[发明专利]用于三维空间中虚拟对象的自动放置的系统和方法

说明书

公开了用于在用户的三维(3D)环境中相对于目的对象自动重新定位虚拟对象的增强现实系统和方法。该系统和方法可以基于虚拟对象或目的对象的功能可见性自动将目标虚拟对象附到目的对象并且重新定向目标虚拟对象。当用户的移动超过阈值条件时，该系统和方法还可以跟踪用户的移动并从目的对象分离虚拟对象。

相关申请的交叉引用

本申请要求依据35U.S.C.§119(e)的2016年8月11日提交的名称为“AUTOMATICPLACEMENT OF VIRTUAL OBJECTS IN A 3D ENVIRONMENT(在3D环境中虚拟对象的自动放置)”的美国临时申请No.62/373693和2016年8月11日提交的名称为“VIRTUAL OBJECT USERINTERFACE WITH GRAVITY(具有重力的虚拟对象用户界面)”的美国临时申请No.62/373692的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及虚拟现实和增强现实成像以及可视化系统，更特别地，涉及在三维(3D)空间中自动重新定位虚拟对象。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”、“增强现实”或“混合现实”体验的系统的开发，其中数字再现图像或其部分以它们看起来或可能被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息而对其他实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息，作为对用户周围的真实世界的可视化的增强；混合现实或“MR”涉及将真实世界和虚拟世界融合，以产生物理和虚拟对象共存并实时交互的新环境。事实证明，人类视觉感知系统非常复杂，并且产生有助于连同其它虚拟或真实世界的图像元素一起的虚拟图像元素的舒适、自然、丰富呈现的AR技术是具有挑战性的。本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。

发明内容

描述了用于自动重新定位虚拟对象的增强现实系统的各种实施例。

在一个示例实施例中，公开了一种用于在三维(3D)环境中自动重新定位虚拟对象的增强现实(AR)系统。该AR系统包括被配置为在3D视图中呈现虚拟内容AR显示器和与AR显示器通信的硬件处理器。该硬件处理器被编程为：识别用户的3D环境中的目标虚拟对象，其中向目标虚拟对象分配表示第一位置和第一取向的一个向量；接收将目标虚拟对象附到目的对象的指示，其中向目的对象分配表示第二位置和第二取向的至少一个向量；至少部分地基于第一位置和第二位置计算目标虚拟对象与目的对象之间的轨迹；沿着轨迹朝向目的对象移动目标虚拟对象；跟踪目标虚拟对象的当前位置；至少部分地基于目标虚拟对象的当前位置和第二位置来计算目标虚拟对象与目的对象之间的距离；确定目标虚拟对象与目的虚拟对象的距离是否小于阈值距离；响应于距离小于或等于阈值距离的比较，自动将目标虚拟对象附到目的对象并将目标虚拟对象定向到第二取向；以及通过AR显示器在第二位置处渲染具有第二取向的目标虚拟对象，其中在第二取向下目标虚拟对象覆盖在目的对象上。

在另一示例实施例中，公开了一种用于在三维(3D)环境中自动重新定位虚拟对象的方法。该方法包括可以在包括计算机硬件的增强现实(AR)系统的控制下被执行，AR系统被配置为允许用户与3D环境中的对象的交互。该方法包括：识别用户的3D环境中的目标虚拟对象，目标虚拟对象具有第一位置和第一取向；接收相对于目的对象重新定位目标虚拟对象的指示；识别用于重新定位目标虚拟对象的参数；分析与3D环境、目标虚拟对象和目的对象中的至少一个相关联的功能可见性(affordance)；基于功能可见性计算用于重新定位目标虚拟对象的参数的值；基于用于重新定位目标虚拟对象的参数的值来确定目标虚拟对象的第二位置和第二取向以及目标虚拟对象的移动；以及以第二位置和第二取向以及从第一位置和第一取向到达第二位置和第二取向的目标虚拟对象的移动来渲染目标虚拟对象。

此说明书所述主题的一个或多个实施方式的细节在下面的附图和描述中阐述。从描述、附图和权利要求中，其他特征、方面以及优势将变得显而易见。本发明内容和之后的具体实施方式都不旨在限定或限制本发明主题的范围。