一种虚拟现实vr设备
技术领域
1.本发明涉及虚拟现实技术，特别涉及一种虚拟现实技术的硬件结构，分体式的vr设备。


背景技术：

2.虚拟现实(英语：virtual reality，缩写vr)，也称虚拟技术，是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户仿佛身历其境地观察三维空间内的事物。目前，大部分虚拟现实技术都是视觉体验，一般是通过虚拟现实设备(vr头显)获得。
3.一般的vr的头显设备至少包含一个屏幕、一组传感器及一组计算单元，屏幕用来显示仿真的影像，投射在用户的视网膜上、传感器则用来感知用户的旋转角度、动作等传感数据、计算单元则收集传感器的数据，决定屏幕显示的画面或者图像。额外的设备可能包括一台电脑，用以补充计算单元的不足。也可能有一对把手及定位器，用以侦测用户的位置。又或者由于计算能力的限制，头显设备需要连接到外置的计算机设备，这会限制了用户的vr体验活动范围，降低了用户vr的使用体验。


技术实现要素：

4.针对当前的vr设备的头显设备的主要组件集成到头部及眼睛处，重造成量集中在头显设备上，过度使用可能对身体健康造成伤害，如造成颈椎不适，肩膀僵硬等。消费者的不舒适感可能产生的其对vr技术是否会对自身身体健康造成损害的担忧，这必将影响vr技术未来的发展与普及。本发明实施例提出一种新的vr设备的架构，在vr设备中增加u型枕组件，可以通过u型枕分担设备的大部分重量，来缓解由于vr头显过重而引起使用者不适的问题，提高vr设备的使用体验。
5.由于计算能力的限制，头显设备需要连接到外置的计算机设备，这会限制了用户的vr体验活动范围，降低了用户vr的使用体验，在本发明实施例中由于u型枕的使用，可以大大增加容纳计算能力和电池的空间能力和承重能力。进一步，本发明实施例的vr设备还包括另一组件，一种手套式游戏操控设备，从使用空间自由度方面，提供vr设备的使用体验。
6.本发明实施例提供一种vr设备，包括头显设备，u型枕，进一步的方案还可以包括一种手套式游戏操控设备。
7.作为一种实现方式，所述vr设备的头显设备包括vr显示屏和通信模块，进一步的又一种增强的实现方式还可以包括信号处理器(例如具有计算或者处理能力的处理器、dsp芯片或者fpga芯片)，还可以包括传感器或者音效模块，也可以传感器与音效模块均置于头显设备。作为进一步的实现放方式，传感器或者音效模块可以单独或者两者都置于u型枕中。所述头显设备可以是简易型vr眼镜，也可以是一种包括环绕音效的轻便头盔。当头显设备是轻便头盔时，音效模块优先置于该头盔中。
8.所述u型枕是一种集成vr处理器，信号处理器(例如具有计算或者处理能力的处理器、dsp芯片或者fpga芯片)，传感器模块或音效模块于一体的vr游戏使用的u型枕设备。所述u型枕把传统头显设备中质量比较重的模块放置到u型枕之中，从而减轻vr游戏使用者佩戴vr眼镜时头部的承重，因此用户可以长时间佩戴和使用vr游戏设备。
9.在所述头显设备和u型枕中装有无线通信模块，以支持无线通信，例如wifi、蓝牙、zigbee，uwb、nfc等等。可以单独设置与各自信号处理器交互的无线通信芯片，例如wifi芯片，也可以将无线通信功能集成到各自的信号处理器中使用片上系统soc。传感器模块或音效模块可以单独设置于眼镜或者u型枕，也可以在眼镜或者u型枕上均设置，根据传感器的性质和需求设置。对于各模块或者组件之间，头显设备与u型枕之间可以使用一般的总线连接或者无线连接以传递必要的信号。
10.进一步，作为另一个实施例，可以增加智能手套或vr游戏操控设备，所述智能手套或vr游戏操控设备是一种智能vr操控设备。该智能手套包括，信号处理器模块(例如具有计算或者处理能力的处理器、dsp芯片或者fpga芯片)，指控模块(包含传感器，重力感应器等感应器件)，通信模块，方向模块(陀螺仪、罗盘等感应器件)。所述手套可以按照vr功能需要自动调节手套功能，或者通过信号传递到头显设备上显示选择界面，因此用户不需要摘掉所佩戴的头显设备，例如vr眼镜，就可以切换功能。比如赛车游戏手套按照手握方向盘设置各个手指按键的功能；比如射击游戏中手套按照枪的类型改变手套的握枪手法。所述手套与现有的vr操控杆相比，可以提升用户体验，让用户玩vr游戏更加真实。所述手套可以适应更多vr游戏，比如玩赛车游戏需要更换一个模拟方向盘，射击游戏需要一把游戏用的假枪等。如果该vr设备用于工业设计或者产品设计，则显示一个工具菜单供选择并定义手势、指控或者方向的操作内容。
附图说明
11.图1为本发明实施例的头显设备的结构示意图。
12.图2为本发明又一实施例的头显设备的结构示意图。
13.图3为本发明实施例的vr u型枕的结构示意图。
14.图4为本发明又一实施例的vr u型枕的结构示意图。
15.图5为本发明实施例的游戏操控手套的结构示意图。
16.图6为本发明实施例的vr游戏套装系统的结构示意图。
17.图7为本发明又一实施例的vr游戏套装系统的结构示意图。
18.图8为本发明提供的一种游戏操控手套示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进一步地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.vr游戏设备为例，现有的以头显设备为主控的vr游戏系统是把vr主机或者vr主要器件放置在头显设备中，因此现在的vr游戏设备把主要重量都集中在头部设备。用户使用现有的vr游戏设备，由于重量集中在头部，因此会引起用户头部的不适，甚至引起颈椎问题。而且，随着技术和应用场景的发展，vr用于办公，教学，设计等也越来越多，本发明实施
例以游戏场景为例介绍，同样也可以适用于办公、教学或者设计场景。针对目前vr设备的不足，本发明实施例提供一套新的vr系统设备。本发明vr设备把主要重量放置在vr的u型枕内，从而有效减轻头显设备的重量，因此有效解决当前用户不可长时间佩戴vr设备的问题。针对游戏设备的场景，本发明实施例进一步提供了一种可自适应不同类型vr游戏的游戏操控手套。
21.参阅图1和图3，本发明实施例的vr设备结构示意图。其中图1为头显设备部分，图3为vr设备的u型枕部分。头显设备包括：
22.第二通信模块101，用于接收来自u型枕部分的vr信号或者控制信号，有些情况下是可以接收来自u型枕部分的vr信号和控制信号。作为典型的实施例，第二通信模块101为无线通信模块。
23.vr显示屏103，可以是眼镜或者带显示屏的头盔等，用于接收vr信号，例如视频信号，并播放该视频。还可以进一步接受控制信号，对播放的视频进行控制。在一种进一步的实现方式中，vr信号，例如视频信号，可以来自头显设备的存储器，或者是通过接收电路从其他设备接收。因此头显设备还可以包括一存储卡，用于存放部分vr信号。或者头显设备还可以包括摄像头等信号采集设备。
24.进一步，参阅图2，头显设备10还可以包括信号处理器109也可以叫处理器或者头显设备处理器，用于处理从vr的u型枕设备发送的信号，还可处理本地传感器或者采集设备(例如摄像头)的信号，以便与vr设备融合或者控制vr设备。处理器还可以控制头显设备中可以增加的音效模块107。
25.进一步，头显设备还可以包括传感器模块105，用于接收传感信号并将传感信号发送处理器，例如一种典型的传感信号为用户头部的转向信息。该传感器模块105还可以通过第二通信模块进一步向u型枕设备20发送传感信号。各期间之间可以通过总线建立信号连接，也可以根据需要通过信号线路进行连接。本发明实施例的vr设备的又一实施例，除已经可以增加的处理器外，还包括：音效模块107，用于接收所述第二通信模块接收到的或者处理器生成的音频信号。
26.参阅图3，本发明实施例的vr的u型枕结构示意图。u型枕设备20(也可以称u型枕)包括：
27.信号处理器201，用于处理包括，第一通信模块205，传感器模块207之间的各种信号信息，并且发送和接收与vr设备10和其他外设(例如游戏操控智能手套30)之间的各种数据信息。信号处理器也可以简称为处理器，此处的处理器为vr设备的主芯片。
28.进一步还可以包括一个单独的vr处理器203与信号处理器配合，用于处理所述的所有vr游戏相关的数据信息信号。在一些简单的实施例中可以不选择使用vr处理器203，或者集成到信号处理器201中。
29.第一通信模块205，用于连接外置设备，例如游戏服务器，或者通过互联网接入到云端的vr服务器。
30.传感器模块207，用于接收传感信号。
31.音效模块209，用于接收所述信号处理器201所发送的音频信号。
32.参阅图4，图4为本发明又一实施例的vr u型枕的结构示意图。游戏操控手套设备30包括：
33.信号处理器301，用于发送和接收处理所述的vr游戏信号，并把信号发送到弯曲传感器模块303和动向模块305。
34.弯曲传感器模块303，用于测量vr游戏中用户指关节弯曲强度的活动信息，用于感应用户在vr游戏中指关节所对应的活动。
35.动向模块305，用于处理用户再vr游戏中的方向和定位。其中还包括加速度传感器单元3051，用于透过三个维度来确定加速度方向，判断用户在游戏中朝向的方向；陀螺仪单元3052用于测量沿一个轴或几个轴动作的角速度；加速度传感器单元加上陀螺仪单元相结合可以跟踪并捕捉用户在vr游戏中的3d空间动作。
36.进一步参阅图5，图5为本发明实施例的游戏操控手套的结构示意图，还包括：
37.vr处理器307，用于处理所述的所有vr游戏相关的数据信息信号。
38.第三通信模块309，用于接收所述传感信号发送至信号处理器，或者用于连接外置设备，例如游戏服务器。
39.参阅图6，本发明实施例的vr游戏套装系统设备的结构示意图。vr显示眼镜10和游戏操控手套30都各自通过vr u型枕20相互连接，组成一套完整的vr游戏套装系统设备。用户穿戴上vr眼镜、vr u型枕和游戏操控手套，通过vr u型枕接入到vr游戏服务器后，用户可以开始使用游玩vr游戏。
40.仍然以游戏场景为例，现有的vr游戏系统设备都是把主要功能集成到头显设备中，这就造成了用户佩戴vr头显，使用vr游戏设备时，用户头部承受较重的重量，因此用户长时间佩戴vr头显会引进用户颈椎问题。与现有的主要vr游戏系统设备相比，本发明所述的vr游戏系统设备把主要重量器件配置到vr u型枕中，从而把用户佩戴的vr眼镜质量减到最轻，并且vr u型枕可以进一步缓解用户颈椎的承重，因此使用本发明所述的vr游戏系统设备，用户可以长时间游玩vr游戏。并且由于vr u型枕的物理空间较大，更优质的音响系统和传感器可以配置到vr u型枕中，从而使用户用一种身历其境的vr游戏体验。
41.应用本发明实施例的vr游戏套装系统设备，当用户进行vr游戏游玩时，可以采用如下的方法：
42.用户穿戴好本发明所述的vr游戏套装系统设备后，用户可以通过vr u型枕或者游戏操控手套的相关手势启动vr游戏系统(比如击掌)。vr游戏系统启动后，通过vr u型枕接入到vr游戏服务器，服务器可以是在本地的或者是云端的vr游戏服务器。vr游戏服务器会把相关的vr游戏菜单推送给用户，用户通过vr眼镜观看vr游戏菜单，使用游戏操控手套进行vr游戏的选择，相关的vr音效通过vr u型枕传送给用户。
43.本发明中所述的游戏操控手套会自动适应vr游戏中的各种不同类型的场景。比如当用户还在vr游戏菜单页面时，本发明所述的游戏操控手套就变成一个虚拟手势鼠标，用户通过各种手势来操作vr游戏页面。方法如下：
44.用户初次使用本发明所述的游戏操控手套，可以先设置左手优先或者右手优先。设置完成后，用户可以使用被设置为优先的那只手套上下左右的滑动在菜单页面选择vr游戏。如果用户觉得所见的虚拟屏幕太小或太大时，用户可以同时使用两只手套来进行放大屏幕或者缩小屏幕的操作。当用户选好了所要游玩的vr游戏时，用户可以通过双击虚拟屏幕以进入或者启动所选择的vr游戏。当用户需要退出游戏时，用户可以连续击掌两次推出vr游戏返回主菜单，或者用户可以使用优先手套打响指来关闭整个vr游戏系统。
45.进一步，由于本发明所述的vr游戏操控手套可以自适应地配置成各类vr游戏中的操控杆，因此与现有的vr游戏系统相比，用户可以不要摘掉vr眼镜就可以切换到用户想要游玩的vr游戏。以目前的vr游戏系统为例，为了更好的体验vr游戏的真实度，不同类别的游戏通常会配置一个虚拟的操控杆。比如赛车游戏配置一个虚拟的方向盘，用户在vr游戏开始前会先配置好各个设备；而当用户想要玩枪站游戏时，用户只能先关闭vr游戏系统从新配置好枪战游戏的各个设备。目前vr游戏系统的这种切换游戏的方式，比较耗时并且也降低了vr游戏用户的体验。使用本发明所述的游戏操控手套后，用户就不需要为了游玩不同类型的vr游戏而关闭且重新配置vr游戏系统的设备。本发明所述的游戏操控手套通过指控模块来模拟各种类型的操控杆，比如当用户要游玩赛车游戏时，指控模块把游戏操控手套变成手握状态，这样用户再vr游戏中感觉自己在握住一个虚拟方向盘；当用户要玩枪战游戏时，用户可以通过手套操作手势先退出游戏再从vr游戏菜单页面直接进入枪战游戏，这时游戏操控手套会根据用户所选的类型自适应变成相对于的枪托和扳机，用户在vr游戏中感觉自己再握住一把虚拟的枪支。
46.使用本发明所述的游戏操控手套，给用户带来以下好处：用户因为不同类型的游戏而配置多种游戏操控杆；用户不再需要为了游玩不同类型的游戏，而关闭vr游戏系统和从新配置设备。
47.进一步参阅图6，本发明实施例的vr游戏套装系统设备的结构示意图。本发明实施例的游戏操控手套30可以更换为目前市场上的vr游戏操控杆。vr显示眼镜10和游戏操控杆都各自通过vr u型枕20相互连接，组成一套完整的vr游戏套装系统设备。用户穿戴上头显设备(vr眼镜)、u型枕和使用游戏操控杆，通过vr u型枕接入到vr游戏服务器后，用户可以开始使用游玩vr游戏。
48.参阅图7，本发明又一实施例的vr游戏套装系统设备的结构示意图。vr显示眼镜10和游戏操控手套30直接相连接，组成一套完整的vr游戏套装系统设备。用户穿戴上vr眼镜、vr u型枕和游戏操控手套，通过游戏操控手套接入到vr游戏服务器后，用户可以开始使用游玩vr游戏。与图6所述实施例相比，本发明所述的vr游戏系统设备把主要重量器件配置到游戏手套中，从而把用户佩戴的vr眼镜质量减到最轻，并且减少了vr u枕设备，可以降低成本。应用本发明所述实施例的vr游戏套装系统设备，当用户进行vr游戏游玩时，采用的方法与图6所述一致，只是减少了vr u型枕设备。
49.图8为本发明提供的一种游戏操控手套示意图。附图是用来提供对本发明的进一步理解，但并不构成对本发明的限制，本发明的所设计的头显设备，u型枕和vr智能手套可以是任意的物理形状。
50.参阅图8，当头显设备是一种vr眼镜时，提供的一种vr眼镜示意图，vr显示屏可以是一种更加适合vr游戏的高清显示屏103，vr眼镜尽可能的使用轻盈的材质来减轻用户头部的承重。vr眼镜通过无线连接与vr u型枕连接。u型枕中的第一无线通信模块205与vr眼镜的第二通信模块101建立通信。在vr眼镜中可以选择性的设置有传感器105和具有计算能力的处理器。整个vr设备的核心计算能力位于u型枕中的处理器201，还可以分布式的放置多个不同类型的传感器207。对于特定的vr设备，还可以单独设置一个处理具体内如数据(例如游戏数据)的处理器203。智能手套中设置有第三无线通信模块309，可以和vr眼镜以及u型枕进行通信和数据传输。
51.参阅图8，本发明提供的一种vr u型枕示意图，vr u型枕把vr处理器，vr游戏控制器和高仿真音响等内置于vr u型枕之中，vr u型枕内布置了增强用户体验的传感器。图8只是本发明所述的vr u型枕的一种示意图，本发明所述的vr u型枕可以按照系统和用户需要设计各种提升用户体验的形状。本发明所述的vr u型枕通过无线连接，与vr眼镜、游戏操控手套和游戏服务器相连接。
52.参阅图8，本发明提供的一种游戏操控手套示意图。游戏操控手套使用高弹性的材料以适配各种手形。弯曲传感器放置在指关节处，动向模块放置在掌心或者掌背处。