CZ34867U1 - Ovládací zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modely na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě - Google Patents

Description

Ovládací zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modely na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě

Oblast techniky

Technické řešení se týká ovládacího zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modely na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě, které obsahuje tlačítkové ovládací prvky a dotykový panel, které jsou napojeny na řídicí zařízení, které je spřaženo s komunikačními prostředky pro napojení na ovládané elektronické zařízení.

Dosavadní stav techniky

Pro ovládání elektronicky zobrazených objektů, zejména ve virtuální realitě, je známa řada ovladačů kombinujících dotykové ovládací plochy a tlačítka.

Např. je známo zařízení podle US 2007 164995, US 7215323 aDE 2020 04 021 400 a design patentem US D 615544, které v jednom plochém tělese obsahuje integrovaný dotykový displej, na který lze promítat ikony, a jejich dotykem lze předávat elektronickému zařízení, např. počítači, povely, přičemž ovladač dále obsahuje řadu tlačítek a také otočný mechanický ovladač. Uživatel má na ovladači položenu jednu ruku a prsty ovládá jednotlivé prvky. Nevýhodou je, že při ovládání je zpravidla nutné, aby uživatel měl vizuální kontakt s ovladačem, protože struktura tlačítek a dotykových ploch je relativně složitá na snadné zapamatování a ovládání bez očního kontaktu.

Je také známo zařízení podle TW1680388 (B), US 10423253 (B2), US 2020147485, US D 887410 a US D 888056, které obsahuje polohový indikátor opatřený řadou tlačítek a dotykových ploch. Uživatel drží tento indikátor v ruce a prsty této ruky případně ovládá tlačítka na tomto indikátoru. Polohu celého indikátoru v prostoru snímají externí prostorové snímače, s nimiž je ovládací systém indikátoru spřažen, a které jsou zcela nezbytné pro funkci indikátoru.

Je také známo zařízení podle USD 716767, US D 723008 a USD 753235, které obsahuje jednoruční těleso opatřené tlačítky a dotykovou ploškou. Zařízení je určeno pro jednoruční ovládání.

Dále je známa celá řada ovladačů využívajících brýle nebo helmu. Tyto systémy jsou však velmi složité a ekonomicky náročné.

Společnou nevýhodou stavu techniky je to, že buď musí uživatel mít vizuální kontakt s ovladačem, aby byl schopen ovládat jednotlivé prvky nebo musí uživatel mít řadu externích snímačů pro snímání polohy indikátoru nebo je ovladač určen pro jednoruční ovládání, což zase omezuje dosažitelné ovládací možnosti.

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky, zejména navrhnout ovladač, který by byl uživatelsky přívětivý a umožňoval by využití obou rukou uživatele pro ovládání na malém prostoru.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo ovládacím zařízením pro manipulaci s 3D objekty a modelů na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě, jehož podstata spočívá v tom, že tlačítkové ovládací prvky jsou uspořádány na tlačítkové dlaňové části, která je uzpůsobena pro uložení a držení v dlani jedné ruky uživatele, přičemž dotykový panel je uspřádán na dotykové

- 1 CZ 34867 UI části, která je uzpůsobena pro ovládání druhou rukou uživatele, přičemž je uspořádána mimo oblast dosahu první ruky uživatele a obě části mají společný nosič.

Ovládací zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modelů na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální realitě, je určeno pro ergonomickou a intuitivní manipulaci (pohyb, posun, zoom apod.) 3D objektů a modelů na elektronickém zařízení, zejména s vyobrazením ve virtuální nebo rozšířené realitě, i bez nutnosti vizuální kontroly ovládacích prvků na ovladači. Mimo samotnou manipulaci umožňuje ovladač také změnu řady parametrů vizualizovaných 3D objektů (modelů), a to zejména světlost, průhlednost, sytost barev objektu (vypínání a zapínání barevných kanálů a nastavení jejich sytosti), kontrast objektu a další parametry. Dalšími ovládanými funkcemi je řez objektem ve 3 osách atd. Další výhodou tohoto řešení je, že pro plnou manipulaci s 3D objekty a modelů na elektronickém zařízení není potřeba velký prostor pro uživatele, protože ruce uživatele jsou pň ovládání situovány v ergonomické poloze proti sobě, kdy jedna ruka drží ovladač jako takový a ovládá tlačítka a druhá ruka ovládá dotykovou plochu. Přitom je ale možno v případě potřeby oddělit dotykovou část a plnohodnotně využít oddělenou dotykovou a tlačítkovou část.

Objasnění výkresů

Technické řešení je schematicky znázorněno na výkrese, kde ukazuje obr. 1 první provedení ovládacího zařízení podle technického řešení, obr. la boční pohled na složené první provedení ovládacího zařízení podle technického řešení, obr. 1b boční pohled na oddělenou panelovou část prvního provedení ovládacího zařízení podle technického řešení, obr. 2 druhé provedení ovládacího zařízení podle technického řešení v pohledu na dotykovou část na hřbetu ruky uživatele, obr. 2a druhé provedení ovládacího zařízení podle technického řešení v pohledu na tlačítkovou část v dlani ruky uživatele, obr. 3 modifikované provedení podle obr. 2, obr. 3a modifikované provedení podle obr. 2a, obr. 4 modifikované provedení podle obr. 2, obr. 4a modifikované provedení podle obr. 2a, obr. 5 principiální schéma uspořádání ovládacího zařízení podle technického řešení, obr. 6 modifikované provedení podle obr. 2, obr. 6a modifikované provedení podle obr. 2a, obr. 7 provedení dotykové části na hřbetu ruky uživatele bez ovládacích tlačítek, obr. 7a provedení dotykové části na hřbetu ruky uživatele s kruhovým obvodovým ovládacím tlačítkem a obr. 7b provedení dotykové části na hřbetu ruky uživatele s kruhovým obvodovým ovládacím tlačítkem a dvojicí bočních ovládacích tlačítek.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bude popsáno na příkladech uskutečnění ovládacího zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modely na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě, dále jen ovladač. Elektronickým zařízením se typicky rozumí počítač, telefon, chytrý telefon, projektor nebo jiné vhodné elektronické zařízení atd. schopné realizovat příslušné činnosti pro zobrazení příslušného 3D objektu, modelu atd.

Ovladač 1 obsahuje nosič 10, na kterém je uspořádána tlačítková dlaňová část 2 uzpůsobená pro držení v dlani jedné ruky R1 uživatele a intuitivní ovládání prsty této jedné ruky uživatele. Na nosiči 10 je dále odnímatelně uspořádána dotyková část 3, která je uzpůsobena pro intuitivní ovládání prsty druhé ruky R2. Ovladač 1 je tak jako celek uzpůsoben pro držení jednou rukou R1 uživatele a pro společnou a současnou manipulaci s 3D objekty a modelů na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě, oběma rukama RI, R2 uživatele současně.

Na obr. 1 až 1b je znázorněno první provedení ovladače 1 podle technického řešení. Ovladač 1 obsahuje nosič 10 ve formě skořepiny, jejíž zadní část 100 je ergonomicky tvarována pro zapadnutí do dlaně jedné ruky R1 uživatele. Zadní část 100 tvoří tlačítkovou dlaňovou část 2, která je opařena soustavou tlačítkových ovládacích prvků 20, jejichž počet a rozložení odpovídá počtu prstů jedné ruky R1 uživatele a ergonomickému rozložení po ploše zadní strany 100 při držení v dlani jedné

-2CZ 34867 UI ruky RI. Tlačítkovými ovládacími prvky 20 jsou buď mechanická tlačítka nebo senzorová tlačítka nebo dotyková tlačítka atd., jejichž vnitřní součásti jsou uspořádány v dutině tlačítkové dlaňové části 2 a ovládací plošky jsou uspořádány na povrchu skořepinového nosiče 10 nebo v povrchu skořepinového nosiče 10 nebo pod povrchem skořepinového nosiče 10. Na pozici odpovídající ukazováčku nebo prostředníčku nebo palce jedné ruky Rl je v neznázoměném příkladu provedení umístěn miniaturizovaný trackball s funkcí tlačítka. Zadní část 100 skořepinového nosiče 10 je ve výhodném provedení vyměnitelná, např. pro přizpůsobení ovladače 1 podle velikosti první ruky Rl konkrétního uživatele.

V přední části 101 skořepinového nosiče 10, která tvoří dotykovou část 3 ovladače 1, je uspořádán dotykový panel 30, který je uspořádán mimo oblast dosahu dosah první ruky Rl uživatele ovládající tlačítkové ovládací prvky 20. Dotykový panel 30 obsahuje buď dotykovou a případně i na tlak citlivou ovládací plochu nebo obsahuje dotykový zobrazovač (displej) jednak pro dotykové ovládání a jednak pro zobrazování instrukcí nebo menu a podobně, zejména v případě používání ovladače 1 pro nastavení systému nebo pro ovládání mimo prostředí VR nebo rozšířené reality. Dotykový panel 30 má ideálně kruhový tvar a je uzpůsoben pro detekci dotyku jednoho až pěti prstů druhé ruky R2 uživatele a pro rozpoznání pohybu jednotlivých prstů druhé ruky R2 uživatele se záznamem aktuálních souřadnic pro každý prst druhé ruky R2 uživatele, ideálně pak jako jednotlivé úkony, např. posuv prstem v jedné ose, nebo jako gesta, např. poklepání prsty, a případně i měření vzdálenosti mezi více doteky atd.

Ve vnitřním prostoru skořepinového nosiče 10 je umístěna řídicí elektronika 4 ovladače 1, přičemž ve vnitřním prostoru skořepinového nosiče 10 jsou dále umístěny komunikační prostředky 5, zejména pro bezdrátovou komunikaci s připojeným elektronickým zařízením a napájecí zdroj 6 s baterií pro napájení ovladače L Komunikační prostředky 5 i napájecí zdroj 6 jsou napojeny na řídicí elektroniku 4 ovladače 1, nebo jsou alespoň zčásti integrovány do řídicí elektroniky 4. Napájecí zdroj 6 má s výhodou odnímatelnou a uživatelsky vyměnitelnou baterii, např. baterii formátu AA nebo AAA apod., přičemž napájecí zdroj 6 je buď opatřen dobíječem baterie, nebo se baterie dobíjí mimo ovladač L Komunikační prostředky 5 jsou s výhodou tvořeny Bluetooth komunikátorem nebojsou tvořeny proprietámím komunikátorem pro komunikaci s elektronickým zařízením, ve kterém je umístěn komunikační USB dongle. Ovladač 1 dále ve svém vnitřním prostoru obsahuje IMU/gyroskopický senzor 7, který poskytuje informaci o natočení nebo náklonu, ve všech třech osách, a který je napojen na řídicí elektroniku 4 ovladače L

V příkladu provedení na obr. la a 1b jsou tlačítková dlaňová část 2 a dotyková část 3 ovladače 1 vytvořeny jako oddělitelné, přičemž obě části 2,3 jsou opatřeny vlastním napájecím zdrojem a jsou uzpůsobeny pro vzájemnou komunikaci, ideálně bezdrátovou, a pro činnost i v tomto odděleném stavu.

V příkladech uskutečnění na obr. 2 až 4a je znázorněn ovladač 1 obsahující nosič 10 ve formě návleku 8 na jednu ruku R1 uživatele, přičemž tento návlek 8 je uzpůsoben pro překrytí alespoň části dlaně j edné ruky R1 uživatele a opásání kolem j edné ruky R1 uživatele přes hranu dlaně a přes část jedné ruky R1 mezi palcem a ukazovákem této ruky R1 uživatele na hřbetní stranu ruky Rl. Návlek 8 je vytvořen z vhodného materiálu, např. textilie nebo syntetického materiálu s potřebnou pružností a pevností. Návlek 8 má ve své podstatě povahu alespoň části rukavice, jak je patrno z obr. 2 až 4a. Tlačítková dlaňová část 2 ovladače 1 s tlačítkovými ovládacími prvky 20 je uložena v dlaňové části 80 návleku 8 a dotyková část 3 ovladače 1 s dotykovým panelem 30 je uložena ve hřbetní části 81 návleku 8 ideálně v oblasti mezi ukazovákem a palcem ruky Rl. S výhodou je zde dotyková část 3 ovladače 1 s dotykovým panelem 30 uložena odnímatelně. Obě části 2, 3 jsou opatřeny vlastním napájecím zdrojem ajsou uzpůsobeny pro vzájemnou komunikaci, ideálně bezdrátovou, a pro činnost i v tomto odděleném stavu. Řídicí elektronika 4 ovladače 1 a komunikační prostředky 5 jsou uspořádány buď v tlačítkové dlaňové části 2, nebo v dotykové části 3.

-3CZ 34867 UI

V příkladu uskutečnění na obr. 6 a 6a je návlek 8 vytvořen jako bočně nasouvací klips 9, jehož jedna část tvoří dlaňovou část 2 ovladače a překrývá alespoň část dlaně jedné ruky R1 uživatele a je spojovacím mostem 82 přes část této ruky R1 mezi palcem a ukazovákem této ruky R1 uživatele spojena s dotykovou částí 3 ovladače 1 na hřbetní části 81 návleku 8.

Jak je znázorněno na obr. 7 až 7b, je dotyková část 3 ovladače 1 provedena bez ovládacích tlačítek, viz obr. 7, nebo je dotyková část 3 ovladače 1 provedena s kruhovým obvodovým ovládacím tlačítkem 31 nebo kruhovou obvodovou ovládací dotykovou plochou, viz obr. 7a, neboje dotyková část 3 ovladače 1 provedena s kruhovým obvodovým ovládacím tlačítkem 31 nebo kruhovou obvodovou ovládací dotykovou plochou a s alespoň jedním doplňkovým ovládacím postranním tlačítkem 32 nebo je opatřena jinou vhodnou kombinací ovládacích prvků. Ekvivalentně je tomu i v neznázoměném provedení modifikace řešení podle obr. 1.

Ovladač J příkladně pracuje tak, že tlačítka na tlačítkové dlaňové části 2 jsou uzpůsobena ke spuštění prsty jedné ruky R1 uživatele určité kategorie funkcí, jako jsou manipulace a polohování 3D modelu, v jiném případě např. práci s barevnými kanály 3D modelu a podobně, přičemž konkrétní funkce jsou pak ovládány primárně prsty druhé ruky R2 uživatele a dotykový panel 30 a pohybem prstu nebo gesty na dotykovém panelu 30, např. dotyk dvou prstů vedle sebe a jejich pohyb po panelu 30 způsobí posun objektu v prostoru. K dalšímu ovládání konkrétních parametrů je případně uzpůsoben volitelný miniaturní trackball na tlačítkové dlaňové části 2 nebo IMU/gyroskopický senzor 7. Tlačítkové ovládací prvky 20 jsou případně uzpůsobeny pro vyvolání menu, které je ideálně dlaždicové a je zobrazeno ve vizualizačním SW. Tlačítkové ovládací prvky 20 jsou v dalším provedení uzpůsobeny pro provedení výběru z menu a/nebo přímému spuštění funkcí i bez zobrazení menu. K výběru z tohoto menu pak slouží dotykový panel 30 a pohyb prstu v osách x, y, nebo miniaturní trackball nebo IMU/gyroskopický senzor 7, kdy se lze pomocí náklonu ovladače J pohybovat v dlaždicovém menu.

Průmyslová využitelnost

Ovládací zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modelů na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální realitě, dále jen ovladač, je určeno pro manipulaci (pohyb, posun, zoom apod.) 3D objektů a modelů na elektronickém zařízení, zejména s vyobrazením ve virtuální nebo rozšířené realitě, s tím, že mimo manipulaci umožňuje změnu řady parametrů vizualizovaných 3D objektů (modelů), a to zejména světlost, průhlednost, sytost barev objektu (vypínání a zapínání barevných kanálů a nastavení jejich sytosti), kontrast objektu a další parametry. Dalšími ovládanými funkcemi je řez objektem ve 3 osách atd.

Claims (14)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Ovládací zařízení pro manipulaci s 3D objekty a modely na elektronickém zařízení, zejména ve virtuální a rozšířené realitě, které obsahuje tlačítkové ovládací prvky (20) a dotykový panel (30), které jsou napojeny na řídicí zařízení (4), které je spřaženo s komunikačními prostředky (5) pro napojení na ovládané zařízení, vyznačující se tím, že tlačítkové ovládací prvky (20) jsou uspořádány na tlačítkové dlaňové části (2), která je uzpůsobena pro uložení a držení v dlani jedné ruky (Rl) uživatele, přičemž dotykový panel (30) je uspřádán na dotykové části (3), která je uzpůsobena pro ovládání druhou rukou (R2) uživatele, přičemž je uspořádána mimo oblast dosahu první ruky (Rl) uživatele a obě části (2, 3) mají společný nosič (10).
2. 2. Ovládací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosič (10) obsahuje skořepinu, jejíž zadní část (100) je ergonomicky tvarována pro zapadnutí do dlaně jedné ruky (Rl) uživatele a tvoří tlačítkovou dlaňovou část (2), přičemž v přední části (101) skořepiny je uložen dotykový panel (30) dotykové části (3).
3. 3. Ovládací zařízení podle nároku 2, vyznačuj ící se tím, že tlačítková dlaňová část (2) j e opařena soustavou tlačítkových ovládacích prvků (20), jejichž počet a rozložení odpovídá počtu prstů jedné ruky (Rl) uživatele a ergonomickému rozložení po ploše zadní strany (100) při držení v dlani jedné ruky (Rl).
4. 4. Ovládací zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že tlačítkové ovládací prvky (20) jsou tvořeny mechanickými tlačítky a/nebo senzorovými tlačítky a/nebo dotykovými tlačítka, jejichž vnitřní součásti jsou uspořádány v dutině skořepiny a jejichž ovládací plošky jsou uspořádány na povrchu skořepiny a/nebo v povrchu skořepiny a/nebo pod povrchem skořepiny.
5. 5. Ovládací zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že alespoň jeden z tlačítkových ovládacích prvků (20) je tvořen miniaturizovaným trackballem s funkcí tlačítka.
6. 6. Ovládací zařízení podle kteréhokoli z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že skořepina je vyměnitelná.
7. 7. Ovládací zařízení podle kteréhokoli z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že ve vnitřním prostoru skořepiny jsou umístěny řídicí elektronika (4), komunikační prostředky (5) a napájecí zdroj (6) s baterií.
8. 8. Ovládací zařízení podle kteréhokoli z nároků 2 až 7, vyznačující se tím, že tlačítková dlaňová část (2) a dotyková část (3) jsou oddělitelné, přičemž obě části (2, 3) jsou opatřeny vlastním napájecím zdrojem a jsou uzpůsobeny pro vzájemnou komunikaci a pro společnou činnost i v tomto odděleném stavu.
9. 9. Ovládací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosič (10) je tvořen návlekem (8) na jednu ruku (Rl) uživatele, přičemž tento návlek (8) je uzpůsoben pro překrytí alespoň části dlaně jedné ruky (Rl) uživatele a opásání kolem jedné ruky (Rl) uživatele přes hranu dlaně a přes část jedné ruky (Rl) mezi palcem a ukazovákem této ruky (Rl) uživatele na hřbetní stranu ruky (Rl), přičemž tlačítková dlaňová část (2) s tlačítkovými ovládacími prvky (20) je uložena v dlaňové části (80) návleku (8) a dotyková část (3) s dotykovým panelem (30) je uložena ve hřbetní části (81) návleku (8).
10. 10. Ovládací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosič (10) je tvořen návlekem (8) na jednu ruku (Rl) uživatele vytvořeným jako bočně nasouvací klips (9), jehož jedna část tvoří dlaňovou část (2) ovladače a překrývá alespoň část dlaně jedné ruky (Rl) uživatele a je spojovacím mostem (82) přes část této ruky (Rl) mezi palcem a ukazovákem této ruky (Rl) uživatele spojena s dotykovou částí (3) ovladače (1) na hřbetní části (81) návleku (8).

    -5CZ 34867 UI
11. 11. Ovládací zařízení podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že dotyková část (3) s dotykovým panelem (30) je uložena ve hřbetní části (81) návleku (8) v oblasti mezi ukazovákem a palcem ruky (Rl).
12. 12. Ovládací zařízení podle kteréhokoli z nároků 9 až 11, vyznačující se tím, že tlačítková dlaňová část (2) a dotyková část (3) jsou každá opatřena vlastním napájecím zdrojem a jsou uzpůsobeny pro vzájemnou komunikaci a pro společnou činnost v tomto odděleném stavu.
13. 13. Ovládací zařízení podle kteréhokoli z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že v tlačítkové dlaňové části (2) nebo v dotykové části (3) jsou uspořádány řídicí elektronika (4) a komunikační prostředky (5).
14. 14. Ovládací zařízení podle kteréhokoli z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že dotyková část (3) ovladače (1) je opatřena kruhovým obvodovým ovládacím tlačítkem (31) nebo kruhovou obvodovou ovládací dotykovou plochou a/nebo alespoň jedním doplňkovým ovládacím postranním tlačítkem (32).