智能鞋
技术领域
本发明相关于一种智能鞋，尤指一种应用于虚拟现实之智能鞋。
背景技术
虚拟现实(virtual reality,VR)是利用电脑技术模拟出一个立体且高拟真的三维空间，当使用者穿戴特殊显示装置进入后，会产生好像处在现实中的错觉。在这虚拟现实空间中，操作者可以和虚拟物件或其他玩家互动。
除了VR头戴装置外，有厂商还推出VR鞋子与VR手套，旨在创造虚拟现实中更佳的沉浸式体验。举例来说，在日商Cerevo发表脚部动作回馈系统Taclim中，使用者可直接穿上凉鞋造型的VR鞋，其内设置加速规、陀螺仪、磁场感应器和压力感应器以追踪使用者的脚部运动状况，并可搭配Vive所使用的Lighthouse位置追踪系统。然而，上述现有技术的VR鞋包含多项仪器元件，重量接近1公斤，使得消费者难以长时间使用。
发明内容
本发明提供一种智能鞋，其包含一鞋垫，用来以可拆卸的方式固定于一使用者的一脚；一距离探测模块，其包含至少一第一距离感测器、一第二距离感测器、一第三距离感测器和一第四距离感测器，分别设置于该鞋垫的前侧、后侧、左侧和右侧；以及一处理单元，用来依据该第一至第四距离感测器所测量到的距离数据来判断该脚和一障碍物之间的距离。
附图说明
图1为本发明实施例中一种应用于虚拟现实的智能鞋的功能方块图。
图2和图3为本发明实施例中智能鞋的外观示意图。
图4～6为本发明实施例智能鞋中距离探测模块运作时的示意图。
图7～11为本发明实施例智能鞋中压力感测模块运作时的示意图。
附图标记说明：
11、12：距离探测模块；
21、22：压力感测模块；
31、32：振动片；
41、42：处理单元；
51、52：固定带；
61：左鞋；
62：右鞋；
100：智能鞋；
100R：右鞋垫；
100L：左鞋垫；
AL1～AL4、AR1～AR4：距离感测器；
BL1～BL3、BR1～BR3：压力感测器；
P1～P3、Q1～Q3：压力值；
LF、LB、LL、LR、RF、RB、RL、RR：距离。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
图1为本发明实施例中一种应用于虚拟现实的智能鞋100的功能方块图。智能鞋100包含两距离探测模块11和12、两压力感测模块21和22、两振动片31和32，以及两处理单元41和42。距离探测模块11和12分别用来侦测使用者左右脚和周遭障碍物的距离，以及分别判别使用者左右脚的运动状态。压力感测模块21和22用来侦测使用者左右脚的压力，进而提供辅助判别使用者运动状态的信息。依据距离探测模块11～12所测量到的距离数据和压力感测模块21～22所测量到的压力数据，处理单元41和42可判断使用者双脚位置和运动状态。依据虚拟现实的情节，振动片31和32可在使用者脚底提供相对应的触觉回馈，进而提升游戏体验。
图2和图3为本发明实施例中智能鞋100的外观示意图。智能鞋100可以作成两组可拆卸的左鞋垫100L和右鞋垫100R，图2显示了左鞋垫100L和右鞋垫100R的顶视图。距离探测模块11包含至少4个距离感测器AL1～AL4，分别设置于左鞋垫100L的前侧、后侧、左侧和右侧。距离探测模块12包含至少4个距离感测器AR1～AR4，分别设置于右鞋垫100R的前侧、后侧、左侧和右侧。压力感测模块21包含至少3个压力感测器BL1～BL3，分别设置于左鞋垫100L表面对应于左脚前脚掌的左方、左脚前脚掌的右方，以及左脚跟的位置。压力感测模块22包含至少3个压力感测器BR1～BR3，分别设置于右鞋垫100R表面对应于右脚前脚掌的左方、右脚前脚掌的右方，以及右脚跟的位置。振动片31可设置于左鞋垫100L表面对应于左脚中央之处，而振动片32可设置于右鞋垫100R表面对应于右脚中央之处。处理单元41可包覆在左鞋垫100L的内部(未显示)，而处理单元42可包覆在右鞋垫100R的内部(未显示)。
在图3所示的实施例中，左鞋垫100L和右鞋垫100R上可分别设置多组固定带51和52，因此可分别固定于使用者的左鞋61和右鞋62底部。然而，左鞋垫100L和右鞋垫100R固定在使用者鞋子的方式并不限定本发明的范畴。
在本发明实施例中，距离探测模块11和12中的距离感测器可采用红外线感测技术或超音波式感测技术，压力感测模块21和22中的压力感测器可为应用霍尔(Hall)磁电效应或压电效应(piezoelectric effect)的压感元件，而振动片31和32可包含压电材质以提供触觉回馈。然而，距离探测模块11～12、压力感测模块21～22和振动片31～32所采用的感测技术或触觉回馈技术并不限定本发明的范畴。
在虚拟现实的应用中，使用者可如图3所示的方式穿戴着本发明实施例的智能鞋100，距离探测模块11和12可分别侦测使用者和周围障碍或其他玩家之间的距离。一旦判定距离小于一预定值时，智能鞋100可发出警告信息(或指示系统发出警告信息)，以避免使用者撞到障碍物而受伤。
图4～6为本发明实施例智能鞋100中距离探测模块11和12运作时的示意图。为了说明目的，左鞋垫100L上距离探测模块11中距离感测器AL1～AL4所测得到距离分别由LF、LB、LL和LR来表示，而右鞋垫100R上距离探测模块12中距离感测器AR1～AR4所测得到距离分别由RF、RB、RL和RR来表示，而GND代表地板的位置。
在图4所示的实施例中，使用者的左腿做出前踢或抬脚等会让左脚尖朝上的动作，此时左鞋垫100L前侧距离感测器AL1所测到的距离LF会远大于后侧距离感测器AL2所测到的距离LB。在图5所示的实施例中，使用者的右腿做出后踢或踮脚尖等会让脚尖朝下的动作，此时右鞋垫100R前侧距离感测器AR1所测到的距离RF会远小于后侧距离感测器AR2所测到的距离RB。在图6所示的实施例中，使用者做出双脚平行的立正动作，此时左鞋垫100L右侧距离感测器AL4所测到的距离LR和右鞋垫100R左侧距离感测器AR3所测到的距离RL会实质上相同，且RL和LR的值相当小。
图7～11为本发明实施例智能鞋100中压力感测模块21和22运作时的示意图。为了说明目的，左鞋垫100L上压力感测模块21中压力感测器BL1～BL3所测得到压力值分别由P1～P3来表示，而右鞋垫100R上压力感测模块22中压力感测器BR1～BR3所测得到压力值分别由Q1～Q3来表示。图7～11的上方显示了使用者不同姿势的轮廓图，而图7～11的下方显示了使用者不同姿势下压力感测模块21和22所测得的压力值。
在图7中，使用者以立正或双脚平行的方式直立，此时使用者的身体重心维持在中央，因此左鞋垫100L和右鞋垫100R受力平均，亦即P1≒Q1、P2≒Q2且P3≒Q3。此外，由于一般人在正常站姿下双脚后脚跟的受力会稍微大于双脚脚尖的受力，因此此时得到的压力值P3和Q3会高于P1～P2和Q1～Q2的值。
在图8中，使用者以立正或双脚平行的站姿做出后仰动作，此时在左右方向使用者的身体重心维持在中央，因此左鞋垫100L和右鞋垫100R受力平均，亦即P1≒Q1、P2≒Q2且P3≒Q3。在前后方向，由于后仰动作会增加双脚后脚跟的受力和减少双脚脚尖的受力，因此此时得到的压力值P1～P2和Q1～Q2会低于图7所示的实施例，而压力值P3和Q3会高于图7所示的实施例。
在图9中，使用者以立正或双脚平行的站姿做出前屈动作，此时在左右方向使用者的身体重心维持在中央，因此左鞋垫100L和右鞋垫100R受力平均，亦即P1≒Q1、P2≒Q2且P3≒Q3。在前后方向，由于前屈动作会减少双脚后脚跟的受力和增加双脚脚尖的受力，因此此时得到的压力值P1～P2和Q1～Q2会高于图7所示的实施例，而压力值P3和Q3会低于图7所示的实施例。
在图10中，使用者做出标准伏地挺身的准备动作，此时在左右方向使用者的身体重心维持在中央，因此左鞋垫100L和右鞋垫100R受力平均，亦即P1≒Q1、P2≒Q2且P3≒Q3。在前后方向，由于标准伏地挺身的准备动作会让重心完全集中在双脚脚尖和双手，因此此时得到的压力值P1～P2和Q1～Q2的会高于图7所示的实施例，而压力值P3和Q3会远低于图5所示的实施例(接近0)。
在图11中，使用者左脚前跨做出弓箭步，此时使用者大部分身体重心由左脚来平均支撑，小部分身体重心由右脚尖来支撑，因此此时得到的压力值P1～P3会分别大于压力值Q1～Q3，其中压力值Q3接近0。
在本发明实施例中，距离探测模块11～12和压力感测模块21～22可包含更多距离感测器和更多压力感测器，进而提升判断准确度。然而，距离感测器和压力感测器的数量并不限定本发明的范畴。
在本发明实施例中，可事先针对使用者不同动作姿态设定相对应的左右脚距离和压力，再以查找表的形式加以储存。此外，针对使用者体重或是习惯重心不同，在执行VR内容前可先执行校正程序，例如要求使用者做出站立、深蹲或单脚蹲等简单动作来取得判定每一使用者的基础线。在执行VR内容的期间，本发明智能鞋可将距离探测模块所测量到的距离数据和压力感测模块所测量到的压力数据对照查找表和基础线，进而精准判断使用者的脚部运动状态。
综上所述，本发明提供一种应用于虚拟现实的智能鞋，其可以作成两组可拆卸的右鞋垫和左鞋垫，重量很轻且穿戴方便。智能鞋中的距离探测模块可侦测使用者左右脚和周遭障碍物的距离，除了可避免误撞受伤外，同时也可判别使用者左右脚的运动状态。智能鞋中的压力感测模块可侦测使用者左右脚的压力，进而提供辅助判别使用者运动状态的信息。智能鞋中的振动片可在使用者脚底提供相对应的触觉回馈，进而提升虚拟现实体验。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
