(57)【要約】      （修正有）【課題】視覚で画面を認識しながら、直感的に３次元空間内の座標を特定し、端末に入力するができる３次元空間座標入力システムを提供する。【解決手段】伸縮式タッチペン１と３次元座標が入力される端末６から成り、伸縮式タッチペン１には画面への押圧操作に応じて軸長が伸縮する機構と、タッチペンの軸長が縮んだ長さと画面に対するタッチペンの中心軸の傾きを測定する手段３、２と、測定したタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きを記憶する手段４を備え、前記３次元座標が入力される端末には、タッチペンが接触していることになる３次元空間内の座標から画面７とタッチペンの相対的な角度の方向へタッチペンが縮んだ長さの分だけ３次元空間内を進んだ３次元空間内の座標を算出し、算出した３次元空間内の座標に基づき３次元空間内に仮想のタッチペンを描画する手段１１、１２とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮式タッチペンと３次元座標が入力される端末から成り、前記伸縮式タッチペンには画面への押圧操作に応じて軸長が伸縮する機構と、タッチペンの軸長が縮んだ長さと画面に対するタッチペンの中心軸の傾きを測定する手段と、測定したタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きを記憶する手段と、記憶したタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きを３次元座標が入力される端末に送信する手段を備えると共に、
前記３次元座標が入力される端末には、３次元空間を２次元に投影した像を表示する画面と、前記タッチペンで像が表示されている部分に接触することで画面内の座標を測定する手段と、測定した画面内の座標を記憶しておく手段と、記憶した画面内の座標を３次元空間内の座標に変換する手段と、タッチペンから送信されたタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きの情報を受信する手段と、受信したタッチペンの縮んだ長さと傾きを記憶する手段と、端末の傾きを測定する手段と、測定した端末の傾きを記憶する手段と、記憶したタッチペンの傾きと端末の傾きから端末の画面部分に接触したタッチペンの画面との相対的な角度を求める手段と、タッチペンと画面の相対的な角度を記憶する手段と、記憶したタッチペンが接触していることになる３次元空間内の座標から画面とタッチペンの相対的な角度の方向へタッチペンが縮んだ長さの分だけ画面に表示された３次元空間内を進んだ３次元空間内の座標を算出する手段と、算出した３次元空間内の座標を記憶する手段と、記憶したタッチペンが接触していることになる３次元空間内の座標から算出した３次元空間内の座標まで３次元空間内に仮想のタッチペンを描画する手段とを備えたことを特徴とする３次元空間座標入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元空間を２次元に投影した像が表示されているタブレットＰＣや電子黒板の画面を見ながら直感的に３次元空間の座標をタブレット型ＰＣや電子黒板に入力する３次元空間座標入力システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タブレット型ＰＣや電子黒板は、表示されている画面に直接接触することで、接触している２次元座標をタブレット型ＰＣや電子黒板に入力し、画面を操作することが出来る。接触している座標を検出し、システムに入力する方法に関する公知技術文献としては下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２９０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、タブレットＰＣや電子黒板（以下、端末と呼ぶ）では、表示されている画面上に直接接触することで、接触した位置に対応する２次元空間内の座標を端末に入力することが出来る。
しかし、画面に３次元空間を２次元に投影した像が表示されている場合、画面に直接接触するだけでは、３次元空間内の座標を一意に特定出来ず端末に入力することは出来ない。
キーボードなどで、数字を打ち込むことによって座標を端末に入力することはできるが、視覚で得た画面の情報から、直感的に３次元空間内の座標を数字として認識し、端末に入力するのは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、視覚で画面を認識しながら、直感的に３次元空間内の座標を特定し、端末に入力するができる３次元空間座標入力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る３次元空間座標入力システムは、伸縮式タッチペンと３次元座標が入力される端末から成り、前記伸縮式タッチペンには画面への押圧操作に応じて軸長が伸縮する機構と、タッチペンの軸長が縮んだ長さと画面に対するタッチペンの中心軸の傾きを測定する手段と、測定したタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きを記憶する手段と、記憶したタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きを３次元座標が入力される端末に送信する手段を備えると共に、
前記３次元座標が入力される端末には、３次元空間を２次元に投影した像を表示する画面と、前記タッチペンで像が表示されている部分に接触することで画面内の座標を測定する手段と、測定した画面内の座標を記憶しておく手段と、記憶した画面内の座標を３次元空間内の座標に変換する手段と、タッチペンから送信されたタッチペンが縮んだ長さとタッチペンの傾きの情報を受信する手段と、受信したタッチペンの縮んだ長さと傾きを記憶する手段と、端末の傾きを測定する手段と、測定した端末の傾きを記憶する手段と、記憶したタッチペンの傾きと端末の傾きから端末の画面部分に接触したタッチペンの画面との相対的な角度を求める手段と、タッチペンと画面の相対的な角度を記憶する手段と、記憶したタッチペンが接触していることになる３次元空間内の座標から画面とタッチペンの相対的な角度の方向へタッチペンが縮んだ長さの分だけ画面に表示された３次元空間内を進んだ３次元空間内の座標を算出する手段と、算出した３次元空間内の座標を記憶する手段と、記憶したタッチペンが接触していることになる３次元空間内の座標から算出した３次元空間内の座標まで３次元空間内に仮想のタッチペンを描画する手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によれば、端末の画面に３次元空間を２次元に投影した像が表示されているところへ、タッチペンを画面に接触させ、さらに画面に押し付けるようにしてタッチペンの軸長を縮めると、タッチペンが縮んだ分だけ画面に仮想のタッチペンが表示され、タッチペンが画面を突き抜け、その突き抜けたタッチペンの先端で直接画面に表示されている３次元空間内の特定の点を指示しているように見える。この特定の点が所望の３次元座標位置であれが、これを入力すべき３次元座標として入力する。
これにより、画面に表示された３次元空間内のある点をタッチペンで直感的に指定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】伸縮式タッチペンを使用しているときの具体例の説明図である。
【図３】タッチペン内のメモリに格納されているデータの構成図である。
【図４】タブレット型ＰＣ内のメモリに格納されている傾きと接触座標のデータの構成図である。
【図５】タブレット型ＰＣ内のメモリに格納されている仮想タッチペン２４の始点と終点のデータの構成図である。
【図６】タブレット型ＰＣ内のメモリに格納されている仮想タッチペン２４の軌跡のデータの構成図である。
【図７】タッチペンによって入力された情報から３次元座標を特定する処理を示すフローチャートである。
【図８】立方体をある平面で切断したときの切断面の形について学ぶための電子教科書システムのフローチャートである。
【図９】立方体が仮想タッチペンの軌跡によって分断されたかどうかを判定する際のフローチャートである。
【図１０】タッチペンがタッチパネルディスプレイを突き抜けているように見える様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した３次元空間座標入力システムの一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示すシステム構成図である。
ここで示すシステムは、伸縮式タッチペン１とタブレット型ＰＣとで構成される。
伸縮式タッチペン１は、タッチペン１の中心軸の傾きセンサ２と軸長の縮みセンサ３とそれらのセンサによって測定した結果を記憶するメモリ４、メモリ４に記憶された情報を送信する送信部５を備える。
タブレット型ＰＣ６は、入力装置兼出力装置であるタッチパネルディスプレイ７と送信部５から送信された情報を受信する受信部８、傾きセンサ９、受信部８で受信した情報と傾きセンサ９によって測定した結果を記憶するメモリ１０、タッチパネルディスプレイ７上に表示される仮想の３次元空間の情報を処理する仮想空間処理部１１、仮想空間処理部１１で処理した結果を２次元平面上に投影した像を作成し、タッチパネルディスプレイ７上に表示させる表示処理部１２を備える。
【００１０】
図７はタッチペン１によって入力された情報から３次元座標を特定する処理を示すフローチャートである。
タッチペン１を図２のようにタッチパネルディスプレイ７に接触させさらに押し付けるように力が加えられると、タッチペン１の軸長が縮む。このとき、傾きセンサ２と縮みセンサ３で測定した結果がメモリ４に図３のようにＸ軸方向の傾き３０度、Ｙ軸方向の傾き４５度、縮み２ｃｍという情報が格納される。格納された情報は送信部５より受信部８に送られメモリ１０に図３のデータ形式で格納される（ステップ７１、７２、７３）。
【００１１】
また、傾きセンサ９で測定したタブレット型ＰＣ６の傾きと、タッチパネルディスプレイ７で測定したタッチペン１の画面上の接触座標として、図４のデータ形式でＸ軸方向の傾き３０度、Ｙ軸方向の傾き−１５度、接触座標（２，３）という情報がメモリ１０に格納される。
仮想空間処理部１１で接触座標（２，３）を図２の仮想空間２３内の座標２５（２，３，０）変換し、メモリ１０に仮想タッチペン２４の始点として図５のデータ形式で格納する。
仮想空間処理部１１で、メモリ１０に格納したタッチペン１の傾きとタブレットＰＣ６の傾きからタブレットＰＣ６に対するタッチペン１の相対的な傾きを算出し、Ｘ軸方向０度、Ｙ軸方向６０度という結果を得る（ステップ７４）。
【００１２】
予めメモリ１０内に設定されている倍率１．０とタッチペン１の縮み２ｃｍから仮想空間２３内の仮想タッチペン２４の絶対値を求め、タッチペン１の相対的な傾きと仮想タッチペン２４の絶対値と座標２５（２，３，０）から、仮想タッチペン２４の終点（先端）の座標２６（２，４，１．７３）を算出し、図５のデータ形式でメモリ１０に格納する（ステップ７５）。
仮想空間処理部１１から表示処理部１２に座標２５と座標２６の情報を送り、表示処理部１２で座標２５を始点とし座標２６を終点とした仮想タッチペン２４を描画し、タッチパネルディスプレイ７に表示する（ステップ７６）。
上記によりタッチペン１をタッチパネルディスプレイ７に押し付けた際に、縮んだ長さの分だけタッチパネルディスプレイの画面内の接触位置からか画面に表示されている仮想空間の奥に向かって仮想のタッチペンが伸びているように見え、図１０のようにタッチペン１が画面を突き抜けているように見える。
【００１３】
図８は、算数の授業で立方体をある平面で切断したときの切断面の形について学ぶための電子教科書システムのフローチャートである。
仮想空間処理部１１で立方体の情報を生成し、表示処理部１２で仮想空間内に立方体を描画しタッチパネルディスプレイ７に表示する（ステップ８１）。図２のようにタッチペン１をタッチパネルディスプレイ７に押し付けタッチペンが縮んだ状態のままタッチペン１が動かされるとき、仮想空間処理部１１で算出した仮想タッチペン２４の始点と終点の座標を０．１秒ごとに図６の形式でメモリ１０に格納する。
【００１４】
仮想空間処理部１１にて０．１秒ごとの仮想タッチペン２４の始点と終点から仮想タッチペン２４が動いた軌跡となる曲面を算出し、立方体が算出した曲面によって分断されたか否かを判断し、分断後の各部分の形状の情報を算出し表示処理部１２に送る（ステップ８２〜８））。表示処理部１２で立方体が分断された後の各部分の形状を描画し、タッチパネルディスプレイ７に表示する（ステップ８６）。
【００１５】
図９は、図８のステップ８２の立方体が仮想タッチペンの軌跡によって分断されたかどうかを判定する際の詳細な処理を示すフローチャートである。
ここでは、立方体の内側に位置する座標の集合を例えば０．０１ｍｍ刻みで算出し、仮想タッチペンを移動させた際に始点から終点までの線分を０．０１ｍｍ刻みの座標の集合に近似する。そして、タッチペン１を移動させた際の線分の座標集合と立方体内部の座標集合に共通の座標が存在するかを調べ、その結果により、分断中状態、分断完了、分断未完了を判定する。
上記により、タッチペン１をタッチパネルディスプレイ７の画面を見ながら直感的に操作するだけで、画面内の立方体を切断し、どのような断面になるかを学ぶことが出来る。
【００１６】
本発明によれば、上記の例に限らず、仮想タッチペンで触れている立体を移動させることや、触れている状態でさらにタッチペンを押し込むことで、仮想タッチペンが接触している立体の部分をへこませたり削り取ったりする場合の３次元座標を入力することもできる。また、仮想タッチペンの先端が指している仮想空間内の座標に色をつけるといった立体的な絵を描く場合の３次元座標を入力することもできる。
【符号の説明】
【００１７】
１…伸縮式タッチペン、２…タッチペン内臓傾きセンサ、３…縮みセンサ、４…タッチペン内臓メモリ、５…送信部、６…タブレット型ＰＣ、７…タッチパネルディスプレイ、８…受信部、９…タブレット型ＰＣ内蔵傾きセンサ、１０…タブレットＰＣ内蔵メモリ、１１…仮想空間処理部、１２…表示処理部、２３…仮想空間、２４…仮想タッチペン、２５…仮想タッチペンの始点座標、２６…仮想タッチペンの終点座標。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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