編譯/VR陀螺

今天，美國(guó)專利商標(biāo)局正式授予蘋果公司一項(xiàng)與Apple Vision Pro相關(guān)的專利，該專利涉及一種具有視覺(jué)校正功能的相對(duì)慣性測(cè)量系統(tǒng)。當(dāng)VR頭顯中發(fā)生的運(yùn)動(dòng)與真實(shí)環(huán)境中發(fā)生的運(yùn)動(dòng)不匹配時(shí)，可能會(huì)引起暈動(dòng)癥，因此這樣的系統(tǒng)主要用于補(bǔ)償頭顯內(nèi)的眼前庭不匹配。

例如，如果用戶坐在汽車座位上通過(guò)VR頭顯玩游戲，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果在游戲中體驗(yàn)到的運(yùn)動(dòng)與方向不匹配，可能會(huì)導(dǎo)致眼前庭不匹配。而蘋果公司的發(fā)明就是為了在頭顯中彌補(bǔ)這種不匹配。

蘋果公司在其專利背景中指出，傳統(tǒng)的VR和AR系統(tǒng)可能無(wú)法將用戶或用戶身體部分的運(yùn)動(dòng)與用戶所處的參照系（如用戶所乘坐的車輛）的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)。

例如，佩戴傳統(tǒng)VR或AR設(shè)備的用戶可能坐在車輛中，車輛可能從停止位置開(kāi)始加速，而佩設(shè)備的用戶雖然坐在車輛中但并沒(méi)有在車輛中移動(dòng)（例如，用戶相對(duì)于車輛的參考框架沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）。由于傳統(tǒng)VR或AR設(shè)備無(wú)法將用戶身體的運(yùn)動(dòng)與車輛的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)，因此這些設(shè)備可能會(huì)將車輛的運(yùn)動(dòng)歸因于用戶。這樣，在VR或AR設(shè)備上顯示給用戶的圖像對(duì)用戶來(lái)說(shuō)就好像其正在以與車輛相同的速度和方向穿過(guò)場(chǎng)景。

類似的現(xiàn)象也發(fā)生在角度運(yùn)動(dòng)方面。例如，佩戴傳統(tǒng)VR或AR設(shè)備的用戶可能正乘坐在一輛轉(zhuǎn)彎的車輛中，但當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，用戶可能不會(huì)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)頭部。傳統(tǒng)的AR或VR設(shè)備可能無(wú)法將用戶頭部的運(yùn)動(dòng)與車輛的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)。因此，車輛的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)可能被歸因于用戶，盡管用戶沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，但VR或AR設(shè)備上顯示給用戶的圖像可能看起來(lái)在轉(zhuǎn)彎或旋轉(zhuǎn)。用戶在車輛內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與用戶通過(guò)顯示場(chǎng)景觀察到的運(yùn)動(dòng)之間的差異可能導(dǎo)致用戶產(chǎn)生惡心和不適感。

這種不適感可能是由眼前庭不匹配引起的。同樣，對(duì)于包括IMU的其他類型的設(shè)備來(lái)說(shuō)（如控制器），將車輛的運(yùn)動(dòng)歸因于控制器可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的控制和意想不到的后果。

蘋果公司的發(fā)明涵蓋了一種系統(tǒng)、用戶設(shè)備和方法，該系統(tǒng)、用戶設(shè)備和方法采用了相對(duì)慣性測(cè)量技術(shù)，以確定用戶設(shè)備相對(duì)于非固定參考框架（例如用戶設(shè)備行駛的車輛）的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，相對(duì)慣性測(cè)量技術(shù)可用于確定要通過(guò)包括頭戴式顯示器的用戶設(shè)備顯示給用戶的圖像，該用戶設(shè)備基于當(dāng)用戶佩戴頭戴式顯示器時(shí)和當(dāng)用戶在非固定參考框架（例如車輛）中行駛時(shí)用戶頭部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，相對(duì)慣性測(cè)量技術(shù)可與耦合到用戶身體的控制器一起使用，以確定用戶身體相對(duì)于用戶所處的非固定參考框架（如移動(dòng)車輛）的運(yùn)動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，相對(duì)慣性測(cè)量系統(tǒng)包括至少兩個(gè)慣性測(cè)量裝置。第一慣性測(cè)量裝置可與用戶設(shè)備機(jī)械耦合。例如，用戶設(shè)備可以是VR或AR系統(tǒng)的頭戴式顯示器。

第一慣性測(cè)量裝置可與頭戴式顯示器的一部分機(jī)械耦合。這樣，第一慣性測(cè)量裝置可以與用戶身體的一部分一起移動(dòng)，并且可以測(cè)量由于身體一部分的移動(dòng)而導(dǎo)致的用戶設(shè)備的移動(dòng)。例如，包括在頭戴式顯示器中的第一慣性測(cè)量裝置可以測(cè)量用戶頭部的運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)用戶設(shè)備在非固定參考框架（例如車輛）中移動(dòng)時(shí)，用戶設(shè)備中包含的第一慣性測(cè)量設(shè)備可以測(cè)量非固定參考框架（例如車輛）的移動(dòng)和用戶設(shè)備在非固定參考框架中的移動(dòng)。

例如，如果用戶佩戴包括第一慣性測(cè)量裝置的頭戴式顯示器，并且將其頭部向右轉(zhuǎn)20度，與此同時(shí)，用戶所乘坐的車輛向右轉(zhuǎn)90度，則第一慣性測(cè)量裝置可測(cè)量110度的慣性運(yùn)動(dòng)。

圖源：patentlyapple

蘋果專利圖16示出了配置為確定相對(duì)慣性運(yùn)動(dòng)的頭戴式用戶設(shè)備的一個(gè)示例；圖1示出了在移動(dòng)參考框架（車輛）中乘坐的用戶和包括用于確定用戶相對(duì)于參考框架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)慣性測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)。

圖源：patentlyapple

蘋果公司的專利圖13A-13C和14A-C說(shuō)明了用戶設(shè)備相對(duì)于參考框架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的示例。

如蘋果公司的專利圖10所示，在一個(gè)共同參考框架中的多個(gè)用戶設(shè)備提供用于確定參考框架運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信息；圖15示出了一個(gè)慣性測(cè)量設(shè)備示例的框圖。

圖源：patentlyapple

在一些實(shí)施例中，例如專利圖10，用戶設(shè)備可以位于包括慣性測(cè)量設(shè)備的公共交通車輛（公共汽車）中。公共交通車輛可以向乘客傳輸車輛的慣性測(cè)量結(jié)果。

例如，如果地鐵沿著設(shè)定的路徑行駛，地鐵可在實(shí)際通過(guò)軌道彎道之前傳輸有關(guān)軌道即將出現(xiàn)彎道的預(yù)測(cè)性慣性數(shù)據(jù)。

這是一項(xiàng)非常詳細(xì)的專利，想了解更多專利細(xì)節(jié)，請(qǐng)查閱蘋果公司的授權(quán)專利11698258。

圖源：patentlyapple