本發(fā)明涉及頭戴顯示器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)等技術(shù)近年來(lái)因?yàn)楦鞣矫婕夹g(shù)漸漸成熟以后形成新產(chǎn)品的熱點(diǎn)領(lǐng)域。因?yàn)檫@些技術(shù)可以給人帶來(lái)更多維度的感官體驗(yàn)，因此這些領(lǐng)域里的人機(jī)交互也是當(dāng)前業(yè)界研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。從市場(chǎng)狀況看，目前主流的VR設(shè)備主要由分為兩大類:1.低成本的，使用手機(jī)作為顯示器的頭戴VR頭盔，其中最典型的代表是google較早時(shí)候發(fā)布的“紙盒子”VR顯示器(如圖1所示)，國(guó)內(nèi)典型產(chǎn)品代表是暴風(fēng)魔鏡系列。這類VR設(shè)備的人機(jī)交互一般為藍(lán)牙連接的手柄通過(guò)按鍵進(jìn)行人機(jī)交互，對(duì)于虛擬空間內(nèi)的物體則通過(guò)手機(jī)內(nèi)置的陀螺儀系統(tǒng)測(cè)量觀看者的頭部姿態(tài)，通過(guò)畫(huà)面中設(shè)置的準(zhǔn)心對(duì)準(zhǔn)UI使用按鍵進(jìn)行交互；或是在手柄上設(shè)置多軸MEMS傳感器組成的慣導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量手柄的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以進(jìn)行交互。2.高成本的，諸如HTCVIVE和SONYPLAYSTATIONVR一類的綜合性VR設(shè)備，這類設(shè)備的特點(diǎn)是在使用VR設(shè)備的環(huán)境里設(shè)置多個(gè)定位基站來(lái)對(duì)玩家頭盔或手柄的空間位置進(jìn)行測(cè)量。如圖2(包括圖2a和圖2b)所示，例如HTCVIVE采用的Lighthouse技術(shù)利用了機(jī)械旋轉(zhuǎn)的X,Y軸線掃紅外激光來(lái)掃描玩家的活動(dòng)空間，頭盔以及控制器安裝有數(shù)量非常多的光敏器件，通過(guò)測(cè)量紅外激光掃描到達(dá)光敏器件的時(shí)間差來(lái)重建頭盔和控制器的空間位置和姿態(tài)。另外還有諸如微軟的HoloLens一類采用圖像處理來(lái)進(jìn)行交互的AR設(shè)備。對(duì)于第一類低成本VR設(shè)備，它們的交互手段單一，缺乏空間深度感；同時(shí)以MEMS構(gòu)成的慣導(dǎo)系統(tǒng)需要把多個(gè)MEMES慣導(dǎo)系統(tǒng)的輸出的姿態(tài)進(jìn)行融合，并且由于目前業(yè)界絕大部分磁傳感器器件間一致性都不太好，導(dǎo)致解算出的航偏角偏差較大，難以較好的測(cè)量出控制器與顯示器之間的相對(duì)關(guān)系。對(duì)于第二類VR設(shè)備現(xiàn)有技術(shù)均需要在VR場(chǎng)景內(nèi)設(shè)置定位基站，安裝調(diào)試復(fù)雜而繁瑣，硬件成本高且必須活動(dòng)空間限制在某個(gè)區(qū)域內(nèi)。對(duì)于其他采用圖像識(shí)別類的交互手段，數(shù)據(jù)處理量大，功耗高，延時(shí)和響應(yīng)都不是很好。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)，所述頭戴顯示器包括頭戴顯示器本體和至少一個(gè)手持控制器，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括安裝于所述手持控制器上的第一交互單元和至少一個(gè)安裝于所述頭戴顯示器本體上的第二交互單元，其中，所述第一交互單元包括第一射頻收發(fā)器和至少一個(gè)超聲波發(fā)射器；所述第二交互單元包括第二射頻收發(fā)器和至少三個(gè)位于同一平面的超聲波傳感器；所述第一交互單元發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波信號(hào)至所述第二交互單元，所述第二交互單元接收并處理所述數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波信號(hào)，得到所述手持控制器發(fā)出的控制指令和所述手持控制器相對(duì)于所述頭戴顯示器本體的空間位置。進(jìn)一步，在本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)中，所述第一交互單元還包括：與所述超聲波發(fā)射器連接、用于驅(qū)動(dòng)所述超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路；與所述驅(qū)動(dòng)電路和所述第一射頻收發(fā)器連接、用于控制所述驅(qū)動(dòng)電路和所述第一射頻收發(fā)器的第一微控制器。進(jìn)一步，在本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)中，所述第一交互單元還包括與所述第一微控制器連接、用于感測(cè)用戶操作指令的控制指令感應(yīng)器；所述控制指令感應(yīng)器包括姿態(tài)檢測(cè)模塊、機(jī)械按鍵、電容觸摸按鍵、電容觸摸滑條、電容觸摸面板、手指彎曲傳感器、手指導(dǎo)航傳感器中的一種或多種。優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)中，所述手持控制器包括指環(huán)、手柄、模擬槍、手套中的一種或多種。進(jìn)一步，在本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)中，所述第二交互單元還包括：與所述第二射頻收發(fā)器和所述超聲波傳感器連接、用于處理所述第二射頻收發(fā)器接收的數(shù)據(jù)信號(hào)和所述超聲波傳感器接收的超聲波信號(hào)的第二微控制器；所述第二微控制器具有至少四個(gè)外部中斷，其中一個(gè)所述外部中斷連接所述第二射頻收發(fā)器，其余所述外部中斷分別通過(guò)放大調(diào)理電路連接所述超聲波傳感器；其中一個(gè)所述第二交互單元安裝在所述頭戴顯示器本體的正面，其余所述第二交互單元分別安裝在所述頭戴顯示器本體的不同側(cè)面。優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)中，所述第二微控制器具有四個(gè)外部中斷：第一外部中斷、第二外部中斷、第三外部中斷、第四外部中斷，其中，所述第一外部中斷連接所述第二射頻收發(fā)器；所述第二外部中斷通過(guò)第一放大調(diào)理電路連接所述第一超聲波傳感器；所述第三外部中斷通過(guò)第二放大調(diào)理電路連接所述第二超聲波傳感器；所述第四外部中斷通過(guò)第三放大調(diào)理電路連接所述第三超聲波傳感器。另，本發(fā)明還提供一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法，所述頭戴顯示器包括頭戴顯示器本體和至少一個(gè)手持控制器，包括：所述手持控制器通過(guò)第一交互單元的第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，并在發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)或延后第一預(yù)設(shè)時(shí)間通過(guò)超聲波發(fā)射器發(fā)送超聲波信號(hào)；所述頭戴顯示器本體通過(guò)第二交互單元的第二射頻收發(fā)器接收所述數(shù)據(jù)信號(hào)，所述第二交互單元的超聲波傳感器接收所述超聲波信號(hào)；所述第二交互單元處理所述數(shù)據(jù)信號(hào)，得到所述手持控制器發(fā)出的控制指令；所述第二交互單元根據(jù)所述超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)所述超聲波傳感器的時(shí)間得到所述超聲波發(fā)射器與每個(gè)所述超聲波傳感器之間的距離；根據(jù)所述超聲波發(fā)射器與每個(gè)所述超聲波傳感器之間的距離，解算出所述手持控制器相對(duì)于所述頭戴顯示器本體的空間位置。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法，所述手持控制器通過(guò)第一交互單元的第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，包括：預(yù)設(shè)所有所述手持控制器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射順序，數(shù)據(jù)信號(hào)中包含用于標(biāo)記所述手持控制器的順序信息；所述手持控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至其余所述手持控制器；其余所述手持控制器接收并識(shí)別數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)的順序信息，根據(jù)所述順序信息和預(yù)設(shè)的發(fā)射順序，對(duì)應(yīng)發(fā)射順序的下一個(gè)所述手持控制器延后第二預(yù)設(shè)時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)；或其余所述手持控制器接收到數(shù)據(jù)信號(hào)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)射順序，依次延時(shí)Tsafe、2Tsafe直到nTsafe發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，其中，所述Tsafe為第三預(yù)設(shè)時(shí)間，所述n為所述手持控制器的數(shù)量。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法，所述根據(jù)所述超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)所述超聲波傳感器的時(shí)間得到所述超聲波發(fā)射器與每個(gè)所述超聲波傳感器之間的距離，包括：以所述第二射頻收發(fā)器接收到所述數(shù)據(jù)信號(hào)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，分別以每個(gè)所述超聲波傳感器接收到所述超聲波信號(hào)作為計(jì)時(shí)終點(diǎn)，得到所述超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)所述超聲波傳感器的時(shí)間；從所述超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)所述超聲波傳感器的時(shí)間中去除偏置時(shí)間，再根據(jù)聲速計(jì)算出所述超聲波發(fā)射器與每個(gè)所述超聲波傳感器之間的距離。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法，所述第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)包括：姿態(tài)檢測(cè)模塊、機(jī)械按鍵、電容觸摸按鍵、電容觸摸滑條、電容觸摸面板、手指彎曲傳感器、手指導(dǎo)航傳感器中的一種或多種產(chǎn)生的控制指令。實(shí)施本發(fā)明的一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果：頭戴顯示器包括頭戴顯示器本體和至少一個(gè)手持控制器，人機(jī)交互系統(tǒng)包括安裝于手持控制器上的第一交互單元和至少一個(gè)安裝于頭戴顯示器本體上的第二交互單元，其中，第一交互單元包括第一射頻收發(fā)器和至少一個(gè)超聲波發(fā)射器；第二交互單元包括第二射頻收發(fā)器和至少三個(gè)位于同一平面的超聲波傳感器；第一交互單元發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波信號(hào)至第二交互單元，第二交互單元接收并處理數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波信號(hào)，得到手持控制器發(fā)出的控制指令和手持控制器相對(duì)于頭戴顯示器本體的空間位置。通過(guò)實(shí)施本發(fā)明，交互系統(tǒng)不需要攝像頭，不怕環(huán)境光的影響，也不需要占用處理器進(jìn)行復(fù)雜的圖像處理；同時(shí)降低功耗，降低成本。附圖說(shuō)明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中簡(jiǎn)易頭戴顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)雜頭戴顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是安裝在手持控制器上的第一交互單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是安裝在頭戴顯示器本體上的第二交互單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是手持控制器形態(tài)為指環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是手持控制器形態(tài)為手柄的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是手持控制器形態(tài)為模擬槍的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是手持控制器形態(tài)為手套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是安裝有多個(gè)第二交互單元的頭戴顯示器本體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是安裝有一個(gè)第二交互單元的頭戴顯示器本體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法的流程示意圖；圖12是定位單個(gè)手持控制器時(shí)手持控制器工作的時(shí)序圖；圖13是定位單個(gè)手持控制器時(shí)頭戴顯示器本體工作的時(shí)序圖；圖14是頭戴顯示器包含多個(gè)手持控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是同時(shí)定位2個(gè)手持控制器時(shí)手持控制器0和1的工作的時(shí)序圖；圖16是同時(shí)定位2個(gè)手持控制器時(shí)頭戴顯示器本體的工作的時(shí)序圖；圖17是用直接延時(shí)法定位2個(gè)手持控制器時(shí)手持控制器0和1的工作的時(shí)序圖；圖18是用直接延時(shí)法定位2個(gè)手持控制器時(shí)頭戴顯示器本體的工作的時(shí)序圖；圖19是超聲波發(fā)射器和超聲波接收器1～3之間的位置關(guān)系模型圖。具體實(shí)施方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。如圖3-4所示，是本發(fā)明的第一實(shí)施例。本實(shí)施例公開(kāi)一種人機(jī)交互系統(tǒng)，該人機(jī)交互系統(tǒng)用于頭戴顯示器，頭戴顯示器包括但不限于：VR(VirtualReality，虛擬現(xiàn)實(shí))、AR(AugmentedReality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))、MR(Mixreality，混合現(xiàn)實(shí))等。頭戴顯示器包括頭戴顯示器本體和至少一個(gè)手持控制器，手持控制器用于控制頭戴顯示器本體，可采用單個(gè)手持控制器控制頭戴顯示器本體，進(jìn)行操作；或采用多個(gè)手持控制器相互配合控制頭戴顯示器本體，進(jìn)行操作。人機(jī)交互系統(tǒng)包括安裝于手持控制器上的第一交互單元和至少一個(gè)安裝于頭戴顯示器本體上的第二交互單元；第一交互單元發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波信號(hào)至第二交互單元，第二交互單元接收并處理數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波信號(hào)，得到手持控制器發(fā)出的控制指令和手持控制器相對(duì)于頭戴顯示器本體的空間位置。以下分別對(duì)第一交互單元和第二交互單元進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖3是安裝在手持控制器上的第一交互單元的結(jié)構(gòu)示意圖；具體的，第一交互單元包括：第一微控制器、第一射頻收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路、至少一個(gè)超聲波發(fā)射器、控制指令感應(yīng)器；其中，第一微控制器分別連接第一射頻收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路、控制指令感應(yīng)器，第一微控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連接超聲波發(fā)射器，可以理解，當(dāng)超聲波發(fā)射器為多個(gè)時(shí)，對(duì)應(yīng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號(hào)；控制指令感應(yīng)器用于感測(cè)用戶操作動(dòng)作，產(chǎn)生操作指令；第一微控制器用于控制驅(qū)動(dòng)電路、第一射頻收發(fā)器、控制指令感應(yīng)器。優(yōu)選地，手持控制器上設(shè)置有用于為第一交互單元提供電能的電池。優(yōu)選地，控制指令感應(yīng)器包括姿態(tài)檢測(cè)模塊、機(jī)械按鍵、電容觸摸按鍵、電容觸摸滑條、電容觸摸面板、手指彎曲傳感器、手指導(dǎo)航傳感器中的一種或多種?？梢岳斫?，以上幾種控制指令感應(yīng)器用于感測(cè)用戶操作動(dòng)作，產(chǎn)生操作指令，如用戶的手指運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、或安裝在手持控制器上的機(jī)械按鍵狀態(tài)等。用戶通過(guò)控制指令感應(yīng)器產(chǎn)生各種操作信號(hào)，操作信號(hào)由第一微控制器處理后，經(jīng)過(guò)第一射頻收發(fā)器發(fā)送出去，傳送至頭戴顯示器本體的第二交互單元。優(yōu)選地，超聲波發(fā)射器優(yōu)選為柱狀PVDF薄膜超聲波發(fā)射器，例如TEConnectivity公司就有生產(chǎn)這類超聲波發(fā)射器，發(fā)射頻率為40Khz或80Khz，發(fā)射角度為全向360度。優(yōu)選地，在本發(fā)明的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互系統(tǒng)中，手持控制器包括指環(huán)、手柄、模擬槍、手套中的一種或多種，具體如圖5-9所示。如圖5所示，是本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖5是本實(shí)施例的手持控制器形態(tài)為指環(huán)的示意圖，指環(huán)上設(shè)置有超聲波發(fā)射器和按鍵，一般地，超聲波發(fā)射器設(shè)置的位置應(yīng)當(dāng)在使用手指交互的過(guò)程中全程超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器之間都不易被遮擋的位置?？梢岳斫猓腑h(huán)上設(shè)置有第一微控制器、第一射頻收發(fā)器、以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路；按鍵用于接收用戶操作動(dòng)作，產(chǎn)生控制信息。如圖6所示，是本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖6是本實(shí)施例的手持控制器形態(tài)為手柄的示意圖。手柄上設(shè)置有超聲波發(fā)射器和多個(gè)按鍵，圖中展示了一個(gè)重要細(xì)節(jié)，即超聲波發(fā)射器外部安裝有一環(huán)形排列柵格孔的護(hù)罩，采用柱狀PVDF壓電薄膜超聲波發(fā)射器在該形態(tài)的保護(hù)罩下能夠很好的全向發(fā)射超聲波，在不影響定位的情況下還可以保證產(chǎn)品的美觀和保護(hù)超聲波發(fā)射器不損壞?？梢岳斫?，指環(huán)上設(shè)置有第一微控制器、第一射頻收發(fā)器、以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路；按鍵用于接收用戶操作動(dòng)作，產(chǎn)生控制信息。如圖7所示，是本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖7是本實(shí)施例的手持控制器形態(tài)為模擬槍的示意圖。模擬槍在槍后端設(shè)置有超聲波發(fā)射器，以及扳機(jī)式按鍵和普通按鍵A、B。通過(guò)這樣的硬件在VR/AR環(huán)境下玩射擊游戲可以得到非常好的游戲體驗(yàn)，能夠通過(guò)對(duì)槍的空間位置追蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)逼真的槍械瞄準(zhǔn)體驗(yàn)。如圖8所示，是本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖8是本實(shí)施例的手持控制器形態(tài)為手套的示意圖。手套上在虎口處設(shè)置有超聲波發(fā)射器，這樣的可以保證在大部分使用手在VR/AR天然視野內(nèi)的頭戴顯示器本體都可以較好的接收到超聲波信號(hào)。另外各個(gè)手指還設(shè)置有彎曲傳感器，例如SpectraSymbol公司生產(chǎn)的彎曲敏感電阻，或是由彎曲敏感光纖制成的光纖彎曲傳感器，當(dāng)用戶手指彎曲時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)這樣的硬件可以實(shí)現(xiàn)在VR/AR的人自然視野內(nèi)追蹤手部位置并識(shí)別各種手勢(shì)，例如抓取不同距離的物體并將其放置到其他距離。圖4是安裝在頭戴顯示器本體的第二交互單元的結(jié)構(gòu)示意圖。具體的，第二交互單元通過(guò)有線或藍(lán)牙/wifi/zigbee等無(wú)線通信接口連接至頭戴顯示器本體的主系統(tǒng)，將全部輸入的交互信息傳送給AR/VR主系統(tǒng)進(jìn)行處理?？梢岳斫?，第一交互單元的第一射頻收發(fā)器和第二交互單元的第二射頻收發(fā)器應(yīng)當(dāng)是相互匹配的，例如市場(chǎng)上常見(jiàn)的2.4G射頻收發(fā)器，有NORDIC公司的NRF24L01系列，上海鏈接電子公司的LT89xx系列。其中第二射頻收發(fā)器與第二微控制器第一外部中斷連接的引腳應(yīng)當(dāng)是數(shù)據(jù)包中斷輸出引腳，上述的NRF24L01系列和LT89xx系列均有該引腳。超聲波傳感器1～3優(yōu)選為MEMS硅麥克風(fēng)，Knowles公司有生產(chǎn)該類型的硅麥克風(fēng)，該類傳感器的體積非常小，容易集成到頭戴顯示器上。超聲波傳感器1～3通過(guò)放大調(diào)理電路1～3的調(diào)理整形比較后將接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為第二微控制器可以識(shí)別的電平跳變。優(yōu)選地，當(dāng)?shù)诙换卧獮槎鄠€(gè)時(shí)，其中一個(gè)第二交互單元安裝在頭戴顯示器本體的正面，其余第二交互單元分別安裝在頭戴顯示器本體的不同側(cè)面。如圖9所示，圖9是本實(shí)施例一種頭戴顯示器本體的示意圖。圖中顯示頭戴顯示器本體的1、2、3、4四個(gè)面，其中，1面為頭戴顯示器本體的正面，2、3、4面為頭戴顯示器本體的側(cè)面。若頭戴顯示器本體僅設(shè)置有一個(gè)第二交互單元，則該第二交互單元安裝在頭戴顯示器本體的1面；若頭戴顯示器本體僅設(shè)置有多個(gè)第二交互單元，則其中一個(gè)第二交互單元安裝在頭戴顯示器本體的1面，其余第二交互單元分別安裝在頭戴顯示器本體的2、3、4面。第二交互單元包括：第二微控制器、第二射頻收發(fā)器、放大調(diào)理電路、至少三個(gè)位于同一平面的超聲波傳感器；其中，第二微控制器連接第二射頻收發(fā)器，第二微控制器通過(guò)放大調(diào)理電路分別連接超聲波傳感器。第二微控制器處理第二射頻收發(fā)器接收的數(shù)據(jù)信號(hào)和超聲波傳感器接收的超聲波信號(hào)；進(jìn)一步，第二微控制器具有至少四個(gè)外部中斷，其中一個(gè)外部中斷連接第二射頻收發(fā)器，其余外部中斷分別通過(guò)放大調(diào)理電路連接超聲波傳感器。優(yōu)選地，第二微控制器具有四個(gè)外部中斷：第一外部中斷、第二外部中斷、第三外部中斷、第四外部中斷，其中，第一外部中斷連接第二射頻收發(fā)器；第二外部中斷通過(guò)第一放大調(diào)理電路連接第一超聲波傳感器；第三外部中斷通過(guò)第二放大調(diào)理電路連接第二超聲波傳感器；第四外部中斷通過(guò)第三放大調(diào)理電路連接第三超聲波傳感器。如圖10所示，是本發(fā)明的第六實(shí)施例。圖10是實(shí)施例的頭戴顯示器本體的結(jié)構(gòu)示意圖。頭戴顯示器本體設(shè)置有三個(gè)超聲波傳感器1～3，超聲波傳感器1～3設(shè)置在頭戴顯示器人眼自然視野方向的平面上，可以在同一平面內(nèi)采用任意布置，不限于圖中所展示的布局，根據(jù)工程實(shí)踐，在3個(gè)超聲波傳感器中的某1個(gè)作為原點(diǎn)的情況下，另外2個(gè)超聲波傳感器分別在x和y方向上與原點(diǎn)的距離應(yīng)當(dāng)足夠大以產(chǎn)生足夠的分辨率，以VR頭戴顯示器為例，合適的距離應(yīng)當(dāng)在10～25cm之間。如圖11所示，是本發(fā)明的第七實(shí)施例。圖11是一種用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法的流程示意圖，頭戴顯示器包括頭戴顯示器本體和至少一個(gè)手持控制器，該方法包括：步驟S1：手持控制器通過(guò)第一交互單元的第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，并在發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)或延后第一預(yù)設(shè)時(shí)間通過(guò)超聲波發(fā)射器發(fā)送超聲波信號(hào)；優(yōu)選地，第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)包括：姿態(tài)檢測(cè)模塊、機(jī)械按鍵、電容觸摸按鍵、電容觸摸滑條、電容觸摸面板、手指彎曲傳感器、手指導(dǎo)航傳感器中的一種或多種產(chǎn)生的控制指令。優(yōu)選地，手持控制器僅有一個(gè)時(shí)，手持控制器通過(guò)第一交互單元的第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，包括：預(yù)設(shè)手持控制器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射順序，數(shù)據(jù)信號(hào)中包含用于標(biāo)記手持控制器的順序信息；手持控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至其余手持控制器；其余手持控制器接收并識(shí)別數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)的順序信息，根據(jù)順序信息和預(yù)設(shè)的發(fā)射順序，對(duì)應(yīng)發(fā)射順序的下一個(gè)手持控制器延后第二預(yù)設(shè)時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)；請(qǐng)參考圖12，圖12所示的是手持控制器工作的時(shí)序圖。其中Tw是兩次空間定位的間隔時(shí)間，根據(jù)工程實(shí)踐，為了保證空間位置追蹤的流暢這個(gè)Tw應(yīng)當(dāng)小于50ms，最佳的是20～30ms。當(dāng)每個(gè)Tw時(shí)間的開(kāi)始，第一微控制器控制第一射頻收發(fā)器將上一次Tw時(shí)間里獲取的控制指令感應(yīng)器的輸入信息作為數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，在延時(shí)Td后，控制驅(qū)動(dòng)電路讓超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波。根據(jù)工程實(shí)踐，Td的長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)包大小有關(guān)系，應(yīng)當(dāng)為第一射頻收發(fā)器的數(shù)據(jù)包完全發(fā)送后延時(shí)至少500us為較佳設(shè)置。在完成這些工作后，其余時(shí)間第一微控制器可以繼續(xù)獲取和處理其他人機(jī)輸入硬件的交互信息，例如讀取姿態(tài)測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)、掃描機(jī)械按鍵，讀取電容觸摸按鍵/滑條/面板、彎曲傳感器的數(shù)據(jù)等。優(yōu)選地，如圖14所示，圖14是本實(shí)施例頭戴顯示器包含多個(gè)手持控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體的，手持控制器為多個(gè)，分別記為手持控制器1-n，n為手持控制器的數(shù)量。手持控制器通過(guò)第一交互單元的第一射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，包括：預(yù)設(shè)所有手持控制器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射順序，數(shù)據(jù)信號(hào)中包含用于標(biāo)記手持控制器的順序信息；手持控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至其余手持控制器；其余手持控制器接收到數(shù)據(jù)信號(hào)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)射順序，依次延時(shí)Tsafe、2Tsafe直到nTsafe發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，其中，Tsafe為第三預(yù)設(shè)時(shí)間，n為手持控制器的數(shù)量。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：手持控制器0的射頻收發(fā)器在Tw內(nèi)按照前述的方法第一個(gè)發(fā)送交互數(shù)據(jù)包0和超聲波信號(hào)，其余手持控制器節(jié)點(diǎn)和頭戴顯示器本體的射頻收發(fā)器都設(shè)置為接收狀態(tài)。當(dāng)手持控制器1接收到數(shù)據(jù)包0后，延時(shí)Tsafe后按照前述的方法發(fā)送交互數(shù)據(jù)包1和超聲波信號(hào)，然后手持控制器2接收到交互數(shù)據(jù)包1后延時(shí)Tsafe后按照前述的方法發(fā)送交互數(shù)據(jù)包2和超聲波信號(hào)，以此類推。的Tsafe是單個(gè)通道定位時(shí)超聲波傳輸?shù)陌踩g隔時(shí)間。其中交互數(shù)據(jù)包0～n內(nèi)應(yīng)當(dāng)包含該手持控制器的順序信息以供頭戴顯示器本體和其他手持控制器節(jié)點(diǎn)分辨當(dāng)前工作的節(jié)點(diǎn)是哪個(gè)。所有成員的射頻收發(fā)器的同步字(即syncword)應(yīng)當(dāng)一致的以保證某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候能夠達(dá)到廣播給全體成員的效果。如圖15和圖16所示，圖15和圖16給出了同時(shí)定位2個(gè)手持控制器的時(shí)序圖。圖15所示的是手持控制器0和1的工作時(shí)序，圖16所示的是頭戴顯示器本體的工作時(shí)序。根據(jù)圖16所測(cè)得的Tt01、Tt02和Tt03去除偏置時(shí)間Td得到的T01、T02和T03可以求出手持控制器0的空間位置，Tt11、Tt12和Tt13去除偏置時(shí)間Td得到T11、T12和T13可以求出手持控制器1的空間位置。特別地，當(dāng)除了手持控制器0以外的其他手持控制器節(jié)點(diǎn)僅需要定位功能的情況下，其他手持控制節(jié)點(diǎn)也可以在收到交互數(shù)據(jù)包0后根據(jù)自身節(jié)點(diǎn)的順序依次延時(shí)Tsafe、2*Tsafe直到n*Tsafe然后直接發(fā)送超聲波信號(hào)，此時(shí)可以事先測(cè)得每個(gè)節(jié)點(diǎn)超聲波發(fā)射和交互數(shù)據(jù)包0的總間隔時(shí)間為T(mén)delay1、Tdelay2直到Tdelayn，頭戴顯示器本體可以通過(guò)Tdelay1～n作為間隔將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間分離出來(lái)，從而不需要其他手持控制器節(jié)點(diǎn)再發(fā)送射頻數(shù)據(jù)包作為同步。請(qǐng)參考圖17和圖18，圖17和圖18給出了采用上述直接延時(shí)法來(lái)定位2個(gè)手持控制器的時(shí)序圖。圖17所示的是手持控制器0和1的工作時(shí)序，圖18所示的是頭戴顯示器本體的工作時(shí)序。根據(jù)圖16所測(cè)得的Tt01、Tt02和Tt03去除偏置時(shí)間Td得到的T01、T02和T03可以求出手持控制器0的空間位置，Tt11、Tt12和Tt13去除偏置時(shí)間Tdelay1得到T11、T12和T13可以求出手持控制器1的空間位置。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，VR/AR交互模式中超聲波的傳播距離均在1m以下，Tsafe設(shè)置為10ms～15ms并且手持控制器的節(jié)點(diǎn)為2個(gè)能夠獲得較好的交互體驗(yàn)。步驟S2：頭戴顯示器本體通過(guò)第二交互單元的第二射頻收發(fā)器接收數(shù)據(jù)信號(hào)，第二交互單元的超聲波傳感器接收超聲波信號(hào)；請(qǐng)參考圖13，圖13所示的是頭戴顯示器本體工作的時(shí)序圖。其中Tw長(zhǎng)度由手持控制器本體的發(fā)射間隔決定。在第二微控制器接收第二射頻收發(fā)器的數(shù)據(jù)包中斷信號(hào)時(shí)，開(kāi)啟計(jì)時(shí)，分別以超聲波接收中斷信號(hào)為結(jié)束標(biāo)志分別得到3個(gè)時(shí)間Tt1、Tt2和Tt3；Tt1、Tt2和Tt3中都包含了手持控制器第一射頻控制器和超聲波發(fā)射器的發(fā)射間隔Td，因此要去除這個(gè)固定的偏置時(shí)間分別得到T1、T2和T3。T1、T2和T3分別乘以聲速即可以得到超聲波發(fā)射器和超聲波接收器1～3之間的距離。步驟S3：第二交互單元處理數(shù)據(jù)信號(hào)，得到手持控制器發(fā)出的控制指令；步驟S4：第二交互單元根據(jù)超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)超聲波傳感器的時(shí)間得到超聲波發(fā)射器與每個(gè)超聲波傳感器之間的距離；優(yōu)選地，本發(fā)明的用于頭戴顯示器的人機(jī)交互方法，根據(jù)超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)超聲波傳感器的時(shí)間得到超聲波發(fā)射器與每個(gè)超聲波傳感器之間的距離，包括：以第二射頻收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)信號(hào)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，分別以每個(gè)超聲波傳感器接收到超聲波信號(hào)作為計(jì)時(shí)終點(diǎn)，得到超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)超聲波傳感器的時(shí)間；從超聲波信號(hào)到達(dá)每個(gè)超聲波傳感器的時(shí)間中去除偏置時(shí)間，再根據(jù)聲速計(jì)算出超聲波發(fā)射器與每個(gè)超聲波傳感器之間的距離。步驟S5：根據(jù)超聲波發(fā)射器與每個(gè)超聲波傳感器之間的距離，解算出手持控制器相對(duì)于頭戴顯示器本體的空間位置。根據(jù)超聲波發(fā)射器與每個(gè)超聲波傳感器之間的距離，解算出手持控制器相對(duì)于頭戴顯示器本體的空間位置，包括：如圖19所示，是超聲波發(fā)射器和超聲波接收器1～3之間的位置關(guān)系模型圖。第二交互單元包括第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器，分別記第一超聲波傳感器坐標(biāo)為R1(0,0,0)、第二超聲波傳感器坐標(biāo)為R2(x1,y1,0)、第三超聲波傳感器坐標(biāo)為R3(x2,y2,0)、以及記超聲波發(fā)射器坐標(biāo)為UST(x,y,z)，且UST點(diǎn)始終在z軸的正半軸區(qū)域活動(dòng)，設(shè)UST點(diǎn)到R1、R2、R3點(diǎn)的距離分別為D0、D1、D2，則，D02=x2+y2+z2D12=(x-x1)2+(y-y1)2+z2D22=(x-x2)2+(y-y2)2+z2]]>解該方程得到：x=y1(D02-D22+x22+y22)-y2(D02-D12+x12+y12)2x2y1-2x1y2y=x1(D02-D22+x22+y22)-x2(D02-D12+x12+y12)2x1y2-2x2y1]]>將x,y帶入原方程求出z，得到UST點(diǎn)的空間位置(x,y,z)。工程實(shí)踐顯示，在最佳的情況下，采用該人機(jī)交互系統(tǒng)做人機(jī)交互時(shí)，空間定位可以達(dá)到0.1mm級(jí)的分辨率。這種方法巧妙地利用了手持控制器與AR/VR核心處理系統(tǒng)的無(wú)線通信本身的信號(hào)作為同步計(jì)時(shí)信號(hào)，既可以在實(shí)現(xiàn)傳輸姿態(tài)檢測(cè)模塊、按鍵、觸摸按鍵/滑條/面板、彎曲傳感器等硬件所輸入交互信息的同時(shí)，還可以作為實(shí)現(xiàn)手持控制器的空間定位的同步信號(hào)。由于手持控制器的定位是相對(duì)于頭戴顯示器本體的，當(dāng)頭戴顯示器本體姿態(tài)和位置變化時(shí)，所得到的定位數(shù)據(jù)也會(huì)天然的發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化而無(wú)需額外處理，使得一般VR/AR領(lǐng)域中的人機(jī)交互中手持控制器與頭戴顯示器本體之間需要的復(fù)雜姿態(tài)融合與位置融合的問(wèn)題得到了較好的解決。另一方面，對(duì)比采用圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)的同領(lǐng)域技術(shù)方案，本發(fā)明有以下優(yōu)勢(shì)：1.不需要攝像頭，不怕環(huán)境光的影響，也不需要占用處理器進(jìn)行復(fù)雜的圖像處理；2.功耗低，在3.3V供電的前提下，頭戴顯示器本體的電流可以控制在50mA以下，手持控制器端的電流可以控制在20mA以下；3.硬件簡(jiǎn)單，成本較低。以上實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)此實(shí)施，并不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡跟本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3