一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法技术方案

本发明专利技术涉及一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其包括如下步骤：对虚拟角色的边缘轮廓特征进行提取检测，在图像边缘轮廓检测的基础上进行降噪滤波处理；基于自适应纹理映射进行图像特征渲染，将渲染的结果加载到三维实体模型上，生成VR虚拟角色图形。本发明专利技术的方法生成的虚拟角色具有更高的信噪比、虚拟角色真实感强烈。配电线路运检作业中的不同工种的特点明显，差异性大，参训学员可以更加真切地感受到现场的作业环境，从而提升配电线路VR仿真培训的质量和效果。

A virtual role generation method for multi type of work in VR simulation system of distribution line operation inspection

【技术实现步骤摘要】
一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法
本专利技术涉及配电线路运检作业VR仿真培训领域，具体是一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法。
技术介绍
配电线路运检作业三维仿真系统采用移动互联网技术、人工智能技术、虚拟现实技术、计算机仿真技术、三维建模等先进技术构建基于真实作业环境的配电线路三维运检作业场景。参训人员可以在其中进行沉浸式的三维交互操作。VR成像效果直接影响参训人员的沉浸式体验，进而影响系统的培训效果。相关的图像与图形生成处理方法的研究是VR培训仿真领域的热门研究方向。在配电线路运检作业中涉及到多工种、多人同时操作，在VR仿真培训系统中也会有相应的多工种、多人的虚拟角色。在VR的成像过程中，由于人物的个体差异性较大，动作和表情等细节丰富，不同的虚拟角色图形的生成真实感和逼真度不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，结合轮廓检测和纹理跟踪、图像降噪和自适应纹理映射技术进行虚拟角色生成，解决虚拟角色图形的生成真实感和逼真度不足的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其包括如下步骤：对虚拟角色的边缘轮廓特征进行提取检测，在图像边缘轮廓检测的基础上进行降噪滤波处理；基于自适应纹理映射进行图像特征渲染，将渲染的结果加载到三维实体模型上，生成VR虚拟角色图形。进一步的，进行图像边缘轮廓检测，提取角色图形的边缘轮廓特征参数时，采用基于虚拟现实的三维视景扫描技术，得到虚拟角色图形VR成像的活动轮廓模型函数；通过选择某标准差的边缘轮廓尺度误差测量值来对虚拟角色图形VR成像的边界进行自适应调整，获得虚拟角色图形的纹理信息和像素信息，得到VR成像的纹理结构特征分布函数；在空域中，对于输入为n×m大小的图像，生成虚拟角色图形Riesz核；求取Rb×Rb大小的图像块的主方向，即可实现虚拟角色图像的边缘轮廓检测。进一步的，虚拟角色图形VR成像的活动轮廓模型函数表示如下：其中，λ1λ2μv是图像分块的局部阈值标定系数，Kσ为标准差为σ的边缘轮廓尺度误差测量值，通过选择σ来对虚拟角色图形VR成像的边界进行自适应调整，获得虚拟角色图形的纹理信息和像素信息，得到VR成像的纹理结构特征分布函数描述如下式E＝θELBF+(1-θ)ELGF+vL(φ)+μP(φ)其中，人物图形轮廓特征分布的灰度直方图联合特征估计函数描述为：在空域中，对于输入为n×m大小的图像，生成虚拟角色图形Riesz核可以表示为：其中z＝(x,y)；求取Rb×Rb大小的图像块的主方向，即可实现虚拟角色图像的边缘轮廓检测。进一步的，在进行了虚拟角色图像的边缘轮廓检测基础上，采用小波降噪方法对虚拟角色图形进行降噪滤波处理，提高人物图形成像的逼真度。进一步的，对图像局部区域的像素噪点采用小波基函数进行像素特征重组：其中f(z)是输入图像的像素信息，*为卷积运算。采用Harris小波函数对人物图形进行高频分解，得到图像的高频分量为Hx＝-jωx/‖ω‖和Hy＝-jωy/‖ω‖，其中ω＝(ωx,ωy)；对于输入的VR虚拟成像的图形像素序列f(z)，获取单演局部主方向，得到小波降噪后输出图像的单演像素序列定义如下fM(z)＝(f(z),fx(z),fy(z))其中，f(z)是局部图像块主方向的实值部分，fx(z)和fy(z)分别是x和y轴的Harris小波变换；构建虚拟角色图形的水平约束属性集合，求得外观轮廓特征信息偏移量的最小值，以此为约束目标函数，基于真实感约束进行虚拟角色图像的融合滤波，得到虚拟角色图形进行小波降噪后的像素点分布函数记为如下式将小波降噪后的VR成像像素点特征量融合到主方向编码中，即可输出真实感较强的人物图形成像结果。进一步的，在进行了虚拟角色图像采集和小波滤波降噪处理的基础上，进行VR虚拟角色图形的生成，在重构的像素特征空间中进行信息融合，进行虚拟角色图形的跟踪渲染，提高图形成像的真实感。进一步的，在进行虚拟角色图形跟踪渲染时，提取虚拟角色图像动态场景的轮廓和面部特征信息，得到虚拟角色外观模型的约束特征函数如下式根据上述特征提取结果进行动态场景重建，通过纹理信息跟踪渲染方法，提高VR成像的材质赋予能力，通过赋材质处理，得到虚拟角色VR图像成像的动态特征点标定如下式G(w)＝exp{-[log(ω/ω0)]2/2[log(σ/ω0)]2}在虚拟角色透射空间中对图形的成像区域进行网格划分，采用模板匹配方法进行像素特征配准，创建人物成像的动态场景，输出虚拟角色图像的几何结构分布模型以表述如下flg-M(z)＝(flg(z),flg-x(z),flg-y(z))＝(flg(z),hx*flg(z),hy*flg(z))其中flg(z)＝f(z)*F-1(G(ω))，F-1是二维傅里叶逆变换。在不同透射率下，计算人物图形的局部幅值A，渲染轨迹φ，纹理映射方向θ定义为：θ＝arctan(flg-y/flg-x)为了提高人物图形成像的逼真度，在沉浸式交互环境中进行信息融合，信息融合映射f:θ|→θ′中：虚拟角色图形生成中纹理映射的相位范围为：θ′∈[0,2π]，令Ix为输出的正值或者负值图像，其中x＝P,N，那么基于自适应纹理映射技术，在真实感约束下，得到VR虚拟角色图形的跟踪渲染结果如下，其中Q为邻域块数目，W为结构相似度。进一步的，在采用自适应纹理映射技术进行虚拟角色图形的跟踪渲染的基础上，将图形渲染输出像素值加到三维实体模型上，进行VR图形生成处理。进一步的，在向量量化坐标系的x轴和y轴，对跟踪渲染像素级Sm通过信息融合进行二值编码，对于单个人物图形的像素点，灰度级为g＝{g(i),i∈Ω}，二值编码结果如下：其中d＝x表示图像在向量量化坐标系的x轴方向的仿射变换，d＝y表示VR虚拟角色图像在向量量化坐标系y轴的方向的高斯变换，在三维实体模型中，人物VR成像的倾斜影像如下MWLMBP＝[P(fx),P(fy),Sm]以Ic为中心，在N×N维的量化窗口ωi内，对人物图形生成的亮度误差、材质误差以及倾斜误差进行修正，构造反映图像真实感的投影矩阵：在图像修正中，构造协方差矩阵为：求得动态特征分量，应用奇异值分解SVD方法对投影矩阵O进行向量量化分解，在主频方向上，VR虚拟角色图形生成的仿射不变矩阵为：O＝USVT其中，U是一N×N维的姿态校正矩阵，V是一个2×2的矩阵，令fx和fy为某一尺度上虚拟角色图形在x方向和y方向的结构相似度信息，那么在N×N的局部区域中构造自适应像素分离矩阵Oi，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于其包括如下步骤：/n对虚拟角色的边缘轮廓特征进行提取检测，在图像边缘轮廓检测的基础上进行降噪滤波处理；/n基于自适应纹理映射进行图像特征渲染，将渲染的结果加载到三维实体模型上，生成VR虚拟角色图形。/n

【技术特征摘要】
1.一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于其包括如下步骤：
对虚拟角色的边缘轮廓特征进行提取检测，在图像边缘轮廓检测的基础上进行降噪滤波处理；
基于自适应纹理映射进行图像特征渲染，将渲染的结果加载到三维实体模型上，生成VR虚拟角色图形。


2.根据权利要求1所述的一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于进行图像边缘轮廓检测，提取角色图形的边缘轮廓特征参数时，采用基于虚拟现实的三维视景扫描技术，得到虚拟角色图形VR成像的活动轮廓模型函数；
通过选择某标准差的边缘轮廓尺度误差测量值来对虚拟角色图形VR成像的边界进行自适应调整，获得虚拟角色图形的纹理信息和像素信息，得到VR成像的纹理结构特征分布函数；
在空域中，对于输入为n×m大小的图像，生成虚拟角色图形Riesz核；
求取Rb×Rb大小的图像块的主方向，即可实现虚拟角色图像的边缘轮廓检测。


3.根据权利要求2所述的一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于虚拟角色图形VR成像的活动轮廓模型函数表示如下：



其中，λ1λ2μv是图像分块的局部阈值标定系数，Kσ为标准差为σ的边缘轮廓尺度误差测量值，通过选择σ来对虚拟角色图形VR成像的边界进行自适应调整，获得虚拟角色图形的纹理信息和像素信息，得到VR成像的纹理结构特征分布函数描述如下式
E＝θELBF+(1-θ)ELGF+vL(φ)+μP(φ)
其中，人物图形轮廓特征分布的灰度直方图联合特征估计函数描述为：



在空域中，对于输入为n×m大小的图像，生成虚拟角色图形Riesz核可以表示为：



其中z＝(x,y)；
求取Rb×Rb大小的图像块的主方向，即可实现虚拟角色图像的边缘轮廓检测。


4.根据权利要求3所述的一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于在进行了虚拟角色图像的边缘轮廓检测基础上，采用小波降噪方法对虚拟角色图形进行降噪滤波处理，提高人物图形成像的逼真度。


5.根据权利要求4所述的一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于对图像局部区域的像素噪点采用小波基函数进行像素特征重组：



其中f(z)是输入图像的像素信息，*为卷积运算。采用Harris小波函数对人物图形进行高频分解，得到图像的高频分量为Hx＝-jωx/‖ω‖和Hy＝-jωy/‖ω‖，其中ω＝(ωx,ωy)；
对于输入的VR虚拟成像的图形像素序列f(z)，获取单演局部主方向，得到小波降噪后输出图像的单演像素序列定义如下
fM(z)＝(f(z),fx(z),fy(z))
其中，f(z)是局部图像块主方向的实值部分，fx(z)和fy(z)分别是x和y轴的Harris小波变换；
构建虚拟角色图形的水平约束属性集合，求得外观轮廓特征信息偏移量的最小值，以此为约束目标函数，基于真实感约束进行虚拟角色图像的融合滤波，得到虚拟角色图形进行小波降噪后的像素点分布函数记为如下式



将小波降噪后的VR成像像素点特征量融合到主方向编码中，即可输出真实感较强的人物图形成像结果。


6.根据权利要求5所述的一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成方法，其特征在于在进行了虚拟角色图像采集和小波滤波降噪处理的基础上，进行VR虚拟角色图形的生成，在重构的像素特征空间中进行信息融合，进行虚拟角色图形的跟踪渲染，提高图形成像的真实感。


7.根据权利要求6所述的一种配电线路运检作业VR仿真系统多工种虚拟角色生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫佳文，黄帮局，陈长金，蒋春悦，董俊根，周磊，刘哲，邹园，郭小燕，赵锦涛，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网河北省电力有限公司培训中心，北京科东电力控制系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11