者操作握柄的方式来感知用户在三维空间中六个自由度的动作姿态，并将握柄及其交互操作在增强现实场景中进行体现。

其涉及的主要技术方案为： 通过一种可感知使用者手部动作的握柄，使用户可以通过握柄将手部的动作转换为控制信号，并发送给所连接的智能终端进行复杂交互操作。

其进一步的技术方案为，增强现实握柄，至少包括握柄主体，握柄主体轮廓特征识别标记和设置于握柄主体内部的电路板，所述握柄主体的形状为长柄形，以适于握持并操作；所述握柄主体外表面设置的功能按键，至少包括控制电源开关的电源键，控制信号传输功能的通信控制键；所述握柄主体内设置的电路板，包括动作感应元件、数据处理元件和数据传输元件；供电模块，为所述电路板提供电能。

进一步地，增强现实握柄还包括功能按键控制电路，功能按键通过功能按键控制电路与数据处理元件电性连接，用于触发控制命令。

进一步地，所述数据处理元件为中央处理器、单片机和数字信号处理器中之一或者包括中央处理器、单片机和数字信号处理器中之一的电路板。用于处理数据和产生控制命令。

进一步地，增强现实握柄还包括动作感应元件，通过电路板与数据处理元件电性连接。

进一步地，所述动作感应元件为加速度传感器、陀螺仪和磁传感器中之一或者组合，或者包括加速度传感器、陀螺仪和磁传感器之一或组合的集成电子元件。具体可用于检测增强现实握柄在三维空间各方向的运动加速度值，并将运动感应数据发送给数据处理元件用于分析动作模式，并转换为控制信号。

进一步地，所述数据传输元件，通过电路板与数据处理元件电性连接，用于与具有相对应数据通信功能、预先安装有与增强现实握柄相对应的预置应用的智能终端进行通信。具体可采用蓝牙通信模块、射频2.4G通信模块、WiFi无线通信模块中之一或者包括蓝牙通信模块、射频2.4G通信模块、WiFi无线通信模块中之一的电路板来实现。

进一步地，所述握柄主体轮廓特征识别标记为一组覆盖在握柄主体外表面的可识别图案，包括朝向定位标记和轮廓特征标记，且从不同角度展现的标记特征各不相同，用于标识握柄姿态特征，如握柄各轮廓面的朝向、平移等，以实现握柄主体在三维空间中六个自由度的动作姿态追踪。

进一步地，所述可识别图案为图形、图像、文字和灯光中之一。预先安装有与增强现实握柄相对应的预置应用的智能终端通过摄像头捕获所述可识别图案，根据可识别图案特征分析匹配得到所述握柄主体实时的姿态特征。

进一步地，所述数据传输元件将控制指令、运动感应数据和姿态特征数据发送给所述连接的智能终端。用于为智能终端上运行的预置应用提供支持处理增强现实场景操作的数据。

进一步地，所述数据传输元件中存储有握柄主体标识ID，用于智能终端识别所连接增强现实握柄的身份认证信息和型号类型信息，以便调取相应的握柄主体模型来增强目标现实世界场景。

进一步地，增强现实握柄还包括充电电路，充电接口通过充电电路与供电模块的充电电池电性连接。

进一步地，增强现实握柄还包括回馈提醒元件，回馈提醒元件通过所述电路板与数据处理元件电性连接。所述回馈提醒元件为声音发生元件、发光元件，或振动元件，并与所述电路板电性连接。当数据处理元件将数据传输元件接收的回馈信号处理后，分析并转换为回馈提醒元件可识别的控制命令和数据，并发送给回馈提醒元件，从而控制回馈提醒元件产生声音、灯光或振动的效果。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和积极效果：通过增强现实握柄捕获使用者的手部肢体动作感应数据，并结合智能终端捕获分析的握柄主体轮廓特征识别标记，可以识别出握柄主体在三维空间上六个自由度的运动姿态特征，以生成相应的复杂操作命令，用于实时控制增强现实场景中的虚拟物体，如虚拟物体六个自由度的移动，旋转，舞动，抛掷等，使其可用于支持虚拟现实，增强现实（VR）等场景的复杂操作，在提升用户体验的同时，扩展了增强现实的应用场景。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种增强现实握柄的结构示意图。

图2为本实用新型实施例一提供的一种增强现实握柄的侧面结构示意图。

图3为本实用新型实施例一提供的一种增强现实握柄的又一侧面结构示意图。

图4为本实用新型实施例一提供的一种增强现实握柄的横截面结构示意图。

图5为本实用新型实施例一提供的一种增强现实握柄的底部结构示意图。

图6为本实用新型实施例一提供的一种增强现实握柄在增强现实场景中的使用示意图。

图7为本实用新型实施例一提供的另一种增强现实握柄在增强现实场景中的使用示意图。

图8为本实用新型实施例一提供的轮廓特征识别标记在计算朝向时的姿态偏移角度示意图。

图9为本实用新型实施例三提供的使用条形码作为轮廓特征识别标记的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型实施例的实现过程进行详细说明。需要注意的是，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一

图1、图2和图3分别为本实用新型实施例一提供的增强现实握柄的整体和侧面结构示意图，图4为本实用新型实施例一提供的增强现实握柄的横截面结构示意图， 图5为本实用新型实施例一提供的增强现实握柄的底部结构示意图。本实用新型提供一种增强现实握柄，包括握柄主体1，轮廓特征识别标记2，设置在握柄主体外表面的电源键3，通信控制键4，以及充电接口5。握柄主体1内设置有电路板6，在上面设置有功能按键控制电路7，动作感应元件8，数据处理元件9，数据传输元件10，充电电路11，供电模块12和回馈提醒元件13。各电子元件和电路与电路板6电性连接。

本实施例中供电模块12是充电电池，为电路板6上电性连接的各电子元件提供电能，通过充电接口5及其连接的充电电路11为供电模块12进行充电。

优选的，电源键3通过功能按键控制电路7产生电路开关闭合控制命令控制供电模块12是否为电路板上连接的各电子元件进行供电。

优选的，通信控制键4通过功能按键控制电路7与数据处理元件9连接，对数据传输元件10产生通信控制命令，例如蓝牙设备配对连接指令，WiFi连接设置指令等，以实现与具有相对应无线通信功能、预先安装有与增强现实握柄相对应的预置应用的智能终端通信连接。

优选的，动作感应元件8在增强现实握柄启动后，通过结合加速度传感器、陀螺仪和磁传感器中的一种或多种组合来捕获增强现实握柄在三维空间各方向上的运动数据，并将感知的运动数据发送给数据处理元件9进行分析。本领域技术人员理解，通过匹配运动数据特征与预设的模式，可以分析得出当前增强现实握柄的动作姿态，例如但不限于三维空间上的移动，旋转，舞动，抛掷等，并可根据需要转换为相对应的控制指令和数据。数据处理元件9通过数据传输元件10将控制指令和数据传送给所连接的智能终端，以支持复杂的交互操作，例如但不限于控制智能终端应用中虚拟物体的空间动作操作，或复杂设计中的交互操作。

优选的，如图6所示，智能终端17通过摄像头16捕获到现实世界14中当前视野区域15中的握柄主体1后，智能终端17上预装的应用通过识别握柄主体1上的轮廓特征识别标记2，分析其图案特征和偏移角度，可获得握柄主体当前姿态信息，用于结合运动感知数据追踪握柄主体在三维空间中六个自由度的动作姿态。同时根据握柄主体ID信息使用相应类型的握柄主体模型数据，结合识别的轮廓特征识别标记，算出握柄主体当前姿态的轮廓模型，生成并在显示屏18上呈现增强现实场景19，并根据握柄主体当前轮廓模型使用相应的增强现实握柄在增强现实场景中的映射成像20来展现增强现实握柄的影像。如图6，图7中所示，映射成像可以是刀柄，花枝或其它与当前增强现实场景相应的虚拟物体模型。其中，如图8所示，轮廓特征识别标记姿态偏移角度可通过但不限于与基线图案的夹角21比较计算获得。

优选的，在智能终端接收执行增强现实握柄发送的控制指令后，通过数据传输元件10返回控制命令对应的执行结果数据，并将执行结果数据发送给数据处理元件9进行分析。本领域技术人员理解，通过匹配结果数据特征与预设的模式，可以根据需要转换为相对应的回馈提醒元件控制指令。数据处理元件9将转换得到的控制指令发送给回馈提醒元件13。回馈提醒元件13根据指令，产生相应声音、灯光或振动效果。

实施例二

在实施例一的基础上，进一步，本领域技术人员理解，可通过在增强现实握柄的供电模块12 中采用非充电电池来替换充电电池、充电接口5及其连接的充电电路11的设计，来降低成本和复杂度。

实施例三

在实施例一的基础上，进一步，如图9所示，使用条形码作为轮廓特征识别标记，本领域技术人员理解，可通过设计和识别部分条形码内容，根据摄像头视野区域内捕捉到的条形码内容来分析判断当前增强现实握柄的姿态。