混合現(xiàn)實(shí)聚光燈的制作方法
【專利說(shuō)明】混合現(xiàn)實(shí)聚光燈
[0001 ] 背景
[0002]各種技術(shù)可允許用戶體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的混合。例如，諸如各種頭戴式顯示設(shè)備等一些顯示設(shè)備可以包括透視顯示器，透視顯示器允許所顯示的圖像疊加于現(xiàn)實(shí)世界背景環(huán)境上。圖像在通過透視顯示器查看時(shí)可以出現(xiàn)于現(xiàn)實(shí)世界背景環(huán)境之前。特別是，圖像可以被顯示在透視顯示器上，以使它們看上去與現(xiàn)實(shí)世界背景環(huán)境中的元素混雜，這可以被稱為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。
[0003]概述
[0004]提供該概述以便以簡(jiǎn)化形式介紹概念的選集，所述概念在以下詳細(xì)描述中被進(jìn)一步描述。本概述并不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護(hù)主題的范圍。而且，所要求保護(hù)的主題不限于解決該公開的任一部分中所注的任何或全部缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式。
[0005]提供了與在用透視顯示器顯示的圖像中創(chuàng)建虛擬對(duì)象的虛擬陰影有關(guān)的各種實(shí)施例。在一實(shí)施例中，虛擬對(duì)象的圖像可以用透視顯示器來(lái)顯示。虛擬對(duì)象在通過透視顯示器查看時(shí)可以出現(xiàn)于現(xiàn)實(shí)世界背景之前。虛擬對(duì)象的虛擬陰影周圍的現(xiàn)實(shí)世界背景的相對(duì)亮度可以在通過透視顯示器查看時(shí)增加。虛擬陰影可以看上去源自于一聚光燈，該聚光燈相對(duì)于透視顯示器的有利位置而固定。在一些實(shí)施例中，相對(duì)亮度可以在暗角圖案中增加。
[0006]附圖簡(jiǎn)述
[0007]圖1示出根據(jù)本描述的一實(shí)施例的頭戴式顯示系統(tǒng)。
[0008]圖2示出根據(jù)本描述的一實(shí)施例的操作透視顯示器的方法。
[0009]圖3示出根據(jù)本描述的一實(shí)施例、透視顯示器的有利位置以及相對(duì)于該有利位置定位的虛擬聚光燈的視錐。
[0010]圖4示出相對(duì)于透視顯示器的有利位置固定的虛擬聚光燈的示例。
[0011]圖5示出三維空間中相對(duì)于有利位置固定的虛擬聚光燈的示例。
[0012]圖6示出三維空間中相對(duì)于有利位置固定的虛擬聚光燈的另一示例。
[0013]圖7示出根據(jù)本描述的一實(shí)施例、被模擬為看上去好像始發(fā)自虛擬聚光燈的透視顯示器的相對(duì)亮度。
[0014]圖8示出根據(jù)本描述的一實(shí)施例、基于虛擬聚光燈創(chuàng)建的虛擬陰影。
[0015]圖9示出根據(jù)本描述的一實(shí)施例、在暗角圖案中增加的現(xiàn)實(shí)世界背景的相對(duì)亮度。
[0016]圖10示意性地示出按照本描述的一實(shí)施例的計(jì)算系統(tǒng)。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]本描述涉及一種用于在用透視顯示器所顯示的圖像中創(chuàng)建虛擬對(duì)象的虛擬陰影的方法。以此方式創(chuàng)建虛擬陰影可以使虛擬對(duì)象看上去更真實(shí)。更具體而言，本描述涉及在通過透視顯示器來(lái)查看時(shí)，增加虛擬對(duì)象的虛擬陰影周圍的現(xiàn)實(shí)世界背景的相對(duì)亮度?？梢圆捎酶鞣N效果來(lái)增加相對(duì)亮度，以便使虛擬對(duì)象看上去更真實(shí)。
[0019]在一示例中，虛擬陰影可以看上去源自于一虛擬聚光燈，該聚光燈相對(duì)于透視顯示器的有利位置而固定。換言之，虛擬聚光燈的位置可以隨有利位置的位置變化而動(dòng)態(tài)地變化。由于虛擬聚光燈相對(duì)于有利位置而固定，虛擬對(duì)象可以從任一位置和/或朝向來(lái)查看，同時(shí)虛擬陰影保持可查看。另一方面，如果虛擬聚光燈是全局固定的且并不相對(duì)于可能移動(dòng)的有利位置而固定，則可能存在虛擬陰影會(huì)被虛擬對(duì)象阻隔或以其他方式離開用戶視野的特定位置。在這種情況下，用戶可以由于缺乏深度隊(duì)列而將虛擬對(duì)象感知為較不真實(shí)，該深度隊(duì)列幫助向虛擬對(duì)象提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界背景的空間上下文。
[0020]舉另一個(gè)示例，虛擬陰影周圍的相對(duì)亮度可以在暗角圖案中增加。例如，暗角圖案可以致使相對(duì)亮度隨著離透視顯示器的周界的接近度遞增而降低。舉另一個(gè)示例，暗角圖案可以使相對(duì)亮度隨著距虛擬陰影的距離遞增而降低。通過根據(jù)暗角圖案來(lái)衰減相對(duì)亮度，可以對(duì)透視顯示器的周界處的亮度方面的對(duì)比度進(jìn)行平滑，以使透視顯示器混合于現(xiàn)實(shí)世界背景環(huán)境中。此外，暗角圖案可以致使透視顯示器看上去較大，因?yàn)閷?duì)顯示器的周界會(huì)放較少重點(diǎn)。另一方面，如果相對(duì)亮度未根據(jù)暗角圖案衰減，則整個(gè)透視顯示器將沐浴在亮光中，這會(huì)致使透視顯示器的周界處具有嚴(yán)苛的對(duì)比度。
[0021]在一些實(shí)施例中，暗角圖案可被呈現(xiàn)在透視顯示器的屏幕空間坐標(biāo)中。換言之，暗角圖案可以被鎖定至用戶的視野，且暗角圖案可以獨(dú)立于現(xiàn)實(shí)世界背景的特征而生成。另一方面，在一些實(shí)施例中，現(xiàn)實(shí)世界背景(例如，被虛擬聚光燈增強(qiáng)的透視顯示器的區(qū)域)和虛擬陰影的相對(duì)亮度可被呈現(xiàn)于世界空間坐標(biāo)中。換言之，虛擬陰影的形狀和/或朝向可以基于現(xiàn)實(shí)世界背景的特征。
[0022]暗角圖案特別可應(yīng)用于用戶視野可比透視顯示器設(shè)備的視野大的實(shí)施例，以使現(xiàn)實(shí)世界背景可以在透視顯示器的周界外部被查看。而且，暗角圖案特別可應(yīng)用于透視顯示器的各實(shí)施例，該透視顯示器包括可擴(kuò)增部分和不可擴(kuò)增部分，該可擴(kuò)增部分可以用圖像內(nèi)容和/或照明來(lái)擴(kuò)增，該不可擴(kuò)增部分不可以用圖像內(nèi)容和/或照明來(lái)擴(kuò)增。
[0023]圖1描述了示例頭戴式顯示系統(tǒng)100。頭戴式顯示系統(tǒng)100的形式為圖1中的一副可穿戴眼鏡或護(hù)目鏡。頭戴式顯示系統(tǒng)100包括透視顯示器102，該透視顯示器102可以被配置成向通過透視顯示器查看物理環(huán)境的用戶視覺地?cái)U(kuò)增該物理環(huán)境的外觀。頭戴式顯示系統(tǒng)100可以被配置成擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境的真實(shí)性，該現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境具有各種發(fā)光條件并且包括具有不同色彩和陰影的各種現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象。
[0024]例如，現(xiàn)實(shí)世界背景的外觀可以被圖形內(nèi)容擴(kuò)增，該圖形內(nèi)容可以用透視顯示器102呈現(xiàn)，以使圖形內(nèi)容可以出現(xiàn)于現(xiàn)實(shí)世界背景之前。特別是，圖像產(chǎn)生系統(tǒng)103可以被配置成用透視顯示器102來(lái)顯示虛擬對(duì)象的圖像。而且，圖像產(chǎn)生系統(tǒng)可以被配置成在通過透視顯示器查看時(shí)，增加虛擬對(duì)象的虛擬陰影周圍的現(xiàn)實(shí)世界背景的相對(duì)亮度，以使虛擬陰影看上去源自于虛擬聚光燈。
[0025]在一些實(shí)施例中，頭戴式顯示系統(tǒng)可以是一附加顯示系統(tǒng)，其中全息光可以被顯示在透視顯示器上。例如，一個(gè)或多個(gè)部分透明的像素可以向用戶的眼睛發(fā)射光。用戶可以查看通過和/或圍繞像素的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象，但所發(fā)射的光可以看上去照亮通過和/或圍繞像素查看的背景對(duì)象。
[0026]頭戴式顯不系統(tǒng)100包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)104，該光學(xué)傳感器系統(tǒng)104可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)傳感器。在一不例中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)104包括面向內(nèi)的光學(xué)傳感器106和面向外的光學(xué)傳感器108。面向內(nèi)的光學(xué)傳感器可以被配置成對(duì)用戶的眼睛進(jìn)行凝視檢測(cè)或其他分析。面向外的光學(xué)傳感器可以被配置成在由用戶通過透視顯示器102觀察時(shí)從類似的有利位置(例如，視線)檢測(cè)現(xiàn)實(shí)世界背景。在一些實(shí)施例中，傳感器子系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的面向內(nèi)和/或面向外的光學(xué)傳感器(例如，面向外的彩色相機(jī)和面向外的深度相機(jī))。
[0027]頭戴式顯示系統(tǒng)100還可以包括位置傳感器系統(tǒng)110，該位置傳感器系統(tǒng)110可以包括輸出位置傳感器信息的一個(gè)或多個(gè)位置傳感器(例如，(諸)加速度儀、(諸)陀螺儀、(諸)磁力計(jì)、(諸)全球定位系統(tǒng)、(諸)多點(diǎn)定位跟蹤器、等等)，該位置傳感器信息可用于訪問相關(guān)傳感器的位置、朝向和/或移動(dòng)。
[0028]從光學(xué)傳感器系統(tǒng)104接收到的光學(xué)傳感器信息和/或從位置傳感器系統(tǒng)110接收到的位置傳感器信息可被用于訪問透視顯示器的有利位置相對(duì)于其他環(huán)境對(duì)象的位置和朝向。在一些實(shí)施例中，有利位置的位置和朝向可以用六個(gè)自由度(例如，世界空間x、Y、z、俯仰、偏轉(zhuǎn)、傾斜)來(lái)表征。有利位置可以全局地表征或者獨(dú)立于現(xiàn)實(shí)世界背景而表征。位置和/或朝向可以用板載計(jì)算系統(tǒng)(例如，板載計(jì)算系統(tǒng)112)和/或離板計(jì)算系統(tǒng)來(lái)確定。
[0029]而且，光學(xué)傳感器系統(tǒng)和位置傳感器信息可由計(jì)算系統(tǒng)用來(lái)執(zhí)行現(xiàn)實(shí)世界背景的分析，諸如深度分析、表面重構(gòu)、環(huán)境色彩和照明分析或者其他適當(dāng)?shù)牟僮?。特別是，光學(xué)和位置傳感器信息可用于創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)世界背景