一種互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法
【專利說明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明涉及增強現(xiàn)實技術(shù)，尤其涉及一種互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]增強現(xiàn)實技術(shù)是通過計算機系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。
[0003]增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)包括:跟蹤和定位技術(shù)、顯示技術(shù)。跟蹤和定位技術(shù)包括圖形檢測、光學(xué)傳感、超聲波、陀螺儀等；顯示技術(shù)包括頭盔顯示器、手持顯示器、投影顯示器、普通顯示器等。
[0004]增強現(xiàn)實技術(shù)一般包括以下四個基本步驟:⑴通過跟蹤和定位技術(shù)獲取真實場景信息；(2)對真實場景和虛擬場景信息進行分析并匹配；(3)對顯示位置與虛擬相機進行分析并匹配；(4)生成虛擬畫面，合并真實與虛擬畫面，并通過顯示技術(shù)顯示最終畫面。
[0005]申請?zhí)枮镃N201410407198.5的發(fā)明公開了一種互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括體感裝置、投影裝置、立體顯示模塊和主機系統(tǒng)。該方法包括:1、完成系統(tǒng)連接，并使投影覆蓋沙盤區(qū)域，使體感裝置捕獲設(shè)定沙盤區(qū)域內(nèi)的動作信息及空間信息；2、啟動相關(guān)設(shè)備，體感裝置獲得沙盤空間信息傳遞給主機系統(tǒng)，主機系統(tǒng)處理后，通過投影裝置在沙盤上進行等高線繪制；3、當沙盤上空出現(xiàn)阻隔物時，獲取阻隔物的動作信息及空間信息；4、判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化，若不是，即進行云層模擬，包括云層覆蓋范圍、云層厚度，進而轉(zhuǎn)化為不同雨量大小，并將雨量轉(zhuǎn)化為積水量，并模擬積水量及積水流速；若是，則更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息。
[0006]互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法在在沙盤上進行等高線繪制之前，主機系統(tǒng)需要進行三維地形重建，傳統(tǒng)三維重建需要處理大量數(shù)據(jù)，處理時間長，難以滿足系統(tǒng)實時改變沙盤造型進行交互的需求。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種三維重建實現(xiàn)時間短，能夠滿足系統(tǒng)實時交互需求的互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法，互動式沙盤系統(tǒng)包括主機、投影儀、深度傳感設(shè)備和沙盤，深度傳感設(shè)備獲得沙盤高度信息傳遞給主機，主機獲得沙盤高度信息后經(jīng)過處理后獲得投影圖像，并通過投影裝置將圖像投影到沙盤上，主機獲得沙盤高度信息后進行處理的過程包括三維地形重建，三維地形重建形成的地形系統(tǒng)由復(fù)數(shù)個三角形拼合的網(wǎng)格構(gòu)成。
[0009]以上所述的演示方法，所有三角形的頂點在水平面的投影按矩陣排列。
[0010]以上所述的演示方法，主機獲得沙盤高度信息后進行處理的過程包括等高線處理，等高線處理將沙盤高度信息按高度分成復(fù)數(shù)段，依據(jù)不同的高度段賦予不同的顏色，按高度段對所述的三角形進行著色。
[0011]以上所述的演示方法，主機獲得沙盤高度信息后進行處理的過程包括場景模擬處理，場景模擬處理將沙盤高度信息按高度分成復(fù)數(shù)段，每一高度段對應(yīng)至少一種地貌貼圖，根據(jù)所述三角形的高度位置，分別對每個三角形進行地貌貼圖。
[0012]以上所述的演示方法，主機獲得沙盤高度信息后進行處理的過程包括場景模擬處理，場景模擬處理包括獲取每個三角形的坡度，并將0°至90°分成復(fù)數(shù)個角度段，每一角度段對應(yīng)至少一種地貌貼圖，根據(jù)所述三角形的坡度，分別對每個三角形進行地貌貼圖。
[0013]以上所述的演示方法，主機獲得沙盤高度信息后進行處理的過程包括測量出投影與該限定真實沙盤場景的相對位置關(guān)系，在虛擬場景中利用游戲引擎的三維相機系統(tǒng)添加三維相機用以模擬真實場景中的投影儀的視角，使其垂直照射至根據(jù)沙盤中沙子區(qū)域深度數(shù)據(jù)重建的三維模型，選擇相機種類為正交投影模式；根據(jù)投影與該限定真實沙盤場景的高度差、水平位置差數(shù)據(jù)將相機放置于三維模型上方對應(yīng)位置。調(diào)整相機裁剪平面尺寸及比例，讓相機顯示范圍與需投射的范圍相同。
[0014]以上所述的演示方法，在虛擬場景中，在需投影畫面區(qū)域的四角放置四個標定虛擬光標，然后在沙盤中觀察由投影儀投影出的畫面，微調(diào)相機使虛擬光標處于真實場景中沙盤區(qū)域的四角。
[0015]以上所述的演示方法，在游戲中兩個玩家分別扮演兩個游戲角色，第一玩家在顯示器上觀看自己的角色并通過鼠標和鍵盤操縱角色的動作；第二玩家在沙盤處實時觀察第一玩家的角色在場景中的位置和運動方向，并通過深度傳感設(shè)備現(xiàn)有手勢識別技術(shù)來用手勢觸發(fā)事件的發(fā)生，與第一玩家的角色發(fā)生互動。
[0016]本發(fā)明互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法簡化了三維重建數(shù)據(jù)處理。需要處理的數(shù)據(jù)量小，能夠?qū)崿F(xiàn)每秒至少20次處理，處理時間短，達到實時三維重建以及實時交互的目的。
[【附圖說明】]
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0018]圖1是本發(fā)明實施例互動式沙盤系統(tǒng)的外形圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實施例互動式沙盤系統(tǒng)的演示方法的流程圖。
[【具體實施方式】]
[0020]本發(fā)明實施例分為硬件實施、軟件實施以及雙屏聯(lián)動三部分。
[0021](一 )硬件實施請參考圖1。
[0022]設(shè)備主要構(gòu)成:深度傳感設(shè)備1、投影儀2、鋼制支架3、沙盤4、計算機及鍵鼠5和顯示器6。
[0023]硬件具體安裝步驟如下:將沙盤4的移動沙盤擺放在平地，將鋼制支架3使用螺絲固定在砂盒的側(cè)面。在砂盒內(nèi)填入沙子成為沙盤。在沙盤4上方將投影儀2及深度傳感設(shè)備I固定在鋼制支架3上。
[0024]在安裝完硬件設(shè)備后，需要對硬件設(shè)備進行校準，具體步驟如下:調(diào)整深度傳感設(shè)備I位置和角度，令其可視范圍完全覆蓋下方的沙面。調(diào)整投影儀2的位置和角度，令其投影范圍涵蓋下方沙盤4的沙面。使用投影儀2內(nèi)置的調(diào)整選擇功能進行畫幅校準:包括梯形校準功能，比例選擇功能，分辨率選項功能，通過使用投影儀內(nèi)置的調(diào)整功能，令投影畫面與沙盤4平面大小匹配、平面平行且投影畫面四邊與沙盒平面四邊平行。使用計算機5顯卡的設(shè)置功能進行校準:包括跨屏顯示功能，分辨率選擇功能，顯示比例選擇功能，通過計算機顯卡的設(shè)置功能，令畫面可以跨屏幕顯示，分辨率大小匹配并完整準確覆蓋沙盤4區(qū)域及1-6顯示器。
[0025]( 二)軟件實施請參考圖2，具體步驟如下:
[0026]捕獲深度數(shù)據(jù):
[0027]首先利用深度傳感設(shè)備I獲取沙盤4中沙子的深度信息。
[0028]去噪濾波:
[0029]深度數(shù)據(jù)本質(zhì)代表著深度傳感設(shè)備與外界世界的物理距離信息。在外界設(shè)定一個最遠探測距離(如Im)和一個最近探測距離(如0.Sm)，這樣實際使用的深度距離范圍是
0.2m。忽略超出最遠和最近探測距離的數(shù)據(jù)。用最遠探測距離減去實際深度距離，再除以深度距離范圍，得到的即是地形的高度比例值。
[0030]深度信息中可能包括不需要的噪聲點，所以需要通過均值濾波、中值濾波等方法對深度信息進行處理，減弱噪聲。處理后的深度信息就可以被應(yīng)用到實時的三維地形系統(tǒng)重建中。
[0031]三維地形重建:
[0032]將每一幀深度圖像的每一個深度信息進行如上處理后，得到可以轉(zhuǎn)換為游戲引擎現(xiàn)有的地形系統(tǒng)的地形高度數(shù)據(jù)。游戲引擎的地形系統(tǒng)，從本質(zhì)上說是一系列頂點構(gòu)成的三角面片，再由這些三角面片構(gòu)成的網(wǎng)格組成的。地形的高度就是由這些構(gòu)成網(wǎng)格的按矩陣排列的頂點決定。在某些游戲引擎中(如Unity3D)提供了直接給地形賦值高度的接口，將上文中地形高度比例數(shù)組賦值給地形后，游戲引擎中的地形系統(tǒng)即根據(jù)深度信息對沙盤4的沙子進行實時三維重建。
[0033]傳統(tǒng)三維重建方法由于大數(shù)據(jù)量處理問題，需要較長的時間進行解算才能形成三維模型，無法滿