[发明专利]虚拟/增强现实系统中的光束角度传感器

说明书

本发明涉及虚拟/增强现实系统中的光束角度传感器。一种由终端用户使用的虚拟图像生成系统包括：投影子系统，其被配置为产生准直光束；以及显示器，其被配置为响应于该准直光束而发射光线以向终端用户显示图像帧的像素。像素具有用所发射的光线的角度编码的位置。虚拟图像生成系统进一步包括：感测组件，其被配置为感测指示所发射的光线的角度中的至少一个的至少一个参数；以及控制子系统，其被配置为生成限定像素位置的图像数据，以及基于所限定的像素位置和所感测的一个或多个参数控制光束相对于显示器的角度。

本申请是申请日为2017年1月12日、PCT国际申请号为PCT/US2017/013234、中国国家阶段申请号为201780006347.9、发明名称为“虚拟/增强现实系统中的光束角度传感器”的申请的分案申请。

相关申请交叉引用

本申请要求2016年1月12日提交的序列号为62/277,865、名称为“BEAM ANGLESENSOR IN VIRTUAL/AUGMENTED REALITY SYSTEM(虚拟/增强现实系统中的光束角度传感器)”、代理案卷号为ML.30053.00的美国临时专利申请的优先权。上述专利申请的全部内容通过引用明确地并入此文。

技术领域

本发明一般地涉及被配置为便于用于一个或多个用户的交互式虚拟或增强现实环境的系统和方法。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的发展，其中数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或者可被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实(VR)场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对于其它实际的真实世界的视觉输入不透明，而增强现实(AR)场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现作为对终端用户周围的实际世界的可视化的增强。

例如，参考图1，描绘了增强现实场景4，其中AR技术的用户看到以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台8为特征的真实世界公园状设置6。除了这些项目之外，AR技术的终端用户同样感知到他“看到”站在真实世界平台8上的机器人雕像10，以及正飞行的卡通式化身角色12，通过该化身角色看起来像大黄蜂的化身，即使这些元素10、12在真实世界中不存在。事实证明，人类的视觉感知系统是非常复杂的，并且产生有助于除虚拟或真实世界的图像元素之外的虚拟图像元素的舒适、自然、丰富呈现是具有挑战性的。

VR和AR系统通常利用至少松散地耦合到用户头部的头戴式显示器(或头盔式显示器或智能眼镜)，并且因此在终端用户的头部移动时移动。如果显示子系统检测到终端用户的头部运动，则可以更新正显示的数据，以考虑头部姿态(即用户头部的取向和/或位置)的变化。

作为示例，如果佩戴头戴式显示器的用户在显示器上观看三维(3D)对象的虚拟表示并且在3D对象出现的区域周围走动，则该3D对象可以对于每一个视点被重新渲染，给终端用户他或她在占据真实空间的对象周围走动的感觉。如果头戴显示器用于在虚拟空间(例如，丰富的虚拟世界)内呈现多个对象，则头部姿态的测量可用于重新渲染场景以匹配终端用户的动态变化的头部位置和取向并提供虚拟空间的增强沉浸感。

使能AR(即，现实和虚拟元素的同时观看)的头戴式显示器可以具有几种不同类型的配置。在通常被称为“视频透视”显示器的一个这种配置中，相机捕捉真实场景的元素，计算系统将虚拟元素叠加到捕捉的真实场景上，并且非透明显示器将合成图像呈现给眼睛。另一种配置通常被称为“光学透视”显示器，其中终端用户可以透视显示子系统中的透明(或半透明)元素以直接观看来自环境中真实对象的光。通常被称为“合成器”的透明元素将来自显示器的光叠加在终端用户对真实世界的视角之上。

VR和AR系统通常利用具有投影子系统和位于终端用户的视场前方的显示表面的显示子系统，并且投影子系统顺序地将图像帧投影在该显示表面上。在真实的三维系统中，显示表面的深度可以以帧率或子帧率控制。投影子系统可以包括一个或多个光纤，来自一个或多个光源的光以限定的图案发射不同颜色的光到该一个或多个光纤中；以及扫描设备，其以预定图案扫描光纤以创建顺序地向终端用户显示的图像帧。