专利名称：三维桌面系统的显示与操作方法
技术领域：
本发明属于计算机操作系统的界面显示与操作技术领域，尤其是涉及一种计算机三维桌面系统的显示和操作方法。
背景技术：
在计算机操作系统的界面显示与操作上，目前均为二维的平面显示与操作。例如广泛应用的Windows操作系统和Linux操作系统的显示界面目前均为二维的平面，用户操作如同在画板上，不具有纵深操作，没有一种真实的空间感。为了用户在操作计算机时，使计算机的操作系统具有与现实生活相同的显示环境和操作真实感，目前国内外对三维交互界面已成为研究的热点，尤其是桌面系统的三维化，更是竞争的焦点。但是目前对于三维桌面系统的研发均未达到真3D(三维)，而是经过图形变换形成的三维视觉，在学术上称为2.8D。不具有三维空间的操作和漫游，对于操作系统所显示的各种图标也不具有真3D的图形。
发明内容
为了克服已有三维桌面系统的缺陷，并将现有二维桌面系统发展成为真3D的三维桌面系统，发明了一种操作系统三维环境中的显示与操作方法，并利用所发明的此方法实现了一种真3D的三维桌面系统。
为此，本发明采用的技术方案是桌面系统三维显示与操作方法，其技术要点是首先创建一个真3D的三维场景，然后在三维环境中导入真3D的图形；操作的光标随着三维场景的远近而小到大变化。为了解决计算机运算和显示速度问题，三维场景的创建采用框架贴图的方法，即先画出三维的框架，然后在框架的各个面上再贴上平面图，构成一个真3D的三维场景。对于三维场景中摆放物采用直接导入3D模型的方法在3DS Max中制作出各种摆放物的3D图形，然后将这些3D图形所生成的.3DS二进制文件导入到三维场景中所指定的位置，再将此3D图形显示出来。由于在三维场景中各种摆放物是在3DS Max中制作出来的，具有较真实的纹理和材质感，同时还可以加光感，因此在三维场景中的摆放物具有真实的立体感。
用户所操作的光标也是在3DS Max中制作出来的，也具有真实3D的立体感。显示此光标的大小与此光标在三维场景中的位置有关，此光标处在三维场景越远时，就越小。随着光标在三维场景中的移近，就逐渐变大，使用户有一种处在三维场景中真实的操作感。当此光标触及到三维场景中的摆放物时，光标将发生变化，在颜色和形状上都可以改变，同时被触及物的颜色也发生改变。依靠这种方法用户在三维空间中对摆放物进行操作，同时用户还可以根据此光标的指向和移动在三维场景中漫游。
本发明不仅将光标触碰放置物要检测出来，而且还要检测出摆放物与摆放物的碰撞。在三维场景中对每一个放置物都要定义其属性，即所放置物是软物还是硬物，是否可以嵌入其他物等。光标所触碰的放置物可以选择在三维场景中任意拖动、放置，也可以进行复制。对三维场景中放置物的操作其功能与二维桌面上的图标操作功能相同，可以打开文件、启动应用软件、开启设置等。
本发明在一个大的三维场景中再创建小的三维空间，就如同在一个大楼中分割出来的房间一样。在不同的房间中做不同的工作。本发明的方法将硬盘划分成做不同工作的房间，将抽象的磁盘分区转变成形象的不同空间，很直观地将“存储”改换成“放置”的方式显示出来。该发明使操作系统的显示和操作更加接近实际生活，也更加容易理解和掌握。
本发明实际有益效果是1、利用本发明的方法所实现的三维桌面系统显示速度不受影响；2、具有与现实生活相同的操作方式，因此不必学习就能够进行操作；3、具有纵深环境，显示的信息量较平面显示的信息量大；4、可以放置类似实物的三维图形，无需文字说明就可以知道三维图形是什么实物；5、在三维场景中可以漫游，在不同的方位和视角观看放置物；6、使人具有与现实生活相同的临场感，对计算机操作不陌生；7、以空间的方式划分硬盘区域，规律性强，易于理解和记忆；8、由于在各个空间做不同的工作，不会发生紊乱，便于操作。
图1桌面系统三维显示与操作方法的主流程图。
图2三维场景框架图。
图3相关联的小三维场景框架图。
图4基于图2的三维框架贴完图的三维场景图(其中图4a为外向里视；图4b为里向外视，同时也可以看到光标远近大小的变化及开门的情况)。
图5基于图3的三维框架复制后贴不同图所形成装饰不同的三维场景，这些不同的场景是通过图4中不同的门进入，在这些场景中也显示了光标的大小变化。(其中图5a是一个办公室的场景，桌上的一个笔记本计算机被打开；图5b是进入另一个屋，桌上的书正在被打开；图5d是图5c转换视角时的场景；图5e和图5f是同一场景，图5e是外向里视，图5f是里向外视)。
图6桌面系统三维显示与操作方法的工作流程图。
图7光标对三维场景中放置物操作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步说明。
根据流程图1首先利用OpenGL工具先绘出三维场景的框架，对于场景中可以活动的门等单独绘出框架，如图2所示。然后按比例再绘出与三维场景相关联的三维小场景框架，如图3所示，对于多个相同空间的场景可以根据已有的框架复制生成。在已画好框架的基础上，对框架各个面利用OpenGL工具进行贴图，构成一个三维场景，如图4所示，所构成的场景可以加光感。对于空间相同的框架贴不同的图，可以形成不同装饰的房间，如图5等多个看似不同的房间都是基于图3小框架通过复制实现的。各个面所贴图可以是绘制的二维画面，也可以是实际场景中各个面的照片。
各个小空间通过门与大空间相连，从图4的大空间中用光标指向门时，进行点击操作，门即能打开进入到小空间，图5所示。在大、小空间中导入所需的放置物，这些放置物都是利用3Ds Max软件工具制作出来，是真三维图形，具有较好的真实感。在图5中的三维场景中放置的桌、椅及桌上的摆放物均为三维立体，桌、椅的属性设置为不可嵌入的硬物体，因此摆放在桌上的物品可以正好落在桌上，不能被嵌入到桌子中。实现放置物具有是否被碰撞的功能，首先需要解决对放置物之间的碰撞检测的问题。
这种对放置物是否有碰撞的检测是利用AVL-AABB的算法解决的。AVL-AABB算法是取放置物在X，Y，Z坐标轴上投影的最小和最大坐标值，形成一个包围盒。当两个包围盒相交时，它们在三个坐标轴上的投影区间均相交。通过将包围盒分别投影到三个坐标轴上，就可以将三维求交问题转化为一维求交问题。一个包围盒在每个坐标轴上的投影都是一个区间，这样只需比较两个包围盒分别在三个轴向上投影区间的重叠情况，即可得出相交测试结果。这种算法我们称其为AVL-AABB算法，利用该算法对相交检测比较简单。
在完成三维场景制作和导入三维物体之后，通过所开发的程序，利用软件的方法与操作系统相连接，其主要工作流程如图6所示。当打开计算机操作系统启动后，即运行此发明方法实现的三维桌面系统，该系统将原有的二维平面显示改为三维显示，并由该三维桌面系统接管原有二维桌面系统的各项功能。对于原有启动应用软件的二维图标由一个三维笔记本电脑图形所取代；各种文档由不同的三维书的图形显示，并放置在规定的书架上，如图5b所示。总之，对于计算机中所涉及到的内容均用现实生活中已有的实物制作成三维图形来显示，例如计算器、图画、播放器等均根据实物制作出三维的计算器、画卷、播放机等图形显示，这种显示方法使用户操作直观，就如同操作实际中的实物一样。
当启动利用本发明实现的三维桌面系统后，将三维模块导入，并初始化原有的二维桌面系统。初始化过程不仅将原有所有二维图形均由三维图形显示，而且还将原有的功能也由三维桌面系统来实现。在进入三维场景的同时将场景漫游、碰撞检测、系统属性设置、关闭重启计算机、三维操作等三维桌面系统所特有的功能一同启动，在进入三维场景时，三维桌面系统的各项功能也一同加载完成。
三维场景可以制作成多种形式，利用本发明的方法可以制作成有高级大厅的楼房宾馆；也可以制作成太空站形式；还可以制作成具有广场的校园、城市等不同形式，在此具体实例是根据一个真实的实验室环境制作成的三维场景。图4所示的三维场景的各个面所贴的图是该实验室各个面的照片，而图5所示的每个三维场景各个面所贴的是不同的图片。尽管是在同一种三维框架基础上进行贴图，由于所贴的图不同，因此形成的三维场景感觉大不一样。
在三维场景中对放置物的操作主要利用光标的触碰进行操作。该光标是三维立体的小图形，可以是人的手形状，也可以是一个三维立体箭头形状，同时可以沿不同的方向自旋转。在三维光标对放置物的具体操作流程如图7所示，其中P为放置物所形成包围盒空间的大小。此流程图为选择放置物，并进行移动和放置的具体流程。此操作涉及碰撞检测，与二维平面移动和放置图标不同。体现三维图形的真实感，就不能有两个实物相互嵌入的情况，否则就不会有对实物操作的真实感觉。
当对三维场景中放置物进行操作时，被操作的实物将完成相应的功能。如图5a和图5c中在桌上放置的笔记本电脑是启动应用软件的，当光标选中笔记本电脑时双击按键，此时笔记本电脑自动打开，并开启相应的应用程序。应用软件在笔记本电脑的屏幕上启动运行，该笔记本电脑可以拖近、拖远。拖到最近时该笔记本电脑的屏幕可以与用户使用的计算机屏幕一样大小，尽管启动的应用软件界面是二维平面的，但由于应用软件的界面放在三维桌面系统中的笔记本上，使用户仍然感到是在三维场景中操作。
对于文档的打开，就如同现实生活中打开一本书一样。先在书架上用光标选中所要看的书，然后双击按键，此书即可自动打开，如图5b所示。此书可以拖近、拖远，拖近时字体随书一起变大，使用户能够看清楚。当暂时不看此书时可将其拖远缩小，也可以双击此书将自动合上，并自动回到书架原位置。看不同的页的内容如同真实的书一样需要翻页，翻页靠光标选中页面，只要按一下按键即可自动翻页。对三维场景中放置物的操作仿照现实生活中对实物的操作方式，所实现的三维桌面系统以现实生活为基础，基于仿照现实生活的场景和对实际物的操作方式的理念，发明了三维桌面系统的显示与操作方法。
随着计算机行业的不断发展，人机界面将会更加友好。三维桌面系统将会被广泛推广应用，计算机将会更加接近现实生活。将现实生活中的场景和操作方式在计算机中实现，不仅拉近了计算机与用户的距离，而且将会积极促进计算机的发展。基于现实生活的理念为三维桌面系统发明出的三维显示与操作方法，使三维桌面系统将会有更好的实用性和应用前景。
权利要求
1.三维桌面系统的显示与操作方法，其特征在于可以浏览的三维场景；在三维场景中有三维图形的放置物；按纵深的近和远可以大小变化的三维立体光标；通过门或通道进入到其它三维场景。
2.根据权利要求1所述的三维桌面系统的显示与操作方法，其特征在于所说的三维场景是在三维框架的各个面进行贴图构成的三维场景，所贴的图是真实场景各个面的照片或二维图画。
3.根据权利要求1所述的三维桌面系统的显示与操作方法，其特征在于所说的放置物连接计算机中的软件；放置物属性定义为硬物或软物或可嵌入物；可以检测出放置物之间的碰撞；通过光标可以移动放置物；放置物被选中操作时变形或改变颜色。
4.根据权利要求1所述的三维桌面系统的显示与操作方法，其特征在于所说的三维立体光标可以沿不同的方向自转；光标是手的形状或三维立体箭头形状。
全文摘要
本发明属于计算机操作系统的界面显示与操作技术领域，尤其是涉及一种计算机三维桌面系统的显示和操作方法。该方法是在绘制的三维框架各个面上进行贴图，形成可以浏览的三维场景。通过门或通道可以进入到其它三维场景中，并在三维场景中放置利用3DS Max仿照实物制作的三维图形。通过对三维放置物的操作可以启动应用软件、打开文档等，类似对二维桌面系统的图标操作功能。光标在三维场景的纵深方向前后移动时，光标由近到远而大小变化。对于放置物分别进行软物、硬物、是否可嵌入等不同定义，使操作者具有操作实际物的临场感。利用不同的三维场景空间来划分硬盘区域，更加接近实际生活，此方法使用户不用学习就会操作计算机。
文档编号G06F3/00GK1885233SQ20061008665
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者刘金刚 申请人:刘金刚