[发明专利]用于基于移动感测输入作用力强度和旋转强度的方法和设备

说明书

技术领域

本发明中所描述的方法和设备涉及包括移动传感器的用户指令输入设备。更具体地，本发明涉及能够基于三维空间中的设备移动自然精确地输入作用力强度和旋转强度的用户指令输入设备。

背景技术

随着计算机科学的发展，已经开发出了多种允许用户将信息输入计算机设备的设备。这种设备之一称为用户指令输入设备。当用户操作这种设备元件时，将生成与用户指令输入设备的运动相对应的位置数据。此外，将这种位置数据转换为显示在显示器上的指针图像的运动。因此，通过移动用户指令输入设备，用户可以将指针图像与显示在显示器上的对象联系在一起。这里，对象指的是当选择菜单、按钮、或者图像时，允许执行某一动作的用户界面。此后，用户可以通过诸如按下用户指令输入设备的某一按钮的选择动作来执行与对应的对象相关联的某一命令。

通用个人计算机用户通过诸如Microsoft Windows和MAC OS X的图形化用户界面来使用操作系统来操作其计算机。这是由于在基于诸如DOS(磁盘操作系统)系统和某些UNIX版本的操作系统的控制台中不支持便捷的鼠标功能和各种的图形功能，通过上述功能，用户可以仅仅通过拖拽、滚动、或者点击鼠标来输入命令，而不需要利用键盘来输入。

另一方面，一些图像显示设备无法使用那些用在个人计算机中的键盘或者鼠标，比如数字TV、机顶盒、游戏机，在这些图像显示设备中，可以使用在远程控制设备上预先准备的键盘(key pad)来输入各种指令。因为上述设备与个人计算机不同，没有将这种设备固定在用于操作该设备的某一位置上，所以主要使用这种小型键盘输入方法，并且必须在诸如起居室的开放空间中进行操作，所以难以使用固定在诸如键盘或者鼠标的平面上的输入设备。

发明内容

技术问题

考虑到这种问题，目前开发出了具有诸如陀螺仪和加速计的运动传感器的三维用户指令输入设备。通过移动三维用户指令输入设备，用户可以在期望方向上并且以期望速度在对应显示器上移动指针图像，并且通过按下位于用户指令输入设备上的某一按钮来选择并且执行期望动作。

近来，出现了多种使用诸如游戏控制台、航空模拟设备、运动模拟设备的三维用户指令输入设备的系统。在上述新式系统中，除了简单通过用户输入设备控制位于屏幕上的对象的线性移动(例如，控制位于屏幕上的指针)，还可以使用多种利用输入设备输入用户指令(诸如将作用力传送至存在于三维空间中的物体或者进行旋转)的方法的形式来达到上述目的。

同样，在将注入作用力或者旋转的动量传送至物体中，最重要的一点就是如何将屏幕响应(或者操作)上的对象自然地响应于移动现有的输入设备的用户动作。位于屏幕上的物体自然地响应的用户感觉根据用户而不同，但是从模拟的观点来看，对于某一输入的物理响应是唯一的。因此，有必要调整输入和响应之间的关系，以使输入接近唯一响应。

解决问题

本发明的目的是为了提供用户通过在三维空间中的任意移动而自然地输入作用力强度和旋转强度的方法和设备。

本发明将不仅限于上述技术目的。从以下详细描述中，本领域中的技术人员将更确切地理解文中没有描述的其他目的。

根据本发明的示例性实施例，提供了用于在三维空间中运行并且输入用户指令的输入设备，包括：第一操作单元，基于第一传感器的输出值计算与该设备的姿态无关的坐标系统中的第一旋转角；第二操作单元，基于第二传感器的输出值计算在坐标系统中的第二旋转角；姿态角测量单元，通过结合第一旋转角和第二旋转角来计算该输入设备的姿态角；以及强度计算单元，使用输入设备的加速度和在姿态测量单元中所获得的输入设备的姿态角来计算坐标系统中的作用力强度。

根据本发明的示例性实施例，提供了用于在三维空间中运行并且输入用户指令的输入设备，包括：传感器，检测出至少一个方向上的输入设备的加速度；强度计算单元，基于所检测出的加速度来计算主体坐标系(body frame)的作用力强度；以及强度映射单元，根据映射函数将计算出的作用力强度映射为最终输出的作用力强度。

根据本发明的示例性实施例，提供了用于在三维空间中运行并且输入用户指令的输入设备，包括：第一操作单元，基于第一传感器的输出值计算与该设备姿态无关的坐标系统中的第一旋转角；第二操作单元，基于第二传感器的输出值计算在坐标系统中的第二旋转角；姿态角测量单元，通过结合第一旋转角和第二旋转角来计算该输入设备的姿态角；以及强度计算单元，基于输入设备的角速率和从姿态角测量单元所获得的输入设备的姿态角来计算坐标系统中的旋转强度。