在游乐设施中用于使头戴式显示器与虚拟世界同步的具有基站的同步装置、具有这种同步装置的游乐设施以及用于操作这种游乐设施的方法与流程

本发明涉及一种在游乐设施中用于使头戴式显示器与虚拟世界同步的具有基站的同步装置。本发明还涉及一种具有这种同步装置的游乐设施。本发明还涉及一种用于操作这种游乐设施的方法。

背景技术：

尤其是由于计算机的处理器性能的提高以及可以无线传输的数据量的增加，虚拟现实(vr)的概念可以转移到越来越多的应用领域。值得一提的应用领域之一是游乐设施，这种游乐设施使得以特别广泛的方式将虚拟现实中发生的运动与真实运动联系起来成为可能，由此为乘客带来特别广泛的沉浸感和相应的强烈行驶体验。这种游乐设施例如从ep2138213b1、jp2001062154a、us6179619b1和ep3041591b1中已知。

为了使乘客可以使用虚拟现实，通常使用诸如vr眼镜之类的头戴式显示器，这些头戴式显示器在很多情况下与生成虚拟现实的vr装置无线通信。但是，也完全能够将vr装置集成在头戴式显示器中。头戴式显示器通常从游乐设施在行驶开始之前发放给乘客并在行驶结束后再次予以收集。在这里，头戴式显示器的发放和收集是在游乐设施的车站中进行，在车站中，乘客可以进入车辆并再次从车辆下车。在乘客进入车辆后，必须使头戴式显示器与虚拟现实同步，以使虚拟现实与头戴式显示器的当前位置和当前取向一致并确保令人满足的沉浸感。由于乘客将头戴式显示器戴在其头上，因而头戴式显示器的位置对应于乘客的位置，并且头戴式显示器的取向对应于乘客的头部的取向。

在已知游乐设施的情况下，这样进行同步，即，让乘客朝特定的方向，通常朝行驶方向注视，并且此时开始将虚拟现实显示在头戴式显示器上。在这里，同步时的头戴式显示器的位置和取向用作参考。因此，虚拟现实在行驶时依赖于头戴式显示器的位置和取向的显示与同步时的头戴式显示器的位置和取向相联系。头戴式显示器的当前位置和取向与由vr装置在生成虚拟现实时采用的位置和取向一致越准确，沉浸感就越高。为此，乘客应在同步时固定特定点，其中，乘客应将头部保持在行驶方向上。在这里，同步时头部的精确取向至关重要。为了实现这一点，通常需要工作人员的解释或指示。然而，不能排除误操作，由此必须执行多次同步。结果，同步与增加的人员费用和时间费用相关联。

技术实现要素：

因此，本发明的实施方式和构成方案的目的是提供一种针对上述情况的补救措施，尤其是提供一种同步装置和游乐设施，使用该同步装置和该游乐设施能够使头戴式显示器与虚拟现实同步，而不依赖于乘客的头部取向。此外，本发明的设计方案基于的目的是提供一种方法，该方法能够使头戴式显示器与虚拟现实同步，而不依赖于乘客的头部的取向。

该目的使用权利要求1、4和10中规定的特征来解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明的一个实施方式涉及一种在游乐设施中用于使头戴式显示器与虚拟世界同步的同步装置，其包括：至少一个头戴式显示器，使用所述头戴式显示器可以显示由vr装置生成的虚拟现实；基站，用于存放所述头戴式显示器，其中，所述基站具有收纳装置，使用所述收纳装置可以将所述头戴式显示器以限定的位置和取向存放在所述基站中；以及显示器位置检测装置，用于检测所述头戴式显示器的位置和取向，其中，所述同步装置如此设置，使得一旦将所述头戴式显示器从所述基站取出，就考虑由所述显示器位置检测装置检测出的所述头戴式显示器的位置和取向，相对于所述基站中的所述头戴式显示器的位置和取向，使所述虚拟现实与所述头戴式显示器同步。

在所提出的同步装置中，头戴式显示器以充分限定的位置并且以充分限定的取向存放在基站中。结果，头戴式显示器的当前位置和取向与在生成虚拟现实时采用的位置和取向一致。一旦将头戴式显示器从基站取出，就进行头戴式显示器与虚拟现实的同步，并且使头戴式显示器的当前位置和当前取向以及因此使用者的当前位置和当前取向与基站中的头戴式显示器的位置和取向相联系。头戴式显示器的取出可以例如借助显示器位置检测装置来识别。

在这里，显示器位置检测装置可以位于头戴式显示器内部，或者也可以位于例如基站之类的外部装置中。

然而，也可以设想的是，显示器位置检测装置位于单独的计算中心中。也可以设想的是，基站布置在车辆上。

显示器位置检测装置可以设计如下：可以使用所谓的“外向内追踪技术(outside-in-tracking)”，其中位置传感器分开地布置在头戴式显示器的外部。为此，可以将标记紧固在乘客的头戴式显示器上。位置传感器可以追踪标记的移动，由此可以计算出头戴式显示器的位置并将其传输到vr装置。现今，头戴式显示器的取向可以借助如今大量安装在智能手机中的组件例如陀螺传感器、加速度传感器和/或磁传感器来确定。这些组件安装在头戴式显示器中。

此外，可以使用所谓的“内向外追踪技术(inside-out-tracking)”，其中位置传感器布置在头戴式显示器上。在这里，也可以使用标记，这些标记紧固在游乐设施的固定物体上，例如楼梯或墙壁上。

进行同步而不依赖于使用者的头部的取向和位置。使用所提出的同步装置可以实现的沉浸感可再现地高。由于在同步时不需要使用者的协助，因而可以更快地执行同步，而不会有误操作的风险。根据设计方案，同步装置和/或头戴式显示器尤其是与生成虚拟现实的外部vr装置进行无线通信，或者将vr装置集成在头戴式显示器中。

根据另一个实施方式，所述基站具有存在识别装置，使用所述存在识别装置可以识别所述头戴式显示器是否存放在所述基站中以及何时将所述头戴式显示器从所述基站取出。虽然显示器位置检测装置还可以识别出将头戴式显示器从基站取出，但是为此必须始终将其激活。存在识别装置可以包括例如簧片触点，该簧片触点随着头戴式显示器从基站取出而切换，并由此激活同步装置和显示器位置检测装置。因此，同步装置可以以更节能的方式和以较小的数据量进行操作。

在一个改进实施方式中，所述基站可以具有充电装置，用于对所述头戴式显示器进行充电。充电装置可以如此设计，使得当将头戴式显示器存放在基站中时产生与电压源的接触。由此确保的是，头戴式显示器始终充分充电，而无须执行用于对头戴式显示器进行充电的附加步骤。充电装置也可以用作存在识别装置，因为可以从充电装置识别出取出，并且可以相应地使用该信息。

本发明的一个构成方案涉及一种游乐设施，尤其是过山车，其包括：行驶路线，至少一个车辆可移动地布置在所述行驶路线上，其中，所述车辆构成为容纳至少一个乘客；vr装置，使用所述vr装置可以生成与所述乘客乘坐所述车辆沿所述行驶路线的行驶对应的虚拟现实，所述虚拟现实可以显示在分配给所述乘客的头戴式显示器上；车辆位置检测装置，用于检测所述车辆在所述行驶路线上的位置；以及根据前述实施方式中任一项所述的同步装置，其中，所述游乐设施如此设置，使得一旦将所述头戴式显示器从所述基站取出，就使所述虚拟现实与所述头戴式显示器的位置和取向同步，以及考虑所述车辆在所述行驶路线上的位置以及所述头戴式显示器相对于所述基站的位置和取向，将所述虚拟现实显示在所述头戴式显示器上。

可以使用所提出的游乐设施实现的技术效果和优点对应于针对本同步装置已讨论的技术效果和优点。由于头戴式显示器与虚拟现实的同步不依赖于乘客的行为而进行的这一事实，可以省略相应的说明和指示。可以避免误操作和重复的同步，由此可以以更高的吞吐量来操作游乐设施。另外，人员费用降低，从而所提出的游乐设施与传统的这种游乐设施相比，可以明显更经济地进行操作。

头戴式显示器的取出可以由显示器位置检测装置和/或存在识别装置来识别。

所述游乐设施的另一个构成方案的特征在于，所述同步装置和/或所述基站布置在所述车辆上。乘客在上下车时不会受到头戴式显示器的干扰。降低了头戴式显示器在上下车时受损或丢失的概率。

根据一个改进构成方案，所述车辆具有至少两个乘客容纳部，用于各自容纳一个乘客，其中，给每个乘客容纳部均分配一个头戴式显示器。为了实现高的沉浸感，还必须考虑头戴式显示器以及因此乘客相对于车辆的位置。尤其是在车辆长的情况下，坐在第一排的乘客比坐在最后一排的乘客更早通过确定的路线部段。在为各个乘客显示的虚拟现实中必须考虑该时间差。虽然显示器位置检测装置还可以确定显示器相对于车辆的位置，不过将头戴式显示器分配给乘客容纳部具有的优点是，可以省去该确定。可以减少由显示器位置检测装置必须执行的计算能力。

根据一个改进构成方案，所述头戴式显示器借助电缆与所述基站连接。至少在本申请的优先权时，通过电缆传输的数据量要比通过无线连接传输的数据量明显高。另外，借助电缆的数据传输与外部影响相比，对干扰不敏感。电缆可以如此构成，使得除了数据传输之外，电缆还用于防止丢失，例如对于头戴式显示器在行驶期间从乘客的头部滑落的情况。此外，电缆还可以用于防止由乘客在行驶结束后有意识地或无意识地带走头戴式显示器。此外，可以由此省去头戴式显示器内的笨重电池并因此提高了佩戴舒适度。

在所述游乐设施的另一个构成方案中规定的是，所述同步装置布置在所述车辆外部。为车辆配备这种同步装置通常比将同步装置安装在车辆外部更为复杂。另外，在该构成方案中，车辆的重量没有由同步装置增加。可以更换有故障的头戴式显示器，而无须进入车辆，由此避免了车辆的操作过程中的延迟。存在的可能性是，在行驶开始之前和结束之后在车辆外部戴上或脱掉头戴式显示器，从而乘客无须在车辆中花费为此所需的时间，由此可以提高游乐设施的吞吐量。该构成方案非常清楚的是，头戴式显示器的同步可以在时间上与开始显示虚拟现实错开地进行。

所述游乐设施的一个改进构成方案的特征在于，所述vr装置如此设置，使得可以生成与所述车辆外部的所述头戴式显示器的位置和取向对应的虚拟现实，并且所述虚拟现实可以显示在分配给所述乘客的所述头戴式显示器上。在该构成方案中，虚拟现实不是仅限于行驶路线。而是，游乐设施的与行驶路线相邻的区域也可以一同纳入到虚拟现实中。由此提升了乘客的体验，并且以对乘客轻松有趣的方式度过可能的等待时间。另外，可以如此设置虚拟现实，使得佩戴特定的头戴式显示器的特定的乘客被引导到特定的乘客容纳部。在某些游乐设施中，并非所有乘客都可以使用某些乘客容纳部。例如，在上下车时需要帮助并且需要通过坡道被引导到车站的行走不便的乘客可以使用相应识别的头戴式显示器以特定的方式被引导到特定的乘客容纳部，游乐设施的员工可以在该特定的乘客容纳部帮助乘客。

本发明的一个设计方案涉及一种用于操作尤其是根据前述构成方案中任一项所述的诸如过山车之类的游乐设施的方法，所述游乐设施具有根据前述实施方式中任一项所述的同步装置，所述方法包括以下步骤：

－借助vr装置生成与乘客乘坐车辆沿行驶路线的行驶对应的虚拟现实；

－借助车辆位置检测装置检测所述车辆在所述行驶路线上的位置；

－借助显示器位置检测装置检测头戴式显示器的位置和取向；

－将所述虚拟现实显示在分配给所述乘客的所述头戴式显示器上；

－一旦将所述头戴式显示器从所述基站取出，就使所述虚拟现实与所述头戴式显示器的位置和取向同步，其中，考虑所述车辆在所述行驶路线上的位置以及所述头戴式显示器相对于所述基站的位置和取向，将所述虚拟现实显示在所述头戴式显示器上。

可以使用所提出的方法实现的技术效果和优点对应于针对本游乐设施已讨论的技术效果和优点。由于头戴式显示器与虚拟现实的同步不依赖于乘客的行为而进行的这一事实，可以省略相应的说明和指示。可以避免误操作和重复的同步，由此可以以更高的吞吐量来操作游乐设施。另外，人员费用降低，从而所提出的游乐设施与常规的这种游乐设施相比，可以明显更经济地进行操作。

头戴式显示器的取出可以由显示器位置检测装置和/或存在识别装置来识别。

在此方面应指出的是，本发明的同步装置和所提出的方法也可以不依赖于游乐设施来使用。本发明的同步装置和所提出的方法可以用于主题公园、健身室或休闲和游戏中心的逃生室，例如在wo2013/050473a1中所示。

在另一个设计方案中，所述方法可以包括以下步骤：一旦所述显示器位置检测装置识别出所述头戴式显示器位于所述游乐设施的可选择区域内，就将所述虚拟现实显示在所述头戴式显示器上。如已经提到的，虚拟现实不是仅限于行驶路线，而且可以延伸到与行驶路线相邻的区域。在该设计方案中，一旦头戴式显示器并且因此乘客位于可选区域内，就开始显示虚拟现实。例如当虚拟现实的内容改变时，可以灵活地改变可选区域。应说明的是，可选择区域可以与车辆重合。

所述方法的一个改进设计方案包括以下步骤：

－一旦所述车辆位置检测装置识别出所述车辆沿所述行驶路线移动，就将所述虚拟现实显示在所述头戴式显示器上。

虽然显示器位置检测装置也可以识别出具有头戴式显示器的车辆沿行驶路线移动，不过当车辆沿行驶路线的运动由车辆位置检测装置识别出时，可以减少为此由显示器位置检测装置待执行的计算能力。为此，车辆位置检测装置还可以使用由控制器或游乐设施的操作者发出的用于车辆的启动信号，以开始虚拟现实的表示。

附图说明

以下参照附图详细说明本发明的示例性实施方式。在附图中：

图1以原理性俯视图示出了具有根据本发明的同步装置的第一实施方式的游乐设施；和

图2以原理性俯视图示出了具有根据本发明的同步装置的第二实施方式的游乐设施。

具体实施方式

图1以原理图示出了具有根据本发明的同步装置121的第一实施方式的游乐设施10。游乐设施10包括行驶路线14，车辆16可以借助未示出的驱动装置沿该行驶路线14移动。当然，游乐设施10可以具有多于一个的车辆16。在所示的实施例中，游乐设施10是过山车。车辆16具有第一乘客容纳部181和第二乘客容纳部182，在其中可以容纳第一乘客201或第二乘客202。

同步装置121包括至少一个头戴式显示器22，使用该头戴式显示器22可以显示虚拟现实。此外，同步装置具有基站24，用于存放头戴式显示器22。针对每个乘客容纳部181、182，在车辆16中设置有一个基站24。基站24设置有收纳装置26，该收纳装置26确保头戴式显示器22只能以限定的位置和取向存放在基站24中。

此外，同步装置121包括显示器位置检测装置28，使用该显示器位置检测装置28可以检测头戴式显示器22的位置和取向。

游乐设施10还具有vr装置30，使用该vr装置30可以生成虚拟现实。为此，vr装置30具有计算单元32。vr装置30与同步装置121和头戴式显示器22无线通信，乘客20以类似于眼镜的方式佩戴该头戴式显示器22。

此外，游乐设施10配备有车辆位置检测装置34，该车辆位置检测装置34用于检测车辆16在行驶路线16上的位置。车辆位置检测装置34具有路线传感器36，使用该路线传感器36检测车辆16在行驶路线14上的位置并将其传输到计算单元32，该计算单元32在生成虚拟现实时考虑车辆16在行驶路线14上的位置。

游乐设施10以下列方式操作：在初始状态下，头戴式显示器22存放在基站24中。如上所述，基站24的收纳装置26如此构成，使得头戴式显示器22只能以限定的位置和取向存放在基站24中。头戴式显示器22相应地存放在分配给第二乘客收纳部182的基站24中。

游乐设施10具有车站38，该车站38由行驶路线14通过，并且车辆16在车站38中停止并再次启动。乘客可以在车站38中进入车辆16并再次下车。一旦乘客在乘客收纳部181、182中就座，这些乘客就可以将分配给他们的乘客收纳部181、182的头戴式显示器22从基站24取出并戴上。在图1中可以看出，第一乘客201已戴上分配给第一乘客收纳部181的头戴式显示器22，而分配给第二乘客收纳部182的头戴式显示器22仍位于基站24中。

头戴式显示器22的位置和取向可以使用第一坐标系40来描述。基站24的运动和取向可以使用第二坐标系42来描述，而车辆16的运动和取向可以使用第三坐标系44来描述。

在所示的示例中，车辆16只能以单一方式沿行驶路线14移动，从而车辆16的取向对于行驶路线14上的每个位置是已知的。使用车辆位置检测装置34可以确定车辆16的当前位置以及因此速度，并且该当前位置和速度可以在生成虚拟现实时由vr装置予以考虑。

由于基站24固定地安装在车辆16上，因而第二坐标系42和第三坐标系44处于彼此固定的关系，该关系不改变。

只要头戴式显示器22位于基站24中，第一坐标系40就也与第二坐标系42和第三坐标系44处于固定的关系。但是，一旦有关乘客20将头戴式显示器22从基站24取出，这种情况就会改变。从基站24的取出可以由显示器位置检测装置28来记录，不过基站24具有集成在收纳装置26中的存在识别装置45，该存在识别装置45例如以簧片触点的形式实现，并且一旦将头戴式显示器22从基站24取出，该存在识别装置45就生成提示信号。该提示信号被发送到vr装置30的计算单元32。在取出的时刻，使虚拟现实与基站24中的头戴式显示器22的位置和取向同步，并且使头戴式显示器22的后续的位置和取向与基站24中的头戴式显示器22的位置和取向相联系。从基站24的取出还可以用于开始在头戴式显示器22中的虚拟现实的显示，但是这也可以在稍后的时间点进行，例如，在一旦车辆位置检测装置34识别出车辆16沿行驶路线14移动的时候。为此，相应的信号也被发送到vr装置30的计算单元32。为此也可以使用其他触发事件，例如，在此未示出的安全弓形架的关闭，由游乐设施10的雇员发出的释放信号，或由游乐设施10的操作者发出的启动信号。

在同步时不需要乘客20的协助。头戴式显示器22的位置和取向的所有改变在显示虚拟现实时由vr装置30予以考虑。由于车辆位置检测装置34的信号，车辆16在行驶路线14上的位置也在显示虚拟现实时由vr装置30予以考虑，从而可以实现高的沉浸感。

一旦行驶结束，乘客20就卸下头戴式显示器22，将其再存放在基站24中，并通过车站38离开车辆16。现在，后续的乘客20可以以所述方式使用游乐设施10。

从图1还得知，头戴式显示器22通过电缆46与基站24连接。电缆46可以用于数据传输、固定头戴式显示器22或对头戴式显示器22进行充电。然而，在所示的示例中，充电装置48集成在基站24的收纳装置26中，使得一旦将头戴式显示器22存放在基站24中，就可以对头戴式显示器22进行充电。

在图2中示出了具有根据本发明的同步装置122的第二实施方式的游乐设施10。与具有根据第一实施方式的同步装置121的游乐设施10的本质区别在于，基站24布置在车辆16外部，例如在游乐设施的与车站38相邻的等待区域50中。然而，根据第二实施方式的同步装置122的基本结构和基本功能方式与第一实施方式的基本结构和基本功能方式没有不同。然而，由于基站24布置在车辆16外部并且其位置不改变，因而第二坐标系42和第三坐标系44不再像在同步装置121的第一实施方式中的情况那样处于固定的不可改变的关系。

一旦乘客20将头戴式显示器22从基站24取出，就也在同步装置122的第二实施方式中进行同步。但是，由于乘客20仍然必须走完一段确定的路程到达车站38和到达车辆16，因而不能排除的是，他像第二个乘客202已做的那样，在到达车站38之前并且在进入车辆16之前已经明确地打开头戴式显示器22。然而，为了给他提供必要的取向，可以示出真实世界或超出车辆16延伸的虚拟现实。在超出车辆16的虚拟现实的情况下，如此考虑真实世界的障碍，使得这些障碍不会对戴上头戴式显示器22的乘客20构成任何危险。例如，仅当乘客20位于游乐设施10内的可选区域52中，例如在车站38内部或车辆16内部时，可以插入虚拟现实。

附图标记说明：

10游乐设施

12同步装置

121第一同步装置

122第二同步装置

14行驶路线

16车辆

18乘客容纳部

181第一乘客容纳部

182第二乘客容纳部

20乘客

201第一乘客

202第二乘客

22头戴式显示器

24基站

26收纳装置

28显示器位置检测装置

30vr装置

32计算单元

34车辆位置检测装置

36路线传感器

38车站

40第一坐标系

42第二坐标系

44第三坐标系

45存在识别装置

46电缆

48充电装置

50等待区域

52可选择区域

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