CN106774935B - 一种显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示设备，包括：扫描单元，用于对目标物体的特征进行扫描识别，得到扫描信号；建模单元，用于根据所述扫描信号，生成符合所述目标物体的特征的3D模型；动作检测单元，用于检测所述目标物体的运动状况，得到动作信息；虚拟呈现单元，用于在虚拟影像中显示所述3D模型，并使该3D模型呈现与所述动作信息相匹配的运动状态。本发明可以将参与者的3D模型结合参与者的实际动作一起呈现在虚拟影像中，使用户能够得到代入感更强的虚拟环境体验，因此具有很高的实用价值。

Description

一种显示设备

技术领域

本发明涉及虚拟现实显示技术领域，特别是指一种显示设备。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知和传感设备等方面。

随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟现实头戴显示器设备得到了极大的应用，虚拟现实头戴显示器设备简称VR设备或VR头显或VR眼镜，利用VR设备将用户对外界的视觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉，能够提供给用户立体真实的视觉效果。

目前VR设备仅是将已经编程好的虚拟影像呈现给用户，用户本身不能加入至虚拟影像中。举例来讲，不同用户在使用VR设备体验同一程序时，其在虚拟影像的角色模型都是厂家已经确定好的，使得用户自身代入感大打折扣，无法感受身临其境的逼真效果。

发明内容

本发明的目的是解决现有虚拟显示设备无法为用户提供代入感体验的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明的实施例提供一种显示设备，包括：

扫描单元，用于对目标物体的特征进行扫描识别，得到扫描信号；

建模单元，用于根据所述扫描信号，生成符合所述目标物体的特征的3D模型；

动作检测单元，用于检测所述目标物体的运动状况，得到动作信息；

虚拟呈现单元，用于在虚拟影像中显示所述3D模型，并使该3D模型呈现与所述动作信息相匹配的运动状态。

进一步地，所述扫描单元包括：

图像控制CCD相机，用于对所述目标物体进行360度的扫描拍摄，得到该目标物体的拍摄图像；

图像运算模组，内置有预设的图像处理算法，用于根据所述图像处理算法，对所述目标物体的拍摄图像进行目标物体的特征识别和采集，得到用于生成3D模型的扫描信号。

进一步地，所述CCD相机在工作过程中，以0.3个像素的精度围绕所述目标物体进行移动，且其镜头以0.05度的精度对所述目标物体进行旋转追踪，并在小于10毫秒的时间完成目标物体的扫描拍摄。

进一步地，所述动作检测单元包括：

红外线发射器，设置在预设的定位点上，用于发射红外定位信号；

红外线接收器，设置在目标物体上，用于接收所述红外定位信号，并根据所述红外定位信号的接收情况，确定出所述目标物体与一参考距离的差值；

第一处理器，用于根据已确定到的所述目标物体与所述参考距离的差值，确定出表示所述目标物体的运动状况的运动信息。

进一步地，所述红外线发射器还用于发射红外测试信号；

所述红外线接收器还用接收红外测试信号，并根据红外测试信号的接收情况，确定出所述目标物体与所述定位点之间的相对距离的变化；

所述第一处理器还用于，在确定所述目标物体的运动信息前，控制所述红外线发射器发射红外测试信号，若红外线接收器通过红外测试信号确定出所述目标物体与所述定位点之间的相对距离未变化，且未变化的时长达到预设阈值时，则确定所述目标物体当前位置与所述红外线发射器之间的距离为所述参考距离，并控制所述红外线接收器发射红外定位信号。

进一步地，所述显示设备还包括：微控制单元，所述微控制单元包括：

信号调整电路，用于将所述动作检测单元检测到的动作信息进行理想化抽取，包括：去除动作信息的信号毛刺和/或向动作信息插入预设的信号脉冲；

A/D转换电路，用于将理想化抽取的动作信息进行模数转换；

时序同步电路，用于将模数转换后的动作信息进行时隙延迟；

第二处理器，用于将时隙延迟后的动作信息发送至虚拟呈现单元。

进一步地，所述时序同步电路通过增加缓冲时隙和/或信号反馈的方式，以延迟模数转换后的动作信息。

进一步地，所述第二处理器包括：

第一缓存器、第二缓存器和发送器；

所述第一缓存器在第一时隙用于接收并缓存所述时序同步电路发送的动作信息，并在第二时隙用于向所述发送器发送其已缓存的动作信息；所述第二缓存器在第二时隙用于接收并缓存所述时序同步电路发送的动作信息，并在第一时隙用于向所述发送器发送其已缓存的动作信息；所述第二处理器的工作周期包括交替排列的分别不少于一个的第一时隙和第二时隙；

所述发送器用于向所述虚拟呈现单元发送其接收到的动作信息。

进一步地，所述显示设备还包括：

滤波单元，用于将所述第二处理器发送的运动信息进行降噪；

所述虚拟呈现单元具体用于接收所述滤波单元进行降噪后的运动信息。

进一步地，所述显示设备还包括：

设置于所述目标物体上的至少一个振动元件；

与所述至少一个振动元件分别连接的触觉反馈单元，用于在所述虚拟影像中的3D模型产生触觉信息时，采集所述触觉信息并生成对应的触觉反馈控制信号以驱动对应的振动元件进行振动，以将触觉反馈给所述目标物体。

本发明的上述方案具有如下有益效果：

本发明的方案可以将参与者的3D模型结合参与者的实际动作一起呈现在虚拟影像中，使用户能够得到代入感更强的虚拟环境体验，因此具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的显示设备的结构示意图；

图2为本发明的显示设备的微控制单元的结构示意图；

图3为本发明的显示设备的详细结构之间的逻辑关系图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有虚拟显示设备无法为用户提供代入感体验的问题，提供一种解决方案。

一方面，本发明的实施例提供一种显示设备，如图1所示，包括：

扫描单元，用于对目标物体的特征进行扫描识别，得到扫描信号；其中，目标物体可以指参与到虚拟影像中的人或物，且数量并不限于一个；

建模单元，用于根据上述扫描信号，生成符合该目标物体的特征的3D模型；

动作检测单元，用于检测目标物体的运动状况，得到动作信息；

虚拟呈现单元，用于在虚拟影像中显示上述3D模型，并使该3D模型呈现与动作信息相匹配的运动状态。

显然，本实施例可以将参与者的3D模型结合参与者的实际动作一起呈现在虚拟影像中，使用户能够得到代入感更强的虚拟环境体验，因此具有很高的实用价值。

下面结合实际应用对本实施例的显示设备进行详细介绍。

示例性地，本实施例的扫描单元包括：图像控制CCD相机和图像运算模组。

其中图像控制CCD相机用于对目标物体进行360度的扫描拍摄，得到该目标物体的拍摄图像；图像运算模组内置有预设的图像处理算法，用于根据图像处理算法，对目标物体的拍摄图像进行特征识别和采集，得到用于生成3D模型的扫描信号。

具体地，本实施例的CCD相机主要包括：拍摄光源、旋转镜头、CCD相机以及与图像运算模组对应的输入\输出接口，并由图像捕获、处理相关软件进行驱动。

作为较佳的优选方案，CCD相机在工作过程中，要求以0.3个像素的精度围绕目标物体进行移动，且其镜头以0.05度的精度对所述目标物体进行旋转追踪，并在小于10毫秒的时间完成目标物体的扫描拍摄，在该参数下，CCD相机能够快速且高粒度地获取目标物体360度的图像，避免目标物体在扫描拍摄过程中不小心移动所产生的偏差。

图像运算模组内置的图像处理算法可以但不一定包括：图像相关的累加算法、加权平均算法、循环判断算法和补偿算法等，基于上述算法可对拍摄图像中目标物体外的数据进行有效过滤，只获取目标物体的特征信息，保证采集到的特征信息因目标物体而异且精确；例如目标物体是人的话，则可以将高矮胖瘦、毛发颜色、肤色及穿着等特征识别并提取出来，这些特征数据即作为上述扫描信号。

这里需要给予说明的是，根据物体的拍摄图像确定物体的特征数据在现有技术中就已实现，因此不再举例赘述。

在确定扫描信号后，建模单元根据扫描信号确定出目标物体的特征的3D模型。在实际应用中，目标物体的特征的3D模型并不局限于仅体现出目标物体自身的轮廓，例如目标物体是用户本身，则对应的3D模型还可以同时体现出用户的衣服以及佩戴的装备等。此外，3D模型并不一定必需反映出完整的目标物体，以用户作为目标物体为例，最终确定出的3D模型可以是用户的手臂、躯干等身体的一部分。

在确定3D模型后，虚拟呈现单元可以将其呈现在虚拟影像中。在实际应用中，本实施例的虚拟呈现单元可以是虚拟现实头戴显示器设备，例如VR头戴显示器、VR眼镜等。在虚拟呈现单元工作的同时，动作检测单元实时检测目标物体的运动状况，将对应的动作信息反馈给虚拟呈现单元，使得虚拟呈现单元在虚拟影像中控制目标物体的3D模型呈现出对应的动作。

具体地，本实施例的动作检测单元包括：红外线发射器、红外线发射器以及第一处理器。其中，

红外线发射器设置在预设的定位点上，用于发射红外定位信号；

红外线接收器设置在目标物体上，用于接收红外定位信号，并根据红外定位信号的接收情况，确定出所述目标物体与一参考距离的差值；

第一处理器根据已确定到的目标物体与所述参考距离的差值，确定出表示所述目标物体的运动状况的运动信息。

以目标物体为用户为例，在涉及到具体的实际应用中，本实施例可以在用户的四肢以及躯干上设置红外线接收器。在开始确定动作信息前，用户需要站在定位点附近静止不动，并保持一预设阈值的时长。在用户静止的这段时间内，第一处理器可以将红外线接收器与红外线发射器之间的距离作为参考距离，之后基于该参考距离来确定红外线接收器与红外线发射器之间距离的相对变化。

在确定参考标准这一过程中，第一处理器控制红外线发射器发射红外测试信号，红外线接收器接收红外测试信号，并根据红外测试信号的接收情况，确定出用户与定位点之间的相对距离的变化。

若通过红外测试信号确定出用户与定位点之间的相对距离未变化，且未变化的时长达到上述所提到的预设阈值时，则可以确定用户此时静止不动是为了等待定位校准，此时第一处理器确定目标物体当前位置(也可以是各红外线发射器)与红外线发射器之间的距离为参考距离。在参考距离确定后，可以控制红外线接收器发射红外定位信号，以正式检测用户的运动信息。

在确定用户的运动信息后，本实施例的显示设备还需要通过一个微控制单元对采集到的动作信号分类选取和同步输出至虚拟呈现单元，该微控制单元主要用于降低动作信号在传输过程中的延时。

具体地，如图2所示，本实施例的微控制单元包括：

信号调整电路，用于将动作检测单元检测到的动作信息进行理想化抽取，包括：去除动作信息的信号毛刺和/或向动作信息插入预设的信号脉冲。其中，去除动作信息的信号毛刺可以消除动作信息受到其他因素影响所产生的干扰脉冲；而插入预设的信号脉冲则可以增加动作信息的抗干扰的能力。

A/D转换电路，用于将理想化抽取的动作信息进行模数转换；在实际应用中，本实施例的A/D转换电路可根据需求(如数据量、处理速度和功耗等)在8bit和10bit的处理数据量之间自由转换，最小分辨率为0.003V，转换速率≥1.3MSPS，调整范围最大为3.3V；

时序同步电路，用于将模数转换后的动作信息进行时隙延迟；在实际应用中，时序同步电路通过增加缓冲时隙和/或信号反馈的方式，以使模数转换后的动作信息延时N个整周期；

第二处理器，用于将时隙延迟后的动作信息发送至虚拟呈现单元；作为示例性介绍，第二处理器通过网线与虚拟呈现单元连接，并根据该网线实现大带宽的动作信息数据的传输。此外，以用户作为目标物体为例，时序同步电路延迟N个整周期，可以使第二处理器能够在用户一个连贯的动作做完后，将对应产生的动作信息一并发送至虚拟呈现单元，使得虚拟影像中的3D模型能够连贯而流畅的呈现对应的动作。

作为优选方案，本实施例的第二处理器包括：

第一缓存器(如静态随机存储器SRAM)、第二缓存器(如静态随机存储器SRAM)和发送器；

第一缓存器在第一时隙用于接收并缓存时序同步电路发送的动作信息，并在第二时隙用于向发送器发送其已缓存的动作信息；

第二缓存器在第二时隙用于接收并缓存时序同步电路发送的动作信息，并在第一时隙用于向发送器发送其已缓存的动作信息；第二处理器的工作周期包括交替排列的分别不少于一个的第一时隙和第二时隙；

发送器用于向虚拟呈现单元发送其接收到的动作信息。

显然在本实施例的第二处理器中，第一缓存器、第二缓存器可以交叉工作，即在同一时刻，一个负责接收动作信息，一个负责向发送器发送动作信息。该工作方案，可以大幅提高处理器处理数据的能力，避免动作信息数据量较大时，影响动作信息的及时发送，可保证虚拟画面显示的3D模型动作与实际目标物体的动作在时序上更趋近于一致。

当然，本实施例的第二处理器并不限于只设置两个缓存器，但凡是设置不同缓存器进行交叉工作的技术方案，都应属于本发明的保护范围。

此外，进一步参考图2，本实施的微控制单元还可以包括：

存储器，用于备份尚未被理想化抽取的动作信息，该动作信息为作为历史数据进行记录，用于后续相关操作。在实际应用中，假设本实施例的显示装置用于培训飞行员驾驶飞机，则对应的最原始的动作信息具有一定的评估价值。

此外，作为优选方案，本实施例的显示设备还可以包括：

滤波单元，用于将第二处理器发送的运动信息进行降噪；虚拟呈现单元具体用于接收滤波单元进行降噪后的运动信息，从而提高3D模型还原目标物体动作的真实程度。

此外，为了进一步增加用户的体验，本实施例的显示装置还包括：

设置于所述目标物体上的至少一个振动元件；

与至少一个振动元件分别连接的触觉反馈单元，用于在虚拟影像中的3D模型产生触觉信息时，采集触觉信息并生成对应的触觉反馈控制信号以驱动对应的振动元件进行振动，以将触觉反馈给目标物体。

基于上述介绍，本实施例的显示装置的逻辑结构关系如图3所示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种显示设备，其特征在于，包括：

扫描单元，用于对目标物体的特征进行扫描识别，得到扫描信号；

建模单元，用于根据所述扫描信号，生成符合所述目标物体的特征的3D模型；

动作检测单元，用于检测所述目标物体的运动状况，得到动作信息；

虚拟呈现单元，用于在虚拟影像中显示所述3D模型，并使该3D模型呈现与所述动作信息相匹配的运动状态；

所述扫描单元包括：

图像控制CCD相机，用于对所述目标物体进行360度的扫描拍摄，得到该目标物体的拍摄图像；

图像运算模组，内置有预设的图像处理算法，用于根据所述图像处理算法，对所述目标物体的拍摄图像进行目标物体的特征识别和采集，得到用于生成3D模型的扫描信号；

所述CCD相机在工作过程中，以0.3个像素的精度围绕所述目标物体进行移动，且其镜头以0.05度的精度对所述目标物体进行旋转追踪，并在小于10毫秒的时间完成目标物体的扫描拍摄；

所述动作检测单元包括：

红外线发射器，设置在预设的定位点上，用于发射红外定位信号；

红外线接收器，设置在目标物体上，用于接收所述红外定位信号，并根据所述红外定位信号的接收情况，确定出所述目标物体与一参考距离的差值；

第一处理器，用于根据已确定到的所述目标物体与所述参考距离的差值，确定出表示所述目标物体的运动状况的运动信息。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，

所述红外线发射器还用于发射红外测试信号；

所述红外线接收器还用接收红外测试信号，并根据红外测试信号的接收情况，确定出所述目标物体与所述定位点之间的相对距离的变化；

所述第一处理器还用于，在确定所述目标物体的运动信息前，控制所述红外线发射器发射红外测试信号，若红外线接收器通过红外测试信号确定出所述目标物体与所述定位点之间的相对距离未变化，且未变化的时长达到预设阈值时，则确定所述目标物体当前位置与所述红外线发射器之间的距离为所述参考距离，并控制所述红外线接收器发射红外定位信号。

3.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，还包括：

微控制单元，所述微控制单元包括：

信号调整电路，用于将所述动作检测单元检测到的动作信息进行理想化抽取，包括：去除动作信息的信号毛刺和/或向动作信息插入预设的信号脉冲；

A/D转换电路，用于将理想化抽取的动作信息进行模数转换；

时序同步电路，用于将模数转换后的动作信息进行时隙延迟；

第二处理器，用于将时隙延迟后的动作信息发送至虚拟呈现单元。

4.根据权利要求3所述的显示设备，其特征在于，

所述时序同步电路通过增加缓冲时隙和/或信号反馈的方式，以延迟模数转换后的动作信息。

5.根据权利要求3所述的显示设备，其特征在于，

所述第二处理器包括：

第一缓存器、第二缓存器和发送器；

所述第一缓存器在第一时隙用于接收并缓存所述时序同步电路发送的动作信息，并在第二时隙用于向所述发送器发送其已缓存的动作信息；所述第二缓存器在第二时隙用于接收并缓存所述时序同步电路发送的动作信息，并在第一时隙用于向所述发送器发送其已缓存的动作信息；所述第二处理器的工作周期包括交替排列的分别不少于一个的第一时隙和第二时隙；

所述发送器用于向所述虚拟呈现单元发送其接收到的动作信息。

6.根据权利要求3所述的显示设备，其特征在于，还包括：

滤波单元，用于将所述第二处理器发送的运动信息进行降噪；

所述虚拟呈现单元具体用于接收所述滤波单元进行降噪后的运动信息。

7.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，还包括：

设置于所述目标物体上的至少一个振动元件；

与所述至少一个振动元件分别连接的触觉反馈单元，用于在所述虚拟影像中的3D模型产生触觉信息时，采集所述触觉信息并生成对应的触觉反馈控制信号以驱动对应的振动元件进行振动，以将触觉反馈给所述目标物体。

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