[發明專利]利用視線跟蹤技術和常規鼠標控制設備的三維漫游方法

有效

• 申請號: 201310126437.5
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103257707A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 謝耀華;付琨;胡文龍;吳方才
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0484
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;高燕燕

技術領域

本發明涉及三維虛擬場景中的人機交互技術領域，尤其涉及一種利用視線跟蹤技術和常規鼠標控制設備的三維漫游方法。

背景技術

隨著地理信息在社會生產、生活中的廣泛應用，基于三維場景的空間信息系統在各種領域中越來越普及，發展也越來越完善。但是，在常用的各類計算機上進行三維場景漫游還不是很自如，因而效率也受到局限。究其原因，常規的鼠標控制設備通常只具備兩個自由度，并不適合于三維漫游操作；常用的做法是將漫游操作分解為若干種二維或一維漫游操作，并通過先后多個步驟的接力來完成三維漫游，從而降低了操作效率。因此，有必要尋找更加靈活、自然、直觀的三維漫游控制方法。

現有的一些方法采用額外甚至特制的設備來改善三維漫游的操控效果。比如：采用游戲控制手柄、駕駛模擬器手柄或類似的設備來進行三維漫游，通過多個肢體的配合來增加漫游的維度和效率；這類方案在漫游性能上有所改善，但增加了整個系統的硬件復雜度。還有的系統中使用專門設計的增強型鼠標、軌跡球等裝置進行三維漫游；這類方案可能達到較好的操控效果，但系統的硬件復雜度及成本都大大增加，給推廣和普及造成障礙。而且，這些方法都只利用人的肢體來進行三維交互，人眼在其中只起到感知的作用，而沒有充分挖掘其潛力。

已有的研究表明，人眼不僅能夠用于感知可見信息，而且能夠在人機交互方面發揮更重要的作用。常規的肢體操作通常需要視線的指導才能夠完成，而直接利用視線進行交互則將兩個步驟簡化為一個，直觀而且高效，尤其適合于進行選擇、指向等操作。目前，在一些廣告、宣傳系統中采用了視線來選擇用戶感興趣的物品，并相應顯示出該物品的相關信息。一些系統通過用戶的凝視來選擇自動取款機上的數字鍵，從而達到安全輸入密碼的目的。還有一些系統利用視線跟蹤技術來控制光標，作為常規鼠標的替代品。

發明內容

本發明提出一種利用視線跟蹤技術和常規鼠標控制設備的三維漫游方法，將視線跟蹤技術與常規鼠標控制設備相結合，在不增加硬件復雜度的情況下，提高漫游控制的自由度，使三維漫游更加高效、靈活和自然。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

包括計算機及其顯示器、視頻采集設備和常規鼠標控制設備；

步驟一，用戶選擇一種二維漫游動作：二維平移漫游狀態或二維旋轉漫游狀態，并向視頻采集設備發出開啟信號；

步驟二，當視頻采集設接收到步驟一的開啟信號時，開始實時、連續采集用戶的臉部圖像得到視頻數據，并傳送給計算機；

步驟三，計算機從步驟二傳來的視頻數據中提取用戶視線的注視方向，并根據視頻采集設備與計算機顯示器的相對位置關系，推算用戶注視點在計算機顯示器上的坐標位置，如果該坐標位置落在計算機顯示器范圍內則進行步驟四，否則重新采集視頻，重復步驟三；

步驟四，通過步驟三得到的用戶注視點在顯示器上的坐標位置，根據步驟一選擇的二維平移漫游或二維旋轉漫游進行漫游；

步驟五，當步驟四的二維漫游動作進行漫游時，根據鼠標光標的位置選擇一種一維漫游動作：且同一時刻將一種二維漫游和一種一維漫游同時進行，結合成為三維漫游控制；

步驟六，當接收到三維漫游停止的信號時，結束漫游。

步驟四中所述二維平移漫游：以顯示器中心為起點、注視點為終點確定了一個注視點矢量，相應的平移參數也構成一個矢量，其方向與注視點矢量的方向一致，其大小與注視點矢量的大小成比例；當用戶注視顯示器上某點，則用戶注視點就會朝該點平移，而且當用戶注視點隨該點移近顯示器中心，平移的速度也隨之放慢，最終趨于靜止。

步驟四中所述二維旋轉漫游：以顯示器中心為起點、注視點為終點確定了一個注視點矢量，該矢量在水平方向和垂直方向上的分量分別決定水平旋轉和垂直旋轉的程度，其旋轉速度與對應分量的大小近似成比例；而且，當水平分量向左時，視角向左旋轉；當水平分量向右時，視角向右旋轉；當垂直分量向上時，視角向上旋轉；當垂直分量向下時，視角向下旋轉；當水平旋轉與垂直旋轉同時進行時，最終的旋轉效果由兩者共同決定；同樣，當用戶注視點移近顯示器中心，旋轉的速度也隨之放慢，最終趨于靜止。

步驟五中所述一維縮放漫游或一維旋轉漫游：顯示器被劃分為互不重疊的四個區域，位于顯示器的上部、下部、左部和右部，當鼠標光標位于計算機上部或下部，則進行一維縮放漫游；當鼠標光標位于左部或右部，則進行一維旋轉漫游；鼠標光標到顯示器中心的距離則決定了縮放或旋轉的速度；

本發明的有益效果：