纤细形状因子的无源光学和惯性跟踪制造技术

针对无线手持惯性控制器的装置和系统，该无线手持惯性控制器具有纤细形状因子且利用无源光学和惯性跟踪，用于与头戴式虚拟现实或增强现实显示设备(HMD)一起使用，其通过融合(i)与从位于HMD中的前向光学传感器得到的控制器的位置有关的数据和(ii)与从位于控制器中的惯性测量单元得到的控制器的取向有关的数据，来以六个自由度操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤细形状因子的无源光学和惯性跟踪
技术介绍
背景和相关技术混合现实是允许虚拟图像与真实世界物理环境在显示器中混合的技术。用于混合现实的系统可以包括例如透视头戴式显示(HMD)设备或者具有内置相机的智能电话。这种系统通常包括处理单元，这些处理单元在一个或多个应用的控制下提供图像。还可以使用HMD或其他设备来支持没有真实世界对象可看见的完全虚拟现实环境。这种系统还可以包括一个或多个无线手持惯性控制器，系统的用户可以操纵该一个或多个无线手持惯性控制器来与HMD交互并且向HMD提供用户输入，包括但不限于控制和移动虚拟光标、对象的选择、移动和旋转、滚动等。提供该背景是为了介绍用于随后的概述和详细描述的简要上下文。该背景不旨在辅助确定所要求保护的主题的范围，也不旨在视为将要求保护的主体限制到解决上面提出的任何或全部缺点或问题的实施方式。此外，本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或者仅在诸如上面描述的那些环境中操作的实施例。相反地，提供该背景只是为了说明可以实践本文描述的一些实施例的一个示例性

技术实现思路
本专利技术针对用于提供无线手持惯性控制器的装置和系统，该无线手持惯性控制器(在后文中有时被称为“控制器”或“多个控制器”)具有纤细形状因子且利用无源光学和惯性跟踪，用于与HMD一起使用，其通过融合(i)与从位于HMD中的前向深度相机得到的控制器的位置有关的数据和(ii)从位于控制器中的惯性测量单元(IMU)得到的控制器在3D空间中的惯性运动数据，来以六个自由度(6DOF)操作。在一个实施例中，该装置可以包括：触笔，具有第一端、第二端以及在第一端和第二端之间的伸长中间部分，触笔还包括在第一端处或靠近第一端的第一光学反射标记以及在第二端处或靠近第二端的第二光学反射标记；并且伸长中间部分封闭微控制器、惯性测量单元、通信无线电部以及一个或多个按钮，该一个或多个按钮被配置和定位用于利用用户的手指或拇指的选择性致动，惯性测量单元跟踪手持控制器在三维空间中相对于预定参照系的取向并且向微控制器提供取向和加速度数据，并且通信无线电部提供微控制器和主处理器之间的无线通信，以便提供从用户对一个或多个按钮的选择性激活得到的取向数据和用户输入。在另一实施例中，该系统可以包括：具有处理器的头戴式显示设备；无线手持惯性控制器，被配置为与处理器通信以选择性地提供一个或多个用户输入，该无线手持惯性控制器包括(i)触笔，具有第一端、第二端以及在第一端和第二端之间的伸长中间部分，触笔还包括在第一端处或靠近第一端的第一光学反射标记以及在第二端处或靠近第二端的第二光学反射标记，以及(ii)伸长中间部分，封闭微控制器、惯性测量单元、通信无线电部以及一个或多个按钮，该一个或多个按钮被配置和定位用于利用用户的手指或拇指的选择性致动，惯性测量单元跟踪手持惯性控制器在三维空间中相对于预定参照系的取向并且向微控制器提供取向和加速度数据，并且通信无线电部提供无线通信，以便向处理器提供取向数据和用户输入；以及位于显示器上的光学传感器，用于确定第一和第二光学反射标记中的每个相对于显示器的位置，并且用于向处理器提供位置数据，其中处理器使用取向数据和位置数据来以六个自由度在三维空间内跟踪手持惯性控制器。提供该
技术实现思路
是为了以简化形式介绍概念的选择，这些概念在下面的具体实施方式中被进一步描述。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作在确定所要求保护的主题的范围时的辅助。附加的特征和优点将在随后的描述中阐述，并且部分地从描述中将是明显的，或者可以通过实践本文中的教导来获知。本专利技术的特征和优点可以借助于在随附的权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。本专利技术的特征从随后的描述和随附的权利要求来看将变得更完全地明显，或者可以通过在后文中阐述的本专利技术的实践来获知。附图说明为了描述可以获得上面记载的和其他的优点和特征的方式，将参考附图中说明的具体实施例来提供对上面简要描述的主题的更具体描述。在理解这些附图仅描绘典型实施例并且因此不被认为限制范围的情况下，实施例将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述和解释，在附图中：图1是头戴式虚拟现实或增强现实显示器的一个实施例的示意性表示。图2是“微软全息眼镜”的一个实施例的一般透视绘制。图3是“微软全息眼镜”的一个实施例的分解透视绘制，其进一步图示了立体显示器系统的一个实施例。图4是“微软全息眼镜”的一个实施例的一般透视绘制，其进一步图示了光学传感器系统的一个实施例。图5是“微软全息眼镜”的一个实施例的一般透视绘制，其进一步图示了控制器板和相关的板载处理器的一个实施例。图6是增强现实显示器的一个实施例的可能视场的一个示例的图形表示。图7是具有纤细形状因子的利用无源光学和惯性跟踪的无线手持控制器的一个实施例的透视绘制。图8是图示了具有纤细形状因子的利用无源光学和惯性跟踪的无线手持控制器的一个实施例的基本组件的功能性框图。图9是增强现实显示器的一个实施例的可能视场的一个示例的另一图形表示。具体实施方式下文阐述的是代表性环境的概述，本申请中公开的和/或要求保护的装置和系统可以实施在该代表性环境中。然而，应当清楚地理解和明白，这种描述仅作为一个代表性环境的示例被提供，并且本文描述的专利技术可以容易地被适配于其他HMD设备及AR和VR系统/环境，以及其他传统的计算环境和系统，包括其他常规的显示设备。图1示意性地图示了HMD设备10的一个示例。图2-图5是“微软全息眼镜(MicrosoftHololens)”的图示，其表示HMD的一个近期实施例。一般地参考图1-图5，HMD设备10采用可穿戴眼镜或护目镜的形式，但是将明白，其他形式是可能的。HMD设备10可以被配置在增强现实配置中以呈现增强现实环境，并且因此可以包括至少部分透视的立体显示器12，其可以被配置为通过至少部分透视的立体显示器12而在视觉上增强由用户正在察看的物理环境的外观。在一些示例中，至少部分透视的立体显示器12可以包括透明的(例如，光学通透的)一个或多个区域，并且可以包括不透明的或半透明的一个或多个区域。在其他示例中，至少部分透视的立体显示器12可以跨立体显示器12的整个可用的显示器表面是透明的(例如，光学通透的)。替代地，HMD设备10可以被配置在虚拟现实配置中以呈现完全虚拟现实环境，并且因此立体显示器12可以为非透视立体显示器。HMD设备10可以被配置为经由非透视立体显示器向用户显示虚拟三维环境。HMD设备10可以被配置为显示虚拟表示，诸如在用户前面的物理环境的三维图形绘制，其可以包括附加的虚拟对象，或者可以被配置为显示物理环境的相机捕获图像以及附加的虚拟对象，包括在相机捕获图像上覆叠的虚拟光标。例如，HMD设备10可以包括图像产生系统14，其被配置为利用立体显示器12向用户显示虚拟对象。在利用至少部分透视显示器的增强现实配置中，虚拟对象在视觉上叠加到通过显示器可见的物理环境上，以便在各种深度和位置处被感知。在虚拟现实配置中，图像产生系统14可以被配置为利用非透视立体显示器向用户显示虚拟对象，使得虚拟对象被感知为相对于彼此处于各种深度和位置处。在一个实施例中，HMD设备10可以通过向用户的两只眼睛显示虚拟对象的单独图像，而使用体视法在视觉上将虚拟对象放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在包括显示器和主处理器的虚拟现实环境或增强现实环境中，一种用于向所述主处理器提供一个或多个用户输入的无线手持控制器，所述手持控制器包括：触笔，具有第一端、第二端以及在所述第一端和所述第二端之间的伸长中间部分，所述触笔还包括在所述第一端处或靠近所述第一端的第一光学反射标记以及在所述第二端处或靠近所述第二端的第二光学反射标记；并且所述伸长中间部分封闭微控制器、惯性测量单元(IMU)、通信无线电部以及一个或多个按钮，所述一个或多个按钮被配置和定位用于利用用户的手指或拇指的选择性致动，所述惯性测量单元跟踪所述手持控制器在三维空间中相对于预定参照系的取向并且向所述微控制器提供取向和加速度数据，并且所述通信无线电部提供所述微控制器和所述主处理器之间的无线通信，以便提供从所述用户对所述一个或多个按钮的选择性激活所得到的取向数据和用户输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 US 62/347,842;2016.09.23 US 15/274,3341.在包括显示器和主处理器的虚拟现实环境或增强现实环境中，一种用于向所述主处理器提供一个或多个用户输入的无线手持控制器，所述手持控制器包括：触笔，具有第一端、第二端以及在所述第一端和所述第二端之间的伸长中间部分，所述触笔还包括在所述第一端处或靠近所述第一端的第一光学反射标记以及在所述第二端处或靠近所述第二端的第二光学反射标记；并且所述伸长中间部分封闭微控制器、惯性测量单元(IMU)、通信无线电部以及一个或多个按钮，所述一个或多个按钮被配置和定位用于利用用户的手指或拇指的选择性致动，所述惯性测量单元跟踪所述手持控制器在三维空间中相对于预定参照系的取向并且向所述微控制器提供取向和加速度数据，并且所述通信无线电部提供所述微控制器和所述主处理器之间的无线通信，以便提供从所述用户对所述一个或多个按钮的选择性激活所得到的取向数据和用户输入。2.根据权利要求1所述的手持控制器，其中所述第一光学反射标记和所述第二光学反射标记各自包括红外标记。3.根据权利要求2所述的手持控制器，进一步包括覆盖所述第一光学反射标记和所述第二光学反射标记的材料，所述材料对IR光谱中的光是透射的，但是对可见光谱中的光是不透明的。4.根据权利要求3所述的手持控制器，其中所述手持控制器被成形为在一个或多个视频游戏中使用的对象的形式。5.根据权利要求4所述的手持控制器，其中所述IMU包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁力计中的一个或多个。6.一种系统，包括：具有处理器的头戴式显示(HMD)设备；无线手持惯性控制器，被配置为与所述处理器通信以选择性地提供一个或多个用户输入，所述手持惯性控制器包括：触笔，具有第一端、...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·O·巴兰，C·杜鲁，C·D·埃德蒙兹，M·J·费诺齐奥，
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