TWI520765B - 幾何結構解析方法、其系統及其電腦程式產品 - Google Patents

Description

幾何結構解析方法、其系統及其電腦程式產品

本發明係有關一種幾何結構解析技術，尤指一種利用磁力感應技術解析磁性積木之幾何結構的方法、其系統及其電腦程式產品。

近年來新的人機互動方式不斷地被提出，令使用者能夠以更直覺之自然行為操作的模式，與電子裝置進行互動。在現有的人機互動技術中，除了可以讓使用者從螢幕顯示中得到充分的視覺回饋效果外，更可以使用實物操作螢幕中的數位資訊，而能讓使用者得到豐富的觸覺回饋效果。例如在人機互動系統使用實體積木作為操作媒介，對螢幕中所顯示出的該實體積木之數位模型進行操作，而能進行如遊戲、教學等具動態之互動。然而，要使用實體積木作為操作媒介，以能控制螢幕中所顯示的數位模型，勢必要對該實體積木進行偵測及解析其幾何架構後，轉換成數位模型後才能在螢幕上顯示。

現有對實體積木進行偵測之技術，並不能有效且精確的解析出實體積木的幾何架構。以光學偵測為例，其係使 用光學攝影機對實體積木的材質進行偵測，藉此建構實體積木的數位模型。此種偵測方式往往在使用者手握實體積木時，實體積木被手握住的部份容易對偵測形成遮蔽及干擾，造成解析之困難度。此外，光學偵測之方式必須使用特定材質製作實體積木才能讓光學攝影機進行偵測，此特定材質往往會遮蔽螢幕上顯示的畫面，造成互動性不佳。又以主動式偵測為例，此種偵測方式必須在實體積木中內建主動式偵測器，且必須供應電源維持運作，不僅增加製作成本，亦造成維護上的困難。

是以，實有必要提出一種幾何結構解析技術，能準確地建構物體的數位模型，以提供使用者更多樣且直覺的操作模式，同時避免因物體遭到遮蔽而無法精準建構物體之數位模型的問題，以及具備輕量化、可攜性佳、製作成本低、易於在各種電子裝置上安裝使用等特點，遂為目前亟待解決的課題。

本發明之主要目的在於提供一種幾何結構解析方法，係用以解析磁性積木所組成之模型的二維幾何結構，該幾何結構解析方法包含下列步驟：取得該模型之磁場強度影像，進而以該磁場強度影像之形狀作為該模型之輪廓，接著依據第一演算法將該輪廓進行三角分割化，以取得位於該輪廓內的複數個交錯區域三角形、複數個普通區域三角形及複數個末端區域三角形，再依據第二演算法將該複數個交錯區域三角形、該複數個普通區域三角形及該 複數個末端區域三角形進行骨架化，以取得對應該模型的複數個第一骨架及複數個第一接合點，進一步連接位於該複數個交錯區域三角形的第一接合點與鄰接該複數個末端區域三角形的該複數個普通區域三角形中的第一骨架之一端點，以取得複數個第二骨架及複數個第二接合點，以及依據該磁性積木之長度，切割該複數個第二骨架中長度大於該磁性積木之長度者，以形成複數個第三骨架及第三接合點，且移除該複數個第二骨架中長度小於該磁性積木之長度者，藉此以該第三接合點、該複數個第二接合點、該複數個第二骨架以及該複數個第三骨架作為該模型的二維幾何結構之骨架及關節。

本發明復提供一種幾何結構解析系統，係包括磁性積木、磁場感測器及計算裝置，該磁場感測器用以取得該磁性積木所組成之模型的磁場強度影像，以供該計算裝置依據該磁場強度影像且運用前述之幾何結構解析方法建構出該模型的二維幾何結構，進而顯示該二維幾何結構。

本發明又提供一種電腦程式產品，係載入於一機器以執行一幾何結構解析方法，俾以該方法解析磁性積木所組成之模型的二維幾何結構，該電腦程式產品包括：第一程式碼，係取得該模型之磁場強度影像，進而以該磁場強度影像之形狀作為該模型之輪廓；第二程式碼，係依據第一演算法將該輪廓進行三角分割化，以取得位於該輪廓內的複數個交錯區域三角形、複數個普通區域三角形及複數個末端區域三角形；第三程式碼，係依據第二演算法將該複 數個交錯區域三角形、該複數個普通區域三角形及該複數個末端區域三角形進行骨架化，以取得對應該模型的複數個第一骨架及複數個第一接合點；第四程式碼，係連接位於該複數個交錯區域三角形的第一接合點與鄰接該複數個末端區域三角形的該複數個普通區域三角形中的第一骨架之一端點，以取得複數個第二骨架及複數個第二接合點；以及第五程式碼，係依據該磁性積木之長度，切割該複數個第二骨架中長度大於該磁性積木之長度者，以形成複數個第三骨架及第三接合點，進而移除該複數個第二骨架中長度小於該磁性積木之長度者，藉此以該第三接合點、該複數個第二接合點、該複數個第二骨架以及該複數個第三骨架作為該模型的二維幾何結構之骨架及關節。

3‧‧‧輪廓

300、301、301’‧‧‧第二骨架

302‧‧‧第二接合點

3001、3002‧‧‧第三骨架

3003‧‧‧第三接合點

31‧‧‧第一磁性積木

311、312‧‧‧第一磁場強度影像

32‧‧‧第二磁性積木

321、322‧‧‧第二磁場強度影像

33‧‧‧第三磁性積木

331、332‧‧‧第三磁場強度影像

34、38、39、39’‧‧‧交錯區域三角形

341、381、391、391’‧‧‧第一骨架

342、382、392、392’‧‧‧第一接合點

35、35’‧‧‧普通區域三角形

351、351’、361‧‧‧第一骨架

36‧‧‧末端區域三角形

37、37’‧‧‧第一接合點

41、51、53、55‧‧‧磁性積木

42‧‧‧磁場感測器

43‧‧‧顯示面板

44‧‧‧磁鐵

45‧‧‧磁場方向

52、54‧‧‧第一磁鐵

56‧‧‧第二磁鐵

57‧‧‧齒狀公接頭

58‧‧‧齒狀母接頭

D‧‧‧最小距離

S11~S15、S21~S26‧‧‧步驟

第1圖為本發明一實施例之幾何結構解析方法之流程圖；第2圖為本發明另一實施例之幾何結構解析方法之流程圖；第3A圖為本發明一實施例中由複數個磁性積木所組成之模型示意圖；第3B圖為第3A圖之模型的磁場強度影像示意圖；第3C圖為第3B圖之磁場強度影像進行分割後的結果示意圖；第3D圖為依據第3C圖之模型進行輪廓化後之模型輪廓示意圖； 第3E圖為依據第3D圖之模型進行三角分割化之模型輪廓示意圖；第3F圖為依據第3E圖之模型進行骨架化之模型輪廓示意圖；第3G圖為依據第3F圖之模型進行簡化之模型輪廓示意圖；第3H圖為依據第3G圖之模型進行切割及移除之模型輪廓示意圖；第4圖為本發明之幾何結構解析系統之示意圖；第5A圖為本發明之第一示範磁性積木之示意圖；第5B圖為本發明之第二示範磁性積木之示意圖；以及第5C圖為本發明之第三示範磁性積木之示意圖。

以下藉由特定之具體實施例加以說明本揭露之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。

第1圖為本發明一實施例之幾何結構解析方法之流程圖，包含步驟S11~S15。本發明之幾何結構解析方法，主要用以解析由磁性積木所組合成的模型之二維幾何結構，該二維幾何結構可以骨架及關節來進行表示。此外，該幾何結構解析方法係運作在一計算裝置上，該計算裝置可為電腦、平板電腦、手機等，但並不以此為限。

於步驟S11中，為取得模型之磁場強度作為輪廓，即將磁性積木所組成之模型置於一磁性感測器上方，以供該磁性感測器感測該模型之磁場而產生磁場強度影像。之後，利用該磁場強度影像的形狀，能夠作為該模型之輪廓。接著進至步驟S12。

在取得模型之輪廓後，於步驟S12，即可將該輪廓三角分割化來取得複數個三角形。詳言之，該輪廓三角分割化係指依據第一演算法對輪廓進行演算，以將該輪廓具體分割成位在輪廓內的複數個三角形，即該輪廓可為該複數個三角形所組成。而該第一演算法具體為德朗奈三角形(Delaunay triangulation)演算法，但並不以此為限。所謂的德朗奈三角形演算法，係指將在一個平面中的點集合進行三角分割後，不存在有任何一點被包含在分割後產生的所有三角形的外接圓內。因此，經德朗奈三角形演算法進行運算的模型之輪廓，能夠分割成具有交錯區域三角形(end triangle)、普通區域三角形(normal triangle)及末端區域三角形(junction triangle)等類型所組成的複數個三角形。接著進至步驟S13。

於步驟S13中，則將該複數個三角形骨架化，以取得複數個骨架及接合點。具體言之，將複數個三角形骨架化係依據第二演算法來進行，而第二演算法針對不同類型的三角形亦具有不同的骨架化演算法規則。對於交錯區域三角形之類型，係以連接三角形中點至三角形三邊中點的方式，來形成複數個第一骨架及第一接合點。於一實施例中， 每一個交錯區域三角形經第二演算法予以骨架化後，可具有三個第一骨架及至少一第一接合點，但本發明並不以此為限。對於普通區域三角形之類型，係以連接三角形兩內部邊中點的方式，來形成複數個第一骨架及第一接合點。於一實施例中，每一個普通區域三角形經第二演算法予以骨架化後，可具有一個第一骨架及二個第一接合點，但本發明並不以此為限。對於末端區域三角形之類型，係以連接三角形內部邊中點至三角形中點之方式，來形成複數個第一骨架及第一接合點。於一實施例中，每一個末端區域三角形經第二演算法予以骨架化後，可具有一個第一骨架及二個第一接合點，但本發明並不以此為限。而前述內容中所謂的三角形內部邊，係指三角形的邊並未作為模型之輪廓的一部分，亦即該三角形內部邊並未位在模型的輪廓上。

在利用第二演算法將複數個三角形骨架化後，該複數個第一骨架及第一接合點即可彼此連接以形成對應該模型的二維幾何結構的骨架及關節。然而，要運用所取得之模型的二維幾何結構前，必須再進行簡化、切割及過濾之步驟S14及S15，以獲得更貼近模型外形的二維幾何結構。

於步驟S14中，係將前述所取得的複數個第一骨架及第一接合點予以簡化，而簡化手段係將位於交錯區域三角形內部的第一接合點連接至鄰接末端區域三角形的普通區域三角形中的第一骨架之一端點，以形成複數個第二骨架及複數個第二接合點。接著進至步驟S15。

於步驟S15中，則可將前述經簡化取得的複數個第二骨架進行切割及過濾的步驟。詳言之，依據該磁性積木的長度，來對複數個第二骨架中長度大於磁性積木之長度者，來進行切割以形成複數個第三骨架及至少一第三接合點。而複數個第二骨架中長度小於磁性積木之長度者，則將之過濾移除。因此，所剩餘的第二骨架及該複數個第三骨架可共同形成作為該模型的二維幾何結構之骨架，另該些第二接合點及該些第三接合點則可作為該模型的二維幾何結構的關節。

第2圖為本發明另一實施例之幾何結構解析方法之流程圖，包含步驟S21~S26，以下將搭配第3A至3H圖來對本發明作進一步的詳細說明。

步驟S21係為取得模型之磁場強度影像作為輪廓。詳言之，步驟S21中所述之模型為複數個第一磁性積木31、複數個第二磁性積木32及複數個第三磁性積木33所組合而成，如第3A圖所示。由於第一磁性積木31、第二磁性積木32及第三磁性積木33內部裝有磁鐵，因此各積木之間可以透過磁力來彼此堆疊以組裝成任意結構與外型，如第3A圖中所堆疊的模型可表示為一隻鹿。將第一磁性積木31、第二磁性積木32及第三磁性積木33組合成的模型置於磁性感測器上方，而該模型之磁場能夠讓磁性感測器進行感測，產生該模型的磁場強度影像。於一實施例中，該模型的磁場強度影像會產生數個，原因在於各積木堆疊處的磁力大於各積木未堆疊處的磁力，因此，所產生的數 個磁場強度影像會以磁力強度作一區隔，而成如等高線圖的分佈狀態。請進一步同時參閱第3A圖、第3B圖及第3C圖，第二磁場強度影像321具體為緊貼在計算裝置上的複數個第一磁性積木31所形成的輪廓，而第三磁場強度影像331則是在該複數個第一磁性積木31上有堆疊的複數個第二磁性積木32的部份所形成的輪廓。換言之，因為第二磁性積木32堆疊在第一磁性積木31上並以磁力相連結在一起，所堆疊處的磁力大於未堆疊處的磁力，故可依據磁力強度作切割，將同一磁力大小切割成同一區域。據此，生成第三磁場強度影像331的磁力大於生成第二磁場強度影像321的磁力，故能形成有別於第二磁場強度影像321的第三磁場強度影像331。於本發明之一實施例中，於第二磁性積木32上更可再堆疊第三磁性積木33，但本發明並不以此為限。然而，所堆疊的第二磁性積木32中並非下方皆有第一磁性積木31，第二磁性積木32之一端係堆疊在第一磁性積木31上，而第二磁性積木32之另一端則會呈現懸掛狀態，即該第二磁性積木32之懸掛一端在磁性感測器的上方而非貼合在計算裝置上，此造成磁性感測器所偵測到的磁力較弱於直接貼合在計算裝置上的磁性積木。因此，如第3B圖所示，相較於第二磁場強度影像321，第一磁場強度影像311的末端即是包含有懸掛一端的磁性積木所形成的的輪廓。在磁力強度的比較上，第一磁場強度影像311的磁力係為最小，第三磁場強度影像331的磁力係為最大。將第3B圖之磁場強度影像進行分割後如第3C圖 所示，其具有數個第一磁場強度影像312、第二磁場強度影像322及第三磁場強度影像332。第一磁場強度影像312的磁力係為最小，第三磁場強度影像332的磁力係為最大。在取得數個磁場強度影像後，即可利用該些磁場強度影像的形狀來作為模型之輪廓。於一實施例中，係以第一磁場強度影像311的形狀來作為模型之輪廓，亦可以將第3B圖之磁場強度影像進行分割後的第3C圖全部的磁場強度影像的整體形狀，整合成如第3D圖所示的輪廓3，來作為模型之輪廓，本發明並不以此為限。

以下以第3D圖所示之輪廓3來作為步驟S21中所述之輪廓，以進一步說明。於步驟S22中，係將如第3D圖所示之輪廓3進行三角分割化，以取得複數個三角形。而此複數個三角形係依據第一演算法如德朗奈三角形(Delaunay triangulation)演算法對該輪廓3進行三角分割化後所得。如第3E圖所示，該複數個三角形中包含了複數個普通區域三角形35、複數個末端區域三角形36以及複數個交錯區域三角形34、38、39。

接著在步驟S23中，將複數個普通區域三角形35、複數個末端區域三角形36以及複數個交錯區域三角形34、38、39骨架化，以取得複數個骨架及複數個接合點。針對不同類型的三角形則有不同的骨架化演算法規則。請參閱第3E圖，如交錯區域三角形34進行骨架化後，則會得到該交錯區域三角形34之中點作為第一接合點342，而交錯區域三角形38、39亦分別以其中點作為第一接合點382、 392。以交錯區域三角形34為例，連接第一接合點342至交錯區域三角形34三邊中點的方式，可以得到三個第一骨架341，而交錯區域三角形38、39亦相同，可以分別得到三個第一骨架381、391。於一實施例中，交錯區域三角形34、38、39之三邊並不會位在輪廓3上，即交錯區域三角形34、38、39之三邊皆為內部邊，且第一接合點342除了為交錯區域三角形34之中點外，亦可以交錯區域三角形34之三邊的中點作為接合點。對普通區域三角形35進行骨架化後，則會得到以連接普通區域三角形35兩內部邊中點的第一骨架351，而兩內部邊中點亦可作為接合點。另對末端區域三角形36進行骨架化後，則會得到以連接末端區域三角形36內部邊之中點至該末端區域三角形36中點的第一骨架361，而其內部邊之中點亦可作為接合點。將所有普通區域三角形35、末端區域三角形36以及交錯區域三角形34、38、39所形成的複數個第一骨架341、351、361、381、391透過第一接合點342、382、392連接在一起，則可形成代表輪廓3整體的骨架，而接合點則可作為輪廓3整體骨架中的關節。

然而，這樣的骨架與關節並不能完整代表輪廓3的二維幾何結構，必須再經過移除步驟。步驟S24係進行移除部份之複數個骨架，並合併部份之複數個接合點為新的接合點。詳言之，所要移除的骨架係位於該複數個末端區域三角形36中的第一骨架361。於一實施例中，除了移除末端區域三角形36中的第一骨架361外，亦可一併移除與末 端區域三角形36鄰接之交錯區域三角形或普通區域三角形中的第一骨架，例如將與末端區域三角形36所鄰接的交錯區域三角形39’中的第一骨架391’予以移除，如第3E圖所示。而交錯區域三角形中未與末端區域三角形中的第一骨架所連接的其他第一骨架則不需移除。除了移除部份的骨架外，將複數個第一接合點彼此之間的連線所通過的三角形數量再一特定值以下的該些第一接合點合併成新的第一接合點。如第3E及3F圖所示，交錯區域三角形39之第一接合點392與交錯區域三角形38之第一接合點382的連線僅通過一個普通區域三角形35，因此，可將第一接合點382、392合併成新的第一接合點37’。於一實施例中，二個交錯區域三角形之接合點的連線所通過的普通區域三角形的數量可為一個，亦可為其他數量，本發明並不以此為限。

經過上述步驟S24的移除與合併步驟後，即可進行步驟S25的簡化步驟。於步驟S25中，係將前述所取得的複數個第一骨架及第一接合點予以簡化，而簡化手段係將位於交錯區域三角形內部的第一接合點連接至鄰接末端區域三角形的普通區域三角形中的第一骨架之一端點，以形成複數個第二骨架及複數個第二接合點。於一實施例中，係將第3F圖中的第一接合點392’連接至第一接合點37’，或是將第一接合點342連接至第一接合點351’，以形成如第3G圖所示的第二骨架300、301以及第二接合點302，第二骨架及第二接合點可為複數個。

經過步驟S25的簡化後，即可再將該複數個第二骨架進行切割及過濾的步驟S26。所謂切割的步驟，即是依據該磁性積木的長度，將複數個第二骨架中長度大於磁性積木之長度者，切割形成複數個第三骨架及至少一第三接合點。於一實施例中，請參閱第3G、3H圖，第3G圖中第二骨架300的長度大於磁性積木的長度，因此將其切割成如第3H圖中第三骨架3001、3002以及第三接合點3003。另外，所謂過濾的步驟，則是移除複數個第二骨架中長度小於磁性積木之長度者。於一實施例中，第3G圖中第二骨架301’的長度小於磁性積木之長度，故將之移除。第3H圖即是經過切割及過濾步驟後剩餘之第二骨架301及第三骨架3001、3002所共同形成該模型的二維幾何結構之骨架，而複數個第二接合點302及第三接合點3003則可作為該模型的二維幾何結構之關節。

本發明另提供一種幾何結構解析系統，能運用如上述之幾何結構解析方法來建構出模型的二維幾何結構。如第4圖所示，該幾何結構解析系統包括至少一磁性積木41、磁場感測器42及顯示面板43。該顯示面板43係為一具有計算單元之計算裝置，即該顯示面板43具體可為平板電腦、手機等，但並不以此為限，計算單元具體可為安裝在平板電腦、手機內的軟體，以搭配平板電腦、手機的處理器進行運算。該磁場感測器42係貼附於顯示面板43之一面，該磁性積木41內裝設有至少二磁鐵44。該磁性積木41具體可為圓角長方體，而二磁鐵44則是裝設在長方體 的二端，且係以同極性的方式進行安裝。換言之，二磁鐵44所產生的磁場方向45皆相同，且磁場方向45垂直於顯示面板43或磁場感測器42。此外，二磁鐵44彼此之間具有一最小距離D，此最小距離D能讓二磁鐵44所各自產生的磁場能融合成一體，在磁場感測器42的感測下，所產生的該二磁鐵44之磁場強度影像的外形近似或大致相同於該磁性積木41之外形。此用意在於讓磁場感測器42所取得的磁場強度影像能貼近磁性積木的外形，以便作更進一步的分析。

請參閱第5A、5B、5C圖所示，進一步說明磁性積木的種類。於第5A圖之第一示範磁性積木之示意圖中，磁性積木51為圓柱體之外形，其內設有第一磁鐵52。在第一磁鐵52上方的磁性積木51外側設有齒狀母接頭58，但本發明並不限制磁性積木51必須要設有齒狀母接頭58。於第5B圖之第二示範磁性積木之示意圖中，磁性積木53為圓角長方體，於該圓角長方體之二端分別設有第一磁鐵54，此二第一磁鐵54具有一最小距離D，能使該二第一磁鐵54所各自產生的磁場融為一體，令其磁場強度影像之外形近似於該磁性積木53之外形。分別在二第一磁鐵54之上方的磁性積木53外側設有齒狀母接頭58，但本發明並不限制磁性積木53必須設有磁狀母接頭58。於第5C圖之第三示範磁性積木之示意圖中，磁性積木55亦為圓角長方體，與磁性積木53不同的是，該磁性積木55內係設有二第二磁鐵56，該第二磁鐵56之高度係小於該第一磁鐵54 之高度，致使第二磁鐵56之磁力小於該第一磁鐵54之磁力。此外，分別在該二第二磁鐵56之上方的磁性積木55外側設有齒狀母接頭58，且分別在該二第二磁鐵56之下方的磁性積木55外側設有齒狀公接頭57，換言之，齒狀公接頭57與齒狀母接頭58係相對應設置在第二磁鐵56至少一者的兩側。齒狀公接頭57的齒數及大小皆與齒狀母接頭58相對應，故能彼此相互嵌合。而齒狀公接頭57及齒狀母接頭58的作用在組合模型時，可根據需求應用不同的磁性積木，如需要固定關節處則使用磁性積木55，不需要固定關節者則使用磁性積木53或磁性積木51。藉由該些磁性積木51、53、55所組成的模型，令磁場感測器42取得該模型的磁場強度影像後，即可利用本發明之幾何結構解析方法建構出該模型的二維幾何結構，並將該二維幾何結構顯示在顯示面板43上。於一實施例中，第一磁鐵52、54及第二磁鐵56可為圓柱型的釹鐵硼磁鐵(Neodymium magnets)，而磁性積木51、53、55亦可為裝設有三個以上磁鐵之外形，如呈現三角形、十字形、長方形等等，而磁性積木51、53、55可以透明壓克力材料製成，但本發明並不以此為限。

再者，本發明提供一種電腦程式產品，其包括複數個程式碼，係載入於一機器(如計算裝置)以執行上述幾何結構解析方法之步驟，俾以該方法解析至少一磁性積木所組成之模型的二維幾何結構。

藉由本發明之幾何結構解析技術，能夠準確地建構物 體的二維幾何結構，以顯示在顯示面板上。使用者只需要控制模型的外形，顯示面板上的二維幾何結構亦可隨之改變，藉此提供使用者更多樣且直覺的操作模式，以及豐富的視覺回饋，而能避免現有技術中因物體遭到遮蔽而有無法精確建構物體的二維幾何結構的問題。而本發明可作許多進階的運用，茲詳述如下。

本發明之運用一，係將磁性積木結合制動器，令制動器能夠控制磁性積木所組成的模型之形變，使得磁場強度影像的外形能夠隨著制動器的控制而跟著改變。

本發明之運用二，則是將磁性積木上貼附導電膠帶，使得貼附有導電膠帶的磁性積木放置在具有觸控面板的計算裝置(如平板電腦)上時，能夠完成多點觸控的功能。例如，利用磁性積木組成外形如貓的模型，將模型放置在平板電腦上，貼附於平板電腦一面的磁場感測器能夠偵測出模型的磁場強度影像，進而建構出貓的二維幾何結構，並將其顯示在平板電腦上。由於磁性積木上貼附有導電膠帶，因此只要觸碰該導電膠帶，相當於觸控平板電腦，而能完成如撫摸貓的動作，且平板電腦上的貓亦會產生被撫摸的互動動作，此一互動可以軟體完成。因此，能夠提供使用者更棒的互動體驗。

本發明之運用三，則是將磁性積木上貼附光纖束(fiber optics bundle)，使得因磁性積木放置在平板電腦上而遮蔽的影像，能夠透過光纖束顯示到磁性積木的表面，故磁性積木可具備顯示能力。

本發明之運用四，則是利用磁性積木內的磁鐵同極性設置的特點，能夠組成富彈性的模型架構，而此一彈性則是利用磁力的吸引力或排斥力來達到互動的效果。例如將磁性積木組成圓形，將該圓形擠壓後放開，該圓形之磁性積木則會因為磁力互斥而彈開恢復成圓形。

本發明之運用五，則是利用模型之磁場強度影像會隨著磁力強度的不同而有所變化的特性，令使用者抓握模型在平板電腦上進行三維互動，例如將模型遠離磁場感測器，此時磁場感測器因磁力減弱，其產生的磁場強度影像的外形就會縮小；將模型靠近磁場感測器，此時磁場感測器因磁力增加，其產生的磁場強度影像的外形就會增大。使用者藉由將模型遠離或靠近磁場感測器，進而操作如飛機遊戲中飛機的飛行高度。

此外，尚可利用此特性達到更多的互動，本發明並不以上述運用為限。

綜上所述，本發明之幾何結構解析技術，能夠準確地建構含有磁鐵的物體之二維幾何結構，將能將該二維幾何結構顯示在顯示面板上。使用者可實際抓握模型並控制其外形或位置，顯示面板上的二維幾何結構亦可隨之改變，藉此提供使用者更多樣且直覺的操作模式，並具有豐富的視覺回饋效果。而達成本發明上述功效的磁性積木，具備輕量化、可攜性佳、製作成本低、不含任何電子元件，亦不需供應電力。磁力偵測的模式不受環境光源、濕度、手部接觸或遮蔽等干擾，提供極佳的偵測穩定性，且易於在 各種電子裝置上安裝使用，因而能避免現有技術中因物體遭到遮蔽而有無法精確建構物體的二維幾何結構的問題。

上述實施形態僅為例式性說明本揭露之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本揭露之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本揭露之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本揭露所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。而本揭露之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。

41‧‧‧磁性積木

42‧‧‧磁場感測器

43‧‧‧顯示面板

44‧‧‧磁鐵

45‧‧‧磁場方向

D‧‧‧最小距離

Claims (14)

1. 一種幾何結構解析方法，係用以解析至少一磁性積木所組成之模型的二維幾何結構，該幾何結構解析方法包含下列步驟：取得該模型之磁場強度影像，進而以該磁場強度影像之形狀作為該模型之輪廓；依據第一演算法將該輪廓進行三角分割化，以取得位於該輪廓內的複數個交錯區域三角形、複數個普通區域三角形及複數個末端區域三角形；依據第二演算法將該複數個交錯區域三角形、該複數個普通區域三角形及該複數個末端區域三角形進行骨架化，以取得對應該模型的複數個第一骨架及複數個第一接合點；連接位於該複數個交錯區域三角形的第一接合點與鄰接該複數個末端區域三角形的該複數個普通區域三角形中的第一骨架之一端點，以取得複數個第二骨架及複數個第二接合點；以及依據該磁性積木之長度，切割該複數個第二骨架中長度大於該磁性積木之長度者，以形成複數個第三骨架及至少一第三接合點，且移除該複數個第二骨架中長度小於該磁性積木之長度者，藉此以該第三接合點、該複數個第二接合點、該複數個第二骨架以及該複數個第三骨架作為該模型的二維幾何結構之骨架及關節。
2. 如申請專利範圍第1項所述之幾何結構解析方法，其中，該第一演算法係為德朗奈三角形(Delaunay triangulation)演算法。
3. 如申請專利範圍第1項所述之幾何結構解析方法，其中，該第二演算法係對該複數個交錯區域三角形以連接三角形中點至三角形三邊中點之方式形成該複數個第一骨架及該複數個第一接合點，該第二演算法係對該複數個普通區域三角形以連接三角形兩內部邊中點之方式形成該複數個第一骨架及該複數個第一接合點，該第二演算法係對該複數個末端區域三角形以連接三角形內部邊中點至三角形中點之方式形成該複數個第一骨架及該複數個第一接合點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之幾何結構解析方法，其中，在取得對應該模型的複數個第一骨架及複數個第一接合點之步驟後，更包含移除位於該複數個末端區域三角形中的第一骨架之步驟。
5. 如申請專利範圍第4項所述之幾何結構解析方法，其中，在移除位於該複數個末端區域三角形中的第一骨架時，將該複數個第一接合點彼此之間的連線所通過之三角形數量在一特定值以下者合併成新的第一接合點。
6. 一種幾何結構解析系統，係包括至少一磁性積木、磁場感測器及計算裝置，該磁場感測器用以取得該磁性積木所組成之模型的磁場強度影像，以供該計算裝置 依據該磁場強度影像且運用如申請專利範圍第1至5項中任一項之幾何結構解析方法建構出該模型的二維幾何結構，進而顯示該二維幾何結構。
7. 如申請專利範圍第6項所述之幾何結構解析系統，其中，該磁性積木係為圓角長方體，該磁性積木內裝設有至少二磁鐵，且該二磁鐵係以同極性的方式進行安裝。
8. 如申請專利範圍第7項所述之幾何結構解析系統，其中，該二磁鐵之間具有最小距離，係讓該二磁鐵各自產生的磁場能融合成一體，俾使該磁場感測器所產生的該二磁鐵之磁場強度影像之外形近似於該磁性積木之外形。
9. 如申請專利範圍第6項所述之幾何結構解析系統，其中，該磁性積木係為圓柱體，其內裝設有磁鐵。
10. 如申請專利範圍第7項所述之幾何結構解析系統，其中，該磁性積木具有設於其外側之齒狀公接頭及齒狀母接頭，該齒狀公接頭及該齒狀母接頭相對應設置於該二磁鐵之至少一者的兩側，且該齒狀公接頭及該齒狀母接頭之齒數與大小相對應能互相嵌合。
11. 如申請專利範圍第6項所述之幾何結構解析系統，其中，該磁性積木係結合制動器以控制該磁性積木所組成之模型的形變。
12. 如申請專利範圍第6項所述之幾何結構解析系統，其中，該磁性積木係貼附導電膠帶，俾使該磁性積木使 用於該計算裝置上時，完成多點觸控之功能。
13. 如申請專利範圍第6項所述之幾何結構解析系統，其中，該磁性積木係貼附光纖束，俾使該計算裝置上所顯示之影像透過該光纖束顯示至該磁性積木的表面。
14. 一種電腦程式產品，係載入於一機器以執行一幾何結構解析方法，俾以該方法解析至少一磁性積木所組成之模型的二維幾何結構，該電腦程式產品包括：第一程式碼，係取得該模型之磁場強度影像，進而以該磁場強度影像之形狀作為該模型之輪廓；第二程式碼，係依據第一演算法將該輪廓進行三角分割化，以取得位於該輪廓內的複數個交錯區域三角形、複數個普通區域三角形及複數個末端區域三角形；第三程式碼，係依據第二演算法將該複數個交錯區域三角形、該複數個普通區域三角形及該複數個末端區域三角形進行骨架化，以取得對應該模型的複數個第一骨架及複數個第一接合點；第四程式碼，係連接位於該複數個交錯區域三角形的第一接合點與鄰接該複數個末端區域三角形的該複數個普通區域三角形中的第一骨架之一端點，以取得複數個第二骨架及複數個第二接合點；以及第五程式碼，係依據該磁性積木之長度，切割該複數個第二骨架中長度大於該磁性積木之長度者，以形成複數個第三骨架及至少一第三接合點，且移除該 複數個第二骨架中長度小於該磁性積木之長度者，藉此以該第三接合點、該複數個第二接合點、該複數個第二骨架以及該複數個第三骨架作為該模型的二維幾何結構之骨架及關節。