[发明专利]一种扩展增强现实头戴式显示设备视场角的方法

说明书

本发明公开了一种扩展增强现实头戴式显示设备视场角的方法，包括增强现实头戴式显示设备(即AR头显)、显示屏幕阵列以及计算机，所述计算机包含渲染引擎。本发明结合外部显示器的可扩展性和AR头显的沉浸感，解决实际应用中AR头显视场角小的问题，可用于需要提高视场角的场景(如用AR头显玩游戏，观看比赛等)或需要公私屏显示不同内容的场景(如纸牌游戏等，需公共屏和私有屏协作显示)。本发明采用多个显示器组成的屏幕阵列补充头显的显示，可以根据实际需求改变屏幕的大小和个数，以一种有效且可扩展的方式，极大提升了AR头显的可视角，提高用户在使用时的真实感和沉浸感，同时，屏幕阵列作为公共屏，可供更多人观看，实现AR内容共享。

技术领域

本发明涉及增强现实(AR)领域，尤其涉及一种扩展增强现实头戴式显示设备视场角的方法。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)是一种将计算机生成的虚拟事物与现实事物“完美结合”的技术。其目的在于感知环境，模拟仿真与环境相关的数字信息(视，听，嗅，触觉信息)，并叠加于现实环境，以丰富/增强用户的感官体验。

AR技术以其特有的虚实结合性，广泛应用于娱乐，教育，医疗，军事等各个领域。以视觉增强为主，显示设备主要包括手机/平板，投影仪，头盔和头显。随着几大科技巨头相继发布移动端AR工具包(如ARKit)，手机/平板端的AR应用近年激增，不过因其只停留于2D屏幕，沉浸感差，用户体验不够好。以投影仪为显示主体的AR应用，是将视觉内容投影于现实物体上，使物体呈现不同的视觉效果。不过这种方式需要精确标定(calibration)，搭建困难，难以推广。头盔，和眼镜式的AR技术则以其轻便性和较强的沉浸感，得到广大研究者和企业家的偏爱。

对AR来说，视场相当重要，因为要实现一定的沉浸感，AR世界必须与现实世界无缝融合。如果不能实时看到眼前的AR世界，你就会不自然的挪动头部“扫描”周边环境，就像通过望远镜在看世界。这样一来，大脑就无法通过直观的映射将AR世界看作真实世界的一部分，所谓的沉浸感也会化为乌有。

不过现有的基于光学原理设计的AR头显只有大约60度的极限对角线视角，而人眼的水平视角大约有180度，垂直视角大约为130度，这极大地影响了用户对整个增强现实空间的观察，也极大地降低了用户的真实感和沉浸感。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种扩展增强现实头戴式显示设备视场角的方法，本方法提出一种结合外部显示器(包括但不限于投影仪)与AR头显来提高视场角的方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何有效提高AR头显的视场角。

为实现上述目的，本发明提供了一种扩展增强现实头戴式显示设备视场角的方法，包括增强现实头戴式显示设备(即AR头显)、显示屏幕阵列以及计算机，所述计算机包含渲染引擎，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、坐标系校准：设所述AR头显的坐标系为C_glass，所述显示屏幕阵列的坐标系为C_world，首先获取所述显示器的三维角点Q₀，采用计算机视觉技术优化三维角点数据并得到优化后的三维角点Q，并计算得到从所述C_glass坐标转换到所述C_world坐标的变换矩阵T_g2w；

步骤2、实时定位：利用所述AR头显的无线通信功能，将所述AR头显在所述C_glass中的姿态P_glass和三维角点Q，传输至计算机，由计算机计算得到所述显示屏幕阵列的图象渲染信息，并将所述渲染信息传输至所述渲染引擎，对所述显示屏幕阵列的图象进行渲染，所述AR头显的图象渲染由所述AR头显自行完成；