[发明专利]双轴关节式计算机输入装置及其操作方法

说明书

本发明涉及一种计算机输入装置。更具体地说，本发明涉及一种可提供双轴关节式运动的双手计算机输入装置。

目前，有很多种不同类型的用户输入装置用于向计算机提供用户输入信息。例如，这样的用户输入装置可包括：点击式装置(通常被称为计算机鼠标)、键盘、游戏杆和跟踪球。所有的这些用户输入装置通常检测活动元件相对于固定基板或壳体部分的运动，并且把指示这些相对运动的输入信号提供给计算机。

另外，目前的这些在个人计算机或游戏控制台上运行的游戏应用程序是第一人称立体应用程序。这种应用程序提供导航和指向性能，目前这些性能可通过鼠标和键盘操纵的组合达到(尽管有些麻烦)。鼠标通常控制观察点(上、下、左、右)，键盘提供位置运动控制(滑向左、滑向右、向前、向后)。鼠标按钮也提供用于战斗游戏的“开火”，键盘提供多种选择(武器选择、开门、放大等)。为了控制这些功能，使用鼠标和键盘是很困难的，并且要求熟练掌握相对非本能的手指运动的组合。

由此可以看出，使用目前的输入装置，在第一人称立体三维虚拟环境下进行准确运动、瞄准、战斗控制是很麻烦的。这种游戏或虚拟环境要求很快的运动，也要求快速改变方向的能力，以便航行通过迷宫似的通道和避开敌人的攻击。最好用可在连续运动范围内提供控制(与离散的按钮按压相反)的输入装置完成瞄准和指向(其相应于通过第一人称立体图上或下、左或右观察)，诸如利用鼠标或游戏杆。最好用诸如由特定的开关结构提供的离散的击键来完成位置运动控制(诸如向前/向后移动、或滑向左/滑向右、或上升)，这种特定的开关结构通常可在游戏杆或键盘的按钮或其它装置中发现。

另外，一些类型的用户输入装置把多于两个的自由度分配给唯一一个输入模式。例如，可沿X轴推动的游戏杆，其Y轴具有两个自由度，而可沿X轴和Y轴推动的游戏杆，也可以绕其纵向轴转动，以提供对计算机的输入，其具有三个自由度。可以发现，这种类型的用户输入装置(对每个输入模式提供多于两个的自由度)可以显示出高度的交叉轴干扰。

交叉轴干扰的特征是，用户尽力启动一个独立的自由度的同时无意识地启动一个自由度。换句话说，在企图进行转动运动(企图绕纵向轴转动游戏杆)的同时很难避免平移运动(游戏杆沿X轴或Y轴运动)。在这些自由度之间的这种干扰是交叉轴干扰。可以相信，趋向于产生交叉轴干扰对任何给定的输入模式二次地增加了每个附加的自由度。

除了鼠标和键盘，在游戏应用程序中也使用其它类型的常规输入装置。这样一种常规的用于游戏应用程序的装置是游戏垫。但是，这种装置不能很好地按要求对第一人称立体游戏进行操纵。在标准方向垫和仅有游戏垫的按钮中，没有方法输入连续的运动。使用具有小的拇指杆(一种用于拇指的游戏杆)游戏垫可以连续输入，但拇指杆不能对本能运动进行定位，用户必须反抗拇指杆的回心力，这种回心力使得很难精确瞄准。拇指杆也使手上的小肌肉群和拇指疲劳。

游戏杆采用手臂和手腕的肌肉不能提供小肌肉群的精细控制电机的性能。普通的游戏杆的结构也具有必须由同一只手启动的连续运动装置(游戏棒)和离散运动装置(帽开关)。这使得很难精确地控制这种运动。另外，游戏棒和帽开关都包含干扰精确瞄准的回心弹力。

另一种输入装置是销售的商品名为Space Orb 360的装置。这种装置提供可由单手操纵的六个自由度。这使得不受到很好的训练或者具有天生的生物力学性能以把一个或两个轴从受到该装置控制的其它轴中独立出来，便极难使用该装置。

相类似，销售的商品名为Cyberman II的装置也提供可由单手操纵的六个自由度。这种这种遇到了与前文中描述的同样的困难。

另一种输入装置是销售的商品名为Wingman Warrior的装置。该装置是一个具有一个仅可以用于转动的自由旋钮的游戏杆。该装置不具有在第一人称立体环境中成功的很多必要的基本元素。

本发明提供了一种双轴关节式计算机输入装置。设置了位置传感器以便提供指示两个部件彼此相对位置的位置信息。

在一个实施例中，部件是手柄，一个手柄表示显示装置上的第一人称立体图。手柄可通过多个动作区彼此相对运动，这些动作区不同地影响显示装置上的显示。在一个实施例中，通过第一动作区的运动导致显示装置上第一人称立体图的绝对运动。通过第二动作区的运动导致第一人称立体图连续运动，而不是以绝对的方式运动。

在另一个实施例中，当用户在区之间过渡时，向用户提供触觉反馈。这种触觉反馈可示意性地是一种反抗运动的变化。