[發明專利]一種基于筆式交互系統的虛擬三維空間中目標的選擇方法

有效

• 申請號: 201710270095.2
• 申請日: 2017-04-23
• 公開（公告）號: CN107102750B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 陳建;楊鵬;孫曉穎;孫銘會;燕學智;林琳;溫泉;康凱;于嘉鑫
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F3/0346
• 分類號: G06F3/0346
• 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

本發明提供一種基于筆式交互系統的虛擬三維空間中目標的選擇方法，屬于虛擬三維空間中目標的選擇方法。基于超聲三維筆式定位系統，獲得電子筆的坐標以及電子筆的姿態信息，根據電子筆的坐標以及姿態信息實現目標的選擇，考慮到大屏幕的尺寸、用戶選擇的便利性、用戶需要移動的距離等問題，進一步根據電子筆的姿態結合按鍵以及定義的算法，實現目標的精確快速選擇，用戶可以在任意位置對三維虛擬空間中的任意目標進行精確選擇，打破了空間的限制，實現了三維大空間中人機交互過程中虛擬目標精確快速選擇。

技術領域

本發明涉及一種虛擬三維空間中目標的選擇方法，具體涉及一種基于筆式交互系統的虛擬三維空間中目標的精確選擇方法，可實現用戶在大空間中任意位置對虛擬空間中任意目標的精確選擇，可應用于人機交互技術、虛擬現實等領域。

背景技術

人機交互的研究愈發深入，研究也向著以人為中心自然高效的方面發展，電子筆式交互也應運而生。傳統的圖形用戶界面基于桌面隱喻，采用的是WIMP交互范式，采用鼠標、鍵盤作為交互的輸入設備，實現人機交互。電子筆式交互模擬了人們使用紙電子筆的習慣，充分利用了電子計算的優勢，成為一種自然靈活的交互方式。筆式交互在二維平面上的研發以及應用已經趨于完善，基于紙電子筆隱喻為用戶提供最大的習慣性。此外，作為的輸入設備，電子筆由于其具有便于攜帶，使用方便，支持直接操作等優勢被廣泛應用于電子白板、平板電腦和移動電話等設備，在二維平面上得到廣泛應用。

隨著三維人機交互和虛擬現實的迅速發展，三維大空間筆式人機交互系統成為未來發展的主要方向，要在大空間進行三維操作，如果還按傳統的方式進行點擊操作或者真實空間與虛擬空間對稱操作，勢必使操作者來回走動，操作極其不便。

中國專利“一種三維大空間多通道筆式交互系統”(申請號201611157044.0)公開了一種三維大空間筆式交互系統。系統包括控制器、接收器和智能筆構成，智能筆集成PVDF壓電薄膜、MEMS加速度和陀螺儀傳感器、壓力傳感器、藍牙通信芯片等傳感器件。控制器通過接收器接收智能筆發送的超聲波信號，采用超聲波三維高精度無線定位技術獲得智能筆的位置，采用加速度和陀螺儀信號計算智能筆姿態，通過藍牙通信實現對智能筆姿態的讀取，并能夠將麥克風拾取的語音信號由藍牙芯片上傳給控制器。該發明能夠提供智能筆(電子筆)的三維空間坐標和姿態信息，但未對大空間三維虛擬空間中目標的選擇提供有效方法。

發明內容

本發明提供一種基于筆式交互系統的虛擬三維空間中目標的選擇方法，在三維大空間人機交互中，利用電子筆的位置及姿態信息，實現虛擬空間中目標的精確選擇，給用戶提供了一種更加方便、自然的交互方法，提高了交互效率。

本發明采取的技術方案，包括下列步驟：

(一)以主機的左下角為坐標原點，以過原點的水平直線為X軸，以過原點且豎直向上的直線為Y軸，以過原點且垂直于XOY面的直線為Z軸，建立三維坐標系；

(二)用戶操作電子筆時，電子筆將自己的空間位置信息以及姿態信息實時的傳給主機，所謂電子筆的空間位置信息指的是電子筆筆尖位置A在實際空間中的絕對坐標(x₀,y₀,z₀)，姿態信息指的是電子筆俯仰角α和航向角β，系統根據電子筆所提供的信息，生成一條以電子筆尖坐標為起點，以電子筆的姿態信息確定射線的方向向量根據電子筆筆尖位置A，確定射線L的方程；

(三)當用戶想要對目標M進行選擇時，M所在的區域為{(x,y,z)|x_min≤x≤x_max,y_min≤y≤y_max,z_min≤z≤z_max}，為了使選擇更加的快捷、人性化提供兩種模式進行選擇：

模式一、鏡像模式：