[实用新型]虚拟目标对象的控制设备及其信号处理装置

说明书

技术领域

本实用新型的实施方式涉及信息技术领域，更具体地，涉及一种虚拟目标对象的控制设备及其信号处理装置。

背景技术

控制一个虚拟目标对象的运动在信息处理的诸多领域中具有重要作用。因此，如何有效、方便和灵活地控制虚拟目标对象的运动始终是一个备受关注的问题。在此，为了更好地描述和阐释本实用新型的精神和原理，首先给出使用到的若干术语的释义。

本实用新型中使用的术语“虚拟目标对象”是指在例如电子设备中通过信息技术手段产生的对象，例如，指点设备的光标、控制符、交互界面中的焦点，等等。

本实用新型中使用的术语“运动”总体上可分为两类，即位移和姿态变化。本实用新型中所称的“位移”是物体在给定参照系下在空间中的相对位置发生变化。可以利用方向、距离、速率、加速度等量来表征位移。另一方面，本实用新型中所称的“姿态变化”是指物体绕自身的某点进行旋转，而该物体作为整体没有发生位移或者位移很小可以忽略的情况。可以利用物体相对于给定轴(称为参考轴)的倾斜方向、倾斜角度、旋转速率等量来表征姿态变化。可以理解，在任意给定的时刻，物体的运动可以包括位移和姿态变化中的任何一个或二者。而且，任何运动都可以由运动方向和运动速率来表征。

本实用新型中使用的术语“姿态”是指物体相对于一个或多个参考轴的倾斜情况。可以利用物体相对于参考轴的倾斜方向和倾斜角度来表征物体的姿态。可以理解，本文中所称的“姿态”不包括物体本身的位移。

在定义了以上术语之后，现在来考虑对虚拟目标对象的运动的控制。例如，在个人计算机(PC)、移动电话、个人数字助理(PDA)、交互式电视、机顶盒、投影仪等设备中，用于用户界面(UI)的光标或者焦点便是一类典型的虚拟目标对象。此外，虚拟游戏、应用、计算机程序中的各种虚拟目标对象也属于虚拟目标对象的范畴。如何以灵活、有效的方式来控制这些虚拟目标对象在例如UI中的运动，对于交互效率、自然性和用户体验而言至关重要。

在现有技术中，用于控制虚拟目标对象的运动的方式总体上可分为两类。第一类方式是利用操纵按键、按钮、旋钮、摇杆、操纵杆等部件来产生控制信号，以用于控制虚拟目标对象在虚拟世界中的运动。这种方式的共性之一是：控制设备本身的运动(位移和姿态变化)对于虚拟目标对象的运动没有影响。例如，用于PC的键盘、用于交互式电视的遥控器等是现有技术中这类控制方式的示例。

这种控制方式存在明显的缺陷。首先，操纵这些控制设备需要用户具有一定的认知水平和操作水平，从而限制了例如儿童、老人等用户的使用。而且，此类控制设备的操作常常不是用户友好的。例如，在进行虚拟游戏时，用户可能需要同时协调操作多个操纵杆或类似部件，分别用于控制虚拟目标对象的不同运动参数。用户在操作过程中需要大脑和双手的高度协调和配合，才能实现期望的运动，因此交互过程的认知负担较高。

用于控制虚拟目标对象运动的第二类方式是将控制设备本身的运动与虚拟目标对象的运动相关联。以此方式，控制设备将用户的手势(即，用户手部的运动)转换为控制信号以用于控制虚拟目标对象的运动。手势是人们日常比较常用、有效的交互手段之一，因此这种方式较之第一类方式能够显著降低认知负担。例如，鼠标是此类控制设备的典型示例。在交互过程中，用户通过移动鼠标本身来控制例如UI中呈现的光标、焦点以及其他虚拟目标对象的运动。又如，可从日本任天堂公司(Nintendo)获得的游戏主机Wii提供了一种手持式遥控器，当用户握住该控制器时，可以通过一组预定义手势来操纵游戏中的虚拟目标对象(例如，网球、保龄球等)的运动。此外，在图像和模式识别领域，已有若干研究关注于借助一个或多个外部传感器(例如，照相机)来直接识别用户的手势，并将其转换为相应的控制信号。

然而，上述第二类方式也具有局限性。首先，这类控制设备往往依赖于本身的位移来控制虚拟目标对象的运动，这就需要用户为控制设备创建并且保持一定的操作空间。以鼠标为例，用户需要一定的空间(二维或三维)才能移动和操纵鼠标。类似地，对于Wii控制器等其他现有技术控制设备，同样需要相应的操作空间以用于控制设备本身的位移。这常常给用户带来不便，甚至在某些情况下是不可行的。例如，为了创建用于控制设备的操作空间，可能需要首先清理和/或布置在例如桌面上的其他物品，这对用户来说是不方便的。这一问题在可用空间有限时尤为突出。例如，目前的很多交通工具(例如，飞机、火车、出租车等)为用户提供有专用的交互式电子设备，以用于节目点播、信息查询、地图导航等。此时，用户可用的空间相对狭小(例如，由于座椅布置、周围其他用户)，控制设备本身的位移将更加不便。