[发明专利]带有计算机接口的物体的三维位移

说明书

本发明涉及一个控制系统，它是用来控制与三维运动相应的信号的产生，例如，一个可以生成与某个物体在三维空间的运动相应的声音信号的系统。本发明尤其涉及可变操作仪器的控制，如舞台灯光、幻灯投影仪、视频投影仪，特别是对一个物体的运动进行转换而产生音乐。本发明还涉及可变操作设备的控制，如带有虚实系统的计算机接口。

在授与Will Bauer的美国专利No.5,107,746(1992年4月28日)和美国专利No.5,214,615(1993年5月25日)中描述并公开了这种控制系统。这些专利中所涉及的系统包括通过三维空间中的运动来控制一个音乐合成器的系统及控制其它可变操作设备的系统。

简单来说，那些专利是关于生成一个与方位数据对应的控制信号，该方位数据是从三角测量计算中获得的，而这种计算则是基于超声波脉冲从相互隔离开的固定发射器到一个运动对象所用的时间来进行的。如果有更高的方位采样速度和备用传感器的附加输入，那么，那些专利中的系统就能够进行更精细的控制。本发明者就考虑到了这个问题。

本发明涉及改进的声学方位采样速率和传感器的混合，这样就可以对包括方位和其它信息的附加信息进行处理，从而改进对前述的媒介设备、虚实计算机设备和可变操作设备的控制结构。

依据本发明，可以提供一个控制系统，根据至少一个三维区域运动对象的运动控制可变操作系统进行实时操作，它包括：

至少三个，四个更好，超声波发射器，它们分别安置在惯性参考点上，用来进行所述至少一个对象的三维方位的三角测量定位；

脉冲发生装置，分别向每个超声波发射器提供至少第一和第二预选频率的脉冲来生成相应的超声波脉冲；

每一对象的多个分隔开的接收站，每个接收站包括一个超声波接收器和一个与其相联系的脉冲检测器，来检测超声波接收器所接收的脉冲，每个接收站与所述的对象相关联，并与该对象一起在三维空间中进行运动；

一个编码器，它与每个接收站相关联，将脉冲的到达时间编码为一个适合无线电波发射的格式；

一个无线电波发射器，发射与脉冲到达时间相应的信号；

一个无线电波接收器，在所述的至少一个对象和无线电波发射器的远地端，接收从无线电波发射器传来的编码信号；

一个解码器，对从无线电波接收器来的信号进行解码；

一个对象跟踪微处理器控制器，接收所述的从每个超声波接收器来的数据(每一个超声波接收器与所述的至少一个对象相关联)，根据所述至少一个对象的径向方位数据来计算它的三维方位、速度和加速度，并且一方面对超声波发射器的脉冲发生器发出指令，另一方面与一个计算机相连接，产生对应于已计算出的对象三维方位的指令，并用所述至少一个对象上的每一个接收站的径向方位数据来控制所述可变操作系统的变化。

可变操作系统可以是一个虚实系统、音乐合成器或其它可变操作设备。

依据本发明，还可以提供一个控制系统，根据至少一个三维区域运动对象的运动控制可变操作系统进行实时操作，它包括：

至少三个，四个更好，超声波发射器，它们分别安置在惯性参考点上，用来进行所述至少一个对象的三维方位的三角测量定位；

一个脉冲发生器，向超声波发射器提供脉冲来生成相应的超声波脉冲；

每一对象的多个分隔开的接收站，每个接收站包括一个超声波接收器和一个与其相联系的脉冲检测器，来检测超声波接收器所接收的脉冲。每个接收站与所述的对象联系在一起，并与该对象一起在三维空间中进行运动；

一个接收器跟踪微处理器控制器，接收从每个接收站来的脉冲、将其数字化，测量脉冲的到达时间，控制脉冲发生器发出信号的产生和计时，根据自脉冲发生器发射信号起，到分别从各个接收站检测出相应的脉冲之间所用的时间，计算出对应每一个脉冲，各个接收器的径向方位数据；

一个编码器，与跟踪微处理器控制器联系一起，将脉冲到达时间编码为适于无线电发射的格式；

一个无线电波发射器，发射与脉冲到达时间对应的编码信号；

一个无线电波接收器，在所述的至少一个对象和无线电波发射器的远地端，接收从无线电波发射器传来的编码信号；

一个解码器，对从无线电波接收器来的信号进行解码；

一个三维加速表，测量由每个接收到的脉冲定义的参考点沿每条空间轴线的加速度；

计算装置，用所述的加速度计算临时方位数据；