CN101561708A - 利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置 - Google Patents

Abstract

一种利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置，使用者能通过一内部具有动作感测单元的输入装置执行设定计算机系统的输入模式，此输入装置的较佳实施例包括一个用以感测输入装置位移并产生的信号的加速度感测单元，一个用以感测输入装置旋转并产生的信号的角速度感测单元，并一个用以感测输入装置移动的方向信号的方向感测单元，接着利用数据处理单元将自各感测单元接收的感测信号运算产生一移动量，借以决定一种输入模式，此装置更包括与计算机系统连接的通讯单元，能将输入模式所产生的控制指令传递至计算机系统。

Description

利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置

技术领域

本发明为一种利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置，特别是通过使用者利用该输入装置所产生的动作决定一种输入模式。

背景技术

一般是利用鼠标、键盘、手写笔等装置与计算机系统产生互动，此种输入的形式更影响了其它应用的互动模式，包括计算机(或电视)游戏的进行、应用软件的使用、简报或其它多媒体的应用，有别于此传统的方式，现有技术已揭示通过使用者的肢体动作达到指令输入的效果。

如使用于操作系统指针用的三维鼠标(3-D mouse)即已能通过使用者的肢体动作产生指标的作用，使用者手持鼠标装置，通过手的挥舞在空间中移动产生三度空间的坐标信号，进而转换成在平面上二度空间的位移，这方面技术可参阅2006年2月16日公开的美国专利申请案第20060033711号所揭示使用三维指针装置作为二度空间指针控制的技术，其中所述的指针装置如笔型的激光指针器，通过计算此指针装置在空间中移动方位(orientation)，产生平面指标的效果。

此种虚拟三维的控制方式的应用如知名游戏业者任天堂(Nintendo Co.，Ltd.)所开发的电视游戏机，请参阅图1所示一个三维控制器的内部电路图，此控制器10为使用者手持的控制装置，通过控制器10内部的加速度传感器103感测控制器10在每个方向运动的加速度，进而得到各方向的位移，甚至计算出产生的力道。另外，执行部101为该控制器10上的控制按键，借以产生其它控制指令。

微电脑(micro computer)105接收执行部101与加速度传感器103所产生的信号，并将之暂存于内存109中，之后执行计算，将得出的控制指令通过无线模块107与天线111传送至计算机主机，也就是游戏机上，产生与游戏互动的功能。此现有技术中，使用者能通过挥舞控制器10产生三维坐标中三个轴(X，Y，Z)方向上的加速度，并根据挥舞动作的范围产生不同的控制效果。

在上述现有技术中，通常电视游戏本身即已定义出各种不同的控制动作所产生的控制效果，通过游戏主机本身的无线侦测环境侦测手持式控制器的动作，根据所侦测的信号产生相对应的指令。并且，在使用者选取欲进行的游戏时，操作模式即已对应该游戏所预先定义的模式，各种操作比如利用控制器产生的位移、旋转对应该游戏中主角跑步与转弯的动作，若应用于另一个游戏，则可能控制器的位移、旋转是分别模拟弹奏乐器产生不同声音的输出效果。

发明内容

有别于现有技术利用三度空间的动作与计算机(或电视)游戏或是计算机操作产生互动的应用，本发明所提出的一种利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置则是通过不同的动作产生对计算机系统不同的输入模式，其中为了达到更准确与更多功能的动作感测。

本发明提供一种利用动作感测判断输入模式的方法，包括有：建立一输入装置与一计算机系统间的联机；感测一使用者操作该输入装置的动作；计算该动作产生的移动量；引入一对应表，该对应表包括多种移动量与其所对应的多种输入模式；以及判断对应该移动量的输入模式。

本发明还提供一种利用动作感测判断输入模式的输入装置，至少包括有：一加速度感测单元，用以感测该输入装置的位移，并产生一加速度值；一角速度感测单元，用以感测该输入装置的旋转，并产生一角速度值；一通讯单元，该输入装置通过该通讯单元连接一计算机系统，并传递该输入模式所产生的控制指令；以及一数据处理单元，电性连接该加速度感测单元、该角速度感测单元与该通讯单元，用以接收各感测单元所产生的该加速度值与该角速度值，经计算产生一移动量，再通过一查表手段判断一输入模式。

换句话说，上述输入装置的较佳实施例包括一个用以感测输入装置位移所产生的信号的加速度感测单元，一个用以感测输入装置旋转所产生的信号的角速度感测单元，和一个用以感测输入装置移动的方向信号的方向感测单元，另外，此装置更包括与计算机系统连接的通讯单元，能将输入模式所产生的控制指令传递至计算机系统。而有一数据处理单元，则是接收各感测单元所产生的感测信号，经计算产生一移动量，再通过一对应表来决定一种输入模式，特别的是，此对应表包括有多种移动量与其所对应的多种输入模式，通过数据处理单元所产生的移动量来决定输入模式，输入模式包括此输入装置所要仿真的鼠标功能、键盘功能、手写功能或各式互动游戏的专属输入功能。

另外，本发明所提供的利用动作感测判断输入模式的方法的较佳实施例包括先建立与计算机系统间的联机，即开始感测使用者操作输入装置的动作，当产生动作时，即通过输入装置内处理单元计算动作产生的移动量，并通过一对应表判断出对应该移动量的输入模式。特别的是，上述的动作包括需要设定基准平面的倾角判断，与分别通过加速度感测单元、角速度感测单元，与方向感测单元所感测的信号而计算出的平移量、旋转角度与移动方向，借此组合产生的移动量决定一输入模式。

综上所述，本发明所揭示的利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置根据使用者手持输入装置产生的动作决定对计算机系统的输入模式，其中特别的是，此手持式的输入装置自体包括有传感器，借以感测其运动的距离、角度、方向，以此通过对应表决定一种输入模式。

附图说明

图1所示为现有技术的三维控制器的内部电路图；

图2所示为本发明使用者操作输入装置的示意图；

图3A至图3E所示为输入装置在一基准平面上的运动示意图；

图4A至图4E所示为输入装置在空间中的运动示意图；

图5所示为本发明所提供的输入装置电路方块图和其与计算机系统间连结的示意图；

图6为本发明利用动作感测判断输入模式的方法流程图；

图7为本发明利用动作感测判断输入模式的方法的实施例流程图；

图8为本发明利用动作感测判断输入模式的方法的实施例流程图。

【主要元件附图标记说明】

控制器10                加速度传感器103

执行部101               微电脑105

内存109                 无线模块107

天线111                 计算机系统20

输入装置22              左右201，202

前后203，204            上下205，206

基准平面30              数据处理单元50

加速度感测单元53        角速度感测单元55

方向感测单元57          通讯单元51

计算机系统52            信号接收单元521

储存单元525             中央处理单元527

图形处理单元523         操作系统54

应用程序56              对应表59

具体实施方式

不同于现有技术利用虚拟三维的控制方式操作游戏的进行，本发明提出一种利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置，主要是提供使用者利用肢体动作操作手持式的输入装置，通过输入装置在空间中的移动决定对计算机系统的一种输入模式，并且，为了达到更准确与更多功能的动作感测，此输入装置内具备了针对平移量、旋转角度、移动方向等感测能力的多种感测单元。

请参阅图2所示使用者操作输入装置的示意图，在计算机系统20前，使用者手持本发明所提供的输入装置22，可设计为握把型的装置，以方便持握，且其上亦可设计有多个执行按钮，产生其它输入控制的效果。开始之初，先与计算机系统20利用无线或有线的手段进行联机，当使用者手持输入装置22进行挥动，方向有如附图中的左右201，202、前后203，204、上下205，206或个方向的任意组合，当输入装置22中的各方向传感器与运动的传感器感测到动作时，将产生相对应的信号传向计算机系统20，计算机系统20接收后，将由其中的软硬件搭配产生执行相对的应用程序。其中所利用的无线信号传递的方式可包括蓝牙(Bluetooth)、无线网络(Wireless LAN)、无线电(Radio)、红外线(IrDA)等。

在判断上述利用输入装置所产生的动作时，通常需要一个基准点或是基准平面，借此判断输入装置移动的程度，在此实施例中即以输入装置与该基准平面的相对倾角来判断输入模式，请参阅图3A至图3E所示此输入装置在一基准平面上的运动示意图。

图3A所示为一基准平面30上置放一个输入装置22，此输入装置22将通过此置放于一平面的动作产生重置(reset)与校正的效果，即装置中各感测单元感测此一向下移动且稳定停止的状态时，执行重置的设定。在计算机系统(未显示于图中)端将通过信号接收单元接收此重置的指令，同时应用程序会根据此指令产生相对应的响应。

之后，如图3B所示，当使用者手持此输入装置22相对基准平面30向上提起一个垂直距离，其中感测单元将感测一相对重力方向的加速向上的动作。

当手持输入装置22至一段向上距离之后，若相对于该基准平面30(相对于装置的仿真水平平面)与重力方向产生一倾角θ，如图3C所示，图中的基准平面30仅为表达该倾角θ的角度，并非实际位置。

相对于此基准平面30，此输入装置22亦可产生如图3D所示的上下倾角θ₁与θ₂，通过挥动的上下倾角产生不同的指令；而图3E则显示输入装置22相对于基准平面30产生左右倾角θ₃与θ₄，并以此动作产生相对的指令。

上述输入装置22中所设置的感测单元通过输入装置22的垂直移动与旋转感测位置的变化，在此实施例中，根据此输入装置22在三度空间中三个轴(X，Y，Z轴)的相对运动行为的各种组合，通过运算可得到各方向的倾角，再通过事先定义的查表(1ookup table)得到每一个倾角所对应的指令；而另一实施例更可利用陀螺仪(gyroscope)直接感测到输入装置22的旋转，得出倾角。

另外，除了利用上述基准点判断使用输入装置的移动的实施例之外，更可利用装置内的不同的传感器判断所移动的程度，以相对的移动幅度来判断所要产生的操作指令。如图4A至图4E所示输入装置在空间中的移动示意图。

其中图4A所示为使用者手持输入装置22做一平移的动作，此时由输入装置22内的加速度传感器(acceleration sensor)来判断由开始运动到停止间所移动的距离；而图4B则显示利用此输入装置22做的转动，可由其中的角速度传感器(angular velocity sensor)感测此装置由开始到停止所转动的角度。

使用者手持此输入装置22在空间中产生的运动通常是较复杂的，比如图4C所显示的在空间中的一个圆弧，是由使用者手持输入装置22在空间中比划一个圆弧，不仅包括装置在空间中的移动，亦包括转动，故可由上述不同的传感器感测不同的部份，结合起来可成为一个实际的动作。

同样用于图4D所示的三角形的移动样态，利用上述加速度传感器可感测装置在直线上的运动，可再利用侦测方向的传感器感测使用者手持此装置所挥动的方向，经过运算将直线运动与方向结合，即可得知图中使用者所比划的实际动作。

图4E则更显示垂直上下的动作，通过距离的感测，可得知有不同程度的运动距离，借此产生多样化的操作模式。

由上可知，本发明利用动作感测判断输入模式的输入装置中将具备多种不同感测条件的传感器，借以产生较为精确的感测结果，使用者可使用多种的挥动行为对应不同的指令，并由其中的传感器产生相对的指令，传输至计算机系统，由计算机系统执行相对应的程序或是画面，此输入装置与计算机系统之间的关系如图5所示。

请参阅图5所示输入装置中的电路方块图和其与计算机系统间的关系。其中显示输入装置22至少包括一个数据处理单元50，此电性连接一加速度感测单元53、一角速度感测单元55、一方向感测单元57与一有线或是无线的通讯单元51，数据处理单元50可为一微处理器(MPU)，主要是接收上述各感测单元所感测的信息，经运算处理产生输入装置22的移动量。

通过加速度感测单元53，能感测输入装置22开始运动到停止间的位移，并产生一加速度值；通过角速度感测单元55，可感测该输入装置22的旋转，并产生一角速度值；而通过方向感测单元57，则能感测输入装置22移动的方向，并产生一三维向量。数据处理单元50则能结合各感测单元所传递的加速度值、角速度值与移动方向得出实际使用者挥动此输入装置22的动作，如加速度感测单元53所感测的加速度值与一移动时间(开始至停止的时间)即决定输入装置22的一平移量；而角速度感测单元55所感测的角速度值与一移动时间则决定输入装置22的一旋转角度；而方向感测单元57所感测的三维向量决定输入装置22的一移动方向。亦表示使用者实际的挥动动作可拆解为多种由不同感测单元所感测的数值。

最后，通过事先设定好的对应表59，不同的动作产生的移动量能对应到一种指令，本发明的较佳实施例中，上述查表手段依据对应表59所包括的多种移动量与其所对应的多种输入模式得出输入模式，进而使计算机系统52能通过软件转换至所对应的输入模式。

此输入装置22通过通讯单元51连接计算机系统52，并传递对应其中的一种输入模式的指令至计算机系统52，其中通讯单元51可以有线或是无线的方式传递控制指令。如图所示，计算机系统52包括一信号接收单元521，用以接收来自输入装置22的信号；再包括储存单元525，用以储存系统所需的软件程序、暂存中央处理单元527所需处理的数据资料，并包括一图形处理单元523，由此产生画面，为与使用者互动的重要接口。

自输入装置22接收的信号将通过中央处理单元527进行解译，通过操作系统54与应用程序56沟通，应用程序56将反映中央处理单元527所执行的指令，如通过解译，所传递对应特定输入模式的指令将由应用程序56接收，经判断执行相对应的输入法，使用者则能利用输入装置22进行操作，可包括鼠标功能、键盘功能、手写功能或各式互动游戏的专属输入功能。

举例来说，当使用者利用输入装置22比划了一个45度的倾角，其中个感测单元感测此一动作，并产生相对的感测信号，由装置内数据处理单元50进行运算，利用查表手段得到该倾角对应至鼠标的输入模式，并将此信号传递至计算机系统52，由中央处理单元527解译，并通过操作系统54执行相对鼠标输入模式的应用程序56，此时，输入装置22即仿真成一鼠标的操作模式，在计算机系统52的显示装置上显示鼠标光标，同时可利用输入装置22的按键仿真为鼠标的左右键或是其它功能键。

再一例说明，使用者利用输入装置22比划一个圆弧，其中的数据处理单元50整合当中各感测单元产生的加速度值、角速度值，或增加三维向量，经计算产生移动量，并经查表手段得知此动作对应键盘的输入模式，经计算机系统52中央处理单元527解译，通过操作系统54执行相对键盘输入模式的应用程序56，此时由输入装置22上的各控制按键仿真键盘的输入模式，必要时亦可通过显示器显示软件键盘执行输入。

在一较佳实施例中，上述角速度感测单元55为一陀螺仪(gyroscope)，陀螺仪是一种角度或角速度感测元件，用以量测所承载陀螺仪的装置的动作，可用多种方法读取其中数据，并自动将数据信号传给输入装置22。另外，方向感测单元57可为一电子罗盘(electroniccompass)，电子罗盘为一具有磁阻(magnetic resistor)感测元件的方向指示器，此元件能在装置倾斜的状态下产生微小电流，让装置能借此校正方向，故于此有指示方向功能的电子元件。

进一步，本发明所提供的利用动作感测判断输入模式的方法的较佳实施例如图6所示，包括先建立与计算机系统间的联机，此一初始化的步骤更包括在利用倾角判断输入模式的实施例中定义基准点或基准平面，为步骤S601，之后即开始感测使用者操作输入装置的动作，当产生动作时，输入装置内的感测单元实时产生各种方向、角度、距离等的数据，为步骤S603，依此通过输入装置内数据处理单元计算动作产生的移动量，为步骤S605，此时，装置中数据处理单元引入包括多种移动量与其所对应的多种输入模式的对应表，为步骤S607，并通过对应表判断出对应该移动量的输入模式，为步骤S609。步骤接着是套用相关的规则，表示此输入模式对应到各种输入的方式，或是对应游戏所定义出的动作。

特别的是，使用者挥动输入装置的动作包括有绝对的移动与相对的移动，而需要设定基准点或是基准平面的动作判断是绝对的移动，各种平移、倾角值都是根据基准平面来计算，故初始化的步骤可包括基准面的设定，并定义重置的动作，如置放于基准平面上。而利用输入装置中的加速度感测单元、角速度感测单元与方向感测单元所感测的信号而计算出的平移量、旋转角度与移动方向为相对的移动，并不需要基准点或基准平面的设定，借此组合产生的移动量决定一输入模式。

图7为本发明利用动作感测判断输入模式的方法的实施例流程图，此例为通过倾角的判断决定一输入模式，故于开始之初，先建立基准点，为步骤S701，经过归零重置之后，装置内的感测单元将感测动作，为步骤S703，主要是通过加速度感测单元去判断输入装置与基准平面之间的位移情况，并配合重力方向判断倾角，再计算倾角值，为步骤S705，由于可能产生不必要的信号，故较佳方式是设定门槛值，可借以排除幅度较小或是过大等无效的动作，步骤至此需判断该倾角值是否有效，或是判断是否达门槛值，为步骤S707，若是并无到达门槛值，表示指令不成功，须回到步骤S703的感测步骤；若是已到达门槛值，将引入对应表，为步骤S709，依据当中移动量与多种输入模式的对应，决定一种输入模式，此例由一倾斜角度对应一输入模式，为步骤S711。

而图8则显示本发明判断输入模式方法的另一实施例流程图，不同于图7所示根据基准平面判断倾角的实施例，本例通过输入装置中各种感测单元判断输入装置的相对动作，包括与计算机系统达到联机的初始化步骤，为步骤S801。

接着，装置内各感测单元皆待命侦测输入装置的动作，为步骤S803，当装置移动，有加速度感测单元感测出装置的平移，计算加速度值，即可得到平移量，为步骤S805，角加速度感测单元则感测出装置的转动，借此计算角加速度值，可得到转动角度，为步骤S807，或可以方向感测单元计算输入装置移动的三维向量，借此判断出移动方向，为步骤S809，整合上述各移动的状态，得出一移动量，为步骤S811，并通过预先设定的门槛值判断该移动量是否有效，通过门槛值的设定排除无效的动作，包括动作过小或过大，为步骤S813。

若是未达门槛值，或是判断无效，则回到步骤S803，继续感测动作，若是已达门槛值，或是动作有效，则先引入一对应表，为步骤S815，根据其中的移动量与输入模式的对应内容决定输入模式，为步骤S817。

综上所述，本发明所揭示的利用动作感测判断输入模式的方法与其输入装置根据使用者手持输入装置产生的动作决定对计算机系统的输入模式，其中特别的是，此手持式的输入装置自体包括有传感器，借以感测其运动的距离、角度、方向，以此通过对应表决定一种输入模式。

但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的保护范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理包含于本发明的保护范围内，特此说明。

Claims (19)

1、一种利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，包括有：

建立一输入装置与一计算机系统间的联机；

感测一使用者操作该输入装置的动作；

计算该动作产生的移动量；

引入一对应表，该对应表包括多种移动量与其所对应的多种输入模式；以及

判断对应该移动量的输入模式。

2、如权利要求1所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，利用该输入装置产生的动作包括倾斜该输入装置。

3、如权利要求2所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，于产生该倾斜的动作需先设定一基准平面。

4、如权利要求3所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，利用该基准平面计算该输入装置的移动量为一倾斜角度。

5、如权利要求4所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，借该倾斜角度判断该输入模式。

6、如权利要求1所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，利用该输入装置产生的动作包括旋转与移动该输入装置。

7、如权利要求6所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，所述的计算该动作产生的移动量的步骤包括有：

计算一平移量；

计算一旋转角度；以及

得出一移动方向。

8、如权利要求7所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，借该平移量、该旋转角度与该移动方向的组合产生的移动量判断该输入模式。

9、如权利要求1所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，于计算该动作产生的移动量之后，即判断该移动量是否有效，以排除无效的动作。

10、如权利要求9所述的利用动作感测判断输入模式的方法，其特征在于，通过一门槛值来判断该移动量是否有效，若无达到该门槛值，则继续该感测该使用者操作该输入装置的动作；若有达到该门槛值，则接着通过该对应表判断该输入模式。

11、一种利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，至少包括有：

一加速度感测单元，用以感测该输入装置的位移，并产生一加速度值；

一角速度感测单元，用以感测该输入装置的旋转，并产生一角速度值；

一通讯单元，该输入装置通过该通讯单元连接一计算机系统，并传递该输入模式所产生的控制指令；以及

一数据处理单元，电性连接该加速度感测单元、该角速度感测单元与该通讯单元，用以接收各感测单元所产生的该加速度值与该角速度值，经计算产生一移动量，再通过一查表手段判断一输入模式。

12、如权利要求11所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的数据处理单元更电性连接一方向感测单元，用以感测该输入装置移动的方向，并产生一三维向量。

13、如权利要求12所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的方向感测单元为一电子罗盘。

14、如权利要求12所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的方向感测单元所感测的该三维向量决定该输入装置的一移动方向。

15、如权利要求11所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的通讯单元以有线或是无线方式传递该控制指令。

16、如权利要求11所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的查表手段依据一对应表所包括的多种移动量与其所对应的多种输入模式得出该输入模式。

17、如权利要求11所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的加速度感测单元所感测的该加速度值与一移动时间决定该输入装置的一平移量。

18、如权利要求11所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的角速度感测单元所感测的该角速度值与一移动时间决定该输入装置的一旋转角度。

19、如权利要求18所述的利用动作感测判断输入模式的输入装置，其特征在于，所述的角速度感测单元为一陀螺仪。

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