三维空间无人机集群的快速选择方法技术

本发明专利技术提出了三维空间无人机集群的快速选择方法，包括：显示无人机集群的虚拟场景，通过增强现实设备感知集群的位置信息；立体包围盒根据未选中的无人机子集群的飞行情况，动态改变自身的包围条件，保持立体包围盒与未选中无人机子集群之间的相对距离；通过手势控制立体包围盒的控制点，改变立体包围盒的形状，形成用户目标包围条件；判断场景中的无人机群与包围盒的位置，确定用户选择的目标子集群。本发明专利技术通过改变立体包围盒的包围情况，实现任意形状分布子集群的选择，并提高对选择区域的边缘物体的判定速度和精确度，对于具有一定飞行速度的物体，立体包围盒的包围情况可以根据物体进行一定的自适应调整，最大限度降低用户的操作复杂度。操作复杂度。操作复杂度。

【技术实现步骤摘要】
三维空间无人机集群的快速选择方法


[0001]本专利技术涉及增强现实交互
，具体涉及三维空间无人机集群的快速选择方法。

技术介绍

[0002]随着增强现实技术的不断发展，利用增强现实场景替换传统的二维GUI(Graphical User Interface)界面已经成为一种非常重要的方式，相对于传统GUI界面，增强现实能给与用户带来更加真实的交互体验。而且随着增强现实技术的广泛应用，对高效交互技术的需求也越来越高。
[0003]人机交互中关键的步骤之一就是确定交互对象，在一个增强现实场景中，用户可以与场景中的任意虚拟对象进行交互，前提是确定交互的特定目标。对于在增强现实场景中确定交互目标的方式已经存在多种技术，对于单个目标的选取，目前主要存在直接抓取法，射线法，圆锥法，象限法以及栅格图形法等；对于多目标选取，目前主要存在的是二维套索法，立体矩形法等。随着机器人的发展，越来越多的机器人系统不仅限于一个机器人，而是多个机器人协同工作，从而提高任务的完成效率，而在集群交互系统中，都是同时与多个目标进行交互，基于单个目标选取的方式，虽然准确度高，但是效率低，不适合集群系统的交互过程。目前存在的多目标交互系统集群选择方式中，二维套索法使用投影的方式，在三维空间中缺少深度信息，而立体矩形法中创建的立体矩形只能通过定义长宽高以及位置来确定选择的子集群，对操作对象的位置分布具有较高的要求，而对于具有一定移动速度的集群的选取过程会加重用户的交互负担。
[0004]总而言之，集群系统的交互效率的提高大部分依赖于交互目标的选取过程，但是目前存在的多目标选取方法在精度以及效率上都比较低，而且大部分高精度的选择方法都体现在单目标的选取方式上，多目标选取方法仍然比较有限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种三维空间集群快速选择的方法，提高三维空间中物体选择的效率，并且能够降低用户在选择具有一定移动速度子群体的操作复杂度。
[0006]为实现本专利技术的目的，采取如下技术方案：
[0007]一种三维空间无人机集群的快速选择方法，该选择方法包括以下步骤：
[0008]S1、通过增强现实技术显示无人机群体的虚拟场景，用户感知集群的位置信息，确定待交互集群分布情况；
[0009]S2、通过手势创建立体包围盒，确定立体包围盒的初始的位置，大小，旋转角度信息；
[0010]S3、立体包围盒根据未选中的无人机子集群的飞行情况，动态改变自身的包围条件，保持立体包围盒与未选中无人机子集群之间的相对距离；
[0011]S4、通过手势控制立体包围盒的控制点，改变立体包围盒的形状，形成用户目标包围条件；
[0012]S5、判断场景中的无人机群与包围盒的位置，确定用户选择的目标子集群。
[0013]进一步地，所述的步骤S1中增强现实技术显示的无人机群体的虚拟场景包括：投影地图、虚拟无人机集群，其中，虚拟无人机集群依附于投影地图，无人机集群中的个体状态依附于对应虚拟无人机。
[0014]进一步地，虚拟场景的显示采用三维注册技术，实时检测摄像头相对于真实环境的位置姿态来确定虚拟场景的投影角度和虚拟无人机群的虚拟坐标。三维注册技术使用户能够在移动过程中能充分感知虚拟无人机集群的三维位置信息。
[0015]进一步地，步骤S2中，所述立体包围盒为长方体，所述立体包围盒的信息特征包括多个控制点以及多个三角面，根据所述多个控制点获得三角面索引数组，通过所述三角面索引数组连接所述控制点形成具有多个三角面的封闭立体包围盒。
[0016]进一步地，步骤S3中，立体包围盒上的控制点根据动态变化的约束条件和就近原则跟随未选中的无人机子集群，所述动态变化的约束条件包括不能缩小用户原目标集群的立体包围盒的包围范围和必须保证立体包围盒动态改变的过程中仅能存在一个封闭的空间，所述就近原则指立体包围盒上的控制点跟随最近的未选择的无人机做相对静止的跟随运动。区别于传统的静态选择，能根据未选择的无人机子群的运动情况自适应地改变包围条件，控制点可以自动跟随无人机，保持立体包围盒与未选择并处于飞行中的无人机子群的相对位置，降低用户下一步选择操作的复杂度。
[0017]进一步地，步骤S4中，在满足立体包围盒的控制点变化约束条件基础上，用户通过手势拖拽立体包围盒的控制点进行来完成立体包围盒的变化过程。
[0018]进一步地，步骤S4中，建立用户操作立体包围盒的映射，用户通过操作所述映射来操作立体包围盒本体，映射的控制点与立体包围盒本体一一对应，任何对映射的操作实时反映在立体包围盒本体上。
[0019]进一步地，所述步骤S5中，采用射线法判断虚拟无人机是否在立体包围盒中。
[0020]进一步地，所述的射线法为三维空间内的射线法，通过从虚拟无人机位置沿x轴方向的射线与立体包围盒所创建的三角面的交点的个数判断虚拟无人机是否处于立体包围盒内部。
[0021]进一步地，所述步骤S5中，当虚拟无人机处理立体包围盒的边缘区域时，以虚拟无人机为对象创建一个OBB包围盒，在所述OBB包围盒上选取多个位置点，通过判断所述位置点在立体包围盒中的覆盖数量来判定边缘虚拟无人机子群是否处于立体包围盒中。
[0022]本专利技术相对于现有技术具有有益效果：
[0023]本专利技术提供三维空间无人机集群的快速选择方法。本专利技术能够对在三维空间分布的不规则无人机目标子集群进行快速选取。本专利技术提出的立体包围盒能直观地展示给用户三维空间中交互无人机与立体包围盒的位置关系，而不仅仅是二维套索投影的方式。本专利技术能够快速选择分布体积较大的无人机目标子集群，立体包围盒的三角面变化保证了立体包围盒在表达用户包含意图时的灵活性，能够通过三角面的变化适应不同分布集群的选择，并且建立了立体包围盒的映射，因此对于分布体积较大的集群也能够通过操作小体积的映射来快速选择。本专利技术能够对处于立体包围盒边缘的模糊无人机进行准确率更高的包
含判定，对位于包围盒内部和包围盒边缘的不同虚拟无人机进行不同的包含判定，位于内部的虚拟无人机直接通过三维空间射线法将虚拟无人机压缩为一个位置点进行判定，而位于边缘的虚拟无人机则通过虚拟无人机自身的OBB包围盒的覆盖范围进行判定，因为位于边缘的虚拟无人机不能忽略碰撞体积，通过OBB包围盒的覆盖率能够更精确地判断位于立体包围盒边缘的模糊无人机是否能够纳入用户的包含意图中。本专利技术能够提高用户对具有一定速度的无人机集群的选取效率，在选择具有移动速度的无人机时，立体包围盒通过动态跟随的方式改变自身的状态，保持与周围最近移动无人机的相对位置不变，此时用户只需要通过改变立体包围盒与移动虚拟无人机之间的相对位置，不需要考虑移动无人机的移动方向和距离，大大降低了用户在操作立体包围盒时的复杂度，从而提高对具有一定速度无人机集群的选取效率。本专利技术的操作过程全部基于用户的手势，使用户在交互过程更加自然高效。
附图说明
[0024]图1立体包围盒的位置点与三角面信息示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三维空间无人机集群的快速选择方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过增强现实技术显示无人机群体的虚拟场景，用户感知集群的位置信息，确定待交互集群分布情况；S2、通过手势创建立体包围盒，确定立体包围盒初始的位置、大小和旋转角度信息；S3、立体包围盒根据未选中的无人机子集群的飞行情况，动态改变自身的包围条件，保持立体包围盒与未选中无人机子集群之间的相对距离；S4、通过手势控制立体包围盒的控制点，改变立体包围盒的形状，形成用户目标包围条件；S5、判断场景中的无人机群与包围盒的位置，确定用户选择的目标子集群。2.根据权利要求1所述的三维空间无人机集群的快速选择方法，其特征在于：所述的步骤S1中增强现实技术显示的无人机群体的虚拟场景包括：投影地图、虚拟无人机集群，其中，虚拟无人机集群依附于投影地图，无人机集群中的个体状态依附于对应虚拟无人机。3.根据权利要求1所述的三维空间无人机集群的快速选择方法，其特征在于：虚拟场景的显示采用三维注册技术，实时检测摄像头相对于真实环境的位置姿态来确定虚拟场景的投影角度和虚拟无人机群的虚拟坐标。4.根据权利要求1所述的三维空间无人机集群的快速选择方法，其特征在于：步骤S2中，所述立体包围盒为长方体，所述立体包围盒的信息特征包括多个控制点以及多个三角面，根据所述多个控制点获得三角面索引数组，通过所述三角面索引数组连接所述控制点形成具有多个三角面的封闭立体包围盒。5.根据权利要求1所述的三维空间无人机集群的快速选择方法，其特征在于：步骤S3中，立体包围盒上的控制点根据动态变化时的约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，吴泽波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：