TWI674532B - 模擬環境顯示系統及方法 - Google Patents

Abstract

本案涉及一種模擬環境顯示系統及方法，用以提供一模擬環境。系統包含第一穿戴裝置以及計算單元。第一穿戴裝置，用以輸出該模擬環境中的一第一景象。當偵測到物體與第一穿戴裝置之間小於預定距離時，計算單元用以於第一景象中顯示對應該物體的指示物。

Description

模擬環境顯示系統及方法

本案涉及一種顯示系統及方法，尤為一種提供模擬環境的顯示系統及方法。

虛擬實境技術是一種實用性相當高之技術，其可用於向使用者呈現高擬真程度的虛擬物件，相較於僅透過二維圖片以及影片尤為明顯。經過研發人員的努力，今日的虛擬實境技術所呈現的虛擬物件可謂是栩栩如生。實際上，呈現於虛擬實境當中的虛擬物件係以對應使用者的動作以極高的速度不斷刷新，此種刷新方式能夠為使用者提供高擬真的沉浸式體驗。

另外，虛擬實境技術應用於複數使用者時將能夠營造更佳的效果。當共享同樣的虛擬實境空間時，使用者可透過相同於現實世界中的互動方式觀賞並討論虛擬實境空間中的物件，可知，虛擬實境技術使得虛擬展覽會或是虛擬研討會成為可能。然而，當將虛擬實境技術應用複數使用者時，現行的虛擬實境技術顯然仍存在著缺失，例如系統的運算負載問題或是系統的能耗問題等等。

本案的一實施態樣係涉及一種模擬環境顯示系統，用以提供一模擬環境。系統包含一第一穿戴裝置以及一計算單元。該第一穿戴裝置用以輸出該模擬環境中的一第一景象。當偵測到一物體與該第一穿戴裝置之間小於一預定距離時，該計算單元則用以於該第一景象中顯示對應該物體的一指示物。

本案的另一實施態樣係涉及一種模擬環境顯示方法，用以提供一模擬環境。所述方法包含下列步驟：透過一第一穿戴裝置輸出該模擬環境中的一第一景象；以及當偵測到一物體與該第一穿戴裝置之間小於一預定距離時，透過一計算單元於該第一景象中顯示對應該物體的一指示物。

應注意的是，前述的發明內容以及後述的實施方式皆僅係舉例說明而已，其主要目的係為詳細地解釋本案申請專利範圍當中的內容。

1‧‧‧使用者

2‧‧‧使用者

100‧‧‧第一穿戴裝置

200‧‧‧第二穿戴裝置

300‧‧‧計算單元

RT‧‧‧虛擬跑車

C1‧‧‧第一座標

F1‧‧‧第一視域

C2‧‧‧第二座標

F2‧‧‧第二視域

R‧‧‧半徑

D1‧‧‧偵測範圍

S1‧‧‧第一景象

V2‧‧‧虛擬人物

T2‧‧‧指示標籤

S602~S602‧‧‧步驟流程

第1圖為根據本案一實施例繪示的背景環境示意圖；第2A圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖；第2B圖為根據本案第2A圖之實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖； 第3A圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖；第3B圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖；第4圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖；第5圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖；以及第6圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示方法之步驟流程圖。

以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本案之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本案之實施例後，當可由本案所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本案之精神與範圍。

本文之用語只為描述特定實施例，而無意為本案之限制。單數形式如“一”、“這”、“此”、“本”以及“該”，如本文所用，同樣也包含複數形式。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本案，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件或裝置相互直接作實體接觸，或是相互間接作 實體接觸，亦可指二或多個元件或裝置相互操作或動作。

關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

關於本文中所使用之『及/或』，係包括所述事物的任一或全部組合。

關於本文中所使用之方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本案。

關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在本案之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本案之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本案之描述上額外的引導。

第1圖為根據本案一實施例繪示的背景環境示意圖。如第1圖所示，在本實施例中，虛擬實境展覽會正於一展示空間中當中舉行，而使用者1以及使用者2係為此虛擬實境展覽會的參與者。由於此虛擬實境展覽會的主題係關於新車展示，故如圖中所示，在一模擬環境中，展示有一虛擬跑車RT。此處所述的模擬環境可為由一或多個計算單元所建構的環境，其係透過擬真影像、音效或其他感官刺激以向使用者提供如同身處於模擬環境當中的經驗。例如，此模擬環境可為虛擬實境(VR)空間、擴增實境(AR)空間或混合實境(MR)空間等等。在本實施例中，該模擬環境係為虛擬實境空間。如第1圖 所示的該虛擬跑車RT係用於表示該虛擬跑車RT被顯示於模擬環境當中的位置，在使用者1以及使用者2穿戴對應的裝備前，使用者1以及使用者2是無法看見該虛擬跑車RT的。在該虛擬實境展覽會當中，該使用者1可穿戴一第一裝備100，而該使用者2可穿戴一第二裝備200，其中該第一裝備100以及該第二裝備200皆為頭戴顯示器(Head-Mounted Displays)。該第一裝備100以及該第二裝備200皆通訊耦接於一計算單元300，其中該計算單元300係用以提供該模擬環境。該第一裝備100係用以向該使用者1輸出該模擬環境當中的一第一景象，該第一景象係對應該第一裝備100的視角呈現該虛擬實境中的部分景物。該第二裝備200係用以向該使用者2輸出該模擬環境當中的一第二景象，該第二景象係對應該第二裝備200的視角呈現該虛擬實境中的另一部分景物。對應該使用者1處於該展示空間當中的相對位置，使用者1可於該第一景象當中觀看該虛擬跑車RT上的某些部分，同樣地，對應該使用者2處於該展示空間當中的相對位置，使用者2亦可於該第二景象當中觀看該虛擬跑車RT上的某些部分。

在本實施例的某些可行態樣中，該第一裝備100可追蹤該使用者1所處的一第一位置，並將該第一位置傳送至該計算單元300。該第二裝備200可追蹤該使用者2所處的一第二位置，並將該第二位置傳送至該計算單元300。該第一位置以及該第二位置分別係用於產生該使用者1以及該使用者2在該模擬環境當中的座標。

在本實施例的某些其他可行態樣中，僅有該第一 裝備100可追蹤該使用者1所處的該第一位置以及該使用者2所處的該第二位置，該第一裝備100可將該第一位置以及該第二位置傳送至該計算單元300。同樣地，該第一位置以及該第二位置分別係用於產生該使用者1以及該使用者2在該模擬環境當中的座標。

在本實施例的某些其他可行態樣中，設置有一獨立偵測器(圖中未示)可追蹤該使用者1所處的該第一位置以及該使用者2所處的該第二位置，該獨立偵測器可將該第一位置以及該第二位置傳送至該計算單元300。同樣地，該第一位置以及該第二位置分別係用於產生該使用者1以及該使用者2在該模擬環境當中的座標。

在上述實施例中，由於該展示空間當中空間有限，在一般使用狀況下，若該使用者1以及該使用者2皆專注於該虛擬跑車RT時，意外碰撞的狀況將很可能發生。為了解決此問題，一種直觀的解決方式係為令所有使用者於該模擬環境當中可視化，因為，若各使用者可於該模擬環境當中看見彼此，在該展示空間當中發生意外碰撞的情形應能有效地降低。另外，若各使用者能夠在該模擬環境當中看見彼此，也可以讓使用者於該模擬環境當中更容易地交流以及互動。然而，此種令所有使用者於該模擬環境當中可視化的技術方案，其需對應各使用者的視角顯示其他使用者的人像，其必需快速且大量地進行訊框的刷新，此種需求對提供該模擬環境的系統而言無疑是巨大的負擔。因此，本案所提供的系統及方法即係針對此問題提出更佳的解決方式。

然而，應注意的是，如第1圖所繪示的該計算單元300僅係為本案的一種可能實施態樣。在一些實施例中，該計算單元300可為中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)或是設置於該第一裝備100以及該第二裝備200當中的一些控制單元等等。端看該計算單元300係設置於哪個裝備當中，對應該使用者1的該第一位置以及對應該使用者2的該第二位置將被傳送至該裝備，並由該計算單元300進行處理。

第2A圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖。本圖繪示了該模擬環境的上視圖。如第1圖所示，在該實施例當中，該虛擬跑車RT係顯示於該模擬環境中的中央部分。當該使用者1穿戴該第一裝備100時，對應該使用者1的一第一座標C1將被指派於該模擬環境當中，該第一座標C1位於該虛擬跑車RT的右後方。如圖中所繪示，由該第一座標C1更延伸出一第一視域F1，其中該第一視域F1係用於標示該使用者1於該模擬環境當中的可視範圍。同理地，當該使用者2穿戴該第二裝備200時，對應該使用者2的一第二座標C2將被指派於該模擬環境當中，該第二座標C2位於該虛擬跑車RT的左側方。同理地，如圖中所繪示，由該第二座標C2更延伸出一第二視域F2，其中該第二視域F2係用於標示該使用者2於該模擬環境當中的可視範圍。

在本實施例當中，該使用者1更對應了一偵測範圍D1，該偵測範圍D1係為以該第一座標C1為中心的圓形區域，其具有一半徑R。由於該第一座標C1的位置係對應於穿戴該第一裝備100的該使用者1，換言之，該偵測範圍D1亦可謂係以該第一裝備100為中心。應注意的是，在該模擬環境當中，若可移動的物體非位於該偵測範圍D1當中時，該使用者1將無法觀測此可移動的物體。

第2B圖為根據本案第2A圖之實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖。於第2B圖當中，繪示有一第一景象S1。如第1圖以及第2B圖所示，該使用者1可透過該第一裝備100觀看由該計算單元300所提供的該第一景象S1。該第一景象S1當中所繪示者係為由該第一視域F1所涵蓋的該模擬環境當中的景物。如第2B圖所示，在該第一景象S1當中，該使用者1可觀看該虛擬跑車RT的尾端的若干部分。應注意的是，由於該使用者2係為一可移動的物體，而該使用者2並未被偵測於該偵測範圍D1當中，是故，可以發現，在該第一景象S1當中並未顯示該使用者2。

第3A圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖。本圖繪示了該模擬環境的上視圖。如第1圖以及第3A圖所示，在本實施例當中，當該使用者1穿戴該第一裝備100時，對應該使用者1的一第一座標C1將被指派於該模擬環境當中。如圖中所繪示，由該第一座標C1更延伸出一第一視域F1，其中該第一視域F1係用於標示該使用者1透過該第一裝備100於該模擬環境當中的可視範圍。同理地，當該使用者2穿戴該第二裝備200時，對應該使用者2的一第二座標C2將被指派於該模擬環境當中。另外，如圖中所繪示，由該第二座標C2更延伸出一第二視域F2，其中該第二視域F2係用於標示該使用者2於該模擬環境當中的可視範圍。在該實施例當中，該 虛擬跑車RT係顯示於該模擬環境中的中央部分。該第一座標C1仍位於該虛擬跑車RT的右後方。該第二座標C2鄰近於該虛擬跑車RT的左後方。由圖中可見，該第二座標C2進入該第一視域F1當中。

在本實施例當中，該使用者1更對應了一偵測範圍D1，該偵測範圍D1係為以該第一座標C1為中心的圓形區域，其具有一半徑R。同樣地，由於該第一座標C1的位置係對應於穿戴該第一裝備100的該使用者1，換言之，該偵測範圍D1亦可謂係以該第一裝備100為中心。同於上述實施例地，在該模擬環境當中，若可移動的物體非位於該偵測範圍D1當中時，該使用者1將無法觀測此可移動的物體。是故，由於該使用者2係為可移動的物體，該使用者2可朝向該使用者1移動，而當系統偵測到該使用者2與該第一裝備100相距的一距離短於該半徑R時，該計算單元300可於該模擬環境當中顯示對應該使用者2的一指示物。如此一來，該使用者1應可於模擬環境當中察覺該使用者2的位置，此種技術效果能令使用者之間發生碰撞意外的機率降低。

在本實施例當中，該半徑R的長度可由該使用者1身上量測的高度、上肢長度、下肢長度或步伐寬度所決定。舉例而言，對於具有手臂長度相對較長的使用者而言，該偵測範圍的半徑應相對地較長，而非使用較短的半徑，如此應能夠較佳地降低使用者之間發生碰撞意外的機率。

第3B圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖。於第3B圖當中，繪示有一第一景象S1。 如第1圖以及第3B圖所示，該使用者1可透過該第一裝備100觀看由該計算單元300所提供的該第一景象S1。該第一景象S1當中所繪示者係為由該第一視域F1所涵蓋的該模擬環境當中的景物。在該第一景象S1當中，該使用者1可觀看該虛擬跑車RT的尾端的若干部分。應注意的是，由於身為可移動的物體的該使用者2已朝向該使用者1移動，且系統偵測到該使用者2位於以該第一裝備100為中心所延伸的該偵測範圍D1當中，是故，在該第一景象S1當中，對應該使用者2的一虛擬人物V2將顯示於該虛擬跑車RT旁邊，該虛擬人物V2的外觀以及穿著可能對應於該使用者2的實際外觀以及穿著。該虛擬人物V2亦可根據該使用者2所產生的移動於該模擬環境當中對應地移動。如此一來，該使用者1即可於該模擬環境當中觀察其自身與該使用者2的相對距離。即便該使用者2專心地觀賞該虛擬跑車RT，該使用者1可以先預判其位置並繞過該使用者2。在一些實施例中，當不再於該偵測範圍D1當中偵測到該使用者2時，該計算單元300可停止於該第一景象S1中顯示該虛擬人物V2，如此將可有效地降低系統能耗以及系統負載。

第4圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖。如第3A圖以及第3B圖所示，在本案的實施例中，該使用者1係對應該偵測範圍D1，而該使用者1僅能觀看到位於該偵測範圍D1當中的可移動物體。透過上述技術方案，可以降低計該算單元300的系統負擔以及能耗。另外，若該計算單元300的功能係用以於該模擬環境當中顯示該使用者2所展現的動作，當該使用者2於該偵測範圍D1當中被偵測時，該計 算單元300將不斷地刷新該虛擬人物V2的影像。根據第3A圖以及第3B圖，本案提供用以降低系統負擔以及能耗的另一種技術方案。在一些實施例當中，僅於該使用者2所表現的動作變量大於一動作閾值時，該計算單元300才根據該使用者2所表現的該動作變量刷新該第一景象S1當中的該虛擬人物V2。其中，該動作閾值係根據該使用者2的高度、上肢長度、下肢長度或步伐寬度所決定。如第4圖所示，當該使用者2的手臂抬升時，系統偵測到該動作產生的該動作變量超過該動作閾值，故於該第一景象S1當中，該虛擬人物V2將對應地展示該動作變量。藉此，若使用者2所呈現的動作較大，該使用者1將於該第一景象S1當中觀看到該使用者2所呈現的動作，而相對較小的動作，例如眨眼等等，將不會被呈現。此外，在一些實施例當中，當該使用者2所表現的動作變量小於該動作閾值時，該計算單元300可降低於該第一景象S1當中刷新該虛擬人物V2的刷新率(fps)。藉由上述技術方案，將可進一步地降低該計算單元300的能耗以及系統負載。

第5圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示系統示意圖。如第3A圖以及第3B圖所示，在本案的實施例中，該使用者1係對應該偵測範圍D1，當可移動物體位於該偵測範圍D1當中時，該使用者1可觀看到對應可移動物體的虛擬人物。然而，本案亦提供另一種技術方案，用以表現位於該偵測範圍D1當中的使用者。如第5圖所示，由於該使用者2係為一可移動的物體，若該使用者2於該偵測範圍D1當中被偵測，系統可於該第一景象S1顯示對應該使用者2的一指示標籤T2，其 中該指示標籤T2可根據該使用者2的移動進行對應的移動。如此一來，該使用者1即可於該模擬環境當中觀察其自身與該使用者2的相對距離。在一些實施例當中，該指示標籤T2顯示於該第一景象S1當中時，更可伴隨某些提示音效，這些提示音效係用以向該使用者1提示該指示標籤T2的出現，以免該使用者1疏於注意該指示標籤T2。

第6圖為根據本案一實施例繪示的模擬環境顯示方法之步驟流程圖。此模擬環境顯示方法的詳細步驟將於下列段落當中說明。

步驟S601：透過一第一穿戴裝置輸出該模擬環境中的一第一景象。如同第1圖、第2A圖、第2B圖、第3A圖、第3B圖、第4圖以及第5圖所示，該第一裝備100係與該計算單元300協同運作，藉以向該使用者1顯示該模擬環境的該第一景象S1，其中，在該模擬環境當中，該第一座標C1係指派予該使用者1。

步驟S602：當偵測到一物體與該第一穿戴裝置之間小於一預定距離時，透過一計算單元於該第一景象中顯示對應該物體的一指示物。如同第1圖、第2A圖、第2B圖、第3A圖、第3B圖、第4圖以及第5圖所示，該第一裝備100係與該計算單元300協同運作，藉以向該使用者1顯示該模擬環境的該第一景象S1。該使用者2係為可移動的物體，當該使用者2位於該偵測範圍D1當中時，對應該使用者2的該虛擬人物V2或該指示標籤T2將顯示於該第一景象S1當中。在一些實施例當中，當系統不再於該偵測範圍D1當中偵測該使用者2時，該計 算單元300停止於該第一景象S1當中顯示該虛擬人物V2或該指示標籤T2。在一些實施例當中，僅於該使用者2所表現的動作變量大於該動作閾值時，該計算單元300才根據該使用者2所表現的該動作變量刷新該第一景象S1當中的該虛擬人物V2或該指示標籤T2。根據上述的實施例，當向複數使用者提供模擬環境時，本案提供了能夠有效地降低系統能耗以及系統負載的技術方案。

雖然本案以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (16)

1. 一種模擬環境顯示系統，用以提供一模擬環境，包含：一第一可移動穿戴裝置，用以輸出該模擬環境中的一第一景象；一第二可移動穿戴裝置；以及一計算單元，用以接收來自該第一可移動穿戴裝置的一第一位置以及來自該第二可移動穿戴裝置的一第二位置，當偵測到該第一位置與該第二位置之間小於一預定距離時，用以於該第一景象中顯示對應該第二可移動穿戴裝置的一指示物，其中當不再偵測到該第一位置與該第二位置之間小於該預定距離時，該計算單元停止於該第一景象中顯示該指示物，或停止於該第一景象中刷新顯示該指示物。
2. 如請求項1所述之系統，其中該指示物係為對應該第二可移動穿戴裝置的一虛擬人物。
3. 如請求項2所述之系統，其中當偵測到該第二可移動穿戴裝置的一動作變量大於一動作閾值時，該計算單元用以於該第一景象中根據該動作變量刷新顯示該虛擬人物。
4. 如請求項3所述之系統，其中該動作閾值係根據該第二可移動穿戴裝置所對應的一使用者的高度、上肢 長度、下肢長度或步伐寬度所決定。
5. 如請求項3所述之系統，其中當偵測到該第二可移動穿戴裝置的該動作變量小於該動作閾值時，該計算單元用以根據該動作變量降低刷新顯示該虛擬人物的一刷新率。
6. 如請求項1所述之系統，其中該預定距離係根據量測自穿戴該第一可移動穿戴裝置的一使用者的高度、上肢長度、下肢長度或步伐寬度所決定。
7. 如請求項1所述之系統，其中該指示物係為對應該第二可移動穿戴裝置的一指示標籤。
8. 如請求項1所述之系統，其中該第一可移動穿戴裝置與該第二可移動穿戴裝置之間的一距離係由設置於該第二可移動穿戴上的一獨立偵測器或由該第一可移動穿戴裝置所獲取。
9. 一種模擬環境顯示方法，用以提供一模擬環境，包含：透過一第一可移動穿戴裝置輸出該模擬環境中的一第一景象；透過一計算單元接收來自該第一可移動穿戴裝置的一第一位置以及來自一第二可移動穿戴裝置的一第二位置； 當偵測到該第一位置與該第二位置之間小於一預定距離時，透過該計算單元於該第一景象中顯示對應該第二可移動穿戴裝置的一指示物；以及當不再偵測到該第一位置與該第二位置之間小於該預定距離時，停止於該第一景象中顯示該指示物，或停止於該第一景象中刷新顯示該指示物。
10. 如請求項9所述之方法，其中該指示物係為對應該第二可移動穿戴裝置的一虛擬人物。
11. 如請求項10所述之方法，更包含：當偵測到該第二可移動穿戴裝置的一動作變量大於一動作閾值時，透過該計算單元用以於該第一景象中根據該動作變量刷新顯示該虛擬人物。
12. 如請求項11所述之方法，其中該動作閾值係根據該第二可移動穿戴裝置所對應的一使用者的高度、上肢長度、下肢長度或步伐寬度所決定。
13. 如請求項12所述之方法，更包含：當偵測到該第二可移動穿戴裝置的該動作變量小於該動作閾值時，透過該計算單元根據該動作變量降低刷新顯示該虛擬人物的一刷新率。
14. 如請求項9所述之方法，其中該預定距離係 根據量測自穿戴該第一可移動穿戴裝置的一使用者的高度、上肢長度、下肢長度或步伐寬度所決定。
15. 如請求項9所述之方法，其中該指示物係為對應該第二可移動穿戴裝置的一指示標籤。
16. 如請求項9所述之方法，其中該第一可移動穿戴裝置與該第二可移動穿戴裝置之間的一距離係由設置於該第二可移動穿戴裝置上的一獨立偵測器或由該第一可移動穿戴裝置所獲取。