[发明专利]利用视线跟踪技术和常规鼠标控制设备的三维漫游方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维虚拟场景中的人机交互技术领域，尤其涉及一种利用视线跟踪技术和常规鼠标控制设备的三维漫游方法。

背景技术

随着地理信息在社会生产、生活中的广泛应用，基于三维场景的空间信息系统在各种领域中越来越普及，发展也越来越完善。但是，在常用的各类计算机上进行三维场景漫游还不是很自如，因而效率也受到局限。究其原因，常规的鼠标控制设备通常只具备两个自由度，并不适合于三维漫游操作；常用的做法是将漫游操作分解为若干种二维或一维漫游操作，并通过先后多个步骤的接力来完成三维漫游，从而降低了操作效率。因此，有必要寻找更加灵活、自然、直观的三维漫游控制方法。

现有的一些方法采用额外甚至特制的设备来改善三维漫游的操控效果。比如：采用游戏控制手柄、驾驶模拟器手柄或类似的设备来进行三维漫游，通过多个肢体的配合来增加漫游的维度和效率；这类方案在漫游性能上有所改善，但增加了整个系统的硬件复杂度。还有的系统中使用专门设计的增强型鼠标、轨迹球等装置进行三维漫游；这类方案可能达到较好的操控效果，但系统的硬件复杂度及成本都大大增加，给推广和普及造成障碍。而且，这些方法都只利用人的肢体来进行三维交互，人眼在其中只起到感知的作用，而没有充分挖掘其潜力。

已有的研究表明，人眼不仅能够用于感知可见信息，而且能够在人机交互方面发挥更重要的作用。常规的肢体操作通常需要视线的指导才能够完成，而直接利用视线进行交互则将两个步骤简化为一个，直观而且高效，尤其适合于进行选择、指向等操作。目前，在一些广告、宣传系统中采用了视线来选择用户感兴趣的物品，并相应显示出该物品的相关信息。一些系统通过用户的凝视来选择自动取款机上的数字键，从而达到安全输入密码的目的。还有一些系统利用视线跟踪技术来控制光标，作为常规鼠标的替代品。

发明内容

本发明提出一种利用视线跟踪技术和常规鼠标控制设备的三维漫游方法，将视线跟踪技术与常规鼠标控制设备相结合，在不增加硬件复杂度的情况下，提高漫游控制的自由度，使三维漫游更加高效、灵活和自然。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

包括计算机及其显示器、视频采集设备和常规鼠标控制设备；

步骤一，用户选择一种二维漫游动作：二维平移漫游状态或二维旋转漫游状态，并向视频采集设备发出开启信号；

步骤二，当视频采集设接收到步骤一的开启信号时，开始实时、连续采集用户的脸部图像得到视频数据，并传送给计算机；

步骤三，计算机从步骤二传来的视频数据中提取用户视线的注视方向，并根据视频采集设备与计算机显示器的相对位置关系，推算用户注视点在计算机显示器上的坐标位置，如果该坐标位置落在计算机显示器范围内则进行步骤四，否则重新采集视频，重复步骤三；

步骤四，通过步骤三得到的用户注视点在显示器上的坐标位置，根据步骤一选择的二维平移漫游或二维旋转漫游进行漫游；

步骤五，当步骤四的二维漫游动作进行漫游时，根据鼠标光标的位置选择一种一维漫游动作：且同一时刻将一种二维漫游和一种一维漫游同时进行，结合成为三维漫游控制；

步骤六，当接收到三维漫游停止的信号时，结束漫游。

步骤四中所述二维平移漫游：以显示器中心为起点、注视点为终点确定了一个注视点矢量，相应的平移参数也构成一个矢量，其方向与注视点矢量的方向一致，其大小与注视点矢量的大小成比例；当用户注视显示器上某点，则用户注视点就会朝该点平移，而且当用户注视点随该点移近显示器中心，平移的速度也随之放慢，最终趋于静止。

步骤四中所述二维旋转漫游：以显示器中心为起点、注视点为终点确定了一个注视点矢量，该矢量在水平方向和垂直方向上的分量分别决定水平旋转和垂直旋转的程度，其旋转速度与对应分量的大小近似成比例；而且，当水平分量向左时，视角向左旋转；当水平分量向右时，视角向右旋转；当垂直分量向上时，视角向上旋转；当垂直分量向下时，视角向下旋转；当水平旋转与垂直旋转同时进行时，最终的旋转效果由两者共同决定；同样，当用户注视点移近显示器中心，旋转的速度也随之放慢，最终趋于静止。

步骤五中所述一维缩放漫游或一维旋转漫游：显示器被划分为互不重叠的四个区域，位于显示器的上部、下部、左部和右部，当鼠标光标位于计算机上部或下部，则进行一维缩放漫游；当鼠标光标位于左部或右部，则进行一维旋转漫游；鼠标光标到显示器中心的距离则决定了缩放或旋转的速度；

本发明的有益效果：