用于沉浸式混合现实空间的系统和方法技术方案

用于能够用于模拟动态变形的虚拟空间的混合现实沉浸式模拟的一种系统和一种方法，所述虚拟空间比参与者周围的实际物理源空间广阔和宽敞。所述系统和方法也可以提供例如交替战斗场的多空间模拟，在所述战斗场中，几名不同的参与者可以在不同的混合现实子场景中操作，同时共享相同的物理空间作为源空间，从而实现最大化的近距离空间。实现最大化的近距离空间。实现最大化的近距离空间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于沉浸式混合现实空间的系统和方法


[0001]本专利技术大体上涉及沉浸式混合现实系统并且涉及用于多参与者多情景教学或培训以提高例如在战斗、分诊或复杂演变的叙述性情境中的技能的那些系统。

技术介绍

[0002]虚拟现实(VR)系统让参与者有一种身处与他们实际所处环境不同的环境的感觉。一些计算机游戏系统具有将参与者置于交互式世界中的技术。举例来说，玩家能够被置于各种位置，例如汽车座椅、飞机或其他人造环境。在这样的系统中，用户本质上是观看在系统创建的世界中发生的事件的旁观者。这样的体验传统上已经通过提供视觉和听觉感官输入的配件获得。这些配件可能是头戴式显示器(HMD)(例如HTCOculus)，它们提供完全由计算机生成的立体显示以及适应的声音效果。
[0003]增强现实(AR)系统将由在实时的现实世界物理场景或对象上添加附加信息组成。这可以通过将计算机生成的图形与用户通过常规视觉感知的图形结合来获得。这可以通过具有半透明光学器件的HMD来获得，从而能够添加另一层计算机生成的光学器件(例如，Google)。音频增强也可以用于提升增强体验。因此，参与者的感官体验包括现实世界感应以及人工感官数据。
[0004]AR和VR可以位于混合现实(MR)或混杂现实的虚拟连续统一体上(正如P.Milgram和A.F.Kishino(1994)首次讨论的那样。“混合现实视觉显示的分类学(Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays)”，IEICE Transactions on Information and Systems，第1321
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1329页)。这个连续统一体从完全真实的环境延伸到完全虚拟的环境。连续统一体的位置将取决于实现体验的沉浸式技术的速率。在AR中，现实世界仍然可以体验，但有一个额外的层，而在VR中，用户与现实世界隔离，为此，在大多数情况下，用户在体验期间被放置在无菌封装中以防止阻碍虚拟化淹没体验。在大多数情况下，VR系统将用户与物理世界隔离开来，并且提供与周围或其他地方的人的体验分离的独特个人体验。
[0005]众所周知，模拟训练比常规的现实生活训练享有许多优势。当受训者感受到例如在虚拟飞行训练期间可以模拟的危及生命的情况减轻时，受训者可以从到达所述极端情景受益。结果，已经发现虚拟飞行模拟器产生比常规的飞行练习更有效的训练。在某些情况下，模拟会比现实生活中的培训更具成本效益。
[0006]除了视频和音频之外，添加触觉感官手段将提升对虚拟体验的沉浸感。处于相同环境和替代环境中的用户之间的实时交互将进一步提升对现实世界交互的体验和仿真。
[0007]传统的AR系统和VR系统针对的是游戏和娱乐，这些游戏和娱乐享受宽松的规范要求和对偏离现实生活仿真准确性的容忍度。相比之下，高度AR和VR需要准确性和响应能力，这些涉及高成本和实施复杂性。
[0008]AR系统需要对物理地点进行裁剪。举例来说，障碍路线的模拟将需要构建实际的物理障碍。飞行模拟器需要6自由度的移动舱来模拟重力的感觉。量身定制的系统需要复杂且昂贵的电子跟踪和定位设备。尽管一些当前系统促进个人移动设备(例如智能手机)作为
个人电子设备，但是这些系统过于简单和有限，并且在大多数情况下与游戏行业相关。
[0009]另一个提供真实体验的部件可以通过使用与现实生活装备类似的配件来获得。MR配件与现实生活工具之间的巨大差异可能会对教学或培训活动的有效性产生不利影响。用具的可信度直接影响用户与演习严重性的关系
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所述演习是游戏还是对现实生活情况及其危险的模拟。特定操作任务的系统标准不同于仅为游戏指派的系统的较低标准。举例来说，激光枪战场地使用模拟武器的配件，尽管这些配件不像真正的步枪武器的触感。模拟配件通常缺乏使用动力(例如弹道轨迹或后坐力效应)。尽管VR系统确实被认为是游戏领域的主要部分，但是也有一些VR应用于例如医疗领域的其他材料领域中的例子。举例来说，外科医生在VR环境中评估3D模型以为进行手术做准备。另一方面，已知AR系统将在实际的医疗程序中实施(参见例如da手术系统)。
[0010]计算和技术能力的速度和范围的提高使沉浸能力有了非常大地提高。计算能力(尤其是实时复杂计算)的发展、高质量图形显示手段的普及以及全息能力和触觉输入配件加强了对使用MR沉浸工具来模拟现实生活体验的好处的研究。
[0011]有几个因素需要让个人的大脑感知为处于不同的沉浸式现实中，而显示是主要的组成部分。主要地，3维显示器是创造这种感知的重要手段，然而，3D全方位显示器本身并不能创造身临其境的体验。跟踪运动，主要是头部和眼睛的运动，可以相应地改变3D耳机显示。动态图像的实时再现、有效的触觉反馈、根据参与者的个人参数(温度、出汗、呼吸、通气过度、脑波、神经电速率、生命体征等)的感官输入的交互以及交互场景适应可能产生有效的模拟。
[0012]大多数VR体验满足单人参与者沉浸的需要。系统根据参与者的动作和反应来模拟一个用户的环境。总体而言，沉浸式VR体验是孤立的。这种孤立阻止与现实世界中的其他人进行交互，无论是否体验相应的VR体验。
[0013]人们已经认识到，在用户处于分散的不同远程地理位置的情况下，使用协作式VR技术可以成为一起工作的有效方式(https：//venturebeat.com/2017/10/11/3
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reasons
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why
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collaborative/)。一些系统已将体验扩展到基于团队的VR体验(例如虚拟房间：https：//virtual
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room.com/en/)：几个人可以通过交流和一起工作却不共享相同的物理空间来执行联合任务。每个参与者都有自己的专用房间，所述房间经过专门设计并且配备有虚拟现实装备。参与游戏的方式是站起来四处走动、寻找物品、操纵物体以及与其他团队成员协作。
[0014]协作式VR/AR也用于处于不同地点的同事之间的协作。可以在https：//www.techviz.net/collaborative找到连接同一个3D项目周围的多个站点的共享虚拟工作空间的实例。来自不同地点的参与者在沉浸在他们自己的3D系统中后将通过各种VR装置(沉浸式房间、HTC Vive、视频显示墙)从任何3D应用程序(例如Catia、NX、Creo、Navisworks)实时地看到彼此、可视化并且处理同一个3D模型。这个软件旨在改善同事之间的交流，并且在不实际碰面的情况下进行决策和验证过程。TechViz VR协作还能够用于在任何距离实时地提供远程培训。团队合作在公司结构内，尤其是在世界各地工作的人之间，变得更容易。这类应用程序支持项目工作共享，其中3D模型的操纵由几个能够互动并且在3D模型上进行标注的用户来实行。所有用户可以实时地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种混合现实(MR)沉浸式系统，所述系统包括：(i)控制器，所述控制器被配置成操作至少一个MR情景；(ii)至少一个感觉装置，所述至少一个感觉装置与至少一名参与者相关联；所述系统可部署在被所述至少一名参与者物理占用的至少一个源空间中，其中所述源空间被配置成动态变形成至少一个广阔并且空间改变的对象空间，并且其中所述对象空间被传送到与所述至少一名参与者相关联的所述至少一个感觉装置。2.如权利要求1所述的系统，其中至少一个传感器被配置成监测所述至少一名参与者的参数。3.如权利要求2所述的系统，其中所述参与者的参数包括参与者的生命体征。4.如权利要求2所述的系统，其中所述参与者的参数包括参与者的方位。5.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器被集成到所述感觉装置中。6.如权利要求1所述的系统，其中所述感觉装置包括头戴式显示器(HMD)，所述HMD被配置成向所述至少一名参与者显示图像。7.如权利要求1所述的系统，其中所述感觉装置包括通信装置，所述通信装置被配置成实现参与者之间的通信。8.如权利要求7所述的系统，其中所述通信被配置成提供参与者间和监督者
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参与者间的通信。9.如权利要求1所述的系统，其中所述感觉装置包括触觉装置，所述触觉装置被配置成向所述参与者提供触觉刺激。10.如权利要求1所述的系统，其中安全机制防止所述参与者自身之间或参与者与可能存在于所述源空间内的物理对象之间的可能物理碰撞。11.如权利要求10所述的系统，其中所述安全机制使用所述源空间的预映射。12.如权利要求1所述的系统，其中所述对象空间由动态变形以适合所述源空间的多个图像块模拟。13.如权利要求12所述的系统，其中所述多个图像块的特性被优化以减少等待时间并且保存系统资源。14.如权利要求1所述的系统，其中相同的源空间可以用于同时进行的几个MR情景。15.如权利要求1所述的系统，其中所述MR情景受制于由可测量的重要情景参数产生的约束。16.如权利要求15所述的系统，其中MR限制分数是根据所述可测量的重要情景参数进行计算，进而影响对形成呈现给所述参与者的所述对象空间的接下来的对象图像块的选择。17.如权利要求1所述的系统，其中所述对象空间的形状能够经过扭曲以适合给定的源空间，同时保存所述对象空间的测量值。18.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：西姆博尼克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：