JP2015515074A - ３ｄ入力を提供するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

入力装置上でのユーザのタッチ位置に基づいて３Ｄ座標系における位置情報を提供する方法が提供される。この方法は、入力装置の側において、入力装置の向きを第１の状態に変更するステップと、ユーザのタッチに応答して、タッチ位置についての情報を特定するステップと、第１の状態とデフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定するステップと、を備えており、タッチ位置についての情報と向きの変化についての情報とによって３Ｄ座標系における位置情報が特定される。

Description

本発明は、入力に関し、更に詳しくは、３Ｄ入力を提供するための方法と装置に関する。

３次元（「３Ｄ」）グラフィクス、あるいは、立体映像のアプリケーションの利用は加速的に行われているにも拘わらず、この特定分野に関する入力装置の開発の進展は遅れている。デスクトップ・パソコンの環境では、依然としてマウスが主流であり、僅かな種類の入力装置のみが製品化されている。例えば、バーチャル・リアリティ・アプリケーションに関しては、被追跡型のワンドがよく使用されている。

現在、殆どの人がモバイル・フォンを所有しており、その多くはタッチ・スクリーン又はタッチパッドの入力をサポートしている。通常、タッチ・スクリーン又はタッチパッドは、平坦な表面を有しており、その平坦な表面上のタッチの存在と位置とを検出して、そのタッチの位置をディスプレイ・スクリーン上の相対的位置に変換するための触覚センサ又はその他の種類のセンサを備えている。タッチする物体、例えば、指又はスタイラスが平坦な表面上で動くと、センサがそのタッチする物体の動きを検出してディスプレイ・スクリーン上の相対的動きに変換できる。しかしながら、タッチ・スクリーンとタッチパッドは、２次元（「２Ｄ」）のタッチ入力だけをサポートしている。

３Ｄ入力の分野において、発明の名称が「３Ｄタッチパッド」である米国特許出願「ＵＳ２００９／０１８４９３６Ａ１」には、ｘｙ平面、ｙｚ平面及びｘｚ平面に対して平行になるように配置された３つのタッチパッドで構成されている入力システムが記載されており、その入力システムでは、ユーザが３Ｄタッチパッド上で指を動かすと、６自由度（以下、６ＤＯＦという）がコンピュータ・システムに提供される。

１つのタッチ・スクリーン又はタッチパッドを用いて３Ｄ入力を可能にすることが望まれる。

本発明の一様相に従えば、入力装置上でのユーザのタッチ位置に基づいて３Ｄ座標系における位置情報を提供する方法が提供される。この方法は、入力装置の側において、入力装置の向きを第１の状態に変更するステップと、ユーザのタッチに応答して、タッチ位置についての情報を特定するステップと、第１の状態とデフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定するステップと、を備えており、タッチ位置についての情報と向きの変化についての情報とによって３Ｄ座標系における位置情報が特定される。

本発明の別の一様相に従えば、装置上でのユーザのタッチ位置に基づいて３Ｄ座標系における位置情報を提供する該装置が提供される。この装置は、装置の向きが第１の状態に変更される際にタッチ位置を受信する第１のモジュールと、第１の状態とデフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定する第２のモジュールと、を備えており、受信されたタッチ位置、及び、第１の状態とデフォルトの状態との間での向きの変化についての特定された情報によって３Ｄ座標系における位置情報が特定される。

一実施形態に従えば、上記状態は、入力装置の異なる傾斜に対応する。装置上でのタッチ位置によって２Ｄ座標が提供される一方、傾斜によって、３Ｄ座標系における、これらの２Ｄ座標のマッピングが特定される。

本発明の一様相に従えば、ユーザは、１つのタッチ・スクリーン又はタッチパッドを用いて３Ｄ座標を入力できる。

本発明のもっと多くの様相と利点が、以下の本発明の詳細な説明において判るであろう。

本発明を更に理解するための添付図面は、本発明の原理を説明する明細書と共に、本発明の実施形態を例示している。したがって、本発明は、これらの実施形態には限定されない。図面において、
本発明の一実施形態に従って３Ｄ入力を可能にするためのシステムを示す図である。 本発明の一実施形態に従う重力センサのフロント・ビューとサイド・ビュー（すなわちビュー１とビュー２）を示す図である。 本発明の一実施形態に従う重力センサの機能原理の詳細を示す図である。 本発明の一実施形態に従って３Ｄ入力を提供する方法を示すフロー・チャートである。

これから、本発明の一実施形態を、図面と共に、詳細に説明する。以下の説明では、周知の機能や構成の一部の詳細な説明は、明瞭さと簡潔さのために、省略することがある。

本発明の目的は、１つのタッチパッド又はタッチ・スクリーンを用いて３Ｄ入力を可能にすることである。

図１は、本発明の一実施形態に従って３Ｄ入力を可能にするためのシステムを示す図である。このシステムにおいては、ユーザ１０、入力装置１１、ディスプレイ装置１２、及び、処理装置１３が含まれている。

入力装置１１には、該入力装置の入力表面上のユーザの指のタッチ位置及び／又は動きを検出するための触覚センサ又はその他の種類のセンサと、入力装置１１の向きの変化を検出するための例えば重力センサ、加速度計等のようなセンサとが備えられている。ここでは、入力装置１１の観点から、上記動きは、入力装置１１に対する接触が維持されている間、一連の連続するタッチと見なすことができる。この意味において、動きに対する入力装置による処理は、各々のタッチに対する処理の合計である。例えば、入力装置１１は、重力センサを備えたタッチパッドである。更に具体的に述べると、この重力センサは、図２Ａに示されているような二軸チルト（傾斜）センサであり、これは、２つの軸における基準面の２つの軸におけるチルトを測定できる。１つの例では、この基準面は、実世界の３Ｄ座標系（以下、実３Ｄ座標系という）におけるディスプレイ装置の表面の平面と平行な平面である。図２Ａに示されているように、２つのセンサ・コンポーネント２０と２１が、互いに垂直に配置されている。その機能原理は、重力による静的加速度の量を測定して、地球の表面に対して装置が傾けられる角度を見つけ出すことである。したがって、それは、水平方向の平面、あるいは、垂直方向の平面に対する入力装置１１の傾斜角度を得ることができる。図２Ｂには、その機能原理の詳細が示されている。重力センサは、動き又は重力を電圧に変換できる。重力センサが水平位置に置かれると、出力電圧はＶ_０であり、それがαの角度に傾けられると、出力電圧はＶαであり、重力センサの加速度がｇであると、出力電圧はＶである。ｇ_a＝ｇｓｉｎαであるので、水平方向の平面に対する傾斜角度αは、α＝ａｒｃｓｉｎ［（Ｖα−Ｖ_０）／Ｖ］である。入力装置１１が傾けられる前に特定された傾斜角と、入力装置１１が傾けられた後で特定された傾斜角とを用いて、向きの変化を特定できる。この例では、基準平面が設定されているので、ここでの向きの変化は、基準平面に対する入力装置１１の角度、すなわち、傾斜角度の変化によって表される。

ディスプレイ装置１２は、処理装置１３によって出力されたデータに基づいて物体及び／又はグラフィクスを表示するのに使用される。

処理装置１３は、
１）３Ｄ座標系を維持し、
２）ユーザの指の位置及び／又は動きについての情報と向きの変化についての情報とを受信し、実３Ｄ座標系における位置及び／又は動きを、処理装置１３によって使用される３Ｄ座標系（以下、仮想３Ｄ座標系という）における相対的位置及び／又は相対的動きに変換し、
３）仮想３Ｄ座標系における相対的位置及び／又は相対的動きに基づいてユーザの指の位置及び／又は動きを反映したデータをディスプレイ装置１２に出力するのに使用される。

図３は、本発明の本実施形態に従って３Ｄ入力を提供する方法を例示するフロー・チャートである。

ステップ３０１において、処理装置１３は、入力装置１１の表面の平面の現在の傾斜状態を、第１の状態における最初の傾斜状態として、記録する。通常、このステップは、ユーザが３Ｄ入力を作成する前に、行われる。１つの例では、入力装置１１の最初の傾斜状態を記録する目的は、入力装置１１が傾けられた後の向きの変化（すなわち、この例では角度の変化）を算定するためである。本実施形態の一変形例では、入力装置１１の最初の傾斜状態は、実３Ｄ座標系における垂直方向の平面又は水平方向の平面であるように事前設定される。この場合、このステップを行なう必要はない。

ステップ３０２において、ユーザが、実３Ｄ座標系において入力装置１１をもう１つの状態（第２の状態という）に傾けて、その上にタッチすると、又は、その上で動かすと、処理装置１３が、入力装置１１から、向きの変化についての情報と入力装置１１上でのタッチする物体の位置又は動きについての情報とを受信する。

ステップ３０３において、処理装置１３は、実３Ｄ座標系における向きの変化についての情報と入力装置１１上でのタッチする物体の位置又は動きについての情報とに基づいて、処理装置１３がディスプレイ装置１２上に３Ｄオブジェクトを表示するために使用すべき仮想３Ｄ座標系における位置又は動きを特定する。

更に、ユーザは、実３Ｄ座標系において、入力装置１１を、第２の状態とは異なるもう１つの状態（第３の状態という）に傾けて、その上にタッチする、又は、その上で動かすことができる。処理装置１３は、仮想３Ｄ座標系におけるもう１つの位置又は動きを特定することになる。

本実施形態において、処理装置１３は、タッチ及び動きに応答して、リアル・タイムで出力を供給する。したがって、３Ｄオブジェクトの表示は、タッチ及び動きに対するリアル・タイムの応答を提供する。本実施形態の一変形例では、処理装置１３は、ユーザがある状態におけるタッチ又は動きの操作を終えた後に、出力を供給する。もう１つの変形例では、処理装置１３は、ｘ軸成分、ｙ軸成分及びｚ軸成分で入力を得るために、２つの連続した状態におけるユーザの入力を得た後で、出力を供給する。例えば、第２の状態における特定された位置又は動きと、第３の状態における特定された位置又は動きとが組み合わされてから、処理装置１３は、第２の状態及び第３の状態におけるタッチ又は動きを反映したデータを表示装置１２に伝える。

本実施形態の別のもう１つの変形例では、処理装置が、出力を供給する前に、２つ以上の連続した状態におけるユーザの入力を得る必要がある場合、その２つ以上の連続した状態における操作期間中にタッチ又は動きを行う間、入力装置１１との接触を維持することがユーザに要求される。２つの状態における入力を必要とする上述の例の場合では、ユーザは、第２の状態においてタッチ又は動きを行った後、接触を解放せずに入力装置１１を傾けて、それに接触したまま、その上で連続的に指を動かす。

これ以降、具体的な例を説明する。実３Ｄ座標系の垂直方向の平面が、基準平面として事前設定され、仮想３Ｄ座標系（Ｘ軸が水平方向でありＹ軸が垂直方向である）におけるＸ―Ｙ平面に対応する。一例では、仮想３Ｄ座標系におけるＸ―Ｙ平面は、３Ｄオブジェクトを表示するディスプレイ・スクリーンの平面である。ユーザは、先ず、入力装置１１を垂直方向の位置に配置してその上で指を動かし、それが、仮想３Ｄ座標系におけるＸ軸及び／又はＹ軸の入力成分に変換される。ユーザは、指を入力装置１１上に保持して入力装置１１を水平方向の位置に傾けて、その上で指を動かし、それが、Ｚ軸及びＸ軸の入力成分に変換される。入力装置１１が垂直方向の位置と水平方向の位置との間の状態に傾けられた場合、入力装置１１上の動きは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の入力成分を生成できる。一変形例では、入力装置１１が、一部の入力成分を破棄するように、例えば、ユーザが、水平方向に配置された入力装置１１上で指を動かす場合にＸ軸の入力成分を破棄するように構成される。

本実施形態の一変形例に従えば、入力装置１１は自前の処理装置を有しており、仮想３Ｄ座標系における位置又は動きを特定する作業が入力装置１１によって行われる。

本実施形態の別の一変形例に従えば、入力装置１１、ディスプレイ装置１２、及び、処理装置１３の機能が、１つの装置に、例えば、タッチ・スクリーンと向きの変化を検出するセンサとを備えたタブレットやモバイル・フォンに、統合（一体化）される。

以上、多数の実施形態を説明した。それでもやはり、種々の修正が可能であることは理解されるであろう。例えば、相異なる実施形態の要素を組み合わせて、又は補って、又は修正して、又は取り除いて、別の実施形態を作成してもよい。更に、当業者であれば、ここに開示された構成及び処理の代わりに別のものを代用して、その結果として得られる実施形態が、ここに開示された実施形態と少なくとも実質的に同じやり方で、少なくとも実質的に同じ機能を果たして、少なくとも実質的に同じ効果を実現できることが分かるであろう。したがって、これらの実施形態等は、本発明の範囲内にある。

Claims (12)

1. 入力装置上でのユーザのタッチ位置に基づいて３Ｄ座標系における位置情報を提供する方法であって、前記入力装置の側において、
   前記入力装置の向きを第１の状態に変更するステップと、
   ユーザのタッチに応答して、タッチ位置についての情報を特定するステップと、
   前記第１の状態とデフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定するステップと、を備えており、
   前記タッチ位置についての情報と前記向きの変化についての情報とによって３Ｄ座標系における位置情報が特定される、方法。
2. 前記タッチ位置についての情報と前記向きの変化についての情報とに基づいて３Ｄ座標系における位置情報を特定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記入力装置に対する接触が維持されている間における前記入力装置上での一連のタッチから成るユーザの動きに応答して、前記一連のタッチの各々についての特定された位置情報と向きの変化についての情報とに基づいて３Ｄ座標系における動き情報を特定するステップを備える、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記入力装置上での同じタッチ位置を維持している間に前記入力装置の向きを前記第１の状態から第２の状態に変更するステップと、
   前記入力装置上での前記同じタッチ位置から開始する別の動きに応答して一連のタッチ位置についての情報を特定するステップと、
   前記第２の状態と前記デフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定するステップと、を更に備えて、
   前記一連のタッチ位置についての情報、及び、前記第２の状態と前記デフォルトの状態との間での向きの変化についての情報によって３Ｄ座標系における動き位置が特定される、請求項３に記載の方法。
5. 前記デフォルトの状態が、前記入力装置の向きを変更した際に前記向きを算定するために事前設定された状態であるか、又は、前記向きを前記第１の状態に変更する前の状態であるか、又は、前記入力装置の平面がディスプレイ装置のディスプレイ平面に平行、あるいは、垂直である状態である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記向きの変化についての情報が傾斜角度の変化であり、前記方法が、前記タッチ位置についての情報と前記傾斜角度の変化とに基づいて、前記入力装置上での各々のタッチ位置についての３Ｄ座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の少なくとも１つの成分値を特定するステップを更に備えている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 装置上でのユーザのタッチ位置に基づいて３Ｄ座標系における位置情報を提供する該装置であって、
   前記装置の向きが第１の状態に変更される際にタッチ位置を受信する第１のモジュールと、
   前記第１の状態とデフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定する第２のモジュールと、を備えており、
   前記受信されたタッチ位置、及び、前記第１の状態と前記デフォルトの状態との間での向きの変化についての前記特定された情報によって３Ｄ座標系における位置情報が特定される、装置。
8. 前記受信されたタッチ位置、及び、前記第１の状態と前記デフォルトの状態との間での向きの変化についての前記特定された情報に基づいて３Ｄ座標系における位置情報を特定する処理モジュールを更に備えている、請求項７に記載の装置。
9. 前記第１のモジュールが、更に、前記装置に対する接触が維持されている間における一連のタッチから成る動きを受信するように構成されており、
   前記受信された動きと前記向きの変化についての情報とによって３Ｄ座標系における動き情報が特定される、請求項７又は請求項８に記載の装置。
10. ３Ｄ座標系における少なくとも１つの３Ｄオブジェクトを表示する表示モジュールを更に備えており、３Ｄ座標系における前記特定された動き情報によって前記少なくとも１つの３Ｄオブジェクトの表示が変化する、請求項９に記載の装置。
11. 前記第１のモジュールが、更に、前記装置上での同じタッチ位置が維持されている間に前記装置の向きが前記第１の状態から第２の状態に変更された後に、動きを受信するのに使用され、
    前記第２のモジュールが、更に、前記第２の状態と前記デフォルトの状態との間での向きの変化についての情報を特定するのに使用され、
    前記動き、及び、前記第２の状態と前記デフォルトの状態との間での向きの変化についての情報によって仮想３Ｄ座標系における動きが特定される、請求項９に記載の装置。
12. 前記装置が平面状のタッチ・スクリーン又はタッチパッドを備えた装置である、請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の装置。

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