具有冻结和恢复功能的3D输入/导航设备制造技术

操作者用来控制三维空间中的对象的３Ｄ输入／导航设备、方法和计算机程序产品，其中，能够将对象转换至冻结状态，以及将对象转换至释放状态，在冻结状态中，抑制对象相对于至少一个方向的移动，以使得对象仅能在操作者所确定的表面中移动或者沿着操作者所确定的线移动，在释放状态中，所述对象被恢复或释放，从而可以对应于所述设备在所述参考系中的相对位置而自由控制所述对象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及一种3D输入/导航设备，更具体地涉及一种具有增强的操作能力的3D输入/导航设备。这种3D输入/导航设备具体应用于医学领域，在该领域中医师或其他医学专家常常分别观看显示在显示器上的三维图像和三维结构。医学专家必须在三维图像中进行导航并分别控制其中的一个(或多个)对象。然而，应该理解的是，本专利技术还可以应用在例如建筑、航空和机械工程领域中，以及应用于娱乐领域中，例如计算机游戏或虚拟世界。
技术介绍
在以上所述的各个领域中，人们越来越多地在三维空间中进行操作，并操作呈现在显示器上或可由操作者直接观看的三维对象。存在多种不同的3D输入/导航设备，它们能够产生关于其位置和/或方向的数据并将这些数据输入到计算机系统中以便控制在显示器上所呈现的三维空间中的对象。授权给Shenholz的题为“Three-dimensional computer mouse”的EP0 526015 A1描述了其中一种这样的3D输入设备。该文档公开了一种用于计算机显示器或机器人的三维鼠标系统，其包括：可由用户在空间中移动的指示器、作为该指示器的集成部分的发射器、至少三个接收器、具有微处理器的处理单元、用于信息和电源传送的输入/输出通信接口和连接单元以及软件模块。当接收器响应从发射器接收的信号时，它们根据发射器相对于接收器的相应空间位置将它们的输出信号分别传送到微处理器，微处理器计算发射器的空间位置，并且微处理器的输出信号被转换为适当的形式然后传送至计算机，并由软件模块进行处理，以便在计算机的显示器上或在机器人的动作中提供与指示器的移动相对应的实时的、空间中的三维反映。使用可在空间中自由移动从而在三维空间中控制对象并进行导航的3D-->输入/导航设备的导航及控制具有特定的缺点。例如，高精度的导航和控制经常是必需的，特别是在医学、航空或机械工程领域中，但却无法用常规3D输入/导航设备来实现，这是因为操作者的手臂或手的不希望有的移动，例如由于操作者劳累或注意力不集中造成的抖动或不希望有的移动，导致了受控对象的不希望有的移动。此外，经常必须或有帮助的是沿一条特定线或在一个特定表面内进行导航和控制。此外，如果操作者已经使用常规3D输入/导航设备导航到3D图像中的一特定位置“A”并且希望导航到更远处，但是他或她的手臂已经完全伸展，择操作者就不能仅仅重新调整他/她的手臂，即将其放置在适当位置上，并且由此从上述位置“A”开始继续导航和控制，这是因为重新调整手臂的移动也会导致受控对象的不想要的移动。这尤其是3D输入/导航设备的一个问题，因为常规的2D鼠标能够抬起并放置在另一位置，而基本不会改变受控对象的位置，尽管较小的抬起通常是不希望发生的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种3D输入/导航设备、一种方法和一种计算机程序产品，其进一步改进了在三维空间中的导航以及其中的对象控制。根据本专利技术，该目的是通过具有权利要求1的特征的3D输入/导航设备、具有权利要求14的特征的方法和具有权利要求18的特征的计算机程序产品实现的。在各从属权利要求中定义了多个优选实施例。本专利技术的一个优点是对显示在显示器上或可由操作者直接观看的对象进行高精度导航和控制。本专利技术的进一步的优点是使操作更为容易。根据一个方面，本专利技术针对一种操作者用来控制三维空间中的对象的3D输入/导航设备，其中，所述设备能够可操作地耦合到计算机系统，其中，提供了数据产生器用于响应于所述设备在参考系中的相对位置而产生数据，并且将所述数据输出到所述计算机系统，其中，所述设备能够将所述对象转换至冻结状态，以及将所述对象转换至恢复、释放或消除冻结状态，在所述冻结状态中，抑制所述对象相对于至少一个方向的移动，以使得所述对象仅能在所述操作者所确定的表面上移动或者沿着所述操作者所确定-->的线移动，在所述恢复、释放或消除冻结状态中，所述对象被释放，从而可对应于所述设备在所述参考系中的相对位置而对所述对象进行自由控制。所述表面可以是平面、曲面、直线、曲线或任何其他类型的表面或线。通过以下方式分别实现所述冻结和抑制：所述输出产生器输出具有至少一个冻结坐标的、关于位置和/或方向的数据。这样，所定义的关于平行于坐标系(三个轴，通常是彼此正交的X、Y、Z)的线或表面的移动就是可能的。然而，还可以通过以下方式来实现冻结或抑制：3D输入/导航设备的输出使得所述计算机系统执行的计算机程序冻结或抑制所述受控对象的特定的(即确定的、预定的)移动。还可以在所述控制或导航之前输入并存储操作者借助于所述计算机系统定义的表面、线和/或方向，并通过用所述3D输入/导航设备激活来访问这些预先定义的表面、线和/或方向，以使得仅能够针对所述预定进行导航和控制。表面、线和/或方向能够例如以数学函数的形式来定义。这样，还能够定义复杂的表面和线。所述3D输入/导航设备能够用于从可以根据操作者的要求显示在监视器上的菜单中选择预先定义的表面、线和/或方向。根据以上所述，实现了高精度控制，因为可以相对于(预先)确定的表面、线和/或方向来导航所述对象。该设置能够提供数据，以响应操作者的手或手臂或其他位置改变对3D输入/导航设备执行的控制移动。应理解的是，在现有技术中存在多种设置来基于3D输入/导航设备在参考系中的各个位置/移动而提供用于控制对象的数据(x，y，z；，ψ，θ以及/或Δx，Δy，Δz；，Δψ，Δθ)。检测及确定3D输入/导航设备的移动和/或位置的可能方案可以是基于直移加速度、位置感测或检测装置、发射器、接收器、RF信号、超声信号、放大器、距离测量、光源和相应的阴影过程等等，以及可操作地与计算机系统和/或3D输入/导航设备耦合的相应设备。所述参考系是这样的空间：在该空间中移动所述3D输入/导航设备来控制所述对象。根据该设置，所述参考系可以是“固定”参考系，其被相应的3D输入/导航设备位置检测装置所感知和检测。对于这点，3D输入/导航设备内的数据产生器能够适于响应于借助于例如移动加速度造成的3D输入/导航设备的位置/移动而产生数据。然而，所-->述数据产生器还可以是在所述3D输入/导航设备外部的、用于处理并输出借助于例如相应的位置检测装置为确定3D输入/导航设备的位置/移动而检测的数据的模块。根据优选实施例的3D输入/导航设备在被操作者激活时，能够将所述对象转换至完全冻结状态，并且能够将所述对象转换至释放状态，在所述完全冻结状态中，所述对象相对于其当前位置和/或方向而被冻结，在所述释放状态中，所述对象被释放以便可以从其时间上最近的先前冻结位置开始受控。所述完全冻结可以用不同的方式来实现。例如，所述数据产生器可以被配置为完全不输出数据。然而，还可以在所述冻结状态期间中断所述计算机系统与所述3D输入/导航设备之间的可操作耦合。此外，还可以用以下方式来实现所述完全冻结：即，所述3D输入/导航设备的输出使运行在所述计算机系统上的程序冻结当前位置和/或方向。根据在其中使用所述3D输入/导航设备的系统，所述3D输入/导航设备还可以将各个位置检测模块切换至“关闭状态”以冻结所述对象，以及将它们切换至“开启状态”以恢复所述对象。因此，本专利技术的3D输入/导航设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作者（４）用来控制三维空间中的对象（２）的３Ｄ输入／导航设备，其中，所述设备（１）能够可操作地耦合到计算机系统，其中，提供了数据产生器来响应于所述设备（１）在参考系中的相对位置而产生数据，并且将所述数据输出至所述计算机系统，其中，所述设备（１）能够将所述对象（２）转换至冻结状态，以及将所述对象（２）转换至释放状态，在所述冻结状态中，抑制所述对象（２）相对于至少一个方向的移动，以使得所述对象（２）仅能在所述操作者（４）所确定的表面中移动或者沿着所述操作者（４）所确定的线移动，在所述释放状态中，所述对象（２）被释放，从而可对应于所述设备（１）在所述参考系中的相对位置而自由控制所述对象（２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2006-5-2 06113367.41、一种操作者(4)用来控制三维空间中的对象(2)的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)能够可操作地耦合到计算机系统，其中，提供了数据产生器来响应于所述设备(1)在参考系中的相对位置而产生数据，并且将所述数据输出至所述计算机系统，其中，所述设备(1)能够将所述对象(2)转换至冻结状态，以及将所述对象(2)转换至释放状态，在所述冻结状态中，抑制所述对象(2)相对于至少一个方向的移动，以使得所述对象(2)仅能在所述操作者(4)所确定的表面中移动或者沿着所述操作者(4)所确定的线移动，在所述释放状态中，所述对象(2)被释放，从而可对应于所述设备(1)在所述参考系中的相对位置而自由控制所述对象(2)。2、如权利要求1所述的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)能够将所述对象(2)转换至完全冻结状态，并且能够将所述对象(2)转换至释放状态，在所述完全冻结状态中，所述对象(2)相对于其当前位置和/或方向被冻结，在所述释放状态中，所述对象(2)被释放，从而可以从所述对象(2)的冻结状态开始对其进行控制。3、如权利要求1或2所述的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)适于调用菜单，该菜单可显示在显示器(3)上，利用该菜单能够访问预定的表面、线和方向。4、如权利要求1到3中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，经由在所述设备(1)上设置的至少一个操作模块来激活所述转换操作。5、如权利要求1到4中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，在所述设备(1)上设置至少一个用于控制所述对象(2)的方向的模块。6、如权利要求1到5中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，经由语音控制来激活所述冻结和恢复。7、如权利要求1到6中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)以无线方式可操作地耦合至所述计算机系统。8、如权利要求1到7中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)经由至少一条线路可操作地耦合至所述计算机系统。9、如权利要求1到8中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)和所述计算机系统经由网络可操作地耦合至所述对象(2)。10、如权利要求1到9中任一项所述的3D输入/导航设备，其中，所述设备(1)可由所述操作者(4)在空间中自由移动，用以控制所述对象(2)。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：NC埃瑟，PMHMA戈里森，WPAJ米切尔斯，JP波夫，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]