CN106605200A

CN106605200A - 一种优化人体工程学的向用户呈现按键的拇指键入方法

Info

Publication number: CN106605200A
Application number: CN201580030763.3A
Authority: CN
Inventors: 福布斯·霍尔滕·三世·诺里斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2017-04-26
Also published as: US10572149B2; US20170052702A1; WO2015157474A1; US20200192567A1

Abstract

本发明公开了一种优化人体工程学的向用户呈现按键的拇指键入方法，该方法使用一种键数少而键形大，排列如同标准而熟悉的QWERTY样式的键盘，并且以简约优化的拇指键入方式显示。键盘如同一个词段菜单系统，因为每个键代表的不是静态的单一字母而是动态计算得到的更长的词段，从而大幅减少按键的次数。本发明动态地优化了每一个键，过滤掉相关性较小的键，在每个时刻只用更大的形状显示那些最重要的键。过滤是依据种种行文的准则，包括单词衍生图(从短词构造长词)，例如拼字游戏字典里的单词关系图。本发明是对传统的单词补全菜单的补充，并与之充分兼容。

Description

一种优化人体工程学的向用户呈现按键的拇指键入方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年4月8日提交的申请号为PCT/US14/33235的PCT申请的优先权，其全部内容均通过引用包含在此。

技术领域

本发明涉及在一个具有虚拟键盘且尺寸有限的计算机屏幕上的文本输入，此类屏幕可见于掌上电脑、平板电脑、智能手机、汽车仪表板、智能手表、家用小电器(如室温控制)、工业设备控制、虚拟实景显示屏(投影眼具和帽具，头盔，眼镜如谷歌眼镜、军用帽盔显示、游戏机如Nintendo Wii、微软体感器等等)。本发明还涉及通用键盘布置、触摸屏虚拟键盘和文本编辑的单词补全建议菜单。

背景技术

在小屏幕上，通常很难看清并精确选择虚拟键盘的小键，这使得键入缓慢繁难且极易出错。即使在更大的设备(如平板电脑)的虚拟键盘上打字时，繁琐和不准确的文本输入也可以是一个重要的问题。

典型的触摸屏移动设备的虚拟键盘也很难使用，因为它们通常复制了更大的桌面键盘的设计，没有顾及小屏幕虚拟键盘的不同的人机工效，尤其是普遍的手持使用。本发明关注的移动设备为典型的智能手机类的手持计算机，诸如苹果手机、安卓设备、或者宽60-70mm长100-140mm的类似尺寸的设备，它们通常可以放进裤子、衬衣或外衣的口袋。不过其他更大或更小的设备也可使用本发明，譬如腕饰设备或平板电脑。这些手持电脑可以用来制作和发送SMS文字信息、电子邮件和编辑文字处理的文件。手持电脑上还有许多别的需要文本输入的应用，譬如输入网站地址、用户名和密码。前述手持电脑在需要文本输入时一般会显示一个虚拟键盘，通常把屏幕分为一个显示内容的上部和一个显示虚拟键盘的下部。

通常在使用时，使用单手或双手来握住移动设备，用户使用拇指轻叩键盘，在为十指设计的键盘上形成“拇指键入”。之前已经有为拇指键入而优化的虚拟键盘，例如，公开号为EP2194437的欧洲专利和公开号为US2013/0057475的美国专利。

在现有技术中公开的各种人体工程学的改进涉及可变键盘定位(例如，围绕在设备上)，和在设备的边缘将按键更接近手指(特别是拇指)的分割键盘设计。苹果iPad的可变键盘是这两种方式的商业例子。

然而，即使有了这样的改进，在虚拟键盘上键入仍然是不必要地尴尬和困难，通常是因为键盘的布置停留在物理键盘的静态的QWERTY标准。已经有不少改进QWERTY布置的努力，譬如Dvorak一类的设计依字母使用的频率重新安排按键，但是几乎都没有处理在虚拟键盘键入的特殊需要。此外，许多Dvorak一类的设计与QWERTY标准相差太大以至于限制了其应用，因为如果达不到最佳，用户更偏向于继续使用一种标准的键盘布置。

虚拟键盘是文本输入的用户界面，用于计算机屏幕上，计算机提供一幅键盘的图像，用户直接从按键图像来选择按键，一个按键只不过是一个可选的屏幕区域。虚拟键盘通常没有物理按键而是依赖于触摸屏，通过用户手指或触笔的直接点触来选择按键。其他类型的虚拟键盘可以涉及许多种选择方法，譬如鼠标那样的指针设备，手势运动传感器、眼球运动跟踪，甚至是使用生物传感器的直接神经脉冲或思维。

有的发明通过将键盘尺寸和布局定制成单个拇指和手的尺寸来优化拇指键入的人体工程学。例如，美国专利US 20130057475 A1，“拇指键入的分解键盘”。

另一种常见的方法通过键盘布局改进拇指键入人体工程学，其更符合最简单的拇指运动，通常涉及拇指放松伸展指端不弯曲时的一个弧形运动。例子可见http：//blog.42at.com/thumb-keyboard-concept-for-the-iad。然而，这样的设计会显著改变普通流行的桌面设计，用户需要学习全新的布置，陡峭的学习曲线对许多用户是一大缺点。

再一个使小的虚拟键盘易于使用的解决办法是单词补全菜单。在专利号为7.886.233(专利233)的美国专利中公开了该方法，其涉及文本输入触发菜单，可以试图猜测正在输入的单词的完整结尾部分。

又一个解决办法是使最重要的按键的尺寸更大也更显著，见于申请号为US8413066和US20100115448的美国专利所支持的软件产品Thick Buttons(http：//www.thickbuttons.com)。

“草率”键入是一个普通而有效的优化方法，使用预测分析得出实际想键入的字母，从而允许不精确但能得到自动更正的键入。

然而，即使最有效的优化方法在最小的屏幕上都有很大的局限，因为大多数方法维持了传统键盘的范式，例如，始终显示全套的静态单一字母按键。这导致了在太小的空间里有太多的按键，以致难于看清和精确选择这些按键。举例来说，用户同时触碰的按键越多，草率键入的方法就变得越慢。另外，对于视力受损的人和老年人，键盘视觉化问题甚至更具挑战性。

在最小屏幕上有效使用传统的单词补全菜单也变得具有挑战性，因为没有足够的空间来显示和看清所建议的多个全长度的单词。

在申请号为PCT/US14/31121的共同待审的专利“空间优化微键盘方法和装置”中，展示了一个不同的方法。该方法公开了基于优先化字母和小增量单词补全字段的有限按键组菜单，从而允许显示更少但大于正常尺寸的尺寸可变按键，提高小屏幕的可用性。这个方法有效地把键盘变换为一个部分单词补全菜单系统，同时保留了类似于QWERTY的标准布局，特别是字母和按键相对位置的熟悉模式。这就允许用户可以在和正常桌面键盘一样的位置快速找到按键。

然而，这些先进的单词补全方法都没有特别处理符合人体工学的拇指键入优化需求。

我们需要有更好的虚拟键盘布局，专门处理虚拟键盘上拇指键入的通用人体工程学使用模式，尤其很小的屏幕上。

发明内容

为了解决拇指键入的这些缺点，本发明公开了在虚拟键盘上优化拇指键入的方法和装置，特别是在空间受约束的小型手持设备上，诸如智能手机和“可穿戴设备”(例如，智能手表或其他可穿着身上的小型设备)，或者控制电器用具的小屏幕如自动温度控制。此处公开的方法和装置也可用于更大的设备上，如平板电脑。

在一个实施例中，本发明提供了一种用以优化符合人体工程学的拇指键入的按键方法，其在虚拟键盘上向用户呈现用于文本输入的按键，且按键依标准键盘布置在计算机的触摸屏上。该方法包括将一组一个或多个上下文相关的菜单键放置在计算机屏幕上的人体工程学优选位置处，在那里一个或一双拇指指尖的自然弧形外伸或内敛，一个或一双拇指在指间关节处松弛地弯曲，由此定义了计算机屏幕上最符合人体工程学的优选位置，其中所述上下文相关的菜单键覆盖所述标准键盘。

在一个实施例中，由算法动态生成与上下文相关的菜单键，在生成与上下文相关的菜单键之前，该算法确定由用户输入的任何字或字母集合的下一可行的补全单词的单词字段。

本方法把正常的键盘转换成高度动态的菜单系统，其键盘布局和按键标识都是高度灵活的，能够变化的，并且适于向用户逐键提供尽可能大的按键。动态地生成一组有限的按键以优化每一个按键的空间、大小和能见度。

本发明也公开了更改虚拟键盘的布局和键盘菜单系统的方法和装置，以更快、更方便、更准确地键入，特别是优化拇指键入。

附图说明

图1A示出了一个典型的小型计算机设备的虚拟键盘编辑装置和典型的拇指键入时的手指位置；图1B示出了单一拇指键入弧线的旋转运动；图1C示出了移动设备双拇指键入时手的典型位置。

图2A示出了典型的双拇指最佳弧运动模式；图2B示出了典型的只用右手的最佳拇指键入弧线运动模式；图2C示出了典型的只用左手的最佳拇指键入弧线运动模式；图2D示出了典型的单手掌持最佳单拇指键入弧线运动模式。

图3A示出了如何能将一组元音按键安排成一个优化双拇指打字弧形模式的字母布局；图3B示出了同样的元音按键如何能被安排成每个弧形里具有分离字母排序的双拇指打字弧形模式布局；图3C示出了如何不用离散按键来表达元音组弧形布局；图3D示出了如何将一组元音安排成一个优化单拇指打字的弧形模式。

图4A、4B、4C、4D和图5A、5B、5C和图6A、6B、6C、6D说明了如何将代表涉及键入单词“MAINTAINING”的各个字段的各种有限按键组安排成普通拇指打字的弧形模式布局。

图7A示出了很高和很低频率的字母在静态的QWERTY键盘上的位置；图7B示出了如何将很高和很低频率的字母对换位置。

图8A示出了带黑框的高优先级按键的QWERTY键盘；图8B、8C、8D示出了具有缩减按键组和大尺寸高优先级按键的QWERTY键盘。

图9A、9B、9C示出了一个键入完整单词的单词补全树状结构的例子，起始于图9A，继续到图9B，在图9C中完成这个过程。

图10示出了一个为显示更长字段的按键而做的紧凑设计。

具体实施方式

本发明解决了上述有关虚拟键盘的问题。

本文中的“用户”是一个使用带有虚拟键盘的计算机的人。如本文所用，“文本”意指在计算机键盘上输入的字母、数字、标准键盘符号或其他用户可选符号，对任何文本输入操作来说那是计算机的使用所需要的，诸如写作、创建电子邮件和SMS文本信息、输入密码、或输入用户认证数据如用户名和密码。术语“标准布局”意指一个QWERTY键盘，这是目前世界范围使用的典型键盘。替换键盘也已开发出来了，如Dvorak键盘，其也是一个标准化的布局。

图1A示出了一个典型的移动计算机设备100，具有虚拟显示101、编辑显示区域102和典型的QWERTY键盘布局。

优化拇指键入

本文中的拇指打字假设单手或双手握住一个手持计算机设备，持物手的拇指是主要的但不必是排他的操作虚拟屏幕键盘和控制的手段。本文中的设备一般是智能电话或平板电脑类计算机，通常带有显示虚拟键盘的触摸屏。

当双手握时，设备一般由手掌和除拇指外的四个手指(指食、中指、无名指、小指)的某种组合或者一个次级组合，从背后托着，通常让拇指在设备的虚拟屏幕前方保持自由。

这种握物手指的位置存在种种可能的变化，但是一般在双手模式里，单手或双手的食指至少部分地靠近或接触设备的边缘，小指或其他手指也可以通过接触设备的对边来支撑设备。这在图1B中有显示。

单手握也能涉及到无数除拇指外的手指和手掌握法的变化。

当拇指必须常常在第二指关节处弯向手掌时，拇指打字是很困难和尴尬的，这对于那些有疼痛或僵硬手指的人(例如，像关节炎那样的健康状况)尤其是个问题。但是，即使对于没有健康问题的人，较长时间地弯曲拇指也是不舒服的，会导致在虚拟键盘上挑战性和不准确的文本输入。

当拇指以弧形运动移动时，快速、有效、舒适的拇指键入运动通常是最容易的，利用拇指尖端松弛地弯曲或保持松弛来完全伸展拇指，拇指在第二或较小的中指远侧指间(DIP)关节处非常微小地弯曲。

如本文所用，术语“松弛的”“松弛地未弯曲的”拇指是指拇指指间关节的舒适位置，其略微弯曲大约10°至30°。在该关节处的向内运动被称为“弯曲”，其中拇指尖在指间关节处向内弯曲，并且当拇指尖在指间关节处向外弯曲时“延伸”。拇指尖端的弧(“弧”)由外展或内收运动限定，其中外展是拇指尖在手掌平面中远离食指移动，内收是拇指尖在手掌平面中朝向食指移动。这也称为“径向内收/外展”。在美国手外科学会的网站上(http：//www.assh.org/Public/HandAnatomy/Pages/default.aspx)进一步定义和阐述了这些术语。用于拇指打字的人体工程学的舒适点在由拇指的该扫动、枢转(外展或加合)运动限定的弧处，在相对于食指的拇指的近的位置及远的位置之间。

在图1c中示出了舒适点的示意图，其描绘了一个典型的右手拇指键入的近位置(103)和远位置(104)，其中箭头表示在从拇指的枢转点(105)枢转的两个位置之间的拇指弧运动。标号106显示了在装置的边缘处的一个常见的食指位置，尽管其他或多个手指可以用在这样一个位置。

这些弧的确切位置和形状根据诸如用户的手尺寸、托架技术以及设备、虚拟屏幕和虚拟键盘的尺寸等因素而变化。

弧曲率可以从相对平坦的半椭圆形变化到更对称和更圆的形状。

在一个实施例中，设备可以通过感测用户的手的尺寸、当前手和手指位置、设备取向(例如肖像或风景)、当前的托住方法和和过去的文本编辑历史，在任何给定时刻自动确定拇指相对于虚拟键盘的位置。

拇指位置用于计算最佳弧形形状和位置，然后用于在任何给定的拇指键入环境中确定最简单、最有效的键盘布局。

四分之一圆(QC)弧

侧四分之一圆弧(“qc弧”)是最常见的拇指运动弧图案之一，类似于从键盘顶侧(近位置)到键盘底部中心(远位置)的四分之一圆，其中弧形曲率也可以是半椭圆形。

Qcarc通常涉及位于靠近虚拟键盘的侧面的装置的侧面处的食指，图1C中的106。拇指的近位置通常将拇指尖端放置在靠近装置边缘的键盘顶侧区域附近，例如，在QWERTY布局中，直接在Q或P键之上或附近。

在这种情况下，拇指远位置通常将拇指尖端放置在键盘的底部中心附近，与底部空格键和QWERTY布局的V、B、N键相邻。

键盘两侧的双qc弧是最常见的双手拇指键入模式之一，并且特别适用于在一些移动设备上常见的分离键盘。图2A示出了覆盖标准QWERTY键盘的典型的双拇指qc弧图案，其具有左手拇指弧200和右手拇指弧201。

图2B示出了覆盖标准QWERTY键盘的典型的单个右手使用拇指qc弧202。图2C示出了覆盖标准QWERTY键盘的典型的单个左手使用拇指qc弧203。

底弧

底部圆弧是经常看到的单手使用另一种常见的弧图案，特别是当手掌最小程度的参与时。这涉及位于键盘底部附近的相对侧上的近拇指位置和远拇指位置。产生的弧线类似于扁平的半圆形，在键盘中间略微向上拱起，然后在键盘侧向下。

图2D示出了覆盖标准QWERTY键盘的典型的单个右手或左手使用底部拇指qc弧204，其中该设备以横向方向使用。

用于优化拇指键入的键盘布局

在QUERTY键盘中，一些最常用的键位于最笨拙和困难的拇指键入位置，而一些最不频繁使用的键位于最方便的弧形拇指键入位置。这对于更常见的拇指键入模式(例如qc弧)尤其如此。

本发明将最常使用的字母/键重新定位到最佳拇指键入位置，同时将最不常用的字母/键从这些最佳位置移走。这可以涉及选择性地交换高优先级键和低优先级键的位置，特别是彼此相对靠近的键。

ALPHA/BETA键切换

以下示例基于QWERTY键盘和qc弧优化拇指键入位置。

有许多用于测量字母频率的统计方法，例如，一般频率或最常见单词中的频率。虽然产生不同的结果，但是通用的模式是非常清楚的，并且可在多种主要语言中保持相对一致性，特别是在欧洲语言中。

对于这样的测量，维基百科(http：//en.wikipedia.org/wiki/Letter_frequency)提供了一个很好的权威的调查。

这项研究表明，英语字母频率的一般模式从最高到最低、从左到右如下所示：

E、T、A、O、I、N、S、H、R、D、L、C、U、M、W、F、G、Y、P、B、V、K、J、X、Q、Z

最近的谷歌研究(https：//plus.google.com/+ResearchatGoogle/posts/92q9wuq4EvJ和http：//norvig.com/mayzner.html)分析表明，最常见的12个英语语言字母是E、T、A、O、I、N、S、R、H、L、D、C、U。

Alpha键是位于舒适点外侧的高频率的字母，通常是A、S、O、L。

Beta键是位于用于拇指键入的人体工程学上期望的舒适点中的低频字母，例如，基于qc弧。Beta键可以是Y、U、B、C、F、G、V、J。

图7A中示出了Alpha键和beta键，其中Alpha键具有突出显示的边框，Beta键具有虚线边框。

在一个实施例中，在某些情况下，可以交换Alpha和Beta键，将某些键重新定位到更符合人体工程学的有利位置，同时最小化与标准QWERTY布局的偏差。

下面示出了一个QWERTY键盘布局，其中Alpha字母和Beta字母以大粗体字体表示，且Alpha键另外加下划线。

QWERTY左侧行：

Q、W、E、R、T

A、S、D、F、G

Z、X、C、V

QWERTY右侧行：

Y、U、I、O、P

H、J、K、L

B、N、M

在QWERTY键盘上的用于拇指输入的最难使用的Alpha键往往是A、S、L，这是因为它们的位置更靠近装置的边缘且并这迫使拇指向内弯曲而导致手掌不舒适。

该分析通过简单地通过与附近按键交换少量字母来提出一个显着的人体工程学改进，同时在很大程度上保留了熟悉的一般QWERTY布局。

例如，通过将Alpha组A、S与Beta组的F、G或D、F直接交换来将Alpha组的字母A、S重新定位到舒适点，以此来实现左侧人体工程学的改进，同时保留了很多正常的行键排序。至少Alpha组的字母A与Beta组的字母D或G交换位置是有很大的好处。

在右侧键盘上，通过将Alpha组的字母L与Beta组的J或K交换来实现一个人体工程学的改进。

图7B示出了将Beta组的字母F和G与Alpha组的字母A和S交换，将Beta组的字母J与Alpha组的字母L交换。

取决于键盘类型(例如QUERTY)、相对于特定键的拇指位置、手尺寸、手抱住位置、设备和屏幕尺寸、屏幕取向，正常或分离键盘模式、键盘位置以及诸如键大小和形状等因素，舒适点和特定的Alpha组按键和Beta组按键是可变的。

有限的按键菜单集

在本文中，“单词字段”被定义为一个或多个字母，其是词的构建块。当键入文本时，可以基于诸如单词、字母频率分析和单词完成树来动态地和上下文地对下一可能的单词字段及其代表性键进行优先级排序。这使得完全不相关的、最低优先级的按键被过滤掉，产生一个具有更大、更容易使用的按键的有限的按键集。

在大多数打字和编辑场景中，只有一小部分字母或词片段在任何给定时刻都是高度相关的。例如，来自Project Gutenberg计划(http：//en.wikipedia.org/wiki/Project_Gutenberg)的组织的研究表明相应频率分别为17％、12％、8％、7％、7％、7％和6％，的七个字母T、A、S、H、I、W和O占了所有英语单词的起始字母的65％。

相应频率分别为4.5％、4.0％、3.8％和3.5％的另外四个字母B、M、F和C占了起始字母的16％。因此，11个字母共同占了所有起始字母的约80％。

图8A示出了在标准QWERTY布局中以粗体边框突出的这11个最相关的、优先级最高的按键。图8C仅以较大尺寸示出了这11个键，同时保持他们在正常的QWERY中的相对位置。

相应频率分别为2％、2.5％、2.5％、2.7％和2.7％的另外五个字母E、N、P、D和L占了所有英语单词的起始字母的另外12.5％，因此，16个字母共同占了所有起始字母的约92％。

最不常见的字母V、J、K、Q、X、Z共同仅占所有起始字母的约2％。

在特定情况下对个人书写模式的额外分析可以更好地识别最不相关的字母键，这通常将示出许多键是完全不必要的，而其他键是非常重要和相关的。

因此，在任何打字情形中，可以证明大量有限且宝贵的键盘空间潜在地浪费在实际上不相关的按键和空间上，而其是可以被更相关的、优先级更高的键更好地使用的。

该分析表明，可以给予优先级最高的按键显著的额外的尺寸，使得在狭窄的屏幕上更容易使用最相关的键，同时非常重要地的是保留用户偏好的、熟悉的通用标准键盘布局(例如QWERTY)。

例如，当高优先级按键处于优先级很低的按键附近时，高优先级按键能够扩展尺寸，进入或跨越邻近的静默(无关的按键)空间，虽然可能造成稍有不一致的或者矩形的按键形状。

然而，隐藏的优先级很低的按键仍可在由控制键或其他方法切换出来的交替键盘上显现。

图8B显示了以最低优先级按键为代价放大的16个最为相关、优先级最高的按键，其相对尺寸主要但非唯一地是由标准起始字母的相对频率决定的，因此频率最高的字母T、A、S、H、I、W、O的按键最大。优先级较高的按键也用更大的字形和多种增亮方法来赋予更强的能见度。所以在图8B里用了更大的字形和更粗的边线来显示最相关的字母T和A。特别是T按键的尺寸更大，因为它被一些低优先级的基本不相关的字母所包围。图8B中还利用同编辑区域的可选的重叠来显示T按键。值得注意的是，图8B显示出的那些更大的按键依然处于它们总的、正常的和熟悉的布局位置，此例中即QWERTY布局，这就消除了学习全新键盘布局的需要。

按键也可以扩大尺寸以至暂时覆盖编辑内容的区域。半透明性能让被覆盖的区域依然部分可见。譬如，低优先级按键可以被更大的、半透明的高优先级按键覆盖，如此它们就依然可见，同时通过诸如定向滑动或长按压等手势依然可选定它们。

当相关按键的数量很少时，就可能把按键用一种简单、普遍易懂的字母顺序来布置，完全独立于任何专属的键盘布局。

单词补全树状结构

长单词可以有短单词构成，这能在显示单词派生关系图的拼词游戏字典工具里看出来。连接这些派生词的字母或短的字段可用于代表键盘按键的值。如此，单词就能够由一系列的短的字段构成，这些字段起了部分单词补全的作用。

一个单词字段，或“字段”，在此处定义为一个或更多的字母，作为长单词的建造模块，其本身也可能就是完整的单词。

单词补全树状结构分析显示，即使仅仅键入几个字母，其后相关字母或字段的选项就会大幅减少。举例来说，根据Merriam-Webster官方拼字游戏人字典(OSPD)，“MAIN”既是个单词，又是大约35个其他单词的起始根字段，派生自跟着“MAIN”后面的字母“F、L、M、S、T”。这就暗示了键盘上其他21个按键和字母是全然不相关而浪费空间的。

像QWERTY那样的传统键盘使用单字母(字段)键输入的静态布局来构建单词，因此总是需要全套字母表的按键。

传统键盘使用静态单字母按键，打字可以被形容为经由代表字母菜单的树叶节点巡行在单词补全树状结构的树枝上。

这种树状结构的一个更为紧凑的形式具有这样的树叶节点，它们代表了由一个或更多字母组成的更长的单词补全字段。譬如单词“MAINTAINING”能够由依次附加“MAIN”、“T”、“AIN”、“ING”来构成。

这不同于传统的提供整词或完整词尾的建议的单词补全方法。

相反，本发明使用这样的单词补全树状结构，它们从短字段建造模块，不必是完整词尾，来增量构造更长的单词。

每个单词的起始字段有效地形成单词补全树状结构的根母节点，子字段节点代表延伸的枝叶，字段的每个字母或片段代表单词补全树状结构里的一个树叶节点。

每个树叶节点都能是下层树枝的子节点之母。这种分支模式向下重复直至由起始根节点字段导出的所有可能的单词都被代表了，终结的节点(没有子节点的节点)代表了完整单词的最后的字段。这样，从最高根节点到最终节点的遍历，代表了通过增量式地往母节点添加每一个树叶节点的字段值来构造一个完整单词的独特路径。

因此，树状结构能够由一组被表示成树叶节点的最常用的中间步骤字段来建成，它提供了一个快捷便利的途径，抵达从根字段或树上任何一处的节点字段导引出来的可能的终极单词。一组树叶节点字段可以被表示为一个动态的键盘菜单，每个按键代表一个独立的字段。

打字时，每多输入一个字母或字段都大大减少了下一个相关字母或字段的可选数目，尤其是在大多数单词的头三个字母之后。更少的按键使得相关的按键可以变得更大，使它们在小屏幕上使用更方便。

举例来说，在申请号为PCT/US14/31121的共同待审的专利“空间优化微键盘方法和装置”中，公开了一组基于字段补全建造模块的菜单键，其中最为相关的按键通过暂时增加其相对尺寸和亮度变得更便于使用，同时也通过缩小相对尺寸、使失能、不增亮、灰色化、或隐去等等任何综合方法来弱化相关性较少的按键。

图9A、9B和9C示出了键入单词“MAINTAINING”是如何遍历单词补全树状结构的。在每个打字步骤，为用户提供一套不同的有限按键菜单(或简称“按键菜单”)，代表最可能的下一个字母或字段。自9A起，用户利用按键菜单900开始打一个新词，其包括代表了全部英文单词频率最高的首字母的92％的16个字母。

从按键菜单900选择了初始字母“M”(902)，得到初始字段904。这触发显示了元音按键菜单906，从中选取字母“A”(908)，形成新字段“MA”(910)，又触发了下一个按键菜单912。用户选择914，字母“I”，形成字段“MAI”(916)。

接下来在图9B，按键菜单918被触发显示，优先级最低的字母显示为无边框，这些字母也有可能不显示。图8D显示了918里8个优先级的字母可以如何以反映其相对优先级的尺寸排列出来。从918里选择字母“N”(920)，形成新的字段“MAIN”(922)。这触发显示了按键菜单924，它只包含了可以有效地跟在“MAIN”后边的字母“F、L、M、S、T”。下面选择字母“T”，形成字段“MAINT”(928)。

继续在图9C，“MAINT”触发显示按键菜单930，其包含更长的和终结的字段(“AIN、ENANCE、OP、OPS”)。选取“AIN”(932)得到“MAINTAIN”(934)并触发显示可能的结束按键菜单936(“S、R、ED、ING”)。选取“ING”(938)得到最后的单词“MAINTAINING”(940)。图10显示了如何布局按键菜单930的一个例子，注意那个“ENANCE”按键被大为浓缩了，用了一种替代的显示办法来节省空间。

在许多按键菜单里，通过去除优先级最低的字母/字段的选项，可以进一步减少按键数，从而释放更多的屏幕。譬如在图9A里，初始按键菜单900显示了11个带边框的按键，一起代表了所有单词首字母的80％。在图9B的按键菜单918里，也显示了带边框的高优先级(高频率)字母。

上下文关系能够帮助进一步缩小按键菜单组的大小，上下文关系可以包括语法规则、语义、用法历史、通用语言和语言模式。值得注意的是，上下文关系可以涉及由当下输入的根字段导引出可能的终点单词的单词频率。譬如，“MAIN”既是一个终点单词，也是一个起始根字段，在其后附加任何字母“F、L、M、S、T”(图9B-924)出大约35个次生单词。因此，这35个单词的任何一个确是用户所要的单词的可能性可以告知当前“F、L、M、S、T”按键菜单中按键的相对优先级和显示方法。上下文提供的频率分析将可能揭示出35个单词里的一个相对高相关度的小次级组，和不少相当不可能的低优先级单词。举例来说“MAINFRAME”是“MAIN”后面加“F”而导引出来的唯一能成立的单词，所以，根据上下文，在按键菜单XX里建议“F”可能是完全不相干的，或优先级很低的，可以允许不显示“F”或缩小其显示的尺寸。

然而，一个含有许多由高频率高优先级得到的最终单词的按键菜单元素，会提高该元素的相对显示优先级别。这也会把由该元素导引得到的单词或字段添加到当前的按键菜单里去。例如图9B，如果设定按键菜单924里的“T”所导引的结果很可能包括用户的意中单词，那么更长的字段就可能成为按键菜单924里的元素。举例来说，如果“MAINTAIN”最像那个意中单词，那么字段“TAIN”就可以加进按键菜单924，提供一条构建“MAINTAIN”的捷径，减少按键的次数。

每一组菜单按键的目的是向用户提供最少的，但是最可见的、最便于使用的部分单词补全字段的捷径，其中有的可能是单词结尾，或者甚至是完整的单词，就如在传统的单词补全菜单里看到的一样。

另一个例子是在句段“They are”后面键入“MAINTAIN”，行文使得结尾选项“S、ER”(图9C-936)在语法上不成立，意味着它们有可能被删除。因此，每个按键菜单元素的优先级涉及多种因素，这包括上下文关系和由各个元素导引出的所有可能的终点单词的集体优先级。在更大的按键菜单组的情况下，这种预判优先级分析变得更为重要，成为通过删除或缩小低优先级按键和扩展高优先级按键来释放紧缺而拥挤的屏幕版面的手段。

即使上下文完全缺失，例如在一个空白的编辑框里，常用首字母的频率可以用来决定起始按键菜单组的元素，包括相对优先级和显示尺寸。举例来说，“T、A”两个字母就占了全部首字母的大约三分之一，“T、A、S、H、I、W、O”七个字母的相对频率分别为17％、12％、8％、7％、7％、7％、6％，总起来占所以英语单词的全部首字母的几乎65％(大多数语言具有类似的频率模式)。字母“T、A”的很高的频率和更高的优先级反映在图8B里，两者被以大得多的尺寸显示。

在申请号为PCT/US14/31121的共同待审的专利中也公开了有限按键菜单组的可变的、动态变化的布局选项。

像在申请号为PCT/US14/31121的共同待审的专利中描述的，弧线运动的人体工程学的拇指键入优化是一种布局的选项(弧形布局)，适用与有限按键组菜单特别是因为不相关的按键无需在弧形里重新安置，它们只需被相关的按键暂时覆盖。

有限按键菜单组的弧形布局规则

这种有限按键菜单组的弧形布局受一套简单的规则支配。

有限按键菜单组能够被安排在优化的弧形拇指键入模式里，就如这里描述的那样(双的或单个qc弧形和底部弧形)。

允许按键菜单延伸出屏幕，用户能够向任一方向滚动菜单，把适当的按键带进视野。在这里描述的拇指键入弧形菜单布局里，滚动方向可以反映弧形的曲率。

按键能够扩展去充填额外的空间，举例来说，如果出现了按键不平衡导致不一致的尺寸和形状。

按键可以有不一致的尺寸和形状，无需一定是方形或矩形-它们可以是一个弧形的“切片”样区域的组合。

菜单键可以相互重叠，实现更大的空间经济性。

按键可以重叠其他优先级较低的键下面，可选地可以经由半透明的方式显示经由手势来选择优先级较低的键。

按键可以与编辑内容区域重叠，特别是在拇指键入弧通常在虚拟键盘的左上角和右侧与编辑内容交叉或重叠。

在不存在其他键的情况下，菜单设置键可以将其大小扩展到那些区域，潜在地产生一个可变大小的、不均匀的、更矩形的键。

菜单键可以具有可变的尺寸和形状，其中较大的尺寸通常对应于较高的优先级，较小的尺寸对应于较低的优先级。缺少空间约束，例如，使用非常小的按键菜单集，可以以类似于较高优先级键的较大的尺寸来显示优先级的的按键。

例如，在图5A、5B、5C、5D中以较大的尺寸显示优先级相对较低的按键“OP”和“OPS”，因为它们不是在一个小的四键菜单集中竞争有限的布局空间。

可以用各种图形样式和属性来高亮显示优先级较高的按键，包括相对较大的、粗体的标签字体和键盘边框，包括更明亮的对比色，这也可以应用到按键背景。键盘边框也可以有不同的样式。还可以采用多个高亮闪烁策略以给予优先级较高的按键更大的可见性，例如，重复的快速变化的背景、字体或边框颜色。

按字母顺序排列，通常，菜单设置键按照字母顺序从左到右依据每个关键字片段标签的初始字母排序，从左边按键的第一个字母开始。

然而，双qc弧各自可以具有独立的字母顺序或其他顺序，从顶部到底部或反之亦然。

键标签方向：菜单键字母可以有那些例如可能反映弧弯曲角度的方向。菜单键集中的每个键都可以具有独立的字母取向，并且特定键标签内的每个字母也可以潜在地具有独立的取向。

按键标签字体：按键菜单集合中的每个单独的按键可以具有其各自的字体和属性(例如大小、样式和颜色)，并且给定按键标签内的每个单独的字母可以类似地具有这样的独立属性。例如，在图5中，“Enance”键显示有较大的大写的“E”。

在大多数图中示出的有限菜单键集合来自图9A、9B、9C的“MAINTAINING”字完成菜单树示例(或只是“图9字示例”)

在基于图9A、9B、9C的字示例的大多数有限菜单键集图中，通常以大尺寸示出相关键集合，且相关键集合覆盖下方的QWERTY键布局。除非另有说明，除了控制键之外，通常假设这些QWERTY布局处于去激活状态，并且主要用于显示上下文。

图3A，3B，3C，3D，3E，3F示出了在图9A、9B、9C的字示例的上下文中使用的多个弧布局图案，在输入初始字母“M”之后，元音集合“A，E，I，O，U，Y”定义下一个字完成限制键菜单集合(“图3菜单键”)。“Y”通常以相对较小的键大小示出，反映其相对于菜单集中的其它键的优先级较低。

图3A示出了以典型的双qc弧布局布置的元音菜单键“A，E，I，O，U，Y”。

图3B示出了以双qc弧布局布置的元音菜单键“A，E，I，O，U，Y”，但在每个单独的弧内从每个弧的顶部开始按字母顺序，其中左侧弧从“A”键开始，右侧弧从“O”键开始。

图3C示出了位于双qc弧的连续截面切片状区域中的元音菜单键“A，E，I，O，U，Y”。

图3D示出了在典型的右手单qc弧布局中排列的图3的菜单键。

图3E示出了位于单个qc弧布局的区域中的连续截面切片中的图3的菜单键。

图3F示出了在底部弧形布局模式中排列的图3的菜单键。

图4A、4B、4C、4D示出了在图9A、9B、9C的字示例的上下文中使用的多个弧布局图案，显示“N”随着初始字母“MAI”被输入(创建“MAIN”)，产生下一个有限键菜单集“F、L、M、S、T”(“图4菜单键”)。

图4A示出了在典型的双qc弧布局中排列的图4的菜单键。

图4B示出了在典型的右手单qc弧布局中排列的图4的菜单键，其中每个键是连续的截面片状区域或弧.

图4B示出了在典型的底弧布局中排列的图4的菜单键。

图5A、5B、5C、5D示出了在图9A、9B、9C的字示例的上下文中使用的多个弧布局图案，显示“T”随着初始字母“MAIN”被输入(创建“MAINT”)，产生下一个有限键菜单集“AIN，ENANCE，OP，OPS”(“图5菜单键”)。“OP”和“OPS”键具有相对低的优先级，但是由于它们不在小的4键菜单集中竞争有限的布局空间，所以它们可以显示为更大的尺寸。

图5A示出了在典型的双qc弧布局中排列的图5的菜单键，其中每个词片段的初始字母定义从左到右的字母顺序；因此“AIN”显示在最左边，其后是“ENANCE”等。

图5B示出了在典型的单qc弧布局中排列的图5的菜单键，默认从左到右按字母顺序排列。

图5C示出了在典型的单qc弧布局中排列的图5的菜单键，其中旋转按键以更近似地反映弧的曲率。

图5D示出了在典型的双qc弧布局中排列的图5的菜单键，其中旋转按键以更近似地反映弧的曲率。

图6A、6B、6C、6D示出了在图9A、9B、9C的字示例的上下文中使用的多个弧布局图案，显示“AIN”随着初始字母“MAINT”被输入(创建“MAINTAIN”)，产生下一个有限键菜单集“ED，ER，ING，S”(“图6菜单键”)。

图6A示出了在典型的双qc弧布局中排列的图6的菜单键。

图6B示出了在单右手qc弧布局中排列的图6的菜单键，其中弧形切片类似于按键区域，利用具有反映弧形曲率的成角字母来显示“ING”键。

图6C示出了在双qc弧布局中排列的图6的菜单键，其中显示了反映弧曲率的可变字母角取向.

图6D示出了在典型的底弧布局中排列的图6的菜单键。

注释和定义

来自维基百科-常用词汇中最常见的字母：

官方杂志资源：Merriam-Webster官方拼字游戏玩家字典(OSPD)：http：//www.merriam-webster.com/press-release/scrabble-dictionary-fifth-edition.htm，和OSPD在线资源工具：http：//www.merriam-webster.com/scrabble。

Claims

1.一种优化人体工程学的向用户呈现按键的拇指键入方法，用于在触敏计算机屏幕上具有标准键盘布局的虚拟键盘上的文本输入，所述方法包括将一组一个或多个与上下文相关的菜单键放置在计算机屏幕上的人体工程学的优选位置处，一个或一双拇指指尖的自然弧形外伸或内敛的位置以及一个或一双拇指在指间关节处松弛地弯曲的位置决定计算机屏幕上最符合人体工程学的优选位置，其中所述上下文相关的菜单键覆盖所述标准键盘。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由算法动态生成与上下文相关的菜单键，在生成与上下文相关的菜单键之前，所述算法确定由用户输入的任何字或字母集合的下一可行的补全单词的单词字段。

3.一种优化人体工程学的向用户呈现按键的拇指键入方法，用于在触敏计算机屏幕上具有标准键盘布局的虚拟键盘上的文本输入，所述方法包括将一组一个或多个与上下文相关的菜单键放置在计算机屏幕上的人体工程学的优选位置处，一个或一双拇指指尖的自然弧形外伸或内敛的位置以及一个或一双拇指在指间关节处松弛地弯曲的位置决定计算机屏幕上最符合人体工程学的优选位置，其中所述上下文相关的菜单键覆盖所述标准键盘；其中，由算法动态生成与上下文相关的菜单键，在生成与上下文相关的菜单键之前，所述算法确定由用户输入的任何字或字母集合的下一可行的补全单词的单词字段。

4.一种由用户在具有触敏计算机屏幕上的标准键盘布局的虚拟键盘上输入文本的方法，用于优化的符合人体工程学的拇指键入，包括根据权利要求1-3任一项所述的按键的呈现，其中，所述用户选择一个菜单键用于文本输入。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在呈现所述与上下文相关的菜单键之前，所述用户不输入文本。

6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，有1到15个所述与上下文相关的菜单键。

7.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述与上下文相关的菜单键位于符合人体工程学的优选位置，所述优选位置被布置成选自双四分之一圆、右手四分之一圆、左手四分之一圆和底部圆弧中的一个形状。

8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述与上下文相关的菜单键包括单个字母或多个字母，并且按照从右到左的字母顺序在覆盖标准键盘的人体工程学优选位置处重新定位。

9.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述与上下文相关的菜单键包括单个字母键或多个字母键，并且根据动态生成的优先级在覆盖标准键盘的人体工程学优选位置处定位。

10.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述与上下文相关的菜单键包括单个字母键或多个字母键，并且菜单键具有一致或不同大小。

11.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，使用选自以下的方法在视觉上突出显示所述与上下文相关的菜单键：使用比周围字母键更大的字体；粗体字；与周围字母键相比的粗体边框；闪烁的背景，字体或键的边框；和相反的背景颜色，字体颜色或边框颜色。

12.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，与虚拟键盘上的其它键相比，与上下文相关的菜单键具有增强的触发灵敏度。

13.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，用户具有去除所述与上下文相关的菜单键并使用标准键盘的选择权。

14.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述标准键盘为QWERTY或Dvorak。

15.一种在虚拟键盘上呈现按键的方法，以优化的符合人体工程学的拇指键入作为按键方法，同时最小化标准QWERTY键盘的变化，所述方法包括：

a.选择包括字母A、S、O和L的一组alpha键；

b.选择包括字母Y、U、B、C、F、G、V和J的一组beta键；

c.其中一个或多个beta键与一个alpha键交换。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，A按键和S按键分别与F按键和G按键交换。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，A按键和S按键分别与D按键和F按键交换。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，G按键与A按键交换。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，Y按键与O按键交换。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，L按键与J按键或者K按键交换。