專利名稱：三維桌面系統(tǒng)的顯示與操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的界面顯示與操作技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種計(jì)算機(jī)三維桌面系統(tǒng)的顯示和操作方法。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的界面顯示與操作上，目前均為二維的平面顯示與操作。例如廣泛應(yīng)用的Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)的顯示界面目前均為二維的平面，用戶操作如同在畫板上，不具有縱深操作，沒(méi)有一種真實(shí)的空間感。為了用戶在操作計(jì)算機(jī)時(shí)，使計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)具有與現(xiàn)實(shí)生活相同的顯示環(huán)境和操作真實(shí)感，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)三維交互界面已成為研究的熱點(diǎn)，尤其是桌面系統(tǒng)的三維化，更是競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。但是目前對(duì)于三維桌面系統(tǒng)的研發(fā)均未達(dá)到真3D(三維)，而是經(jīng)過(guò)圖形變換形成的三維視覺(jué)，在學(xué)術(shù)上稱為2.8D。不具有三維空間的操作和漫游，對(duì)于操作系統(tǒng)所顯示的各種圖標(biāo)也不具有真3D的圖形。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有三維桌面系統(tǒng)的缺陷，并將現(xiàn)有二維桌面系統(tǒng)發(fā)展成為真3D的三維桌面系統(tǒng)，發(fā)明了一種操作系統(tǒng)三維環(huán)境中的顯示與操作方法，并利用所發(fā)明的此方法實(shí)現(xiàn)了一種真3D的三維桌面系統(tǒng)。
為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是桌面系統(tǒng)三維顯示與操作方法，其技術(shù)要點(diǎn)是首先創(chuàng)建一個(gè)真3D的三維場(chǎng)景，然后在三維環(huán)境中導(dǎo)入真3D的圖形；操作的光標(biāo)隨著三維場(chǎng)景的遠(yuǎn)近而小到大變化。為了解決計(jì)算機(jī)運(yùn)算和顯示速度問(wèn)題，三維場(chǎng)景的創(chuàng)建采用框架貼圖的方法，即先畫出三維的框架，然后在框架的各個(gè)面上再貼上平面圖，構(gòu)成一個(gè)真3D的三維場(chǎng)景。對(duì)于三維場(chǎng)景中擺放物采用直接導(dǎo)入3D模型的方法在3DS Max中制作出各種擺放物的3D圖形，然后將這些3D圖形所生成的.3DS二進(jìn)制文件導(dǎo)入到三維場(chǎng)景中所指定的位置，再將此3D圖形顯示出來(lái)。由于在三維場(chǎng)景中各種擺放物是在3DS Max中制作出來(lái)的，具有較真實(shí)的紋理和材質(zhì)感，同時(shí)還可以加光感，因此在三維場(chǎng)景中的擺放物具有真實(shí)的立體感。
用戶所操作的光標(biāo)也是在3DS Max中制作出來(lái)的，也具有真實(shí)3D的立體感。顯示此光標(biāo)的大小與此光標(biāo)在三維場(chǎng)景中的位置有關(guān)，此光標(biāo)處在三維場(chǎng)景越遠(yuǎn)時(shí)，就越小。隨著光標(biāo)在三維場(chǎng)景中的移近，就逐漸變大，使用戶有一種處在三維場(chǎng)景中真實(shí)的操作感。當(dāng)此光標(biāo)觸及到三維場(chǎng)景中的擺放物時(shí)，光標(biāo)將發(fā)生變化，在顏色和形狀上都可以改變，同時(shí)被觸及物的顏色也發(fā)生改變。依靠這種方法用戶在三維空間中對(duì)擺放物進(jìn)行操作，同時(shí)用戶還可以根據(jù)此光標(biāo)的指向和移動(dòng)在三維場(chǎng)景中漫游。
本發(fā)明不僅將光標(biāo)觸碰放置物要檢測(cè)出來(lái)，而且還要檢測(cè)出擺放物與擺放物的碰撞。在三維場(chǎng)景中對(duì)每一個(gè)放置物都要定義其屬性，即所放置物是軟物還是硬物，是否可以嵌入其他物等。光標(biāo)所觸碰的放置物可以選擇在三維場(chǎng)景中任意拖動(dòng)、放置，也可以進(jìn)行復(fù)制。對(duì)三維場(chǎng)景中放置物的操作其功能與二維桌面上的圖標(biāo)操作功能相同，可以打開文件、啟動(dòng)應(yīng)用軟件、開啟設(shè)置等。
本發(fā)明在一個(gè)大的三維場(chǎng)景中再創(chuàng)建小的三維空間，就如同在一個(gè)大樓中分割出來(lái)的房間一樣。在不同的房間中做不同的工作。本發(fā)明的方法將硬盤劃分成做不同工作的房間，將抽象的磁盤分區(qū)轉(zhuǎn)變成形象的不同空間，很直觀地將“存儲(chǔ)”改換成“放置”的方式顯示出來(lái)。該發(fā)明使操作系統(tǒng)的顯示和操作更加接近實(shí)際生活，也更加容易理解和掌握。
本發(fā)明實(shí)際有益效果是1、利用本發(fā)明的方法所實(shí)現(xiàn)的三維桌面系統(tǒng)顯示速度不受影響；2、具有與現(xiàn)實(shí)生活相同的操作方式，因此不必學(xué)習(xí)就能夠進(jìn)行操作；3、具有縱深環(huán)境，顯示的信息量較平面顯示的信息量大；4、可以放置類似實(shí)物的三維圖形，無(wú)需文字說(shuō)明就可以知道三維圖形是什么實(shí)物；5、在三維場(chǎng)景中可以漫游，在不同的方位和視角觀看放置物；6、使人具有與現(xiàn)實(shí)生活相同的臨場(chǎng)感，對(duì)計(jì)算機(jī)操作不陌生；7、以空間的方式劃分硬盤區(qū)域，規(guī)律性強(qiáng)，易于理解和記憶；8、由于在各個(gè)空間做不同的工作，不會(huì)發(fā)生紊亂，便于操作。


圖1桌面系統(tǒng)三維顯示與操作方法的主流程圖。
圖2三維場(chǎng)景框架圖。
圖3相關(guān)聯(lián)的小三維場(chǎng)景框架圖。
圖4基于圖2的三維框架貼完圖的三維場(chǎng)景圖(其中圖4a為外向里視；圖4b為里向外視，同時(shí)也可以看到光標(biāo)遠(yuǎn)近大小的變化及開門的情況)。
圖5基于圖3的三維框架復(fù)制后貼不同圖所形成裝飾不同的三維場(chǎng)景，這些不同的場(chǎng)景是通過(guò)圖4中不同的門進(jìn)入，在這些場(chǎng)景中也顯示了光標(biāo)的大小變化。(其中圖5a是一個(gè)辦公室的場(chǎng)景，桌上的一個(gè)筆記本計(jì)算機(jī)被打開；圖5b是進(jìn)入另一個(gè)屋，桌上的書正在被打開；圖5d是圖5c轉(zhuǎn)換視角時(shí)的場(chǎng)景；圖5e和圖5f是同一場(chǎng)景，圖5e是外向里視，圖5f是里向外視)。
圖6桌面系統(tǒng)三維顯示與操作方法的工作流程圖。
圖7光標(biāo)對(duì)三維場(chǎng)景中放置物操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
根據(jù)流程圖1首先利用OpenGL工具先繪出三維場(chǎng)景的框架，對(duì)于場(chǎng)景中可以活動(dòng)的門等單獨(dú)繪出框架，如圖2所示。然后按比例再繪出與三維場(chǎng)景相關(guān)聯(lián)的三維小場(chǎng)景框架，如圖3所示，對(duì)于多個(gè)相同空間的場(chǎng)景可以根據(jù)已有的框架復(fù)制生成。在已畫好框架的基礎(chǔ)上，對(duì)框架各個(gè)面利用OpenGL工具進(jìn)行貼圖，構(gòu)成一個(gè)三維場(chǎng)景，如圖4所示，所構(gòu)成的場(chǎng)景可以加光感。對(duì)于空間相同的框架貼不同的圖，可以形成不同裝飾的房間，如圖5等多個(gè)看似不同的房間都是基于圖3小框架通過(guò)復(fù)制實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)面所貼圖可以是繪制的二維畫面，也可以是實(shí)際場(chǎng)景中各個(gè)面的照片。
各個(gè)小空間通過(guò)門與大空間相連，從圖4的大空間中用光標(biāo)指向門時(shí)，進(jìn)行點(diǎn)擊操作，門即能打開進(jìn)入到小空間，圖5所示。在大、小空間中導(dǎo)入所需的放置物，這些放置物都是利用3Ds Max軟件工具制作出來(lái)，是真三維圖形，具有較好的真實(shí)感。在圖5中的三維場(chǎng)景中放置的桌、椅及桌上的擺放物均為三維立體，桌、椅的屬性設(shè)置為不可嵌入的硬物體，因此擺放在桌上的物品可以正好落在桌上，不能被嵌入到桌子中。實(shí)現(xiàn)放置物具有是否被碰撞的功能，首先需要解決對(duì)放置物之間的碰撞檢測(cè)的問(wèn)題。
這種對(duì)放置物是否有碰撞的檢測(cè)是利用AVL-AABB的算法解決的。AVL-AABB算法是取放置物在X，Y，Z坐標(biāo)軸上投影的最小和最大坐標(biāo)值，形成一個(gè)包圍盒。當(dāng)兩個(gè)包圍盒相交時(shí)，它們?cè)谌齻€(gè)坐標(biāo)軸上的投影區(qū)間均相交。通過(guò)將包圍盒分別投影到三個(gè)坐標(biāo)軸上，就可以將三維求交問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一維求交問(wèn)題。一個(gè)包圍盒在每個(gè)坐標(biāo)軸上的投影都是一個(gè)區(qū)間，這樣只需比較兩個(gè)包圍盒分別在三個(gè)軸向上投影區(qū)間的重疊情況，即可得出相交測(cè)試結(jié)果。這種算法我們稱其為AVL-AABB算法，利用該算法對(duì)相交檢測(cè)比較簡(jiǎn)單。
在完成三維場(chǎng)景制作和導(dǎo)入三維物體之后，通過(guò)所開發(fā)的程序，利用軟件的方法與操作系統(tǒng)相連接，其主要工作流程如圖6所示。當(dāng)打開計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)啟動(dòng)后，即運(yùn)行此發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的三維桌面系統(tǒng)，該系統(tǒng)將原有的二維平面顯示改為三維顯示，并由該三維桌面系統(tǒng)接管原有二維桌面系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。對(duì)于原有啟動(dòng)應(yīng)用軟件的二維圖標(biāo)由一個(gè)三維筆記本電腦圖形所取代；各種文檔由不同的三維書的圖形顯示，并放置在規(guī)定的書架上，如圖5b所示?？傊?，對(duì)于計(jì)算機(jī)中所涉及到的內(nèi)容均用現(xiàn)實(shí)生活中已有的實(shí)物制作成三維圖形來(lái)顯示，例如計(jì)算器、圖畫、播放器等均根據(jù)實(shí)物制作出三維的計(jì)算器、畫卷、播放機(jī)等圖形顯示，這種顯示方法使用戶操作直觀，就如同操作實(shí)際中的實(shí)物一樣。
當(dāng)啟動(dòng)利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的三維桌面系統(tǒng)后，將三維模塊導(dǎo)入，并初始化原有的二維桌面系統(tǒng)。初始化過(guò)程不僅將原有所有二維圖形均由三維圖形顯示，而且還將原有的功能也由三維桌面系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)入三維場(chǎng)景的同時(shí)將場(chǎng)景漫游、碰撞檢測(cè)、系統(tǒng)屬性設(shè)置、關(guān)閉重啟計(jì)算機(jī)、三維操作等三維桌面系統(tǒng)所特有的功能一同啟動(dòng)，在進(jìn)入三維場(chǎng)景時(shí)，三維桌面系統(tǒng)的各項(xiàng)功能也一同加載完成。
三維場(chǎng)景可以制作成多種形式，利用本發(fā)明的方法可以制作成有高級(jí)大廳的樓房賓館；也可以制作成太空站形式；還可以制作成具有廣場(chǎng)的校園、城市等不同形式，在此具體實(shí)例是根據(jù)一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境制作成的三維場(chǎng)景。圖4所示的三維場(chǎng)景的各個(gè)面所貼的圖是該實(shí)驗(yàn)室各個(gè)面的照片，而圖5所示的每個(gè)三維場(chǎng)景各個(gè)面所貼的是不同的圖片。盡管是在同一種三維框架基礎(chǔ)上進(jìn)行貼圖，由于所貼的圖不同，因此形成的三維場(chǎng)景感覺(jué)大不一樣。
在三維場(chǎng)景中對(duì)放置物的操作主要利用光標(biāo)的觸碰進(jìn)行操作。該光標(biāo)是三維立體的小圖形，可以是人的手形狀，也可以是一個(gè)三維立體箭頭形狀，同時(shí)可以沿不同的方向自旋轉(zhuǎn)。在三維光標(biāo)對(duì)放置物的具體操作流程如圖7所示，其中P為放置物所形成包圍盒空間的大小。此流程圖為選擇放置物，并進(jìn)行移動(dòng)和放置的具體流程。此操作涉及碰撞檢測(cè)，與二維平面移動(dòng)和放置圖標(biāo)不同。體現(xiàn)三維圖形的真實(shí)感，就不能有兩個(gè)實(shí)物相互嵌入的情況，否則就不會(huì)有對(duì)實(shí)物操作的真實(shí)感覺(jué)。
當(dāng)對(duì)三維場(chǎng)景中放置物進(jìn)行操作時(shí)，被操作的實(shí)物將完成相應(yīng)的功能。如圖5a和圖5c中在桌上放置的筆記本電腦是啟動(dòng)應(yīng)用軟件的，當(dāng)光標(biāo)選中筆記本電腦時(shí)雙擊按鍵，此時(shí)筆記本電腦自動(dòng)打開，并開啟相應(yīng)的應(yīng)用程序。應(yīng)用軟件在筆記本電腦的屏幕上啟動(dòng)運(yùn)行，該筆記本電腦可以拖近、拖遠(yuǎn)。拖到最近時(shí)該筆記本電腦的屏幕可以與用戶使用的計(jì)算機(jī)屏幕一樣大小，盡管啟動(dòng)的應(yīng)用軟件界面是二維平面的，但由于應(yīng)用軟件的界面放在三維桌面系統(tǒng)中的筆記本上，使用戶仍然感到是在三維場(chǎng)景中操作。
對(duì)于文檔的打開，就如同現(xiàn)實(shí)生活中打開一本書一樣。先在書架上用光標(biāo)選中所要看的書，然后雙擊按鍵，此書即可自動(dòng)打開，如圖5b所示。此書可以拖近、拖遠(yuǎn)，拖近時(shí)字體隨書一起變大，使用戶能夠看清楚。當(dāng)暫時(shí)不看此書時(shí)可將其拖遠(yuǎn)縮小，也可以雙擊此書將自動(dòng)合上，并自動(dòng)回到書架原位置。看不同的頁(yè)的內(nèi)容如同真實(shí)的書一樣需要翻頁(yè)，翻頁(yè)靠光標(biāo)選中頁(yè)面，只要按一下按鍵即可自動(dòng)翻頁(yè)。對(duì)三維場(chǎng)景中放置物的操作仿照現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)實(shí)物的操作方式，所實(shí)現(xiàn)的三維桌面系統(tǒng)以現(xiàn)實(shí)生活為基礎(chǔ)，基于仿照現(xiàn)實(shí)生活的場(chǎng)景和對(duì)實(shí)際物的操作方式的理念，發(fā)明了三維桌面系統(tǒng)的顯示與操作方法。
隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，人機(jī)界面將會(huì)更加友好。三維桌面系統(tǒng)將會(huì)被廣泛推廣應(yīng)用，計(jì)算機(jī)將會(huì)更加接近現(xiàn)實(shí)生活。將現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景和操作方式在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，不僅拉近了計(jì)算機(jī)與用戶的距離，而且將會(huì)積極促進(jìn)計(jì)算機(jī)的發(fā)展?；诂F(xiàn)實(shí)生活的理念為三維桌面系統(tǒng)發(fā)明出的三維顯示與操作方法，使三維桌面系統(tǒng)將會(huì)有更好的實(shí)用性和應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.三維桌面系統(tǒng)的顯示與操作方法，其特征在于可以瀏覽的三維場(chǎng)景；在三維場(chǎng)景中有三維圖形的放置物；按縱深的近和遠(yuǎn)可以大小變化的三維立體光標(biāo)；通過(guò)門或通道進(jìn)入到其它三維場(chǎng)景。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維桌面系統(tǒng)的顯示與操作方法，其特征在于所說(shuō)的三維場(chǎng)景是在三維框架的各個(gè)面進(jìn)行貼圖構(gòu)成的三維場(chǎng)景，所貼的圖是真實(shí)場(chǎng)景各個(gè)面的照片或二維圖畫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維桌面系統(tǒng)的顯示與操作方法，其特征在于所說(shuō)的放置物連接計(jì)算機(jī)中的軟件；放置物屬性定義為硬物或軟物或可嵌入物；可以檢測(cè)出放置物之間的碰撞；通過(guò)光標(biāo)可以移動(dòng)放置物；放置物被選中操作時(shí)變形或改變顏色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維桌面系統(tǒng)的顯示與操作方法，其特征在于所說(shuō)的三維立體光標(biāo)可以沿不同的方向自轉(zhuǎn)；光標(biāo)是手的形狀或三維立體箭頭形狀。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的界面顯示與操作技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種計(jì)算機(jī)三維桌面系統(tǒng)的顯示和操作方法。該方法是在繪制的三維框架各個(gè)面上進(jìn)行貼圖，形成可以瀏覽的三維場(chǎng)景。通過(guò)門或通道可以進(jìn)入到其它三維場(chǎng)景中，并在三維場(chǎng)景中放置利用3DS Max仿照實(shí)物制作的三維圖形。通過(guò)對(duì)三維放置物的操作可以啟動(dòng)應(yīng)用軟件、打開文檔等，類似對(duì)二維桌面系統(tǒng)的圖標(biāo)操作功能。光標(biāo)在三維場(chǎng)景的縱深方向前后移動(dòng)時(shí)，光標(biāo)由近到遠(yuǎn)而大小變化。對(duì)于放置物分別進(jìn)行軟物、硬物、是否可嵌入等不同定義，使操作者具有操作實(shí)際物的臨場(chǎng)感。利用不同的三維場(chǎng)景空間來(lái)劃分硬盤區(qū)域，更加接近實(shí)際生活，此方法使用戶不用學(xué)習(xí)就會(huì)操作計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1885233SQ20061008665
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者劉金剛 申請(qǐng)人:劉金剛