DE10204013A1

DE10204013A1 - 3D navigation device for navigation in 3D representation of display device e.g. computer monitor, includes scanning unit for detecting translatory movement of housing over substrate in two dimensions

Info

Publication number: DE10204013A1
Application number: DE2002104013
Authority: DE
Inventors: Heiko Drewes; Elke Hergenroether
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-14

Abstract

A device for 3D navigation has a housing (1) provided on the bottom face with a first scanning device (2) for detecting a translatory movement of the housing over the substrate in two dimensions, and a first input unit (4) with two degrees of freedom, the two units being arranged on the surface so that they are movable during guiding of the housing over the substrate by the fingers of the hand. A second scanning unit spaced from the first on the bottom face of the housing is provided for detecting translatory movement of the housing over substrate in two dimensions. An Independent claim is given for a method for 3D navigation in a 3D representation of a display device.

Description

Technical application area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur 3D-Navigation in einer 3D- Darstellung eines Anzeigegerätes mit einem mit einer Hand über eine Unterlage führbaren Gehäuse, das an einer Unterseite eine erste Abtasteinheit zum Erfassen einer translatorischen Bewegung des Gehäuses über die Unterlage in zwei Dimensionen aufweist, und das an einer Oberseite eine in zumindest zwei Freiheitsgraden bewegbare erste Eingabeeinheit und eine in zumindest einem Freiheitsgrad bewegbare zweite Eingabeeinheit aufweist, die derart an der Oberseite angeordnet sind, dass sie beim Führen des Gehäuses über die Unterlage mit Fingern der Hand bewegbar sind. The present invention relates to a method and a device for 3D navigation in a 3D Representation of a display device with one with one Hand over a pad feasible housing that a bottom of a first scanning unit for detection a translational movement of the housing over the Document in two dimensions, and that a top one in at least two degrees of freedom movable first input unit and one in at least a second input unit that is movable in one degree of freedom has, which are arranged on the top, that when you slide the case over the pad can be moved with fingers of the hand.

Die Computertechnik sowie alle damit zusammenhängenden Technologien, wie bspw. Softwareanwendungen und das Internet, befinden sich in einer rasanten Entwicklung. Zunehmend leistungsfähigere Prozessoren ermöglichen die 3D-Darstellung von Objekten und Objektumgebungen sowie deren Bewegung in Echtzeit an einem Anzeigegerät, wie bspw. einem Computermonitor. Dreidimensionale Anwendungen erlangen aufgrund der Steigerung der Datenübertragungsraten auch im Bereich des Internet eine hohe Bedeutung und stehen somit einem umfassenden Anwenderkreis zur Verfügung. Für den Umgang mit derartigen dreidimensionalen Anwendungen, insbesondere für die 3D-Navigation in den dargestellten dreidimensionalen Räumen, ist ein entsprechendes Eingabegerät erforderlich, das dem Anwender eine möglichst intuitive Bewegung in diesen Räumen ermöglicht. Computer technology and all of it related technologies, such as software applications and the Internet, are at a rapid pace Development. Increasingly more powerful processors enable the 3D representation of objects and Object environments and their movement in real time a display device, such as a computer monitor. Three-dimensional applications gain due to the Increase in data transfer rates also in the area of the Internet are of great importance and are therefore one extensive user group available. For dealing with such three-dimensional applications, especially for the 3D navigation shown in the three-dimensional spaces, is a corresponding one Input device required that the user the most intuitive movement possible in these rooms allows.

State of the art

Die heutzutage für Computeranwendungen gebräuchliche 2D-Maus bietet nur zwei Freiheitsgrade, über die die Translation in einer durch die Unterlage gebildeten X-Z-Ebene in eine entsprechende Translation des Mauszeigers (Cursor) bzw. eines mit diesem markierten Objektes in eine X'-Z'-Ebene der Anzeigefläche umgesetzt wird. Eine Navigation in dreidimensionalen Darstellungen, bspw. in virtuellen Welten, ist auf Basis der 2D-Maus nur mit Hilfe von Metaphern möglich. Eine logische und intuitive Navigation in 3D-Darstellungen kann mit einer herkömmlichen 2D-Maus, von der auch Ausführungsformen mit zusätzlichem Trackball und Mitteltastenrad für zusätzliche Funktionen bekannt sind, nicht realisiert werden. Nowadays for computer applications Common 2D mouse offers only two degrees of freedom over which the translation in one formed by the document X-Z level in a corresponding translation of the Mouse pointer (cursor) or one marked with it Object in an X'-Z 'plane of the display area is implemented. A navigation in three-dimensional Representations, for example in virtual worlds, is open Basis of the 2D mouse only possible with the help of metaphors. A logical and intuitive navigation in 3D representations can be made with a conventional 2D mouse, from which also embodiments with additional trackball and center button wheel known for additional functions are not realized.

Für eine verbesserte Navigation in 3D-Darstellungen sind spezielle Eingabegeräte bekannt, die unter dem Namen SpaceMouse bzw. Spaceball (Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt) sowie Puckman bzw. Cadman (Firma Logicad) auf dem Markt sind. Diese Spezialgeräte nutzen die in X-, Y- und Z- Richtung in gewissen Grenzen ermöglichte Bewegbarkeit und freie Rotierbarkeit einer in das Gerät integrierten Kugel bzw. eines entsprechenden Steuerungsknopfes für die Umsetzung in eine entsprechende Bewegung in der dreidimensionalen Darstellung. Diese bekannten Geräte für die 3D-Navigation stellen jedoch eine zusätzliche Hardwarekomponente zur bisherigen 2D-Computermaus dar und müssen zusätzlich zu dieser eingesetzt werden. Das bedeutet jedoch für den Anwender, dass er eine Hand für die normale 2D-Maus und eine weitere Hand für das 3D- Eingabegerät benötigt, so dass er keine Hand für Tastatureingaben frei hat. Für den Normalanwender ist zudem die Anschaffung eines derartigen 3D-Spezialeingabegerätes mit hohen Kosten verbunden. Weiterhin lassen sich die bekannten Spezialgeräte nicht ausreichend intuitiv bedienen. For improved navigation in 3D representations are known special input devices that under the name SpaceMouse or Spaceball (German Research Institute for Aerospace) and Puckman or Cadman (Logicad) are on the market. These special devices use the X-, Y- and Z- Direction within certain limits allows mobility and free rotation of an integrated in the device Ball or a corresponding control button for the implementation in a corresponding movement in the three-dimensional representation. These well-known devices for 3D navigation, however, represent an additional one Hardware component to the previous 2D computer mouse and must be used in addition to this. The means for the user that he has a hand for the normal 2D mouse and another hand for the 3D Input device needed so he doesn't have a hand for Keyboard input free. For normal users also the purchase of one 3D special input device associated with high costs. Farther the known special devices can not operate sufficiently intuitively.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur 3D-Navigation in einer 3D-Darstellung eines Anzeigegerätes anzugeben, die eine verbesserte intuitive Bedienung ermöglichen und sich zudem kostengünstig realisieren lassen. Based on this known prior art the object of the present invention is a method and a device for 3D navigation specify in a 3D representation of a display device, which enable improved intuitive operation and can also be implemented inexpensively.

Presentation of the invention

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. The task is with the device or Method according to claims 1 and 14 solved. Advantageous embodiments of the device and the Procedures are the subject of the subclaims.

Die vorliegende Vorrichtung weist ein mit einer Hand über eine Unterlage führbares Gehäuse auf, das an der Unterseite eine erste Abtasteinheit und eine von der ersten beabstandete zweite Abtasteinheit jeweils zum Erfassen einer translatorischen Bewegung des Gehäuses über die Unterlage in zwei Dimensionen aufweist. Die Signale beider Abtasteinheiten werden derart miteinander verknüpft, dass neben einer translatorischen Bewegung in der X-Z-Ebene der Unterlage auch ein weiterer Freiheitsgrad erfasst wird, der einer Drehung des Gehäuses um eine senkrecht zur X-Z- Ebene stehende Y-Achse entspricht. Dieser dritte Freiheitsgrad wird aus den jeweiligen translatorischen Bewegungen errechnet, die mit den beiden Abtasteinheiten erfasst werden. Das Gehäuse weist weiterhin an seiner Oberseite eine in zumindest zwei Freiheitsgraden bewegbare erste Eingabeeinheit und eine in zumindest einem Freiheitsgrad bewegbare zweite Eingabeeinheit auf, die derart an der Oberseite angeordnet sind, dass sie beim Führen des Gehäuses über die Unterlage mit Fingern der Hand bewegbar sind. The present device has a Hand on a pad feasible housing on that a first scanning unit and one of the first spaced-apart second scanning unit in each case for detecting a translational movement of the Housing over the base in two dimensions having. The signals of both scanning units are linked together in such a way that in addition to a translational movement in the X-Z plane of the Another degree of freedom is also documented a rotation of the housing by a perpendicular to the X-Z Level Y axis corresponds. This third Degree of freedom is derived from the respective translational Movements calculated with the two Scanning units are recorded. The case continues to point at the top one in at least two Degrees of freedom movable first input unit and an in at least one degree of freedom movable second Input unit arranged in such a way on the top are that when you slide the case over the Pad can be moved with fingers of the hand.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur 3D-Navigation wird eine Bewegung des Gehäuses über die Unterlage durch die erste und zweite Abtasteinheit erfasst, wobei eine translatorische Bewegung in einer durch die Unterlage aufgespannten X-Z-Ebene in eine translatorische Bewegung der Darstellung (d. h. des dargestellten Raumes), eines Cursors oder eines oder mehrerer dargestellter Objekte in einer X'-Z'-Ebene am Anzeigegerät und eine Drehung des Gehäuses auf der Unterlage um eine senkrecht zur X-Z-Ebene verlaufende Y-Achse in eine Drehung der Darstellung bzw. einer oder mehrerer Objekte um eine senkrecht zur X'-Z'-Ebene verlaufende Y'-Achse umgesetzt werden. Die X'-Z'-Ebene entspricht dabei einer Referenzebene im dargestellten dreidimensionalen Raum. Weiterhin wird eine Bewegung der ersten Eingabeeinheit durch einen Bediener in Richtung vom Bediener weg oder zum Bediener hin in eine entsprechende Rotation der Darstellung, des Cursors oder einer oder mehrerer Objekte um die X'-Achse bzw. Z'-Achse und eine Bewegung der ersten Eingabeeinheit durch einen Bediener nach links oder rechts in eine entsprechende Rotation der Darstellung, des Cursors oder einer oder mehrerer Objekte um die Z'- bzw. X'- Achse und eine Bewegung der zweiten Eingabeeinheit durch einen Bediener vom Bediener weg oder zum Bediener hin in eine entsprechende Translation in Y'-Richtung umgesetzt. In the present method for 3D navigation there is a movement of the housing over the pad detected by the first and second scanning units, wherein a translational movement in one by the X-Z plane in one translational movement of the representation (i.e. the represented space), a cursor or one or several displayed objects in an X'-Z 'plane on Display device and a rotation of the housing on the Underlay around a perpendicular to the X-Z plane Y axis in a rotation of the display or one or several objects around one perpendicular to the X'-Z 'plane extending Y'-axis are implemented. The X'-Z 'plane corresponds to a reference plane in the shown three-dimensional space. It continues to be a movement the first input unit by an operator in Direction away from the operator or towards the operator in one corresponding rotation of the representation, the cursor or one or more objects around the X'-axis or Z'-axis and a movement of the first input unit by an operator left or right into a corresponding rotation of the representation, the cursor or one or more objects around the Z'- or X'- Axis and a movement of the second input unit by an operator away from the operator or to the operator towards a corresponding translation in the Y 'direction implemented.

Die Bewegungen der vorliegenden Vorrichtung über die Unterlage sowie der entsprechenden ersten und zweiten Eingabeeinrichtungen werden in einer Betriebsweise in eine Bewegung bzw. Veränderung der Orientierung des dreidimensional dargestellten Cursors in der dreidimensionalen Darstellung umgesetzt. Wird mit diesem Cursor ein Objekt, oder eine Gruppe von Objekten, markiert bzw. angeklickt, so kann entsprechend das Objekt bzw. die Gruppe von Objekten dieser Bewegung bzw. Veränderung der Orientierung unterworfen werden. The movements of the present device over the document and the corresponding first and second input devices are in one Mode of operation in a movement or change of Orientation of the three-dimensional cursor in the three-dimensional representation. Will with this cursor an object, or a group of Objects, marked or clicked, so can correspondingly the object or the group of objects this movement or change in orientation be subjected.

Die vorliegende Vorrichtung mit dem zugehörigen Verfahren ermöglicht dem Bediener die Bewegung in 6 Freiheitsgraden, insbesondere einer Translation in X-, Y- und Z-Richtung sowie die freie 360°-Rotation um die X-, Y- und Z-Achse. Die Vorrichtung stellt somit ein Eingabegerät für 6 Freiheitsgrade dar. Dies eröffnet die Möglichkeit einer uneingeschränkten Beweglichkeit bei der Eingabe und der Navigation in 3D-Darstellungen, insbesondere in virtuellen 3D-Welten und 3D-Anwendungsprogrammen. Durch die bevorzugte Realisierung der vorliegenden Vorrichtung in Gestalt einer Computermaus ersetzt diese die herkömmliche 2D-Maus und übernimmt deren bisherige Funktionalität. Die vorliegende Vorrichtung lässt sich dabei durch einfache Umschaltung sowohl als 2D-Eingabegerät als auch als 3D-Eingabegerät bedienen und ermöglicht aufgrund der unterschiedlichen Abtasteinheiten und Eingabeeinrichtungen sowie der Umsetzung der entsprechenden Eingaben bzw. Bewegungen in die Bewegung des Cursors in der dreidimensionalen Darstellung eine logische und intuitive Navigation innerhalb der dreidimensionalen Darstellung. Die Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung sowie deren erfindungsgemäßes Wirkprinzip ermöglichen somit die Arbeit am Computer mit nur einem graphischen Eingabegerät in Form einer Computermaus, die auf kostengünstige Weise realisierbar ist. Die vorliegende Vorrichtung ist daher für eine breite Anwenderschaft, d. h. für die All-User-Ebene geeignet. Die rasante Entwicklung von 3D-Welten im Internet, von 3D- Anwendungssoftware, von CAD-Umgebungen, von VR- Anwendungen und von Anwendungen im Bereich von Augmented Reality macht das breite Anwendungsspektrum der vorliegenden Vorrichtung deutlich. The present device with the associated Method allows the operator to move in 6 Degrees of freedom, especially a translation in X-, Y and Z directions as well as free 360 ° rotation around the X, Y and Z axes. The device thus adjusts Input device for 6 degrees of freedom. This opens the possibility of unlimited mobility when entering and navigating in 3D representations, especially in virtual 3D worlds and 3D application programs. Due to the preferred realization of the present device in the form of a computer mouse replaces the conventional 2D mouse and takes over their previous functionality. The present The device can be easily switched both as a 2D input device and as a 3D input device operate and enables due to the different Scanning units and input devices as well as the Implementation of the corresponding inputs or movements in the movement of the cursor in the three-dimensional Representation of a logical and intuitive navigation within the three-dimensional representation. The Design of the present device and its operating principle according to the invention thus enable the Work on the computer with only one graphic Input device in the form of a computer mouse that is on is inexpensive to implement. The present Device is therefore for a wide range of users, d. H. suitable for the all-user level. The rapid Development of 3D worlds on the Internet, of 3D Application software, from CAD environments, from VR Applications and applications in the area of Augmented Reality makes the wide range of applications the present device clearly.

Die vorliegende Vorrichtung lässt sich in unterschiedlichen Ausgestaltungen realisieren. Vorzugsweise ist die erste Eingabeeinheit ein frei rotierbarer Trackball, während die zweite Eingabeeinheit ein in Richtung vom Bediener hin bzw. zum Bediener weg bewegbares Rädchen ist. Selbstverständlich können diese Eingabeeinheiten auch mit anderen Mitteln, wie beispielsweise durch einen Joystick, eine Sensorfläche, vier Knöpfe oder einen Kreuzdruckschalter für die erste Eingabeeinheit oder durch einen Joystick, eine Sensorfläche, zwei Knöpfe oder einen Kippschalter für die zweite Eingabeeinheit, realisiert sein. In der bevorzugten Ausgestaltung sind weitere Funktionstasten am Gehäuse vorgesehen, wie dies auch bei einer üblichen 2D-Computermaus der Fall ist. Auch das Gehäuse weist in einer bevorzugten Ausgestaltung die nach oben gewölbte Form bekannter 2D-Computermäuse auf, die entsprechend an die ergonomischen Anforderungen angepasst ist. The present device can be seen in realize different configurations. Preferably the first input unit is a freely rotatable one Trackball while the second input unit is one in Direction away from the operator or away from the operator movable cog is. Of course you can Input units also by other means, such as for example with a joystick, a sensor surface, four buttons or a cross pressure switch for the first Input unit or by a joystick, a Sensor surface, two buttons or a toggle switch for the second input unit. In the preferred function are further function keys provided on the housing, as in a conventional 2D computer mouse is the case. The case also shows a preferred embodiment, the arched upward Form known 2D computer mice on that accordingly is adapted to the ergonomic requirements.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung sind an zwei gegenüberliegenden Seiten der Oberseite des Gehäuses zwei zusätzliche Tasten derart angeordnet, dass sie beim Führen des Gehäuses über die Unterlage mit Daumen und kleinem Finger der Hand betätigbar sind. Durch diese zusätzlichen Funktionstasten lassen sich weitere frei programmierbare Funktionen realisieren. In a further development of the present Device are on two opposite sides of the Top of the case two additional buttons like this arranged that when you run the case over the Pad with thumb and little finger of the hand can be operated. Through these additional Function keys can be further freely programmable Realize functions.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung weist diese eine Zoom-In/Zoom-Out-Funktion auf, die als zweite Funktionsbelegung durch das Mitteltastenrad erreicht wird. Eine derartige Zoom- Funktion stellt eine der meist benötigten Funktionen für den 3D-Anwender im graphischen Entwicklungsbereich dar. In one embodiment of the present The device has a zoom-in / zoom-out function on as the second function assignment by the Center wheel is reached. Such a zoom Function represents one of the most needed functions for the 3D user in the graphic development area represents.

Die erste und zweite Abtasteinheit können sowohl optische Abtasteinheiten als auch mechanische oder optomechanische Abtasteinheiten sein, wie dies aus dem Stand der Technik bei 2D-Computermäusen bekannt ist. Die Vorrichtung selbst kann hierbei sowohl über Kabel als auch über eine kabellose Funkverbindung mit dem Computer in Verbindung stehen. Der Cursor selbst wird am Anzeigegerät vorzugsweise durch einen sich um 360° um alle drei Achsen frei rotierbaren Pfeil dargestellt. The first and second scanning units can both optical scanning units as well as mechanical or optomechanical scanning units like this from the State of the art in 2D computer mice is known. The device itself can both cable as well as a wireless radio connection with the Computer connected. The cursor itself will on the display device preferably by 360 ° Arrow freely rotatable around all three axes.

Für die Umsetzung der Bewegung des Gehäuses über die Unterlage sowie der Signale der Eingabeeinrichtungen am Gehäuse ist ein entsprechendes Modul erforderlich, das am Computersystem installiert wird. Die Umsetzung der entsprechenden Bewegungen bzw. Eingaben in eine entsprechende Bewegung des Cursors, der Darstellung oder von Objekten in der dreidimensionalen Darstellung erfolgt über dieses Modul. For the implementation of the movement of the housing over the document as well as the signals of the An input module on the housing is a corresponding module required to be installed on the computer system. The implementation of the corresponding movements or Inputs in a corresponding movement of the cursor, the representation or of objects in the three-dimensional representation takes place via this module.

Brief description of the drawings

Die vorliegende Vorrichtung sowie das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Dabei zeigen: The present device and the associated one Procedures are described below using a Embodiment in connection with the drawings again briefly explained. Show:

Fig. 1 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung von der Unterseite sowie in Draufsicht; Figure 1 shows an example of an embodiment of the present device from the bottom and in plan view.

Fig. 2 ein Vergleich der Abtastung der Unterlage mit einer herkömmlichen 2D- Computermaus und mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 is a comparison of the scanning of the pad with a conventional 2D computer mouse with a device according to the present invention;

Fig. 3 ein Beispiel für zwei Orientierungen der vorliegenden Vorrichtung auf der Unterlage; und FIG. 3 shows an example of two orientations of the present device on the substrate; and

Fig. 4 ein Beispiel für die Rotation des Cursors um die X'- bzw. Z'-Achse in der dreidimensionalen Darstellung. Fig. 4 shows an example of the rotation of the cursor around the X'- or Z'-axis in the three-dimensional representation.

Ways of Carrying Out the Invention

Ein Beispiel für die Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung ist in der Fig. 1 in zwei Ansichten zu erkennen. In diesem Beispiel ist die vorliegende Vorrichtung mit einer Gehäuseform wie die einer herkömmlichen 2D-Computermaus ausgestaltet. In die Oberseite des Gehäuses 1 sind zwei Eingabeeinrichtungen integriert, wie dies in der Draufsicht der Fig. 1a zu erkennen ist. Die erste Eingabeeinrichtung wird durch einen Trackball 2 gebildet, der entsprechend der angedeuteten Pfeile zur Rotationssteuerung um die X'- bzw. Z'-Achse eingesetzt wird. Dieser Trackball wird vom Bediener mit dem Daumen gesteuert. Im vorderen Bereich des Gehäuses 1 ist ein Mitteltastenrad 3 als zweite Eingabeeinrichtung zur Translation der Y'-Achse sowie entsprechend einer zweiten Funktion zum Ein- bzw. Auszoomen der Darstellung vorgesehen. Das Mitteltastenrad 3 lässt sich entsprechend der angegebenen Pfeilrichtung bewegen. Links und rechts neben dem Mitteltastenrad 3 sind in bekannter Weise Eingabetasten 4 angeordnet, deren Funktion von der herkömmlichen 2D-Maus bekannt ist. An example of the configuration of the present device can be seen in FIG. 1 in two views. In this example, the present device is designed with a housing shape like that of a conventional 2D computer mouse. In the top of the housing 1 , two input devices are integrated, as can be seen in the top view of FIG. 1a. The first input device is formed by a trackball 2 , which is used according to the indicated arrows for rotation control about the X'- or Z'-axis. This trackball is controlled by the operator with the thumb. A center button wheel 3 is provided in the front area of the housing 1 as a second input device for translating the Y ′ axis and, corresponding to a second function, for zooming in and out of the display. The center button wheel 3 can be moved according to the direction of the arrow. To the left and right of the center wheel 3 , input buttons 4 are arranged in a known manner, the function of which is known from the conventional 2D mouse.

Neben diesen beiden Eingabeeinrichtungen 2, 3 sowie den Funktionstasten 4 weist die vorliegende Vorrichtung an der Unterseite zwei Abtasteinheiten 5, 6 auf, wie dies anhand der Fig. 1b, die eine Unteransicht des Gehäuses 1 darstellt, zu erkennen ist. Durch dieses Zweifach-Abtastsystem lässt sich sowohl eine Translation des Gehäuses 1 in der X-Z-Ebene einer Unterlage als auch eine Rotation des Gehäuses auf der Unterlage um eine senkrecht zur Unterlage stehende Y- Achse erfassen, wie dies anhand der dargestellten Pfeile veranschaulicht ist. In addition to these two input devices 2 , 3 and the function keys 4 , the present device has two scanning units 5 , 6 on the underside, as can be seen from FIG. 1b, which shows a bottom view of the housing 1 . With this double scanning system, both a translation of the housing 1 in the XZ plane of a support and a rotation of the housing on the support about a Y axis perpendicular to the support can be detected, as is illustrated by the arrows shown.

Zum Vergleich dieses Zweifach-Abtastsystems mit einem herkömmlichen Einfach-Abtastsystem einer 2D- Computermaus wird auf die Fig. 2 verwiesen. Fig. 2a stellt hierbei die X-Z-Ebene der Unterlage dar, auf der die Y-Achse senkrecht steht. Bei der bisherigen Technologie der 2D-Computermaus wird mittels eines einzigen Abtastpunktes P an der Unterseite des Gehäuses durch einen Trackball oder durch eine optische Abtastung ein bestimmter Punkt im X-Z-Koordinatensystem der horizontalen Ebene bestimmt. Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Vorrichtung mindestens zwei Punkte P1 und P2 gleichzeitig im X-Z-Koordinatensystem der horizontalen Ebene der Unterlage erfasst, wie dies aus Fig. 2b ersichtlich ist. Der Abstand dieser beiden Punkte P1 und P2 wird durch den Abstand der beiden Abtasteinheiten 5 und 6 festgelegt. Durch diese Mehrfach-Abtastung werden die Position des Gehäuses im X-Z-Koordinatensystem sowie die Lage bzw. Orientierung, d. h. der Rotationszustand um die Y-Achse auf der horizontalen Ebene, ermittelt und auf den vorzugsweise pfeilförmig ausgebildeten Cursor des Monitors übertragen, so dass der Bediener jederzeit den Lageüberblick in der dreidimensionalen Darstellung behält. Wird das Gehäuse auf der Unterlage um die Y-Achse gedreht, so ändern sich die abgetasteten Koordinaten der X-Z-Ebene, wie dies anhand der Fig. 3 zu erkennen ist. Bei dieser Darstellung wurde das Gehäuse auf der Unterlage um 90° im Uhrzeigersinn gedreht. Dieser Bewegungszustand wird mit der entsprechenden permanenten Lageänderung der Koordinatenpunkte an den Cursor des Monitors weitergegeben, so dass die Lageänderung in Echtzeit in der dreidimensionalen Darstellung zu verfolgen ist. Werden die beiden Zustände vor und nach der Drehung betrachtet, so erkennt man, dass im Beispiel der Fig. 3 das Gehäuse der Vorrichtung um 90° im Uhrzeigersinn rotiert wurde, aber entlang der Translationsachsen X und Z nicht verschoben wurde. Dies kann anhand der beiden Abtastpunkte P1 und P2 eindeutig erfasst werden. For a comparison of this double scanning system with a conventional single scanning system of a 2D computer mouse, reference is made to FIG. 2. Fig. 2a shows in this case the XZ plane is the base on which the Y-axis is perpendicular. In the previous technology of the 2D computer mouse, a specific point in the XZ coordinate system of the horizontal plane is determined by means of a single scanning point P on the underside of the housing by means of a trackball or by optical scanning. In contrast, in the present device at least two points P1 and P2 are detected simultaneously in the XZ coordinate system of the horizontal plane of the base, as can be seen from FIG. 2b. The distance between these two points P1 and P2 is determined by the distance between the two scanning units 5 and 6 . This multiple scanning determines the position of the housing in the XZ coordinate system and the position or orientation, ie the state of rotation about the Y axis on the horizontal plane, and transfers it to the preferably arrow-shaped cursor of the monitor, so that the operator maintains a three-dimensional view of the situation at all times. If the housing on the base is rotated about the Y axis, the scanned coordinates of the XZ plane change, as can be seen from FIG. 3. In this illustration, the housing was rotated 90 ° clockwise on the base. This state of motion is passed on to the cursor of the monitor with the corresponding permanent change in position of the coordinate points, so that the change in position can be followed in real time in the three-dimensional representation. If the two states are considered before and after the rotation, it can be seen that in the example of FIG. 3 the housing of the device was rotated clockwise by 90 °, but was not displaced along the translation axes X and Z. This can be clearly detected using the two sampling points P1 and P2.

Die Mehrfach-Abtastung lässt sich sowohl mit herkömmlicher Trackball-Abtastung als auch mit einer optischen Abtastung der Unterlage realisieren. Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften sowie der Genauigkeit der optischen Abtastung wird diese Technik bevorzugt bei der vorliegenden Vorrichtung eingesetzt. Durch das vorliegende Mehrfach-Abtastsystem werden somit die Translation von X und Z sowie die freie Rotation von 360° um die Y-Achse - und somit alle drei Freiheitsgrade einer Bewegung in der zweidimensionalen X-Z-Ebene - in Echtzeit erfasst. Auch ein Nachsetzen der Vorrichtung, wie es bereits aus bisherigen 2-D-Mausanwendungen bekannt ist, stellt bei der vorliegenden Vorrichtung kein Problem dar, da über den Cursor auf dem Monitor jederzeit die Lage verfolgt werden kann. The multiple scanning can be done with both conventional trackball scanning as well as with a realize optical scanning of the document. by virtue of the excellent properties and accuracy this technique is preferred for optical scanning used in the present device. By the present multiple scanning system are thus the Translation of X and Z and free rotation of 360 ° around the Y axis - and therefore all three Degrees of freedom of movement in the two-dimensional X-Z plane - recorded in real time. Also a follow-up to the Device as it is already from previous 2-D mouse applications are known in the present Device is not a problem because the cursor on the monitor can be tracked at any time.

Um alle 6 Freiheitsgrade der vorliegenden Navigationsvorrichtung zu realisieren, ist zusätzlich ein Trackball 2 für die Betätigung mit dem Daumen an der Oberseite des Gehäuses 1 angeordnet, wie dies bereits anhand der Fig. 1 erläutert wurde. Derartige Trackbälle sind bereits bei 2D-Computermäusen bekannt, dienen dort jedoch anderen Funktionen. Der Trackball 2ist frei rotierbar und steuert, vom Daumen bewegt, die Rotation um die X'- und Z'-Achse. Die Rotation um die X'- bzw. Z'-Achse erfolgt durch Vor- oder Rückdrehen bzw. Hoch- oder Herunterdrehen des Trackballs 2. Dies soll anhand der Fig. 4 nochmals veranschaulicht werden, bei der der Pfeilcursor 7 in der dreidimensionalen Darstellung des Monitors bspw. mittig axial gelagert ist. Durch die Drehung des Trackballs 2 nach vorne wird die Lage des Pfeilcursors 7 nach vorne über die Achse 8 abgetaucht. Eine entgegengesetzte Drehung erfolgt dementsprechend bei der Drehung des Trackballs 2 zurück. Hier wird die Rotationslage des Pfeilcursors nach vorn über die Achse 8 angehoben. Durch die freie Drehbarkeit des Trackballs 2 ist somit auch eine freie 360°-Rotation um die X'- bzw. Z'-Achse möglich. Je nachdem wie der Pfeilcursor 7 aufgrund des Mehrfach- Abtastsystems im X-Z-Koordinatensystem der horizontalen Ebene zu den X- und Z-Achsen steht, erfolgt durch die Trackballbewegung nach vorn bzw. nach hinten die Rotation um die X'- und/oder die Z'-Achse. Diese Rotationsbewegung ist uneingeschränkt um 360° vorwärts und rückwärts möglich. Eine Bewegung des Trackballs 2 nach rechts bewirkt dabei das Rollen nach rechts entlang der augenblicklichen Bewegungsachse, eine Bewegung des Trackballs nach links entsprechend das Rollen nach links entlang der Bewegungsachse. In order to implement all 6 degrees of freedom of the present navigation device, a trackball 2 for actuation with the thumb is additionally arranged on the top of the housing 1 , as has already been explained with reference to FIG. 1. Such trackballs are already known in 2D computer mice, but serve other functions there. The trackball 2 is freely rotatable and, when moved by the thumb, controls the rotation around the X'- and Z'-axes. The rotation around the X'- or Z'-axis takes place by turning the trackball 2 forward or backward or turning it up or down. This is to be illustrated again with reference to FIG. 4, in which the arrow cursor 7, for example, is axially supported in the center in the three-dimensional representation of the monitor. By turning the trackball 2 forward, the position of the arrow cursor 7 is immersed forward over the axis 8 . An opposite rotation takes place accordingly when the trackball 2 rotates. Here the rotational position of the arrow cursor is raised to the front via axis 8 . Because the trackball 2 can be freely rotated, a free 360 ° rotation about the X'- or Z'-axis is also possible. Depending on how the arrow cursor 7 is due to the multiple scanning system in the XZ coordinate system of the horizontal plane to the X and Z axes, the trackball movement forwards or backwards causes the rotation around the X ′ and / or the Z '-Axis. This rotational movement is possible without restriction through 360 ° forwards and backwards. A movement of the trackball 2 to the right causes the roll to the right along the current axis of movement, a movement of the trackball to the left correspondingly causes the roll to the left along the movement axis.

Die Translation entlang der Y'-Achse wird auf einfache Weise über das Mitteltastenrad 3 gesteuert. Die Drehrichtung nach vorn bewirkt eine Bewegung nach unten entlang der Y'-Achse, die Drehrichtung nach hinten bewirkt eine Bewegung nach oben entlang der Y'- Achse. Die Betätigung dieses Mitteltastenrades 3erfolgt über einen der mittleren Finger, so dass die Bewegung des Cursors hierbei, wie auch bei der Bewegung des Trackballs 2, intuitiv erfolgt. The translation along the Y'-axis is controlled in a simple manner via the center wheel 3 . The forward rotation causes a downward movement along the Y'-axis, the backward rotation causes an upward movement along the Y'-axis. This center button wheel 3 is actuated via one of the middle fingers, so that the movement of the cursor here, like the movement of the trackball 2 , takes place intuitively.

In der bevorzugten Ausgestaltung besitzt die vorliegende Vorrichtung eine für dreidimensionale Anwendungen weitere sehr nützliche Funktion. Über das Mitteltastenrädchen 3 kann der Benutzer durch gleichzeitiges Drücken einer Tastaturtaste, bspw. der Control-Taste, in der dreidimensionalen Darstellung Ein- und Auszoomen. Das Einzoomen erfolgt durch Drehen des Rädchens vom Bediener weg. Hierbei wird von der momentanen Objektansicht in die Richtung des Pfeilcursors gezoomt. Das Auszoomen erfolgt entsprechend durch das Drehen des Rädchens 3 in entgegengesetzter Richtung, wobei vom Pfeilcursor aus dem Objekt heraus weggezoomt wird. Das Objekt wird dabei auf dem Monitor zentriert dargestellt, wenn eine entsprechende Größe erreicht wurde und das Objekt kleiner als die Bildschirmgröße ist. Bezugszeichenliste 1 Gehäuse
2 erste Eingabeeinrichtung bzw. Trackball
3 zweite Eingabeeinrichtung bzw. Mitteltastenrädchen
4 Funktionstasten
5 erste Abtasteinrichtung
6 zweite Abtasteinrichtung
7 Pfeilcursor
8 Achse
In the preferred embodiment, the present device has another very useful function for three-dimensional applications. Via the center wheel 3 , the user can zoom in and out in the three-dimensional representation by simultaneously pressing a keyboard key, for example the control key. Zooming in is done by turning the wheel away from the operator. The current object view is zoomed in the direction of the arrow cursor. The zooming out takes place accordingly by turning the wheel 3 in the opposite direction, the arrow cursor being used to zoom out of the object. The object is displayed centered on the monitor when a corresponding size has been reached and the object is smaller than the screen size. LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 Housing
2 first input device or trackball
3 second input device or center button wheel
4 function keys
5 first scanning device
6 second scanner
7 arrow cursor
8 axis

Claims

1. Device for 3D navigation in a 3D representation of a display device with a housing ( 1 ) which can be guided with one hand over a base ( 10 ) and which has a first scanning unit ( 2 ) on its underside for detecting a translational movement of the housing ( 1 ) over the base ( 10 ) in two dimensions, and which has a first input unit ( 4 ) movable in at least two degrees of freedom and a second input unit ( 5 ) movable in at least one degree of freedom, which are arranged on the upper side, on an upper side, that they can be moved with fingers of the hand when guiding the housing over the base, characterized in that on the underside of the housing ( 1 ) a second scanning unit ( 3 ) spaced apart from the first ( 2 ) for detecting a translational movement of the housing ( 1 ) is arranged in two dimensions over the base ( 10 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the first input unit ( 4 ) is a freely rotatable trackball.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the second input unit ( 5 ) is a wheel.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first and second scanning unit ( 2 , 3 ) are optical scanning units.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first and second scanning unit ( 2 , 3 ) are mechanical or optomechanical scanning units.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two input keys ( 6 , 7 ) are arranged on the top of the housing ( 1 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the second input unit ( 5 ) is a wheel with an additional key function, which is arranged between the two input keys ( 6 , 7 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that on two opposite sides of the top of the housing ( 1 ) at least one additional button is arranged in such a way that when the housing is guided over the base with the thumb and little finger of the Can be operated by hand.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the housing ( 1 ) has the dimensions and shape of a computer mouse with an approximately planar underside and an upwardly curved top.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that a module for receiving and processing signals of the scanning units ( 2 , 3 ) and input units ( 4 , 5 ) is provided,
around a translatory movement of the housing ( 1 ) in an XZ plane spanned by the base, detected by the first and second scanning units ( 2 , 3 ), into a translatory movement of a cursor, the representation or one or more objects represented in an X'- Z'-plane on the display device and a rotation of the housing ( 1 ) on the support about a Y-axis running perpendicular to the XZ-plane into a rotation of the cursor, the representation or one or more objects shown about a perpendicular to the X'-Z To implement the 'plane Y' axis,
a movement of the first input unit ( 4 ) by an operator in the direction away from the operator or towards the operator in a corresponding rotation of the cursor, the representation or one or more objects displayed about the X'- or Z'-axis and a movement the first input unit ( 4 ) by an operator to the left or right in a corresponding rotation of the cursor, the representation or one or more objects displayed about the Z'- or X'-axis, and
to convert a movement of the second input unit ( 5 ) by an operator away from the operator or towards the operator into a corresponding translation of the cursor, the representation or one or more objects shown in the Y 'direction.

11. The device according to claim 10, characterized in that the module is in contact via a wireless connection with the scanning ( 2 , 3 ) and input units ( 4 , 5 ).

12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that the module enables a switchover to a two-dimensional operating mode in which only one translational movement of the housing ( 1 ) detected by the first and second scanning unit ( 2 , 3 ) in the by the Underlying the spanned XZ plane is translated into a translatory movement of the cursor, the representation or one or more objects displayed in an X'-Z 'plane on the display device.

13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the module enables a switchover to a two-dimensional operating mode, in which only one translational movement of the housing ( 1 ) detected by the first and second scanning unit ( 2 , 3 ) in one XZ plane spanned by the base in a translatory movement of a cursor, the representation or one or more objects shown in an X'-Z 'plane on the display device and a rotation of the housing ( 1 ) on the base by a perpendicular to the XZ The plane Y-axis is converted into a rotation of the cursor, the representation or one or more objects shown about a Y'-axis running perpendicular to the X'-Z 'plane.

14. A method for 3D navigation in a 3D representation of a display device using a device according to one of the preceding claims, in which
a movement of the housing ( 1 ) over the base is detected by the first and second scanning units ( 2 , 3 ), a translational movement in an XZ plane spanned by the base into a translational movement of a cursor, the representation or one or more displayed objects in an X'-Z 'plane on the display device and a rotation of the housing ( 1 ) on the base about a Y axis running perpendicular to the XZ plane into a rotation of the cursor, the display or one or more displayed objects a Y'-axis running perpendicular to the X'-Z'-plane is implemented,
a movement of the first input unit ( 4 ) in the direction by an operator away from the operator or towards the operator in a corresponding rotation of the cursor, the display or one or more objects displayed about the X'- or Z'-axis and a movement of the first input unit ( 4 ) can be converted by an operator to the left or right into a corresponding rotation of the cursor, the display or one or more objects displayed about the Z 'or X' axis, and
a movement of the second input unit ( 5 ) by an operator away from the operator or towards the operator is converted into a corresponding translation of the cursor, the representation or one or more objects shown in the Y 'direction.

15. The method according to claim 14, characterized in that when the movement of the second input unit ( 5 ) is combined with an input on an input key on the housing or a keyboard, the display on the display device is zoomed in or out.