一种可适用于虚拟现实的3D无线鼠标的探讨与设计

安徽师范大学物理与电子信息学院　张鹏飞　李　亚　蒋亚飞　沈　刚　张　超



一种可适用于虚拟现实的3D无线鼠标的探讨与设计

安徽师范大学物理与电子信息学院张鹏飞李亚蒋亚飞沈刚张超

【摘要】鼠标作为电脑的一个基本部件，扮演着重要角色。现今的鼠标即使可以脱离桌面载体的使用，其对于二维桌面环境（windows系统）本质上二维平面属性未能改变，若针对三维桌面环境，即增加可视化窗口的维度，现今的鼠标在空间进行前后运动未能有真实效果。所以本文是对一种可适用于虚拟现实的3D无线鼠标进行探讨与设计。

【关键词】3D；无线鼠标；虚拟现实；三维桌面

0　引言

随着现今社会各项技术的发展，人们越来越看好便捷的可穿戴设备，加之网络技术发展迅猛，无论在网速，还是云技术方面，以及大数据时代的到来，更促进了虚拟现实技术逐渐走近人们的生活，比如从开始的谷歌眼镜，到现在还在开发的微软Windows Holographic，人眼已不再局限于周围的现实生活环境，而是借助虚拟现实技术，去触碰更遥远的不可思议的世界，我们急于解放和拓展了眼睛，也更急于解放拓展人手的功能，去触摸或者控制人眼可看到的任何物体，这是人类本能的欲望。我们用鼠标控制电脑，用手点击或滑动触摸屏来控制智能手机，信息得以输入，设备得以控制，对于虚拟现实我们也将用手去控制它，而且更加方便快捷，也更加人性化。

1　技术难点分析

首先是三维空间传感器的选择，从我们所需要解决的问题入手，目前可进行选择的种类繁多，功能单一，无法进行人机交互和将现实的位移与方向的参数输入计算机系统中。

再者，对这种类型鼠标驱动的算法设计是至关重要的也是尤为困难的，程序对鼠标的传感数据进行快速精确地分析，对鼠标各按键的功能进行明确地定义，当然程序也要适配于计算机系统本身，能够与计算机系统完美兼容。

还有一个关键就是处理器芯片，DSP是专做数字信号处理的芯片，运行速度快，具有专门的硬件乘法器，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法，所以处理器芯片可以选用DSP处理器。

最后就是无线信号的发射与接收模块，如今这方面发展的比较成熟，所以选择起来较为广泛。

2 系统总体方案设计

如图1所示，这种3D鼠标及其系统，包括壳体、设置在壳体内的处理器、为3D鼠标供电的电源、指示鼠标工作状态的指示灯、与处理器连接的无线发射端口，以及按键一、按键二、按键三和滚轮，还包括与处理器连接的、感测鼠标三维位置及其运动轨迹并将三维感测数据传送给处理器的三维空间传感器。三维空间传感器感测数据后发送给处理器以得到空间坐标轨迹，经过处理后由无线发射端口发送，无线接收端口接收并可控制计算机鼠标指针。

图1　系统总体框图

利用三维空间传感器设计此类3D鼠标，通过传感器采集位移信号，下位机电路处理信号，无线射频通信传输，单片机运算处理及程序控制实现被操作对象在三维空间中的任意运动，最终实现虚拟装配或虚拟现实控制等操作。

3　创新性的改动和优化了鼠标各按键的作用

对比于现在市场上普通的2D鼠标，按键一相当于2D鼠标的左键，可进行选定与拖动，按键二相当于2D鼠标的右键，按键二还有特殊功能，它可以对虚拟三维空间中的任一虚拟物体进行选定并在其原位置进行点对称运动，若在虚拟三维操作系统中选定某一虚拟物体，长按按键二不松，使用者手持鼠标在现实空间中滑动，此虚拟物体将在虚拟三维操作系统中以其几何中心做各种翻转作用，其区别于按键一只对所选定的虚拟物体进行平行位移。

滚轮的作用与2D鼠标相比不变，我们设计一种虚拟现实化操作系统，其内部可产生二维操作界面，当用鼠标选定该二维操作界面，鼠标具有2D鼠标全部功能，此处不再赘述。

按键三具有特定功能，其具有复位鼠标指针在三维桌面环境中位置的功能。这避免了由于三维空间传感器特性，即使用者手持鼠标做任意动作而导致可视界面鼠标指针不稳。当使用者点击按键三的那一瞬间，鼠标指针将出现在可视化界面的某一定点处，并取其作为参照点，这避免了可能发生的鼠标指针丢失在虚拟三维空间环境中并难以寻找的问题。参照点是视野的起点，参照点的选择取决于计算机系统对它的设置。

如图2所示，我们将这种3D无线鼠标的壳体形态设计成跟日常生活随处可见的笔的形态差不多，使用者可用握笔的姿势手持该鼠标，按键与滚轮的位置安排与普通的2D鼠标相似。

图2　3D鼠标的结构图

4　结束语

与现有技术相比，这种3D鼠标的有益效果是：其能够脱离桌面载体，在现实环境中移动，以控制计算机三维桌面环境的鼠标指针模拟出在球面坐标系的各个方向移动，创新性的改动并优化了鼠标各按键的作用，从而更有效的实现了人机三维交互。其具有普通二维鼠标所有功能。随着人们生活和生产更加追求个性化和舒适化，本设计在一定程度上可以实现，并且能够很好的满足人们日益丰富的个性化要求。

参考文献

[1]田亮亮,王国发,臧家伟,朱传奇.3D无线鼠标的设计与实现[J].机电产品开发与创新,2011,5.

[2]贾伯年,俞朴,宋爱国.传感器技术[M].2006,12.

[3]何中辰,刘金刚.基于鼠标跟踪的三维交互机制的研究[J].2012,4.

张鹏飞（1995—），男，安徽六安人，大学本科，主要研究方向：光电信息科学与工程。

作者简介：

基金项目：安徽师范大学大学生创新创业项目（201410370031）。