CN106227339A - 可穿戴设备、虚拟现实人机交互***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可穿戴设备、虚拟现实人机交互***及方法。该虚拟现实人机交互***包括可穿戴设备和虚拟现实设备；可穿戴设备与虚拟现实设备通信连接，包括处理装置、肌电信号识别装置、表皮触觉反馈装置及通信装置；肌电信号识别装置接收使用者的肌电信号，经处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过通信装置发送至虚拟现实设备；通信模块接收虚拟现实设备的反馈信息并发送至处理装置，由处理装置根据预设规则转变为触感指令发送至表皮触觉反馈装置，由表皮触觉反馈装置对使用者执行触觉反馈。本发明的优点在于：使用者在操作过程中能够解放双手，能感知虚拟***中实际效果的力度大小、频度，使用场景广泛，没有移动性的限制。
Description
技术领域
本发明涉及人机交互领域，尤其涉及一种可穿戴设备、虚拟现实人机交互***及方法。
背景技术
自二十世纪六七十年代年虚拟现实技术和人机交互技术诞生以来，交互设备及应用得到了飞速发展。在现有的虚拟现实人机交互一般采用手柄方式，需要在视觉观察或清晰记忆按键位置信息的情况下，利用双手，来按压不同按键，同时通过视觉观察***反馈信息。上述操作过程容易引起操作人员的视觉和手部疲劳，同时在视觉覆盖不到或记忆不清楚的情况下会出现按错按键位置的错误，该过程双手被占用，使用者无法感知虚拟***中实际效果的力度大小、频度等反馈的一些效果信息等问题，难以保证输入精准、输入简易、获得更多的反馈信息。
除去手柄以外，已有采用图像处理的方式代替手柄输入，利用摄像头采集手势的信息，使手势交互满足虚拟现实***输入要求。现有的光学输入装置，通过CCD、红外等传感器对光路输出进行测量，使用者通过观察***的视觉反馈信息，然后进行控制信息的输入，但由于传感器单一，往往只反映低维度的输入信息，不能得到实际***中的高纬度信息和反馈信息体验。同时，受限于传感器对光线和计算能力的原因，使用场景受限制，移动性受限制。
因此，迫切需要设计一种可穿戴设备、虚拟现实人机交互***及方法，使用者在操作过程中能够解放双手，能感知虚拟***中实际效果的力度大小、频度，使用场景广泛，没有移动性的限制。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提供一种可穿戴设备、虚拟现实人机交互***及方法。
本发明提供一种虚拟现实人机交互***，包括可穿戴设备和虚拟现实设备；可穿戴设备与虚拟现实设备通信连接；可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，包括处理装置、肌电信号识别装置、表皮触觉反馈装置及通信装置；其中，
肌电信号识别装置接收使用者的肌电信号，经处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过通信装置发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
通信模块接收虚拟现实设备的反馈信息并发送至处理装置，由处理装置根据预设规则转变为触感指令发送至表皮触觉反馈装置，由表皮触觉反馈装置对使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能。
本发明提供一种可穿戴设备，与虚拟现实设备通信连接；其中，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，包括处理装置、肌电信号识别装置、表皮触觉反馈装置及通信装置；其中，
肌电信号识别装置接收使用者的肌电信号，经处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过通信装置发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
通信模块接收虚拟现实设备的反馈信息并发送至处理装置，由处理装置根据预设规则转变为触感指令发送至表皮触觉反馈装置，由表皮触觉反馈装置对使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能。
在本发明的一个实施例中，可穿戴设备还包括电连接处理装置的存储装置，存储装置存储有指令集匹配表，指令集匹配表中记录有虚拟现实设备可识别的代表一定操作动作的指令信号与肌电信号的对应关系。
在本发明的一个实施例中，由处理装置根据预设规则转变为触感指令，包括：
处理装置接收并解析虚拟现实设备发送的反馈信息，形成包括震动反馈信息和电刺激反馈信息的触感指令；
其中，震动反馈信息包括震动持续时间和震动强度中的至少一种；电刺激反馈信息包括电刺激持续时间和电刺激强度中的至少一种。
在本发明的一个实施例中，肌电信号识别装置包括用于采集使用者输入动作信息和输入力度信息的表面肌电采集传感器，以及用于采集使用者动作姿态信息的姿态信息采集传感器。
本发明提供一种虚拟现实人机交互方法，该方法包括：
虚拟现实设备接收可穿戴设备发送的指令信号，指令信号用于实现虚拟场景的切换；
基于场景的切换，虚拟现实设备向可穿戴设备发送反馈信息，反馈信息用于对可穿戴设备的使用者执行触觉反馈，其中，触觉反馈包括震动反馈和电刺激反馈。
本发明提供一种虚拟现实人机交互方法，该方法包括：
可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，接收使用者的肌电信号并处理形成指令信号后发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
可穿戴设备接收虚拟现实设备发送的反馈信息并处理形成触感指令后对使用者执行触觉反馈以完成人机交互功能，反馈信息是虚拟现实设备基于场景的切换产生的。
在本发明的一个实施例中，接收使用者的肌电信号并处理形成指令信号后发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换，包括：
接收使用者的肌电信号，经处理后形成代表一定操作动作的指令信号发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换。
在本发明的一个实施例中，接收虚拟现实设备发送的反馈信息并处理形成触感指令后对使用者执行触觉反馈以完成人机交互功能，包括：
接收虚拟现实设备的反馈信息并根据预设规则转变为触感指令对使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能；预设规则为存储于可穿戴设备本地并记录有虚拟现实设备可识别的代表一定操作动作的指令信号与肌电信号的对应关系。
在本发明的一个实施例中，在对使用者执行触觉反馈之后，还包括：
可穿戴设备接收使用者对触觉反馈的评价，调整震动反馈信息或电刺激反馈信息，以使震动持续时间、震动强度、电刺激持续时间或电刺激强度发生变化。
本发明的提供的一种可穿戴设备、虚拟现实人机交互***及方法的优点在于：使用者在操作过程中能够解放双手，能感知虚拟***中实际效果的力度大小、频度，使用场景广泛，没有移动性的限制。
附图说明
为了更清晰地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明提供的一种虚拟现实人机交互***结构示意图；
图2为本发明的另一实施例提供的一种虚拟现实人机交互方法流程图；
图3为本发明的又一实施例提供的一种虚拟现实人机交互方法流程图；
图4为本发明再一实施例提供的一种人机交互实施方式的控制反馈及信息处理***原理框图；
图5为本发明再一实施例提供的一种人机交互实施方式的人机交互***工作流程图；
图6为本发明再一实施例提供的一种人机交互实施方式的实施流程图；
图7是本发明另一实施例提供的一种可穿戴设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明提供的一种虚拟现实人机交互***结构示意图。如图1，本人机交互***包括可穿戴设备11和虚拟现实设备12；可穿戴设备11与虚拟现实设备12通信连接；可穿戴设备11佩戴于使用者身体的特定部位处，包括处理装置111、肌电信号识别装置112、表皮触觉反馈装置113及通信装置114；其中，
肌电信号识别装置112接收使用者的肌电信号，经处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过通信装置114发送至虚拟现实设备12以实现虚拟场景的切换。
通信模块接收114虚拟现实设备12的反馈信息并发送至处理装置111，由处理装置111根据预设规则转变为触感指令发送至表皮触觉反馈装置113，由表皮触觉反馈装置113对使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能。
本发明将传统的虚拟现实人机交互升级为具有实时信息反馈的、控制与反馈一体化的闭环人机交互***，将可穿戴设备与虚拟现实设备融于一体，实现更高质量的人机交互体验。
本发明的另一实施例提供一种可穿戴设备，与虚拟现实设备通信连接；其中，可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，包括处理装置、肌电信号识别装置、表皮触觉反馈装置及通信装置；其中，
肌电信号识别装置接收使用者的肌电信号，经处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过通信装置发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
通信模块接收虚拟现实设备的反馈信息并发送至处理装置，由处理装置根据预设规则转变为触感指令发送至表皮触觉反馈装置，由表皮触觉反馈装置对使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能。
其中，肌电信号识别装置可以是表面肌电Sensor；肌电信号识别装置还可以包括姿态信息采集传感器，具体可以是陀螺仪、加速度计、地磁仪等传感器；表皮触觉反馈装置包括皮电刺激Sensor，用于表皮电刺激反馈；表皮触觉反馈装置还包括震动反馈装置，具体可以是马达振子等。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，可穿戴设备还包括电连接处理装置的存储装置，存储装置存储有指令集匹配表，指令集匹配表中记录有虚拟现实设备可识别的代表一定操作动作的指令信号与肌电信号的对应关系。
该存储装置可以是EEPROM或其他具有存储功能且与处理装置电连接的存储器件。此外，用于存储指令集匹配表的存储设备还可以设置于处理装置的内部，比如，该存储设备可以是处理装置中的ROM、RAM或FLASH等。在另一种方式中，指令集匹配表还可以存储于虚拟现实设备中。图7是本发明另一实施例提供的一种可穿戴设备的结构示意图。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，由处理装置根据预设规则转变为触感指令，具体实现方式为：
处理装置接收并解析虚拟现实设备发送的反馈信息，形成包括震动反馈信息和电刺激反馈信息的触感指令；
其中，震动反馈信息包括震动持续时间和震动强度中的至少一种；电刺激反馈信息包括电刺激持续时间和电刺激强度中的至少一种。
在本实施例中，虚拟现实设备根据使用者的肌电信号特点，有针对性的给予使用者不同的震动和电刺激体验，更进一步提高了使用者的用户体验。
进一步地，在本发明的一个实施例中，肌电信号识别装置包括用于采集使用者输入动作信息和输入力度信息的表面肌电采集传感器，以及用于采集使用者动作姿态信息的姿态信息采集传感器。
在另一实施例中，本发明提供的可穿戴设备与典型的AR、VR设备如微软的HoloLens、Google的Google glass、Oculus Rift、MagicLeap等设备应用连接使用的通用方式如下：
该可穿戴设备与被连接设备通过无线的方式与被控/接受装置连接，并完成相应指令集的匹配，其中该指令集的匹配可事先由本发明提供的可穿戴设备完成，也可由被控设备端完成，并完成***连接。在后续的使用中，本发明设备会自动与其相连接的设备进行连接，无需重新设置。使用者只需按照其设定好的控制动作，实现简单快捷的人机交互。图2为本发明的另一实施例提供的一种虚拟现实人机交互方法流程图。如图2，该方法包括如下步骤：
S201、虚拟现实设备接收可穿戴设备发送的指令信号，指令信号用于实现虚拟场景的切换。
S202、基于场景的切换，虚拟现实设备向可穿戴设备发送反馈信息，反馈信息用于对可穿戴设备的使用者执行触觉反馈，其中，触觉反馈包括震动反馈和电刺激反馈。
本发明将传统的虚拟现实人机交互升级为具有实时信息反馈的、控制与反馈一体化的闭环人机交互***，将可穿戴设备与虚拟现实设备融于一体，实现更高质量的人机交互体验。
图3为本发明的又一实施例提供的一种虚拟现实人机交互方法流程图。如图3，该方法包括如下步骤：
S301、可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，接收使用者的肌电信号并处理形成指令信号后发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换。
S302、可穿戴设备接收虚拟现实设备发送的反馈信息并处理形成触感指令后对使用者执行触觉反馈以完成人机交互功能，反馈信息是虚拟现实设备基于场景的切换产生的。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，在本发明的一个实施例中，接收使用者的肌电信号并处理形成指令信号后发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换，包括：
接收使用者的肌电信号，经处理后形成代表一定操作动作的指令信号发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，在本发明的一个实施例中，接收虚拟现实设备发送的反馈信息并处理形成触感指令后对使用者执行触觉反馈以完成人机交互功能，具体可以是：
接收虚拟现实设备的反馈信息并根据预设规则转变为触感指令对使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能；预设规则为存储于可穿戴设备本地并记录有虚拟现实设备可识别的代表一定操作动作的指令信号与肌电信号的对应关系。。
例如，使用者做出“托举重物”的动作，肌电信号识别装置接收“托举重物”动作产生的肌电信号，处理装置根据可穿戴设备与虚拟现实设备之间的通信协议对该肌电信号进行处理，以便虚拟现实设备能够解析“托举重物”的动作，并在虚拟场景中体现“托举重物”的动作导致的场景切换。虚拟现实设备向可穿戴设备发送针对“托举重物”动作的反馈信息。可穿戴设备预先存储“托举重物”这一动作和该动作对应的肌电信号的关系。表皮触觉反馈装置对使用者进行震动刺激和电刺激，该刺激让使用者感受到“有重物施压于手上”，实现虚拟现实更多维度（视觉+触觉）的人机交互体验。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，在对使用者执行触觉反馈之后，可穿戴设备接收使用者对触觉反馈的评价，调整震动反馈信息或电刺激反馈信息，以使震动持续时间、震动强度、电刺激持续时间或电刺激强度发生变化。
在本实施例中，使用者可对触觉反馈的效果进行调整，例如减弱反馈的力度，或者增加反馈持续的时间，以满足个性化的用户体验需求。
除此之外，使用者还可对反馈的程度进行预先设定，而不采用表皮触觉反馈设备或可穿戴设备的制造商预先设定的默认反馈程度。
本发明还提供再一人机交互实施方式的操作步骤。图4为本发明再一实施例提供的一种人机交互实施方式的控制反馈及信息处理***原理框图。图5为本发明再一实施例提供的一种人机交互实施方式的人机交互***工作流程图。图6为本发明再一实施例提供的一种人机交互实施方式的实施流程图。请一并参见图4、图5和图6，具体的，该实施方式包括如下步骤：
采用表面肌电采集的方式捕获被采集者输入动作信息和输入力度信息；
采用姿态传感器进行使用者动作姿态的捕捉；
将该动作信息和力度信息与姿态信息融合，转化为虚拟现实***可识别信息指令；
将该指令通过无线传输方式传送给连接设备；
通过无线传输方式获取连接设备反馈信息；
将反馈信息解析，转化为表皮触觉反馈信息和肌肉力度反馈信息；
将触觉反馈信息和力度反馈信息，按照相应算法转化为输入者可识别感知震动信息和电刺激强度信息；
通过反馈传感器，将可识别触觉反馈信息和力度反馈信息反馈给输入者；
输入者根据定义好的反馈信息含义辨别***反馈效果。
以上实施例够将表皮电刺激反馈和震动反馈等反馈信息有效的反馈给使用者，使其可根据反馈回的触觉信息判断输入的情况及效果、结合***反馈回的其他触觉指令信息等作出实时响应和判断，真正实现真实场景的模拟，将真实场景的效果响应传达给控制者，使其沉浸感增加，达到虚拟现实的高级境界。
综上，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (10)
1.一种虚拟现实人机交互***，包括可穿戴设备和虚拟现实设备；所述可穿戴设备与所述虚拟现实设备通信连接；其特征在于，所述可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，包括处理装置、肌电信号识别装置、表皮触觉反馈装置及通信装置；其中，
所述肌电信号识别装置接收使用者的肌电信号，经所述处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过所述通信装置发送至所述虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
所述通信模块接收所述虚拟现实设备的反馈信息并发送至所述处理装置，由所述处理装置根据预设规则转变为触感指令发送至所述表皮触觉反馈装置，由所述表皮触觉反馈装置对所述使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能。
2.一种可穿戴设备，与虚拟现实设备通信连接；其特征在于，所述可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，包括处理装置、肌电信号识别装置、表皮触觉反馈装置及通信装置；其中，
所述肌电信号识别装置接收使用者的肌电信号，经所述处理装置处理后，形成代表一定操作动作的指令信号，并通过所述通信装置发送至所述虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
所述通信模块接收所述虚拟现实设备的反馈信息并发送至所述处理装置，由所述处理装置根据预设规则转变为触感指令发送至所述表皮触觉反馈装置，由所述表皮触觉反馈装置对所述使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能。
3.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备还包括电连接所述处理装置的存储装置，所述存储装置存储有指令集匹配表，所述指令集匹配表中记录有所述虚拟现实设备可识别的代表一定操作动作的指令信号与所述肌电信号的对应关系。
4.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述由处理装置根据预设规则转变为触感指令，包括：
所述处理装置接收并解析所述虚拟现实设备发送的反馈信息，形成包括震动反馈信息和电刺激反馈信息的触感指令；
其中，所述震动反馈信息包括震动持续时间和震动强度中的至少一种；电刺激反馈信息包括电刺激持续时间和电刺激强度中的至少一种。
5.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述肌电信号识别装置包括用于采集使用者输入动作信息和输入力度信息的表面肌电采集传感器，以及用于采集使用者动作姿态信息的姿态信息采集传感器。
6.一种虚拟现实人机交互方法，其特征在于，包括：
虚拟现实设备接收可穿戴设备发送的指令信号，所述指令信号用于实现虚拟场景的切换；
基于场景的切换，所述虚拟现实设备向所述可穿戴设备发送反馈信息，所述反馈信息用于对所述可穿戴设备的使用者执行触觉反馈，其中，所述触觉反馈包括震动反馈和电刺激反馈。
7.一种虚拟现实人机交互方法，其特征在于，包括：
可穿戴设备佩戴于使用者身体的特定部位处，接收使用者的肌电信号并处理形成指令信号后发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换；
所述可穿戴设备接收所述虚拟现实设备发送的反馈信息并处理形成触感指令后对所述使用者执行触觉反馈以完成人机交互功能，所述反馈信息是所述虚拟现实设备基于场景的切换产生的。
8.如权利要求7所述的人机交互方法，其特征在于，接收使用者的肌电信号并处理形成指令信号后发送至虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换，包括：
接收使用者的肌电信号，经处理后形成代表一定操作动作的指令信号发送至所述虚拟现实设备以实现虚拟场景的切换。
9.如权利要求7所述的人机交互方法，其特征在于，接收所述虚拟现实设备发送的反馈信息并处理形成触感指令后对所述使用者执行触觉反馈以完成人机交互功能，包括：
接收所述虚拟现实设备的反馈信息并根据预设规则转变为触感指令对所述使用者执行触觉反馈，以完成人机交互功能；所述预设规则为存储于所述可穿戴设备本地并记录有所述虚拟现实设备可识别的代表一定操作动作的指令信号与肌电信号的对应关系。
10.如权利要求9所述的人机交互方法，其特征在于，在对所述使用者执行触觉反馈之后，还包括：
所述可穿戴设备接收所述使用者对所述触觉反馈的评价，调整所述震动反馈信息或电刺激反馈信息，以使震动持续时间、震动强度、电刺激持续时间或电刺激强度发生变化。
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