多点触控的多媒体球幕演示仪及其多点触控方法

摘要

本发明公开了一种多点触控的多媒体球幕演示仪及其多点触控方法，本发明预先存储对应球幕演示仪的三维空间模型，三维空间模型包括球幕演示仪的三维坐标系的虚拟球以及二维圆饼坐标系对应关系，且三维坐标系的虚拟球坐标系和二维圆饼坐标系通过一直角坐标系进行动态转换；通过球幕演示仪内部的投影仪及鱼眼镜头将对应所述二维圆饼坐标系的图像投影至球幕演示仪的球幕上；于球幕演示仪的球幕表面检测触摸动作，并判断触摸动作的类型；根据球幕演示仪的三维空间模型以及触摸动作的类型，控制所述球幕演示仪的动作。本发明通过为球幕演示仪建立三维空间模型，在该三维空间模型的基础上实现了对所述球幕演示仪的控制。

说明书

技术领域

本发明属于球体显示技术领域，尤其涉及一种多点触控的多媒体球幕演示仪及其多点触控方法。

背景技术

随着多媒体球幕演示仪的不断普及，用户对多媒体球幕演示仪显示功能的要求越来越高。

多媒体球幕演示仪是通过投影仪和鱼眼镜头将一个圆饼图像投射射到一个背投球幕上，获得一个整个球体面的完整的图文显示，近年来在此多媒体球幕演示仪的上有很多人将平面的多点触摸技术加载到该产品上，出现多点触摸多媒体球幕演示仪，能实现球幕表面通过点击出现图文，并对图文有放大缩小，移动旋转等触摸控制，现有的多媒体球幕演示仪多点触摸技术，基本上都是基于二维的坐标系进行转换，通过捕捉球幕上的触摸动作，在二维的圆饼坐标系中对触摸动作与对应图文就行处理，最后再显示在球幕上，譬如对于一个在球幕上整个覆盖显示的整体图文就行触摸滑动旋转控制时，用户的滑动动作被捕捉后在二维的饼坐标系进行处理，滑动动作在沿着球的纬线方向可以被识别，并能做出球幕显示整体显示图文的水平方向的旋转，而沿着经线的方向动作视为无效，球幕显示图文不能沿着经线方向旋转，比如一个地球仪图文，触摸滑动控制其旋转时，只能实现水平转，不能实现任意角度任意方向的旋转。

而且，现有的多媒体球幕演示仪与用户互动的功能较少，需要拓展其功能，但是二维坐标显示的方式极大的限制了多媒体球幕演示仪的功能的拓展。

因此，需解决现有技术中由于球幕演示仪不能准确的将影像投影到球幕、功能较少的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多点触控的多媒体球幕演示仪及其多点触控方法，旨在解决现有技术中的球幕演示仪不能任意方向旋转、且功能较少的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

一种多媒体球幕演示仪的多点触控方法，包括以下步骤：

预先存储对应球幕演示仪的三维空间模型，其中所述三维空间模型包括所述球幕演示仪的三维坐标系的虚拟球以及二维圆饼坐标系对应关系，其中所述三维坐标系的虚拟球坐标点（x，y，z)一一对应于所述二维圆饼坐标系的坐标点（x，y)，且所述三维坐标系的虚拟球的三维坐标和所述二维圆饼坐标系的二维坐标通过一直角坐标系进行动态转换，进而形成三维坐标系、二维圆饼坐标系以及直角坐标系的一一对应关系；

通过所述球幕演示仪内部的投影仪及鱼眼镜头将对应所述二维圆饼坐标系的图像投影至所述球幕演示仪的球幕上；

于所述球幕演示仪的球幕表面检测触摸动作，并判断所述触摸动作的类型；

根据所述球幕演示仪的三维空间模型以及所述触摸动作的类型，控制所述球幕演示仪的动作。

作为本发明一优选实施例，所述触摸动作的类型包括：于所述球幕的表面形成一触摸形状；

而通过所述球幕演示仪的三维空间模型以及所述触摸动作的类型，控制所述球幕演示仪的动作的步骤包括：

在所述球幕演示仪的三维空间模型的基础上，根据预先设置的计算规则对所述触摸形状进行计算，生成对应所述触摸形状的数据；以及

于所述球幕演示仪的表面显示对应所述触摸形状的数据。

作为本发明一优选实施例，所述触摸形状包括于所述球体表面触摸形成的两点之间的线条，所述线条包括直线或者曲线；而对应所述线条的数据包括两点之间的距离，以及两点之间的数据的差值。

作为本发明一优选实施例，所述触摸动作的类型包括：于所述球幕的表面形成的沿着任意方向上的滑动动作；

而在检测到对应所述球幕演示仪球幕上滑动动作后，通过所述三维空间模型控制所述球幕演示仪上的球幕显示的整体图文沿着滑动的方向旋转显示。

作为本发明一优选实施例，所述触摸形状包括于所述球体表面触摸形成的封闭曲线；而对应所述封闭曲线的数据为所述封闭曲线的面积。

作为本发明一优选实施例，生成所述封闭曲线的面积的步骤包括：

生成对应所述封闭曲线的第一面积；

判断所述第一面积是否大于等于整个球体的球面面积的一半；

若所述第一面积大于等于整个球体的球面面积的一半，则使用所述球体的球面面积减去所述第一面积，得到所述封闭曲线的面积；以及

若所述第一面积小于整个球体的球面面积的一半，则将所述第一面积作为所述封闭曲线的面积。

作为本发明一优选实施例，预先存储对应球幕演示仪的三维空间模型的步骤包括：

获取球幕演示仪的经纬度坐标系；

将所述球幕演示仪的所述经纬度坐标系转换为所述直角坐标系；

将所述直角坐标系转换为所述圆饼坐标，在所述圆饼坐标下，球幕图像具有多个弧度的弧形片，并将所述弧形片作为显示单元显示于所述球幕演示仪；

而根据预先设置的计算规则对所述触摸形状进行计算的步骤包括：

计算每一所述弧形片顶点在所述圆饼坐标系下的坐标；

而在计算所述触摸形状的数据时，以所述触摸形状经过的弧形片的顶点作为所述触摸形状的坐标进行计算。

作为本发明一优选实施例，将所述弧形片作为所述球体的显示单元进行显示时，包括：

对靠近极点（0，-1，0）的弧形片，判断对应所述弧形片的边长是否大于判断阈值；

若对应所述弧形片的边长大于所述判断阈值，则屏蔽所述弧形片。

作为本发明一优选实施例，所述弧形片包括矩形贴图和带状贴图，计算所述弧形片顶点的步骤包括：

设定所述弧形片的中心点以及表示方向的参考点；

设定所述弧形片的两个旋转轴；

将所述中心点与所述参考点进行叉乘计算，进而生成纵向旋转轴；

将所述纵向旋转轴与所述中心点叉乘计算，进而生成横向旋转轴；

而对于每个所述弧形片的顶点，通过下述步骤生成所述弧形片顶点在所述球幕演示仪上的坐标；

将所述中心点绕所述纵向旋转轴旋转一角度K1，其中角度K1正比于所述弧形片顶点在球幕演示仪的纵坐标；

将所述中心点再绕所述横向旋转轴旋转一角度K2，此角度K2正比于所述弧形片顶点球幕演示仪的横坐标；

按照顶点的纵、横坐标给每一个弧形片进行贴图。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种多点触控的多媒体球幕演示仪，其特征在于，包括一多媒体球幕演示仪的多点触控装置，所述装置用于执行权力要求1至9任一项所述的多媒体球幕演示仪的多点触控方法。

本发明实施例中，通过为球幕演示仪建立三维空间模型，其中所述三维空间模型包括所述球幕演示仪的三维坐标系的虚拟球以及二维圆饼坐标系对应关系，其中所述三维坐标系的虚拟球坐标点（x，y，z)一一对应于所述二维圆饼坐标系的坐标点（x，y)，且所述三维坐标系的虚拟球坐标点和所述二维圆饼坐标系通过一直角坐标系进行动态转换，进而形成三维坐标系、二维圆饼坐标系以及直角坐标系的一一对应关系，其中上述三维空间模型建立后，可以实现：

1、触摸滑动旋转实物球幕表面，通过摄像头捕捉动作后，转化为三维空间模型上的图文，并通过直角坐标系始终动态转换成圆饼坐标，通过投影仪鱼眼组件将圆饼坐标的图片投射在实物三维球幕上，实现任意方向的旋转；

2、单点和多点触摸实物球表面，通过摄像头捕捉动作后，转化为点击虚拟的三维球上某一点、多点，通过建立三维空间模型上这些点之间的数学计算关系，并显示计算过程和结果，并始终动态转换成圆饼坐标，通过投影仪鱼眼组件将圆饼坐标的图片投射在实物球幕上，实现直线距离，曲线距离，封闭图形面积的显示。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多媒体球幕演示仪的多点触控方法的流程示意图；

图2A为本发明实施例中经纬度坐标系的示意图；

图2B为本发明实施例中直角坐标系的示意图；

图2C为本发明实施例中圆饼坐标系的斜视图；

图2D为本发明实施例中圆饼坐标系的俯视图；

图3为本发明实施例中球幕显示仪的经纬度坐标、直角坐标、圆饼坐标之间的转换示意图；

图4A是为球幕上任意一点的经纬度坐标示意图；

图4B是为球幕上任意两点的经纬度坐标示意图；

图4C为图4B触摸滑动后的整体图文旋转示意图；

图4D是为球幕上任意两点的圆饼模型示意图；

图4E是为图4D触摸滑动后的整体图文旋转示意图；

图5A是球幕上触摸画线的示意图；

图5B是球幕上触摸画封闭曲线的示意图；

图5C是球幕上触摸滑动前的示意图；

图5D是球幕上触摸滑动后的整体图文旋转示意图。

具体实施方式

请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本发明的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的多媒体球幕演示仪的多点触控方法的流程示意图。

在步骤S101中，预先存储对应球幕演示仪的三维空间模型。

其中所述三维空间模型包括所述球幕演示仪的三维坐标系的虚拟球以及二维圆饼坐标系对应关系，所述三维坐标系的虚拟球坐标点（x，y，z)一一对应于所述二维圆饼坐标系的坐标点（x，y)，且所述三维坐标系的虚拟球坐标点和所述二维圆饼坐标系通过一直角坐标系进行动态转换，进而形成三维坐标系、二维圆饼坐标系以及直角坐标系的一一对应关系。

在步骤S102中，通过所述球幕演示仪内部的投影仪及鱼眼镜头将对应所述二维圆饼坐标系的图像投影至所述球幕演示仪的球幕上。

在步骤S103中，于所述球幕演示仪的球幕表面检测触摸动作，并判断所述触摸动作的类型。

在步骤S104中，通过所述球幕演示仪的三维空间模型以及所述触摸动作的类型，控制所述球幕演示仪的动作。

针对图1中的步骤S101中的三维空间模型，请参阅图2A-2D、图3以及图4A-4C，图2A为本发明实施例中经纬度坐标系的示意图；图2B为本发明实施例中直角坐标系的示意图；图2C为本发明实施例中圆饼坐标系的斜视图；图2D为本发明实施例中圆饼坐标系的俯视图。图3为本发明实施例中球幕显示仪在三维模型下的经纬度坐标、直角坐标、圆饼坐标之间的转换示意图。图4A是为球幕上任意一点的经纬度坐标示意图，图4B是为球幕上任意两点的经纬度坐标示意图；图4C是为球幕上任意两点的圆饼模型示意图。

其中在建立三维空间模型时，获取球幕演示仪的经纬度坐标系（图2A），并将所述球幕演示仪的所述经纬度坐标系转换为所述直角坐标系（图2B），之后将所述直角坐标系转换为所述圆饼坐标（图2C和图2D）。其中在所述圆饼坐标下，包括有多个弧度的弧形片，图3示出其中一弧形片，并将所述弧形片显示于所述球幕演示仪。显然，本发明实施例的所述三维空间模型包括三维坐标系、二维圆饼坐标系以及直角坐标系的一一对应关系。

譬如，将经纬度坐标系转换为直角坐标系使用以下公式进行：

x=cos(longitude)cos(latitude)；

y=sin(latitude)；

z=-sin(longitude)cos(latitude)；

其中latitude代表纬度，longitude代表经度，（x,y,z）为直角坐标系中的坐标点

将直角坐标转换为经纬度坐标通过以下公式进行：

latitude=sin^-1(y)

$>r_{\mathrm{xz}}=\sqrt{x^2+z^2}$>

longitude=cos^-1(x/r_xz)

其中r_xz表示（x,y,z）点在xz平面上的投影点到原点的距离;

直角坐标系转换为圆饼坐标系通过以下公式进行：

latitude=sin^-1(y_rect)

其中y_rect表示直角坐标点的第二维度的坐标;

$>R=\frac{\pi /2-\mathrm{latitude}}{\pi }$>

$>r_{\mathrm{xz}}=\sqrt{{x_{\mathrm{rect}}}^2+{z_{\mathrm{rect}}}^2}$>

X_rect表示直角坐标点的第一维度的坐标，Z_rect表示直角坐标点的第三维度的坐标，r_xz表示（x,y,z）点在xz平面上的投影点到原点的距离。

$>x_{\mathrm{round}}=\frac{R{x}_{\mathrm{rect}}}{r_{\mathrm{xz}}},y_{\mathrm{round}}=\frac{-R{z}_{\mathrm{rect}}}{r_{\mathrm{xz}}}$>

X_round表示圆饼坐标的第一维度的坐标，y_round表示圆饼坐标的第二维度的坐标。

将所述圆饼坐标系转换为直角坐标系通过以下公式进行：

$>R=\sqrt{x_{\mathrm{round}}^2+y_{\mathrm{round}}^2}$>

R表示圆饼坐标点到原点的距离;

$>\mathrm{ix}=\frac{x_{\mathrm{round}}}{R},\mathrm{iy}=\frac{y_{\mathrm{round}}}{R}$>

（ix，iy）表示圆饼坐标点所对应的向量经过长度归一化之后的单位向量。

latitude=π/2-πR

y_rect=sin(latitude)

x_rect=ix·cos(latitude)

z_rect=iz·cos(latitude)

在具体实施过程中，所述圆饼坐标系下的所述弧形片包括矩形贴图和带状贴图，计算所述弧形片顶点的步骤包括：设定所述弧形片的中心点以及表示方向的参考点；设定所述弧形片的两个旋转轴；将所述中心点与所述参考点进行相乘计算，进而生成纵向旋转轴；将所述纵向旋转轴与所述中心点相乘计算，进而生成横向旋转轴；而对于每个所述弧形片的顶点，通过下述步骤生成所述弧形片顶点在所述球幕演示仪上的坐标；将所述中心点绕所述纵向旋转轴旋转一角度K1，其中角度K1正比于所述弧形片顶点在球幕演示仪的纵坐标；将所述中心点再绕所述横向旋转轴旋转一角度K2，此角度K2正比于所述弧形片顶点球幕演示仪的横坐标；按照顶点的纵、横坐标给每一个弧形片进行贴图。

譬如，对于矩形贴图，包括：指定矩形贴图的中心点P1以及表示方向的参考点P2；确定矩形贴图坐标系的两个旋转轴；P1叉乘P2，并归一化，得到纵向旋转轴pivot_v1；pivot_v1叉乘P1，并归一化，得到横向旋转轴pivot_h1；对于每个弧形片上的顶点，计算其在球面上的坐标；P1绕pivot_v1旋转一个角度，此角度正比于该顶点的纵坐标；再绕pivot_h1旋转一个角度，此角度正比于该顶点的横坐标；按照顶点的纵、横坐标给每一个弧形片贴图

对于带状贴图，包括：指定带状贴图的中心点Q1以及表示条带中心的参考点Q2；确定带状贴图坐标系的两个旋转轴；Q1叉乘Q2，并归一化，得到纵向旋转轴pivot_v2；pivot_h2则直接等于Q2；对于每个弧形片上的顶点，计算其在球面上的坐标；Q1绕pivot_v2旋转一个角度，此角度正比于该顶点的纵坐标；再绕pivot_h2旋转一个角度，此角度正比于该顶点的横坐标；按照顶点的纵、横坐标给每一个小面片贴图。

而对于直角坐标的旋转，通过以下公式进行：

$>R=\left(\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right)$>

R为3x3的矩阵，其含义是地球模型相对于球幕的旋转矩阵；

$>P=\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$>

P表示地球表面的一点，用三维坐标表示；P'表示球幕上对应的点坐标，同样用三维坐标表示；

P'=RP

P=R^-1P

对于球面上两点间的旋转角度，通过以下公式进行：

$>P1=\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right),P2=\left(\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ z_2\end{array}\right)$>

$>{\mathrm{angle}}_{P1P2}=\left|{\cos }^{-1}\frac{P1·P2}{\left|\right|P1\left|\right|·\left|\right|P2\left|\right|}\right|$>

angle_p1p2即是P1和P2间的旋转角度；

对于球面上两点间的旋转轴，通过以下公式进行：

$>P1=\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right),P2=\left(\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ z_2\end{array}\right)$>

$>\mathrm{pivot}=\frac{P1\times P2}{\left|\right|P1\times P2\left|\right|}$>

Pivot即是P1到P2的旋转轴；

本发明实施例中，根据预先设置的计算规则对所述触摸形状进行计算的步骤包括：计算每一所述弧形片顶点在所述圆饼坐标系下的坐标；而在计算所述触摸形状的数据时，以所述触摸形状经过的弧形片的顶点作为所述触摸形状的坐标进行计算。

作为本发明一优选实施例，所述触摸动作的类型包括：于所述球幕的表面形成一触摸形状；而通过所述球幕演示仪的三维空间模型以及所述触摸动作的类型，控制所述球幕演示仪的动作的步骤包括：在所述球幕演示仪的三维空间模型的基础上，根据预先设置的计算规则对所述触摸形状进行计算，生成对应所述触摸形状的数据；以及于所述球幕演示仪的表面显示对应所述触摸形状的数据。其中此处所指的预先设置的计算规则为基于本发明实施例提供的三维空间模型的计算方式，譬如在各坐标系之间的转换，以及计算球面两点之间的距离公式等。

作为本发明一优选实施例，譬如请参阅图5A，所述触摸形状包括于所述球体表面触摸形成的两点之间的线条，所述线条包括直线或者曲线；而对应所述线条的数据包括两点之间的距离，时差，譬如图5A中的距离A-B=X₁。

本发明实施例将曲线划分成足够多的段，使每一段可以近似的用直线表示，计算每一段的长度，并求和球面上两点间的距离为

distance=angle_P1P2·R

所以曲线的长度为

$>\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}=\underset{n}{\Sigma }{\mathrm{angle}}_n·R$>

其中，将所述弧形片作为所述球体的显示单元进行显示时，包括：

对靠近极点（0，-1，0）的弧形片，判断对应所述弧形片的边长是否大于判断阈值；若对应所述弧形片的边长大于所述判断阈值，则屏蔽所述弧形片。譬如判断所述弧形片与极点（0，-1，0）的距离是否小于一距离阈值（譬如0.5cm），若所述弧形片与极点（0，-1，0）的距离小于所述距离阈值，则在所述圆饼坐标系下，判断所述弧形片的边长是否大于判断阈值（譬如0.2cm），若对应所述方形片的弧形片的边长大于所述判断阈值，则屏蔽所述弧形片。

作为本发明一优选实施例，譬如请参阅图5C和图5D，图5C是球幕上触摸滑动的示意图，图5D是图5C触摸滑动后的旋转示意图。所述触摸动作的类型包括：于所述球幕的表面形成的滑动动作；而在检测到对应所述球幕演示仪南北极方向的滑动动作后，通过所述三维空间模型控制所述球幕演示仪的南极或北极绕任意角度旋转显示。

本发明实施例将曲线划分成足够多的段，使每一段可以近似的用直线表示，计算相邻两段的转角，则封闭曲线的面积为

$>\mathrm{Area}=(\underset{N}{\Sigma }{\mathrm{angle}}_n-(N-2)\pi )·R^2$>

其中N为划分线段的个数，angle_n为第n个顶点的角度，R为球的半径。

但此公式计算的面积和曲线的方向是顺时针还是逆时针有关，为了消除这种关系，在计算面积后还需要判断结果是否大于整个球面面积的一半，若大于一般，则需要使用球面面积减去Area得到真实的面积。

譬如请参阅图5B，所述触摸形状包括于所述球体表面触摸形成的封闭曲线，封闭图形面积=X₂；而对应所述封闭曲线的数据为所述封闭曲线的面积。生成所述封闭曲线的面积的步骤包括：生成对应所述封闭曲线的第一面积；判断所述第一面积是否大于等于整个球体的球面面积的一半；若所述第一面积大于等于整个球体的球面面积的一半，则使用所述球体的球面面积减去所述第一面积，得到所述封闭曲线的面积；若所述第一面积小于整个球体的球面面积的一半，则将所述第一面积作为所述封闭曲线的面积。

在具体实施过程中，本发明实施例的球幕显示仪还包括有点击测试的功能，获取用户点击到的物体（球面上的底图、窗口、按钮等），球面上的物体都被画在屏幕中心的“圆饼”上，不同的物体互相重叠，互相遮挡，实际上，不同的物体是画在不同的“层”上的，程序中有一个管理“层”的状态机记录每一个物体的层编号，当用户触发一个点击信号，程序就会根据点击的坐标找出该坐标下最上层的编号，进而查找到对应的物体。

本发明实施例还提供一种多点触控的多媒体球幕演示仪，包括一多媒体球幕演示仪的多点触控装置，所述装置用于执行本发明实施例的多媒体球幕演示仪的多点触控方法，鉴于该方法在上文已有详细的描述，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过为球幕演示仪建立三维空间模型，其中所述三维空间模型包括所述球幕演示仪的三维坐标系的虚拟球以及二维圆饼坐标系对应关系，其中所述三维坐标系的虚拟球坐标点（x，y，z)一一对应于所述二维圆饼坐标系的坐标点（x，y)，且所述三维坐标系的虚拟球坐标点和所述二维圆饼坐标系通过一直角坐标系进行动态转换，进而形成三维坐标系、二维圆饼坐标系以及直角坐标系的一一对应关系，其中上述三维空间模型建立后，可以实现：

1、触摸滑动旋转实物球幕表面，通过摄像头捕捉动作后，转化为三维空间模型上的图文，并通过直角坐标系始终动态转换成圆饼坐标，通过投影仪鱼眼组件将圆饼坐标的图片投射在实物三维球幕上，实现任意方向的旋转；

2、单点和多点触摸实物球表面，通过摄像头捕捉动作后，转化为点击虚拟的三维球上某一点、多点，通过建立三维空间模型上这些点之间的数学计算关系，并显示计算过程和结果，并始终动态转换成圆饼坐标，通过投影仪鱼眼组件将圆饼坐标的图片投射在实物球幕上，实现直线距离，曲线距离，封闭图形面积的显示。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。