【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微镜成像领域，特别涉及一种基于3d引擎的模拟电子显微镜成像的方法及系统。
技术介绍
1、电子显微镜在科学研究中扮演着至关重要的角色，广泛应用于材料科学、生物医学、纳米技术等多个领域。传统的电子显微镜通过电子束对样品进行扫描，并通过检测电子与样品相互作用产生的信号，从而生成高分辨率的图像。然而，这些设备通常价格昂贵，操作复杂且对使用环境有严格要求，限制了其在教学、培训以及某些研究中的广泛应用。因此，在教学等领域首先，为了解决这一问题，现有技术尝试采用模拟的方式来实现教学用的装置以满足教学等领域的需要，让学生了解使用方法及原理等。如专利申请号为202111445424.5的一种电子显微及能谱原理实验教学装置，属于实验教学领域，包括电子光路演示模块、可变真空操作演示模块、电子束通道开关操作演示模块、电子束聚焦过程演示模块、电子束扫描成像过程演示模块；通过演示电子显微镜镜筒内电子信号的产生及汇聚过程，使学生了解电子光源的产生机理、电子束汇聚方法及汇聚过程电子束斑直径的变化，可进行电镜操作步骤的演示，方便进行物镜的种类及应用特点、能谱、电子束内容的教学理、物镜的种类、电子与样品相互关系及能谱内容进行教学。
2、上述专利公开的模拟装置虽然可以在一定程度上满足教学试验的要求，但是仍然依赖于机械硬件等结构来实现，没有利用到计算机图形技术来模拟实现。随着计算机技术和图形处理技术的迅猛发展，虚拟现实(virtual reality,vr)和计算机模拟技术在教育和科研中的应用日益增多。3d引擎，作为一种功能强大的游戏引擎和
3、虽然现有技术存在一些基于虚拟现实技术的模拟显微镜系统，这些系统仍然存在一些问题，如图像分辨率较低、模拟效果不够真实以及交互性差等问题，这些问题限制了系统的应用效果。此外，现有系统在操作流程和用户体验方面也亟待改进。因此，本专利技术致力于通过先进的3d引擎技术，提升模拟显微镜系统的图像质量和用户体验，以满足高精度，高真实感成像的需求。
技术实现思路
1、专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于3d引擎的模拟电子显微镜成像的方法及系统，利用3d引擎的强大图形处理能力，结合电子显微镜成像原理，本专利技术能够高精度地模拟显微镜下样品的观察过程。该系统不仅提升了图像的真实感和细节表现，而且在科研、教育及培训等领域具有广泛的应用潜力。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术开发了一种基于3d引擎的模拟电子显微镜呈像系统，该系统由菜单模块和成像模块两部分组成，通过精确模拟真实显微镜的操作流程，允许用户在虚拟环境中进行样本图像观察和分析。此外，系统中还引入了一种基于线性拟合的菜单显示方法，以实现更加精准的菜单呈现和图像定位。菜单模块与呈像模块相互配合，用户可以根据需求在虚拟屏幕上显示和调整想要观察的样本图像。这种设计不仅显著降低了设备成本，还简化了显微镜的使用过程，使用户能够在虚拟环境中便捷地探索微观世界的奇妙之处。本专利技术旨在提供一种高效、易用的虚拟显微镜解决方案，提升了用户的操作体验，同时扩展了显微镜技术在教育、科研及培训等领域的应用范围。
4、基于上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于线性拟合的菜单显示方法，包括以下步骤：
5、步骤一：确定模拟电子显微镜环境中样本盒的当前状态，即判断样本盒是处于开启还是关闭状态；
6、步骤二：若样本盒处于开启状态，进一步判断鼠标光标是否与样本盒中的玻片发生接触；
7、步骤三：若检测到鼠标光标悬停在玻片上，用户界面右上方区域将动态显示一个黄色提示框，展示玻片相关的样本信息。
8、可选的，一种基于线性拟合的菜单显示方法，所述步骤一判断样本盒是否打开包括：
9、通过读取样本盒盖的transform.localeulerangles.z来获取盒盖在世界坐标系中z轴的旋转角度θ，将获取到的旋转角度θ与预设的阈值θt进行比较；
10、如果旋转角度θ小于或等于阈值θt，则认为样本盒处于关闭状态，反之则认为样本盒处于打开状态；
11、当样本盒处于关闭状态时，通过执行左键单击圆环把手来打开样本盒；
12、当样本盒处于打开状态时，通过执行右键单击圆环把手来关闭样本盒。
13、可选的，一种基于线性拟合的菜单显示方法，所述步骤二判断鼠标光标是否与玻片接触包括：
14、对样本盒中的每个玻片对象添加box collider属性，使玻片具备物理碰撞检测功能。并从虚拟环境中的摄像机位置发射一条射线(raycast)，射线的发射方向根据用户在屏幕上点击玻片区域时的坐标进行计算；射线被发射后，系统根据射线轨迹是否与玻片对象的box collider发生碰撞，若射线与玻片的碰撞体发生碰撞，系统即可确认鼠标光标已成功与玻片对象接触。
15、可选的，一种基于线性拟合的菜单显示方法，所述步骤三提示框提示玻片信息包括：
16、玻片si的索引为i，玻片在虚拟显微镜场景中的世界坐标系表示其中i＝0,1,2,2n-1表示玻片的索引；当鼠标光标悬停在某个玻片上时，系统将捕捉到该位置的交互事件，确认鼠标已在该玻片的有效区域内悬停；系统将在用户界面的菜单坐标系中自动移动一个黄色矩形提示框r移至相应位置mi处，以显示该玻片名称信息；
17、为完成上述提示框r的移动，本系统采用最小二乘法拟合实现；
18、设已知玻片si的世界坐标通过最小二乘法将玻片si的世界坐标映射到菜单坐标系的对应位置其中ui和vi是菜单坐标系中二维坐标的值，对应玻片在用户界面上的位置；通过确定玻片，并且由玻片确定其对应值根据进行拟合得到其中根据cs的取值则会出现两种可能，分别对应菜单左列和右列不同的情况，即：
19、
20、对于u'则是通过确定；
21、通过上述步骤，鼠标光标悬停在玻片上后，提示框r的坐标(u'i,v'i)得以确定，使其在用户界面上正确显示所触碰的玻片名称信息。
22、第二方面，在第一方面中获取玻片信息，并在放置玻片后，本系统提供了一种基于3d引擎的模拟电子显微镜呈像系统，包括：
23、步骤四：根据载物台上放置的玻片样本，在显示屏上生成并呈现对应的高质量样本图像；
24、步骤五：通过调整屏幕亮度，以模拟显微镜下不同光源强度条件下的观察效果；
25、步骤六：根据焦距的变化，动态调整图像的清晰程度；
26、步骤七：根据玻片在载物台上的移动偏移量，实时计算并更新样本图像在显示屏上的位置；
27、步骤八：根据物镜切换的倍率自动更换至相应倍率下的样本图像，并根据先前计算得到的偏移量，实现图像的精确定位；
28、可选的，一种基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：所述方法还包括：
3.如权利要求1或2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：
4.如权利要求1或2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：在步骤二中，在软件环境下模拟出样品盒时，对样本盒中的每个玻片对象添加BoxCollider属性，使玻片具备物理碰撞检测功能，并从虚拟环境中的摄像机位置发射一条射线，射线的发射方向根据用户在屏幕上点击玻片区域时的坐标进行计算；射线被发射后，系统根据射线轨迹是否与玻片对象的Box Collider发生碰撞，若射线与玻片的碰撞体发生碰撞，系统即可确认鼠标光标已成功与玻片对象接触。
5.如权利要求1或2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：所述步骤二中提示框提示玻片信息包括：
6.如权利要求2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：步骤三中通过软件代码
7.如权利要求2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：步骤四中，调整屏幕亮度包括：
8.如权利要求2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：步骤五中，调整图像清晰度包括：
9.如权利要求2所述的一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：所述步骤六中计算图像位置包括：
10.一种基于3D引擎的模拟电子显微镜成像的系统，其特征在于：包括菜单模块和成像模块，根据用户的操控菜单模块来触发成像模块实现对应图像的调整和显示。
...【技术特征摘要】
1.一种基于3d引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于3d引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：所述方法还包括：
3.如权利要求1或2所述的一种基于3d引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：
4.如权利要求1或2所述的一种基于3d引擎的模拟电子显微镜成像的方法，其特征在于：在步骤二中，在软件环境下模拟出样品盒时，对样本盒中的每个玻片对象添加boxcollider属性，使玻片具备物理碰撞检测功能，并从虚拟环境中的摄像机位置发射一条射线，射线的发射方向根据用户在屏幕上点击玻片区域时的坐标进行计算；射线被发射后，系统根据射线轨迹是否与玻片对象的box collider发生碰撞，若射线与玻片的碰撞体发生碰撞，系统即可确认鼠标光标已成功与玻片对象接触。
5.如权利要求1或2所述的一种基于3d引擎的模拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁新涛，李摇摇，唐炳楠，李耀，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：
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