一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置，包括：头带固定器和姿态捕捉电路；其中，所述姿态捕捉电路包括；9轴姿态检测模块，用于检测佩戴者的头部的姿态角信息；超声波测距模块，用于检测所述佩戴者的头部与墙壁之间的相对位移；无线传输模块；以及控制器，所述控制器的输入端分别与所述9轴姿态检测模块以及所述超声波测距模块相连，所述控制器的输出端与所述无线传输模块连接；所述控制器从所述超声波测距模块接收所述相对位移，从所述9轴姿态检测模块接收所述姿态角信息，并将所述姿态角信息和所述相对位移通过所述无线传输模块发送给头戴显示器。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及虚拟现实领域，特别涉及一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置。
技术介绍
虚拟现实头盔利用头盔显示器将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。具有小巧和封闭性强的特点，在3D视频，虚拟现实游戏，虚拟旅游，军事训练，虚拟驾驶，虚拟城市等全浸入式体验中具有广泛的应用。头部运动捕捉装置用于反馈头部运动信息，是虚拟现实头盔的关键组成部件。运动捕捉技术比较常见的是机械式运动捕捉和基于视频式运动捕捉两种方式。机械式运动捕捉是利用带传感器的刚性结构或运动关节实时测量人体的运动姿态。基于视频的运动捕捉则需要使用外挂的摄像机实时拍摄人体的动作，然后通过做视频数据处理分析出人体的运动轨迹。目前，市面上已存在的虚拟现实头盔的头部运动捕捉基本都是采用上述两类技术。以美国oculus公司为代表的桌面式虚拟现实头盔。其头部运动捕捉装置采用摄像头和运动传感器相结合的方式，利用摄像头捕捉头部的运动轨迹，利用运动传感器捕捉头部姿态角。这种方式的不足之处在于：1、集成度低且成本高，需要添加外置摄像头，并配备桌面电脑处理视频数据；2、易受环境干扰，捕捉过程中摄像头与人头部之间不能有其他物体遮挡。另外一类是以韩国三星公司的Gear VR为代表的移动端虚拟现实头盔。它利用手机外接与人体头部刚性连接的惯性传感器，或者有些国内公司直接
使用手机自带的传感器，来实现头部运动的捕捉。这种方式的局限性也是显而易见的，惯性传感器只能测量头部姿态角度，无法反馈头部前、后、左、右移动时的位移。这对于虚拟现实的体验而言，是有明显缺失的。
技术实现思路
为了克服以上不足，本技术第一方面提供了一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置，包括：头带固定器和姿态捕捉电路；其中，所述姿态捕捉电路包括；9轴姿态检测模块，用于检测佩戴者的头部的姿态角信息；超声波测距模块，用于检测所述佩戴者的头部与墙壁之间的相对位移；无线传输模块；以及控制器，所述控制器的输入端分别与所述9轴姿态检测模块以及所述超声波测距模块相连，所述控制器的输出端与所述无线传输模块连接；所述控制器从所述超声波测距模块接收所述相对位移，从所述9轴姿态检测模块接收所述姿态角信息，并将所述姿态角信息和所述相对位移通过所述无线传输模块发送给头戴显示器。在一种可能的实现方式中，所述9轴姿态检测模块是9轴惯性传感器。在一种可能的实现方式中，所述9轴惯性传感器由单芯片组成。在一种可能的实现方式中，所述9轴惯性传感器由6轴单芯片以及3轴磁力计组成。在一种可能的实现方式中，所述9轴惯性传感器由3轴陀螺仪、3轴加速度计以及3轴磁力计组成。在一种可能的实现方式中，该虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述控制器、所述无线传输模块、所述9轴姿态检测模块以及所述超声波测距模块供电。在一种可能的实现方式中，所述电源模块包括锂电池和电源稳压芯片。在一种可能的实现方式中，所述头带固定器包括十字交叉的头带以及与
所述头带相连的头部姿态捕捉电路固定板。在一种可能的实现方式中，所述头部姿态捕捉电路与地面垂直且贴附于所述固定板平面上。在一种可能的实现方式中，所述超声波测距模块的数量为三个，所述三个超声波测距模块分别位于所述虚拟现实头盔外壳的正前方，正上方和右侧方，分别用于检测所述佩戴者的头部的正面、侧面与顶面与墙壁之间的相对位移。本技术第二方面提供了一种虚拟现实头盔，包括：外壳、头戴显示器和头部运动捕捉装置，所述头部运动捕捉装置采用本技术第一方面提供的头部运动捕捉装置。本技术与现有技术相比，具有以下优点：1、由于无需添加外置摄像头，也无需配备桌面电脑处理视频数据，因而集成度高且成本低，并且在捕捉过程中不易受环境干扰。2、由于采用9轴姿态检测模块和超声波测距模块，因而不仅能够测量头部姿态角度，还能够反馈头部前、后、左、右移动时的位移。3、具有高集成度、抗干扰性和跨平台性。附图说明图1：是本技术的头部运动捕捉装置的硬件结构框图；图2：是本技术的头戴固定装置；图3：是本技术超声波测量头部相对位移示意图；图4：是本技术中超声波定位控制方法；图5：是本技术的9轴姿态检测模块实现形式1；图6：是本技术的9轴姿态检测模块实现形式2；图7：是本技术的9轴姿态检测模块实现形式3；图8：是本技术的运动姿态捕捉控制时序图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术。而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。参照图1，本技术提供一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置，包括：头带固定器7和姿态捕捉电路9；其中，所述姿态捕捉电路9包括：9轴姿态检测模块1，用于检测佩戴者的头部的姿态角信息；超声波测距模块2，用于检测所述佩戴者的头部与墙壁之间的相对位移；无线传输模块3；以及控制器4，所述控制器4的输入端分别与所述9轴姿态检测模块1以及所述超声波测距模块2相连，所述控制器4的输出端与所述无线传输模块3连接；所述控制器4从所述超声波测距模块2接收所述相对位移，从所述9轴姿态检测模块1接收所述姿态角信息，并将所述姿态角信息和所述相对位移通过所述无线传输模块3发送给头戴显示器5。优选地，所述控制器4将所述超声波测距模块2和所述9轴姿态检测模块1传输来的运动姿态数据打包成HID格式；所述无线传感模块3再将所述控制器4编码后的HID格式数据发送给头戴显示器5。其中，控制器4优选为微控制器。在一实施例中，所述头带固定器7包括一种十字交叉的头带8以及与所述头带8相连的头部姿态捕捉电路9的固定板10，头部姿态捕捉电路9与地面垂直且贴附于所述固定板10的平面上，如图2所示。在一实施例中，所述控制器4优选为低成本、低功耗的MCU，例如C8051单片机或是ARM cortex M系列的芯片。在一实施例中，本技术的虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置还可以包括电源模块6。优选地，电源模块6可以采用18650锂电池和电源稳压芯片
AMS1117，为后续电路提供稳定的电压和充足的电流。当然，本领域技术人员可以理解，电源模块4也可以采用其他能够为电路提供稳定的电压和充足电流的实现方式。在一实施例中，虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置内集成了三个超声波测距模块2，所述三个超声波测距模块2分别位于虚拟现实头盔外壳的正前方、正上方和右侧方，在佩戴者戴上该虚拟现实头盔的情况下，这三个超声波测距模块2可以分别置于佩戴者的头部的正面、侧面与顶面，以分别检测佩戴者的头部的正面、侧面与顶面与墙壁之间的相对位移。具体而言，本技术采用时间差测距法来检测上述的相对位移，测距公式为：L＝C×t，其中L为测量的距离长度，C为超声波在空气中的传播速度，t为测量距离传播的时间差，也就是发送到接收时间数值的一半。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距墙面的距离(s)，即：s＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置，其特征在于，包括：头带固定器；以及姿态捕捉电路，其中，所述姿态捕捉电路包括：9轴姿态检测模块，用于检测佩戴者的头部的姿态角信息；超声波测距模块，用于检测所述佩戴者的头部与墙壁之间的相对位移；无线传输模块；以及控制器，所述控制器的输入端分别与所述9轴姿态检测模块以及所述超声波测距模块相连，所述控制器的输出端与所述无线传输模块连接；所述控制器从所述超声波测距模块接收所述相对位移，从所述9轴姿态检测模块接收所述姿态角信息，并将所述姿态角信息和所述相对位移通过所述无线传输模块发送给头戴显示器。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实头盔的头部运动捕捉装置，其特征在于，包括：头带固定器；以及姿态捕捉电路，其中，所述姿态捕捉电路包括：9轴姿态检测模块，用于检测佩戴者的头部的姿态角信息；超声波测距模块，用于检测所述佩戴者的头部与墙壁之间的相对位移；无线传输模块；以及控制器，所述控制器的输入端分别与所述9轴姿态检测模块以及所述超声波测距模块相连，所述控制器的输出端与所述无线传输模块连接；所述控制器从所述超声波测距模块接收所述相对位移，从所述9轴姿态检测模块接收所述姿态角信息，并将所述姿态角信息和所述相对位移通过所述无线传输模块发送给头戴显示器。2.根据权利要求1所述的头部运动捕捉装置，其特征在于，所述9轴姿态检测模块是9轴惯性传感器。3.根据权利要求2所述的头部运动捕捉装置，其特征在于，所述9轴惯性传感器由单芯片组成；或者所述9轴惯性传感器由6轴单芯片以及3轴磁力计组成；或者所述9轴惯性传感器由3轴陀螺仪、3轴加速度计以及3轴磁力计组成。4.根据权利要求1所述的头部运动捕捉装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：余乐，韩巍，
申请(专利权)人：北京永利范思科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11