[发明专利]一种基于手势控制的三维空间手绘装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，涉及一种三维空间立体手绘装置及方法，尤其涉及一种基于手势输入、识别与控制的可穿戴式人机交互的快速三维空间立体手绘装置及方法。

背景技术

随着人机交互技术的不断发展，人机交互的方式已经从传统的繁琐而复杂的键盘输入、鼠标控制，逐步发展到触控、语音、手势、眼控，每一种交互方式的出现都给市场带来了无限可能性。毫无疑问，人与机器设备之间的交互越来越趋向于简单、直观，人机交互的体验越来越立体、自然。同时，随着智能家电、大屏智能设备、游戏娱乐等领域的快速发展，繁琐的人机交互方式已经逐渐被淘汰，而手势控制作为一种便捷且自然的交互方式，逐渐赢得人们的青睐。但是传统的手势识别方法易受光照、背景、噪声等外部因素影响，手势控制的精度及实时性亟待提高。

近年来，随着物联网技术的飞速进步，一系列以便利工作生活、提升娱乐体验为目的的智能设备快速兴起并蓬勃发展。用户交互体验更趋向于自然，智能交互设备的形态也产生了巨大的变化，交互方式还远未令人满意。图形作为一种更直观的沟通工具与思考方法，已泛在应用各种场合。三维图形交互效果表现的更佳，然而三维图形的绘制对于非专业人员来说难度大、门槛高，即便是绘制简单立体图也耗时耗力，难以表达出来。

发明内容

本发明主要是是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种用于三维空间立体绘图的交互输入方法，只需要在手上固定配套设备，就可以直接通过手部的运动进行“凌空绘图”。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种基于手势控制的三维空间手绘装置，其特征在于：包括手势传感单元、imu惯性测量单元、辅助测量单元、数据解算和控制单元、WIFI通信单元、上位机；

所述手势传感单元、imu惯性测量单元、辅助测量单元、数据解算和控制单元、WIFI通信单元集成到运动手饰上，运动手饰固定在手上；

所述手势传感单元、imu惯性测量单元、辅助测量单元分别与所述数据解算和控制单元连接通信，所述运动手饰能通过所述WIFI通信单元与上位机连接通信。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于手势控制的三维空间手绘方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集各手指弯曲度、采集手部与超声波发射源距离、采集手部在垂直于手部与超声波发射源连线的二维平面位置；

步骤2：通过各手指弯曲度数据得到手部的姿态，通过手部与超声波发射源距离、手部在垂直于手部与超声波发射源连线的二维平面位置的数据计算得到手部的三维空间坐标；

步骤3：对获取的数据进行处理，同时有效组织和精确调度各个模块，实现对手势的识别、对手部运动的追踪。

本发明具有如下优点：

1.采用先进的传感器检测手指各关节的屈伸角度。此类传感器采用了先进的特殊材料，这类材料弯曲形变极其敏感，能够将弯曲形变转换为电阻阻值的变化，电阻阻值经过信号处理和转换，最后转化为数字电路能够处理的数字信号。通过这种方式避免了使用微电子惯性测量元件造成的运算量大、误差较大的弊端；

2.采用基于MEMS技术的高精度微电子惯性测量芯片实现高精度测控。片上同时集成加速度计和陀螺仪，避免传感器分置带来的测量误差；通过精密的校准和精心设计的融合算法最大程度克服了MEMS设备的固有缺点，得到媲美机械惯导设备的精确度，为后级的运动检测、追踪、定位算法的准确性提供保障，实现三维空间立体手绘功能；

3.采用红外同步与超声波测距结合的测距方案用于在惯性测量条件未达到或需要相对于世界坐标系的绝对定位参数时提供绝对测量数据，使得三维空间立体手绘功能易实现且成本低，在本设备的应用场景下具有非常明显的优势；

4.采用自行改进的实时操作系统对各项任务进行调度，使各项任务得到有效组织和精确调度，一方面提高了处理器利用效率，另一方面又能做到及时响应各种内外部任务，保证三维空间立体手绘的实时性。

附图说明

图1是本发明实施例的系统功能模块图；

图2是本发明实施例的运动手饰的结构图；

图3是本发明实施例的超声波发射模块的结构图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。