一种针对真实毛笔的数字笔迹生成系统的制作方法

1.本实用新型涉及智能触控交互技术领域，尤其涉及一种针对真实毛笔的数字笔迹生成系统。


背景技术：

2.随着科技的不断发展，市场推出了可以使用真实毛笔在电子屏幕上进行数字书法学习和数字书法创作的智能书法台，但现有的智能书法台仅靠自身的红外触摸框返回的真实毛笔的笔头位置数据来生成数字笔迹，受限于自身结构的传感器限制，无法获得足够的真实毛笔运行数据，难以呈现真实笔迹，生成的数字笔迹容易存在内容缺失、边缘模糊等缺陷，缺乏足够的真实性，且笔迹生成的计算量大，生成速度较慢，实时响应效果不佳，降低了用户的使用体验。
3.因此，现有技术存在缺陷，需要改进。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种针对真实毛笔的数字笔迹生成系统。
5.本实用新型的技术方案如下：一种针对真实毛笔的数字笔迹生成系统，包括：电磁屏、书写笔、数据处理模块和笔迹生成模块；所述电磁屏设置在一书法台上，所述书写笔于所述电磁屏一侧可拆卸设置在所述书法台上，所述书写笔用于供用户在所述电磁屏上进行书写，且所述电磁屏上设有一红外触摸框，所述红外触摸框用于获取所述书写笔与所述电磁屏接触区域的位置和尺寸数据；所述数据处理模块分别与所述书写笔、红外触摸框和笔迹生成模块通信连接，所述笔迹生成模块还与所述电磁屏通信连接，所述数据处理模块用于获取及处理所述书写笔的运行数据并将处理好的数据传输给所述笔迹生成模块，所述笔迹生成模块用于根据所述数据处理模块传输来的数据生成数字笔迹并使所述电磁屏实时展示该数字笔迹；
6.所述书写笔包括笔杆和连接在所述笔杆上的笔头；所述笔杆的内部于所述笔头上方从下至上依次设有电磁屏控制芯片、九轴传感器和蓝牙通信装置，所述蓝牙通信装置分别与所述电磁屏控制芯片、九轴传感器和数据处理模块通信连接，所述电磁屏控制芯片用于在所述电磁屏的配合下获取所述笔杆的实时位置数据，所述九轴传感器用于获取所述笔杆的姿态数据，所述蓝牙通信装置用于将所述电磁屏控制芯片和九轴传感器传输来的数据发送到所述数据处理模块。
7.进一步地，所述数据处理模块包括数据采集单元、数据预处理单元和数据分析单元；所述数据采集单元分别与所述红外触摸框、蓝牙通信装置和数据预处理单元通信连接，所述数据采集单元用于获取所述书写笔与所述电磁屏接触区域的位置和尺寸数据、所述笔杆的实时位置数据和所述笔杆的姿态数据并将获取到的数据传输给所述数据预处理单元进行处理；所述数据分析单元分别与所述数据预处理单元和笔迹生成模块通信连接，所述
数据预处理单元用于对所述数据采集单元传输来的数据进行滤波处理并对滤波后的数据执行施加数据变化上限的操作以防止突变，所述数据分析单元用于根据所述数据预处理单元传输来的数据分析所述书写笔在所述电磁屏上的运行轨迹并将分析出的运行轨迹数据传输给所述笔迹生成模块。
8.进一步地，所述笔迹生成模块设有毛笔模型、纸张模型、墨水扩散模型和笔迹呈现模型，所述笔迹生成模块用于根据所述数据分析单元传输来的运行轨迹数据通过所述毛笔模型、墨水扩散模型、笔迹呈现模型以及纸张模型生成数字笔迹，并将生成的数字笔迹通过所述电磁屏进行实时呈现。
9.进一步地，所述笔杆的内部于所述笔头上方从下至上依次设有所述电磁屏控制芯片、所述九轴传感器、所述蓝牙通信装置和一供电装置，所述供电装置分别与所述电磁屏控制芯片、九轴传感器和蓝牙通信装置电性连接，所述供电装置用于提供所述电磁屏控制芯片、九轴传感器和蓝牙通信装置工作所需的电能。
10.进一步地，所述供电装置由设有充电接口的电源板和充电电池所组成，所述电源板分别与所述充电电池、电磁屏控制芯片、九轴传感器和蓝牙通信装置电性连接，且所述笔杆对应所述充电接口的位置上开设有充电孔。
11.进一步地，所述姿态数据至少包括倾角和旋转参数。
12.采用上述方案，本实用新型具有以下有益效果：
13.1、利用传感器融合的方式在书写笔内增加传感器，配合电磁屏和红外触摸框的使用实现在书写笔运行过程中同时采集多项数据，获得了更多的书写笔运行数据，使得生成的数字笔迹更加接近真实笔迹，真实性更高，笔迹呈现效果好；
14.2、基于经验的毛笔、纸张、墨水扩散建模思路简化模型，极大降低了笔迹生成的计算量，数字笔迹生成速度更快快，实时响应效果好，提升了了用户的使用体验。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
16.图1为本实用新型实施例提供的针对真实毛笔的数字笔迹生成系统的系统结构框图；
17.图2为本实用新型实施例提供的针对真实毛笔的数字笔迹生成系统的硬件结构示意图。
18.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
20.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固
定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
22.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
23.参照图1和图2所示，本实用新型提供一种针对真实毛笔的数字笔迹生成系统，包括电磁屏1、书写笔（电子书写毛笔，简称为书写笔）、数据处理模块2和笔迹生成模块3；所述电磁屏1设置在一书法台上，所述书写笔于所述电磁屏1一侧可拆卸设置在所述书法台上，所述书写笔用于供用户在所述电磁屏1上进行书写，且所述电磁屏1上设有一红外触摸框4，所述红外触摸框4用于获取所述书写笔与所述电磁屏1接触区域的位置和尺寸数据；所述数据处理模块2分别与所述书写笔、红外触摸框4和笔迹生成模块3通信连接，所述笔迹生成模块3还与所述电磁屏1通信连接，所述数据处理模块2用于获取及处理所述书写笔的运行数据并将处理好的数据传输给所述笔迹生成模块3，所述笔迹生成模块3用于根据所述数据处理模块2传输来的数据生成数字笔迹并使所述电磁屏1实时展示该数字笔迹；也就是说，实际应用中用户手执书写笔在电磁屏1上进行书写，数据处理模块2从红外触摸框4获取到书写笔与电磁屏1接触区域的位置和尺寸数据，并获取书写笔的实时位置信息和姿态信息，数据处理模块2将获取到的数据处理后传输给笔迹生成模块3，由笔迹生成模块3生成数字笔迹，并由电磁屏1实时展示笔迹生成模块3生成数字笔迹。
24.在本实施例中，所述书写笔包括笔杆5和连接在所述笔杆5上的笔头6；所述笔杆5的内部于所述笔头6上方从下至上依次设有电磁屏控制芯片7、九轴传感器8、蓝牙通信装置9和供电装置10，所述供电装置10分别与所述电磁屏控制芯片7、九轴传感器8和蓝牙通信装置9电性连接，所述供电装置10用于提供所述电磁屏控制芯片7、九轴传感器8和蓝牙通信装置9工作所需的电能，所述电磁屏控制芯片7用于在所述电磁屏1的配合下获取所述笔杆5的实时位置数据，所述九轴传感器8用于获取所述笔杆5的姿态数据，所述姿态数据至少包括倾角和旋转参数，所述蓝牙通信装置9还分别与所述电磁屏控制芯片7、九轴传感器8和数据处理模块2通信连接，所述蓝牙通信装置9用于将所述电磁屏控制芯片7和九轴传感器8传输来的数据发送到所述数据处理模块2；也就是说，工作时通过供电装置10提供书写笔工作所需的电能，通过电磁屏控制芯片7结合电磁屏1获取笔杆5的实时位置数据，同时通过九轴传感器8获取笔杆5的姿态数据，并通过蓝牙通信装置9将上述实时位置数据和姿态数据发送到数据处理模块2，使数据处理模块2获取到书写笔的运行数据；
25.其中，所述供电装置10由设有充电接口的电源板和充电电池所组成，所述电源板分别与所述充电电池、电磁屏控制芯片7、九轴传感器8和蓝牙通信装置9电性连接，且所述笔杆5对应所述充电接口的位置上开设有充电孔，该充电孔用于供所述充电接口连接充电线，从而能够实现给充电电池充电的操作。
26.在本实施例中，所述数据处理模块2包括数据采集单元21、数据预处理单元22和数据分析单元23；所述数据采集单元21分别与所述红外触摸框4、蓝牙通信装置9和数据预处理单元22通信连接，所述数据采集单元21用于获取所述书写笔与所述电磁屏1接触区域的位置和尺寸数据、所述笔杆5的实时位置数据（例如，以电磁屏1左上角为原点，横向为x轴，竖向为y轴，正面向上为z轴，从而得到xyz三维坐标数据）和所述笔杆5的姿态数据（例如，以地磁为参考的三维角度偏转数据）并将获取到的数据传输给所述数据预处理单元22进行处理；所述数据分析单元23分别与所述数据预处理单元22和笔迹生成模块3通信连接，所述数据预处理单元22用于对所述数据采集单元21传输来的数据进行滤波处理并对滤波后的数据执行施加数据变化上限的操作以防止突变，具体的，所述数据预处理单元22对所述数据采集单元21传输来的书写笔与电磁屏1接触区域的位置和尺寸数据依次进行均值滤波操作和卡尔曼滤波操作后再执行施加数据变化上限的操作，而所述数据预处理单元22对所述数据采集单元21传输来的笔杆5的实时位置数据和姿态数据进行均值滤波操作后再执行施加数据变化上限的操作，所述数据分析单元23用于根据所述数据预处理单元22传输来的数据分析所述书写笔在所述电磁屏1上的运行轨迹并将分析出的运行轨迹数据传输给所述笔迹生成模块3；也就是说，工作时通过数据采集单元21获取红外触摸框4采集的书写笔与电磁屏1接触区域的位置数据，同时通过数据采集单元21接收蓝牙通信装置9发送来的笔杆5的实时位置数据和姿态数据，数据采集单元21将获取的数据传输给数据预处理单元22，由数据预处理单元22对数据进行滤波和施加数据变化上限，并由数据分析单元23对数据预处理单元22处理后的数据进行分析，从而得到书写笔在电磁屏1上的运行轨迹。
27.在本实施例中，所述笔迹生成模块3设有毛笔模型、纸张模型、墨水扩散模型和笔迹呈现模型，所述毛笔模型、纸张模型、墨水扩散模型基于经验建模实现，所述笔迹呈现模型基于笔迹呈现算法实现，所述笔迹生成模块3用于根据所述数据分析单元23传输来的运行轨迹数据通过所述毛笔模型、墨水扩散模型、笔迹呈现模型以及纸张模型生成数字笔迹，并将生成的数字笔迹通过所述电磁屏1进行实时呈现；也就是说，工作时笔迹生成模块3接收到数据分析单元23传输来的运行轨迹数据后，使用毛笔模型、墨水扩散模型、笔迹呈现模型在纸张模型上生成数字笔迹，并通过电磁屏1实时呈现该数据笔迹。
28.需要说明的是，本技术方案中为详细展开描述的技术内容均采用现有技术。
29.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
30.1、利用传感器融合的方式在书写笔内增加传感器，配合电磁屏和红外触摸框的使用实现在书写笔运行过程中同时采集多项数据，获得了更多的书写笔运行数据，使得生成的数字笔迹更加接近真实笔迹，真实性更高，笔迹呈现效果好；
31.2、基于经验的毛笔、纸张、墨水扩散建模思路简化模型，极大降低了笔迹生成的计算量，数字笔迹生成速度更快快，实时响应效果好，提升了了用户的使用体验。
32.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保
护范围之内。