AT521937A2 - Automatisches kalibrieren eines sensorsystems zum best immen der bewegungsrichtung eines anwenders in einem vr-system - Google Patents

Automatisches kalibrieren eines sensorsystems zum best immen der bewegungsrichtung eines anwenders in einem vr-system Download PDF

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AT521937A2 AT602372018A AT602372018A AT521937A2 AT 521937 A2 AT521937 A2 AT 521937A2 AT 602372018 A AT602372018 A AT 602372018A AT 602372018 A AT602372018 A AT 602372018A AT 521937 A2 AT521937 A2 AT 521937A2
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Driftkompensation eines Sensorsystems zum Messen einer Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System, das Verfahren umfassend: Empfangen einer gemessenen Blickrichtung des Anwenders in dem VR-System von einem Sensorsystem zum Messen der Blickrichtung zu einem Messzeitpunkt in einem Kompensationszeitinvervall, Empfangen einer gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders in dem VR-System von einem Sensorsystem zum Messen der Bewegungsrichtung zum gleichen Messzeitpunkt, und Berechnen einer Driftkompensation aus der Differenz zwischen der gemessenen Blickrichtung des Anwenders und der gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders im Kompensationszeitinvervall, sodass eine driftkompensierte Bewegungsrichtung des Anwenders durch Hinzurechnen der berechneten Driftkompensation zu einer aktuell gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders bestimmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt sowie eine Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführen.

Description

Automatisches Kalibrieren eines Sensorsystems zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System
1. Technischer Hintergrund und Aufgabe
In einem VR-System besteht die Aufgabe, die gewünschte Bewegungsrichtung eines Anwenders in der virtuellen Realität durch Bestimmen der Richtung von Geh- oder Laufbewegungen des Anwenders in der Realität zu bestimmen. Dazu trägt der Anwender spezielle Schuhe oder Überzieher (im Folgenden "Cybershoes" bezeichnet), die mit geeigneter Sensorik ausgestattet sind. Um die Gehrichtung der Cybershoes zu bestimmen, können in den Cybershoes folgende Sensoren eingesetzt werden: Beschleunigungssensoren und Gyroskope.
Damit läßt sich die Lage der Cybershoes im Prinzip zu jedem Zeitpunkt bestimmen. Es tritt allerdings das Problem einer Drift der errechneten Werte hinsichtlich der gemessenen Gehrichtung im Vergleich zur tatsächlich gewünschten Gehrichtung auf. Sowohl Beschleunigungssensoren wie auch Gyroskope sind relative Sensoren, die von Zeit zu Zeit auf einen Absolutwert (Nullpunkt = Vorwärtsgehrichtung) kalibriert werden müssen.
Im Stand der Technik wird zum Kalibrieren ein Magnetometer verwendet. Der Nachteil dieser Methode ist, dass das Magnetometer in der Nähe von Stahlbetonböden nicht funktioniert, da das Magnetfeld abgeschirmt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches Kalibrieren des Sensorsystems in den Cybershoes zu ermöglichen, ohne dass auf eine Magnetometer zurückgegriffen werden muss.
2. Merkmale der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System. Bei der Bewegungsrichtung handelt es sich um eine gewünschte Bewegung des Anwenders im VR-Systems, in die sich der Anwender mittels in der Realität ausgeführter Geh- oder Laufbewegungen im VR-System bewegen möchte.
Ein Sensorsystem zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Anwenders umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Schuhen oder Überziehern (im Folgenden Cybershoes genannt) angeordnete Beschleunigungssensoren und Gyroskope. Trägt der Anwender die Cybershoes, kann die gewünschte Bewegungsrichtung des Anwenders ermittelt werden.
Der Drift des in den Cybershoes enthaltenen Sensorsystems wird erfindungsgemäß über die
Blickrichtung des Anwenders kompensiert. Die Blickrichtung des Anwenders kann über ein Sensorsystems in einem vom Anwender getragenen Head Mounted Display ermittelt werden.
In Tests wurde ermittelt, dass Anwender sehr genau dorthin blicken, wohin sie laufen, wenn folgende Voraussetzungen gegeben sind:
1. sie bewegen sich in Vorwärtsrichtung, und 2. ihr Blick weicht nicht mehr als um einen vorbestimmte Winkeldifferenz von der zuletzt gemessenen Bewegungsrichtung ab.
Objektstandort, wie Ihn die wo es: be ; % 35 N Ss Messung über die Cybershaes NSS ergibt {Drift} nn
nr ar Kan SSL | | © ) | Objekt auf das der Anwender N I PS in der VR Wei blickt und ;
a darauf zuläuft
Die Werte werden über eine Minute gemittelt. Zu einer automatischen Kalibrierung kommt es demnach nicht immer, sondern nur dann, wenn der Anwender Geh- oder Laufbewegungen in Vorwärtsrichtung ausführt und dabei im Wesentlichen in die Richtung blickt, in die er sich bewegen möchte. In allen anderen Fällen, beispielsweise beim Stehen oder Rückwärtsgehen oder bei einem Blick in eine deutlich verschiedene Richtung relativ zur gemessenen Gehrichtung, findet keine Kalibrierung statt.
Ablaufdiagramm zum automatischen Kalibieren eines Sensorsystems zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung:
Anwender läuft steht Anwender blickt innerhalb Anwender blickt zur Seite i Neue Vorwärtsrichtung = Alte i von + 20° der letzt- Mehr als + 20° der letzt- i K 5° ; Vorwärtsrichtung berechneten berechneten ; (Anwender sieht sich nur um) Vorwärtsrichtung Vorwärtsrichtung | Neue Vorwärtsrichtung = Neue Vorwärtsrichtung = Alte Blickrichtung Vorwärtsrichtung {gemittelt über 1 Minute} {Anwender sieht sich um)
4. Stand der Technik
Aa diesen nf Dinalasrsrtnnnataf Aa en ADC nt PRO ED FTD } } Y FARSASEEALCSS TAGE A OLE TASETANZETL } LM
An I PU Am AN x AO Raestirin Sirkrmnes MAnnitarines anf sintearart WERBEN DEE RIED PVERGTGELIOTEEEES GE AL CL
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RAS CNOSS
Eine kursorische Recherche auf dem Gebiet der Systemarchitektur von VR-Systemen ergab:
Suchbegriff: (Virtual Reality) AND accelerometer AND gyroscope AND magnetometer AND direction AND shoe
= PANNE 7 SEN SKERAEE EN,
Sa an Zi AT ee S ANNE NASSEN
Aa MR uarichareea aennne AAO. ESDACS
[0004] However, if the rate of change of the presentation ofthe virtual reality Is not fast enough when the player Is moving, the player my experience motion sickness, as the expected view does not correspond to what the user senses expected. Also, sometimes the action of the virtual reality may cause rapid changes in the view presented in the HMD, which could also result in motion sickness.
[0037] In one embodiment, the system manitors Ihe user's physical characteristics, which may include one ar more of body motion, or user pupil motion, or user gaze, or user head motion, or user balance, The sysiem uses a plurality of sensors to monitor these physical characteristics. The sensors may include eve detection sensors in the HMD, motion sensors in the HMD fe,9., inertial sensors such as gyroscopes, accelerometers, and magnetometers}, gaze detection sensors, facial sensors, olher types of biometric sensors, or any combinations thereof, In addition, sensoars outside the HMD may also be used to monitor ihe physical characteristics of the user, such as a camera coupled to a computing device that monitors the motions of the user, It is noted, that in some games the motion of the user is used as input to the game, such as tilting the body to one side or the other to change the direction of the skis in Ihe downhill Skling game.
[0110] Information from different devices can be used by the Position Module 8328 to calculate Ihe position ofthe HMD. These modules include a magnetometer 8138, an accelerometer 820, a gyroscope 822, a Global Positioning System (GPS) module 824, and a compass 826, Additionally, the Position Module carı analyze sound or image data captured with the cameras and Ihe microphone to calculate the position, Further yet, the Position Module can perform tests to determine the position of the portable device or the poskian of other devices in the vicinity, such as WiFi ping test or ultrasound tests,
Ziel des Systems nach der oben ausgeführten Entgegenhaltung ist es, Übelkeit zu vermindern, die bei Bewegung in virtuellen Realitäten auftritt. Es werden eine Reihe von vorhandenen Sensoren ausgewertet, ohne auf eine Kalibrierung von Sensoren einzugehen.
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D2 - US2018178123A1.pdf
In a virtual reality environment a user's movements are coupled, meaning the user cannot walk and look in different directions, Discloses are methods and systems for soft decoupling the movements of the user in a virtual realityenvironment, enabling the user to look and walk in different directions simulating real-warld
interactions. The soft decoupling Is performed by receiving acceleration and orientation data from Sensors attached to the user, A heading and a heading delta based on a ratio are calculated, The calculated heading and a velocity are translated into soft decoupling Inputs for the virtual reality enviranment.
[0015] The term “decoupled” refers to the ability to move in the virtual environment independent of the direction in which the user is looking or the camera is pointed within the virtual environment. In an embodiment, it refers to the ability of the user to walk in any direction on the virtual reality platform (walk movements transiated into gamepad input far a computer application iIhat accepis gamepad input) independent of a direction In which the user is iooking in the virtual environment. Movements when decoupled are therefore not bound by Ihe direction ofthe camera or display, when the user is moving, thus enabling a user to look or have a display positioned in any angie, irrespective of the users intended feet and body movement, motion, or direction.
{00201 In an embodiment, the direction “north” can be magnetic north or polar north, In another embodiment,
the direction “north” can be a designated direction set or calibrated at a start ofa game, For example, a user wearing a head mounted display (virtual reality headset), can look forward relative to the user's body during calibration, which can calibrate the current forward looking direction with a forward walking orientation prior to HecQuPNNg INS current camera DOSION ANd ING USeNS DO BOSiEON. In another embodiment, the halo or hamess of an omnidirectional locomaetion system, can include sensars to calibrate the forward position of a user with the forward orientation In-game prior to decoupling the current camera position and the users body position, In another embodiment, upon initiation of a game the current position of the user outside of the game, determined Dy the sensors in amnidirectional jocomeotion platform, the hamess, or Ihe headset can be calibrated ia Ihe starling position of the game. For example, fan in-game user is initiated facing east, then ihe direction the outside user is facing when the game is Iinitiated can be calibrated east.
Das System nach der oben ausgeführten Entgegenhaltung hat zum Ziel, die Bewegungen des Körpers und des Head Mounted Displays zu entkoppeln. Auch hier geht es nicht um ein Kalibrieren von Sensoren.
5. Resultat
Die Erfindungsdichte auf dem Gebiet der Sensorik für VR-Systeme ist allgemein sehr hoch. Dennoch konnten im Stand der Technik lediglich Sensorsysteme zum Bestimmen von Bewegungs- und Blickrichtungen aufgefunden werden, ohne dass darin das Zusammenwirken von Bewegungs- und Blickrichtung zum erfindungsgemäßen Verfahren eines automatischen Kalibrierens betrachtet wurde.
Somit bestehen gute Erfolgsaussichten, dass das vorliegende Verfahren zum automatischen
Kalibrieren eines Sensorsystems zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System als neu und erfinderisch eingestuft wird.

Claims (10)

Cybershoes GmbH C16661AT 13. Dezember 2019 ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Driftkompensation eines Sensorsystems zum Messen einer Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System, das Verfahren umfassend:
Empfangen einer gemessenen Blickrichtung des Anwenders in dem VRSystem von einem Sensorsystem zum Messen der Blickrichtung zu einem Messzeitpunkt in einem Kompensationszeitinvervall;
Empfangen einer gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders in dem VR-System von einem Sensorsystem zum Messen der Bewegungsrichtung zum gleichen Messzeitpunkt; und
Berechnen einer Driftkompensation aus der Differenz zwischen der gemessenen Blickrichtung des Anwenders und der gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders im Kompensationszeitinvervall,
sodass eine driftkompensierte Bewegungsrichtung des Anwenders durch Hinzurechnen der berechneten Driftkompensation zu einer aktuell gemessenen
Bewegungsrichtung des Anwenders ermittelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei. das. Berechnen der-Driftkompensation-=- “u unter der Voraussetzung erfolgt, dass die Blickrichtung des Anwenders zum Messzeitpunkt von einer früher ermittelten Bewegungsrichtung des Anwenders nicht
mehr als um einen Blickrichtungsschwellwert abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend:
Empfangen einer gemessenen Bewegungsgeschwindigkeit des Anwenders von einem Sensorsystem zum Messen der Bewegungsgeschwindigkeit;
wobei das Berechnen der Driftkompensation unter der Voraussetzung erfolgt, dass die gemessene Bewegungsgeschwindigkeit des Anwenders größer oder gleich
einem Geschwindigkeitsschwellwert ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Berechnen der Driftkompensation unter der Voraussetzung erfolgt, dass die gemessene
Bewegungsrichtung. des Anwenders einer Vorwärtsbewegung entspricht.
= it =
14
13/12/2019 17:33 Nr.: R117 L1 P.015/020
( ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE ]
Cybershoes GmbH C16661AT 13. Dezember 2019
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, das iterativ innerhalb des Kompensationszeitintervalls ausgeführt wird, wobei das Berechnen der Driftkompensation ein Mitteln über die in den Iterationen berechneten Werte der
Driftkompensation im Kompensationszeitintervall umfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, ferner umfassend: Berechnen einer aktuellen driftkompensierten Bewegungsrichtung durch Hinzurechnen der zuletzt berechneten Driftkompensation zu einer aktuell‘
gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders.
7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Empfangen einer gemessenen zweiten Bewegungsrichtung des Anwenders in dem VR-System von einem zweiten Sensorsystem zum Messen einer zweiten Bewegungsrichtung zum gleichen Messzeitpunkt; Berechnen einer zweiten Driftkompensation für das zweite Sensorsystem; Berechnen einer aktuellen driftkompensierten zweiten Bewegungsrichtung durch Hinzurechnen der berechneten zweiten Driftkompensation zu einer aktuell gemessenen zweiten Bewegungsrichtung des. Anwenders; uUnd-- +. — = = -.. Berechnen einer aktuellen driftkompensierten gemittelten Bewegungsrichtung durch Mitteln der aktuellen driftkompensierten Bewegungsrichtung und der aktuellen
driftkompensierten zweiten Bewegungsrichtung.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, ferner umfassend:
Zurücksetzen der berechneten Driftkompensation durch den Anwender über eine Ausrichtung der Blickrichtung und Bewegungsrichtung des Anwenders in eine definierte Richtung zur Kalibrierung von Blickrichtung und Bewegungsrichtung. -
9. Computerprogrammprodukt mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei Ausführung auf einem oder mehreren Prozessoren bewirken, dass das Verfahren
nach einem der Ansprüche 1-8 ausgeführt wird.
15
13/12/2019 17:34 Nr.: R117 L1 P.016/020
( ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE )
Cybershoes GmbH C16661AT 13. Dezember 2019
10. Vorrichtung zur Driftkompensation eines Sensorsystems zum Messen einer Bewegungsrichtung eines Anwenders in einem VR-System, umfassend:
Mittel zum Empfangen einer gemessenen Blickrichtung des Anwenders in dem VR-System von einem Sensorsystem zum Messen der Blickrichtung;
Mittel zum Empfangen einer gemessenen Bewegungsrichtung des Anwenders in dem VR-System von einem Sensorsystem zum Messen der Bewegungsrichtung;
und
einen oder mehrere Prozessoren, die dazu eingerichtet sind, das Verfahren
nach einem der Ansprüche 1-8 auszuführen.
- = + =
16
13/12/2019 17:34 Nr.: R117 L1 P.017/020
( ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE ]
AT602372018A 2018-12-13 2018-12-13 Automatisches kalibrieren eines sensorsystems zum best immen der bewegungsrichtung eines anwenders in einem vr-system AT521937A2 (de)

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