[發明專利]一種基于超聲定位的三維筆勢識別方法

有效

• 申請號: 201611157261.X
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106774995B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 燕學智;李瑞格;孫曉穎;陳建;溫泉;劉國紅;于海洋;溫艷鑫;王海云
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F3/0346
• 分類號: G06F3/0346;G06F3/0487
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種基于超聲定位的三維筆勢識別方法，屬于人機交互領域。通過超聲定位裝置采集用戶在輸入三維筆勢時在空間劃過軌跡的三維坐標；計算空間劃過軌跡的三維坐標在xOy、zOx和yOz三個平面的投影坐標，并進行平滑處理，去除因用戶手的抖動或環境噪聲造成的微小偏差；將平滑處理后的三維筆勢投影坐標與系統三維筆勢庫中的投影坐標進行匹配，匹配成功則執行對應指令，匹配失敗則自動進行系統筆勢庫的自適應更新，向系統中加入用戶習慣的三維筆勢，以適應不同用戶的輸入習慣。本發明將筆勢引入三維空間，提高了交互真實感，所提三維筆勢識別方法具有較高的識別速度和準確性，用戶體驗良好。

技術領域

本發明屬于人機交互領域，具體涉及一種基于超聲定位的三維筆勢識別方法。

背景技術

信息技術的高速發展為人類生產、生活帶來了廣泛而深刻的影響，也促進了人機交互技術的發展，傳統的基于windows、icons、menu、point device模式(簡稱WIMP)的人機交互方式需要頻繁地切換鼠標、鍵盤、界面工具按鈕，交互連續性差，已難以滿足人們的需要。而筆式交互符合人類自然交互特性，具有較好的連續性和自然性，但筆式交互多基于傳統的紙筆隱喻，只能在二維平面實現交互，在空間應用中顯示出局限性，因此將二維筆勢交互和三維真實場景交互相結合產生的三維筆勢交互技術具有重要的研究價值。三維筆勢交互技術將物理距離引入筆勢交互，可在一定距離范圍內實現筆與顯示終端的交互，以更加自然和諧的方式進行終端操作，不受使用環境和用戶行為的限制，具有廣闊的應用前景。

在筆式交互方面，國內相關專利大都在二維筆式交互及其相關技術方面進行研究。中國專利“平面三自由度筆式力覺交互裝置”(申請號CN201110221211.4)公開了一種平面三自由度筆式力覺交互裝置，可以應用到游戲、教學、繪畫練習等領域中，使用戶通過握持交互筆直接在設備屏幕上進行操作的同時感受相應的反饋力和扭矩，實現了平面視覺和力覺顯示的融合。中國專利“基于手寫輸入狀態自適應判斷處理的筆式交互方法及系統”(申請號CN201510018914.5)公開了一種基于手寫輸入狀態自適應判斷處理的筆式交互方法，在用戶進行手繪圖形輸入和手寫文字輸入的過程中，自動判斷用戶當前輸入狀態并進行實時處理，簡化了用戶操作流程，使用戶自然、高效地完成筆式交互。中國專利“基于投影跟蹤的筆式交互系統”(申請號CN201010199301.3)公開了一種基于投影的筆式交互系統，通過紅外投影掃描模塊、無線通信接收模塊、投影儀和交互筆的協同工作來完成筆式交互，在實現大范圍、準確交互的同時實現逼真的毛筆書寫交互效果。田豐等人在論文《UPIL：以用戶為中心的筆式交互系統設計》中提出了一種以用戶為中心的筆式交互系統的設計方法，提高了筆式交互系統的可用性。但這些設計方法均只考慮二維平面情況，將筆式交互技術限制在平面操作上，未提出適用于三維空間的筆式交互識別、筆跡跟蹤等方法，限制了用戶操作的自然性和靈活性。

手勢是三維空間的一種自然直接的人機交互方式，在手勢交互方面，國內已有相關專利進行研究。中國專利“手勢識別裝置、手勢識別方法及手勢識別系統”(申請號CN201510587921.7)公開了一種手勢識別裝置、方法及系統，該系統通過傳感器識別運動手指相對于其他手指的運動信息和裝置需要的輸入方式，并由輸入方式生成單元對應生成鍵盤輸入位置、功能鍵、鼠標移動等，實現快速、準確的模擬輸入內容。中國專利“一種手勢識別方法及裝置”(申請號CN201610195737.2)公開了一種手勢識別方法，通過手部視頻獲得待識別手勢的密度分布特征向量，通過計算該向量與預設標準手勢庫特征向量的歐氏距離來確定目標手勢，有效提高手勢識別的準確性。中國專利“紅外手勢識別裝置的控制方法、裝置和設備”(申請號CN201610286718.0)公開了一種紅外手勢識別裝置的控制方法、紅外手勢識別裝置和設備，提高了手勢識別的準確率和可靠性，提升用戶使用體驗。這些設計方法雖然都是三維空間情況的人手活動，但都集中于手勢交互活動，并未考慮筆勢交互在三維空間中的應用，而手勢交互存在多義性、多樣性及時空上的差異性等固有缺陷，導致手勢識別系統識別率低，實時性較差。