一种虚拟现实系统的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种虚拟现实系统。

背景技术：

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术(我国著名科学家钱学森翻译)。虚拟现实是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、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。

VR系统可以分为头戴式显示设备(简称头显)与主机结合的系统以及头显与主机分离的系统。前者包括基于手机的VR系统(例如，三星Gear VR)，及VR一体机(例如，大朋VR一体机)，后者包括使用PC主机和VR头显(例如，Oculus Rift和HTC Vive)的VR系统。

如果采用VR头显与固定主机(例如PC主机)分立的高端VR系统，其具有强大处理能力的主机和高质量的头显可以支持复杂的VR内容，同时达到高帧率和低延迟。但是相比于低端VR系统，例如基于手机的VR头显或VR一体机，分立的头显需要有线连接主机才能工作。在可定位的VR系统中，用户需要在定位空间中自由活动。如果使用固定主机，用户会因为连线使其活动受限，使用不方便。如果使用背负式主机，会降低用户舒适感，并且背负式主机的性能价格比也大大低于固定主机。

因此，仍然需要一种能够解决上述问题的方案。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种虚拟现实系统，其既不需要用户背负沉重的主机，又具有强大的处理能力。

根据本实用新型，提出了一种虚拟现实系统，该系统可以包括：数据处理主机，用于进行数据处理；第一无线通信装置，连接到数据处理主机；一个或多个交互设备，适于用户穿戴或携带；以及第二无线通信装置，连接到交互设备，并且与第一无线通信装置进行无线通信，其中，第一无线通信装置将来自数据处理主机的数据以无线通信的方式经由第二无线通信装置发送给交互设备，并且/或者将以无线通信的方式经由第二无线通信装置从交互设备接收的数据发送给数据处理主机，第二无线通信装置将来自交互设备的数据以无线通信的方式经由第一无线通信装置发送给数据处理主机，并且/或者将以无线通信的方式经由第一无线通信装置从数据处理主机接收的数据发送给交互设备。

优选地，交互设备上可以设置有一个或多个传感器，用于感测交互设备的姿态信息和/或运动信息。第二无线通信装置可以连接到传感器，用于将传感器感测到的姿态信息和/或运动信息发送给数据处理主机。

优选地，传感器可以是惯性传感器。

优选地，交互设备可以包括头戴式显示设备，包括显示器，用于显示来自数据处理主机的图像数据，数据处理主机包括数据压缩器，连接到第一无线通信装置，用于对所述图像数据进行压缩，其中所述第一无线通信装置向所述头戴式显示设备发送经过压缩的图像数据，所述头戴式显示设备还包括数据解压缩器，连接在所述第二无线通信装置和所述显示器之间，用于将所述第二无线通信装置接收的经过压缩的图像数据解压缩，以便向所述显示器提供解压缩后的图像数据。

优选地，所述头戴式显示设备还可以包括：传感器，用于感测所述头戴式显示设备的姿态信息，基于所述姿态信息能够得到用户的视角；存储器，用于存储所述来自所述数据处理主机的第一时刻的图像数据；以及图像处理器，连接到传感器、存储器和显示器，用于基于用户从第一时刻到第二时刻的视角变化，对存储器中存储的第一时刻的图像数据进行投影变换，以得到对应于用户在第二时刻的视角的第二时刻的图像数据，并将第二时刻的图像数据提供给显示器。

优选地，该虚拟现实系统还可以包括：一个或多个定位光束发射设备，适于固定设置在定位空间中，用于向定位空间中扫射定位光束，交互设备上设置有光束接收器，用于接收定位光束，第二无线通信装置还用于将定位光束的相关信息发送给数据处理主机。

优选地，定位光束发射设备还可以包括过零信号发射装置，用于在定位光束发射设备的扫射周期时间零点向定位空间发送过零信号，过零信号被唯一编码以标识定位光束发射设备。

优选地，集线器，设置在单元定位空间中，通过其通信端口分别连接到一个或多个定位光束发射设备，用于控制定位光束发射设备。

优选地，集线器可以包括同步信号发射装置，用于发射同步信号，

数据处理主机、交互设备以及定位光束发射设备可以接收同步信号。

优选地，无线通信方式可以包括WIFI、WLAN、蓝牙、UWB、ZigBee中任何一种。

通过本实用新型的虚拟现实系统，能够实现主机与VR头显无线传输数据。这种无线的传输方式，既可以充分发挥主机(例如可以是固定PC主机)强大的处理优势和高性能价格比，又可以不受主机头显连线束缚，使用方便舒适。该系统在大范围定位中优势更加明显，用户可以在大空间内自由活动，并依靠PC端强大的处理能力支持各种大型游戏、多人系统。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的虚拟现实系统的结构的示意性框图。

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的虚拟现实系统的结构的示意性框图。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的头戴式显示设备的结构的示意性框图。

图4示出了根据本实用新型又一个实施例的虚拟现实系统的结构的示意性框图。

图5示出了根据本实用新型再一个实施例的虚拟现实系统的结构的示意性框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。本领域的技术人员可以理解，如果没有明确说明，本公开所述的连接，图示中标明的连接，可以是直接连接也可以是通过其他设备、装置、介质等的间接连接。

如前所述，高端VR系统(例如，可以是分立的VR头显和PC主机)中，尽管其有处理能力强大的主机以及高质量的头显并可以支持复杂的VR内容，同时达到高帧率和低延迟，但是相比于低端VR系统(例如，可以是基于手机的头显或VR一体机)，其头显需要有线连接主机才能工作。在可定位的VR系统中，用户需要在定位空间中自由活动，如果使用固定主机，用户会因为连线活动受限，使用不方便。并且使用性能价格比大于固定主机的背负式主机会降低用户的舒适感。

针对上述问题，本实用新型提出了一种基于无线显示技术的虚拟现实系统。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的虚拟现实系统。如图1所示，本实用新型的虚拟现实系统100可以包括数据处理主机110、第一无线通信装置120、一个或多个交互设备140以及第二无线通信装置130。

其中，数据处理主机110可以用于进行数据处理。

这里，数据处理主机110可以是PC(Personal Computer)主机，具有强大的处理能力，可以支持复杂的虚拟现实内容。数据处理主机110进行数据处理的范围较广，可以包括多种处理内容，例如，可以进行渲染、压缩、校正、图像缩放等，还可以进行计算处理，数据处理的实现可以包括但不限于上述处理内容。

第一无线通信装置120可以连接到数据处理主机110。

这里，第一无线通信装置120可以接收或者发送无线数据，其可以以直接或间接的方式与数据处理主机110相连接，数据处理主机110通过第一无线通信装置120以无线通信的方式实现与其它装置(例如，可以是交互设备)的数据交互。

第一无线通信装置120也可以集成在数据处理主机110的内部，并且与数据处理主机110相连，以实现数据处理主机110与其它装置的数据交互。

其中，“第一”是为了将连接数据处理主机110的第一无线通信装置120与系统中连接其它装置的无线通信装置相区分。无线通信方式可以包括WIFI、WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)、蓝牙、UWB(Ultra Wideband，一种无载波通信技术)、ZigBee(是一种短距离、低功耗的无线通信技术)中的任何一种。或者，也可以是兼具上述一种或多种无线通信方式。

一个或多个交互设备140适于用户穿戴或携带。

这里，交互设备140可以包括头戴式显示设备141(简称头显141)、手枪、手柄、数据衣等多个可以被用户穿戴或携带的设备。

第二无线通信装置130可以连接到交互设备140，并且与第一无线通信时装之进行无线通信。

第二无线通信装置130可以接收或者发送无线数据，其可以以直接或者间接的方式与多个交互设备140相连接，各交互设备140通过第二无线通信装置130以无线通信的方式实现与其它装置(例如，可以是主机)的数据交互。

第二无线通信装置130也可以集成在各个交互设备140内部，并且连接交互设备140，实现交互设备140与其它装置间的数据交互。

其中，“第二”是为了将第二无线通信装置130与系统中分别连接于其它装置的无线通信装置相区分。无线通信方式也可以包括上述的WIFI、WLAN、蓝牙、UWB、ZigBee中的任何一种。或者，也可以是兼具上述一种或多种无线通信方式。

第一无线通信装置120与第二无线通信装置130的无线通信方式可以相同或相应，这两个装置之间也可以实现数据交互。

具体地说，第一无线通信装置120可以将来自数据处理主机110的数据以无线通信的方式经由第二无线通信装置130发送给交互设备140，并且/或者将以无线通信的方式经由第二无线通信装置130从交互设备140接收的数据发送给数据处理主机110。第二无线通信装置130可以将来自交互设备140的数据以无线通信的方式经由第一无线通信装置120发送给数据处理主机110，并且/或者将以无线通信的方式经由第一无线通信装置120从数据处理主机110接收的数据发送给交互设备140。

这里，来自数据处理主机110的数据可以包括数据处理主机110发出的图像数据、控制指令数据、计算结果数据等等。来自交互设备140的数据可以包括交互设备140的姿态数据、运动数据等。应当明白，来自数据处理主机110和来自交互设备140的数据可以包括但不限于上述提及的数据。

其中，“第一”和“第二”是为了将本文中分别与数据处理主机110或多个交互设备140相连的无线通信装置加以区分，不应当将其作为对本实用新型的限制。对应多个交互设备140的多个第二无线通信装置130也可以进行编号加以区分，在此不再赘述。

如此，本实用新型的虚拟现实系统中可以由数据处理主机110与多个交互设备140的数据交互而向用户呈现虚拟现实内容，其具体实现步骤可以总结为：交互设备140将获取的姿态数据和/或运动数据经由第二无线通信装置130发送给数据处理主机110；数据处理主机110进行数据处理；数据处理主机110将处理数据经由第一无线通信装发送给多个交互设备140。由此，可以通过数据处理主机110与多个交互设备140的实时数据交互使用户沉浸于虚拟现实场景中，给用户最佳的VR体验效果。

此外，交互设备140的姿态数据和/或运动数据的获取可以通过在其上设置传感器实现。在一个优选实施例中，可以在交互设备140上设置一个或多个传感器，用于感测交互设备140的姿态数据和/或运动数据。第二无线通信装置130可以连接到该传感器用于将传感器感测到的姿态数据和/或运动数据发送给数据处理主机110。

这里，传感器可以是惯性传感器，用于感测交互设备140的速度、加速度、角速度、方向、倾斜、震动等各种参数，以表征交互设备140的姿态及其运动情况。传感器还可以包括光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器、热敏传感器等等可以感测交互设备140的其它相关参数信息(例如，关于视觉、听觉、嗅觉)的传感器。设置于交互设备140上的传感器可以是上述多种传感器中的一种或多种的结合，具体不做限制。

其中，多个交互设备140，例如，头戴式显示设备141(简称头显)，还可以包括显示器1411。该显示器可以用于显示来自数据处理主机110的图像数据。该显示器可以是阴极射线管显示器(CRT)、等离子显示器(PDP)、液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、有机发光二极管显示器(OLED)等中的任何一种，或者其它具有显示功能的显示器件。显示器可以设置在头显上，并且可以位于人眼正前方，可以紧挨着人眼部位，也可以与人眼部位有预定距离，具体设置情况可以依据实际情况或用户需求进行设定或更改。

交互设备140中还可以包括播放音频数据的音频装置，所述音频数据可以是来自数据处理主机110的音频数据，或者，也可以包括从现实空间中采集的音频数据。音频数据的来源不做限制。交互设备140中还可以包括其它相关装置。

至此，结合图1详细描述了根据本实用新型的虚拟现实系统。

此外，由于高端VR体验要求高分辨率及帧率(分辨率通常在2560×1440或更高，帧率90Hz或更高)，所需带宽远高于现有无线协议支持的带宽，必须采用压缩算法才能实现实时无线传输。因此，数据处理主机110可以包括如图2所示的数据压缩器111，交互设备140中的头戴式显示设备141可以包括显示器1411和数据解压缩器1414。

显示器1411可以用于显示来自数据处理主机的图像数据，详细可见图1的相关描述。

数据压缩器111可以连接到第一无线通信装置，用于对图像数据进行压缩，其中第一无线通信装置向头戴式显示设备141发送经过压缩的图像数据。

数据解压缩器1414可以连接到第二无线通信装置和显示器1411之间，用于将第二无线通信装置接收的经过压缩的图像数据解压缩，以便向显示器1411提供解压缩后的图像数据。数据解压缩器1414以直接或者间接的方式与显示器1411相连(如图3所示)，以便于将解压缩的图像数据提供给显示器1411，使得显示器1411可以向用户呈现虚拟现实场景图像。

这里，图像数据的格式可以是JPEG、TIFF、RAW、BMP或其他适用的图像格式中的任何一种，或者数据处理主机110和/或头戴式显示设备141可以支持多种格式的图像数据。数据压缩器111可以将图像数据压缩为rar、zip等格式，或者，也可以支持其它压缩格式。相应地，数据解压缩器1414也可以支持对一种或多种压缩格式的压缩数据解压缩运算，将压缩数据解压缩为原格式。

这样，通过数据压缩与数据解压缩，可以缩小图像数据占用的空间，提高无线传输速度，减小延迟。

另外，由于图像无线传输与压缩、解压缩通常会引入较长延迟，造成从场景计算到显示之间有较大的视角变化，如果不进行处理会造成用户有眩晕感。通常的处理方式是在图像显示前根据当前视角对场景进行投影变换，例如，可以采用时间扭曲技术等。这样，头戴式显示设备141还可以包括如图3所示的传感器1412、存储器1413和图像处理器1415。

其中，传感器1412可以用于感测头戴式显示设备141的姿态信息，基于姿态信息能够得到用户的视角。

传感器1412还可以感测头显的其它相关信息，并且头显中的传感器1412可以与其它交互设备140中的传感器相同，或者可以包括更多种类的传感设备。在一个实施例中，交互设备140中均可以设备运动传感器(例如，可以是惯性传感器)或红外传感器，以便于实时感测交互设备140的使用情况。

这里，用户所在的现实空间与虚拟空间可以有确定的对应关系，姿态信息可以包括头戴式显示设备141在现实空间中的方向、方位、坐标等数据，基于各姿态信息与虚拟空间的对应关系可以确定用户的视角。

存储器1413可以用于存储来自数据处理主机110的第一时刻的图像数据。

这里，存储器1413可以包括主存储器(内存)，也可以包括辅助存储器(外存)。存储器1413可以是固定设置头显上以保存信息或数据的记忆设备，用于存储来自数据处理主机110的第一时刻的图像数据、其它时刻的图像数据以及相关的音频数据、或者头显的相关程序等。存储器1413也可以是可拆卸地设置在头显上的存储卡、光盘等，还可以支持存储扩展。

图像处理器1415可以连接到传感器1412、存储器1413和显示器1411，用于基于用户从第一时刻到第二时刻的视角变化，对存储器1413中存储的第一时刻的图像数据进行投影变换，以得到对应于用户在第二时刻的视角的第二时刻的图像数据，并将第二时刻的图像数据提供给显示器1411。

这里，第二时刻的视角可以是指当前时刻的视角，图像处理器1415通过将第一时刻的图像数据进行投影变换将第一时刻的图像数据转换为当前时刻的图像数据，并提供给显示器1411，以向用户呈现当前时刻的图像数据。

此外，图像处理器1415还可以对所述图像数据进行其它数据处理，例如，图像的校准等。或者，图像处理器1415还可以进行其它数据处理过程，以使得可以向用户呈现最佳的图像数据。

另外，在可定位的VR系统中，虚拟现实系统还可以包括一个或多个定位光束发射设备150，如图4所示。

其中，定位光束发射设备150适于固定设置在定位空间中，用于向定位空间中扫射定位光束。交互设备140上可以设置光束接收器1421，用于接收定位光束。第二无线通信装置130还可以用于将定位光束的相关信息经由第一无线通信装置120发送给数据处理主机110。

这里，定位光束发射设备150发射的定位光束可以是激光、红外光、可见光等多种形式的定位光束中的任何一种或多种的组合，相应地，设置在交互设备140上的光束接收器1421可以接收或透过激光、红外光、可见光等多种定位光束。

定位光束的相关信息可以包括定位光束的接收时间、编码模式等信息，以便于光束接收器1421接收到定位光束后能够识别定位光束，为数据处理主机110提供更丰富的定位信息。

交互设备140的光束接收器1421接收定位光束，与交互设备140相连的第二无线通信装置130以无线通信的方式将定位光束的相关信息发送给第一无线通信装置120，第一无线通信装置120接收相关信息后提供给数据处理主机110，以供数据处理主机110进行数据处理。

此外，定位光束发射设备150还可以包括图5所示的过零信号发射装置151，用于在定位光束发射设备的扫射周期时间零点向定位空间发送过零信号，过零信号可以被唯一编码以标识定位光束发射设备。

这里，过零信号可以是无线信号，由过零信号发射装置发射，并由相应的信号接收器接收以及识别。

过零信号可以是被编码的，例如，可以以一定的模式设定过零信号的相位、调频等数据，以实现对过零信号的编码。如此可以通过对过零信号的唯一编码，实现对该过零信号相应的定位光束的编码，以实现对定位光束的标识。

为了实现对多个定位光束发射设备的同步和工作模式控制，还可以在虚拟现实系统中设置如图5所示的集线器160(Hub)。

集线器160可以设置在单元定位空间中，通过其通信端口分别连接到一个或多个定位光束发射设备，用于控制定位光束发射设备。

这里，单元定位空间可以视为是将定位空间分为多个相同规格的子定位空间，每个单元定位空间中均可以设置一个集线器160以及一个或多个定位光束发射设备150，每个单元定位空间中的集线器160的通信接口连接该单元定位空间中的一个或多个定位光束发射设备150。控制各个定位光束发射设备150的工作模式，例如，定位光束发射设备150的分时工作控制模式等。

在某些系统中(例如，双塔定位系统)，集线器160可以与其中一个定位光束发射设备集成，无需独立集线器。

集线器160内可以具有同步信号发射装置161，用于发射同步信号，控制系统同步。

这里，同步信号也可以是无线信号，定位光束发射设备150中可以相应地设置同步信号接收器(例如，可以是无线信号接收器)以接收同步信号，与数据处理主机110相连的第一无线通信装置120、与交互设备140相连的第二无线通信装置130也可以接收无线同步信号，并分别提供给数据处理主机110或交互设备140，实现虚拟现实系统的同步。

至此，结合图1-图5详细描述了本实用新型的基于无线显示技术的虚拟现实系统，该系统既可以发挥强大的处理优势和高性能价格比，又可以不受主机与交互设备140之间的连线舒服，使用方便舒适。该系统也非常适用于虚拟现实定位系统中，在大范围定位中优势更加明显，用户可以在较大的空间内自由活动，依靠数据处理主机110强大的处理能力可以支持各种大型游戏、多人系统。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。