应力反馈装置以及虚拟图像显示系统

技术领域

本发明涉及一种应力反馈装置以及虚拟图像显示系统，且特别是有关于一种能够提升用户在虚拟图像世界中的沉浸感的应力反馈装置以及虚拟图像显示系统。

背景技术

在科技产业日益进步下，可进行虚拟现实(Virtual Reality，VR)或扩增实境(Augmented Reality，AR)的虚拟图像显示器已普及于消费市场。

在虚拟现实中，当用户与虚拟物件进行触碰或推挤时，现有技术通常是以震动的方式来提示用户，以模拟出用户与此虚拟物件接触时的感受。在此情况下，现有技术仅能够模拟出接触时的触感，而无法让用户明显的感受到接触此虚拟物件时的力反馈与沉浸感。

发明内容

本发明提供一种应力反馈装置以及虚拟图像显示系统，可提升用户在虚拟图像世界中的沉浸感受。

本发明的应力反馈装置包括位置传感器以及压力产生器。位置传感器用以基于触发信号以产生位置信息，并传送位置信息至主机端。压力产生器耦接至位置传感器，并用以依据触发信号来对目标区施加应力并调整应力的强度。

本发明的虚拟图像显示系统包括第一应力反馈装置、第二应力反馈装置以及主机端。第一应力反馈装置与第二应力反馈装置相互连接于连动机构，第一应力反馈装置与第二应力反馈装置分别设置于用户的第一部位与第二部位。第一应力反馈装置与第二应力反馈装置中的至少其中之一包括位置传感器以及压力产生器。位置传感器用以基于触发信号以产生位置信息。压力产生器耦接至位置传感器。主机端耦接至第一应力反馈装置与第二应力反馈装置。主机端用以依据触发信号使第一应力反馈装置与第二应力反馈装置的位置传感器感测在第一部位与第二部位之间的相对位置，并使压力产生器依据触发信号来对第一部位以及第二部位中的至少其中之一施加应力并调整应力的强度。

基于上述，本发明的虚拟图像显示系统可在触发事件被启动时，通过应力反馈装置的压力产生器来对用户的上手臂以及/或下手臂施加应力，以固定穿戴于上手臂以及/或下手臂上的应力反馈装置之相对位置，藉以改变用户的皮肤张力。如此一来，本发明能够让用户的大脑感受到有如真实动作时的力反馈，进而提升用户在虚拟图像世界中的沉浸感。

附图说明

图1绘示本发明一实施例的应力反馈装置的示意图。

图2绘示本发明一实施例的虚拟图像显示系统的示意图。

图3绘示本发明实施例的虚拟图像显示系统的动作流程图。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。

请参照图1，图1绘示本发明一实施例的应力反馈装置的示意图。应力反馈装置100包括位置传感器110、压力产生器120以及压力与位移侦测器130。在本实施例中，应力反馈装置100可穿戴于用户的身体上的任何部位(例如，手部或脚部)。用户可通过一主机端(例如，头戴式显示器或任意具运算能力的电子装置)以进行虚拟现实操作时，使主机端与应力反馈装置100以无线传输方式来进行通讯与传输数据。藉此，主机端可根据虚拟图像，将用户在虚拟现实中接触或操作虚拟物件时所感受到的阻力或作用力，反应至应力反馈装置100，以在应力反馈装置100上产生相对应的力反馈，藉以提升用户操作时的沉浸感。

在本实施例中，位置传感器110可接收触发信号TR，并基于触发信号TR以产生位置信息PD，且可将位置信息PD传送至主机端。举例来说，在一些实施例中，当主机端依据虚拟图像而判断出用户的手部需对虚拟物件施加压力(例如，转动门锁、紧握握力器或端餐盘等)时，表示触发事件已被启动。此时，主机端可依据触发事件以产生触发信号TR至位置传感器110。接着，位置传感器110可依据触发信号TR来感测其位于目标区(例如，用户的手臂)上的绝对位置，并对应地产生位置信息PD。

而在另一些实施例中，当用户根据虚拟图像而观察到触发事件即将被启动时，用户可通过按压应力反馈装置100上的按钮(未绘示)，以产生触发信号TR至位置传感器110。并且，位置传感器110可依据触发信号TR来感测其位于目标区上的绝对位置，以对应地产生位置信息PD。

在另一方面，压力产生器120包括驱动器121以及压缩带122。驱动器121耦接于位置传感器110以及压缩带122之间。压力与位移侦测器130耦接于位置传感器110以及压力产生器120之间。其中，本实施例的驱动器121可例如是空气帮浦(Air Pump)或其他类型的致动装置，但本发明并不限于此。凡可使驱动压缩带122以针对用户进行加压的装置均可用以实施本发明的驱动器121，没有特定的限制。

具体而言，压力产生器120用以依据触发信号TR来对用户的目标区施加应力并调整此应力的强度。举例来说，当触发事件被启动时，压力产生器120可通过驱动器121来依据触发信号TR以驱动压缩带122，并使压缩带122对用户的手臂进行充气加压。

进一步来说，在本实施例中，当触发事件被启动时，应力反馈装置100可通过压力与位移侦测器130来侦测压力产生器120对目标区所施加的应力量SV1以及位置传感器110在目标区上的位移量DV1。接着，压力与位移侦测器130可通过比较应力量SV1与参考应力量RSV1以获得比较结果CR1，并将比较结果CR1传送至压力产生器120。

另一方面，压力与位移侦测器130可通过比较位移量DV1与参考位移量RDV1以获得比较结果CR2，并将比较结果CR2传送至压力产生器120。

值得一提的是，在本实施例中，当压力与位移侦测器130判断出应力量SV1未大于参考应力量RSV1，或是位移量DV1未小于参考位移量RDV1时，压力产生器120可依据比较结果CR1、CR2，并通过压缩带122来对用户的目标区进行加压。

如此一来，当用户在虚拟现实中需接触或操作虚拟物件时，应力反馈装置100可依据触发信号TR来在用户的目标区(例如，手部)上施加应力，以使用户能够感受到有如真实触碰或操作到物件的体验。

对此，请同时参照图1以及图2，图2绘示本发明一实施例的虚拟图像显示系统的示意图。虚拟图像显示系统200包括应力反馈装置210、应力反馈装置220以及主机端230。其中，应力反馈装置210以及220可依照图1所示的应力反馈装置100来实施。

在本实施例中，主机端230可以是一头戴式显示器，并可产生虚拟现实或扩增实境的显示效果。用户可分别将应力反馈装置210以及应力反馈装置220穿戴于某一侧的手部的后手臂(亦即，第一部分)以及前手臂(亦即，第二部分)上。应力反馈装置210以及应力反馈装置220可相互连接于连动机构LM。应力反馈装置210以及220可与主机端230以无线传输方式来进行通讯与传输数据。

关于虚拟图像显示系统200的实施细节，请同时参照图1至图3，图3绘示本发明实施例的虚拟图像显示系统的动作流程图。其中，在步骤S310中，当主机端230依据虚拟图像判断出触发事件被启动时，主机端230可产生触发信号TR至应力反馈装置210的位置传感器110A以及应力反馈装置220的位置传感器110B。

此时，位置传感器110A以及位置传感器110B可依据触发信号TR以分别感测其在用户的第一部分P1以及第二部分P2上的位置信息TR，并将位置信息TR传送至主机端230。接着，应力反馈装置210以及应力反馈装置220可依据位置信息TR来计算出位置传感器110A以及位置传感器110B在第一部分P1以及第二部分P2之间的相对位置。

进一步来说，在步骤S320中，主机端230可依据触发信号TR来使位置传感器110A以及位置传感器110B判断其在用户的第一部分P1以及第二部分P2之间的相对位置的变动量VA是否大于一预设的临界值RVA，以获得比较结果CR3。

举例来说，假设在虚拟现实中，用户需对某一虚拟物件(例如，门锁)进行转动，此时，当位置传感器110A以及位置传感器110B判断出变动量VA大于临界值RVA时，表示用户转动此虚拟门锁的转动程度已大于临界值RVA。在此情况下，虚拟图像显示系统200可接续执行步骤S340的操作动作。

在步骤S340中，主机端230可依据比较结果CR3以产生第一锁固命令LC1至应力反馈装置210的压力产生器120A以及/或应力反馈装置220的压力产生器120B。压力产生器120A以及/或压力产生器120B可依据第一锁固命令LC1以对用户的第一部位P1以及/或第二部位P2施加应力，藉以固定住用户的手臂上的应力反馈装置210以及/或应力反馈装置220。藉此，在触发事件被启动的情况下，虚拟图像显示系统200可藉由对用户的手臂施加应力，以模拟出用户在虚拟图像中触碰或操作于虚拟物件时的力反馈与作用力。

在另一方面，当位置传感器110A以及位置传感器110B判断出变动量VA未大于临界值RVA时，表示用户转动此虚拟门锁的转动程度尚未大于临界值RVA。在此情况下，虚拟图像显示系统200可接续执行步骤S330的操作动作。

在步骤S330中，主机端230可依据比较结果CR3以控制应力反馈装置210的压力与位移侦测器130A以及应力反馈装置220的压力与位移侦测器130B来比较施加在用户的第一部分P1以及第二部分P2上的应力量SV2与参考应力量RSV2以获得比较结果CR4。并且，主机端230亦可依据比较结果CR3以控制压力与位移侦测器130A以及压力与位移侦测器130B来比较位置传感器110A在用户的第一部分P1以及位置传感器110B在用户的第二部分P2上的位移量DV2与参考位移量RDV2以获得比较结果CR5。

举例来说，当压力与位移侦测器130A以及130B判断出应力量SV2大于参考应力量RSV2，以及位移量DV2小于参考位移量RDV2时，表示用户在转动虚拟门锁时所感受到的力反馈已足够大。在此情况下，压力与位移侦测器130A以及130B会依据比较结果CR4以及CR5以回报一施力状态信息FSI至主机端230，以使主机端230依据施力状态信息FSI来调整所产生的虚拟图像。

在另一方面，当压力与位移侦测器130A以及130B判断出应力量SV2未大于参考应力量RSV2，或是位移量DV2未小于参考位移量RDV2时，表示用户在转动虚拟门锁时所感受到的力反馈尚未足够大。在此情况下，虚拟图像显示系统200可接续执行步骤S340的操作动作。

在步骤S340中，主机端230可依据比较结果CR4以及CR5以产生第二锁固命令LC2至压力产生器120A以及/或压力产生器120B。压力产生器120A以及/或压力产生器120B可依据第二锁固命令LC2以对用户的第一部位P1以及/或第二部位P2进一步地施加应力，藉以固定住用户的手臂上的应力反馈装置210以及/或应力反馈装置220。藉此，在触发事件被启动的情况下，虚拟图像显示系统200可藉由对用户的手臂施加应力，以模拟出用户在虚拟图像中触碰或操作于虚拟物件时的力反馈与作用力。

综上所述，本发明虚拟图像显示系统可在触发事件被启动时，通过应力反馈装置的压力产生器来对用户的上手臂以及/或下手臂施加应力，以固定穿戴于上手臂以及/或下手臂上的应力反馈装置之相对位置，藉以改变用户的皮肤张力。如此一来，本发明能够让用户的大脑感受到有如真实动作时的力反馈，进而提升用户在虚拟图像世界中的沉浸感。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。