[发明专利]虚拟黏土建模触觉设备

说明书

背景技术

计算机辅助设计(CAD)使得用户能够在计算机的用户界面上对物理现实世界的物体的复杂表面进行建模。这样的建模可以包含计算机在用户界面上显示基础三维(3D)形状(例如，正方体或球体)，以及用户向该计算机提供输入以使得该3D形状形成物理现实世界的物体的经建模的复杂表面。为了准确地并且高效地对该复杂表面进行建模，用户要求使用给用户提供对在用户界面上将该基础形状形成复杂表面的非线性形状的输入设备的控制。然而，现有的输入设备仅仅允许用户针对输入复杂表面的非线性形状而进行的有限的控制。例如，现有的输入设备包括传统的鼠标设备，其限制用户在二维(2D)平面中提供线性输入，如在图1A中所示。现有的输入设备还包括空间鼠标设备，其使得用户能够在3D平面中进行输入，但是仍然将3D输入限制为线性输入，如在图1B中所示。由此，在CAD工业中存在对这样的一种输入设备的需求，其给用户提供在用户界面上准确地并且高效地形成物理现实世界的物体的经建模的复杂表面的非线性形状的控制。

发明内容

为了解决现有输入设备的问题，本发明针对给用户提供对形成在计算机的用户界面上显示的经建模的复杂表面的非线性形状的经改进的控制的输入设备、计算机、和方法。该计算机系统和方法可以包括通信地耦合至用户界面的计算机，其中该计算机被配置为在用户界面上显示经建模的表面。所显示的经建模的表面可以对应于物理现实世界的物体的复杂表面，其可以在用户界面上在3D空间中表示。该计算机系统和方法可以将经建模的表面的初始模板显示为基础形状(例如，立方体、球体等)，或者可以从存储器加载先前从初始模板的基础形状所形成的经建模的表面。该计算机系统和方法还包括本发明的输入设备。

该输入设备(例如，触觉设备)可以通过连接接口而通信地耦合至计算机。该输入设备可以包括与在用户界面上所显示的经建模的表面相对应的具有延展性的外表面。所述具有延展性的外表面可以包括显示为与用户界面上的经建模的表面的初始模板相同的基础形状。该输入设备的具有延展性的外表面可以由与公知的压力球类似的材料构成。例如，该具有延展性的外表面可以由以下材料构成：橡胶壳内的不同密度的硅胶、包围着具有可延展性的属性的细粉末的橡胶薄膜，该细粉末适合于在橡胶薄膜内提供一定等级的阻力、闭孔型聚氨酯泡沫橡胶、或其他类似的材料。用户可以通过施加压力以使该具有延展性的外表面变形来向该输入设备提供输入。用户可以通过以下动作中的至少一个动作来施加压力：包括对具有延展性的外表面进行推、拉、戳、挤、刮、和雕刻，以使得向所述具有延展性的外表面施加压力来模拟用黏土来对所显示的经建模的表面的进行塑形(例如，正如汽车设计师会针对概念车而对黏土塑形或者雕塑家会将黏土塑形成模型)。

该输入设备还可以包括可操作地耦合至具有延展性的外表面的一个或多个传感器。该一个或多个传感器被配置为测量(响应于)用于使该具有延展性的外表面变形的所施加的压力。该一个或多个传感器可以在该具有延展性的外表面下方布置为阵列或网格，以使得该传感器测量用于使该具有延展性的外表面变形的施加压力的各个点。该一个或多个传感器可以是压电式传感器或者用于测量压力的本领域内公知的任何其他传感器。该输入设备还包括可操作地耦合至所述一个或多个传感器的处理器。该处理器配置为基于用于使该具有延展性的外表面变形的所施加的测量出的压力来确定该具有延展性的外表面的位移。该处理器还配置为经由连接接口将所确定的位移发送至计算机。

接着，本发明的计算机系统和方法中的计算机可以从该连接接口接收所确定的位移。该计算机可以将所确定的位移转换为所显示的经建模的表面的对应的位移，以使得所显示的经建模的表面在该用户界面上被更新以反映该具有延展性的外表面的变形。在一些实施例中，该计算机转换所确定的位移可以包括通过将所确定的该具有延展性的外表面的位移映射至所显示的经建模的表面上的相应的位置来计算所显示的经建模的表面的对应的位移。在这些实施例中，接着，该计算机可以根据所计算的位移来可视地调整所显示的模型表面的形状。

附图说明

前述内容将从以下对本发明的示例实施例的更加特定的描述中显而易见，如在附图中所示出的，其中，相同的附图标记指的是不同的视图通篇中相同的部件。附图不一定是按比例的，替代地，重点在于示出本发明的实施例。

图1A和1B是在CAD系统中所使用的现有技术输入设备的图。

图2A-2E是在本发明的实施例中的由输入设备所模拟的黏土塑形效果的示例。

图2F-2H是在本发明的实施例中的用户施加压力以使输入设备变形的示例。