用于虚拟现实和模拟环境中的脚控动作和运动控制的系统、方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于视频游戏或其他应用程序的虚拟现实设备、系统和方法，其带有脚控的控制器，以允许双手自由的三维运动。该基于脚的控制器允许用户在不使用双手的情况下四处运动，并且其接受基于来自用户的特定运动，特别是来自用户的双脚、单脚和/或脚趾运动的输入。为了方便起见，该控制器可以是有线的或无线的，并且使得用户的单脚或双脚成为在虚拟空间中运动的主要输入方法。本发明专利技术具有通过使用户能够通过脚控控制器装置在三个轴上代替控制化身或VR对象来解决手控问题，从而允许VR用户更好地参与虚拟环境。

System, method and device for foot control action and motion control in virtual reality and simulated environment

The invention discloses a virtual reality device, system and method for video games or other application programs, and has a foot controlled controller to allow the free movement of the three hands. The foot based controller allows users to move around without using both hands, and it accepts inputs based on specific movements from users, especially from users' feet, single foot and / or toe movements. For convenience, the controller can be wired or wireless, and make the user's single foot or double feet become the main input method in the virtual space. The invention solves the problem of hand control by enabling users to control manual or VR objects on three axes by foot control device, so that VR users can better participate in virtual environment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于虚拟现实和模拟环境中的脚控动作和运动控制的系统、方法和装置
本专利技术涉及虚拟现实(VR)和其他模拟环境
，具体是涉及用于虚拟现实和模拟环境中的脚控动作和运动控制

技术介绍
越来越强大的计算能力和游戏产业的发展，产生了丰富的用于探索和社交互动的虚拟世界。这些虚拟现实(VR)和其他模拟环境比如现实世界的计算机生成表示呈现出三维中的虚拟地形，其中，角色或化身或对象需要在该人造环境内通过来自用户的物理命令的转化翻转以在该模拟环境中沿三维方向运动。VR行业使用的大多数接口都是手动控制的。然而，用户在虚拟环境中完全参与和移动的能力由于需要手来执行而受到阻碍。实际上，控制虚拟现实中的化身或虚拟对象是VR正在进行的发展和扩展所面临的主要问题。人们普遍认为，真正的VR体验要求操作员能够自由地使用双手。然而，目前的大多数移动解决方案都需要操作者使用手持式控制器或其他昂贵的大型设备，用户体验由于人为的接口限制而变得复杂，从而限制了VR体验。因此，目前需要一种替代和改进的系统、设备和方法，以允许VR用户更好地参与虚拟环境。现在需要一种改进的技术，以允许在虚拟环境或模拟中进行无需双手的运动或动作，从而允许用户通过使用他们现在自由的双手来更好地控制他们的交互，这在消费者市场中目前是不存在的。现在需要一种系统/设备，其更好地模拟用户在虚拟模拟中的本来运动，使得虚拟世界中的虚拟角色的运动是使用腿和脚而不是手的更自然的运动。此外，目前需要一种简化的系统、装置和方法，其避免使用踏步机和其他大型的、笨重复杂且昂贵的设备和机器来模拟虚拟现实中的运动。在本专利技术中满足了这些目的和许多其他目的。
技术实现思路
在本专利技术的目的在于提供一种简单方便的用于虚拟现实和模拟环境中的脚控动作和运动控制的系统、方法和装置。本专利技术是通过如下技术方案来实现上述目的：它是通过使用户能够通过脚控控制器装置在三个轴上代替控制化身或VR对象来解决手控问题。采用这种方式的本专利技术具有如下优点：这种多轴控制对于在三维空间或环境比如模拟世界中控制和校正运动至关重要。另外，本专利技术允许用户通过按压控制器装置来在模拟环境内“跳跃”或进行其它动作，以简化人造领域内的物理运动，从而使用户完全沉浸在无需手控的VR体验中。附图说明尽管说明书以权利要求书作为结束，其中特别指出并清楚地要求保护认为形成本专利技术的主题，但相信通过以下结合附图的描述将更好地理解本专利技术，其中，相同的附图标记指定相同结构和其他元件，在附图中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的本专利技术的上脚垫壳体和基板的四分之三立体图；图2示出了图1中所示的本专利技术实施例的分解图，其示出了根据一个实施例的本专利技术实施例的内部部件以及允许在所有所需轴上移动的机构；图3示出了本专利技术的采用传感器垫的另一个实施例的正视图；图4是示出了可以用于实现图1至图7中所示实施例中的本专利技术原理的电子电路结构的示例性实现的框图，包括用于观察本专利技术中设想运动的控制台和显示器；图5是示出了根据本专利技术的教导，操作者的脚在控制器装置上的放置示意图，其中，描述了沿着表面运动操纵传感器，并且通过执行按下动作；图6示出了类似于图2所示实施例的另一本专利技术实施例的分解图，示出了根据另一实施例的内部部件以及允许沿所有所需轴线移动的机构；以及图7示出了如图2和图6所示的替代实施例的分解图，示出了其内部部件以及允许沿所有所需轴线移动的机构，并且采用了光学传感器。具体实施方式本专利技术的详细描述如下：呈现以下详细描述以使本领域技术人员能够制造和使用本专利技术。为了解释的目的，阐述了特定的术语以提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，这些具体细节不是实施本专利技术所必需的。具体应用的描述仅作为代表性示例提供。对于本领域技术人员来说，对优选实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不背离本专利技术的范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用。本专利技术并不旨在限于所示的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征一致的最广泛的可能范围。正如所讨论的，目前还没有小型控制器允许用户在无需手控的条件下在虚拟现实环境中运动。相反，现有技术需要使用复杂的动作传感踏步机或手动控制器，或者两者皆有，这限制了用户与虚拟世界交互的能力，即用户不能使用他们的双手。然而，本专利技术允许用户在虚拟现实或三维(3D)替代环境内具有六个自由度或移动以及跳跃的能力，而不需要手控装置。因此，与在三维空间中移动的任何对象一样，可以沿着三个垂直轴进行前/后、上/下和左/右平移。此外，还可以设想取向的变化，即通过围绕前述垂直轴的旋转，即如本领域已知的俯仰、偏转和滚转。通过使用一个以上的脚以及脚上的不连续脚趾，在实践本专利技术的原理时可以有更多的自由度或运动程度。此外，本专利技术涉及采用脚控控制器的系统、方法、设备和装置，其使用简单并且能够实现免手控运动，从而增强了虚拟现实或VR或其他模拟体验。本专利技术相对于现有技术的优点有很多，包括体积小、成本低、便携性好、启动时间快、使用方便，重要的是能够在三维(3D)动画或虚拟环境在无需手控的情况下移动的能力。现在参照附图中的图1，其中示出了示例性组装的脚控装置，总体上由附图标记1表示，其实现了本专利技术的原理和特征，如在下文的各种实施例中更详细描述的。通过例如从用户的脚和/或脚趾运动向装置1施加力和压力，可以更好地确定特定方向上的运动。现在参照附图的图2，以分解图示出了本专利技术的一个实施例比如图1中所示的装置，总体上用附图标记1表示，其示出了本实施例中的各种示例性部件。具体地，示出了总体由附图标记2表示的顶板，其例如通过连接装置连接至总体由附图标记3表示的转盘型装置的顶部部段。应该理解的是，本专利技术上下文中的示例性连接装置包括螺栓、胶水或任何足够坚固的连接件，如本领域技术人员所理解的。在本专利技术的另一实施例中，前述的转盘型装置3可以直接包裹或模制在顶板2的底部，从而允许顶板2围绕z轴旋转。为了便于在用户移动物品之后将顶板2返回到中性旋转，转盘型装置3的侧面可以连接至总体用附图标记3a表示的弹性构件，例如通过任何简单的连接装置连接的弹簧或弹力绳，该弹性构件又连接至总体用附图标记9表示并在下文中更详细描述的中空圆盘的顶面。进一步参照图2，转盘型装置3的底部部段通过连接件4连接至总体由附图标记6表示的连接板。应当理解的是，在本专利技术的该实施例中，该连接件是螺栓，但是在其它实施例中，连接件4可以是任何足够强的连接件，例如塑料、胶水、焊接等，如本领域所理解的。在该实施例中，在前述连接板6的顶面上放置了至少一个传感器，总体由附图标记5表示，该传感器将关于顶板2旋转的信息转换为用于在总体用附图标记14表示的电子模块中分析和处理的等效电信号。在本专利技术的当前实施例中，传感器5可以是电位计，但是当然应该理解，在替代实施例中，前述传感器5可以是任何装置或部件，诸如红外(IR)传感器、倾斜传感器、加速度计、电容式触摸屏、压力传感器或者可收集有关顶板2的状态或用户与顶板2的相互作用数据的其它传感器，如以下更详细讨论的。再次参照图2，连接板6连接至总体由附图标记7表示的中空管，该中空管又通过另一连接装置附接至盘8。应该理解的是，在本专利技术的该实施例中，这些部件可以通过胶水连接，并且在本专利技术的替代实施例中，如本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脚控控制器装置，包括：至少一个传感器，所述至少一个传感器检测所述控制器装置的用户的脚部运动；以及连接至所述至少一个传感器的处理器，所述处理器将所述用户的所述脚部运动从所述至少一个传感器转化至沿着仿真环境内的一个或多个维度的至少一个虚拟运动，其中，通过所述脚部运动和平移并通过所述处理器转化成虚拟运动，所述用户沿着所述一个或多个维度在所述模拟内移动对象。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 US 62/157,918;2016.02.17 US 15/045,9591.一种脚控控制器装置，包括：至少一个传感器，所述至少一个传感器检测所述控制器装置的用户的脚部运动；以及连接至所述至少一个传感器的处理器，所述处理器将所述用户的所述脚部运动从所述至少一个传感器转化至沿着仿真环境内的一个或多个维度的至少一个虚拟运动，其中，通过所述脚部运动和平移并通过所述处理器转化成虚拟运动，所述用户沿着所述一个或多个维度在所述模拟内移动对象。2.根据权利要求1所述的脚控控制器装置，其特征在于，所述至少一个传感器包括传感器垫，所述传感器垫可操作以检测所述用户的所述脚部运动的信息，所述信息选自由所述对象的位置、力分量、运动向量、旋转数据、倾斜数据及其组合的空间坐标组成的组。3.根据权利要求1所述的脚控控制器装置，其特征在于，所述至少一个传感器选自由电位计、磁力计、陀螺仪、加速度计、红外线、压力传感器、按钮、标准瞬时按钮、输入按钮、电阻式传感器、电容式触摸屏、表面声波触摸屏、光学传感器、光度传感器、倾斜传感器及其组合组成的组。4.根据权利要求1所述的脚控控制器装置，其特征在于，所述脚部运动选自由所述用户的一只脚、所述用户的两只脚、所述用户的一个脚趾、所述用户的多个脚趾及其组合所组成的组。5.根据权利要求1所述的脚控控制器装置，其特征在于，所述用户的所述脚部运动包括所述用户的脚在所述控制器装置上向下按压，其中，所述用户的所述脚的向下按压使得能够实现所述模拟场景内的运动功能。6.根据权利要求5所述的脚控控制装置，其特征在于，所述运动功能选自由跳跃和蹲伏组成的组。7.根据权利要求5所述的脚控控制器装置，其特征在于，还包括：输入控制器，所述输入控制器位于所述控制器装置的上表面上，所述用户的所述脚按压所述输入控制器，以在所述模拟场景内实现所述运动功能。8.根据权利要求5所述的脚控控制器装置，其特征在于，还包括：顶板，其中，所述用户的压在所述顶板上的所述脚能够实现所述运动功能。9.根据权利要求1所述的脚控控制装置，其特征在于，还包括：自定心装置，其中，所述自定心装置使所述控制器装置返回至操作的中性状态。10.根据权利要求9所述的脚控控制器装置，其特征在于，所述自定心设备包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧将所述控制器装置从给定状态返回到所述操作的中性状态。11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕德拉姆考加斯特，派蒙考加斯特，
申请(专利权)人：帕德拉姆考加斯特，
类型：发明
国别省市：美国,US