НАВИГАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С СЕНСОРНЫМ ЭКРАНОМ
NAVIGATION DEVICE WITH TOUCHSCREEN

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к управляемому с помощью сенсорного экрана навигационному устройству, которое может отображать навигационные данные. Устройство может быть использовано, в частности, в качестве навигационной системы, установленной в автомобиле.
Уровень техники
Основанные на системе глобального позиционирования (GPS) устройства широко известны и широко применяются в качестве автомобильных навигационных систем. Из уровня техники известно программное обеспечение серии Navigator заявителя данной заявки TomTom B.V. Оно является программным обеспечением, которое при использовании в персональном цифровом ассистенте (PDA) (таком как Compaq iPaq), соединенным с внешним приемником GPS, позволяет пользователю вводить в PDA начальный и конечный адрес. Затем программное обеспечение может вычислять наилучший путь между двумя конечными точками и отображать команды для навигации по этому маршруту. За счет использования позиционной информации, получаемой из приемника GPS, программное обеспечение может с равномерными интервалами определять позицию PDA (обычно установленного на приборной доске автомобиля) и может отображать текущее положение автомобиля на географической карте и отображать (и произносить) подходящие навигационные команды (например, поворот налево через 100 м). Графические символы, отображающие подлежащие выполнению действия (например, левая стрелка, указывающая предстоящий левый поворот) могут отображаться на линейке состояний, а также накладываться на соответствующие перекрестки/повороты и т.д. улиц, показанных на самой карте. Также известны устройства, которые интегрируют приемник GPS в вычислительное устройство, программируемое с помощью базы данных географических карт и выполненное с возможностью создания навигационных команд на дисплее. Понятие «навигационное устройство» относится к устройству, которое позволяет пользователю определять путь к заданному месту назначения. Устройство может иметь внутреннюю систему для приема данных местоположения, такую как приемник GPS, или же может быть выполнено лишь с возможностью соединения с приемником, который может принимать данные местоположения.
В PDA обычно используются сенсорные экраны для обеспечения пользователю возможности выбора меню или ввода текста/цифр с использованием виртуальной клавиатуры. Обычно, сенсорный ввод осуществляют с использованием тонкого пера, поскольку размер отдельных виртуальных клавиш или других выбираемых объектов является относительно небольшим. При навигации с экрана, относящегося к одной функции или типу функций, применительно к другой функции или типу функций, предполагается, что выполняется выбор с помощью пера виртуальных клавиш, панелей управления, независимых переключателей и т.д., поскольку соответствующие зоны сенсорного управления являются относительно небольшими.
Однако в некоторых отдельных применениях, таких как применение калькулятора, каждая цифровая клавиша может быть достаточно большой для выбора с использованием пальца, а не пера. Однако когда необходимо отображать одновременно большое количество клавиш (например, для стандартной клавиатуры или виртуальной клавиатуры другого формата со всеми буквами алфавита), то приходится использовать намного меньшую виртуальную клавиатуру; в этом случае отдельные клавиши приходится выбирать с помощью пера. Поэтому устройства согласно уровню техники могут смешивать большие цифровые клавиши, доступные на одном экране, с намного меньшими клавишами на другом экране, хотя клавиши имеют одинаковую важность. Нельзя сказать, что базовые функции спроектированы равномерно и согласованно для эффективной и надежной работы пальцами, поскольку предполагается, что в большинстве случаев пользователи работают с помощью пера.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту данного изобретения создано навигационное устройство, программируемое с помощью базы данных географических карт и программного обеспечения, которое обеспечивает планирование маршрута между двумя заданными пользователем точками, при этом устройство дополнительно запрограммировано для обеспечения связи любой функции, относящейся к базовому комплекту функций, с не перекрывающейся зоной сенсорного ввода, которая является достаточно большой для надежного приведения в действие с использованием пальца.
Следовательно, данное изобретение основывается на понимании того, что можно идентифицировать комплект базовых функций и затем обеспечить их надежный выбор/приведение в действие с помощью прикосновения пальцем к сенсорной зоне ввода, достаточно большой для надежного приведения в действие. Это является особенно предпочтительным для автомобильного навигационного устройства, в котором базовые функции являются теми функциями, которые вероятны для приведения в действие водителем, в то время как устройство установлено на приборной доске и водитель наклоняется вперед, выполняя управление автомобилем (например, стоящим или движущимся, если условия движения позволяют это). Базовые функции предпочтительно включают функции, которые нельзя выбирать или задействовать с одного и того же экрана (т.е. они не ограничиваются лишь определенными клавишами, отображаемыми одновременно на дисплее). Следовательно, базовые функции должны существовать на нескольких различных экранах.
Этот подход к взаимодействию пользователя с системой является более простым, более гибким и более интуитивным, чем подходы согласно уровню техники.
Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - фотография экрана навигационного устройства с использованием данного изобретения; на фотографии экрана показана карта местности и линейка состояний, проходящая в нижней части дисплея;
фиг.2 - фотография экрана навигационного устройства с использованием трехмерного изображения;
фиг.3 - фотография экрана навигационного устройства, показывающего различные функции планирования маршрута, которые позволяют пользователю ставить устройству задачу составления нового маршрута к месту назначения, который (i) является альтернативным маршрутом; (ii) исключает участок дороги непосредственно впереди; (iii) исключает заданные дороги или (iv) является возвращением к первоначальному маршруту;
фиг.4 - фотография экрана навигационного устройства, показывающего виртуальную клавиатуру формата ABCD.
Подробное описание изобретения
Принцип действия системы
Данное изобретение осуществлено в программном обеспечении фирмы TomTom B.V. с названием Navigator. Это программное обеспечение осуществляется на сенсорном экране (т.е. управляемого с помощью пера) карманного персонального компьютера или персонального цифрового ассистента (PDA), такого как Compaq iPaq. Это обеспечивает основанную на GPS навигационную систему, когда PDA соединен с приемником GPS. Комбинированная из PDA и приемника GPS система предназначена для использования в автомобильной навигационной системе. Изобретение может быть осуществлено также при любой другой компоновке навигационного устройства, такого как с интеграцией приемника GPS, компьютера и дисплея, или в навигационном устройстве не для использования в автомобиле (например, для пешеходов), или в транспортных средствах, отличных от автомобиля (например, в самолете). Навигационное устройство может использовать любую технологию определения местоположения и не ограничивается GPS; его можно осуществлять с использованием любых других глобальных систем спутниковой навигации (GNSS), таких как европейская система Галилей. Оно также не ограничивается основанными на спутниках системами определения местоположения/скорости, а может осуществляться с использованием привязанных к поверхности лучей или любой другой системы, позволяющей устройству определять географическое местоположение.
Программное обеспечение Navigator при использовании в PDA приводит к созданию навигационного устройства, которое отображает в режиме нормальной навигации показанный на фиг.1 дисплей. Этот дисплей обеспечивает команды с использованием комбинации текста, символов, речевых команд и движущейся географической карты. Ключевыми элементами интерфейса пользователя являются: двумерная географическая карта 1, которая занимает большую часть экрана. Карта показывает автомобиль пользователя и непосредственное окружение, повернутое так, что направление, в котором движется автомобиль, всегда находится вверху. По нижней четверти экрана проходит линейка 2 состояния. Текущее местоположение устройства, которое определяет само устройство с использованием обычной системы GPS, и его ориентация (определяемая направлением движения) указываются стрелкой 3. Маршрут, вычисленный устройством (с использованием алгоритма вычисления маршрута, хранящегося в памяти устройства, применительно к данным географических карт, хранящихся в базе данных географических карт в памяти устройства) показан в виде затемненного пути 4 с наложенными на него стрелками, указывающими направление движения. На затемненном пути 4 все главные действия (например, повороты, перекрестки, развороты и т.д.) схематично показаны стрелками 5, накладываемыми на путь 4. Линейка 2 состояния также включает на своей левой стороне знак 6, указывающий следующее действие (в данном случае поворот направо). Линейка 2 состояния также показывает расстояние до следующего действия (т.е. до поворота направо расстояние составляет 220 м), извлеченное из базы данных всего маршрута, вычисленного устройством (например, списка всех улиц и соответствующих действий, определяющих выбранный маршрут). Линейка 2 состояния показывает также название 8 текущей улицы, оцениваемое время 9 до прибытия к цели (в данном случае 2 минуты и 40 секунд), действительное время 10 прибытия (11.36) и расстояние 11 до места назначения (1,4 км). Сила сигнала GPS указано в виде индикатора 12 силы сигнала, используемого в мобильных телефонах.
Если пользователь прикасается к центру экрана 13, то отображается меню навигационного экрана; с помощью этого меню можно инициировать или управлять другими базовыми навигационными функциями прикладной программы Navigator. Обеспечение выбора базовых навигационных функций из меню экрана, которое само очень легко вызывается (например, один шаг от отображения географической карты до меню экрана), в сильной степени упрощает взаимодействие пользователя с системой и делает его быстрее и проще.
2
Площадь сенсорной зоны, к которой должен прикоснуться пользователь, намного больше, чем в большинстве систем с сенсорным экраном с использованием пера. Она выполнена достаточно большой, чтобы ее можно было надежно выбирать одним пальцем без особенной точности, т.е. с имитацией реальных условий для водителя, управляющего автомобилем; он имеет мало времени для разглядывания сложного изображения на экране с небольшими пиктограммами управления, и еще меньше времени для точного нажатия на одну из этих небольших пиктограмм управления. Поэтому использование очень большого сенсорного экрана, связанного с заданной программируемой клавишей (или скрытой программируемой клавишей, такой как центр экрана 13), является преднамеренным признаком конструкции этой реализации изобретения. В отличие от других, основанных на использовании пера применений, этот признак конструкции последовательно применяется в программе Navigator для выбора базовых функций, которые вероятно потребуются водителю во время движения. Поэтому, когда пользователь получает возможность выбора пиктограмм на экране (например, пиктограмм управления или клавиш или виртуальных клавиш для ввода, например, адреса места назначения), то конструкция этих пиктограмм или клавиш выдерживается простой, а соответствующие зоны сенсорного экрана увеличиваются до размера, который позволяет безошибочно выбирать пиктограммы или клавиши с помощью пальца. На практике, соответствующая зона сенсорного экрана составляет порядка по меньшей мере 0,7 см и обычно является квадратной зоной. В нормальном навигационном режиме устройство отображает географическую карту. Одноразовое (или двухразовое в некоторых вариантах выполнения) касание географической карты (т.е. сенсорного экрана) вблизи центра экрана (или любой другой части экрана в другом варианте выполнения), вызывает навигационное меню (смотри фиг.3) с большими пиктограммами, соответствующими различным навигационным функциям, такими как возможность вычисления альтернативного маршрута, или повторное вычисление маршрута для исключения следующего участка дороги (полезно при возникновении препятствий или большой пробки); или для повторного вычисления маршрута для исключения специально указанных улиц.
Действительная физическая структура самого устройства в принципе может не отличаться от любого обычного компьютера, за исключением интегрированного приемника GPS или подачи данных GPS из внешнего приемника GPS. Следовательно, в памяти хранятся алгоритмы вычисления маршрутов, база данных географических карт и программное обеспечение интерфейса пользователя; микропроцессор интерпретирует и обрабатывает вводимые пользователем данные (например, с использованием устройства с сенсорным экраном для ввода начального и конечного адреса и всех других входных сигналов управления), и использует алгоритмы вычисления маршрута для вычисления оптимального маршрута. «Оптимальный» может относится к таким критериям, как минимальное время или минимальное расстояние или любые другие относящиеся к пользователю факторы.
А именно, пользователь вводит свое исходное местоположение и требуемое место назначения обычным образом в программное обеспечение Navigator, выполняемое в PDA, с использованием виртуальной клавиатуры. Затем пользователь выбирает способ вычисления маршрута движения: предлагаются различные режимы, такие как «быстрый» режим, который вычисляет маршрут очень быстро, но маршрут может быть не самым коротким; «полный» режим, который просматривает все возможные маршруты и выбирает наиболее короткий, однако вычисления занимают больше времени, и т.д. Возможны другие случаи, когда пользователь задает живописный маршрут, который, например, проходит мимо большинства интересных точек, которые обозначены как наиболее живописные, или проходит мимо точек, интересных для детей, или имеет наименьшее число перекрестков и т.д.
Сами улицы описаны в базе данных географических карт, которая является частью программного обеспечения Navigator (или к которой имеется другой доступ), выполняемого в PDA, в виде линий, т.е. векторов (например, начальная точка, конечная точка, направление улицы, при этом вся улица состоит из многих сотен таких секций, каждая из которых однозначно задана начальной точкой, конечной точкой и направлением). Таким образом, географическая карта является набором таких векторов улиц с добавлением интересных точек, названий улиц и других географических признаков, таких как границы парков, берега рек и т.д., которые все заданы в виде векторов. Все признаки географических карт (например, векторы улиц, интересные точки и т.д.) заданы в системе координат, которая соответствует или соотносится с системой координат GPS, что позволяет отображать местоположение устройства, определяемое с помощью системы GPS, на соответствующей улице, показанной на карте.
Для вычисления маршрута используются сложные алгоритмы, которые являются частью программного обеспечения Navigator. Алгоритмы применяются для вычисления большого числа возможных различных маршрутов. Затем программное обеспечение Navigator оценивает их в соответствии с заданными пользователем критериями (или отказами устройства), такими как режим полного сканирования, живописный маршрут, музеи и отсутствие камер слежения за соблюдением скоростного режима. Затем маршрут, который наилучшим образом соответствует критериям, вычисляется процессором в PDA и сохраняется в базе данных ОЗУ в виде последовательности векторов, названий улиц и подлежащих выполнению действий в конечных точках векторов (например, соответствующих заданному расстоянию вдоль каждой улицы маршрута, таким как поворот налево на улицу Х после 100 м).
Подход к конструкции интерфейса пользователя с использованием пальца
Данное изобретение связывает приведение в действие сенсорной зоны с каждым набором базовых функций; эта зона является достаточно большой для выбора одним пальцем без особой точности. Это отображает реальные условия для водителя, управляющего автомобилем; он не имеет много времени для рассматривания подробного экрана с небольшими пиктограммами управления, и еще меньше времени для правильного нажатия на эти небольшие пиктограммы управления.
Этот признак интерфейса пользователя с использованием пальца последовательно применяется в программном обеспечении Navigator 2.0 ко всем заданным базовым функциям, а не выборочным образом, когда конструкция экрана позволяет отображать большие пиктограммы управления; поэтому во всех случаях, когда пользователь имеет возможность выбора на экране определенных элементов, относящихся к базовым функциям (например, пиктограмм управления или клавиш, или виртуальной клавиатуры для ввода, например, адреса места назначения), то конструкция этих пиктограмм или клавиш остается простой, а соответствующие зоны сенсорного экрана расширяются до такого размера, что можно безошибочно выбирать каждую пиктограмму или клавишу с помощью пальца. Кроме того, когда экран включает выбираемые графические элементы выбора (например, пиктограммы, названия, независимые переключатели и т.д.), то каждый из этих элементов связывается с отображаемой не перекрывающейся зоной сенсорного ввода, которая является достаточно большой для надежного приведения в действие с помощью пальца.
Следовательно, устройство не предлагает пользователю в различные моменты времени смесь выбираемых графических элементов, относящихся к базовым функциям, из которых некоторые являются достаточно большими для надежного приведения в действие с помощью пальца, а другие слишком малыми, так что для их приведения в действие необходимо перо. Ключевым моментом является то, что конструкция взаимодействия пользователя с системой основана на анализе возможных базовых функций, которые могут подлежать выполнению водителем во время управления автомобилем, и обеспечения возможности приведения в действие выбранных элементов (например, больших графических пиктограмм), связанных с необычно большой площадью активирования сенсорного экрана. Подходы к конструкции интерфейса пользователя согласно уровню техники не способны логично идентифицировать базовые функции и обрабатывать их указанным образом.
2
На практике, соответствующая зона сенсорного экрана составляет, по меньшей мере, 0,7 см (намного больше, чем обычные зоны активирования сенсорного экрана), и обычно является квадратной зоной.
Примерами базовых функций, которые логично используют этот подход, являются:
(i) перемещение между наивысшим уровнем в иерархии меню и следующим нижним уровнем;
(ii) выход из экрана в нормальном навигационном режиме;
(iii) выбор элементов, которые инициируют функции повторного вычисления маршрута;
(iv) установка текущего местоположения в качестве положения, подлежащего отметке на географической карте.
2
Этот подход можно иллюстрировать в нескольких контекстах. Во-первых, для облегчения доступа к функциям, которые обеспечивают вычисление альтернативных маршрутов, посредством расположения меню из графических пиктограмм для этих функций (или любым другим образом, позволяющим выбор функций, таких как списки, независимые переключатели и т.д.) на экране меню, к которому имеется простой доступ с главного навигационного экрана, т.е. экрана, который отображается во время действительной или имитируемой/просмотровой навигации (смотри фиг.1 или 2). Как указывалось выше, в режиме нормальной навигации устройство отображает подвижную географическую карту, которая показывает положение навигационного устройства во время движения. Прикосновение к географической карте (т.е. к сенсорному дисплею) один раз (или два раза в другом варианте выполнения) вблизи центра экрана (или любой части экрана в другом варианте выполнения) вызывает меню повторного вычисления (смотри фиг.3) с большими пиктограммами, соответствующими различным функциям повторного вычисления маршрута, такими как вычисление альтернативного маршрута; повторное вычисление маршрута, так чтобы исключить следующий участок улицы (полезно в случае возникновения препятствий или большой пробки); и повторное вычисление маршрута с исключением конкретных перечисленных улиц. Эти функции вычисления альтернативного маршрута запускаются посредством прикосновения к соответствующим пиктограммам на экране меню повторного вычисления (которое является одним взаимодействием пользователя с системой, таким как прикосновение к экрану вне экрана нормального навигационного режима). Доступ к другим функциям повторного вычисления маршрута можно получать на более низком уровне структуры меню. Однако они все достигаются посредством выбора элементов, таких как графические пиктограммы, списки, независимые переключатели, которые однозначно связаны с зонами сенсорного экрана, которые являются достаточно большими для обеспечения пользователю возможности выбора их с помощью пальца во время движения, обычно они составляют, по меньшей мере, 0,7 см.
Виртуальная клавиатура
Как указывалось выше, ключевым признаком является использование больших зон сенсорного экрана для каждой графической пиктограммы, которая инициирует базовую функцию, которую водитель может осуществлять при управлении автомобилем. Этот подход используется также для клавиш виртуальной клавиатуры (например, формата ABCD, как показано на фиг.4, формата QWERTY и т.д.). Поскольку устройство может отображать большие алфавитные клавиатуры, значительно большие, чем обычные клавиатуры на основе экрана в PDA, то это позволяет пользователю вводить текст более просто и без снятия устройства с опоры или приборной доски и даже с использованием своего пальца вместо пера.
Оптимальные размеры в устройстве iPaq (240×320 пикселей или 106 пикселей на дюйм или 48 пикселей на 1 см) составляют:
для изображений клавиатуры QWERTY/ AZERTY:
горизонтальное расстояние: 25 пикселей от центра до центра (от клавиши до клавиши),
вертикальное расстояние: 32 пикселя от центра до центра (от клавиши до клавиши);
для изображений клавиатуры АВС:
горизонтальное расстояние: 40 пикселей от центра до центра,
вертикальное расстояние: 32 пикселя от центра до центра.
Примечание: изображение цифровой клавиатуры является смешанным (имеет как небольшие, так и большие клавиши). Кроме того, некоторые клавиши могут быть на 1 пиксель меньше по ширине, чем другие клавиши (из эстетических соображений), поэтому расстояние между центрами может быть разным у разных клавиш.
Размер отдельной клавиши в пикселях (ширина, высота) составляет:
36×28 (изображение клавиатуры АВС),
21×28 (изображение клавиатуры QWERTY/AZERTY),
46×28 (клавиши со стрелкой на изображениях клавиатуры QWERTY/AZERTY),
70×28 (клавиши возврата и пробела на изображениях клавиатуры QWERTY/AZERTY).
Примечание: некоторые клавиши могут быть на 1 пиксель меньше по ширине, чем другие клавиши (из эстетических соображений).
Общие размеры (ширина, высота) изображения различных клавиатур составляет:
240×155 (изображение клавиатуры АВС),
240×155 (изображение клавиатуры QWERTY),
240×155 (изображение клавиатуры AZERTY),
240×62 (изображение с 2 линиями цифровых/стрелочных клавиш),
240×31 (изображение с 1 линией стрелочных клавиш).
Примечание: включая белые поля шириной 1-3 пикселя.
Указанные размеры позволяют отображать программируемую клавиатуру, которую пользователь может легко приводить в действие одним пальцем, когда устройство установлено на опоре приборной доски, при движении автомобиля и без значительного отвлечения от управления автомобилем.
Допуски на указанные выше размеры составляют примерно 25% (плюс или минус).
Точки пути
2
Если водитель проезжает интересное место на улице (например, во время управления автомобилем), то он может сохранить информацию об этом местоположении с помощью очень простого действия, такого как быстрое двойное прикосновение к заданной зоне на экране, такой как зона размером 0,7 см, расположенной по центру текущего положения автомобиля, отображаемого устройством (или же подачей голосовой команды). Это приводит к сохранению метки в базе данных точек пути; по существу координат интересных мест. Это является другим примером базовой функции (обозначения текущего местоположения в качестве точки пути), которая запускается с использованием зоны сенсорного экрана, достаточно большой для обеспечения надежного выбора с помощью пальца даже во время управления пользователем автомобиля. Точку пути можно отмечать также на самой географической карте в виде пиктограммы POI (интересная точка). Позже пользователь может извлекать и использовать ее (или же аннотировать ее и сохранять). Например, если место обозначено как интересная точка на карте, то пользователь может выбрать интересную точку на карте, что приводит к открытию окна для аннотации, в которое пользователь может ввести текст (например, «большой книжный магазин»).