专利名称：用来控制三维空间旋转的指标控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及提供一种指标控制系统，尤指一种可用一指控制装置来控制一标的物于一三维空间图像(three dimensional image)内的旋转的指标控制系统。
一般电脑常用的指标控制装置例如滑鼠(mouse)、轨迹球(track ball)等等，常被用来控制一标的物于一二维空间图像上的位移。对于控制一标的物于一三维空间内旋转的动作例如目前非常风行的电视游戏(TV games)、虚拟实境(virtualreality)等电脑程序，则较少用一般的指标控制装置来控制。这种三维空间的旋转控制通常都是用较复杂的电脑摇杆来完成。然而电脑摇杆的体积通常都很大，并不适于携带。而一般的指标控制装置则常被用来做二维空间上的旋转控制，在三维空间上的旋转控制则很少见。因此当某些电脑程序需要做三维空间上的旋转控制而电脑系统又未设有电脑摇杆时，使用者通常就无法完成这种复杂的旋转控制。
因此本发明的主要目的在于提供一种可常用的指标控制装置来轻易完成一标的物于一三维空间内的旋转控制的指标控制系统。
本发明指标控制系统用来控制一标的物于-三维空间图像内的旋转，该三维空间包含有二不平行的第一轴向及第二轴向，该指标控制系统包含有一图像显示装置用来显示该三维空间图像，其特征在于，一电脑电连接于该显示装置以及一指标标控制装置电连接于该电脑，该电脑包含有一程序用来控制该显示装置的图像显示以及控制该标的物于该三维空间图像内的旋转，该指标控制装置包含有一外壳，以及一第一指标控制器设于该外壳之上，该第一指标控制器包含有(1)一球体以可旋转的方式设于该外壳内；(2)一第一旋转轴及一第二旋转轴以可旋转方式设于该外壳内，用来与该球体相作用以检测该球体的旋转；(3)一第一角位移检测器用来检测该第一旋转轴的旋转并产生一相对应的第一角位移讯号；以及(4)一第二角位移检测器用来检测该第二旋转轴的旋转并产生相对应的第二角位移讯号；当该程序收到该第一角位移讯号时，该程序会依据一预定的转换模式将该第一角位移讯号转换成为一第二旋转角度，并将该标的物沿该第一轴向旋转该第一旋转角度，当该程序收到该第二角位移讯号时，该程序会依据另一预定的转换模式将该第二角位移讯号转换成为一第二旋转角度，并将该标的物沿该第二轴向旋转该第二旋转角度。
按照上述本发明结构，能提供一种结构简单、小型的指标控制系统。
附图简单说明
图1为本发明指标控制系统的示意图。
图2为图1所示指标控制装置的部分结构示意图。
图3为图1所示指标控制系统的功能方块图。
图4为图1所示指标控制装置的另一种变化。
请参阅图1。图1为本发明指标控制系统10的示意图，系统10为一手提型电脑。系统10包含有一显示器14用来显示一位于一三维空间图像16中的标的物18于其荧幕平面17上，一近似方形的机体20。机体20设有一键盘22于其上方，以及一指标控制装置12设于机体20接近使用者的一端。指标控制装置12是用来控制标的物18在三维空间图像16的旋转。
指标控制装置12包含有一近似直角的外壳24，其具有一水平面26及一垂直面28，一第一指标控制器30设于水平面26上，一第二指标控制器32设于垂直面28上，以及二个按键34。第一指标控制器30和第二指标控制器32均为一轨迹球(track ball)，两者都可用来控制标的物18的旋转。
图像16内的三维空间可以用图像16上所显示的三个相互垂直的轴向X、Y及Z来表示。荧幕平面17的平面是由X轴向及Y轴向所构成，而Z轴向则与荧幕平面17垂直、设于水平面26上的第一指标控制器30是用来控制标的物18在X轴向及Z轴向的旋转，而设于垂直面28上第二指标控制器32则是用来控制标的物18在X轴向与Y轴向的旋转。
基于一般人对于三维空间认识方式的考虑，由于荧幕平面17上所显示的三维空间图像16能与指标控制装置12的水平面26及垂直面28所代表的实体三维空间之间能建立起某种程度的一致性，因此使用者就能很直觉的用水平面26上的第一指标控制器30来操控标的物18在X轴向及Z轴向的旋转，以及用垂直面28上的第二指标控制器32来操控标的物18在X轴向及Y轴向的旋转。这种由实体与图像中的三维空间之间的对应关系而建立的直觉式控制模式使得三维空间标的物的旋转控制大为简化，它可以让使用者很直觉的学习并操作某一标的物在三维空间图像内的旋转。
请参考图2。图2为图1所示指标控制装置12中的第一指标控制器30的结构示意图。指标控制器30为一常见的轨迹球，其包含有一球体40以可旋转的方式设于外壳24内，二相互垂直的第一旋转轴42及第二旋转轴44以可旋转的方式设于外壳24内用来与球体40相作用以检测球体40的旋转，一第一角位移检测器46用来检测该第一旋转轴42的旋转并产生一相对应的第一角位移讯号，以及一第二角位移检测器48来用检测该第二旋转轴44的旋转并产生一相对应的第二角位移讯号。每一角位移检测器均包含有一光栅50设于一旋转轴的一端以及一感测装置52用来感测光栅50的转动以产生该第一或第二角位移讯号。
当球体40移动时，第一旋转轴42及第二旋转轴44会被带动并将第一角位移检测器46及第二角位移检测器48的光栅50转动，此时感测装置52就可以因感测到光栅50的转动而产生相对应的第一及第二角位移讯号。其中第一角位移检测器46所产生的第一角位移讯号是用来控制标的物18沿Z轴向的旋转，而第二角位移检测器48所产生的第二角位移讯号则是用来控制标的物18沿X轴的旋转。
图1所示的第二指标控制器32它的结构也和图2所示的第一指标控制器30相同，它也包含有一个球体以可旋转的方式设于外壳24的垂直面28上，二相互垂直的旋转轴以可旋转的方式设于外壳24内用来与该球体相作用以检测该球体的旋转，以及二个角位移检测器用来检测该第二旋转轴的旋转并产生二相对应的角位移讯号用来控制标的物18沿X轴向及Y轴向的旋转。
图3为图1所示指标控制系统10的功能方块图。系统10包含有一指标控制装置12，一显示器14，以及一机体20电连于指标控制装置12及显示器14之间。机体20内包含有一存储器84用来存储程序，一处理器80用来执行程序，一显示控制程序86储存于存储器84中用来控制三维空间图像16的显示以及依据指标控制装置12所产生的角位移讯号来控制标的物18于图像16内的旋转，以及一图像电路82用来处理显示器14所显示的图像讯号。
指标控制装置12包含有一由轨迹球构成的第一指标控制器30用来产生二角位移讯号来控制标的物18在三维空间图像16中沿X轴向及Z轴向的旋转，一由轨迹球构成的第二指标控制器32用来产生二角位移讯号来控制标的物18在图像16中的沿X轴向及Y轴向的旋转，一由二个按键34所组成的按键电路74用来产生按键讯号，以及一控制电路70用来将各个讯号经由界面电路72传给机体20。当机体20中的显示控制程序86收到界面电路72传来的角位移讯号后，它会依据一预定的转换模式将该角位移讯号转换成为一旋转角度，并将显示于影像16内的标的物18沿一预定的轴向旋转该旋转角度。
在操作某一个指标控制器30或32时，有时使用者会希望标的物18只沿某一个轴向旋转而不会同时沿二个轴向旋转，这样的旋转使使用者可以清楚的看到标的物18在某一个轴向上各个不同角度的外观，这种单一轴向的旋转控制对某些从事设计工作的人来说是很重要的。在这种情形下，为了防止标的物18会沿二个轴向同时旋转，显示控制程序86在同一时间内若同时收到某一指标控制器传来的二个位角移讯号，它可被设定成只选取较大的角位移讯号而将另一较小的角位移讯号忽略掉。
此外，若使用者同时触动了指标控制器30及32时，由于两个指标控制器都会产生控制X轴向的角位移讯号，因此程序86会同时收到二个用来将标的物18沿X轴向旋转的角位移讯号，这可以有两种处理方式。第一种方式是将两者所产生控制X轴向的角位移讯号相加后再沿X轴向转动标的物18，这种方式会使标的物18在X轴向上的转动速度显得比其它轴向来的快。另一种方式则是选择两个角位移讯号中的一个，例如一律选择角位移大的那一个或选择由某一个特定的指标控制器所产生的X轴向上的角位移讯号，并舍弃另外一个，这种方式则会使标的物18在X轴向上的转动速度显得比较自然。
请参考图4。图4为图1所示指标控制装置12的另一种变化。指标控制装置90包含有一外壳91，其上有二相互垂直的操作面水平操作面92及垂直操作面94，一由轨迹球构成的第一指标控制器96设于水平操作面92上，一由可来回转动的转轮所构成的第二指标控制器98设于垂直操作面94上。第一指标控制器96是用来控制标的物18在X轴向与Z轴向的转动，第二指标控制器98则是用来控制标的物18在Y轴向的转动。与图1所示的指标控制装置12相比，图4指标控制装置90中的第二指标控制器98只做单一轴向的旋转控制。而指标控制装置90的功能方块图则与图3所示指标控制器12相同。
权利要求
1．一种指标控制系统用来控制一标的物于-三维空间图像内的旋转，该三维空间包含有二不平行的第一轴向及第二轴向，该指标控制系统包含有一图像显示装置用来显示该三维空间图像，其特征在于，一电脑电连接于该显示装置以及一指标标控制装置电连接于该电脑，该电脑包含有一程序用来控制该显示装置的图像显示以及控制该标的物于该三维空间图像内的旋转，该指标控制装置包含有一外壳，以及一第一指标控制器设于该外壳之上，该第一指标控制器包含有(1)一球体以可旋转的方式设于该外壳内；(2)一第一旋转轴及一第二旋转轴以可旋转方式设于该外壳内，用来与该球体相作用以检测该球体的旋转；(3)一第一角位移检测器用来检测该第一旋转轴的旋转并产生一相对应的第一角位移讯号；以及(4)一第二角位移检测器用来检测该第二旋转轴的旋转并产生相对应的第二角位移讯号；当该程序收到该第一角位移讯号时，该程序会依据一预定的转换模式将该第一角位移讯号转换成为一第二旋转角度，并将该标的物沿该第一轴向旋转该第一旋转角度，当该程序收到该第二角位移讯号时，该程序会依据另一预定的转换模式将该第二角位移讯号转换成为一第二旋转角度，并将该标的物沿该第二轴向旋转该第二旋转角度。
2．如权利要求1所述的指标控制系统，其特征在于，该第一轴向与该第二轴向相互垂直。
3．如权利要求1所述的指标控制系统，其特征在于，该第一指标控制器的第一旋转轴及第二旋转轴相互垂直。
4．如权利要求1所述的指标控制系统，其特征在于，当该第一及第二角位移讯号于同一时间内被该程序接收时，该程序只选取较大的角位移讯号而将另一较小的角位移讯号忽略。
5．如权利要求1所述的指标控制系统，其特征在于，该三维空间包含另一与该第一轴向及第二轴向二不平行的第三轴向，该指标控制装置设有二呈近似直角关系的水平操作面与垂直操作面，该第一指标控制器系设于该水平操作面上，而该指标控制装置另包含有一第二指标控制器设于该垂直操作面上，该第二指标控制器包含有(1)一球体以可旋转的方式设于该垂直操作面上；(2)二相互垂直的旋转轴以可旋转的方式设于该外壳之内，用来与该球体相作用以检测该球体的旋转；以及(3)二角位移检测器用来检测该第二旋转轴的旋转并产生二相对应的角位移讯号用来控制该标的物沿该第一轴向及第三轴向的旋转。
6．如权利要求5所述的指标控制系统，其特征在于，该第三轴向与该第一及第二轴向相互垂直。
7．如权利要求5所述的指标控制系统，其特征在于，该第一指标控制器可为一轨迹球用来产生该第一角位移讯号及第二角位移讯号。
8．如权利要求5所述的指标控制系统，其特征在于，该第二指标控制器可为一轨迹球用来产生该二角位移讯号。
9．如权利要求1所述的指标控制系统，其特征在于，该二角位移检测器各包含有一光栅设于该二旋转轴的一端以及一感测装置用来感测该光栅的转动以产生该第一及第二角位移讯号。
10．一种指标控制系统用来控制一标的物于-三维空间图像内的旋转，该三维空间包含有三个相互垂直的第一、第二及第三轴向，该指标控制系统包含有一图像显示装置用来显示该三维空间图像，其特征在于，一电脑电连接于该显示装置以及一指标控制装置电连接于该电脑，该电脑包含有一程序用来控制该显示装置的图像显示以及控制该标的物于该三维空间图像内的旋转，该指标控制装置包含一具有一水平面及一垂直面的弯角外壳，一第一指标控制器设于该外壳的水平面上，该第一指标器包含有(1)一球体以可旋转的方式设于该外壳内；(2)二相互垂直的旋转轴以可旋转方式设于该外壳内，用来与该球体相作用以检测该球体的旋转；以及(3)二角位移检测器用来检测该二旋转轴的旋转并产生二相对应的第一及第二角位移讯号；该指标控制装置另包含有一第二指标控制器设于该外壳的垂直面上用来产生一第三角位移讯号，当该程序收到该第一、第二或第三角位移讯号时，该程序会依据一预定的转换模式将其转换成为一旋转角度，并将该标的物沿该第一、第二或第三轴向旋转该旋转角度。
11．如权利要求10所述的指标控制系统，其特征在于，该第一指标控制器可为一轨迹球用来产生该二角位移讯号。
12．如权利要求10所述的游标控制装置，其特征在于，该第二游标控制器可为一可来回转动的转轮用来产生该第三角位移讯号。
全文摘要
一种指标控制系统包含有图像显示装置,电脑以及指标控制装置,电脑包含一程序。该指标控制装置包含外壳,一球体以可旋转方式设于外壳内,二相互垂直的旋转轴设于外壳内,用来与球体相作用检测该球体的旋转,以及二角位移检测器用来检测该二旋转轴的旋转并产生二对应的第一及第二角位移讯号。该程序依据一预定转换模式将所述两角位移讯号转换成一旋转角度,并将标的物沿该第一或第二轴向旋转该旋转角度显示在显示器上。
文档编号G06F3/033GK1204801SQ97114529
公开日1999年1月13日 申请日期1997年7月9日 优先权日1997年7月9日
发明者何恒春 申请人:致伸实业股份有限公司