稳定交互射线的运动制造技术

公开了用于基于头部旋转中的方差稳定交互射线的技术。一个方面包括监视人的头部的定向，所述监视可包括监视绕该头部的轴的旋转，诸如记录关于绕该头部的轴的旋转的欧拉角。该逻辑基于头部的定向确定三维(3D)射线。该3D射线具有随时间精确跟踪欧拉角的移动。该逻辑生成交互射线，该交互射线在一定程度上跟踪该3D射线。该逻辑确定欧拉角随时间的方差。该逻辑基于欧拉角随时间的方差来在尽管有绕头部的轴的一定旋转的情况下稳定交互射线。稳定的量可与欧拉角的方差成反比。

The motion of stable alternating rays

Techniques for stabilizing an interactive ray based on variance in head rotation are disclosed. One aspect includes monitoring the orientation of a person's head, which may include monitoring the rotation of an axis around the head, such as recording an Euler angle of rotation of an axis about which the head is rotated. The logic is based on head orientation to determine three-dimensional (3D) rays. The 3D ray has an accurate tracking of Euler angles over time. The logic generates an interactive ray that traces the 3D ray to some extent. This logic determines the variance of Euler angles with time. The logic is based on the variance of the Euler angle with time, in spite of the steady rotation of the axis around the head. The amount of stability can be inversely proportional to the variance of the Euler angles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稳定交互射线的运动背景已提议许多技术以允许用户在使用电子设备时指点(point)或选择。例如，用户可控制显示屏上的光标来选择、滚动等。此类光标可通过计算机鼠标、跟踪球、触摸垫等控制。一些设备具有用于用户输入的触摸屏。更近期以来，采用眼睛跟踪或头部跟踪的技术已被提议，以允许用户输入、选择等。概述本技术的实施例涉及用于基于头部旋转的角度的方差来稳定交互射线的系统、设备和方法。一个实施例包括具有传感器和使用该传感器监视人的头部的定向的逻辑的装置。此监视可包括监视绕头部的轴的旋转，诸如记录关于绕头部的轴的旋转的欧拉角。所述逻辑基于头部的定向确定三维(3D)射线。3D射线具有随时间精确跟踪欧拉角的运动。所述逻辑生成交互射线，所述交互射线在一定程度上跟踪所述3D射线。所述逻辑确定欧拉角随时间的方差。所述逻辑基于欧拉角随时间的方差来在尽管有绕头部的轴的一定旋转的情况下稳定交互射线。稳定的量与欧拉角的方差成反比。所述逻辑确定第二3D射线与3D坐标的碰撞。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用作辅助确定所要求保护的主题的范围。附图简述图1A是可在其中实施控制交互射线的运动的实施例的示例环境。图1B是人的头部的图，以帮助图示监视俯仰、滚转和偏航的实施例。图1C是控制交互射线的运动的过程的一个实施例的流程图。图2是头戴式显示单元的一个实施例的立体图。图3是头戴式显示单元的一个实施例的一部分的侧视图。图4是头戴式显示单元的组件的一个实施例的框图。图5是与头戴式显示单元相关联的处理单元的组件的一个实施例的框图。图6A示出其中交互射线紧密跟踪3D射线的若干时间点的3D射线和交互射线。图6B和6C示出其中绕轴的旋转的方差为低且交互射线稳定的示例的3D射线。图7是用于基于欧拉角的方差确定不稳定因子的一个实施例的流程图。图8是应用不稳定因子来确定新交互射线的过程的一个实施例的流程图。图9是其中基于该人的头部的旋转的角度的方差来稳定头部光标的一个实施例的流程图。图10是其中针对该人的头部的平移的方差提供稳定的一个实施例的流程图。图11是示出稳定因子的许多组合可被应用于交互射线的流程图。详细描述本文公开的实施例提供可被用作选择器或指点器的交互射线。例如，正穿戴头戴式显示器(HMD)的用户可使用交互射线来对HMD中正呈现的元素做出选择。用户可通过其头部的定向来控制交互射线。交互射线可以是源自用户的头部的3D向量。注意，交互射线不必是可见射线。在一个实施例中，交互射线担当一种类型的光标。作为一特定示例，用户可能正在阅读HMD中呈现的报纸文章。交互射线可允许用户选择或指点该文章中的诸如超链接等元素。用户控制交互射线的位置可能是困难的。然而，本文公开的实施例按照允许精确控制交互射线的方式控制基于用户的头部的定向计算的3D射线的运动。在一个实施例中，在头部运动的方差很低时提供交互射线的高稳定度。这意味着，小的头部移动实际上是稳定的，这提供对交互射线的更精确的控制。然而，在头部运动的方差很高时，提供很少或不提供交互射线的稳定化。例如，如果用户正从左向右移动其头部，则提供很少的交互射线的稳定化。这使得交互射线对头部运动更具响应性，这意味着，交互射线更紧密地跟踪用户的头部的实际定向。图1A示出用户18正通过使用交互射线66与虚拟图像60交互的示例。用户18正穿戴着HMD2，该HMD正显示虚拟图像60。从而，图1A中的虚拟图像60的位置旨在表示用户所得到的虚拟图像60位于用户18前方某处的假象。这可被称为HMD2的视野。在此示例中，虚拟图像60可在用户18移动其头部7和/或眼睛时保持相对固定。从而，用户可容易地将其注意力转移到虚拟图像60中的不同位置，而不引起虚拟图像60移位。虚拟图像60可以包含诸如虚拟报纸(作为一例)等内容。交互射线66源自用户的头部7处或附近的一点，诸如在此示例中在双眼的中间。交互射线66可以是3D向量。交互射线66不需要被示出在HMD2中，但这也是一种可能。用户18可移动其头部7以引起交互射线66移动。例如，当用户18将其头部7从右向左移动时，交互射线66跟踪头部7的定向。交互射线66的一个可能的使用是作为光标。例如，虚拟图像60可具有一些可选择元素62，所述可选择元素可以是指向其它内容的链接。用户18可以通过定位其头部以使得交互射线66指向期望的可选择元素62来选择可选择元素62之一。如所指出的，交互射线66本身不需要被可见地呈现在显示器中。HMD2可突出显示当前正被交互射线指向的元素62。用户18可按数种方式选择元素62，所述方式诸如语音命令、轻击HMD2上的按钮或某个物理触点等。如以上所指出的，交互射线66的挑战之一在于：用户对精确控制交互射线的位置可能有困难。例如，轻微的头部移动可能引起交互射线66的不期望的移动。实施例按照提供对交互射线66的更好的控制的方式来稳定基于用户的头部7的移动来创建的交互射线66。在一个实施例中，交互射线66的稳定与头部旋转的方差成反比。下面将讨论这一点的更多细节。图1A示出一种可能的基于HMD的坐标系。在一个实施例中，基于HMD的坐标系的原点在用户的头部7的中间附近的某处。原点的另一个位置也是可能的。从而，图1A中描绘的基于HMD的坐标系的原点的位置应被理解为是为了便于图示。原点不限于所描绘的位置。在一个实施例中，基于HMD的坐标系的原点随着用户移动其头部7而移动，以使得基于HMD的坐标系相对于HMD2的位置保持固定。例如，当用户的头部横向平移时，基于HMD的坐标系的原点可平移相等的量。然而，在一个实施例中，用户的头部绕所述轴之一的旋转不移动基于HMD的坐标系。例如，当用户将其头部从右向左移动(以使得其头部绕z轴旋转)时，可在关于z轴的旋转角方面测量头部相对于基于HMD的坐标系的移动。注意，用户的头部的平移也可被纳入考虑。在一个实施例中，跟踪一个或多个欧拉角。欧拉角可表示绕坐标系的轴的旋转。例如，这些角度可表示绕x轴旋转角度α、绕y轴旋转角度β，以及绕z轴旋转角度γ。例如，可跟踪俯仰(y轴)、偏航(z轴)和/或滚转(x轴)中的一者或多者。图1B是人的头部的图，以帮助图示监视俯仰、滚转和偏航的实施例。关于用户的头部7的示例z轴、y轴和x轴。此坐标系具有在该人的头部7中某处的原点。注意，这可以是与来自图1A的基于HMD的坐标系相同的坐标系。图1B中的y轴粗略对应于该人两耳之间的连线。图1B中的x轴粗略对应于从该人双眼之间的点到穿头部背面而出的连线。图1B中的z轴粗略对应于从头部的中心向上穿过头顶的连线。这些轴是出于一个示例的目的被示出的。以下是一示例使用场景。用户可能正在静坐，与HMD2中呈现的水平摊开的菜单交互。因为该人是静止的，所以头部位置的方差可能很低。因此，在一个实施例中，可以稳定精细的平移效果。因为该人可能从左向右看而不是上下看，所以俯仰方面的方差可能非常低。因此，可应用高稳定度，以使得交互射线不会在页面上上下移动。因为该人在沿着列表看时正关于z轴旋转其头部，所以偏航方面的波动可能很高。因此，关于z轴旋转的稳定可能很低，以允许交互射线66紧密跟踪该人头部的此从左到右的移动。然而，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：传感器；以及使用所述传感器监视人的头部的定向的逻辑，所述监视包括监视绕所述头部的轴的旋转，包括记录关于绕所述头部的所述轴的旋转的欧拉角；所述逻辑基于所述头部的定向确定三维(3D)射线，所述3D射线具有随时间精确跟踪所述欧拉角的运动；所述逻辑生成交互射线，所述交互射线在一定程度上跟踪所述3D射线；所述逻辑确定所述欧拉角在近期时间段上的方差；所述逻辑基于所述欧拉角随所述近期时间段的方差来在尽管有绕所述头部的所述轴的一定旋转的情况下稳定所述交互射线，稳定的量与所述欧拉角的所述方差成反比；以及所述逻辑确定所述交互射线与3D坐标的碰撞。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.12 US 14/485,5421.一种装置，包括：传感器；以及使用所述传感器监视人的头部的定向的逻辑，所述监视包括监视绕所述头部的轴的旋转，包括记录关于绕所述头部的所述轴的旋转的欧拉角；所述逻辑基于所述头部的定向确定三维(3D)射线，所述3D射线具有随时间精确跟踪所述欧拉角的运动；所述逻辑生成交互射线，所述交互射线在一定程度上跟踪所述3D射线；所述逻辑确定所述欧拉角在近期时间段上的方差；所述逻辑基于所述欧拉角随所述近期时间段的方差来在尽管有绕所述头部的所述轴的一定旋转的情况下稳定所述交互射线，稳定的量与所述欧拉角的所述方差成反比；以及所述逻辑确定所述交互射线与3D坐标的碰撞。2.如权利要求1所述的装备，其特征在于，进一步包括：近眼、透视近眼显示器；其中所述逻辑在所述近眼、透视显示器上呈现全息图像，所述逻辑确定所述交互射线与所述全息图像的碰撞。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述3D射线是源自所述头部的第一3D向量，所述交互射线是源自所述头部的第二3D向量。4.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述逻辑：计算所述欧拉角在所述近期时间段上的不稳定因子，其中所述不稳定因子是当前时间的欧拉角和在所述近期时间段上的不同时间点关于绕所述头部的所述轴的旋转的欧拉角之间的差值的函数；以及基于所述不稳定因子和所述3D射线的当前位置来修改所述交互射线，其中所述交互射线在尽管存在所述头部绕所述轴的一定移动但所述欧拉角在所述近期时间段上的方差为低时被稳定，所述交互射线在所述欧拉角在所述近期时间段上的方差为高时紧密跟踪所述3D射线。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述不稳定因子基于当前时间的所述欧拉角和在所述近期时间段上关于绕所述头部的所述轴的旋转的欧拉角之间的差值的平均均值。6.如权利要求1到5中的任一项所述的装置，其特征在于，当所述逻辑使用所述传感器监视人的头部的定向时，确定所述欧拉角在所述近期时间段上的方差，以及基于所述欧拉角的所述方差稳定所述交互射线，所述逻辑：跟踪绕所述头部的第一轴的第一旋转以确定第一欧拉角；跟踪绕所述头部的第二轴的第二旋转以确定第二欧拉角；确定所述第一欧拉角在所述近期时间段上的第一方差；确定所述第二欧拉角在所述近期时间段上的第二方差；使所述交互射线按与所述第一欧拉角在所述近期时间段上的第一方差成正比的程度关于所述第一轴跟踪所述3D射线，并与所述第一欧拉角在所述近期时间段上的第一方差成反比地稳定所述交互射线；以及使所述交互射线的踪迹按与所述第二欧拉角在所述近期时间段上的第二方差成正比的程度关于所述第二轴跟踪所述3D射线，并与所述第二欧拉角在所述近期时间段上的第二方差成反比地稳定所述交互射线。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一欧拉角跟踪所述头部的俯仰且所述第二欧拉角跟踪所述头部的偏航。8.如权利要求1至7中的任一项所述的装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·伯恩斯，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US