[发明专利]一种基于笔式交互系统的虚拟三维空间中目标的选择方法

摘要

本发明提供一种基于笔式交互系统的虚拟三维空间中目标的选择方法，属于虚拟三维空间中目标的选择方法。基于超声三维笔式定位系统，获得电子笔的坐标以及电子笔的姿态信息，根据电子笔的坐标以及姿态信息实现目标的选择，考虑到大屏幕的尺寸、用户选择的便利性、用户需要移动的距离等问题，进一步根据电子笔的姿态结合按键以及定义的算法，实现目标的精确快速选择，用户可以在任意位置对三维虚拟空间中的任意目标进行精确选择，打破了空间的限制，实现了三维大空间中人机交互过程中虚拟目标精确快速选择。

主权项

1.一种基于笔式交互系统的虚拟三维空间中目标的选择方法，其特征在于，包括下列步骤：(一)以主机的左下角为坐标原点，以过原点的水平直线为X轴，以过原点且竖直向上的直线为Y轴，以过原点且垂直于XOY面的直线为Z轴，建立三维坐标系；(二)用户操作电子笔时，电子笔将自己的空间位置信息以及姿态信息实时的传给主机，所谓电子笔的空间位置信息指的是电子笔笔尖位置A在实际空间中的绝对坐标(x₀,y₀,z₀)，姿态信息指的是电子笔俯仰角α和航向角β，系统根据电子笔所提供的信息，生成一条以电子笔尖坐标为起点，以电子笔的姿态信息确定射线的方向向量根据电子笔笔尖位置A，确定射线L的方程，该射线L的方程具体算法如下：根据电子笔的姿态获得电子笔的俯仰角α和航向角β，通过计算获得方向向量为由此确定空间中的射线L的方程为：其中α为俯仰角，即指电子笔与Y轴正方向所成的角，β为航向角，即电子笔在XOZ面上的投影与X轴正方向所成的角；(三)当用户对目标M进行选择时，M所在的区域为{(x,y,z)|x_min≤x≤x_max,y_min≤y≤y_max,z_min≤z≤z_max}，区域中x_min和x_max分别是指目标M所占区域在X轴方向上的最小和最大坐标，y_min和y_max分别是指目标M所占区域在Y轴方向上的最小和最大坐标，z_min和z_max分别是指目标M所占区域在Z轴方向上的最小和最大坐标，提供两种模式进行选择：模式一、镜像模式：1)当用户选择的目标M在用户当前可选择的一臂长Z_bc范围{(x,y,z)|Z₀≤Z≤Z₀+Z_bc||Z₀‑Z_bc≤Z≤Z₀}之内时，系统根据电子笔笔尖位置A在实际空间中的绝对坐标(x₀,y₀,z₀)，判定当前所选虚拟空间中的平面为Z＝Z₀，确定所选点B的Z坐标为Z₀，同时根据射线L和所选点B的Z坐标得到用户所选的点B的具体坐标(x₀‑2z₀tanβ,y₀‑2z₀cotα/sinβ,‑z₀)；2)根据用户选的点B，系统判定点B的位置，当系统判定点B落在目标M所在区域{(x,y,z)|x_min≤x≤x_max,y_min≤y≤y_max,z_min≤z≤z_max}之内时，高亮突显目标M，用户之后就可以对目标M进行操作；当B不在M所包含范围之内，此时用户调整电子笔的位置，使点B落在M的范围之内，完成对目标M的选择；模式二、同向模式：1)当用户选择的目标M在用户当前可选择的一臂长Z_bc范围{(x,y,z)|Z₀≤Z≤Z₀+Z_bc||Z₀‑Z_bc≤Z≤Z₀}之外时，电子笔笔尖位置A在实际空间中的绝对坐标(x₀,y₀,z₀)，所选点B的具体坐标(x₀‑2z₀tanβ,‑2z₀cotα/sinβ,‑z₀)，Z₀已达到用户所能选择的最远深度，仍无法选中目标M，调用模式二，用户向前移动电子笔到A₁位置(x,y,z₁)，x,y坐标不限，系统监测用户在Z轴上移动的距离为Δz＝z₁‑z₀，此时，系统判定选点B的具体坐标(x₀‑2z₀tanβ,y₀‑2z₀cotα/sinβ,‑z₀+Δz)；2)根据用户所选的点B，系统判定点B的位置，当系统判定点B落在目标M所在区域{(x,y,z)|x_min≤x≤x_max,y_min≤y≤y_max,z_min≤z≤z_max}之内时，高亮突显目标M，用户之后就可以对目标M进行操作；当B不在M所包含范围之内，此时用户调整电子笔的位置，使点B落在M的范围之内，完成对目标M的选择。