CN102609116A - 具有定向传感的多点触摸输入设备 - Google Patents

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CN102609116A CN2012100304046A CN201210030404A CN102609116A CN 102609116 A CN102609116 A CN 102609116A CN 2012100304046 A CN2012100304046 A CN 2012100304046A CN 201210030404 A CN201210030404 A CN 201210030404A CN 102609116 A CN102609116 A CN 102609116A
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Abstract

本发明涉及具有定向传感的多点触摸输入设备。多点触摸定向传感输入设备可提高任务执行效率。该多点触摸定向传感输入设备可包括被多点触摸传感器部分包围或完全包围的设备主体。该多点触摸定向传感输入设备还可包括设置在设备主体上的惯性测量单元，该惯性测量单元可测量设备主体相对于水平表面的倾斜角，以及沿设备主体的纵长轴的设备主体相对于该设备主体上的初始点的滚动角。

Description

具有定向传感的多点触摸输入设备
技术领域
本发明涉及定向传感。
背景技术
输入设备用于控制各种电子设备。例如，键盘和鼠标用于向计算机提供输入，而控制器用于向游戏控制台、电视和其他娱乐设备提供输入。然而，输入设备的使用范例通常极少改变。用户通常首先选择控制电子设备的特定输入设备，并且然后使用该特定输入设备来向电子设备发送控制命令。然而，特定复杂任务的性能可涉及用户学习使用多个输入设备并在这多个输入设备之中切换。
发明内容
此处描述了用于使用配备定向传感器的多点触摸输入设备来执行多个任务的技术。多点触摸输入设备可具有检测用户用来拿住和操纵输入设备的抓握模式的能力。抓握模式可包括用户用来拿住输入设备的特定手抓握以及输入设备在用户手里的定向。进而，多点触摸输入设备可响应于用户抓握和定向该多点触摸输入设备的方式来担当不同的工具或执行不同的功能。
多点触摸定向传感输入设备可通过使得用单个输入设备而不是用多个输入设备执行不同的任务成为可能来提高用户的任务执行效率。此外，由于用户可以通过简单地改变抓握模式来将多点触摸定向传感输入设备从执行一个功能切换到另一功能，因此可以减少与精通使用新输入设备相关联的用户学习曲线。另外，由于多点触摸定向传感输入设备的使用不迫使用户以不自然的方式拿住输入设备，因此可提高用户舒适度和感知到的输入设备的质量。
在至少一个实施例中，多点触摸定向传感输入设备可包括被多点触摸传感器部分包围或完全包围的设备主体。该多点触摸定向传感输入设备还可包括设置在设备主体上的惯性测量单元。该惯性测量单元可测量设备主体相对于水平表面的倾斜角，以及沿设备主体的纵长轴的设备主体相对于该设备主体上的初始点的滚动角。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施例中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
附图说明
参考附图来描述具体实施例。在附图中，附图标记中最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在不同的附图中使用相同的附图标记来指示相似或相同的项。
图1是示出多点触摸定向传感输入设备的示例组件的示意图。
图2是示出与多点触摸定向传感输入设备配对的电子设备的所选组件的框图。
图3是示出数据从多点触摸定向传感输入设备的多点触摸传感器到对应的多点触摸输入图像的示例转换的示意图。
图4是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作数字橡皮工具的示例抓握模式的示意图。
图5是示出命令多点触摸定向传感输入设备执行不同的功能的示例抓握模式的示意图。
图6是示出基于来自多个设备的示例抓握模式来确定多点触摸定向传感输入设备的功能的示意图。
图7是示出在多点触摸定向传感输入设备用作数字草绘工具时的导致改变墨水压印大小的示例抓握模式的示意图。
图8是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作数字书写画笔工具的示例抓握模式的示意图。
图9是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作数字圆规工具的示例抓握模式的示意图。
图10是示出在多点触摸定向传感输入设备用作数字草绘工具时操纵该多点触摸定向传感输入设备来改变墨水颜色的示意图。
图11是示出共同执行数字尺功能的多个多点触摸定向传感输入设备的示例抓握模式的示意图。
图12是示出在多点触摸定向传感工具上使用一系列触摸来向电子设备输入命令的示意图。
图13是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作视频游戏的上下文中的数字球拍的示例抓握模式的示意图。
图14是示出确定用于抓住多点触摸定向传感输入设备的抓握模式的示例过程的流程图。
图15是示出执行经由多点触摸定向传感输入设备输入的功能的示例过程的流程图。
具体实施例
此处描述的实施例涉及使用配备多点触摸传感器和定向传感器的多点触摸输入设备来执行多个任务。该多点触摸输入设备可具有检测用户用来拿住和操纵输入设备的抓握模式的能力。抓握模式可包括用户用来拿住输入设备的特定手抓握以及输入设备在用户手里的定向。进而，多点触摸输入设备可响应于用户抓握和定向该多点触摸输入设备的方式来担当不同的工具或执行不同的功能。
例如，多点触摸定向传感输入设备可以与作为电子绘图板的电子设备配对。在这种情况下，用户抓握和定向输入设备的不同方式可导致多点触摸定向传感输入设备担当不同的数字书写和绘图工具。例如，取决于特定抓握模式，多点触摸定向传感输入设备可用作以下各项中的一个：数字画笔、数字草绘笔、数字橡皮等。在另一种情况下，可结合电子设备的定向来分析关于抓握模式的信息以确定输入设备的功能
在其他情况下，多点触摸定向传感输入设备可以与作为游戏控制台的另一输入处理设备配对。在这些情况下，用户抓握和定向输入设备的不同方式可导致多点触摸定向传感输入设备担当不同的游戏控制器。例如，取决于特定抓握模式，多点触摸定向传感输入设备可用作武术棒、球拍、有刃的武器、枪等。
在其他情况下，多点触摸定向传感输入设备可检测一系列抓握模式改变并将该系列馈送到电子设备。因此，电子设备可分析整个系列的抓握模式以确定功能，而不是确定与单个抓握模式相关联的命令。例如，在抓握多点触摸定向传感输入设备时，用户可以同时以特定顺序在输入设备上轻叩他或她的手指。由此，电子设备可将该顺序解释为执行功能(例如，执行文字处理应用中的复制功能、启动新游戏、演奏音符)的对应命令，并且可相应地执行该功能。
在各实施例中，多点触摸定向传感输入设备的形状可以类似杆，以使得输入设备可由用户的手容易地抓握。输入设备的外部可以至少部分地用检测用户的不同抓握模式的多点触摸传感器来覆盖。例如，多点触摸传感器可传感具有用户的手掌和手指压印的形式的抓握模式。多点触摸定向传感输入设备还可包括能够传感输入设备在三维空间中的移动的定向传感器。
多点触摸定向传感输入设备可通过使得用单个输入设备而不是用多个输入设备或控制器执行不同的任务成为可能来增强用户的任务执行效率。此外，由于用户可以通过简单地改变抓握模式和设备定向的组合来将多点触摸定向传感输入设备从执行一个功能切换到另一功能，因此可以减少与精通使用新输入设备相关联的用户学习曲线。另外，由于多点触摸定向传感输入设备的使用不迫使用户以不自然的方式拿住输入设备，因此可提高用户舒适度和感知到的设备的质量。多点触摸定向传感输入设备的各个示例以及根据各实施例的用于使用输入设备的示例技术在下文中参考图1-15来描述。
示例多点触摸定向传感输入设备
图1是示出多点触摸定向传感输入设备102的示例组件的示意图。输入设备102的形状可以类似杆，以使得该输入设备可由用户的手来容易地抓握。在一些实施例中，输入设备102在形状上可以类似指示笔或笔，具有锥形末端104。锥形末端104可包括激活容纳在输入设备102中的压力开关的可缩回尖端106。压力开关可以在足够的压力致动该开关时输出信号。在其他实施例中，输入设备102的主体还可配备诸如可点击按钮108等在被按压时激活对应的压力开关的至少一个按钮。
输入设备102的主体可以用多点触摸传感器110来部分或完全覆盖。多点触摸传感器110可检测一个或多个传导物体(例如，用户的不同手部位)和输入设备102的主体之间的接触。在一些实施例中，多点触摸传感器110可以是包括电容传感元件112的薄膜的电容传感器，其中每一个元件将传导物体的接触转换成对应的电信号。电容传感元件112的薄膜可被密封在防止用户的手和传感元件之间的直接电接触的保护性涂层中。在某些情况下，保护性涂层可以是还提供减震特性的弹性材料。电容传感元件112可被组织成传感器网格，该传感器网格能够跟踪输入设备102的主体上的多个同时触摸并且提供这些触摸的二维位置。如将在下文中进一步描述的，电容传感元件112的这一能力可用于形成多点触摸输入图像。在其他实施例中，多点触摸传感器110可以是也能够出于形成多点触摸输入图像的目的而检测一个或多个传导物体和输入设备102的主体之间的接触的电阻传感器或压力开关。
惯性测量单元114可位于输入设备102的主体之上或之内。惯性测量单元114可检测并报告输入设备102的定向和移动。在各实施例中，惯性测量单元114可包括罗盘116、陀螺仪118以及一个或多个加速计120。惯性测量单元114可测量并输出倾斜度，即输入设备102的倾斜角122。输入设备102的倾斜角122是沿着输入设备102的长度的轴“l”和水平表面“x”之间的角度差。例如，与水平表面垂直的输入设备102可具有倾斜角90°，而与水平表面平行的输入设备102可具有倾斜角0°。
惯性测量单元114还可测量和输出输入设备102的滚动角124。滚动角124是输入设备102在其绕“l”轴旋转时的旋转角。初始滚动角124(0°)可以相对于输入设备102的主体上的任意点126固定。随后，输入设备102绕“l”的任何旋转可以独立于倾斜角122增大或缩小相对于任意点126的滚动角。
输入设备102还可包括为多点触摸传感器110和惯性测量单元114供电的电子封装128。电子封装128还可向电子设备130传递多点触摸传感器110和惯性测量单元114的输出数据。电子封装128可包括电源132、处理组件134和收发器136。电源132可以是自含式电池和/或从另一电源向多点触摸传感器110和惯性测量单元114馈送电量的电子组件。例如，输入设备102可以电子地硬连线到电子设备130，并且电源132可以是通过有线连接来管制从电子设备130到输入设备102的电量流的组件。
处理组件134可包括从多点触摸传感器110、惯性测量单元114以及与可缩回尖端106和可点击按钮108相关联的压力开关获取输出的数据的硬件和/或软件。进而，处理组件134可将数据转换成电子设备130容易接收和理解的格式。例如，处理组件134可将模拟信号转换成数字数据，或者相反。在另一示例中，处理组件134可将数据编码成电子设备130所指定的数据格式。包括在处理组件134中的任何软件可被存储在存储器中。存储器可包括计算机可读介质，诸如计算机存储介质。计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术来实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相反，通信介质通常用诸如载波或其他传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通信介质。
收发器136可包括使得输入设备102能够经由无线或有线连接138对电子设备130收发数据的无线或有线通信组件。例如，收发器136可以是蓝
Figure BDA0000135057680000061
收发器或通用串行总线(USB)收发器。
电子设备130可以是通用计算机，诸如台式计算机、平板计算机、膝上型计算机等。在其他实施例中，电子设备130可以是以下各项中的一个：智能电话、游戏控制台、个人数字助理(PDA)、绘图板等。电子设备130可将从输入设备102接收到的输入解释为命令，并且基于这些命令来执行功能。如将在下文中进一步描述的，命令可导致电子设备130执行不同的功能。
示例电子设备组件
图2是示出与多点触摸定向传感输入设备配对的电子设备130的所选组件的框图。电子设备130可包括收发器202、惯性测量单元204、邻近传感器206、用户界面208、一个或多个处理器210和存储器212。
收发器202可包括使得电子设备130能够经由无线或有线连接138对多点触摸定向传感输入设备102收发数据的无线和/或有线通信组件。例如，收发器202可以是蓝
Figure BDA0000135057680000071
收发器或通用串行总线(USB)收发器。
惯性测量单元204可检测并报告电子设备130的定向和移动。例如，惯性测量单元204可检测电子设备130相对于水平表面的倾斜、电子设备130的旋转等。在各实施例中，惯性测量单元204可以与嵌入在多点触摸定向传感输入设备102中的惯性测量单元204类似。
邻近传感器206可检测输入设备102在电子设备130附近的移动。邻近传感器206可使用不同的检测技术或不同的检测技术的组合来检测多点触摸定向传感输入设备102在一个或多个维度中的移动。这些检测技术可包括图像识别和跟踪、电磁感应传感、红外测距、声音测距、激光测距、电容或电阻触摸传感和/或其他技术。在一些实施例中，邻近传感器206可包括具有平面的电磁数字化仪，该平面在没有直接接触的情况下传感输入设备102的移动，并且用户可以在该平面上激活与输入设备102的可缩回尖端106相关联的压力开关。在其他实施例中，数字化仪可具有使用电容和电阻接触传感来检测输入设备102的移动的平面。
用户界面208可包括数据输出设备(例如，视觉显示器、音频扬声器)以及一个或多个数据输入设备。数据输入设备可包括但不限于，键区、键盘、鼠标设备、触摸屏、话筒、语音识别软件包以及任何其他合适的设备中的一个或多个的组合。在至少一个实施例中，输出设备可包括呈现与如由邻近传感器206检测到的输入设备102的移动相对应的数据的显示屏。在一些实施例中，显示屏和数字化仪可被集成到既检测又显示多点触摸定向传感输入设备102的移动的单个单元中。
存储器212可使用诸如计算机存储介质等计算机可读介质来实现。计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术来实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相反，通信介质通常用诸如载波或其他传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通信介质。
电子设备130的一个或多个处理器210和存储器212可实现操作系统214、设备接口模块216、图像生成模块218、规范化模块220、比较模块222、功能模块224、模板生成模块226、用户界面模块228和数据存储230。电子设备130的各个模块可处理来自多点触摸传感器110、惯性测量单元114以及与可缩回尖端106和可点击按钮108相关联的压力开关的数据。进而，电子设备130的各个模块可以确定用户期望多点触摸定向传感输入设备102在各种情况下执行的不同功能。
操作系统214可包括使得电子设备130能够经由各种输入(例如，用户控件、网络接口和/或存储器设备)接收数据并且使用一个或多个处理器210来处理数据以生成输出的至少一个操作系统。操作系统还可包括呈现输出的显示功能(例如，在电子显示器上显示输出，将数据存储在存储器中，将数据传送到另一电子设备等)。操作系统还可提供资源和服务以供实现和执行各种模块和应用，诸如存储在数据存储230中的应用232。另外，操作系统可执行一般与这一系统相关联的各种其他功能，诸如使用户能够使用用户界面208来与电子设备130上的各种模块以及应用232交互。但在一些实施例中，存储在存储器212中的模块和应用232可被配置成在没有操作系统214的情况下工作。
设备接口模块216可使得电子设备130的其他模块能够经由收发器202与其他无线设备交换数据。设备接口模块216可包括方便收发器202的操作的软件(例如，协议层、网络层、链接层、传输层、应用层、会话层、加密层等等)。在一些实施例中，设备接口模块216可通过广播标识符信号来检测输入设备102，并且监视来自输入设备102的回复信号以建立通信连接。在其他实施例中，设备接口模块216可监视来自输入设备102的标识符信号，并且传送回复信号以建立通信连接。因此，一旦建立通信连接，设备接口模块216就可以将由电子设备130的各种模块生成的输出数据传送到多点触摸定向传感输入设备102，以及从输入设备102接收输入数据。
图像生成模块218可接收与输入设备102的多点触摸传感器110的不同触摸实例相关联的数据，这取决于在这些不同的实例中触发的电容传感元件112的特定模式。进而，图像生成模块218可将数据处理成对应的代表性多点触摸输入图像。每一个图像都可包括表示发生身体部位(例如，用户的手)与多点触摸传感器110的接触的地方的一个或多个图像区域以及表示缺少与多点触摸传感器110的接触的图像区域。如将在下文中进一步描述的，每一个多点触摸输入图像还可以与存储在数据存储230中的抓握模板234进行比较。由于每一个抓握模板234已经对应于特定抓握模式，因此在每一个多点触摸输入图像中捕捉到的抓握可通过使用抓握模板234来推导。从接收自输入设备102的数据中的多点触摸输入图像的最初生成在图3中示出。
图3是示出数据从多点触摸定向传感输入设备的多点触摸传感器到对应的多点触摸输入图像的示例转换的示意图。如图所示，图像生成模块218可以从接收自多点触摸传感器110的数据中生成示例二维多点触摸输入图像302。多点触摸输入图像302的生成可被概念化为在某一时刻沿着“l”轴对来自多点触摸传感器110的三维数据进行切片，展平该三维数据，并将该数据表达为二维图像。在一些实施例中，示例多点触摸输入图像302还可以用高斯函数或类似的图像模糊函数来进一步模糊以便在与抓握模板234的最终图像比较期间提高识别率。
如图所示，示例多点触摸输入图像302可包括表示发生物体(例如，用户的不同手部位)和输入设备102的主体上的至少一些传感器元件112之间的至少某一接触的地方的图像区域304和图像区域306。例如，在输入设备102被用户的手抓握的上下文中，图像区域304的区域308可表示用户的拇指和输入设备102的主体之间的接触压印。同样，区域310可表示用户的食指和输入设备102的主体之间的接触压印，而区域312可表示用户的中指和输入设备102的主体之间的接触压印。此外，图像306可表示用户的手蹼和输入设备102的主体之间的接触压印。
图像生成模块218还可使用规范化模块220，基于多点触摸输入图像各自的滚动角和标准化滚动角之间的差异来规范化每一个多点触摸输入图像。在这些实施例中，图像生成模块218还可以在该图像生成模块218接收到来自输入设备102的多点触摸传感器数据时捕捉输入设备102的相关联的滚动角。根据滚动角的图像规范化补偿以下事实：在每一次用户触摸多点触摸定向传感输入设备102时，输入设备102的主体可具有沿“l”轴的相对于用户的手的不同旋转定向。例如，在输入设备102的主体是圆柱形并具有一行与“l”轴平行的印记书写(例如，品牌名称)的情况下，用户可能重复拾起并拿住输入设备102而不管该书写是否可见或被用户的手覆盖。然而，在这样的情况下，在每一次输入设备102被拾起并拿住时，输入设备102的惯性测量单元114可记录不同的滚动角(例如，0°、120°、180°、-45°、等等)。
因此，规范化模块220可使用多点触摸输入图像的对应的滚动角来规范化图像。例如，如图3所示，多点触摸输入图像302可由图像生成模块218在用户以0°滚动角第一次拾起输入设备102时生成。由此，多点触摸输入图像302的顶部和底部可对应于0°，而多点触摸输入图像302的中部可对应于180°。
另一方面，多点触摸输入图像314可由图像生成模块218在用户以180°滚动角第二次拾起输入设备时生成。由此，多点触摸输入图像302的顶部和底部可对应于180°，而多点触摸输入图像302的中部可对应于0°。用户可能在第一次和第二次都使用了相同的抓握，但所得的多点触摸输入图像在没有规范化的情况下由于滚动角的差异而不同。
在这样的情况下，假设规范化模块220被配置成根据标准化滚动角0°来规范化所有图像，规范化模块220可旋转多点触摸输入图像314以使得多点触摸输入图像314的顶部和底部对应于0°，而多点触摸输入图像314的中部对应于180°。随后，多点触摸输入图像302和多点触摸输入图像314然后可以直接进行比较以确定它们是否匹配。在一些实施例中，规范化模块220可使用线性变换和/或线性转换技术来根据多点触摸输入图像314的滚动角和标准化滚动角之间的差异旋转多点触摸输入图像。可以理解，虽然图3中示出的规范化示例是在0°滚动角的上下文中讨论的，但在其他实施例中规范化模块220可根据任一任意标准化滚动角来规范化多点触摸输入图像。
返回到图2，比较模块222可将规范化的多点触摸输入图像与抓握模板234进行比较和匹配。每一个抓握模板234都可包括预先存储的特定多点触摸输入图像，该输入图像针对标准化滚动角以及对应于该预先存储的特定多点触摸图像的特定倾斜角来规范化。预先存储的特定多点触摸图像可表示用户用来抓握输入设备102的特定抓握。特定倾斜角可以是输入设备提供预先存储的特定多点触摸输入图像时的诸如多点触摸定向传感输入设备102等输入设备的倾斜角。因此，由包括在抓握模板234中的多点触摸图像表示的抓握和捕捉到多点触摸图像时的输入设备的特定倾斜角的组合可构成抓握模式。由此，多个抓握模板234可共享相同的多点触摸图像但具有完全不同的倾斜角。包括对应的多点触摸输入图像和倾斜角及其相关联的抓握模式236的抓握模板234可被存储在模式数据库238中。
在各实施例中，比较模块222可使用分类算法来将具有相关联的倾斜角的规范化的多点触摸输入图像与抓握模板234进行比较。该相关联的倾斜角可以是在多点触摸传感器110捕捉到关于规范化的多点触摸输入图像的数据输入时的多点触摸定向传感输入设备102的倾斜角122。
比较模块222最初可获取规范化的多点触摸输入图像与每一个抓握模板234的差异的加权和。每一个差异的加权和可包括(1)规范化的多点触摸输入图像和特定模板之间的图像差异；以及(2)规范化的多点触摸输入图像的相关联的倾斜角和特定模板的特定倾斜角之间的倾斜角差。随后，比较模块222可使用k个最近邻居(K-NN)算法，基于所获取的加权和来从抓握模板234中确定最接近地匹配规范化的多点触摸输入图像的抓握模板。
由此，通过使用加权和来执行这样的比较，比较模块222可标识对应于新的规范化的多点触摸输入图像及其相关联的倾斜角的抓握模式。随后，比较模块222可将所标识的对应抓握模式分配给具有相关联的倾斜角的新的规范化的多点触摸输入图像。相反，如果在具有相关联的倾斜角的新的规范化的多点触摸输入图像和任一抓握模板234之间没有找到匹配，则比较模块222可丢弃该新的规范化的多点触摸输入图像和/或处理具有另一相关联的倾斜角的下一可用的规范化的多点触摸输入图像。在一些实施例中，比较模块222可经由用户界面模块228向用户呈现指示未检测到抓握模式的消息和/或指示用户变更正拿住的输入设备102。
在各实施例中，比较模块222可采用各种分类方案(显式和/或隐式训练的)和/或系统(例如，支持向量机、神经网络、专家系统、贝叶斯信任网络、模糊逻辑、数据融合引擎等)来基于规范化的图像和倾斜角执行比较和匹配。
功能模块224可基于从一个或多个多点触摸定向传感输入设备102接收到的输入和/或电子设备130的定向来确定要执行的功能。从输入设备102获取的输入可包括一个或多个检测到的抓握模式、检测到的滚动角124、检测到的可缩回尖端106的激活和/或检测到的诸如可点击按钮108等一个或多个可点击按钮的激活。从电子设备130获取的输入可包括来自惯性测量单元204的设备滚动角(即，设备的旋转)和设备倾斜角以及来自邻近传感器206的输入设备102移动数据。在各实施例中，功能模块224可使用功能数据库240来确定要执行的一个或多个功能，该功能数据库将来自输入设备102和电子设备130的一个或多个输入的特定组合相关到不同的功能。
在其他实施例中，功能模块224还可经由用户界面模块228提供使用户能够添加、删除或修改功能数据库240的用户界面。换言之，功能模块224提供的用户界面可使用户能够添加将特定功能与来自输入设备102和/或电子设备130的一个或多个输入的特定组合相关联的条目，以及修改或删除这些条目。在一些实施例中，功能模块224可以是诸如应用232中的一个应用等应用的一部分，而不是独立模块。功能模块224所确定的功能的示例在图4-12中示出。
模板生成模块226可由用户用来生成规范化的抓握模板234。例如，模板生成模块226可经由用户界面模块228提供使用户能够将不同的多点触摸输入图像与对应的抓握模式和倾斜角相关联的用户界面。在一些实施例中，为了减少模板数据的量，模板生成模块226可防止用户将每一个新多点触摸输入图像与新抓握模式相关联，直到模板生成模块226确定每一个新多点触摸输入图像和先前输入的多点触摸输入图像之间的图像差异超过预定差异阈值。在这些实施例中，模板生成模块226可采用比较模块222来查明多点触摸输入图像之间的差异。
用户界面模块228可使用户能够与存储在存储器212中的其他模块交互。在各实施例中，用户界面模块228可根据存储在存储器212中的其他模块的指令来生成用户界面菜单和/或指示符。用户界面模块228还可接收和处理用户根据用户界面菜单和/或指示符来输入的用户输入。在一些实施例中，用户界面模块228可以是操作系统214的集成部分。
数据存储230可存储由被存储在存储器212中的模块使用的数据。在各实施例中，数据存储可存储应用232和模式数据库238。模式数据库238可以从外部源被下载到数据存储230，或使用模板生成模块226来创建。数据存储230还可存储功能数据库240以及来自多点触摸定向传感输入设备102和电子设备130的各种传感器的输入。
图4是示出命令多点触摸定向传感输入设备102用作电子橡皮工具402的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是使用邻近传感器206来传感输入设备102的移动的绘图板。
由此，功能模块224可经由多点触摸输入图像检测到用户正用对应于图4所示的抓握的抓握模式拿住多点触摸定向传感输入设备102。抓握模式可指示用户正以预定角度范围(例如，0°-5°)内的倾斜角122拿住输入设备102，即，输入设备102与水平表面平行或基本上平行。在这种情况下，功能模块224可确定输入设备102将用作用于图像显示应用的电子橡皮工具402。因此，电子设备130的邻近传感器206所检测到的输入设备102的任何横向移动可导致图形显示应用数字地擦除任何先前绘制的对象。
图5是示出命令多点触摸定向传感输入设备执行不同的功能的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是使用邻近传感器206来传感输入设备102的移动的绘图板。因此，如果用户以第一预定范围(例如，65°-90°)内的倾斜角122用对应于图4所示的抓握的抓握模式拿住多点触摸定向传感输入设备102，则功能模块224可确定输入设备102将用作可用于数字地切开现有绘图的数字切割工具502(例如，数字剃刀)。然而，如果用户用具有相同抓握的抓握模式但以第二预定范围(例如，0°-64°)内的倾斜角122拿住输入设备102，则功能模块224可确定输入设备102将用作用于创建绘图的数字草绘工具504(例如，数字笔)。
图6是示出基于来自多个设备的示例抓握模式来确定多点触摸定向传感输入设备的功能的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是使用邻近传感器206来传感输入设备102的移动的绘图板。由此，功能模块224可经由多点触摸输入图像检测到用户正用对应于图6所示的抓握的抓握模式拿住多点触摸定向传感输入设备102。抓握模式可指示用户正以预定角度范围(例如，0°-15°)内的倾斜角604拿住输入设备102。另外，功能模块224还可检测用户也以一倾斜角拿住电子设备130以使得电子设备130的数字化仪表面602在水平表面上倾斜。例如，电子设备130可以具有在预定角度范围65°-90°内的倾斜角604，其中0°表示与水平表面平行，而90°表示垂直于水平表面。此时，功能模块224可确定输入设备102将用作用于创建绘图的数字画笔606。在其他情况下，这种情况还可导致功能模块224在正使用图形显示应用来操作的绘图中的各层之间进行切换。
图7是示出在多点触摸定向传感输入设备用作数字草绘工具时的导致改变墨水压印大小的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是包括传感输入设备102的移动的邻近传感器206的绘图板。由此，功能模块224可经由多点触摸输入图像检测到用户正用图7所示的手抓握来拿住多点触摸定向传感输入设备102。
此外，对应于手抓握的抓握模式可指示用户正以预定角度范围(例如，0°-15°)内的倾斜角122拿住输入设备102。在这种情况下，功能模块224可确定用户正尝试改变正用作数字草绘工具的输入设备102的墨水大小。换言之，用户正尝试对输入设备102使用虚拟铅笔锐化器702。因此，当用户旋转输入设备102，即增大或减小滚动角124时，功能模块224可相应地增大或减小由数字草绘工具做出的墨水压印的大小。例如，滚动角124的增大可导致墨水压印大小的相应增大，而滚动角124的减小可导致墨水压印大小的相应减小。
图8是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作数字书写画笔工具的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是包括传感输入设备102的移动的邻近传感器206的绘图板。由此，功能模块224可经由多点触摸输入图像检测到用户正用对应于图8所示的抓握的抓握模式拿住多点触摸定向传感输入设备102。抓握模式可指示用户正以预定角度范围(例如，75°-90°)内的倾斜角122拿住输入设备102。在这种情况下，功能模块224可确定输入设备102将用作用于书写的书写画笔802。
图9是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作数字圆规工具的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是包括传感输入设备102的移动的邻近传感器206的绘图板。由此，功能模块224可经由多点触摸输入图像检测到用户正用对应于图9所示的抓握的抓握模式拿住多点触摸定向传感输入设备102。抓握模式可指示用户正以预定角度范围(例如，75°-90°)内的倾斜角122拿住输入设备102。在这种情况下，功能模块224可确定输入设备102将用作数字圆规工具902。
因此，当输入设备102用作数字圆规902时，用户可对着电子设备130的数字化仪表面按压输入设备102以激活与可缩回尖端106相关联的压力开关。该压力开关可包括压力传感器。该压力开关的激活可导致数字地绘制弧904。在一些实施例中，所绘制的弧的半径可以直接与压力开关传感到的压力的量成比例。此外，输入设备102的旋转，即滚动角124的改变，可相应地增加或减少弧904的长度。
图10是示出在多点触摸定向传感输入设备用作数字草绘工具时操纵该多点触摸定向传感输入设备来改变墨水颜色的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是包括传感输入设备102的移动的邻近传感器206的绘图板。由此，功能模块224可根据输入设备102上的手抓握的多点触摸输入图像和输入设备102的倾斜角124来确定输入设备102正用作数字草绘工具1002。
此外，功能模块224还可解释来自输入设备102的附加输入以执行用于数字草绘工具1002的颜色选择。例如，用户可通过旋转输入设备102(即，改变滚动角124)以使得图形显示应用循环通过颜色范围内的每一种颜色直到在显示器1004上预览所需颜色，来改变数字草绘工具1002的颜色。一旦所需颜色被显示在显示器1004上，用户就可按下可点击按钮108来选择用于图像显示应用的颜色。
图11是示出共同执行数字尺功能的多个多点触摸定向传感输入设备的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的图形显示应用的一部分。电子设备130可以是包括传感输入设备102的移动的邻近传感器206的绘图板。由此，功能模块224可经由多点触摸输入图像检测到用户正使用对应于图11所示的抓握的抓握模式拿住多点触摸定向传感输入设备102。对于输入设备102中被指定为设备1102的一个输入设备的抓握模式可指示正以预定角度范围(例如，0°-5°)内的倾斜角124拿住输入设备102，即，设备1102与水平表面平行或基本上平行。由此，功能模块224可确定设备1102和设备1104处于尺模式1106。另外，功能模块224还可检测到输入设备102中被指定为设备1104的第二个输入设备上的抓握指示设备1104正被用作数字草绘工具。由此，设备1104可用作绘制直线而不管设备1104的移动是否实际上在直线中的数字草绘工具。
图12是示出在多点触摸定向传感输入设备上使用一些列触摸来向电子设备输入命令的示意图。在这种情况下，功能模块224可以在预定时间段内经由对应的多点触摸输入图像检测到一系列不同的抓握模式。该多点触摸输入图像的系列可对应于在多点触摸定向传感输入设备102上执行的不同接触的多个实例。例如，如图所示，用户可以移开他的每一个手指并且然后以特定顺序回落到输入设备102上，如图12中描绘的数字顺序所示。每一手指移动都可产生与输入设备102的手接触的不同实例，这些实例在模式上与先前的接触实例不同。从这些接触实例中产生的抓握模式的序列可由功能模块224解释为与特定功能命令相关。例如，特定功能命令可供作为文字处理应用的应用232执行复制文本功能。在另一示例中，功能模块224可根据初始抓握模式和/或倾斜角度来确定输入设备102正担当针对音乐生成应用(例如，电子长笛应用)的输入设备(例如，虚拟长笛)。因此，该抓握模式序列可由功能模块224解释为与将要记录或演奏的一系列音乐音符相关。
图13是示出命令多点触摸定向传感输入设备用作视频游戏的上下文中的数字球拍的示例抓握模式的示意图。在这种情况下，功能模块224可以是在电子设备130上运行的游戏应用的一部分。电子设备130可以是包括传感输入设备102的移动的邻近传感器206的游戏控制台。由此，功能模块224可根据检测到的抓握模式来分配不同的控制器功能。例如，如果功能模块224检测到的多点触摸输入图像指示用户正以对应于图13所示的抓握的抓握模式拿住输入设备102，则功能模块224可将输入设备102配置成用作用于网球游戏应用的网球拍1322。在其他示例情况下，功能模块224可将其他抓握模式、不同的单手或双手抓握模式与各功能相关联，诸如使输入设备102担当用于射击游戏应用的枪控制器，担当用于钓鱼游戏应用的鱼竿控制器、担当武术游戏应用中的剑控制器、用于音乐游戏应用的长笛，等等。以此方式，用户可通过简单地切换手抓握来使输入设备102适应不同的游戏。在这些情况下，邻近传感器206对移动的检测可由电子设备130上的对应应用转换为方便玩游戏的移动。此外，输入设备102上的诸如可点击按钮108等附加控件可以在玩游戏期间提供附加游戏功能。
示例过程
图14-15描述了各种示例过程，这些过程描述多点触摸定向传感输入设备的操作。每一示例过程中描述操作的次序并不旨在解释为限制，并且任何数量的所描述的框可以按任何次序和/或并行组合以实现每一个过程。此外，图14-15的每一幅图中的框可以是可用硬件、软件及其组合来实现的操作。在软件的上下文中，各个框表示在由一个或多个处理器执行时使得一个或多个处理器执行既定操作的计算机可执行指令。一般而言，计算机可执行指令包括使得执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。
图14是示出确定用于抓住多点触摸定向传感输入设备的抓握模式的示例过程的流程图1400。在框1402，用户可使用模板生成模块226来从接收自多点触摸定向传感输入设备102的多点触摸传感器110的数据输入中创建多个抓握模板234。抓握模板234可以是针对标准化滚动角来规范化的多点触摸输入图像。每一个抓握模板234都可包括特定抓握模式，该特定抓握模式是由特定多点触摸图像表示的抓握和捕捉到该特定多点触摸图像时的输入设备的特定倾斜角的组合。抓握模板234可以存储在模式数据库238中。
在框1404，图像生成模块218可生成新的多点触摸输入图像。新的多点触摸输入图像可以从接收自多点触摸定向传感输入设备102的多点触摸传感器110的数据输入中生成。多点触摸输入图像可包括表示发生用户的手与多点触摸传感器110的接触的地方的一个或多个图像区域，以及表示缺少与多点触摸传感器110的接触的图像区域。
在框1406，规范化模块220可获取抓握模板234的标准化滚动角与输入的滚动角之间的角度差。在一些实施例中，图像生成模块218可通过在该图像生成模块218接收到来自输入设备102的新的多点触摸输入图像的多点触摸传感器数据时捕捉输入设备102的滚动角来获取输入的滚动角。随后，图像生成模块218将捕捉到的所输入的滚动角传递至规范化模块220。
在框1408，规范化模块220可基于抓握模板234的标准化滚动角与输入的滚动角之间的角度差来规范化新的多点触摸输入图像。在各实施例中，规范化模块220可使用线性变换和/或线性转换技术来根据角度差规范化多点触摸输入图像。
在框1410，比较模块222可将规范化的多点触摸输入图像及其相关联的倾斜角(诸如倾斜角122)与模式数据库238中的抓握模板234进行比较。相关联的倾斜角可以是在输入设备102捕捉到规范化的多点触摸输入图像时的输入设备102的倾斜角。该比较可以为该规范化的多点触摸输入图像及其相关联的倾斜角确定抓握模式。在各实施例中，比较模块222可采用各种分类方案来找到匹配规范化的多点触摸输入图像及其相关联的倾斜角的模板234。一旦找到匹配的抓握模板，比较模块222就可将匹配的抓握模板的抓握模式指定为对应于具有相关联的倾斜角的规范化的多点触摸输入图像的抓握模式。相反，如果未在规范化的多点触摸输入图像和抓握模板234中的任一个之间找到匹配，则比较模块222可丢弃具有相关联的倾斜角的新的规范化的多点触摸输入图像。在一些实施例中，比较模块222可经由用户界面模块228向用户呈现未检测到抓握模式的消息。
图15是示出执行经由多点触摸定向传感输入设备输入的功能的示例过程的流程图。在框1502，功能模块224可接收对多点触摸定向传感输入设备102执行的一个或多个抓握模式。在一些实施例中，功能模块224可以一次接收一个抓握模式。在替换实施例中，功能模块224可获取在预定时间段内输入的一系列抓握模式。每一个抓握模式都可使用示例过程1400来导出。
在框1504，功能模块224可分析至少该一个或多个抓握模式以确定要由电子设备130执行的一个或多个相关联的功能。在一些实施例中，功能模块224还可分析来自输入设备102和电子设备130的附加输入。来自多点触摸定向传感输入设备102的功能模块224还可分析的附加输入包括检测到的滚动角124，检测到的可缩回尖端106的激活，和/或检测到的诸如可点击按钮108等一个或多个可点击按钮的激活。在其他实施例中，功能模块224还可分析电子设备130提供的输入。这些来自电子设备130的输入可包括来自惯性测量单元204的设备滚动角和设备倾斜角以及来自邻近传感器206的移动数据。在分析期间，功能模块224可使用功能数据库240来确定要执行的一个或多个功能，该功能数据库将来自输入设备102和电子设备130的一个或多个输入的特定组合相关到不同的功能。
在框1506，电子设备130上的应用可执行一个或多个相关联的功能。例如，在图形显示应用的上下文中，应用可执行相关联的功能以将输入设备102变换成数字画笔工具。在其中应用是游戏应用的另一示例中，应用可执行相关联的功能以将输入设备102变换成用于该游戏应用的网球拍控制器。在又一示例中，所输入的一系列抓握模式可对应于文字处理应用中的复制功能。
如此处所描述的多点触摸定向传感输入设备可通过使得用单个输入设备而不是用多个输入设备执行不同的任务成为可能来提高用户的任务执行效率。此外，由于多点触摸定向传感输入设备的使用不迫使用户以不自然的方式拿住输入设备，因此可提高用户舒适度和感知到的设备的质量。此外，相比于诸如使用用户界面中的菜单选择等用于切换功能的其他技术，此处描述的多点触摸定向传感输入设备可以为用户提供与使用不同的物理输入设备的体验更接近地近似的体验。
结论
总而言之，尽管用对结构特征和/或方法动作专用的语言描述了各实施方式，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于所述具体特征或动作。相反，这些具体特征和动作是作为实现权利要求的所要求保护的主题的示例性形式而公开的。

Claims (10)

1.一种输入设备，包括：
至少部分地包围所述输入设备(102)的主体并且传感与所述主体的一个或多个接触的多点触摸传感器(110)；以及
惯性测量单元(114)，所述惯性测量单元附连到所述主体并且所述惯性测量单元至少测量所述主体相对于水平表面的倾斜角(122)以及沿所述主体的纵长轴的所述主体相对于所述主体上的初始点(126)的滚动角(124)。
2.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，还包括由容纳在所述主体中的可缩回尖端或可点击按钮激活的压力开关。
3.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，还包括将与所述一个或多个接触、所述倾斜角和所述滚动角相关的数据传送到另一电子设备的收发器。
4.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述惯性测量单元包括加速计、罗盘或陀螺仪中的至少一个。
5.一种存储计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令在被执行时使一个或多个处理器执行以下动作：
接收多点触摸传感器数据，所述多点触摸传感器数据指示与输入设备(102)的主体的接触实例(304、310、312)，以及对应于所述接触实例的所述主体的相关联的滚动角(124)和相关联的倾斜角(122)；
至少基于所述多点触摸传感器数据来生成多点触摸输入图像(314)；
确定所述相关联的滚动角(124)和多个抓握模板(234)的标准化滚动角之间的角度差，每一个抓握模板(234)都具有表示所述输入设备(102)上的对应抓握以及所述输入设备(102)的对应倾斜角(122)的对应抓握模式(236)；
至少基于所述角度差来规范化所述多点触摸输入图像(314)以生成规范化的多点触摸输入图像(314)；以及
将所述规范化的多点触摸输入图像(314)和所述相关联的倾斜角(122)与所述多个抓握模板(234)中的每一个进行比较，以确定对应于所述规范化的多点触摸输入图像(314)的抓握模式(236)。
6.如权利要求5所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括在被执行时使所述一个或多个处理器执行以下动作的指令：在所述规范化的多点触摸输入图像和所述相关联的倾斜角不匹配包括在所述抓握模板中的对应抓握和对应倾斜角时指示未检测到抓握模式。
7.如权利要求5所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括在被执行时使所述一个或多个处理器执行以下动作的指令：在所述规范化的多点触摸输入图像和所述相关联的倾斜角匹配包括在特定抓握模板中的抓握和倾斜角时将所述特定抓握模板中的抓握模式分配给所述规范化的多点触摸输入图像。
8.如权利要求7所述的计算机可读介质，其特征在于，还包括在被执行时使所述一个或多个处理器执行以下动作的指令：
至少基于分配给所述多点触摸输入图像的所述抓握模式来确定功能；以及
执行至少根据所述抓握模式确定的功能。
9.一种计算机实现的方法，包括：
接收指示与输入设备的主体的一个或多个接触实例的多点触摸传感器数据(1404)；
至少基于所述多点触摸传感器数据来为所述一个或多个接触实例中的每一个生成多点触摸输入图像，每一个多点触摸输入图像都与所述输入设备的相应倾斜角相关(1404)；
为每一个多点触摸输入图像确定表示用户以对应倾斜角拿住所述输入设备的对应方式的对应抓握模式(1406、1502)；以及
基于至少一个抓握模式来标识将使用所述输入设备来执行的功能(1504)。
10.如权利要求9所述的计算机实现的方法，其特征在于，还包括接收对应于接触实例的所述主体的对应滚动角，并且其中所述确定包括：
确定对应于所述接触实例的多点触摸输入图像的所述滚动角和多个抓握模板中的标准化滚动角之间的对应角度差；
至少基于所述对应角度差来规范化所述多点触摸输入图像；
将所述多点触摸输入图像以及与所述多点触摸输入图像相关的所述输入设备的特定倾斜角与多个抓握模板中的抓握模板进行匹配，所述抓握模板中的每一个都包括关于所述输入设备上的相关联的抓握和所述输入设备的相关联的倾斜角的数据；以及
将来自所述多个模板的匹配的抓握模板中的相关联的抓握模式分配给所述多点触摸输入图像和所述特定倾斜角。
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