[发明专利]一种基于超声定位的三维笔势识别方法

说明书

本发明涉及一种基于超声定位的三维笔势识别方法，属于人机交互领域。通过超声定位装置采集用户在输入三维笔势时在空间划过轨迹的三维坐标；计算空间划过轨迹的三维坐标在xOy、zOx和yOz三个平面的投影坐标，并进行平滑处理，去除因用户手的抖动或环境噪声造成的微小偏差；将平滑处理后的三维笔势投影坐标与系统三维笔势库中的投影坐标进行匹配，匹配成功则执行对应指令，匹配失败则自动进行系统笔势库的自适应更新，向系统中加入用户习惯的三维笔势，以适应不同用户的输入习惯。本发明将笔势引入三维空间，提高了交互真实感，所提三维笔势识别方法具有较高的识别速度和准确性，用户体验良好。

技术领域

本发明属于人机交互领域，具体涉及一种基于超声定位的三维笔势识别方法。

背景技术

信息技术的高速发展为人类生产、生活带来了广泛而深刻的影响，也促进了人机交互技术的发展，传统的基于windows、icons、menu、point device模式(简称WIMP)的人机交互方式需要频繁地切换鼠标、键盘、界面工具按钮，交互连续性差，已难以满足人们的需要。而笔式交互符合人类自然交互特性，具有较好的连续性和自然性，但笔式交互多基于传统的纸笔隐喻，只能在二维平面实现交互，在空间应用中显示出局限性，因此将二维笔势交互和三维真实场景交互相结合产生的三维笔势交互技术具有重要的研究价值。三维笔势交互技术将物理距离引入笔势交互，可在一定距离范围内实现笔与显示终端的交互，以更加自然和谐的方式进行终端操作，不受使用环境和用户行为的限制，具有广阔的应用前景。

在笔式交互方面，国内相关专利大都在二维笔式交互及其相关技术方面进行研究。中国专利“平面三自由度笔式力觉交互装置”(申请号CN201110221211.4)公开了一种平面三自由度笔式力觉交互装置，可以应用到游戏、教学、绘画练习等领域中，使用户通过握持交互笔直接在设备屏幕上进行操作的同时感受相应的反馈力和扭矩，实现了平面视觉和力觉显示的融合。中国专利“基于手写输入状态自适应判断处理的笔式交互方法及系统”(申请号CN201510018914.5)公开了一种基于手写输入状态自适应判断处理的笔式交互方法，在用户进行手绘图形输入和手写文字输入的过程中，自动判断用户当前输入状态并进行实时处理，简化了用户操作流程，使用户自然、高效地完成笔式交互。中国专利“基于投影跟踪的笔式交互系统”(申请号CN201010199301.3)公开了一种基于投影的笔式交互系统，通过红外投影扫描模块、无线通信接收模块、投影仪和交互笔的协同工作来完成笔式交互，在实现大范围、准确交互的同时实现逼真的毛笔书写交互效果。田丰等人在论文《UPIL：以用户为中心的笔式交互系统设计》中提出了一种以用户为中心的笔式交互系统的设计方法，提高了笔式交互系统的可用性。但这些设计方法均只考虑二维平面情况，将笔式交互技术限制在平面操作上，未提出适用于三维空间的笔式交互识别、笔迹跟踪等方法，限制了用户操作的自然性和灵活性。

手势是三维空间的一种自然直接的人机交互方式，在手势交互方面，国内已有相关专利进行研究。中国专利“手势识别装置、手势识别方法及手势识别系统”(申请号CN201510587921.7)公开了一种手势识别装置、方法及系统，该系统通过传感器识别运动手指相对于其他手指的运动信息和装置需要的输入方式，并由输入方式生成单元对应生成键盘输入位置、功能键、鼠标移动等，实现快速、准确的模拟输入内容。中国专利“一种手势识别方法及装置”(申请号CN201610195737.2)公开了一种手势识别方法，通过手部视频获得待识别手势的密度分布特征向量，通过计算该向量与预设标准手势库特征向量的欧氏距离来确定目标手势，有效提高手势识别的准确性。中国专利“红外手势识别装置的控制方法、装置和设备”(申请号CN201610286718.0)公开了一种红外手势识别装置的控制方法、红外手势识别装置和设备，提高了手势识别的准确率和可靠性，提升用户使用体验。这些设计方法虽然都是三维空间情况的人手活动，但都集中于手势交互活动，并未考虑笔势交互在三维空间中的应用，而手势交互存在多义性、多样性及时空上的差异性等固有缺陷，导致手势识别系统识别率低，实时性较差。