本發(fā)明涉及三維顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種三維空間的交互系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)：

在目前的顯示領(lǐng)域，三維顯示技術(shù)給人們創(chuàng)造了虛擬的環(huán)境，可以使觀看者身臨其境的感受畫面中的各種場景；另外，體感交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶通過自己的肢體控制系統(tǒng)，使得用戶只需對著顯示器做出相應(yīng)的動(dòng)作，顯示器通過捕捉用戶的動(dòng)作使顯示畫面產(chǎn)生與用戶動(dòng)作相匹配的顯示圖像；然而，目前類似于kinect的體感交互技術(shù)，只能夠應(yīng)用于二維顯示的電視游戲中，而基于三維顯示的體感交互技術(shù)卻寥寥無幾。

基于此，如何將三維顯示技術(shù)與體感交互技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維空間的體感交互，提高用戶的交互體驗(yàn)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維空間的交互系統(tǒng)及其操作方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中如何將三維顯示技術(shù)與體感交互技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維空間的體感交互，提高用戶的交互體驗(yàn)。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維空間的交互系統(tǒng)，包括：眼定位裝置、空間定位裝置、以及主控裝置；其中，

所述眼定位裝置，用于確定操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度，并輸出至所述主控裝置；

所述空間定位裝置，用于確定所述操作者的各關(guān)節(jié)位置，并輸出至所述主控裝置；

所述主控裝置，包括：視場空間處理器、交互空間處理器、操作動(dòng)作處理器、互動(dòng)匹配處理器和圖像處理器；

所述視場空間處理器與所述眼定位裝置電連接，用于根據(jù)所述操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度確定視場空間；

所述交互空間處理器分別與所述空間定位裝置和所述視場空間處理器電連接，用于根據(jù)所述操作者的各關(guān)節(jié)位置確定交互空間，并將所述交互空間中與所述視場空間交疊的區(qū)域作為絕對交互空間，將其他所述交互空間的區(qū)域作為相對交互空間；

所述操作動(dòng)作處理器與所述空間定位裝置電連接，用于根據(jù)所述操作者的各關(guān)節(jié)位置的變化確定所述操作者的當(dāng)前動(dòng)作；

所述互動(dòng)匹配處理器分別與所述視場空間處理器、所述交互空間處理器和所述操作動(dòng)作處理器電連接，用于根據(jù)所述操作者的當(dāng)前動(dòng)作、所述操作者觀看到的虛擬物體與所述絕對交互空間三者之間的關(guān)系，確定所述操作者對選中的所述虛擬物體所需執(zhí)行的與所述當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作；

所述圖像處理器分別與所述互動(dòng)匹配處理器和所述視場空間處理器電連接，用于根據(jù)所述視場空間和所述操作者對選中的所述虛擬物體所需執(zhí)行的與所述當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作，生成對應(yīng)的三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述操作動(dòng)作處理器，具體用于根據(jù)所述操作者觸控部位的關(guān)節(jié)位置變化確定所述操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作；根據(jù)所述操作者非觸控部位的關(guān)節(jié)位置變化確定所述操作者的當(dāng)前肢體動(dòng)作。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述互動(dòng)匹配處理器，具體用于在確定所述操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于所述相對交互空間時(shí)，確定所述操作者對位于所述交互空間外的所述視場空間內(nèi)的所述虛擬物體執(zhí)行移動(dòng)至所述絕對交互空間內(nèi)的操作。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述視場空間處理器，還用于根據(jù)所述操作者眼睛的注視角度在所述視場空間內(nèi)確定注視空間；

所述互動(dòng)匹配處理器，具體用于在確定所述操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于相對交互空間時(shí)，確定所述操作者對位于所述交互空間外的所述注視空間內(nèi)的所述虛擬物體執(zhí)行移動(dòng)至所述絕對交互空間內(nèi)的操作。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述交互空間處理器，還用于將所述絕對交互空間中與所述注視空間交疊的區(qū)域作為精細(xì)交互空間；

所述互動(dòng)匹配處理器，具體用于在確定所述操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于絕對交互空間時(shí)，確定所述操作者對位于所述絕對交互空間內(nèi)選中的所述虛擬物體執(zhí)行對應(yīng)的操作。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述互動(dòng)匹配處理器，具體用于在確定所述操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于絕對交互空間時(shí)，確定所述操作者對僅位于所述精細(xì)交互空間內(nèi)選中的所述虛擬物體執(zhí)行對應(yīng)的操作。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述圖像處理器，還用于在所述操作者眼睛位置發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)所述操作者觀看同一所述虛擬物體時(shí)視角的變化，確定所述虛擬物體在所述三維圖像顯示裝置中的三維圖像位置，并生成對應(yīng)的三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置；其中，同一所述虛擬物體與所述三維圖像顯示裝置的位置關(guān)系相對固定。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述圖像處理器，具體用于采用如下公式確定所述虛擬物體在所述三維圖像顯示裝置中的三維圖像位置：

其中，(x1,y1)表示所述操作者眼睛的瞳距中心變化前的位置，(x2,y2)表示所述操作者眼睛的瞳距中心變化后的位置，(a1,b1)表示在所述操作者眼睛位置發(fā)生變化前，所述虛擬物體在所述三維圖像顯示裝置中的左眼圖像位置，(a2,b2)表示在所述操作者眼睛位置發(fā)生變化前，所述虛擬物體在所述三維圖像顯示裝置中的右眼圖像位置，(c1,d1)表示在所述操作者眼睛位置發(fā)生變化后，所述虛擬物體在所述三維圖像顯示裝置中的左眼圖像位置，(c2,d2)表示在所述操作者眼睛位置發(fā)生變化后，所述虛擬物體在所述三維圖像顯示裝置中的右眼圖像位置，d1表示所述操作者眼睛的瞳距。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述眼定位裝置，具體包括：第一紅外發(fā)射器、第一紅外攝像頭、以及第一處理芯片；其中，

所述第一紅外發(fā)射器，用于向所述操作者發(fā)射第一紅外信號；

所述第一紅外攝像頭，用于獲取所述操作者眼睛反射的第一紅外信號圖像；

所述第一處理芯片，用于根據(jù)所述紅外發(fā)射器發(fā)射的第一紅外信號、以及所述第一紅外攝像頭獲取到的所述操作者眼睛反射的第一紅外信號圖像，確定所述操作者眼睛位置和眼睛的注視角度，并輸出至所述主控裝置。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述空間定位裝置，具體包括：第二紅外發(fā)射器、第二紅外攝像頭、以及第二處理芯片；其中，

所述第二紅外發(fā)射器，用于向所述操作者發(fā)射第二紅外信號；

所述第二紅外攝像頭，用于獲取所述操作者的各關(guān)節(jié)位置反射的第二紅外信號圖像；

所述第二處理芯片，用于根據(jù)所述第二紅外發(fā)射器發(fā)射的第二紅外信號、以及所述第二紅外攝像頭獲取到的所述操作者的各關(guān)節(jié)位置反射的第二紅外信號圖像，確定所述操作者的各關(guān)節(jié)位置，并輸出至所述主控裝置。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述第一紅外發(fā)射器和所述第二紅外發(fā)射器為同一紅外發(fā)射器；所述第一紅外攝像頭和所述第二紅外攝像頭為同一紅外攝像頭。

在一種可能的實(shí)施方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述空間定位裝置，還包括：雷達(dá)檢測器和/或超聲波檢測器；其中，

所述雷達(dá)檢測器，用于采用雷達(dá)檢測所述操作者觸控部位的關(guān)節(jié)位置反射的雷達(dá)信號；

所述超聲波檢測器，用于采用超聲波檢測所述操作者觸控部位的關(guān)節(jié)位置反射的超聲波信號。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種上述三維空間的交互系統(tǒng)的操作方法，包括：

眼定位裝置確定操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度，并輸出至主控裝置；

空間定位裝置確定所述操作者的各關(guān)節(jié)位置，并輸出至所述主控裝置；

所述主控裝置中的視場空間處理器根據(jù)所述操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度確定視場空間；

所述主控裝置中的交互空間處理器根據(jù)所述操作者的各關(guān)節(jié)位置確定交互空間，并將所述交互空間中與所述視場空間交疊的區(qū)域作為絕對交互空間，將其他所述交互空間的區(qū)域作為相對交互空間；

所述主控裝置中的操作動(dòng)作處理器根據(jù)所述操作者的各關(guān)節(jié)位置的變化確定所述操作者的當(dāng)前動(dòng)作；

所述主控裝置中的互動(dòng)匹配處理器根據(jù)所述操作者的當(dāng)前動(dòng)作、所述操作者觀看到的虛擬物體與所述絕對交互空間三者之間的關(guān)系，確定所述操作者對選中的所述虛擬物體所需執(zhí)行的與所述當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作；

所述主控裝置中的圖像處理器根據(jù)所述視場空間和所述操作者對選中的所述虛擬物體所需執(zhí)行的與所述當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作，生成對應(yīng)的三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維空間的交互系統(tǒng)及其操作方法，該交互系統(tǒng)首先根據(jù)操作者的眼睛位置和眼睛的注視角度確定視場空間，根據(jù)操作者的各關(guān)節(jié)位置和視場空間確定絕對交互空間和相對交互空間，實(shí)現(xiàn)了對空間區(qū)域的劃分；然后，根據(jù)操作者的當(dāng)前動(dòng)作、操作者觀看到的虛擬物體與絕對交互空間三者之間的關(guān)系，確定操作者對選中的虛擬物體所需執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作，以實(shí)現(xiàn)在操作者產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)，對虛擬物體執(zhí)行與操作者的動(dòng)作相匹配的操作；最后，將生成的對應(yīng)三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置，實(shí)現(xiàn)三維圖像的顯示，完成三維空間的體感交互。因此，該交互系統(tǒng)不僅對空間區(qū)域進(jìn)行了劃分，還通過對操作者產(chǎn)生的動(dòng)作進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)人的操作與影像的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的體感交互體驗(yàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種三維空間的交互系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種三維空間的交互系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖3a和圖3b為本發(fā)明實(shí)施例中提供的三維圖像顯示裝置與眼睛的可視范圍之間關(guān)系的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中提供的眼睛的注視方向的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中提供的注視空間的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中提供的操作者的各關(guān)節(jié)位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中提供的交互空間的水平界面的示意圖；

圖8a和圖8b為本發(fā)明實(shí)施例中提供的交互空間的區(qū)域劃分的示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中提供的交互空間、視場空間和系統(tǒng)空間的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10a和圖10b本發(fā)明實(shí)施例中提供的對手指關(guān)節(jié)位置的檢測的示意圖；

圖11a至圖11c本發(fā)明實(shí)施例中提供的操作者對選中的虛擬物體執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作的示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例中提供的在操作者的眼睛位置發(fā)生變化時(shí)虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的左眼圖像和右眼圖像的位置變化的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維空間的交互系統(tǒng)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。需要說明的是，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維空間的交互系統(tǒng)，如圖1所示，可以包括：眼定位裝置100、空間定位裝置200、以及主控裝置300；其中，

眼定位裝置100，用于確定操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度，并輸出至主控裝置300；

空間定位裝置200，用于確定操作者的各關(guān)節(jié)位置，并輸出至主控裝置300；

主控裝置300，包括：視場空間處理器301、交互空間處理器302、操作動(dòng)作處理器303、互動(dòng)匹配處理器304和圖像處理器305；

視場空間處理器301與眼定位裝置100電連接，用于根據(jù)操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度確定視場空間；

交互空間處理器302分別與空間定位裝置200和視場空間處理器301電連接，用于根據(jù)操作者的各關(guān)節(jié)位置確定交互空間，并將交互空間中與視場空間交疊的區(qū)域作為絕對交互空間，將其他交互空間的區(qū)域作為相對交互空間；

操作動(dòng)作處理器303與空間定位裝置200電連接，用于根據(jù)操作者的各關(guān)節(jié)位置的變化確定操作者的當(dāng)前動(dòng)作；

互動(dòng)匹配處理器304分別與視場空間處理器301、交互空間處理器302和操作動(dòng)作處理器303電連接，用于根據(jù)操作者的當(dāng)前動(dòng)作、操作者觀看到的虛擬物體與絕對交互空間三者之間的關(guān)系，確定操作者對選中的虛擬物體所需執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作；

圖像處理器305分別與互動(dòng)匹配處理器304和視場空間處理器301電連接，用于根據(jù)視場空間和操作者對選中的虛擬物體所需執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作，生成對應(yīng)的三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置。

本發(fā)明實(shí)施例提供的上述三維空間的交互系統(tǒng)，該交互系統(tǒng)首先實(shí)現(xiàn)了對空間區(qū)域的劃分；然后，在操作者產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)，通過對操作者產(chǎn)生的動(dòng)作進(jìn)行分析，對虛擬物體執(zhí)行與操作者的動(dòng)作相匹配的操作，實(shí)現(xiàn)人的操作與影像的互動(dòng)；最后，通過將生成的對應(yīng)三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置，實(shí)現(xiàn)了三維圖像的顯示，還實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的體感交互體驗(yàn)。

在具體實(shí)施時(shí)，通常采用主動(dòng)式紅外成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對操作者的眼睛位置和眼睛的注視角度進(jìn)行定位，而主動(dòng)式紅外成像技術(shù)一般包括發(fā)射紅外信號的紅外發(fā)射器、獲取紅外信號圖像的紅外攝像頭、以及對發(fā)射的紅外信號和獲取的紅外信號圖像進(jìn)行解析處理的處理芯片；因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，如圖2所示，眼定位裝置100，可以具體包括：第一紅外發(fā)射器101、第一紅外攝像頭102、以及第一處理芯片103；其中，

第一紅外發(fā)射器101，用于向操作者發(fā)射第一紅外信號；

第一紅外攝像頭102，用于獲取操作者眼睛反射的第一紅外信號圖像；

第一處理芯片103，用于根據(jù)紅外發(fā)射器發(fā)射的第一紅外信號、以及第一紅外攝像頭102獲取到的操作者眼睛反射的第一紅外信號圖像，確定操作者眼睛位置和眼睛的注視角度，并輸出至主控裝置300。

當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)對操作者眼睛的位置和眼睛的注視角度進(jìn)行定位，并不限于采用上述主動(dòng)式紅外成像技術(shù)，還可以采用其他可以實(shí)現(xiàn)此目的的技術(shù)，在此不作限定。

具體地，主控裝置300中的視場空間處理器301，可以根據(jù)眼定位裝置100確定出的操作者眼睛的位置和眼睛的注視角度確定視場空間；當(dāng)然，在確定視場空間時(shí)，還需要借助三維圖像顯示裝置的位置、形狀和尺寸，以及眼睛的可視角度，一般情況下，眼睛的可視角度最大為120°，因此對應(yīng)的最大可視范圍即為以眼睛的瞳距中心為頂點(diǎn)的最大可視角度；所以，根據(jù)操作者與三維圖像顯示裝置的位置關(guān)系，可以分為以下兩種情況：一是三維圖像顯示裝置的尺寸大于或等于眼睛的最大可視范圍；二是三維圖像顯示裝置的尺寸小于眼睛的最大可視范圍。

在三維圖像顯示裝置的尺寸大于或等于眼睛的最大可視范圍時(shí)，如圖3a所示的三維圖像顯示裝置01的尺寸大于眼睛的最大可視范圍，操作者的視場空間(黑點(diǎn)填充區(qū)域)即為最大可視范圍，水平方向的實(shí)線表示視場的景深；在三維圖像顯示裝置01的尺寸小于眼睛的最大可視范圍時(shí)，如圖3b所示，眼睛的可視角度與三維圖像顯示裝置01的尺寸和位置有關(guān)，水平方向的實(shí)線表示視場的景深。

具體地，通過采用主動(dòng)式紅外成像技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對操作者的眼睛位置和眼睛的注視角度進(jìn)行定位，還可以對操作者的注視位置進(jìn)行定位，以圖3b所示的三維圖像顯示裝置01的尺寸小于眼睛的最大可視范圍為例，如圖4所示，眼睛在由x軸、y軸和z軸構(gòu)成的三維空間中的位置坐標(biāo)為(x,y,z,α,β)，其中，α為注視方向與x軸之間的夾角，β為注視方向與y軸之間的夾角，α和β均表示眼睛的注視方向的方位角；因此，如圖5所示，可以根據(jù)注視方向(帶箭頭的實(shí)線)，將以注視方向?yàn)檩S心，以眼睛的瞳距中心為頂點(diǎn)，頂角為20°以內(nèi)的視場空間確定為注視空間(豎線填充區(qū)域)，在注視空間內(nèi)，操作者的眼睛可以清晰的看到注視空間內(nèi)的任何畫面，而對于位于注視空間之外的視場空間內(nèi)的畫面，雖然眼睛可以看到，但畫面較為模糊，所以當(dāng)需要對視場空間內(nèi)的虛擬物體進(jìn)行操作時(shí)，需要借助于注視空間以提高操作的準(zhǔn)確率。

在具體實(shí)施時(shí)，在對空間進(jìn)行初步定位時(shí)，通常也采用紅外成像技術(shù)，其中包括的部件為發(fā)射紅外信號的紅外發(fā)射器、獲取紅外信號圖像的紅外攝像頭、以及對紅外信號和紅外信號圖像進(jìn)行解析處理的處理芯片；因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，如圖2所示，空間定位裝置200，可以具體包括：第二紅外發(fā)射器201、第二紅外攝像頭202、以及第二處理芯片203；其中，

第二紅外發(fā)射器201，用于向操作者發(fā)射第二紅外信號；

第二紅外攝像頭202，用于獲取操作者的各關(guān)節(jié)位置反射的第二紅外信號圖像；

第二處理芯片203，用于根據(jù)第二紅外發(fā)射器發(fā)射的第二紅外信號、以及第二紅外攝像頭202獲取到的操作者的各關(guān)節(jié)位置反射的第二紅外信號圖像，確定操作者的各關(guān)節(jié)位置，并輸出至主控裝置300。

具體地，在眼定位裝置100和空間定位裝置200中，因均使用了紅外發(fā)射器和紅外攝像頭，所以，第一紅外發(fā)射器和第二紅外發(fā)射器可以為同一紅外發(fā)射器；第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭可以為同一紅外攝像頭；當(dāng)然，第一紅外發(fā)射器和第二紅外發(fā)射器也可以為兩個(gè)不同的紅外發(fā)射器；第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭也可以為兩個(gè)不同的紅外攝像頭，在此不作限定。

具體地，對空間進(jìn)行初步定位，也就是對操作者的各關(guān)節(jié)位置進(jìn)行定位，以得到操作者的人體定位坐標(biāo)；而這里指的人體關(guān)節(jié)位置可以包括兩肩位置、肘關(guān)節(jié)位置、手腕位置、手掌中心和頸部位置等，但并限于上半身的關(guān)節(jié)位置，還包括其它部位的各關(guān)節(jié)位置，圖6中只給出了部分關(guān)節(jié)位置，且黑點(diǎn)表示關(guān)節(jié)位置；因各關(guān)節(jié)位置之間距離較遠(yuǎn)，對關(guān)節(jié)位置的檢測精度不高，一般為厘米級，所以一般采用紅外成像技術(shù)進(jìn)行檢測定位，并且，一般采用雙廣角攝像頭，以實(shí)現(xiàn)對較大范圍的檢測；當(dāng)然，對空間的初步定位并不限于采用上述紅外成像技術(shù)，還可以采用其他可以實(shí)現(xiàn)此目的的技術(shù)，在此不作限定。

具體地，在對空間進(jìn)行初步定位之后，即可獲得人體的各關(guān)節(jié)位置，同時(shí)，主控裝置300中的交互空間處理器302，就可以根據(jù)操作者全身的各關(guān)節(jié)位置，確定操作者的整個(gè)身體的交互空間；其中，以確定上半身的交互空間為例，可以根據(jù)兩肩位置、肘關(guān)節(jié)位置和手掌位置確定交互空間，即操作者可以進(jìn)行上半身動(dòng)作的空間，如圖7所示的交互空間的水平界面，左臂的交互空間為：以左肩a為軸心，左臂長l1為半徑，頂角θ1為270°的圓錐，且左臂半徑l1＝(左肩坐標(biāo)-左肘坐標(biāo))+(左肘坐標(biāo)-左手坐標(biāo))；右臂交互空間的確定方法與左臂交互空間的確定方法相似，同樣是以右肩b為軸心，右臂長l2為半徑，頂角θ2為270°的圓錐，且右臂半徑l2＝(右肩坐標(biāo)-右肘坐標(biāo))+(右肘坐標(biāo)-右手坐標(biāo))；最后，將左臂交互空間與右臂交互空間的并集作為上半身的交互空間。

具體地，主控裝置300中的交互空間處理器302，通過與視場空間處理器301電連接，還可以根據(jù)視場空間的位置和交互空間的位置，將交互空間中與視場空間的交疊區(qū)域作為絕對交互空間(白色填充的扇形區(qū)域)，將其他交互空間(圖中僅示出一部分)的區(qū)域作為相對交互空間，如圖8a所示；進(jìn)一步地，交互空間處理器302還可以根據(jù)注視空間(豎線填充區(qū)域)的位置，確定絕對交互空間中(白色填充的扇形區(qū)域)與注視空間的交疊區(qū)域?yàn)榫?xì)交互空間(方格填充區(qū)域)，如圖8b所示，以實(shí)現(xiàn)在此精細(xì)交互空間內(nèi)，操作者可以對虛擬物體進(jìn)行精準(zhǔn)的操作。

具體地，如圖9所示，根據(jù)確定出的視場空間901和交互空間902，還可以確定出由視場空間901和交互空間902組成的系統(tǒng)空間，以實(shí)現(xiàn)對視場空間901和交互空間902的坐標(biāo)匹配；當(dāng)然，系統(tǒng)空間可以大于或等于視場空間901和交互空間902的總和；當(dāng)操作者正在操作的三維體感游戲空間較大時(shí)，需要系統(tǒng)空間大于視場空間901和交互空間902的總和，以提高操作者的游戲體驗(yàn)。

在具體實(shí)施時(shí)，因紅外成像技術(shù)的盲區(qū)存在出現(xiàn)距離攝像頭較近的區(qū)域，所以為了實(shí)現(xiàn)對手指關(guān)節(jié)位置，以及對其他可能發(fā)生觸控的關(guān)節(jié)位置的精細(xì)定位，則需要采用精度較高的檢測裝置，來確定觸控部位的關(guān)節(jié)位置，一般采用雷達(dá)檢測器或超聲波檢測器，實(shí)現(xiàn)近距離的空間定位；因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，所述空間定位裝置，還可以包括：雷達(dá)檢測器和/或超聲波檢測器；其中，

雷達(dá)檢測器，用于采用雷達(dá)檢測操作者觸控部位的關(guān)節(jié)位置反射的雷達(dá)信號；

超聲波檢測器，用于采用超聲波檢測操作者觸控部位的關(guān)節(jié)位置反射的超聲波信號。

具體地，在對觸控部位的關(guān)節(jié)位置進(jìn)行精細(xì)定位時(shí)，可以采用雷達(dá)檢測器或超聲波檢測器其中的一種(如圖2所示，空間定位裝置200只包括雷達(dá)檢測器204)，也可以采用二者的組合，以提高檢測精度；其中，以手指關(guān)節(jié)位置進(jìn)行精細(xì)定位為例，圖10a所示為雷達(dá)檢測，將多個(gè)雷達(dá)檢測器1001均勻分散地放置于支撐板1002之上，通過檢測雷達(dá)信號來確定手指關(guān)節(jié)位置。

當(dāng)然，對觸控部位的關(guān)節(jié)位置的精細(xì)定位并不限于使用雷達(dá)檢測器或超聲波檢測器，還可以采用多攝像頭和多組光源組合的方式；如圖10b所示，多個(gè)光源1003和多個(gè)攝像頭1004均勻且分散地放置于支撐板1002之上，并且每隔三個(gè)攝像頭1004放置一個(gè)光源1003；通過多組光源1003將手打亮，每個(gè)攝像頭1004均可以獲取一個(gè)圖像信息，然后將這些圖像信息進(jìn)行解析處理，得到手指關(guān)節(jié)位置的具體信息，該方法通過設(shè)置多個(gè)攝像頭1004來獲取多個(gè)角度的圖像信息，在對空間進(jìn)行定位時(shí)，多角度圖像輸入意味著計(jì)算量的大大減少，既增加了檢測精度，又提升了第二處理芯片的運(yùn)算速度，減少了延遲現(xiàn)象，提升了用戶體驗(yàn)。

具體地，為了在不增加功耗的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)對手指關(guān)節(jié)位置的精細(xì)定位，可以采用紅外成像技術(shù)在初步定位時(shí)確定手腕位置，然后以手腕位置為基點(diǎn)，利用雷達(dá)檢測器和/或超聲波檢測器，再對手指關(guān)節(jié)位置進(jìn)行精細(xì)定位；如此，在精細(xì)定位時(shí)便不需要再重新尋找手指的位置，有利于減少功耗。

在具體實(shí)施時(shí)，在體感交互過程中，可能會出現(xiàn)很多觸控動(dòng)作，如手指對虛擬門或膝蓋頂虛擬球的觸控動(dòng)作，還可能會出現(xiàn)非觸控動(dòng)作，如用雙臂做出開門的動(dòng)作等，所以，需要通過對操作者的各關(guān)節(jié)位置的變化，以確定操作者的當(dāng)前動(dòng)作；因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，操作動(dòng)作處理器303，具體用于根據(jù)操作者觸控部位的關(guān)節(jié)位置變化確定操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作；根據(jù)操作者非觸控部位的關(guān)節(jié)位置變化確定操作者的當(dāng)前肢體動(dòng)作。

在具體實(shí)施時(shí)，為了使視場空間內(nèi)的虛擬物體的位置變化與操作者的當(dāng)前動(dòng)作相匹配，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，互動(dòng)匹配處理器304，具體用于在確定操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于相對交互空間時(shí)，確定操作者對位于交互空間外的視場空間內(nèi)的虛擬物體執(zhí)行移動(dòng)至絕對交互空間內(nèi)的操作；如圖11a所示，立方體表示虛擬物體，虛擬物體的初始位置處于絕對交互空間(白色填充的區(qū)域)之外的視場空間內(nèi)，因虛擬物體的位置超出了操作者的操作范圍，操作者需要首先將虛擬物體拉近至交互空間內(nèi)再進(jìn)行操作，所以當(dāng)操作者做出牽拉的手勢時(shí)，虛擬物體對應(yīng)的移動(dòng)至絕對交互空間內(nèi)。

具體地，為了能夠準(zhǔn)確地將操作者選中的虛擬物體拉近至絕對交互空間內(nèi)，可以結(jié)合注視空間進(jìn)行操作，因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，視場空間處理器301，還用于根據(jù)操作者眼睛的注視角度在視場空間內(nèi)確定注視空間；

互動(dòng)匹配處理器304，具體用于在確定操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于相對交互空間時(shí)，確定操作者對位于交互空間外的注視空間內(nèi)的虛擬物體執(zhí)行移動(dòng)至絕對交互空間內(nèi)的操作。

如圖11b所示，立方體表示虛擬物體，位于最上方的虛擬物體為1號，位于中間的虛擬物體為2號，且位于注視空間(豎線填充區(qū)域)內(nèi)，位于最下面的虛擬物體為3號，1號和3號位于注視空間之外的視場空間內(nèi)；因此，當(dāng)操作者注視到2號虛擬物體，且操作者做出牽拉的動(dòng)作時(shí)，2號虛擬物體則移動(dòng)至絕對交互空間內(nèi)。

具體地，在操作者將虛擬物體移動(dòng)至絕對交互空間內(nèi)之后，便可以實(shí)現(xiàn)對虛擬物體的操作，因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，交互空間處理器302，還用于將絕對交互空間中與注視空間交疊的區(qū)域作為精細(xì)交互空間；

互動(dòng)匹配處理器304，具體用于在確定操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于絕對交互空間時(shí)，確定操作者對位于絕對交互空間內(nèi)選中的虛擬物體執(zhí)行對應(yīng)的操作。

具體地，當(dāng)結(jié)合精細(xì)交互空間時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)操作者對虛擬物體的精準(zhǔn)操作，較大地降低誤操作的幾率，因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，互動(dòng)匹配處理器304，具體用于在確定操作者的當(dāng)前觸控動(dòng)作位于絕對交互空間時(shí)，確定操作者對僅位于精細(xì)交互空間內(nèi)選中的虛擬物體執(zhí)行對應(yīng)的操作；如圖11c所示，立方體表示虛擬物體，從左至右的編號依次為1號，2號和3號；當(dāng)操作者選中2號立方體時(shí)，2號立方體則落入了精細(xì)交互空間(方格填充區(qū)域)內(nèi)，由于操作者可以對該范圍內(nèi)的畫面實(shí)現(xiàn)精確的定位，所以操作者可以精準(zhǔn)地對2號立方體進(jìn)行操作，而減少誤操作的幾率。

在具體實(shí)施時(shí)，雖然通過互動(dòng)匹配處理器304，實(shí)現(xiàn)了虛擬物體的位置變化與操作者的當(dāng)前動(dòng)作相匹配，但還需要通過圖像處理器305實(shí)現(xiàn)對圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理；例如，在操作者的眼睛位置發(fā)生變化時(shí)，會導(dǎo)致視場空間的變化，響應(yīng)地，虛擬物體在系統(tǒng)空間中的定位也會發(fā)生變化，這是與人的觀察習(xí)慣相違背的，所以，為了解決這一問題，需要通過對操作者眼睛位置的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對視場空間變化的監(jiān)測，以達(dá)到在操作者眼睛位置發(fā)生變化時(shí)，虛擬物體的位置依然保持不變；因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，圖像處理器305，還用于在操作者眼睛位置發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)操作者觀看同一虛擬物體時(shí)視角的變化，確定虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的三維圖像位置，并生成對應(yīng)的三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置；其中，同一虛擬物體與三維圖像顯示裝置的位置關(guān)系相對固定。

具體地，為了確定虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的三維圖像位置，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述交互系統(tǒng)中，圖像處理器305，具體用于采用如下公式確定虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的三維圖像位置：

其中，(x1,y1)表示操作者眼睛的瞳距中心變化前的位置，(x2,y2)表示操作者眼睛的瞳距中心變化后的位置，(a1,b1)表示在操作者眼睛位置發(fā)生變化前，虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的左眼圖像位置，(a2,b2)表示在操作者眼睛位置發(fā)生變化前，虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的右眼圖像位置，(c1,d1)表示在操作者眼睛位置發(fā)生變化后，虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的左眼圖像位置，(c2,d2)表示在操作者眼睛位置發(fā)生變化后，虛擬物體在三維圖像顯示裝置中的右眼圖像位置，d1表示操作者眼睛的瞳距。

具體地，如圖12所示，當(dāng)操作者眼睛的瞳距中心位置從p1(x1,y1)移動(dòng)至p2(x2,y2)時(shí)，若要保持虛擬立方體02與三維圖像顯示裝置01的相對位置不變，虛擬立方體02在三維圖像顯示裝置01上面的左眼圖像位置和右眼圖像位置分別由ml1(a1,b1)和mr1(a2,b2)移動(dòng)至ml2(c1,d1)和mr2(c2,d2)。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器和光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種上述三維空間的交互系統(tǒng)的操作方法，由于該操作方法解決問題的原理與前述一種三維空間的交互系統(tǒng)相似，因此該操作方法的實(shí)施可以參見系統(tǒng)的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維空間的交互系統(tǒng)的操作方法，可以包括以下步驟：

眼定位裝置確定操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度，并輸出至主控裝置；

空間定位裝置確定操作者的各關(guān)節(jié)位置，并輸出至主控裝置；

主控裝置中的視場空間處理器根據(jù)操作者眼睛位置以及眼睛的注視角度確定視場空間；

主控裝置中的交互空間處理器根據(jù)操作者的各關(guān)節(jié)位置確定交互空間，并將交互空間中與視場空間交疊的區(qū)域作為絕對交互空間，將其他交互空間的區(qū)域作為相對交互空間；

主控裝置中的操作動(dòng)作處理器根據(jù)操作者的各關(guān)節(jié)位置的變化確定操作者的當(dāng)前動(dòng)作；

主控裝置中的互動(dòng)匹配處理器根據(jù)操作者的當(dāng)前動(dòng)作、操作者觀看到的虛擬物體與絕對交互空間三者之間的關(guān)系，確定操作者對選中的虛擬物體所需執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作；

主控裝置中的圖像處理器根據(jù)視場空間和操作者對選中的虛擬物體所需執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作，生成對應(yīng)的三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置。

本申請是參照根據(jù)本申請實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維空間的交互系統(tǒng)及其操作方法，該交互系統(tǒng)首先根據(jù)操作者的眼睛位置和眼睛的注視角度確定視場空間，根據(jù)操作者的各關(guān)節(jié)位置和視場空間確定絕對交互空間和相對交互空間，實(shí)現(xiàn)了對空間區(qū)域的劃分；然后，根據(jù)操作者的當(dāng)前動(dòng)作、操作者觀看到的虛擬物體與絕對交互空間三者之間的關(guān)系，確定操作者對選中的虛擬物體所需執(zhí)行的與當(dāng)前動(dòng)作相匹配的操作，以實(shí)現(xiàn)在操作者產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)，對虛擬物體執(zhí)行與操作者的動(dòng)作相匹配的操作；最后，將生成的對應(yīng)三維圖像顯示信號輸出至電連接的三維圖像顯示裝置，實(shí)現(xiàn)三維圖像的顯示，完成三維空間的體感交互。因此，該交互系統(tǒng)不僅對空間區(qū)域進(jìn)行了劃分，還通過對操作者產(chǎn)生的動(dòng)作進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)人的操作與影像的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的體感交互體驗(yàn)。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。