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DE202004008110U1 - Autonomous, self-referencing head tracking module - Google Patents

Autonomous, self-referencing head tracking module Download PDF

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DE202004008110U1
DE202004008110U1 DE200420008110 DE202004008110U DE202004008110U1 DE 202004008110 U1 DE202004008110 U1 DE 202004008110U1 DE 200420008110 DE200420008110 DE 200420008110 DE 202004008110 U DE202004008110 U DE 202004008110U DE 202004008110 U1 DE202004008110 U1 DE 202004008110U1
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DE
Germany
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tracking module
head tracking
autonomous
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self
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DE200420008110
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German (de)
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Quade Kay Dipl-Ing (fh)
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Quade Kay Dipl-Ing (fh)
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    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/012Head tracking input arrangements

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Abstract

Ein autonomes, selbstreferenzierendes Headtracking-Modul dadurch gekennzeichnet, dass Akkumulator und Sendeeinheit einen kabellosen Betrieb erlauben und ein integrierter Bügel oder Clip das komfortable Tragen an oder hinter einem Ohr ermöglicht.An autonomous, self-referencing head tracking module, characterized in that the accumulator and transmitter unit allow wireless operation and an integrated bracket or clip enables comfortable wearing on or behind an ear.

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Figure 00000001

Description

Ein Motiontracker [engtl: Bewegungsvertolger] ist ein technisches Gerät zur Erfassung der veränderlichen räumlichen Position und Rotation von Objekten. Headtracking ist der allgemein verwendete Begriff für die Erfassung von Kopfbewegungen, und als Headtracker werden die dafür vorgesehenen Geräte bzw. Systeme bezeichnet. Je nach Ausführung und Anwendung registrieren Headtracker von zwei rotatorischen Bewegungen des Kopfes bis zu sechs Bewegungsfreiheitsgrade [degrees of freedom, DOF].A motion tracker is a technical device to capture the changeable spatial Position and rotation of objects. Head tracking is general Term used for the detection of head movements, and as a head tracker the meant for equipment or systems. Register depending on the version and application Head tracker from two rotational movements of the head up to six degrees of freedom [DOF].

Headtracker finden unter anderem AnwendungHead trackers can be found among others application

  • – als Computermausersatz für motorisch eingeschränkte Personen,- as Computer mouse replacement for motorized People,
  • – in Virtual-Reality-[VR]-Anwendungen, wo anderenfalls das Tragen einer VR-Brille [Head mounted device, HMD] zur so genannten 'Cyber-Sickness' führen kann, einem Schwindelgefühl oder Unwohlsein aufgrund der Tatsache, dass die vorgespiegelte virtuelle Umwelt trotz einer Bewegung des Kopfes starr bleibt.- in Virtual Reality [VR] applications where otherwise wearing a VR glasses [Head mounted device, HMD] can lead to so-called 'cyber sickness', a feeling of dizziness or malaise due to the fact that the pretended virtual Environment remains rigid despite movement of the head.

Headtracker könnten darüber hinaus geeignet seinHead trackers may also be suitable

  • – als ergänzende Benutzerschnittstelle, sodass statt häufigem Wechsel zwischen Maus und Tastatur die Hände weitgehend auf der Tastatur verbleiben können,- as supplementary User interface so that instead of frequent switching between mouse and keyboard hands can largely remain on the keyboard,
  • – bei vollständig maus- und tastaturloser Bedienung eines Computers mittels Sprachsteuerung,- at Completely mouse and keyboard-free operation of a computer using voice control,
  • – für Surround-Sound-Anwendungen.- for surround sound applications.

Für eine über Spezialanwendungen hinausgehende breite Akzeptanz von Headtrackern als Benutzerschnittstelle zu Computern ist es notwendig, dass dieseFor one over Wide acceptance of head trackers for special applications As a user interface to computers, it is necessary that this

  • – unter vielfältigen Umgebungsbedingungen störsicher funktionieren,- under diverse Ambient conditions immune to interference function,
  • – den natürliche Bewegungsspielraum nicht einschränken,- the natural Do not restrict freedom of movement,
  • – bequem und unauffällig getragen werden können,- comfortable and inconspicuous can be worn
  • – preisgünstig sind.- are inexpensive.

Diese Anforderungen werden mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen erfüllt.These requirements are met with the listed in protection claim 1 Features met.

Für die oben genannten Anwendungsgebiete sind autonome selbstreferenzierende Motiontracker [self tracking, sourceless motion tracking] besonders geeignet, da sie keine expliziten äußeren Referenzquellen benötigen, also nicht aufgrund der Technik einer örtlichen Beschränkung unterworfen sind, eine relativ hohe Auflösung ermöglichen und unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen sind. Als nachteilig kann angeführt werden, dass sie keine absolute, sondern nur eine differenzielle Positionsbestimmung erlauben und zum Teil einer starken Drift unterliegen. Typischerweise kommen hier Beschleunigungs- (Inertial-), Neigungs-, Magnetfeld- (Magnetometer) und/oder Kreiselsensoren (Gyroskope) zum Einsatz (z. B. DE10192575 T1).For the above-mentioned fields of application are autonomous self-referencing Motion tracker [self tracking, sourceless motion tracking] especially suitable because they do not need any explicit external reference sources, so are not subject to local restrictions due to technology, a relatively high resolution enable and are insensitive to external interference. Can be cited as disadvantageous be that they are not absolute but only differential Allow positioning and are subject to strong drift in some cases. Typically, acceleration (inertial), inclination, Magnetic field (magnetometer) and / or gyroscope sensors for use (e.g. DE10192575 T1).

Autonomen Motiontrackern stehen gegenüber:Autonomous motion trackers face:

  • – Externe (der Bewegung nicht unterworfene) Sensoren, welche Position und Ausrichtung von Referenzquellen, die am beweglichen Objekt befestigt sind, erfassen. Zur Anwendung kommen etwa optische, akustische, oder elektromagnetische Sensoren.- External sensors (not subject to movement), which position and Alignment of reference sources attached to the moving object are. Optical, acoustic, or electromagnetic sensors.
  • – Bewegungsfolgende (am beweglichen Objekt befestigte) Sensoren, welche die Position fixer externer Referenzpunkte erfassen. Dies entspricht im Wesentlichen der vorstehenden Technik.- Movement following Sensors (attached to the moving object) which determine the position Capture fixed external reference points. This essentially corresponds the above technique.
  • – Mechanische Systeme, in denen Winkelsensoren die Auslenkung von Hebelarmen messen, die am beweglichen Objekt befestigt sind.- Mechanical Systems in which angle sensors measure the deflection of lever arms, which are attached to the moving object.
  • – Videogestützte Systeme, in denen eine Bildverarbeitung die Daten einer externen Videokamera auswertet.- video-based systems, in which image processing evaluates the data from an external video camera.

Derzeitige Headtracker sind entweder in einem Helm integriert, oder erfordern das Tragen eines Stirnbands, einer Mütze o. ä. Andere sind darauf optimiert, auf VR-Brillen gesetzt zu werden, und sind somit ohne Trägermedium nicht benutzbar; auch sind diese kabelgebunden und schränken dadurch Bewegungsfreiheit und Tragekomfort ein.Current headtrackers are either integrated into a helmet, or require wearing a headband, a hat etc. Other are optimized to be put on VR glasses, and are therefore without carrier medium not usable; these are also wired and thus restrict Freedom of movement and comfort.

Die dem Schutzanspruch 1 zugrunde liegende Erfindung ermöglicht das bequeme Tragen eines autonomen selbstreferenzierenden Headtrackers (1) am oder hinter einem Ohr bei einem Bewegungsfreiraum, der lediglich durch die maximale Signalübertragungsstrecke begrenzt wird.The invention on which protection claim 1 is based enables the comfortable wearing of an autonomous self-referencing head tracker ( 1 ) on or behind an ear with freedom of movement that is only limited by the maximum signal transmission distance.

Hierzu wird die eigentliche Tracking-Einheit um einen kabellosen Sender erweitert und das Gerät (1) mit Akkumulatoren) betrieben. Die Sensorik erlaubt mindestens das Erfassen der zwei rotatorischen Freiheitsgrade Nicken [pitch] (11) und Gieren [yaw] (12), wird aber sinnvollerweise um die Detektion der Rollbewegung [roll] (13) ergänzt und kann im universellsten Fall auch translatorische Bewegungen (14) des Kopfes ermitteln. Ein hier nicht näher spezifiziertes Empfangsmodul wandelt den eingehenden Datenstrom zu Positions- und Richtungsdaten für eine VR-Anwendung, oder zu bewegungsäquivalenten Mausprotokolldaten für herkömmliche 2D-Anwendungen.For this purpose, the actual tracking unit is expanded by a wireless transmitter and the device ( 1 ) operated with accumulators). The sensors allow at least the detection of the two rotational degrees of freedom pitch [ 11 ) and yaw [yaw] ( 12 ), but it makes sense to detect the roll movement [roll] ( 13 ) supplements and in the most universal case can also translatory movements ( 14 ) of the head. A receiving module, not specified here, converts the incoming data stream to position and direction data for a VR application, or to motion-equivalent mouse protocol data for conventional 2D applications.

Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in den Zeichnungen 2 bis 8 dargestellt. Dabei zeigt: 2 den möglichen Aufbau des Gerätes (1) exemplarisch für 3 DOF bestehend aus: Inertialsensor(en) und/oder Magnetfeldsensor (21,22), Elektronik für einen Funksender im ISM-Band für 433,92Mhz (23), Ein-/Ausschalter (24), Akkumulatoren (25), Antenne (hier Leiterbahnschleife) (26), Ladekabelbuchse (27)Embodiments of the invention are in the drawings 2 to 8th shown. It shows: 2 the possible structure of the device ( 1 ) exemplary for 3 DOF consisting of: inertial sensor (s) and / or magnetic field sensor ( 21 . 22 ), Electronics for a radio transmitter in the ISM band for 433.92Mhz ( 23 ), On / off switch ( 24 ), Accumulators ( 25 ), Antenna (here conductor loop) ( 26 ), Charging cable socket ( 27 )

38 verschiedene Tragemöglichkeiten und Haltevorrichtungen, wie: das Tragen am Ohr(4) oder hinter dem Ohr (3) mit einem offenen (2) oder geschlossenen Ohrbügel (4), einem Ohrclip (5) sowie der Befestigung an einem Brillenbügel (6) oder an einer Hör-/ Sprechgarnitur [Headset] (7). Die Haltevorrichtungen können dabei ausführungsspezifisch sein oder umrüstban. 3 - 8th different carrying options and holding devices such as: wearing on the ear ( 4 ) or behind the ear ( 3 ) with an open ( 2 ) or closed ear hook ( 4 ), an ear clip ( 5 ) and the attachment to a temple ( 6 ) or on a headset (headset) ( 7 ). The holding devices can be design-specific or can be converted.

Claims (5)

Ein autonomes, selbstreferenzierendes Headtracking-Modul dadurch gekennzeichnet, dass Akkumulator und Sendeeinheit einen kabellosen Betrieb erlauben und ein integrierter Bügel oder Clip das komfortable Tragen an oder hinter einem Ohr ermöglicht.An autonomous, self-referencing head tracking module, characterized in that the accumulator and transmitter unit allow wireless operation and an integrated bracket or clip enables comfortable wearing on or behind an ear. Ein Headtracking-Modul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, maximal sechs Bewegungsfreiheitsgrade erfasst werden.A head tracking module according to claim 1, characterized in that detects at least two, maximum six degrees of freedom of movement become. Ein Headtracking-Modul nach vorgenannten Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass außer natürlichen Bezugsgrößen (Gravitation, Erdmagneffeld) keine externen Referenzquellen benötigt werden.A head tracking module according to the preceding claims characterized that except natural Reference values (gravitation, Earth's magnetic field) no external reference sources are required. Ein Headtracking-Modul nach vorgenannten Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass optional Tragbügel oder Clip für die Befestigung an einem Brillengestell oder einer Hör-/Sprechgarnitur vorgesehen sind.A head tracking module according to the preceding claims characterized that optional bracket or clip for attachment provided on an eyeglass frame or a headset are. Ein Headtracking-Modul nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass durch Aus- und Einklappen des Tragbügels das Modul ein- bzw. abgeschaltet wird.A head tracking module according to claim 3 or 4 thereby characterized in that by folding the handle in and out Module is switched on or off.
DE200420008110 2004-05-22 2004-05-22 Autonomous, self-referencing head tracking module Expired - Lifetime DE202004008110U1 (en)

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DE200420008110 DE202004008110U1 (en) 2004-05-22 2004-05-22 Autonomous, self-referencing head tracking module
PCT/DE2005/000924 WO2005114366A1 (en) 2004-05-22 2005-05-20 Autonomous, self-referencing headtracking module

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DE200420008110 DE202004008110U1 (en) 2004-05-22 2004-05-22 Autonomous, self-referencing head tracking module

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