專利名稱：操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機軟件控制領域，具體是無線控制器類計算機軟件控制，以加速度計傳感器為主要憑依設備，多傳感器交匯使用而開發(fā)出的一種基于動作識別的控制空間繪圖軟件的控制裝置。
背景技術：
空間三位控制(Spaceof Three-dimensional Controller，簡稱 STC)十分符合人類的感官認識，并能使人很快的學會，其原理類似走路，完全的自我修正感知。拋開了快捷鍵和復雜的命令，不需要大篇的理論和幫助文件，僅僅用我們的雙手就能操縱在外行人看似難以入手的3Ds MAX，CAD等專業(yè)軟件，創(chuàng)造屬于自己的3D世界。設計上的合理性使我們相信我們甚至可以利用空間三位控制拋開鼠標鍵盤，用自己的雙手加入到3D游戲的世界中。那將是自己的舉手投足直接映射到虛擬世界中，再添加外設，甚至可以“感知”虛擬世界。甚至使得從未接觸計算機的人也能實現(xiàn)自己天馬行空的想法，實現(xiàn)自己的夢想。即使是經過多年訓練的多媒體設計師，也可通過這種模擬方式進行更方便快捷、迅速的完成高級3D項目制作。目前市面上出現(xiàn)的類似空間三維控制器的產品有數(shù)據(jù)手套和三維軌跡控制球。數(shù)據(jù)手套設有彎曲傳感器，彎曲傳感器由柔性電路板、力敏元件、彈性封裝材料組成，通過導線連接至信號處理電路；在柔性電路板上設有至少兩根導線，以力敏材料包覆于柔性電路板大部，再在力敏材料上包覆一層彈性封裝材料，柔性電路板留一端在外，以導線與外電路連接。把人手姿態(tài)準確實時地傳遞給虛擬環(huán)境，而且能夠把與虛擬物體的接觸信息反饋給操作者。可基本達成空間三維控制器的全部功能，但價格昂貴且易磨損，而且使用不方便。 三維軌跡控制球是另外一種類型的鼠標，其工作原理與機械式鼠標相同，內部結構也類似。 不同的是軌跡球工作時球在上面，直接用手撥動，而球座固定不動。因而軌跡球占用空間小，多用于筆記本電腦等便攜機。其不存在上述數(shù)據(jù)手套的缺點，但其靈活性差無法達成空間三維控制器的全部要求。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種利用加速度計傳感器應用快捷鍵模擬的操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術存在的人機交互困難的問題。本實用新型的技術方案是一種操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊、動作識別模塊、USB無線通信模塊和計算機，手部數(shù)據(jù)采集模塊包括加速度計傳感器、壓力傳感器和麥克風，所述的動作識別模塊的輸入端與速度計傳感器和壓力傳感器之間為有線連接，在所述的動作識別模塊的輸出端連接有無線收發(fā)器， 并與連接在計算機的USB無線通信模塊之間通過無線通信方式連接；在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個加速度計傳感器，麥克風安裝在左手手背位置，壓力傳感器安裝在兩手手指末端關節(jié)處，動作識別模塊安裝在左臂處。[0006]所述的加速度傳感器為三軸加速度計傳感器。所述的麥克風為硅麥克風。各傳感器通過類手套裝置固定在手上，以保證傳感器位置穩(wěn)定。所述的無線通信方式采用ZigBee協(xié)議或Bluetooth協(xié)議。本實用新型的優(yōu)點是體積小，使用方便，操作方式簡單、直觀。

圖1是本實用新型的總體構成和工作流程框圖；圖2是本實用新型的手部數(shù)據(jù)采集模塊的構成框圖；圖3是本實用新型的動作識別模塊的構成框圖；圖4是本實用新型的USB無線傳輸模塊的構成框圖。
具體實施方式
參見圖1-圖3，本實用新型一種操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊1、動作識別模塊2、USB無線通信模塊3和計算機A。手部數(shù)據(jù)采集模塊1如圖2所示，包括左手加速度計傳感器11、左手壓力傳感器 12、右手加速度計傳感器13、右手壓力傳感器14和麥克風16，左手加速度計傳感器11和左手壓力傳感器12通過左手數(shù)據(jù)總線17與動作識別模塊2采用有線連接；右手加速度計傳感器13和右手壓力傳感器14通過右手數(shù)據(jù)總線15與動作識別模塊2采用有線連接。在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個左手加速度計傳感器11和右手加速度計傳感器13，麥克風16安裝在左手手背位置，在上述三個手指末端關節(jié)或手指尖端處各安裝一個左手壓力傳感器12和右手壓力傳感器14，動作識別模塊2安裝在左臂處。所述的動作識別模塊2采用微處理器模塊，如ARM處理器。各所述的加速度傳感器為三軸加速度計傳感器。所述的麥克風16為硅麥克風。各加速度傳感器和壓力傳感器通過類似手套的裝置佩戴固定在手上，以保證傳感器位置穩(wěn)定。所述的無線通信模塊3與計算機A之間的無線通信方式采用ZigBee協(xié)議或 Bluetooth 協(xié)議。本實用新型空間三維控制器，利用加裝在手部的各加速度傳感器采集數(shù)據(jù)，在手臂處加裝的動作識別模塊2進行運算，得出的結果由無線方式傳送至計算機A的USB接口端，利用計算機快捷鍵模擬軟件4和計算機軟件5，模擬鼠標的方式達到控制目的。關于部數(shù)據(jù)采集部分，三個手指(拇指、食指、中指)末端關節(jié)處分別加裝加速度傳感器收集在三維空間中的加速度數(shù)據(jù)，末端關節(jié)處加裝壓力傳感器捕捉手指伸直或蜷曲的動作，兩種傳感器相結合已達到全面收集手部動作的目的。手背處加裝硅麥克風16從而通過識別聲音的波形變化和嘈雜度來控制一些專業(yè)計算機軟件的光學特效或粒子特效。將收集到的數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)總線15和17，再傳輸至動作識別模塊2加以分析。硅麥克風16 和動作識別模塊2僅加裝左手；右手數(shù)據(jù)總線15處附帶無線傳輸器至左臂的動作識別模塊 2。[0025]動作識別模塊2由AD轉換器和ARM處理器和無線收發(fā)器(使用ZigBee協(xié)議或 Bluetooth)構成。左手加速度計傳感器11和左手壓力傳感器12所采集的數(shù)據(jù)傳輸至左手臂處的動作識別模塊2內的AD轉換器，而后傳輸至ARM處理器，經處理后由無線收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到USB無線通信模塊3。右手手部傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸至左手手臂處的AD 轉換器，重復左手處操作。動作識別模塊2加裝在手臂處便于數(shù)據(jù)的處理，減小由無線模塊傳輸時所產生的誤差，將大量的數(shù)據(jù)處理為可簡單識別的數(shù)據(jù)。如圖4所示，USB無線傳輸模塊3主要由USB接口、USB固件和協(xié)議處理、無線收發(fā)和天線四大功能部分組成。USB接口主要完成模塊和計算機的物理連接，提供總線的硬件收發(fā)接口，實現(xiàn)電氣和底層的邏輯功能，是USB外圍設備的核心之一。本實用新型的工作原理是手掌動作的定義是通過慣性傳感器所測得的數(shù)據(jù)與起始位置初值比較而得的。運用重力加速度方法對傳感器進行靜態(tài)標定。通過標定分別得到加速度傳感器三個方向的靈敏度、非線性度和回程誤差三個特性指標，從而得到整個手掌揮舞、移動的空間方向以及長度等。手指動作的定義是基于壓力傳感器的相應預設響應值和閾值的比較而得到的，壓力傳感器的響應低于下閾值時將會返回值1，表示對應手指伸直；但壓力傳感器的響應高于上閾值時將會返回值0，表示對應手指彎曲；當響應在上閾值和下閾值之間時，將不返回值(不改變輸出狀態(tài))。對每個手指的屈伸進行組合，便能定義不同的手勢。通過手掌動作和手指動作的配合來詮釋整個人體手部的動作行為，將動作行為數(shù)據(jù)處理完畢后轉為簡單的識別代碼代表預設動作發(fā)送至計算機端。關于計算機A中計算機快捷鍵模擬軟件4和計算機軟件5的工作將USB無線傳輸模塊3中得到的數(shù)據(jù)進一步分析處理，將所捕捉的動作進一步識別為相應的軟件功能，利用模擬鍵盤功能模擬軟件快捷鍵，從而達到控制軟件的功能。在此軟件將先對對接軟件進行識別(或手工選擇)，從而判斷應使用的相應軟件快捷鍵模組。模擬鍵盤用KeybcLevent函數(shù)，模擬鼠標按鍵用MouSe_event函數(shù)。當開啟相關軟件時，軟件會根據(jù)系統(tǒng)進程的啟動夾在不同的快捷鍵&鼠標&鍵盤模組，從而達到最智能化、便捷化的功效。
權利要求1.一種操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊、 動作識別模塊、USB無線通信模塊和計算機，手部數(shù)據(jù)采集模塊包括加速度計傳感器、壓力傳感器和麥克風，所述的動作識別模塊的輸入端與速度計傳感器和壓力傳感器之間為有線連接，在所述的動作識別模塊的輸出端連接有無線收發(fā)器，并與連接在計算機的USB無線通信模塊之間通過無線通信方式連接；在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個加速度計傳感器，麥克風安裝在左手手背位置，壓力傳感器安裝在兩手手指末端關節(jié)處，動作識別模塊安裝在左臂處。
2.根據(jù)權利要求1所述的操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的加速度傳感器為三軸加速度計傳感器。
3.根據(jù)權利要求1所述的操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的麥克風為硅麥克風。
4.根據(jù)權利要求1所述的操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，各傳感器通過類手套裝置固定在手上，以保證傳感器位置穩(wěn)定。
5.根據(jù)權利要求1所述的操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線通信方式采用ZigBee協(xié)議或Bluetooth協(xié)議。
專利摘要一種操控計算機空間繪圖類軟件的控制系統(tǒng)，包括手部數(shù)據(jù)采集模塊、動作識別模塊、USB無線通信模塊和計算機，手部數(shù)據(jù)采集模塊包括加速度計傳感器、壓力傳感器和麥克風，動作識別模塊的輸入端與速度計傳感器和壓力傳感器之間為有線連接，在動作識別模塊的輸出端連接有無線收發(fā)器，并與連接在計算機的USB無線通信模塊之間通過無線通信方式連接；在兩手的拇指、食指和中指上分別安裝一個加速度計傳感器，麥克風安裝在左手手背位置，壓力傳感器安裝在兩手手指末端關節(jié)處，動作識別模塊安裝在左臂處。本實用新型的優(yōu)點是體積小，使用方便，操作方式簡單、直觀。
文檔編號G06F3/033GK202230440SQ20112036728
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者張世杰, 曹喜濱, 王東哲, 王峰, 馬月超 申請人:哈爾濱工業(yè)大學