CN104169844A - 提供三维输入的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于在输入设备上的用户触摸位置来提供3D坐标系统中的位置信息的方法。该方法在输入设备侧包含以下步骤：将所述输入设备的方向改变成第一状态；响应于用户触摸，确定关于触摸位置的信息；以及，确定关于所述第一状态与默认状态之间的方向改变的信息；其中，关于所述触摸位置的信息和关于方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的位置信息。

Description

提供三维输入的方法和装置
技术领域
本发明涉及输入，并且更具体地，涉及一种提供3D输入的方法和装置。
背景技术
尽管三维(“3D”)图形或立体应用的使用日益增多，针对该具体领域的输入设备的开发却很慢。桌面PC环境仍然被鼠标所主导，只有少数几种输入设备是在商业上可用的。例如，对于虚拟现实应用，通常使用跟踪棒(tracked wand)。
当前，几乎每个人都有移动电话，它们中多数支持触摸屏幕或者触摸板输入。正常地，触摸屏幕或者触摸板具有平坦表面并且配备有触觉传感器或者用于检测在平坦表面上的触摸或者多个触摸的存在和定位并将该触摸的位置转换为显示屏幕上的相对位置的其他类型的传感器。当触摸对象(例如，手指或者触针)在平坦表面上移动时，传感器可以检测触摸对象的运动，并且将该运动转换成在显示屏上的相对运动。然而，触摸屏和触摸板只支持二维(“2D”)的触摸输入。
在3D输入领域中，美国专利申请“US 2009/0184936 A1”(即，“3D触摸板”)描述了一种包括平行于xy、yz和xz平面来放置的三个触摸板的输入系统，其中在该3D触摸板上移动用户手指向计算机系统提供6个自由度(以下称为6DOF)。
期望使用单个触摸屏或触摸板来使得能够进行3D输入。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种基于在输入设备上的用户触摸位置来提供3D坐标系统中的位置信息的方法。该方法在所述输入设备侧包含以下步骤：将所述输入设备的方向改变成第一状态；响应于用户触摸，确定关于触摸位置的信息；确定关于所述第一状态与默认状态之间的方向改变的信息；其中，关于所述触摸位置的信息和关于方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的位置信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种装置，用于基于在该装置上的用户触摸位置来提供3D坐标系统中的位置信息。该装置包含：第一模块，用于在所述装置的方向被改变成第一状态时接收触摸位置；以及第二模块，用于确定关于所述第一状态与默认状态之间的方向改变的信息；其中，所接收的触摸位置以及所确定的关于所述第一状态与所述默认状态之间的方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的位置信息。
根据一个实施例，所述状态对应于所述输入设备的不同倾斜。在该设备上的触摸位置提供2D坐标，同时倾斜确定这些2D坐标在3D坐标系统中的映射。
根据本发明的一个方面，其使用户能够习惯于单个触摸屏或触摸板来输入3D坐标。
要理解的是，将在关于本发明的下面的详细说明中找到关于本发明的更多的方面及优点。
附图说明
被包括以提供关于本发明的进一步的理解的附图与用于解释本发明的原理的说明书一起例示了本发明的实施例。因此，本发明不限于这些实施例。附图中：
图1是示出根据本发明的实施例的使得能够进行3D输入的系统的图；
图2A是示出根据本发明的实施例的重力传感器的正视图和侧视图(亦即，视图1和视图2)的图；
图2B是示出根据本发明的实施例的重力传感器的工作原理的细节的图；以及
图3是示出根据本发明的实施例的提供3D输入的方法的流程图。
具体实施方式
现在将结合附图说明本发明的实施例。在下面的说明中，为了清楚和简明，可能省略关于已知功能和配置的一些详细说明。
本发明针对使得能够通过使用单个触摸板或触摸屏来进行3D输入。
图1是示出根据本发明的实施例的使得能够进行3D输入的系统的图。在该系统中，其包含用户10、输入设备11、显示设备12以及处理设备13。
---输入设备11配备有触觉传感器或者用于检测该输入设备的输入平面上的用户手指的触摸位置和/或移动的其他类型的传感器，以及诸如重力传感器、加速度器等用于检测输入设备11的方向改变的传感器。在本文中，从输入设备11的角度来看，可以将移动视为在维持与输入设备11的接触的同时的连续触摸序列。在这种情况下，由该输入设备对该移动进行的处理是针对每个触摸的处理的总和。例如，输入设备11是带有重力传感器的触摸板。更具体地，该重力传感器是如图2A所示的双轴倾斜传感器，其可以测量在两个轴上的参考平面的两个轴上的倾斜。在示例中，该参考平面是平行于真实世界的3D坐标系统(以下称为真实3D坐标系统)中的显示设备的表面平面的平面。如在2A中所示，正交地放置了两个传感器组件20和21。其工作原理是测量由于重力而引起的静态加速度的量，并且找出该设备相对于地球表面倾斜的角度。因此，其可以得到输入设备11相对于水平平面或者垂直平面的倾斜角度。图2B示出其工作原理的细节。该重力传感器可以将移动或者重力转换成电压。当重力传感器被置于水平位置时，输出电压为V0；当其倾斜成角度α时，输出电压为Vα；当重力传感器的加速度为g时，输出电压为V。因为gα＝gsinα，所以相对于水平平面的倾斜角度α为α＝arcsin[(Vα-V0)/V]。通过在输入设备11倾斜之前和之后确定的倾斜角度，我们可以确定方向改变。因为我们在该示例中设置了参考平面，所以通过角度的改变(亦即，输入设备11相对于参考平面的倾斜角度)来表示此处的方向改变。
---显示设备12用于基于处理设备13输出的数据显示对象和/或图形。
---处理设备13用于：
1)维持3D坐标系统；
2)接收关于用户手指的位置和/或移动的信息以及关于方向改变的信息，并且将真实3D坐标系统中的位置和/或移动转换成处理设备13使用的3D坐标系统(以下称为虚拟3D坐标系统)中的相对位置和/或相对移动；以及
3)基于虚拟3D坐标系统中的相对位置和/或相对移动，向显示设备12输出反映用户手指的位置和/或移动的数据。
图3是示出根据本发明的实施例的提供3D输入的方法的流程图。
在步骤301中，处理设备103将输入设备11的表面平面的当前倾斜状态记录为在第一状态下的初始倾斜状态。正常地，在用户进行3D输入之前实施该步骤。在示例中，记录输入设备11的初始倾斜状态的目的是为了在输入设备11倾斜之后计算方向改变(亦即，在该示例中的角度改变)。在实施例的变型中，将输入设备11的初始倾斜状态预配置为真实3D坐标系统中的垂直平面或者水平平面。在这种情况下，不需要实施该步骤。
在步骤302中，一旦用户将输入设备11倾斜成另一状态(称为第二状态)并且然后在真实3D坐标系统中在其上面进行触摸或者移动，处理设备13就从输入设备11接收关于方向改变的信息以及关于输入设备11上的触摸对象的位置或移动的信息。
在步骤303中，处理设备13基于关于方向改变的信息以及关于真实3D坐标系统中的输入设备11上的触摸对象的位置或移动的信息，确定处理设备13用于在显示设备12上显示3D对象的虚拟3D坐标系统中的位置或移动。
另外，用户可以将输入设备11倾斜成不同于第二状态的另一状态(称为第三状态)并且然后在真实3D坐标系统中在其上面进行触摸或移动。处理设备13将确定虚拟3D坐标系统中的另外的位置或移动。
在本实施例中，处理设备13以实时的方式响应于触摸和移动来提供输出。因此，(多个)3D对象的显示提供对触摸和移动的实时响应。在本实施例的变型中，处理设备13在用户在一定状态下结束触摸或移动的操作之后提供输出。在另一变型中，为了获得具有x轴分量、y轴分量和z轴分量的输入，处理设备13在以两个连续状态获得用户输入之后提供输出。例如，在处理设备13将反映第二状态和第三状态下的触摸或移动的数据通信给显示设备12之前，组合在第二状态下确定的位置或移动与在第三状态下确定的位置或移动。
在本实施例的另一变型中，如果处理设备需要在提供输出之前获得两个或多个连续状态下的用户输入，则需要该用户在他的两个或多个连续状态下的操作的期间在进行触摸或移动之间与输入设备11保持接触。在上面的需要两个状态下的输入的示例的情况下，在第二状态下进行触摸或移动之后，用户倾斜输入设备11并且在继续与其接触的情况下使用他的手指在其上面移动，而不释放接触。
下面说明具体的示例。将真实3D坐标系统的垂直平面预配置为参考平面，并且其对应于虚拟3D坐标系统中的X-Y平面(X轴是水平的，Y轴是垂直的)。在示例中，虚拟3D坐标系统中的X-Y平面是用于显示3D对象的显示屏的平面。用户首先将输入设备11置于垂直位置，并且在其上面移动他的手指，这被转换成在虚拟3D坐标系统中的X和/或Y轴上的输入分量。用户使他的手指保持在输入设备11上，将其倾斜成水平位置，并且在其上面移动他的手指，这被转换成在Z轴和X轴上的输入分量。应当注意，在输入设备11倾斜成垂直与水平之间的状态时输入设备11上的移动可以产生在X、Y和Z轴上的输入分量。在变型中，输入设备11被配置成放弃某个输入分量，例如，在用户在水平放置的输入设备11上移动他的手指时，放弃X轴输入分量。
根据本实施例的变型，输入设备11具有其自己的处理单元，并且由输入设备11执行确定虚拟3D坐标系统中的位置或移动的功能。
根据本实施例的变型，将输入设备11、显示设备12以及处理设备13的功能集成到单个设备中，例如，具有触摸屏和用于检测方向改变的传感器的平板、移动电话。
已经说明了多种实施方式。然而，将理解到可以做出各种修改。例如，可以组合、补充、修改或者去除不同实现方式的元素以生成其他实现方式。另外，本领域的普通技术人员将理解的是，其他结构和过程可以代替那些公开的结构和过程，并且得到的实现方式将以至少基本相同的(多种)方式实施至少基本相同的(多个)功能以获得与公开的实现方式至少基本相同的(多个)结果。相应地，这些以及其他实现方式将落入本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种基于在输入设备上的用户触摸位置提供3D坐标系统中的位置信息的方法，其特征在于，在所述输入设备侧的以下步骤：
将所述输入设备的方向改变成第一状态；
响应于用户触摸，确定关于触摸位置的信息；以及
确定关于所述第一状态与默认状态之间的方向改变的信息；其中，
关于所述触摸位置的信息和关于方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的位置信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含以下步骤：
基于关于触摸位置的信息以及关于方向改变的信息来确定所述3D坐标系统中的位置信息。
3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，包含以下步骤：
响应于在与所述输入设备保持接触的同时包含触摸序列的在所述输入设备上的用户移动，基于对所述触摸序列中的每个确定的位置信息以及关于方向改变的信息来确定所述3D坐标系统中的移动信息。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包含：
在所述输入设备上维持相同的触摸位置的同时，将所述输入设备的方向从所述第一状态改变成第二状态；
响应于从所述输入设备上的相同触摸位置开始的另外的移动，确定关于触摸位置序列的信息；其中，
确定关于所述第二状态与所述默认状态之间的方向改变的信息；其中，
关于所述触摸位置序列的信息以及关于所述第二状态与所述默认状态之间的方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的移动位置。
5.如权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述默认状态是被预配置用于在改变所述输入设备的方向时计算所述方向的状态、将所述方向改变成所述第一状态之前的状态或者所述输入设备的平面平行于或正交于显示设备的显示平面的状态。
6.如权利要求1至5中的一项所述的方法，其中，关于方向改变的信息是倾斜角度的改变，所述方法还包含以下步骤：
基于关于触摸位置的信息以及所述倾斜角度的改变，对所述输入设备上的每个触摸位置确定所述3D坐标系统的X、Y和Z轴的至少一个分量值。
7.一种装置，用于基于在该装置上的用户触摸位置来提供3D坐标系统中的位置信息，其特征在于，包含：
第一模块，用于在将所述装置的方向改变成第一状态时接收触摸位置；以及
第二模块，用于确定关于所述第一状态与默认状态之间的方向改变的信息；其中，
所接收的触摸位置以及所确定的关于所述第一状态与所述默认状态之间的方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的位置信息。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包含：
处理模块，用于基于所接收的触摸位置以及所确定的关于所述第一状态与所述默认状态之间的方向改变的信息来确定所述3D坐标系统中的位置信息。
9.如权利要求7或者8所述的装置，其中，
所述第一模块还被配置用于接收在与所述装置保持接触的同时包含触摸序列的移动；其中，
所接收的移动以及关于方向改变的信息用于确定所述3D坐标系统中的移动信息。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包含：
显示模块，用于显示所述3D坐标系统中的至少一个3D对象，其中，所确定的所述3D坐标系统中的移动信息造成在所述至少一个3D对象的显示中的改变。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述第一模块还被用于接收在将所述装置的方向从所述第一状态改变成第二状态之后在所述装置上维持相同触摸位置的同时的移动；以及
所述第二模块还被用于确定关于所述第二状态与所述默认状态之间的方向改变的信息；其中，
所述移动以及关于所述第二状态与所述默认状态之间的方向改变的信息用于确定虚拟3D坐标系统中的移动。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的装置，其中，所述装置是具有平面触摸屏或触摸板的设备。
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