[发明专利]一种笔式用户界面中基于笔尖与笔身轨迹的命令扩展方法

说明书

技术领域：本发明涉及笔式用户界面和三维笔式命令输入，具体涉及一种笔式用户界面中基于笔尖与笔身轨迹的命令扩展方法。

背景技术：在笔式交互系统中，用户使用笔式设备进行文字书写、图形绘制和命令操作时，计算机对这些输入对象进行解析处理，识别之后执行用户所要进行的命令操作。笔式交互充分利用了书写的自然性和墨水丰富的表达能力，使人们对计算机的使用更加自然、直观。

但是，人们在使用电子手写笔与计算机进行交互时有如下不便因素：(1)传统的笔式设备仅依赖笔尖的运动轨迹（二维的时间序列位置信息x(t),y(t)）来实现输入，与鼠标相比输入带宽较低；(2)作为一种便携输入设备，笔的输入能力相比鼠标要弱得多，比如它不能同时完成选取与操作两个任务，且并行操作费时费力。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种笔式用户界面中基于笔尖与笔身轨迹的命令扩展方法，其目的在于提高笔的输入能力，解决以往笔的输入能力差，并行输入的时间长得问题。

技术方案：

一种笔式用户界面中基于笔尖与笔身轨迹的命令扩展方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)用户在操作笔的同时，利用设置于笔内的数据采集模块以10ms为间隔不间断地采集笔尖划动过程中的轨迹点坐标，每次取出当前采集点及之前的连续2个点的坐标值及笔尾投影点的坐标值，并将坐标信息传输给笔内设置的中央处理模块；

(2)利用中央处理模块根据坐标信息计算采集点之间连线的斜率及笔尾的投影点坐标，识别笔尖轨迹的划动方向及笔身的旋转方式；

(3)利用中央处理模块识别出用户的笔式动作类别之后，再映射成用户预设的命令，以实现特定的操作。

步骤(2)所述的笔尖轨迹的划动方向及笔身的旋转方式包括：顺时针内旋转、逆时针内旋转、顺时针外旋转、逆时针外旋转、顺时针平行旋转和逆时针平行旋转。

顺时针内旋转的方式为：以握笔点为固定轴使笔尖顺时针旋转，笔身向笔尖旋转轨迹内倾斜；逆时针内旋转为：以握笔点为固定轴使笔尖逆时针旋转，笔身向笔尖旋转轨迹内倾斜；顺时针外旋转为：握笔点随笔身运动，笔尖顺时针旋转，笔身向笔尖旋转轨迹外倾斜；逆时针外旋转为握笔点随笔身运动，笔尖逆时针旋转，笔身向笔尖旋转轨迹外倾斜；顺时针平行旋转：笔身呈同一姿势运动，笔尖呈顺时针旋转，握笔点与笔尖形成的轨迹平行；逆时针平行旋转：笔身呈同一姿势运动，笔尖呈逆时针旋转，握笔点与笔尖形成的轨迹平行。

步骤(2)中，中央处理模块识别笔尖轨迹的划动方向及笔身的旋转方式的步骤为：首先判断笔尖轨迹的划动方向是顺时针还是逆时针，其次判断笔身的旋转方式是内旋转还是外旋转，最后判断笔身的旋转方式是否为平行旋转。

笔尖轨迹的划动方向通过相邻采集点之间连线的斜率来判断,识别方法如下：

第一，数据采集模块每隔10ms获取笔尖划动轨迹上的一个点坐标，依次取包含当前采集点P₃在内的三个点P₁、P₂、P₃，连接点P₁和P₂做直线L₁，连接点P₁和P₃做直线L₂；

第二，判断顺时针还是逆时针的关键在于求出L₁和L₂的斜率K₁、K₂，中央处理模块根据L₁上的两点P₁(X₁，Y₁),P₂(X₂，Y₂)以及L₂上的两点P₁(X₁，Y₁),P₃(X₃，Y₃)和斜率计算公式来求出两条直线的斜率K₁和K₂；斜率计算公式如下：