一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法技术

本发明专利技术属于人机交互领域，具体涉及一种利用笔的倾角信息进行饼形菜单选择的方法。本发明专利技术将笔设备的笔尖定位在饼形菜单的中心，基于笔的三维方向信息，获得笔设备在三维坐标的平面投影量，及平面投影量与坐标轴正方向的夹角，实现饼形菜单的选择。笔尖执行绘画或者交互任务时，为了同时触发一个菜单项，无需移动笔尖，只需将笔倾斜，当笔的顶端投影碰到菜单选项的边缘时，该菜单项被选中，能完全自由地使用单手来同时完成指令选择和方向控制的任务，在移动或书写的同时进行选择操作的优势尤其显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于人机交互领域，具体涉及一种利用笔的倾角信息进行饼形菜单选择的方法。
技术介绍
笔的书写和姿势是笔交互的两种基本模式。通常笔输入设备不只提供了笔尖的位置信息，而且提供了扩展信息，如书写压力、三维方向和三维旋转信息。传统的笔式用户界面使用笔尖的信息比较多，像：笔尖的位置，压力等。目前在笔的书写和姿势方面已有的研究工作有：Li的研究指出，在笔式界面中，有5种技术可用于书写和姿势之间的状态切换，其中包括基于笔的压力的模式切换，这是一种隐式的模式切换(参考文献：Li，Y.，Hinckley，K.，Guan Z.，Landay，J.A.，Experimental analysisof mode switching techniques in pen based user interfaces.In Proc.CHI 2005，ACM Press(2005)，461-470.)。Saund提出了一种基于推断模式的交互协议，该协议通过辨识笔的轨迹和理解上下文情境来探知用户意图，在一些情境下，该协议不需要一些明确的指令，当系统遇到一些含义模棱两可的笔画时，系统会弹出选择工具条，请用户选择(参考文献：Saund，E.，Lank，E.，Stylus input and editing without prior selection of mode.In Proc.UIST2003，ACM Press(2003)，213-216)。目前已有许多种基于笔的菜单选择定位的方法。但是它们在执行选择指令时，必须通过笔尖的移动。由此带来的问题是表意含糊：当前执行选择指令的笔画不能确定是否为绘图笔画的一部分。所以当歧义产生时，解决方法是由用户反馈正确的意图。就像SmartGuides(Adobe Illustrator，http://www.adobe.com/products/illustrator/)和automatic constrainsgeneration(Solidworks，http://www.solidworks.com)，用户必须取消当前的笔画任务，才能执行选择任务。Toolglass(Bier，E.A.，Stone，M.C.，Pier，K.，Buxton，W.，Derose，T.D.，Toolglass and magic lenses：The see-through interface.In Proc.SIGGRAPH 1993，73-80.)第一次将命令选择和方向操纵这两种交互机制整合到了一起，用户使用左手来操控一个透明的选择工具，右手用来选择命令以及进行方向操控。Guimbretière(Guimbretière，F.，Martin，A.，Winograd，T.，Benefits of merging command selection and direct manipulation.ACM TOCHI，2005，12(3)：460-476.)提出，当前的单手技术不能完成“自由绘画的同时进行命令选择”-->的任务，这是在有必要整合“命令选择和方向控制”技术方面的有力证明，也是本专利技术研发基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法的主要动机。饼形菜单的形状为饼状，用户可以通过选择饼形菜单中的菜单项进行菜单选择，饼形菜单中各菜单项均匀分布。笔设备在执行选择任务时，采集笔设备的三维方向信息来完成任务。当笔尖执行绘画或者交互任务时，若此时需要另一个输入值(该值用于发出命令或参数选择)，用传统的单手方法来同时完成这两个任务会有困难，这时需要借助另一只手的协作或需要其它设备的协助。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：用一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法来扩大笔设备的选择能力，从而整合命令选择和方向控制。本专利技术基于笔的三维方向信息(见图1)来完成，笔尖执行绘画或者交互任务时，不需要移动笔尖，能完全自由地使用单手来同时完成指令选择和方向控制的任务。本专利技术是一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法，包括如下步骤：1)将笔设备的笔尖定位在饼形菜单的中心；饼形菜单中由菜单项包围的内圆区域为中心区域；2)读取笔设备的输入信息，读取笔设备的输入信息，计算动态光标的长度，所述动态光标是笔设备向量在三维坐标中某一平面的投影量；3)动态光标的长度大于中心区域的半径时，计算动态光标的方位角，选择动态光标对应的饼形菜单；所述动态光标的方位角指动态光标与上述投影平面的坐标轴正方向的夹角。进一步，动态光标的长度TCLength的计算方法如下：1)对零高度调整量altAdjust、高度因子altF、方位因子aziF设定初始参数；2)计算与的乘积，和与的乘积，所述altitude为笔设备的高度信息；azimuth为倾角信息；3)上述两个乘积平方和的方根即为动态光标的长度。饼形菜单确定后，中心区域半径即确定，等于a*饼形菜单的半径，a介于0和0.5之间。本专利技术是基于圆盘形的选择菜单，如图2所示，菜单选项在圆盘中呈扇形排列。为了触发一个菜单项，用户无需将笔尖抬起。当要选中一个菜单项时，将笔倾斜，当笔的顶端-->投影碰到菜单选项的边缘时，该菜单项即被选中，因此本专利技术可以同时进行数据输入和数据操控。例如：当用户在自由画线的状态下需要改变当前所画线的颜色时，用户在画线的同时，将画笔倾斜，在选择方法的反馈之下完成颜色的改变。由此可见，这种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法可以实现第二维输入值(该值可以是命令或参数的选择)。而该值的输入无需第二只手的协作，也无需其它设备的辅助，而且整个过程没有影响到用户先前的操作任务。为使用户能够高效地使用基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法，本专利技术对笔和菜单的状态采取实时可视反馈的技术：使用动态光标动态反馈笔设备的三维可视化线索。饼形菜单的中心定位在笔尖的位置，该中心即为三维坐标系的中心点。视点位于Z轴正方向的无穷远处。将笔设备所处的位置向量投影到XOY平面，将投影量命名为Tilt动态光标。利用动态光标来选择饼形菜单中的某个菜单项。动态光标(Tian，F.，Ao，X.，Wang，H.，Setlur，V.，Dai G.，The Tilt Cursor：EnhancingStimulus-Response Compatibility Based on 3D Orientation Cue of Pen Devices.In Proc.CHI2007，ACM Press(2007)，303-306)顶端在坐标的原点，视点在光标上z坐标轴的正向无限处，动态光标是笔向量在XY平面上的投影。动态光标形状的计算可参考图5。本专利技术的优点和积极效果如下：(1)本专利技术可以很轻松地植入笔式用户界面中，不会与现有的设计相冲突，不会打断原有的书写任务，无需其它辅助设备的帮助，在移动或书写的同时进行选择操作的优势尤其显著(2)用户在进行自由书写时，为了同时触发一个菜单项，无需移动笔尖，只需将笔倾斜，当笔的顶端投影碰到菜单选项的边缘时，该菜单项被选中。(3)基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法的中心是笔尖的位置，因此，它可以始终节省菜单定位时间，节省物理上的选择位移。与此同时，用户采用倾斜笔的方式来选择菜单项，不移动笔尖，不改变笔尖原有的运动轨迹，大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法，其步骤包括：１）将笔设备的笔尖定位在饼形菜单的中心；饼形菜单中由菜单项包围的内圆区域为中心区域；２）读取笔设备的输入信息，计算动态光标的长度，所述动态光标是笔设备向量在三维坐标中某一平面 的投影量；３）所述动态光标的长度大于中心区域的半径时，计算动态光标的方位角，选择动态光标对应的饼形菜单；所述动态光标的方位角指动态光标与上述投影平面的坐标轴正方向的夹角。

【技术特征摘要】
1.一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法，其步骤包括：1)将笔设备的笔尖定位在饼形菜单的中心；饼形菜单中由菜单项包围的内圆区域为中心区域；2)读取笔设备的输入信息，计算动态光标的长度，所述动态光标是笔设备向量在三维坐标中某一平面的投影量；3)所述动态光标的长度大于中心区域的半径时，计算动态光标的方位角，选择动态光标对应的饼形菜单；所述动态光标的方位角指动态光标与上述投影平面的坐标轴正方向的夹角。2.如权利要求1所述的一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法，其特征在于：所述笔设备的输入信息包括笔设备当前的高度信息和倾角信息。3.如权利要求2所述的一种基于笔倾角信息的饼形菜单选择方法，其特征在于：步骤2)中动态光标的长度的计算方法如下：1)设定零高度调整量altAdjust、高度因子altF、方位因子aziF的初始参数；2)计算与的乘积，和与...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，戴国忠，王宏安，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]