基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法和系统及其介质和设备与流程

本发明涉及虚拟摇杆控制领域，具体地，涉及基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法和装置及其介质和终端。

背景技术：

目前，游戏机产业方兴未艾，结合VR、AR技术的新的游戏体验也是层出不穷。这些游戏机中有相当一部分需要实体操控，通常是通过手柄装置。

以专利文献CN202015480U为例，该专利文献CN202015480U公开了一种游戏手柄，包括设置于壳体上的行程按键，通过电位器检测所述行程按键按压所对应模拟量，然后通过处理单元与所述电位器电连接并转换处理所述模拟量。这些手柄装置一般都包含摇杆，用于较为精确的控制实体游戏机的运动，例如遥控车和遥控飞机的遥控器。为更好的控制，这些摇杆需要较大的体积和操作空间，从而降低了便携性。其控制精度受限于其电位控制器精度、体积和允许的操作空间。可参见图1示出的电位器，电极1T与电极3T之间电阻通过物理摇杆所驱动的电极2T调整，从而检测物理摇杆的位置。

为克服实体摇杆占用空间大的技术问题，本领域技术人员可以参照专利文献CN104636063A来省略实体的摇杆部件，该专利文献CN104636063A公开了一种电子屏幕虚拟摇杆的构建方法，该专利文献通过获取用户在多点触摸终端的触屏上的操作来确定操作按钮的初始位置，然后根据所述操作的移动方向来控制操作按钮的位置，使触摸点始终处于操作按钮的控制区域内，从而通过在多点触摸屏上实现操作按钮跟随操作位置移动的方案提高操作的准确性。

但是，上述专利文献CN202015480U、专利文献CN104636063A中无论是实体的摇杆还是虚拟的摇杆，均是通过手指来操控的，由于手指本身操控范围的限制，使得手指操作的摇杆的行程都是短距离小范围的，手指的轻微抖动就容易引起摇杆的误操作。虽然这种误操作可以通过一定的软件算法进行识别以及屏蔽，但是识别精度仍然有待于提高，并且也容易将正常的抖动误识别为误操作而导致正常的操作被错误地屏蔽。

Wii体感遥控器在一定程度上解决了用手臂操作代替手指操作的问题，但是这种控制完全是利用加速度计自身的特性进行的，比如目前运动手表上应用加速度计对运动的姿态进行计算，这是加速度计最原始的应用。Wii的应用也没有摆脱这种最原始的应用，它只适合据基于绝对姿态进行控制的操作，例如打羽毛球等，不能模拟joystick的操作，所以至今体感游戏和普通游戏一直是两类，不能用体感的方式来控制普通游戏。

为此，本领域技术人员可以参照专利文献CN103111073A，以解决上述技术问题。专利文献CN103111073A公开了一种VP手柄及其手柄中虚拟电位器的运算方法，采用多个动作传感器，设置某一状态为零点，以该状态时动作传感器所在平面为基础，以此零点映射到显示器平面的中心点，通过动作带动动作传感器进行移动，来模拟推动各种手柄摇杆的控制方法。虽然Wii这样的体感控制器也采用动作控制取代了机械式3D摇杆操控，将原本必须用手指完成的操作改为手臂和身体来完成，可以认为实现一定的摇杆特性的控制，但是由于体感控制器的单手操作特性，使其无法满足需要多按键复杂操作的游戏，因此体感控制器作为通用手柄时需配置双手分离的双手控制器，即使如此体感控制器在对游戏的操控方面仍无法等同于通用游戏手柄在游戏中操控的复杂度和精准性。

进一步地，虽然上述专利文献CN103111073A公开了需要设置零点状态，然后根据零点状态设定坐标系，但是专利文献CN103111073A没有公开如何设置零点状态，无法快捷实时地控制零点，导致虚拟摇杆的功能简单。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法和装置及其介质和终端。

根据本发明提供的一种基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法，包括：

原点触发步骤：实时检测由操作键被触发而形成的原点触发指令；

原点设置步骤：根据接收到原点触发指令时陀螺仪的当前状态，设置原点状态；

偏移处理步骤：获取陀螺仪的实时状态与所述原点状态之间的变化量，得到虚拟摇杆的偏移量。

优选地，所述原点触发指令包括平面指示信息，其中，所述平面指示信息用于指示一个或多个平面；

在所述原点设置步骤中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

在所述偏移处理步骤中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

或者，所述原点触发指令包括基轴指示信息，其中，所述基轴指示信息用于指示一个或多个基轴；

在所述原点设置步骤中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量；

在所述偏移处理步骤中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量。

优选地，所述原点触发指令通过以下任一种方式形成：

--所述原点触发指令由操作键被单次或多次触发形成；其中，触发形式为即使触发或者延迟触发；

--所述原点触发指令由一个操作键或多个操作键的组合被触发形成；或者所述原点触发指令由多个操作键被触发形成，其中，多个操作键分别独立控制不同平面内的原点触发指令或者分别独立控制不同基轴上的原点触发指令。

优选地，包括原点归零步骤，其中，所述原点归零步骤包括如下任一个步骤：

--按键归零步骤：检测到归零键被触发后，实时停止输出虚拟摇杆的偏移量；其中，所述归零键与操作键为同一个键或者不同的键；

--原点重设步骤：用在后的原点触发指令取代在前的原点触发指令来设置原点状态；其中，所述在前的原点触发指令、在后的原点触发指令分别是指检测到的操作键在时间上先、后被触发而形成的原点触发指令。

优选地，还包括偏移量输出持续控制步骤，其中，所述偏移量输出持续控制步骤包括如下任一个步骤：

--持续激活输出步骤：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被释放；

--重设激活输出步骤：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被重新触发。

优选地，所述操作键物理按键或者虚拟按键；

所述虚拟按键包括由触摸区域提供的触摸按键；

触摸按键的操作包括敲击和/或拖拉；在拖拉起点时刻或者拖拉结束时刻形成原点触发指令；

所述触摸区域为平面区域或者曲面区域。

根据本发明提供的一种基于陀螺仪的虚拟摇杆控制系统，包括：

原点触发模块：实时检测由操作键被触发而形成的原点触发指令；

原点设置模块：根据接收到原点触发指令时陀螺仪的当前状态，设置原点状态；

偏移处理模块：获取陀螺仪的实时状态与所述原点状态之间的变化量，得到虚拟摇杆的偏移量。

优选地，所述原点触发指令包括平面指示信息，其中，所述平面指示信息用于指示一个或多个平面；

在所述原点设置模块中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

在所述偏移处理模块中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

或者，所述原点触发指令包括基轴指示信息，其中，所述基轴指示信息用于指示一个或多个基轴；

在所述原点设置模块中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量；

在所述偏移处理模块中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量。

优选地，所述原点触发指令通过以下任一种方式形成：

--所述原点触发指令由操作键被单次或多次触发形成；其中，触发形式为即使触发或者延迟触发；

--所述原点触发指令由一个操作键或多个操作键的组合被触发形成；或者所述原点触发指令由多个操作键被触发形成，其中，多个操作键分别独立控制不同平面内的原点触发指令或者分别独立控制不同基轴上的原点触发指令。

优选地，包括原点归零模块，其中，所述原点归零模块包括如下任一个模块：

--按键归零模块：检测到归零键被触发后，实时停止输出虚拟摇杆的偏移量；其中，所述归零键与操作键为同一个键或者不同的键；

--原点重设模块：用在后的原点触发指令取代在前的原点触发指令来设置原点状态；其中，所述在前的原点触发指令、在后的原点触发指令分别是指检测到的操作键在时间上先、后被触发而形成的原点触发指令。

优选地，还包括偏移量输出持续控制模块，其中，所述偏移量输出持续控制模块包括如下任一个模块：

--持续激活输出模块：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被释放；

--重设激活输出模块：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被重新触发。

优选地，所述操作键物理按键或者虚拟按键；

所述虚拟按键包括由触摸区域提供的触摸按键；

触摸按键的操作包括敲击和/或拖拉；在拖拉起点时刻或者拖拉结束时刻形成原点触发指令；

所述触摸区域为平面区域或者曲面区域。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法的步骤。

根据本发明提供的一种手持设备，所述手持设备包括上述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制系统或者包括上述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

根据本发明提供的一种终端系统，包括上述的手持设备。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、陀螺仪配合物理按键等操作键很好解决了原点问题，用于无人机、遥控车以及电子游戏等的操控时非常方便，且虚拟摇杆体积和操作空间小，便于携带，更可兼容在现有的智能手机等用户终端上实现额外的虚拟摇杆。

2、以操作键的触发来设置原点的方法可以在三维空间上得到灵活的操作，用户可以在任意位置操作，而不必限定于单一平面或者单一基轴，可以同时控制两个轴的运动，也可以独立控制一个轴而确保另一个轴的偏移量为0，这点传统通用机械摇杆是做不到的，更可以广泛的应用于各类遥控器中而不受限制，特别有利于产品形态的设计。例如对于遥控车而言，用陀螺仪作为方向控制(永远有效)，用陀螺仪作为油门刹车(用物理按键触发)，在同样的体积和允许操作空间下，操控会比用摇杆方便和精确很多。在某些场合，可以有超过一个虚拟摇杆，用几个按键分别激活陀螺仪的X，Y，Z轴，这可以节省大量空间。

3、虚拟摇杆的启动与停止可根据场景需要，释放激活键，就可以任意调整姿势，以更方便的姿态操作，包括单手操作，从而可以用于更多场景；尤其是在用机械摇杆操作的过程中，常常需要迅速取消控制(把控制量归零)，如果手直接释放摇杆，摇杆回中很快，但是要抖动一阵才能稳定归零；如果用手指控制归零，就不会特别快；而用虚拟摇杆的方法，释放激活按键就可以让控制量归零，而且没有振动。

4、传统机械摇杆的结构很难保证生产时候好的一致性，这对用户体验影响很大。本发明的技术方案的生产一致性要远远超过机械摇杆。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中利用电位器实现的手柄的原理示意图。

图2为本发明的原理示意图。

图3、图4为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法，包括：

原点触发步骤：实时检测由操作键被触发而形成的原点触发指令；

原点设置步骤：根据接收到原点触发指令时陀螺仪的当前状态，设置原点状态；

偏移处理步骤：获取陀螺仪的实时状态与所述原点状态之间的变化量，并经过相应的算法处理，得到虚拟摇杆的偏移量。

具体地，所述操作键为物理按键或者虚拟按键。虚拟按键可以是触控屏上的通过触碰控制的图案按键。所述操作键与所述陀螺仪均为同一用户终端中的装置，陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。以智能手机为例，目前，智能手机中一般均已配备有陀螺仪和物理按键，例如音量键、拍照键、返回键、解锁键等等，基于目前的智能手机结合本发明提供的虚拟摇杆控制方法就可以将智能手机改进作为虚拟摇杆，实现与现有手机设备的兼容。

原点触发指令是由操作键被触发而形成的。操作键被触发是指操作键被用户触发，例如用户手指按压操作键形成对操作键的触发，或者用户手指触摸操作键形成对操作键的触发，优选例中将用户对操作键的操作细化区分为触发和释放，此时，原点触发指令仅能够因触发而形成，与操作键被触发后至被释放之间的持续时间无关。这样，操作键的被触发和被释放能够形成不同的指令，丰富了虚拟摇杆的操控功能。

原点触发指令是实时形成的。在发明中，原点触发指令是实时形成的，而非提前预定形成的，从而能够更好的适应用户操作的需求。所述原点触发指令用来触发得到一个原点，例如原点在二维或三维空间中的空间位置，又例如原点被设置时刻时陀螺仪的角运动量，又例如原点在二维或三维空间中的空间位置与原点被设置时刻时陀螺仪的角运动量之间的组合。原点触发指令可以在任一时刻形成，原点触发指令在陀螺仪所在用户终端平动、转动或者平转动复合运动过程中的任一时刻形成。

所述原点触发步骤每次被执行后，所述原点设置步骤重新设置原点状态。

所述原点触发指令包括平面指示信息，其中，所述平面指示信息用于指示一个或多个平面；

在所述原点设置步骤中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

在所述偏移处理步骤中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量。

或者，所述原点触发指令包括基轴指示信息，其中，所述基轴指示信息用于指示一个或多个基轴；

在所述原点设置步骤中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量；

在所述偏移处理步骤中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量。

所述平面是指作为定义偏移量而定义为基准的平面。所述基轴是指作为定义偏移量而定义为基准的轴线。对于所述平面，可以用所述平面内的位移、方位或者与平面之间的夹角、距离为偏移量。对于所述基轴，可以用所述基轴上的位移或者与基轴之间的方位、夹角为偏移量。相对于基准的平面、基准的轴线之间的偏移量之间可以相互转换，例如在基准的轴线上的位移，可以用与垂直于该轴线的基准的平面的距离来替代。具体地，下面以所述平面为例进行说明。所述平面指示信息用于指示一个或多个平面，其中所述平面可以是预设置的平面，例如水平面、铅垂面，所述平面也可以是实时确定的平面，例如陀螺仪当前角运动量所在的平面及其垂直面，又例如陀螺仪所在用户终端显示屏所在的平面及其垂直面，又例如游戏等画面显示屏所在平面及其垂直面。对于所述平面指示信息没有指示的平面，则不输出所述偏移量在所述没有指示的平面上的分量。这样，可以有选择性地得到一个预设的或者实时确定的平面内的虚拟摇杆，也可以有选择性地仅在预设的或者实时确定的多个平面内的多个虚拟摇杆，且在非指示的平面上没有虚拟摇杆。

所述原点触发指令通过以下任一种方式形成：

--所述原点触发指令由操作键被单次或多次触发或者延迟触发形成；

--所述原点触发指令由一个操作键或多个操作键的组合被触发形成；或者所述原点触发指令由多个操作键被触发形成，其中，多个操作键分别独立控制不同平面内的原点触发指令。

例如，通过两个不同的物理按键分别独立触发，来形成分别对应水平面、铅垂面上控制的两个不同的原点状态，也就是说，通过不同的操作键被触发对应设置不同的原点状态，并且在偏移处理步骤中得到不同的多个偏移量，优选地，所述多个偏移量对应不同的平面。

在变化例中，所述虚拟按键包括由触摸区域提供的触摸按键；触摸按键的操作包括敲击和/或拖拉；在拖拉起点时刻或者拖拉结束时刻形成原点触发指令；所述触摸区域为平面区域或者曲面区域。通过触摸区域，可以得到具有更贴合表面的操作感受，例如在实体杆部的表面布置触摸区域，或者根据所依附实体部件的异形表面形状布置触摸区域，例如玩具步枪的枪柄表面为不规则的异形形状，在枪柄表面布置触摸区域后，可令触摸区域的数量为一个或者多个，以两个为例，其中一个触摸区域控制枪口的移动，另一个触摸区域控制狙击镜的放大倍数，从而替代了实体的扳机与狙击镜倍数调节旋钮，一个手就可以对这两个功能实现操控。

所述基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法，包括原点归零步骤，其中，所述原点归零步骤包括如下任一个步骤：

--按键归零步骤：检测到归零键被触发后，实时停止输出虚拟摇杆的偏移量；其中，所述归零键与操作键为同一个键或者不同的键；

--原点重设步骤：用在后的原点触发指令取代在前的原点触发指令来设置原点状态；其中，所述在前的原点触发指令、在后的原点触发指令分别是指检测到的操作键在时间上先、后被触发而形成的原点触发指令。

具体地，通过按键归零步骤，可以灵活地实时控制是否启动虚拟摇杆；若启动虚拟摇杆，则持续输出所述偏移量；若停止虚拟摇杆，则停止输出所述偏移量。通过所述原点重设步骤，可以即实现原点的归零，又可以重新设置得到新的原点状态，从而在两个原点不同的虚拟摇杆之间可以在时间和空间距离上无缝切换。

所述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法，还包括偏移量输出持续控制步骤，其中，所述偏移量输出持续控制步骤包括如下任一个步骤：

--持续激活输出步骤：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被释放；

--重设激活输出步骤：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被重新触发。

具体地，使用物理按键配合陀螺仪，能够产生额外的虚拟摇杆，完成各种动作。以智能手机为例，由于虚拟摇杆属于额外的虚拟设备，因此可以仅在需要时将虚拟摇杆激活启动，在无需要时可不生成虚拟摇杆，从而物理按键释放给其它功能使用。例如，在检测到操作键的按键动作时或者在特定的应用中，启动检测陀螺仪的动作，并读取相应数据，计算相应的偏移量，然后发送相应类似摇杆的控制信号，并且可以设置为操作键必须持续被按压才持续地激活虚拟摇杆。

下面对所述基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法相应及对应的控制系统、存储介质、手持设备、终端系统进行说明。

根据本发明提供的一种基于陀螺仪的虚拟摇杆控制系统，包括：

原点触发模块：实时检测由操作键被触发而形成的原点触发指令；

原点设置模块：根据接收到原点触发指令时陀螺仪的当前状态，设置原点状态；

偏移处理模块：获取陀螺仪的实时状态与所述原点状态之间的变化量，得到虚拟摇杆的偏移量。

所述原点触发指令包括平面指示信息，其中，所述平面指示信息用于指示一个或多个平面；

在所述原点设置模块中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

在所述偏移处理模块中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述平面指示信息所指示的平面中的状态分量；

或者，所述原点触发指令包括基轴指示信息，其中，所述基轴指示信息用于指示一个或多个基轴；

在所述原点设置模块中，将当前状态分量设置为原点状态，其中，所述当前状态分量是指陀螺仪的当前状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量；

在所述偏移处理模块中，获取实时状态分量与所述当前状态分量之间的变化量，其中，所述实时状态分量是指陀螺仪的实时状态位于所述基轴指示信息所指示的基轴上的状态分量。

所述原点触发指令通过以下任一种方式形成：

--所述原点触发指令由操作键被单次或多次触发形成；其中，触发形式为即使触发或者延迟触发；

--所述原点触发指令由一个操作键或多个操作键的组合被触发形成；或者所述原点触发指令由多个操作键被触发形成，其中，多个操作键分别独立控制不同平面内的原点触发指令或者分别独立控制不同基轴上的原点触发指令。

所述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制系统，包括原点归零模块，其中，所述原点归零模块包括如下任一个模块：

--按键归零模块：检测到归零键被触发后，实时停止输出虚拟摇杆的偏移量；其中，所述归零键与操作键为同一个键或者不同的键；

--原点重设模块：用在后的原点触发指令取代在前的原点触发指令来设置原点状态；其中，所述在前的原点触发指令、在后的原点触发指令分别是指检测到的操作键在时间上先、后被触发而形成的原点触发指令。

述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制系统，还包括偏移量输出持续控制模块，其中，所述偏移量输出持续控制模块包括如下任一个模块：

--持续激活输出模块：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被释放；

--重设激活输出模块：所述偏移量从操作键被触发时开始输出，并且持续输出偏移量，直到操作键被重新触发。

所述操作键物理按键或者虚拟按键；

所述虚拟按键包括由触摸区域提供的触摸按键；

触摸按键的操作包括敲击和/或拖拉；在拖拉起点时刻或者拖拉结束时刻形成原点触发指令；

所述触摸区域为平面区域或者曲面区域。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制方法的步骤。

根据本发明提供的一种手持设备，所述手持设备包括所述的基于陀螺仪的虚拟摇杆控制系统或者包括所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

根据本发明提供的一种终端系统，包括所述的手持设备。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。