CN115826754A - 一种三维虚拟模型交互方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维虚拟模型交互方法和装置，涉及人机交互技术领域，包括捕捉式交互方法和感应式交互方法；捕捉式交互方法通过移动终端上设置的投影装置在移动终端前投影出虚拟区域，然后捕捉装置对用户在虚拟区域上的操作手势进行捕捉，移动终端内的交互系统通过对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互。通过捕捉式交互方法，使得用户在对三维虚拟模型进行交互时，不必仅仅局限于在触控感应屏上进行操控，还可在投影装置所投影的虚拟区域进行操作，使得用户在进行操作时不必受触控感应屏面积大小的限制，进而提升优化了用户进行人机交互操作时的操作感受。

Description

一种三维虚拟模型交互方法和装置

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，更具体地说，它涉及一种三维虚拟模型交互方法和装置。

背景技术

随着人工智能的发展，出现了大量应用AR(Augmented Rea l ity，增强现实技术)技术的AR游戏。AR是一种实时地计算影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，目标是在屏幕上将虚拟世界套在现实世界并进行互动，使人们获取更为深刻的视觉体验。

目前，市场上的交互方法只能够在相应的人机交互装置上的触控感应屏上进行人机交互操作，这就使得用户的操作被局限于人机交互装置上的触控感应屏上，从而不能够给用户带来更为真实和富有科技感的人机交互感受，同时目前人机交互的准确性不高，这也给用户带来了较差的人机交互感受。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种三维虚拟模型交互方法和装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种三维虚拟模型交互方法，包括捕捉式交互方法和感应式交互方法；

捕捉式交互方法通过移动终端上设置的投影装置在移动终端前投影出虚拟区域，然后捕捉装置对用户在虚拟区域上的操作手势进行捕捉，移动终端内的交互系统通过对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互，捕捉式交互方法以下步骤：

S1、移动终端上设置的投影装置在移动终端前方投影出虚拟区域；

S2、交互系统对三维虚拟模型构建虚拟球体，虚拟球体为三维虚拟模型的外接球；

S3、交互系统对投影出的虚拟区域构建平面虚拟交互坐标系；

S4、用户在虚拟区域内进行人机交互操作；

S5、捕捉装置对用户在虚拟区域内的操作手势进行捕捉；

S6、交互系统对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互。

作为本发明进一步的方案：虚拟区域是通过投影装置以移动终端上的触控感应屏为原型等比例投放的矩形区域。

作为本发明进一步的方案：平面虚拟交互坐标系是以该矩形区域左下角为原点，水平向右为X轴正方向，用W表示虚拟区域的宽度，竖直向上为Y轴正方向，用H表示虚拟区域的长度。

作为本发明进一步的方案：S1包括以下步骤：

S11、构建虚拟单位球；

S12、将虚拟区域内的坐标映射转换到空间三维坐标系内，空间三维坐标系是以矩形区域的中心为原点，水平向右为X轴正方向、竖直向上为Y轴正方向、垂直屏幕向外为Z轴正方向的左手坐标系；将虚拟区域的宽高规范化调整为0-1，则虚拟区域的分辨率分别为NW和NH，其中：

NW＝1.0/((W-1.0)*0.5)；

NH＝1.0/((H-1.0)*0.5)；

故在虚拟区域的任意一点的坐标(Poi ntX，Poi ntY)都可以映射转化到规范化的窗口之中，转化后的坐标为(X，Y)，其中：

X＝Poi ntX*NW-1.0；

Y＝Poi ntY*NH-1.0；

S13、结合虚拟单位球计算空间三维坐标中的Z值，由于虚拟单位球的半径值为1，故有X²+Y²+Z²＝1,则

若

则Z＝0；

若

则

故虚拟区域内的任意一点坐标(Poi ntX，Poi ntY)映射转化到空间三维坐标系中的虚拟单位球上，其坐标为(Poi ntX*NW-1.0，Poi ntY*NH-1.0，

作为本发明进一步的方案：人机交互操作包括旋转操作、平移操作和缩放操作，旋转操作为用户在虚拟区域内从起始点A点移动至终结点B点，平移操作为用在虚拟区域内从起始点A点停留时刻t后再移动至B点，缩放操作为用户在虚拟区域内从起始点A点和A`点移动至终结点B点和B`点。

作为本发明进一步的方案：交互系统包括中央控制器、数据测量模块、数据分析模块和动作操纵模块，数据测量模块与中央控制器通讯连接，数据测量模块与数据分析模块通讯连接，数据分析模块与中央控制器通讯连接，动作操纵模块与中央控制器通讯连接，动作操纵模块用于接收中央控制器的调控指令控制三维虚拟模型运动。

作为本发明进一步的方案：数据测量模块包括时间测量单元和距离测量单元，时间测量单元用于测量用户在虚拟区域内进行交互操作时在起始点的停留时刻t，距离测量单元用于测量用户在虚拟区域内进行操作的手指或手掌距离触控感应屏的垂直距离L。

作为本发明进一步的方案：数据分析模块包括时间分析单元和距离分析单元，时间分析单元用于分析对比时间测量单元所测的停留时刻t和预设的时刻阈值t`的大小，距离分析单元用于分析对比距离测量单元测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的大小；

时间分析单元对停留时刻t和预设的时刻阈值t`的分析对比过程如下：

若t≤t`，则时间分析单元判断人机交互操作为旋转操作或缩放操作；

若t＞t`，则时间分析单元判断人机交互操作为平移操作；

距离分析单元对距离测量单元测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的分析对比过程如下：

若0≤|L-L`|≤l，则距离分析单元判断|L-L`|为用户进行人机交互操作时的合理距离误差，并将分析结果传递给中央控制器；

若L-L`＞l，则距离分析单元将分析结果传递给中央控制器，中央控制器控制投影装置所投影的虚拟区域远离投影装置，直至使得0≤|L-L`|≤l；

若L`-L＞l，则距离分析单元将分析结果传递给中央控制器，中央控制器控制投影装置所投影的虚拟区域靠近投影装置，直至使得0≤|L-L`|≤l。

作为本发明进一步的方案：感应式交互方法是用户用手直接触摸移动终端上设置的触控感应屏，移动终端内交互系统通过对触控感应屏所感应的触点信息进行分析转换从而实现了对虚拟模型的人机交互。

一种三维虚拟模型交互装置，交互装置包括交互系统、投影装置、捕捉装置和触控感应屏，其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由中央控制器执行时，使得交互装置执行如上的交互方法。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、通过捕捉式交互方法，使得用户在对三维虚拟模型进行交互时，不必仅仅局限于在触控感应屏上进行操控，还可在投影装置所投影的虚拟区域进行操作，使得用户在进行操作时不必受触控感应屏面积大小的限制，进而提升优化了用户进行人机交互操作时的操作感受；

2、通过设置有时间分析单元，使得用户在进行操作时，时间分析单元对停留时刻t和预设的时刻阈值t`的分析对比过程如下：若t≤t`，则时间分析单元判断人机交互操作为旋转操作或缩放操作；若t＞t`，则时间分析单元判断人机交互操作为平移操作；进而使得系统可对用户的平移操作、旋转操作和缩放操作进行识别，从而极大的提高了用户对三维虚拟模型交互的准确性；

3、通过设置有距离分析单元，使得用户在进行操作时，距离分析单元对距离测量单元测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的分析对比过程如下：若0≤|L-L`|≤l，则距离分析单元判断|L-L`|为用户进行人机交互操作时的合理距离误差，并将分析结果传递给中央控制器；若L-L`＞l，则距离分析单元将分析结果传递给中央控制器，中央控制器控制投影装置所投影的虚拟区域远离投影装置，直至使得0≤|L-L`|≤l；若L`-L＞l，则距离分析单元将分析结果传递给中央控制器，中央控制器控制投影装置所投影的虚拟区域靠近投影装置，直至使得0≤|L-L`|≤l；进而使得用户在使用捕捉式交互方法时，投影装置可根据距离测量单元测得的垂直距离L对虚拟区域与投影装置的垂直距离进行调节，通过对虚拟区域根据用户的操作手势进行动态调节，从而避免了用户在虚拟区域内操纵时出现操作中断的现象，进而极大的提升了用户操作的流畅性以及降低了三维虚拟模型对用户操作手势的响应时间。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为三维虚拟模型交互方法流程图；

图2为步骤S1流程图；

图3为交互装置的构成图；

图4为交互系统的构成图；

1、交互装置；101、交互系统；101a、中央控制器；101b、数据测量模块；101b1、时间测量单元；101b2、距离测量单元；101c、数据分析模块；101c1、时间分析单元；101c2、距离分析单元；101d、动作操纵模块；102、投影装置；103、捕捉装置；104、触控感应屏。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1至图4对本发明一种三维虚拟模型交互方法和装置实施例做进一步说明。

一种三维虚拟模型交互方法，包括捕捉式交互方法和感应式交互方法；

捕捉式交互方法通过移动终端上设置的投影装置102在移动终端前投影出虚拟区域，然后捕捉装置103对用户在虚拟区域上的操作手势进行捕捉，移动终端内的交互系统101通过对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互，捕捉式交互方法以下步骤：

S1、移动终端上设置的投影装置102在移动终端前方投影出虚拟区域；

S2、交互系统101对三维虚拟模型构建虚拟球体，虚拟球体为三维虚拟模型的外接球；

S3、交互系统101对投影出的虚拟区域构建平面虚拟交互坐标系；

S4、用户在虚拟区域内进行人机交互操作；

S5、捕捉装置103对用户在虚拟区域内的操作手势进行捕捉；

S6、交互系统101对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互。

虚拟区域是通过投影装置102以移动终端上的触控感应屏104为原型等比例投放的矩形区域。

平面虚拟交互坐标系是以该矩形区域左下角为原点，水平向右为X轴正方向，用W表示虚拟区域的宽度，竖直向上为Y轴正方向，用H表示虚拟区域的长度。

S1包括以下步骤：

S11、构建虚拟单位球；

S12、将虚拟区域内的坐标映射转换到空间三维坐标系内，空间三维坐标系是以矩形区域的中心为原点，水平向右为X轴正方向、竖直向上为Y轴正方向、垂直屏幕向外为Z轴正方向的左手坐标系；将虚拟区域的宽高规范化调整为0-1，则虚拟区域的分辨率分别为NW和NH，其中：

NW＝1.0/((W-1.0)*0.5)；

NH＝1.0/((H-1.0)*0.5)；

故在虚拟区域的任意一点的坐标(Poi ntX，Poi ntY)都可以映射转化到规范化的窗口之中，转化后的坐标为(X，Y)，其中：

X＝Poi ntX*NW-1.0；

Y＝Poi ntY*NH-1.0；

S13、结合虚拟单位球计算空间三维坐标中的Z值，由于虚拟单位球的半径值为1，故有X²+Y²+Z²＝1,则

若

则Z＝0；

若

则

故虚拟区域内的任意一点坐标(Poi ntX，Poi ntY)映射转化到空间三维坐标系中的虚拟单位球上，其坐标为(Poi ntX*NW-1.0，Poi ntY*NH-1.0，

当用户选用捕捉式交互方法进行人机交互时，如若用户的操作手势为平移操作，则用户在虚拟区域内从起始点A点至少停留时刻t后再移动至B点，经捕捉装置103进行操作手势捕捉后，再由交互系统101进行分析后，使得三维虚拟模型也进行相应的等比例移动，进而实现了对三维虚拟模型的平移操作；

人机交互操作包括旋转操作、平移操作和缩放操作，旋转操作为用户在虚拟区域内从起始点A点移动至终结点B点，平移操作为用在虚拟区域内从起始点A点停留时刻t后再移动至B点，缩放操作为用户在虚拟区域内从起始点A点和A`点移动至终结点B点和B`点。

如若用户的操作手势为旋转操作，经捕捉装置(103)进行操作手势捕捉后，则用户在虚拟区域内从起始点A(Poi ntX1，Poi ntY1)移动至终结B(Poi ntX2,Poi ntY2)，经过坐标转换和虚拟单位球计算纵坐标Z值，则可得出起始点A在虚拟单位球上的坐标(X1,Y1,Z1)和终结点B在虚拟单位球上的坐标(X2,Y2,Z2)，结合虚拟单位球的球心O(0,0,0)坐标，可以获取两个向量OA和OB，用户从起始点A点移动至终结点B点即为向量OA移动至向量OB，设两个向量间的夹角为θ，此夹角也为三维虚拟模型的旋转角度，则θ可通过公式cosθ＝OA·OB，得出，从而使得三维虚拟模型进行相应的旋转，进而实现了对三维虚拟模型的旋转操作；

如若用户的操作手势为缩放操作，经捕捉装置103进行操作手势捕捉后，用户在虚拟区域内从起始点A点和A`点移动至终结点B点和B`点，设A点与A`点间的距离为S，B点与B`点件的距离为S`，则用户缩放的操作距离为S`-S，若S`-S＞0，即为对三维虚拟模型的放大操作；若S`-S＜0，即为对三维虚拟模型的缩小操作；则交互系统101根据用户缩放操作的操作快慢设定缩放因子β，则三维虚拟模型经用户缩放操作后的视觉大小为原视觉大小的β*|S`-S|倍，进而实现对三维虚拟模型的缩放操作；

交互系统101包括中央控制器101a、数据测量模块101b、数据分析模块101c和动作操纵模块101d，数据测量模块101b与中央控制器101a通讯连接，数据测量模块101b与数据分析模块101c通讯连接，数据分析模块101c与中央控制器101a通讯连接，动作操纵模块101d与中央控制器101a通讯连接，动作操纵模块101d用于接收中央控制器101a的调控指令控制三维虚拟模型运动。

数据测量模块101b包括时间测量单元101b1和距离测量单元101b2，时间测量单元101b1用于测量用户在虚拟区域内进行交互操作时在起始点的停留时刻t，距离测量单元101b2用于测量用户在虚拟区域内进行操作的手指或手掌距离触控感应屏104的垂直距离L。

数据分析模块101c包括时间分析单元101c1和距离分析单元101c2，时间分析单元101c1用于分析对比时间测量单元101b1所测的停留时刻t和预设的时刻阈值t`的大小，距离分析单元101c2用于分析对比距离测量单元101b2测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的大小；

时间分析单元101c1对停留时刻t和预设的时刻阈值t`的分析对比过程如下：

若t≤t`，则时间分析单元101c1判断人机交互操作为旋转操作或缩放操作；

若t＞t`，则时间分析单元101c1判断人机交互操作为平移操作；

通过设置有时间分析单元101c1，使得用户在进行操作时，时间分析单元101c1对停留时刻t和预设的时刻阈值t`的分析对比过程如下：若t≤t`，则时间分析单元101c1判断人机交互操作为旋转操作或缩放操作；若t＞t`，则时间分析单元101c1判断人机交互操作为平移操作；进而使得系统可对用户的平移操作、旋转操作和缩放操作进行识别，从而极大的提高了用户对三维虚拟模型交互的准确性；

距离分析单元101c2对距离测量单元101b2测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的分析对比过程如下：

若0≤|L-L`|≤l，则距离分析单元101c2判断|L-L`|为用户进行人机交互操作时的合理距离误差，并将分析结果传递给中央控制器101a；

若L-L`＞l，则距离分析单元101c2将分析结果传递给中央控制器101a，中央控制器101a控制投影装置102所投影的虚拟区域远离投影装置102，直至使得0≤|L-L`|≤l；

若L`-L＞l，则距离分析单元101c2将分析结果传递给中央控制器101a，中央控制器101a控制投影装置102所投影的虚拟区域靠近投影装置102，直至使得0≤|L-L`|≤l。

通过设置有距离分析单元101c2，使得用户在进行操作时，距离分析单元101c2对距离测量单元101b2测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的分析对比过程如下：若0≤|L-L`|≤l，则距离分析单元101c2判断|L-L`|为用户进行人机交互操作时的合理距离误差，并将分析结果传递给中央控制器101a；若L-L`＞l，则距离分析单元101c2将分析结果传递给中央控制器101a，中央控制器101a控制投影装置102所投影的虚拟区域远离投影装置102，直至使得0≤|L-L`|≤l；若L`-L＞l，则距离分析单元101c2将分析结果传递给中央控制器101a，中央控制器101a控制投影装置102所投影的虚拟区域靠近投影装置102，直至使得0≤|L-L`|≤l；进而使得用户在使用捕捉式交互方法时，投影装置102可根据距离测量单元101b2测得的垂直距离L对虚拟区域与投影装置102的垂直距离进行调节，通过对虚拟区域根据用户的操作手势进行动态调节，从而避免了用户在虚拟区域内操纵时出现操作中断的现象，进而极大的提升了用户操作的流畅性以及降低了三维虚拟模型对用户操作手势的响应时间。

感应式交互方法是用户用手直接触摸移动终端上设置的触控感应屏104，移动终端内交互系统101通过对触控感应屏104所感应的触点信息进行分析转换从而实现了对虚拟模型的人机交互。

一种三维虚拟模型交互装置，交互装置1包括交互系统101、投影装置102、捕捉装置103和触控感应屏104，其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由中央控制器101a执行时，使得交互装置1执行如上的交互方法。

工作原理：当用户选用捕捉式交互方法进行人机交互时，如若用户的操作手势为平移操作，则用户在虚拟区域内从起始点A点至少停留时刻t后再移动至B点，经捕捉装置103进行操作手势捕捉后，再由交互系统101进行分析后，使得三维虚拟模型也进行相应的等比例移动，进而实现了对三维虚拟模型的平移操作；

如若用户的操作手势为旋转操作，经捕捉装置(103)进行操作手势捕捉后，则用户在虚拟区域内从起始点A(PointX1，PointY1)移动至终结B(PointX2,PointY2)，经过坐标转换和虚拟单位球计算纵坐标Z值，则可得出起始点A在虚拟单位球上的坐标(X1,Y1,Z1)和终结点B在虚拟单位球上的坐标(X2,Y2,Z2)，结合虚拟单位球的球心O(0,0,0)坐标，可以获取两个向量OA和OB，用户从起始点A点移动至终结点B点即为向量OA移动至向量OB，设两个向量间的夹角为θ，此夹角也为三维虚拟模型的旋转角度，则θ可通过公式cosθ＝OA·OB，得出，从而使得三维虚拟模型进行相应的旋转，进而实现了对三维虚拟模型的旋转操作；

如若用户的操作手势为缩放操作，经捕捉装置103进行操作手势捕捉后，用户在虚拟区域内从起始点A点和A`点移动至终结点B点和B`点，设A点与A`点间的距离为S，B点与B`点件的距离为S`，则用户缩放的操作距离为S`-S，若S`-S＞0，即为对三维虚拟模型的放大操作；若S`-S＜0，即为对三维虚拟模型的缩小操作；则交互系统101根据用户缩放操作的操作快慢设定缩放因子β，则三维虚拟模型经用户缩放操作后的视觉大小为原视觉大小的β*|S`-S|倍，进而实现对三维虚拟模型的缩放操作；

通过设置有时间分析单元101c1，使得用户在进行操作时，时间分析单元101c1对停留时刻t和预设的时刻阈值t`的分析对比过程如下：若t≤t`，则时间分析单元101c1判断人机交互操作为旋转操作或缩放操作；若t＞t`，则时间分析单元101c1判断人机交互操作为平移操作；进而使得系统可对用户的平移操作、旋转操作和缩放操作进行识别，从而极大的提高了用户对三维虚拟模型交互的准确性；

通过设置有距离分析单元101c2，使得用户在进行操作时，距离分析单元101c2对距离测量单元101b2测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的分析对比过程如下：若0≤|L-L`|≤l，则距离分析单元101c2判断|L-L`|为用户进行人机交互操作时的合理距离误差，并将分析结果传递给中央控制器101a；若L-L`＞l，则距离分析单元101c2将分析结果传递给中央控制器101a，中央控制器101a控制投影装置102所投影的虚拟区域远离投影装置102，直至使得0≤|L-L`|≤l；若L`-L＞l，则距离分析单元101c2将分析结果传递给中央控制器101a，中央控制器101a控制投影装置102所投影的虚拟区域靠近投影装置102，直至使得0≤|L-L`|≤l；进而使得用户在使用捕捉式交互方法时，投影装置102可根据距离测量单元101b2测得的垂直距离L对虚拟区域与投影装置102的垂直距离进行调节，通过对虚拟区域根据用户的操作手势进行动态调节，从而避免了用户在虚拟区域内操纵时出现操作中断的现象，进而极大的提升了用户操作的流畅性以及降低了三维虚拟模型对用户操作手势的响应时间。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，包括捕捉式交互方法和感应式交互方法；

捕捉式交互方法通过移动终端上设置的投影装置(102)在移动终端前投影出虚拟区域，然后捕捉装置(103)对用户在虚拟区域上的操作手势进行捕捉，移动终端内的交互系统(101)通过对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互，捕捉式交互方法以下步骤：

S1、移动终端上设置的投影装置(102)在移动终端前方投影出虚拟区域；

S2、交互系统(101)对三维虚拟模型构建虚拟球体，虚拟球体为三维虚拟模型的外接球；

S3、交互系统(101)对投影出的虚拟区域构建平面虚拟交互坐标系；

S4、用户在虚拟区域内进行人机交互操作；

S5、捕捉装置(103)对用户在虚拟区域内的操作手势进行捕捉；

S6、交互系统(101)对操作手势进行分析转换从而实现了对三维虚拟模型的人机交互。

2.根据权利要求1所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，虚拟区域是通过投影装置(102)以移动终端上的触控感应屏(104)为原型等比例投放的矩形区域。

3.根据权利要求2所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，平面虚拟交互坐标系是以该矩形区域左下角为原点，水平向右为X轴正方向，用W表示虚拟区域的宽度，竖直向上为Y轴正方向，用H表示虚拟区域的长度。

4.根据权利要求3所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，S1包括以下步骤：

S11、构建虚拟单位球；

S12、将虚拟区域内的坐标映射转换到空间三维坐标系内，空间三维坐标系是以矩形区域的中心为原点，水平向右为X轴正方向、竖直向上为Y轴正方向、垂直屏幕向外为Z轴正方向的左手坐标系；将虚拟区域的宽高规范化调整为0-1，则虚拟区域的分辨率分别为NW和NH，其中：

NW＝1.0/((W-1.0)*0.5)；

NH＝1.0/((H-1.0)*0.5)；

故在虚拟区域的任意一点的坐标(PointX，PointY)都可以映射转化到规范化的窗口之中，转化后的坐标为(X，Y)，其中：

X＝PointX*NW-1.0；

Y＝PointY*NH-1.0；

S13、结合虚拟单位球计算空间三维坐标中的Z值，由于虚拟单位球的半径值为1，故有X²+Y²+Z²＝1,则

若

则Z＝0；

若

则

故虚拟区域内的任意一点坐标(PointX，PointY)映射转化到空间三维坐标系中的虚拟单位球上，其坐标为(PointX*NW-1.0，PointY*NH-1.0，

5.根据权利要求4所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，人机交互操作包括旋转操作、平移操作和缩放操作，旋转操作为用户在虚拟区域内从起始点A点移动至终结点B点，平移操作为用在虚拟区域内从起始点A点停留时刻t后再移动至B点，缩放操作为用户在虚拟区域内从起始点A点和A`点移动至终结点B点和B`点。

6.根据权利要求5所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，交互系统(101)包括中央控制器(101a)、数据测量模块(101b)、数据分析模块(101c)和动作操纵模块(101d)，数据测量模块(101b)与中央控制器(101a)通讯连接，数据测量模块(101b)与数据分析模块(101c)通讯连接，数据分析模块(101c)与中央控制器(101a)通讯连接，动作操纵模块(101d)与中央控制器(101a)通讯连接，动作操纵模块(101d)用于接收中央控制器(101a)的调控指令控制三维虚拟模型运动。

7.根据权利要求6所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，数据测量模块(101b)包括时间测量单元(101b1)和距离测量单元(101b2)，时间测量单元(101b1)用于测量用户在虚拟区域内进行交互操作时在起始点的停留时刻t，距离测量单元(101b2)用于测量用户在虚拟区域内进行操作的手指或手掌距离触控感应屏(104)的垂直距离L。

8.根据权利要求7所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，数据分析模块(101c)包括时间分析单元(101c1)和距离分析单元(101c2)，时间分析单元(101c1)用于分析对比时间测量单元(101b1)所测的停留时刻t和预设的时刻阈值t`的大小，距离分析单元(101c2)用于分析对比距离测量单元(101b2)测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的大小；

时间分析单元(101c1)对停留时刻t和预设的时刻阈值t`的分析对比过程如下：

若t≤t`，则时间分析单元(101c1)判断人机交互操作为旋转操作或缩放操作；

若t＞t`，则时间分析单元(101c1)判断人机交互操作为平移操作；

距离分析单元(101c2)对距离测量单元(101b2)测得的垂直距离L与预设的动态距离阈值L`的差值与误差阈值l的分析对比过程如下：

若0≤|L-L`|≤l，则距离分析单元(101c2)判断|L-L`|为用户进行人机交互操作时的合理距离误差，并将分析结果传递给中央控制器(101a)；

若L-L`＞l，则距离分析单元(101c2)将分析结果传递给中央控制器(101a)，中央控制器(101a)控制投影装置(102)所投影的虚拟区域远离投影装置(102)，直至使得0≤|L-L`|≤l；

若L`-L＞l，则距离分析单元(101c2)将分析结果传递给中央控制器(101a)，中央控制器(101a)控制投影装置(102)所投影的虚拟区域靠近投影装置(102)，直至使得0≤|L-L`|≤l。

9.根据权利要求8所述的一种三维虚拟模型交互方法，其特征在于，感应式交互方法是用户用手直接触摸移动终端上设置的触控感应屏(104)，移动终端内交互系统(101)通过对触控感应屏(104)所感应的触点信息进行分析转换从而实现了对虚拟模型的人机交互。

10.一种三维虚拟模型交互装置，其特征在于，交互装置(1)包括交互系统(101)、投影装置(102)、捕捉装置(103)和触控感应屏(104)，其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由中央控制器(101a)执行时，使得交互装置(1)执行如权利要求1-9的交互方法。

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