图形界面以及用于在触摸选择所显示元素期间管理所述图形界面的方法

摘要

本发明涉及一种包括屏幕(6)的触摸界面(1)，所述触摸界面可检测用户手指(11)的接近和位置，所述界面被配置成用于在所述屏幕(6)上显示与触摸选择区相关联的至少一个图形元素(8，C1_0，C2_0，C3_0，C4_0，Ci_0，Cj1_0)，所述触摸选择区初始地包围所述图形元素在所述屏幕上的定位点(9，B1_0，B21_0，B3_0，B4_0，Bi_0，Bj1_0)。所述界面(1)被配置成用于：估计从所述手指(11)上的点Dxyz(t))到冲击点(Pxy(t))的轨迹(traj(t))，所述冲击点在所述轨迹与所述屏幕之间；并且当所述定位点(B1_0)与所述冲击点(Pxy(t))之间的距离(Gap1(t))下降到第一阈值以下时，用于使所述图形元素(C1(t))朝向所述冲击点(Pxy(t))移动。

说明书

技术领域

本发明的主题为触摸界面，尤其为机动车辆车载的触摸界面、或者被用来控制系统的触摸界面，在所述触摸界面上，用户在被限制将他们的注意力保持集中在其他任务(例如，集中于监测生产机器)上的同时进行干预。

背景技术

在这类配置中，用户必须与触摸界面进行交互，同时使他们的注意力主要可用于除操作界面之外的任务，并且如果界面不是很大，则用户可能在从菜单中选择元素时遇到困难。为了从菜单中选择这种元素，用户必须在将他们的手指施加于与菜单元素的触摸选择区相对应的界面上的给定位置，所述菜单元素在屏幕上由基本上在触摸选择区的位置处显示在屏幕上的图标或者更一般地图形符号来突出显示。具体地，在机动车辆中，当车辆处于运动中时，用户(其必须不断观察道路)的选择手势可能不精确。

为了克服这些缺点，一些移动终端制造商已经开发了大尺寸屏幕或者文本输入系统，其中例如被手指触摸的字母被图形地放大。此放大显示(远离待激活图标和手指所处的位置)维持较短时间段，但足够长以供用户阅读他们已输入的字母，从而执行视觉检查以便验证他们已经完成了他们所期望的输入。这种类型的显示往往意味着必须在每个新字母处在屏幕的受限且不同的区上执行输入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人/机界面系统，所述系统通过在无需增大屏幕尺寸的情况下促进输入用户所期望的图形元素并且通过在待进行手势中留出更多空白以供执行输入来使得有可能减少在输入菜单元素时发生错误。

出于此目的，本发明提供了一种图形界面或触摸界面，所述图形界面或触摸界面包括能够检测用户手指的接近和位置的屏幕。检测优选地发生在预定义体积内，其特征具体在于相对于所述屏幕的检测阈值距离。因此，检测至少发生在预定义体积中，但可延伸至更宽的空间。所述界面被配置成用于在所述屏幕上显示与触摸选择区相关联的至少一个图形元素，所述触摸选择区包围所述图形元素在所述屏幕上的定位点。所述界面被配置成用于估计所述手指的点的轨迹以及此轨迹在所述屏幕上的冲击点，并且被配置成用于当所述定位点与所述冲击点之间的距离下降到第一阈值以下时使所述图形元素在所述冲击点的方向上移动。所述图形元素的移动方向可以由所述图形元素的特定点的移动来限定，所述特定点此后在说明书中被称为在其初始位置中的定位点，并且一旦移动则被称为定心点。

此处，所述触摸界面、或图形界面的“屏幕”指空间的三个二维区域，通过对由电子控制单元所管理的坐标变化的可选计算，所述三个二维区域可互相叠加，所述电子控制单元管理经由所述触摸界面而执行的检测操作以及所述触摸界面的屏幕上的显示。

这三个区域中的第一区域在严格意义上由显示屏构成，从而使得有可能针对用户的注意力而显示所述图形元素，所述图形元素用于向它们指示它们必须交互的空间的区域。

第二区域为触摸界面或图形界面的检测单元，与触摸屏类型的敏感平面表面相关联，叠加在显示屏上，或者与空间中的另一检测系统相关联，从而尤其使得可能检测用户手指在显示屏附近的位置，然后在特定于检测界面的坐标中进行标记。

第三区域由参考虚拟屏幕上的点的坐标值来限定，所述值由电子控制单元存储并且通过虚拟屏幕的区域来进行分组，在特定于电子控制单元的坐标系中进行表示。虚拟屏幕的这些区域例如是由表面区或者由多组边界线来限定。存储相对于这些区域的图形元素的初始定位点，然后计算它们的后续的定心点，并且还在每个时刻计算每个图形元素的其他点的坐标，所述坐标则可以被平移到显示屏的坐标系中。手指在检测界面的坐标中的位置可以例如被平移到电子控制单元的坐标系中，以用于对其相对于不同边界的位置进行标识，然后用于随时间推移计算所显示的图形元素的定心点的位置，所述位置则被平移到显示屏上的位置。

图形元素和触摸选择区初始地均包围定位点，但是一旦被移动则可能就不再包围此定位点。在显示在手指与界面之间的交互期间所给定的选择菜单期间，图形元素的定位点的位置保持固定，直到可选地手指在屏幕上的接触触发显示另一选择菜单。

操作者的手指可以以等效的方式被可由界面检测的元素来代替，例如，细长物体，诸如适合用于允许通过所述触摸界面来检测特定几何点的手写笔。

图形元素的定位点是与此图形元素相关联的屏幕上的特定点，优选地针对所述界面的参考显示状态包含在图形元素的边界中，对应于例如在没有与手指进行的任何交互的情况下对特定选择菜单的显示。

所述图形元素可以是表面或线性显示模式，包括一种或多种颜色。优选地，所述图形元素对屏幕上与相关联触摸选择区的轮廓或表面重合的的轮廓或可见表面进行限定。

定位点可以典型地为在不存在任何交互的情况下在图形元素的显示位置中对图形元素的可见边界进行限定的轮廓的表面的几何质心。根据一些变体实施例，图形元素的定位点可以相对于图形元素而远离中心，例如其可以远离朝向图形元素最接近的屏幕的边缘，以便限制在被移动的显示图形元素与屏幕的边缘之间重叠的风险。

根据变体实施例，所述距离阈值可以在围绕定位点的所有方向上是相同的。根据另一变体实施例，所述距离阈值可以为冲击点围绕定位点的角位置的函数，以便限定非圆形边界，在所述非圆形边界中，对所述冲击点的检测触发所述图形元素的移动。特定函数则可以与所述界面的每个图形元素相关联。对在给定时刻平移的图形元素的显示优选地代替图形元素的初始显示以及图形元素的其他之前的显示(如果存在的话)。

所述界面可以在越过所述第一阈值时被配置成用于计算所述定位点到临时定心点的平移向量并且用于执行对所述图形元素的显示的相应平移。临时定心点被理解为意指屏幕上的一点，在界面与手指进行交互的至少一些阶段期间将图形元素定中心在这一点上。此处在术语的广义上来理解定心，定心点能够例如是表面质心、或者图形元素的一些特征点的质心，此质心的加权系数是恒定的但不必从一个特征到另一个特征点都相等。围绕临时定心点的图形元素的表示则可以是平移、位似，或者可以是图形元素围绕其定位点的初始表示的双向扩张。在优选实施例中，此定位点和临时定心点在所显示的图形元素上并不明显。位似比或扩张比优选地大于或等于1，只要定心点不再与初始定位点重合。临时定心点位于定位点与冲击点之间的线上。

第一距离阈值可以是冲击点围绕定位点的角位置的变量函数。换言之，所述距离阈值限定了围绕定位点的非圆形边界，此边界限定了影响域，在所述影响域内部所述界面被配置成用于激活图形元素的显示的移动。

所述界面可以被配置成用于将所述临时定心点的位置计算为所述初始定位点与所述冲击点之间的质心，所述定心点与所述冲击点之间的相对距离为所述手指与所述屏幕之间距离的递增函数。此处，质心被理解为意指在具有权重系数的两点之间的加权质心，所述权重系数可以是变量函数，例如手指与屏幕之间距离的函数。根据另一变体实施例，定心点与冲击点之间的相对距离为手指与冲击点之间距离的递增函数。优选地，此函数在手指触摸屏幕时被取消。此处，相对距离或相对接近距离指代施加到定心点的移动与定位点和冲击点之间的距离之比。根据第一变体实施例，此相对接近距离并不取决于冲击点与定位点之间的距离。根据另一变体实施例，此相对距离可以随冲击点与定位点之间的距离而减小，例如，如果图形元素与将两个图形元素分离的距离相比较小。因此，手指可以被定位在图形元素之上，即使当其靠近另一图形元素的影响区(稍后定义)偏移时。根据另一变体实施例，此相对距离可以随冲击点与定位点之间的距离而增大，例如如果图形元素的尺寸可与将两个图形元素分离的距离相比较。这避免了“被移动的”图形元素过度侵犯相邻图形元素的影响区。根据又另一实施例，此相对接近距离(如第一距离阈值)可以进一步是冲击点围绕定位点的角位置的变量函数。

所述界面在越过所述第一阈值时可以被配置成用于通过沿着至少一个方向根据放大倍数扩张此图形元素来显示所述所平移的图形元素。扩张可以对应于双向位似，但是在一些变体实施例中可以对应于具有沿着屏幕的两个垂直轴线的两个不同比值的扩张。所述扩张可以对应于单向扩张。例如，如果图形元素位于屏幕的显示边缘附近，则图形元素可以被扩张更大或者仅沿着垂直于此边缘的方向被扩张，以便延迟图形元素与屏幕的边缘重叠的时刻(如果手指接近此边缘)。放大倍数(即位似比或双向扩张的最高比)优选地在1.1与1.5之间，并且优选地在1.15与1.35之间。可替代地或者除维度变化之外，所述图形元素可以通过亮度、对比度、颜色或填充模式的变化来突出显示。

有利地，所述界面在越过所述第一阈值时可以被配置成用于在与所述越过所述阈值相对应的新位置处显示所述所平移的图形元素，然后当所述定位点与所述冲击点之间的距离下降到所述第一阈值以下时周期性地计算每次将更新后的冲击点考虑在内时的新平移向量，并且用于显示所述相应向量的所述所平移的图形元素。根据第一实施例，所述所显示的图形元素的尺寸保持恒定，只要所述定心点不同于所述定位点。根据另一实施例，所述界面可以被配置成用于然后将所述图形元素的尺寸减小至其初始尺寸与其在越过所述第一距离阈值的时刻的尺寸之间的中间尺寸。根据又其他实施例，所述界面可以被配置成用于：一旦越过所述阈值，则继续增大所述图形元素的尺寸。

优选地，所述界面被配置成用于随着所述所显示的图形元素而移动被考虑作为所述触摸选择区的区。

所述移动沿着将定位点联接至临时定心点的同一向量而发生。如果图形元素被扩张一个或多个放大倍数而显示，则所述触摸选择区被扩张相同的放大倍数。

当定位点与冲击点之间的距离上升到第二阈值以上时，所述界面可以被配置成用于使所述图形元素的显示返回至其围绕定位点的初始位置。所述第二阈值可以与所述第一阈值完全相同。图形元素的显示在越过第一距离阈值之前也返回至其初始尺寸和外观(亮度、颜色、图形浮雕效应等)。根据变体实施例，只有当超过第一阈值延伸到阈值之外时才可以执行返回到原始显示。根据变体实施例，从其被触发的时刻开始，所述返回到原始显示可以在没有任何平移的情况下执行，或者可以通过在返回被触发之前在初始位置与最后位置之间在一系列位置处并且以一系列中间尺寸显示图形元素来执行。返回轨迹可以以例如直线发生，其中，当返回被触发时图形元素的尺寸与同手指交互之外图形元素的初始尺寸之间的图形元素尺寸逐渐减小。根据另一变体实施例，在开始将图形元素返回至其原始位置时，可以使图形元素的尺寸返回至其初始尺寸。

根据具体实施例，所述界面可以被配置成用于在所述触摸屏幕上显示与第一触摸选择区相关联的至少一个第一图形元素、第一定位点和第一距离阈值第一函数，并且用于显示与第二触摸选择区相关联的至少一个第二图形元素、第二定位点和第一距离阈值第二函数。所述第一距离阈值第一和第二函数分别围绕所述第一和所述第二定位点来限定第一影响域的第一边界以及第二影响域的第二边界。所述界面然后可以被配置成用于至少有时允许通过所述手指在所述第一触摸选择区中的接触点处的接触来进行选择，同时所述第一触摸选择区临时与所述第二影响域重叠并且所述接触点位于所述第二影响域中。

本发明进一步提供了一种用于管理触摸界面的方法，所述界面能够检测用户相对于所述界面的屏幕的接近和位置，其中：

-在第一步骤中，在所述屏幕上显示与触摸选择区相关联的至少一个图形元素，所述触摸选择区包围所述图形元素在所述屏幕上的定位点并且定位在同一影响区内部；

-重复估计所述手指的点的轨迹以及此轨迹在所述屏幕上的冲击点，

-当所述冲击点进入所述影响区时，在所述冲击点的方向上移动所述所显示的图形元素以及所述相关联触摸选择区；

-只要所述冲击点仍处于所述影响区内，就在作为所述更新后的冲击点的函数并且在所述手指接近所述屏幕时变得更靠近所述冲击点的位置处显示所述图形元素以及所述相关联触摸选择区。

按照惯例，冲击点与图形元素之间的距离被测量作为冲击点与通过将图形元素的平移向量施加到初始定心点而获得的定心点之间的距离。

手指与屏幕的接近度与冲击点与定位点的所移动等效物之间的接近度之间的关系并不一定是线性的。

附图说明

通过阅读仅仅作为非限制性实例并且参照附图给出的以下说明，将会清楚本发明的其他目的、特征以及优点，在附图中：

-图1展示了设置有根据本发明的界面的机动车辆，

-图2展示了根据本发明的人机界面，以及

-图3是图2中的界面的操作模式之一的特性图。

具体实施方式

如图1所展示的，根据本发明的触摸界面可以例如装载在由用户4驱动的机动车辆3上(所述用户通过移动他们的手指并且触摸触摸界面1的屏幕的某些点从而能够向电子控制单元2传输指令)以用于操作所述车辆的不同装备，例如，所述车辆的通风系统5或者所述车辆的任何其他装备。

电子控制单元2还可以将表示所述车辆的操作状态的消息返回至触摸界面，从而使得所述车辆的用户4可将这些数据考虑在内。

图2展示了根据本发明的触摸界面1的操作原理。触摸界面1典型地包括：触摸屏6，所述触摸屏由边缘7来界定；以及检测系统(未表示)，所述检测系统用于检测用户手指11(尤其为此手指的特定点D_xyz)的位置，并且用于检测此手指是否与触摸屏接触。此处的触摸屏通过移动手指并且通过此手指接近验证表面来表示任何输入系统。本发明可以例如应用于检测系统，所述检测系统将信息光学地投影到惰性表面上并且通过各种各样的例如光学或红外传感器来观察此表面的相邻体积，例如，从而检测手指的位置并且从而检测手指与还是不与表面接触。

触摸屏6通常通过此处在影响区域或影响区中的F_{1_4}、F_{1_2}、F_{4_i}、F_{2_i}、F_{2_3}、F_{i_j}来表示的边界10来界定，所述影响区域或影响区在图2中的参考号为R₁、R₂、R₃、R₄、R_i和R_j。每个区域对应于在触摸屏上显示的菜单的选择区。能够引起验证行为的区域各自显示了图形元素，所述图形元素此处参考号为8的并且更具体地根据区域C_{1_0}、C_{2_0}、C_{3_0}、C₄_₀、C_{i_0}、C_{j_0}被引用的。

利用0进行索引的这些图形元素对应于菜单在图形屏幕上的初始显示。图形界面被配置成用于检测手指11的以及具体地此手指的一端D_xyz的移动，所述一端在时刻t位于点D_xyz(t)处并且在下一时刻t+dt位于点D_xyz(t+dt)处。

图形界面能够(例如，通过对连续检测的点进行外插)确定在每个时刻被重新估计的轨迹，并且所述轨迹在图2中针对在时刻t的估计轨迹被表示为traj(t)并且针对在时刻t+dt的估计轨迹被表示为traj(t+dt)。这些计算的轨迹中的每个轨迹限定了在此处被表示为冲击点的点P_xy，尽管冲击首先仍是理论性的。此点P_xy是轨迹和屏幕的接触表面的交叉点，所述屏幕的接触表面可以与屏幕6显示表面重合。

当冲击点位于足够接近图形元素之一时，本发明提供修改图形元素的显示并且使其更接近冲击点，以便促进用户的工作，所述用户从而可以继续验证菜单的相应选项而无需从正在进行中的轨迹移开他们的手指。为了这样做，针对每个图形元素，对虚拟定位点9进行任意限定，所述虚拟定位点可以不在显示中出现，并且既用于估计图形元素与冲击点之间的距离又用于计算图形元素的显示的后续移动。

在图2中，这些定位点分别通过参考号(针对图形元素C_{1_0}的B_{1_0}、针对图形元素C_{2_0}的B_{2_0}，……针对图形元素C_{j_0}的B_{j_0})来标识。

为了方便，这些定位点可以对应于图形元素的表面质心、或者对应于图形元素的轮廓的质心。根据变体实施例，它们可以可选地以任意方式位于图形元素的边界之一附近。

为了判定是否必须对区域R₁的图形元素C_{1_0}的显示进行移动，此处通过Gap₁(t)表示的距离可以与恒定阈值进行比较或者与取决于将锚定点B_{1_0}与冲击点P_xy(t)连接的直线的方向的阈值进行比较。例如，可能的是验证冲击点是否位于对区域进行界定的边界内部，在所述区域中，当不存在与手指的任何交互时，所考虑的图形元素位于其初始状态。

在图2中，在时刻t处计算的轨迹traj(t)的冲击点P_xy(t)与定位点B_{1_0}在此时刻t处的距离被表示为Gap₁(t)。作为此距离的函数并且还作为手指到屏幕的距离的函数，将移动(此处由U₁(t)表示)施加到图形元素C_{1_0}，所述图形元素在给定时刻对应于将定位点B_{1_0}和临时定心点B₁(t)联结的向量，所述临时定心点相对于被移动的图形元素C₁(t)占用与定位点B_{1_0}相对于图形元素C_{1_0}在其初始显示配置中初始占用的相同的重心位置。

在随后的时刻t+dt，重新计算的轨迹限定了新的冲击点P_xy(t+dt)，所述新的冲击点的位置与手指到屏幕的距离一起用于计算在此时刻显示的图形元素C₁(t+dt)的定心点B₁(t+dt)的新位置。

为了提升用户对处于被选择的点上的图形元素的感知，可能的是只要激活对图形元素的显示的移动就能使此移动伴随图形元素的维度的扩张，例如沿着所有方向的位似、或者可选地根据屏幕上的可用空间的沿着屏幕的方向之一的扩张。

图形元素的尺寸则可以保持恒定，只要对图形元素的显示的移动继续有效。根据图形元素的尺寸以及移动的幅度，可能发生图形元素与区域之间的边界之一重叠。例如，在图2中，图形元素C₁(t+dt)在与边界F_{1_2}重叠的点上。触摸选择区与每个图形元素相关联，所述触摸选择区在其被用户手指触摸时触发与在屏幕上显示的菜单中的选项之一相对应的动作。优选地，所述触摸选择区与由所述图形元素占用的表面重合。

根据本发明的界面可以被配置为使得：如果在由手指执行的轨迹之后，图形元素和相关联触摸选择区与边界之一重叠并且手指与屏幕在此时刻显示的图形元素的点处接触，则将对相关联触摸选择区的验证考虑在内(即使在此时刻接触点位于与图形元素相关联的区域的边界之外)。

以此方式，方便了用户输入，因为这样被允许用于从菜单选择元素的区域的有效边界在某种程度上根据用户手指的轨迹改变了形状，以便通过临时移动其边界来拓宽所允许的总选择区域。

图3展示了图表20的示例，所述图表将根据本发明的界面上的图形元素的此处通过U₁(t)表示的移动的幅值(作为用户手指与屏幕之间的距离h(t)的函数)与手指轨迹的冲击点与图形元素的初始定位点之间的距离Gap₁(t)进行相关。映射表面21在此被选择用于在手指到屏幕的距离超过一定阈值h₀时取消对图形元素的任何移动，所述阈值可以典型地是触摸界的检测阈值距离。映射表面21还被选择用于在冲击点接近定位点时取消对图形元素的任何移动，因为之后不再需要对图形元素进行任何移动。典型地，移动的值U₁(t)可以被选择作为距离Gap₁(t)与被选择作为手指到屏幕的距离的递增函数的函数的乘积，所述函数针对距离阈值h₀而取消。用于限定移动向量U₁(t)的可能函数的形式之一是将距离Gap₁(t)直接乘以从手指到屏幕的距离h的凹函数或凸函数。此凹函数或凸函数可以例如是距手指的距离h与阈值距离h₀之比的差1的次幂。

如果1/2次幂被选择用于此函数，则获得在等式(1)中提供的对应于图3中的图表的表达：

等式(1)。

选择这种形式的凸函数的优点是其在手指紧邻屏幕时具有“减慢”图形元素的移位的效应，这避免在最终选择之前干扰用户。可以设想另一变量函数U(t)，其中，幂函数也被应用于定位点与冲击点之间的距离Gap₁(t)，以便例如在接近与所考虑的图形元素相关联的区域的界限时减慢对图形元素的移动。手指到屏幕的距离可以被当作是手指到屏幕的正交距离h(如图2和图3中表示的)，但是可以设想变体实施例，其中，手指到屏幕的距离被当作最靠近屏幕的手指的点D_xyz与此时轨迹的冲击点P_xy(t)之间的距离。

从另一角度来看，可以将所述图形元素的定心点B₁(t)与冲击点P_xy(t)之间的相对距离限定为距离比Δ₁(t)，其被限定为：

等式(2)。

此相对距离给出了与图形元素的待遍历的剩余间隙，从而使得此图形元素以冲击点为中心。

此相对距离在所述手指接近所述屏幕时减小并且在所述手指触摸所述屏幕时取消。

本发明并不受限于所描述的示例性实施例并且可以具有许多变体。可以由任何触摸装置或任何选择装置通过对手指的末端进行定位来检测所述手指相对于所述界面的位置。用于计算图形元素的移动的函数可以不同于在示例中所引用的那些函数。可以在该图形元素或多个图形元素的修改显示过程的一些步骤中引入超时。如果两个图形元素必须显示在拦截区上，则可以提供一个图形元素相对于另一图形元素的透明显示模式。