虚拟和增强现实系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及虚拟和增强现实系统与方法。公开了向用户呈现虚拟现实和增强现实体验的配置。该系统可包括：图像生成源，其按照时序方式提供图像数据的一个或多个帧；光调制器，其被配置为发射与所述图像数据的一个或多个帧关联的光；基片，其将图像信息导向用户的眼睛，其中所述基片容纳多个反射器；所述多个反射器中的第一反射器，其以第一角度将与图像数据的第一帧关联的发射光反射到所述用户的眼睛；以及第二反射器，其以第二角度将与所述图像数据的第二帧关联的发射光反射到所述用户的眼睛。

Virtual and augmented reality systems and methods

The invention relates to a virtual and augmented reality system and method. The configuration of presenting virtual reality to users and enhancing real experience is disclosed. The system may include: an image generation source, which provides one or more frames of image data in a sequential manner; an optical modulator configured to transmit light associated with one or more frames of the image data; a substrate, which directs image information to the user's eyes, wherein the substrate contains multiple reflectors; and a first reflector in the plurality of reflectors, which is in the first corner. The degree reflects the emitted light associated with the first frame of the image data to the eyes of the user; and the second reflector which reflects the emitted light associated with the second frame of the image data to the eyes of the user at a second angle.

【技术实现步骤摘要】
虚拟和增强现实系统与方法本申请是申请日为2014年11月27日、申请号为201480074051.7、名称为"虚拟和增强现实系统与方法"的专利申请的分案申请。
本公开涉及虚拟现实和增强现实成像与可视化系统。
技术介绍
现代计算和显示技术已经促进了针对所谓“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统开发，其中数字再现图像或其一部分以看上去逼真或可以被感知为逼真方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”情境一般涉及呈现数字或虚拟图像信息，但无法看到其它实际的真实世界可视化输入；增强现实或“AR”情境通常涉及呈现数字或虚拟图像信息作为用户周围实际世界的可视化增强。例如，参考图1，描述了增强现实场景(4)，其中AR技术的用户看到类似公园的真实世界设置(6)，该设置以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台(1120)为特征。除了这些项目之外，AR技术的用户还感知到他“看到”机器人人像(1110)站在真实世界平台(1120)上，并且类似卡通的虚像(2)在飞舞，看上去就像大黄蜂的化身，尽管这些元素(2、1110)在真实世界中不存在。实际上，人类视觉感知系统极为复杂，产生促进在其它虚拟或真实世界图像元素当中舒适、自然、丰富地呈现虚拟图像元素的VR或AR技术非常具有挑战性。参考图2A，已经开发出立体可穿戴眼镜(8)型配置，该配置的特征是通常包括两个显示器(10、12)，这两个显示器被配置为通过略微不同的元素呈现显示图像，从而使人类视觉系统感知到三维远景。已经发现，由于聚散度与视觉调节之间的不匹配，此类配置令许多用户感到不适，必须克服这种不适才能感知三维图像；实际上，有些用户无法忍受立体配置。图2B示出另一立体可穿戴眼镜(14)型配置，该配置的特征是包括两个前置放置相机(16、18)，这些相机被配置为捕获图像以便通过立体显示器向用户呈现增强现实。当眼镜(14)被戴在用户的头部上时，相机(16、18)和显示器的位置通常会阻挡用户的自然视场。参考图2C，其中示出增强现实配置(20)，该配置的特征是与眼镜框架(24)耦合的可视化模块(26)，框架(24)还夹持传统的眼镜片(22)。借助该系统，用户能够看到至少部分未被遮挡的真实世界场景，并且配备小显示器(28)，通过该显示器，可以在AR配置中将数字图像呈现给一只眼睛—针对单目AR呈现。图2D的特征是这样的配置：其中是可视化模块(32)可以与帽子或头盔(30)耦合，并且被配置为通过小显示器(34)向用户呈现单目增强数字图像。图2E示出另一类似的配置，其中框架(36)能够以类似于眼镜耦合的方式与用户头部耦合，以使得可视化模块(38)能够被用于捕获图像并且通过小显示器(40)向用户呈现单目增强数字图像。例如，此类配置由位于加州山景城的Google,Inc.推出，商标名为GoogleGlass(RTM)。这些配置无一最适合于通过舒适、效用最大的方式向用户呈现丰富的双目式三维增强现实体验，部分是因为现有系统无法解决人类感知系统的某些基本方面，其中包括用于产生用户可视化感知的视网膜感光器以及视网膜感光器与大脑的协作。参考图3，示出人眼的简化剖面图，人眼的特征是包括角膜(42)、虹膜(44)、晶体—晶状体(46)、巩膜(18)、脉络层(50)、黄斑(52)、视网膜(54)，以及到大脑的视神经通路(56)。黄斑是视网膜的中心，被用于查看适度的细节；在黄斑的中心是被称为“小凹”的视网膜的一部分，该部分被用于查看最精细的细节，并且包含比视网膜的其它任何部分都多的感光器(每视觉度大约120个锥体)。人类视觉系统不是被动式传感器型系统，它被配置为主动扫描环境。通过在某种程度上类似于捕获图像的台式扫描器的使用，或者类似于从纸张读取盲文的手指的使用的方式，眼睛的感光器响应于激励的变化而触发，而非持续对激励的常态做出响应。因此，需要执行动作(台式扫描器中跨纸张的线性扫描器阵列动作，或跨印在纸张内的盲文的手指动作)以将感光器信息呈现给大脑。实际上，通过诸如眼镜蛇毒液(被用于麻醉眼部肌肉)之类的物质执行的试验已经表明，如果受试体睁开双眼，使用被毒液麻醉的眼睛盯着静态场景，便会失明。换言之，如果激励不变，感光器不会将输入提供给大脑，并且可能失明。可以认为这是正常人被观察到在被称为“微眼跳”的边到边动作中来回移动或抖动的至少一个原因。如上所述，视网膜的小凹包含最大密度的感光器，而人类通常认为在其整个视场内具有高分辨率视觉功能，实际上，他们通常只有一个较小的高分辨率中心，并且经常对此中心的周围进行机械扫视，同时他们还保持着对通过小凹捕获的高分辨率信息的持续记忆。在具有些许类似的方式中，眼睛的焦距控制机构(睫状肌，其在工作时通过以下方式与晶状体耦合：即，其中睫状体放松导致紧绷的睫毛缔结组织纤维使得晶状体变平以实现更远的焦距；睫状体收缩导致使得睫毛缔结组织纤维变松，这允许晶状体采取更圆润的几何形状以实现更近的焦距)以大约1/4到1/2的屈光度来回抖动，以循环地同时在目标焦距的近端和远端引入少量所谓的“屈光模糊”；这被大脑的视觉调节控制回路用作周期性负反馈，其帮助不断地校正方向并使固定对象的视网膜图像变得清晰。大脑的可视化中心还从双眼及其部件的彼此相对的运动中获得有价值的感知信息。双眼彼此相对的聚散动作(即，瞳孔彼此接近或彼此远离的滚动，用于将眼睛视线固定于一个对象上)与眼睛晶状体的聚焦(或“视觉调节”)紧密相关。一般情况下，根据被称为“视觉调节和辐辏条件反射”的关系，改变眼睛晶状体的焦点或调节眼睛以在不同距离上聚焦于对象可以自动令辐辏变化与同一距离匹配。同样，在一般情况下，辐辏变化将触发视觉调节变化的匹配。根据此反射条件工作(如多数传统的立体AR或VR配置那样)会导致用户产生视疲劳、头疼或其它形式的不适。眼睛所在的头部的运动也对对象的可视化具有重大影响。人类移动其头部来观察其周围的世界，他们通常处于相对于感兴趣的对象重新放置和重新定向头部的极为恒定的状态。进一步地，多数人愿意在其眼睛注视需要离开中心多于约20度以聚焦于特定对象时移动其头部(也就是说，人们一般不喜欢从眼角看事物)。人们还会相对于声音扫描或移动其头部—以改善声音信号捕获并且利用耳朵相对于头部的几何关系。人类视觉系统从所谓的“头部运动视差”获得重要的深度线索，头部运动视差涉及位于不同距离的对象根据头部运动和眼睛聚合距离的相对运动(即，如果人们将头从一边移到另一边并且保持注视一个对象，则距离该对象最远的物品将沿着与头相同的方向移动，位于该对象前方的物品沿着与头部运动方向相反的方向运动，当事物在空间上位于相对于人的环境中时，这些是极为显著的线索—也许像立体视差那样重要)。当然，头部运动还被用于观察对象的周围事物。进一步地，头部和眼睛运动与被称为“前庭眼反射”的事物协调，前庭眼反射在头部旋转期间相对于视网膜稳定图像信息，从而使对象图像信息几乎置于视网膜的中心。响应于头部旋转，眼睛沿着相反的方向成比例地反身旋转以保持稳定地注视对象。作为此补偿关系的结果，许多人可以在来回摇头的同时读书(有趣的是，如果书本以相同的速度来回摇动，而头部几乎不动时，则无法得到相同的结果—人们不太可能阅读正在移动的书，前庭眼反射是头部和眼睛运动协调中的一项，一般并不针对手部运动开展)。该范例对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于向用户显示虚拟内容的系统，包括：至少一个光源，多路传输多个光束以显示与图像数据的一个或多个帧关联的多个各自的光图案；多个波导，接收所述多个光束并将所述多个光束导向出瞳，其中所述多个波导沿所述用户的光轴堆叠；以及至少一个光学元件，更改通过所述多个波导导引的所述多个光束中的光束的焦点。

【技术特征摘要】
2013.11.27 US 61/909,7741.一种用于向用户显示虚拟内容的系统，包括：至少一个光源，多路传输多个光束以显示与图像数据的一个或多个帧关联的多个各自的光图案；多个波导，接收所述多个光束并将所述多个光束导向出瞳，其中所述多个波导沿所述用户的光轴堆叠；以及至少一个光学元件，更改通过所述多个波导导引的所述多个光束中的光束的焦点。2.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个光学元件以产生波前曲率的方式更改所述光束，以及其中产生的所述波前曲率对应于当所述用户观看所述光束时的焦平面。3.根据权利要求1的系统，其中所述多个波导中的波导在接通与关断状态之间可切换。4.根据权利要求1的系统，其中所述多个波导中的波导为静态波导。5.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个光学元件中的光学元件在接通与关断状态之间可切换。6.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个光学元件中的光学元件是静态光学元件。7.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个光学元件中的光学元件是所述多个波导中的衍射光学元件(DOE)。8.根据权利要求7的系统，其中所述DOE在接通与关断状态之间可切换。9.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个光学元件包括弱透镜。10.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个光学元件包括菲涅尔带片。11.根据权利要求1的系统，其中所述图像数据的所述一个和多个中的第一帧和第二帧被同时传送到所述用户的眼睛。12.根据权利要求1的系统，其中所述图像数据的所述一个和...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·朔文格特，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国,US