[发明专利]基于数字头盔的通用三维虚拟场景实时交互方法

说明书

技术领域

本发明涉及了计算机图形学、虚拟现实技术、用户接口管理系统技术、计算机硬件 接口技术、计算机操作系统技术等领域，具体涉及了获取数字头盔状态信息、映射为标 准输入设备鼠标、键盘消息，将模拟的鼠标键盘消息发送给三维可视化软件并进行三维 场景的交互控制。

背景技术

人机交互技术是计算机图形学和虚拟现实领域中不可或缺的组成部分，是属于用户 接口管理系统(User Interface Management System，UIMS)的一项重要技术。而交互 设备是完成交互任务的重要基础，其主要实现定位、选择、取值，拾取等五种交互任务。 目前的三维可视化软件如3d Max、Maya等主要通过鼠标和键盘进行场景的定位和变换， 在三维游戏中则除了鼠标键盘外，还可以采用游戏杆进行交互。这些设备的交互能力有 限，在软件中被人为地映射为场景平移、旋转、缩放等操作，交互方式不够自然、灵活。 此外，这类交互软件还限制了用户的双手，使得更加复杂的交互难以实现。

虚拟现实技术最早出现在上世纪60年代，在航空航天、建筑、医疗、教育、艺术等 领域有着广泛的应用。其中数字头盔直接佩戴在使用者头部，可以根据用户头部的运动 控制场景的变换，极大的增强了三维交互式虚拟现实的自由感和沉浸。但数字头盔的使 用需要虚拟现实系统等专门软件的支持，而一般的三维可视化软件均不支持数字头盔。

发明内容

本发明的目的在于解决目前数字头盔需要专门软件系统支持，不能运用于大多数三 维可视化软件系统中的缺陷，提供一种基于数字头盔的通用三维虚拟场景实时交互方 法，将使用者佩戴的数字头盔的运动状态映射为标准输入设备键盘、鼠标的状态消息传 送给三维可视化系统，以实现用数字头盔控制三维可视化系统中的三维交互。

本发明的技术方案是：基于数字头盔的通用三维虚拟场景实时交互方法，该方法包 括以下三个步骤：

步骤1利用数字头盔的硬件接口规范及数据协议或SDK从计算机接口中读取并解析 数字头盔状态数据，获得头盔的空间位置及方位角参数；

步骤2根据三维虚拟场景软件交互配置定义，建立数字头盔运动状态信息与标准输 入设备鼠标、键盘输入信息间的映射关系，将从步骤1中获得的数据映射为标准交互设 备(鼠标、键盘)输入状态信息；

步骤3调用操作系统API，将步骤2中得到的模拟标准交互输入设备状态信息转化 为真实交互设备信息，驱动三维虚拟场景的实时交互。

所述步骤7中从计算机硬件接口中获取数字头盔状态信息的方法有两种：(7)利用 数字头盔供应商提供的硬件接口规范及数据协议，调用操作系统API，从计算机硬件接 口中获取数字头盔状态信息；(2)调用数字头盔供应商提供的软件开发包，利用开发 包中提供的方法获取数字头盔状态信息。本方法所需要获得的数字头盔状态信息包括数 字头盔空间位置数据(x，y，z)及数字头盔方位角数据(alpha，beta，gama)。

所述步骤2中的交互方式映射是指建立数字头盔运动状态信息与标准输入设备鼠 标、键盘输入信息间的映射关系。数字头盔运动信息包括头盔位移分量(x，y，z)和头盔 方位角(alpha，beta，gama)；键盘信息包括按键(vk)及按键状态(vkState)；鼠标信息 包括鼠标位置(x，y)与鼠标状态(左键按下、左键释放、右键按下、右键释放、滚轮向 前、滚轮向后、鼠标移动)。根据三维可视化系统的交互定义，将数字头盔的连续运动 信息映射为键盘与鼠标的连续信息组合。将数字头盔位移状态映射到单位立方体，将数 字头盔旋转状态映射到单位球体，然后再映射到三维可视化软件的交互窗口中。

所述步骤3中将步骤2所获得特定输入设备状态信息转化为真实交互设备信息发送 给计算机，是通过操作系统自带的应用程序编程接口，将自定义的鼠标、键盘消息插入 到系统消息队列中，并被三维可视化软件所接受处理，以实现对三维可视化软件的交互 控制。

附图说明

图1是本发明实施例1的流程图

图2a是本发明实施例1平移映射规范空间

图2b是本发明实施例1旋转映射规范空间

具体实施方法

下面结合附图和实施例做进一步详细说明。

实施例1