CN109189312A - 一种用于混合现实的人机交互设备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于混合现实的人机交互设备与方法,结合了手机上对于平面交互界面的交互***面界面进行交互,并且对于大多数经常接触智能手机的人群来说,学习成本非常低;对于混合现实***中的三维物体,通过切换设备的操作模式,也可以轻松进行交互。本发明自由切换的工作模式能够适应混合现实中的大部分交互任务,并且保证用户的舒适与轻松,提升交互效率的同时,不会让用户感觉过多的疲劳。
Description
技术领域
本发明属于虚拟现实技术领域,具体涉及一种用于混合现实的人机交互设备与方法。
背景技术
在混合现实***中,用户一般采用手柄与虚拟环境进行交互,市面上比较常用的有以下三种手柄:
Joy-Con手柄是switch游戏机的手柄,每个手柄都包含模拟摇杆和4个主要按键和一些功能键,可以安装在游戏机两侧变成掌机,也可以取下来当做独立的一个手柄进行多人游戏或者是需要双手进行操作的体感游戏。还能够安装在特定的装置上,能够转换成家用机模式。适应多种不同的游戏体验;但Joy-Con手柄并不适用于虚拟现实体验,只应用游戏机手柄。
HTC VIVE提供两个手柄,手柄通过红外扫描基站定位的方式进行跟踪,用户左右手各持一个,手柄可以反映用户当前手的位置。手柄配有一小块触摸板和数个按钮进行操控,用户可以进行使用触摸板切换界面,用按钮进行选择,能够与3D物体进行简单的交互;但HTC VIVE手柄提供的触摸板太小,极大的限制了触摸板作用的发挥,用户大部分依赖于手柄当前位置与按键进行操作,对于二维界面交互比较欠缺,交互效率低下,不符合用户习惯。
Oculus Touch手柄是oculus搭配的手柄,该手柄拥有舒适的手感,通过红外标志点与配对的红外摄像机进行跟踪,能够模拟用户当前手的位置和手指的弯曲状态,比较真实的反映出手的形状,在进行与三维物体进行交互的时候,具有非常逼真的体验;OculusTouch手柄对于与二维界面的交互比较吃力,适用范围比较狭窄,需要双手一直保持抓握状态,不利于长时间的使用。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种用于混合现实的人机交互设备与方法,能够适应不同交互界面的交互需求,在轻松舒适使用的同时,也能够提高交互效率。
一种用于混合现实的人机交互设备,包括两块触摸板;触摸板上设置有触摸屏;内部设置有控制***;所述触摸板的表面设置有按键;
其中,在与混合现实***进行交互时,两块触摸板通过拼接的方式组合成一个设备;两个触摸屏组合成一个触摸屏;所述触摸屏和按键接收外部的触碰指令后,经由所述控制***与混合现实***进行交互。
较佳的,所述两块触摸板与对方连接的侧面上设置有连接组件。
较佳的,所述连接组件为磁铁或者卡扣。
较佳的,所述按键设置在触摸板的侧面。
较佳的,所述按键设置在触摸板与触摸屏相对的背面。
一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,当混合现实***生成虚拟屏幕时,将两块触摸板拼接在一起;所述混合现实***在触摸屏位置上渲染出虚拟界面,供用户通过点击触摸板实现与所述虚拟屏幕的交互。
较佳的,所述虚拟界面为手机界面、平板电脑界面或者是虚拟键盘。
一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,将两块触摸板拼接在一起;所述混合现实***在触摸屏位置上渲染出虚拟的输入界面,同时在触摸屏的周围渲染出多个显示界面;用户通过点击触摸板,实现与所述显示界面的交互。
较佳的,所述混合现实***渲染出显示界面与所述触摸屏的相对位置固定或者不固定。
一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,所述混合现实***渲染三维物体;利用六自由度跟踪传感器,通过旋转设备来控制所述三维物体的旋转。
较佳的,在触摸屏上面通过多点触控的方式对所述三维物体进行缩放。
一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,所述混合现实***在虚拟空间中渲染出三维物体,并在触摸屏上渲染出三维物体对应的遥控器功能按键;当用户对准三维物体时,该三维物体高亮显示;用户通过触摸屏的功能按键向所述三维物体发送指令。
本发明具有如下有益效果:
本发明的一种用于混合现实的人机交互设备与方法,结合了手机上对于平面交互界面的交互***面界面进行交互,并且对于大多数经常接触智能手机的人群来说,学习成本非常低。对于混合现实***中的三维物体,通过切换设备的操作模式,也可以轻松进行交互。本发明自由切换的工作模式能够适应混合现实中的大部分交互任务,并且保证用户的舒适与轻松,提升交互效率的同时,不会让用户感觉过多的疲劳。
附图说明
图1为本发明的交互设备的正面示意图;
图2为本发明的交互设备的背面示意图;
图3为本发明的交互设备的接触面示意图;
图4本发明的交互设备的侧面示意图;
其中,1-触摸屏,2-按键,3-磁铁。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
目前在人们普遍***面交互界面,在混合现实***中,用户不仅仅需要与传统的平面界面进行交互,也同时需要与三维物体进行交互,而当前混合现实设备中的交互设备大多数提供与三维物体进行交互的方式,对于平面界面交互操作的适应性不太高。本发明为混合现实中交互任务提供了一套适应平面界面与三维物体的交互设备,实现更加方便与舒适的与混合现实***进行交互。
本发明的交互设备通过组合式实体可触摸装置与虚拟二维屏幕界面的结合实现了三维VR***中的二维可触交互界面,由两块触摸板组成,每个触摸板内置六自由度***,数个实体按键2分布在触摸板表面。触摸板可以分开使用,也可以组和起来,以实现两种工作模式:当两个触摸板拼合在一起的时候,大小与手机相似(参考iphone X,143.6mm(高)*70.9mm(宽)*7.7mm(厚)),可以用于与混合现实中的平面界面进行交互,能够提供类似手机的滑动,缩放旋转等手势操作;当需要输入文本的时候,可以呈现出虚拟的键盘,方便用户输入文字。当触摸板分开的时候,用户左右手各持一个,能够提供类似手柄的功能,用于与三维物体进行交互。每个触摸板都可以采用但不限于特征点位姿估计方式进行跟踪,混合现实***通过跟踪触摸板的三维位置和工作模式,可以在触摸板位置处渲染出键盘或手柄等,方便用户感知设备的位置。
本发明的交互设备包括两个对称的触摸板,每个触摸板组成如图1、2和4所示。每个触摸板包含一块触摸屏1,数个按键2,内置控制***、六自由度***以及其他必备的模块。触摸屏1覆盖部件上表面大部分区域,大约占上表面总面积的90%,能够提供手指在触摸屏1上面的位置信息,支持多点触控。数个按键2分布在部件侧面与背面,当设备处于分开状态时,作为手柄上的按键2进行交互,触摸板上按键2的分布方式可以采用但不限于图2和图4中的方式。两块触摸板组合的方式可以为上下叠加在一起,此时,只需要上面的触摸板上设置触摸屏1;在两块触摸板接触的面上,设置有连接组件,使得两者连接在一起;组合方式也可以是拼接的方式,此时两块触摸板上都设置有触摸屏1,拼接后,两个触摸屏1拼接成为一体,提供更大的界面,因此更加方面操作。另外,连接组件可以是卡扣,也可以是磁铁3。本发明实施例中提供的方式为磁铁3连接,如图3所示,触摸板侧面安装有磁铁3,能够让两个部件靠近的时候贴合在一起,轻松转换不同的交互模式。
每个部件或者合成为整体之后的设备可以使用但不限于光学定位于惯性传感器结合的方式进行跟踪,辅助设备的跟踪同时能够方便用户进行复杂的双手交互,比如缩放或者旋转一个三维物体。部件内置的其他模块包括电池,通讯模块,跟踪定位模块,状态检测模块,红外模块,震动模块等等。
基于本设备可以实现的功能有很多,这里只给出一些示例,但是不限于给出的功能。当设备拆分成为两个部件的时候,每个部件都可以单独进行6自由度跟踪,***会在对应的虚拟空间位置中渲染出各种风格的手柄,或者手的模型。处于分离状况下,设备可以实现当前虚拟现实手柄所能够实现的所有功能,包括但不限于:通过部件上的分布的按键,给***发送确认/取消的指令;模仿用户手部的动作,实现抓取/释放三维物体;通过部件朝向,可以实现用户在虚拟世界中位置的传送等等。
当设备合成为一个整体的时候,两个部件的触摸屏合成为一个更大的触摸屏,虚拟现实***可以对于整个设备整体进行6自由度跟踪,并且在对应位置渲染出相应的模型。在设备合成为整体的状态下,可以有多种工作模式,下面列出一些,但是只是示例,不局限于所列出的功能:
平板模式。***会在设备的触摸屏位置渲染出一个平面屏幕,用户可以将设备当做平板进行操作,平面屏幕可以投射手机或者平板电脑的界面,触摸屏也可以接收用户的操作,并且在平面屏幕中进行反馈,用户使用起来就和用真实的手机或者平板电脑没有太大区别。
键盘模式。***会将设备渲染成一个虚拟键盘,当用户触摸虚拟键盘的按键的时候,可以进行文本的输入与键盘指令的输入。虚拟键盘的渲染风格可以自行设定。
笔记本模式。使用当前模式的时候,会有一块虚拟屏幕呈现在设备周围,屏幕的大小可以进行调节,用户可以选择将虚拟屏幕固定在设备特定的位置并且跟随设备一起移动,比如垂直于设备触摸屏的位置,或者是设备的下方,也可以将触摸屏固定在虚拟世界的特定位置不跟随设备移动,设备能够实现类似笔记本的键盘与触摸板功能。对于虚拟屏幕呈现的内容进行滑动,缩放等操作,或者是进行文本与指令的输入。
三维物体观察模式。这种模式可以方便用户对三维物体进行多角度观察。当选定一个三维物体之后,可以通过旋转设备使得想要观察的三维物体产生同样的旋转,在触摸屏上面通过多点触控的方式进行缩放,可以使得三维物体变大或者变小,进行对三维物体的观察。
遥控器模式。在这种模式下,用户可以将设备当做遥控器使用。设备的触摸屏上面会渲染出遥控器的功能按键,当用户对准某个可以进行控制的物体的时候,物体会高亮显示,当用户在触摸屏上面点击了功能按键,可以给选定的物体发送指令,比如虚拟的空调电视等等家电。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种用于混合现实的人机交互设备,其特征在于,包括两块触摸板;触摸板上设置有触摸屏;触摸板内部设置有控制***与位置跟踪装置;所述触摸板的表面设置有按键;
其中,在与混合现实***进行交互时,两块触摸板通过拼接的方式组合成一个设备;两个触摸屏组合成一个实体触摸屏;混合现实***通过所述位置跟踪装置实时获取触摸板的三维姿态;混合现实***依据触摸板的三维姿态在触摸屏的位置渲染虚拟的二维操作界面,以实现与触摸屏的融合显示;所述触摸屏和按键接收外部的触碰指令后,经由所述控制***与混合现实***进行交互,实现对虚拟二维界面的直接操作。
2.如权利要求1所述的一种用于混合现实的人机交互设备,其特征在于,所述两块触摸板与对方连接的侧面上设置有连接组件。
3.如权利要求2所述的一种用于混合现实的人机交互设备,其特征在于,所述连接组件为磁铁或者卡扣。
4.如权利要求1所述的一种用于混合现实的人机交互设备,其特征在于,所述按键设置在触摸板的侧面。
5.如权利要求1所述的一种用于混合现实的人机交互设备,其特征在于,所述按键设置在触摸板与触摸屏相对的背面。
6.如权利要求1所述的一种用于混合现实的人机交互设备,其特征在于,所述虚拟的二维界面为手机界面、平板电脑界面或者是虚拟键盘。
7.一种权利要求1所述的一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,其特征在于,将两块触摸板拼接在一起;所述混合现实***在触摸屏位置上渲染出虚拟的输入界面,同时在触摸屏的周围渲染出多个显示界面;用户通过点击触摸板,实现与所述显示界面的交互。
8.如权利要求7所述的一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,其特征在于,所述混合现实***渲染出显示界面与所述触摸屏的相对位置固定或者不固定。
9.一种权利要求7所述的一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,其特征在于,所述混合现实***渲染三维物体;利用六自由度跟踪传感器,通过旋转设备来控制所述三维物体的旋转。
10.如权利要求9所述的一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,其特征在于,在触摸屏上面通过多点触控的方式对所述三维物体进行缩放。
11.一种权利要求7所述的一种用于混合现实的人机交互设备的交互方法,其特征在于,所述混合现实***在虚拟空间中渲染出三维物体,并在触摸屏上渲染出三维物体对应的遥控器功能按键;当用户对准三维物体时,该三维物体高亮显示;用户通过触摸屏的功能按键向所述三维物体发送指令。
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