СПОСОБ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G06F3/03 

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано, например, при отображении объемной трехмерной или плоской двумерной информации в тренажерах, в компьютерных играх и в медицинском оборудовании.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранным за прототип являются способ ввода информации в компьютер и устройство для его осуществления, в которых предусмотрено формирование шести видов управляющих воздействий путем осуществления трехмерного перемещения или вращения вокруг трех взаимно перпендикулярных осей объемного изображения посредством специального джойстика.

Известные способ и устройство увеличивают число управляющих воздействий, однако, во-первых, оно по-прежнему невелико, так как управление изображением сводится лишь к его перемещению по трем координатам и вращению трех осей. Следует отметить также сложность реализующего устройства для управления изображением по трем измерениям и наличие соединительного электрического кабеля между устройством и компьютером. Кроме того, в прототипе не используется фактическое положение оператора (как корпуса оператора, так и его какого-либо органа) в пространстве, как источник вводимой информации.

Использование предлагаемого изобретения направлено на повышение удобства при вводе информации в компьютер и управлении введенными параметрами, например, параметрами звука и изображения, а также на расширение функциональных возможностей при вводе в компьютер информации посредством использования как положения в пространстве тела оператора, так и взаиморасположения отдельных частей тела оператора руг относительно друга.

Способ ввода информации в компьютер заключается в том, что формируют управляющие воздействия, соответствующие параметрам вводимой информации и передают их в компьютер.

В отличие от прототипа формируют управляющие воздействия путем отслеживания с помощью определителя координат в течение всего процесса ввода информации текущих значений пространственных координат по крайней мере двух, имеющих возможность перемещения друг относительно друга источников собственного или отраженного излучения. По крайней мере один из источников собственного или отраженного излучения связан с телом оператора, а также один из них является активным источником управляемого кодированного излучения. В процессе реализации способа определяют значения параметров кодирования и вводят их в компьютер, вводят в компьютер текущие значения пространственных координат источников излучения. Характер управляющих воздействий задается параметрами кодирования. Степень воздействия (темп, амплитуда, интенсивность и т.п.) задается величиной изменения разности текущих значений составляющих пространственных координат источников излучения с величиной составляющих, зафиксированных при инициализации их начальных значений.

Исходные (начальные) значения разности составляющих пространственных координат источников излучения используют как точку отсчета.

В качестве стартового момента начала времени отсчета формирования очередного кодированного сигнала принимают очередной момент фиксации координат источника управляемого кодированного излучения. Время формирования кодированного сигнала принимают меньшим или равным времени между очередными определениями текущих значений пространственных координат источника управляемого кодированного излучения.

Поставленная задача решается также тем, что устройство ввода информации в компьютер, содержит подвижный с источниками излучения приемо-передающий блок и стационарный приемопередающий блок.

В отличие от прототипа подвижный приемопередающий блок выполнен в виде по крайней мере двух, имеющих возможность перемещения друг относительно друга частей. Источники излучения закреплены на каждой из частей и выполнены как точечные источники собственного или отраженного излучения. По крайней мере один из источников собственного излучения является источником управляемого кодированного излучения, а часть, его включающая, содержит последовательно электрически соединенные между собой первый приемник излучения, первый формирователь, первый генератор тактовых импульсов, кодер и источник управляемого кодированного излучения, а также пульт управления, выход которого электрически соединен со входом кодера. Под пультом управления в заявке понимается кнопочный переключатель или иной устройство, позволяющее оператору задавать параметры кодирования. Стационарный приемопередающий блок содержит локатор, интерфейс, второй приемник излучения, второй формирователь, второй генератор тактовых импульсов и декодер. Локатор и источники излучения, локатор и первый приемник излучения, второй приемник излучения и источник управляемого кодированного излучения имеют между собой попарно беспроводную связь. Выход локатора электрически соединен со входом интерфейса, выход интерфейса в первым входным портом компьютера, первый и второй выходы второго приемника излучения электрически соединены, соответственно, с первым входом декодера и входом второго формирователя, выход второго формирователя электрически соединен со входом второго генератора тактовых импульсов, выход которого электрически соединен со вторым входом декодера, а выход декодера со вторым входным портом компьютера.

В качестве источника отраженного излучения может быть использован контррефлектор (обратный отражатель). Возможен вариант, когда вместо источника отраженного излучения (контррефлектора) используется источник собственного излучения с фиксированными параметрами излучения (например, параметрами модуляции), отличными от параметров излучения источника управляемого кодированного излучения.

Изобретение может быть осуществлено на основе использования, например, оптической, звуковой, пассивной (на основе анализа собственного излучения зондируемой поверхности) или активной (на основе отражения излучения, вырабатываемого приемо-передатчиком) локации. Пример конкретного выполнения изобретения основан на использовании метода оптической локации.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства ввода информации в компьютер в целом и блок-схема стационарного приемопередающего блока; на фиг. 2 блок-схема подвижного приемопередающего блока; на фиг. 3 - принципиальная схема реализации предлагаемого способа ввода информации в компьютер; на фиг. 4 временная диаграмма работы устройства.

Устройство ввода информации в компьютер 1 содержит (фиг. 1) подвижный 2 и стационарный 3 приемопередающие блоки. Подвижный приемопередающий блок 2 состоим из двух, имеющих возможность перемещения друг относительно друга частей. Одна из этих частей, в дальнейшем называемая блоком формирования команд 4, располагается в руке оператора 5, а другая, выполненная в виде контррефлектора 6, крепится, например, на очках оператора 5 (фиг. 1).

Блок формирования команд 4 содержит (фиг. 2) источник управляемого кодированного излучения 7, кодер 8, пульт управления (кнопочный переключатель) 9, первый генератор тактовых импульсов 10, первый формирователь 11 и первый приемник излучения 12.

Выход первого приемника излучения 12 электрически соединен со входом первого формирователя 11, выход которого электрически соединен со входом первого генератора тактовых импульсов 10. Выход первого генератора тактовых импульсов 10 электрически соединен с первым входом кодера 8, второй вход которого электрически соединен с выходом пульта управления 9, а выход со входом источника управляемого кодированного излучения 7.

Стационарный приемопередающий блок 3 содержит (фиг. 1) локатор 13, интерфейс 14, второй приемник тактовых импульсов 17 и декодер 18. Выход локатора 13 электрически соединен со входом интерфейса 14, выход которого электрически соединен со входным портом компьютера 1. В качестве устройства вывода информации из компьютера 1 используют дисплей 19. Выход второго приемника излучения 15 электрически соединен со входом второго формирователя 16 и первым входом декодера 18. Выход второго формирователя 16 электрически соединен со входом второго генератора тактовых импульсов 17, выход которого электрически соединен со вторым входом декодера 18, а выход декодера 18 со вторым входным портом компьютера 1.

Локатор 13 имеет оптическую связь с контррефлектором 6, источником управляемого кодированного излучения 7 и первым приемником излучения 12. Источник управляемого кодированного излучения 7 имеет оптическую связь со вторым приемником излучения 15.

Устройство работает следующим образом. Локатор 13 производит поэлементное зондирование пространства перед собой узким оптическим, (например, ИК) лучом.

Приемная и передающая диаграммы направленности локатора 13 совпадают своими максимумами и примерно равна по ширине. В некоторый момент времени to, зондирующий луч локатора 13 попадает на контррефлектор 6, расположенным например на очках оператора 5, и локатор 13 зафиксирует сигнал от контррефлектора 6. В другой момент времени (t1) передающая и приемная диаграммы локатора 13 будут направлены своими максимумами на блок формирования команд 4. Первый приемник излучения 12 блока формирования команд 4 также зафиксирует сигнал (см. временную диаграмму фиг. 4), который является стартовым импульсом для первого генератора тактовых импульсов 10. Одновременно, по цепи: первый формирователь 11, первый генератор тактовых импульсов 10, кодер 8 и источник управляемого кодированного излучения 7 вырабатывается стартовый импульс, который фиксируется вторым приемником излучения 15. Второй приемник излучения 15 вырабатывает управляющий сигнал на второй формирователь 16 и одновременно пакет сигналов для декодера 18, роль которого может выполнять сдвиговый регистр. Второй формирователь 16 запускает второй генератор тактовых импульсов 17 в течение заданного промежутка времени Tп; общее число вырабатываемых вторым генератором тактовых импульсов 17 импульсов равно разрядности сдвигового регистра. На D-вход сдвигового регистра декодера 18 приходят сигналы, принимаемые вторым приемником излучения 15, т.е. посылаемые источником управляемого кодированного излучения 7 в соответствии с кодом, устанавливаемым пультом управления 9 и кодером 8. Код определяется характером желаемого воздействия на изображение, создаваемое дисплеем 19. Величина воздействия и его направление будет определяться взаимным расположением блока формирования команд 4 и контррефлектора 6. Пусть, например, нам нужно смешать изображение в трех различных направлениях, что важно при наблюдении стереоизображений. Тогда, на пульте управления 9 нажимается кнопка с надписью "смещение". Эта кнопка может быть заблокирована до тех пор, пока не будет нажата какая-то другая кнопка пульта управления 9. Блок формирования команд 4 переходит в режим ожидания. Через время, не превышающее времени кадровой развертки луча локатора 13, (Тк 1/25 с) произойдет событие оптического контакта локатора 13 и блока формирования команд 4. Стартовые импульсы запустят последовательности тактовых импульсов в первом генераторе тактовых импульсов 10 и втором генераторе тактовых импульсов 17. Кодер 8 в соответствии с положением кнопки "смещение" пульта управления 9 выдаст определенную последовательность сигнальных импульсов, воспроизводимых источником управляемого кодированного излучения 7. Эта последовательность ИК-импульсов воспринимается декодером 18 и фиксируется на выходном регистре. Компьютер 1 воспринимает команду в соответствии с принятым кодом. Интервал временит t1 to связан со взаимным расположением контррефлектора 6 и блок формирования команд 4 и, в конечном итоге, определяет направление смещения и его скорость.

Способ реализуется следующим образом. Вначале оператор 5 (фиг. 1, на фиг. 3 не показан) с блоком формирования команд 4 в руке (источник управляемого кодированного излучения 7-точка А на фиг. 3) и с контррефлектором 6, закрепленным, например, на очках оператора 5 (точка 0 на фиг. 3), располагается перед стационарным приемопередающим блоком 3, установленным на дисплее 19. Затем, после включения в работу блока формирования команд 4, стационарного приемо-передающего блока 3 и компьютера 1 с дисплеем 19 проводят инициализацию, т.е. определяют посредством, например, оптической локации начальные (исходные) пространственные координаты контррефлектора 6 и источника управляемого кодированного излучения 7 и вычисляют их разностные координаты (т. е. определяют пространственные координаты точек А и О и разностные координаты ХХа-Хо, Y=Ya-Yo, Z=Za-Zo).

После этого оператор 5, воздействуя на пульт управления 9 (фиг. 2) блока формирования команд 4, и выбирая тот или иной характер управляющих воздействий, предусмотренных на пульте, задает тот или иной код сигнальной посылки на второй приемник излучения 15. Управляющие воздействия могут например обеспечивать:
выделение некоторого объема (фрагмента) из трехмерного изображения;
пространственное перемещение по трем координатам курсора или выбранного фрагмента изображения;
задание скорости движения вдоль по любой из координат или в произвольном направлении выделенного фрагмента изображения;
вращение вокруг любой из трех осей или их комбинации выделенного фрагмента изображения;
задание скорости вращения вокруг любой из осей или их комбинации;
изменение масштаба изображения или его фрагмента независимо по каждой из координат;
изменение яркости и цвета изображения или его фрагмента;
изменение интенсивности и темпа игры, управление оружием;
изменение силы звука и тембра звукового сопровождения, а также осуществлять другие управляющие воздействия.

Пусть, например, оператор 5 установил код, соответствующий регулированию пространственного перемещения по трем координатам курсора на кране дисплея 19. Если затем оператор 5, при неизменном положении контррефлектора 6, закрепленного, например, на очках оператора 5 в точке О, переместит бок формирования команд 4 (т.е. переместит источник управляемого кодированного излучения 7 из точки А в точку А', то разность пространственных координат контррейлектора 6 и источника управляемого кодированного излучения 7 изменится на величину ΔX,ΔY,ΔZ. Это изменение будет зафиксировано локатором 13 а компьютер 1 выдаст управляющий сигнал на дисплей 19 для перемещения курсора по всем трем координатам на величины, пропорциональные составляющим ΔX,ΔY,ΔZ. Если оператор 5, вернувшись в исходное положение изменит характер управляющего воздействия, установив код, соответствующий возможности, например, вращения изображения (или его фрагмента) вокруг какой-либо оси, то теперь, перемещение блока формирования команд 4 из точки А в точку А' позволит повернуть выделенный фрагмент изображения вокруг каждой из координатных осей OX, OY, OZ на величину, пропорциональную соответственно, ΔX,ΔY,ΔZ.
При наличии двух блоков формирования команд 4 в руках оператора 5 возможна комбинация управляющих воздействий (вводимых функций), например, возможно одновременное независимое движение управляемого фрагмента изображения и его вращение вокруг любой оси в пространстве.

Отметим, что совместное перемещение оператором 5 контррефлектора 6 и блока формирования команд 4 без изменения их разностных координат Xo, Yo, Zo, зафиксированных при инициализации, не приведет к какому-либо влиянию на фрагмент изображения. Это важно в тех ситуациях, например, в интерактивных компьютерных играх, где требуется активное движение оператора 5. Однако, если контррефлектор 6 установлен в зоне действия локатора 13 без связи с телом оператора 5, то в этом случае перемещение оператора 5 с блоком формирования команд 4 в руке без изменения положения частей тела друг относительно друга приведет к воздействию на изображение соответствующему изменению положения тела оператора 5 относительно неподвижного контррефлектора 6.

Как следует из диаграммы на фиг. 4 стартовым моментом начала времени отсчета формирования очередного кодированного сигнала является очередной момент фиксации координат источника управляемого кодированного излучения 7. В случае, изображенном на фиг. 4 такими моментами являются t1, t2 и т.д. Время формирования кодированного сигнала Тп меньше или равно времени между очередными определениями текущих координат источника управляемого кодированного излучения t2-t1.

Таким образом, предлагаемый способ ввода информации в компьютер и устройство для его осуществления решает поставленную задачу повышения удобства в работе, а также задачу расширения функциональных возможностей при вводе в компьютер многофункциональной информации, зависящей как от положения в пространстве тела оператора, так и от взаимного расположения отдельных частей тела оператора относительно друг друга.

Следует иметь ввиду, что форма выполнения изобретения, описанная выше и показанная на чертежах, представляет собой только возможный предпочтительный вариант его осуществления. Могут быть использованы различные вариации выполнения изобретения, отдельные элементы могут быть заменены эквивалентными.

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано, например, при отображении объемной трехмерной или плоской двумерной информации в тренажерах, в медицине, в компьютерных играх. Изобретение решает задачу повышения удобства при вводе информации в компьютер и управлении введенными параметрами, а также задачу расширения функциональных возможностей путем ввода информации в компьютер посредством использования как положения в пространстве тела оператора, так и взаиморасположения отдельных частей тела оператора друг относительно друга. Способ ввода информации в компьютер заключается в том, что формируют управляющие воздействия, соответствующие параметрам вводимой информации, и передают их в компьютер. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ ввода информации в компьютер, заключающийся в том, что формируют управляющие воздействия, соответствующие параметрам вводимой информации, и передают их в компьютер, отличающийся тем, что формируют управляющие воздействия путем отслеживания с помощью определителя координат в течение всего процесса ввода информации текущих значений пространственных координат по крайней мере двух имеющих возможность перемещения друг относительно друга источников собственности или отраженного излучения по крайней мере один из которых связан с телом оператора, также один из них является активным источником из них является активным источником управляемого кодированного излучения, определяют значения параметров кодирования и вводят их в компьютер, вводят в компьютер текущие значения пространственных координат источников излучения, при этом характер управляющих воздействий задают параметрами кодирования, а степень воздействия величиной изменения разности текущих значений составляющих пространственных координат источников излучения с величиной составляющих, зафиксированных при инициализации их начальных значений, причем в качестве стартового момента начала времени отсчета формирования очередного кодированного сигнала принимают очередной момент фиксации координат источника управляемого кодированного излучения, а время формирования кодированного сигнала принимают меньшим или равным времени между очередными определениями текущих значений пространственных координат источника управляемого кодированного излучения. 2. Устройство ввода информации в компьютер, содержащее подвижный с источниками излучения приемопередающий блок и стационарный приемопередающий блок, отличающееся тем, что подвижный приемопередающий блок выполнен в виде по крайней мере двух имеющих возможность перемещения друг относительно друга частей, источники излучения закреплены на каждой из частей и выполнены как точечные источники собственного или отраженного излучения, при этом по крайней мере один из источников собственного излучения является источником управляемого кодированного излучения, а часть, его включающая, содержит последовательно электрически соединенные между собой первый приемник излучения, первый формирователь, первый генератор тактовых импульсов, кодер и источник управляемого кодированного излучения, а также пульт управления, выход которого электрически соединен с вторым входом кодера, а стационарный приемопередающий блок содержит локатор, интерфейс, второй приемник излучения, второй формирователь, второй генератор тактовых импульсов и детектор, при этом локатор и источники излучения, локатор и первый приемник излучения, второй приемник излучения и источник управляемого кодированного излучения имеют между собой попарно беспроводную связь, выход локатора электрически соединен с входом интерфейса, выход интерфейса с первым входным портом компьютера, первый и второй выходы второго приемника излучения электрически соединены соответственно с первым входом декодера и входом второго формирователя, выход второго формирователя электрически соединен с входом второго генератора тактовых импульсов, выход которого электрически соединен с вторым входом декодера, а выход декодера с вторым входным портом компьютера.