УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится устройствам, предназначенным для формирования виртуальных объектов дополненной реальности, а именно к устройствам для формирования виртуальных объектов дополненной реальности, содержащим корпус, в котором размещены модуль ввода данных об окружающем пространстве, дисплей, соединенные с вычислительным модулем, обрабатывающим данные. В данной работе используются следующие термины.
Виртуальный объект - созданный техническими средствами несуществующий объект, передаваемые человеку (через зрение, слух и т.п.) ощущения от которого имитируются техническими средствами.
Дополненная реальность - воспринимаемая смешанная реальность, создаваемая с использованием элементов воспринимаемой реальности, «дополненных» с помощью компьютера (когда виртуальные объекты выводятся в поле зрения).
Устройство формирования виртуальных объектов дополненной реальности - любое компьютерное устройство, имеющее в комплекте дисплей и модуль ввода данных об окружающем пространстве, которое может передавать данные в режиме реального времени в вычислительный модуль для анализа и выводить на дисплей дополнительное виртуальное изображение. Типичные представители такого класса устройств: смартфон, планшетный компьютер, компьютер с гарнитурой в виде очков дополненной реальности типа Google Glass и тому подобное.
Дисплей - блок вывода информации для визуального представления ее пользователю. Может быть выполнен в виде жидкокристаллического экрана, а может являться просто поверхностью, на которое проецируется изображение, например, прозрачне очки, на которые выводятся только дополнительные виртуальные объекты дополненной реальности.
Смартфон (англ. smartphone - умный телефон) - сотовый телефон, дополненный функциональностью карманного персонального компьютера.
Уровень техники
В настоящее время все большее количество людей используют различные электронные устройства и взаимодействуют с виртуальными объектами. Это происходит не только в компьютерных играх, но и в процессе обучения, а также, например, при удаленной торговле товарами, когда покупатель принимает решение о покупке, пользуясь виртуальной моделью товаров. При этом наиболее перспективным направлением развития выглядит создание дополненной реальности - то есть совмещение на дисплее компьютерного устройства или смартфона и очков виртуальной или дополненной реальности виртуальных объектов вместе с реальным изображением, получаемым в режиме реального времени с в модуля ввода данных об окружающем пространстве указанного устройства.
Для создания эффекта присутствия виртуальных объектов дополненной реальности в обычном пространстве необходимо привязать к реальным объектам, выводимым на устройство передачи изображения пользователю, те самые виртуальные объекты дополненной реальности, которые моделируются в режиме реального времени. Для привязки нужно передавать данные об окружающем мире на вычислительный модуль устройства для воздействия на виртуальные объекты дополненной реальности.
Известны устройства формирования виртуальных объектов дополненной реальности, содержащие корпус, в котором размещены модуль ввода данных об окружающем пространстве, дисплей, соединенные с вычислительным модулем, обрабатывающим данные. Этот уровень техники раскрыт в публикации описания патента на полезную модель РФ №138628 от 20.03.2014
Данное устройство является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрано за прототип предлагаемой полезной модели. Также, как и полезная модель, прототип может выводить на дисплей виртуальные объекты дополненной реальности. Модуль ввода данных об окружающем пространстве выполнен в виде видеокамеры.
Недостатком этого прототипа является невозможность построения трехмерной модели окружающего пространства при слабом освещении или при его отсутствии. Кроме того, даже при наличии освещения алгоритмы анализа изображения с видеокамеры дают невысокую точность оценки расстояния до объектов (то есть точного решения задачи построения 3D-модели по картинке видеокамеры).
Раскрытие полезной модели
Настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить устройство формирования виртуальных объектов дополненной реальности, содержащее корпус, в котором размещены модуль ввода данных об окружающем пространстве, дисплей, соединенные с вычислительным модулем, обрабатывающим данные, позволяющее, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно, обеспечить возможность построения трехмерной модели окружающего пространства для привязки виртуальных объектов дополненной реальности при слабом освещении или при его отсутствии, а также повышения точности построения трехмерной модели окружающего пространства, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели модуль ввода данных об окружающем пространстве выполнен в виде источника звукового излучения, и приемника отраженного звукового сигнала, соединенные с вычислительным модулем. Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность излучать специальный сигнал, по измерению времени прохождения которого приемником можно судить о точном расстоянии до объекта, от которого он был отражен, и таким образом появляется возможность построения точной трехмерной модели окружающего пространства для точного размещения в ней виртуальных объектов дополненной реальности.
Существует вариант полезной модели, в котором устройство содержит соединенный с вычислительным модулем управляющий модуль, выполненный с возможностью выведения на дисплей устройства сигнала о необходимости изменения положения устройства в пространстве. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность автоматически получать визуальную информацию о том, что необходимо сменить положения устройства в пространстве.
Существует также вариант полезной модели, в котором управляющий модуль выполнен с возможностью передачи пользователю голосовых сообщений о придании устройству необходимой ориентации в пространстве. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность автоматически получать голосовую информацию о том, что необходимо сменить положение устройства в пространстве.
Существует и такой вариант полезной модели, в котором вычислительный модуль имеет блок проверки достаточности данных для построения трехмерной модели окружающего пространства по получаемой от приемника отраженного сигнала информации. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность автоматически получать информацию о том, что процесс сканирования окружающего пространства надо продолжать.
Существует также вариант полезной модели, в котором источник звукового излучения выполнен с возможностью излучения звукового сигнала в диапазоне 40-45 кГц. Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность использовать именно ультразвуковой диапазон для излучения звукового сигнала, чтобы повысить точность вычисления расстояния и исключить звуковое воздействие устройства на людей и животных.
Существует еще вариант полезной модели, в котором вычислительный модуль соединен с блоком определения положения устройства относительно сторон света. Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность автоматически привязывать положение устройства к сторонам света для упрощения построения трехмерной модели окружающего пространства.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества данной полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает схему устройства формирования виртуальных объектов дополненной реальности согласно полезной модели,
- фигура 2 схематично изображает этапы способа формирования виртуальных объектов дополненной реальности согласно полезной модели.
Согласно фигуре 1 устройство формирования виртуальных объектов дополненной реальности содержит корпус 1, в котором размещены модуль ввода данных об окружающем пространстве 2, дисплей 3, соединенные с вычислительным модулем 4, обрабатывающим данные. Модуль ввода данных об окружающем пространстве 2 выполнен в виде источник звукового излучения 5, соединенным с вычислительным модулем 4, и приемника 6 отраженного звукового сигнала, соединенным с вычислительным модулем 4.
Устройство опционально содержит соединенный с вычислительным модулем 4 управляющий модуль 7, выполненный с возможностью выведения на дисплей 3 устройства сигнала о необходимости изменения положения устройства в пространстве.
Управляющий модуль 7 может быть выполнен с возможностью передачи пользователю голосовых сообщений о придании устройству необходимой ориентации в пространстве. Для этого он передает голосовые сообщения на динамик 8 устройства.
Вычислительный модуль 4 может иметь блок 41 блок проверки достаточности данных для построения трехмерной модели окружающего пространства по получаемой от приемника 6 отраженного сигнала информации.
Источник звукового излучения 5 может быть выполнен с возможностью излучения звукового сигнала в диапазоне 40-45 кГц.
Вычислительный модуль 4 может быть соединен с блоком 9 определения положения устройства относительно сторон света, то есть компасом.
Отражающий сигнал объект условно изображен на фигуре 1 как 10.
Осуществление полезной модели
Устройство формирования виртуальных объектов дополненной реальности работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации полезной модели, имея в виду, что данный пример не ограничивает применения полезной модели.
Согласно фигуре 2:
Этап А1. С помощью источника 5 звукового сигнала излучают звуковой сигнал, преимущественно в ультразвуковом диапазоне 40-45 кГц.
Этап А2. Поскольку луч источника 5 звукового сигнала довольно узкий, для сканирования существенного объема пространства и построения его трехмерной модели необходимо произвести сканирование пространстве, то устройство с помощью управляющего модуля 7 дает пользователю указания 9 визуально через дисплей 3 или голосовым способом через динамик 8) постепенно поворачивать устройство в горизонтальной плоскости. При этом устройство может лежать на произвольной горизонтальной поверхности.
Этап A3. Выполняют поворот устройства дискретно, с заданным угловым шагом, или непрерывно.
Этап А4. Если на текущей итерации сканирования приемником отраженного ультразвука получен недостоверный сигнал (например, пространство между источником 5 звукового сигнала и объектом оказалось случайно перекрыто, например, рукой пользователя), то этот факт выявляется по изменению расстояния до объекта в ходе выполнения сканирования (сигнал с приемника колеблется). Управляющий модуль 7 может давать указания пользователю, выводя на экран угловую разметку со стрелкой (аналогично картушке компаса) и/или подавая голосовые подсказки по ориентации устройства. Угол поворота устройства определяется встроенным компасом 9.
Этап А5. Создают трехмерную модель окружающего пространства.
Этап А6. Создают виртуальные объекты дополненной реальности, привязывают их к созданной трехмерной модели окружающего пространства и выводят его на дисплей 3 устройства.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности обеспечивать формирование виртуальных объектов дополненной реальности.
Промышленная применимость
Предлагаемое устройство формирования виртуальных объектов дополненной реальности может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенной полезной моделью изготовлен опытный образец устройства. Испытания опытного образца показали, что он обеспечивает возможность:
- излучения звукового сигнала,
- получения отраженного звукового сигнала,
- вычисления расстояния до объектов,
- проверки достаточности сведений об окружающем пространстве,
- автоматического указания пользователю смены положения устройства,
- автоматического построения трехмерной модели окружающего пространства,
- автоматического привязывания виртуальных объектов дополненной реальности к созданной трехмерной модели окружающего пространства и выведению их на дисплей устройства.
Таким образом, в данной полезной модели достигнута поставленная задача - возможность построения трехмерной модели окружающего пространства для привязки виртуальных объектов дополненной реальности при слабом освещении или при его отсутствии, а также повышения точности построения трехмерной модели окружающего пространства.
Действительно, настоящая полезная модель позволяет строить виртуальные сцены с привязкой к точно вычисленной трехмерной модели реального окружающего пространства, причем за счет того, что построение трехмерной модели производится на основе эхолокации ультразвуком, процесс привязки виртуальных объектов дополненной реальности к трехмерной модели окружающего пространства можно производить как при плохом освещении, так и при полном его отсутствии.