度层可显示展示的项（中央项除外）的数目Ck:Ck = Jr(Rk+Nk+rD/rdk，其中，Ck取整数，小数部分按四舍五入；
[0023](2. 24)、通过辐射树上的第k窗口中的任一节点位置Zk来确定第k和第k+1层之 间的距尚Lk:Zk= _2Wk/Hk(k= 1 时，Z!= 0)，Lk=Zk_Zk+1;
[0024] 所述使用参数化虚拟手型定义统一的手势模型是指通过对3D辐射树的显示空间 和真实空间中的手部特征的标定定义接触手势映射模型和非接触手势映射模型，包括以下 步骤：
[0025] (3. 1)、利用手势捕获装置传递的运动数据，与3D辐射树的显示空间进行空间配 准计算，获取手型掌心位置、手指数目运动信息并形成参数化虚拟手型，计算过程如下：
[0026](3. 11)、计算手型掌心位置的移动变化距离：
[0027]
【主权项】
1. 一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面，面向计算机系统中的层次化信息结 构构建一种新颖的3D手势界面，结合层次化信息的3D辐射树显示方式以及手势捕获装置 采集到的手势运动数据，使用参数化虚拟手型定义统一的手势模型，进而构建一套用于计 算机系统层次化信息自然操控的手势指令并实现交互响应。
2. 根据权利要求1所述的一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面，其特征在于： 所述层次化信息的3D辐射树显示方式是通过扩展2D辐射树的表示方式构建的动态3D辐 射树表示方式，具体包括以下步骤： (2. 1)、计算3D辐射树界面中第k层窗口的大小和位置： Wk= 3W/2 (k+1), Hk= 3H/2 (k+1)， Xiueft= 5W/2 (k+2)-Wk/2， W= H/2， Zk，left= _2 kWk/Hk (k = I 时，Z1 = 0); 其中，k可取I、2、…n，表示层次化信息中依次向屏幕内部延伸的深度层序列号，最大 值n为窗口尺度，表征同时可展示层数目，优选为3 ;Wk，Hk分别为第k深度层的平面宽度和 平面高度，Xk， left，Yk，left，Ziurft分别为第k深度层的窗口左上角坐标;W、H为当前计算机显 示屏屏幕的宽度和高度； (2. 2)、进行每层窗口中信息子项的展现：通过以辐射方式绕窗口中央项NodetC1旋转 绘制球型节点来展现，表示为{Nodetl，Nodet2, Nodet3. .. Nodeti. 其中，中央项Nodeti 是为上层结点Nodek+1,j的一个复制映射；第k深度层中央项Node k，JP信息子项的半径与坐 标位置的计算过程如下： (2.21)、确定第1^深度层中央项的球心坐标（父1;，￥1;，2 1;)4=51/2(15+2)，￥1;=11/2,21; =-2kWk/Hk(k = 1时，Z1= 0)，球心半径为Rk= HkV(2(k+1)Wk)，Rk为第k深度层中央项的球 心半径； (2. 22)、确定围绕中央项的各个子项的球心坐标（Xi, Yi, Zi) % = (X k+Rk+Nk+r) cos(360/Ck)°，Yi= (Yk+Rk+Nk+rDsinGeO/Ck)。，Zi=Zk,其中 Nk为第 k 深度层中央项距离 各个子项的距离，Nk= (Rk+ri)/2, ri为围绕中央项的第i子项的球心半径，r i= HkV(2(k+2) Wk); (2.23)、确定当前深度层可显示展示的项（中央项除外）的数目〇;:(：1;=31〇? 1;+队+1^)/ ri-3k，其中，Ck取整数，小数部分按四舍五入； (2. 24)、通过辐射树上的第k窗口中的任一节点位置Zk来确定第k和第k+1层之间的 距尚 Lk :Zk= _2 Wk/Hk (k = 1 时，Z1= 0)，L k= Z k_Zk+1。
3. 根据权利要求1所述的一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面，其特征在于： 所述使用参数化虚拟手型定义统一的手势模型是指通过对3D辐射树的显示空间和真实空 间中的手部特征的标定定义接触手势映射模型和非接触手势映射模型，包括以下步骤： (3. 1)、利用手势捕获装置传递的运动数据，与3D辐射树的显示空间进行空间配准计 算，获取手型掌心位置、手指数目运动信息等手部特征形成参数化虚拟手型，计算过程如 下： (3. 11)、计算手型掌心位置的移动变化距离：
置的帧数，Py X，Py y，Py Z则为第j帧手势捕获装置所获得的手型掌心的真实坐标值结合 已知中心基准点配准方法最后计算得到的虚拟坐标值，1，2为项 Nodelu在3D辐射树的显示空间中具体位置的虚拟坐标值； (3. 12)、计算手指数目变化量 count :count = count [0]-count [m]，count [0]为手势捕 获装置捕获的当前帧手指数目，count [m]为前第m帧手指数目； (3. 2)、以参数化虚拟手型是否抓取3D辐射树界面中的项Nodet i为依据，设置手势捕 获装置的帧数m和虚拟空间碰撞阈值d，在m帧数内，D小于阈值d，且count == 5则代表 接触手势映射模型，否则为非接触手势映射模型。
4. 根据权利要求1所述的一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面，其特征在于： 所述用于计算机系统层次化信息自然操控的手势指令是指根据接触手势映射模型，将层次 化信息的对象类操作方法映射为选择类手势指令，实现在（W，H)屏幕空间映射范围内，依 赖Node lu项的选择完成对应操作；根据非接触手势映射模型，将层次化信息的观察方法映 射为界面类手势指令，实现在（W，H)屏幕空间映射范围内，不需依赖Node lu项的选择完成 对应操作。
5. 根据权利要求4所述的一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面，其特征在于： 所述的选择类手势指令具体包含移动指令、打开指令、复制粘贴指令、重命名指令、显示属 性指令以及删除指令；所述的界面类手势指令包括返回指令、关闭指令、旋转指令、左移指 令、右移指令。
6. 利用权利要求1所述的一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面形成的手势交 互系统，其特征在于：包括集成手势采集装置、3D显示装置以及集成在3D显示装置上的3D 车射树界面，所述手势米集装置使用Leap Motion，所述3D显不装置米用主动式偏振光眼 镜与带有偏振显示功能的液晶显示器，所述手势采集装置和液晶显示器均直接连接电脑主 机；所述3D辐射树界面绘制采用双视点摄像机方式隔帧渲染。
【专利摘要】本发明公开了一种面向层次化信息自然操控的3D手势界面，面向计算机系统中的层次化信息结构构建一种新颖的3D手势界面，结合3D手势界面层次空间的3D辐射树显示方式以及手势捕获装置采集到的手势运动数据，使用参数化虚拟手型定义统一的手势模型，进而构建一套用于计算机系统层次化信息自然操控的手势指令并实现交互响应。利用本发明，可以方便地通过手势对层次化信息结构进行有效管理，符合人们的自然手势行为，便于理解，省力易行。
【IPC分类】G06F9-44, G06F3-01
【公开号】CN104820584
【申请号】CN201510007855
【发明人】李书杰, 李琳, 汪云, 张迎凯, 鲍晖, 蒋祥平, 曹姗姗
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年1月7日