CN1932725A - 用于向信息处理系统提供位置信息的方法和输入设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种输入设备，其一个实施例向信息处理系统(IHS)提供位置信息。该位置信息包括在实际空间中该输入设备的定位信息和空间取向信息。该输入设备包括定位传感器，其以x、y和z坐标确定该输入设备的绝对定位。该输入设备还包括空间取向传感器，其基于侧转、倾斜度和滚动来确定该输入设备的空间取向。该输入设备进一步包括处理器，其处理在实际空间中该输入设备的定位信息和空间取向信息以确定在虚拟空间中从该输入设备的视角来看的图像视图。在实际空间中用户对该输入设备的移动导致在虚拟空间中从该输入设备的视角来看的图像视图的相应移动。输入设备自己显示该图像视图，或者可选地由该输入设备所连接的IHS显示该图像视图。

Description

用于向信息处理系统提供位置信息的方法和输入设备

技术领域

本公开总体上涉及输入设备，并且更特别地，涉及用于信息处理系统(IHS)的输入设备。

背景技术

信息处理系统(IHS)对信息进行加工、转移、操作、传送、编译、存储或者还对其进行处理。IHS包括但不限于大型机、小型计算机、微型计算机、超微型计算机、台式计算机、便携式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、个人数字助理、服务器、网络系统、电话设备、通信设备，以及微控制器系统。

通常，输入设备连接到IHS，以向其提供输入信息。许多不同类型的输入设备可以向IHS提供位置信息。例如，在平坦表面横向移动的常规计算机鼠标能够在两个维度上(即x轴和y轴)提供位置信息。输入板输入设备当用户将触笔在输入板的x和y平面中移动时，还向IHS提供x和y坐标信息。操纵杆输入设备也向HIS提供位置信息。例如，通常的模拟控制杆输入设备在用户将控制杆从前向后移动以及从后向前移动时，提供倾斜度(pitch)信息。模拟控制杆输入设备当将其从一边移到另一边(即，从左到右以及从右到左)时，提供侧转(yaw)信息。已知游戏控制器输入设备包括四个按钮，将其安排为使得用户能够将显示器上的光标从左到右、从右到左，或者向前以及向后进行移动，这有些类似于控制杆。

上述所讨论的鼠标、输入板、控制杆是采用激励控制模式的输入设备的示例，因为这些设备将激励器(例如，控制杆、触笔/输入板)的位置变换为虚拟空间的对应效果。还可以使用采用直接(运动学上的)控制模式的输入设备。在直接控制模式输入设备中，虚拟空间的位置是实际空间中输入设备自身的位置坐标的直接函数。虚拟手套是直接控制模式输入设备的一个示例。当用户戴上虚拟手套输入设备，实际空间中用户对虚拟手套的移动会产生在虚拟空间中轨迹的移动。不幸的是，用户可能很难将虚拟手套移动到某些位置，例如，诸如椅子等物体的下方，或者其它难于到达的位置。用户在将虚拟手套移动到某些位置时可能会体验到其他困难，因为该虚拟手套可能被栓系到计算机上，其限制了虚拟手套的运动。

需要的是一种解决上述问题的方法和装置。

发明内容

由此，在一个实施例中，公开一种方法用于对输入设备进行操作以提供位置信息，该位置信息包括输入设备的定位信息和空间取向信息。该方法包括通过输入设备的定位传感器确定在实际空间中输入设备的绝对定位，由此提供定位信息。该方法还包括通过输入设备的空间取向传感器确定在实际空间中该输入设备的空间取向，由此提供空间取向信息。该方法进一步包括通过处理器处理在实际空间中输入设备的定位信息和空间取向信息，以确定在虚拟空间中从输入设备的视角来看的图像视图。在一个实施例中，输入设备提供定义了输入设备在x、y、z坐标系统中的定位的定位信息。在另一实施例中，输入设备提供以侧转、倾斜度、和滚动的形式定义了输入设备的空间取向的空间取向信息。

在另一实施例中，公开一种输入设备，其提供包括输入设备的定位信息和空间取向信息的位置信息。输入设备包括定位传感器，其确定在实际空间中输入设备的绝对定位，以提供定位信息。输入设备还包括空间取向传感器，其确定在实际空间中输入设备的空间取向，以提供空间取向信息。输入设备进一步包括连接到定位传感器和空间取向传感器的处理器，其处理在实际空间中输入设备的定位信息和空间取向信息，以确定在虚拟空间中从输入设备的视角来看的图像视图。

附图说明

附图仅示出了本发明的示例性实施例并且由此并不限制本发明的范围，因为该发明点适合于其它等效的实施例。

图1示出了所公开输入设备的一个实施例的框图。

图2相对于轴x、y、z示出了代表性输入设备。

图3示出了所公开输入设备的一个可选实施例，其中将该输入设备自身配置为信息处理系统。

图4示出了图3输入设备的一个可选实施例。

图5示出了图4输入设备的一种代表性机械性布局。

图6示出了一个流程图，其描述了加载到信息处理系统类型的输入设备的存储器中的应用软件的处理流程。

具体实施方式

图1示出了连接到显示设备105的输入设备100，该显示设备例如个人数字助理(PDA)、视频终端或者其它视频显示器。显示设备105包括显示屏或显示板110，其显示与由输入设备100提供给它的实时位置信息相关的图像。该位置信息包括定位信息，即通过输入设备100的x、y和z坐标定义的、输入设备100的当前绝对位置。该位置信息还包括空间取向信息，即在一个实施方式中输入设备100当前的侧转、倾斜度、和滚动。当用户在实际空间中移动输入设备100时，由输入设备100向显示设备105提供的位置信息发生改变，以便使得显示设备105能够显示虚拟空间中的图像，就像用户正在观看根据输入设备100的定位和空间取向的景象，其中该输入设备100的定位和空间取向是由位置信息确定的。在一个实施例中，由输入设备100提供的位置信息随着用户移动输入设备100，实时地发生改变。

在一个实施例中，显示设备105连接到服务器系统115，以便服务器系统115能够增大显示设备105的本地图像处理能力，来显示由位置信息指明的视图，显示设备105从输入设备100接收该位置信息。更特别地，连接器145将输入设备100的处理器140连接到显示设备105。输入设备100的连接器部分145A和显示设备105的连接器部分145B配成对，以实现该连接。服务器系统115接收显示设备105从输入设备100接收的位置信息。服务器系统115将实时位置信息呈现为或者操作为代表由位于输入设备100处的假想观测者所见到的实时视图的图像信息。服务器系统115将图像信息提供给显示设备105，以用于由用户观看。可以有其它的实施例，其中显示设备105包括处理器，该处理器具有足够的计算能力以便本地执行图像处理或者图像呈现，而不是将该功能转移到服务器系统115。还可以有另一实施例，其中输入设备100包括足够的计算处理能力以便执行上述图像处理，正如将在下面参考图2更具体地论述的那样。

输入设备100包括印刷电路板120，其将定位传感器125、朝向(heading)传感器130以及倾斜传感器设备135连接到处理器140。在该特定的实施例中，输入设备100采用由Microchip Technology Inc.生产的型号PIC16F628微控制器作为处理器140，虽然输入设备100也可以采用其它微控制器和处理器。如所示，处理器140安装在印刷电路板120上。定位传感器125(例如，全球定位系统(GPS)接收机)确定输入设备100的x、y和z的定位坐标，并且向处理器140提供该定位信息。GPS接收机125由此保持处理器140实时知晓输入设备100的当前绝对位置。在一个实施例中，GPS接收机确定x和y坐标，并且忽略z坐标。在这种实施例中，输入设备100能够忽略z值，并且假设输入设备100位于xy平面之上的一个固定的高度z。换句话说，在该简化的实施例中，GPS接收机125提供输入设备100相对于图2所定义的xy平面的绝对定位信息。由PharosScience and Applications Inc.制造的型号i360GPS接收机在被应用为定位传感器125时能产生可接受的结果。

朝向传感器130实时确定输入设备100的当前绝对朝向或方向。换句话说，朝向传感器130实时确定输入设备100当前指向的方向。在一个实施例中，朝向传感器130向处理器140提供绝对朝向信息。由Honeywell制造的型号HMC6352数字罗盘在被应用为数字罗盘130时能产生可接受的结果。

倾斜传感器135实时确定输入设备100的倾斜度和滚动。换句话说，倾斜传感器135确定用户何时来回倾斜输入设备。倾斜传感器135还确定用户何时顺时针向右或者逆时针向左滚动输入设备。倾斜传感器135向处理器140实时提供倾斜度信息和滚动信息。倾斜度信息和滚动信息是空间取向信息的类型。由Analog Device Inc.制造的型号ADXL202E加速度计在被应用为倾斜传感器135时能产生可接受的结果。该特定的加速度计是双轴加速度计。输入设备100应用双轴倾斜传感器135的一个轴来测量正倾斜度和负倾斜度。正倾斜度和负倾斜度定义了当用户向上和向下倾斜输入设备100时由输入设备100所显示的一种类型的倾斜。输入设备100采用双轴倾斜传感器135的剩余的轴来测量滚动。当用户顺时针或者逆时针倾斜输入设备100时，输入设备100显示另一种类型的倾斜，也就是滚动。在一个实施例中，输入设备100忽略倾斜传感器135提供的滚动信息。

图2相对于轴x、y和z示出了一个代表性输入设备200。输入设备200包括多个与输入设备100一样的单元，但是，输入设备200将许多这样的单元集成在一个公用的外壳中。图2包括指示倾斜度、侧转和滚动的适当的箭头。倾斜度定义了关于x轴的翻转运动。侧转定义了关于z轴的翻转运动；且滚动定义了关于y轴的翻转运动。当用户在x-y平面中移动输入设备200时，GPS接收机125确定在x-y平面中输入设备200的坐标。在一个实施例中，GPS接收机125还提供关于输入设备200的z轴信息。这样，GPS接收机125向处理器140提供了输入设备200的绝对位置。当用户将输入设备200在xy平面中向右翻转时，朝向传感器130将其检测为正侧转。当用户将输入设备在xy平面中向左翻转时，朝向传感器130将其检测为负侧转。然而，当用户在yz平面中向上翻转或者倾斜输入设备200时，倾斜传感器135将其检测为正倾斜度。相反地，如果用户在yz平面中向下翻转或者倾斜输入设备时，则倾斜传感器135将这一动作检测为负倾斜度。当用户关于y轴向顺时针方向翻转输入设备200时，倾斜传感器135将其检测为正滚动。然而，当用户关于y轴向逆时针方向翻转输入设备200时，倾斜传感器135将其检测为负滚动。处理器140作为串行数据流接收所有这些位置信息，即x、y、z定位信息和侧转、倾斜度和滚动空间取向信息。显示设备105显示虚拟空间中的图像，其对应于在实际空间中输入设备200的定位和空间取向。

如图3中所见，所公开的输入设备自身能够被配置为信息处理系统(IHS)类型的输入设备300。在该实施例中，输入设备300被配置为信息处理系统，其能够向另一信息处理系统355提供输入，即位置信息。输入设备300包括处理器305。总线310将处理器305连接到系统存储器315和视频图形控制器320。显示器325连接到视频图形控制器320。非易失性存储器330(例如，硬盘驱动器、CD驱动器、DVD驱动器或者其它非易失性存储器)连接到总线310，以向IHS输入设备300提供信息的永久存储。操作系统336加载到存储器315以管理IHS输入设备300的操作。诸如通用串行总线(USB)的I/O总线335例如连接到总线310，以将诸如传感器341、342和343的I/O设备连接到处理器305。更特别地，诸如GPS接收机的定位传感器341连接到I/O总线335，以向处理器305提供定位信息。该定位信息包括在实际空间中IHS输入设备300的x、y和z定位信息。换句话说，在一个实施例中，定位传感器341向处理器305传送IHS输入设备300的绝对位置。诸如数字罗盘的朝向传感器342连接到I/O总线335，以向处理器305提供IHS输入设备300的绝对朝向或者侧转。诸如加速度计设备的倾斜传感器343连接到I/O总线335，以向处理器305提供倾斜度和滚动信息。由此，倾斜传感器343有助于定义IHS输入设备300的空间取向。朝向传感器342和倾斜传感器343一起形成空间取向传感器。在其它实施例中，根据特定应用，其它I/O设备，例如键盘和鼠标定位设备可以连接到I/O总线335。诸如IEEE 1394总线、ATA、SATA、PCI、PCIE和其它总线的一条或多条扩展总线345连接到总线310，以便有助于将外围设备连接到IHS输入设备300。网络适配器350连接到总线310，使得IHS输入设备300能够通过有线或者无线的方式连接到服务器115，这样可以让处理器305能够将所需呈现的图形转移到服务器115。输入设备300可以将其转移到服务器115的图形呈现包括在虚拟空间呈现从输入设备300的定位和空间取向所见的视图，其中该输入设备300的定位和空间取向是由输入设备300在实际空间中感测的。输入设备300在显示器325上显示所呈现的图像。然而，如果IHS输入设备300显示出足够的呈现图像的板上处理能力，则输入设备300无需将图像呈现的任务转移到服务器115。

在一个实施例中，输入设备300通过有线或者无线的方式连接到外部IHS 355。在这种配置中，设备300充当用于IHS 355的定位和空间取向感测设备。IHS 355包括显示器(未示出)，其显示从输入设备300所接收的所呈现的图像。

IHS输入设备300从非易失性存储器330向存储器315加载应用软件360以用于执行。加载到IHS输入设备300的存储器315的特定应用软件360确定输入设备300的取向特征。在一个实施例中，应用软件360控制对于定位和空间取向信息的处理，该定位和空间取向信息是输入设备300从定位传感器341、朝向传感器342和倾斜传感器343所接收的，正如下面将参考图6的流程图更详细地论述的那样。在高层，应用软件360对IHS输入设备300进行编程以便呈现虚拟空间的图像，该图像表示对应于在实际空间中输入设备300的定位和空间取向的视图。

图4示出了IHS输入设备的另一实施例，即IHS输入设备400。图4的输入设备400包括多个与图3的输入设备300一样的单元。在比较图4与图3时，类似的标号表示类似的单元。除了传感器341、342和343，输入设备400包括数字方向盘(pad)405。在一个实施例中，数字方向盘405包括4个方向按钮405A、405B、405C和405D，如在图5中描绘的输入设备400的机械表示中所见。按钮405A、405B、405C和405D的每一个分别对应于不同的正交方向。通过按压这些按钮，用户能够以类似于计算机游戏控制器的方式，向上和向下地和/或向右和向左地移动显示器325中的光标或者对象。IHS输入设备400还包括模拟控制杆410，用户可以操作该控制杆来移动显示器325中的光标或者对象。尽管IHS输入设备400很适合作为游戏控制器输入设备，然而在任何其中用户需要实际空间中输入设备400的定位和空间取向来影响由在虚拟空间中移动的对应对象所见的图像的应用中，都可以采用输入设备400。输入设备400包括安装在外壳510上的开启-关闭开关505。如所示，显示器325、数字手柄405和模拟控制杆410也安装在外壳上。IHS输入设备400包括天线515，以有助于与其它设备和IHS进行通信。

在一个实施例中，输入设备400可以被配置为个人数字助理(PDA)，其提供来自特定位置的虚拟视图以允许用户在夜晚、在雾中、通过水或者从比用户当前定位更高的高度进行有效地察看。在另一应用中，输入设备400可以提供取向、倾斜和/或定位信息作为对游戏设备的输入。

图6示出了一个流程图，其描述了被加载到存储器315的应用软件360的处理流程，用于控制输入设备400的定位信息感测、空间取向信息感测，以及对与来自当前定位并且利用当前空间取向的视图相对应的图像进行的呈现。当用户在实际空间中改变输入设备400的定位和空间取向时，显示器325中显示的图像在虚拟空间中依照在实际空间中的移动进行同步改变。所显示虚拟空间中的输入设备400的定位是在实际空间中输入设备400自身位置坐标x、y和z的直接函数。而且，虚拟空间中的空间取向或者提供到显示器的视图是在实际空间中输入设备400自身的空间取向的直接函数。更特别地，如在图6的流程图中所见，输入设备400以x、y和z坐标的形式感测其自身当前的绝对定位，如框600。GPS定位传感器341实时执行该定位感测。朝向传感器342实时感测输入设备400的当前朝向或者侧转，如框605。倾斜传感器343实时感测输入设备400的当前倾斜度，如框610。而且，在一个实施例中，倾斜传感器343实时感测输入设备400的滚动，如框615。输入设备400，或者可选地服务器115，通过将当前绝对定位信息与当前空间取向信息(例如，倾斜度和侧转)进行组合确定视图矢量，如框620。输入设备400或者服务器115由视图矢量和当前定位信息生成三维(3D)虚拟空间的二维(2D)图像。输入设备400或者服务器115可以包括呈现引擎(未示出)，其接收视图矢量、接收当前定位信息，并且由它们生成2D图像，如框625。输入设备400显示所得2D虚拟空间图像，如框630。所显示的虚拟空间图像是在虚拟空间中从输入设备的视角来看的。处理流程然后继续，返回到再次在框600中感测当前绝对定位，并且输入设备400重复上述处理。这样，输入设备400持续地更新其显示给用户的虚拟空间图像。

本领域的技术人员将理解，诸如在图6的流程图中所见的，所公开的方法可以以硬件或者软件来实现。而且，所公开方法可以实现在计算机程序产品中，例如介质盘、介质驱动器或者其它存储介质，或者可以将该方法划分到多个计算机程序产品中。

在一个实施例中，将所公开的方法实现为应用360，即在代码模块中的指令(程序代码)集合，代码模块可以例如驻留在图4的系统400的系统存储器315中。直到由系统400要求，指令或者程序代码集合可以被存储到另一存储器，例如，诸如硬盘驱动器的非易失性存储器330中，或者存储在诸如光盘或者软盘的可拆装存储器中，或者可以经由互联网或其它计算机网络进行下载。由此，所公开的方法可以在计算机程序产品中实现，以用于计算机或者诸如系统400的信息处理系统。注意到，这种执行图6的流程图所描述功能的软件实施例、代码当正在执行这种代码时，可以被存储在RAM或者系统存储器315中。此外，虽然各种所描述的方法可以方便地在由软件选择性激活或者重新配置的通用计算机中实现，但是本领域的技术人员还将认识到，这些方法可以在硬件、固件中实现，或者可以在更专用的、被构建为执行所需方法步骤的装置中实现。

上文公开了方法和装置，其中在一个实施例中，该方法和装置将虚拟位置、虚拟取向以及虚拟速度确定为输入设备自身的实际位置坐标、实际取向和实际速度的直接函数。输入设备的一个实施例能够使得用户能够在实际时间和空间移动输入设备，从而影响所期望的虚拟移动而与输入设备上用户手的位置无关。这允许用户移动输入设备的方式能够提供一种可选的并且独立的视角，而这种视角通过某些输入设备(例如，手套类型的输入设备)通常是无法获得的。在一个实施例中，所公开的输入设备比控制杆或者其它类型的激励式控制器更加直观。例如，用户可以在实际空间中将输入设备移动到一个位置，而该位置对应于在输入设备显示器上显示的虚拟空间中椅子下方的空间。这创建了椅子腿的“小虫眼中的视图”——一个对于虚拟手套十分困难的并且对于控制杆激励器颇具感知性挑战的位置。在一个实施例中，输入设备自身将其自身在3D实际空间的移动映射到在输入设备自身的板上显示器中显示的3D虚拟空间。

参照本发明的描述，本发明的修改和可选实施例对于本领域的技术人员将变得明显。相应地，该描述教导本领域的技术人员实现本发明的方式，并且仅旨在被解释为说明性的。所示出和描述的本发明的各种形式构成本发明的实施例。本领域的技术人员可以对各部件在形状、大小和布置上进行各种改变。例如，本领域的技术人员可以利用等效的单元替换在这里说明和描述的单元。而且，本领域的技术人员受益于本发明的表述后，可以独立于其它特征的使用来使用本发明的某些特征，而不背离本发明的范围。

Claims (16)

1.一种操作输入设备以提供位置信息的方法，该位置信息包括该输入设备的定位信息和空间取向信息，该方法包括：

通过该输入设备的定位传感器确定在实际空间中该输入设备的定位，从而提供该定位信息；

通过该输入设备的空间取向传感器确定在实际空间中该输入设备的空间取向，从而提供该空间取向信息；以及

通过处理器处理在实际空间中该输入设备的所述定位信息和所述空间取向信息，以确定在虚拟空间中从该输入设备的视角来看的图像视图。

2.根据权利要求1的方法，其中所述确定该定位的步骤进一步包括在xyz坐标系统以及xy平面其中之一之内确定该输入设备的所述定位。

3.根据权利要求1的方法，进一步包括通过该输入设备的显示器显示所述图像视图。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括通过该输入设备外部的信息处理系统显示所述图像视图。

5.根据权利要求1的方法，进一步包括通过该处理器将所述处理步骤的至少一部分转移到连接到该输入设备的信息处理系统。

6.根据权利要求1的方法，其中所述确定该定位的步骤是由全球定位系统类型的定位传感器执行的。

7.根据权利要求1的方法，其中所述确定该空间取向的步骤是由倾斜传感器类型的空间取向传感器执行的。

8.根据权利要求1的方法，其中所述确定该空间取向的步骤确定该输入设备的倾斜度、滚动和侧转。

9.一种用于提供位置信息的输入设备，该位置信息包括该输入设备的定位信息和空间取向信息，该输入设备包括：

定位传感器，用于确定在实际空间中该输入设备的定位以提供所述定位信息；

空间取向传感器，用于确定在实际空间中该输入设备的空间取向以提供所述空间取向信息；以及

处理器，其连接到所述定位传感器和所述空间取向传感器，该处理器用于处理在实际空间中该输入设备的所述定位信息和所述空间取向信息以确定在虚拟空间中从该输入设备的视角来看的图像视图。

10.根据权利要求9的输入设备，其中所述定位信息包括在xyz坐标系统以及xy平面其中之一之内的该输入设备的实时定位。

11.根据权利要求9的输入设备，进一步包括显示器，其连接到所述处理器，该显示器用于显示在虚拟空间中从该输入设备的视角来看的所述图像视图。

12.根据权利要求9的输入设备，其中该输入设备连接到该输入设备外部的信息处理系统(IHS)，该IHS包括显示该图像视图的显示器。

13.根据权利要求9的输入设备，其中该输入设备连接到该输入设备外部的信息处理系统(IHS)，使得将对所述定位信息和空间取向信息的处理的至少一部分转移到该输入设备外部的所述IHS。

14.根据权利要求9的输入设备，其中所述定位传感器包括全球定位系统类型的定位传感器。

15.根据权利要求9的输入设备，其中所述空间取向传感器包括数字罗盘和倾斜传感器其中的至少一个。

16.根据权利要求9的输入设备，其中所述空间取向传感器确定该输入设备的倾斜度、滚动和侧转。

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