JP2013003961A - Spatial handwriting system and electronic pen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間手書きシステム及び電子ペンに関し、特に、仮想平面上に手書きした文字や図形を表示/保存可能にする空間手書きシステム及び仮想平面上に文字や図形を手書きする電子ペンに関する。 The present invention relates to a spatial handwriting system and an electronic pen, and more particularly to a spatial handwriting system that enables display / saving of handwritten characters and figures on a virtual plane and an electronic pen that handwrites characters and figures on a virtual plane.
アイデアを書き留める方法として、ペンとノートを用いる方法が一般的である。しかしながら、この方法では、どこで思いつくか分からないアイデアを書き留めるために、常にペンとノートを携帯しなければならず不便である。このような背景から、電子ペンを用いて空中に手書きした画像を表示したり保存したりする技術が提案されている。 As a method for writing down ideas, a method using a pen and a notebook is generally used. However, this method is inconvenient because you always have to carry a pen and notebook to write down ideas that you do not know where to come up. From such a background, a technique for displaying or storing an image handwritten in the air using an electronic pen has been proposed.
例えば、下記特許文献1には、所望の空間に設定した仮想面に手書きで書き込む様子を撮像した書き込み画像を入力する画像入力手段と、前記書き込み画像から画像処理により手書きの軌跡を抽出して手書き画像を得る手書き抽出手段と、前記手書き画像の書き込み位置に関する相対座標を検出する相対座標検出手段と、前記手書き画像を前記相対座標とともに記録する画像記録手段と、前記手書き画像を表示する画像表示手段及び該画像表示手段からの光を反射するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子を少なくとも有する手書き画像表示装置とを備え、前記手書き画像表示装置の使用者から見て前記半透過型光学素子よりも前方の実視野に前記画像表示手段が表示する手書き画像の虚像を重畳して表示する手書き画像表示システムが開示されている。また、下記特許文献2にも、同様の手書き画像表示システムが開示されている。
For example, in
また、下記特許文献3には、指先に装着されるセンサと、このセンサの移動に伴う空間位置に対応する空間座標を順次検出する検出手段と、この検出手段により順次検出される空間座標により、上記センサの移動速度と加速度とを測定する測定手段と、この測定手段により測定された移動速度と加速度とにより、上記センサにより描かれるトレース像を抽出する抽出手段と、この抽出手段により抽出されたトレース像を記憶する記憶手段と、を具備した空間手書き文字図形入力装置が開示されている。
Further, in
また、下記特許文献4には、仮想対象に対するジェスチャーに従う制御を行うシステムであって、前記仮想対象に対するジェスチャーを撮影する撮影手段と、前記仮想対象の位置を表す情報を含んだ仮想対象情報を記憶する記憶手段と、前記撮影手段により取得された撮影画像と、前記仮想対象情報とを基に、ジェスチャーでの操作部の前記仮想対象に対する交差度合いを特定する交差度合い特定手段と、特定された交差度合いに応じた出力を操作者に対して行う出力制御手段とを備える制御システムが開示されている。 Patent Document 4 listed below is a system that performs control according to a gesture for a virtual object, and stores virtual object information that includes information representing the position of the virtual object, and a photographing unit that photographs the gesture for the virtual object. A storage means, a crossing degree specifying means for specifying a crossing degree for the virtual object of the operation unit by a gesture based on the captured image acquired by the photographing means and the virtual target information, and a specified crossing A control system is disclosed that includes output control means for performing an output corresponding to the degree to an operator.
上述したように、特許文献1、2には、カメラで手書き軌跡を抽出して手書き画像を取得し、その手書き画像を透明タイプのHMD(Head Mounted Display)で表示する技術が開示されているが、空間上に手書きする場合は文字や図形の線の切れ目が明確でないため、手書きした文字や図形をどのようにユーザに見せるか、どのようにユーザに感じさせるかが重要な課題となる。
As described above,
この課題に対して、特許文献3では、指先と一体に移動するセンサの移動速度や加速度を測定し、一定速度以下になった場合にストローク(文字や図形を描画する動作)の切れ目であると判断しているが、この方法では、「口」のような角張った文字や「はね」がある文字では、角の部分や「はね」の部分でセンサの移動速度が大きく変化するため、文字の形状によってはストロークの切れ目を正確に判断することができないという問題がある。
In response to this problem,
また、特許文献4では、指と仮想平面の交差度合いに応じて表示出力を変えているが、この方法では、仮想平面に接触している感覚をユーザにフィードバックすることができないため、ユーザはストロークの切れ目を認識して手書きすることができないという問題がある。 In Patent Document 4, the display output is changed according to the degree of intersection between the finger and the virtual plane. However, in this method, the user cannot feed back the feeling of touching the virtual plane to the user. There is a problem that it is not possible to recognize the hand break and handwritten.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、自然な動作でストロークの切れ目を表現することができ、ストロークの切れ目が正確な反映された手書き画像を表示/保存することができる空間手書きシステム及び電子ペンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is to represent stroke breaks with natural motion, and to display / write a handwritten image that accurately reflects stroke breaks. It is to provide a spatial handwriting system and an electronic pen that can be stored.
上記目的を達成するため、本発明は、電子ペンと表示装置とが通信可能に接続された空間手書きシステムであって、前記電子ペンは、ペン先の3次元空間の座標を検出する座標検出部と、空間内に設定されたポイントに基づいて、仮想平面を作成する仮想平面作成部と、前記3次元空間の座標の変化に基づいて、前記仮想平面の法線方向のペン先の動作を検出し、前記法線方向のペン先の移動量又は移動速度又は移動加速度が予め定めた閾値を超えた場合に、ストロークの切れ目として認識するストローク検出部と、前記ストロークの切れ目から次の切れ目までの、連続するストロークのペン先の軌跡を示す3次元空間の座標を、前記仮想平面の特定点を原点とする平面座標に変換する座標変換部と、変換した前記平面座標の情報を前記表示装置に出力する通信部と、を備え、前記表示装置は、前記平面座標の情報を受信して、前記仮想平面上のペン先の軌跡を画面上に表示するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a spatial handwriting system in which an electronic pen and a display device are communicably connected, and the electronic pen detects a coordinate in a three-dimensional space of a pen tip. And a virtual plane creation unit that creates a virtual plane based on a point set in the space, and detects a pen tip movement in the normal direction of the virtual plane based on a change in coordinates of the three-dimensional space. A stroke detection unit that recognizes a stroke break when the movement amount or movement speed or movement acceleration of the pen tip in the normal direction exceeds a predetermined threshold, and from the stroke break to the next break A coordinate conversion unit that converts coordinates in a three-dimensional space indicating the trajectory of the pen tip of a continuous stroke into plane coordinates having a specific point on the virtual plane as an origin, and information on the converted plane coordinates is displayed. And a communication unit for outputting the location, the display device receives the information of the plane coordinates, and displays the pen tip trajectory on the virtual plane on the screen.
また、本発明は、外部機器と通信可能な電子ペンであって、ペン先の3次元空間の座標を検出する座標検出部と、空間内に設定されたポイントに基づいて、仮想平面を作成する仮想平面作成部と、前記3次元空間の座標の変化に基づいて、前記仮想平面の法線方向のペン先の動作を検出し、前記法線方向のペン先の移動量又は移動速度又は移動加速度が予め定めた閾値を超えた場合に、ストロークの切れ目として認識するストローク検出部と、前記ストロークの切れ目から次の切れ目までの、連続するストロークのペン先の軌跡を示す3次元空間の座標を、前記仮想平面の特定点を原点とする平面座標に変換する座標変換部と、変換した前記平面座標の情報を前記外部機器に出力する通信部と、を備えるものである。 In addition, the present invention is an electronic pen that can communicate with an external device, and creates a virtual plane based on a coordinate detection unit that detects coordinates in a three-dimensional space of a pen tip and points set in the space. Based on a change in the coordinates of the virtual plane and the coordinates in the three-dimensional space, the movement of the pen point in the normal direction of the virtual plane is detected, and the movement amount, movement speed, or movement acceleration of the pen point in the normal direction When the stroke exceeds a predetermined threshold, a stroke detection unit that recognizes as a stroke break, and coordinates in a three-dimensional space indicating the locus of the pen tip of a continuous stroke from the stroke break to the next break, A coordinate conversion unit that converts the coordinate point of the virtual plane into a plane coordinate having an origin, and a communication unit that outputs information of the converted plane coordinate to the external device.
本発明の空間手書きシステム及び電子ペンによれば、自然な動作でストロークの切れ目を表現することができ、ストロークの切れ目が正確な反映された手書き画像を表示/保存することができる。 According to the spatial handwriting system and the electronic pen of the present invention, stroke breaks can be expressed by natural operations, and a handwritten image in which the stroke breaks are accurately reflected can be displayed / saved.
その理由は、電子ペンは、3次元空間に作成した仮想平面上のペン先の移動軌跡を示す座標情報を送信する際に、仮想平面に直交する方向(法線方向)のペン先の移動量や移動速度、加速度に基づいてストロークの切れ目を検出し、連続するストローク(連続して描画された線)を区別できるようにするからである。 The reason is that when the electronic pen transmits coordinate information indicating the movement locus of the pen tip on the virtual plane created in the three-dimensional space, the amount of movement of the pen tip in the direction orthogonal to the virtual plane (normal direction) This is because stroke breaks are detected on the basis of the moving speed and acceleration, and continuous strokes (lines drawn continuously) can be distinguished.
背景技術で示したように、3次元空間に電子ペンで手書きした時のペン先の移動軌跡をヘッドマウントディスプレイなどの表示装置に表示する技術が提案されているが、従来の技術では、文字の形状によってはストロークの切れ目を正確に判断することができず、また、仮想平面に接触している感覚をユーザにフィードバックすることができないという問題があった。 As shown in the background art, a technique for displaying the movement locus of the pen tip when handwritten with an electronic pen in a three-dimensional space on a display device such as a head-mounted display has been proposed. Depending on the shape, there is a problem in that it is impossible to accurately determine stroke breaks, and it is impossible to feed back to the user the feeling of touching the virtual plane.
そこで、本発明の一実施の形態では、まず、電子ペンのペン先の3次元空間の座標を検出して1又は複数のポイントを特定し、特定したポイントに基づいて、3次元空間内に2次元の仮想平面を作成する。例えば、3次元空間の2つのポイントを特定し、その2つのポイントを繋ぐ直線から垂直下方向もしくは水平方向に面を作成し、その面を仮想平面とする。又は、その2つのポイントを対角とする矩形領域を仮想平面としたり、3次元空間の1つのポイントと電子ペンの中心軸の角度とで特定される面を仮想平面としたり、3次元空間の3つのポイントで特定される面を仮想平面としたり、最初のストロークの軌跡で特定される面を仮想平面としたりする。 Therefore, in one embodiment of the present invention, first, the coordinates of the pen tip of the electronic pen are detected in the three-dimensional space to identify one or a plurality of points, and two points are placed in the three-dimensional space based on the identified points. Create a dimensional virtual plane. For example, two points in a three-dimensional space are specified, a surface is created vertically or horizontally from a straight line connecting the two points, and the surface is set as a virtual plane. Alternatively, a rectangular area whose diagonals are the two points is set as a virtual plane, a plane specified by one point in the three-dimensional space and the angle of the central axis of the electronic pen is set as a virtual plane, A surface specified by three points is set as a virtual plane, or a surface specified by the locus of the first stroke is set as a virtual plane.
そして、上記手法で作成した仮想平面上で電子ペンを動かして文字や図形を手書きするが、その際、ストロークの切れ目が不明確であると、手書きした文字や図形を正確に表示することができない。一方、ストロークの切れ目を表現する方法として、紙面上にペンで手書き(若しくはタッチパネル上にタッチペンで手書き)する時と大きく異なる方法を採用した場合、実平面に手書きするように空間上に手書きすることができず、使い勝手が悪くなる。 Then, the character or figure is handwritten by moving the electronic pen on the virtual plane created by the above method. However, if the stroke break is unclear, the handwritten character or figure cannot be displayed accurately. . On the other hand, as a method of expressing stroke breaks, when using a method that is greatly different from handwriting with a pen on paper (or handwriting with a touch pen on a touch panel), handwriting in space like handwriting on a real plane Can not be used, and the usability deteriorates.
そこで、仮想平面上のペン先の移動軌跡を示す座標情報を送信する際に、仮想平面に対してペン先をz軸方向(仮想平面の法線方向)に動かす動作(好ましくは、実平面に手書きする時のように手前側に引く動作)を検出したらストロークの切れ目であると判断し、ストロークの切れ目までペン先の移動軌跡を連続するストローク(連続して描画された線)として区別できるようにする。例えば、座標情報を連続するストローク単位で送信したり、座標情報にストロークの切れ目を示す情報を付加して送信したり、複数の連続するストロークを結合して作成した手書き画像のデータを送信したりする。 Therefore, when transmitting coordinate information indicating the movement trajectory of the pen tip on the virtual plane, the pen tip is moved in the z-axis direction (normal direction of the virtual plane) with respect to the virtual plane (preferably on the real plane). If it is detected that the stroke is a stroke break when it is detected (hand-drawn as in handwriting), the stroke of the pen tip can be distinguished as a continuous stroke (line drawn continuously) until the stroke break. To. For example, send coordinate information in units of consecutive strokes, send coordinate information with information indicating stroke breaks, send handwritten image data created by combining multiple consecutive strokes, etc. To do.
また、ペン先の仮想平面に対するz軸方向(法線方向)の動作に応じて、電子ペンを振動させたり音や光を発生させたりする等のフィードバック機能を持たせ、ペン先が仮想平面から離れたこと、若しくは、ペン先が仮想平面に接していることをユーザに明示的に知らせる。 In addition, according to the operation in the z-axis direction (normal direction) with respect to the virtual plane of the pen tip, a feedback function such as vibrating the electronic pen or generating sound or light is provided so that the pen tip can be moved from the virtual plane. The user is explicitly notified that he / she has left or that the pen tip is in contact with the virtual plane.
これにより、ユーザは自然な動作でストロークの切れ目を表現することができ、また、ストロークの切れ目を確実に認識することができる。そして、ストロークの切れ目が正確に反映された手書き画像を電子ペンと通信可能なHMD等の表示装置に表示させたり、ストロークの切れ目が正確に反映された手書き画像のデータを電子ペンと通信可能なサーバなどに保存したりすることができる。 As a result, the user can express stroke breaks with natural motion, and can reliably recognize stroke breaks. A handwritten image in which stroke breaks are accurately reflected can be displayed on a display device such as an HMD that can communicate with the electronic pen, or handwritten image data in which stroke breaks are accurately reflected can be communicated with the electronic pen. It can be saved on a server.
上記した本発明の一実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る空間手書きシステム及び電子ペンについて、図1乃至図9を参照して説明する。図1は、本実施例の空間手書きシステムの構成を模式的に示す図であり、図2は、本実施例の電子ペンの主要構成を示すブロック図である。また、図3は、絶対座標軸と仮想平面座標軸の関係を説明する図であり、図4は、仮想平面上の電子ペンの動作を説明する図である。また、図5乃至図8は、仮想平面の作成例を示す図であり、図9は、本実施例の空間手書きシステム(電子ペン)の動作を示すフローチャート図である。 In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, a spatial handwriting system and an electronic pen according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the spatial handwriting system of the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the electronic pen of the present embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the absolute coordinate axis and the virtual plane coordinate axis, and FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the electronic pen on the virtual plane. 5 to 8 are diagrams illustrating examples of creating a virtual plane, and FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the spatial handwriting system (electronic pen) according to the present embodiment.
なお、本実施例において、ストロークとは、文字や図形を描画する動作を指し、ストロークの切れ目とは、文字や図形を構成する任意の線と次の線の間の描画しない場所を指す。この2つの線は1つの文字や図形を構成する線であってもよいし、異なる文字や図形を構成する線であってもよい。また、連続するストロークとは、ストロークの任意の切れ目(描画開始位置を含む。)と次の切れ目(描画終了位置を含む。)の間の連続する線を指し、複数の連続するストロークを結合したものを手書き画像と呼ぶ。 In the present embodiment, a stroke refers to an operation for drawing a character or a figure, and a stroke break refers to a place where an arbitrary line constituting the character or figure and the next line are not drawn. These two lines may be lines constituting one character or figure, or may be lines constituting different letters or figures. A continuous stroke refers to a continuous line between any cut (including the drawing start position) and the next cut (including the drawing end position) of the stroke, and a plurality of continuous strokes are combined. Things are called handwritten images.
図1(a)に示すように、本実施例の空間手書きシステム10は、電子ペン20と表示装置30などで構成され、これらは、Bluetooth(登録商標)に代表される短距離無線通信や赤外線通信、有線通信などにより接続されている。
As shown in FIG. 1A, the spatial handwriting system 10 of the present embodiment includes an electronic pen 20 and a
上記空間手書きシステム10の概略動作について図1(b)を参照して説明すると、3次元空間に作成した仮想平面上でユーザが電子ペン20を動かして文字や図形などを手書きすると、電子ペン20は、ペン先の移動軌跡を示す座標情報を出力する。その際、ペン先の移動軌跡は一筆書きのように繋がった状態になっているため、仮想平面上に手書きした文字や図形を正確に表せないことから、後述する手法を用いて、自然な動作でストロークの切れ目を表現し、ストロークの切れ目までのペン先の移動軌跡を連続するストロークとして認識できるようにする。 The schematic operation of the space handwriting system 10 will be described with reference to FIG. 1B. When the user moves the electronic pen 20 on the virtual plane created in the three-dimensional space and handwrites characters, figures, and the like, the electronic pen 20 Outputs coordinate information indicating the movement locus of the pen tip. At that time, since the movement trajectory of the pen tip is connected like a single stroke, the handwritten characters and figures cannot be accurately represented on the virtual plane. Is used to express stroke breaks so that the movement trajectory of the pen tip up to the stroke break can be recognized as a continuous stroke.
一方、表示装置30(ここでは、サングラス型のHMD)は、電子ペン20から座標情報を受信すると、座標情報に基づいて連続するストロークを順次表示し、仮想平面上に手書きした文字や図形を閲覧できるようにする。また、必要に応じて、サーバ40は、電子ペン20から座標情報を受信して保存し、サーバ40と通信可能に接続されたコンピュータ装置などを用いて、仮想平面上に手書きした文字や図形を利用できるようにする。 On the other hand, when receiving the coordinate information from the electronic pen 20, the display device 30 (here, the sunglasses-type HMD) sequentially displays successive strokes based on the coordinate information, and browses handwritten characters and figures on the virtual plane. It can be so. Further, as necessary, the server 40 receives and stores coordinate information from the electronic pen 20, and uses a computer device or the like connected to be able to communicate with the server 40 to write handwritten characters and figures on the virtual plane. Make it available.
なお、電子ペン20は、ペン先の移動軌跡を示す座標情報を送信する機能を備えていればよく、ボールペンのような筆記用具としての機能を備えていてもよいし、筆記用具としての機能を備えていなくてもよい。また、電子ペン20は、ボールペンのような形状に限定されず、その先端が認識できる形状であればよく、例えば、指先に嵌めるキャップのような形状としてもよい。 The electronic pen 20 only needs to have a function of transmitting coordinate information indicating the movement trajectory of the pen tip, and may have a function as a writing tool such as a ballpoint pen, or a function as a writing tool. It does not have to be provided. Moreover, the electronic pen 20 is not limited to a shape like a ball-point pen, and may be any shape as long as the tip can be recognized. For example, the electronic pen 20 may have a shape like a cap fitted to a fingertip.
また、図1では、表示装置30としてサングラス型のHMDを示しているが、表示装置30は、電子ペン20から受信した座標情報に基づいて手書き画像を表示可能な携帯型の装置であればよく、例えば、携帯電話機やタブレット端末などとしてもよい。また、表示装置30は、手書き画像を表示するのみならず、手書き画像のデータを保存する機能を備えていてもよく、この場合は、サーバ40を省略することもできる。
1 shows a sunglasses-type HMD as the
また、図1(a)では、空間手書きシステム10に表示装置30を含めているが、手書き画像をその場で閲覧する必要がない場合は、表示装置30を省略することもできる。その場合は、電子ペン20から送信される座標情報をサーバ40に保存してもよいし、電子ペン20の記憶部に座標情報を保存してもよい。
In FIG. 1A, the
図2は、電子ペン20の主要構成を示すブロック図である。本実施例の電子ペン20は、操作部21と、センサ22と、3次元座標検出部23aと、3軸加速度検出部23bと、移動量検出部23cと、仮想平面及びデータ作成部24と、ストローク検出部25と、平面座標変換部26と、仮想面接地フィードバック部27と、通信部28と、図示しない電源(蓄電池)などで構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the electronic pen 20. The electronic pen 20 of this embodiment includes an
操作部21は、スイッチやボタンなどで構成され、電子ペン20の電源のON/OFF、手書き動作の開始指示、平面作成モード(指定したポイントに基づいて仮想平面を作成するモード)と、描画モード(仮想平面上でペン先を移動させて文字や図形を手書きするモード)との切り替え指示などの操作を可能にする。
The
センサ22は、ペン先の3次元空間の座標や加速度、電子ペン20の中心軸の傾きなどを検出するセンサであり、例えば、3軸ジャイロセンサと3軸加速度センサなどで構成される。
The
3次元座標検出部23aは、センサ22(3軸ジャイロセンサ)の出力に基づいて、ペン先の3次元空間の座標を検出する。
The three-dimensional coordinate
3軸加速度検出部23bは、センサ22(3軸加速度センサ)の出力に基づいて、ペン先の3軸の加速度を検出する。
The
移動量検出部23cは、3次元座標検出部23aで検出した3次元空間の座標に基づいて、単位時間あたりのペン先の移動量(すなわち、ペン先の移動速度)を検出する。
The movement
仮想平面及びデータ作成部24は、電子ペン20で指定された3次元空間のポイント、ストローク、電子ペン20の中心軸の傾きなどに基づいて、3次元空間内に2次元の仮想平面を作成する。また、ストロークの切れ目で分割された連続するストロークの軌跡を結合して手書き画像のデータを作成する。
The virtual plane and
ストローク検出部25は、2次元の仮想平面に対するペン先のz軸方向(仮想平面の法線方向)の移動量や移動速度、加速度と予め定めた閾値とを比較することによって、ストロークの切れ目を検出する。 The stroke detection unit 25 compares the movement amount, movement speed, and acceleration of the nib in the z-axis direction (normal direction of the virtual plane) with respect to the two-dimensional virtual plane by comparing a predetermined threshold with a stroke break. To detect.
平面座標変換部26は、ストローク検出部25が検出した各ストロークの切れ目までのペン先の3次元座標を、仮想平面の特定点(例えば、左上)を基準とした2次元座標に変換し、変換した2次元座標を仮想平面及びデータ作成部24に通知する。
The plane coordinate
仮想面接地フィードバック部27は、ストローク検出部25がストロークの切れ目を検出した時(すなわち、ペン先が仮想平面から離れた時)に、電子ペン20に予め設けたバイブレータを振動させたり、スピーカから音を発生させたり、ランプを点灯/点滅させたりして、ユーザにその旨を通知して、ペン先が仮想面から離れている状態をフィードバックする。なお、本実施例では、ペン先が仮想平面から離れた状態をフィードバックする構成としているが、ストローク検出部25がストロークの切れ目を検出していない時(すなわち、ペン先が仮想平面に接しており、文字や図形の描画中と判断されている時)に、ユーザにその旨を振動や音、光等で通知して、ペン先が仮想面に接地している状態をフィードバックする構成としてもよい。
The virtual surface
通信部28は、表示装置30やサーバ40との通信を確立し、平面座標変換部26で変換した2次元座標を表示装置30に送信したり、仮想平面及びデータ作成部24で作成した手書き画像のデータをサーバ40に送信したりする。
The communication unit 28 establishes communication with the
なお、図2は、本実施例の電子ペン20の一例であり、ペン先のz軸方向(仮想平面の法線方向)の動作に基づいてストロークの切れ目を検出できる限りにおいて、その構成は適宜変更可能である。例えば、図2では、3次元座標検出部23aと3軸加速度検出部23bと移動量検出部23cとを設けたが、3次元座標検出部23aが時刻に関連付けられた座標情報から移動量や移動速度、移動加速度を算出する構成としてもよく、その場合は、3軸加速度検出部23bや移動量検出部23cは省略することができる。また、図2では、仮想平面及びデータ作成部24が、仮想平面の作成と手書き画像のデータの作成を行う構成としているが、仮想平面及びデータ作成部24を、仮想平面の作成を行う仮想平面作成部と手書き画像のデータの作成を行うデータ作成部とに分割してもよい。また、電子ペン20に記憶部を設けて、手書き画像のデータを記憶しておき、電子ペン20と通信可能な機器を認識した時や蓄電池の充電時に、その機器に手書き画像のデータを送信する構成としてもよい。
FIG. 2 shows an example of the electronic pen 20 according to the present embodiment. The configuration of the electronic pen 20 is appropriately set as long as the stroke break can be detected based on the movement of the pen tip in the z-axis direction (normal direction of the virtual plane). It can be changed. For example, in FIG. 2, a three-dimensional coordinate
また、3次元座標検出部23a、3軸加速度検出部23b、移動量検出部23c、仮想平面及びデータ作成部24、ストローク検出部25、平面座標変換部26、仮想面接地フィードバック部27、通信部28などはハードウェアとして構成してもよいし、ソフトウェアとして構成してもよい。
Also, a three-dimensional coordinate
以下、上記構成の電子ペン20を用いて仮想平面に手書きする具体的な方法について説明する。 Hereinafter, a specific method of handwriting on a virtual plane using the electronic pen 20 having the above configuration will be described.
まず、3次元空間と仮想平面との関係について説明する。図3は、絶対座標軸と仮想平面座標軸との関係を説明する図であり、センサ22で検出した3次元座標(XYZ座標)は、平面座標変換部26により、仮想平面の面をXY軸とし、仮想平面に対して垂直方向(法線方向)をz軸とした座標(X’Y’Z’座標)に変換される。
First, the relationship between the three-dimensional space and the virtual plane will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the absolute coordinate axes and the virtual plane coordinate axes. The three-dimensional coordinates (XYZ coordinates) detected by the
図4は、仮想平面上の電子ペン20の動作を説明する図である。図4(a)に示すように、ストローク検出部25は、Z’軸方向における電子ペン20の移動量、移動速度、加速度等に基づいて仮想平面からの電子ペン20の離れ具合を判断して、その判断結果からストロークの切れ目を検出する。その際、ユーザは仮想平面を正確に認識できる訳ではないため、移動量、移動速度、加速度等に対して閾値を設定し、この閾値に基づいてストロークの切れ目を判断する。 FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the electronic pen 20 on the virtual plane. As shown in FIG. 4A, the stroke detection unit 25 determines the distance of the electronic pen 20 from the virtual plane based on the movement amount, movement speed, acceleration, and the like of the electronic pen 20 in the Z′-axis direction. The stroke break is detected from the determination result. At this time, since the user cannot accurately recognize the virtual plane, a threshold is set for the movement amount, the movement speed, the acceleration, and the like, and a stroke break is determined based on the threshold.
例えば、図4(b)に示すように、移動速度(ペン先が第1境界から第2境界まで移動する時間)や移動加速度が所定値以上の場合に、ストロークの切れ目と判断し、第1境界時点でのX’Y’座標までを連続するストロークとして認識する。なお、ペン先を早く動かす場合は、移動速度又は移動加速度に基づいてストロークの切れ目を判断する方法が有効であるが、ペン先を大きく動かす場合は、ペン先の座標が閾値(例えば、第1境界)を超えた時にストロークの切れ目と判断することもできる。 For example, as shown in FIG. 4B, when the moving speed (the time during which the pen tip moves from the first boundary to the second boundary) or the moving acceleration is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that there is a stroke break. Up to the X′Y ′ coordinate at the boundary time is recognized as a continuous stroke. When moving the pen tip quickly, a method of determining stroke breaks based on the moving speed or the moving acceleration is effective. However, when the pen tip is moved largely, the coordinates of the pen tip are set to threshold values (for example, the first It can also be determined that the stroke is broken when the boundary is exceeded.
次に、3次元空間内に2次元の仮想平面を作成する方法について、図5乃至図8を参照して説明する。 Next, a method for creating a two-dimensional virtual plane in a three-dimensional space will be described with reference to FIGS.
図5は、3つのポイントを用いて仮想平面を作成する例を示している。この例では、ユーザが、電子ペン20の操作部21を操作(例えば、所定のボタンを押下)して3つのポイントを設定すると、仮想平面及びデータ作成部24は、ポイント1とポイント2を繋ぐ直線をX’軸とし、X’軸と垂直、かつ、ポイント1を原点とするポイント3方向の直線をY’軸として、ポイント1、2、3に外接する2次元平面を特定し、その2次元平面を仮想平面とする。
FIG. 5 shows an example of creating a virtual plane using three points. In this example, when the user operates the
図6は、2つのポイントを用いて仮想平面を作成する例を示している。この例では、同様に、ユーザが電子ペン20の操作部21を操作して2つのポイントを設定すると、仮想平面及びデータ作成部24は、ポイント1とポイント2を繋ぐ直線をX’軸として、ポイント1からポイント2までをX’軸方向の長さ、Y軸方向を所定の長さとする2次元平面を特定し、その2次元平面を仮想平面とする。
FIG. 6 shows an example in which a virtual plane is created using two points. In this example, similarly, when the user operates the
図7は、2つのポイントを用いて仮想平面を作成する他の例を示している。この例では、同様に、ユーザが電子ペン20の操作部21を操作して2つのポイントを設定すると、仮想平面及びデータ作成部24は、ポイント1とポイント2を繋ぐ直線をX’軸として、ポイント1からポイント2までをX’軸方向の長さ、Z軸方向を所定の長さとする2次元平面を特定し、その2次元平面を仮想平面とする。
FIG. 7 shows another example in which a virtual plane is created using two points. In this example, similarly, when the user operates the
図8は、ストロークを用いて仮想平面を作成する例を示している。この例では、電子ペン20の起動時の最初の座標(ポイント1)を原点として、所定時間経過後に検出したペン先の座標(ポイント2)とを繋ぐ直線をX’軸とする。また、電子ペン20の中心線をZ’軸とし、X’軸及びZ’軸に対してそれぞれ90度の角度を持つ直線をY’軸とする。そして、上記原点を基点として、X’軸方向、Y’軸方向を所定の長さとする2次元平面を特定し、その2次元平面を仮想平面とする。 FIG. 8 shows an example of creating a virtual plane using a stroke. In this example, the first coordinate (point 1) at the time of activation of the electronic pen 20 is set as the origin, and a straight line connecting the coordinates of the pen tip (point 2) detected after a predetermined time has elapsed is defined as the X ′ axis. Further, the center line of the electronic pen 20 is taken as the Z ′ axis, and straight lines each having an angle of 90 degrees with respect to the X ′ axis and the Z ′ axis are taken as the Y ′ axis. Then, a two-dimensional plane having a predetermined length in the X′-axis direction and the Y′-axis direction is specified with the origin as a base point, and the two-dimensional plane is set as a virtual plane.
なお、仮想平面を作成する方法は図5乃至図8に限定されない。例えば、上記説明では、2つ若しくは3つのポイントを用いて仮想平面を作成したが、1つのポイントを用いて仮想平面を作成することも可能である。この場合、電子ペン20の起動時の最初の座標(ポイント1)を通り、電子ペン20の中心線に直交する面(若しくは所定の角度で傾斜する面)を特定し、その面を仮想平面とすることもできる。 Note that the method of creating the virtual plane is not limited to FIGS. For example, in the above description, a virtual plane is created using two or three points, but it is also possible to create a virtual plane using one point. In this case, a surface (or a surface inclined at a predetermined angle) that passes through the first coordinates (point 1) at the time of activation of the electronic pen 20 and is orthogonal to the center line of the electronic pen 20 is specified, and the surface is defined as a virtual plane. You can also
以下、本実施例の空間手書きシステム10(電子ペン20)の動作について、図9のフローチャート図を参照して説明する。なお、以下の説明では、図1(b)のシステムを前提とし、ストロークの切れ目を検出する度にデータを出力するものとする。 Hereinafter, the operation of the spatial handwriting system 10 (electronic pen 20) of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, it is assumed that the system shown in FIG. 1B is used, and data is output every time a stroke break is detected.
まず、仮想平面及びデータ作成部24は、操作部21の所定のスイッチ(手書き動作の開始を指示する起動スイッチ)がONであるかを判断する(S101)。起動スイッチがONの場合は、仮想平面及びデータ作成部24は、ユーザが操作部21を操作して設定したモードが、仮想平面を作成する平面作成モードであるか、仮想平面上に文字や図形などを手書きする描画モードであるかを判断する(S105)。
First, the virtual plane and
平面作成モードの場合は、仮想平面及びデータ作成部24は、ポイントが指定されているかを判断する(S106)。ポイントが指定されていない場合は、ポイントが指定されるのを待ち、ポイントが指定されている場合は、仮想平面及びデータ作成部24は、図5乃至図8に示す手法を用いて、2次元の仮想平面を作成する(S107)。そして、作成した仮想平面の座標軸情報(原点位置、座標軸の方向、仮想平面のサイズなど)を記憶すると共に、ストローク検出部25及び平面座標変換部26に通知し(S108)、S101に戻る。
In the plane creation mode, the virtual plane and
一方、描画モードの場合は、仮想平面及びデータ作成部24は、仮想平面が設定済みであるかを判断し(S109)、仮想平面が未設定の場合はS105に戻り、平面作成モードに設定されるのを待つ。仮想平面が設定済みの場合は、3次元座標検出部23a及び3軸加速度検出部23bは、センサ22の出力に基づいて、各々、3次元座標と3軸加速度を検出し、移動量検出部23cは、3次元座標検出部23aが検出した3次元座標に基づいて単位時間当たりのペン先の移動量(移動速度)を検出する(S110)。
On the other hand, in the drawing mode, the virtual plane and
次に、平面座標変換部26は、3次元座標検出部23aが検出した3次元座標を順次、仮想平面上の座標に変換する(S111)。そして、ストローク検出部25は、仮想平面座標のz軸方向への移動量、移動速度、移動加速度と予め定めた閾値とを比較して、ストロークの切れ目が発生したかを判断し(S112)、ストロークの切れ目が発生しなければ、S110に戻って同様の処理を繰り返す。
Next, the plane coordinate
一方、ストロークの切れ目が発生した場合は、平面座標変換部26は、仮想平面の座標に変換されたペン先のX’Y’座標を連続するストロークの軌跡として記憶する(S113)。そして、必要に応じて、仮想面接地フィードバック部27は、仮想平面との交差度合(z軸方向の移動量や移動速度、移動加速度)に応じて電子ペン20を振動させたり、音や光を発生させたりして、ユーザにストロークの切れ目を意識させる(S114)。
On the other hand, when a stroke break occurs, the plane coordinate
その後、仮想平面及びデータ作成部24は、仮想平面の所定の位置(例えば、左上)を原点として連続するストロークのペン先のX’Y’座標をプロットして、連続するストロークの軌跡を示すデータを作成し(S115)、作成したデータを表示装置30に送信する(S116)。表示装置30は、受信したデータに基づいて画面上に連続するストロークの軌跡を表示する。
Thereafter, the virtual plane and
起動スイッチがOFFになるまで、ストロークの切れ目で分割されたデータを表示装置30に送信し、起動スイッチがOFFになったら、仮想平面及びデータ作成部24は、複数の連続するストロークの軌跡を結合して手書き画像のデータを作成し、手書き画像のデータに、仮想平面の作成日時情報や電子ペン20の識別情報、描画時の位置情報や日時情報などの属性を関連付ける(S102)。そして、未送信の手書き画像のデータがあるかを判断し(S103)、未送信の手書き画像のデータがある場合は、その手書き画像のデータをサーバ40に送信し(S104)、サーバ40は手書き画像のデータを上記属性に関連付けて保存する。
Until the start switch is turned off, the data divided at the stroke break is transmitted to the
なお、上記フローでは、電子ペン20が連続するストロークの軌跡を示すデータを作成して表示装置30に送信する構成としたが、ストロークの切れ目を検出するまで逐次、座標情報を送信し、ストロークの切れ目を検出している間は座標情報の送信を中断し、仮想平面上での描画が開始されたら、再度、座標情報を送信するようにしてもよい。また、時系列のペン先のX’Y’座標とストロークの切れ目を示す情報とを表示装置30に送信し、表示装置30が受信した情報に基づいて複数の連続するストロークの軌跡を特定して表示する構成としてもよい。また、電子ペン20が複数の連続するストロークの軌跡を結合して手書き画像のデータを作成した後、手書き画像のデータを表示装置30に送信する構成としてもよい。
In the above flow, the electronic pen 20 generates data indicating the locus of the continuous stroke and transmits it to the
このように、2次元の仮想平面上のペン先の移動軌跡を示す座標情報を送信する際に、仮想平面に対してz軸方向に動かす動作(好ましくは、手前側に引く動作)に基づいてストロークの切れ目を判断することにより、自然な動作で手書き画像を連続するストロークに分割することができる。また、ストロークの切れ目で電子ペン20を振動させたり、音や光を発生させたりすることにより、ユーザはストロークの切れ目を認識することができ、正確な手書き画像を描画することができる。また、仮想平面上の電子ペン20の軌跡を表示装置に表示したり、手書き画像のデータをサーバなどに保存したりすることにより、場所を問わずに、必要な時に必要な情報を書き留めることができ、ユーザの利便性を向上させることができる。 In this way, when transmitting coordinate information indicating the movement trajectory of the pen tip on the two-dimensional virtual plane, based on the movement in the z-axis direction with respect to the virtual plane (preferably, the movement toward the front side). By determining the stroke break, the handwritten image can be divided into continuous strokes by a natural operation. Further, by vibrating the electronic pen 20 or generating sound or light at the stroke break, the user can recognize the stroke break and can draw an accurate handwritten image. Also, by displaying the trajectory of the electronic pen 20 on the virtual plane on the display device or storing the data of the handwritten image in a server or the like, it is possible to write down necessary information when necessary regardless of the location. And user convenience can be improved.
なお、本発明は上記実施に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。 In addition, this invention is not limited to the said implementation, The structure and control can be changed suitably, unless it deviates from the meaning of this invention.
例えば、上記実施例では、2次元の仮想平面から電子ペン20を手前側に引く動作を行った時にストロークの切れ目であると判断したが、2次元の仮想平面に対して電子ペン20を押し込む動作を行った時にストロークの切れ目であると判断してもよい。 For example, in the above embodiment, it is determined that there is a stroke break when the electronic pen 20 is pulled toward the near side from a two-dimensional virtual plane. It may be determined that there is a stroke break when
また、上記実施例では、ペン先のz軸方向の動作に基づいて、ストロークの切れ目を検出する構成としたが、例えば、z軸方向の動作に代えて、若しくは、z軸方向の動作に加えて、電子ペン20の傾きの変化に基づいて、ストロークの切れ目を検出する構成としてもよい。 In the above embodiment, the stroke break is detected based on the z-axis movement of the pen tip. For example, instead of the z-axis movement or in addition to the z-axis movement. Thus, a stroke break may be detected based on a change in the tilt of the electronic pen 20.
本発明は、ペン先の移動軌跡を示す座標情報を送信可能な電子ペンを含むシステムに利用可能である。 The present invention can be used for a system including an electronic pen capable of transmitting coordinate information indicating a movement locus of a pen tip.
10 空間手書きシステム
20 電子ペン
21 操作部
22 センサ
23a 3次元座標検出部
23b 3軸加速度検出部
23c 移動量検出部
24 仮想平面文書作成部
25 文字ストローク検出部
26 平面座標変換部
27 仮想面接地フィードバック部
28 通信部
30 表示装置
40 サーバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Spatial handwriting system 20
Claims (10)
前記電子ペンは、
ペン先の3次元空間の座標を検出する座標検出部と、
空間内に設定されたポイントに基づいて、仮想平面を作成する仮想平面作成部と、
前記3次元空間の座標の変化に基づいて、前記仮想平面の法線方向のペン先の動作を検出し、前記法線方向のペン先の移動量又は移動速度又は移動加速度が予め定めた閾値を超えた場合に、ストロークの切れ目として認識するストローク検出部と、
前記ストロークの切れ目から次の切れ目までの、連続するストロークのペン先の軌跡を示す3次元空間の座標を、前記仮想平面の特定点を原点とする平面座標に変換する座標変換部と、
変換した前記平面座標の情報を前記表示装置に出力する通信部と、を備え、
前記表示装置は、前記平面座標の情報を受信して、前記仮想平面上のペン先の軌跡を画面上に表示する、ことを特徴とする空間手書きシステム。 A spatial handwriting system in which an electronic pen and a display device are communicably connected,
The electronic pen is
A coordinate detector for detecting the coordinates of the nib in a three-dimensional space;
A virtual plane creation unit that creates a virtual plane based on points set in space;
Based on the change in the coordinates of the three-dimensional space, the movement of the pen tip in the normal direction of the virtual plane is detected, and the movement amount or movement speed or movement acceleration of the pen tip in the normal direction is set to a predetermined threshold value. A stroke detector that recognizes a stroke break when exceeded,
A coordinate conversion unit that converts coordinates in a three-dimensional space indicating the trajectory of a pen tip of a continuous stroke from the stroke break to the next break into plane coordinates having a specific point on the virtual plane as an origin;
A communication unit that outputs the information of the converted plane coordinates to the display device,
The spatial handwriting system, wherein the display device receives the information of the plane coordinates and displays a locus of a pen tip on the virtual plane on a screen.
前記表示装置は、連続するストローク単位で、前記仮想平面上のペン先の軌跡を画面上に表示する、ことを特徴とする請求項1に記載の空間手書きシステム。 The communication unit of the electronic pen outputs information of the plane coordinates in units of continuous strokes,
2. The spatial handwriting system according to claim 1, wherein the display device displays a locus of a pen tip on the virtual plane on a screen in units of continuous strokes.
前記ストローク検出部がストロークの切れ目を認識した場合に、振動又は音又は光によって、ストロークの切れ目を認識したことをユーザに通知するフィードバック部を備える、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空間手書きシステム。 The electronic pen further includes
3. The feedback unit according to claim 1, further comprising a feedback unit that notifies the user that the stroke break has been recognized by vibration, sound, or light when the stroke detection unit recognizes the stroke break. 4. Space handwriting system.
前記電子ペンは、更に、
複数の連続するストロークのペン先の軌跡を結合して、前記仮想平面上に描画された手書き画像を作成し、当該手書き画像のデータに、前記仮想平面の作成日時情報、手書き画像の描画位置情報、手書き画像の描画日時情報、前記電子ペンの識別情報の中から選択される1以上の属性情報を付加するデータ作成部を備え、
前記通信部は、前記属性情報を付加した前記手書き画像のデータを前記サーバに出力し、
前記サーバは、取得した前記手書き画像のデータを、前記1以上の属性情報に関連付けて保存する、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の空間手書きシステム。 A server for storing data is communicatively connected to the electronic pen;
The electronic pen further includes
Combining the traces of the pen tip of a plurality of continuous strokes to create a handwritten image drawn on the virtual plane, the date and time information of the virtual plane, the drawing position information of the handwritten image in the data of the handwritten image A data creation unit for adding one or more attribute information selected from the drawing date and time information of the handwritten image and the identification information of the electronic pen;
The communication unit outputs data of the handwritten image to which the attribute information is added to the server,
The spatial handwriting system according to any one of claims 1 to 4, wherein the server stores the acquired handwritten image data in association with the one or more attribute information.
ペン先の3次元空間の座標を検出する座標検出部と、
空間内に設定されたポイントに基づいて、仮想平面を作成する仮想平面作成部と、
前記3次元空間の座標の変化に基づいて、前記仮想平面の法線方向のペン先の動作を検出し、前記法線方向のペン先の移動量又は移動速度又は移動加速度が予め定めた閾値を超えた場合に、ストロークの切れ目として認識するストローク検出部と、
前記ストロークの切れ目から次の切れ目までの、連続するストロークのペン先の軌跡を示す3次元空間の座標を、前記仮想平面の特定点を原点とする平面座標に変換する座標変換部と、
変換した前記平面座標の情報を前記外部機器に出力する通信部と、
を備える、ことを特徴とする電子ペン。 An electronic pen that can communicate with an external device,
A coordinate detector for detecting the coordinates of the nib in a three-dimensional space;
A virtual plane creation unit that creates a virtual plane based on points set in space;
Based on the change in the coordinates of the three-dimensional space, the movement of the pen tip in the normal direction of the virtual plane is detected, and the movement amount or movement speed or movement acceleration of the pen tip in the normal direction is set to a predetermined threshold value. A stroke detector that recognizes a stroke break when exceeded,
A coordinate conversion unit that converts coordinates in a three-dimensional space indicating the trajectory of a pen tip of a continuous stroke from the stroke break to the next break into plane coordinates having a specific point on the virtual plane as an origin;
A communication unit that outputs information of the converted plane coordinates to the external device;
An electronic pen characterized by comprising:
前記通信部は、前記属性情報を付加した前記手書き画像のデータを前記外部機器に出力する、ことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一に記載の電子ペン。 Further, the pen tip trajectories of a plurality of continuous strokes are combined to create a handwritten image drawn on the virtual plane, and the creation date and time information of the virtual plane and the handwritten image are drawn on the data of the handwritten image. A data creation unit for adding one or more attribute information selected from position information, drawing date / time information of a handwritten image, and identification information of the electronic pen;
The electronic pen according to claim 6, wherein the communication unit outputs the handwritten image data to which the attribute information is added to the external device.
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