CN101110007A

CN101110007A - 一种动态三维光标显示方法

Info

Publication number: CN101110007A
Application number: CNA2007101198077A
Authority: CN
Inventors: 王宏安; 田丰; 戴国忠
Original assignee: Institute of Software of CAS
Current assignee: Institute of Software of CAS
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2008-01-23

Abstract

本发明公开了一种动态三维光标显示方法，其通过在笔/触摸板和屏幕/光标的不同坐标系之间建立点到点的一一映射关系，将计算机接收触摸板的笔输入信息进行处理生成动态三维光标，并在屏幕上绘制出来；光标可以动态的改变自己的形状以体现笔的三维方向，在笔式用户界面中提高了触摸板的输入反馈兼容性，同时使用这种光标可以缩短用户的反应延迟时间。

Description

一种动态三维光标显示方法

技术领域

本发明涉及一种动态光标的显示方法，属于人机交互领域。

背景技术

由于纸笔的普及性和直观性，笔式用户界面的很多方面都被研究。光标是一种小的可移动的标记，用于指示系统状态和对用户的输入提供视觉反馈。通常笔输入设备不只提供了笔尖的位置信息，而且提供了扩展信息，如书写压力、三维方向和三维旋转信息。一些研究试图将不同类型的信息结合到笔交互中，然而他们未将重点放在光标的视觉反馈上。

笔式用户界面中的光标仍然是GUI风格的，图1给出了一些windows系统下常用的光标。笔式界面中，这些传统的光标没有提供笔的三维方向提示，这样加剧了笔交互中眼睛和手合作缺乏的问题。如果光标可以动态的提供笔的三维方向信息将会一定程度上解决眼睛和手合作缺乏的问题。

目前已经有一些工作研究用光标进行选择的技术。这些研究的共有的方法是使用了Fitts’s Law(Paul M.Fitts.The information capacity of the human motor system in controlling theamplitude of movement.Journal of Experimental Psychology，volume 47，number 6，June 1954，pp.381-391.(Reprinted in Journal of Experimental Psychology：General，121(3)：262--269，1992)；PaulM.Fitts and James R.Peterson.Information capacity of discrete motor responses.Journal ofExperimental Psychology，1964，67(2)：103--112.)。其他的研究利用了刺激反应的一致性，即某些类型的刺激到反应的映射相对于其他的映射来说可以让用户更快和更准确的做出反应。对可视的用户界面来说，刺激反应一致性可以定义为视觉刺激的位置和方向与运动反应的位置和方向的映射程度。Live cursor是一种箭头方向跟随箭头移动方向的光标。Po的工作提出根据S-R兼容性(Po B.A.，Fisher B.D.，Booth K.S.：Comparing cursor orientations for mouse，pointer，and pen interaction.Proc.CHI 2005，ACM Press(2005)，291-300)，为光标的箭头选择合适的方向对指点设备非常重要，对鼠标和触摸屏的重要性小些。Phillips(Phillips，J.G.et al，Effects of cursor orientation and required precision on positioning movements on computer screens.International Journal of HCI，15(3)，(2003)，379-389.)发现与移动方向兼容的箭头光标导致光标的移动变慢和光标的轨迹效率降低，因为反应延迟受到移动方向和光标形状兼容性的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态三维光标显示方法，光标可以动态的改变自己的形状以体现笔的三维方向，在笔式用户界面中提高了触摸板的输入反馈兼容性，同时使用这种光标可以缩短用户的反应延迟时间。

动态光标适用于各种可以提供倾角信息的笔式输入设备，如触摸屏，手写板，触摸板，TabletPC，电子白板等。动态光标的计算在三维笛卡儿坐标系下，需要用到如下参数：高度altitude，方位azimuth，X轴上光标头与光标尾的距离Δx，Y轴上光标头与光标尾的距离Δy，零高度调整量altAdjust，高度因子altF，方位因子aziF，光标的标准宽度normalWidth，光标的透明度Transparency。altAdjust，altF和aziF三个值在笔/触摸板和屏幕/光标的不同坐标系统之间建立映射。Transparency用于在光标上增加虚拟光，从而给用户更多的关于笔方向的视觉反馈。

一种动态三维光标显示方法，其步骤为：

1)建立笔输入设备显示屏和光标显示屏之间点到点的一一映射关系；

2)计算机接收笔输入设备的笔输入信息，所述笔输入信息包括坐标高度altitude、方位倾角azimuth信息；

3)根据接收的笔输入信息，生成动态三维光标；

4)根据所建立的映射关系，将生成的动态三维光标显示在光标显示屏的相应位置上。

所述笔输入设备和光标显示屏之间点到点的映射关系为：

\{\begin{matrix} x_{s} = x_{b} \times \frac{sWidth}{bWidth} \\ y_{s} = (- y_{b}) \times \frac{sHeight}{bHeight} \end{matrix}

其中，(x_b，y_b)为笔输入设备显示屏坐标系内任意一点坐标，(x_s，y_s)为光标显示屏坐标系内任意一点坐标，bHeight为笔输入设备显示屏高度，bWidth为笔输入设备显示屏宽度，sWidth为光标显示屏宽度，sHeight为光标显示屏高度。

所述动态三维光标的生成过程为：

1)建立动态光标的三维笛卡儿坐标系，动态光标头在坐标的原点，视点在光标上z坐标轴的正向无限处，动态光标是笔向量在XY平面上的投影，

2)设定初始参数，包括零高度调整量altAdjust，高度因子altF，方位因子aziF，光标的标准宽度normalWidth，

3)根据笔输入信息计算X轴上光标头与光标尾的距离Δx，Y轴上光标头与光标尾的距离Δy，光标的宽度Width，生成动态三维光标。

所述初始参数为根据数字笔的参数、笔输入设备显示屏的参数和设定的效果进行设定。

所述动态三维光标可以根据笔输入信息计算光标的透明度Transparency，生成增加虚拟光的动态三维光标。

所述笔输入设备选自触摸屏，手写板，触摸板，Tablet PC，电子白板。

所述动态三维光标在显示屏上的显示方法为通过调用计算机系统绘制函数，根据笔输入设备显示屏和光标显示屏之间点到点的一一映射关系将动态三维光标显示在光标显示屏上。

本发明的优点：

动态光标可以根据笔的倾角信息以及高度信息，动态调整光标的形状。图3(a)为四个有着相同方位、不同高度的倾斜光标，图3(b)为四个有着相同高度、不同方位的光标。

附图说明

图1触摸板到屏幕的坐标映射图

a.触摸板坐标系b.显示屏坐标系c.触摸板坐标系到显示屏坐标系映射关系式；

图2是传统光标实例的示意图；

图3是利用本发明产生动态光标的效果图；

(a)为四个有着相同方位、不同高度的倾斜光标，

(b)为四个有着相同高度、不同方位的光标；

图4是动态光标形状绘制的坐标系原理图；

图5是本发明中光标形状计算的流程图；

图6是本发明中光标X轴方向光标头与光标尾距离计算的流程图；

图7是本发明中光标Y轴方向光标头与光标尾距离计算的流程图；

图8是本发明中光标宽度计算的流程图；

图9是本发明中光标透明度计算的流程图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

1)计算机读取笔的输入信息，获取笔当前的高度信息altitude和倾角信息azimuth

2)首先参照图4，图4是本发明实现动态光标的三维笛卡儿坐标系原理图，动态光标头在坐标的原点，视点在光标上z坐标轴的正向无限处，动态光标是笔向量在XY平面上的投影。动态光标形状的计算可参考图5，其步骤如下：

设定初始参数，包含altAdjust，altF，aziF和normalWidth；

计算X轴上光标头与光标尾的距离Δx；

计算Y轴上光标头与光标尾的距离Δy；

计算光标的宽度Width；

计算光标的透明度Transparency；

所述设定初始参数，包括零高度调整量altAdjust，高度因子altF，方位因子aziF，及光标的标准宽度normalWidth。其值需根据数字笔的参数、显示屏的参数以及希望得到的效果来设定。

所述计算X轴上的光标头与光标尾的距离的方法，参考图6，其详细步骤如下：

计算动态光标的高度altitude的绝对值|altitude|

计算高度绝对值|altitude|与高度因子altF的比值

计算方位azimuth与方位因子aziF的比值

计算零高度调整量altAdjust与的差值

计算比值

的正弦

计算与的乘积，得到X轴上光标头与光标尾的距离Δx。

所述计算Y轴上的光标头与光标尾的距离的方法，参考图7，其详细步骤如下：

计算动态光标的高度altitude的绝对值|altitude|

计算高度绝对值|altitude|与高度因子altF的比值

计算方位azimuth与方位因子aziF的比值

计算零高度调整量altAdjust与

的差值

计算比值

的余弦

计算

与

的乘积，得到Y轴上光标头与光标尾的距离Δy。

所述计算光标宽度的方法，参考图8，其具体步骤如下：

计算动态光标的高度altitude的绝对值|altitude|

计算高度绝对值|altitude|与高度因子altF的比值

计算方位azimuth与方位因子aziF的比值

计算零高度调整量altAdjust与的差值

计算

与altAdjust的比值

计算normalWidth与

的乘积，得到动态光标的宽度Width。

所述计算光标透明度的方法，参考图9，其具体步骤如下：

计算动态光标的高度altitude的绝对值|altitude|

计算高度绝对值|altitude|与高度因子altF的比值

计算100与

的乘积与零高度调整量的比值

计算

与155的和，得到光标的透明度Transparency。

3)将三维光标绘制在屏幕上。具体步骤为利用步骤二中计算得到的X轴和Y轴上光标头与光标尾的距离、光标的宽度、光标的透明度，通过调用计算机系统提供的绘制函数，将三维光标绘制在屏幕上。

Claims

1.一种动态三维光标显示方法，其步骤为：

2)接收笔输入设备的笔输入信息，所述笔输入信息包括坐标高度altitude、方位倾角azimuth信息；

3)根据接收的笔输入信息，生成动态三维光标；

2.如权利要求1所述的一种动态三维光标显示方法，其特征在于所述笔输入设备和光标显示屏之间点到点的映射关系为：

\{\begin{matrix} x_{s} = x_{b} \times \frac{sWidth}{bWidth} \\ y_{s} = (- y_{b}) \times \frac{sHeight}{bHeight} \end{matrix}

3.如权利要求1所述的动态三维光标显示方法，其特征在于所述动态三维光标的生成过程为：

4.如权利要求3所述的动态三维光标显示方法，其特征在于根据数字笔的参数、笔输入设备显示屏的参数和设定的效果设定上述初始参数。

5.如权利要求3或4所述的动态三维光标显示方法，其特征在于根据笔输入信息计算光标的透明度Transparency，生成增加虚拟光的动态三维光标。

6.如权利要求1所述的动态三维光标显示方法，其特征在于所述笔输入设备选自触摸屏，手写板，触摸板，Tablet PC，电子白板。

7.如权利要求1所述的动态三维光标显示方法，其特征在于调用计算机系统绘制函数，根据笔输入设备显示屏和光标显示屏之间点到点的一一映射关系将动态三维光标显示在光标显示屏上。