一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法，包括：(1)准备阶段，系统将场景呈现给用户，同时为每个备选物体配置一个半轮廓遮挡模型；(2)标定

【技术实现步骤摘要】
一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法


[0001]本专利技术属于人机交互
，尤其是涉及一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法。

技术介绍

[0002]目标对象的选择技术是人机交互中的核心技术之一。人机交互中，在对目标对象进行操作之前，首先需要对其进行选择。随着新型交互模态的出现，自然人机交互进入人们的视野，手势交互作为其中的一个重要模态成为研究的热点，由于其广泛的应用价值，已成为三维人机交互中的研究热点。
[0003]其中凌空徒手交互被认为是下一个交互时代的“鼠标”。通过凌空徒手这一模态，用户能够运用手势与计算机进行交流，实现三维场景的交互，例如用户可以通过徒手，对虚拟场景中的对象进行操作，进行绘制、建模等等。
[0004]三维场景的交互操作主要分为选择、操作、导航、系统控制等，其中选择是除导航外其他操作的基础，对于整个交互过程的重要性不言而喻。
[0005]然而在凌空徒手三维选择方法中，由于凌空徒手模态的模糊性——用户习惯模糊操作，导致计算机难以识别出用户的操作意图。具体来说，主要表现在，在设备层，徒手数据获取设备对手部数据获取的精度有限；在交互层，海森堡效应，即用户进行选择确认的时候，手部操作会造成非预期的抖动，导致选不中目标物体；在用户层，凌空操作中，手会不自觉地抖动。
[0006]正是由于来自用户、设备和交互三个层面带来的输入不精确与三维选择任务本身所需的精确之间存在的鸿沟，从而影响了三维目标选择的准确度。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法，提高徒手三维选择的效率以及用户体验。
[0008]一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法，包括以下步骤：
[0009](1)准备选择阶段：系统将场景呈现给用户，同时为每个备选物体配置一个半轮廓遮挡模型；用户在场景中寻找目标物体；
[0010](2)标定-高亮反馈阶段：采用基于椎体射线的动态标定方法选出4个或少于4个的物体成为确认选择的备选集，并对这些物体进行半轮廓高亮反馈；
[0011](3)确认-结果反馈阶段：用户根据不同物体的不同高亮形式执行对应的选择确认手势操作，然后系统根据对手势的分析和识别，得出用户的确认意图，并匹配到对应高亮的物体，给予用户选择结果的反馈，用户收到选择结果反馈之后，当前选择任务结束。
[0012]本专利技术的方法，以高亮为纽带将三维选择与徒手模态紧密联系在一起，让用户能够通过非精确的操作完成对选择意图的准确表达，进而完成选择，从而有效解决或规避凌空徒手三维选择中设备层、用户层、交互层中存在的输入不精确问题，进而提高徒手三维选
择的效率以及用户体验。
[0013]步骤(2)中，基于椎体射线的动态标定方法具体过程为：
[0014]用户通过标定手势所指定的方向执行标定操作，系统解析出用户的标定方向，采用锥体射线，通过沿指点方向上的一个动态的锥体范围来进行选择；若选出的对象包含目标对象，则用户终止标定，反之则继续进行标定。
[0015]所述的半轮廓高亮反馈采用物体半轮廓边缘计算方式，具体步骤如下：
[0016](2-1)根据物体在原场景中的位置和大小，将物体的形状渲染到缓存中，记为Ori_Buffer；
[0017](2-2)采用高斯模糊方法对Ori_Buffer中的物体形状在图像层面进行外扩，通过设置相关参数调整高亮边缘的柔和度，将结果记入缓存，记为Gauss_Buffer；
[0018](2-3)对高斯结果和物体原形状进行像素相减，将结果记入缓存，记为Contour_Buffer；
[0019](2-4)根据物体形状缓存Ori_Buffer计算垂直方向或水平方向的中心线，若求上、下半轮廓，计算物体形状的垂直方向中心线，若求左、右半轮廓，计算物体形状的水平方向中心线。当求垂直方向中心线时，找到物体的最高点和最低点的像素垂直坐标(y1，y2)，然后求出中间线的像素垂直坐标((y1+y2)/2)，记为C；当求水平方向中心线时，找到物体的最左边点和最右边点的像素水平坐标(x1，x2)，然后求出中间线的像素水平坐标((x1+x2)/2)，记为C；
[0020](2-5)根据C，对Contour_Buffer进行像素筛选，若为上半轮廓，则留下在垂直方向中心线上方的像素点，即留下Counter_Buffer中满足像素垂直坐标y>C的像素点；若为下半轮廓，则留下在垂直方向中心线下方的像素点，即留下Counter_Buffer中满足像素垂直坐标y<C的像素点。若为左半轮廓，则留下在水平方向中心线左方的像素点，即留下Counter_Buffer中满足像素水平坐标x<C的像素点；若为右半轮廓，则留下在水平方向中心线右方的像素点，即留下Counter_Buffer中满足像素水平坐标x>C的像素点。
[0021]步骤(2)中，设定了三个优先级来分配不同对象的高亮，具体如下：
[0022]第一优先级为视觉过度流畅优先，优先保证高亮在视觉上的流畅过度；如某物体在前一帧的高亮为上半轮廓，那么下一帧若该物体还要被高亮则依旧为上半轮廓高亮。
[0023]第二优先级为非遮挡部分优先，优先分配未被遮挡半边的高亮；如某物体的左半边被遮挡，则优先分配该物体为右半轮廓高亮。
[0024]第三优先级为相对位置与高亮半边和谐优先，建立物体相对位置与上半轮廓、下半轮廓、左半轮廓、右半轮廓四种半高亮之间的映射；如某物体的相对位置在上方，则优先分配该物体为上半轮廓高亮。
[0025]步骤(3)中，所述的确认手势操作包括基于方向运动信息的动态指令表达和基于半轮廓结构信息的静态弧形表达两种手势。
[0026]进一步地，基于方向运动信息的动态指令表达通过向左、向右、向上、向下滑动来分别表达左、右、上、下这四个信息，进而完成确认。这种方式通过运动过程来建立高亮与操作之间的映射，便于用户学习和理解。
[0027]进一步地，基于半轮廓结构信息的静态弧形表达通过绘制上、下、左、右的半圆弧来表达上、下、左、右这四个方向信息，进而完成确认。这种方式通过运动过程来建立高亮与
操作之间的映射，便于用户学习和理解。
[0028]本文方法中，通过对凌空徒手三维选择的探究，发现选择过程中的高亮设计起着承上启下的作用，能够有效降低用户、设备和交互三个层面带来的输入不精确与三维选择任务本身所需的精确之间存在的鸿沟所带来的影响。对高亮的设计能够充分利用计算机的输出帮助用户完成非精确的徒手操作，达到选择的目的，进而提高三维选择的效率以及用户的体验。本专利技术提出的半轮廓的高亮设计满足：
[0029]1、满足高亮设计的确定性，即用户能清晰的看到自己在所有物体中，选中的是其中的哪个物体。能够与全轮廓高亮一样延续物体本身轮廓的特性描述，保留了高亮与物体本身的相关性，使得每个物体在高亮的时候仍然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备选择阶段：系统将场景呈现给用户，同时为每个备选物体配置一个半轮廓遮挡模型；用户在场景中寻找目标物体；(2)标定-高亮反馈阶段：采用基于椎体射线的动态标定方法选出4个或少于4个的物体成为确认选择的备选集，并对这些物体进行半轮廓高亮反馈；(3)确认-结果反馈阶段：用户根据不同物体的不同高亮形式执行对应的选择确认手势操作，然后系统根据对手势的分析和识别，得出用户的确认意图，并匹配到对应高亮的物体，给予用户选择结果的反馈，用户收到选择结果反馈之后，当前选择任务结束。2.根据权利要求1所述的基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法，其特征在于，步骤(2)中，基于椎体射线的动态标定方法具体过程为：用户通过标定手势所指定的方向执行标定操作，系统解析出用户的标定方向，采用锥体射线，通过沿指点方向上的一个动态的锥体范围来进行选择；若选出的对象包含目标对象，则用户终止标定，反之则继续进行标定。3.根据权利要求1所述的基于半轮廓高亮的凌空徒手三维目标选择方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的半轮廓高亮反馈采用物体半轮廓边缘计算方式，具体步骤如下：(2-1)根据物体在原场景中的位置和大小，将物体的形状渲染到缓存中，记为Ori_Buffer；(2-2)采用高斯模糊方法对Ori_Buffer中的物体形状在图像层面进行外扩，通过设置相关参数调整高亮边缘的柔和度，将结果记入缓存，记为Gauss_Buffer；(2-3)对高斯结果和物体原形状进行像素相减，将结果记入缓存，记为Contour_Buffer；(2-4)根据物体形状缓存Ori_Buffer计算垂直方向或水平方向的中心线，若求上、下半轮廓，计算物体形状的垂直方向中心线，若求左、右半轮廓，计算物体形状的水平方向中心线；当求垂直方向中心线时，找到物体的最高点和最低点的像素垂直坐标(y1，y2)，然后求出中间线的像素垂直坐标((y1+y2)/2)，记为C；当求水平方...

【专利技术属性】
技术研发人员：万华根，李婷，韩晓霞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：