專(zhuān)利名稱(chēng)：一種展示系統(tǒng)及其構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)本發(fā)明涉及一種會(huì)展展示中的交互展示 系統(tǒng)，這種展示系統(tǒng)利用與展示內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的三維實(shí)體模型作為輸入設(shè)備，通過(guò)對(duì)模型的 旋轉(zhuǎn)、觸摸和拍擊等操作，實(shí)現(xiàn)預(yù)存儲(chǔ)信息的展示及演示，具有較高的交互性和直觀體驗(yàn)程度。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)，信息展示方案的發(fā)展從原始的文字書(shū)稿、圖片展示發(fā)展到幻燈片等。 隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，智能化的信息展示手段日新月異，從簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)控制到觸摸屏控制， 從投影屏幕到激光立體成像，信息的展示方式程多元化，立體化發(fā)展。但是這種新的展示體 驗(yàn)的發(fā)展多集中在視覺(jué)顯示方面，但輸入設(shè)備相比而言卻顯得非常滯后?？v觀整個(gè)市場(chǎng)，可 用于展會(huì)展示的通用型儀器較少，主要設(shè)備均為觸摸屏電腦。這些設(shè)備，人機(jī)交互形式單 調(diào)，一般采用平面鼠標(biāo)操作或觸摸屏操作等二維操作方式，缺乏立體形象，觀眾的直觀體驗(yàn) 程度不高。因此，如何提供一種具有高直觀體驗(yàn)程度的互動(dòng)式三維信息展示系統(tǒng)及方法，已 成為本技術(shù)領(lǐng)域人員急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通過(guò)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)實(shí)現(xiàn)三維控制的方法及其系統(tǒng)，為用戶(hù)提供更 豐富的操作體驗(yàn)。以克服現(xiàn)有的傳統(tǒng)展會(huì)控制平臺(tái)的二維局限。本系統(tǒng)的控制器通過(guò)一個(gè) 三軸地磁傳感器和一個(gè)三軸加速度傳感器分別測(cè)量地磁場(chǎng)和重力的若干個(gè)分量，再通過(guò)這 若干個(gè)分量對(duì)用戶(hù)視點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到空間中固定的點(diǎn)在可任意旋轉(zhuǎn)的控制器表面的 相對(duì)位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)控制器的表面定位和控制器的三自由度旋轉(zhuǎn)位置的檢測(cè)，并通過(guò)PC機(jī) 對(duì)控制器表面各區(qū)域定義不同的控制信息，以達(dá)到通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制器從而觸發(fā)對(duì)不同展區(qū)展 示信息或其他自定義信息的查詢(xún)和展示的目的。本發(fā)明所述的系統(tǒng)，包括具有轉(zhuǎn)動(dòng)功能的控制器，可自定義動(dòng)作達(dá)到與展示目標(biāo) 信息相聯(lián)動(dòng)。通過(guò)上述的控制器內(nèi)部的傳感器組可實(shí)時(shí)采集重力加速度信號(hào)及地磁場(chǎng)信 號(hào)以獲得控制器的旋轉(zhuǎn)位置信息；存儲(chǔ)有展示信息的PC機(jī)或處理器，用于接收所述控制器 得到的重力加速度和地磁場(chǎng)的若干個(gè)分量，并根據(jù)所述PC機(jī)或處理器中預(yù)存儲(chǔ)的所述控 制器表面的定點(diǎn)，確定所述控制器表面處于所需視點(diǎn)位置的定點(diǎn)，并根據(jù)該定點(diǎn)確定表面 所有的定點(diǎn)位置，并根據(jù)定點(diǎn)的位置信息，與所述PC機(jī)或處理器中預(yù)存儲(chǔ)的展示信息相關(guān) 聯(lián)；顯示屏或投影屏或者顯示器或者音頻設(shè)備或者其他能展示信息的輸出設(shè)備，用于接收 所述PC機(jī)或處理器得到的定點(diǎn)信息及與之相關(guān)聯(lián)的展示信息，并展示。本發(fā)明中的控制器的特征在于在所述控制器內(nèi)部或表面固定一用于采集重力加 速度若干分量的三軸加速度傳感器及一用于采集地磁場(chǎng)若干分量的三軸地磁傳感器；所述 控制器內(nèi)部還包括開(kāi)關(guān)模塊、電池模塊、單片機(jī)模塊以及無(wú)線或有線模塊，并通過(guò)無(wú)線或有線模塊與PC機(jī)相連接。進(jìn)一步，本發(fā)明所述展示系統(tǒng)可通過(guò)在所述控制器中增加觸摸感應(yīng)器或者拍擊感 應(yīng)器或者按鍵等其他附屬設(shè)備感知更多類(lèi)型的用戶(hù)操作，拓展所述控制器的功能，提供更 豐富的操作維度，展示更多彩的展會(huì)信息。本發(fā)明還提供一種展示方法，包括以下步驟Sl建立具有轉(zhuǎn)動(dòng)功能的控制器，在所述控制器表面預(yù)設(shè)一個(gè)視點(diǎn)，并在所述PC機(jī) 或處理器中預(yù)存儲(chǔ)所述控制器表面定點(diǎn)信息。S2所述控制器，由所述三軸地磁傳感器及三軸加速度傳感器采集到地磁場(chǎng)及重力 的若干分量，并將數(shù)據(jù)送給所述PC機(jī)或處理器。 S3所述PC機(jī)或處理器根據(jù)所述地磁場(chǎng)及重力的若干分量，經(jīng)計(jì)算獲得所述控制 器的旋轉(zhuǎn)位置，并經(jīng)計(jì)算確定所述控制器表面處于所述視點(diǎn)位置的定點(diǎn)的位置，得到所述 視點(diǎn)對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)信息及與之相關(guān)聯(lián)的展示信息。S4所述顯示屏或顯示器顯示所述視點(diǎn)對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)信息及與之相關(guān)聯(lián)的展示信息。這種情況下，其特征還在于，通過(guò)下述公式，利用采集的地磁場(chǎng)及重力的若干分量 N(nx nY nz),G(gx gY gz)，計(jì)算得出所述控制器表面處于所述視點(diǎn)位置(ae aN aM)所對(duì)應(yīng)的 定點(diǎn)坐標(biāo)矢量(ax aY az)N' = (GXN) XG其中N'是地磁場(chǎng)在水平方向上的分量 上式使N(nx ηγ nz)與N'的歸一化矢量相等M = GXN上式計(jì)算得出與N (nx nY nz),G(gx gY gz)均垂直的單位矢量M (mx mY mz)
sx sy §z (ax aY az)即為視點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的控制器表面定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的向量，并由此確定與此定 點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的展示信息。本發(fā)明還提供根據(jù)外形為球形的控制器表面定點(diǎn)確定其所對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度的方法， 包括，在上述公式基礎(chǔ)上，通過(guò)表面定點(diǎn)的坐標(biāo)向量(ax aY az)及以下公式，得到外形為球 形的控制器表面定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度信息，確定所述視點(diǎn)對(duì)應(yīng)的球體表面區(qū)域 其中，φ為緯度，θ為經(jīng)度。進(jìn)一步，本發(fā)明所提供的展示方法，還可以通過(guò)所述控制器中的所述三軸加速度 傳感器，同時(shí)采集用戶(hù)拍擊及晃動(dòng)控制器所產(chǎn)生的加速度的變化量，并將變化量通過(guò)所述 無(wú)線或有線模塊送至所述PC機(jī)或處理器中，得到與所述拍擊及晃動(dòng)操作相關(guān)聯(lián)的展示信 息，在所述顯示屏或顯示器中顯示。本發(fā)明的定位時(shí)間短，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，例如可用于世界性的展覽會(huì)信息展 示、地球相關(guān)信息展示，也可作為教科書(shū)教學(xué)之用，具體，直觀，制作成本也低廉；本發(fā)明通 過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)置以及定制任意外形的控制器外殼，只要將核心模塊安裝在控制器內(nèi)或表面 任意位置，并通過(guò)軟件對(duì)控制器動(dòng)作進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)置，就可以將控制器的各類(lèi)不同行為映射 為接收端計(jì)算機(jī)上的各種行為，從而可以直接地進(jìn)行多元化、多層次的展示。從而使得本發(fā) 明能夠應(yīng)用在不同的場(chǎng)合并且可以適應(yīng)多種多媒體形式的播放以及展示，使得用戶(hù)通過(guò)操 控外殼表面的圖案和對(duì)外殼拍擊操作直接參與交互。與觸摸屏等傳統(tǒng)設(shè)備相比，本發(fā)明無(wú) 疑在外形、可操作性、展示效果、經(jīng)濟(jì)成本等各方面均占有優(yōu)勢(shì)，并且更能夠吸引觀眾。產(chǎn)品 價(jià)格的低廉以及較高的可移植性、可復(fù)用性以及可編程性使得同一產(chǎn)品可以通過(guò)再編程達(dá) 到適應(yīng)多次、不同展示要求的目的。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的控制器內(nèi)各模塊工作示意4為本發(fā)明的控制器內(nèi)各模塊電路連接關(guān)系5為本發(fā)明控制器旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)原理的“環(huán)境坐標(biāo)系”示意圖。圖6為本發(fā)明控制器旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)原理的控制器坐標(biāo)系示意圖。圖7為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的控制器內(nèi)各模塊工作示意圖
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)圖1-圖6給出本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，同時(shí)圖7-圖8 給出另一個(gè)實(shí)施例，以便更好說(shuō)明本發(fā)明，而不是用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。例如，第一個(gè)實(shí) 施例是一個(gè)構(gòu)成地球展示儀的結(jié)構(gòu)。只要改動(dòng)其在PC2中的展示信息，就可改變視點(diǎn)顯示 內(nèi)容；若改動(dòng)外殼模型，PC2中儲(chǔ)存相應(yīng)模型信息，則可改變?yōu)橄鄳?yīng)模型信息展示儀。如此， 足見(jiàn)本發(fā)明適用范圍之廣。
下面仔細(xì)說(shuō)明實(shí)施例實(shí)施例一參照?qǐng)D1，它包括順次連接的顯示屏1及PC2及以有線或無(wú)線方式連接的控制器 3?？刂破饕詺鈶腋』蛘叽艖腋』蛘咧苯咏佑|的方式放置在支架/底座38上。本實(shí)施例中 控制器3的外殼以一普通地球儀為外殼，視點(diǎn)39為地球儀表面空間定點(diǎn)，則其展示內(nèi)容為 與當(dāng)前定點(diǎn)所在的地球表面區(qū)域相關(guān)的存儲(chǔ)在PC2中的內(nèi)容。當(dāng)觀眾旋轉(zhuǎn)控制器3時(shí)，控 制器3會(huì)將其旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)以有線或無(wú)線方式送給PC2，然后在PC2中計(jì)算得到視點(diǎn)39的 坐標(biāo)，并獲取與此坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的展示信息，通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳送給顯示屏1或者投 影屏或者顯示器或者音頻設(shè)備或者其他能展示信息的輸出設(shè)備上顯示。參照?qǐng)D2，顯示的是控制器3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。在塑料地球儀外殼內(nèi)，裝入一根 工程塑料制成的圓柱體36，或者其他能將主體模塊固定在控制器內(nèi)部的裝置。圓柱體36即 作為傳感器模塊30、31，開(kāi)關(guān)模塊32、電池模塊33、單片機(jī)模塊34、無(wú)線收/發(fā)模塊35等模 塊的固定載體。傳感器模塊30、31由疊放的三軸地磁傳感器和三軸加速度傳感器構(gòu)成，放置在圓 柱體36的中部或其他位置，用于獲得控制器旋轉(zhuǎn)位置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。觸摸模塊37由多個(gè)電 容式觸摸傳感器或者其他本領(lǐng)域所熟知的能夠感知觸摸和點(diǎn)擊的傳感器構(gòu)成，并密布于控 制器3的內(nèi)表面，用于獲得用戶(hù)對(duì)控制器表面已定義區(qū)域的點(diǎn)擊動(dòng)作，并可以獲得雙手在 球表面的撫摸移動(dòng)等多種可觸發(fā)觸摸模塊37的自定義動(dòng)作信息。將三軸加速度傳感器30、三軸地磁傳感器31和觸摸模塊37采集到的數(shù)據(jù)送給單 片機(jī)模塊34，單片機(jī)模塊34接收三軸地磁傳感器31發(fā)送的I2C數(shù)據(jù)，將三軸加速度傳感 器30發(fā)送的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行順序和格式整理，后 經(jīng)無(wú)線收/發(fā)模塊35發(fā)送給PC2進(jìn)行后續(xù)處理。三軸加速度傳感器30和三軸地磁傳感器31成雙層疊放，并且使得它們的X、Y、Z 三軸方向一致，可以近似地認(rèn)為它們的坐標(biāo)系重合。其余各模塊在控制器中放置的位置如 圖2所示。他們之間的連接關(guān)系如圖4所示。參照?qǐng)D3，顯示的是控制器3內(nèi)各模塊工作示意圖。電池模塊33通過(guò)開(kāi)關(guān)模塊32給整個(gè)電路供電。觸摸模塊37和傳感器模塊30，31 將采集到的用戶(hù)操作信息送給單片機(jī)模塊34，再通過(guò)無(wú)線收/發(fā)模塊35將信息送給PC2.參照?qǐng)D4，顯示的是控制器3中的各模塊電路的連接關(guān)系圖。電源芯片U5將電池Pl的電壓轉(zhuǎn)換成3. 3V，給系統(tǒng)中的單片機(jī)Ul、地磁傳感器U2、 加速度傳感器U3、并行轉(zhuǎn)串行芯片U3-1、U3-2、U3-3、U3-4、無(wú)線發(fā)射模塊U4供電。地磁傳感器U2通過(guò)I2C總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，加速度傳感器U3發(fā)送模擬數(shù) 據(jù)給單片機(jī)Ul，經(jīng)單片機(jī)Ul進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。并行轉(zhuǎn)串行芯片U3-1、U3-2、U3-3、U3-4將觸摸芯片模塊TOUCH-1、T0UCH-2、 T0UCH-3、T0UCH-4的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)U1。單片機(jī)Ul將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行順序和格式整理后，通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊U4發(fā)送出 去，由PC端接收。參照?qǐng)D5-6，顯示的是利用加速度傳感器30和地磁傳感器31采集到的數(shù)據(jù)得到控 制器的旋轉(zhuǎn)位置并且進(jìn)行表面定位的方法。
旋轉(zhuǎn)位置的確定和表面定位的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)建立兩個(gè)原點(diǎn)始終重合的三維坐標(biāo) 系_環(huán)境坐標(biāo)系和控制器坐標(biāo)系，計(jì)算出一個(gè)坐標(biāo)系的任意兩個(gè)坐標(biāo)軸在另一個(gè)坐標(biāo)系中 的位置，則這兩個(gè)坐標(biāo)系的關(guān)系就可以確定，控制器3的旋轉(zhuǎn)位置和控制器3表面各點(diǎn)在外 部空間中的位置也就唯一地確定了。通過(guò)三軸加速度傳感器30和三軸地磁傳感器31就可 以唯一的測(cè)得環(huán)境坐標(biāo)系中的坐標(biāo)軸在控制器坐標(biāo)系中的位置，從而進(jìn)行控制器旋轉(zhuǎn)位置 的檢測(cè)和表面的定位。算法實(shí)現(xiàn)如下這里以地球展示儀實(shí)施例中的控制器為例進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D5，本發(fā)明用G表示重力場(chǎng)(方向)和以N表示磁場(chǎng)(方向)G的方向指向地心，即垂直于水平面，同時(shí)為簡(jiǎn)化模型，設(shè)定N的指向?yàn)樗椒较颍?這樣根據(jù)右手法則，則M軸為，M = GXN0這樣便可以建立起一個(gè)以G、N、M為三軸的靜止 的外部空間直角坐標(biāo)系，稱(chēng)為“環(huán)境坐標(biāo)系”。地球控制器就處在這個(gè)“環(huán)境坐標(biāo)系”中視點(diǎn)39為“環(huán)境坐標(biāo)系”中一定點(diǎn)，用A(aG aN aM)表示(其中aG、aN、aM均為經(jīng)過(guò) 了歸一化處理后的點(diǎn)A在“環(huán)境坐標(biāo)系”中的坐標(biāo))。然后通過(guò)檢測(cè)控制器3在“環(huán)境坐標(biāo) 系”中的旋轉(zhuǎn)位置，就可以獲得點(diǎn)A與控制器3的位置關(guān)系，即判斷出視點(diǎn)39在控制器表面 的所在區(qū)域。參照?qǐng)D6，在控制器內(nèi)將三軸地磁傳感器和三軸加速度傳感器水平放置在球體的 球心處，可以認(rèn)為二者位置基本重合，且二者的Z軸方向由球體南極點(diǎn)指向北極點(diǎn)；X軸位 于經(jīng)度為0°和180°組成的大圓平面上，即X軸為此圓平面和赤道面的交線，并由圓心指 向0經(jīng)度(X軸和Y軸處在赤道平面上，X軸和Z軸出在經(jīng)度為0°和180°組成的大圓平 面上)。Y軸由圓心指向東經(jīng)90度。這樣，在球體內(nèi)就建立了以X、Y、Z為三軸的球體空間 直角坐標(biāo)系，稱(chēng)為“球體坐標(biāo)系”。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將“球體坐標(biāo)系”和“環(huán)境坐標(biāo)系”的原點(diǎn)都設(shè)在控制器的球心處。在控制器工作過(guò)程中，通常觀眾在環(huán)境空間中的位置是不變的，即觀眾的視點(diǎn)39 在環(huán)境空間的位置是不變的。這樣可以得到觀眾所觀察的視點(diǎn)39在“環(huán)境坐標(biāo)系”中的位 置A(ae aN aM)(其中知、％、％均經(jīng)過(guò)了歸一化處理)，顯然A點(diǎn)處在控制器的球面上。下面要做的就是對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換，即獲得A點(diǎn)在“球體坐標(biāo)系”中的坐標(biāo)，這 樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)球體旋轉(zhuǎn)位置的定位，讀出觀測(cè)點(diǎn)A在地球表面的經(jīng)緯度，從而判斷出現(xiàn) 在觀看的是地球表面的什么區(qū)域，或者什么國(guó)家。通過(guò)三軸地磁傳感器和三軸加速度傳感器可以獲得六個(gè)量(& gY gz)、(nx ηγ ηζ)，其中對(duì)各個(gè)量經(jīng)過(guò)歸一化，就可以得到環(huán)境坐標(biāo)系中的G、N這兩個(gè)軸在“球體坐標(biāo)系” 中的單位矢量Gfex gY gz)，N(nx ηγ ηζ)。可以通過(guò)M = GXN得到M軸在“球體坐標(biāo)系”中 的單位矢量M (mx mY mz)。由空間坐標(biāo)變換公式可以得到A點(diǎn)在“球體坐標(biāo)系”中的坐標(biāo)為 (ax aY az) = (aG aN aM)于是得到了 A點(diǎn)在“球體坐標(biāo)系”中的坐標(biāo)A (ax aY az)。接下來(lái)就可以通過(guò)A點(diǎn)在“球體坐標(biāo)系”中的坐標(biāo)A(ax aY az)獲得A點(diǎn)在球面上的經(jīng)緯度，最終實(shí)現(xiàn)定位。這個(gè)計(jì)算過(guò)程類(lèi)似于直角坐標(biāo)換成極坐標(biāo)的算法。具體公式如 下
但在實(shí)際情況中，磁場(chǎng)方向幾乎不可能與地面水平(除了赤道附近)，因此三軸地 磁傳感器的輸出Ν(ηχ ηγ ηζ)并不代表地磁場(chǎng)在水平方向上的分量。然而可以通過(guò)下式變 換得到，地磁場(chǎng)在水平方向上的分量N' = (GXN) XG式(4)其中，G為Gfex gY gz)，N為N(nx ηγ ηζ)。這樣得到的N’即為地磁場(chǎng)在水平方向 上的分量。然后再經(jīng)過(guò)歸一化，就可以得到環(huán)境坐標(biāo)系坐標(biāo)軸N在球體坐標(biāo)系中的正確的 單位矢量了。這樣，在前面的推導(dǎo)中，只需將N替換成式(4)中的Ν’，即可。此處我們也可以進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，當(dāng)控制器的外殼為非球體的時(shí)候，我們?nèi)匀?可以通過(guò)同樣的方法計(jì)算出空間矢量，再通過(guò)對(duì)控制器的外殼進(jìn)行建模，就可以得出不同 形狀的外殼上的點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)將前后兩個(gè)時(shí)刻的空間坐標(biāo)相減可以輕易得出球體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，從而同時(shí)可 以對(duì)球體轉(zhuǎn)動(dòng)方向定義不同動(dòng)作，從而可以作為一種新的展示手段來(lái)呈現(xiàn)給用戶(hù)。通過(guò)此算法，能夠測(cè)量球體-180°至+180°的水平角，_90°至+90 °的俯仰 角，-180°至+180°的滾轉(zhuǎn)角，即全方位無(wú)盲角地自由旋轉(zhuǎn)位置的測(cè)量，同時(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，信 號(hào)穩(wěn)定，有著廣泛的應(yīng)用前景。顯然，視點(diǎn)39就是要展示信息的地址，即參展國(guó)家或地區(qū)， 根據(jù)所得地址，便可從PC2上找到存儲(chǔ)相對(duì)應(yīng)展示信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，并將展示信息在 顯示屏中顯示出來(lái)。實(shí)施例二 參照?qǐng)D7，顯示的是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。當(dāng)本系統(tǒng)的外殼為汽車(chē)模型時(shí)，方法 同前一個(gè)實(shí)施例，首先在PC2中存儲(chǔ)與汽車(chē)相關(guān)的展示信息，然后在控制器3'表面建立視 點(diǎn)39'，用戶(hù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)汽車(chē)模型控制器3'，控制器3'中的三軸加速度傳感器30'及三軸 地磁傳感器31'可以得到重力加速度和地磁場(chǎng)的若干個(gè)分量；根據(jù)所述PC2中預(yù)存儲(chǔ)的所 述控制器表面的定點(diǎn)，確定所述控制器表面處于所需視點(diǎn)位置的定點(diǎn)，并根據(jù)該定點(diǎn)確定 表面所有的定點(diǎn)位置，并根據(jù)定點(diǎn)的位置信息，與所述PC2中預(yù)存儲(chǔ)的展示信息相關(guān)聯(lián)；最 后在顯示屏1'中展示不同的與汽車(chē)相關(guān)的展示信息。圖中控制器3'外殼形狀為小型汽 車(chē)模型，可以手持方式握持。傳感器模塊30' ,31'、開(kāi)關(guān)模塊32'、電池模塊33'、單片機(jī) 模塊34'、無(wú)線收/發(fā)模塊35'等模塊固定在汽車(chē)外殼控制器3'的內(nèi)壁，位置如圖7所 示。開(kāi)關(guān)模塊32'與電池模塊33'以有線方式連接，再與其他電路有線相連，控制汽車(chē)外
9殼控制器3'的運(yùn)行和停止。用戶(hù)可以任意旋轉(zhuǎn)、搖晃和拍擊此汽車(chē)外殼控制器3'。傳感 器模塊30' ,31'將實(shí)時(shí)采集汽車(chē)外殼控制器3'的旋轉(zhuǎn)位置信息，同時(shí)傳感器模塊30'、 31'中的三軸加速度傳感器31'還可以同時(shí)檢測(cè)用戶(hù)對(duì)控制器的搖晃和拍擊動(dòng)作所產(chǎn)生 的加速度，并將這些數(shù)據(jù)送給單片機(jī)模塊34'進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將計(jì)算得到的控制器旋轉(zhuǎn) 位置數(shù)據(jù)、拍擊次數(shù)和搖晃的判斷，通過(guò)無(wú)線收/發(fā)模塊35'，送給外部的PC2，調(diào)用存儲(chǔ)器 中的與控制器動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的展示信息，在顯示屏1中顯示出來(lái)，完成汽車(chē)及汽車(chē)部件相關(guān) 的多媒體信息的查詢(xún)和展示功能。參照?qǐng)D8，顯示的是圖7所示實(shí)施例中控制器3'內(nèi)各模塊工作示意圖。電池模塊33'通過(guò)開(kāi)關(guān)模塊32'給整個(gè)電路供電。傳感器模塊30' ,31'將采集 到的用戶(hù)操作信息送給單片機(jī)模塊34'，再通過(guò)無(wú)線收/發(fā)模塊35'將信息送給PC2.上述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本發(fā)明，而不是用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。例如，第一個(gè) 實(shí)施例是一個(gè)構(gòu)成地球展示儀的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，只要改動(dòng)其在PC2中的展示信息，就很容易改 為“世界地理”教學(xué)儀或“世界史”教學(xué)儀；若改動(dòng)球面示圖為人體器官，PC 2中儲(chǔ)存人體 器官解剖信息，則可成為人體生理學(xué)教學(xué)儀。如此，足見(jiàn)本發(fā)明適用范圍之廣。
權(quán)利要求
一種展示系統(tǒng)，其特征在于，包括具有轉(zhuǎn)動(dòng)功能的控制器，用于采集重力加速度信號(hào)及地磁場(chǎng)信號(hào)，得到重力加速度和地磁場(chǎng)的若干個(gè)分量；存儲(chǔ)有展示信息的PC機(jī)或處理器，用于接收所述控制器得到的重力加速度和地磁場(chǎng)的若干個(gè)所述分量，并根據(jù)所述PC機(jī)或處理器中預(yù)存儲(chǔ)的所述控制器表面的定點(diǎn)，確定所述控制器表面處于所需視點(diǎn)位置的定點(diǎn)，并根據(jù)該定點(diǎn)確定表面所有的定點(diǎn)位置，并根據(jù)定點(diǎn)的位置信息，與所述PC機(jī)或處理器中預(yù)存儲(chǔ)的展示信息相關(guān)聯(lián)；顯示屏或顯示器，用于接收所述PC機(jī)或處理器得到的定點(diǎn)信息及與之相關(guān)聯(lián)的展示信息，并顯示。
2.按照權(quán)利要求1所述的展示系統(tǒng)，其特征在于，在所述控制器內(nèi)部或表面固定一用 于采集重力加速度若干分量的三軸加速度傳感器及一用于采集地磁場(chǎng)若干分量的三軸地 磁傳感器。
3.按照權(quán)利要求2所述的展示系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括一單片機(jī)，用于將 所述三軸地磁傳感器和所述三軸加速度傳感器的采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為所述PC機(jī)或處理器 能夠接受的信號(hào)，并通過(guò)一無(wú)線或有線模塊，發(fā)送給所述PC機(jī)或處理器。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的展示系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還包括用于給控制 器內(nèi)各模塊供電的電池模塊及用于啟動(dòng)和關(guān)閉控制器內(nèi)各模塊工作的開(kāi)關(guān)模塊。
5.按照權(quán)利要求1所述的展示系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器表面具有能夠直接獲得 用戶(hù)觸摸及點(diǎn)擊操作的觸摸模塊，并將相應(yīng)操作信息通過(guò)所述無(wú)線或有線模塊發(fā)送給所述 PC機(jī)或處理器，并獲取與所述觸摸及點(diǎn)擊操作相對(duì)應(yīng)的顯示信息，在所述顯示屏或顯示器 中顯示。
6.一種展示方法，采用上述任一項(xiàng)所述的展示系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟Sl建立具有轉(zhuǎn)動(dòng)功能的控制器，在所述控制器表面預(yù)設(shè)一個(gè)視點(diǎn)，并在所述PC機(jī)或處 理器中預(yù)存儲(chǔ)所述控制器表面定點(diǎn)信息。S2所述控制器，由所述三軸地磁傳感器及三軸加速度傳感器采集到地磁場(chǎng)及重力的若 干分量，并將數(shù)據(jù)送給所述PC機(jī)或處理器。S3所述PC機(jī)或處理器根據(jù)所述地磁場(chǎng)及重力的若干分量，經(jīng)計(jì)算獲得所述控制器的 旋轉(zhuǎn)位置，并經(jīng)計(jì)算確定所述控制器表面處于所述視點(diǎn)位置的定點(diǎn)的位置，得到所述視點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)信息及與之相關(guān)聯(lián)的展示信息。S4所述顯示屏或顯示器顯示所述視點(diǎn)對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)信息及與之相關(guān)聯(lián)的展示信息。
7.按照權(quán)利要求6所述的展示方法，其特征在于，通過(guò)下述公式，利用采集的地磁場(chǎng)及 重力的若干分量N(nx nY nz)、G(gx gY gz)，計(jì)算得出所述控制器表面處于所述視點(diǎn)位置(ae aN aM)所對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)坐標(biāo)矢量(ax aY az)N' = (GXN) XG其中N'是地磁場(chǎng)在水平方向上的分量N=N'/|N'|上式使N(nx ηγ ηζ)與N'的歸一化矢量相等M = GXN上式計(jì)算得出與N (nx nY nz),G(gx gY gz)均垂直的單位矢量M (mx mY mz) (ax aY az)即為視點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的控制器表面定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的向量，并由此確定與此定點(diǎn)相 對(duì)應(yīng)的展示信息。
8.按照權(quán)利要求7所述的展示方法，其特征在于，進(jìn)一步通過(guò)表面定點(diǎn)的坐標(biāo)向量(ax aY az)及以下公式，得到外形為球形的控制器表面定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度信息，確定所述視點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的球體表面區(qū)域 其中，φ為緯度，θ為經(jīng)度。
9.按照權(quán)利要求6所述的展示方法，其特征在于，所述PC機(jī)或處理器中的計(jì)算，即通過(guò) 所述地磁場(chǎng)及重力的若干分量計(jì)算所述定點(diǎn)坐標(biāo)矢量及確定所述視點(diǎn)對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)信息及 與之相關(guān)聯(lián)的展示信息，也可以在所述控制器中的所述單片機(jī)中完成，然后直接將展示信 息送至顯示器中顯示。
10.按照權(quán)利要求6所述的展示方法，其特征在于，通過(guò)所述控制器中的所述三軸加速 度傳感器，同時(shí)采集用戶(hù)拍擊及晃動(dòng)控制器所產(chǎn)生的加速度的變化量，并將變化量通過(guò)所 述無(wú)線或有線模塊送至所述PC機(jī)或處理器中，得到與所述拍擊及晃動(dòng)操作相關(guān)聯(lián)的展示 信息，在所述顯示屏或顯示器中顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種展示系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，該系統(tǒng)包括具有轉(zhuǎn)動(dòng)功能的控制器、存儲(chǔ)有展示信息的PC機(jī)或處理器及用于信息顯示的顯示屏或顯示器。通過(guò)控制器表面或內(nèi)部固定的三軸加速度傳感器和三軸地磁傳感器，檢測(cè)控制器的三自由度旋轉(zhuǎn)位置，從而觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作，將PC機(jī)中預(yù)存儲(chǔ)的與控制器表面各區(qū)域相關(guān)的展示信息通過(guò)顯示屏或顯示器顯示出來(lái)。以達(dá)到通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制器實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域信息或其他自定義展示信息的查詢(xún)和展示的目的。本發(fā)明所述展示系統(tǒng)還通過(guò)在所述控制器中增加觸摸感應(yīng)器或者拍擊感應(yīng)器或者按鍵等其他附屬設(shè)備感知更多類(lèi)型的用戶(hù)操作，拓展所述控制器的功能，提供更豐富的操作維度，展示更多彩的展會(huì)信息。
文檔編號(hào)G05B15/02GK101887671SQ20091005720
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者曾祥宇, 李健喆, 王恩, 章錦晶 申請(qǐng)人:上海復(fù)翔信息科技有限公司