[发明专利]一种交互式玩具陀螺模拟方法及系统

权利要求书

1.一种交互式玩具陀螺模拟方法，其特征在于，步骤为：

（1）用户输入用来控制玩具陀螺的信号；

（2）对用户输入设备上的输入进行监测和读取，计算玩具陀螺所受总力矩，并以玩具陀螺所受总力矩作为输入，计算并更新玩具陀螺的运动状态；

（3）在用户显示设备上以与实体玩具陀螺类似的形态动态显示玩具陀螺及其运动参数。

2.根据权利要求1所述的交互式玩具陀螺模拟方法，其特征在于，在上述步骤（2）中，需计算用户输入力矩；首先将读取的输入进行分类，如果属于特定模式的输入，则根据输入计算用户施加在玩具陀螺上的力矩；如果不属于特定模式的输入，则用户输入力矩为零；所述特定模式的输入是指可以被输入设备识别、被处理单元采集、在输出设备上表现为一条虚拟曲线的一个空间上的连续输入，该连续输入可以表示成一个离散时间序列上的单个简单输入的集合。

3.根据权利要求2所述的交互式玩具陀螺模拟方法，其特征在于，在上述步骤（2）中，计算玩具陀螺所受总力矩的流程为：

（2.1.1）计算用户作用的力；

设t_i时刻玩具陀螺的显示输出区域为G_2i，G_2i为一个显示输出位置的集合，集合内每个显示输出位置表示为g_2j=[x_2j y_2j]^T,j=1…J，与集合内每个显示输出位置对应的，是从视点看过去的三维玩具陀螺模型表面上的一个点，其在陀螺体坐标系中的位置记为g_3j=[x_3j y_3j z_3j]^T，其构成集合G_3i；

设满足特定模式的输入U，其由离散时间序列上的简单输入集合u_i,i=1…I构成，简单输入u_i作用的显示输出位置为p_2i=[x_2i y_2i]^T，其对应的采样时间为t_i，则输入U作用的显示位置集合可以表示为P₂，P₂集合构成了输入U作用在输出设备上的曲线；

对于与t_i时刻对应的简单输入u_i，其作用力为，则有：

如果u_i作用的显示输出位置为p_2i，包含在该时刻玩具陀螺显示输出位置区域G_2i内，即有p_2i=g_2k,k∈1…J，与g_2k对应的三维玩具陀螺模型表面上的点在陀螺体坐标系中的位置为g_3k，则认为在t_i时刻输入u_i作用在三维玩具陀螺的g_3k点上；设整个输入U作用在三维玩具陀螺上的点g_3k的集合为G_3k，则G_3k构成一个空间上的曲线，它是G_3i,i=1…I的子集；则力的方向为G_3k曲线经过时的切线方向，力的大小与经过点g_3k的速度成正比；或者，若输入u_i作用的显示输出位置p_2i为一个显示输出位置的集合，则力的大小可以与集合内位置点的个数，也即集合对应的面积成正比；

若简单输入u_i作用的显示输出位置p_2i，没有包含在该时刻玩具陀螺显示输出位置区域G₂₁内，则力为0；

（2.1.2）计算用户作用的力矩；

设玩具陀螺支点到点g_3k的矢量记为则该时刻输入作用在玩具陀螺上的力矩M_u为：

Mu=P→×F→i---(1)]]>

这里，×表示叉乘；

（2.1.3）陀螺所受总力矩M为：

M=M_g+M_u+M_o   （2）

其中，力矩M_g为玩具陀螺转动时所受的重力力矩，为：

Mg=l→×(mg→)---(3)]]>

这里：m为玩具陀螺的质量，为重力加速度矢量，为玩具陀螺支点到重心的矢量；M_o为摩擦力矩，其与玩具陀螺支点接触面的摩擦系数、空气阻力相关。