НЕОГРАНИЧЕННОЕ ПРОСТРАНСТВО ОТСЛЕЖИВАНИЯ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ ДЛЯ НЕСКОЛЬКИХ ИГРОКОВ Российский патент 2023 года по МПК G02B30/22 G01S1/70 

Изобретение относится к области специального оптического приборостроения, в частности к системам визуализации, виртуальной реальности и средствам отслеживания положения объектов в пространстве.

Известен шлем виртуальной реальности (далее - ШВР) НТС Vive [патент США USD 761258 S1, патент США US 20160131761 А1], взятый в качестве прототипа, который состоит из корпуса, в котором расположены два оптических канала, каждый из которых состоит из линзы Френеля и находящегося в фокальной плоскости линзы дисплея, при этом для передачи видео потока от персонального компьютера на дисплеи используется видеоконтроллер, а для позиционирования с помощью лазерных маяков используется множество фотоприемников, расположенных на поверхности корпуса шлема виртуальной реальности, которые связаны с блоком приема и передачи информации на персональный компьютер, в котором осуществляется вычисление координат шлема, при этом информация о координатах каждого фотоприемника вычисляется по тройке импульсов, поступающих от каждого фотоприемника, принимающего излучение лазерного маяка.

Технические недостатки, присущие данному техническому решению -невозможно интегрировать в игровое пространство более одного реально перемещающегося игрока, что обусловлено невозможностью масштабирования пространства отслеживания ШВР лазерными маяками, излучающими всенаправленный импульс синхронизации и последовательно сканирующие веерообразные лазерные плоскости под разными углами к плоскости сканирования. А так как стандартное игровое поле не превышает площади 5×5 м, и отсутствует какая-либо связь между возможными игроками в этом поле, то возможны столкновения игроков и их полная рассинхронизация в пространстве.

Существует возможность надеть на игрока 3D костюм фирмы Noitom и связать его через персональный компьютер (далее - ПК) с гарнитурой виртуальной реальности (VR гарнитурой) (https://neuronmocap.com). При этом данная технология позволяет формировать 3D изображение только одного игрока, что не позволяет интегрировать в игровое пространство нескольких игроков.

Идея использования 3D костюма, позволяющего не только идентифицировать положение самого игрока в пространстве, но и положение и сгибы его рук, ног и тела, дает возможность полностью отслеживать игроков и их движения в 3D игровом пространстве, что использовано в технических решениях (Патенты RU 2617972 и CN 106527738).

Для интеграции нескольких игроков в виртуальное игровое пространство известно решение US 20190019372 A1, взятое в качестве прототипа, представляющее собой:

игровую платформу для размещения игры в виртуальной реальности;

игровой терминал, соединенный коммуникационным способом с игровой платформой, в котором игровой терминал включает в себя:

один или несколько процессоров;

коммуникационный интерфейс для подключения терминала игрока к игровой платформе;

первый дисплей для отображения игрового действия в игре виртуальной реальности с точки зрения первого игрока;

датчик для приема ввода на основе жестов от первого игрока во время игры в виртуальной реальности для управления игрой;

модуль записи состояния, управляемый одним или несколькими процессорами, для создания записей игрового действия во время игры в виртуальной реальности, достаточных для воспроизведения игрового процесса.

Как видно из описания данного изобретения, 3D картинка игроков в карточный покер формируется видеокамерами, информация об игроках передается на общий сервер, где формируется трехмерное игровое пространство каждого игрока, далее на сервере каждый игрок интегрируется в индивидуальное 3D игровое пространство, которое сервером распределяется между игроками.

Так как игра в покер не является динамичной игрой и игроки сидят на своих местах, то и пересечение игроков в пространстве невозможно. В связи с чем, позиционирование игроков в пространстве не играет существенной роли, а важна мимика лиц, движение рук и т.п., что легко реализуется с помощью двух видеокамер, установленных перед каждым игроком. Следовательно, к недостаткам данного технического решения стоит отнести малое игровое пространство, отсутствие возможности перемещения игроков по всему игровому пространству.

Для формирования неограниченного игрового пространства, где могут находиться множество подвижных игроков, необходимо:

• использовать масштабируемую систему лазерного трекинга, состоящую из неограниченного количества лазерных маяков, объединенных в единую сеть;

• отслеживать как положение самих игроков в пространстве, так и их конечностей, при этом необходимо интегрировать эту информацию в игровой контент всех участников;

• отслеживать положение манипуляторов (виртуальное оружие и т.п.) каждого игрока в пространстве и интегрировать эту информацию в игровой контент всех участников;

• отказаться от связи игрового контента участников с центральным игровым процессором с помощью проводов, так как динамическое перемещение игроков/участников в пространстве отслеживания не позволяет использовать кабели, проложенные по поверхности игрового поля.

Для создания масштабируемой системы лазерного трекинга, состоящей из неограниченного количества лазерных маяков, объединенных в единую сеть, необходимо идентифицировать маяки, для чего автором предлагается использовать способ сканирования пространства двумя веерообразными лазерными лучами и всенаправленным импульсом синхронизации, как описано в патенте US 20160131761 А1, при этом модулировать излучение лазера с определенной частотой таким образом, чтобы частоты модуляции соседних лазерных маяков не совпадали, и излучение всенаправленного импульса синхронизации содержало цифровую кодировку сигнала, в которой на объект управления передается информация о частоте модуляции лазерного излучения данного маяка и его номере. Для точного расположения игроков в пространстве отслеживания необходимо, чтобы ПК каждого игрока идентифицировал все лазерные маяки сети маяков и использовал информацию об их взаимной калибровке.

Для отслеживания положения игроков и их конечностей в игровом пространстве и интеграции этой информации в игровой контент всех участников автором предлагается использовать на каждом участнике 3D костюм, например фирмы Noitom, связать его через ПК с VR гарнитурой, при этом по радиоканалу необходимо обеспечить обмен информацией между ПК игроков о положении тел и конечностей участников, при этом игровой контент должен воспроизводить в игровом пространстве изменения положения тела как игрока, так и окружающих его участников. При этом на поверхности 3D костюмов установить фотодатчики, а их положение в пространстве отслеживания определять с помощью лазерных маяков.

Для отслеживания положения манипуляторов (которые в соответствии с игровым контентом могут быть оружием, предметом и т.п.) каждого игрока в пространстве и интегрирования этой информации в игровой контент, всех участников необходимо обеспечить обменом информацией между ПК игроков о положении манипуляторов в игровом событии, при этом игровой контент должен воспроизводить в игровом пространстве изменения манипуляторов как самого игрока, так и окружающих его участников.

Для отказа от связи игрового контента участников с центральным игровым процессором с помощью проводов, автором предлагается отказаться от центрального сервера и оснастить каждого игрока с VR гарнитурой, в качестве которой выступает ШВР, персональным ПК с блоком связи с ПК других игроков, при этом игровой контент установленный на ПК разных игроков должен совпадать.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на интеграцию нескольких игроков в единое неограниченное игровое виртуальное пространство, при этом игроки могут перемещаться в данном игровом пространстве, не сталкиваясь и не цепляясь за провода. Технический результат достигается:

- масштабируемой системой лазерного трекинга, состоящей из неограниченного количества лазерных маяков объединенных в единую сеть за счет частотной модуляции лазерного излучения так, чтобы частоты модуляции соседних лазерных маяков не совпадали, и излучение всенаправленного импульса синхронизации содержало цифровую кодировку сигнала, в которой на объект управления передается информация о частоте модуляции лазерного излучения данного маяка и его номере;

- использованием на каждом участнике 3D костюма с фотодатчиками, связью датчиков костюма с ПК игрока и интегрированием этой информации в игровой контент всех участников с помощью радиоканала связи;

- отслеживанием положения манипуляторов каждого игрока в пространстве и интегрированием этой информации в игровой контент всех участников с помощью радиоканала связи;

- оснащением каждого игрока ШВР и персональным ПК с блоком связи с ПК других игроков.

Неограниченное пространство отслеживания виртуальной реальности для нескольких игроков поясняется фигурами 1 и 2.

На фигуре 1 представлено расположение устройств, обеспечивающих неограниченное пространство отслеживания виртуальной реальности для нескольких игроков.

На фигуре 2 представлена блок-схема работы реализации виртуальной реальности для нескольких игроков на неограниченном пространстве отслеживания.

Для реализации неограниченного пространства отслеживания виртуальной реальности для нескольких игроков, необходимо:

• использовать масштабируемую систему лазерного трекинга, состоящую из неограниченного количества лазерных маяков объединенных в единую сеть;

• отслеживать как положение самих игроков в пространстве, так и их конечностей, при этом необходимо интегрировать эту информацию в игровой контент всех участников;

• отслеживать положение манипуляторов (виртуальное оружие и т.п.) каждого игрока в пространстве и интегрировать эту информацию в игровой контент всех участников;

• отказаться от связи игрового контента участников с центральным игровым процессором с помощью проводов, так как динамическое перемещение игроков/участников в пространстве отслеживания не позволяет использовать кабели, проложенные по поверхности игрового поля.

Для создания масштабируемой системы лазерного трекинга, состоящей из неограниченного количества лазерных маяков объединенных в единую сеть, необходимо идентифицировать маяки, для чего автором предлагается использовать способ сканирования пространства двумя веерообразными лазерными лучами и всенаправленным импульсом синхронизации, как описано в патенте US 20160131761 A1, при этом модулировать излучение лазера с определенной частотой таким образом, чтобы частоты модуляции соседних лазерных маяков не совпадали, и излучение всенаправленного импульса синхронизации содержало цифровую кодировку сигнала, в которой на объект управления передается информация о частоте модуляции лазерного излучения данного маяка и его номере. Для точного расположения игроков в пространстве отслеживания необходимо, чтобы ПК каждого игрока идентифицировал все лазерные маяки сети маяков и использовал информацию об их взаимной калибровке.

Автором предлагается для формирования виртуального пространства игры, смотри фигуры 1 и 2, каждого игрока 1 оснастить ШВР 3, на котором установлено, по крайней мере, три фотоприемника 10, которые принимают лазерное излучение маяков 2, при этом фотоприемники 10 через блок вычисления координат ШВР 12 связаны с ПК игрока 7, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР 15 игрока 1 в соответствие с разворотом и перемещением его головы.

Для отслеживания положения игроков и их конечностей в игровом пространстве, интеграции этой информации в игровой контент всех участников, автором предлагается использовать на каждом участнике 3D костюм 4, у которого для определения координат частей тела использовать фотоприемники 5, которые принимают лазерное излучение от лазерных маяков 2, при этом фотоприемники через блок вычисления координат 3D костюма 13 связаны с ПК игрока 7, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи 15 ШВР игрока. Одновременно по радиоканалу 17 необходимо обеспечить обмен информацией между ПК игроков 7 о положении тел и конечностей игроков участвующих в игровом событии, при этом игровой контент должен воспроизводить в игровом пространстве изменения тела как игрока, так и окружающих его участников.

Для отслеживания положения манипуляторов 6 (которые в соответствии с игровым контентом могут быть оружием, предметом и т.п.) на поверхности каждого манипулятора игрока установлены, по крайней мере, три фотоприемника 11, которые принимают лазерное излучение маяков, при этом фотоприемники через блок вычисления координат манипулятора 14 связаны с ПК игрока 7, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока в соответствие с положением манипуляторов в игровом событии, при этом игровой контент должен воспроизводить в игровом пространстве изменения положения и состояния манипуляторов как самого игрока, так и окружающих его участников, для чего необходимо обеспечить обмен информацией о положении манипуляторов между ПК игроков по радиоканалу 17.

Для отказа от связи игрового контента участников с центральным игровым процессором с помощью проводов, автором предлагается отказаться от центрального сервера и оснастить каждого игрока персональным ПК 7 с блоком связи 16 с ПК других игроков, при этом игровой контент установленный на ПК разных игроков должен совпадать.

В связи с вышеизложенным, автор предлагает следующее неограниченное пространство отслеживания виртуальной реальности для нескольких игроков, заключающийся в:

- масштабировании пространства отслеживания множеством лазерных маяков, при этом для идентификации лазерного излучения маяков их излучение частотно модулировано на разных частотах, а информация о частоте и номере лазерного маяка передается на объекты отслеживания с помощью цифровой кодировки всенаправленных импульсов синхронизации, излучаемых маяками вначале каждого цикла сканирования;

расположении игроков, оснащенных шлемами виртуальной реальности, в пространстве отслеживания лазерных маяков, при этом фотоприемники ШВР через блок вычисления координат связаны с ПК игрока, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока в соответствии с разворотом и перемещением его головы;

- оснащении каждого игрока 3D костюмом, у которого для определения координат частей тела используются фотоприемники, которые принимают лазерное излучение от лазерных маяков, при этом фотоприемники через блок вычисления координат связаны с ПК игрока, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока;

- отслеживании положения манипуляторов с помощью, по крайней мере, трех фотоприемников, которые принимают лазерное излучение маяков, при этом фотоприемники через блок вычисления координат связаны с ПК игрока, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока в соответствии с положением манипуляторов в игровом событии;

- использовании у каждого игрока персонального ПК, при этом игровой контент установленный на ПК разных игроков должен совпадать, а сам ПК связан с блоком связи, который по радиоканалу обменивается информацией между ПК других игроков, по которому получает информацию о положении тел и конечностей игроков и всех манипуляторов, участвующих в игровом событии, при этом ПК изменяет игровой контент в соответствии с изменениями тела и манипулятора как игрока, так и окружающих его участников.

Неограниченное пространство отслеживания виртуальной реальности для нескольких игроков работает следующим образом: множество игроков 1, оснащенных ШВР 3, располагаются в пространстве отслеживания, сформированном любым множеством лазерных маяков 2. Для формирования неограниченного пространства отслеживания каждый маяк сканирует пространство отслеживания ШВР 3 всенаправленными импульсами синхронизации и веерообразными лазерными лучами 8 и 9, при этом лазерные лучи модулированы с определенной частотой, а значение частоты модуляции конкретного лазерного маяка передается в ШВР с помощью цифровой кодировки всенаправленного импульса синхронизации. Информация с фотоприемников 10 поступает на блок вычисления координат ШВР, где идентифицируется лазерный маяк, от которого поступают сигналы от сканирующих лазерных лучей. Если зону отслеживания ШВР сканируют лучи соседнего лазерного маяка, то частота модуляции его лазерного излучения должна отличаться, при этом ШВР, приняв сигнал всенаправленного импульса синхронизации от второго лазерного маяка, определяет частоту модуляции излучения этого маяка. Далее ШВР осуществляет взаимную калибровку между соседними маяками и определяет координаты фотоприемников относительно обоих лазерных маяков. Данные о линейных и угловых координатах ШВР передаются на ПК игрока 7, в соответствии с которыми ПК формирует стереоскопическое изображение видеоконтента, которое по линии связи, например, по HDMI кабелю передается на дисплеи 15, изображение от которых наблюдает игрок через линзы, в фокусе которых находятся дисплеи 15. На каждом игроке 1 надет 3D костюм 4, который состоит из множества фотоприемников 5, установленных на кистях, локтях, коленях, шее и других частях тела. Фотоприемники 5 принимают сигналы сканирующих лучей лазерных маяков 2 и передают их в блок вычисления координат 3D костюма 13, где вычисляются координаты фотоприемников и далее эта информация передается в ПК игрока 7, где происходит интеграция тела игрока в игровой контент и дальнейшая передача стереоизображения на дисплеи 15 ШВР игрока. Одновременно, с помощью блока связи 16 по радиоканалу 17 происходит обмен информацией между ПК игроков о положении тел и конечностей игроков участвующих в игровом событии, при этом игровой контент должен воспроизводить в игровом пространстве изменения тела как игрока, так и окружающих его участников. При использовании манипуляторов 6, с помощью которых моделируется работа внешних виртуальных объектов, фотоприемники манипулятора 11 принимают сигналы сканирующих лучей лазерных маяков 2 и передают их в блок вычисления координат манипулятора 14, где вычисляются угловые и линейные координаты манипулятора и далее эта информация передается в ПК игрока 7, где происходит интеграция манипулятора в игровой контент и передается стереоизображение на дисплеи 15 ШВР игрока. Одновременно, с помощью блока связи 16 по радиоканалу 17 происходит обмен информацией между ПК игроков о манипуляторах других игроков участвующих в игровом событии, при этом игровой контент должен воспроизводить в игровом пространстве изменения положения манипуляторов всех окружающих его участников.

Если игровое пространство неограниченно, то качественная 3D картина может занимать огромный объем памяти, до нескольких Тб, что перегрузит ПК игроков и их радиоканалы связи с несколькими игроками. Для предотвращения перегрузки, автором предлагается в каждый лазерный маяк, или около него, установить блок раздачи по радиоканалу информации о 3D картине в зоне действия лазерного маяка. ШВР, попавший в зону действия такого маяка, скачивает как статическую 3D картину высокого разрешения, так и изображения других игроков в высоком разрешении, находящихся в зоне действия маяка. Остальная, окружающая 3D картина, находящаяся на расстоянии более 10 м от игрока, должна иметь низкое разрешение и поэтому не занимает огромного объема памяти.

В связи с чем, автором предлагается в каждый лазерный маяк, или возле него, кроме точки раздачи установить блок памяти с информацией о 3D картине в зоне действия маяка и связать его с сервером для возможности интеграции в 3D картину информации о частях тела самого игрока и 3D информации о возможном нахождении в зоне действия маяка других игроков.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности, к системам визуализации, виртуальной реальности и средствам отслеживания положения объектов в пространстве. Способ отслеживания положения объектов в пространстве заключается в масштабировании пространства отслеживания множеством лазерных маяков, где для идентификации лазерного излучения маяков их излучение частотно модулировано на разных частотах, а информация о частоте и номере лазерного маяка передается на объекты отслеживания с помощью цифровой кодировки всенаправленных импульсов синхронизации, излучаемых маяками в начале каждого цикла сканирования; оснащении каждого игрока 3D-костюмом, у которого для определения координат частей тела используются фотоприемники, которые принимают лазерное излучение от лазерных маяков; отслеживании положения манипуляторов с помощью, по крайней мере, трех фотоприемников, которые принимают лазерное излучение маяков; использовании у каждого игрока персонального ПК. В каждом лазерном маяке или около него установлен блок раздачи по радиоканалу информации о 3D-картине и изображения других игроков в высоком разрешении, находящихся в зоне действия маяка высокого разрешения. Блок раздачи связан с сервером для интеграции в 3D-картину информации о частях тела самого игрока и 3D-информации о нахождении в зоне действия маяка других игроков. Изобретение обеспечивает интеграцию нескольких игроков в единое виртуальное пространство, повышение скорости обработки информации. 2 ил.

Способ отслеживания положения объектов в пространстве для нескольких игроков, заключающийся в:

- масштабировании пространства отслеживания множеством лазерных маяков, при этом для идентификации лазерного излучения маяков их излучение частотно модулировано на разных частотах, а информация о частоте и номере лазерного маяка передается на объекты отслеживания с помощью цифровой кодировки всенаправленных импульсов синхронизации, излучаемых маяками в начале каждого цикла сканирования;

- расположении игроков, оснащенных шлемами виртуальной реальности (ШВР), в пространстве отслеживания лазерных маяков, при этом фотоприемники ШВР через блок вычисления координат связаны с персональным компьютером (ПК) игрока, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока в соответствии с разворотом и перемещением его головы;

- оснащении каждого игрока 3D-костюмом, у которого для определения координат частей тела используются фотоприемники, которые принимают лазерное излучение от лазерных маяков, при этом фотоприемники через блок вычисления координат связаны с ПК игрока, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока;

- отслеживании положения манипуляторов с помощью, по крайней мере, трех фотоприемников, которые принимают лазерное излучение маяков, при этом фотоприемники через блок вычисления координат связаны с ПК игрока, который в соответствии с игровым контентом формирует и передает стереоизображение на дисплеи ШВР игрока в соответствии с положением манипуляторов в игровом событии;

- использовании у каждого игрока персонального ПК, при этом игровой контент установленный на ПК разных игроков должен совпадать, а сам ПК связан с блоком связи, который по радиоканалу обменивается информацией между ПК других игроков, по которому получает информацию о положении тел и конечностей игроков и всех манипуляторов, участвующих в игровом событии, при этом ПК изменяет игровой контент в соответствии с изменениями тела и манипулятора как игрока, так и окружающих его участников;

- в каждом лазерном маяке или около него установлен блок раздачи по радиоканалу информации о 3D-картине и изображения других игроков в высоком разрешении, находящихся в зоне действия маяка высокого разрешения, при этом блок раздачи должен быть связан с сервером для возможности интеграции в 3D-картину информации о частях тела самого игрока и 3D-информации о возможном нахождении в зоне действия маяка других игроков.