一种生物数字孪生标本的观察操控方法技术

本发明专利技术提供一种生物数字孪生标本的观察操控方法，包括视觉内容交互模块、生物数字孪生标本交互模块和生境数字孪生标本交互模块，所述视觉内容交互模块包括成像系统和视野操控系统；所述生物数字孪生标本交互模块包括生物标本的标注、生物标本部件的拟合和生物姿态模拟；所述生境数字孪生标本交互模块包括生境层级设计、生境数字标本的动态分辨率和交互界面设计，该观察操控方法应用虚拟仿真技术够将珍稀动植物标本在虚拟环境重建，并提供便利快捷的浏览查阅功能，给每个使用者提供专属数字标本，可反复使用、独立观察，优化了生物数字孪生标本的研究观察的交互体验，在教学、科学研究等领域均能够提供有效帮助。究等领域均能够提供有效帮助。究等领域均能够提供有效帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种生物数字孪生标本的观察操控方法


[0001]本专利技术涉及虚拟现仿真技术教学应用领域，具体为一种生物数字孪生标本的观察操控方法。

技术介绍

[0002]生物标本在生物学科教学、科学研究有重要作用，为科研机构和院校教学提升效果，能培养学生掌握生物学形态特征和学科基础知识。但生物标本普遍存在着珍稀动植物种群稀少，来源少、难以获得，制作标本过程中化学危害性较大，传统标本制作周期长，制作方法传承等问题。
[0003]另一方面，珍稀动植物标本因其本身的稀缺性，成品实物标本价值不可估量，实际教学使用中，在运输、教学、展示过程中存在损坏风险，对标本的保护措施繁缛、互动性较差，几十人共用一个标本等情况极为普遍，学生在观察与学习生物结构时带来极大不便。为了解决上述问题，本专利技术基于虚拟仿真技术，提供一种生物数字孪生标本的观察操控方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种生物数字孪生标本的观察操控方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术将珍稀动植物标本在虚拟环境重建，并提供便利快捷的浏览查阅功能，解决了珍稀标本唯一稀缺性的问题，具有可反复使用、独立观察等优点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种生物数字孪生标本的观察操控方法，包括视觉内容交互模块、生物数字孪生标本交互模块和生境数字孪生标本交互模块，所述视觉内容交互模块包括成像系统和视野操控系统，该模块通过采集距离、数值和节点等参数信息进行成像并控制成像品质，并针对观察的需求对视场畸变进行约束与控制；所述生物数字孪生标本交互模块包括生物标本的标注、生物标本部件的拟合和生物姿态模拟，提供多维度展示和交互拓展功能；所述生境数字孪生标本交互模块包括生境层级设计、生境数字标本的动态分辨率和交互界面设计，所述生物数字孪生标本交互模块和生境数字孪生标本交互模块相配合形成完整的生态模型。
[0006]进一步的，所述视觉内容交互模块中，成像系统的成像过程中，将三维对象映射到使用者屏幕时，内容截面与实际观察时的设备视场应产生应对关系，并在完成内容、视场的确立后，根据具体的三维环境的反方向对摄像机自身坐标系的镜头朝向进行约定。
[0007]进一步的，所述视野操控系统提供朝向、角度、视野、距离等要素变更的自由观察生物标本的环境，该过程包括定义中心位置、测定最佳物距、确认物距所在射线的夹角、创建摄像机行动区域信息的模型以及确认新的聚焦位置和观察者位置。
[0008]进一步的，所述生物数字孪生标本交互模块根据具体的生物标本形态和参数进行标注，该标注直接在三维环境中插入到孪生标本内具体内容，标注内容直接定位并锁定在标本局部位置，所述标注完成后，根据遮挡关系控制标注的渲染顺序，所述标注在标本载入
时，获取当前界面约定的显示状态，并执行根据记录变更标签是否显示。
[0009]进一步的，所述生物标本部件的拟合过程，先通过对生物标本部件的分拆，该过程中，物标本相邻的关节互为关联关系，产生的链接定义活动角度的范围，形成连续的链接关系，植物部件存在父级与子级关系，每个单元以级别区分分别打散，并定义每个部件当前处于的父子级关系中，形成连续的关系整体。
[0010]进一步的，所述生物标本部件的拟合包含动物标本关节层级关系，该关系中给每个骨骼部件定义链接中心，骨骼部件位置信息与旋转角度信息围绕链接中心运行。父级部件的旋转或位移影响子级，带动子级运动，逐层形成链状连接结构，实现动物骨骼姿态及动态的模拟；借助生物标本部件的拟合，在生物数字标本中提供植物标本部件打散与还原结构。
[0011]进一步的，所述生物姿态模拟包括动物关节姿态模拟和植物部件层属关系，所述动物关节姿态模拟通过采集模块对约束旋转方向、开合幅度及频率等要素具体参数进行采集，并通过分析标本中涉及运动的所有关节的运动规则，完成动物关节姿态的运动模拟展示。
[0012]进一步的，所述生境层级设计将生境数字标本信息进行分阶段模拟，在不同视野提供不同的细节指标，根据具体的生境标本的细节内容，在填充像素和运算多边形总量一定的条件下，处理不同面积的区域内容采用不同精度。
[0013]进一步的，所述生境数字标本的动态分辨率模块中，多边形结构采用更概括的数据信息查看广域生境；多边形结构采用密度更高更精细的数据信息查看近距离局部细节。
[0014]进一步的，所述交互界面设计在可展开三维生境的地区使用浮动热点提示按钮。设计与生境虚拟数字标本层级一一对应的层级展开按钮。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]1.该生物数字孪生标本的观察操控方法应用虚拟仿真技术够将珍稀动植物标本在虚拟环境重建，并提供便利快捷的浏览查阅功能。能够在任意位置查阅标本的特征及对应知识点内容。打破了珍稀标本的唯一稀缺性，通过信息化的生物数字孪生标本，给每个使用者提供专属数字标本，可反复使用、独立观察，多人同时使用，并避免在运输、使用过程中的损坏。
[0017]2.该生物数字孪生标本的观察操控方法，建立了一套涵盖三维数字生物鞣制标本、三维数字生物骨骼标本、三维数字生境标本的观察和操作方法，优化了生物数字孪生标本的研究观察的交互体验。
[0018]3.该生物数字孪生标本的观察操控方法中，建立了能够多人同时使用的生物、生境数字孪生标本体系，在不同层次、不同角度，宏观到细节的全方位的展示与交互方法，形成涵盖数字标本、操作考核、知识内容相结合的交互体系，在教学、科学研究等领域均能够提供有效帮助。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法的成像和交互两大要素技术路线示意图；
[0020]图2为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中成像系统方案搭建示意；
[0021]图3为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中虚拟摄像机体系的各要素示意；
[0022]图4为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中不同物距动态调整视场角示意图；
[0023]图5为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中观察对象尺寸值的确定方法示意图；
[0024]图6为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中最佳物距的计算方法示意图；
[0025]图7为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中物距所在射线的夹角示意图；
[0026]图8为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中虚拟摄像机的可行动区域示意图；
[0027]图9为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中虚拟摄像机坐标系平移前后的对比示意图；
[0028]图10为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中虚拟数字标本交互技术路线示意图；
[0029]图11为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中三维标注渲染顺序方案的示意图；
[0030]图12为本专利技术一种生物数字孪生标本的观察操控方法中动物骨关节父子级关系及关节角度示意图；
[0031]图13为本专利技术一种生物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物数字孪生标本的观察操控方法，其特征在于：包括视觉内容交互模块、生物数字孪生标本交互模块和生境数字孪生标本交互模块，所述视觉内容交互模块包括成像系统和视野操控系统，该模块通过采集距离、数值和节点等参数信息进行成像并控制成像品质，并针对观察的需求对视场畸变进行约束与控制；所述生物数字孪生标本交互模块包括生物标本的标注、生物标本部件的拟合和生物姿态模拟，提供多维度展示和交互拓展功能；所述生境数字孪生标本交互模块包括生境层级设计、生境数字标本的动态分辨率和交互界面设计，所述生物数字孪生标本交互模块和生境数字孪生标本交互模块相配合形成完整的生态模型。2.根据权利要求1所述的一种生物数字孪生标本的观察操控方法，其特征在于：所述视觉内容交互模块中，成像系统的成像过程中，将三维对象映射到使用者屏幕时，内容截面与实际观察时的设备视场应产生应对关系，并在完成内容、视场的确立后，根据具体的三维环境的反方向对摄像机自身坐标系的镜头朝向进行约定。3.根据权利要求2所述的一种生物数字孪生标本的观察操控方法，其特征在于：所述视野操控系统提供朝向、角度、视野、距离等要素变更的自由观察生物标本的环境，该过程包括定义中心位置、测定最佳物距、确认物距所在射线的夹角、创建摄像机行动区域信息的模型以及确认新的聚焦位置和观察者位置。4.根据权利要求1所述的一种生物数字孪生标本的观察操控方法，其特征在于：所述生物数字孪生标本交互模块根据具体的生物标本形态和参数进行标注，该标注直接在三维环境中插入到孪生标本内具体内容，标注内容直接定位并锁定在标本局部位置，所述标注完成后，根据遮挡关系控制标注的渲染顺序，所述标注在标本载入时，获取当前界面约定的显示状态，并执行根据记录变更标签是否显示。5.根据权利要求4所述的一种生物数字孪生标本的观察操控方法，其特征在于：所述生物标本部件的拟合过程，先...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，周权，孙士国，胡原，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：