專利名稱：操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)軟件控制領(lǐng)域，具體是無線控制器類計(jì)算機(jī)軟件控制，以加速度計(jì)傳感器為主要憑依設(shè)備，多傳感器交匯使用而開發(fā)出的一種基于動(dòng)作識(shí)別的控制空間繪圖軟件的控制裝置。
背景技術(shù)：
空間三位控制(Spaceof Three-dimensional Controller，簡(jiǎn)稱 STC)十分符合人類的感官認(rèn)識(shí)，并能使人很快的學(xué)會(huì)，其原理類似走路，完全的自我修正感知。拋開了快捷鍵和復(fù)雜的命令，不需要大篇的理論和幫助文件，僅僅用我們的雙手就能操縱在外行人看似難以入手的3Ds MAX，CAD等專業(yè)軟件，創(chuàng)造屬于自己的3D世界。設(shè)計(jì)上的合理性使我們相信我們甚至可以利用空間三位控制拋開鼠標(biāo)鍵盤，用自己的雙手加入到3D游戲的世界中。那將是自己的舉手投足直接映射到虛擬世界中，再添加外設(shè)，甚至可以“感知”虛擬世界。甚至使得從未接觸計(jì)算機(jī)的人也能實(shí)現(xiàn)自己天馬行空的想法，實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。即使是經(jīng)過多年訓(xùn)練的多媒體設(shè)計(jì)師，也可通過這種模擬方式進(jìn)行更方便快捷、迅速的完成高級(jí)3D項(xiàng)目制作。目前市面上出現(xiàn)的類似空間三維控制器的產(chǎn)品有數(shù)據(jù)手套和三維軌跡控制球。數(shù)據(jù)手套設(shè)有彎曲傳感器，彎曲傳感器由柔性電路板、力敏元件、彈性封裝材料組成，通過導(dǎo)線連接至信號(hào)處理電路；在柔性電路板上設(shè)有至少兩根導(dǎo)線，以力敏材料包覆于柔性電路板大部，再在力敏材料上包覆一層彈性封裝材料，柔性電路板留一端在外，以導(dǎo)線與外電路連接。把人手姿態(tài)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地傳遞給虛擬環(huán)境，而且能夠把與虛擬物體的接觸信息反饋給操作者?？苫具_(dá)成空間三維控制器的全部功能，但價(jià)格昂貴且易磨損，而且使用不方便。 三維軌跡控制球是另外一種類型的鼠標(biāo)，其工作原理與機(jī)械式鼠標(biāo)相同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也類似。 不同的是軌跡球工作時(shí)球在上面，直接用手撥動(dòng)，而球座固定不動(dòng)。因而軌跡球占用空間小，多用于筆記本電腦等便攜機(jī)。其不存在上述數(shù)據(jù)手套的缺點(diǎn)，但其靈活性差無法達(dá)成空間三維控制器的全部要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種利用加速度計(jì)傳感器應(yīng)用快捷鍵模擬的操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的人機(jī)交互困難的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊、動(dòng)作識(shí)別模塊、USB無線通信模塊和計(jì)算機(jī)，手部數(shù)據(jù)采集模塊包括加速度計(jì)傳感器、壓力傳感器和麥克風(fēng)，所述的動(dòng)作識(shí)別模塊的輸入端與速度計(jì)傳感器和壓力傳感器之間為有線連接，在所述的動(dòng)作識(shí)別模塊的輸出端連接有無線收發(fā)器， 并與連接在計(jì)算機(jī)的USB無線通信模塊之間通過無線通信方式連接；在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個(gè)加速度計(jì)傳感器，麥克風(fēng)安裝在左手手背位置，壓力傳感器安裝在兩手手指末端關(guān)節(jié)處，動(dòng)作識(shí)別模塊安裝在左臂處。[0006]所述的加速度傳感器為三軸加速度計(jì)傳感器。所述的麥克風(fēng)為硅麥克風(fēng)。各傳感器通過類手套裝置固定在手上，以保證傳感器位置穩(wěn)定。所述的無線通信方式采用ZigBee協(xié)議或Bluetooth協(xié)議。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是體積小，使用方便，操作方式簡(jiǎn)單、直觀。

圖1是本實(shí)用新型的總體構(gòu)成和工作流程框圖；圖2是本實(shí)用新型的手部數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成框圖；圖3是本實(shí)用新型的動(dòng)作識(shí)別模塊的構(gòu)成框圖；圖4是本實(shí)用新型的USB無線傳輸模塊的構(gòu)成框圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1-圖3，本實(shí)用新型一種操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊1、動(dòng)作識(shí)別模塊2、USB無線通信模塊3和計(jì)算機(jī)A。手部數(shù)據(jù)采集模塊1如圖2所示，包括左手加速度計(jì)傳感器11、左手壓力傳感器 12、右手加速度計(jì)傳感器13、右手壓力傳感器14和麥克風(fēng)16，左手加速度計(jì)傳感器11和左手壓力傳感器12通過左手?jǐn)?shù)據(jù)總線17與動(dòng)作識(shí)別模塊2采用有線連接；右手加速度計(jì)傳感器13和右手壓力傳感器14通過右手?jǐn)?shù)據(jù)總線15與動(dòng)作識(shí)別模塊2采用有線連接。在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個(gè)左手加速度計(jì)傳感器11和右手加速度計(jì)傳感器13，麥克風(fēng)16安裝在左手手背位置，在上述三個(gè)手指末端關(guān)節(jié)或手指尖端處各安裝一個(gè)左手壓力傳感器12和右手壓力傳感器14，動(dòng)作識(shí)別模塊2安裝在左臂處。所述的動(dòng)作識(shí)別模塊2采用微處理器模塊，如ARM處理器。各所述的加速度傳感器為三軸加速度計(jì)傳感器。所述的麥克風(fēng)16為硅麥克風(fēng)。各加速度傳感器和壓力傳感器通過類似手套的裝置佩戴固定在手上，以保證傳感器位置穩(wěn)定。所述的無線通信模塊3與計(jì)算機(jī)A之間的無線通信方式采用ZigBee協(xié)議或 Bluetooth 協(xié)議。本實(shí)用新型空間三維控制器，利用加裝在手部的各加速度傳感器采集數(shù)據(jù)，在手臂處加裝的動(dòng)作識(shí)別模塊2進(jìn)行運(yùn)算，得出的結(jié)果由無線方式傳送至計(jì)算機(jī)A的USB接口端，利用計(jì)算機(jī)快捷鍵模擬軟件4和計(jì)算機(jī)軟件5，模擬鼠標(biāo)的方式達(dá)到控制目的。關(guān)于部數(shù)據(jù)采集部分，三個(gè)手指(拇指、食指、中指)末端關(guān)節(jié)處分別加裝加速度傳感器收集在三維空間中的加速度數(shù)據(jù)，末端關(guān)節(jié)處加裝壓力傳感器捕捉手指伸直或蜷曲的動(dòng)作，兩種傳感器相結(jié)合已達(dá)到全面收集手部動(dòng)作的目的。手背處加裝硅麥克風(fēng)16從而通過識(shí)別聲音的波形變化和嘈雜度來控制一些專業(yè)計(jì)算機(jī)軟件的光學(xué)特效或粒子特效。將收集到的數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)總線15和17，再傳輸至動(dòng)作識(shí)別模塊2加以分析。硅麥克風(fēng)16 和動(dòng)作識(shí)別模塊2僅加裝左手；右手?jǐn)?shù)據(jù)總線15處附帶無線傳輸器至左臂的動(dòng)作識(shí)別模塊 2。[0025]動(dòng)作識(shí)別模塊2由AD轉(zhuǎn)換器和ARM處理器和無線收發(fā)器(使用ZigBee協(xié)議或 Bluetooth)構(gòu)成。左手加速度計(jì)傳感器11和左手壓力傳感器12所采集的數(shù)據(jù)傳輸至左手臂處的動(dòng)作識(shí)別模塊2內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器，而后傳輸至ARM處理器，經(jīng)處理后由無線收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到USB無線通信模塊3。右手手部傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸至左手手臂處的AD 轉(zhuǎn)換器，重復(fù)左手處操作。動(dòng)作識(shí)別模塊2加裝在手臂處便于數(shù)據(jù)的處理，減小由無線模塊傳輸時(shí)所產(chǎn)生的誤差，將大量的數(shù)據(jù)處理為可簡(jiǎn)單識(shí)別的數(shù)據(jù)。如圖4所示，USB無線傳輸模塊3主要由USB接口、USB固件和協(xié)議處理、無線收發(fā)和天線四大功能部分組成。USB接口主要完成模塊和計(jì)算機(jī)的物理連接，提供總線的硬件收發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)電氣和底層的邏輯功能，是USB外圍設(shè)備的核心之一。本實(shí)用新型的工作原理是手掌動(dòng)作的定義是通過慣性傳感器所測(cè)得的數(shù)據(jù)與起始位置初值比較而得的。運(yùn)用重力加速度方法對(duì)傳感器進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。通過標(biāo)定分別得到加速度傳感器三個(gè)方向的靈敏度、非線性度和回程誤差三個(gè)特性指標(biāo)，從而得到整個(gè)手掌揮舞、移動(dòng)的空間方向以及長(zhǎng)度等。手指動(dòng)作的定義是基于壓力傳感器的相應(yīng)預(yù)設(shè)響應(yīng)值和閾值的比較而得到的，壓力傳感器的響應(yīng)低于下閾值時(shí)將會(huì)返回值1，表示對(duì)應(yīng)手指伸直；但壓力傳感器的響應(yīng)高于上閾值時(shí)將會(huì)返回值0，表示對(duì)應(yīng)手指彎曲；當(dāng)響應(yīng)在上閾值和下閾值之間時(shí)，將不返回值(不改變輸出狀態(tài))。對(duì)每個(gè)手指的屈伸進(jìn)行組合，便能定義不同的手勢(shì)。通過手掌動(dòng)作和手指動(dòng)作的配合來詮釋整個(gè)人體手部的動(dòng)作行為，將動(dòng)作行為數(shù)據(jù)處理完畢后轉(zhuǎn)為簡(jiǎn)單的識(shí)別代碼代表預(yù)設(shè)動(dòng)作發(fā)送至計(jì)算機(jī)端。關(guān)于計(jì)算機(jī)A中計(jì)算機(jī)快捷鍵模擬軟件4和計(jì)算機(jī)軟件5的工作將USB無線傳輸模塊3中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析處理，將所捕捉的動(dòng)作進(jìn)一步識(shí)別為相應(yīng)的軟件功能，利用模擬鍵盤功能模擬軟件快捷鍵，從而達(dá)到控制軟件的功能。在此軟件將先對(duì)對(duì)接軟件進(jìn)行識(shí)別(或手工選擇)，從而判斷應(yīng)使用的相應(yīng)軟件快捷鍵模組。模擬鍵盤用KeybcLevent函數(shù)，模擬鼠標(biāo)按鍵用MouSe_event函數(shù)。當(dāng)開啟相關(guān)軟件時(shí)，軟件會(huì)根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)程的啟動(dòng)夾在不同的快捷鍵&鼠標(biāo)&鍵盤模組，從而達(dá)到最智能化、便捷化的功效。
權(quán)利要求1.一種操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊、 動(dòng)作識(shí)別模塊、USB無線通信模塊和計(jì)算機(jī)，手部數(shù)據(jù)采集模塊包括加速度計(jì)傳感器、壓力傳感器和麥克風(fēng)，所述的動(dòng)作識(shí)別模塊的輸入端與速度計(jì)傳感器和壓力傳感器之間為有線連接，在所述的動(dòng)作識(shí)別模塊的輸出端連接有無線收發(fā)器，并與連接在計(jì)算機(jī)的USB無線通信模塊之間通過無線通信方式連接；在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個(gè)加速度計(jì)傳感器，麥克風(fēng)安裝在左手手背位置，壓力傳感器安裝在兩手手指末端關(guān)節(jié)處，動(dòng)作識(shí)別模塊安裝在左臂處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的加速度傳感器為三軸加速度計(jì)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的麥克風(fēng)為硅麥克風(fēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，各傳感器通過類手套裝置固定在手上，以保證傳感器位置穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線通信方式采用ZigBee協(xié)議或Bluetooth協(xié)議。
專利摘要一種操控計(jì)算機(jī)空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊、動(dòng)作識(shí)別模塊、USB無線通信模塊和計(jì)算機(jī)，手部數(shù)據(jù)采集模塊包括加速度計(jì)傳感器、壓力傳感器和麥克風(fēng)，動(dòng)作識(shí)別模塊的輸入端與速度計(jì)傳感器和壓力傳感器之間為有線連接，在動(dòng)作識(shí)別模塊的輸出端連接有無線收發(fā)器，并與連接在計(jì)算機(jī)的USB無線通信模塊之間通過無線通信方式連接；在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個(gè)加速度計(jì)傳感器，麥克風(fēng)安裝在左手手背位置，壓力傳感器安裝在兩手手指末端關(guān)節(jié)處，動(dòng)作識(shí)別模塊安裝在左臂處。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是體積小，使用方便，操作方式簡(jiǎn)單、直觀。
文檔編號(hào)G06F3/033GK202230440SQ20112036728
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者張世杰, 曹喜濱, 王東哲, 王峰, 馬月超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)