专利名称：一种用于交互式电子白板的电子笔及其交互控制方法
技术领域：
本发明涉及交互电子白板的交互控制技术领域，尤其涉及交互式电子白板的电子笔及在 电子笔上的按键和交互式电子白板上的"跟着笔走"的工具条，以及大屏幕交互式电子白板 的交互控制方法。
背景技术：
近些年，多媒体投影系统以及背投、等离子、液晶电视等在教学、演讲、产品展示和报 告中的应用快速地普及开来。这些大屏幕显示设备能很好地呈现电脑上的数字化多媒体材 料。但是人们在实践中发现操作者被限制在电脑显示器前操作鼠标和键盘，限制了操作者 和观众之间的互动和交流。针对大屏幕显示设备不能互动的缺点，交互式电子白板提供给了 人们一种能直接在大屏幕显示设备上用笔/手指操作电脑、书写/标注的互动工具，
附图1示例了一个交互式电子白板系统的基本组成。交互式电子白板系统1 一般是由交 互区域11、电子笔12、显示设备13和计算机14四部分组成。整个系统1的功能是和计
算机14相连的显示设备13将计算机显示器上的内容投射在交互区域11上，达到和多人共 享信息的目的；像鼠标在计算机的显示器上一样，电子笔12在交互区域11上能直接操作电 脑的应用程序；电子笔12还能从鼠标切换成笔，像粉笔在黑板上一样，直接在交互区域上 书写绘画。交互区域11 一般包括交互平面和感应电子笔12在交互平面上的位置的信号接收 和处理电路。
计算机14上主要运行交互式电子白板软件。现在的交互式软件多是标准的Windows风 格/MAC (苹果)的界面，工具条和菜单分布在窗口的上部和两侧。因为个人电脑的显示器比 较小，较大的也只有19英寸，把鼠标从显示器的左上角移动到右下角，最多只需要0.5us 的时间。所以对于个人计算机而言，工具条分布的散乱程度不是影响软件易用性和使用效率 的主要因素。
将一个19英寸屏幕上的内容投射到一个100英寸的交互区域上，桌面上的图标从上往 下散布在白板的右侧，系统工具条又在白板的底部。应用程序窗口的工具条一般在窗口的上 部。操作者站在交互区域前用电子笔或者手指去点击分布在100英寸画面上的工具条或图 标。交互区域要比操作者双臂张开的宽度还要大，操作者伸直了手才能够到交互区域的最上 边。如果操作者在交互区域的左边，他要用电子笔去最小化一个窗口，他必须要走动到右边， 并且伸长胳膊，才能把电子笔够着最小化按钮。
所以在交互式电子白板上，用电子笔去操作固定位置的工具条，操作者必须来回走动去 找工具条，既不方便，也影响观众的视线。交互区域的大小己经成为影响交互式电子白板软件易用性和使用效率主要的因素。"人去找工具条"就是对这一问题最贴切的描述。
对于交互式电子白板软件操作易用性的问题，目前我们还没有看到很好的研究和解决思
路。这可能是因为交互式电子白板还是个新鲜事物，对它了解的人还不是很多，对软件易用
性的问题，就更没有很好地意识到这个问题，或者对这个问题给与足够的重视。
对于易用性的问题，有些交互式电子白板产品在白板两侧的边框上做一些工具条，这样
操作者可以用手指直接去按这些固定在白板边框上的按键，而不是用电子笔去点击软件工具
条上的按钮。但是这样做并不是针对交互式电子白板易用性产生的原因去解决问题。操作者 仍然要不断地在白板前来回走动，去操作固定位置的工具条上的按钮。
发明内容
在交互式白板上操作电脑，和在显示器上用鼠标操作电脑，是两个完全不同使用模式。 现有技术在设计交互式电子白板软件时，完全忽略了在大尺寸交互区域上操作软件的固有特 点，把小屏幕/个人电脑的使用方式照搬到/套用在交互式电子白板上，造成了使用不方便的 问题，存在上述的交互式电子白板系统的易用性和使用效率的各种缺陷。针对交互式电子白 板易用性问题产生的根源，本发明是提出了一种解决易用性问题的方法。即在电子笔上增 加了一个"工具条显隐键"，以及在交互式电子白板软件上采用了 "跟着笔走"的"浮动的 工具条"。这样使用者站在巨大的交互式电子白板前，不需来回走动去"够"固定位置的工 具条，只需轻轻地按动手中电子笔上的工具条显隐键，工具条就会出现在到笔尖下；当不需 要使用工具条上的功能时，按动手中电子笔上的工具条显隐键，工具条又立刻从笔尖下消失。 从而实现了工具条跟着笔走，笔跟着人走的一种人性化交互方式，大大地提高了交互式电子 软件的易用性和软件的操作效率。本发明还设计了交互式电子白板的电子笔、电子笔上的按 键、能"跟着笔走"的浮动工具条、和适合在大尺寸白板上操作的软件界面。这样操作者无
需走动就能访问(access)屏幕上显示的各种应用程序，实现在交互区域上直接对文件进行
修改、改变字体、选择颜色、编辑、复制、保存、书写、绘画等操作。
本发明提出的用于大屏幕交互式电子白板的电子笔及其交互控制方法，其特征在于以下
几方面
第一方面，发明了一种电子笔，该电子笔用于交互式电子白板系统中，在交互区域上能 够当作鼠标和笔使用，笔尖相当于鼠标的左键，电子笔上还有一个相当于鼠标右键的按键， 电子笔能够在鼠标和笔之间来回切换，笔尖能在交互区域上书写和绘画，其特征在于
在该电子笔上还具有一个工具条显隐键，按下电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单就 会出现在笔尖下；当不需要使用工具条上的功能时，按下电子笔上的工具条显隐键，工具条 菜单就会从笔尖下消失。第二方面，发明了一种交互式电子白板系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤 操作者可以在电子白板/幕布之前进行交互操作的步骤；
在交互操作过程中，操作者使用本发明所述的电子笔作为鼠标操作，也可以通过按下该 电子笔上的工具条显隐键，从条形工具条菜单/圆盘形工具条菜单中选择鼠标和笔的切换按 键进行切换的步骤；
操作者按下该电子笔上的某个按键/按键组合时，电子笔会发出和这个按键/按键组合相 对应的编码信号，并通过信号载体被交互区域(11)中的交互设备接收和识别，产生出相应 的消息或事件，并将该消息或事件通知给计算机(14)的步骤；
计算机响应并启动相应的应用程序进行相应的功能处理，将处理后的信息通过显示设备 (13)投影到白板/幕布上显示的步骤；
当操作者在电子白板/幕布之前移动后，操作者可以在移动后的位置处按下电子笔上的 显隐键，浮动的工具条就会出现在笔尖位置的步骤；
其中，工具条不是固定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里，按下显隐键，工具条就能 出现在哪里。
第三方面，发明了一种电子笔中的按键类型信号编码方法，其特征在于笔尖能在白板 上书写和绘画，其特征在于:对按键进行信号编码时，在红外同步信号之后，只用了一根红 外脉冲信号，根据这根红外脉冲相对于红外同步信号出现的位置，来确定按键的类型。
图1交互式电子白板系统
图2电子笔和电子笔上的显隐开关
图3按键编码和识别的方式
图4具有多个功能按钮的圆盘工具条菜单
图5人移动位置之后手握的电子笔点击白板的位置改变后，按下工具条显隐键显示圆盘 工具条
具体实施例方式
在图1所示的交互式电子白板系统中，显示设备13 —般有前投和后投两种投射画面的 方式。等离子电视、液晶电视和背投电视等属于后投(rear projection)方式，而一般的 投影机都是前投(front projection)的，但也可以从后面投射画面，主要取决交互区域的 制作材料。
交互区域11除了作为显示设备13的"幕布"夕卜，还能用电子笔在上面点击和书写。为了把计算机显示器上的内容呈现在众人面前，交互区域的画面尺寸一般为40英寸到120英 寸，甚至更大；为了能在交互区域上操作电脑和书写，交互区域要求是坚硬、光滑、平整的 表面。典型的交互区域有等离子电视、液晶电视和背投电视的玻璃屏幕、白板表面、硬质幕 布、白墙等；为了在交互区域上和计算机进行互动，交互区域要具有定位的能力。在交互区 域的在交互平面上定位电子笔的主要依靠交互区域的位置信号接收和处理电路完成。用来感 应电子笔位置的信号有压感、电磁感应、红外线、超声波、红外线扫描、CCD图像等。定 位的原理不同，定位的精度和系统的使用方便性也不同。
如附图2所示，电子笔12在交互区域上可以当作鼠标和笔使用。 一般说来，笔尖相当 于鼠标的左键，电子笔上还有一个相当于鼠标右键的按键。 一般说来，电子笔上还有一个用 来切换鼠标和笔的按键(图中未示出)，电子笔能从鼠标模式转换成笔的模式，笔尖能在交 互区域上书写和绘画。反之，也可以由笔的模式切换成鼠标模式，进行普通鼠标的功能操作。 此外，电子笔上还具有工具条显隐键，在交互式电子白板上采用了 "跟着笔走"的"浮动的 工具条"，关于该工具条的设计和功能下文有详细的介绍。这样使用者站在巨大的交互式电 子白板前，不需来回走动去"够"固定位置的工具条，只需轻轻地按动手中电子笔上的工具 条显隐键，工具条菜单就会出现在笔尖下；当不需要使用工具条上的功能时，按动手中电子 笔上的工具条显隐键，工具条菜单又立刻从笔尖下消失。从而实现了工具条跟着笔走，笔跟 着人走的一种人性化交互方式，大大地提高了交互式电子白板的易用性和操作效率。
当电子笔上的某个按键(笔尖，鼠标右键，鼠标和笔的切换按键，工具条显隐键)被按 下或者几个按键被同时按下时，电子笔会发出和这个按键/按键组合相对应的编码信号，并 通过某种信号载体被交互区域11接收和识别，产生出相应的消息或事件，该信号载体可以 是具有某种特性的无线电波/载波，比如红外信号。交互式电子白板的定位原理不同，用来 传递编码信号的信号载体也不同。在采用超声波和红外的电子白板中，通常是用红外信号作 为编码信号的载体，用同步脉冲信号之后的几根红外脉冲的二进制组合作为编码信号。当按 下电子笔上的工具条显隐按键，电子笔的电路就发出相对应的编码信号，这个编码信号通过 信号载体，使主机收到这个编码信号，识别并做出响应，主机软件能相应地在笔尖的位置显 示或隐藏工具条菜单。
以下，针对红外编码脉冲出现的位置来识别按键的类型，来示例性地说明具体的按键编 码方式，然而，本领域技术人员知道，对于具有某种特性的无线电波，本发明提供的方法同 样是适用的。
在基于超声波和红外联合定位的交互式电子白板系统中，电子笔上按键的编码一般是红 外信号作为编码信号传输的载体，并且是用红外同步脉冲以后的几根红外脉冲的出现组合来表示不同按键所对应的编码信号，即通过检测在几个固定位置上是否出现了红外脉冲信号来 判断编码信号，即在位置1上出现了红外脉冲就是1，在位置1上没有出现了红外脉冲就是 0。这样笔尖按键可以对应于lll编码，101可以是电子笔笔杆上的第一个按键，诸如此类。 在本发明中，我们提出了一种新的编码方法，如图3所示在红外同步信号之后，我们只用 了一根红外脉冲信号，根据这个红外脉冲相对于红外同步信号出现的位置，来确定按键的类 型，按下不同的按键，红外同步脉冲后出现的第一个红外脉冲(称为按键编码脉冲)相对于 红外同步信号出现的位置是不同的，即只需要检测按键编码脉冲出现的位置(相对于前面的 红外同步脉冲)来判断编码信号。具体实现过程是当检测到红外同步脉冲后，把位置计数 器清零，每收到一个红外样本信号，如果不是脉冲(样本值小于0)，计数器就加l，否则(检 测到脉冲/样本值大于0)，计数器的当前值就表示了按键的编码类型。比如编码脉冲距离红 外同步信号有5个样本，这个编码脉冲就表示笔尖按键被按下了，依次类推。这种新方法只 用了一根红外脉冲，所以就大大节省了信号资源/能源，而且升级换代也方便(如果出现了 新的按键类型，则只需要往后挪动红外脉冲的位置就可以标识出来)。现有技术是在几个固 定位置上是否出现了红外脉冲信号来判断编码信号，而本发明是只需要检测按键编码脉冲出 现的位置来判断编码信号，所以本方案非常容易实现，并且按键识别很准确。 浮动的工具条
在标准的windows风格的软件界面上，工具条都出现窗口的固定位置，或者可以人为拖 动到窗口的各个边框上。在19英寸的显示器上操作这些工具条，没有任何易用性的问题。 但整个桌面内容被投射到100英寸这样大的交互式电子白板上时，把电子笔从白板的其他地 方移动到固定位置的工具条上，所花费的时间之多和走过的距离之长，凸现了固定位置工具 条已经不适合交互式电子白板的使用模式。
针对交互式电子白板的使用模式和特点，本发明提出了一种浮动的工具条，工具条不是 固定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里，按下显隐键，工具条就能出现在哪里，也就是"工 具条跟笔走"。这样避免了人来回走动去找工具条的尴尬，提高了软件易用性和工作效率。
浮动工具条的具体实现是当检测到工具条显隐按键的编码信号，并根据红外同步脉冲 和超声信号计算出此时笔所在的位置坐标(Xt，Yt)，就在(Xt，Yt)为中心的位置显示浮动 工具条，即FloatToolbar::DisplayToolbar(Xt,Yt)，并把当前浮动工具条的状态从"隐藏" 设置为"显示"。操作者可以点击工具条上的任何按钮，来获取/改变当前的操作功能，并包 括用笔尖(相当于鼠标左键)移动工具条的位置。当再次检测到工具条显隐按键的编码信号 时，就隐藏浮动工具条，即FloatToolbar::HideToolbar()，把当前浮动工具条的状态从"显 示"设置为"隐藏"，并记住隐藏前用户选中的工具条上的按钮，在工具条隐藏后，保持这种操作功能。
为了操作的方便，工具条上应当包含使用频率高的功能按钮。比如对于PowerPoint应 用，打开一个PPT文件，PPT工具条就出现在笔尖下面，在这个工具条上，就包含了PPT演 示所需要用到的所有工具，如笔、鼠标、板擦、前翻页，后翻页等等，每个工具对应了工具 条的一个按钮。有了这些工具，90%的操作就不需要用电子笔去点击PPT窗口上的固定位置 的工具条了。除了常见的条状工具条外，为了节约空间，使操作者更容易集中操作工具条上 的各个功能按钮，本发明提出了一个圆盘形状的工具条，如图4所示。圆盘的中心是当前工 具条的主题/状态/模式，按键沿着圆周环绕排开。比如，圆盘的中心是文件编辑主题，则沿 着圆周环绕的各个按键包括文件的修改、字体改变、颜色选择、复制、保存等功能按钮。为 了使笔和鼠标的功能切换方便，每个圆盘工具条上都有一个鼠标和笔的切换工具/按键，这 样无论在任何状态，都能自由地在鼠标和笔之间切换。这样就可以在以笔尖为中心的周围区 域里放置尽可能多的按键，尽可能地减小电子笔移动的距离和次数。
如附图5所示，其示例了本发明的交互式电子白板系统及其控制方法。操作者可以在电 子白板/幕布之前进行通常的报告、教学、演讲、产品展示等操作，在这个过程中，操作者 可以将电子笔作为鼠标操作，也可以通过按下工具条显隐键，从条形工具条/圆盘工具条中 选择鼠标和笔的切换工具/按键迸行切换；操作者按下按键后电子笔会发出和这个工具/按键 相对应的编码信号，并通过信号载体被交互区域11中的交互设备接收和识别，产生出相应 的消息或事件，并将该消息或事件通知给计算机14，计算机响应并启动相应的应用程序进 行相应的功能处理，将处理后的信息通过显示设备13投影到白板/幕布上显示；当操作者在 电子白板/幕布之前移动后，操作者可以在移动后的位置处按下电子笔上的显隐键，浮动的 工具条就会出现在笔尖的位置。工具条不是固定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里，按下 显隐键，工具条就能出现在哪里，也就是"工具条跟笔走"。
显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范 围，比如根据实际设计需要完全可以设计出合适长度的电子笔，或者设计电子笔的长度可以 调节，操作者可以根据使用需要自行调节到合适的长度。倘若本发明的这些修改和变形属于
本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种电子笔，该电子笔用于交互式电子白板系统中，在交互区域上能够当作鼠标和笔使用，笔尖相当于鼠标的左键，电子笔上还有一个相当于鼠标右键的按键，电子笔能够在鼠标和笔之间来回切换，笔尖能在交互区域上书写和绘画。其特征在于在该电子笔上还具有一个工具条显隐键，按下电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单就会出现在笔尖下；当不需要使用工具条上的功能时，按下电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单就会从笔尖下消失。
2. 如权利要求l所述的电子笔，其特征在于当电子笔上的某个按键被按下时，或者几个按键被同时按下时，电子笔会发出和这个按 键/按键组合相对应的编码信号，该编码信号通过某种信号载体被交互区域接收和识别，产 生出相应的消息或事件，该信号载体是具有某种特性的无线电波。
3. 如权利要求2所述的电子笔，其特征在于该信号载体是红外信号。
4. 如权利要求2所述的电子笔，其特征在于对按键进行信号编码时，在红外同步脉冲之后，只用了一根红外脉冲信号，根据这根红 外脉冲信号相对于前面红外同步脉冲出现的位置，来确定按键的类型。
5. 如权利要求l所述的电子笔，其特征在于所述的工具条菜单是浮动的，工具条菜单不是固定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里， 按下显隐键，工具条就能出现在哪里。
6. 如权利要求1或5所述的电子笔，其特征在于所述工具条菜单为条形或者圆盘形状。
7. 如权利要求1或6所述的电子笔，其特征在于所述的工具条菜单上具有PPT演示所需要用到的所有工具按钮。
8. 如权利要求7所述的电子笔，其特征在于所述的工具按钮包括笔、鼠标、板擦、前翻页，后翻页、修改、字体改变、颜色选择、 编辑、复制、保存等一个或者多个按钮。
9. 一种交互式电子白板系统，包括交互区域(11)、显示设备(13)和计算机(14)，其特 征在于还包括如权利要求1-8中任何一项所述的电子笔。
10. —种交互式电子白板系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤 操作者可以在电子白板/幕布之前进行交互操作的步骤；在交互操作过程中，操作者将如权利要求1-8中任何一项所述的电子笔作为鼠标操作，也可以通过按下该电子笔上的工具条显隐键，从条形工具条菜单/圆盘形工具条菜单中选择 鼠标和笔的切换按键进行切换的步骤；操作者按下该电子笔上的某个按键/按键组合时，电子笔会发出和这个按键/按键组合相 对应的编码信号，并通过信号载体被交互区域(11)中的交互设备接收和识别，产生出相应 的消息或事件，并将该消息或事件通知给计算机(14)的步骤；计算机响应并启动相应的应用程序进行相应的功能处理，将处理后的信息通过显示设备 (13)投影到白板/幕布上显示的步骤；当操作者在电子白板/幕布之前移动后，操作者可以在移动后的位置处按下电子笔上的 显隐键，浮动的工具条就会出现在笔尖位置的步骤。其中，工具条不是固定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里，按下显隐键，工具条就能 出现在哪里。
11. 一种电子笔中的按键类型信号编码方法，其特征在于笔尖能在白板上书写和绘画，其 特征在于对按键进行信号编码时，在红外同步信号之后，只用了一根红外脉冲信号，根据 这根红外脉冲相对于红外同步信号出现的位置，来确定按键的类型。
全文摘要
一种用于交互电子白板的电子笔及其交互控制方法，操作者可以将电子笔作为鼠标操作，也可以通过按下工具条显隐键，从条形工具条/圆盘工具条中选择鼠标和笔的切换工具/按键进行切换；电子笔会发出和这个工具/按键相对应的编码信号，通过信号载体被交互区域中的交互设备接收和识别，产生出相应的消息或事件，并将该消息或事件通知给计算机，计算机响应并启动相应的应用程序进行相应的功能处理，并通过显示设备投影到白板/幕布上显示；当操作者在电子白板/幕布之前移动后，操作者可以在移动后的位置处按下电子笔上的显隐键，浮动的工具条就会出现在笔尖的位置，也就是“工具条跟笔走”。
文档编号G06F3/033GK101315586SQ200810132158
公开日2008年12月3日 申请日期2008年7月21日 优先权日2008年7月21日
发明者颖 贾 申请人:颖 贾