[發(fā)明專利]一種三維大空間多通道筆式交互系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611157044.0
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106598293B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳建;楊鵬;孫曉穎;燕學(xué)智;孫銘會;林琳;溫泉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G06F3/0354
• 分類號: G06F3/0354;G06F3/0346;G06F3/038
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發(fā)明涉及一種三維大空間多通道筆式交互系統(tǒng)，涉及三維大空間多通道筆式交互系統(tǒng)。主機(jī)和智能電子筆，采用超聲波信號與加速度、陀螺儀信號的組合筆式識別方法，在因遮擋無法通過超聲波信號實現(xiàn)電子筆的筆式識別，通過加速度、陀螺儀信號完成輔助定位，并實現(xiàn)筆姿態(tài)信息的提取。本發(fā)明提供的三維大空間多通道筆式交互系統(tǒng)及方法支持三維空間、二維平面的筆式交互、手勢交互和語音交互操作，具備定位精度高，交互空間大，支持三維書空模式等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種基于超聲波無線定位技術(shù)的多通道三維筆式交互系統(tǒng)，可實現(xiàn)智能筆的三維實時定位、姿態(tài)獲取、筆尖壓力等信號提取，可用于人機(jī)交互、教育信息化、三維圖像及視頻交互控制等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，人機(jī)交互對信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，以人為中心的高效自然的人機(jī)交互已經(jīng)成為人機(jī)交互領(lǐng)域的研究熱點。

人類使用紙筆已經(jīng)有數(shù)千年的歷史，使用筆在紙上書寫、繪畫、各種演算。計算機(jī)的普及逐漸替代了紙筆的使用，與紙筆方式比較，計算機(jī)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)具有占用空間小、處理時間短、有利于信息安全、能實現(xiàn)不失真的復(fù)制和便于檢索和導(dǎo)航等等優(yōu)點。近些年，筆式交互的出現(xiàn)既模擬了人們使用紙筆的習(xí)慣，同時又充分利用了電子計算的優(yōu)勢，是一種回歸自然的靈活的交互方式。

筆式交互是一種重要的人機(jī)交互方式，通過類似于傳統(tǒng)的紙筆隱喻(Metaphor)來提供給人們最大的習(xí)慣性。筆作為輸入設(shè)備因其便于攜帶、學(xué)習(xí)周期短、支持直接操作并且易于書畫等優(yōu)勢被越來越廣泛地應(yīng)用于電子白板、平板電腦和移動電話等電子設(shè)備上，如蘋果公司的Apple pencil，微軟公司的Surface觸控筆以及三星note智能手機(jī)觸控筆等。目前在筆式交互方面，當(dāng)前主要基于電容觸摸屏、電磁定位觸控筆以及基于二維平面的超聲定位筆等，并呈現(xiàn)豐富的壓力感受，讓操作者能夠模擬紙筆書寫過程。

隨著智能人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)對話中的信息呈現(xiàn)方式越來越趨向三維化，如何用筆同這些三維信息交互成為一個亟待解決的問題。國內(nèi)外在二維平面上的筆式交互技術(shù)和應(yīng)用研發(fā)方面有良好積累，但在三維多通道融合的筆式交互方面有待深入研究，對三維大空間多通道筆式交互的研究還處于起步階段。本發(fā)明公開一種三維大空間筆式交互系統(tǒng)，提供一種支持非接觸操控、姿態(tài)、壓力、語音等交互通道的三維筆式交互系統(tǒng)。

三維大空間筆式交互系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是高精度三維無線定位技術(shù)，主要包括三維電磁定位、三維超聲定位和數(shù)字視覺定位技術(shù)。三維電磁定位技術(shù)的系統(tǒng)復(fù)雜，且定位范圍較小，很難實現(xiàn)大范圍多目標(biāo)操控功能。數(shù)字視覺定位技術(shù)應(yīng)用在三維定位中，很難象二維平面定位那樣設(shè)計特殊邊框，僅靠數(shù)字圖像識別算法實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤，算法復(fù)雜，受環(huán)境影響較大。超聲波定位技術(shù)是上述三種定位技術(shù)中最適用于大空間三維定位的技術(shù)，雖然需要專用超聲波發(fā)射器，但超聲波定位范圍大，精度高，本發(fā)明采用超聲波無線定位技術(shù)實現(xiàn)智能筆的實時三維定位。

中國專利“一種多感知便捷式智能筆”(申請?zhí)?01420470088.90)公開了一種多感知便捷式智能筆，包括筆殼、電容屏觸摸筆頭、NFC感應(yīng)線圈、條碼掃描引擎模組、加速度/陀螺儀/地磁九軸傳感器、溫度/濕度傳感器、控制芯片、藍(lán)牙/WIFI通信模塊等，能夠在觸摸屏上通過電容觸摸頭實現(xiàn)筆跡書寫，通過九軸傳感器獲得智能筆姿態(tài)，并通過藍(lán)牙/WIFI通信模塊將姿態(tài)、條碼信息發(fā)送到互連設(shè)備，但該智能筆僅能在觸摸屏上實現(xiàn)二維定位，定位范圍小，不支持壓感識別，且不能實現(xiàn)對智能筆的三維定位。

中國專利“大范圍多目標(biāo)超聲跟蹤定位系統(tǒng)和方法”(申請?zhí)?01010546442.8)公開了一種大范圍多目標(biāo)超聲跟蹤定位系統(tǒng)及方法，采用不同頻率和不同時隙實現(xiàn)多目標(biāo)識別，采用空間分割法實現(xiàn)大范圍定位和跟蹤。該系統(tǒng)及方法主要提供一種室內(nèi)三維定位跟蹤與定位系統(tǒng)，采用超聲波定位技術(shù)實現(xiàn)對目標(biāo)的大范圍三維定位，該目標(biāo)可以是電子筆，但該系統(tǒng)不具有筆尖壓力、姿態(tài)識別功能。