立體交互方法及其顯示裝置、操作棒和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種立體交互方法，應用于立體顯示裝置和立體交互操作棒的交互場景中，包括：獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息；根據(jù)運動軌跡信息和顯示器顯示的虛擬物體的預設屬性信息計算出立體交互操作棒對虛擬物體的侵略度信息；根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和預設屬性信息計算交互反饋信息；根據(jù)交互反饋信息控制立體交互操作棒和虛擬物體做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。本發(fā)明還提供了一種立體交互顯示裝置、立體交互操作棒和立體交互系統(tǒng)。通過本發(fā)明的技術方案，在使用立體交互操作棒與立體顯示屏顯示的虛擬物體進行交互時，能夠使操作用戶感受到真實的操作觸感，例如能夠感受到虛擬物體的軟硬度、彈性。
【專利說明】立體交互方法及其顯示裝置、操作棒和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及立體顯示【技術領域】，具體而言，涉及到一種立體交互方法、一種立體交互顯示裝置、一種立體交互操作棒和一種立體交互系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在立體顯示技術中，人機交互已經(jīng)不再限制于二維空間，為了力求真實感，在三維尺度上的交互必須與視覺效果緊密結合起來。目前與立體顯示的虛擬物體的交互主要有xy平面的平移和z軸深度平移，但這種交互缺乏“立體感”和真實的觸感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術或相關技術中存在的技術問題之一。
[0004]為此，本發(fā)明的一個目的在于提出了一種立體交互方法。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提出了 一種立體交互顯示裝置。
[0006]本發(fā)明的又一個目的在于提出了一種立體交互操作棒。
[0007]本發(fā)明的再一個目的在于提出了一種立體交互系統(tǒng)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施例，提出了一種立體交互方法，應用于立體顯示裝置和立體交互操作棒的交互場景中，包括:獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息；根據(jù)所述運動軌跡信息和顯示器顯示的虛擬物體的預設屬性信息計算出所述立體交互操作棒對所述虛擬物體的侵略度信息；根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述預設屬性信息計算交互反饋信息；根據(jù)所述交互反饋信息控制所述立體交互操作棒和所述虛擬物體做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0009]在本實施例中，由于虛擬物體不是真實的，因此可通過程序設置該虛擬物體的屬性來表示該虛擬物體的特征，該虛擬物體的預設屬性可以理解為該虛擬物體的種類、軟硬度、材料、形狀等等。根據(jù)立體交互操作棒的運動軌跡信息可確定立體交互操作棒與虛擬物體的交集度，從而可確定立體交互操作棒對虛擬物體的侵略度信息，侵略度信息可以理解成立體交互操作棒對虛擬物體進行作用的操作信息，例如擠壓程度信息、侵入程度信息、碰撞程度信息等等。在立體交互操作棒與顯示裝置進行交互時，交互裝置根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息、虛擬物體的預設屬性控制立體交互操作棒和虛擬物體做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應，立體交互操作棒的反應可以例如立體交互操作棒產(chǎn)生阻尼力使用戶感受到阻力和/或產(chǎn)生作用于用戶手上的壓力，從而能夠使用戶的感受和在操作真實物體時一樣。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的立體交互方法，還可以具有如下附加的技術特征:
[0011]在上述技術方案中，優(yōu)選的，所述獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息具體包括:根據(jù)所述立體交互操作棒上被觸發(fā)的按鍵信息和所述立體交互操作棒的姿態(tài)信息獲取所述立體交互操作棒的運動軌跡信息；所述根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述虛擬物體的預設屬性信息計算交互反饋信息具體包括:根據(jù)該侵略度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定所述立體交互操作棒對所述虛擬物體進行操作的操作類型信息，根據(jù)所述操作類型信息和侵略度信息計算出所述交互反饋信息；根據(jù)所述交互反饋信息控制所述立體交互操作棒和所述虛擬物體做出與所述操作類型和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0012]在獲取了立體交互操作棒運動軌跡之后再結合虛擬物體的預設屬性信息就能夠知道虛擬物體被侵入的侵入程度，根據(jù)該侵略度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息就知道操作的操作類型對應侵入程度得到侵入程度信息，例如被侵入的長度信息、被擠壓的程度信息、被移動的距離信息等等。基于當前場景下設計的虛擬物體的預設屬性信息以及當前獲取的侵略度信息和運動軌跡信息可以確定當前的操作類型信息并計算出需要控制立體交互操作棒做出哪些匹配反應的信息，即確定交互反饋信息。由于虛擬物體可以是屏幕內(nèi)視差的虛擬物體和屏幕外視差的虛擬物體，因此還需要針對不同的場景對計算出的交互反饋信息進行轉換，以符合當前場景，并同時能夠使用戶感受到真實的觸感。
[0013]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為具有軟硬度的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被擠壓的擠壓程度信息，所述操作類型信息具體為擠壓類型信息；根據(jù)所述擠壓程度信息、虛擬物體的預設屬性信息和所述擠壓類型信息計算出的所述交互反饋信息具體為阻尼力信息和/或力反饋烈度信息；在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，將所述力反饋烈度信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應；或者，在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，將所述阻尼力信息和力反饋烈度信息分別轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元的阻尼力控制信號以及力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
[0014]在一種典型的場景下，立體交互操作棒試探虛擬物體的軟硬度，在該場景下，虛擬物體被設計成具有軟硬度的彈性物體。當立體交互操作棒對該虛擬物體進行操作時，該虛擬物體可被立體交互操作棒擠壓，通過擠壓程度信息、虛擬物體的預設屬性信息和擠壓類型信息能夠確定相應的交互反饋信息，例如阻尼力信息和/或力反饋烈度信息(假設立體交互操作棒包含阻尼發(fā)生單元和力反饋單元，阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)阻尼力信息轉化的阻尼力控制信號產(chǎn)生確定的阻尼力，力反饋單元用于根據(jù)力反饋烈度信息轉化的力反饋烈度控制信號產(chǎn)生確定的力反饋烈度)。
[0015]當屏幕外視差的虛擬物體被擠壓時，由于立體交互操作棒的伸縮部分不可能發(fā)生伸縮，因此不能通過阻尼發(fā)生單元來產(chǎn)生阻尼力，只能通過力反饋單元來產(chǎn)生力反饋烈度，而當屏幕內(nèi)視差的虛擬物體被擠壓時，需要產(chǎn)生阻尼力和力反饋烈度，因此需要根據(jù)不同的場景將交互反饋信息轉換成對應的控制信號。因此，在本實施例中，通過交互反饋信息轉換的阻尼力信息和/或力反饋烈度信息能夠使立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元或力反饋單元執(zhí)行相應的動作，使操作者感受到相應的觸感，例如在阻尼發(fā)生單元產(chǎn)生阻力時，可感受出在擠壓該虛擬物體時所受的彈力，在力反饋單元產(chǎn)生壓力時，同樣可以使操作者感受出擠壓該虛擬物體時所受的彈力。
[0016]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為可發(fā)生彈性碰撞的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體的碰撞動量信息，所述操作類型信息具體為碰撞類型信息；在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設屬性信息，所述預設屬性信息為質(zhì)量和硬度，計算出交互反饋信息，所述交互反饋信息為力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，并向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應，在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度，計算出的所述交互反饋信息具體為阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及反饋烈度信息，并向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
[0017]另一種典型的場景為立體交互操作棒與虛擬物體發(fā)生碰撞，根據(jù)碰撞動量信息和虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度可確定立體交互操作棒所應表現(xiàn)出的力反饋烈度和持續(xù)時間或者阻尼大小和阻尼持續(xù)時間，使操作者能夠感受到立體交互棒與虛擬物體發(fā)生真實碰撞。
[0018]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為多層硬度物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被侵入破壞的長度，所述操作類型信息具體為侵入破壞類型信息；所述交互反饋信息為根據(jù)預設的每層硬度與阻尼力的對應關系，計算出的當前侵入長度所對應的總阻尼力信息；在被侵入的虛擬物體在屏幕外視差時，所述總阻尼力信息包括力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，將所述總阻尼力信息轉換成向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應，在被侵入的虛擬物體在屏幕內(nèi)視差時，將所述總阻尼力信息轉化成向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體預設屬性相匹配的反應。
[0019]在又一種典型的場景中，立體交互操作棒侵入虛擬物體，例如切割虛擬物體。所述交互反饋信息包括根據(jù)侵入虛擬物體的長度以及虛擬物體在不同的長度上所表現(xiàn)出的硬度計算出的阻尼力信息以及力反饋烈度信息，所述交互反饋信息再經(jīng)轉化成對立體交互操作棒的阻尼力控制信號以及力反饋烈度控制信號，從而讓操作者感受到立體交互操作棒切割物體的真實感受。
[0020]優(yōu)選的，所述操作棒具有預設屬性，所述虛擬物體根據(jù)交互反饋信息和操作棒的預設屬性做出與操作棒的預設屬性和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0021]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，所述虛擬物體做出與所述操作類型和所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。在立體交互操作棒與立體顯示裝置進行交互時，虛擬物體也可做出與當前操作類型和該虛擬物體的預設屬性相匹配的反應，以使操作者在視覺上也能夠感受到虛擬物體的變化。
[0022]根據(jù)本發(fā)明第二方面的實施例，還提供了一種立體交互顯示裝置，用于與產(chǎn)生按鍵信息和姿態(tài)信息的立體交互操作棒進行交互，包括:顯示單元，顯示具有預設屬性的虛擬物體；交互單元，與所述立體交互操作棒進行交互，所述交互單元獲取所述立體交互操作棒的運動軌跡信息，根據(jù)所述運動軌跡信息和所述虛擬物體的預設屬性信息計算出所述立體交互操作棒對所述虛擬物體的侵略度信息，根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述預設屬性信息計算出交互反饋信息，以及根據(jù)所述交互反饋信息向所述立體交互操作棒發(fā)送第一控制信號、對所述顯示單元發(fā)送第二控制信號，所述立體交互操作棒接收到所述第一控制信號后做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應，所述顯示單元接收到所述第二控制信號后，顯示的虛擬物體對應做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0023]在本實施例中，由于虛擬物體不是真實的，因此可通過程序設置該虛擬物體的屬性來表征該虛擬物體的特征，該虛擬物體的預設屬性可以理解為該虛擬物體的種類、軟硬度、材料、形狀等等。根據(jù)立體交互操作棒的運動軌跡信息和虛擬物體的預設屬性信息可確定立體交互操作棒與虛擬物體的交集度，從而可確定立體交互操作棒對虛擬物體的侵略度信息，侵略度信息可以理解成立體交互操作棒對虛擬物體進行作用的操作信息，例如擠壓程度信息、侵入程度信息、碰撞程度信息等等。在立體交互操作棒與顯示裝置進行交互時，根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息、虛擬物體的預設屬性得出交互反饋信息，交互反饋信息再經(jīng)轉化成第一控制信號和第二控制信號后使得所述立體交互操作棒和虛擬物體做出與所述虛擬物體預設屬性相匹配的反應，立體交互操作棒的反應狀態(tài)可以例如立體交互操作棒產(chǎn)生阻尼力使用戶感受到阻力和/或產(chǎn)生作用于用戶手上的壓力，從而能夠使用戶感受到如同在操作真實物體時所感受的真實反饋信息。
[0024]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的立體交互顯示裝置，還可以具有如下附加的技術特征:
[0025]在上述技術方案中，優(yōu)選的，所述交互單元可以包括:相對姿態(tài)計算單元，接收來自所述立體交互操作棒的按鍵信息和姿態(tài)信息，根據(jù)所述按鍵信息和姿態(tài)信息計算出所述立體交互操作棒的運動軌跡信息并將所述運動軌跡信息發(fā)送給所述侵略度計算單元和所述交互邏輯單元；侵略度計算單元，根據(jù)運動軌跡信息以及所述虛擬物體的預設屬性計算出所述侵略度信息，并將所述侵略度信息發(fā)送給所述交互反饋單元和所述交互邏輯單元；交互邏輯單元，根據(jù)所述侵略度信息和所述運動軌跡信息以及所述虛擬物體的預設屬性信息確定所述立體交互操作棒對所述虛擬物體進行操作的操作類型信息，并將所述操作類型信息發(fā)送給所述交互反饋單元，以及接收來自所述交互反饋單元的交互反饋信息，根據(jù)所述交互反饋信息生成所述第一控制信號和所述第二控制信號；交互反饋單元，根據(jù)所述操作類型信息、虛擬物體的預設屬性信息和侵略度信息計算出所述交互反饋信息，并將所述交互反饋信息發(fā)送給所述交互邏輯單元。
[0026]在獲取了立體交互操作棒運動軌跡之后就可再結合侵略度信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定虛擬物體被操作的操作類型，結合運動軌跡信息和虛擬物體的預設屬性信息確定侵入程度，對應侵入程度得到侵入程度信息，例如被侵入的長度、被擠壓的程度、被移動的距離等等?；诋斍皥鼍跋略O計的虛擬物體以及當前獲取的侵略度信息和運動軌跡信息可以確定當前的操作類型信息并計算出需要控制立體交互操作棒的哪些狀態(tài)，即確定交互反饋信息。由于虛擬物體可以是屏幕內(nèi)視差的虛擬物體和屏幕外視差的虛擬物體，因此還需要針對不同的場景對計算出的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)進行轉換，以符合當前場景，并同時能夠使用戶感受到真實的觸感。
[0027]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為具有軟硬度的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被擠壓的擠壓程度信息，所述操作類型信息具體為擠壓類型信息，所述立體交互操作棒包括力反饋單元和阻尼發(fā)生單元；在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，所述交互邏輯單元根據(jù)交互反饋信息生成第一控制信號，所述第一控制信號為力反饋烈度控制信號，在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，所述交互邏輯單元根據(jù)交互反饋信息生成具體為阻尼力控制信號和力反饋烈度控制信號的第一控制信號；換句話說，在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元將所述力反饋烈度信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應；在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元將所述阻尼力信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元的阻尼力控制信號以及將所述力反饋烈度信息轉換輸出給所述力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應，其中，所述力反饋單元用于根據(jù)所述力反饋烈度控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動，所述阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)所述阻尼力控制信號產(chǎn)生阻尼力。
[0028]在屏幕內(nèi)視差時，該第一控制信號為阻尼力控制信號和力反饋烈度控制信號，在屏幕外視差時，該第一控制信號為力反饋烈度控制信號。
[0029]在一種典型的場景下，立體交互操作棒試探虛擬物體的軟硬度，在該場景下，虛擬物體被設計成具有軟硬度的彈性物體。當立體交互操作棒對該虛擬物體進行操作時，該虛擬物體可被立體交互操作棒擠壓，此時，所述侵略度信息為擠壓程度信息，通過擠壓程度信息、操作類型信息確定交互反饋信息，所述交互反饋信息包括阻尼力信息和/或力反饋烈度信息(假設立體交互操作棒僅包含阻尼發(fā)生單元和力反饋單元，阻尼發(fā)生單元用于產(chǎn)生確定的阻尼力，力反饋單元用于產(chǎn)生確定的力反饋烈度)。
[0030]當屏幕外視差的虛擬物體被擠壓時，由于立體交互操作棒的伸縮部分不可能發(fā)生伸縮，因此不能通過阻尼發(fā)生單元來產(chǎn)生阻尼力，只能通過力反饋單元來產(chǎn)生力反饋烈度，而當屏幕內(nèi)視差的虛擬物體被擠壓時，需要產(chǎn)生阻尼力和力反饋烈度，因此需要根據(jù)不同的場景來進行交互反饋信息的轉換。因此，在本實施例中，通過擠壓程度信息和擠壓類型信息確定交互反饋信息，進而將所述交互反饋信息轉換成能夠使立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元和/或力反饋單元執(zhí)行相應動作的第一控制信號，使操作者感受到相應的觸感，例如在阻尼發(fā)生單元產(chǎn)生阻力時，可感受出在擠壓該虛擬物體時所受的彈力，在力反饋單元產(chǎn)生壓力時，同樣可以使操作者感受出擠壓該虛擬物體時所受的彈力。
[0031]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為可發(fā)生彈性碰撞的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體的碰撞動量信息，所述操作類型信息具體為碰撞類型信息，所述立體交互操作棒包括力反饋單元和阻尼發(fā)生單元；所述交互反饋單元計算出所述立體交互操作棒與所述虛擬物體在碰撞位置上的所述碰撞動量信息，并在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度計算出的交互反饋信息具體為力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，或者，在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度，計算出的交互反饋信息具體為阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息；在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元根據(jù)交互反饋單元的所述力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，或者，在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元根據(jù)交互反饋單元的所述阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，其中，所述力反饋單元用于根據(jù)所述力反饋烈度控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動，所述阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)所述阻尼力控制信號產(chǎn)生阻尼力。
[0032]在屏幕內(nèi)視差時，該第一控制信號為阻尼力控制信號和力反饋烈度控制信號，在屏幕外視差時，該第二控制信號為力反饋烈度控制信號。
[0033]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為多層硬度物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被侵入破壞的長度，所述操作類型信息具體為侵入破壞類型信息，所述立體交互操作棒包括力反饋單元和阻尼發(fā)生單元；所述交互反饋單元根據(jù)預設的每層硬度與阻尼力的對應關系，計算當前侵入長度所對應的總阻尼力信息，所述總阻尼力信息為所述交互反饋信息；在被侵入的虛擬物體在屏幕外視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元將所述總阻尼力信息轉換成力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息后向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，在被侵入的虛擬物體在屏幕內(nèi)視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元根據(jù)所述總阻尼力信息向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，其中，所述力反饋單元用于根據(jù)所述力反饋烈度控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動，所述阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)所述阻尼力控制信號產(chǎn)生阻尼力。
[0034]在屏幕內(nèi)視差時，該第一控制信號為阻尼力控制信號和力反饋烈度控制信號，在屏幕外視差時，該第二控制信號為力反饋烈度控制信號。
[0035]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，所述顯示單元根據(jù)所述第二控制信號使所述虛擬物體做出與所述操作類型和所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。在立體交互操作棒與立體顯示裝置進行交互時，虛擬物體也可做出與當前操作類型和該虛擬物體的預設屬性相匹配的反應，以使操作者在視覺上也能夠感受到虛擬物體的變化。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的第三方面的實施例的，提供了一種立體交互操作棒，包括:狀態(tài)反饋單元，接收來自如上述任一技術方案中所述的立體交互顯示裝置的第一控制信號，所述立體交互操作棒根據(jù)接收到的所述第一控制信號做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0037]立體交互操作棒的狀態(tài)根據(jù)具體操作過程以及虛擬物體的屬性來變化，從而使手持該立體交互操作棒的用戶能夠感受到相應的操作狀態(tài)，得到真實的觸感，提升操作體驗。
[0038]在上述技術方案中，優(yōu)選的，所述狀態(tài)反饋單元包括但不限于:阻尼發(fā)生單元，用于根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生阻尼力；力反饋單元，用于根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的第四方面的實施例，還提供了一種立體交互系統(tǒng)，包括:如上述任一技術方案中所述的立體交互操作棒；以及如上述任一技術方案中所述的立體交互顯示裝置。
[0040]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】[0041]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0042]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互方法的示意流程圖；
[0043]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互顯示裝置的示意圖；
[0044]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒相對于立體顯示屏的姿態(tài)和空間位置示意圖；
[0045]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒相對于立體顯示屏的姿態(tài)和空間位置示意圖；
[0046]圖4A和圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒與具有不同軟硬度的彈性虛擬物體在屏幕內(nèi)視差進行交互時的示意圖；
[0047]圖4C和圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒與具有不同軟硬度的彈性虛擬物體在屏幕外視差進行交互時的示意圖；
[0048]圖4E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒與彈性虛擬物體進行擠壓產(chǎn)生的壓力示意圖；
[0049]圖5A和圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒采用不同運動速度與虛擬物體在屏幕外視差進行碰撞時的示意圖；
[0050]圖5C和圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒采用不同運動速度與虛擬物體在屏幕內(nèi)視差進行碰撞時的示意圖；
[0051]圖5E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒與虛擬物體在屏幕外視差進行碰撞時的示意圖；
[0052]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的屏幕外視差物體破壞型交互的示意圖；
[0053]圖6B和圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的屏幕內(nèi)視差物體破壞型交互的示意圖；
[0054]圖6D示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的立體交互操作棒對虛擬物體進行破壞型交互的示意圖；
[0055]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的立體交互操作棒的框圖。
【具體實施方式】
[0056]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0057]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不限于下面公開的具體實施例的限制。
[0058]實施方式一
[0059]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互方法的示意流程圖。
[0060]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的立體交互方法，包括以下步驟:步驟102，獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息；步驟104，根據(jù)運動軌跡信息和顯示器顯示的虛擬物體的預設屬性信息計算出立體交互操作棒對虛擬物體的侵略度信息；步驟106，根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和預設屬性信息計算交互反饋信息；步驟108，根據(jù)交互反饋信息控制立體交互操作棒和虛擬物體做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0061]在本實施例中，由于虛擬物體不是真實的，因此可通過程序設置該虛擬物體的屬性來表征該虛擬物體的特征，該虛擬物體的預設屬性可以理解為該虛擬物體的種類、軟硬度、材料、形狀等等。根據(jù)立體交互操作棒的運動軌跡信息可確定立體交互操作棒與虛擬物體的交集度，從而可確定立體交互操作棒對虛擬物體的侵略度信息，侵略度信息可以理解是立體交互操作棒對虛擬物體進行作用的操作信息，例如擠壓程度信息、侵入程度信息、碰撞程度信息等等。在立體交互操作棒與顯示裝置進行交互時，根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息、虛擬物體的預設屬性確定交互反饋信息來生成對應的控制信號以控制立體交互操作棒的狀態(tài)和虛擬物體的狀態(tài)，即使得立體交互操作棒和虛擬物體做出相應的反應，立體操作棒的反應綜合了立體操作棒本身的運動屬性和虛擬物體的屬性，從而使得最終反饋給操作者的感受是和操作棒以及虛擬物體的預設屬性相一致的反應，極大的提高了用戶操作的沉浸感、真實感。立體交互操作棒的反應狀態(tài)可以例如立體交互操作棒產(chǎn)生的阻尼力和壓力，使用戶感受到阻力和/或產(chǎn)生作用于用戶手上的壓力，且這種阻尼力和/或壓力的感受和操作真實物體變化到某一狀態(tài)的感受大致相當，從而能夠使用戶感受到如同在操作真實物體時所感受到的真實反饋信息。
[0062]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的立體交互方法，還可以具有如下附加的技術特征:
[0063]在上述技術方案中，優(yōu)選的，獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息具體包括:根據(jù)立體交互操作棒上被觸發(fā)的按鍵信息和立體交互操作棒的姿態(tài)信息獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息；根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和虛擬物體的預設屬性信息計算交互反饋信息具體包括:根據(jù)該侵略度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定所述立體交互操作棒對所述虛擬物體進行操作的操作類型信息，根據(jù)所述操作類型信息和侵略度信息計算出所述交互反饋信息；根據(jù)所述交互反饋信息控制所述立體交互操作棒和所述虛擬物體做出與所述操作類型和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。其中，所述操作類型信息是指根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和虛擬物體的預設屬性信息綜合判斷得出的操作棒針對虛擬物體進行的操作信息，例如:綜合判斷得出擠壓操作信息、碰撞型操作信息、侵入性操作信息等。
[0064]在獲取了立體交互操作棒運動軌跡之后，就可根據(jù)運動軌跡信息和虛擬物體的預設屬性信息確定侵略度信息，根據(jù)侵略度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定所述立體交互操作棒對所述虛擬物體進行操作的操作類型信息，例如被侵入的長度、被擠壓的程度、被移動的距離等等。換句話說，基于當前場景下設計的虛擬物體以及當前獲取的侵略度信息可以確定當前的操作類型信息，根據(jù)操作類型信息和侵略度信息確定交互反饋信息，再將交互反饋信息轉換成使立體交互操作棒做出與當前確定的操作類型以及虛擬物體的預設屬性匹配的反應的控制信號，例如在虛擬物體的預設屬性為彈性物體，并且當前確定的操作類型是擠壓彈性物體時，操作者在操作力交互操作棒時，能夠感受到擠壓真實物體時所受到的反彈力。進一步的，所述操作棒上設置有力反饋單元和阻尼發(fā)生單元，該反彈力的效果可用操作棒上阻尼發(fā)生單元產(chǎn)生的阻尼力以及力反饋單元產(chǎn)生的力反饋來體現(xiàn)，因此根據(jù)本發(fā)明的立體交互方法并不是簡單的交互操作，而是能夠根據(jù)立體交互操作棒當前對虛擬物體的操作類型以及被操作的虛擬物體的預設屬性使立體交互操作棒和虛擬物體做出相匹配的反應，讓用戶能夠有直觀的觸覺感受，模擬真實操作環(huán)境，提高用戶體驗。并且由于虛擬物體可以是屏幕內(nèi)視差的虛擬物體和屏幕外視差的虛擬物體，因此需將交互反饋信息針對不同的場景進行轉換并生成對應的控制信號，以符合當前場景，并同時能夠使用戶感受到真實的觸感。
[0065]優(yōu)選的，所述操作棒具有預設屬性，所述預設屬性可以是例如操作棒的質(zhì)量等信息，所述虛擬物體根據(jù)交互反饋信息和操作棒的預設屬性做出與操作棒的預設屬性和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0066]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為具有軟硬度的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被擠壓的擠壓程度信息，所述操作類型信息具體為擠壓類型信息；根據(jù)所述擠壓程度信息和所述擠壓類型信息計算出的所述交互反饋信息具體為阻尼力信息和/或力反饋烈度信息；在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，將所述力反饋烈度信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應；或者，在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，將所述阻尼力信息和力反饋烈度信息分別轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元的阻尼力控制信號以及力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
[0067]在一種典型的場景下，立體交互操作棒試探虛擬物體的軟硬度，在該場景下，虛擬物體被設計成具有軟硬度的彈性物體。當立體交互操作棒對該虛擬物體進行操作時，該虛擬物體可被立體交互操作棒擠壓，所述侵略度信息即為所述擠壓程度信息，通過擠壓程度信息、運動軌跡信息和虛擬物體的預設屬性信息確定相應的交互反饋信息，例如阻尼力信息和/或力反饋烈度信息。例如，立體交互操作棒包含阻尼發(fā)生單元和力反饋單元，阻尼發(fā)生單元用于產(chǎn)生確定的阻尼力，力反饋單元用于產(chǎn)生相應振幅的振動，則所述阻尼力信息和/或力反饋烈度信息備被轉換成相應的阻尼力控制信號和/或力反饋烈度控制信號，使得對應的阻尼發(fā)生單元對應產(chǎn)生阻尼力，力反饋單元對應產(chǎn)生力反饋烈度。
[0068]當屏幕外視差的虛擬物體被擠壓時，由于立體交互操作棒的伸縮部分不可能發(fā)生伸縮，因此不能通過阻尼發(fā)生單元來產(chǎn)生阻尼力，只能通過力反饋單元來產(chǎn)生力反饋烈度，而當屏幕內(nèi)視差的虛擬物體被擠壓時，需要產(chǎn)生阻尼力和力反饋烈度，因此需要根據(jù)不同的場景來對交互反饋信息進行轉換。在本實施例中，通過擠壓程度信息和擠壓類型信息確定交互反饋信息，所述交互反饋信息經(jīng)轉換成相應的控制信號后使得立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元和/或力反饋單元執(zhí)行相應的動作，使操作者感受到相應的觸感，例如在阻尼發(fā)生單元產(chǎn)生阻力時，可感受出在擠壓該虛擬物體時所受的彈力，在力反饋單元產(chǎn)生壓力時，同樣可以使操作者感受出擠壓該虛擬物體時所受的彈力。
[0069]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為可發(fā)生彈性碰撞的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體的碰撞動量信息，所述操作類型信息具體為碰撞類型信息；在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，所述交互反饋信息包括根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度計算出的力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，所述交互反饋信息經(jīng)轉換后生成向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應；在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，所述交互反饋信息包括根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度計算出的阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及反饋烈度信息，所述交互反饋信息經(jīng)轉換后生成向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
[0070]另一種典型的場景為立體交互操作棒與虛擬物體發(fā)生碰撞，所述侵略度信息為碰撞動量信息，所述操作類型為碰撞類型信息，根據(jù)碰撞動量信息和碰撞類型信息確定立體交互操作棒的交互反饋信息，所述交互反饋信息為力反饋烈度信息、力反饋持續(xù)時間信息和/或阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息，所述交互反饋信息被轉換成相應的控制信號使得所述操作棒和虛擬物體產(chǎn)生與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應后，讓操作者感受到立體交互棒與虛擬物體發(fā)生真實碰撞。
[0071]在上述任一技術方案中，優(yōu)選的，在所述虛擬物體的預設屬性為多層硬度物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被侵入破壞的長度，所述操作類型信息具體為侵入破壞類型信息；所述交互反饋信息包括根據(jù)預設的每層硬度與阻尼力的對應關系計算出的當前侵入長度所對應的總阻尼力信息，所述總阻尼力信息包括力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息；在被侵入的虛擬物體在屏幕外視差時，所述總阻尼力信息被轉換，向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應，在被侵入的虛擬物體在屏幕內(nèi)視差時，所述總阻尼力信息包括力反饋烈度信息、力反饋持續(xù)時間信息、阻尼力信息和阻尼力持續(xù)時間信息，所述總阻尼力信息被轉換成向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。進一步的，所述虛擬物體也做出與所述操作類型和虛擬物體預設屬性相匹配的反應。
[0072]在又一種典型的場景中，立體交互操作棒侵入虛擬物體，例如切割虛擬物體。所述操作類型信息為切割類型信息，所述侵略度信息為侵入虛擬物體的長度信息，所述交互反饋信息包括根據(jù)侵入虛擬物體的長度信息、運動軌跡信息以及虛擬物體在不同的長度上所表現(xiàn)出的硬度的預設屬性信息，計算出的立體交互操作棒所應表現(xiàn)出的阻尼力信息以及力反饋烈度信息，所述交互反饋信息經(jīng)轉換成相應的控制信號后，從而使操作者感受到立體交互操作棒切割物體的真實感受。
[0073]實施方式二
[0074]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互顯示裝置的示意圖。
[0075]如圖2所示，立體交互操作棒200A與立體交互顯示裝置200B之間可進行數(shù)據(jù)通信,且立體交互操作棒200A可產(chǎn)生按鍵信息和姿態(tài)信息。所述按鍵信息可具體為抓取、確定、取消等信息。
[0076]立體交互顯示裝置200B包括:用于顯示虛擬圖像的顯示單元(該顯示單元包括立體顯示驅(qū)動單元212和3D立體顯示器214);與立體交互操作操作棒和顯示單元進行交互的交互單元。
[0077]所述交互單元獲取所述立體交互操作棒的運動軌跡信息，根據(jù)所述運動軌跡信息和所述虛擬物體的預設屬性信息計算出所述立體交互操作棒對所述虛擬物體的侵略度信息，根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述預設屬性信息計算出交互反饋信息，以及根據(jù)所述交互反饋信息向所述立體交互操作棒發(fā)送第一控制信號、對所述顯示單元發(fā)送第二控制信號，所述立體交互操作棒接收到所述第一控制信號后做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應，所述顯示單元接收到所述第二控制信號后，顯示的虛擬物體對應做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0078]進一步的，交互單元包括相對姿態(tài)計算單元202、侵略度計算單元204、交互邏輯單元208、交互反饋單元206、視差計算器210。顯而易見，所述交互單元還可通過別的表述來體現(xiàn)其所包含的內(nèi)容，在此基礎上做的各種變種表述，都在本發(fā)明揭露和保護的范圍內(nèi)。
[0079]相對姿態(tài)計算單元202接收來自立體交互操作棒的按鍵信息和姿態(tài)信息，根據(jù)按鍵信息和姿態(tài)信息計算出立體交互操作棒的運動軌跡信息并將運動軌跡信息發(fā)送給侵略度計算單元204和交互邏輯單元208。
[0080]侵略度計算單元204根據(jù)運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性計算出侵略度信息，并將侵略度信息發(fā)送給交互反饋單元206和交互邏輯單元208。
[0081]交互邏輯單元208根據(jù)侵略度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定立體交互操作棒對虛擬物體進行操作的操作類型信息，并將操作類型信息發(fā)送給交互反饋單元206，以及接收來自交互反饋單元206的交互反饋信息，根據(jù)交互反饋信息生成上述第一控制信號和第二控制信號。
[0082]交互反饋單元206根據(jù)操作類型信息和侵略度信息計算出交互反饋信息，并將交互反饋信息發(fā)送給交互邏輯單元208。
[0083]其中，所述操作類型信息是指根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和虛擬物體的預設屬性信息綜合判斷得出的立體交互操作棒針對虛擬物體進行的操作信息，例如:綜合判斷得出擠壓操作信息、碰撞型操作信息、侵入性操作信息等。
[0084]第一控制信號包括力反饋烈度控制信號和/或阻尼力控制信號。第二控制信號為發(fā)送給顯示單元的顯示命令。
[0085]立體交互操作棒200A包括力反饋單元216、阻尼發(fā)生單元218和伸縮程度檢測單元220。立體交互操作棒200A將產(chǎn)生的按鍵信息和姿態(tài)信息發(fā)送給立體交互顯示裝置200B。力反饋單元216負責響應立體交互顯示裝置200B發(fā)送的力反饋烈度控制信號。阻尼發(fā)生單元218負責響應立體交互顯示裝置200B發(fā)送的阻尼力控制信號。手持該立體交互操作棒的用戶能夠感受到力反饋單元216產(chǎn)生的壓力和阻尼發(fā)生單元218產(chǎn)生的阻尼力。
[0086]在立體交互操作棒與虛擬物體進行交互時，立體交互顯示裝置根據(jù)虛擬物體的預設屬性、侵略度信息以及立體交互操作棒當前對虛擬物體的操作類型信息確定交互反饋信息，交互反饋信息經(jīng)交互邏輯單元轉換成相應的第一控制信號和第二控制信號，第一控制信號使得立體交互操作棒的阻尼發(fā)生單元和力反饋單元執(zhí)行相應的動作，從而使手持該立體交互操作棒的操作者感受到真實的操作觸感，第二控制信號使得虛擬物體做出相應變化狀態(tài)的顯示。
[0087]相對姿態(tài)計算單元202根據(jù)來自立體交互操作棒的按鍵信息和姿態(tài)信息計算出立體交互操作棒的運動軌跡信息主要有以下兩種方式。
[0088]一種方式如圖3A所示，通過針對立體交互操作棒定位的超聲波定位或者深度攝像頭定位系統(tǒng)等手段獲取立體交互操作棒某個預設點的空間坐標(X0，y0，z0)，通過安裝于立體交互操作棒上的三軸陀螺儀、加速度計和磁力計構成的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)獲取立體交互操作棒相對于地平面的姿態(tài)；通過安裝于立體交互顯示裝置上的三軸陀螺儀、加速度計和磁力計構成的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)獲取3D顯示器屏幕相對于地平面的姿態(tài)。該姿態(tài)可以以橫滾角度roll、俯仰角度pitch以及航偏角yaw來表示,亦可用方向余弦矩陣和四元數(shù)來表示,具體的數(shù)據(jù)輸出與所利用的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的算法有關。但無論用哪種表達方式，都可以很方便的用于之后的姿態(tài)融合。這些數(shù)據(jù)在被轉換并置于對地的坐標系內(nèi)以后，可以直接用于相關的圖形演算，即已經(jīng)獲取立體交互操作棒實時的正確的位置和姿態(tài)。
[0089]另一種方式如圖3B所示，通過針對立體交互操作棒定位的超聲波定位或者深度攝像頭定位系統(tǒng)等手段獲取立體交互操作棒相隔距離L的2個預設點的空間坐標(xl，yl，zl)和(X2，y2，z2)。由于這種獲取坐標的接收或者發(fā)射部分是根據(jù)特殊的幾何位置設計并安裝于3D顯示屏幕上的，所以得出的坐標已經(jīng)是相對于3D顯示屏幕平面的坐標，再根據(jù)立體交互操作棒上2個點的真實距離L代入對應的坐標系，實質(zhì)上得到的是立體交互操作棒的空間矢量，可以直接用于相關的圖形演算，即已經(jīng)獲取立體交互操作棒正確的位置和姿態(tài)。
[0090]在獲取了立體交互操作棒的運動軌跡信息之后，下面結合三種典型的場景來詳細說明根據(jù)本發(fā)明的立體交互顯示裝置的工作過程。
[0091]第一種典型的場景，立體交互操作棒與具有軟硬度的彈性虛擬物體進行交互。
[0092]圖4A和圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒與具有不同軟硬度的彈性虛擬物體在屏幕內(nèi)視差進行交互時的示意圖。
[0093]在本場景中，虛擬物體的預設屬性是具有軟硬度的彈性物體，侵略度信息具體為該虛擬物體被擠壓的擠壓程度信息，操作類型信息具體為擠壓類型信息。操作者使用立體交互操作棒在屏幕內(nèi)視差運動，立體交互操作棒的伸縮裝置會發(fā)生縮進，屏幕內(nèi)顯示立體交互操作棒的延伸部分。當立體交互操作棒延伸至屏幕內(nèi)的部分與虛擬物體接觸時，侵略度計算單元204根據(jù)來自相對姿態(tài)計算單元202的運動軌跡信息計算立體交互操作棒當前對虛擬物體的擠壓程度信息，并將該擠壓程度信息發(fā)送至交互反饋單元206。
[0094]需說明的是，由于虛擬物體的空間位置和立體交互操作棒的空間位置以及姿態(tài)均已確認，可以容易地得出立體交互操作棒在空間位置上對虛擬物體的擠壓程度信息，這個擠壓程度信息可以根據(jù)交互的情形產(chǎn)生不同的作用:
[0095]若設定的虛擬物體為線性彈性物體，在沒有發(fā)生形變時的擠壓深度為Pmin，該虛擬物體最大擠壓深度為Pmax，根據(jù)相對姿態(tài)計算單元202傳送來的立體交互操作棒的空間坐標與姿態(tài)計算出當前的擠壓深度為Px，則有當前虛擬物體的擠壓程度信息P = (Px/Pmax) X100%,其數(shù)值為一個百分比參數(shù)，如圖4E所示，然后這個數(shù)值將傳送給交互反饋單元206。
[0096]若設定的虛擬物體為非線性彈性物體，則擠壓程度信息P可以設定為一個和Px有關的函數(shù)，具體的函數(shù)可根據(jù)實際應用進行設置，在此不在贅述。
[0097]交互反饋單元206接收來自交互邏輯單元208的擠壓類型信息(操作類型信息具體到本實施例為擠壓類型信息)以及接收來自侵略度計算單元204的擠壓程度信息P，根據(jù)該擠壓類型信息將該擠壓程度信息P乘以阻尼發(fā)生單元218的最大阻尼以及力反饋單元216的最大振幅可以得出交互反饋信息即當前所需的阻尼力信息和力反饋烈度信息，并將阻尼力信息和力反饋烈度信息發(fā)送給交互邏輯單元208。
[0098]交互邏輯單元208根據(jù)擠壓程度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定立體交互操作棒對該虛擬物體進行操作的操作類型信息(在本實施例中為擠壓類型信息)，并將該操作類型信息發(fā)送給交互反饋單元206。交互邏輯單元208將交互反饋信息中的阻尼力信息和交互反饋信息中的力反饋烈度信息轉換并生成第一控制信號，交互邏輯單元同時根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和虛擬物體的預設屬性信息生成第二控制信號，其中第一控制信號(阻尼力控制信號和力反饋烈度控制信號)發(fā)送給立體交互操作棒，使立體交互操作棒做出相應反應，將第二控制信號發(fā)送給顯示單元，使顯示的虛擬物體做出相應變化。進一步的，所述操作棒具有預設屬性，交互邏輯單元同時根據(jù)運動軌跡信息、侵略度信息和虛擬物體的預設屬性信息和操作棒的預設屬性信息生成第二控制信號，使得虛擬物體做出的反應更加符合操作者的操作。換句話說，所述操作棒具有預設屬性，交互邏輯單元同時根據(jù)交互反饋信息、虛擬物體的預設屬性信息和操作棒的預設屬性信息生成第二控制信號，使得虛擬物體做出的反應更加符合操作者的操作。
[0099]上述相應反應為:被擠壓的虛擬物體會發(fā)生形變，隨著形變的程度加深，立體交互操作棒的伸縮部分的阻尼發(fā)生單元218所產(chǎn)生的阻尼以及力反饋單元產(chǎn)生的力反饋烈度也會相應增加。若設定的虛擬物體被擠壓至不能再被擠壓，立體交互操作棒的伸縮裝置會被阻尼發(fā)生單元218鉗住不能再縮進。
[0100]因此，當立體交互操作棒延伸至屏幕內(nèi)的部分與虛擬物體接觸時，立體交互操作棒的阻尼發(fā)生單元218產(chǎn)生阻尼力，在用戶繼續(xù)推擠該虛擬物體時，阻尼力持續(xù)增加，從而產(chǎn)生對物體硬度的感知體驗，用戶能從觸感上體驗到推擠不同硬度的物體的感受。同時立體交互操作棒上的力反饋單元216也會同時工作，對皮膚產(chǎn)生對應的壓力反饋，以提高操作真實度。圖4A所示的虛擬物體的硬度高于和圖4B所示的虛擬物體的硬度，因此在圖4A中的立體交互操作棒的阻尼力高于在圖4B中的立體交互操作棒的阻尼力。
[0101]圖4C和圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個應用場景的立體交互操作棒與具有不同軟硬度的彈性虛擬物體在屏幕外視差進行交互時的示意圖。
[0102]在屏幕外視差進行交互時，根據(jù)本發(fā)明的立體交互顯示裝置的處理過程與上述發(fā)生在屏幕內(nèi)視差的處理過程類似，區(qū)別在于:如果是屏幕外視差的虛擬物體被擠壓，立體交互操作棒的伸縮部分沒有發(fā)生伸縮，則無法通過阻尼發(fā)生單元218給與操作者阻尼感。因此，交互反饋單元206所計算出來交互反饋信息僅有力反饋烈度信息。交互邏輯單元208根據(jù)該力反饋烈度信息生成的第一控制信號力反饋烈度控制信號，并將該力反饋烈度控制信號發(fā)送至立體交互操作棒上的力反饋單元216,力反饋烈度反映在力反饋單元216上的意義在于對皮膚產(chǎn)生的壓感，其阻尼力和壓感成正比。由于現(xiàn)有的力反饋單元216的作用原理所限，不管是偏心馬達還是人工肌肉這樣的器件，也不可能一直給予皮膚一個持續(xù)增加的壓感，所以力反饋單元216將以一個連續(xù)高頻振動的方式給予人皮膚接觸面壓感的觸覺,這個高頻振動的振幅正比于其壓感。
[0103]因此，交互邏輯單元208將把力反饋烈度信息轉化為一段連續(xù)的用于力反饋單元216的第一控制信號，并將該控制信號發(fā)送給立體交互操作棒，使得立體交互操作棒做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。[0104]操作者使用立體交互操作棒在屏幕外視差運動，當立體交互操作棒與該虛擬物體接觸時，用戶在繼續(xù)進行推擠該虛擬物體的時候，會因為力反饋單元216對皮膚產(chǎn)生的壓感而獲得對物體硬度的感知體驗，用戶能從觸感上體驗到不同硬度下推擠物體的感受。如圖4C和圖4D所示，圖4C中的虛擬物體的硬度高于圖4D中的虛擬物體的硬度，因此在圖4C中立體交互操作棒的力反饋單元216產(chǎn)生的壓力大于在圖4D中立體交互操作棒的力反饋單元216產(chǎn)生的壓力。并且被擠壓的虛擬物體會發(fā)生形變，隨著形變的程度加深，力反饋單元216對皮膚的壓感也會相應的增加。
[0105]第二種典型的場景，立體交互操作棒與虛擬物體進行彈性碰撞。
[0106]在本場景中，虛擬物體的預設屬性為可發(fā)生彈性碰撞的彈性物體。
[0107]本場景中，在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，侵略度信息為侵略度計算單元204根據(jù)該虛擬物體的預設屬性和碰撞軌跡計算出的碰撞動量信息，并將該碰撞動量信息發(fā)送給交互反饋單元206和交互邏輯單元208。侵略度計算單元204根據(jù)實時檢測的立體交互操作棒的輪廓和虛擬物體的輪廓的重合情況來確定侵略度信息。虛擬物體的輪廓被預先設定，立體交互操作棒的輪廓根據(jù)立體交互操作棒反饋的預設點坐標和預先知道的立體交互操作棒外形尺寸來運算得到。
[0108]本實施例中交互反饋單元206根據(jù)虛擬物體的質(zhì)量、硬度和動量值來計算出的交互反饋信息具體包括阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息，該阻尼大小信息和力反饋持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息與虛擬物體的質(zhì)量、硬度之間的具體關系同樣可通過實際場景的測試來獲取，并將阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息發(fā)送至交互邏輯單元208，交互邏輯單元208根據(jù)該阻尼大小信息和力反饋持續(xù)時間信息向立體交互操作棒發(fā)送第一控制信號，交互邏輯單元208還同時向顯示單元發(fā)送第二控制信號。優(yōu)選實施例中，所述操作棒預設有預設屬性，交互邏輯單元208根據(jù)虛擬物體的預設屬性、運動軌跡信息和操作棒的預設屬性信息生成第二控制信號。
[0109]也就是說，侵略度計算單元204運算立體交互操作棒在發(fā)生碰撞的位置對虛擬物體的碰撞動量信息，以便交互邏輯單元208對碰撞物理過程進行模擬，以及將過去一段時間立體交互操作棒的運動軌跡信息保存下來，在確定了碰撞位置以后，該侵略度計算單元204對立體交互操作棒的運動軌跡和預設的立體交互操作棒三維模型以及預設的操作棒質(zhì)量參數(shù)進行綜合運算，將碰撞點的線速度矢量計算出來。如圖5E所示，假設檢測到碰撞的坐標采樣時間為Tn，所設定的保存運動軌跡的坐標數(shù)量為m，那么在計算動量的矢量時，要
根據(jù)立體交互操作棒的應用場景在Tn-1、Tn-2......Tn_m的點中來確定一個合適的采樣點來
計算動量。
[0110]如果采樣點的間隔太短，則可能因為采樣到的坐標上的隨機誤差導致最終的結果不精確；如果間隔的時間太長，則可能算出來的結果不符合碰撞結束時刻的真實情況。一般地，用以計算動量的時間間隔選200?500ms之間是比較合適的。
[0111]在確定了計算動量的采樣位置后，通過2個碰撞點的空間坐標得出其向量矩陣，這個向量的方向即碰撞的方向，將其模值對采樣間隔時間求導即得到碰撞點的線速度，將該線速度與立體交互操作棒預設的質(zhì)量相乘即得到動量，將其結果傳送給交互邏輯單元208。
[0112]交互邏輯單元208根據(jù)來自相對姿態(tài)計算單元202的運動軌跡信息、來自侵略度計算單元204的碰撞動量信息和可發(fā)生彈性碰撞的物體屬性計算出當前的操作類型信息為碰撞類型信息，并將該碰撞類型信息發(fā)送給交互反饋單元206。該交互邏輯單元208還用于根據(jù)阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息向立體交互操作棒上的力反饋單元216輸出第一控制信號(即力反饋烈度控制信號)；該交互邏輯單元208還同時向顯示單元發(fā)送第二控制信號，顯示虛擬物體被碰撞變化的效果。
[0113]在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，根據(jù)本發(fā)明的立體交互顯示裝置的處理過程與上述發(fā)生在屏幕內(nèi)視差的處理過程類似，區(qū)別在于:發(fā)生屏幕外視差的彈性碰撞不需要考慮阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間，即立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元218無需動作，在此不再贅述。
[0114]總之，若發(fā)生屏幕外視差的彈性碰撞:
[0115]立體交互操作棒的伸縮部分不會發(fā)生伸縮，此時僅有立體交互操作棒上的力反饋單元216進行動作。當發(fā)生碰撞時，交互邏輯單元208會根據(jù)碰撞的烈度給立體交互操作棒發(fā)送力反饋烈度控制信號。碰撞烈度越大，力反饋的力度就越大，反之亦然。
[0116]因此，當立體交互操作棒在屏幕外運動時，若與屏幕外視差虛擬物體發(fā)生碰撞，則會根據(jù)此前立體交互操作棒的運動速度以及所設定的虛擬物體的質(zhì)量顯示碰撞過程。若虛擬物體被碰撞后進入了屏幕內(nèi)視差，則顯示部分會進行相應的轉換。在碰撞時，立體交互操作棒的力反饋單元216會給予操作者相應的力反饋,提高碰撞的真實感。
[0117]如圖5A和圖5B所示，在圖5A中的立體交互操作棒的運動速度小于在圖5B中的立體交互操作棒的運動速度，在同一虛擬物體的條件下，立體交互操作棒上的力反饋單元216給予操作者的力反饋是不相同的。
[0118]若發(fā)生屏幕內(nèi)視差的彈性碰撞:
[0119]當用戶將立體交互操作棒的伸縮部分接觸到屏幕并繼續(xù)深入時，立體交互操作棒的伸縮部分會進行縮進。此時，根據(jù)所獲取的立體交互操作棒姿態(tài)和位置以及伸縮部分的伸縮程度，顯示立體交互操作棒延伸部分。
[0120]當立體交互操作棒在屏幕內(nèi)運動時，若與屏幕內(nèi)視差虛擬物體發(fā)生碰撞，則會根據(jù)此前立體交互操作棒伸縮部分的運動速度以及虛擬物體所設定的質(zhì)量進行碰撞，并顯示其過程。若物體被碰撞后越界出了屏幕外視差，則顯示部分會進行相應的轉換。在碰撞時，立體交互操作棒的力反饋單元216會給予操作者相應的力反饋,阻尼發(fā)生單元218會產(chǎn)生一個剛性的阻尼，提高碰撞的真實感。
[0121]如圖5C和圖所示，在圖5C中的立體交互操作棒的運動速度小于在圖K)中的立體交互操作棒的運動速度，在同一虛擬物體的條件下，立體交互操作棒上的力反饋單元216給予操作者的力反饋是不相同的。
[0122]第三種典型的場景，立體交互操作棒與虛擬物體發(fā)生破壞型交互。
[0123]與屏幕外視差虛擬物體進行破壞型交互:
[0124]當立體交互操作棒在屏幕外視差與可以破壞的虛擬物體發(fā)生侵入式接觸時，虛擬物體會隨著立體交互操作棒在屏外空間的移動而遭到破壞，同時虛擬物體的圖形顯示會相應地發(fā)生變化。
[0125]當立體交互操作棒侵入該虛擬物體時，立體交互操作棒的伸縮部分會根據(jù)侵入的程度主動縮進，同時在虛擬物體內(nèi)部會顯示立體交互操作棒的延伸部分，以產(chǎn)生立體交互操作棒已經(jīng)侵入物體的視覺效果，如圖6A所示。
[0126]屏外視差的虛擬物體具有預設的不同硬度的多個層次。在侵入的過程中，力反饋單元結合虛擬物體的硬度層次對皮膚的壓感力反饋來給予不同硬度的觸感。
[0127]與屏幕內(nèi)視差虛擬物體進行侵入破壞型交互:
[0128]當立體交互操作棒在屏幕內(nèi)視差與可以破壞的虛擬物體發(fā)生侵入式接觸時，立體交互操作棒的伸縮裝置會發(fā)生縮進。虛擬物體也會隨著立體交互操作棒在屏內(nèi)空間的移動而遭到破壞，同時虛擬物體的圖形顯示會相應地發(fā)生變化。
[0129]當立體交互操作棒侵入該虛擬物體時，虛擬物體內(nèi)部會顯示立體交互操作棒的延伸部分，以產(chǎn)生立體交互操作棒已經(jīng)侵入物體的視覺效果，如圖6B所示。
[0130]屏內(nèi)視差的虛擬物體具有預設的不同硬度的多個層次。在侵入的過程中，立體交互操作棒的伸縮部分的阻尼發(fā)生單元會結合預設的虛擬物體硬度層次給予縮進動作對應的阻尼，來產(chǎn)生不同硬度的觸感。同時立體交互操作棒上的力反饋單元也會同時工作對皮膚產(chǎn)生對應的壓力反饋，以提高操作真實度。
[0131]一個很好的例子就是利用該立體交互操作棒作為虛擬手術刀進行虛擬內(nèi)科手術，切割皮膚、脂肪層、骨骼以及內(nèi)臟時，用戶感受到的阻尼或力反饋會根據(jù)實際的層次發(fā)生變化,畫面也會有相應變化。
[0132]在上述第三種典型的場景下，虛擬物體的預設屬性即多層硬度物體，交互邏輯單元208確定的操作類型信息是侵入破壞類型信息，侵略度計算單元204根據(jù)相對姿態(tài)計算單元202傳送來的立體交互操作棒的運動軌跡信息，計算出侵入虛擬物體的長度，再用這個長度與預設的虛擬物體的硬度層次的相對位置進行對比，將當前侵入的層次進行標記并產(chǎn)生標記信息，本實施例中的侵略度信息即為該標記信息，所述侵略度計算單元204將該標記信息傳送給交互反饋單元206和交互邏輯單元208。
[0133]需說明的是，在圖2中的伸縮程度檢測單元220將輔助獲取屏幕內(nèi)立體交互操作棒的侵入程度(即將伸縮程度檢測單元220獲取立體交互操作棒的伸縮度作為立體交互操作棒的姿態(tài)信息，以確定立體交互操作棒的運動軌跡)，可以避免復雜的坐標運算，亦可不做姿態(tài)運算而直接用于無需姿態(tài)判斷的擠壓交互。
[0134]交互邏輯單元208根據(jù)標記信息、立體交互操作棒的運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性(本實施例中為多層硬度可被侵入的物體)確定立體交互操作棒的當前操作類型(本實施例中為侵入破壞類型信息)，并將確定的操作類型信息通知交互反饋單元206。
[0135]第三種場景的交互反饋信息為交互反饋單元206根據(jù)預設的每層硬度與阻尼力的對應關系計算出的當前標記信息所代表的侵入長度所對應的總阻尼力信息，交互反饋單元206將總阻尼力信息反饋至交互邏輯單元208。交互邏輯單元208根據(jù)交互反饋單元206所計算出的總阻尼力信息向立體交互操作棒發(fā)送第一控制信號(阻尼力控制信號和力反饋烈度控制信號)，交互邏輯單元208還同時向顯示單元發(fā)送第二控制信號，使顯示的虛擬物體發(fā)生相應變化，例如被切割的圖像變化。
[0136]需說明的是，由侵略度計算單元204所標記侵入層次，分為兩種情況:正在侵入的和已經(jīng)貫通的。
[0137]由于現(xiàn)實中，被貫通的物體對正在侵入的物體仍然具有阻尼效應。根據(jù)這個情況，虛擬物體的每個層次都有一個預設的厚度TNx，分別具有正在侵入阻尼系數(shù)KINx和貫通阻尼系數(shù)KFINx，X為層次的編號，這些阻尼由開發(fā)者根據(jù)真實場景實測獲得或者根據(jù)虛擬物體的特性預先設計好。
[0138]如圖6C所示，假設當前正在侵入的層次為n，層次η被侵入的深度為L。則有:
[0139]已經(jīng)貫通的層X的貫通阻尼力FFINx = KFINxX TNx ；
[0140]正在入侵的層X 的阻尼力 FINx = KFINxXL+KINxX (TNx-L)；
[0141]則有總阻尼力Fall為:
[0142]Fal I = KFINl X TN1+KFIN2 X TN2+......+KFINn-1 X TNn-l+KFINn X L+KINn X (TNn-
L)。之后，將總阻尼Fall將傳送給交互邏輯單元208。
[0143]上述所涉及的侵略度和阻尼力之間的關系實質(zhì)上是一個預設的函數(shù)，并不僅限于上述例子中的情形。還可以應用在其他交互場景中，例如在利用本發(fā)明的立體交互方法來玩三維空間上的“水果忍者”游戲時，如圖6D所示，利用立體交互操作棒虛擬切割西瓜的過程中，立體交互操作棒的伸縮阻尼與侵略度就是一個以瓜皮和瓜肉為分界線的分段函數(shù)；在立體交互操作棒虛擬的刀侵入瓜皮和瓜肉兩個層次的過程中，伸縮阻尼與侵略度又是一個連續(xù)函數(shù)。
[0144]交互邏輯單元208負責處理虛擬物體被侵入的損壞物理運算和交互的邏輯，把運算結果轉化成第一控制信息和第二控制信息，第一控制信息發(fā)送給立體交互操作棒，第二控制信息發(fā)送給顯示單元。進一步的，所述顯示單元包括視差計算單元210和立體顯示驅(qū)動單元212。
[0145]在處理多層硬度物體的侵入破壞型交互情形時，如果是屏幕外視差的虛擬物體被侵入，則立體交互操作棒的伸縮部分沒有發(fā)生伸縮，無法通過阻尼發(fā)生單元給予操作者阻尼感。此時總阻尼力所代表的阻尼反映在力反饋單元216上的意義在于對皮膚產(chǎn)生的壓感，其阻尼力和壓感成正比。由于現(xiàn)有的力反饋單元的作用原理所限，不管是偏心馬達還是人工肌肉這樣的器件，也不可能一直給予皮膚一個持續(xù)增加的壓感，所以力反饋單元216將以一個連續(xù)高頻振動的方式給予人皮膚接觸面壓感的觸覺，這個高頻振動的振幅正比于其壓感。
[0146]交互邏輯單元208將把從交互反饋計算單元206傳送來的總阻尼力Fall轉化為一段連續(xù)的振動數(shù)據(jù)，并傳送給立體交互操作棒進行力反饋。力反饋的操作只有在立體交互操作棒在侵入物體內(nèi)移動時才會進行，與真實情況一致。
[0147]如果是屏幕內(nèi)視差的虛擬物體被侵入，在交互邏輯單元208將把從交互反饋計算單元206傳送來的總阻尼力Fall轉化為輸出至立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元218的阻尼控制信號以及立體交互操作棒上的力反饋單元216的力反饋烈度控制信號。此時操作者會因為這個阻尼發(fā)生單元218的工作而自然地感覺到物體的硬度。
[0148]交互邏輯單元208還負責處理虛擬物體因為侵入破壞而導致在圖形上的變化，并將執(zhí)行結果轉換成第二控制信號后傳送給顯示單元。顯示單元根據(jù)第二控制信號顯示虛擬物體的反應。
[0149]立體交互顯示裝置200B中的其他模塊例如視差計算單元210負責計算虛擬物體在執(zhí)行了交互邏輯后的屏幕外正視差，并將結果傳送給立體顯示驅(qū)動單元212。立體顯示驅(qū)動單元212負責控制3D立體顯示器214的具體顯示214。3D立體顯示器214負責顯示圖形界面和虛擬物體等一切需要顯示的內(nèi)容。[0150]在上文中針對三種典型的場景詳細說明了根據(jù)本發(fā)明的立體交互顯示裝置200B的工作原理以及立體交互顯示裝置200B與立體交互操作棒200A之間的交互工作過程。由于應用場景較多，在此不再一一舉例說明。通過本發(fā)明的技術方案，在使用立體交互操作棒與立體顯示屏顯示的虛擬物體進行交互時，能夠使操作用戶感受到真實的操作觸感，例如能夠感受到虛擬物體的軟硬度、彈性。
[0151]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的立體交互操作棒的框圖。
[0152]如圖7所示,根據(jù)本發(fā)明的實施例的立體交互操作棒700,包括:狀態(tài)反饋單元702，接收來自如上述任一技術方案中所述的立體交互顯示裝置的第一控制信號，所述立體交互操作棒根據(jù)接收到的第一控制信號做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
[0153]立體交互操作棒的狀態(tài)根據(jù)具體操作過程以及虛擬物體的屬性來變化，從而使手持該立體交互操作棒的用戶能夠感受到相應的操作狀態(tài)，得到真實的觸感，提升操作體驗。
[0154]在上述技術方案中，優(yōu)選的，所述狀態(tài)反饋單元702包括但不限于:阻尼發(fā)生單元7022，用于根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生阻尼力；力反饋單元7024，用于根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動。
[0155]本發(fā)明還提供了一種立體交互系統(tǒng)，包括:如上述任一技術方案中所述的立體交互操作棒700 ;以及如上述任一技術方案中所述的立體交互顯示裝置200B。需說明的是，立體交互操作棒700可通過無線通信方式與立體交互顯示裝置200B進行數(shù)據(jù)交互。該無線通信方式包括但不限于WIF1、藍牙、紅外、NFC (近場通信)。
[0156]以上結合附圖詳細說明了根據(jù)本發(fā)明的技術方案，在使用立體交互操作棒與具有軟硬度的彈性虛擬物體進行擠壓的過程中，能夠讓手持該立體交互操作棒的操作者獲得真實的軟硬度體驗。在使用立體交互操作棒與虛擬物體進行碰撞的過程中，能夠讓手持該立體交互操作棒的操作者獲得剛性碰撞體驗。在使用立體交互操作棒對虛擬物體進行侵入式破壞的過程中，可以實現(xiàn)不同硬度物體觸感以及變化觸感的復雜侵入式物體破壞交互。姿態(tài)識別和與具有預設屬性的虛擬物體交互時產(chǎn)生的觸感及虛擬物體針對該立體交互操作棒的操作同時做出相應反應被弓I入到立體交互中，是一種“真正立體”的交互。
[0157]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種立體交互方法，應用于立體顯示裝置和立體交互操作棒的交互場景中，其特征在于，包括: 獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息； 根據(jù)所述運動軌跡信息和顯示器顯示的虛擬物體的預設屬性信息計算出所述立體交互操作棒對所述虛擬物體的侵略度信息； 根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述預設屬性信息計算交互反饋信息； 根據(jù)所述交互反饋信息控制所述立體交互操作棒和所述虛擬物體做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
2.根據(jù)權利要求1所述的立體交互方法，其特征在于，所述獲取立體交互操作棒的運動軌跡信息具體包括:根據(jù)所述立體交互操作棒上被觸發(fā)的按鍵信息和所述立體交互操作棒的姿態(tài)信息獲取所述立體交互操作棒的運動軌跡信息； 所述根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述虛擬物體的預設屬性信息計算交互反饋信息具體包括:根據(jù)該侵略度信息和運動軌跡信息以及虛擬物體的預設屬性信息確定所述立體交互操作棒對所述虛擬物體進行操作的操作類型信息，根據(jù)所述操作類型信息和侵略度信息計算出所述交互反饋信息； 根據(jù)所述交互反饋信息控制所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
3.根據(jù)權利要求2所述的立體交互方法，其特征在于，在所述虛擬物體的預設屬性為具有軟硬度的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被擠壓的擠壓程度信息，所述操作類型信息具體為擠壓類型信息； 根據(jù)所述擠壓程度信息和所述擠壓類型信息計算出的所述交互反饋信息具體包括阻尼力信息和/或力反饋烈度信息； 在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，將所述力反饋烈度信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應；或者， 在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，將所述阻尼力信息和力反饋烈度信息分別轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元的阻尼力控制信號以及力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
4.根據(jù)權利要求2所述的立體交互方法，其特征在于，在所述虛擬物體的預設屬性為可發(fā)生彈性碰撞的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體的碰撞動量信息，所述操作類型信息具體為碰撞類型信息； 在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，所述交互反饋信息包括根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度計算出的力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，所述交互反饋信息轉化成向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應， 在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，所述交互反饋信息包括根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度計算出的阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息，所述交互反饋信息轉化成向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
5.根據(jù)權利要求2所述的立體交互方法，其特征在于，在所述虛擬物體的預設屬性為多層硬度物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被侵入破壞的長度，所述操作類型信息具體為侵入破壞類型信息； 所述交互反饋信息包括根據(jù)預設的每層硬度與阻尼力的對應關系計算出的當前侵入長度所對應的總阻尼力信息； 在被侵入的虛擬物體在屏幕外視差時，將所述總阻尼力信息轉換成力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，并向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應，在被侵入的虛擬物體在屏幕內(nèi)視差時，根據(jù)所述總阻尼力信息向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應。
6.根據(jù)權利要求3、4或5所述的立體交互方法，其特征在于，所述虛擬物體做出與所述操作類型和所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
7.根據(jù)權利要求1所述的立體交互方法，其特征在于，所述操作棒具有預設屬性，所述虛擬物體根據(jù)交互反饋信息和操作棒的預設屬性做出與操作棒的預設屬性和虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
8.一種立體交互 顯示裝置，用于與產(chǎn)生按鍵信息和姿態(tài)信息的立體交互操作棒進行交互，其特征在于，包括: 顯示單元，顯示具有預設屬性的虛擬物體； 交互單元，與所述立體交互操作棒進行交互，所述交互單元獲取所述立體交互操作棒的運動軌跡信息，根據(jù)所述運動軌跡信息和所述虛擬物體的預設屬性信息計算出所述立體交互操作棒對所述虛擬物體的侵略度信息，根據(jù)所述運動軌跡信息、所述侵略度信息和所述預設屬性信息計算出交互反饋信息，以及根據(jù)所述交互反饋信息向所述立體交互操作棒發(fā)送第一控制信號、對所述顯示單元發(fā)送第二控制信號，所述立體交互操作棒接收到所述第一控制信號后做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應，所述顯示單元接收到所述第二控制信號后，顯示的虛擬物體對應做出與所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
9.根據(jù)權利要求8所述的立體交互顯示裝置，其特征在于，所述交互單元包括: 相對姿態(tài)計算單元，接收來自所述立體交互操作棒的按鍵信息和姿態(tài)信息，根據(jù)所述按鍵信息和姿態(tài)信息計算出所述立體交互操作棒的運動軌跡信息，并將所述運動軌跡信息發(fā)送給所述侵略度計算單元和所述交互邏輯單元； 侵略度計算單元，根據(jù)運動軌跡信息以及所述虛擬物體的預設屬性計算出所述侵略度信息，并將所述侵略度信息發(fā)送給所述交互反饋單元和所述交互邏輯單元； 交互反饋單元，根據(jù)操作類型信息和侵略度信息計算出交互反饋信息，并將所述交互反饋信息發(fā)送給所述交互邏輯單元； 交互邏輯單元，根據(jù)所述侵略度信息和所述運動軌跡信息以及所述虛擬物體的預設屬性信息確定所述立體交互操作棒對所述虛擬物體進行操作的操作類型信息，并將所述操作類型信息發(fā)送給所述交互反饋單元，以及接收來自所述交互反饋單元的交互反饋信息，并根據(jù)所述交互反饋信息生成所述第一控制信號和所述第二控制信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的立體交互顯示裝置，其特征在于，在所述虛擬物體的預設屬性為具有軟硬度的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被擠壓的擠壓程度信息，所述操作類型信息具體為擠壓類型信息，所述立體交互操作棒包括力反饋單元和阻尼發(fā)生單元； 在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，所述交互反饋單元根據(jù)所述擠壓程度信息和所述擠壓類型信息計算出的所述交互反饋信息具體為力反饋烈度信息，在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，所述交互反饋單元根據(jù)所述擠壓程度信息和所述擠壓類型信息計算出的所述交互反饋信息具體為阻尼力信息和力反饋烈度信息； 在被擠壓的虛擬物體為屏幕外視差的虛擬物體時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元將所述力反饋烈度信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應； 在被擠壓的虛擬物體為屏幕內(nèi)視差的虛擬物體時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元將所述阻尼力信息轉換成輸出給所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元的阻尼力控制信號以及將所述力反饋烈度信息轉換輸出給所述力反饋單元的力反饋烈度控制信號，以使所述立體交互操作棒做出與所述操作類型和虛擬物體屬性相匹配的反應； 其中，力反饋烈度控制信號所述力反饋單元用于根據(jù)所述力反饋烈度控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動，所述阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)所述阻尼力控制信號產(chǎn)生阻尼力。
11.根據(jù)權利要求9 所述的立體交互顯示裝置，其特征在于，在所述虛擬物體的預設屬性為可發(fā)生彈性碰撞的彈性物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體的碰撞動量信息，所述操作類型信息具體為碰撞類型信息，所述立體交互操作棒包括力反饋單元和阻尼發(fā)生單元； 所述交互反饋單元計算出所述立體交互操作棒與所述虛擬物體在碰撞位置上的所述碰撞動量信息，并在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度計算出的交互反饋信息具體包括力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息，或者，在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，根據(jù)所述碰撞動量信息和所述虛擬物體的預設質(zhì)量和硬度，計算出的交互反饋信息具體包括阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及力反饋烈度信息； 在碰撞發(fā)生在屏幕外視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元根據(jù)所述力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號，或者，在碰撞發(fā)生在屏幕內(nèi)視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元根據(jù)所述阻尼大小信息和阻尼持續(xù)時間信息以及反饋烈度向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號； 其中，所述力反饋單元用于根據(jù)所述力反饋烈度控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動，所述阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)所述阻尼力控制信號產(chǎn)生阻尼力。
12.根據(jù)權利要求9所述的立體交互顯示裝置，其特征在于，在所述虛擬物體的預設屬性為多層硬度物體時，所述侵略度信息具體為所述虛擬物體被侵入破壞的長度，所述操作類型信息具體為侵入破壞類型信息，所述立體交互操作棒包括力反饋單元和阻尼發(fā)生單元; 所述交互反饋單元根據(jù)預設的每層硬度與阻尼力的對應關系，計算當前侵入長度所對應的總阻尼力信息，所述總阻尼力信息為所述交互反饋信息； 在被侵入的虛擬物體在屏幕外視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元將所述總阻尼力信息轉換成力反饋烈度信息和力反饋持續(xù)時間信息后向所述立體交互操作棒上的力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號； 在被侵入的虛擬物體在屏幕內(nèi)視差時，所述第一控制信號為所述交互邏輯單元根據(jù)所述總阻尼力信息向所述立體交互操作棒上的阻尼發(fā)生單元輸出的阻尼力控制信號以及向所述力反饋單元輸出的力反饋烈度控制信號； 其中，所述力反饋單元用于根據(jù)所述力反饋烈度控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動，所述阻尼發(fā)生單元用于根據(jù)所述阻尼力控制信號產(chǎn)生阻尼力。
13.根據(jù)權利要求10、11或12所述的立體交互顯示裝置，其特征在于，所述顯示單元根據(jù)所述第二控制信號使所述虛擬物體做出與所述操作類型和所述虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
14.一種立體交互操作棒，其特征在于，包括: 狀態(tài)反饋單元，接 收來自如權利要求8至12中任一項所述的立體交互顯示裝置的第一控制信號，所述立體交互操作棒根據(jù)接收到的第一控制信號做出與虛擬物體的預設屬性相匹配的反應。
15.根據(jù)權利要求14所述的立體交互操作棒，其特征在于，所述狀態(tài)反饋單元包括: 阻尼發(fā)生單元，用于根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生阻尼力； 力反饋單元，用于根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生相應振幅的振動。
16.—種立體交互系統(tǒng),其特征在于,包括: 如權利要求14或15所述的立體交互操作棒；以及 如權利要求8至12中任一項所述的立體交互顯示裝置。
【文檔編號】G06F3/01GK103995584SQ201410179098
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】蔣凌鋒 申請人:深圳超多維光電子有限公司