Система управления объектами виртуального пространства

 

Полезная модель относится к сфере компьютерных технологий и может быть использована для создания у наблюдателя эффекта погружения в виртуальное трехмерное пространство, наблюдаемое на экране монитора, дисплея или устройствах графического отображения информации. В системе управления объектами виртуального пространства, включающей электронно-вычислительный блок 1, первый выход которого соединен со входом блока 2 представления информации, цифровую видеокамеру 3, выполненную с возможностью восприятия инфракрасного излучения, и один или более светодиодов 4 с инфракрасным спектром излучения, новым является то, что светодиоды 4 размещены на теле пользователя или на предмете, перемещаемом пользователем, система дополнительно содержит приемопередатчик 5 сигналов в инфракрасном диапазоне, приемник 6 сигналов в инфракрасном диапазоне, контроллер 7 и блок 8 управления яркостью светодиодов 4, при этом первый вход-выход контроллера 7 соединен с первым входом-выходом цифровой видеокамеры 3, второй вход-выход контроллера 7 соединен со вторым входом-выходом электронно-вычислительного блока 1, третий вход-выход контроллера 7 соединен со входом-выходом приемопередатчика 5 сигналов в инфракрасном диапазоне, выход приемника 6 инфракрасного излучения соединен с первым входом блока 8 управления яркостью светодиодов 4, выход которого соединен со светодиодами 4; система может дополнительно содержать пульт 9 управления, выход которого соединен со вторым входом блока 8 управления яркостью светодиодов 4. Повышается эффективность работы системы управления объектами виртуального пространства за счет уменьшения помех, возникающих вследствие отражения инфракрасного излучения посторонними предметами, а также за счет компенсации изменений интенсивности поступающего в объектив видеокамеры 3 инфракрасного излучения. Кроме того, расширяются возможности системы за счет обеспечения взаимодействия управляемого объекта с различными предметами виртуального пространства.

Полезная модель относится к сфере компьютерных технологий и может быть использована для создания у наблюдателя эффекта погружения в виртуальное трехмерное пространство, наблюдаемое на экране монитора, дисплея или устройствах графического отображения информации.

Известно устройство для визуализации трехмерных объектов виртуального пространства, состоящее из набора таких взаимодействующих элементов, как базовый блок, включающий в себя базовый комплект приемо-передающих элементов, блок обработки первичных данных, блок приемопередатчиков, закрепляемых на голове пользователя, блок отображения и электронно-вычислительный блок, при этом каждый из комплектов приемопередатчиков включает, по меньшей мере, три приемопередатчика; базовый комплект приемопередатчиков выполнен с возможностью однозначной локации относительного положения каждого приемопередатчика, входящего в комплект закрепляемых на голове пользователя; блок отображения представляет собой дисплей; блок обработки данных выполнен с возможностью синхронизации работы приемопередатчиков, предварительной обработки: сигналов, аналогово-цифрового преобразования сигналов, вычисления координат и коммутации с электронно-вычислительным блоком; электронно-вычислительный блок включает модуль памяти, содержащий данные о характеристиках и координатах трехмерных объектов виртуального пространства, и процессор, выполненный с возможностью осуществления обработки информации о положении точки наблюдения; блока отображения и трехмерных объектов виртуального пространства, RU 88836 U1.

Недостатком данного технического решения является сложность и громоздкость устройства в связи с использованием ультразвуковой аппаратуры. Качество визуализации невысокое.

Известна система для управления объектами виртуального пространства, включающая электронно-вычислительный блок (процессор), соединенный с блоком представления информации, видеокамеру, выполненную с возможностью восприятия инфракрасного излучения, по меньшей мере, один светодиод, размещенный на видеокамере, а также светоотражатели, установленные на голове пользователя, US 2006119576 A1.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.

Видеокамера воспринимает инфракрасное излучение светодиодов, отражаемое размещенными на голове пользователя светоотражателями. Сигнал от видеокамеры поступает в электронно-вычислительный блок. На мониторе отображен объект виртуального пространства, его координаты в электронно-вычислительном блоке увязаны с координатами светоотражателей. При изменении положения головы и, соответственно, координат светоотражателей изменяются координаты и положение отображаемого на мониторе объекта виртуального пространства.

Недостатки прототипа состоят в следующем.

При размещении светодиодов на видеокамере и использовании при этом отраженного инфракрасного излучения, видеокамера воспринимает не только излучение, отраженное светоотражателями, размещенными на голове пользователя, но и излучение, отражаемое другими предметами, обладающими отражательной способностью, например, очками, украшениями и т.п. Таким образом, полезный сигнал сопровождается значительными помехами, что снижает эффективность, а в отдельных случаях делает, практически, невозможным, управление объектами виртуального пространства.

Кроме того, в системе отсутствует возможность регулировки яркости светодиодов (интенсивности излучения) в зависимости от положения головы пользователя. При этом при различной ориентации головы пользователя и, соответственно, находящихся на ней средств, направляющих инфракрасное излучение в видеокамеру, интенсивность воспринимаемого ею излучения существенно меняется (в десятки раз). Отсутствие регулировки яркости измерения сказывается на процессе выполнения системой ее функций и затрудняет управление объектами виртуального пространства.

Также известная система обеспечивает лишь ограниченное управление объектами виртуального пространства, а именно позволяет изменять координаты и положение объекта, однако известная система не обеспечивает возможности взаимодействия управляемого объекта с другими объектами и предметами виртуального пространства.

Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности работы системы управления объектами виртуального пространства за счет уменьшения помех, возникающих вследствие отражения инфракрасного излучения посторонними предметами, а также за счет регулировки интенсивности поступающего в объектив видеокамеры инфракрасного излучения. Кроме того, решается задача расширения возможностей системы за счет обеспечения взаимодействия управляемого объекта с другими объектами и предметами виртуального пространства.

Согласно полезной модели в системе управления объектами виртуального пространства, включающей электронно-вычислительный блок, первый выход которого соединен со входом блока представления информации, цифровую видеокамеру, выполненную с возможностью восприятия инфракрасного излучения, и один или более светодиодов с инфракрасным спектром излучения, новым является то, что светодиоды размещены на теле пользователя или на предмете, перемещаемом пользователем, система дополнительно содержит приемопередатчик сигналов в инфракрасном диапазоне, приемник сигналов в инфракрасном диапазоне, контроллер и блок управления яркостью светодиодов, при этом первый вход-выход контроллера соединен с первым входом-выходом цифровой видеокамеры, второй вход-выход контроллера соединен со вторым входом-выходом электронно-вычислительного блока, третий вход-выход контроллера соединен со входом-выходом приемопередатчика сигналов в инфракрасном диапазоне, выход приемника инфракрасного излучения соединен с первым входом блока управления яркостью светодиодов, выход которого соединен со светодиодами; система может дополнительно содержать пульт управления, выход которого соединен со вторым входом блока управления яркостью светодиодов.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена:

на фиг.1 - блок-схема заявленной системы;

на фиг.2 - размещение светодиодов на голове пользователя.

Система управления объектами виртуального пространства включает электронно-вычислительный блок 1, в конкретном примере, стационарный компьютер.

Первый выход блока 1 соединен со входом блока 2 представления информации, в частности, монитора Samsung Sync Master P2050. Система включает инфракрасную видеокамеру 3, построенную на базе видеоматрицы Omni Vision OV7720. В системе может использоваться, по меньшей мере, один светодиод 4 с инфракрасным спектром излучения. В этом случае система позволяет осуществить управление объектами двухмерного виртуального пространства. Для управления объектами трехмерного виртуального пространства необходимо, по меньшей мере, два светодиода, однако предпочтительнее использование трех или более светодиодов 4, так как при двух светодиодах возможно управление объектами виртуального пространства, предусматривающего их перемещение в направлении трех взаимно перпендикулярных осей без поворотов относительно этих осей. В конкретном примере использовано три светодиода типа Kingbright L-53SF7C.

Система дополнительно содержит приемопередатчик 5 сигналов в инфракрасном диапазоне, содержащий светодиод Kingbright L-53SF7C, выполняющий функцию передатчика, и фотоприемник Vishay TSOP 1756, приемник 6 сигналов в инфракрасном диапазоне типа Vishay TSOP 1756, контроллер 7 типа DSP Analog Device ADSP-BF524 и блок 8 управления яркостью светодиодов 4, представляющий собой микроконтроллер Atmel Mega 16. Первый вход-выход контроллера 7 соединен с первым входом-выходом цифровой видеокамеры 3, второй вход-выход контроллера 7 соединен со вторым входом-выходом электронно-вычислительного блока 1, третий вход-выход контроллера 7 соединен со входом-выходом приемопередатчика 5 сигналов в инфракрасном диапазоне, выход приемника 6 инфракрасного излучения соединен с первым входом блока 8 управления яркостью светодиодов 4, выход которого соединен со светодиодами 4. Система может дополнительно содержать пульт 9 управления, представляющий собой джойстик с набором кнопок типа Wealth Metal Factory TC-0209, выход которого соединен со вторым входом блока 8 управления яркостью светодиодов 4. Питание светодиодов 4 и блоков 6, 8, 9 осуществляется от аккумулятора GPT 107, питание блоков 1, 2, 3, 5, 7 осуществляется от электрической сети. Фиксация светодиодов 4 и приемника 6 на голове человека осуществляется с помощью держателя 10. Возможно размещение светодиодов 4 и на другой части тела человека, например, на руке, или предмете, пространственное положение которого изменяется пользователем.

Система работает следующим образом.

В блоке 2 отображается трехмерное виртуальное пространство, созданное электронно-вычислительным блоком 1. Пользователю предлагается управлять обзором виртуальной видеокамеры, которая создается в виртуальном пространстве и изображение которой выводится в блок 2, а также взаимодействовать с объектами в зоне видимости виртуальной камеры. Цифровая видеокамера 3 с контроллером 7 и приемопередатчиком 5 расположены в корпусе рядом с монитором так, чтобы цифровая видеокамера 3 могла регистрировать перемещения светодиодов 4 и приемника 6 инфракрасного излучения, закрепленных на голове пользователя с помощью держателя 10. Контроллер 7 посылает команду «Кто здесь?» блоку 8, используя приемопередатчик 5; как только команда принята блоком 8, он посылает ответ контроллеру 7 «Я здесь», используя модуляцию излучения светодиодов 4; это означает, что пользователь находится в зоне видимости видеокамеры 3. Далее контроллер 7, используя инфракрасный канал связи, посылает команду блоку 8 снизить яркость светодиодов 4 до нуля, что позволяет программе, размещенной в электронно-вычислительном блоке 1, оценить внешние засветки в инфракрасном диапазоне и использовать эту информацию для более эффективного определения пространственного положения головы пользователя. Затем передается команда «включить светодиоды» блоку 8. Пользователь вращает и перемещает голову относительно блока 2, не теряя его из виду, цифровая видеокамера 3 получает изображение светящихся светодиодов 4, преобразует его в электрические сигналы и передает контроллеру 7. Контроллер 7 обрабатывает полученные данные и передает их в электронно-вычислительный блок 1, где осуществляется вычисление пространственного положения светодиодов 4 и пространственного положения головы пользователя относительно цифровой видеокамеры 3. Поскольку светодиоды 4 расположены на голове пользователя, видеокамера 3 воспринимает излучение от светодиодов 4, что существенно уменьшает помехи, сопровождающие полезный сигнал.

Полученные пространственные координаты с определенным масштабом используются для управления положением виртуальной видеокамеры, тем самым, позволяя пользователю рассмотреть на мониторе окружающее виртуальное пространство вокруг нее. При поворотах головы пользователя видимая яркость светодиодов 4 падает на изображении в цифровой видеокамере 3 ввиду определенной направленности излучения светодиодов 4, для компенсации данного эффекта используется регулировка яркости светодиодов 4.

Основываясь на предыдущем положении головы, контроллер 7 передает команду: «выставить яркость светодиодов 4 на необходимую величину для компенсации потери яркости при данном положении головы пользователя». Возможность управлять яркостью светодиодов 4 позволяет осуществлять сложные действия в виртуальном пространстве, например, такие как переворот объекта. Пользователь может осуществлять взаимодействие с объектами виртуального пространства, попавшими в зону видимости виртуальной камеры и находящимися на определенном расстоянии от нее, путем нажатия определенных кнопок на пульте 9 управления. Сигнал, соответствующий нажатию определенной кнопки от пульта 9, поступает в блок 8 управления яркостью светодиодов 4. Блок 8 управления яркостью светодиодов 4 модулирует излучение светодиодов 4 путем изменения их яркости в соответствии с той или иной закономерностью коррелирующейся с той или иной командой, поступающей от блока 9 в результате нажатия одной из кнопок. Излучение светодиодов 4 воспринимается видеокамерой 3 и приемопередатчиком 5, от которого сигнал поступают в электронно-вычислительный блок 1. После этого происходит определенное событие с объектом виртуального пространства, отображаемым в блоке 2. Например, человек на экране может открыть дверь помещения, выстрелить из оружия и т.д.

Все выше перечисленное позволяет пользователю данной системы достаточно полно и комфортно погрузится в виртуальное пространство и взаимодействовать с находящимися в нем объектами и предметами.

Сборка и регулировка системы осуществляется в заводских или лабораторных условиях; изготовлены и испытаны опытные образцы системы, как с одним, так и с тремя светодиодами.

1. Система управления объектами виртуального пространства, включающая электронно-вычислительный блок, первый выход которого соединен со входом блока представления информации, цифровую видеокамеру, выполненную с возможностью восприятия инфракрасного излучения, и один или более светодиодов с инфракрасным спектром излучения, отличающаяся тем, что светодиоды размещены на теле пользователя или на предмете, перемещаемом пользователем, система дополнительно содержит приемопередатчик сигналов в инфракрасном диапазоне, приемник сигналов в инфракрасном диапазоне, контроллер и блок управления яркостью светодиодов, при этом первый вход-выход контроллера соединен с первым входом-выходом цифровой видеокамеры, второй вход-выход контроллера соединен со вторым входом-выходом электронно-вычислительного блока, третий вход-выход контроллера соединен со входом-выходом приемопередатчика сигналов в инфракрасном диапазоне, выход приемника инфракрасного излучения соединен с первым входом блока управления яркостью светодиодов, выход которого соединен со светодиодами.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пульт управления, выход которого соединен со вторым входом блока управления яркостью светодиодов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сфере компьютерных технологий и может быть использовано для создания у наблюдателя эффекта погружения в виртуальное трехмерное пространство, наблюдаемое на экране монитора, дисплея или иных устройствах отображения информации
Наверх