CN107678568B - 一种通过移动终端模拟激光笔的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种通过移动终端模拟激光笔的方法及装置，根据所述移动终端上重力传感器感应的实时数据，得出所述移动终端的旋转矩阵，根据陀螺仪传感器感应的实时数据，得出所述移动终端的角加速度，根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度，根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移，只需借助移动终端就可实现对激光点的控制，使用更加方便，根据终端的相对位移控制PC端激光点的位移，因此使用时无需对准PC屏幕，在使用陀螺仪传感器的数据之前先根据重力传感器感应的数据确定所述终端当前位置，克服了只采用陀螺仪传感器所带来的误差，性能更加稳定。

Description

一种通过移动终端模拟激光笔的方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理领域，特别涉及一种通过移动终端模拟激光笔的方法及装置。

背景技术

现有的物理激光笔使用时需要瞄准PC屏幕，使用不方便，使用范围较小，以陀螺仪为数据采集源的空中鼠标方案中，虽然可以较准确的实现对鼠标光标的控制，但是由于陀螺仪自身数据计算过程中的算法及制造工艺等问题，使用过程中，会出现逐渐积累的数据误差，从而导致控制鼠标点会出现误差，性能不够稳定，因此需要性能更加稳定的计算方法且使用时不需要对准PC屏幕就可实现模拟激光笔效果的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种使用方便、性能更加稳定的通过移动终端模拟激光笔的方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种通过移动终端模拟激光笔的方法，包括步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的旋转矩阵；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的角加速度；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种通过移动终端模拟激光笔的装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的旋转矩阵；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的角加速度；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

本发明的有益效果在于：根据所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，得出所述移动终端的旋转矩阵，根据移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，得出所述移动终端的角加速度，根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度，根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移，只需借助移动终端就可实现对激光点的控制，使用更加方便，根据终端的相对位移控制PC端激光点的位移，因此使用时无需对准PC屏幕，在使用陀螺仪传感器的数据之前先根据重力传感器感应的数据确定所述终端当前位置，克服了只采用陀螺仪传感器所带来的误差，性能更加稳定。

附图说明

图1为本发明实施例的通过移动终端模拟激光笔的方法的流程图；

图2为本发明实施例的通过移动终端模拟激光笔的装置的结构示意图；

标号说明：

1、通过移动终端模拟激光笔的装置； 2、存储器； 3、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:通过移动终端上重力传感器和陀螺仪传感器的实时数据，得到移动终端的角速度，根据所述角速度和所述移动终端位置前后变化的时间间隔，得出所述终端的相对位移。

请参照图1，一种通过移动终端模拟激光笔的方法，包括步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的旋转矩阵；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的角加速度；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

进一步，步骤S1具体包括：

接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，所述数据为移动终端分别在X’、Y’、Z’轴方向上的重力加速度gx、gy、gz，

将所述重力加速度数据进行标准化，如下：

根据u_z，得到θ＝arccos u_z，其中θ是所述移动终端从第一位置移动到第二位置关于Z’轴转过的角度；

由θ、u_z、u_y、u_x得到所述移动终端的旋转矩阵

将所述移动终端的旋转矩阵简写为

其中，将所述移动终端屏幕朝上平行于水平面放置，以所述移动终端的中心为坐标原点，沿所述移动终端宽度的方向向右为X’轴正方向，沿所述终端长度的方向向外为Y’轴正方向，垂直于所述终端屏幕向上为Z’轴正方向，建立三维直角坐标系X’Y’Z’。

进一步，步骤S2中所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据具体为，所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz。

进一步，步骤S3具体包括：

根据所述旋转矩阵和所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz计算得到所述移动终端在X’轴方向和Z’轴方向的角速度分别为v1＝A₀₀tx+A₀₁ty+A₀₂tz和v2＝A₂₀tx+A₂₁ty+A₂₂tz。

进一步，步骤S5具体包括：

将所述移动终端的相对位移乘以灵敏度系数后传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：根据所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，得出所述移动终端的旋转矩阵，根据移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，得出所述移动终端的角加速度，根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度，根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移，只需借助移动终端就可实现对激光点的控制，使用更加方便，根据终端的相对位移控制PC端激光点的位移，因此使用时无需对准PC屏幕，在使用陀螺仪传感器的数据之前先根据重力传感器感应的数据确定所述终端当前位置，克服了只采用陀螺仪传感器所带来的误差，性能更加稳定。

请参照图2，一种通过移动终端模拟激光笔的装置1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述程序时实现以下步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的旋转矩阵；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的角加速度；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

进一步，步骤S1具体包括：

接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，所述数据为移动终端分别在X’、Y’、Z’轴方向上的重力加速度gx、gy、gz，

将所述重力加速度数据进行标准化，如下：

根据u_z，得到θ＝arccos u_z，其中θ是所述移动终端从第一位置移动到第二位置关于Z’轴转过的角度；

由θ、u_z、u_y、u_x得到所述移动终端的旋转矩阵

将所述移动终端的旋转矩阵简写为

其中，将所述移动终端屏幕朝上平行于水平面放置，以所述移动终端的中心为坐标原点，沿所述移动终端宽度的方向向右为X’轴正方向，沿所述终端长度的方向向外为Y’轴正方向，垂直于所述终端屏幕向上为Z’轴正方向，建立三维直角坐标系X’Y’Z’。

进一步，步骤S2中所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据具体为，所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz。

进一步，步骤S3具体包括：

根据所述旋转矩阵和所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz计算得到所述移动终端在X’轴方向和Z’轴方向的角速度分别为v1＝A₀₀tx+A₀₁ty+A₀₂tz和v2＝A₂₀tx+A₂₁ty+A₂₂tz。

进一步，步骤S5具体包括：

将所述移动终端的相对位移乘以灵敏度系数后传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：根据所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，得出所述移动终端的旋转矩阵，根据移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，得出所述移动终端的角加速度，根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度，根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移，只需借助移动终端就可实现对激光点的控制，使用更加方便，根据终端的相对位移控制PC端激光点的位移，因此使用时无需对准PC屏幕，在使用陀螺仪传感器的数据之前先根据重力传感器感应的数据确定所述终端当前位置，克服了只采用陀螺仪传感器所带来的误差，性能更加稳定。

实施例一

一种通过移动终端模拟激光笔的方法，包括步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的旋转矩阵；

将所述移动终端屏幕朝上平行于水平面放置，以所述移动终端的中心为坐标原点，沿所述移动终端宽度的方向向右为X’轴正方向，沿所述终端长度的方向向外为Y’轴正方向，垂直于所述终端屏幕向上为Z’轴正方向，建立三维直角坐标系X’Y’Z’；

接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，所述数据为移动终端分别在X’、Y’、Z’轴方向上的重力加速度gx、gy、gz，

将所述重力加速度数据进行标准化，如下：

根据u_z，得到θ＝arccos u_z，其中θ是所述移动终端从第一位置移动到第二位置关于Z’轴转过的角度；

由θ、u_z、u_y、u_x得到所述移动终端的旋转矩阵

将所述移动终端的旋转矩阵简写为

由于陀螺仪传感器工作原理是基于旋转，如所述移动终端绕X’或Z’从第一位置旋转到第二位置，可控制激光点竖直或水平方向的移动，所述移动终端绕对角线旋转，可控制激光点斜向上或斜向下移动，本发明中旋转矩阵的作用是确定所述移动终端在三维空间中的姿态变化；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的角加速度；

步骤S2中所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据具体为，所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和

竖直方向的角速度；

所得到的所述移动终端在X’轴方向和Z’轴方向的角速度分别为v1＝A₀₀tx+A₀₁ty+A₀₂tz和v2＝A₂₀tx+A₂₁ty+A₂₂tz；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

将所述移动终端的相对位移乘以灵敏度系数后传输给PC端以控制PC端激光点的位置，所述灵敏度系数为正数，优选取值范围在25-30，所述移动终端移动同样距离时，所乘的灵敏度系数的越大，PC屏幕上激光点移动距离也越大，通过手机陀螺仪传感器提供的实时三维数据，通过三维数据和手机的旋转矩阵计算出在X,Y轴的分量的和(将三维数据投影到二维屏幕)，得出相对位移，使用者在移动终端屏幕向上时使用，左右移动手机，其实是以手肘为原点旋转，即绕着Z’轴旋转，PC屏幕上的激光点应该是左右移动，所以Z’轴的旋转加速度应该映射PC屏幕平面的X轴，同理，手机上下移动，其实是以手肘为原点旋转，即绕着X’轴旋转，PC屏幕上的激光点应该是上下移动，所以X’轴的旋转加速度应该映射到PC屏幕的Y轴，将相对位移传给PC，控制PC端屏幕绘制的激光点的位置，移动终端与PC端通过预先建立的Socket连接通道发送所述相对位移信息。

实施例二

一种通过移动终端模拟激光笔的装置1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述程序时实现以下步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的旋转矩阵；

将所述移动终端屏幕朝上平行于水平面放置，以所述移动终端的中心为坐标原点，沿所述移动终端宽度的方向向右为X’轴正方向，沿所述终端长度的方向向外为Y’轴正方向，垂直于所述终端屏幕向上为Z’轴正方向，建立三维直角坐标系X’Y’Z’；

接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，所述数据为移动终端分别在X’、Y’、Z’轴方向上的重力加速度gx、gy、gz，

将所述重力加速度数据进行标准化，如下：

根据u_z，得到θ＝arccousu_z，其中θ是所述移动终端从第一位置移动到第二位置关于Z’轴转过的角度；

由θ、u_z、u_y、u_x得到所述移动终端的旋转矩阵

将所述移动终端的旋转矩阵简写为

由于陀螺仪传感器工作原理是基于旋转，如所述移动终端绕X’或Z’从第一位置旋转到第二位置，可控制激光点竖直或水平方向的移动，所述移动终端绕对角线旋转，可控制激光点斜向上或斜向下移动，本发明中旋转矩阵的作用是确定所述移动终端在三维空间中的姿态变化；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据，根据所述数据，得出所述移动终端的角加速度；

步骤S2中所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的实时数据具体为，所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度；

所得到的所述移动终端在X’轴方向和Z’轴方向的角速度分别为v1＝A₀₀tx+A₀₁ty+A₀₂tz和v2＝A₂₀tx+A₂₁ty+A₂₂tz；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给PC端以控制PC端激光点的位置。

将所述移动终端的相对位移乘以灵敏度系数后传输给PC端以控制PC端激光点的位置，所述灵敏度系数为正数，优选取值范围在25-30，所述移动终端移动同样距离时，所乘的灵敏度系数的越大，PC屏幕上激光点移动距离也越大，通过手机陀螺仪传感器提供的实时三维数据，通过三维数据和手机的旋转矩阵计算出在X,Y轴的分量的和(将三维数据投影到二维屏幕)，得出相对位移，使用者在移动终端屏幕向上时使用，左右移动手机，其实是以手肘为原点旋转，即绕着Z’轴旋转，PC屏幕上的激光点应该是左右移动，所以Z’轴的旋转加速度应该映射PC屏幕平面的X轴，同理，手机上下移动，其实是以手肘为原点旋转，即绕着X’轴旋转，PC屏幕上的激光点应该是上下移动，所以X’轴的旋转加速度应该映射到PC屏幕的Y轴，将相对位移传给PC，控制PC端屏幕绘制的激光点的位置，移动终端与PC端通过预先建立的Socket连接通道发送所述相对位移信息。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种通过移动终端模拟激光笔的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第一实时数据，根据所述第一实时数据，得出所述移动终端的旋转矩阵，以确定所述移动终端在三维空间中的姿态变化；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第二实时数据，根据所述第二实时数据，得出所述移动终端的角加速度；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度，将三维数据投影到二维屏幕；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给计算机端以控制计算机端激光点的位置；

步骤S1具体包括：

接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第一实时数据，所述第一实时数据为移动终端分别在X’、Y’、Z’轴方向上的重力加速度gx、gy、gz，

将所述gx、gy、gz进行标准化，如下：

根据u_z，得到θ＝arccos u_z，其中θ是所述移动终端从第一位置移动到第二位置关于Z’轴转过的角度；

由θ、u_z、u_y、u_x得到所述移动终端的旋转矩阵

将所述移动终端的旋转矩阵简写为

其中，将所述移动终端屏幕朝上平行于水平面放置，以所述移动终端的中心为坐标原点，沿所述移动终端宽度的方向向右为X’轴正方向，沿所述移动终端长度的方向向外为Y’轴正方向，垂直于所述移动终端屏幕向上为Z’轴正方向，建立三维直角坐标系X’Y’Z’；

将Z’轴的旋转加速度映射至计算机屏幕平面的X轴，将X’轴的旋转加速度映射到计算机屏幕的Y轴。

2.根据权利要求1所述的通过移动终端模拟激光笔的方法，其特征在于，

所述步骤S2中所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第二实时数据具体为，所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz。

3.根据权利要求2所述的通过移动终端模拟激光笔的方法，其特征在于，

所述步骤S3具体包括：

根据所述旋转矩阵和所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz计算得到所述移动终端在X’轴方向和Z’轴方向的角速度分别为v1＝A₀₀tx+A₀₁ty+A₀₂tz和v2＝A₂₀tx+A₂₁ty+A₂₂tz。

4.根据权利要求1所述通过移动终端模拟激光笔的方法，其特征在于，

步骤S5具体包括：

将所述移动终端的相对位移乘以灵敏度系数后传输给计算机端以控制计算机端激光点的位置。

5.一种通过移动终端模拟激光笔的装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1、接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第一实时数据，根据所述第一实时数据，得出所述移动终端的旋转矩阵，以确定所述移动终端在三维空间中的姿态变化；

S2、接收所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第二实时数据，根据所述第二实时数据，得出所述移动终端的角加速度；

S3、根据所述旋转矩阵和所述角加速度，得出所述移动终端在水平方向和竖直方向的角速度，将三维数据投影到二维屏幕；

S4、根据所述角速度和移动终端从第一位置移动到第二位置的时间间隔，得出所述移动终端的相对位移；

S5、将所述相对位移传输给计算机端以控制计算机端激光点的位置；

步骤S1具体包括：

接收所述移动终端上重力传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第一实时数据，所述第一实时数据为移动终端分别在X’、Y’、Z’轴方向上的重力加速度gx、gy、gz，

将所述gx、gy、gz进行标准化，如下：

根据u_z，得到θ＝arccos u_z，其中θ是所述移动终端从第一位置移动到第二位置关于Z’轴转过的角度；

由θ、u_z、u_y、u_x得到所述移动终端的旋转矩阵

将所述移动终端的旋转矩阵简写为

其中，将所述移动终端屏幕朝上平行于水平面放置，以所述移动终端的中心为坐标原点，沿所述移动终端宽度的方向向右为X’轴正方向，沿所述移动终端长度的方向向外为Y’轴正方向，垂直于所述移动终端屏幕向上为Z’轴正方向，建立三维直角坐标系X’Y’Z’；

将Z’轴的旋转加速度映射至计算机屏幕平面的X轴，将X’轴的旋转加速度映射到计算机屏幕的Y轴。

6.根据权利要求5所述的通过移动终端模拟激光笔的装置，其特征在于，

所述步骤S2中所述移动终端上陀螺仪传感器感应的所述移动终端从第一位置移动到第二位置的第二实时数据具体为，所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz。

7.根据权利要求6所述的通过移动终端模拟激光笔的装置，其特征在于，

所述步骤S3具体包括：

根据所述旋转矩阵和所述移动终端在X’、Y’、Z’轴方向上的角加速度tx、ty、tz计算得到所述移动终端在X’轴方向和Z’轴方向的角速度分别为v1＝A₀₀tx+A₀₁ty+A₀₂tz和v2＝A₂₀tx+A₂₁ty+A₂₂tz。

8.根据权利要求5所述通过移动终端模拟激光笔的装置，其特征在于，

步骤S5具体包括：

将所述移动终端的相对位移乘以灵敏度系数后传输给计算机端以控制计算机端激光点的位置。

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