專利名稱：面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互平臺及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種新的面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)交互方式，尤其涉及了面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互平臺及其實現(xiàn)方法，屬于智能手機的傳感器應(yīng)用和其與個人計算機的人機交互領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
IPhone.Android智能手機的出現(xiàn)，手機已經(jīng)從傳統(tǒng)單一的通信工具成為各類服務(wù)應(yīng)用的提供者，隨之而來的是智能手機如何與傳統(tǒng)個人計算機交互的新型應(yīng)用。目前通過個人局域網(wǎng)，如WiFi，藍牙技術(shù)，智能手機已經(jīng)能夠與個人計算機很好的通信，它們之間的信息共享使人們的日常生活和工作更加便捷。集成在智能手機上的各類傳感器也為智能手機與個人計算機的交互提供了更好的接口。用戶可以通過對手機的不同操作與計算機進行通訊，計算機也將用戶操作的信息反饋給手機。智能手機作為未來通訊終端的發(fā)展方向， 可以預(yù)見的是，基于手機與個人計算機的新的交互方式將成為人機交互研究領(lǐng)域的一個熱點ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對面向web軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的新型交互方式，構(gòu)建了一個智能手機與個人計算機的交互平臺，通過對智能手機的操控，間接實現(xiàn)對web瀏覽器中軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的操控，在使用軍體拳教學(xué)系統(tǒng)方面獲得一種更有趣的用戶體驗。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互系統(tǒng)，它由智能手機作為客戶模塊、個人計算機作為服務(wù)器模塊和通信模塊三部分組成；
其中智能手機端主要進行手機的運動數(shù)據(jù)處理，包括旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度的采集和計算；
個人計算機模塊主要進行數(shù)據(jù)處理工作，將采集的旋轉(zhuǎn)變量和重力加速度變量轉(zhuǎn)化為對鼠標響應(yīng)事件的操作；
通信模塊主要進行手機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。所述智能手機端的數(shù)據(jù)采集包括一個濾波器，用來屏蔽用戶使用中的自然抖動等噪音，進行信號平滑處理。所述的面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，該方法的實現(xiàn)步驟如下
步驟1 用戶手機信號的采集，通過采集智能手機搭載的內(nèi)置陀螺儀信號，在一個固定的采樣時間內(nèi)，調(diào)用陀螺儀控制器事件監(jiān)聽器采樣方法，獲得操作手機的旋轉(zhuǎn)角度及重力加速度數(shù)據(jù)，并表示為手機的原始運動信號絕對值r_ax、r_aY, r_aZ,因為此信息包含地球重力加速度G，無法直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw空間中的X、Y、Z三個軸向的線性加速度aX、aY、aZ，來表示用戶對手機的操作；所以，原始信號數(shù)據(jù)需要通過以下公式進行轉(zhuǎn)換，其中，R和P為陀螺儀朝向信息，D為旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的弧長 gX = GXsin(RXD)； gY = G X sin(PXD)； gZ = sqrt (G - gX- gY )； aX = r_ax - gX ； aY = r_ay - gY ； aZ = r_az + gZ ；
步驟2 手機將采集到的角度及加速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中； 步驟3 計算機接收到手機發(fā)送的旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度數(shù)據(jù)，當aX、aY、aZ不為0時， 將手機的沿屏幕法向的旋轉(zhuǎn)操作，映射為沿Web軍體拳系統(tǒng)ζ軸的鼠標拖拽事件；將手機沿長軸的旋轉(zhuǎn)操作，映射為沿Web軍體拳χ軸的鼠標拖拽事件；將手機的沿y軸的平移，映射為Web軍體拳的鼠標滾輪事件，也就是遠近推拉和復(fù)位；通過這種模型分解映射的方法降低手機在三維空間中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)維數(shù)，轉(zhuǎn)為二維平面上的模擬鼠標士X、士Y四方向的位移信息以及對應(yīng)的鼠標響應(yīng)事件，實現(xiàn)對三維場景的控制。所述步驟2中，手機將采集到的角度及加速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C的過程如下手機首先將各種信號數(shù)據(jù)都統(tǒng)一的轉(zhuǎn)化成字符串，利用TCP通信協(xié)議，通過無線路由器找到計算機的IP地址建立一個臨時雙向通信局域網(wǎng)，然后將字符串信息傳給計算機，計算機據(jù)此重現(xiàn)用戶的操作；同樣的，計算機把各種反饋信息轉(zhuǎn)為信號，通過socket找到手機的IP 地址，將信號傳給手機。本發(fā)明的有益效果該平臺的設(shè)計基于移動計算平臺，充分體現(xiàn)了普適計算交互性，用戶不再使用傳統(tǒng)的鼠標和鍵盤，而是使用智能手機，在空間中立體操控軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的虛擬場景，以獲得一種良好的用戶體驗。系統(tǒng)使用智能手機來代表人的視角，通過方向傳感系統(tǒng)，捕捉用戶在空間中對手機的位移變化，來模擬用戶的視角變化。被捕捉的手機位移變化，通過個人局域網(wǎng)，輸入給計算機。計算機將手機在立體空間中的位移變化，歸化為計算機輸入指令原語，與瀏覽器中原有的對鼠標、鍵盤事件的響應(yīng)相應(yīng)方法一一映射，通過這種函數(shù)映射，系統(tǒng)將表示用戶的視角空間位移變化的原語，解釋為對軍體拳場景觀察角度變化的控制指令，更新軍體拳在客戶端Web頁上的渲染內(nèi)容。


圖1是面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互平臺； 圖2是智能手機方向運動信息傳遞示意圖3是系統(tǒng)工作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互平臺由智能手機作為客戶模塊、個人計算機作為服務(wù)器模塊和通信模塊三部分組成。智能手機端主要進行手機的運動數(shù)據(jù)處理，包括旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度的采集和計算，工作原理如圖2所示。手機在進行旋轉(zhuǎn)操作時，由旋轉(zhuǎn)傳感器記錄參照角度，在一定頻率的采樣時間內(nèi)，對兩次不同的角度值做差即得到手機的旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)角度值即作為 Web場景旋轉(zhuǎn)的輸入變量；手機在進行移動操作時，由重力加速度傳感器記錄重力加速度， 由此作為場景遠近推拉及復(fù)位操作的輸入變量。在傳感器進行數(shù)據(jù)采集的過程中，通過使用一個濾波器，用來屏蔽用戶使用中的自然抖動等噪音，進行信號平滑處理，從而使采集的數(shù)據(jù)更加準確。個人計算機模塊主要進行數(shù)據(jù)處理工作，將手機采集的旋轉(zhuǎn)變量和重力加速度變量轉(zhuǎn)化為對鼠標響應(yīng)事件的操作。通信模塊主要進行手機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。二者之間采用socket通信，各種信號數(shù)據(jù)(在本系統(tǒng)中所有的信號數(shù)據(jù)都統(tǒng)一的轉(zhuǎn)化成字符串傳輸)使用TCP通信協(xié)議， 通過無線路由器找到計算機的IP地址(建立一個臨時雙向通信局域網(wǎng))，被傳給計算機，計算機據(jù)此重現(xiàn)用戶的操作；同樣的，計算機把各種反饋信息轉(zhuǎn)為信號，通過socket找到手機的IP地址，將信號傳給手機。如圖3所示，為本發(fā)明的三個主要實現(xiàn)步驟1.用戶手勢信息的采集；2.手機與計算機通信；3.三維場景的控制。用戶手勢信息的采集。結(jié)合智能手機開發(fā)SDK，創(chuàng)建一個手機事件監(jiān)聽器對象。該程序通過采集智能手機搭載的內(nèi)置陀螺儀信號，在一個固定的采樣時間內(nèi)(7Xe毫微秒)，調(diào)用陀螺儀控制器事件監(jiān)聽器采樣方法，獲得操作手機的角度及加速度數(shù)據(jù)，并表示為手機的原始運動信號絕對值(r_aX、r_aY、r_aZ)。因為此信息包含地球重力加速度(G)， 無法直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw空間中的X、Y、Z三個軸向的線性加速度(aX、aY、aZ)，來表示用戶對手機的操作。所以，原始信號數(shù)據(jù)需要通過以下公式進行轉(zhuǎn)換，其中，R和P為陀螺儀朝向信息，D為旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的弧長。gX = GXsin(RXD) gY = G Xsin(PXD)
gZ = sqrt(G - gX- gY ) aX = r_ax - gX aY = r_ay _ gY aZ = r_az + gZ
之后通過與計算機的串行總線輸入設(shè)備端口的通訊，輸入給計算機操作系統(tǒng)。手機通過通訊地址搜尋的方法，與計算機的串行總線端口建立通信，形成臨時數(shù)據(jù)連接，進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)的傳輸過程，在智能手機中的程序根據(jù)目標主機地址和端口號，通過一個數(shù)據(jù)輸出流對象，將各類數(shù)據(jù)寫入。計算機端創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收對象，在數(shù)據(jù)到來的時候接收，無數(shù)據(jù)時候便會阻塞，當數(shù)據(jù)來臨時候便會重新喚醒。因為手機發(fā)送信號的速度比較快，計算機端監(jiān)聽對象用多線程實現(xiàn)，用多個線程輪流對手機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行收集和處理。三維場景的控制。計算機接收到手機發(fā)送的旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度數(shù)據(jù)，當aX、 aY、aZ不為0時，將手機的沿屏幕法向的旋轉(zhuǎn)操作，映射為沿Web軍體拳系統(tǒng)ζ軸的鼠標拖拽事件；將手機沿長軸的旋轉(zhuǎn)操作，映射為沿Web軍體拳χ軸的鼠標拖拽事件；將手機的沿y軸的平移，映射為Web軍體拳的鼠標滾輪事件，也就是遠近推拉和復(fù)位。通過這種模型分解映射的方法降低手機在三維空間中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)維數(shù)，轉(zhuǎn)為二維平面上的模擬鼠標士X、士Y四方向的位移信息以及對應(yīng)的鼠標響應(yīng)事件。 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互系統(tǒng)，其特征是，它由智能手機作為客戶模塊、 個人計算機作為服務(wù)器模塊和通信模塊三部分組成；其中智能手機端主要進行手機的運動數(shù)據(jù)處理，包括旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度的采集和計算；個人計算機模塊主要進行數(shù)據(jù)處理工作，將采集的旋轉(zhuǎn)變量和重力加速度變量轉(zhuǎn)化為對鼠標響應(yīng)事件的操作；通信模塊主要進行手機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互系統(tǒng)，其特征是，所述智能手機端的數(shù)據(jù)采集包括一個濾波器，用來屏蔽用戶使用中的自然抖動等噪音，進行信號平滑處理。
3.如權(quán)利要求1所述的面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征是，該方法的實現(xiàn)步驟如下步驟1 用戶手機信號的采集，通過采集智能手機搭載的內(nèi)置陀螺儀信號，在一個固定的采樣時間內(nèi)，調(diào)用陀螺儀控制器事件監(jiān)聽器采樣方法，獲得操作手機的旋轉(zhuǎn)角度及手機各個軸的瞬時加速度值，并表示為手機的原始運動信號絕對值r_aX、r_aY, r_aZ,因為此信息包含地球重力加速度G，無法直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw空間中的X、Y、Z三個軸向的線性加速度aX、 aY、aZ，來表示用戶對手機的操作；所以，原始信號數(shù)據(jù)需要通過以下公式進行轉(zhuǎn)換，其中，R 和P為陀螺儀朝向信息，D為旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的弧長 gX = G X sin(RXD)； gY = G X sin(PXD)； gZ = sqrt(G - gX - gY )； aX = r_ax - gX ； aY = r_ay - gY ； aZ = r_az + gZ ；步驟2 手機將采集到的角度及加速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中； 步驟3 計算機接收到手機發(fā)送的旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度數(shù)據(jù)，當aX、aY、aZ不為0時， 將手機的沿屏幕法向的旋轉(zhuǎn)操作，映射為沿Web軍體拳系統(tǒng)ζ軸的鼠標拖拽事件；將繞手機 X軸的旋轉(zhuǎn)操作，映射為沿Web軍體拳χ軸的鼠標拖拽事件；將手機的沿y軸的平移，映射為Web軍體拳的鼠標滾輪事件，也就是遠近推拉和復(fù)位；通過這種模型分解映射的方法降低手機在三維空間中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)維數(shù)，轉(zhuǎn)為二維平面上的模擬鼠標士X、士Y四方向的位移信息以及對應(yīng)的鼠標響應(yīng)事件，實現(xiàn)對三維場景的控制。
4.如權(quán)利要求3所述的面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征是，所述步驟2中，手機將采集到的角度及加速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C的過程如下手機首先將各種信號數(shù)據(jù)都統(tǒng)一的轉(zhuǎn)化成字符串，利用TCP通信協(xié)議，通過無線路由器找到計算機的IP地址建立一個臨時雙向通信局域網(wǎng)，然后將字符串信息傳給計算機，計算機據(jù)此重現(xiàn)用戶的操作；同樣的，計算機把各種反饋信息轉(zhuǎn)為信號，通過socket找到手機的IP地址，將信號傳給手機。
全文摘要
本發(fā)明公開了面向軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的智能手機交互平臺及其實現(xiàn)方法；該方法通過智能手機的方向及重力傳感器獲取手機的旋轉(zhuǎn)角度和重力加速度，并建立手機與個人計算機之間的通信，將其轉(zhuǎn)化成軍體拳教學(xué)系統(tǒng)中場景的視點控制信息，使用戶在遠離屏幕和鍵鼠輸入設(shè)備的情況下，能夠通過對手機進行平移、旋轉(zhuǎn)以及觸摸控制等操作來改變場景視點；本發(fā)明為基于web瀏覽器的軍體拳教學(xué)系統(tǒng)提供一種新的交互手段，提升交互體驗，以達到更好的教學(xué)效果；該平臺的設(shè)計基于移動計算平臺，充分體現(xiàn)了普適計算交互性，用戶不再使用傳統(tǒng)的鼠標和鍵盤，而是使用智能手機，在空間中立體操控軍體拳教學(xué)系統(tǒng)的虛擬場景，以獲得一種良好的用戶體驗。
文檔編號G09B5/08GK102419917SQ20111032603
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者劉力, 孫炳, 孟祥旭, 左詩婉, 楊承磊 申請人:山東大學(xué)