TWI798037B - 虛擬影像顯示系統以及其控制器的指向方向的校正方法 - Google Patents

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Abstract

一種虛擬影像顯示系統以及其控制器的指向方向的校正方法被提出。虛擬影像顯示系統包括虛擬影像顯示裝置以及手持式控制裝置。手持式控制裝置耦接虛擬影像顯示裝置。手持式控制裝置用以：擷取虛擬影像顯示裝置的影像資訊；解析影像資訊以獲得虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊。虛擬影像顯示裝置根據相關角度資訊以調整所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。

Description

虛擬影像顯示系統以及其控制器的指向方向的校正方法
本發明是有關於一種虛擬影像顯示系統以及其控制器的指向方向的校正方法，且特別是有關於一種可維持操控動作準確度的虛擬影像顯示系統以及其控制器的指向方向的校正方法。
在虛擬實境的體驗中，使用者可透過控制裝置來在虛擬影像中執行操控動作。其中在習知的技術中，虛擬影像中的控制游標的方向是經由控制裝置內建的慣性量測器所來感測控制裝置的移動數據，再經由演算法算出控制游標的位置。
在實際的應用中，慣性量測器所來感測出的移動數據跟實際移動會有一定誤差。這個誤差值可能很小，但在長時間的運作下，所產生的累積誤差會變得足夠大，並讓使用者察覺到，造成使用者體驗度的下降。
本發明提供一種虛擬影像顯示系統以及其控制器的指向方向的校正方法，可有效提升控制器的指向方向的準確度。
本發明的虛擬影像顯示系統包括虛擬影像顯示裝置以及手持式控制裝置。手持式控制裝置耦接虛擬影像顯示裝置。手持式控制裝置用以：擷取虛擬影像顯示裝置的影像資訊；解析該影像資訊以獲得虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊。其中虛擬影像顯示裝置根據相關角度資訊以調整所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。
本發明的控制器的指向方向的校正方法適用於虛擬影像顯示系統。指向方向的校正方法包括：使作為控制器的手持式控制裝置擷取虛擬影像顯示裝置的影像資訊；使手持式控制裝置解析影像資訊以獲得虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊；以及，使虛擬影像顯示裝置根據相關角度資訊以調整所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。
基於上述，本發明的虛擬影像顯示系統透過手持式控制裝置來擷取虛擬影像顯示裝置的影像資訊，並透過虛擬影像顯示裝置的影像資訊來獲知實體上虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊。如此一來，虛擬影像顯示裝置可利用相關角度資訊來對所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向進行校正，維持虛擬手持式控制裝置影像的指向方向的正確性，進以維持手持式控制裝置所執行的操控動作的準確度。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的虛擬影像顯示系統的示意圖。虛擬影像顯示系統100包括虛擬影像顯示裝置110以及手持式控制裝置120。虛擬影像顯示裝置110以及手持式控制裝置120相互耦接。
手持式控制裝置120可透過指向方向來在虛擬影像顯示裝置110顯示的虛擬影像中產生一控制游標。如此一來，使用者可透過手持式控制裝置120，藉由控制游標來在虛擬影像顯示裝置110的虛擬世界中執行操控動作。
在另一方面，手持式控制裝置120上並具有影像擷取器121，影像擷取器121可用以擷取虛擬影像顯示裝置110的影像。其中影像擷取器121的影像擷取方向可以與手持式控制裝置120所提供的指向方向相同，或者影像擷取器121的影像擷取方向可以與手持式控制裝置120所提供的指向方向間可具有一固定的角度差。
當執行手持式控制裝置120的指向方向的校正動作時，請參照圖2繪示的本發明實施例的虛擬影像顯示系統的校正動作的示意圖。手持式控制裝置120例如可以是智慧型手機，並可透過影像擷取器121來擷取虛擬影像顯示裝置110的影像資訊。在此，影像資訊可以是靜態的圖片或者是動態的影片，影像擷取器121則可以是任意形式的照相機或攝影機，沒有一定的限制。
進一步的，手持式控制裝置120可應用內建的處理器來針對虛擬影像顯示裝置110的影像資訊進行解析，以獲得虛擬影像顯示裝置110與手持式控制裝置120間的一相關角度資訊。
手持式控制裝置120並可將所獲得的相關角度資訊傳送至虛擬影像顯示裝置110。虛擬影像顯示裝置110則可根據所獲得的相關角度資訊以調整所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。
在本實施例中，手持式控制裝置120也可以是具有影像擷取器121以及具有運算能力的處理器的任意手持式裝置，不必要是智慧型手機。虛擬影像顯示裝置110則可以是任意可呈現虛擬實境、擴增實境及/或混合實境顯示體驗的顯示裝置，例如頭戴式顯示器。
關於虛擬影像顯示系統的動作細節，可參見圖3A以及圖3B繪示的虛擬影像顯示系統的操作動作的示意圖。在圖3A以及圖3B中，虛擬影像顯示系統包括虛擬影像顯示裝置310以及手持式控制裝置320。虛擬影像顯示裝置310以及手持式控制裝置320（請見圖3B）可透過有線或是無線的方式相互耦接。在本實施例中，虛擬影像顯示裝置310可以是頭戴式顯示裝置，手持式控制裝置320則可以是智慧型手機。
在初始狀態下，虛擬影像顯示裝置310可根據預設的一第一角度資訊來顯示對應手持式控制裝置320的虛擬手持式控制裝置影像320’，並使虛擬手持式控制裝置影像320’具有一初始指向方向。其中第一角度資訊包括在球型座標系統301中，虛擬手持式控制裝置影像320’與第一軸向（例如Z軸）的第一夾角Theta1以及虛擬手持式控制裝置影像320’與第二軸向（例如X軸）的第二夾角Phi1。另外，虛擬影像顯示裝置310可固定在球型座標系統301的原點，且虛擬影像顯示裝置310的指向方向可以設定為平行於球型座標系統301的第三軸向（例如Y軸）。
在本實施例中，球型座標系統301的第一軸向、第二軸向與第三軸向間，兩兩相互正交。
在虛擬影像顯示系統的操作過程中，使用者可透過手持式控制裝置320來對虛擬影像顯示裝置310進行操控動作。其中手持式控制裝置320可透過內建的慣性量測器（inertial measurement unit, IMU）來計算出手持式控制裝置320產生的控制游標的移動。虛擬影像顯示裝置310則可根據控制游標的移動來產生虛擬手持式控制裝置影像320’的目前指向方向，並調整所顯示的虛擬手持式控制裝置影像320’的位置。
在執行校正動作時，在圖3B中，手持式控制裝置320可針對虛擬影像顯示裝置310進行影像擷取動作，並獲得虛擬影像顯示裝置310的影像資訊。此處請同步參照圖3B以及圖4，其中圖4繪示本發明實施例中，虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊的獲得方式的示意圖。其中虛擬影像顯示裝置310的影像資訊400中具有虛擬影像顯示裝置310的影像410。手持式控制裝置320可針對虛擬影像顯示裝置310的影像410進行解析，並根據虛擬影像顯示裝置310的影像410方向來建立球型座標系統301。手持式控制裝置320可設定影像410中的一參考點REFP以作為球型座標系統301的原點，根據影像410所呈現的指向方向來設立球型座標系統301的Y軸，並根據影像410所呈現的水平走向以設立球型座標系統301的X軸。進一步的，手持式控制裝置320根據影像410所呈現的垂直走向以設立球型座標系統301的Z軸。
由於影像資訊400是基於手持式控制裝置320的影像擷取器的視角來建立的，且手持式控制裝置320的指向方向與影像擷取器的視角具有一固定的角度差。因此，手持式控制裝置320可計算出虛擬影像顯示裝置310與手持式控制裝置320間的一相關角度資訊，其中的相關角度資訊包括手持式控制裝置320與Z軸間的夾角Theta2以及手持式控制裝置320與X軸間的夾角Phi2。
包括夾角Theta2以及夾角Phi2的相關角度資訊可被傳送至虛擬影像顯示裝置310。虛擬影像顯示裝置310並可計算相關角度資訊以及用以顯示虛擬手持式控制裝置影像320’的第一角度資訊間的相對關係，以獲得指向角度偏移值。如此一來，虛擬影像顯示裝置310可根據指向角度偏移值使所顯示的虛擬手持式控制裝置影像320’由目前指向方向調整至校正後指向方向。
在本發明實施例中，校正動作可以週期性的被執行。也就是說，手持式控制裝置320所產生的控制游標的累積性誤差可以動作校正動作定期的被消除，確保控制游標位置的準確度，提升虛擬影像顯示系統的使用體驗感。
以下請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的虛擬影像顯示系統的動作流程圖。在步驟S510中，虛擬影像顯示裝置透過控制游標的移動來計算虛擬手持式控制裝置的指向方向。在步驟S520中，虛擬影像顯示裝置獲得虛擬手持式控制裝置影像的指向方向的角度資訊。在步驟S530中，使用手持式控制裝置以擷取虛擬影像顯示裝置的影像資訊。在步驟S540中，則使手持式控制裝置透過解析影像資訊，計算出虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊。接著，在步驟S550中，手持式控制裝置傳送相關角度資訊至虛擬影像顯示裝置。在步驟S560中，虛擬影像顯示裝置則根據相關角度資訊，計算出指向角度偏移值。並在步驟S570中，虛擬影像顯示裝置利用出指向角度偏移值以重新顯示虛擬手持式控制裝置影像，並完成控制游標的校正動作。 以下則請參照圖6，圖6繪示本發明實施例適用於虛擬影像顯示系統的控制器的指向方向的校正方法的動作流程圖。在校正動作中，在步驟S610中，使作為控制器的手持式控制裝置擷取虛擬影像顯示裝置的影像資訊。接著，在步驟S620中，則使手持式控制裝置解析影像資訊以獲得虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊。並且，在步驟S630中，使虛擬影像顯示裝置根據該相關角度資訊以調整所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。
關於上述步驟S610~S630的實施細節，在前述的多個實施例以及實施方式中已有詳細的說明，在此恕不多贅述。
綜上所述，本發明的虛擬影像顯示系統透過週期性執行的校正動作，利用手持式控制裝置來拍攝虛擬影像顯示裝置的影像，並透過解析虛擬影像顯示裝置的影像資訊，以進行所顯示的虛擬手持式控制裝置影像的指向方向的校正動作。如此一來，可消除控制游標的累積誤差，提升使用者執行虛擬實境體驗操控的準確度。
100：虛擬影像顯示系統 110、310：虛擬影像顯示裝置 120、320：手持式控制裝置 121：影像擷取器 320’：虛擬手持式控制裝置影像 410：影像 T heta1、Theta2、Phi1、Phi2：夾角 X、Y、Z：軸向 301：球型座標系統 S510~S570、S610~S630：步驟
圖1繪示本發明一實施例的虛擬影像顯示系統的示意圖。 圖2繪示本發明實施例的虛擬影像顯示系統的校正動作的示意圖。 圖3A以及圖3B繪示虛擬影像顯示系統的操作動作的示意圖。 圖4繪示本發明實施例中，虛擬影像顯示裝置與手持式控制裝置間的相關角度資訊的獲得方式的示意圖。 圖5繪示本發明實施例的虛擬影像顯示系統的動作流程圖。 圖6繪示本發明實施例適用於虛擬影像顯示系統的控制器的指向方向的校正方法的動作流程圖。
100：虛擬影像顯示系統 110：虛擬影像顯示裝置 120：手持式控制裝置 121：影像擷取器

Claims (12)

  1. 一種虛擬影像顯示系統，包括：一虛擬影像顯示裝置；以及一手持式控制裝置，耦接該虛擬影像顯示裝置，其中該手持式控制裝置用以：擷取該虛擬影像顯示裝置的一影像資訊；以及解析該影像資訊以獲得該虛擬影像顯示裝置與該手持式控制裝置間的一相關角度資訊，其中該虛擬影像顯示裝置根據該相關角度資訊以調整所顯示的一虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。
  2. 如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中該手持式控制裝置解析該影像資訊以獲得該手持式控制裝置的一第一指向方向以及該虛擬影像顯示裝置的一第二指向方向，該手持式控制裝置並計算該第一指向方向以及該第二指向方向的角度差以獲得該相關角度資訊。
  3. 如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中該相關角度資訊包括與一球面座標系統的一第一軸向的一第一夾角以及與一空間座標的一第二軸向的一第二夾角，其中該第一軸向與該第二軸向不相同。
  4. 如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中該虛擬影像顯示裝置根據一第一角度資訊以設定所顯示的該虛擬手持式控制裝置影像的一初始指向方向。
  5. 如請求項4所述的虛擬影像顯示系統，其中該虛擬影像顯示裝置根據該手持式控制裝置產生的控制游標的移動來產生該虛擬手持式控制裝置影像的一目前指向方向。
  6. 如請求項5所述的虛擬影像顯示系統，其中該虛擬影像顯示裝置根據該相關角度資訊以及該第一角度資訊的相對關係，來計算出一指向角度偏移值，根據該指向角度偏移值使所顯示的該虛擬手持式控制裝置影像由該目前指向方向調整至一校正後指向方向。
  7. 一種控制器的指向方向的校正方法，適用於一虛擬影像顯示系統，包括：使作為該控制器的一手持式控制裝置擷取一虛擬影像顯示裝置的一影像資訊；使該手持式控制裝置解析該影像資訊以獲得該虛擬影像顯示裝置與該手持式控制裝置間的一相關角度資訊；以及使該虛擬影像顯示裝置根據該相關角度資訊以調整所顯示的一虛擬手持式控制裝置影像的指向方向。
  8. 如請求項7所述的指向方向的校正方法，其中解析該影像資訊以獲得該虛擬影像顯示裝置與該手持式控制裝置間的該相關角度資訊的步驟包括：使該手持式控制裝置解析該影像資訊以獲得該手持式控制裝置的一第一指向方向以及該虛擬影像顯示裝置的一第二指向方向；以及 使該手持式控制裝置並計算該第一指向方向以及該第二指向方向的角度差以獲得該相關角度資訊。
  9. 如請求項7所述的指向方向的校正方法，其中該相關角度資訊包括與一球面座標系統的一第一軸向的一第一夾角以及與一空間座標的一第二軸向的一第二夾角，其中該第一軸向與該第二軸向不相同。
  10. 如請求項7所述的指向方向的校正方法，更包括：使該虛擬影像顯示裝置根據一第一角度資訊以設定所顯示的該虛擬手持式控制裝置影像的一初始指向方向。
  11. 如請求項10所述的指向方向的校正方法，更包括：根據該手持式控制裝置產生的控制游標的移動來產生該虛擬手持式控制裝置影像的一目前指向方向。
  12. 如請求項11所述的指向方向的校正方法，使該虛擬影像顯示裝置根據該相關角度資訊以調整所顯示的該虛擬手持式控制裝置影像的指向方向的步驟包括：使該虛擬影像顯示裝置根據該相關角度資訊以及該第一角度資訊的相對關係，來計算出一指向角度偏移值；使該虛擬影像顯示裝置根據該指向角度偏移值使所顯示的該虛擬手持式控制裝置影像由該目前指向方向調整至一校正後指向方向。
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