一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法技术

本发明专利技术提供一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法，应用于三维笔式人机交互技术领域。采用超声波三维高精度无线定位技术获得智能笔与主机的距离；采用加速度和陀螺仪信号获得智能笔的旋转角度；判断智能笔的旋转角度属于可控角度范围时，根据智能笔的旋转角度和距离计算虚拟标尺的长度，并基于虚拟标尺及长度因子计算用户界面的缩放比例系数，得到对应的缩放比例，将用户界面调整至相应的显示比例。智能笔在执行绘画或交互任务时，无需中断任务，可同时通过调整智能笔的旋转角度或用户的空间位置来连续的选择用户界面的缩放比例，提高调整速率，既可节省功耗又可降低用户的视觉负担。

Three dimensional pen based interactive interface zooming method based on rotation angle and distance

The invention provides a three-dimensional pen type interactive interface zooming method based on rotation angle and distance, which is applied to the three-dimensional pen type human-computer interaction technology field. Get smart pen with the host using ultrasonic 3D high precision wireless positioning technology of the distance; the rotation angle obtained by intelligent acceleration and gyro signal; the rotation angle of the pen belongs to the intelligent judgment controllable angle range, calculated according to the rotation angle of intelligent virtual ruler pen and distance length, zoom ratio coefficient and scale factor based on virtual and length the calculation of the user interface, the corresponding zoom ratio, the proportion of the user interface to display the corresponding adjustment. In the implementation of intelligent pen painting or interactive tasks, without interrupting tasks, and space position through the adjustment of rotation angle of intelligent pen or the user to select the user interface of the continuous zoom ratio, increase the rate of adjustment, which can save power and reduce the user's visual burden.

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法
本专利技术涉及一种三维笔式交互界面缩放方法，具体涉及一种基于智能笔的旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放比例的选择方法，可实现任意距离下用户界面尺寸的连续性缩放选择，可应用于三维笔式人机交互

技术介绍
随着人机交互技术的发展，出现了各种以人为中心的高效自然的人机交互方式，三维大空间笔式交互应运而生。三维笔式交互技术将笔与人机对话中的三维信息相结合，模拟人类千百年来的纸笔使用习惯，充分利用电子计算机的优势，是一种自然流畅的交互方式。在人机交互过程中，用户常需浏览各种页面，如：使用浏览器浏览网页页面，使用办公软件浏览文档页面。然而，在教室或会议等场景使用电子白板时，由于界面显示的图片、文字或视频画面太小，位于远距离处的用户经常看不清楚屏幕上的内容，此时便需要对屏幕上显示的内容进行放大；而在近距离观看显示内容时，又希望适当缩小显示比例，以获得更多信息，减小视觉负担。现有的对显示界面进行放大或缩小的调整方法主要有两种：第一，提供一个界面显示比例界面，用户通过选择界面上的下拉菜单中的选项或通过计算机提供的缩放快捷键(如“Ctrl”和“+”或“-”的组合)，控制页面按照一个不可修改的固定的缩放比例进行缩放。但是，由于用户不知道当前场景适合自己的页面大小是哪种，就需要进行多次点击或组合按键，操作繁琐，效率不高。第二，通过多点触摸触屏进行操作，例如，用户可以在触敏式表面的区域上轻扣两次，以放大轻扣区域的大小，或用拇指和食指进行“捏”或“反向捏”手势，当两个指头分开运动时放大内容，当两个指头靠近运动时则缩小内容。但该方法需要多个手指的参与，操作不便，当用户与屏幕的距离大于手臂长度时，便无法进行操作。目前已有一些关于用户界面显示比例的调整方法。中国专利“基于Android的圈选缩放方法和系统”(申请号201410438956.X)公开了一种基于Android的圈选缩放方法和系统，可根据圈选区域与屏幕参数自动构建需要放大的区域和缩放比例，自动进行移动缩放，实现任意界面的缩放。中国专利“具有触摸屏的电子设备及其画面比例调节方法”(申请号200810303319.6)公开了一种画面比例调节方法，通过用户在触摸屏上的画圈面积与预设面积的比例关系对显示画面进行比例调节。但这两种方法仅适用于触摸屏终端，一旦涉及三维大空间人机交互，就会因距离因素及交互方式的改变带来圈选姿势识别不清及圈选区域受限等问题。中国专利“一种浏览器中进行页面缩放的方法和装置”(申请号201410124020.X)公开了一种浏览器中进行页面缩放的装置和相应的浏览器中进行页面缩放的方法，使用户可以在页面缩放的过程中直观的看见具体的缩放比例，解决了在缩放过程中用户无法直观地了解缩放到了何种程度的问题。中国专利“页面缩放方法及装置”(申请号201510330448.4)公开了一种页面缩放方法及装置，根据用户对页面的缩放操作查找与当前页面显示比例所对应的缩放比例，以实现按照用户的个人意愿对页面进行缩放的目的。中国专利“缩放用户界面内容的设备、方法和图形用户界面”(申请号201080062559.7)公开了一种缩放电子文档内的显示对象的试探法，通过把显示对象缩放到预定比例，按预定增量缩放显示的对象。中国专利“显示界面调整方法及系统”(申请号201110246615.9)公开了一种显示界面调整方法，通过识别对显示屏幕上的控制区域的操作指令获取显示屏幕的大小比例。但这些方法所述的显示比例与缩放比例的对应关系为预设的，不是实时更新的比例，且用户对页面的缩放操作是繁琐的，如按下缩放组合键、点击缩放选项、拖动滑动条等，不适用于三维大空间笔式交互。中国专利“一种移动终端显示界面缩放的实现方法和装置”(申请号201510141019.2)公开了一种移动终端显示界面缩放的实现方法和装置，通过识别移动终端当前的倾斜数据对终端设备显示界面进行缩放，但该方法仅适用于小型手持设备，不适用于静止不动的大型终端。中国专利“一种在终端上对显示界面进行调整的方法和装置”(申请号201210562959.5)公开了一种在终端上对显示界面进行调整的方法和装置，可根据终端与终端用户的距离调整显示界面，但该方法提前预设了平均距离与界面显示比例之间的映射关系，只要执行预设动作，在任意具体距离下界面显示比例会自动调整，且是固定不变的，不适用于电子白板等多用户共享终端，且无法实现自由选择，不能满足三维人机交互过程中多样化情境的需求。中国专利“显示设备、显示控制方法和显示控制程序”(申请号201010104322.2)公开了一种具有显示屏的移动终端和显示控制方法，可根据操作者的脸部相对于显示设备的相对位置放大或缩小显示屏上的显示信息，但是这种方法仅适用于近距离单用户情况，且在任意具体距离下界面显示比例会自动调整成固定不变的大小，在用户与显示屏的相对距离不断变化情况下对显示信息的调整十分频繁，造成显示屏幕不断抖动，既对用户视力有害，又十分耗费电量。中国专利“用户界面自动缩放系统及方法”(申请号201410459298.2)公开了一种用户界面自动缩放系统及方法，能根据使用者与电子设备之间的距离对用户界面进行自动缩放，省去了手动操作的繁琐性，增加了用户的使用体验。但该方法针对个人终端设备(平板电脑或手机)，对于不同用户群体，预设的初始距离以及显示比例的步进值不同，且在使用者与电子设备之间的距离不变的情况下无法进行显示界面的缩放。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法，在三维大空间人机交互中引入方向控制及距离控制实现对用户界面显示比例大小的连续性选择，可实现任意位置处通过旋转智能笔控制界面显示比例的功能。本专利技术采取的技术方案是，包括下列步骤：1)长按智能笔的定位按键，读取智能笔的初始状态信息，计算智能笔与主机之间的距离D；所述智能笔的初始状态信息包括智能笔尖的三维坐标A＝(x0,y0,z0)及智能笔的姿态角信息；2)旋转智能笔，读取智能笔的输入信息，计算智能笔的旋转角度△θ，所述智能笔的旋转角度是旋转前后智能笔在三维坐标系中XZ平面上的投影量与X轴正方向夹角的相对角度变化量；3)、判断智能笔旋转角度的所属控制范围，当△θ<-80°时，用户界面直接缩小至最小显示比例；当△θ>80°时，用户界面直接放大至最大显示比例；当旋转角度属于可控角度范围内时，计算虚拟标尺的长度L，所述虚拟标尺是智能笔与主机之间的距离在三维坐标系中XY平面上的映射量；计算缩放比例系数k，确定缩放比例大小，将用户界面缩放至相应的显示比例。本专利技术所述智能笔的姿态角信息是初始状态下智能笔在三维坐标系中XZ平面上的投影量与X轴正方向的夹角θ1。本专利技术所述步骤1)中智能笔与主机之间的距离D的计算方法如下：计算智能笔与主机之间的距离：其中d是智能笔尖到三维坐标系中XY平面的距离：d＝|z0|，z0是智能笔尖在三维坐标系中Z轴方向的坐标，λ是调整系数的初始参数，disAdjust是距离调整量的初始参数，是智能笔与三维坐标系中Y轴正方向的夹角，θ1是智能笔在三维坐标系中XZ平面上的投影量与X轴正方向的夹角。本专利技术所述步骤2)中智能笔的输入信息是旋转之后智能笔在三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法，其特征在于包括下列步骤：1)长按智能笔的定位按键，读取智能笔的初始状态信息，计算智能笔与主机之间的距离D；所述智能笔的初始状态信息包括智能笔尖的三维坐标A＝(x

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法，其特征在于包括下列步骤：1)长按智能笔的定位按键，读取智能笔的初始状态信息，计算智能笔与主机之间的距离D；所述智能笔的初始状态信息包括智能笔尖的三维坐标A＝(x0,y0,z0)及智能笔的姿态角信息；2)旋转智能笔，读取智能笔的输入信息，计算智能笔的旋转角度△θ，所述智能笔的旋转角度是旋转前后智能笔在三维坐标系中XZ平面上的投影量与X轴正方向夹角的相对角度变化量；3)、判断智能笔旋转角度的所属控制范围，当△θ<-80°时，用户界面直接缩小至最小显示比例；当△θ>80°时，用户界面直接放大至最大显示比例；当旋转角度属于可控角度范围内时，计算虚拟标尺的长度L，所述虚拟标尺是智能笔与主机之间的距离在三维坐标系中XY平面上的映射量；计算缩放比例系数k，确定缩放比例大小，将用户界面缩放至相应的显示比例。2.如权利要求1所述的一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法，其特征在于：所述智能笔的姿态角信息是初始状态下智能笔在三维坐标系中XZ平面上的投影量与X轴正方向的夹角θ1。3.如权利要求1所述的一种基于旋转角度和距离的三维笔式交互界面缩放方法，其特征在于：步骤1)中智能笔与主机之间的距离D的计算方法如下：计算智能笔与主机之间的距离：其中d是智能笔尖到三维坐标系中XY平面的距离：d＝|z0|，z0是智能笔尖在三维坐标系中Z轴方向的坐标，λ是调整系数的初始参数，disAdjust是距离调整量的初始参数，是智能笔与三维坐标系中Y轴正方向的夹角，θ1是智能笔在三维坐标系中XZ平面上的投影量与X轴正方向的夹角。4.如权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕学智，温艳鑫，孙晓颖，陈建，温泉，刘国红，于海洋，曹德坤，王海云，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22