專利名稱：一種三維空間的多點觸控或多筆書寫屏的制作方法
一種三維空間的多點觸控或多筆書寫屏技術(shù)領(lǐng)域電子、通信與控制背景技術(shù)無線通信技術(shù)、實時嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和觸摸屏技術(shù)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的工作在二維平面上的多點或多筆觸摸屏。傳統(tǒng)的觸摸屏必須使得觸摸物體接觸或貼近顯示平面(可觸摸表面)且只能在顯示平面(可觸摸 表面)范圍的表面或貼近表面實現(xiàn)多點觸控或多筆書寫。本發(fā)明不僅在顯示平面(可觸 摸表面)的表面而且在遠(yuǎn)離顯示平而的空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離多點觸控或多筆書寫，并且 不局限于顯示平面的正前方位置的范圍，能實現(xiàn)在接觸或不接觸顯示平面的情況下，在包 括正前方范圍在內(nèi)的任何顯示平面前的整個接近180°視角的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)多點觸控或 多筆書寫?？傊?，本發(fā)明是對傳統(tǒng)的多點或多筆的觸摸屏在空間緯度上的擴(kuò)展，即由二維平 面擴(kuò)展到了三維空間，可以實現(xiàn)在包括正前方范圍在內(nèi)的任何已知顯示平面前的整個接近 180°視角的空間范圍內(nèi)多用戶在同一顯示平面上的同時控制或書寫。實現(xiàn)原理如圖1的數(shù)學(xué)模型所示要實現(xiàn)空間線段BA在俯仰轉(zhuǎn)動時，BA的延長線在ODEF區(qū) 域上的交點C也隨之移動，這樣就能完成點移動形成線，從而實現(xiàn)連續(xù)書寫等功能，要實現(xiàn) 點擊觸控的功能，只要在選定A、B點的瞬間，C點作為BA的延長線與ODFF平面區(qū)域的交點 會相應(yīng)的確定，從而也就實現(xiàn)對應(yīng)點的觸控。1. BA的延長線與ODEF平面區(qū)域交點(C點)坐標(biāo)的求法利用空間直線與平面相 交于一點求法求得。在三維直角坐標(biāo)系下，ODEF平面區(qū)域所在平面的方程為ζ = 0，A點的坐標(biāo)為(x2， 12，z2)，B點的坐標(biāo)為(xl，yl，zl)，AB線段所在空間直線的方程式用對稱式表示出來是
x-xl y-yl z-zl-=-=-
x2-xl y2-y\ z2-zl 令上式等于t，則有
χ = xl + (x2 - xl ) ■ 7 = > + [yl -yi)t
ζ = zl + (ζ 2 - zi)t 則空間直線AB與平面ODEF的交點C的坐標(biāo)值為
zlz\(xl + (x2 — xl) χ-，yl + (y2 - yl) χ-, 0)
zl —ζ2zl-z2
ζ\注1.其中^~；= t。 zl-z22. A點和B點的三維空間坐標(biāo)的具體求法已知三角形三條邊的長度，由海倫公式S = yjp(p-a){p-b){p-c),其中 P = (a+b+c) /2。A點在XOY平面的投影在ODEF區(qū)域內(nèi)的情形，如圖2所示。AGH為A點在ODEF上的投影面，AG的長度可以由海倫公式求得，AH的長度也可以由海倫公式和S = ah/2求得，同樣AJ也可以由海倫公式求得，AJ即為A點在Z軸上的投影 坐標(biāo)，0G和GJ也可以由海倫公式和勾股定理求得。這樣就得到了 A的三維空間坐標(biāo)(x2， y2, z2)。圖3為A點在X0Y平面的投影在Y彡OF區(qū)域內(nèi)的情形。同理可得A點在Y彡0區(qū)域內(nèi)的情形、A點在X彡0D區(qū)域內(nèi)的情形和A點在X彡0 區(qū)域內(nèi)的情形。用同樣的方法可以求得B點的三維空間坐標(biāo)(xl，yl, zl)。得到了 A點和B點的 坐標(biāo)也就可以求出AB所在直線的方程，然后利用空間一條直線與平面的交點的求法聯(lián)立 方程就可以求得C點的坐標(biāo)值。數(shù)學(xué)模型有5種不同的情形，即AB線段位于0DEF區(qū)域的正前方、正上方、正下方、 左上方和右上方等5種不同的情形，但都能夠運用上述的原理進(jìn)行工作并求得相應(yīng)的坐 標(biāo)。以此類推，B，點的三維空間坐標(biāo)(x3，y3，z3)和A，點的三維空間坐標(biāo)(x4，y4，z4) 都可以按照B點和A點的三維空間坐標(biāo)的求法求得。B’ A’線段所在直線的方程同樣也可 以用BA線段所在的空間直線的方程的求法求得。以上述方法可以類推到多個線段的延長線在0DEF平面區(qū)域相交的情況，例如另 有第三條線段B”A”，同樣可以實現(xiàn)，這樣第四條、第五條，甚至無窮多條線段的延長線都可 以與0DEF平面區(qū)域相交。


(正文內(nèi)容)
圖1是數(shù)學(xué)模型圖；圖2是A點在顯示屏幕正上方的情形圖；圖3是A點不在顯示屏正 上方的一種情形圖；圖4是對顯示平面的頂點進(jìn)行計算校正的數(shù)學(xué)模型圖。
具體實施方式
(正文內(nèi)容)1.筆尖與顯示屏的四個頂點以及四個頂點之間形成八條棱(長度可以通過無線 通訊的方式得到)的椎體，筆尾同樣也形成這樣的椎體，八條棱的長度同樣可以通過無線 通訊的方式得到；注其中椎體的四條底邊的棱的長度可以通過在四條底邊的交點設(shè)置發(fā)射接收裝 置實現(xiàn)測距從而測出四條邊的長度，如果底邊是事先固定的，那么四條邊的長度就是已知 的；另外四條是要通過筆尖(發(fā)射和接收裝置)和頂點(發(fā)射和接收裝置)之間的電磁波 來測量距離得到其長度。2.然后位于筆尾的實時嵌入式系統(tǒng)通過無線通訊的方式把坐標(biāo)值傳遞給主機(jī)，主 機(jī)只需要知道各條棱(邊)的長度就可以按照數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)公式計算出相應(yīng)的坐標(biāo)值， 然后將坐標(biāo)值交給上位機(jī)軟件進(jìn)行處理。應(yīng)用軟件根據(jù)坐標(biāo)值調(diào)用相應(yīng)的操作系統(tǒng)資源進(jìn) 行相應(yīng)坐標(biāo)點的顯示。3.要實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型中的5種情形必須將0、D、E、F與A或B點通訊得到的距離予 以區(qū)分，可通過8種不同的頻率進(jìn)行通訊得到8種不同的距離，然后交給中央處理器進(jìn)行處 理。不同于BA線段的其它情形也做相同的處理。這樣可以實現(xiàn)多用戶共同操作。0點為三 維直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點。4.實際應(yīng)用過程中會存在顯示平面的四個發(fā)射接收頂點組成的四邊形不是絕對 的長方形或正方形的情形，以及邊長的比例不是4 3或16 9等通常的顯示器比例，但又要按發(fā)送中央處理器所連接的顯示器的比例或處理器指定的比例進(jìn)行顯示或處理，因此 必須有一個對不規(guī)則的四邊形進(jìn)行計算校正的處理，對不規(guī)則四邊形的幾何校正可用雙線 性變換對來建模，線性變換對如下χ' = c^x+c^y+c^xy+c" γ' = c5x+c6y+c7xy+c8其中，(χ, y)和(x，，y，)分別為兩個四邊形內(nèi)的坐標(biāo)值。如圖4所示，已知8個已知的“控制點”，將8個已知的頂點坐標(biāo)值代入雙線性變換 對，可解得8個系數(shù)ci，i = 1，2，L，8.知道了每個四邊形的系數(shù)就可以得到確定的坐標(biāo)變 換關(guān)系，即在左邊不規(guī)則四邊形內(nèi)的坐標(biāo)點均可以在右邊期望的規(guī)則四邊形內(nèi)找到確定的 對應(yīng)的坐標(biāo)點。從而實現(xiàn)坐標(biāo)變換。由線性變換對得到的對應(yīng)規(guī)則四邊形內(nèi)的坐標(biāo)可能不 是整數(shù)，可以用插值的方法近似得到整數(shù)的坐標(biāo)值。這些算法可以用程序來實現(xiàn)。
5.實際應(yīng)用過程中還會存在一種情形就是四個頂點不在同一個平面內(nèi)，即四個頂 點與A點或B點通訊距離與實際的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生偏差，一個直接的結(jié)果是求出的線段BA的 延長線與ODEF平面區(qū)域的交點的坐標(biāo)的zO值不為零，因此此時交點的zO值必須被忽略， 只取(xO，y0)值，即取(xO，y0, zO)在ODEF平面(Χ0Υ平面)投影值。同理可以類推到其 它的線段。
權(quán)利要求
本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的工作在二維平面上的多點或多筆觸摸屏。傳統(tǒng)的觸摸屏必須使得觸摸物體接觸或貼近顯示平面(可觸摸表面)且只能在顯示平面(可觸摸表面)范圍的表面或貼近表面實現(xiàn)多點觸控或多筆書寫。本發(fā)明不僅在顯示平面(可觸摸表面)的表面而且在遠(yuǎn)離顯示平面的空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離多點觸控或多筆書寫，并且不局限于顯示平面的正前方位置的范圍，能實現(xiàn)在接觸或不接觸顯示平面的情況下，在包括正前方范圍在內(nèi)的任何顯示平面前的整個接近180°視角的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)多點觸控或多筆書寫。總之，本發(fā)明是對傳統(tǒng)的多點或多筆的觸摸屏在空間緯度上的擴(kuò)展，即由二維平面擴(kuò)展到了三維空間，可以實現(xiàn)在包括正前方范圍在內(nèi)的任何已知顯示平面前的整個接近180°視角的空間范圍內(nèi)多用戶在同一顯示平面上的同時控制或書寫。其實現(xiàn)載體可以是聲波、光波或者其它的電磁波。
全文摘要
本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的工作在二維平面上的多點或多筆觸摸屏。傳統(tǒng)的觸摸屏必須使得觸摸物體接觸或貼近顯示平面(可觸摸表面)且只能在顯示平面(可觸摸表面)范圍的表面或貼近表面實現(xiàn)多點觸控或多筆書寫。本發(fā)明不僅在顯示平面(可觸摸表面)的表面而且在遠(yuǎn)離顯示平面的空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離多點觸控或多筆書寫，并且不局限于顯示平面的正前方位置的范圍，能實現(xiàn)在接觸或不接觸顯示平面的情況下，在包括正前方范圍在內(nèi)的任何顯示平面前的整個接近180°視角的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)多點觸控或多筆書寫?？傊?，本發(fā)明是對傳統(tǒng)的多點或多筆的觸摸屏在空間緯度上的擴(kuò)展，即由二維平面擴(kuò)展到了三維空間，可以實現(xiàn)在包括正前方范圍在內(nèi)的任何已知顯示平面前的整個接近180°視角的空間范圍內(nèi)多用戶在同一顯示平面上的同時控制或書寫。
文檔編號G06F3/041GK101866235SQ20101010848
公開日2010年10月20日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者張強(qiáng) 申請人:張強(qiáng)