CN103345302A - 基于定位及姿态感知的虚实漫游系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，包括：陀螺仪模块、GPS模块、Android插件、景点信息模块、地图模块以及基于B/S模式开发的后台管理系统，该后台管理系统包括：展示区域管理模块、解说内容管理模块和API接口模块；前述地图模块输出数据与陀螺仪模块输出数据共同构成虚拟摄像机的旋转及位置信息，决定用户浏览的区域。本发明的有益之处在于：通过使用B/S模式开发后台管理系统，提高了后台管理的灵活性；通过展示区域管理平台与API结合的方式，为管理员以及开发者提供了互不干扰的相对独立的工作环境，提高了系统的协作性；通过GPS定位、陀螺仪旋转数据与虚拟摄像机的绑定，为用户体验提供了更强的沉浸感，也为用户浏览提供了更简单的操作。

Description

基于定位及姿态感知的虚实漫游系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种虚实漫游系统及其实现方法，具体涉及一种基于定位及姿态感知的虚实漫游系统及其实现方法，属于移动通讯技术领域。

背景技术

随着科技的进步，在需要重现原貌的旅游景区以及其他有类似需求的展示区域，通常会设置虚实漫游系统。在现有技术中，主要是通过电脑操作交互体验、本地语音、图片、文字等传统讲解方式实现，由于采用的是传统电脑操作交互体验方法，从而导致用户在使用过程中沉浸感不强，并且由于设计上的缺陷，使很多不擅使用电脑的用户无法方便地使用漫游系统。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种方便二次开发的、最终输出电脑端、Android移动端、ios端等不同平台的、利用流媒体技术向用户提供在线语音、文字、图片或视频讲解便于不同需求的用户使用、并且在移动端采用定位系统为用户浏览带来更强的沉浸感的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统及其实现方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，包括：服务器，其特征在于，还包括：为摄像机角度提供旋转数据的陀螺仪模块，提供经纬度信息、获取用户实际位置的GPS模块，负责调用百度定位SDK将GPS数据转化成百度坐标提供坐标转换数据的Android插件，进行本地解说信息读取、服务器请求获取后台数据、为用户提供解说内容的景点信息模块，以及将百度坐标映射至虚拟地图的地图模块；前述地图模块输出数据与陀螺仪模块输出数据共同构成虚拟摄像机的位置及旋转信息，决定用户浏览的区域。

前述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，还包括：基于B/S模式开发的、集成了展示区域内信息的管理的后台管理系统。

前述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，前述后台管理系统包括：展示区域管理模块、解说内容管理模块和API接口模块。

前述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，前述展示区域内信息的管理包括：添加、修改、删除、查询展示区域地理位置、覆盖范围以及展示媒体内容。

前述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，前述展示媒体内容包括：语音、文本、图片、动画、视频。

前述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，前述服务器端安装有Mysql数据库，前述Mysql数据库存储有展示区域的信息。

一种基于定位及姿态感知的虚实漫游的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、导入后台管理系统生成的xml文档中的地图信息进行虚拟场景界限的规定；

(二)、分析Android插件提供的百度经纬度，判定用户是否在虚拟场景界限中，如果存在，寻问用户是否需要进行位置的校正，如不需要进行位置的校正，则至此完成虚拟摄像机的位置确定；如需要进行位置的校正，则先校正位置；

(三)、将陀螺仪的旋转信息赋予虚拟摄像机，完成虚拟摄像机与设备姿态的绑定。

前述的基于定位及姿态感知的虚实漫游的实现方法，其特征在于，在步骤(三)中，将虚拟摄像机与设备姿态进行绑定的方法为：通过陀螺仪获取设备姿态，然后转换成四元数作为摄像机的旋转量，再乘上一个根据屏幕方向而确定的四元数。

本发明的有益之处在于：通过使用B/S模式开发后台管理系统，提高了后台管理系统的管理灵活性；通过使用Mysql数据库管理展示区域及解说内容，提高了制作整个展示区域的效率；通过展示区域管理平台与API结合的方式，为管理员以及开发者提供了互不干扰的相对独立的工作环境，提高了系统的协作性；通过GPS定位、陀螺仪旋转数据与虚拟摄像机的绑定，为用户体验提供了更强的沉浸感，也为用户浏览提供了更简单的操作。

附图说明

图1是本发明的虚实漫游系统的硬件结构示意图；

图2是本发明的虚实漫游系统中后台管理系统的组成示意图；

图3是本发明的虚实漫游系统的程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明作具体的介绍。

使用本发明的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，需要一定的硬件支持，以Android智能移动终端为例，如图1所示，安装本系统需要智能移动终端至少有内置GPS模块与内置陀螺仪模块。GPS模块用于提供经纬度信息，获取用户的实际位置，陀螺仪模块用于提供设备的旋转信息，获取用户的视角。

除此之外，本发明的虚实漫游系统还包括：负责调用百度定位SDK将GPS数据转化成百度坐标提供坐标转换数据的Android插件，进行本地解说信息读取、服务器请求获取后台数据、为用户提供解说内容的景点信息模块，以及将百度坐标映射至虚拟地图的地图模块。其中，地图模块输出数据与陀螺仪模块输出数据共同构成虚拟摄像机的旋转及位置信息，决定用户浏览的区域。

作为一种优选的方案，本发明的虚实漫游系统还包括：基于B/S模式开发的、集成了展示区域内信息的管理的后台管理系统。如图2所示，该后台管理系统包括有：展示区域管理模块、解说内容管理模块和API接口模块。展示区域内信息的管理包括：添加、修改、删除、查询展示区域地理位置、覆盖范围以及展示媒体内容，其中，展示媒体内容包括：语音、文本、图片、动画、视频。

更为优选的是，虚实漫游系统的服务器端安装有Mysql数据库，该Mysql数据库存储有展示区域的信息。输出端通过使用陀螺仪模块、GPS定位模块及后台管理系统提供的地理位置信息进行虚拟场景与真实场景的映射与叠加，提高用户沉浸感，并通过采用HTTP协议通信，调用存储在服务器端Mysql数据库存储的展示区域信息为用户提供解说。

本发明的虚实漫游系统的后台管理系统大大提高了后台管理的灵活性。展示区域管理模块与解说内容管理模块为管理员提供了方便的图形化界面、后端mysql数据库支持，方便快捷的实现漫游区域的管理，在展示区域管理模块中会生成漫游系统所需要的xml文档以备规定漫游区域的尺寸并存入数据库以备管理。API接口模块为漫游系统二次开发提供数据支持，开发者可通过API调用服务器端数据库内信息为漫游系统添加更多丰富的功能。

本发明的虚实漫游系统开发所涉及的开发环境及硬件需求如表1所示：

表1虚实漫游系统的开发环境及硬件需求

Android开发主要完成调用百度地图API实现将GPS定位数据转换为百度经纬度数据并将数据传送至Unity3D的输入接口中。

Unity3D开发中将上一步获取的百度经纬度数据转换至虚拟场景坐标，实现虚拟角色漫游，并通过手动校准将定位误差进行人为干预，通过Unity3D引擎自带封装好的陀螺仪接口将数据与虚拟摄像机绑定，实现自由浏览。

基于定位及姿态感知的虚实漫游的实现方法，如图3所示，包括以下步骤：

1、导入后台管理系统生成的xml文档中的地图信息进行虚拟场景界限的规定；

2、分析Android插件提供的百度经纬度，判定用户是否在虚拟场景界限中，如果存在，寻问用户是否需要进行位置的校正(当用户觉得定位数据不太准确需要校正时)，如不需要进行位置的校正，则至此完成虚拟摄像机的位置确定；如需要进行位置的校正，则先校正位置；

3、将陀螺仪的旋转信息赋予虚拟摄像机，完成虚拟摄像机与设备姿态的绑定。

其中，将虚拟摄像机与设备姿态进行绑定的方法为：通过陀螺仪获取设备姿态，然后转换成四元数作为摄像机的旋转量，再乘上一个根据屏幕方向而确定的四元数。

本发明基于定位及姿态感知的虚实漫游的实现方法，涉及的坐标转换公式如下：

设四个坐标分别p₀₁(x₀₁，y₀₁)，p₀₂(x₀₂，y₀₂)，p₀₃(x₀₃，y₀₃)，p₀₄(x₀₄，y₀₄)，

$\mathrm{widthRate}=\frac{\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}(p_{01},p_{02})}{|x_{02}-x_{01}|}$

$\mathrm{HeightRate}=\frac{\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}(p_{01},p_{04})}{|y_{04}-y_{10}|}$

TerrainSize＝(distance(p₀₁，p₀₂)，500，distance(p₀₁，p₀₄))

其中，distance(a，b)为百度测量函数，Multiple＝1(缩放级别)，P01-P04四个点为地图边界的四个点，widthRate为宽率，HeightRate为高率，TerrainSize为虚拟场景地形大小。

设百度经纬度坐标系中用户位置为CurPo，坐标为(x，y)，设虚拟场景坐标系中用户位置为ObjPo，坐标为(x，z)，则CurPo与ObjPo简单映射关系为：

ObjPo.x＝p₀₂.x-CurPo.x

ObjPo.z＝p₀₂.y-CurPo.y

而实际百度坐标系横纵坐标单位不一致，需要地图信息读取模块提供的距离/经度距离比例(widthRate)与距离/纬度距离比例(HeightRate)两个参数以及缩放参数(Multiple)共同参与，故最终转换关系为：

ObjPo.x＝(P₀₂.x-CurPo.x)*widthRate*multiple

ObjPo.z＝(P₀₂.y-CurPo.y)*heightRate*multiple

由于实际使用中会有用户设置偏移向量ΔV，故虚拟场景区域范围分为两种情况：

1)当偏移向量ΔV不存在时，设用户当前定位点CurPo为百度经纬度坐标系中一点，CurPo坐标为(x，y)，则判定CurPo在范围内即为p₀₁.x＜CurPo.x＜P₀₂.x，且p₀₄.y＜CurPo.y＜p₀₁.y同时满足时成立。

2)当偏移向量ΔV存在时，计算应使用虚拟场景坐标系，设用户当前坐标为ObjPo为虚拟场景坐标系中一点ObjPo坐标为(x，z)，则判定

ObjPo在范围内即为0＜ObjP0.x＜(p₀₂.x-p₀₁.x)，且

0＜ObjPo.z＜(p₀₂.y-p₀₃.y)同时满足时成立。

将陀螺仪信息与虚拟摄像机旋转参数进行绑定的具体步骤为：

通过陀螺仪获取设备姿态，然后转换成四元数作为摄像机的旋转量，再乘上一个根据屏幕方向而确定的四元数即可保持屏幕视窗的垂直。即旋转四元数乘上屏幕朝向四元数保持视窗垂直方向。

transform.locolRotation＝quatMap*quatMult

quatMap＝new Quaternion(gyro.attitude.w，gyro.attitude.x，gyto.attitude.y，gyto.attitude.z

quatMap是陀螺仪的姿态信息

quatMult是屏幕的朝向

gyro.attitude代表陀螺仪的姿态，在Unity3D中用四元数(w，x，y，z)表示。

本发明的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，通过使用B/S模式开发后台管理系统，提高了后台管理系统的管理灵活性；通过使用Mysql数据库管理展示区域及解说内容，提高了制作整个展示区域的效率；通过展示区域管理平台与API结合的方式，为管理员以及开发者提供了互不干扰的相对独立的工作环境，提高了系统的协作性；通过GPS定位、陀螺仪旋转数据与虚拟摄像机的绑定，为用户体验提供了更强的沉浸感，也为用户浏览提供了更简单的操作。

需要说明的是，上述实例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，包括：服务器，其特征在于，还包括：为摄像机角度提供旋转数据的陀螺仪模块，提供经纬度信息、获取用户实际位置的GPS模块，负责调用百度定位SDK将GPS数据转化成百度坐标提供坐标转换数据的Andro i d插件，进行本地解说信息读取、服务器请求获取后台数据、为用户提供解说内容的景点信息模块，以及将百度坐标映射至虚拟地图的地图模块；上述地图模块输出数据与陀螺仪模块输出数据共同构成虚拟摄像机的旋转及位置信息，决定用户浏览的区域。

2.根据权利要求1所述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，还包括：基于B/S模式开发的、集成了展示区域内信息的管理的后台管理系统。

3.根据权利要求2所述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，上述后台管理系统包括：展示区域管理模块、解说内容管理模块和API接口模块。

4.根据权利要求2所述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，上述展示区域内信息的管理包括：添加、修改、删除、查询展示区域地理位置、覆盖范围以及展示媒体内容。

5.根据权利要求4所述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，上述展示媒体内容包括：语音、文本、图片、动画、视频。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于定位及姿态感知的虚实漫游系统，其特征在于，上述服务器端安装有Mysql数据库，上述Mysql数据库存储有展示区域的信息。

7.一种基于定位及姿态感知的虚实漫游的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、导入后台管理系统生成的xml文档中的地图信息进行虚拟场景界限的规定；

(二)、分析Android插件提供的百度经纬度，判定用户是否在虚拟场景界限中，如果存在，寻问用户是否需要进行位置的校正，如不需要进行位置的校正，则至此完成虚拟摄像机的位置确定；如需要进行位置的校正，则先校正位置；

(三)、将陀螺仪的旋转信息赋予虚拟摄像机，完成虚拟摄像机与设备姿态的绑定。

8.根据权利要求7所述的基于定位及姿态感知的虚实漫游的实现方法，其特征在于，在步骤(三)中，将虚拟摄像机与设备姿态进行绑定的方法为：通过陀螺仪获取设备姿态，然后转换成四元数作为摄像机的旋转量，再乘上一个根据屏幕方向而确定的四元数。

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