微軟專利更新揭示了一種透過指環控制器來操作AR/VR頭顯設備的方法

據映維網於2023年12月28日報道，蘋果、Meta等科技巨頭正在探索各種用於擴增實境（AR）和虛擬實境（VR）的輸入方式，其中包括指環。同時，微軟也在進行類似的研究。在一項名為「Wearable device enabling multi-finger gestures」的專利申請中，微軟介紹了一種指環控制器，可用於控制相關終端設備，例如頭戴裝置。這項技術有望為AR/VR領域帶來更多創新。

在一個實施例中，諸如指環這樣的可穿戴設備包括兩個感測器和一個控制器。第一感測器配置為偵測使用者第一手指的一個或多個運動，而第二感測器配置為偵測與第一手指不同的第二手指的一個或多個運動。

控制器配置為基於第一和第二手指的運動來確定第一手指和第二手指之間的相對運動。這種相對運動可以定義一個多指手勢。然後，控制器可以基於多指手勢控制相關聯的終端設備，例如頭戴裝置。

諸如指環這樣的穿戴式裝置100可以戴在使用者的手指上。所述穿戴式裝置100配備一組感測器以偵測兩個或多個手指的相對運動，例如第一根手指201和第二根手指202。所述穿戴式裝置100基於不同手指的這種相對運動辨識多指手勢，然後基於所述多指手勢控制關聯的終端裝置300。這樣，使用者就可以更有效率、更靈活地控制終端設備並與之互動。

如圖11c所示，指環這樣的穿戴式裝置100與頭戴式裝置一起使用。微軟表示，現有的頭顯控制方法是使用語音、懸空手勢或傳統控制器。然而，語音控制將不可避免地涉及隱私問題，而懸空手勢會導致嚴重疲勞。相較之下，穿戴式裝置100不需要用戶舉手，而且足夠私密，可以在口袋裡完成。

根據圖2所示，這是一個展示穿戴式裝置100結構的範例。穿戴式裝置100採用環形外殼101，它由外側121、內側122和它們之間的側部123組成。

穿戴式裝置100包括至少兩個感測器105、106，分別稱為第一感測器105和第二感測器106。這兩個感測器用於檢測使用者至少兩個不同手指的運動。

第一感測器105和/或第二感測器106可以是紅外線接近感測器。紅外線接近感測器具有體積小、重量輕、低功耗和低成本的特點，使得穿戴式裝置進一步輕量化和低功耗。應該了解的是，其他種類的距離測量感測器，如光學感測器、電容式感測器和超音波感測器都可以使用。在不需要光傳輸的情況下，可以根據需要省略或調整成其他結構。

第一感測器105被配置為偵測第一隻手指201或其一段的至少一個運動，而第二感測器106則被配置為偵測第二隻手指202或其一段的至少一個運動。

第一和第二感測器105,106中的一個或兩個可以偵測對應手指的多個部分的運動。與高強度的運動相比，需要第一和第二感測器偵測到的手指運動105、106只是兩個不同手指之間的相對運動。這是非常微妙的動作，需要小的肌肉運動，沒有舉手動作。因此，需要檢測的動作較少疲勞，使用戶可以像戴普通戒指一樣長時間佩戴可穿戴設備100。

另外，只需要兩個手指參與交互，這比單手操作更可取，因為其他三個手指依然可以執行其他任務，例如拿袋子。

所述穿戴式裝置100同時包含控制模組102。控制模組102可以包括控制器107、電池115和通訊模組114。如圖2所示，控制模組102可以設置在環形外殼101的頂部，類似菱形外殼頂部的菱形。這樣可以減少環形外殼101的厚度。例如，外殼101的厚度可以小於1mm，可以輕鬆地整天佩戴而沒有任何不適。

控制器107透過接收和分析第一、第二感測器105、106偵測到的手指的運動數據來確定兩根手指201、202之間的相對運動。這樣的兩根手指之間的相對運動定義了兩指手勢。另外，由於只需要檢測相當簡單和微小的手指運動，控制器107可以實現為低功耗和低成本的微型微控制器，例如8位元MCU。這樣可以進一步縮小穿戴式裝置100的尺寸。

為了偵測手指201、202的運動，穿戴式裝置100可以包含多個導體組件，例如第一導體組件103和第二導體組件104。第一導體組件103具有第一端110和第二端111。所述第一端110與所述第一感測器105耦合，所述第二端111面向所述第一手指201。同樣，第二導體組件104可以具有耦合到第二感測器106的第三端112和麵向第二手指202的第四端113。這樣，透過排列導體組件兩端的方向，可以偵測到不同手指的運動。

第二端111和第四端113可以位於環形外殼101的底部，如圖2所示。第二端111和第四端113中的至少一個可以位於環形外殼101的底部和側面之間的任何位置。

第一導體組件103由第一光纖116和第二光纖117組成。舉個例子，第一光纖116和第二光纖117可以被安置在外殼101內的第一通道108。第一通道108是一種中空結構，可以減輕穿戴式裝置100的重量。

模組102用於控制系統，其中包括通訊模組114，用於與圖1中的終端設備300進行通訊。終端設備300可以是有線或無線的。通訊模組114可以使用基於藍牙低能量的模組。

根據圖2的參考，控制模組102可以包含電池115。因為控制器107、第一和第二感測器105、106以及其他必要組件的功耗很低，所以電池115的尺寸可以非常小。

下面是多指手勢的例子。

參考圖1，本例假定可穿戴設備100佩戴在食指201的基段206。在這種情況下，第一導體組件103的第二端111朝向拇指202的側面，使得第一感測器105可以偵測到從拇指202的側面到第一感測器105的第一距離301。

將第二導體組件103的第四端113朝向食指201的中間部分205的腹側部分，這樣第二感測器106就能夠偵測到從食指201的中間部分205的腹側部分到第二感測器106的第二距離302。

由於環形外殼101的尺寸較小，第一距離301基本上是拇指202的側面部分到食指201的基段206的相關距離，而第二距離302基本上是中間部分205的腹側部分到食指201的基段206的相關距離。這樣，第一和第二感測器105,106可以偵測到一組或多個運動。

根據圖4a所示的單動作手勢模式，當拇指202未接觸食指201且保持靜止時，第一感測器105偵測到的距離（稱為距離X 301）和第二感測器106偵測到的距離（稱為距離Y 302）保持不變。例如，距離X301保持為X1，距離Y302保持為Y1。

在這個情境中，我們可以看到圖中的拇指202接觸了食指201，並且保持靜止。在這種情況下，第一感測器105和第二感測器106分別偵測到的距離保持不變。然而，由於拇指202的位置發生了變化，距離x301保持X2，可能會小於X1。

在這種情況下，距離X的值可以指示拇指202是否接觸到食指，而食指又可以指示運動是開始還是結束。可以看出，控制器107可以透過確定第一、第二指201、202的相關距離來偵測多指手勢。

在一個實施例中，控制器107可以透過基於第一和第二組動作來確定第一和第二指201、202之間的相關滑動來偵測多指手勢。為了回應不同的滑動方向，控制器107可以觸發不同的動作。

當控制器107偵測到第一隻手指201從左向右沿著第二隻手指202滑動時，它會觸發與終端裝置300關聯的特定動作。同樣地，當控制器107偵測到第一隻手指201從右向左沿著第二隻手指202滑動時，它也會觸發與終端裝置300關聯的另一個特定動作。

圖4c-4d表示在拇指202沿著食指滑動的情況下，距離X 301和距離Y 302將如何變化。針對拇指202的腹側沿食指201自左向右滑動，第二感測器106能夠偵測到拇指202的滑動並將偵測到的資料傳送給控制器107。同時，第一感測器105能夠偵測到食指201保持其位置並將偵測到的資料傳送給控制器107，如圖4d所示。

基於上述第一組和第二組運動，控制器107可以透過確定食指201和拇指202之間的上述相對運動來偵測多指手勢。然後，基於多指手勢，控制器107觸發與終端設備300關聯的動作。

例如，控制器107可以產生與「右」操作相對應的控制訊號以控制終端設備300。同樣，針對拇指202的腹側沿食指201從右向左滑動，如圖4c所示，基於透過確定食指201與拇指202之間的上述相對運動而檢測到的多指手勢，控制器107透過產生與「左」操作相對應的控制訊號，並觸發與終端設備300關聯的動作。

圖4e-4f表示在食指201沿著拇指202上下滑動時，距離X 301和距離Y 302的變化。與上述類似，針對食指201側邊部分沿著拇指202向下滑動，第二感測器106可以偵測到食指201中段205的腹側部分正在向下移動，並將偵測到的資料傳送給控制器107。同時，第一感測器105可以偵測到拇指202處於靜止狀態，並將偵測到的資料傳送給控制器107，如圖4e所示。

基於上述第一組和第二組運動，控制器107可以透過確定食指201和拇指202之間的上述相對運動來偵測多指手勢。然後，控制器107基於多指手勢，透過產生與「下」操作相對應的控制訊號，觸發與終端設備300相關聯的動作，控制終端設備300，如圖4e所示。

同樣，針對如圖4f所示，透過確定食指201與拇指202之間的上述相對運動而檢測到的多指手勢，針對食指201中段205的腹側部分沿拇指202向上滑動，控制器107透過產生與「上」操作相對應的控制訊號，觸發與終端設備300相關聯的動作。

在一個實施例中，控制器107可以透過確定第一和第二手指201、202之間的相關運動來偵測敲擊手勢。

針對手指的不同敲擊段，控制器107可以觸發不同的動作。例如，控制器107可以響應檢測到第一手指201輕擊第二手指202的第二部分而觸發第一動作，並且響應檢測到第一手指201輕擊第二手指202的第三部分而觸發與第一動作不同的第二動作。

圖4顯示在拇指202輕擊食指最外側段204（即第三段）或輕擊最外側段204附近時，距離X 301和距離Y 302如何變化。在這種情況下，第一感測器105可以偵測到拇指202正在靠近和/或遠離最外側段204，並將偵測到的資料傳送給控制器107，同時，第二感測器106可以偵測到食指保持靜止，並將偵測到的資料傳送給控制器107，如圖4e所示。

基於上述第一組和第二組運動，控制器107透過確定食指201和拇指202之間的上述相對運動來偵測多指手勢。然後，基於多指手勢，控制器107透過產生與OK操作相對應的控制訊號來觸發與終端設備300關聯的動作。

圖4h顯示了在拇指202輕擊食指中間段205或輕擊中間段205附近時，距離X 301和距離Y 302的變化。在這種情況下，第一感測器105可以偵測到拇指202正在移動接近和/或遠離中間段205，並將偵測到的資料傳送給控制器107。同時，第二感測器106可以偵測到食指不動，並將偵測到的資料傳送給控制器107，如圖4e所示。

基於上述第一組和第二組運動，控制器107可以透過偵測食指201和大拇指202之間的相對運動來辨識多指手勢。然後，控制器107會根據多指手勢產生與「取消」操作相對應的控制訊號，以觸發終端設備300上與之關聯的另一個動作。

由上面可以看出，第一感測器105和第二感測器106可以偵測食指201與拇指202之間的一個或多個微妙的相對運動，控制器107可以透過確定一個或多個運動的集合來偵測多指手勢，並基於多指手勢控制相關終端設備300。與「懸空」或「舉手」動作相比，上述動作使用的肌肉較少，因此可以減少操作時的疲勞。

另外，第一、第二感測器105、106所能偵測到的動作非常直觀，容易理解。同時，在執行所述動作時，可以獲得自然的觸覺回饋，因此執行星官動作可以完全不需要眼睛。

除了常規的方向遊標操作外，在單運動手勢模式下，透過偵測特定的多指手勢，穿戴式裝置100可以實現X-Y滑桿（7a）和雙按鍵（7b）功能。因此，穿戴式裝置100可以作為諸如頭顯這樣的裝置的輸入方式。

除了單指手勢外，相關手勢可以包含多指手勢，如8a和8b所示。在這種情況下，控制器107可以透過根據一組動作產生控制訊號來觸發一個或多個動作，如第一指201沿著第二指202的有節奏地重複穿梭滑動運動，第一指201相對於第二指202的多次輕擊運動，或它們的組合。

例如，在多動作手勢模式下，針對第一指201沿著第二指202有節奏地重複穿梭滑動運動，控制器107可以透過確定上述動作組來偵測多手指手勢。基於所偵測到的多指手勢，控制器107可以透過產生例如對應於啟動所關聯終端設備特定功能的啟動操作的控制訊號來觸發動作，即第一動作。

為了回應第二指202沿著第一指201有節奏地重複穿梭滑動運動，控制器107可以透過確定上述一組運動來偵測多指手勢。基於偵測到的多指手勢，控制器107可觸發另一個動作，即第二動作。

例如，在響應第一個手指201沿著第二個手指202的快速（如超過約120/min）有節奏重複的穿梭滑動運動的多次（例如超過3次）時，控制器107可以透過確定上述一組動作來偵測多手指手勢。基於偵測到的多指手勢，控制器107可以透過產生控制訊號來觸發動作。

可以看出，在多動作手勢模式下，控制器107可以基於多組動作觸發更多動作，即可穿戴裝置100可以透過多種方式控制終端裝置。

在多動作手勢模式下，能夠引起控制器107觸發一個動作的一組動作應該是我們日常生活中很少出現的一組特殊動作。例如，透過使用一組很少出現的帶有節奏的動作，如快-快-慢-快或慢-快-慢-快。這裡的「快」是指第一指201沿著第二指202的一次快速滑動運動，而「慢」是指一次快速滑動運動。

圖9顯示了在穿戴式裝置100實現的方法流程圖。

在1320，用第二感測器106偵測不同於第一手指201的第二指202的一個或多個運動的第二組。

然後，在1330中，透過控制器107，根據第一和第二組運動的基礎，我們可以確定第一和第二個手指201、202之間的相對運動，從而實現對多手指手勢的檢測。

在1340年，有一種終端設備300與穿戴式裝置100透過多指手勢控制相互關聯。

當食指配戴穿戴式裝置100時，圖10展示了控制器107在單運動手勢模式下運行辨識演算法1400的範例。

在1401中，啟用單運動手勢模式，然後在1402中，控制器107根據最大距離Y與最小距離Y之間的差值大於或小於閾值差Y來確定距離y302是否改變，最大距離Y表示第二感測器106在一個識別週期內偵測到的最大值。同樣，最小距離Y表示第二感測器106在一個識別週期內偵測到的最小值。最大距離X是指第一感測器105在一個辨識週期內偵測到的最大值，最小距離X是指第一感測器105在一個辨識週期內偵測到的最小值。

在1406中，在距離y302改變的情況下，即最大距離Y與最小距離Y之差大於閾值差Y，然後，控制器107通過確定最後距離Y是否大來檢測多指手勢，透過確定最後距離Y是否大於最大距離Y和最小距離Y的平均值。

如果最後距離Y大於平均值，即最後距離Y較大，控制器107可以偵測到食指201的中段205的腹側向上移動的動作集合所對應的多指手勢。然後控制器107透過產生「上」操作對應的控制訊號觸發動作。反之，若最後距離Y小於平均值，即最後距離Y較小。這樣，控制器107可以偵測到與食指201的中節205的腹側向下移動的一組動作相對應的多指手勢。控制器107透過產生「下」操作對應的控制訊號觸發動作。

在距離y302不變的情況下，即最大距離Y與最小距離Y之差基本上等於閾值差Y，控制器107透過判斷最大距離X與最小距離X之差是否大於閾值差X來判斷距離x301是否發生了變化。然後，控制器107透過判斷最後距離X是否大於最大距離X和最小距離X的平均值來確定最後距離X是否大，從而偵測多指手勢。

如果最後距離X大於平均值，即最後距離X較大，則控制器107可以偵測到與拇指202腹側沿食指201從右向左滑動的一組動作相對應的多指手勢。然後控制器107透過產生與「左」操作相對應的控制訊號觸發動作。

如果最後距離X小於平均值，即最後距離Y較小，則控制器107可以檢測到與拇指202腹側沿食指201從左向右滑動的一組動作相對應的多指手勢。然後，控制器107透過產生與「右」操作相對應的控制訊號觸發動作。

同樣，多動作手勢的辨識演算法也很簡單。如上所述，多動作手勢的特殊動作集可以由使用者預先設定或手動設定。然後，辨識演算法可以透過偵測使用者執行的一組動作是否與特殊動作基本一致，從而產生特定的控制訊號，並致使控制器107觸發動作。

透過使用識別演算法的簡單性，以及採用基於藍牙低功耗的模組作為通訊模組114，可以實現穿戴式裝置100的低功耗。

相關專利：Microsoft Patent | Wearable device enabling multi-finger gestures

名為「Wearable device enabling multi-finger gestures」的微軟專利申請最初在2023年8月提交，並在日前由美國專利商標局公佈。

要注意的是，一般來說，美國專利申請接收審查後，自申請日或優先權日起18個月自動公佈或根據申請人要求在申請日起18個月內進行公開。注意，專利申請公開不代表專利核准。在專利申請後，美國專利商標局需要實際審查，時間可能在1年至3年不等。

另外，這只是一份專利申請，不代表一定通過，同時不確定是否會實際商用及實際的應用效果。

以上是微軟專利更新揭示了一種透過指環控制器來操作AR/VR頭顯設備的方法的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！