虚拟黏土建模触觉设备的制作方法

背景技术：

计算机辅助设计(cad)使得用户能够在计算机的用户界面上对物理现实世界的物体的复杂表面进行建模。这样的建模可以包含计算机在用户界面上显示基础三维(3d)形状(例如，正方体或球体)，以及用户向该计算机提供输入以使得该3d形状形成物理现实世界的物体的经建模的复杂表面。为了准确地并且高效地对该复杂表面进行建模，用户要求使用给用户提供对在用户界面上将该基础形状形成复杂表面的非线性形状的输入设备的控制。然而，现有的输入设备仅仅允许用户针对输入复杂表面的非线性形状而进行的有限的控制。例如，现有的输入设备包括传统的鼠标设备，其限制用户在二维(2d)平面中提供线性输入，如在图1a中所示。现有的输入设备还包括空间鼠标设备，其使得用户能够在3d平面中进行输入，但是仍然将3d输入限制为线性输入，如在图1b中所示。由此，在cad工业中存在对这样的一种输入设备的需求，其给用户提供在用户界面上准确地并且高效地形成物理现实世界的物体的经建模的复杂表面的非线性形状的控制。

技术实现要素：

为了解决现有输入设备的问题，本发明针对给用户提供对形成在计算机的用户界面上显示的经建模的复杂表面的非线性形状的经改进的控制的输入设备、计算机、和方法。该计算机系统和方法可以包括通信地耦合至用户界面的计算机，其中该计算机被配置为在用户界面上显示经建模的表面。所显示的经建模的表面可以对应于物理现实世界的物体的复杂表面，其可以在用户界面上在3d空间中表示。该计算机系统和方法可以将经建模的表面的初始模板显示为基础形状(例如，立方体、球体等)，或者可以从存储器加载先前从初始模板的基础形状所形成的经建模的表面。该计算机系统和方法还包括本发明的输入设备。

该输入设备(例如，触觉设备)可以通过连接接口而通信地耦合至计算机。该输入设备可以包括与在用户界面上所显示的经建模的表面相对应的具有延展性的外表面。所述具有延展性的外表面可以包括显示为与用户界面上的经建模的表面的初始模板相同的基础形状。该输入设备的具有延展性的外表面可以由与公知的压力球类似的材料构成。例如，该具有延展性的外表面可以由以下材料构成：橡胶壳内的不同密度的硅胶、包围着具有可延展性的属性的细粉末的橡胶薄膜，该细粉末适合于在橡胶薄膜内提供一定等级的阻力、闭孔型聚氨酯泡沫橡胶、或其他类似的材料。用户可以通过施加压力以使该具有延展性的外表面变形来向该输入设备提供输入。用户可以通过以下动作中的至少一个动作来施加压力：包括对具有延展性的外表面进行推、拉、戳、挤、刮、和雕刻，以使得向所述具有延展性的外表面施加压力来模拟用黏土来对所显示的经建模的表面的进行塑形(例如，正如汽车设计师会针对概念车而对黏土塑形或者雕塑家会将黏土塑形成模型)。

该输入设备还可以包括可操作地耦合至具有延展性的外表面的一个或多个传感器。该一个或多个传感器被配置为测量(响应于)用于使该具有延展性的外表面变形的所施加的压力。该一个或多个传感器可以在该具有延展性的外表面下方布置为阵列或网格，以使得该传感器测量用于使该具有延展性的外表面变形的施加压力的各个点。该一个或多个传感器可以是压电式传感器或者用于测量压力的本领域内公知的任何其他传感器。该输入设备还包括可操作地耦合至所述一个或多个传感器的处理器。该处理器配置为基于用于使该具有延展性的外表面变形的所施加的测量出的压力来确定该具有延展性的外表面的位移。该处理器还配置为经由连接接口将所确定的位移发送至计算机。

接着，本发明的计算机系统和方法中的计算机可以从该连接接口接收所确定的位移。该计算机可以将所确定的位移转换为所显示的经建模的表面的对应的位移，以使得所显示的经建模的表面在该用户界面上被更新以反映该具有延展性的外表面的变形。在一些实施例中，该计算机转换所确定的位移可以包括通过将所确定的该具有延展性的外表面的位移映射至所显示的经建模的表面上的相应的位置来计算所显示的经建模的表面的对应的位移。在这些实施例中，接着，该计算机可以根据所计算的位移来可视地调整所显示的模型表面的形状。

附图说明

前述内容将从以下对本发明的示例实施例的更加特定的描述中显而易见，如在附图中所示出的，其中，相同的附图标记指的是不同的视图通篇中相同的部件。附图不一定是按比例的，替代地，重点在于示出本发明的实施例。

图1a和1b是在cad系统中所使用的现有技术输入设备的图。

图2a-2e是在本发明的实施例中的由输入设备所模拟的黏土塑形效果的示例。

图2f-2h是在本发明的实施例中的用户施加压力以使输入设备变形的示例。

图3a-3c是在本发明的实施例中的针对物理现实世界的物体的表面的虚拟黏土建模的示例计算机系统的图。

图3d是在本发明的实施例中的用于在计算机与输入设备之间传送数据的示例连接接口的图。

图4a是描绘了在本发明的实施例中的对物理现实世界的物体的表面进行虚拟黏土建模的示例方法的流程图。

图4b-4e是在示例方法4a的实施例中对映射位移的参数进行配置的示例用户界面的图。

图5a-5b是在本发明的实施例中的输入设备的具有延展性的示例外表面的图。

图6是在本发明的实施例中的位于输入设备内部的传感器的示例网格的示意图。

图7是在本发明的实施例中的输入设备的示例内部结构的图。

图8是在本发明的实施例中的用于对物理现实世界的物体的表面进行建模的计算机(或数字处理)系统的框图。

图9是其中可以实现本发明的实施例的示例计算机网络环境的示意图。

具体实施方式

以下是对本发明的示例实施例的描述。

用于对复杂表面进行建模的计算机系统

计算机辅助设计(cad)使得用户能够在计算机的用户界面上对物理现实世界的物体的复杂表面进行建模。这样的建模可以包含计算机在用户界面上显示基础三维(3d)形状(例如，立方体或球体)，以及用户向该计算机提供输入以使得该3d形状形成物理现实世界的物体的经建模的复杂表面。用户要求使用这样的输入设备(例如，触觉设备)，其给用户提供对在用户界面上将该基础形状形成复杂表面的非线性形状的控制。本发明的计算机系统包括使得用户能够以模拟用黏土进行建模的方式将该基础形状形成非线性形状。即，该用户可以类似于将黏土塑形而使输入设备变形，如在图2a-2e中所示，并且由于构成该输入设备的材料，因此所述变形也可以为用户提供与对黏土塑形相同的触觉或感觉。用户可以通过对该输入设备的区域施加压力使该输入设备变形，如在图2f-2h中所示。此外，用户对该输入设备的变形提供输入以在用户界面上使该经建模的表面的基础形状形成相应的非线性形状，以使得用户对输入设备的变形模拟如黏土那样对经建模的表面的塑形(即，虚拟黏土塑形)。这样的虚拟黏土建模使能对物理现实世界的物体的复杂表面进行建模，其通常首先利用黏土原型进行建模，以替代地直接在cad系统中进行建模。

图3a-3c是在本发明的实施例中的针对物理现实世界的物体的表面的虚拟黏土塑形的示例计算机系统300的图。计算机系统300包括具有连接接口350的输入设备340和具有连接接口310的计算机360。输入设备340的连接接口350通过连接电缆320通信地耦合至计算机360的连接接口310。计算机系统300还包括通过连接电缆330通信地耦合至计算机360的显示器362(用户界面)。应当注意，在其他实施例中，接口连接310、350和连接电缆320由无线或蓝牙连接替代或实施。在图3a中，输入设备340被配置为基础3d形状(立方体)，并且计算机360加载相同的基础3d形状364(立方体)，其中，计算机360将该形状显示在用户界面362上(经由连接电缆330)。计算机360将基础3d形状364作为初始模板而从存储器或者从通信地耦合至计算机360的另一个设备加载至计算机360，以作为物理现实世界的物体或其他这样的物体的经建模的表面。

输入设备340使用标准协议(例如，通用串行总线(usb))以分组或其他通信格式，将表示在输入设备340处所接收到的输入的位移数据通过连接电缆320(经由连接接口350)发送至计算机360(经由连接接口310)。计算机360配置有用于在连接接口310处接收分组并且从所述分组取回位移输入数据的标准硬件和软件。计算机360还配置有软件映射接口或硬件映射接口中的一个或两者，例如应用程序接口(api)、操作系统接口等，其使能够将该位移输入数据映射至所显示的基础3d形状364的对应的位移。

该映射接口是基于关于输入设备340的参数(例如，形状、尺寸、输入的敏感度)而具体地配置的(由计算机自动地配置或通过手动输入来配置)。计算机360的映射接口基于这些经配置的参数将该位移输入数据映射至所显示的经建模的表面的对应的位移，以使得相对于对输入设备340的对应的输入而计算所显示的模型表面的位移(例如，位置、方向、深度等)。基于由该映射接口所计算的位移，计算机360将对所显示的经建模的表面的形状(例如，所显示的基础3d形状364)的可见的调整通过连接电缆330而发送至用户界面362，该调整由用户界面362相应地显示。

例如，在图3b中，输入设备340检测由用户的手产生(如在图2f-2h中所示)的输入设备340的变形342。输入设备340使用标准协议通过连接电缆320经由连接接口350发送表示变形342的位移输入数据。计算机360通过使用标准配置的硬件/软件来接收该位移输入数据(在连接接口310处)，并且映射接口(例如，api)将该位移输入数据映射至所显示的基础3d形状364的对应的位移。计算机360的该映射接口基于关于该输入设备340的经配置的参数(例如，其立方体形状、其相对于经位移的基础3d形状364的尺寸、其输入的敏感度等)来执行映射。通过该方式，该映射接口计算所显示的基础3d形状364相对于输入设备340的对应的变形342的位移(例如，位置、方向、深度等)。所计算的位移使得计算机360将对基础3d形状364的可见的调整发送至用户界面362(经由连接电缆330)，所述调整由用户界面362相应地显示为经更新的经建模的表面366。

类似地，在图3c中，输入设备340检测由用户的手产生(如在图2f-2h中所示)的输入设备340的另一个变形344。输入设备340使用标准协议通过连接电缆320经由连接接口350发送表示变形344的位移输入数据。计算机360通过使用标准配置的硬件/软件来接收该位移输入数据(在连接接口310处)，并且映射接口(例如，api)将该位移输入数据映射至当前显示的经建模的表面366的对应的位移。计算机360的该映射接口基于关于该设备的经相同配置的参数(例如，其立方体形状、其相对于所显示的经建模的表面366的尺寸、其输入的敏感度等)来执行映射。通过该方式，该映射接口计算所显示的经建模的表面366相对于输入设备340的对应的变形344的位移(例如，位置、方向、深度等)。所计算的位移使得计算机360将所显示的经建模的表面的可见的调整发送至用户界面362(经由连接电缆330)，所述调整由用户界面362相应地显示为经更新的经建模的表面368。

图3d是用于在计算机360(未在图3d中示出)和计算机系统300的输入设备340之间传送数据的示例连接接口的图。图3d示出了用于在计算机系统300中使用的输入设备的两个示例配置。第一输入设备380代表球体配置选项，而第二输入设备340代表立方体配置选项(如关于图3a-3c所描述的)。本发明的其他实施例可以包括具有任何其他基础3d形状选项(例如，圆柱、金字塔形、圆锥体等等)的输入设备配置。在图3d的实施例中，输入设备380、340中的每个都配备有相同的usb连接接口350，而无论其形状配置是什么。由此，每个输入设备380、340可以利用同一标准usb协议，通过同一标准usb电缆320而将输入数据传送至在计算机360上配置的usb连接器310。输入设备380、340上的usb连接接口310、350的配置使得输入设备380、340能够标准地连接至与现有技术输入设备(例如，图1a的传统鼠标设备或图1b的空间鼠标)相同的计算机。在其他实施例中，可以使用另一个或额外的标准连接器、电缆、和协议组合(例如，人机接口设备、ps/2等)或者私有的连接器、电缆、和协议组合来在输入设备380、340与计算机360之间传送输入数据。另外，在一些实施例中，输入设备380、340可以替代地利用使用相应的无线/蓝牙协议的标准的或私有的无线或蓝牙连接接口以将位移输入数据发送至计算机360的无线/蓝牙接口(即，在不使用连接电缆320的情况下)。此外，在本发明的一些实施例中，不同形状配置选项的输入设备可以支持标准的和私有的连接接口、协议、和电缆(如果不是无线或蓝牙连接)的不同子集。

对复杂表面进行建模的方法

图4a是描绘了在本发明的实施例中的对物理现实世界的物体的表面进行虚拟黏土建模的示例方法400的流程图。在一些实施例中，实例方法400是由图3a-3d的计算机系统300所执行的。计算机系统可以执行图4a的方法400以基于从计算机存储器加载的基础形状(例如，立方体、球体等)的模板来创建物理现实世界的物体的新的经建模的表面。计算机系统还可以执行方法400以修改从计算机存储器加载的物理现实世界的物体的现有的经建模的表面。方法400开始于步骤420处，其中计算机系统在被配置为该计算机系统的一部分的计算机的用户界面上显示经建模的表面(即，基础形状的模板或现有的经建模的表面)。在图4a的实施例中，在3d空间中表示所显示的经建模的界面，但是在其他实施例中，可以在2d空间中表示所显示的经建模的界面。也被配置为该计算机系统的一部分的是通过连接接口而通信地耦合至该计算机的输入设备。该连接接口可以是本领域中公知的任何通信接口，包括有线的、无线的、和蓝牙接口。在一些示例性实施例中，该输入设备的连接接口是图3a-3d的usb连接接口350，其通过usb电缆320将输入设备340通信地耦合至计算机360的相应的连接接口310。

该计算机系统的输入设备包括与该计算机的用户界面上所显示的经建模的表面相对应的具有延展性的(malleable)外表面。此外，该计算机系统使得用户能够连接(经由连接接口)输入设备的配置，该配置与正在由该计算机系统所建模的表面上的形状相对应。即，该输入设备的具有延展性的外表面可以包括相同的基础形状，其中，在该用户界面上所显示的经建模的表面是基于该基础形状的(例如，与用于创建所显示的经建模的表面的初始模板相同的基础形状)。例如，如果该用户界面上的经建模的表面是基于立方体形状的，则将该输入设备的配置相应地选择为立方体形状。又如，如果该用户界面上的经建模的表面是基于球体形状的，则将该输入设备的配置相应地选择为球体形状。

该方法在方法400的步骤430处继续，其中用户(例如，人类用户或机器)通过施加压力以使得该输入设备的具有延展性的外表面变形来向该输入设备提供输入。换句话说，该输入设备接收以由用户对该输入设备的具有延展性的外表面所施加的压力为形式的用户输入。该用户通过以下动作中的一个或多个动作来施加压力以使该具有延展性的外表面变形：推、拉、戳、挤、刮、雕刻，或者进行(assert)任何其他动作。图2f-2h示出了在本发明的一些实施例中的施加压力以使该输入设备的具有延展性的外表面变形的示例。在一些实施例中，用户对该具有延展性的外表面施加压力可以模拟利用黏土塑形的动作。

在方法400的步骤440处，该输入设备接着使用位于该具有延展性的外表面下方的传感器来测量使该输入设备的具有延展性的外表面变形的所施加的压力。在一些实施例中，所述传感器可以是压电式传感器，而在其他实施例中，所述传感器可以是本领域内公知的用于测量压力的一个或多个其他感测器。在示例实施例中，所述传感器可以以耦合至该具有延展性的外表面的阵列或网格(例如，压电式芯片的网格)来布置，以使得所述传感器可以测量大小、方向、深度、位置、以及对使该具有延展性的外表面变形的施加压力的各个点或区域进行定义的其他这样的参数。在其他示例性实施例中，所述传感器可以以耦合至该具有延展性的外表面的其他形式，或者以其他方式检测对该具有延展性的外表面所施加的压力，以使得所述传感器可以类似地测量量级、方向、深度、位置、以及对使该具有延展性的外表面变形的施加压力的各个点或区域进行定义的其他参数。在这些示例性实施例的一些示例实施例中，可以将所述传感器最佳地放置以用于测量对该具有延展性的外表面所施加的压力，类似于澳大利亚纽卡斯尔大学，nsw2308，电子和计算机工程系的dunanthamlin等人2001年7月4日在mechatronics13(2003)的第27-47页上公开发表的“anoptimizationapproachtooptimalplacementofcollocatedpiezoelectricactuatorsandsensorsonthinplate”中所公开的将压电式传感器最佳地放置在软性薄板上的同一位置。

在方法400的步骤450处，输入设备基于使用通信地耦合至传感器的处理器测量出的压力来确定具有延展性的外表面的位移。即，在方法400的实施例中，一个或多个传感器可以将测量出的压力发送至处理器，并且在该处理器处，可以通过将测量出的压力映射至线性或非线性坐标而将该测量出的压力转换为位移值。例如，使用电输出，可以将测量出的压力点映射至x分量和y分量，并且可以将从施加压力的点向外放射状传播的测量出的压力映射至z分量阵列。至x、y和z分量的映射可以基于大小、方向、位置、和定义测量出的压力点的其他这样的参数。以下两个伪代码示例可以用作从测量出的压力确定位移值的一部分。这些示例的伪代码可以被存储在输入设备处的存储器中，并且由处理器执行以从压电式传感器(示例1)取回压力测量，并将该压力测量构造成为位移值(示例2)。

示例1：

示例2：

在其他实施例中，使用测量出的压力，可以将所施加的压力点通过使用矩阵、非线性方程、导数或任何其他这样的数学表达式而映射至位移值。在一些实施例中，一个或多个传感器可以替代地将传感器测量映射至位移值(例如，线性的或非线性的坐标)，并且接着，这些位移值(而不是测量出的压力)被发送至处理器。可以将在所施加压力的一个或多个点、段等上所确定的位移组合到一个数据结构中。此外，可以将一个或多个所确定的位移或者所确定的位移的数据结构临时地存储在处理器上的或者耦合至该处理器的存储器中。

在方法400的步骤460处，输入设备通过通信接口将所确定的位移发送至计算机。在一些实施例中，处理器在其从传感器接收测量出的压力时发送所确定的位移，或者在其他实施例中，处理器可以周期性地取回并发送临时地存储在存储器中的一个或多个所确定的位移或所确定的位移的数据结构。处理器可以使用对应于标准连接接口的标准协议(例如，usb、人机交互设备、或ps/2协议)通过连接接口将所确定的位移或所确定的位移的数据结构发送至计算机。在一些实施例中，该处理器可以将测量出的压力，而不是所确定的位移，从传感器直接发送至计算机，并且接着该计算机(而不是该输入设备)基于在具有延展性的外表面处所施加的压力来确定位移。

在方法400的步骤470处，计算机接收所确定的位移，并且将所确定的位移转换为在用户界面上所显示的经建模的表面的对应的位移。具体而言，计算机在标准通信接口处接收所确定的位移，并且映射接口(例如，操作系统或应用级软件接口)将所接收到的位移映射至在用户界面上所显示的经建模的表面的对应的位移。该映射接口基于关于该输入设备的经配置的参数(例如，其形状、相对于所显示的经建模的表面的输入设备的尺寸、其输入的敏感度等)来执行映射，以计算经建模的表面相对于该输入设备的变形的位移(例如，位置、方向、深度等)。图4b-4e示出了用于配置这些参数的示例用户界面，这些参数映射从用户设备接收到的相对于经建模的表面的位移的位移。计算机根据计算出的位移而可视化地调整在用户界面上所显示的经建模的表面。计算机还可以将经调整的经建模的表面、计算出的位移、或两者存储在存储器中以用于在稍后的时间重新加载该经建模的表面。

输入设备的具有延展性的外表面

图5a和5b是在本发明的实施例中的输入设备的具有延展性的示例外表面的图。图5a和5b具体地示出了切开输入设备340、380的两个配置(立方体和球体)以揭示该具有延展性的外表面的内部构成。通过该方式，图5a示出了立方体配置的输入设备340的具有延展性的外表面，其由覆盖包围着(不同密度的)硅胶535的橡胶薄膜515的外部的低摩擦外顶布510构成。包围着硅胶535的该橡胶薄膜515围绕着输入设备340内的具有相同形状(即，立方体)的内核580。在一些实施例中，该硅胶535可以是technogel，其是结合了流体的3d变形和固体的记忆形状的“软性固体”。位于立方体内核580的每个面上的是布置在方形板(未示出)上的压电式传感器520的矩阵或阵列。应当注意的是，总共六个板包围着立方体内核580(每个面上一个)，然而，出于说明性的目的图5a仅仅示出了立方体内核580的一个面上的压电式传感器520的矩阵或阵列(在板上，未示出)。该立方体内核580容纳配置有输入设备340的处理和存储器组件的堆叠的印刷电路板(pcb)525，所述处理和存储器组件耦合至usb连接接口350以用于从该输入设备的立方体内核580发送经处理的/所存储的数据。

类似的，图5b示出球体配置的输入设备380的具有延展性的外表面，其由覆盖包围着(不同密度的)硅胶555的橡胶薄膜575的外部的低摩擦外顶布570构成。包围着(不同密度的)硅胶555的该橡胶薄膜575围绕着输入设备340内的相同形状(即，球体)的内核585。在一些实施例中，该硅胶555可以是technogel，其是结合了流体的3d变形和固体的记忆形状的“软性固体”。位于球体内核585周围的是布置在围绕该球体内核585的板(未示出)上的压电式传感器520的矩阵或阵列。应当注意的是，出于说明性的目的图5b仅仅示出了部分地围绕该球体内核585的压电式传感器565的矩阵或阵列(在板上，未示出)。该球体内核585容纳配置有输入设备380的处理和存储器组件的堆叠的pcb560，所述处理和存储器组件可以耦合至usb连接接口350以用于从该输入设备380的球体内核585发送经处理的/经存储的数据。在其他实施例中，图5a和5b的输入设备的具有延展性的外表面可以由不同的材料构成，例如包围着具有适合在橡胶薄膜中提供一定等级的阻力的可延展性的属性的细粉末的橡胶薄膜、闭孔型聚氨酯泡沫橡胶、或使用户能够施加压力以使材料变形的任何其他这样的材料。在所有这些实施例中，该具有延展性的外表面为用户提供利用真实的黏土来建模的感觉和控制，以使得用户(例如，雕刻家)可以推、拉、戳、挤、刮、或者雕刻该具有延展性的外表面，所述动作是作为压力测量由输入设备340、380来检测的。

输入设备的内部结构

图6是在本发明的实施例中的位于输入设备内部的传感器的示例网格的示意图。图6示出了输入设备的两个示例配置，立方体配置340和球体配置380。每个配置包括容纳输入设备340、380的电子组件(例如，处理器、连接接口等)的内核580、585，以及包围该内核580、585的具有延展性的外表面620、640。在一些实施例中，具有延展性的外表面620对应于图5a的具有延展性的外表面，而具有延展性的外表面640对应于图5b的具有延展性的外表面。该内核580、585构成与输入设备340、380的配置相同的基础形状(例如，立方体、球体等)，并且具有延展性的外表面620、640包围该内核580、585以采取该相同的基础形状的形式。

位于内核580、585与该具有延展性的外表面620、640之间的是位于围绕该内核580、585的板上的传感器520、565(例如，压电式芯片或其他压力感测器芯片)的矩阵或阵列。传感器520、565的矩阵或阵列是以使得所述传感器既可以测量施加于该具有延展性的外表面620、640的压力，也可以将测量出的压力发送给位于内核580、585内部的处理器的方式放置的。在图6的实施例中，所述传感器被配置为矩阵或阵列以使得所述传感器跨整个具有延展性的外表面620、640而最佳地对齐，以最佳地测量使所述具有延展性的外表面变形的施加压力的各个点或区域。在其他实施例中，可以将传感器最佳地置于最佳地测量使该具有延展性的外表面变形的施加压力的各个点或区域的其他配置中。在这样的配置中，传感器可以测量压力的各种参数，诸如大小、方向、深度、位置、和其他这样的参数。

图7是在本发明的实施例中的输入设备340的示例内部结构的图。图5a和6的立方体内核580容纳该输入设备340的内部结构，该内部结构包括通过电路板(cb)连接725耦合在一起的堆叠的印刷电路板(pcb)525。所述堆叠的pcb525还可以(经由柔性1x6连接器715)耦合至位于正方形外部板780上的压力感测器的1x6矩阵(即，传感器阵列芯片520)。例如，针对该输入设备的立方体配置(如在图7中所示)，压力感测器矩阵(即，感测器阵列芯片520)位于正方形外部板780上，该板780位于容纳所述输入设备340的内部结构的立方体内核580的每个面上。感测器阵列芯片520测量施加至该输入设备340的具有延展性的外表面的压力。pcb525被配置为微控制器环境，包括微芯片705和微控制器710，以用于接收并处理从压力感测器520所接收的(经由连接器715)测量出的压力。微控制器710，与包括堆叠的pcb525的微控制器环境的其他辅助处理器和连接器一起，专门被配置为将测量出的压力映射至线性或非线性位移坐标。堆叠的pcb525的微控制器环境还可以包括存储器，其可以用于存储用于执行该映射的指令，并且还可以用于临时存储经映射的位移。

输入设备340的内部结构还包括通信地耦合(经由接口电路740)至堆叠的pcb525的微控制器环境的连接接口350。微控制器710与包括该微控制器环境的其他辅助处理器和连接器一起，可以将经映射的位移值格式化成分组或待使用相应的通信协议通过usb连接接口350传送的其他通信格式。在一些实施例中，该输入设备不仅可以测量施加给该具有延展性的外表面的压力，还可以通过滚动轮子或通过包含到该输入设备中的光感测器来检测移动。在这些实施例中，也可以将所检测到的移动发送至该堆叠的pcb525的微控制器环境以用于确定输入设备340的位移，所述位移可以类似地从连接接口350来传送。

数字化处理环境

图8是根据本发明的实施例的可以用于对现实世界的物体的复杂表面进行建模的基于计算机的系统820的简化框图。系统820包括总线825。总线825充当系统820的各个组件之间的互连器。连接至总线825的是用于将各种输入和输出设备(例如键盘、鼠标、显示器、扬声器等)连接至系统820的输入/输出设备接口828。输入/输出设备接口828可以用于连接如图3a-3d内所示出的本发明的计算机系统中的本发明的输入设备340、380(如在图5-7中所示出的)。输入/输出设备接口828还将显示监视器(例如，图3a-3d中362处的)连接至系统820。中央处理单元(cpu)822连接至总线825并且提供计算机指令的执行。存储器827针对用于执行计算机指令的数据而提供易失性存储。存储826针对诸如操作系统(未示出)之类的软件指令而提供非易失性存储。特别地，存储器827和/或存储826被配置有实现以上在图4a中所详述的用于对复杂表面进行建模的方法400的程序指令。系统820还包括用于连接至本领域内公知的任何不同的网络(包括云、广域网(wan)、和局域网(lan))的网络接口821。

还连接至总线825的是第一模块823。第一模块823被配置为加载物理现实世界的物体的经建模的表面以用于在计算机的用户界面上显示。第一模块823可以通过本领域内公知的任何方式来提供加载和显示功能。例如，第一模块823可以参考存储在存储设备826或存储器827上的经建模的表面的数据。又如，第一模块823可以经由网络接口821和/或输入/输出设备接口828而从通信地耦合至系统820的任何点中加载所述经建模的表面的数据。

系统820还包括通信地/可操作地耦合至第一模块823的第二模块824。第二模块824被配置为将从输入/输出设备接口828所接收的所确定的输入设备(图5)的具有延展性的外表面的位移转换为在计算机系统的用户界面(图3a-3c的元素362)上所显示的模型表面的位移。第二模块824可以通过本领域内公知的任何方式来提供转换功能。例如，第二模块824可以将所确定的具有延展性的外表面的位移值或者所显示的经建模的表面的对应的位移值存储在存储设备826或存储器827处。又如，第二模块824可以经由总线825通过cpu822来计算所显示的经建模的表面的对应的位移值。又如，第二模块824可以经由网络接口821和/或输入/输出设备接口828(例如，图3a-3d的连接接口310)而从通信地耦合至系统820的任何点中接收所确定的具有延展性的外表面的位移值。

应当理解的是，可以以许多不同的方式来实现在本文中所描述的示例实施例。在一些实例中，可以由物理的、虚拟的、或混合的通用计算机(例如，计算机系统820)来实现在本文中所描述的各种方法、系统、和设备。可以例如通过将软件指令加载到存储器827或非易失性存储826中的一个中以用于由cpu822执行来将计算机系统820转换为执行在本文中所描述的方法的机器。此外，尽管第一模块823和第二模块824被示出为分离的模块，但是在示例实施例中，可以使用多种不同的配置来实现这些模块。

系统820及其各种组件可以被配置为实行在本文中所描述的本发明的任何实施例。例如，系统820可以被配置为实行如在上文中关于图4a所描述的方法400。在示例实施例中，可以以存储在存储器827和/或存储设备826上的软件来实现第一模块823和第二模块824。在这样的示例实施例中，cpu822和存储器827以及存储在存储器827和/或存储设备826上的计算机代码指令一起实现加载并显示物理现实世界的物体的经建模的表面的第一模块。此外，系统820的组件实现第二模块，所述第二模块可操作地耦合至该第一模块并且被配置为提供所确定的具有延展性的外表面的位移值到所显示的经建模的表面的对应的位移值的转换。

图9示出了其中可以实现本发明的实施例的计算机网络环境960。在计算机网络环境960中，服务器931通过通信网络932链接至客户端933a-n。环境960可以用于允许客户端933a-n单独地或者与服务器931相结合地执行在上文中所描述的方法中的任何方法(例如，图4a的方法400)。应当理解的是，可以以许多不同的方式来实现在上文中所描述的示例实施例。在一些实例中，在本文中所描述的各种方法和装置可以每个都是由物理的、虚拟的、或混合的通用计算机、或者诸如计算机环境960之类的计算机网络环境来实现的。

可以以硬件、固件、或软件的形式来实现实施例或其方面。如果是以软件实现的，则可以将该软件存储在被配置为使处得理器能够加载该软件或其指令的子集的任何非瞬时性计算机可读介质上。接着，该处理器执行指令并且被配置为以在本文中所描述的方式操作或者使装置以在本文中所描述的方式操作。

此外，在本文中可以将固件、软件、例程或指令描述为执行数据处理器的某些动作和/或功能。然而，应当理解的是，将这样的描述包含在本文中仅仅是为了方便起见，并且这样的动作实际上是由执行固件、软件、例程、指令等的计算机设备、处理器、控制器、或其他设备引起的。

应当理解的是，流程图、框图、和网络图可以包括被不同地布置的或者被不同地表示的更多或更少的元件。但是还应当理解的是，某些实现可以指定示出了以特定的方式实现的对实施例的执行的框图和网络图以及所述框图和网络图的数量。

从而，也可以以多种计算机架构、物理的、虚拟的、云计算机和/或其一些组合来实现进一步的实施例，并且因此，在本文中所描述的数据处理器旨在仅仅用于说明的目的而非对实施例的限制。

尽管已经参考其示例实施例而具体地具体示出并描述了该发明，但是本领域技术人员应当理解的是，可以在不脱离所附权利要求所包含的本发明的范围的情况下在其中对形式和细节进行各种改变。