JP5439410B2 - 操作情報入力システム - Google Patents
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Description
また、スマートフォンやスレート型端末でのタッチ操作は便利であるが、操作できる内容は制限される問題もある。
タッチスクリーンが取り付けられたスマートフォンや電子書籍のためのスレート型端末が普及しつつある。一方で、児童の教育現場に電子化教材の検討が進んでいる。これらによって利用者は既知の情報をインターネットやダウンロードした教材を通じて容易に得ることができる。しかしながら、ものづくりや科学的な観察行為を体験する機会が少ないもしくは興味が失われてしまう可能性がある。この問題を解決するために本発明は、電子化教材を拡張し、ものづくりや科学的な観察行為を児童に体験させるポインティングデバイスである非情報機器デバイス(Non−ITデバイス:Non−information technology device)と、静電容量型タッチスクリーンとを用いた操作情報入力システムに関するものである。
(1−1)タッチスクリーンに接地したNon−ITデバイスの接地デバイス及び接地面をビットパターンから検出する機能
(1−2)タッチスクリーンに接地したNon−ITデバイスの接地位置を検出する機能
(1−3)タッチスクリーンに接地したNon−ITデバイスの方向を検出する機能
(1−4)タッチスクリーンに接地した筒型のNon−ITデバイスの穴の空いている領域を検出する機能
(1−5)(1−4)の穴の空いている領域に別の画像を表示する機能
(1−6)タッチスクリーンに接地したNon−ITデバイスの接地面のビットパターンに情報を付加する機能
これらの機能を有する操作情報入力システムを用いることで、例えば観察道具を作成するプロセスから科学的な観察行為までを児童が手軽に体験できる。
本実施形態の操作情報入力システムは、タッチスクリーン103を備えたデバイス(タッチスクリーンデバイス)101と、Non−ITデバイス102を含む。
タッチスクリーンデバイス101は、静電容量型のタッチスクリーン103を備えている。タッチスクリーンデバイス101は、複数の静電気を帯びた点の位置を同時に検出可能であるタッチスクリーン103を含む。タッチスクリーン103は、Non−ITデバイス102が載っているタッチスクリーンデバイス101の表面の一部である。タッチスクリーンデバイス101の処理の詳細については後に図4を参照して説明する。なお、圧力をかける領域のパターンがビットパターンとなる場合には、タッチスクリーン103は圧力を感知する機能を有しているものを使用する。
Non−ITデバイス102の形状は、図2A(A)に示すように、各面が中空になっていて各面は中空で繋がっている6面体である。各面の穴以外の部分(以下、単に面と呼ぶ)に、静電部201を複数箇所設け、静電部201が設けられていない面部分を非静電部202とする。それぞれの静電部201は、タッチスクリーン103に接地した場合に、タッチスクリーンデバイス101が接地したことを認識できる程度以上の大きさを有している。また各面にある複数の静電部201の位置で決まる位置パターンは、全ての面で異なっている。
Non−ITデバイス102は、図2Aに示される6面体Non−ITデバイスを使用する。
このアプリケーションでは、以下の(2−1)から(2−6)までの6つの操作によってアプリケーションは異なる応答を出力する。
(2−1)Non−ITデバイスの接地面を変更する。
(2−2)Non−ITデバイスをスライドする。
(2−3)Non−ITデバイスを接地して時計回り/反時計回りをする。
(2−4)Non−ITデバイスの枠の中を上からのぞき見て観察する。
(2−5)枠の中を指でタッチする。
(2−6)枠の外を指でタッチする。
(2−2)の操作によって、観察対象の星座のある周辺の座標をNon−ITデバイスの枠で囲む(図3A(B)のPhase2)。この枠は、Non−ITデバイス102の内部のくり抜かれている空間を利用して画像を表示する際の画面の枠である。
(2−3)の操作によって、デバイスの位置座標と方向から枠の座標位置を検出し、加えてデバイスを時計回りまたは反時計回りに回転させた角度に応じて枠内の画像を拡大または縮小する(図3A(C)のPhase3)。例えば、時計回りに回転させれば枠内の画像が拡大され、反時計回りに回転させれば枠内の画像が縮小される。
(2−4)の操作によって、ユーザは観察対象の星座を観察できる(図3A(D)のPhase4)。
(2−5)の操作によって、枠内の画像のデータをコピーしデータベースに蓄積できる。このとき、接地面のビットパターンと枠内の画像データは一対一対応している。
(2−6)の操作によって、接地面のビットパターンに対応した画像データをタッチスクリーン103に出力できる。
まず、枠の中を指でタッチすることにより、デバイス215のビットパターンと情報を対応付けてネットワーク上のデータベースに保存する。次に、デバイス215をコピーしたい相手のタッチスクリーンデバイス101に持って行き、デバイス215をこのスクリーンデバイスのタッチスクリーンに接地し、枠の外をタッチすることで先ほどコピーした画像を相手のタッチスクリーンデバイス101にコピーすることができる。
本発明に含まれるタッチスクリーンデバイス101は、図1に示すタッチスクリーン103の他に、接地点検知処理装置400、データベース1 410、データベース2 415、リアルタイム処理発生装置420、接地点情報処理装置430、及び表示画面処理装置440を含む。
接地点検知処理装置400は、接地点位置座標取得処理部401、及び接地点数処理部402を含む。
接地点位置座標取得処理部401は、Non−ITデバイス102の静電部201の接地点を検出し取得し、静電部201の位置座標を接地点情報蓄積部411に蓄積する。タッチスクリーンが圧力を感知する方式である場合には、接地点位置座標取得処理部401は、Non−ITデバイスの圧力をかける領域の接地点を検出し取得し、この領域の位置座標を接地点情報蓄積部411に蓄積する。
接地点数処理部402は、接地点情報蓄積部411に蓄積されている接地点の位置座標と取得時刻に基づいて、接地点の数を判断して処理内容を判断する。また、接地点数処理部402は、枠座標計算処理部434で計算された枠の座標に基づいて、ある接地点がこの枠内であるかどうかを検出する。
接地点情報蓄積部411は、接地点位置座標取得処理部401が取得した接地点の情報を蓄積する。情報を蓄積する際は、接地点の位置座標と取得時刻とを記憶する。
Non−ITデバイス情報蓄積部412は、Non−ITデバイスの種類と、接地面とその面での全ての静電部の位置(静電部の配置パターン;ビットパターン)と、静電部間の距離比と、Origin Positionに対する中心座標の距離及び向きと、を対応付けて記憶している。Non−ITデバイスの種類が異なるとアプリケーションも異なるように設定することができる。ビットパターンが異なれば異なる操作を行うことができる。またNon−ITデバイスが異なれば異なるアプリケーションに対応するので、異なる操作を行うことができる。
画像情報蓄積部413は、タッチスクリーン103に表示する画像を蓄積する。
接地デバイス中心座標及び方向蓄積部414は、接地点情報処理装置430で得られた接地したNon−ITデバイス102の中心座標及び向きを蓄積する。接地点情報処理装置430は、リアルタイム処理発生装置420が発行するイベントにしたがって通常ある一定の時間間隔で中心座標及び向きを検出し、検出したこれらの情報を接地デバイス中心座標及び方向蓄積部414へと渡す。
接地デバイス及び接地面検出処理部431は、接地デバイス(タッチスクリーン103を含む)と接地面検出処理部を示し、タッチスクリーン103に接地したNon−ITデバイス102のデバイスの種類及び接地面を検出する。接地デバイス及び接地面検出処理部431は、Non−ITデバイス102の静電部201の位置座標の関係性(ビットパターン)から、ユーザが利用しているNon−ITデバイス102の種類と接地面を一意に検出する。検出方法はここでは従来の周知の方法でよく、特別の手法にこだわらない。
接地デバイス方向計算処理部432は、接地したNon−ITデバイス102の静電部201の位置座標からNon−ITデバイス102の方向を計算により検出する。接地デバイス方向計算処理部432の動作の一例の詳細は後に図8を参照して説明する。
接地デバイス位置座標計算処理部433は、接地したNon−ITデバイス102の静電部201の位置座標からNon−ITデバイス102の中心座標を計算により検出する。接地デバイス位置座標計算処理部433の動作の一例の詳細は後に図6のステップS606で説明する。
枠座標計算処理部434は、内部がくり抜かれたNon−ITデバイス102がタッチスクリーン103に接地した場合に、くり抜かれている空間を利用して画像を表示する際の画面の枠の座標を計算する。枠座標計算処理部434は、例えばデバイス215のように円筒型のような中がくりぬかれた非情報機器デバイスを検出した場合に円筒中の画面の画像を異なる画像に変更する。
接地デバイス情報付加処理部435は、接地したNon−ITデバイスの静電部201の位置関係(ビットパターン)に情報を付加(マッピング)し、ネットワーク上のサーバである情報蓄積部415に情報を蓄積する。例えば、タッチスクリーンデバイス101に接地されたNon−ITデバイス102に加え、別の物理デバイス(例えば指でも構わない)が新たに接地されたときに、Non−ITデバイス102の静電部201のビットパターンに情報を付加する。
接地デバイス情報送信処理部436は、接地デバイス情報付加処理部435で付加された情報を出力して別のデバイスに渡す。なお、接地デバイス情報付加処理部435と接地デバイス情報送信処理部436は例えば図3Bに示した操作の際に動作する。
枠内画像拡大・縮小処理部441は、接地点情報処理装置430で得られた接地したNon−ITデバイス102の位置、向き及び枠の座標に基づいて枠内の画像を拡大/縮小する。枠内画像拡大・縮小処理部441は、拡大縮小ではなく、接地したNon−ITデバイス102の位置、向き及び枠の座標に基づいて、例えばページめくり、ピント合わせなどの操作を行ってもよい。
画像更新処理部442は、接地したNon−ITデバイス102の位置、向き及び枠の座標を踏まえ、タッチスクリーン103に画像を表示する。
Non−ITデバイス情報蓄積部412は、図5Aに示すように、Non−ITデバイスの種類と、接地面とその面での全ての静電部の位置と、静電部間の距離比と、Origin Positionに対する中心座標の距離及び向きと、を対応付けて記憶している。図5Aではデバイスの種類は図2AのNon−ITデバイス102のみであるが、ここに図2Bに示したデバイス211から215を含んでいてもよい。
また、図5Aでは静電部の位置を示しているが、突起部の位置を示してもよい。この場合にはタッチスクリーン103は、静電気を帯びた点の位置ではなく、圧力を受けた点の位置を検出する機能を有するものを設置する。この場合、例えばデバイス212のような突起部を有するデバイスを使用する。
ビットパターンは、Non−ITデバイス上の面に配置されているビット部の位置の配置関係を示す型である。ビット部は、タッチスクリーンが画面内の位置を認識することができるものであれば、どんな形式で示されてもよい。ビット部は例えば、導体からなる静電部、タッチパネルに圧力をかける圧力部等がある。このビット部のタッチスクリーンでの位置が異なれば、それは異なるビットパターンを示しているとタッチスクリーンデバイス101が認識しこれら異なるビットパターンによって異なる操作を実行する。図1及び図2Aで示したNon−ITデバイス102の場合には、例えば図5A及び図5Bに示した6つのビットパターンがある。この6つのビットパターンのそれぞれに異なる操作内容を対応付けることができる。
リアルタイム処理発生装置420がタッチスクリーンデバイス101内に存在するCPUのタイマー処理を用いて例えば33msごとにイベントを発生させる(ステップS601)。イベントが発生すると接地点位置座標取得処理部401がタッチスクリーン103上の静電分布に基づいてNon−ITデバイス102の静電部201の位置と座標を検知し、接地点情報蓄積部411に蓄積する(ステップS602)。次に接地点数処理部402が接地点情報蓄積部411から最新時刻に検知された静電部201の数を調べ、タッチスクリーン103に接地している静電部201の数が3の場合と、この数が4の場合で処理を分ける(ステップS603)。上記のNon−ITデバイス102を使用している場合にはタッチスクリーン103に接地している静電部201の数が4になるのは、静電気を帯びている点状のものをタッチスクリーン103に接触させた場合、例えば1本の指をタッチスクリーン103に接触させた場合である。最初にタッチスクリーン103に接地している静電部201の数が3の場合の処理について図7を参照して説明する。
接地点情報蓄積部411から、検知した3点の静電部201の位置座標を取得し、各静電部201の間の距離を計算する(ステップS701、S702)。距離計算をしたときに、最も短い距離を形成し、かつ最も長い距離を形成した静電部201をOPとする(ステップS801)。次に最も短い距離を形成する2点の静電部201のうちOPを除いた点をSPとする(ステップS802)。最後に残った点をTPとする(ステップS803)。OPとSPの位置座標を取得する(ステップS804)。このとき、タッチスクリーン座標系に対するOPを基準としたSPへの角度をデバイスの方向とする(ステップS805)。
接地点数処理部402が、3点の静電部201の座標から4点目が増えたことを接地点情報蓄積部411の履歴から検出すると、4点目が枠内に存在するかどうかを調べる。そこで、接地点数処理部402が枠内にあることを検知すると、接地デバイス情報付加処理部435が枠内の画像を切り取りサーバ上のデータベース(情報蓄積部415)に保存する。このとき、保存された情報と接地面の静電部201の位置関係は一対一対応として保存される。逆に4点目が枠外である場合は接地デバイス情報送信処理部436が接地面の静電部201の位置関係に対応する情報を情報蓄積部415から取り出し、画面内に表示できる。このとき、別のタッチスクリーンで行うと、図3Bを参照して説明したように、Non−ITデバイスを持ち歩くことによってあたかも切り取った画像を持ち運ぶことと同等のことができる。
Claims (8)
- 複数のビット部と非ビット部とを表面に含むデバイスと、
前記ビット部のうちの複数のビット部の位置を同時に検出するタッチスクリーンと、
前記タッチスクリーンが検出した複数のビット部の位置座標をそれぞれ検出して、当該複数のビット部間の距離を計算し、この計算された各距離のうちの最短距離を形成しかつ最長距離を形成するビット部を第1ビット部とすると共に、前記最短距離を形成する2つのビット部のうち前記第1ビット部を除いたビット部を第2ビット部とし、当該第1ビット部の位置座標と第2ビット部の位置座標とを結んだ直線と、前記タッチスクリーン上に定義される二次元座標系の一方の軸とのなす角度を、前記デバイスの方向として計算する第1の計算処理部と
を具備することを特徴とする操作情報入力システム。 - デバイスの種類と、該デバイスの面と、該面ごとのビット部の配置パターンと、を蓄積している第1のデバイス情報蓄積部と、
前記タッチスクリーンが検出した複数のビット部の位置座標をそれぞれ検出して、当該複数のビット部間の距離を計算し、この計算された各距離のうちの最短距離を基準として各距離を正規化し、正規化後の各距離の比率と前記蓄積された配置パターンとを照合して前記種類と前記接地面とを検出する第2の計算処理部と
を、さらに具備することを特徴とする請求項1記載の操作情報入力システム。 - 前記第1ビット部から前記デバイスの中心までの距離及び向きをデバイスの面ごとに蓄積する第2のデバイス情報蓄積部と、
前記タッチスクリーンが検出した複数のビット部の位置座標をそれぞれ検出して、前記第1ビット部の位置座標を計算し、当該計算された第1ビット部の位置座標に前記蓄積された距離及び向きを示すベクトルを加えることにより前記デバイスの位置座標を計算する第3の計算処理部と
を、さらに具備することを特徴とする請求項1に記載の操作情報入力システム。 - 前記デバイスは中空であり、
前記中空の枠の形状と、デバイスに対する枠の位置及び方向とを蓄積した第3のデバイス情報蓄積部と、
前記第3の計算処理部により計算されたデバイスの位置座標と、前記第1の計算処理部により計算されたデバイスの方向によりデバイスの位置を確定し、前記蓄積された枠の形状と位置及び方向により、前記タッチスクリーン上での前記枠の位置と方向を計算する第4の計算処理部と
を、さらに具備することを特徴とする請求項3に記載の操作情報入力システム。 - 前記位置と前記方向が計算された枠の中にある表示情報を、前記デバイスの操作に対応して予め登録されている処理に基づいて変化させる第5の計算処理部を、さらに具備することを特徴とする請求項4に記載の操作情報入力システム。
- 前記ビット部の位置と前記第1のデバイス情報蓄積部に蓄積された配置パターンとを照合した後に、新たなビット部が追加して検出された場合に、該新たなビット部が検出された位置に応じて予め登録されている処理を行う第6の計算処理部を、さらに具備することを特徴とする請求項2に記載の操作情報入力システム。
- 前記ビット部は静電部であり、前記タッチスクリーンは静電容量型である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の操作情報入力システム。
- 前記ビット部は突起部であり、前記タッチスクリーンは圧力を感知することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の操作情報入力システム。
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