一种实景三维模型引导的视觉交互系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种实景三维模型引导的视觉交互系统及方法。本发明专利技术方法通过GPS、基站定位和陀螺仪获取用户移动设备的方位元素，并上传至服务器；服务器根据外方位元素，进行坐标变换，设置虚拟场景中的摄像机位置和姿态；确定用户的拍摄的光照条件，实时对实景模型进行渲染和优化；服务器将生成的三维场景图像实时回传至移动终端进行实时展现。本发明专利技术可减少移动终端的计算压力，让用户在移动端体验高度逼真的三维实景模型，丰富用户的视觉交互体验。丰富用户的视觉交互体验。丰富用户的视觉交互体验。

【技术实现步骤摘要】
一种实景三维模型引导的视觉交互系统及方法


[0001]本专利技术属于实景三维和视觉交互
，尤其涉及一种实景三维模型引导的视觉交互系统及方法

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机图形学和计算机视觉等技术的发展，实景模型作为一种能够真实地反映现实世界场景的三维模型，越来越多地被应用于各种领域，如虚拟现实、增强现实、智能导航等。通过视频、图像等自动重建三维场景、生成实景模型的技术也日渐成熟。
[0003]尽管实景模型逼真度高，但是，如何让用户与实景模型进行有效的交互，是一个尚未解决的问题。目前，实景模型主要用于浏览，用户只能进行移动、旋转、缩放等等，不能充分利用实景模型提供的视觉信息，也不利于用户对场景的探索。同时，如何在用户终端实时渲染庞大的实景模型，也是一个挑战。因此，有必要研发设计一种高效、逼真、交互性强的实景模型视觉交互方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要目的在于提供一种实景三维模型引导的视觉交互方法及系统。
[0005]本专利技术系统的技术方案为一种实景三维模型引导的视觉交互系统，包括：
[0006]移动终端、服务器；
[0007]所述移动终端与服务器无线连接；
[0008]获取移动终端的三维空间的外方位元素并上传至服务器；进行坐标变换，设置虚拟场景中的摄像机位置和姿态；确定用户拍摄时的光照条件，对实景模型进行实时渲染，生成实景模型图像并优化；服务器将三维场景影像实时回传至移动终端进行实时展现。
[0009]本专利技术方法的技术方案为一种实景三维模型引导的视觉交互方法，具体步骤如下：
[0010]步骤1：用户使用移动终端，通过移动终端的GPS接收机、基站定位组件和陀螺仪获取移动终端的三维空间的外方位元素，将移动终端的三维空间的外方位元素上传至服务器；
[0011]步骤2：服务器根据移动终端的三维空间的外方位元素，进行坐标变换，设置虚拟场景中的摄像机位置和姿态；
[0012]步骤3：确定用户拍摄时的光照条件，对实景模型进行实时渲染生成三维场景影像；
[0013]步骤4：服务器将三维场景影像实时回传至移动终端进行实时展现。
[0014]作为优选，步骤1中获取移动终端的三维空间的外方位元素，具体如下：
[0015]步骤1.1：通过移动终端的GPS定位模块，获取移动终端的经纬度；
[0016]步骤1.2：通过移动终端向多个基站依次发射信号，结合移动终端的经纬度计算移动终端的高精度经纬度；
[0017]所述计算移动终端的高精度经纬度，具体如下：
[0018][0019][0020][0021]其中，D
i
表示第n个基站测出的移动终端的距离，α
i
表示第n个基站接收到信号的水平角度，(L
i
，B
i
)表示第n个基站的经纬度，L
i
表示第n个基站的经度，B
i
表示第n个基站的纬度，B表示移动终端的高精度经度，L表示移动终端的高精度纬度，A表示系数矩阵，l表示误差项，k
B
表示1
°
经度纬度所代表的距离，k
L
分别表示1
°
纬度所代表的距离，P表示权重矩阵，i∈[1,n]，n表示基站的数量；
[0022]P＝diag(p
m，1
,p
m，2
,
…
,p
m，n
,p
a，1
,p
a，2
,
…
,p
a，n
)
[0023]其中，diag表示对角矩阵，p
m,i
表示第i个基站的测距离的权值，p
a,i
表示第i个基站的测角度的权值；
[0024]步骤1.3：通过移动终端的陀螺仪，获取移动终端的俯仰角、翻滚角、航偏角；
[0025]步骤1.4：移动终端向地面发射信号，获取电磁波信号的传播时间，计算移动终端距离地面的高度；
[0026]所述移动终端距离地面的高度，具体如下：
[0027][0028]其中，h表示移动终端距离地面的高度，t表示电磁波信号的传播时间，v表示电磁波信号发射速度，
[0029]步骤1.5：将移动终端的高精度经纬度、移动终端的俯仰角、翻滚角、航偏角、距离地面的高度和当前时间从用户终端上传至服务器；
[0030]作为优选，步骤2中设置虚拟场景中的摄像机位置、姿态，具体如下：
[0031]步骤2.1：根据移动终端的高精度经纬度，在预先建立的实景模型库中检索匹配的实景模型；
[0032]所述实景模型库中存储实景三维模型、数字高程模型、存储实景三维模型的元数据、数字高程模型的元数据，模型根据元数据中的经纬度属性分块存储；
[0033]步骤2.2：采用高斯
‑
克吕格投影，将移动终端的高精度经纬度转换成平面直角坐标，获得移动终端在投影坐标系中的X轴坐标、Y轴坐标；
[0034]步骤2.3：根据实景模型库中的数字高程模型，获取移动终端经纬度对应的地面高程值，并与移动终端距离地面的高度相加，作为移动终端在投影坐标系中的Z轴坐标；
[0035]步骤2.4：将移动终端在投影坐标系中的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标通过相似变换变换至虚拟场景中的坐标，作为虚拟摄像机的坐标，并将移动终端的俯仰角、翻滚角、航偏角作为虚拟摄像机的对应姿态角；
[0036]作为优选，步骤3所述对实景模型进行实时渲染生成三维场景影像，具体如下：
[0037]步骤3.1：服务器根据移动终端的高精度经纬度，计算光线方向；
[0038]计算太阳高度角，具体如下：
[0039]h
s
＝arcsin(cosBcosσcosδ+sinBsinσ)
[0040]其中，h
s
表示太阳高度角，arcsin表示反正弦计算，B表示移动终端的高精度纬度，σ表示太阳光线与赤道面的夹角，根据当前时间对应的日期查星历表得出，δ表示时角；
[0041]时角的计算公式如下：
[0042][0043]其中，t
h
表示当前时间对应的小时，t
m
表示当前时间对应的分钟，t
s
表示当前时间对应的秒；
[0044]计算太阳方位角，具体如下：
[0045][0046]其中，a
s
表示太阳方向角，h
s
表示太阳高度角，B表示纬度，σ表示太阳光线与赤道面的夹角；
[0047]计算光线方向，具体如下：
[0048][0049]其中，表示光线方向的单位向量，h
s
表示太阳高度角，a
s
表示太阳方向角；
[0050]步骤3.2：服务器通过游戏引擎根据光线方向设置光照参数，并对前述实景三维模型进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实景三维模型引导的视觉交互系统，其特征在于，包括：移动终端、服务器；所述移动终端与服务器无线连接；获取移动终端的三维空间的外方位元素并上传至服务器；进行坐标变换，设置虚拟场景中的摄像机位置和姿态；确定用户拍摄时的光照条件，对实景模型进行实时渲染，生成实景模型图像并优化；服务器将三维场景影像实时回传至移动终端进行实时展现。2.一种应用于权利要求1所述实景三维模型引导的视觉交互系统的实景三维模型引导的视觉交互方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：用户使用移动终端，通过移动终端的GPS接收机、基站定位组件和陀螺仪获取移动终端的三维空间的外方位元素，将移动终端的三维空间的外方位元素上传至服务器；步骤2：服务器根据移动终端的三维空间的外方位元素，进行坐标变换，设置虚拟场景中的摄像机位置和姿态；步骤3：确定用户拍摄时的光照条件，对实景模型进行实时渲染生成三维场景影像；步骤4：服务器将三维场景影像实时回传至移动终端进行实时展现。3.根据权利要求2所述的实景三维模型引导的视觉交互方法，其特征在于：步骤1中获取移动终端的三维空间的外方位元素，具体如下：通过移动终端的GPS定位模块，获取移动终端的经纬度；通过移动终端向多个基站依次发射信号，结合移动终端的经纬度计算移动终端的高精度经纬度；通过移动终端的陀螺仪，获取移动终端的俯仰角、翻滚角、航偏角；移动终端向地面发射信号，获取电磁波信号的传播时间，计算移动终端距离地面的高度；将移动终端的高精度经纬度、移动终端的俯仰角、翻滚角、航偏角、距离地面的高度和当前时间从用户终端上传至服务器。4.根据权利要求3所述的实景三维模型引导的视觉交互方法，其特征在于：所述计算移动终端的高精度经纬度，具体如下：
其中，D
i
表示第i个基站测出的移动终端的距离，α
i
表示第i个基站接收到信号的水平角度，(L
i
,B
i
)表示第i个基站的经纬度，L
i
表示第i个基站的经度，B
i
表示第n个基站的纬度，B表示移动终端的高精度经度，L表示移动终端的高精度纬度，A表示系数矩阵，l表示误差项，k
B
表示1
°
经度纬度所代表的距离，k
L
分别表示1
°
纬度所代表的距离，P表示权重矩阵，i∈[1,n]，n表示基站的数量；P＝diag(p
m,1
,p
m,2
,
…
,p
m,n
,p
a,1
,p
a,2
,
…
,p
a,n
)其中，dia...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊天，季铮，孟小亮，彭昱宁，朱禹涵，马文卓，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：