[发明专利]一种基于移动终端的三维虚拟地球交互方法

权利要求书

1.一种基于移动终端的三维虚拟地球交互方法，其特征在于，包括三维交互方法和手势交互方法；

所述三维交互方法通过二维操作调整空间方位，将用户在屏幕上的二维移动映射为操控点在三维空间的运动，具体包括构建虚拟单位球、将屏幕坐标映射到空间三维坐标系中、结合虚拟球计算空间坐标Z值和旋转响应，通过用户二维平移操作A点到B点，使得物体按照自身中心的虚拟球旋转θ角度，实现二维方向到三维立体空间操作的转换；

所述手势交互方法依托移动终端的触屏设计，通过与触屏的接触、移动实现长按、轻触、滑动、拖动、旋转、缩放基本手势操作方法，实现对三维虚拟地球的多尺度、全方位浏览，基于移动终端的三维虚拟地球手势交互方法包括滑动操作方法、旋转操作方法、缩放操作方法，所述滑动操作方法将有效触控操作点的屏幕坐标投影到地球模型上，通过起始和终止点的位置计算地球模型需要旋转的角度，所述旋转操作方法使用远视点滑动操作方法实现地球模型绕地心旋转，使得用户能够浏览大范围且经纬跨度大的全球比例尺地理数据，使用以某一个局部点为中心的旋转操作方法，使得用户能够以倾斜视角浏览局部地理数据，所述缩放操作方法以视点的缩进与远移实现对地物不同尺度的观察，视点的缩放决定三维虚拟地球系统需要显示的地理数据金字塔的层级，虚拟相机与地球表面的距离决定多级地理数据的动态调度，移动终端的三维虚拟地球设定两点触控为用户的视点距离缩放操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的三维虚拟地球交互方法，其特征在于，构建虚拟单位球通过将用户屏幕操作X、Y两个方向的二维操作方式获得的坐标映射到三维空间，首先计算需要操作三维空间物体的外接球，基于外接球和屏幕的宽高构建虚拟的单位球，通过拨动虚拟球旋转来代替物体包围球的旋转，使得用户的平移操作实现物体围绕自身中心的旋转操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的三维虚拟地球交互方法，其特征在于，将屏幕坐标映射到空间三维坐标系中时，移动终端屏幕坐标系以屏幕左上角为原点，水平向右为X轴方向，屏幕的宽度Wide，竖直向下为Y轴方向，屏幕的高度Height，空间三维坐标系以屏幕的中心为原点，水平向右为X轴方向、竖直向上为Y轴方向、垂直屏幕向外为Z轴方向，将移动终端屏幕坐标映射到空间三维坐标系中的方法为：

第一步，将移动终端屏幕宽高规范化调整为0-1，则移动终端屏幕分辨率分辨为NormalWide、NormalHeigt，

NormalWide＝1.0/((Wide-1.0)*0.5)，

NormalHeight＝1.0/((Height-1.0)*0.5)；

第二步，在窗口上任意一点(PointX,PointY)的屏幕坐标都可以映射到规范化的窗口之中，转化后坐标(X,Y)，

X＝PointX*NormalWide-1.0，

Y＝PointY*NormalHeight-1.0。

4.根据权利要求3所述的一种基于移动终端的三维虚拟地球交互方法，其特征在于，结合虚拟球计算空间坐标Z值为结合单位虚拟球计算触控点在三维空间坐标系中的深度值Z，单位球半径为1，即有X²+Y²+Z²＝1，如果sqrt(X²+Y²)＞1,将Z值赋0；反之，Z值表达为，

Z＝sqrt(1-X²-Y²)；

屏幕上任意点(PointX，PointY)映射到三维空间的单位虚拟球上，坐标为：

5.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的三维虚拟地球交互方法，其特征在于，旋转响应为在屏幕上连续获取两个点A(PointX1，PointY1)、B(PointX2,PointY2)经过坐标转换和虚拟球计算深度Z值，获取在球面上的坐标A(X1，Y1，Z1)、B(X2，Y2，Z2)，通过球心O(0，0，0)坐标，分别获取向量A、B，用户触控点从A点移动到B点即是向量A移动到向量B，移动角度设为θ即为AB之间的夹角：

cosθ＝A·B，

将虚拟球旋转θ角度，通过用户二维平移操作A点到B点，物体按照自身中心的虚拟球旋转θ角度，实现二维方向到三维立体空间操作的转换。