[发明专利]具有相互遮挡和不透明度控制能力的用于光学透视头戴显示器的设备

说明书

本发明涉及具有相互遮挡和不透明度控制能力的用于光学透视头戴显示器的设备。本发明包括一种紧凑光学透视头戴显示器，其能够组合透视图像路径和虚拟图像路径，以便所述透视图像路径的不透明度可以被调制并且所述虚拟图像遮挡所述透视图像的部分，并且反之亦然。

本申请是申请日为2013年4月5日、申请号为201380029550.X、名称为具有相互遮挡和不透明度控制能力的用于光学透视头戴显示器的设备的专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求在2012年4月5日提交的美国临时申请61/620574和在2012年4月5日提交的美国临时申请61/620581的优先权，通过引用将其公开的全部内容并入本文中。

技术领域

本发明一般涉及头戴显示器，并且更具体地，但是不唯一地，涉及具有不透明度控制和相互遮挡能力的光学透视头戴显示器，在该光学透视头戴显示器中，真实物体可被位于前面的计算机渲染的虚拟物体遮挡或者反之亦然。

背景技术

在过去几十年，增强实现(AR)技术已经被应用在许多应用领域，例如医疗和军事训练、工程设计和原型、远程操作和远程呈现(tele-presence)以及个人娱乐系统。透视头戴显示器(ST-HMD)为用于合并虚拟视图与物理场景的增强实现系统的使能技术当中的一种。有两种类型的ST-HMD：光学和视频(J.Rolland和H.Fuchs，“Optical versus videosee-through head mounted displays”，Fundamentals of Wearable Computers andAugmented Reality，pp113-157，2001)。视频透视方法的主要缺点包括：透视视图的图像质量降低；源于进入视频流的处理的图像滞后；源于硬件/软件故障的透视视图的潜在损失。相反，光学透视HMD(OST-HMD)通过分束器提供真实世界的直接视图，并且从而具有对真实世界的视图的最小影响。这在用户对现场环境的意识是极为重要的苛刻应用中是高度优选的。

然而，开发光学透视HDM面临复杂的技术挑战。关键问题之一在于，由于缺乏遮挡能力，在OST-HMD中的虚拟视图呈现“重影状(ghost-like)”并且在真实世界中浮动。图1示出通过典型的OST-HMD(图1a)的增强视图和通过能够遮挡的OST-HMD(OCOST-HMD)系统透视的增强视图(图1b)的对比说明。在图中，虚拟汽车模型被叠加在表示真实物体的立体平台上。如图1a中所示，不具有适当的遮挡管理，在典型的AR视图中，汽车与平台混合，难以区分汽车和平台的深度关系。相反，如图1b中所示，具有恰当的遮挡管理，汽车挡住平台的一部分，并且可以清晰地识别出汽车是位于平台的顶上。向AR显示器添加遮挡能力能够将虚拟物体真实地并入到真实环境中。这样的遮挡能力对AR显示器技术产生变革性影响，并且对许多基于增强实现的应用是非常具有吸引力的。